Tài liệu Nghiên cứu mô phỏng hệ thống điều khiển máy phát điện đồng bộ

L IM Hiện nay Đ U Việt Nam nói riêng và th gi i nói chung nhu cầu về năng l ợng điện ngày m t tăng cao trong đó các nhà máy điện sử dụng ngu n năng l ợng truyền thống nh th y điện nhiệt điện… là các d ng năng l ợng đang ngày càng c n kiệt và gây mất cân bằng sinh thái ô nhiễm môi tr ng. Ngu n điện năng khai thác từ các nhà máy nguyên tử có chi phí l n và cũng tiềm ẩn nguy cơ gây mất an toàn. B i vậy việc sử dụng ngu n năng l ợng s ch có kh năng tái t o nh năng l ợng gió, năng l ợng mặt tr i là m t xu h ng đang đ ợc phát triển m nh trên th gi i.Tuy nhiên ngu n năng l ợng mặt tr i cũng đang trong giai đo n phát triển và m i chỉ đ ợc th c hiện v i công suất nh .Do vậy việc sử dụng ngu n năng l ợng tái t o từ gió đang ngày càng đ ợc phát triển nhiều quốc gia trên toàn cầu. : “Nghiên cứu mô phỏng hệ thống điều khiển máy phát điện đồng bộ” Trong quá trình làm đ án, đ ợc s giúp đỡ h thầy giáo h ng dẫn nhiệt tình c a ng dẫn và các b n em đã hoàn thành đ ợc đ án này. Tuy nhiên do trình đ có h n, b n đ án không thể tránh kh i nh ng thi u sót. Em mong nhận đ ợc s góp ý c a các thầy cô giáo và các b n. Hải Phòng, ngày….tháng…năm CH NG 1. NGUYÊN LÝ VÀ C U T O MÁY ĐI N Đ NG B 3 PHA 1.1. KHÁI QUÁT V MÁY ĐI N 1.1.1. Khái ni m Máy điện là thi t bị điện từ, nguyên lý làm việc d a vào hiện t ợng c m ng điện từ. Máy điện dùng để bi n đ i d ng năng l ợng nh cơ năng thành điện năng và ng ợc l i.Hoặc dùng để bi n đ i thông số nh điện áp hoặc dòng điện. 1.1.2. C u t o máy đi n Các phần tử cấu trúc c a máy điện có thể chia thành: a. M ch điện b. M ch từ c. Các phần tử cơ khí d.Phần làm mát máy. Ng i ta cũng còn có thể chia ra phần quay (rô to) và phần tĩnh (stato). Ngoài 2 phần cơ b n là m ch điện và m ch từ, ng khí phụ nh : màng che, v , nắp i ta còn dùng các phần cơ bi để đ m b o cho ng i sử dụng không ch m vào các phần quay hoặc các phần mang điện trong khi làm việc và ngăn c n không cho các vật rắn, n c l t vào trong máy hoặc để các tia lửa l t ra ngoài. Cách làm trên g i là b o vệ. 1.2. MÁY PHÁT Đ NG B 1.2.1. Khái ni m Máy điện đ ng b là lo i máy điện xoay chiều có tốc đ quay c a rô to bằng tốc đ từ tr ng quay. Hầu h t các máy điện đ ng b làm việc nh máy phát có tần số 50 Hz hoặc 60Hz. Máy điện đ ng b cũng có thể làm việc nh đ ng cơ đ ng b công xuất l n. Máy điện đ ng b còn đ ợc dùng làm máy bù đ ng b nhằm c i thiện hệ số công suất c a l i điện m t xí nghiệp hay m t nhà máy. 1.2.2. C u t o Cấu t o c a máy phát đ ng b về nguyên lý thì có thể đặt phần c m và phần ng roto stator hoặc ng ợc l i. Tuy nhiên, th c t các máy phát điện đ ng b luôn ch n phần c m ( phần t o ra từ tr ng chính) nằm trên roto còn phần ng (phần t o nên s c điện đ ng cung cấp dòng điện cho phụ t i) đặt trên stato, lý do ch y u là v i các máy điện có công suất l n việc dẫn điện ba pha từ rotor ra ngoài cung cấp cho phụ t i gặp rất nhiều phiền ph c khi ph i thông qua vành tr ợt, ch i than. Nh vậy, trong th c t hầu h t các máy phát đ ng b stator đóng vai trò phần ng còn rotor đóng vai trò phần c m. Máy điện xoay chiều thì dù là phần ng hay phần c m m ch từ cũng đều ph i đ ợc ch t o từ thép lá kỹ thuật điện (thép đ ợc pha ch m t hàm l ợng silic nhất định, có đ từ thẩm l n >1, t n hao từ trễ và dòng xoáy nh …), đ ợc cán nóng hay cán l nh, có đ dày từ 0,35 đ n 0,5 mm, đ ợc dập định hình theo thi t k , sơn cách điện r i ghép chặt l i v i nhau. Dây dẫn điện c a máy phát điện đ ng b đ ợc làm bằng các kim lo i màu nh đ ng, nhôm và hợp kim c a chúng, trong đó đ ng mềm (99% Cu) là vật liệu cơ b n làm cu n dây vì đ dẫn điện tốt, hệ số nhiệt điện tr nh …Vì stator là phần ng nên nó đ ợc quấn cu n dây ba pha, các cu n dây này có trục đặt lệch nhau 120o điện. G i là cu n dây nh ng v i các máy điện có công suất l n, dây dẫn phần ng th ng là các thanh đ ng đặt trong các rãnh xẻ sẵn trên stator, chính vì vậy công nghệ ch t o máy phát điện đ ng b có nhiều công đo n khác biệt v i các cách quấn dây các đ ng cơ điện thông th ng. Cu n dây phần c m t o ra từ tr ng chính nằm trên rotor c a máy điện đ ng b . Rotor c a máy điện đ ng b th ng đ ợc ch t o theo hai d ng: rotor c c ẩn dùng cho các máy cao tốc (từ 1500vòng/phút tr lên) và rotor c c hiện (c c l i) th ng dùng cho các lo i máy phát có tốc đ từ 1500vòng/phút tr xuống. Cách bố trí các cu n dây kích từ trên rotor máy điện đ ng b cũng hoàn toàn khác nhau trong đó rotor c c ẩn cu n dây đ ợc quấn r i trên ¾ chu vi ngoài c a rotor, còn rotor c c hiện cu n dây kích từ đ ợc quấn tập trung trên các c c từ, các cu n dây này có thể nhìn rất rõ khi rút rotor máy điện đ ng b ra kh i stator. Vật liệu cách điện dùng cho máy điện đ ng b có nh ng đặc điểm sau: có tính cách điện tốt, chịu đ ợc nhiệt đ bi n đ ng thay đ i trong 1 ph m vi l n, có đ bền cơ h c cao, chịu và chống đ ợc ẩm cũng nh tác đ ng c a các lo i hóa chất. Tu i th c a chất cách điện hoàn toàn phụ thu c vào nhiệt đ và môi tr ng công tác. Chất cách điện đ ợc phân làm 7 lo i khác nhau ng v i kh năng chịu đ ợc nhiệt đ cao trong quá trình làm việc. Cấp cách điện bao g m: Lo i Y- 95, A-105, E-120, B-130, F-155, H-180, C>180. V các máy đ ng b có gắn b ng định m c ch a các thông số sau: - điện áp định m c [V, KV] - dòng định m c [A, KA] - tần số định m c [Hz] - Hệ số công suất định m c cos đm. - Dòng kích từ định m c. - Điện áp kích từ định m c. - Công suât định m c [VA, KVA] - Vòng quay định m c[V/p] 1.3. NGUYÊN LÝ HO T Đ NG MÁY ĐI N Đ NG B 1.3.1. S đ máy phát đ ng b 3 PHA Hình 1.1: Sơ đ máy phát điện đ ng b 3 pha 2 c c Trên hình 1.1 biểu diễn sơ đ máy phát điện đ ng b 3 pha 2 c c[4]. Cu n dây phần ng đặt stato còn cu n dây phần c m đặt rôto. Cu n dây kích từ đ ợc nối v i ngu n kích từ (dòng 1 chiều ) qua hệ thống ch i than. Để nhận đ ợc điện áp 3 pha trên chu vi stato ta đặt 3 cu n dây cách nhau 1200 và đ ợc nối sao (có thể nối tam giác). Dòng điện m t chiều t o ra từ tr ng không đ i. Bây gi ta gắn vào trục rôto m t đ ng cơ lai và quay v i tốc đ n. Ta đ ợc m t từ tr ng quay tròn có từ thông chính khép kín qua rôto, c c từ và lõi thép stato. Từ thông này s cắt các thanh dẫn phần ng làm xuất hiện trong 3 cu n dây 3 suất điện đ ng nh sau : e A E m sin t ; eB Em sin( t 2 ) 3 ; eC Em sin( t 2 ) 3 Tần số bi n thiên ( ) c a các sđđ này phụ thu c vào tốc đ quay c a rôto. N u số cặp c c là p thì tần số bi n thiên c a dòng điện s là : f n. p ( HZ ) 60 (1.1) Nh vậy tần số bi n thiên c a dòng điện phụ thu c vào tốc đ quay c a rôto và số đôi c c. N u ba pha c a máy điện đ ợc t i bằng 3 t i đối x ng, ta có 3 pha đối x ng. Theo nguyên lý t o từ tr cũng xuất hiện từ tr ntt 60. f p ng quay nên trong máy phát đ ng b lúc này ng quay mà tốc đ đ ợc xác định bằng biểu th c : (1.2) Thay (1.1) vào (1.2) ta có n = ntt. Nghĩa là trong máy đ ng b tốc đ quay c a rôto (tốc đ quay c a từ tr bằng nhau. Hai từ tr ng này ng kích từ) và tốc đ quay c a từ tr tr ng thái nghỉ v i nhau. ng t i 1.3.2. Các đặc tính máy phát đ ng b Để phân tích máy đ ng b ng i ta d a vào các đặc tính lấy đ ợc từ thí nghiệm hay xây d ng trên cơ s c a đ thị véc tơ. Thông th ng các máy điện đ ng b làm việc v i tốc đ không đ i nhằm gi cho tần số không đ i. Vì th các đặc tính đ ợc lấy v i tốc đ không đ i. Để so sánh các máy điện có cấu t o, công xuất khác nhau ng dùng các đ i l ợng vật lý mà dùng đ i l ợng t ơng đối. i ta không hệ thông đo l ng này các đ i l ợng điện áp, dòng điện, công xuất đ ợc biểu diễn bằng phần trăm đ i l ợng so sánh (đ i l ợng cơ b n) đ ợc nhận giá trị 1. máy điện đ ng b các đ i l ợng sau đây đ ợc coi là đ i l ợng cơ b n (so sánh) 1. Công suất định m c Pdm m.U dm .I dm 2. Điện áp pha định m c khi máy không t i U dm Eo . 3. Dòng định m c pha I dm . 4. Mô men định m c M dm . 5. Tốc đ quay định m c c a rô to 6. T ng tr định m c Z dm dm . Eo I dm Trên cơ s các đ i l ợng cơ b n này ta biểu diễn các đ i l ợng khác c a máy đ ng b đ i l ợng t ơng đối (thêm dấu sao) nh sau : P P ; Pdm U I I I dm U U dm ; M M M dm Đặc tính không t i. Đặc tính không t i là mối quan hệ hàm gi a sđđ v i dòng kích từ Eo F ( I kt ) khi dòng t i I=0 và n=nđm. ch đ không t i điện áp U bằng sđđ pha U Eo . A + * * W1 A ikt A kA V V k kB kC C B A V R * W2 * Hình 1.2. Sơ đ nối m ch để lấy các đặc tính máy phát đ ng b Để có đặc tính không t i ta m các khoá k, kA, kB, kC rô to quay v i tốc đ không đ i, bằng điện tr R ta có thể thay đ i dòng kích từ từ giá tri l n nhất t i giá trị nh nhất. Số chỉ các đ ng h s cho ta các giá trị cần thi t. Từ số chỉ c a các đ ng h ta d ng mối quan hệ E o f ( I kt ) Đặc tính biểu diễn trên hình 10.19. Do có hiện t ợng từ trễ đặc tính E 0 = f( I kt ) khi ikt tăng và khi ikt gi m không trùng nhau. Điểm cắt c a đặc tính v i trục tung (khi i kt = 0) là đ i l ợng sđđ d c a máy phát. E0 E0=Uđm ikt Hình 1.3. Đặc tính không t i máy phát đ ng b . Tính không t i cho các máy phát khác nhau cắt nhau t i m t điểm. N u đ ng nào nằm trên điểm đó s có đ bão hoà l n hơn. Để tiện cho tính toán ta th ng dùng đặc tính không t i trung bình là đ không có vùng từ trễ (đ ng đi qua điểm gốc to đ và ng không liên tục trên hình 1.24). Đặc tính ngắn m ch. Đặc tính ngắn m ch là mối quan hệ gi a dòng điện ngắn m ch v i dòng kích từ khi điện áp U = 0 và n = n dm . Ngắn m ch có thể 3 pha khi c 3 khoá k A, kB, kC đóng (hình 1.23), hai pha khi kA và kB đóng, và 1 pha khi kA đóng (hoặc kB hay kC). Khi làm thí nghiệm ngắn m ch th ng cho dòng kích từ nh nên m ch từ không bão hoà, do đó mối quan hệ Ingm =f(ikt) th ng tuy n tính. S phi tuy n chỉ xuất hiện khi dòng ngắn m ch v ợt giá trị định m c nhiều. Trên 1.25 biểu diễn đặc tính ngắn m ch cho 3 tr pha (đ ng 3), 2 pha ( đ ng 2) và 1 pha (đ ng hợp: Ngắn m ch 3 ng 1). Từ hình v chúng ta thấy rằng vì ngắn m ch 3 pha có ph n ng phần l n nên nằm d i cùng, sau đó là ngắn mach 2 pha và nằm trên cùng là ngắn m ch m t pha. N u máy có từ d thì đ ng đặc tính s cắt trục tung t i điểm t ơng ng v i từ d . Đặc tính không t i cùng v i đặc tính ngắn m ch cho phép ta xác định đ ợc tam giác đặc tr ng, và ta có thể sử dụng tam giác đặc tr ng này để d ng đ thị véc tơ.Khi ngắn m ch đối x ng (3 pha) ta đặt dòng kích từ I ktngm sao cho dòng ngắn m ch c a máy bằng dòng định m c thì stđ c a các c c từ F0 s t o ra cho sđđ E 0 . N u b qua hiện t ợng bão hoà từ thì đó là điểm D (đ c ađ ng không t i). ng thẳng kéo dài ing E, 1 D Uđ E=f Ea 2 E 3 E i B Iđm 0 Fp A Fa F0 M N i C Ingm=f Iong ikt Hình 1.4. Đặc tính ngắn m ch Hình 1.5.Xác định tỷ số ngắn m ch máy phát đ ng b 1)ngắn m ch m t pha 2) ngắn m ch hai pha 3)ngắn m ch 3 pha Nh phần tr c đã nói dòng ngắn m ch n định này chỉ là thành phần dòng d c trục I ngm = I ad và stđ c a ph n ng phần ng Fad s có tác dụng khử từ do vậy stđ t ng: E p = E s = I dm X sad s nh hơn E 0 m t đ i l ợng Ead xác định bằng: E ad = I dm X ad t c là: E p = E 0 - E ad Đặt E p lên đặc tính không t i ta có điểm B. Trong tam giác ABC có : AC = Fad , AB = E p . Từ giá trị hình 1.26 ta có thể d ng đ ợc hình 10.17. - Tỷ số ngắn m ch : Đó là tỷ số dòng ngắn m ch đối x ng đối v i dòng định m c. Theo định nghĩa ta có: K ngm = I ongm I ongm = I dm vì rằng: U dm thì Xd K ngm = 1 U dm = * I dm X d Xd Trong đó: X d* là đ i l ợng t ơng đối. Từ tam giác đặc tr ng ta có : K ngm = I I CN = ongm = okt I ktngm I dm CM Nh vậy hệ số ngắn m ch có thể tính đ ợc bằng tỷ số dòng kích từ. Hệ số ngắn m ch là m t thông số rất quan tr ng c a máy điện vì cùng v i X d ta có thể xác định đ ợc gi i h n c a t i ch đ công tác n định. N u hệ số ngắn m ch càng l n thì gi i h n t i càng l n. V i máy điện c c ẩn hệ số ngắn m ch có giá trị 0,8 1,8; còn c c hiện 0,4 hệ số ngắn m ch có giá trị 0,6 0,7 và các máy phát điện tàu thuỷ 1,0. Đặc tính t i. Đặc tính t i là mối quan hệ gi a điện áp và dòng kích từ khi I = const, cos = const và n = n dm . Đặc tính này không liên quan tr c ti p t i m t ch đ nào c a máy phát và đ ợc dùng nh đặc tính phụ để biểu diễn m t số đặc điểm c a máy và xác định m t số thông số c a máy, ví dụ: tr kháng c a máy. Đặc tính t i quan tr ng nhất là đặc tính t i thuần kháng. ( cos hình 10.18 ng 0, 2 ) vì th để th c hiện thí nghiệm i ta dùng t i là bi n áp t ngẫu hay cu n kháng có đ c m kháng thay đ i. M công tắc kA, kB, kC và đóng công tắc k, thay đ i t i, thay đ i điện tr kích từ R, gi I = const. Để gi cos = const ta có thể điều chỉnh mô men c a đ ng cơ lai. Trên hình 1.27 chúng ta biểu diễn dặc tính t i cho các lo i t i khác nhau (có s ph n ng phần ng khác nhau). cos =0.8 <0 U cos =0 C B B Uđ A A C =f(ikt) cos =1 cos =0,8 >0 C B C A ikt Hình 1.6. Đặc tính t i c a máy điện đ ng b Khi t i thuần c m thì chỉ có ph n ng phần đ ng d c trục nên để có đặc tính t i thuần c m ta có thể dùng đặc tính không t i và tam giác đặc tr ng. Cách d ng th c hiện nh sau: Cho đỉnh B c a tam giác đặc tr ng dịch chuyển tịnh ti n trên đặc tính không t i thì đỉnh C v cho ta đặc tính t i thuần c m (cos = 0, 0 ) còn đặc tính t i có cos = 0,8 nằm trên đặc tính cos = 0. Cần l u ý rằng các đặc tính này không song song v i đặc tính không t i. Đặc tính cos <0 có ph n ng phần = 0, ng trợ từ nên đặc tính t i nằm trên đặc tính không t i.(hình 1.27 ) Đặc tính ngoài. Đó là mối quan hệ hàm gi a điện áp trên c c máy phát v i dòng t i khi Ikt=const, n = const và cos = const. Để ngiên c a đặc tính t i ta d a vào ph ơng trình cân bằng sđđ và phân biệt cho các lo i t i khác nhau. Ph ơng trình cân bằng sđđ cho máy phát điện đ ng b b qua điện tr thuần cu n dây có d ng:. U E o JX s I (1.15) Dấu “+” cho tr ng hợp t i thuần dung, dấu “- “cho t i thuần c m. Từ (1.15) ta d ng đ thị vector. a. Cho tr ng hợp t i thuần c m (Zt=Xt). E0 I E0 E0 E0 jXs I -jXs I U U jXs I Zt U U I I a) b) I c) d) Hình 1.7. a) Sơ đ t ơng đ ơng máy điện đ ng b b) Đ thị véc tơ khi t i thuần c m, c) Đ thị véc tơ khi t i thuần dung, d)Khi t i thuần điện tr Ta thấy vector Eo và E o JX s I trùng ph ơng, nên ta có thể b cách vi t d ng vector và đ ợc: Eo U XsI Vì ikt = const, n=const nên Eo = const, do vậy mối quan hệ U=f(I) là m t đ ng thẳng đi qua hai điểm E0 (khi không t i I = 0) và I ngm E0 (khi U = 0, Xs t c là ngắn m ch) b. Khi t i thuần dung. Ph ơng trình cân bằng sđđ có d ng: U Eo jX s I Đ thị vector biểu diễn c a Eo và U U Eo hình 1.28c. Gống nh khi t i thuần c m ph ơng JX c I trùng nhau nên ta có thể vi t: XsI 1.3.3. Các h th ng tự đ ng ổn định đi n áp máy phát đi n xoay chi u 3 pha * Các nguyên lý xây d ng hệ thống t đ ng điều chỉnh điện áp. Hệ thống t đ ng điều chỉnh điện áp đ ợc thi t k theo các nguyên tắc điều khiển cơ b n. Đ n nay, đã có thêm nh ng nguyên lý hiện đ i nh ng v i t đ ng điều chỉnh điện áp thì nguyên lý kinh điển vẫn còn gi nguyên giá trị và để hệ thống đáp ng nh ng yêu cầu về chất l ợng cao trong điều chỉnh. Dấu hiệu chính đặc tr ng cho m t nguyên tắc điều khiển là thông tin cần thi t để t o nên tác đ ng điều khiển và cấu trúc đ ng truyền tín hiệu trong hệ thống, nhận bi t đ ợc các dấu hiệu này là nhận bi t ra hệ thống v i nh ng đặc điểm riêng trong nguyên lý xây d ng. - Nguyên lý điều khiển theo sai lệch; Khi xây d ng hệ thống theo nguyên lý sai lệch, tác đ ng điều khiển đ ợc thi t lập d a trên đ sai lệch gi a đ i l ợng đ ợc điều chỉnh v i giá trị đặt: ε(t) = UDAT - UDO (1.3) Trên cơ s đó hệ thống s tác đ ng theo xu h ng triệt tiêu đ sai lệch ε(t), tín hiệu ph n h i đ ợc đ a về so sánh v i tín hiệu đặt để t o nên tín hiệu điều khiển, hình 1.5 trình bày hệ thống t đ ng điều chỉnh điện áp xây d ng theo nguyên lý đ lệch, tong đó: G: máy phát đ ng b , Đ: B đo và bi n đ i (n u cần), C: B t o tín hiệu chuẩn, S: Khâu so sánh, K: Khâu khu ch đ i, KT: Cu n dây kích từ. C UF Đ S K K G Hình 1.8 Hệ thống t đ ng điều chỉnh điện áp xây d ng theo nguyên lý đ lệch. - Nguyên lý điều khiển theo mẫu; Nguyên lý điều khiển theo bù trừ nhiễu là nguyên lý đ ợc xây d ng trong đó tác đ ng điều khiển đ ợc thành lập theo k t qu đo nhiễu tác đ ng vào đối t ợng. Các hệ thống khi đ ợc xây d ng theo nguyên lý này làm việc v i m ch h , không có mối liên hệ ng ợc (ph n h i) và cấu trúc hệ thống th ng thi t k có thi t bị bù t o tín hiệu tác đ ng ng ợc dấu v i dấu c a nhiễu tác đ ng lên đối t ợng. u điểm c a nguyên lý này là hệ thống tác đ ng nhanh vì tác đ ng gây nên sai lệch đ ợc đo tr c ti p, nh ợc điểm c a nguyên lý này là không có kh năng khử đ ợc tất c các lo i nhiễu vì làm nh vậy phần tử đo s rất nhiều, t o m t hệ thống quá ph c t p. Hình 1.6 trình bày hệ thống t đ ng điều chỉnh điện áp xây d ng theo nguyên lý bù trừ nhiễu, trong đó: G- máy phát đống b Zt- Cu n kháng CT- Bi n dòng, Re- B chỉnh l u. KT- Cu n dây kích từ. U Zt I CI Ii Ikt G KT Hình 1.9 Hệ t đ ng điều chỉnh điện áp xây d ng theo nguyên lý bù trừ Về nguyên tắc, b t đ ng điều chỉnh điện áp xây d ng theo nguyên lý bù trừ nhiễu làm việc v i thuật điều khiển: I KT IU (1.3) II Trong đó dòng II chính là dòng t i còn dòng IU là dòng điện đo điện áp máy phát rơi trên cu n kháng Zt, cu n kháng Zt là thuần c m nên dòng điện IU bao gi cũng chậm sau điện áp U m t góc 900 điện. Đ thị vecto c a hệ thống nh hình 1.7. I I KT U IU Hình 1.10 Đ thị vecto c a hệ thống điều chỉnh theo nguyên lý bù nhiễu. Nguyên lý c a hệ thống trình bày trên hình 1.8. Trong đó: Ir là bi n áp ph c hợp v i cu n dây WU mang tín hiệu điện áp d i d ng dòng thông qua cu n kháng Zt, cu n dây WI lấy tín hiệu dòng t i từ bi n dòng CT, cu n dây t ng hợp Wkt là cu n th cấp. Zt U F Ir IU WU CI Wkt Re Ii Wi Ikt KT G Hình 1.11 Hệ t đ ng điều chỉnh điện áp dùng bi n áp ph c hợp. - Nguyên lý điều khiển k t hợp; Đây là các hệ thống đ ợc xây d ng d a trên k t qu liên hợp gi a hai ph ơng pháp điều chỉnh theo đ lệch và bù trừ nhiễu. Th c hiện liên hợp để t o nên m t hệ thống có tất c các u điểm c a hai hệ thống và khắc phục đ ợc nh ng khuy t điểm c a c hai t c là tránh đ ợc nh ng vùng tối trong điều khiển. Đặc điểm c a nguyên lý k t hợp là bên c nh các m ch vòng kín t o nên tín hiệu ph n h i âm, còn có các m ch bù trừ tác đ ng theo nhiễu th ng ợc dấu v i nhiễu để t o nên h ng điều chỉnh ng ợc l i h ng là tín hiệu bù ng tác đ ng c a nhiễu hay các m ch phụ bù trừ sai số do tác đ ng từ tín hiệu vào gây nên. - Nguyên lý điều khiển thích nghi; Trong hệ thống t đ ng điều chỉnh điện áp trên các con tàu hiện nay, nguyên lý này hoàn toàn ch a đ ợc th c hiện. M t trong nh ng nguyên nhân mà điều khiển thích nghi ch a áp dụng cho hệ thống t đ ng điều chỉnh điện áp là do đây là m t nguyên lý hiện đ i, hệ thống điều chỉnh điện áp cũng ch a đòi h i khắt khe về các yêu cầu kỹ thuật và hệ thống thích nghi có cấu trúc rất ph c t p, giá thành cao… Nguyên lý điều khiển thích nghi là nguyên lý điều khiển hiện đ i, mang tính chất thích nghi nh áp dụng các ph ơng tiện kỹ thuật đặc biệt v i công nghệ cao mô ph ng ho t đ ng c a các cơ thể sống. V i hệ thích nghi, bao gi cũng ph i sử dụng khâu quan sát để thu thập các thông tin th c t i c a môi tr ng và các quá trình diễn ra trong hệ thống. Từ k t qu quan sát, thông tin đ ợc thông tin xử lý d liệu và sử dụng vào việc điều chỉnh tham số, cấu trúc hoặc thuật toán điều khiển cho hệ thống để đ t đ ợc tr ng thái mong muốn khi các điều khiển thích nghi là cần hai vòng điều chỉnh trong đó m t là vòng cơ b n còn vòng th hai là vòng điều chỉnh thích nghi. Hệ điều khiển thích nghi là hệ mang tính chất c a m t hệ thống phi tuy n, không dừng. Việc xây d ng b điều khiển thích nghi có thể thông qua ph ơng pháp tr c ti p v i việc nhận d ng th ng xuyên các tham số c a đối t ợng trong hệ kín. Nhận d ng thông số có thể th c hiện bằng việc đo th ng xuyên tr ng thái đối t ợng d a vào các tín hiệu vào/ra, trên cơ s nhận d ng, ch n thuật toán điều khiển. Hình 1.9 trình bày hệ thống điều khiển thích nghi v i việc nhận d ng liên tục. B đi u khiển Đ i t ng đi u khiển Nh n d ng C c u thích nghi Hình 1.12 Hệ thống điều khiển thích nghi v i việc nhận d ng liên tục Trong điều khiển thích nghi có thể xây d ng theo mô hình t chỉnh cấu trúc, v i mô hình này b điều khiển ph i có kh năng t chỉnh định các luật điều khiển. Việc chỉnh định các luật điều khiển cần ph i xác định quan hệ gi a các giá trị đ ợc hiệu chỉnh đầu ra v i giá trị bi n đ i đầu vào và muốn th c hiện đ ợc điều này thì cần ph i có mô hình c a đối t ợng, có nh vậy m i có thể tính toán các đầu vào t ơng ng v i các giá trị đầu ra cần đ t đ ợc. CH NG 2. MÔ HÌNH TOÁN MÁY PHÁT Đ NG B 3 PHA 2.1 Mô hình toán máy phát đ ng b xoay chi u 3 pha 2.1.1 Ph ng trình máy đi n đ ng b h tr c 3 pha. Để nghiên c u quá trình quá đ (QTQĐ) trong máy điện đ ng b [5]th ng sử dụng ph ơng trình vi phân hệ trục pha ( hệ trục không chuyển đ ng ) c a máy. Các ph ơng trình này vi t d d [ ] R[ I ] [U ] dt d [ dt J r i d ng ma trận sau: [U S ] (2.1) ] Rr [ I r ] [U r ] d2 dt 2 M Mm Ph ơng trình th nhất là ph ơng trình cân bằng suất điện đ ng c a stato và có các giá trị nh sau: [ ] [ A [I ] [I A [U ] [U A [U S ] [U s A B C ]T I C ]T IB UB UsB (2.2) U C ]T U sC ]T Trong đó: T – Kí hiệu ma trận chuyển vị Ph ơng trình vi phân th hai c a (2.1) là ph ơng trình cân bằng điện áp m ch roto có giá trị nh sau: [ r ] [ f [I r ] [I f [U r ] [U f [ Rr ] rd I rd rq ]T I rq ]T U rd Re gonal[ R f (2.3) U rq ]T Rrd Rrq ]T Ph ơng trình vi phân th ba c a (2.1) là ph ơng trình mômen Trong các ph ơng trình trên: A , B , C , f , rd , rq - từ thông móc vòng c a các pha A, B, C c a stato, c a cu n kích từ, cu n n định trục d c, cu n n định trục ngang; IA, IB, IC, If, Ird, Irq- dòng điện các pha c a stato, dòng điện kích từ, dòng cu n trục ngang, trục d c; U s A ,U s B , U sC - Điện áp các pha c a l i điện, chúng có dấu ng ợc v i điện áp trên c c máy phát; J – Mômen quán tính c a các phần quay; M = dWe/dt – mômen điện từ, We – năng l ợng điện từ c a máy; Mm – mômen cơ khí và A) v i h là góc hợp b i không chuyển đ ng ( trục pha ng trục d. Trong các biểu th c trên, các đ i l ợng đo bằng các đ i l ợng vật lý. Từ thông móc vòng có thể biểu diễn theo đ t c m c a các pha stato và rôto và ng ợc l i. Các ma trận này có giá trị nh sau: [ ] [ Lss ][ I ] [ M sr ][ I r ] [ r ] [ Lrr ][ I r ] [ M rs ][ I ] (2.4) Trong đó: [Lss], [Lrr] – ma trận đ t c m c a các pha stato và rôto; [Msr], [Mrs] – ma trận đ c m ng t ơng h gi a m ch stato v i rôto và ng ợc l i. Các ma trận này có giá trị nh sau: LA [ Lss ] M AB M BA LB M BC M CA LC [ M rs ] [ M sr ] Lf M AC M CB ; [ Lrr ] M frd M rfd Lrd 0 M Af M Ard M Arq M Bf M Brd M Brq M Cf M Crd LCrq 0 0 0 Lrd Theo lý thuy t máy điện đ ng b thì đ t c m và t ơng h c a máy điện đ ng b là hàm tốc đ góc quay c a roto v i chu kì π (hình 2.2). B L d Lm Ltb A 0 Id Iq 0 a) C b) Hình 2.1 Đ t c m c a máy điện đ ng b Từ hình 2.1 ta có : LA Ltb Lm cos 2 LB Ltb Lm cos(2 2 ) 3 LA Ltb Lm cos(2 2 ) 3 LC Ltb Lm cos(2 2 ) 3 LA Ltb Lm cos(2 2 ) 3 Trong đó Ltb ld lq 2 , Lm ld lq 2 ; ld, lq là hệ số t c m cu n dây pha vị trí trục d c và trục ngang, ng v i = 0 và = π/2. Các giá trị này không đ i khi