Häc viÖn kü thuËt qu©n sù
Bé m«n kü thuËt ®iÖn – khoa kü thuËt ®iÒu khiÓn
Ts Ph¹m tuÊn thµnh
M« pháng c¸c hÖ ®iÖn c¬
(Dïng cho ®¹i häc)
Hµ néi - 2011
2
Môc lôc
Môc lôc………………………………………………………………………….. 3
Lêi nãi ®Çu ........................................................................................................ 7
Ký hiÖu ch÷ viÕt t¾t ......................................................................................... 12
Ch¬ng 1: C¸c kh¸i niÖm c¬ b¶n vÒ m« pháng vµ c¸c hÖ
®iÖn c¬ ......................................................................................................... 13
1.1. M« pháng vµ c¸c kh¸i niÖm c¬ b¶n ......................................................... 13
1.2. C¸c phÇn mÒm m« pháng ....................................................................... 15
1.3. C¸c hÖ c¬ ®iÖn tö vµ c¸c kh¸i niÖm c¬ b¶n .............................................. 18
1.3.1. Thµnh phÇn hÖ c¬ ®iÖn tö ................................................................. 19
1.3.2. C¸c vÊn ®Ò khi x©y dùng m« h×nh c¬ ®iÖn tö .................................... 20
Ch¬ng 2: C¸c hép c«ng cô MATLAB, SIMULINK vµ SymPower
System ......................................................................................................... 25
2.1. SIMULINK m«i trêng m« pháng trùc quan .......................................... 25
2.1.1.Tæng quan vÒ Simulink ..................................................................... 25
2.1.2. C¸ch t¹o m« h×nh ............................................................................. 28
2.1.3. ThiÕt lËp c¸c tham sè m« pháng ....................................................... 29
2.1.4. ThiÕt lËp c¸c tham sè thay ®æi theo vïng lµm viÖc ............................ 30
2.1.5. Thùc hiÖn m« pháng ........................................................................ 32
2.1.6. Th viÖn chuÈn SIMULINK ............................................................. 33
2.2. C«ng cô m« pháng c¸c hÖ thèng ®iÖn c¬ SymPower System ................... 58
2.2.1. Th viÖn c¸c phÇn tö liªn kÕt (Connectors) ....................................... 60
2.2.2. Th viÖn nguån ®iÖn (Electrical Sources) ......................................... 61
2.2.3. Th viÖn c¸c phÇn tö tuyÕn tÝnh vµ phi tuyÕn cña c¸c thiÕt bÞ ®iÖn, ®iÖn
tö ............................................................................................................... 65
2.2.4. Th viÖn c¸c m¸y ®iÖn ..................................................................... 77
2.2.5. Th viÖn ®o lêng ............................................................................ 87
2.2.6.Th viÖn ®iÖn tö c«ng suÊt ................................................................ 90
Ch¬ng 3: Nghiªn cøu m« pháng m¸y ®iÖn .................................. 93
3.1.TÝnh to¸n tham sè khi m« pháng m¸y ®iÖn .............................................. 93
3.1.1.TÝnh to¸n tham sè m« pháng m¸y ®iÖn 1 chiÒu ................................. 93
3.1.2.TÝnh to¸n th«ng sè khi m« pháng ®éng c¬ kh«ng ®ång bé ................ 95
3.2. M« h×nh nghiªn cøu c¸c ®Æc tÝnh cña m¸y ®iÖn mét chiÒu ...................... 98
3
3.2.1. Nghiªn cøu ®Æc tÝnh c¬ ®éng c¬ mét chiÒu kÝch tõ song song ........... 98
3.2.2. Nghiªn cøu ®Æc tÝnh c¬ ®éng c¬ mét chiÒu kÝch tõ nèi tiÕp ............. 102
3.2.3. Nghiªn cøu ®Æc tÝnh m¸y ph¸t mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp ................ 105
3.2.4. Nghiªn cøu qu¸ tr×nh qu¸ ®é khi khëi ®éng vµ ®¶o chiÒu ®éng c¬ mét
chiÒu ........................................................................................................ 114
3.3. M« h×nh ®Ó nghiªn cøu c¸c ®Æc tÝnh ®éng c¬ kh«ng ®ång bé ................ 127
3.3.1. Nghiªn cøu ®Æc tÝnh c¬ ®éng c¬ kh«ng ®ång bé ............................. 127
Ch¬ng 4: Nghiªn cøu m« pháng c¸c bé biÕn ®æi trong hÖ
®iÖn c¬ ....................................................................................................... 134
4.1. M« pháng chØnh lu nguån ¸p xoay chiÒu h×nh sin ............................... 134
4.1.1. ChØnh lu kh«ng ®iÒu khiÓn ........................................................... 134
4.1.2. C¸c bé chØnh lu cã ®iÒu khiÓn ...................................................... 150
4.2. M« pháng c¸c bé nghÞch lu................................................................. 162
4.2.1. Nguyªn t¾c lµm viÖc c¬ b¶n c¸c bé nghÞch lu ............................... 163
4.2.2. M« pháng bé nghÞch lu céng hëng 1 pha .................................... 165
4.2.3. M« pháng nghÞch lu 3 pha víi bé ®iÒu chÕ ®é réng xung ............. 170
4.3. C¸c bé biÕn ®æi xung 1 chiÒu................................................................ 176
4.3.1. C¸c kh¸i niÖm c¬ b¶n, nguyªn t¾c lµm viÖc c¸c bé biÕn ®æi xung 1
chiÒu ........................................................................................................ 177
4.3.2. M« pháng c¸c bé biÕn ®æi xung mét chiÒu ..................................... 192
Ch¬ng 5: M« pháng hÖ truyÒn ®éng ®iÖn mét chiÒu.......... 207
5.1. M« t¶ to¸n häc, hµm truyÒn vµ s¬ ®å cÊu tróc ®éng c¬ mét chiÒu ......... 207
5.1.1. §éng c¬ mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp ................................................. 207
5.1.2. §éng c¬ mét chiÒu kÝch tõ song song ............................................. 211
5.1.3. §éng c¬ mét chiÒu kÝch tõ nèi tiÕp. ................................................ 213
5.2. TruyÒn ®éng ®iÖn mét chiÒu trªn c¬ së chØnh lu cã ®iÒu khiÓn ............ 215
5.3. C¸c qu¸ tr×nh ®iÖn tõ trong hÖ thèng biÕn ®æi ®é réng xung-®éng c¬
(B§§RX - §C) ........................................................................................... 223
5.4. TruyÒn ®éng ®iÖn mét chiÒu trªn c¬ së c¸c bé biÕn ®æi ®é réng xung ... 228
5.5. Tæng hîp vµ m« pháng hÖ truyÒn ®éng ®iÖn mét chiÒu ®iÒu khiÓn tèc ®é
víi mét vßng ®iÒu chØnh .............................................................................. 231
5.6. Tæng hîp vµ m« pháng hÖ truyÒn ®éng ®iÖn mét chiÒu ®iÒu khiÓn tèc ®é
víi hai vßng ®iÒu chØnh ............................................................................... 242
5.7. Tæng hîp c¸c bé ®iÒu chØnh trong hÖ b¸m mét chiÒu ............................ 246
5.8. Tæng hîp c¸c bé ®iÒu chØnh trong hÖ thèng b¸m mét chiÒu ®iÒu khiÓn
robot............................................................................................................ 249
4
5.9. M« h×nh ¶o trùc quan mét vßng ®iÒu chØnh tèc ®é ®éng c¬ 1 chiÒu ®iÒu chÕ
®é réng xung ............................................................................................... 256
5.10. M« h×nh ¶o trùc quan hai vßng ®iÒu chØnh tèc ®é ®éng c¬ 1 chiÒu ®iÒu
chÕ ®é réng xung ......................................................................................... 258
5.11. Nghiªn cøu c¸c ®Æc tÝnh tÜnh hÖ thèng 1 chiÒu b»ng m« h×nh ¶o trùc quan
.................................................................................................................... 260
5.12. ThÝ nghiÖm m« pháng ¶o hÖ thèng 1 chiÒu trong hép c«ng cô Sim Power
System......................................................................................................... 262
Ch¬ng 6: ThiÕt kÕ m« pháng hÖ thèng ®iÖn c¬ m¸y ®iÖn
kh«ng ®ång bé ..................................................................................... 270
6.1. M« t¶ to¸n häc, s¬ ®å cÊu tróc vµ trùc quan m« pháng m¸y ®iÖn tæng qu¸t
.................................................................................................................... 270
6.1.1. M¸y ®iÖn kh«ng ®ång bé roto lång sãc .......................................... 270
6.1.2. M« pháng c¸c bé biÕn ®æi täa ®é vµ pha ........................................ 276
6.1.3. Ph©n tÝch m¸y ®iÖn kh«ng ®ång bé roto lång sãc trong hÖ täa ®é cè
®Þnh. ........................................................................................................ 279
6.1.4. Ph©n tÝch m¸y ®iÖn kh«ng ®ång bé roto lång sãc trong hÖ täa ®« quay
................................................................................................................ 282
6.2. Ph©n lo¹i quy luËt ®iÒu khiÓn hÖ truyÒn ®éng ®iÖn kh«ng ®ång bé ........ 287
6.3. M« h×nh vµ m« pháng cÊu tróc hÖ thèng ®iÒu khiÓn tÇn sè §CK§B3P .. 289
6.4. M« h×nh vµ m« pháng cÊu tróc hÖ thèng ®iÒu khiÓn tÇn sè- dßng ®iÖn .. 294
6.5. M« h×nh m« pháng cÊu tróc hÖ kÝn ®iÒu khiÓn vecto ............................. 296
6.5.1. §iÒu khiÓn vecto tÇn sè .................................................................. 296
6.5.2. §iÒu khiÓn vecto tÇn sè - dßng ®iÖn ............................................... 300
6.6. m« h×nh HÖ thèng ¶o ®iÒu khiÓn vecto tÇn sè – dßng ®iÖn trùc quan ..... 303
6.7. Qu¸ tr×nh ®iÖn tõ trong hÖ thèng truyÒn ®éng kh«ng ®ång bé ............... 306
6.8. ThÝ nghiÖm m« pháng ¶o hÖ thèng xoay chiÒu trong hép c«ng cô Sim
Power System .............................................................................................. 307
6.9. X©y dùng m« h×nh vËt lý m« pháng nghiªn cøu c¸c qu¸ tr×nh ®iÖn tõ hÖ
truyÒn ®éng ®iÖn ba pha ®iªu khiÓn vecto .................................................... 316
6.9.1. M« h×nh m« pháng ®éng c¬ kh«ng ®ång bé ba pha nh mét ®èi tîng
®iÒu khiÓn ................................................................................................ 317
6.9.2. M« h×nh m« pháng khèi khuÕch ®¹i c«ng suÊt ............................... 326
6.9.3. M« h×nh m« pháng khèi ®iÒu chÕ vÐct¬ kh«ng gian ....................... 330
6.9.4. M« h×nh m« pháng khèi biÕn ®æi thuËn, ngîc Clarke ................... 339
6.9.5. M« h×nh m« pháng khèi biÕn ®æi thuËn, ngîc Park ...................... 345
5
6.9.6. M« h×nh m« pháng khèi biÕn ®æi t¬ng tù-sè. ................................ 352
6.9.7. M« h×nh m« pháng khèi tÝnh to¸n vÐct¬ tõ th«ng ........................... 352
6.9.8. M« h×nh m« pháng khèi ®iÒu chØnh dßng ....................................... 357
6.9.9. M« h×nh m« pháng khèi ®iÒu chØnh m«men ................................... 357
6.9.10. M« h×nh m« pháng khèi ®iÒu chØnh tèc ®é ................................... 359
6.9.11. M« h×nh m« pháng vµ kÕt qu¶ m« pháng toµn bé hÖ thèng ........... 360
Phô lôc 1 ........................................................................................................ 365
Phô lôc 2 ........................................................................................................ 368
Tµi liÖu tham kh¶o ........................................................................................ 375
6
Lêi nãi ®Çu
§èi víi sinh viªn ngµy nay m¸y tÝnh ®· trë thµnh c«ng cô trong nghiªn cøu
häc tËp hay nhiÒu c¸c lÜnh vùc lý thuyÕt kh¸c. Mét kü s t¬ng lai kh«ng chØ cÇn
th«ng th¹o c¸c lÝ thuyÕt c¬ b¶n vÒ mét lÜnh vùc nµy hay lÜnh vùc kh¸c mµ cßn cÇn
ph¶i biÕt gi¶i quyÕt c¸c bµi to¸n b»ng c¸ch sö dông c¸c thiÕt bÞ hiÖn ®¹i cña kÜ
thuËt tÝnh to¸n.
Sinh viªn cña c¸c trêng ®¹i häc vµ thËm chÝ kh«ng chØ hä mµ tÊt c¶, ngµy
cµng nhiÒu h¬n trë thµnh ngêi sö dông th«ng th¹o m¸y tÝnh. §ång thêi víi
nh÷ng ®iÒu nµy lµ sù suy gi¶m hiÓu biÕt kiÕn thøc vËt lý chung, tÊt c¶ c¸c sinh
viªn c¶m thÊy kÐm h¬n vÒ chÊt lîng vµ sè lîng c¸c qu¸ tr×nh vËt lý ®îc
nghiªn cøu. Thùc tÕ m« h×nh m« pháng ®îc ®a ra ®Ó kh¾c phôc nhîc ®iÓm
cña nÒn gi¸o dôc hiÖn ®¹i.
Kü thuËt c«ng nghÖ m¸y tÝnh trong hÖ thèng gi¸o dôc cung cÊp mét kh¶
n¨ng réng lín ®èi víi ngêi thÇy còng nh ®èi víi sinh viªn. Chóng cho phÐp
thay ®æi chÊt lîng vµ thùc sù n©ng cao nÒn gi¸o dôc kü thuËt c«ng nghÖ, ®a nã
vµo tÝnh thùc tÕ ¶o vµ cuèi cïng kh¾c phôc m©u thuÉn gi÷a sè giê gi¶ng vµ thùc
hµnh, dung lîng hiÓu biÕt cÇn thiÕt cho sinh viªn.
Trong qu¸ tr×nh häc tËp sù nghiªn cøu c¸c thiÕt bÞ kü thuËt ®iÖn vµ c¸c hÖ
®iÖn c¬ thùc tÕ thêng lµ rÊt Ýt. §iÒu nµy ®îc gi¶i thÝch bëi nhiÒu nguyªn nh©n,
sù thiÕu thèn c¬ së vËt chÊt thiÕt bÞ vµ phßng thÝ nghiÖm, bëi gi¸ thµnh cao vµ ®«i
khi c¶ sù nguy hiÓm cña c«ng viÖc ®Æc trng cña c¸c hÖ n¨ng lîng.
Sù am hiÓu lÝ thuyÕt vÒ lÜnh vùc ®iÖn tö c«ng nghiÖp hiÖn ®¹i vµ kü thuËt
biÕn ®æi vµ ®iÒu khiÓn lµ nh©n tè cÇn thiÕt cña tr×nh ®é kü thuËt, ®ã lµ sù chuÈn bÞ
chuyªn ngµnh quan träng vµ lµ yªu cÇu cÊp thiÕt cña kyz s hiÖn ®¹i trong thÞ
trêng c«ng nghiÖp vµ quèc phßng.
§Ó ®¹t ®îc môc ®Ých nµy cã thÓ chØ cÇn sö dông ph¬ng ph¸p gi¶ng d¹y
míi víi øng dông kÜ thuËt c«ng nghÖ m¸y tÝnh hiÖn ®¹i mµ ®îc x©y dùng trªn
c¸c gãi ch¬ng tr×nh øng dông tiªn tiÕn.
C«ng nghÖ m¸y tÝnh hiÖn ®¹i cho phÐp kh¶ n¨ng nghiªn s©u s¾c h¬n c¸c c©u
hái liªn quan tíi chøc n¨ng cña c¸c hÖ thiÕt bÞ ®iÖn c¬. Chóng cho phÐp thay ®æi
chÊt lîng vµ thùc sù n©ng cao kü thuËt nghiªn cøu, ®a nã vÒ d¹ng thùc tÕ ¶o,
thùc hiÖn c¸c nghiªn cøu cÇn thiÕt trong phßng thÝ nghiÖm ¶o mang l¹i mét sè
lîng lín kÕt qu¶ chÊt lîng.
Nhng c¸c vÊn ®Ò xuÊt hiÖn khi gi¶i c¸c bµi to¸n nµy chØ cã thÓ ®îc kh¾c
phôc bëi qu¸ tr×nh nghiªn cøu s©u s¾c c¸c hiÖn tîng vËt lÝ trong tÊt c¶ c¸c s¬ ®å
7
phÇn tö. Nãi ®¬n gi¶n h¬n, ®Ó sö dông c¸c s¬ ®å m¸y tÝnh h÷u Ých cÇn ph¶i biÕt
vµ am hiÓu tèt vËt lý c«ng viÖc c¸c phÇn tö riªng lÎ cña hÖ thèng ®îc nghiªn
cøu, sù liªn kÕt lÉn nhau vµ mèi quan hÖ phô thuéc t¬ng hç cña chóng.
Tríc ®©y tÊt c¶ c¸c nghiªn cøu vµ c«ng viÖc phßng thÝ nghiÖm, sù kiÓm tra
tÝnh chÝnh x¸c thùc hiÖn c¸c tÝnh to¸n kÜ thuËt ®iÖn chØ cã thÓ ®îc thùc hiÖn khi
nghiªn cøu thÝ nghiÖm c¸c s¬ ®å vµ thiÕt bÞ thùc. Ph¬ng thøc nµy cã nhiÒu nhîc
®iÓm nh:
§Ó nghiªn cøu thùc nghiÖm s¬ ®å cÇn bè trÝ c¸c thiÕt bÞ ®o lêng phï hîp
vµ lµm viÖc víi c¸c bé bé ®iÒu khiÓn;
Sai sè cña c¸c thiÕt bÞ ®o lêng thùc tÕ cã thÓ sÏ rÊt lín;
§Ó nghiªn cøu c¸c s¬ ®å cÇn chuÈn bÞ c¸c m« h×nh cña chóng tõ c¸c phÇn
tö thùc, tiÕn hµnh ®èi víi c¸c vËt thùc tÕ vµ mÊt nhiÒu thêi gian.
NhiÒu khi kh«ng thÓ nghiªn cøu ®îc, v× kÝch thíc hÖ thèng qu¸ lín, gi¸
thµnh còng nh møc ®é nguy hiÓm lµ c¸c ®Æc ®iÓm ®Æc trng cña c¸c hÖ ®iÖn c¬.
M« pháng c¸c hÖ ®iÖn c¬ trªn m¸y tÝnh lo¹i bá hoµn toµn c¸c nhîc ®iÓm
nµy vµ cã rÊt nhiÒu u ®iÓm sau:
DÔ dµng x©y dùng c¸c thiÕt bÞ ®o lêng vµ c¸c m« h×nh s¬ ®å nghiªn cøu;
Sai sè nghiªn cøu s¬ ®å khi m« pháng trªn m¸y tÝnh cã thÓ lµm ®ñ nhá;
Thêi gian thùc hiÖn m« pháng m¸y tÝnh nhá h¬n nhiÒu so víi thêi gian
tiªu phÝ ®Ó chuÈn bÞ m« h×nh thùc vµ thùc hiÖn thùc nghiÖm.
TÝnh to¸n tù ®éng tÊt c¶ c¸c liªn kÕt vµ c¸c mèi quan hÖ gi÷a c¸c phÇn tö
cña s¬ ®å;
NhËn ®îc kÕt qu¶ m« pháng ë d¹ng liªn tôc khi thÝ nghiÖm c¸c s¬ ®å
thùc (ë d¹ng biÒu ®å, c¸c qu¸ tr×nh thêi gian, …), rót ng¾n sù ph©n tÝch vµ rµng
buéc c¸c kÕt qu¶ m« pháng vÒ ®èi tîng thùc;
Kh¶ n¨ng nghiªn cøu sù lµm viÖc c¸c phÇn tö riªng cña thiÕt bÞ, mµ
kh«ng ®¹t ®îc trong cÊu tróc thùc, vÝ dô, kh¶ n¨ng t×m theo sù thay ®æi dßng
®iÖn ng¾n m¹ch cña roto khi lµm viÖc cña ®éng c¬ kh«ng ®ång bé hoÆc m« men
cña nã.
Kh¶ n¨ng nghiªn cøu ho¹t ®éng cña thiÕt bÞ trong c¸c ®iÒu kiÖn khã ®¹t
®îc trªn c¸c bÖ thÝ nghiÖm hoÆc trong tÊt c¶, vÝ dô nh khi nghiªn cøu sù khëi
®éng trùc tiÕp ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu c«ng suÊt lín;
Kh¶ n¨ng nghiªn cøu thiÕt bÞ trong ®éng lùc häc, sö dông ph¶n øng cña
nã khi thay ®æi nhanh ®¹i lîng ®Çu vµo mµ trong c¸c thiÕt lËp thùc tÕ thùc hiÖn
rÊt khã; vÝ dô nh khi nghiªn c¸c ph¶n øng cña ®éng c¬ ®iÖn khi thay ®æi nhanh
8
t¶i mµ trong c¸c thiÕt lËp thùc tÕ thùc hiÖn rÊt phøc t¹p;
Kh¶ n¨ng nghiªn cøu sù lµm viÖc cña thiÕt bÞ trong c¸c ®iÒu kiÖn t¸c
®éng cña c¸c yÕu tè kh¸c nhau, nhiÔu; trong c¸c ®iÒu kiÖn khã ®¹t ®îc trªn c¸c
bÖ thÝ nghiÖm, vÝ dô nh khi ë nhiÖt ®é cao hoÆc ë c¸c chÕ ®é sù cè;
Kh¶ n¨ng tèi u hãa c¸c phÇn tö cña s¬ ®å ®iÖn khi sö dông c¸c thiÕt bÞ
®îc x©y dùng Simulink
Tuy nhiªn c¸c nhîc ®iÓm khi m« pháng c¸c hÖ ®iÖn c¬ vµ s¬ ®å kÜ thuËt
®iÖn thùc trªn m¸y tÝnh lµ:
Sù khã kh¨n tÝnh to¸n trong c¸c m« h×nh mét sè th«ng sè cña c¸c phÇn tö
s¬ ®å nh: ®iÖn trë trong cña nguån; ®iÖn dung vµ ®iÖn c¶m c¸c thiÕt bÞ ®iÖn; tæn
hao trong c¸c cuén c¶m vµ c¸c cuén d©y cña c¸c m¸y ®iÖn, tÝnh phi tuyÕn ®îc
g©y nªn bëi sù cã mÆt cña c¸c lâi nhiÔm tõ…;
§«i khi khã kh¨n ®Ó ®¸nh gi¸ tÝnh chÝnh x¸c cña sù m« pháng.
Kh«ng qu¸ khi nãi r»ng m« pháng c¸c s¬ ®å ®iÖn vµ ®iÖn tö trªn m¸y tÝnh lµ
bíc ph¸t triÓn vît bËc trong kü thuËt nghiªn cøu thùc nghiÖm.
HiÖn nay c¸c tµi liÖu réng vÒ kü thuËt biÕn ®æi vµ ®iÖn tö c«ng nghiÖp hay
c¸c hÖ ®iÖn c¬ lµ rÊt nhiÒu vµ phæ biÕn, mÆt kh¸c còng cã nhiÒu tµi liÖu vÒ c¸c gãi
ch¬ng tr×nh øng dông. Nhng c¸c c«ng viÖc mµ ë ®ã ®· xem xÐt c¸c c©u hái
nghiªn cøu c¸c s¬ ®å ®iÖn tö cña kÜ thuËt biÕn ®æi vµ c¸c hÖ ®iÖn c¬ víi sù gióp
®ì cña c¸c ch¬ng tr×nh m¸y tÝnh lµ rÊt nhá.
MATLAB – phßng thÝ nghiÖm ma trËn, lµ mét trong nh÷ng hÖ thèng ch¬ng
tr×nh ph¸t triÓn nhÊt ®èi tÝnh to¸n khoa häc kü thuËt. Nh÷ng u ®iÓm cña hÖ thèng
MATLAB lµ kh¶ n¨ng nghiªn cøu vµ sö dông tõng phÇn cña nã, thêng dïng
nhÊt lµ øng dông Simulink.
Trong khu«n khæ gi¸o tr×nh nµy c¸c c©u hái vÒ m« pháng c¸c s¬ ®å víi c¸c
m¸y ®iÖn, c¸c bé biÕn ®æi vµ s¬ ®å truyÒn ®éng ®iÖn trong hÖ thèng ®iÖn c¬ ®îc
xem xÐt ®Ó chóng ta cã mét c¸i nh×n kh¸i qu¸t khi øng dông gãi më réng
Simulink vµ ®Æc biÖt lµ th viÖn SimPowerSystems, gãi nµy ®îc ®a vµo hÖ
thèng MATLAB vµ phôc vô m« h×nh hãa m« pháng c¸c mÉu cÊu t¹o tõ c¸c khèi
®å häa víi c¸c thuéc tÝnh biÕt tríc (c¸c th«ng sè). Trong thµnh phÇn cña m«
h×nh cã thÓ ®a ra c¸c nguån tÝn hiÖu c¸c d¹ng kh¸c nhau, c¸c thiÕt bÞ ¶o, c¸c
thiÕt bÞ ®å häa sinh ®éng. M« h×nh m« pháng ®¶m b¶o m« h×nh to¸n häc cña ®èi
tîng ®îc x©y dùng víi sù tr×nh bµy trùc quan c¸c kÕt qu¶. Gãi ®îc t¹o ra ®Ó
x©y dùng c¸c s¬ ®å khèi cho phÐp chuyÓn dÞch c¸c khèi tõ th viÖn c¸c phÇn tö
vµo cöa sæ ®iÒu chØnh cña m« h×nh ®îc x©y dùng bëi ngêi sö dông. Khi ®ã cã
thÓ cã c¸c ph¬ng ¸n kh¸c nhau cña m« h×nh: trong vïng t¹m thêi, trong vïng
9
tõng phÇn, víi sù ®iÒu khiÓn sù kiÖn ,…
Kh¶ n¨ng cña Simulink bao qu¸t c¸c bµi to¸n m« h×nh to¸n häc cña c¸c hÖ
thèng ®éng häc phøc t¹p trong vËt lý, kü thuËt v« tuyÕn, trong sinh th¸i häc, c¬
häc vµ ®Æc biÖt lµ ®èi víi hÖ thèng ®iÖn c¬. §iÒu nµy gi¶i thÝch tÝnh phæ biÕn cña
gãi trong c¸c trêng ®¹i häc vµ b¸ch khoa, còng nh c¶ trong c¸c phßng thÝ
nghiÖm khoa häc.
Tãm l¹i, sù øng dông Simulink vµ th viÖn SimPowerSystems lµ “Phßng
thÝ nghiÖm ¶o” cho phÐp chuÈn bÞ vµo nghiªn cøu sù lµm viÖc cña nhiÒu d¹ng
m¹ch ®iÖn vµ c¸c thiÕt bÞ cña hÖ thèng ®iÖn c¬. NhËn ®îc kÕt qu¶ “S¬ ®å ¶o”
cho phÐp tiÕn hµnh tÊt c¶ c¸c giai ®o¹n nghiªn cøu cã trong c¸c d¹ng thùc nghiÖm
vµ thö nghiÖm, cô thÓ:
TiÕn hµnh lËp kÕ ho¹ch c¸c thùc nghiÖm m« h×nh;
Thùc hiÖn kÕ ho¹ch thùc nghiÖm;
TiÕn hµnh ph©n tÝch vµ diÔn gi¶i c¸c kÕt qu¶ m« m« pháng;
Gi¸o tr×nh bao gåm 6 ch¬ng:
Ch¬ng 1. M« pháng vµ c¸c kh¸i niÖm c¬ b¶n. Trong ch¬ng nµy tr×nh
bµy vÒ c¸c kh¸i niÖm vÒ m« háng trªn m¸y tÝnh, c¸c kh¸i niÖm vÒ c¸c hÖ c¬ ®iÖn
tö, hÖ ®iÖn c¬ vµ c¸c d¹ng m« h×nh m« pháng.
Ch¬ng 2. C¸c hép c«ng cô MATLAB, SIMULINK vµ SymPower
System. Ch¬ng nµy giíi thiÖu vÒ m«i trêng MATLAB, c¸ch t¹o ra m« h×nh m«
pháng trong Simulink, Giíi thiÖu th viÖn chuÈn cã trong tÊt c¶ c¸c phiªn b¶n
cña Simulink vµ tËp vµo c¸c th viÖn con cña gãi SymPower System m« h×nh ¶o
c¸c thiÕt bÞ ®iÖn c¬ vµ kü thuËt ®iÖn.
Ch¬ng 3. Nghiªn cøu m« pháng m¸y ®iÖn. Ch¬ng nµy tr×nh bµy tÝnh
to¸n tham sè m« pháng tõ catalog cña m¸y ®iÖn mét chiÒu, m¸y ®iÖn kh«ng ®ång
bé. Sö dông c¸c c«ng cô ¶o trùc quan ®Ó nghiªn cøu m¸y ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ
®éc lËp, nèi tiÕp, song song, m¸y ®iÖn xoay chiÒu trong c¸c chÕ ®é lµm viÖc kh¸c
nhau vµ c¸c ®Æc tÝnh cña chóng.
Ch¬ng 4. Nghiªn cøu m« pháng c¸c bé biÕn ®æi trong hÖ ®iÖn c¬.
Ch¬ng nµy nghiªn cøu c¸c bé biÕn ®æi c«ng suÊt, c¸c m¹ch lùc trong c¸c hÖ
truyÒn ®éng ®iÖn nãi riªng vµ c¸c hÖ ®iÖn c¬ nãi chung. Tõ c¸c m¹ch chØnh lu
kh«ng ®iÒu khiÓn, cã ®iÒu khiÓn ®Õn c¸c bé biÕn ®æi nguån c¸c bé nghÞch lu vµ
c¸c ®Æc tÝnh cña chóng.
Ch¬ng 5. M« pháng hÖ truyÒn ®éng ®iÖn mét chiÒu. Ch¬ng nµy nghiªn
cøu m« pháng ®Æc tÝnh c¬ cña c¸c lo¹i m¸y ®iÖn mét chiÒu. Trªn c¬ së m¸y ®iÖn
mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp ®iÒu khiÓn theo ®iÖn ¸p phÇn øng, tiÕn hµnh m« pháng
10
tæng hîp c¸c bé ®iÒu chØnh dßng vµ ®iÒu chØnh tèc ®é trªn c¬ së c¸c bé biÕn ®æi
b¸n dÉn kh¸c nhau vµ nghiªn cøu c¸c qu¸ tr×nh ®iÖn tõ trong hÖ thèng. Trong
ch¬ng nµy còng giãi thiÖu c¸ch x©y dùng m« h×nh sö dông c¸c c«ng cô ¶o cã
s½n trong gãi SymPower System.
Ch¬ng 6. ThiÕt kÕ m« pháng hÖ thèng ®iÖn c¬ m¸y ®iÖn kh«ng ®ång bé.
Ch¬ng nµy trªn c¬ së lý thuyÕt vÒ m¸y ®iÖn kh«ng ®ång bé, giíi thiÖu m« pháng
hÖ truyÒn ®éng ®iÖn kh«ng ®ång bé ®iÒu khiÓn tÇn sè, ®iÒu khiÓn vecto, c¸ch x©y
dùng hÖ thèng m« pháng ¶o trong m«i trêng SymPower System. Nghiªn cøu c¸c
qu¸ tr×nh vËt lý vµ ®iÖn tõ xÈy ra trong c¸c kªnh ®iÒu khiÓn vµ kªnh n¨ng lîng.
Ch¬ng nµy còng ®· giíi thiÖu ®Çy ®ñ c¸ch t¹o ra m« h×nh cña ngêi sö dông,
dùa trªn m« t¶ to¸n häc nghiªn cøu hÖ thèng toµn bé hÖ ®iÒu khiÓn vecto ®éng c¬
kh«ng ®ång bé 3 pha.
Tµi liÖu nµy sÏ h÷u Ých khi thùc hiÖn c¸c c«ng viÖc phßng thÝ nghiÖm, tÝnh
to¸n ®å thÞ, nhãm…hay ®Ó thiÕt kÕ c¸c ®å ¸n, luËn v¨n cho sinh viªn chuyªn
ngµnh Tù ®éng hãa vµ truyÒn ®éng ®iÖn tù ®éng. Nã sÏ bæ Ých ®èi víi c¶ c¸c sinh
viªn c¸c chuyªn ngµnh kh¸c mµ nghiªn cøu c¸c lý thuyÕt kü thuËt ®iÖn.
§Ó nhanh chãng cã s¸ch phôc vô cho c¸c sinh viªn chuyªn nghµnh tù ®éng
hãa, gi¸o tr×nh ®îc biªn so¹n dùa trªn rÊt nhiÒu c¸c tµi liÖu níc ngoµi vµ trong
níc, trªn c¸c kÕt qu¶ bµi tËp lín cña sinh viªn qua c¸c khãa, néi dung gi¶ng d¹y
cña t¸c gi¶ vµ trªn c¸c kÕt qu¶ ®å ¸n, luËn v¨n ®· híng dÉn. Do lÇn ®Çu biªn
so¹n, dï rÊt cè g¾ng cÈn thËn, gi¸o tr×nh khã tr¸nh khái nh÷ng sai sãt, rÊt mong
b¹n ®äc gãp ý nhËn xÐt hay ®Ò xuÊt bæ sung nh»m hoµn thiÖn h¬n. Mäi gãp ý
nhËn xÐt, xin göi vÒ Bé m«n Kü thuËt ®iÖn, Khoa Kü thuËt ®iÒu khiÓn, Häc viÖn
kü thuËt qu©n sù, 100 Hoµng Quèc ViÖt, CÇu GiÊy, Hµ néi.
Hµ néi th¸ng 7 n¨m 2011
11
Ký hiÖu ch÷ viÕt t¾t
B§§RX - §C- Bé biÕn ®æi ®é réng xung - ®éng c¬
B§CT§ - Bé ®iÒu chØnh tèc ®é
B§CTT - Bé ®iÒu chØnh tõ th«ng
BB§§C - Bé biÕn ®æi ®iÖn c¬
BB§BDCS - Bé biÕn ®æi b¸n dÉn c«ng suÊt
CL- ChØnh lu
§C§K§B - §éng c¬ ®iÖn kh«ng ®ång bé
§CVTKG - §iÒu chÕ vecto kh«ng gian
§T§K - §èi tîng ®iÒu khiÓn
FT - Ph¸t tèc
HT§§ - HÖ truyÒn ®éng ®iÖn
HT§§K§B - HÖ truyÒn ®éng ®iÖn kh«ng ®ång bé
HT§KC§ - HÖ thèng ®iÒu khiÓn vµ chuÈn ®o¸n
K§CS - KhuÕch ®¹i c«ng suÊt
NTC - Nguån thø cÊp
TBCB - ThiÕt bÞ c¶m biÕn
TTS§§ - TÝnh to¸n suÊt ®iÖn ®éng
12
Ch¬ng 1
C¸c kh¸i niÖm c¬ b¶n vÒ m« pháng
vµ c¸c hÖ ®iÖn c¬
1.1. M« pháng vµ c¸c kh¸i niÖm c¬ b¶n
M« h×nh m« pháng lµ ®èi tîng mµ cho phÐp chóng ta quan s¸t vµ nhËn
®îc nh÷ng tÝnh chÊt lÆp l¹i hoµn toµn hoÆc mét phÇn so víi tÝnh chÊt cña thiÕt bÞ
thùc tÕ hoÆc m« h×nh nguyªn mÉu. Do vËy mét m« h×nh m« pháng hoµn toµn triÖt
®Ó gièng víi qu¸ tr×nh thùc tÕ lµ kh«ng thÓ cã, nã chØ cã thÓ t¬ng øng víi nh÷ng
môc ®Ých nhÊt ®Þnh cña qu¸ tr×nh m« pháng thÓ hiÖn c¸c tÝnh chÊt nhÊt ®Þnh cña
nguyªn mÉu nh»m phôc vô cho môc ®Ých nghiªn cøu.
Môc ®Ých cña viÖc t¹o ra c¸c m« h×nh m« pháng:
1. M« h×nh m« pháng lµ ph¬ng tiÖn t duy gióp gi¶i thÝch sù t¬ng t¸c gi÷a
c¸c biÕn sè, ®Æc trng thay ®æi theo thêi gian, gióp t×m ra c¸c quy luËt ho¹t ®éng.
CÊu tróc cña ®èi tîng nghiªn cøu vµ c¸c mèi liªn hÖ nguyªn nh©n – kÕt qu¶
quan träng nhÊt sÏ ®îc gîi më vµ lµm râ h¬n trong qu¸ tr×nh x©y dùng c¸c m«
h×nh m« pháng. Khi m« pháng, c¸c ®Æc tÝnh cña nguyªn mÉu sÏ lÇn lît ®îc thÓ
hiÖn tïy theo yªu cÇu ®Æt ra ®èi víi hÖ thèng.
2. M« h×nh m« pháng lµ ph¬ng tiÖn cho phÐp dù b¸o tríc tr¹ng th¸i cña
®èi tîng vµ ®iÒu khiÓn chóng trªn c¬ së thö nghiÖm c¸c ph¬ng ¸n ®iÒu khiÓn
kh¸c nhau.
3. M« h×nh m« pháng lµ ph¬ng tiÖn thùc hiÖn qu¸ tr×nh thiÕt kÕ, bao gåm
tÊt c¶ c¸c giai ®o¹n tõ ph¸c th¶o, thiÕt kÕ kü thuËt ®Õn thiÕt kÕ chi tiÕt. §iÒu nµy
hoµn toµn trë thµnh hiÖn thùc nhê vµo sù ph¸t triÓn m¹nh mÏ c¸c gãi øng dông
chuyªn ngµnh.
4. ViÖc thö nghiÖm trªn c¸c ®èi tîng thùc thêng kh«ng tiÖn lîi, ®«i khi
cßn nguy hiÓm vµ kh«ng thùc tÕ bëi hµng lo¹t c¸c lý do sau:
+ Qu¸ tr×nh thö nghiÖm bÞ kÐo dµi;
+ Nguy c¬ háng hãc hoÆc bÞ ph¸ hñy hoµn toµn cña ®èi tîng thö nghiÖm;
+ Nguy c¬ g©y ra c¸c t¸c ®éng xÊu tíi søc kháe vµ tÝnh m¹ng ngêi thùc
hiÖn thö nghiÖm;
+ ThiÕu c¸c ®èi tîng thùc trong trêng hîp ®èi tîng ®ã vÉn ®ang trong
qu¸ tr×nh thiÕt kÕ.
TÊt c¶ c¸c lý do trªn ®Òu cã thÓ lo¹i trõ khi ta sö dông c¸c m« h×nh m«
pháng.
13
§èi víi c¸c m« h×nh ®Ó nghiªn cøu b»ng m« pháng, cã thÓ chia ra thµnh 3
nhãm chÝnh lµ: m« h×nh vËt lý, m« h×nh t¬ng tù vµ m« h×nh to¸n häc.
M« h×nh vËt lý lµ m« h×nh mµ cã thÓ hoµn toµn thay thÕ c¸c ®èi tîng thùc
®îc thu nhá gäi lµ b¶n sao ®îc t¹o ra trªn c¬ së lý thuyÕt ®ång d¹ng, cho phÐp
m« h×nh gi÷ nguyªn c¸c tÝnh chÊt cÇn ®¹t ®îc. VÝ dô khi nghiªn cøu ®Æc tÝnh khÝ
®éng lùc häc cña m¸y bay t¬ng lai, ngêi ta sÏ tiÕn hµnh thö nghiÖm trong èng
khÝ ®éng lùc häc víi m« h×nh m¸y bay ®îc chÕ t¹o b»ng kÝch thíc thùc hoÆc
nhá h¬n. Quan träng lµ m« h×nh m¸y bay ®ã sÏ thÓ hiÖn toµn bé c¸c kÝch thíc
h×nh häc thùc tÕ.
M« h×nh t¬ng tù dùa trªn sù thay thÕ nguyªn mÉu b»ng m« h×nh vËt lý kh¸c
trong tù nhiªn mµ cã c¸c tr¹ng th¸i, tÝnh chÊt t¬ng tù. VÝ dô sù dao ®éng vµ sù
céng hëng trong c¸c hÖ thèng thùc tÕ cã thÓ ®îc nghiªn cøu b»ng hÖ c¬ hoÆc
b»ng c¸c m¹ch dao ®éng ®iÖn vµ khi tiÕn hµnh m« pháng m« h×nh t¬ng tù ph¶i
chó ý ®Õn nh÷ng ®iÓm cÇn thiÕt trªn ®èi tîng thay thÕ vµ ph¶i diÔn gi¶i nã thËt
®óng.
VÝ dô 1.1. H×nh1.1 lµ hÖ c¬ gåm vËt cøng M, lß xo cã ®é cøng K vµ bé gi¶m
chÊn cã hÖ sè chèng rung B. T¸c dông vµo hÖ cã ngo¹i lùc f(t). Ph¬ng tr×nh vi
ph©n miªu t¶ hÖ c¬ cã d¹ng:
M
d 2x
dx
B
Kx f (t )
2
dt
dt
(1.1)
Th«ng thêng c¸c m« h×nh t¬ng tù th× cã m« t¶ to¸n häc gièng nh cña ®èi
tîng thùc.
H×nh 1-1. M« h×nh t¬ng tù thay thÕ khi nghiªn cøu sù dao ®éng
Ph¬ng tr×nh vi ph©n m« t¶ m¹ch ®iÖn nh h×nh vÏ sÏ cã d¹ng:
14
L
d 2uc
du 1
e(t )
R c uc
2
dt
dt C
C
(1.2)
M« h×nh to¸n häc lµ m« t¶ to¸n häc cña ®èi tîng vËt lý thùc. Sù m« t¶ nµy
dùa trªn c¸c ®Þnh luËt vËt lý m« t¶ tr¹ng th¸i, tÝnh chÊt cña ®èi tîng. VÝ dô nh
m« t¶ to¸n häc cña ®éng c¬ kh«ng ®ång bé 3 pha ®îc t¹o ra trªn c¬ së ®Þnh luËt
Niu-t¬n vµ Kickhopff, nã cã d¹ng nh sau:
U ab R s . I ab L s
U bc R s . I bc L s
U ca R s . I ca L s
di ab
e ab ;
dt
di bc
e bc ;
dt
di ca
e ca ;
dt
(1.3)
C¸c tham sè cña ph¬ng tr×nh 1.3 chÝnh lµ c¸c th«ng sè kü thuËt cña ®éng
c¬ kh«ng ®ång bé ba pha.
M« t¶ to¸n häc nµy gióp ngêi thiÕt kÕ dÔ dµng h¬n trong nghiªn cøu c¸c
®Æc tÝnh cña ®èi tîng.
C¸c ph¬ng ph¸p gi¶i tÝch trong nghiªn cøu c¸c m« h×nh to¸n häc mµ tõ vµi
tr¨m n¨m nay ®· ®em l¹i nhiÒu thµnh tùu trong lý thuyÕt vµ thùc tiÔn. Tuy nhiªn,
c¸c ph¬ng ph¸p nµy ®Òu tån t¹i nh÷ng giíi h¹n nhÊt ®Þnh. Chóng chØ cho phÐp
nghiªn cøu toµn diÖn c¸c hÖ ®îc m« t¶ b»ng c¸c ph¬ng tr×nh vi ph©n bËc nhÊt
vµ bËc hai. Cßn c¸c hÖ ®îc m« t¶ b»ng c¸c ph¬ng tr×nh bËc cao th× ngêi ta
thêng ¸p dông ph¬ng ph¸p sè. Ph¬ng ph¸p sè dùa trªn viÖc sö dông m« pháng
b»ng m¸y tÝnh.
M« h×nh trªn m¸y tÝnh – lµ viÖc hiÖn thùc hãa theo ch¬ng tr×nh c¸c m«
h×nh to¸n häc ®îc thùc hiÖn th«ng qua c¸c ch¬ng tr×nh hç trî kh¸c nhau.
1.2. C¸c phÇn mÒm m« pháng
Trong lÞch sö c¸c giai ®o¹n ®Çu cña m« pháng trªn m¸y, c¸c ch¬ng tr×nh
®îc t¹o ra trªn nÒn c¸c ng«n ng÷ m¸y (1100101….), sau ®ã trë thµnh ng«n ng÷
Assemble. Giai ®o¹n tiÕp theo xuÊt hiÖn c¸c ng«n ng÷ bËc cao nh Algol, Basic,
Fortran, Pascal v..v. C«ng nghÖ lËp tr×nh ®îc øng dông t¹i thêi ®iÓm ®ã ®ßi hái
mét thêi gian rÊt lín cho viÖc t¹o ra mét m« h×nh m« pháng. C«ng ®Ó t¹o ra mét
m« h×nh ®¬n gi¶n, theo c¸ch nh×n nhËn hiÖn nay th× m« h×nh m¸y tÝnh ®ã ®îc
®¸nh gi¸ t¬ng ®¬ng víi 5 ngêi lµm trong 6 th¸ng.
Ngµy nay mäi chuyÖn ®· thay ®æi c¨n b¶n, tõ nh÷ng n¨m 70 cña thÕ kû XX,
15
rÊt nhiÒu c¸c gãi øng dông cho viÖc m« pháng ®îc t¹o ra, tù ®éng hãa biÓu diÔn
c¸c m« h×nh to¸n häc cho m¸y tÝnh. §èi víi lÜnh vùc ®iÖn tö vµ ®iÒu khiÓn tù
®éng, cã thÓ kÓ ra mét sè phÇn mÒm nh Electronics Workbench (EWB),
DesignLab 8.0, OrCAD 9.2-10, Micro-Cap, …vv.
§Ó nghiªn cøu c¸c qu¸ tr×nh vËt lý x¶y ra trong c¸c hÖ thèng ®iÖn c¬ vµ c¸c
hÖ thèng ®éng häc phøc t¹p th× cÇn thiÕt ph¶i sö dông m«i trêng m« pháng trùc
quan cã ®Çy ®ñ c¸c tÝnh n¨ng. HiÖn nay cã r©t nhiÒu c¸c phÇn mÒm m« pháng mµ
cã thÓ m« t¶ trùc quan hÖ thèng hoÆc trong d¹ng s¬ ®å khèi hoÆc theo d¹ng c¸c
tr¹ng th¸i. Ngoµi ra th× thªm vµo ®ã c¸c kh¶ n¨ng ®å häa cã thÓ xem xÐt c¸c kÕt
qu¶ m« pháng hiÖn t¹i vµ toµn bé kÕt qu¶ cña qu¸ tr×nh m« pháng. Ph¬ng ph¸p
øng dông m« pháng nh vËy cho phÐp chóng ta hoµn toµn chuyÓn sang ph©n tÝch
c¸c qu¸ tr×nh diÔn ra trong hÖ thèng vµ kh«ng ph¶i quan t©m ®Õn viÖc thùc hiÖn
bªn trong cña m« h×nh m« pháng. Tïy theo ng«n ng÷ sö dông m« pháng, ngêi ta
chia ra lµm ba nhãm: Nhãm c¸c m« h×nh m« pháng theo khèi, nhãm c¸c m« h×nh
m« pháng vËt lý vµ nhãm c¸c phÇn mÒm ®îc ®Þnh híng sö dông otomat h÷u
h¹n.
§¹i diÖn cho c¸c phÇn mÒm m« pháng thuéc nhãm thø nhÊt lµ EASY5
(1976, the Boing company), Simulink (1991, the mathworks Inconporated) vµ
Visim (1990, Visual solution Incorporated). Ng«n ng÷ ®îc sö dông trong c¸c
phÇn mÒm m« pháng lµ d¹ng ng«n ng÷ graphic cã thø bËc d¹ng s¬ ®å khèi. C¸c
khèi ë møc cao sÏ lµ tæ hîp cña c¸c khèi th«ng thêng vµ c¸c khèi ®Æc biÖt do
ngêi sö dông tù ®Þnh nghÜa ë møc thÊp h¬n. ¦u ®iÓm khi m« pháng b»ng c¸c
phÇn mÒm thuéc nhãm mét lµ ®¬n gi¶n trong viÖc t¹o ra m« h×nh vµ dÔ dµng söa
®æi chóng vÒ mÆt cÊu tróc còng nh c¸c tham sè.
Nhãm thø hai lµ c¸c phÇn mÒm 20-sim (1995, controllab product B.V),
Dymola (1993, Dynasim A.B), c¸c phÇn mÒm nµy sö dông ng«n ng÷ híng ®èi
tîng ®Ó m« pháng c¸c hÖ thèng vËt lý. C¸c phÇn tö liªn tôc ®îc miªu t¶ b»ng
c¸c ph¬ng tr×nh ®¹i sè vµ ph¬ng tr×nh vi ph©n. C¸c phÇn tö rêi r¹c ®îc miªu t¶
b»ng c¸c sù kiÖn rêi r¹c mµ khi c¸c sù kiÖn nµy xuÊt hiÖn th× c¸c biÕn cña chóng
cã thÓ nhËn c¸c gi¸ trÞ míi. §©y lµ ph¬ng ph¸p th«ng thêng khi m« t¶ c¸c khèi
®iÓn h×nh cña hÖ thèng vËt lý. Nhîc ®iÓm cña ph¬ng ph¸p m« pháng theo
nhãm hai nµy lµ ph¶i gi¶i mét sè lîng lín c¸c ph¬ng tr×nh ®¹i sè.
Nhãm thø ba lµ phÇn mÒm m« pháng Model Vision Studium (1999). PhÇn
mÒm m« pháng nµy sö dông b¶ng tr¹ng th¸i khi m« t¶ qu¸ tr×nh chuyÓn gi÷a c¸c
tr¹ng th¸i víi nhau vµ m« t¶ hÖ thèng liªn tôc b»ng c¸c ph¬ng tr×nh ®¹i sè vµ
ph¬ng tr×nh vi ph©n.
16
Trong c¸c phÇn mÒm kÓ trªn ®øng ®Çu trong viÖc nghiªn cøu c¸c hÖ ®éng
häc lµ c¸c gãi Matlab vµ Simulink cña h·ng Math Work.
Phiªn b¶n ®Çu tiªn cña Matlab ®îc ®a ra c¸ch ®©y h¬n 20 n¨m, sù ph¸t
triÓn vµ hoµn thiÖn cña gãi øng dông nµy g¾n liÒn víi sù ph¸t triÓn cña thiÕt bÞ kü
thuËt tÝnh. Tªn gäi Matlab xuÊt ph¸t tõ côm tõ Matrix Laboratory, víi híng u
tiªn dµnh cho xö lý d÷ liÖu d¹ng m¶ng (cña c¸c ma trËn vµ vÐc-t¬). ChÝnh v× lý do
®ã nªn mÆc cho sù thay ®æi chãng mÆt c¸c thÕ hÖ kü thuËt tÝnh, Matlab lu«n kÞp
thêi n¾m b¾t tÊt c¶ c¸c gi¸ trÞ cña tõng thÕ hÖ kü nghÖ.
KÕt qu¶ lµ ®Õn thêi ®iÓm hiÖn nay Matlab ®· trë thµnh mét th viÖn giµu cã
c¸c hµm sè. Lóc nµy vÊn ®Ò duy nhÊt ®Æt ra khi lµm viÖc víi c¸c hµm sè nµy
chÝnh lµ cã ®îc kü n¨ng ph¸t hiÖn hµm sè nµo trong sè c¸c hµm ®ã cã Ých trong
viÖc gi¶i c¸c bµi to¸n ®a ra.
§Ó gi¶m nhÑ khèi lîng c«ng viÖc cho c¸c kü s cña nhiÒu chuyªn ngµnh
khoa häc, kü thuËt kh¸c nhau, tÊt c¶ c¸c hµm sè trong th viÖn cña ch¬ng tr×nh
®îc chia ra thµnh nhiÒu môc nhá. Nh÷ng hµm sè mang ®Æc tÝnh chung sÏ n»m
trong thµnh phÇn lâi cña Matlab, cßn nh÷ng hµm sè nµo mang tÝnh chuyªn m«n
cña mét ngµnh cô thÓ sÏ ®îc ®Æt trong c¸c gãi më réng (Toolboxes, Blocksets).
HiÖn nay xuÊt hiÖn phiªn b¶n míi vµ më réng c¨n b¶n, ®ang phæ biÕn phiªn b¶n
Matlab2010 vµ Simulink 7. Tuy nhiªn cÇn chó ý r»ng th viÖn cña c¸c phiªn b¶n
cò h¬n vÇn ®îc lu tr÷ víi c¸c giao diÖn cña nã.
Gãi Simulink lµ mét øng dông trong gãi Matlab. Khi tiÕn hµnh m« pháng,
Simulink sÏ hiÖn thùc hãa nguyªn lý lËp tr×nh d¹ng trùc quan, ®Ó tõ ®ã gióp ngêi
sö dông t¹o c¸c m« h×nh trªn mµn h×nh tõ c¸c khèi th viÖn chuÈn vµ thùc hiÖn
tÝnh to¸n. Kh¸c víi c¸c ph¬ng ph¸p m« pháng cæ ®iÓn, ngêi dïng kh«ng cÇn
ph¶i cã kiÕn thøc s©u réng vÒ ng«n ng÷ lËp tr×nh hay m«n ph¬ng ph¸p tÝnh.
Thay vµo ®ã chØ lµ kiªn thøc c¬ b¶n nhÊt vÒ sö dông m¸y tÝnh vµ tÊt nhiªn lµ kiÕn
thøc chuyªn ngµnh cña lÜnh vùc mµ ngêi ®ã ®ang nghiªn cøu.
Simulink lµ c«ng cô ®éc lËp cña Matlab, ta kh«ng cÇn ph¶i hiÓu vÒ Matlab
còng nh tÊt c¶ c¸c øng dông cña nã khi lµm viÖc víi Simulink. MÆt kh¸c, ta l¹i
hoµn toµn cã thÓ sö dông c¸c chøc n¨ng, hoÆc c¸c c«ng cô cña Matlab ngay trªn
nÒn cña Simulink nh LTI-Viewer – gãi øng dông Control System Toolbox dïng
®Ó t¹o lËp hÖ ®iÒu khiÓn. Ngoµi ra cßn cã c¸c khèi th viÖn bæ sung cho tõng
ngµnh øng dông kh¸c nhau, ch¼ng h¹n Sim Power System – dïng thiÕt kÕ c¸c
thiÕt bÞ kü thuËt ®iÖn, hay Digital Signal Processing Blockset – tËp hîp c¸c khèi
th viÖn xö lý tÝn hiÖu sè v..v..
Lµm viÖc trªn Simulink, ngêi sö dông cã quyÒn söa ®æi c¸c khèi th viÖn,
17
t¹o ra th viÖn riªng vµ c¶ t¹o lËp mét khèi th viÖn míi.
Khi m« pháng ngêi kü s cã thÓ chän ph¬ng ph¸p gi¶i ph¬ng tr×nh vi
ph©n hoÆc ph¬ng ph¸p thay ®æi thêi gian (víi c¸c bíc nh¶y cè ®Þnh hoÆc thay
®æi). §èi víi c¸c qu¸ tr×nh diÔn ra khi m« pháng ta hoµn toµn cã kh¶ n¨ng theo
dâi tõng qu¸ tr×nh mét nhê vµo c¸c thiÕt bÞ quan s¸t ®Æc thï trong gãi th viÖn
cña Simulink. KÕt qu¶ cña qu¸ tr×nh m« pháng ®îc biÓu diÔn díi d¹ng ®å thÞ
hoÆc b¶ng biÓu.
V× vËy ®èi víi gi¸o tr×nh nµy, sÏ sö dông phÇn mÒm m« pháng MatlabSimulink ®Ó nghiªn cøu, kh¶o s¸t vµ m« pháng c¸c hÖ thèng ®· cho.
1.3. C¸c hÖ c¬ ®iÖn tö vµ c¸c kh¸i niÖm c¬ b¶n
Nh÷ng c«ng tr×nh khoa häc ®Çu tiªn vÒ c¬ ®iÖn tö xuÊt hiÖn vµo nh÷ng n¨m
70 cña thÕ kû XX t¹i NhËt B¶n g¾n liÒn víi viÖc x©y dùng c¸c hÖ tù ®éng chÝnh
x¸c ®îc m¸y tÝnh ®iÒu khiÓn. Vµo n¨m 1983 t¹p chÝ khoa häc “C¬ ®iÖn tö” ra
®êi vµ cho ®Õn n¨m 1984 cã 7 cuèn s¸ch trong sª-ri “C¬ ®iÖn tö” ®îc xuÊt b¶n.
Vµo n¨m 1985 t¹i trêng ®¹i häc tæng hîp California, Hoa Kú ®· thµnh lËp
trung t©m khoa häc vÒ c¬ ®iÖn tö bao gåm kho¶ng 20 h·ng chÕ t¹o c«ng nghÖ
cao.
§éng lùc c¬ b¶n thóc ®Èy sù ¸p dông réng r·i c¬ ®iÖn tö chÝnh tõ sù ph¸t
triÓn cña kü thuËt tÝnh, kü thuËt vi m¹ch, vi xö lý vµ vi ®iÒu khiÓn ®· dÉn ®Õn
nh÷ng kh¸i niÖm míi vÒ qu¸ tr×nh truyÒn vµ biÕn ®æi th«ng tin trong c¸c hÖ c¬
®iÖn, tõ ®©y më ra hµng lo¹t øng dông míi trong nhiÒu lÜnh vùc khoa häc kü thuËt
kh¸c nhau.
B¶n th©n tõ “C¬ ®iÖn tö” xuÊt ph¸t tõ “C¬ häc” vµ “Kü thuËt ®iÖn tö”. Khi
ra ®êi, nã gi¶i thÝch cho viÖc sö dông m¸y tÝnh ®Ó ®iÒu khiÓn c¸c hÖ c¬ häc.
Ngµy nay, thuËt ng÷ “C¬ ®iÖn tö” ®îc dïng ®Ó chØ mét híng khoa häc kü
thuËt liªn kÕt c¸c ph¬ng ph¸p míi trong nghiªn cøu. Híng khoa häc nµy më ra
trªn nÒn t¶ng c«ng nghÖ m¸y tÝnh vµ c«ng nghÖ míi trong thiÕt kÕ c¸c thiÕt bÞ phi
truyÒn thèng. C¸c hÖ thèng c¬ ®iÖn tö bao gåm c¸c bé biÕn ®æi c¬ ®iÖn víi bé
phËn chuyÓn m¹ch ®iÖn tö, c¸c lo¹i c¶m biÕn kh¸c nhau, c¸c bé biÕn ®æi b¸n dÉn,
c¸c bé vi ®iÒu khiÓn vµ m¸y tÝnh c¸ nh©n.
Trong thêi ®¹i ngµy nay c¸c thiÕt bÞ c¬ ®iÖn tö ®îc øng dông réng r·i trong
y häc (c¸c c¬ quan nh©n t¹o), trong kü thuËt m¸y tÝnh (m¸y in, m¸y scan, æ
®Üa...), trong c«ng nghiÖp « t« (hÖ thèng phanh, hÖ thèng ®iÒu khiÓn ®éng c¬
v..v..), trªn r«-bèt vµ c¸c tay c«ng t¸c, trong kü thuËt ©m thanh vµ h×nh ¶nh, trong
c¸c thiÕt bÞ chuyªn dông cña c«ng nghiÖp quèc phßng vµ hµng kh«ng vò trô v..v..
18
Nh vËy kh¸i niÖm c¬ ®iÖn tö mang tÝnh kh¸i qu¸t ®Çy ®ñ ¸p dông cho
nhiÔu nghµnh vµ lÜnh vùc kh¸c nhau víi c¸c thµnh phÇn cña nã. Cßn kh¸i niÖm
“C¸c hÖ ®iÖn c¬” lµ mét lÜnh vùc n»m trong kh¸i niÖm c¬ ®iÖn tö, mµ trong thµnh
phÇn cña nã sö dông c¸c m¸y ®iÖn, c¸c bé biÕn ®æi c«ng suÊt, c¸c bé ®iÒu khiÓn
cho c¸c m¹ch n¨ng lîng. Kh«ng lµm mÊt ®i tÝnh tæng qu¸t cña kh¸i niÖm hÖ c¬
®iÖn tö, ë ph¹m vi m«n häc cña gi¸o tr×nh nµy ta còng cã thÓ ®ång nhÊt kh¸i niÖm
hÖ c¬ ®iÖn tö vµ c¸c hÖ ®iÖn c¬, vµ ®iÓn h×nh lµ c¸c hÖ tù ®éng ®iÒu khiÓn truyÒn
®éng ®iÖn mét chiÒu, xoay chiÒu vµ c¸c hÖ truyÒn ®éng ®iÖn trªn c¬ së mét sè
lo¹i ®éng c¬ ®Æc biÖt.
1.3.1. Thµnh phÇn hÖ c¬ ®iÖn tö
S¬ ®å chøc n¨ng cña hÖ c¬ ®iÖn tö ®îc tr×nh bµy trªn h×nh 1.2. Nã gåm 3
ph©n hÖ lµ: ph©n hÖ th«ng tin, ph©n hÖ ®iÖn n¨ng vµ ph©n hÖ ®iÖn c¬.
Ph©n hÖ ®iÖn c¬ chøa c¸c ®èi tîng ®iÒu khiÓn (§T§K) vµ bé biÕn ®æi ®iÖn
c¬ (BB§§C).
Ph©n hÖ ®iÖn n¨ng gåm bé biÕn ®æi b¸n dÉn c«ng suÊt (BB§BDCS) vµ
nguån thø cÊp (NTC).
Ph©n hÖ th«ng tin chøa hÖ thèng ®iÒu khiÓn vµ chuÈn ®o¸n (HT§KC§) vµ
khèi c¸c thiÕt bÞ c¶m biÕn (TBCB).
Khi t×m hiÓu hÖ c¬ ®iÖn tö cÇn ph¶i nghiªn cøu c¸c ®Æc tÝnh ®éng, ®Æc tÝnh
tÜnh, ®Æc tÝnh n¨ng lîng, ®Æc tÝnh phæ vµ hµng lo¹t c¸c ®Æc tÝnh kh¸c.
Mét sè ®iÓm c¬ b¶n cña hÖ c¬ ®iÖn tö nh sau:
1. §èi tîng ®iÒu khiÓn kh«ng liªn hÖ trùc tiÕp víi con ngêi. Th«ng
thêng, chóng sÏ thay thÕ cho con ngêi trong nh÷ng ®iÒu kiÖn mµ con ngêi
kh«ng thÓ thùc hiÖn hoÆc nÕu thùc hiÖn sÏ cã nguy c¬ tæn h¹i søc kháe vµ tÝnh
m¹ng.
2. C¸c ®èi tîng ®iÒu khiÓn (§T§K) th«ng thêng cã c¸c tham sè thay ®æi
nªn kh«ng thÓ t¹o ra m« h×nh to¸n häc cña ®èi tîng ®iÒu khiÓn trªn nÒn t¶ng c¸c
®Þnh luËt vËt lý mµ nã ho¹t ®éng. Trong trêng hîp nµy ®Ó m« t¶ b»ng to¸n häc,
ngêi ta sö dông c¸c ph¬ng ph¸p kh¸c cho c¸c hÖ phi tuyÕn.
3. C¸c bé biÕn ®æi c¬ ®iÖn thêng lµ mét kh©u trong hÖ thèng cña ®èi tîng
®iÒu khiÓn. Trong trêng hîp nµy cÊu tróc cña c¸c bé biÕn ®æi c¬ ®iÖn lµ phi
truyÒn thèng.
4. Qu¸ tr×nh ®iÒu khiÓn dßng n¨ng lîng tõ nguån thø cÊp ®Õn bé biÕn ®æi
c¬ ®iÖn ®îc thùc hiÖn bëi bé biÕn ®æi b¸n dÉn c«ng suÊt. KÕt hîp nguån ®iÖn, bé
biÕn ®æi b¸n dÉn vµ bé biÕn ®æi c¬ ®iÖn ta cã ph©n hÖ n¨ng lîng c¬ ®iÖn tö.
Trong ph©n hÖ nµy sÏ xuÊt hiÖn c¸c tÝnh chÊt míi kh«ng cã trªn c¸c khèi riªng rÏ.
19
Ph©n hÖ n¨ng lîng c¬ ®iÖn tö lµ hÖ xung vµ phi tuyÕn víi sù biÕn ®æi rêi r¹c cña
c¸c tham sè. ChÝnh v× thÕ viÖc ph©n tÝch vµ tæng hîp c¸c hÖ ®iÒu khiÓn ®ßi hái
øng dông c¸c ph¬ng ph¸p dùa trªn c«ng nghÖ m¸y tÝnh hiÖn ®¹i.
H×nh 1-2. S¬ ®å khèi chøc n¨ng cña hÖ ®iÖn c¬
ViÖc tÝnh to¸n vµ thiÕt kÕ hÖ c¬ ®iÖn tö bao gåm c¸c c«ng ®o¹n sau:
+ X©y dùng c¸c m« h×nh chung víi c¸c phÇn liªn tôc, xung vµ sè hãa;
+ Nghiªn cøu c¸c ®Æc tÝnh ®éng cña c¸c phÇn liªn tôc vµ xung;
+ Tæng hîp bé ®iÒu chØnh;
+ Nghiªn cøu c¸c ®Æc tÝnh ®éng cña c¶ hÖ thèng;
+ Nghiªn cøu c¸c ®Æc tÝnh tÜnh cña c¶ hÖ thèng.
1.3.2. C¸c vÊn ®Ò khi x©y dùng m« h×nh c¬ ®iÖn tö
Sö dông m¸y tÝnh cho phÐp ph©n phèi l¹i thêi gian dµnh cho nghiªn cøu lý
thuyÕt vµ thùc hµnh theo mét c¸ch míi. Lóc nµy thêi gian dµnh cho c¸c c«ng viÖc
thùc nghiÖm lµ trong c¸c phßng thÝ nghiÖm ¶o.
C¸c ch¬ng tr×nh ®µo t¹o cã øng dông c«ng nghÖ m¸y tÝnh hiÖn ®¹i trong
gi¸o tr×nh nµy ®îc t¹o ra hoµn toµn trªn nÒn Matlab – Simulink. C¸c gãi øng
dông ®îc chia ra thµnh mét sè cÊp sau:
1. CÊp sö dông m«i trêng lµm viÖc cña Matlab vµ c¸c phÇn më réng cña nã
(Toolboxes);
2. CÊp sö dông c¸c khèi cÊu tróc cña gãi Simulink vµ c¸c phÇn më réng cña
nã (Blocksets);
3. CÊp sö dông c¸c khèi ¶o cña gãi Sim Power System víi giao diÖn ®å häa
20
- Xem thêm -
.PDF 
376 
310 
93 
