›
›

Luận văn Máy điện dị bộ, nghiên cứu máy điện dị bộ nguồn kép trong chế độ máy phát sử dụng động cơ lai có tốc độ dải rộng

pdf 64 trang phuongnguyen 4020
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Luận văn Máy điện dị bộ, nghiên cứu máy điện dị bộ nguồn kép trong chế độ máy phát sử dụng động cơ lai có tốc độ dải rộng", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfluan_van_may_dien_di_bo_nghien_cuu_may_dien_di_bo_nguon_kep.pdf

Nội dung text: Luận văn Máy điện dị bộ, nghiên cứu máy điện dị bộ nguồn kép trong chế độ máy phát sử dụng động cơ lai có tốc độ dải rộng

  1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG Luận văn Máy điện dị bộ, nghiên cứu máy điện dị bộ nguồn kép trong chế độ máy phát sử dụng động cơ lai có tốc độ dải rộng
  2. LỜI NÓI ĐẦU Năng lƣợng là một vấn đề cực kỳ quan trọng trong xã hội ta. Ở bất kỳ quốc gia nào, năng lƣợng nói chung và năng lƣợng điện nói riêng luôn luôn đƣợc coi là ngành công nghiệp mang tính chất xƣơng sống cho sự phát triển của nền kinh tế. Việc sản xuất và sử dụng điện năng một cách hiệu quả luôn đƣợc coi trọng một cách đặc biệt. Ý nghĩa quan trọng và cũng là mục tiêu cao cả nhất của ngành công nghiệp then chốt này là nhằm nâng cao đời sống của mỗi ngƣời dân. Máy phát điện không đồng bộ cấp nguồn từ hai phía đã và đang đƣợc nghiên cứu để tạo nên sản phẩm đƣợc sử dụng trong ngành điện sử dụng năng lƣợng gió hiện nay vì một trong những ƣu điểm nổi bật của hệ thống máy điện loại này khi kết hợp với các bộ biến đổi công suất hiện đại đã cho phép làm việc trong dải tốc độ rất rộng của động cơ sơ cấp. Máy điện dị bộ roto dây quấn kết hợp với các bộ biến đổi công suất và đƣợc cấp nguồn từ hai phía ngƣời ta gọi là DFIG (Doubly-Fed Induction Generator). Việt Nam là đất nƣớc có khả năng phát triển hệ thống phát điện sử dụng năng lƣợng gió. Vì vậy, để bắt kịp với công nghệ phục vụ cho lĩnh vực này tôi đƣợc nhận đề tài nghiên cứu về loại máy phát điện mà đã từ lâu bị lãng quên đó là máy phát dị bộ roto dây quấn làm việc trong chế độ máy phát. Đề tài mang tên: “Máy điện dị bộ, nghiên cứu máy điện dị bộ nguồn kép trong chế độ máy phát sử dụng động cơ lai có tốc độ dải rộng”. Đề tài gồm có ba chƣơng : Chƣơng 1: Máy điện không đồng bộ trong chế độ máy phát. Chƣơng 2: Hệ thống máy phát điện không đồng bộ nguồn kép. Chƣơng 3: Mô hình máy phát không đồng bộ Roto dây quấn- xây dựng dựa trên cơ sở điều khiển. 1
  3. Sau thời gian làm việc dƣới sự hƣớng dẫn tận tình của thầy giáo TS. Nguyễn Tiến Ban, tôi đã hoàn thành đề tài nghiên cứu của mình. Tuy nhiên, do sự hiểu biết và kiến thức còn hạn chế nên chắc chắn còn nhiều sai sót. Tôi rất mong đƣợc sự thông cảm và chỉ bảo của các thầy các cô để tôi có thể hoàn thiện hơn nữa. Hải Phòng, ngày 12 tháng 7 năm 2010. Sinh viên thực hiện. Hoàng Xuân An 2
  4. CHƢƠNG 1 MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ TRONG CHẾ ĐỘ MÁY PHÁT 1.1. MÁY PHÁT ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Máy phát điện không đồng bộ là loại máy điện xoay chiều, làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ, có tốc độ quay của roto khác với tốc độ quay của từ trƣờng (n n1). Nhƣng từ trƣờng stator và từ trƣờng rotor quay đồng bộ (không chuyển động tƣơng đối với nhau). Từ ngày đƣợc phát minh, máy điện không đồng bộ luôn và chỉ đƣợc sử dụng trong chế độ động cơ, vì bản thân nó làm việc ở chế độ động cơ có rất nhiều ƣu điểm: - Dễ dùng cho các đối tƣợng. - Gọn nhẹ về kết cấu. - Dễ vận hành và khai thác. - Hiệu suất chung cao. - An toàn và tin cậy. Ở chế độ máy phát thì máy điện không đồng bộ lại thể hiện quá nhiều nhƣợc điểm, đặc biệt là nó đòi hỏi phải có những thiết bị phụ mới tạo nên đƣợc chức năng máy phát. So với máy điện đồng bộ trong chức năng này thì máy điện dị bộ hoàn toàn không đƣợc bất cứ một ƣu điểm nào để ứng dụng trong thực tế. Để đánh giá lại chức năng máy phát của máy điện dị bộ dƣới đây sẽ phân tích chế độ máy phát cho hai loại: Rotor lồng sóc và Rotor dây quấn. 3
  5. 1.1.1. Máy phát điện không đồng bộ rotor dây quấn. 1.1.1.1. Cấu tạo của máy phát điện không đồng bộ rotor dây quấn. Máy điện không đồng bộ rotor dây quấn gồm các bộ phận chính sau: stato, rotor. a. Stato là thành phần tĩnh gồm 2 bộ phận chính là lõi thép và dây quấn. Ngoài ra còn có vỏ máy, nắp máy. - Lõi thép: Lõi thép đƣợc làm bằng những lá thép kĩ thuật điện dày 0,35 ÷ 0,5 mm, bề mặt có phủ sơn cách điện để chống tổn hao do dòng điện xoáy. Hình 1.1 trình bày về lõi thép Stato của máy điện dị bộ. Khi đƣờng kính máy nhỏ, các lá thép đƣợc dập theo hình tròn nhƣ ở hình 1-1a. Khi đƣờng kính ngoài lõi thép lớn (trên 990 mm) các lá thép đƣợc dập thành hình rẻ quạt (hình 1-1b). Các lá thép ghép lại với nhau rồi ép chặt tạo thành hình trụ rỗng, bên trong hình thành các rãnh để đặt dây quấn nhƣ ở hình 1-1c. Nếu lõi thép dài quá thì các lá thép đƣợc ghép thành từng thếp dày 6 ÷ 8 cm, các thếp đặt cách nhau 1 cm để tạo đƣờng thông gió hƣớng tâm. Hình 1.1 Lõi thép stato máy điện không đồng bộ a) Hình vành khăn ; b) Hình rẻ quạt ; c) Mạch từ stato 4
  6. - Dây quấn: Là phần dẫn điện, đƣợc làm bằng dây đồng có bọc cách điện Dây quấn stato của máy điện không đồng bộ 3 pha gồm ba dây quấn pha có trục đặt lệch nhau trong không gian 1200 điện, mỗi pha gồm nhiều bối dây, mỗi bối dây gồm nhiều vòng dây (hình 1-2a). Mỗi vòng dây có hai cạnh tác dụng. Các bối dây đƣợc đặt vào rãnh của lõi thép stato (hình 1-2b) và đƣợc nối với nhau theo một quy luật nhất định. Dây quấn của máy điện dị bộ có thể thực hiện theo rất nhiều kiểu quấn dây. Tùy theo mục đích, yêu cầu sử dụng, và yêu cầu công nghệ, ngƣời ta sẽ thiết kế đáp ứng theo các tiêu chí kỹ thuật. a b Hình 1.2 Dây quấn stato - Vỏ máy: Vỏ máy làm bằng nhôm hoặc gang dùng để cố định lõi thép và dây quấn cũng nhƣ cố định máy trên bệ, không dùng để làm mạch dẫn từ. Đối với máy có công suất tƣơng đối lớn (1000kw) thƣờng dùng thép tấm hàn lại thành vỏ. Tuỳ theo cách làm nguội máy mà dạng vỏ cũng khác nhau. Hai đầu vỏ có nắp máy và ổ đỡ trục. Vỏ máy và nắp máy còn dùng để bảo vệ máy. b. Roto là phần quay gồm lõi thép, dây quấn, vành trƣợt và trục máy. Lõi thép: Lõi thép rôto đƣợc làm bằng các lá thép kĩ thuật điện, dập nhƣ hình 1-3a. 5
  7. Các lá thép sau khi sơn cách điện đƣợc ghép lại thành khối hình trụ mặt ngoài hình thành các rãnh để đặt dây quấn rôto, ở giữa có lỗ để ghép trục và nếu công suất lớn ngƣời ta khoan lỗ để thông gió làm mát. Trên thực tế, tổn hao sắt ở lõi thép rôto với máy công suất nhỏ là không lớn lắm cho nên trong nhiều trƣờng hợp ngƣời ta cũng có thể sử dụng thép rèn. Với các máy công suất lớn thì lõi thép phải là loại thép lá kĩ thuật điện có công nghệ chế tạo giống nhƣ lõi thép của Stato. Khi sử dụng thép lá ngƣời ta có thể để lợi dụng phần thép kĩ thuật điện sau khi dập lõi sắt stato, ngƣời ta dùng để ép lõi thép rô to. Hình 1.3 trình bày về cấu trúc của lõi Rotor. Hình 1.3 Lá thép rôto của máy điện không đồng bộ Dây quấn Roto cũng đƣợc thực hiện nhƣ công nghệ quấn dây của Stato. Cuộn dây Roto cũng là ba pha với cách quấn đƣợc thiết kế giống nhƣ stato nhƣng kích thƣớc dây quấn và số vòng mỗi pha dây quấn phải đƣợc tính toán phù hợp với dòng điện và điện áp tính toán cho Rotor. Dây quấn đƣợc đặt trong rãnh của lõi thép rôto. Dây quấn 3 pha của rôto thƣờng đấu hình sao (Y), ba đầu còn lại đƣợc nối với ba vành trƣợt làm bằng đồng cố định ở đầu trục, tì lên ba vành trƣợt là ba chổi than (hình 1- 4b). Hệ thống chổi than và vành trƣợt của Rotor máy điện dị bộ là để ghép nối phần điện với mạch điện bên ngoài nên về công nghệ hệ thống này cũng 6
  8. đòi hỏi đƣợc chế tạo chính xác, chắc chắn và làm việc tin cậy. Các vành góp phải đƣợc làm từ đồng đƣợc chế tạo ở áp suất cao với độ bền cơ khí tốt để chịu nhiệt, chống mài mòn, không bị biến dạng trong quá trình làm việc. Hệ thống chổi than với giá đỡ, lò xo, cán chổi và than cũng phải đƣợc thiết kế theo tiêu chuẩn và giống nhƣ của máy điện một chiều. Một trong những yêu cầu về điện là điện trở tiếp xúc giữa than và chổi than là phải nhỏ.Thông qua chổi than có thể ghép thêm điện trở phụ hay đƣa sức điện động phụ vào mạch rôto trong chế độ động cơ và để ghép nối với các bộ Inverter, Converter trong chế độ máy phát (nếu cần). Hình 1.4 trình bày hình ảnh một roto dây quấn của máy điện dị bộ (hình 1.4a) và cách ghép nối giữa cuộn dây Rotor với điện trở bên ngoài trong chế độ động cơ (hình 1.4b). Hình 1.4 Rôto dây quấn (a) và sơ đồ mạch điện (b) của rôto dây quấn Nhận xét:  Máy điện dị bộ Rotor dây quấn có cấu trúc phức tạp, việc chế tạo khó khăn và với quan điểm tin cậy thì mạch điện của loại máy điện này có 7
  9. nhiều khâu nên chắc chắn sẽ có độ tin cậy thấp hơn so với loại roto dây quấn.  Trong ghép nối mạch điện với mạch ngoài vấn đề công nghệ cũng đòi hỏi phải có những yêu cầu khắt khe và chắc chắn, nên ngƣời thực hiện phải có trình độ tay nghề cũng nhƣ lý luận thực tế. 1.1.1.2. Nguyên lý hoạt động của máy phát không đồng bộ rotor dây quấn. Máy phát điện không đồng bộ roto dây quấn có 2 cuộn dây: dây quấn stato (phần tĩnh) nối với lƣới điện tần số không đổi f1, dây quấn roto (phần động) đƣợc nối tắt lại hoặc khép kín trên điện trở, hoặc nối với các thiết bị phụ khác. Khi nghiên cứu máy điện dị bộ trong chế độ máy phát ngƣời ta phải đƣa điện xoay chiều 3 pha vào 3 cuộn dây của Stato – Dòng điện 3 pha này tạo thành từ trƣờng quay quay với tốc độ: n1 = (1.1) Trong đó: f: Tần số ; p: Số đôi cực Lúc đó nếu ta sử dụng một động cơ sơ cấp lai Rotor của máy điện, quay cùng chiều và với tốc độ n lớn hơn tốc độ n1 thì độ trƣợt. S = < 0 (1 2) 8
  10. B B B B n n n n Chế độ động cơ Chế độ máy phát Hình 1.5 Dòng điện Rotor trong chế độ động cơ (a) và chế độ máy phát (b) Dòng điện chạy trong Rotor trong trƣờng hợp máy phát này sẽ ngƣợc chiều với dòng điện ở chế độ động cơ. Hình 1.5 trình bày chiều dòng điện Rotor trong hai chế độ. Nhƣ vậy thông qua từ trƣờng của máy điện, cơ năng của động cơ sơ cấp đã biến thành điện năng và cấp năng lƣợng trả lên lƣới. Tuy nhiên, qua phân tích thấy rằng máy điện đã sử dụng một phần công suất của lƣới để tạo nên từ trƣờng quay – Đó chính là công suất phản kháng Q. Và nhƣ vậy nếu làm việc ở chế độ này thì máy điện đã phải tiêu hao một lƣợng công suất phản kháng của lƣới. Nhƣ thế hệ số cos của lƣới sẽ bị giảm đi. Nếu nhƣ máy điện muốn làm việc độc lập thì cần phải có thiết bị để tạo nên lƣợng công suất phản kháng này – Và thực tế phải sử dụng bộ tụ điện để làm việc đó. Đây chính là nhƣợc điểm rất lớn mà máy điện dị bộ làm việc ở chế độ máy phát gặp phải. Chính lý do này nhƣ đã trình bày ở trên nên so với máy điện đồng bộ thì máy phát điện dị bộ bị lãng quên trong quá khứ là hoàn toàn có lí. 9
  11. 1.1.2. Máy phát điện không đồng bộ rotor lồng sóc. 1.1.2.1. Cấu tạo máy phát điện không đồng bộ rotor lồng sóc. Bao gồm hai kết cấu chính là mạch từ và dây quấn. a) Mạch từ của máy phát là hai khối thép đồng trục cách nhau bởi một khe hở không khí đảm bảo cho một trong hai khối thép có thể chuyển động quay tƣơng đối so với khối kia. Khối đứng yên gọi là phần tĩnh hay stato còn khối quay đƣợc gọi là phần quay hay rôto. Do từ thông trong khối thép là xoay chiều nên các lá thép đƣợc ghép bằng các lá thép kỹ thuật điện (tôn silíc) dày 0,35 0,5 mm để giảm tổn hao do dòng xoáy. Các dây quấn của máy phát đƣợc đặt hai phía khe hở trong các rãnh của stato và rôto. Các bộ phận kết cấu khác bao gồm: Vỏ máy, nắp máy, trục, ổ bi và quạt gió làm mát - Vỏ stato: Có nhiệm vụ truyền nhiệt, làm mát và lắp đặt các chi tiết phụ vỏ phải đảm bảo về độ cứng và độ bền sau khi lắp li thép và gia công vỏ. Vỏ có hai loại, loại gang đúc và loại thép tấm hàn lại. Loại gang đúc đƣợc chia làm hai loại: Loại có gân trong và loại không có gân trong: + Loại có gân trong có đặc điểm là khi gia công tốc độ cắt gọt chậm. Phƣơng pháp cố định lỏi sắt trong máy điện cỡ nhỏ và vừa thƣờng là đai lõi thép lại rồi ép vào vỏ hoặc xếp trực tiếp các lá thép vào rồi chốt hai đầu lại. Ở máy điện lớn thì xếp các lá tôn silíc vào vỏ rồi dùng bulông ép lại. - Lõi sắt stato: Khi đƣờng kính ngoài lõi sắt nhỏ hơn một mét thì sử dụng thép lõi với tấm nguyên để làm lõi sắt, lõi sắt sau khi ép vào vỏ sẽ có một chốt cố định với vỏ để khỏi bị quay dƣới tác dụng của mômen điện từ. Nếu đƣờng kính ngoài lớn hơn một mét thì dùng các tấm hình rẻ quạt ghép lại, khi ấy để ghép chặt lõi sắt thƣờng dùng hai tấm thép dày ép hai đầu. Để tránh lực hƣớng tâm và lực hút các tấm thép thƣờng làm những cánh đuôi nhạn hình rẻ quạt trên các tấm để ghép các tấm vào các gân trên vỏ máy. b) Rôto: Nếu đƣờng kính rôto nhỏ hơn 350 mm thì lõi sắt rôto thƣờng đƣợc ép trực tiếp lên trục hoặc ống lồng trục, đó là vì đƣờng kính rôto không 10
  12. lớn, phần trong của lá thép cắt ra không dùng đƣợc vào việc gì có giá trị kinh tế lớn mà kết cấu của rôto lại đƣợc đơn giản hóa. Việc dùng ống lồng cũng rất hạn chế, chỉ dùng khi cần thiết nhƣ động cơ điện trên tàu điện để thay trục đƣợc dễ dàng. Khi đƣờng kính rôto lớn hơn 350 mm đƣờng kính trong rôto cố gắng lấy ra lớn hơn để dùng lõi thép lấy ra sử dụng vào việc khác, do đó còn có giá đỡ rôto. Khi đƣờng kính rôto lớn hơn 1000 mm thì dùng các tấm tôn silíc hình rẻ quạt gép lại. Khi đó dùng giá đỡ rôto hình sao, giá đỡ rôto trong các máy lớn thƣờng làm bằng thép tấm ghép lại. Lõi sắt thƣờng đƣợc ép chặt với áp suất từ 5 kg/cm2 đối với cỡ trung, đến 10 Kg/cm2 với máy cỡ nhỏ và phải có vòng ép để giữ chặt áp suất đó, để tránh lõi sắt ở hai đầu bị tản ra thì trong các máy nhỏ thƣờng dùng những tấm thép dày 1,5 mm ép lại. Trong máy lớn thƣờng dùng những tấm ép có răng, răng phải tán hay hàn vào lá thép ép để khi quay không văng ra. Rôto máy phát điện không đồng bộ rôto lồng sóc thƣờng có rãnh và đƣợc đúc đầy trong rãnh rôto là các thanh dẫn bằng nhôm hoặc đồng, các thanh dẫn này dài ra khỏi lõi sắt và đƣợc nối tắt hai đầu bằng hai vành ngắn mạch bằng nhôm hoặc đồng làm thành một cái lồng mà ngƣời ta quen gọi là lồng sóc. Trong máy điện cỡ nhỏ rãnh rôto thƣờng đƣợc làm chéo đi một góc so với tâm trục để cải thiện dạng sóng suất điện động. Hình 1.6 Dây quấn rôto lồng sóc (a) và rôto lồng sóc rãnh chéo (b) 11
  13. - Quạt gió: Nhiệm vụ của quạt gió là tạo ra một áp suất đủ lớn để đƣa dòng khí cần thiết qua hệ thống thông gió của máy đễ làm mát máy. Quạt đƣợc gắn trên trục động cơ, tốc độ của quạt là tốc độ của máy phát, kích thƣớc của quạt bị giới hạn bởi kết cấu của máy phát, trong máy điện thƣờng có ba loại quạt thƣờng dùng: Quạt ly tâm, quạt hƣớng trụ và quạt hỗn hợp ly tâm và hƣớng trục, nhƣng thông dụng nhất vẫn là quạt ly tâm. Ở quạt ly tâm khi cánh quạt quay không khí ở giữa khe các cánh quạt bị đẩy ra ngoài dƣới tác dụng của lực ly tâm, do đó ở vùng vòng trong của cánh quạt nơi lỗ gió vào tạo thành vùng không khí loãng còn vùng ngoài của vòng ngoài cánh quạt nơi thoáng gió ra có áp suất cao, quạt ly tâm đƣợc dùng nhiều trong máy điện vì tạo đƣợc áp suất khí cao phù hợp với đặc tính của hệ thống thông gió trong máy điện nhƣng nhƣợc điểm của nó là hiệu suất thấp . - Dây quấn: Dây quấn của máy phát không đồng bộ ba pha rôto lồng sóc gồm nhiều phần tử nối với nhau theo một quy luật nào đó. Phần tử ở đây chính là bối dây và đƣợc đặt vào trong các rãnh phần ứng. Bối dây có thể chỉ là một vòng dây (gọi là dây quấn kiểu thanh dẫn, bối dây thƣờng chế tạo dạng 1/2 phần tƣ và tiết diện thƣờng lớn), cũng có thể có nhiều vòng dây (tiết diện dây nhỏ và gọi là dây quấn kiểu vòng dây). Số vòng dây của mỗi bối dây, số bối dây của mỗi pha và cách nối phụ thuộc vào công suất, điện áp, tốc độ, điều kiện làm việc của máy và quá trình tính toán điện từ. Dây quấn có các yêu cầu sau : + Điện áp ba pha phải bằng nhau, trong dây quấn ba pha điện áp ba pha lệch nhau 120o góc độ điện . + Điện trở và điện kháng của các mạch song song của ba pha bằng nhau. + Có thể đấu thành các mạch song song khi cần thiết . + Dễ chế tạo và sửa chữa . 12
  14. + Cách điện giữa các vòng dây, các pha và với đất ít tốn kém và chắc chắn. + Kết cấu chắc chắn, có thể chịu đƣợc ứng lực cơ khi máy bị ngắn mạch đột ngột hay khi khởi động. - Gối trục: Máy điện có thể dùng gối trục là ổ bi hay ổ trƣợt. Máy điện nhỏ và vừa hiện nay dùng ổ bi là chủ yếu, chỉ trong những máy nhỏ yêu cầu không có tiếng ồn mới dùng bạc. Máy lớn phải dùng ổ bi, ổ bi có các ƣu điểm sau là kích thƣớc nhỏ, kết cấu gọn, độ mài mòn không lớn, bảo dƣỡng đơn giản, tổn hao ma sát nhỏ, điều này rất quan trọng đối với những máy thƣờng khởi động.  Nhận xét:  Ƣu diểm - Kết cấu đơn giản nên giá thành rẻ. - Vận hành dễ dàng, bảo quản thuận tiện. - Sử dụng rộng rãi và phổ biến trong phạm vi công suất nhỏ và vừa.  Khuyết điểm - Khó điều chỉnh tốc độ. - Đặc tính mở máy không tốt, dòng mở máy lớn. 1.1.2.2. Nguyên lý hoạt động của máy phát không đồng bộ rotor lồng sóc Máy phát điện không đồng bộ roto lồng sóc có 2 dây quấn: dây quấn stato (phần tĩnh) nối với lƣới điện tần số không đổi f1, dây quấn roto (phần động) đƣợc nối tắt lại hoặc khép kín trên điện trở. Khi ta tạo một từ trƣờng với tốc độ n1 = trong lõi thép stato của máy điện không đồng bộ, thì từ trƣờng này quét qua dây quấn nhiều pha tự ngắn mạch đặt trên lõi thép rotor và cảm ứng trong dây quấn đó suất điện động và dòng điện. Từ thông do dòng điện này sinh ra hợp với từ thông của stato tạo thành từ thông tổng ở khe hở. Dòng điện trong dây quấn tác dụng với 13
  15. từ thông khe hở sinh ra momen, tác dụng đó có quan hệ mật thiết với tốc độ quay của roto. Khi roto quay thuận (cùng chiều từ trƣờng) và nhanh hơn tốc độ đồng bộ nghĩa là vƣợt tốc độ đồng bộ (n > n1), khi đó chiều của từ trƣờng quay quét qua dây dẫn sẽ có chiều ngƣợc lại, sức điện động và dòng điện trong dây dẫn roto cũng đổi chiều nên chiều của mome cũng ngƣợc chiều quay của n1 nghĩa là ngƣợc lại với chiều của roto nên đó là mome hãm. Máy điện đã biến cơ năng tác dụng lên trục dòng điện nghĩa là máy điện làm việc ở chế độ máy phát điện. Trong quá trình hoạt động ở tốc độ cố định, máy phát không đồng bộ roto lồng sóc đƣợc nối trực tiếp với lƣới điện; điện áp và tần số máy phát đƣợc quyết định bởi lƣới điện. Hệ thống ở tốc độ cố định thƣờng làm việc ở hai cấp tốc độ cố định. Điều này đƣợc thực hiện bằng cách sử dụng hai máy phát có công suất định mức và có số cặp từ khác nhau, hoặc cùng một máy phát nhƣng có hai cuộn dây với định mức và số cặp từ khác nhau. Máy phát không đồng bộ thƣờng cho phép làm việc trong pham vi độ trƣợt từ 1-2 %, vì độ trƣợt lớn đồng nghĩa với tổn hao tăng lên và hiệu suất thấp hơn.  Ƣu điểm: Cấu tạo đơn giản, vững chắc và độ tin cậy cao.  Nhƣợc điểm: + Không thể điều khiển công suất tối ƣu + Do tốc độ roto đƣợc giữ cố định nên ứng lực tác động lên hệ thống rất lớn khi rôto ngừng đột ngột. + Không có khả năng điều khiển tích cực. Khi hệ thống làm việc với tốc độ thay đổi (biến đổi toàn bộ công suất). Hệ thống đƣợc trang bị một bộ biến đổi công suất đặt giữa stator máy phát và lƣới điện, máy phát có thể là máy phát đồng bộ hoặc máy phát không đồng bộ roto lồng sóc, với cấu hình này, có thể điều khiển tối ƣu công suất nhận đƣợc, 14
  16. nhƣng do phải biến đổi toàn bộ công suất phát nên tổn hao lớn cũng nhƣ chi phí đầu tƣ cho bộ biến đổi công suất tăng lên. 1.2. BIẾN TẦN 1.2.1 Giới thiệu chung Bộ biến tần là một thiết bị điện tĩnh biến đổi năng lƣợng điện xoay chiều từ tần số f1 sang nguồn điện có tần số khác f2.  Phân loại. Biến tần đƣợc chia thành 2 loại: - Biến tần trực tiếp. - Biến tần gián tiếp. Trong giới hạn của đồ án này em đi sâu nghiên cứu biến tần gián tiếp 1.2.2 Biến tần gián tiếp U U1 Bộ 2 ~ Chỉnh Nghịch ~ lƣu lọc lƣu f1 f2 Hình 1.7 Sơ đồ khối biến tần gián tiếp Từ sơ đồ chức năng trên hình 1.7 thấy rằng biến tần gián tiếp gồm một số khâu cơ bản sau: - Khâu chỉnh lƣu: Đây là khâu dùng để biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng một chiều và trong thực tế ngƣời ta thƣờng sử dụng sơ đồ cầu. Nếu là bộ chỉnh lƣu một pha thì ngƣời ta sử dụng sơ đồ cầu 1 pha, còn nếu là bộ biến tần 3 pha thì ngƣời ta sử dụng sơ đồ cầu 3 pha. Bộ chỉnh lƣu có thể dùng diode (chỉnh lƣu không điều khiển), hoặc Thyristo hoặc Transistor ( thƣờng là IGBT) nếu có yêu cầu điều khiển. Lúc đó 15
  17. tùy theo yêu cầu cụ thể mà ta sẽ chọn lựa bộ chỉnh lƣu đó là loại gì. Nếu trong hệ thống phải sử dụng cầu chỉnh lƣu làm việc đƣợc trong chế độ nghịch lƣu thì bắt buộc phải dùng Thyristo hoặc Transistor công suất. - Bộ chỉnh lƣu: Sẽ biến đổi dòng xoay chiều thành dòng 1 chiều để cung cấp năng lƣợng cho lƣới một chiều DC link. - Bộ lọc: Vì sau chỉnh lƣu thì chất lƣợng điện áp một chiều trên mạch DC là không “đẹp” nên ngƣời ta thƣờng phải sử dụng một mạch lọc để nâng cao chất lƣợng cho lƣới DC. Mạch lọc ở đây có thể sử dụng loại mạch lọc tĩnh kinh điển. Tuy nhiên trong thực tế do yêu cầu điều khiển nên đa số trong đó sử dụng loại mạch lọc tích cực và cũng sử dụng các linh kiện và thiết bị cùng loại ( hoặc là Thyristo hoặc là Transistor nhƣ trong mạch chỉnh lƣu và nghịch lƣu). Mạch một chiều này có ý nghĩa vô cùng quang trọng trong điều khiển vì nó vừa là nơi tích trữ năng lƣợng vừa là khâu trung gian phục vụ cho yêu cầu từ hai phía. Độ lớn của điện áp mạch một chiều thể hiện công suất và khả năng tạo nên ổn định cho biến tần. - Mạch nghịch lƣu: Đây là mạch biến đổi từ năng lƣợng một chiều thành xoay chiều với tần số đầu vào theo yêu cầu của điều khiển. Cũng nhƣ mạch chỉnh lƣu, ở mạch nghịch lƣu ngƣời ta phải sử dụng các thiết bị bán dẫn công suất để tạo nên hệ thống. Có thể sử dụng Thyristo hoặc là Transistor nhƣng không thể sử dụng các dioed thuần túy. Nghịch lƣu trong biến tần gián tiếp hoạt động trong chế độ độc lập vì vậy nó hoàn toàn phải đƣợc thiết kế điều khiển đƣợc. Chất lƣợng đầu ra là dạng sóng của điện áp – Ngƣời ta mong muốn sóng điện áp sẽ càng gần sinus càng tốt – Chính vì yêu cầu này mà vấn đề chọn lựa thiết bị rất quan trọng. Không thể tùy tiện thiết kế và tính toán lựa chọn điện tử công suất. 16
  18. Cũng nhƣ khâu chỉnh lƣu, khâu nghịch lƣu này cũng phải làm việc trong chế độ chỉnh lƣu vì vậy nếu sử dụng Transistor IGBT thì trong mạch không thể quên các Diode công suất ghép song song để làm nhiệm vụ chỉnh lƣu khi cần thiết. Điều khiển. Trong sơ đồ chức năng không vẽ thiết bị điều khiển nhƣng để cho biến tần hoạt động đƣợc, đặc biệt là các loại biến tần gián tiếp hoạt động hai chiều thì không thể thiếu thiết bị điều khiển. Thiết bị điều khiển phải thực hiện đƣợc việc đo lƣờng, tính toán, phát lệnh trong các chế độ khác nhau cho nên trong biến tần phải có một CPU để thực hiện. Hiện nay, CPU của các biến tần đƣợc các hãng sử dụng nhƣ là một máy tính, nó có đầy đủ: - Phần cứng: Các cửa I/O, trung tâm xử lý, giao diện, hiển thị. - Phần mềm: Các thuật điều khiển đƣợc thiết kế và cài đặt vào máy. Ngoài ra, để cho biến tần hoạt động đƣợc ngƣời ta còn phải sử dụng các sensor mạch ngoài . 1.2.2.1. Biến tần dùng nghịch lƣu dòng Dùng chỉnh lƣu có điều khiển, nghịch lƣu transitor.  Ƣu điểm: - Đơn giản và sử dụng loại transitor với tần số không cao lắm - Khi dùng với động cơ không đồng bộ là sơ đồ có khả năng trả năng lƣợng về lƣới. Khi động cơ chuyển sang chế độ máy phát, dòng đầu vào nghịch lƣu vẫn giữ không đổi, nhƣng chỉnh lƣu chuyển sang chế độ làm việc ,với góc điều khiển lớn hơn 900, nghĩa là chuyển sang chế độ nghịch lƣu phụ thuộc, nhờ đó năng lƣợng từ phía nghịch lƣu đƣợc đƣa về lƣới. Biến tần nguồn dòng cũng không sợ chế độ ngắn mạch vì có hệ thống giữ dòng không đổi nhờ chỉnh lƣu có điều khiển và cuộn kháng trong mạch một chiều. Với công suất nhỏ thì sơ đồ này không phù 17
  19. hợp vì hiệu suất kém, cồng kềnh nhƣng với công suất cỡ trên 100KW thì đây là một phƣơng án rất hiệu quả.  Nhƣợc điểm: Hệ số công suất thấp, phụ thuộc vào phụ tải, nhất là khi tải nhỏ. 1.2.2.2. Biến tần dùng nghịch lƣu áp Là loại biến tần mà nguồn tạo ra điện áp một chiều là nguồn áp (nghĩa là điện trở nguồn bằng 0). Dạng của điện áp trên tải tùy thuộc vào dạng của điện áp nguồn, còn dạng của dòng điện trên tải phụ thuộc vào thông số của mạch tải quy định. Bộ biến tần nguồn áp có ƣu điểm là tạo ra dạng dòng điện và điện áp sin hơn, dải biến thiên tần số cao hơn nên đƣợc sử dụng rộng rãi hơn. Bộ biến tần nguồn áp có hai bộ phận riêng biệt, đó là: bộ phận động lực và bộ phận điều khiển. Bộ biến đổi U1, f1 (mạch động U2, f2 lực) Điều khiển - Phần động lực gồm có các phần sau: + Bộ chỉnh lƣu: Có nhiệm vụ biến đổi dòng xoay chiều có tần số f1 thành dòng 1 chiều. + Bộ nghịch lƣu: Là thành phần rất quan trọng trong bộ biến tần, nó biến đổi dòng điện một chiều đƣợc cung cấp từ bộ chỉnh lƣu thành dòng điện xoay chiều có tần số f2. + Bộ lọc: Là bộ phận không thể thiếu đƣợc trong mạch động lực cho phép thành phần một chiều của bộ chỉnh lƣu đi qua và ngăn chặn thành phần xoay chiều. Nó có tác dụng san bằng điện áp tải sau khi chỉnh lƣu. 18
  20. - Phần điều khiển Là bộ phận không thể thiếu đƣợc, quyết định sự làm việc của mạch động lực, để đảm bảo các yêu cầu tần số, điện áp ra của bộ biến tần đều do mạch điều khiển quyết định.  Bộ điều khiển nghịch lƣu gồm 3 phần: - Khâu phát xung chủ đạo: Là khâu tự dao động tạo ra xung điều khiển đƣa đến bộ phận phân phối xung điều khiển đến từng transito. Khâu này đảm nhận điều chỉnh xung một cách dễ dàng, ngoài ra nó còn có thể đảm nhận luôn chức năng khuyếch đại xung. - Khâu phân phối xung: Làm nhiệm vụ phân phối các xung điều khiển vào khâu phát xung chủ đạo. - Khâu khuyếch đại trung gian: Có nhiệm vụ khuyếch đại xung nhận đƣợc từ bộ phận phân phối xung đƣa đến đảm bảo kích thích mở van.  Nhận xét: Biến tần nguồn áp có dạng điện áp ra xung chữ nhật, biên độ đƣợc điều chỉnh nhờ thay đổi điện áp một chiều. Hình dạng và giá trị điện áp ra không phụ thuộc phụ tải, dòng điện do tải xác định 1.2.3 Linh kiện bán dẫn điều khiển hoàn toàn IGBT (insulated gate bipolar transistor) Cấu tạo và nguyên lý hoạt động Hình 1.8 Hình dạng và cấu tạo của IGBT 19
  21. - IGBT có cấu trúc gồm bốn lớp p-n-p-n. IGBT có cấu tạo gồm 3 cổng Gate(G), Collector(C), Emitor(E). Mạch điều khiển nối vào cổng GE, mạch công suất đƣợc nối giữa cổng C-E. - IGBT đƣợc thực hiện từ sự kết hợp giữa IGBT đầu vào với cổng Gate cách ly và transistor dạng n-p-n đầu ra, nhờ đó mà IGBT tập hợp đƣợc những đặc tính của cả IGBT và IGBT. Cổng Gate của IGBT giống nhƣ cổng Gate của MOSFET, còn cực Collector và Emitor giống nhƣ BJT. - IGBT là transistor công suất hiện đại, cho nên kích thƣớc gọn nhẹ. Nó có khả năng chịu đƣợc điện áp và dòng điện lớn cũng nhƣ tạo nên độ sụt áp vừa phải khi dẫn điện.  Hoạt động. - Việc kích dẫn IGBT đƣợc thực hiện bằng xung điện áp đƣa vào cổng kích G. Khi tác dụng lên cổng G điện thế dƣơng so với Emitter để kích đóng IGBT, các hạt mang điện loại n đƣợc kéo vào kênh p gần cổng G làm giàu điện tích mạch cổng p của transistor n-p-n và làm cho IGBT dẫn điện. Để ngắt IGBT ta ngắt điện áp cấp cho cổng GE. - Lớp p cực Collector của IGBT kết hợp với lớp n vùng khuyếch tán tạo tiếp xúc p-n, khi dẫn. Để đơn giản ta giả thiết cực E là điện thế mát. + Khi điện thế cực C âm, lớp tiếp xúc p-n khuyếch tán phân cực ngƣợc ngăn không cho dòng điện tải chạy trong linh kiện – linh kiện ở trạng thái ngắt. + Khi cực G có điện áp mát mà điện áp dƣơng trên cực C, tiếp xúc p-n khuyếch tán cũng phân cực ngƣợc làm cho dòng điện tải không chạy trong linh kiện- linh kiện ở trạng thái chƣa dẫn. + Khi cực G mang điện thế dƣơng lớn hơn điện áp đóng Vth, kênh n đƣợc tạo thành cho phép điện tử dịch chuyển vào vùng n – khuyếch tán. Lớp tiếp xúc p-n khuyếch tán phân cực thuận và điện tích lỗ hổng dịch chuyển vào vùng khuyếch tán. Trong vùng này điện tử kết hợp với điện tích lỗ hổng thiết lập khoảng trung hòa, các điện tích lỗ hổng còn lại kết hợp với cực E, tạo dòng điện giữa hai cực E-C. 20
  22. Đặc tính Volt-Amper IGBT - Đặc tính V-A của IGBT có dạng tƣơng tự nhƣ đặc tính V-A của MOSFET. Hình 1.9 Sơ đồ kết nối và đặc tinh VI của IGBT  Đặc tính VI của IGBT đƣợc chia làm 3 vùng: + Vùng nghịch : VGE VTh là vùng mà IGBT dẫn, dòng điện chạy từ cổng Drain đến cổng Source. Dòng IC tỷ lệ với điện áp VCE. Dòng IC lớn và điện áp C-E nhỏ. IGBT hoạt động nhƣ khóa đóng ngắt. + Vùng bão hòa: VCE > VGE - VTh ; VGE > VTh : Dòng IC hầu nhƣ không đổi khi điện áp VCE tăng và IGBT hoạt động nhƣ một khâu khuyếch đại. Để ngắt IGBT, cực G đƣợc nối tắt với cổng E làm cho dòng điện trong Transistor p-n-p ngƣng. Dòng IC đột ngột giảm, nguyên nhân là vì kênh điện tử bị gỡ bỏ, đồng thời hạt điện tích dƣơng dƣ thừa trong vùng n - khuyếch tán bị suy giảm vì kết hợp lại với điện tử.  Các thông số cơ bản IGBT - IGBT kết hợp những ƣu điểm của MOSFET và BJT. - Ƣu điểm của IGBT là khả năng đóng ngắt nhanh, làm nó đƣợc sử 21
  23. dụng trong các bộ biến đổi điều chế độ rộng xung tần số cao. IGBT hiện chiếm vị trí quan trọng trong công nghiệp với họat động trong phạm vi công suất đến 10MW hoặc cao hơn nữa. - Công nghệ chế tạo IGBT phát triển tăng nhanh công suất của IGBT đã giúp nó thay thế dần GTO trong một số ứng dụng công suất lớn. - Giống nhƣ MOSFET, linh kiện IGBT có điện trở mạch cổng lớn làm hạn chế công suất tổn hao khi đóng và ngắt. IGBT có thể làm việc với dòng điện lớn. Tƣơng tự nhƣ GTO, transistor IGBT có khả năng chịu áp ngƣợc cao. - So với thyristor, thời gian đáp ứng đóng và ngắt IGBT rất nhanh và khả năng chịu tải đạt đến mức điện áp vài ngàn Volt (6kV) và dòng điện vài ngàn Amper. + Khả năng đóng cắt nhanh đến 100kHz + Điện áp định mức đến 6.3 kV + Dòng địng mức đến 2,4 kA + Ứng dụng cho bộ biến đổi có công suất lớn đến 10MW + Có khả năng chịu áp ngƣợc cao. + Sụt áp thấp 2-3V với áp địng mức 1000V. Các trạng thái đóng ngắt. - VCE >0, VGE >0 : IGBT đóng - VGE <=0 : IGBT ngắt - Mạch bảo vệ: IGBT có khả năng hoạt động tốt không cần đến mạch bảo vệ. Trong trƣờng hợp đặc biệt, có thể sử dụng mạch bảo vệ của MOSFET áp dụng cho IGBT - Mạch kích: Mạch kích IGBT đƣợt thiết kế tƣơng tự nhƣ mạch kích cho MOSFET. Do giá thành IGBT cao, và đặc biệt cho công suất lớn, mạch kích lái IGBT đƣợc chế tạo dƣới dạng IC công nghiệp. Các IC này có khả năng tự bảo vệ chống quá tải, ngắn mạch. 22
  24. 1.2.4. Các khối trong biến tần gián tiếp 1.2.4.1. Khối chỉnh lƣu có điều khiển Bộ chỉnh lƣu có chức năng biến nguồn xoay chiều thành nguồn một chiều. Các bộ chỉnh lƣu này có thể là chỉnh lƣu có điều khiển hoặc không điều khiển. Để giảm công suất tác dụng, ngƣời ta thƣờng mắc song song ngƣợc với tải một chiều diot. Trong các sơ đồ chỉnh lƣu có diot ngƣợc, khi có và không có điều khiển, năng lƣợng đƣợc truyền từ phía lƣới xoay chiều sang một chiều, nghĩa là các loại chỉnh lƣu đó chỉ có thể làm việc ở chế độ chỉnh lƣu nhận năng lƣợng từ lƣới. Các bộ chỉnh lƣu có điều khiển, không có diot ngƣợc có thể trao đổi năng lƣợng theo hai chiều. Khi năng lƣợng truyền từ lƣới xoay chiều sang tải một chiều, bộ nguồn làm việc ở chế độ chỉnh lƣu nhận năng lƣợng từ lƣới, khi năng lƣợng truyền theo chiều ngƣợc lại (nghĩa là từ phía tải một chiều về lƣới xoay chiều) thì bộ nguồn làm việc ở chế độ nghịch lƣu trả năng lƣợng về lƣới. Theo dạng xoay chiều cấp nguồn, có thể chia thành một hay ba pha. Các thông số quan trọng của sơ đồ chỉnh lƣu là: dòng điệnvà điện áp tải; dòng điện chạy trong cuộn thứ cấp của máy biến áp; số lần đập mạch trong một chu kỳ. Dòng điện chạy trong cuộn thứ cấp có thể là dòng một chiều hay xoay chiều. Số lần đập mạch trong một chu kỳ là quan hệ của tần số sóng hài thấp nhất của điện áp chỉnh lƣu với tần số điện áp xoay chiều. Trong đề tài này tôi xin đi nghiên cứu sâu về mạch chỉnh lƣu điều khiển hoàn toàn IGBT, bộ chỉnh lƣu gồm các nhóm van điều chỉnh lƣu và máy biến áp. + Van có tác dụng đóng mở tạo thành dòng 1 chiều + Máy biến áp có tác dụng biến đổi điện áp nguồn phù hợp với yêu cầu cần thiết của phụ tải, cách ly phụ tải lƣới điện để vận hành an toàn, cải thiện đƣợc dạng sóng nguồn lƣới điện. 23
  25. F T1 D3n T3 D1n R A U B T4 T2 D2n D4n E Hình 1.10 Sơ đồ chỉnh lƣu cầu 1 pha dùng IGBT Sơ đồ hình trên biểu diễn chỉnh lƣu cầu một pha điều khiển đối xứng đƣợc cấu tạo từ bốn con IGBT mắc theo sơ đồ hình 1.10.  Hoạt động. Trong nửa chu kì (UAB > 0) điện áp anod của Tranristor T1 dƣơng (catod T2 âm), nếu có xung điều khiển cho cả hai van T1,T2 đồng thời, thì các van này sẽ đƣợc dẫn để đặt điện áp lƣới lên tải. Điện áp tải một chiều còn trùng với điện áp xoay chiều chừng nào các Tranristor còn dẫn (khoảng dẫn của các Transistor phụ thuộc vào tính chất của tải). Đến nửa chu kì sau, điện áp đổi dấu (UAB < 0), anod của Tranristor T3 dƣơng catod T4 âm, nếu có xung điều khiển cho cả hai van T3,T4 đồng thời, thì các van này sẽ đƣợc dẫn, để đặt điện áp lƣới lên tải, với điện áp một chiều trên tải có chiều trùng với nửa chu kì trƣớc. - Khi = 1 cho xung điều khiển mở T1 và T2: ud =u2 Hai tranristor này sẽ tự nhiên bị khóa lại khi u2=0 - Khi = + cho xung điều khiển mở T3 và T4: ud =u2 24
  26. Hình 1.11 Sơ đồ điện áp và dòng điện  Nhận xét: - Chỉnh lƣu cầu một pha có điện áp ngƣợc trên van bé, biến áp dễ chế tạo và có hiệu suất cao hơn. - Tuy nhiên chúng có số lƣợng van nhiều hơn, giá thành cao hơn, sụt áp trên van lớn,điều khiển phức tạp hơn. 1.2.4.2. Khối nghịch lƣu Nghịch lƣu là thiết bị biến đổi nguồn một chiều thành nguồn xoay chiều với tần số tùy ý. Các van bán dẫn trong bộ nghịch lƣu có thể là thyristo hoặc transito. Nhƣng phù hợp và ƣu việt hơn ta dùng transito. Ƣu điểm dễ thấy là tổn hao đổi chiều nhỏ hơn. Bộ nghịch lƣu dùng transito có kích thƣớc nhỏ và nhẹ hơn bộ nghịch lƣu tƣơng đƣơng dùng thyristo. Khuyết điểm của nó là đòi hỏi tác động liên tục vào cực gốc trong chu kỳ dẫn của transito, một khuyết điểm nữa là điện áp dịnh mức thấp hơn của thyristo. Tuy nhiên dùng transito công suất 25
  27. mở rộng đƣợc phạm vi và phát huy các ƣu điểm hơn thyristo do cải thiện đƣợc đại lƣợng định mức và gía thành. Nguồn áp vẫn là nguồn đƣợc sử dụng phổ biến trong thực tế. Hơn nữa điện áp ra của ngƣợc lƣu áp có thể điều chế theo phƣơng pháp khác nhau để có thể giảm đƣợc sóng điều hòa bậc cao. Trƣớc kia nghịch lƣu áp bị hạn chế trong ứng dụng vì công suất của các van động lực điều khiển hoàn toàn còn nhỏ. Hơn nữa việc sử dụng nghịch lƣu áp bằng tiristo khiến cho hiệu suất của bộ biến đổi giảm, sơ đồ điều khiển phức tạp. Ngày nay công suất của các van động lực IGBT, GTO càng trở nên lớn và có kích thƣớc gọn nhẹ, do đó ngƣợc lƣu áp trở thành bộ biến đổi thông dụng và đƣợc chuẩn hóa trong các bộ biến tần công nghiệp. Do đó sơ đồ nghịch lƣu áp trình bày sau đây sử dụng van điều khiển hoàn toàn. Vì vậy dƣới đây xem xét nghịch lƣu điện áp 3 pha dùng van an toàn. Trong quá trình nghiên cứu ta giả thiết các van động lực là các khóa điện tử lý tƣởng, tức là thời gian đóng và mở bằng không nên điện trở nguồn bằng không.  Cấu tạo Sơ đồ nghịch lƣu áp ba pha hình 1.12 đƣợc ghép từ ba sơ đồ 1 pha có điểm trung tính. Để đơn giản hóa việc tính toán ta giả thiết nhƣ sau : - Giả thiết các van là lý tƣởng, nguồn có nội trở nhỏ vô cùng và dẫn điện theo hai chiều. - Van động lực cơ bản T1, T2, T3, T4, T5, T6 làm việc với độ dẫn điện 180 , Za = Zb = Zc. Các điôt D1, D2, D3, D4, D5, D6 làm chức năng trả năng lƣợng về nguồn và tụ C đảm bảo nguồn cấp là nguồn áp đồng thời tiếp nhận năng lƣợng phản kháng từ tải. 26
  28. Ta xét cụ thể nguyên lý và luật điều khiển cho các tranristo nhƣ sau: T1 T5 T3 D3n D5n D1 n + A E Co B C - T6 T4 T2 D6n D2n D4n Za Zb Zc Hình 1.12. Sơ đồ nghịch lƣu áp ba pha  Hoạt động : Tụ C0 có nhiệm vụ đảm bảo điện áp nguồn ít bị thay đối. Phƣơng pháp điều khiển các van transito thông thƣờng nhất là điều khiển cho góc mở của van là 180o và 120o .Ở đây ta xét góc dẫn với tải đấu sao nhƣ hình vẽ bằng cách xá định điện áp trên tải trong từng khoản thời gian 600 (vì cứ 600 có một sự chuyển trạng thái mạch) với nguyên tắc van nào dẫn thì thông mạch. Nhìn chung sơ đồ này có dạng một pha tải nối tiếp với hai pha đấu song song nhau. Do vậy điện áp trên tải sẽ chỉ có giá trị là uz /3 (khi một pha đấu song song với một trong hai pha còn lại ) hoặc 2Uz /3. Với giả thiết là tải đối xứng.  Nguyên tắc chuyển mạch Cho góc mở của mỗi transito là 180o và cứ 60o tiếp theo ( kể từ khi transito trƣớc đó mở thì cho 1 transito khác mở). Nhƣ vậy trong cùng một thời gian có 3 transito mở. 27
  29. Bảng trạng thái quá trình mở các transito. T o o o o o o o o o o o 0 60 60 120 120 180 240 300 300 360 180 240 T1 1 1 1 0 0 0 T2 0 1 1 1 0 0 T3 0 0 1 1 1 0 T4 0 0 0 1 1 1 T5 1 0 0 0 1 1 T6 1 1 0 0 0 1 Xét quá trình chuyển mạch từ T5 sang T2 tƣơng ứng khoảng từ ( 0o 60o ) sang (60o 120o) Trong khoảng ( ) thì T1, T5, T6, dẫn. Chiều dòng điện trên tải đƣợc xác định theo chiều mũi tên, đến thời điểm 60o thì đảo trạng thái từ T5 sang T2. Do trên tải có Zc mang tính cảm nên dòng điện không đảo ngay lập tức mà năng lƣợng tích lũy trong Zc duy trì theo chiều cũ một thời gian, lúc đó buộc dòng điện duy trì phải thoát qua diod D2, qua tải về âm nguồn đến lúc dòng điện đổi chiều sẽ mang dòng điện duy trì thì D2 khóa. Quá trình chuyển mạch kết thúc. 28
  30. Cũng lý luận tƣơng tự ta đƣợc thứ tự chuyển mạch nhƣ sau : T t T t 1 3 t4 1 t1 t2 T 4 T3 T3 t T6 T6 T5 T5 t T2 T2 Hình 1.13. Luật điều khiển các tranristo 29
  31. T1 T2 T3 T4 T5 T6 Ua Ub Uc i o Hình 1.14 Dạng sóng nghịch lƣu Nhận xét : Điện áp dây của tải có dạng xung chữ nhật Điện áp pha của tải có dạng bậc thang Dòng điện của tải có dạng xoay chiều 30
  32. CHƢƠNG 2 HỆ THỐNG MÁY PHÁT KHÔNG ĐỒNG BỘ NGUỒN KÉP 2.1. ĐẶT VẤN ĐỀ. Máy phát là bộ phận chuyển đổi năng lƣợng cơ năng thành điện năng, máy phát điện là một phần tử rất quan trọng trong hệ thống. Các loại máy phát có thể sử dụng nhƣ: Máy phát điện một chiều, máy phát điện xoay chiều đồng bộ, máy phát điện xoay chiều không đồng bộ . Gần đây ngƣời ta đã phát triển và sử dụng máy phát cảm ứng cấp nguồn từ hai phía ( DFIG). Lý do sử dụng của máy phát cảm ứng nguồn kép DFIG: Với mô hình cuả máy phát không đồng bộ roto dây quấn, bây giờ ta gắn vào trục máy phát một động cơ lai và quay nó cùng chiều từ trƣờng nhƣng với tốc độ lớn hơn, lúc này độ trƣợt có giá trị âm, dòng rorto đổi chiều do thay đổi thứ tự cắt các thanh dẫn của từ trƣờng, moomen quay của máy phát đổi chiều, chống lại chiều quay của roto và trở thành momen cản. Máy điện dị bộ làm việc nhƣ máy phát điện, biến cơ năng của máy lai Do máy lai co tốc độ không ổn định có thể làm việc ở tốc độ định mức, nhiều khi làm việc trên giá trị đồng bộ. Nếu máy điện đồng bộ thƣờng thì không thể đáp ứng đƣợc cho yêu cầu : u=const f=const. Chỉ có máy điện dị bộ nguồn kép dƣới sự điều khiển của bộ biến tần mới đáp ứng đƣợc yêu cầu này. - Khi tốc độ n nđm, đó là tốc độ vận hành trên đồng bộ.Trƣờng hợp này máy phát hoàn năng lƣợng về lƣới cũng qua roto. 31
  33. - Khi tốc độ n = nđm, lúc đó máy điện dị bộ đạt đƣợc hai lần tốc độ đồng bộ, tức là hệ thống đã đạt hai lần công suất. * Máy điện loại này không cần các cơ cấu chuyển mạch cơ khí và dòng điện một chiều để kích thích máy phát. Vì vậy nó có thể làm việc một cách tin cậy hơn với giá thành và chi phí bảo dƣỡng thấp. Hơn nữa, các máy điện không đồng bộ rotor dây quấn có thể đƣợc điều chỉnh tốc độ bằng cách điều chỉnh điện trở của rotor hoặc đƣa thêm hay thu hồi công suất, đƣợc gọi là công suất trƣợt ở rotor. Các máy phát điện không đồng bộ rotor dây quấn nhƣ vậy đƣợc gọi là máy phát điện không đồng bộ nguồn kép DFIM (doubly-fed induction machine). Hiện nay ngƣời ta đã chế tạo và sử dụng máy phát điện không đồng bộ nguồn kép DFIG với nhiều cải tiến và mang lại hiệu quả tốt hơn. Máy phát không đồng bộ Roto dây quấn (KĐB-RDQ), còn đƣợc gọi là không đồng bộ nguồn kép (doubly-fed induction Generator:DFIG). Máy phát KĐB-RDQ có Stato ghép trực tiếp vào lƣới, còn phía Rotor đƣợc nối với lƣới qua thiết bị điều khiển (hình 2.1). Hình 2.1 Mô hình hệ thống máy phát không đồng bộ Roto dây quấn (KĐB-RDQ) 32
  34. Máy phát DFIG đƣợc xem là giải pháp tốt nhất cho các hệ thống chuyển đổi năng lƣợng có tốc độ thay đổi. Bởi vì bộ biến đổi công suất đặt bên phía rotor nên làm giảm tổn hao, chi phí thấp hơn. Vấn đề duy nhất là khó điều khiển hơn. 2.2. CẤU TẠO CỦA MÁY PHÁT DFIG: DFIG thực chất là máy điện không đồng bộ rotor dây quấn (đã nêu ở chƣơng 1 kết hợp với các bộ biến đổi Converter và Inverter thành một hệ thống). Trong hệ thống chuyển đổi năng lƣợng sử dụng DFIG thì stator của DFIG đƣợc kết nối trực tiếp với lƣới điện và mạch rotor nối với bộ biến đổi công suất thông qua vành trƣợt. Một tụ điện DC link đƣợc đặt ở giữa đóng vai trò tích trữ năng lƣợng. Hình 2.2 Cấu trúc máy phát cảm ứng cấp nguồn từ hai phía (DFIG). Vành trƣợt đƣợc đặt ở phía đầu của rotor, có nhiệm vụ đƣa dòng điện một chiều ra ngoài. Thiết bị crowbar đƣợc trang bị ở đầu cực roto để bảo vệ quá dòng và tránh quá điện áp trong mạch một chiều. Khi xảy ra tình trạng quá dòng thiết bị crowbar sẽ ngắn mạch đầu cực roto thông qua điện trở crowbar, ngƣng hoạt 33
  35. động của bộ điều khiển converter và cho phép DFIG làm việc nhƣ một máy phát điện không đồng bộ thông thƣờng, lúc này là tiêu thụ điện năng từ lƣới. Trong thực tế, điện áp định mức của rotor thƣờng nhỏ hơn điện áp định mức bên phía mạch stator, nên máy biến áp nối giữa DFIG và lƣới điện sẽ có ba cuộn dây.  Bộ converter phía máy phát RSC có các ƣu điểm sau: + Khả năng điều khiển công suất phản kháng: DFIG có khả năng tiêu thụ hoặc phát công suất phản kháng về lƣới và khả năng tự điều chỉnh điện áp trong trƣờng hợp lƣới yếu. + Có khả năng hoàn toàn tự kích từ DFIG thông qua mạch rotor, độc lập với điện áp lƣới. + Khả năng điều khiển độc lập công suất tác dụng và công suất phản kháng. Bộ converter phía máy phát RSC còn điều khiển mômen, tốc độ máy phát và điều khiển hệ số công suất đầu cực stator. Trong khi đó, nhiêm vụ chính của bộ converter phía lƣới GSC là giữ cho điện áp phát DC link không đổi. Máy phát DFIG còn ƣu điểm là có thể làm việc với tốc độ rotor thay đổi trong khoảng ± so với tốc độ đồng bộ . Hình 2.3 thể hiện đặc tính mômen tốc độ của máy. Hình 2.3 Đặc tính mômen, tốc độ làm việc của máy phát DFIG. 34
  36. 2.3. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY PHÁT DFIG: Khi ta tác dụng một lực vào turbine quay, thông qua hộp số và trục truyền động làm roto quay. Khi đã đạt đến tốc độ trên đồng bộ (n2 > n1 ), thì máy phát DFIG sẽ tạo ra dòng điện dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ. Tốc độ từ trƣờng: n1 = Cuộn dây stator của máy phát DFIG phát điện trực tiếp vào lƣới điện tƣơng tự nhƣ các máy phát điện không đồng bộ. Sự khác biệt là phần rotor cũng đƣợc kết nối với lƣới điện thông qua chuyển đổi năng lƣợng điện tử. Vì vậy, trong hệ thống DFIG, năng lƣợng cấp cho lƣới điện không chỉ bởi stator, mà còn bởi rotor. Do đó, hệ thống này đƣợc gọi là "máy phát nguồn kép". Mạch roto đƣợc cấp nguồn từ bộ nghịch lƣu nguồn áp VSC (voltage source converter) có biên độ và tần số thay đổi thƣờng sử dụng linh kiện điện tử công suất IGBT. Khi đã hòa đồng bộ với lƣới điện dòng năng lƣợng qua máy phát có thể đƣợc mô phỏng xảy ra hai trƣờng hợp: + Khi mômen quay ứng với tốc độ thấp hơn tốc độ đồng bộ, đó là tốc độ vận hành dƣới đồng bộ. Trƣờng hợp này máy phát lấy năng lƣợng từ lƣới qua rotor. + Khi mômen quay ứng với tốc độ lớn hơn tốc độ đồng bộ, đó là tốc độ vận hành trên đồng bộ. Trƣờng hợp này máy phát hoàn toàn năng lƣợng về lƣới cũng qua rotor. Để đảm bảo DFIG vận hành nhƣ máy phát ở hai chế độ trên, thì bộ biến đổi công suất cả hai phía (phía máy phát: RSC và phía lƣới: GSC đều phải là nghịch lƣu có khả năng điều khiển dòng công suất theo hai chiều). 35
  37. Lƣới điện Lƣới điện Roto Rotor Stator Stator 4 3 a) b) Hình 2.4 Chiều của dòng năng lƣợng qua máy phát DFIG ở 2 chế độ. a. Chế độ dƣới đồng bộ ; b. Chế độ trên đồng bộ Bộ converter cho phép DFIG làm việc trong cả bốn góc phần tƣ của mặt phẳng phức dq, nghĩa là DFIG có khả năng phát công suất phản kháng về lƣới (điều này ngƣợc lại với máy điện thông thƣờng). Trên hết, công suất phản kháng trao đổi giữa DFIG và lƣới điện có thể đƣợc điều khiển độc lập với công suất thực. Máy điện thƣờng hoạt động nhƣ động cơ trƣớc khi đạt tới tốc độ nhất định (tốc độ trên đồng bộ), rồi sau đó mới phát ngƣợc công suất vào lƣới. Mục tiêu của điều khiển máy phát DFIG bao gồm: + Chế độ vận hành thứ nhất là giữ cho công suất đầu ra bằng hằng số: điều khiển công suất phản kháng trao đổi giữa máy phát DFIG và lƣới điện thông qua rotor, góp phần ổn định hệ thống điện. Thuận lợi của chế độ vận hành thứ nhất là lƣới đƣợc cung cấp một nguồn năng lƣợng không đổi, tuy nhiên năng lƣợng lại không đƣợc sử dụng một cách hiệu quả. + Chế độ vận hành thứ hai là giữ cho công suất đầu ra lớn nhất: Điều khiển công suất tác dụng bám các điểm vận hành tối ƣu của turbine, nhằm tối 36
  38. ƣu công suất thực nhận đƣợc hoặc để hạn chế công suất đầu vào. Tránh quá tải cho máy phát khi tốc độ quá lớn và tránh lãng phí công suất. Thuận lợi của chế độ vận hành thứ hai là tối ƣu hóa năng lƣợng biến đổi từ năng lƣợng sang điện năng trong một khoảng thay đổi tốc độ rộng. Mỗi hệ thống turbine đều có chứa những hệ thống phụ (điện-điện tử, cơ khí, khí động học ) với hằng số thời gian đáp ứng khác nhau. Thời hằng của các hệ thống điện thƣờng nhỏ hơn rất nhiều so với thời hằng của các hệ thống cơ. Sự khác nhau về thời hằng càng rõ ràng khi ta điều chỉnh tốc độ, do đó hệ thống điện càng phức tạp thì yêu cầu của hệ thống điều khiển cũng phức tạp theo. Hình 2.5 Sơ đồ điều khiển turbine có tốc độ thay đổi DFIG. Hình 2.5 trình bày sơ đồ điều khiển tổng thể của hệ thống biến đổi năng lƣợng tốc độ thay đổi trang bị máy phát không đồng bộ cấp nguồn từ hai phía DFIG. Trong đó có thể phân biệt thành hai kênh điều khiển nhƣ sau: 37
  39. + Điều khiển máy phát DFIG (điều khiển độc lập công suất tác dụng và công suất phản kháng): Bao gồm điều khiển bộ biến đổi công suất phía roto RSC và điều khiển bộ biến đổi công suất phía lƣới GSC. + Điều khiển turbine: Kênh này đáp ứng chậm hơn, bao gồm điều khiển tốc độ. 2.4. PHẠM VI HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY PHÁT KĐB – RDQ Nhờ khả năng cấp nguồn từ phía Rotor, máy điện không đồng bộ Rotor dây quấn cho phép thực hiện đơn giản bốn chế độ vận hành nhƣ hình 2.6, hoàn toàn độc lập với tốc độ quay cơ học (trên hoặc dƣới đồng bộ), việc máy hoạt động ở chế độ động cơ hay máy phát chỉ phụ thuộc vào dấu cho trƣớc của mômen mM. Theo hình 2.6, máy điện sẽ hoạt động ở chế độ máy phát, nếu mômen mang dấu âm. Ta đã biết, kích cỡ của mM đặc trƣng cho kích cỡ của công suất phát ra (ở chế độ máy phát) hoặc công suất lấy vào (ở chế độ động cơ) của máy điện KĐB-RDQ và việc điều khiển/điều chỉnh công suất đó (ví dụ: thông qua mômen) không đƣợc phép ảnh hƣởng đến hệ số công suất (HSCS) cos đã đặt cho thiết bị. s -1 Trên đồng bộ, Trên đồng bộ, chế độ máy phát chế độ động cơ 0>s>α 0>s>α 4 2 0 Dƣới đồng bộ, nS Dƣới đồng bộ, chế độ máy phát 3 1 chế độ động cơ 1>s>0 1>s>0 1 m 0 Hình 2.6 Phạm vi hoạt động của máy phát KĐB-RDQ 38
  40. CHƢƠNG 3 MÔ HÌNH MÁY PHÁT KHÔNG ĐỒNG BỘ ROTOR DÂY QUẤN – XÂY DỰNG TRÊN CƠ SỞ ĐIỀU KHIỂN 3.1. MÔ HÌNH TOÁN CỦA MÁY PHÁT KĐB-RDQ Xuất phát điểm để xây dựng mô hình là các phƣơng trình điện áp Stato, roto trên hệ thống cuộn dây Stato, Roto. Phƣơng trình điện áp Stato (chỉ số ”s” viết bên phải, trên cao: tọa độ cố định trên Stato ): s s s d s us Rsis (3.1) dt Phƣơng trình điện áp Roto (chỉ số ”r” viết bên phải, trên cao: tọa độ cố định trên Roto ): r r r d r ur Rrir (3.2) dt Do máy có cấu trúc cân xứng về mặt cơ học, ta có thể bỏ qua các chỉ số phụ nhƣ trong (3.1) và (3.2), nếu ta biểu diễn các vector từ thông trên cùng một hệ tọa độ : s is Ls ir Lm s (3.3) r ir Lr ir Lr Phƣơng trình (pt.) mômen có dạng nhƣ sau : 3 3 m z i z i (3.4) M 2 p s s 2 p r r Sau khi chuyển các pt.(3.1), (3.2) sang biểu diễn trên hệ tọa độ dq bất kỳ chuyển động quay tròn với tốc độ góc s ta thu đƣợc: 39
  41. d s u s R i s s j s s s dt s s r (3.5) d u r R i r r j r r r dt r r Trong đó: s r (3.6) Sau khi triệt tiêu dòng Stator is và từ thông rotor r , từ hệ pt.(3.5) ta thu đƣợc hệ sau: dir 1 1 1 1 1 ' 1 1 ir j r ir j s ur u s dt Tr Ts Ts Lr Lm (3.7) d ' 1 1 1 s i j ' u dt T r T s L s s s m ' Trong đó : s s / Lm . Viết (3.7) dƣới dạng thành phần ta sẽ thu đƣợc mô hình điện toàn phần của máy phát KĐB-RDQ. dird 1 1 1 1 1 ' ' 1 1 ird rir sd sq urd usd dt Tr Ts Ts Lr Lm dirq 1 1 1 1 1 ' ' 1 1 irq rird sq sd urq usq dt Tr Ts Ts Lr Lm ' (3.8) d sd 1 1 ' ' 1 ird sd s sq usd dt Ts Ts Lm ' d sq 1 1 ' ' 1 irq sq s sd usq dt Ts Ts Lm Để chọn đƣợc hệ tọa độ thích hợp ta hãy theo dõi suy nghĩ sau: Do Stato của máy phát đƣợc nối mạch với lƣới và vì vậy tần số mạch Stato chính là tần số lƣới, điện áp rơi trên điện trở Rs có thể bỏ qua đƣợc so với tổng điện áp rơi trên hỗ cảm Stato Lm và điện áp tiêu tán Ls, Phƣơng trình (3.1) có thể đƣợc viết gần đúng nhƣ sau: 40
  42. d s us hoặc u j (3.9) dt s s s Phƣơng trình (3.9) cho thấy từ thông stator luôn chậm pha so với điện áp một góc chừng 900, hoặc diễn đạt cách khác: vector từ thông stator luôn đứng vuông góc với vector điện áp stator. Trong tƣơng quan cố định đó, việc hƣớng của vector nào đó đƣợc chọn làm hƣớng tựa cho hệ thống điều chỉnh không có nghĩa quyết định nữa. Nếu tựa: - Theo hƣớng từ thông Stator ta có: usd =0, sq =0 - Theo hƣớng điện áp Stator ta có usq =0 , sd =0 Khi tựa theo hƣớng của điện áp lƣới ta cần chú ý rằng điện áp rất có thể bị méo dạng (ví dụ: Do nhiễu của các thiết bị điện tử công suất đang hoạt động, do nhiễu của sấm chớp trên khí quyển) gây khó khăn cho việc đo góc pha của điện áp. Vì vậy, phải chú ý thực hiện chống nhiễu tốt cho phép đo góc pha. Hệ pt.(3.8) có thể đƣợc viết lại dƣới dạng mô hình trạng thái nhƣ sau: dx = Ax + B u +B u (3.10) dt s s r r Với: T ' ' Vector trạng thái: x ird ,irq , sd , sq T Vector điện áp Stator: us usd ,usq là vector đầu vào phía Stato T Vector điện áp Rotor: ur urd ,urq là vector đầu vào phía Roto Ma trận hệ thống A, ma trận vào phía Stator B, và ma trận vào phía rotor B, có công thức tính sau: 41
  43. 1 1 1 1 1 r Tr Ts Ts 1 1 1 1 1 r T T T A r s s 1 1 ; 0 s Ts Ts 1 1 0 s Ts Ts 1 1 0 0 Lm Lr 1 1 0 0 L L B m r s 1 ; B (3.11) 0 r 0 0 Lm 0 0 1 0 Lm Ma trận trạng thái của máy phát KĐB-RDQ đƣợc thể hiện ở hình 3.1a. Các ma trận của mô hình (2.10) cũng có thể đƣợc viết dƣới dạng các ma trận con (hình 3.1b) nhƣ sau: A11 A12 Bs1 Br1 A ;Bs ;Br (3.12) A21 A22 Bs2 0 42
  44. dx Us dt x BS Ur Br A a) A11 dir dt Ur Br1 ir Us Bs1 A21 A12 ' Bs2 s d ' b) s dt A22 Hình 3.1 a) Mô hình trạng thái theo (3.10) b) Mô hình trạng thái sử dụng ma trận con ở (3.12) Nhận xét: Mô hình trạng thái sử dụng ma trận con hình (3.1b) cho thấy rất rõ ràng là điện áp Rotor ur không ảnh hƣởng trực tiếp, mà chỉ có thể ảnh 43
  45. hƣởng gián tiếp tới từ thông Stato s thông qua dòng Rotor ir . Điện áp Stator us (đồng thời là điện áp lƣới uN sau khi hòa đồng bộ) có ảnh hƣởng trực tiếp, mang ý nghĩa quyết định tới s , ảnh hƣởng của us tới ir chỉ giữ vai trò nhƣ một đại lƣợng nhiễu với module cố định, với góc pha cho trƣớc/ đo đƣợc và vì vậy có thể bị triệt tiêu dễ dàng nhờ một khâu bù nhiễu thông thƣờng. 3.2. MÔ HÌNH TRẠNG THÁI GIÁN ĐOẠN CỦA MÁY PHÁT KĐB- RDQ Nhờ phép tích phân lặp pt.(3.10) trong phạm vi một chu kỳ trích mẫu, ta thu đƣợc mô hình gián đoạn của máy. Mô hình đó sẽ là xuất phát điểm để thiết kế các khâu điều chỉnh sau này: x(k 1) x(k) Hrur (k) (3.13) Ma trận quá độ trạng thái , các ma trận đầu vào Hs phía Stator, Hr phía Rotor có công thức nhƣ sau: T 1 1 T 1 1 1 rT T Tr Ts Ts T 1 1 1 T 1 rT 1 T Tr Ts T s 11 12 T T 21 22 0 1 sT Ts Ts T T 0 sT 1 Ts Ts 1 T T 0 0 Lm Lr 1 T T 0 0 L H L H H m s1 ; H r r1 s T H r 0 0 0 (3.14) 0 s2 Lm 0 0 T 0 Lm 44
  46. Mô hình gián đoạn (3.13) của MP sử dụng ma trận con (3.14) đƣợc thể hiện trong hình (3.2a). Tách nửa trên ra thể hiện trên hình (3.2b), ta thu đƣợc mô hình dòng Rotor, xuất phát điểm để thiết kế khấu điều chỉnh dòng (ĐCD) sau này. Ir(k+1) Ur(k) -1 Hr1 z l ir(k) U (k) s H s1 21 12 z-1l ' (k) Hs2 s a) ' (k 1) 22 s U (k) ' s s (k) Hs1 12 Ur(k) -1 ir(k Hr1 z l ) Ir(k+1) b) 11 Hinh 3.2 a) Mô hình trạng thái gián đoạn theo pt.(3.13) b) Mô hình dòng của máy phát KĐB-RDQ 45
  47. *Nhận xét: Từ hình (3.2b), ta thấy rất rõ ràng rằng hai đại lƣợng us và s - vì máy phát đƣợc ghép với lƣới điện 3 pha ổn định – chỉ giữ vai trò hai đại lƣợng nhiễu biến thiên rất chậm và do đó có thể bị khử ảnh hƣởng bằng một khâu bù xuôi đơn giản. 3.3 CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN TUYẾN TÍNH PHÍA MÁY PHÁT. 3.3.1 Mô hình dòng Rotor Sau khi tách mô hình trạng thái gián đoạn pt.(3.10) của máy phát, ta thu đƣợc mô hình dòng Rotor ở hình 3.2b với phƣơng trình sau đây: ' ir (k 1) 11ir (k) 12 s (k) Hs1us (k) Hr1ur (k) (3.15) Phƣơng trình (3.15) có thể đƣợc viết lại dƣới dạng thành phần cho hệ tọa độ dq: ' ird (k 1) 11ird (k) 12irq (k) 14 sq (k) h11r u rd (k) h11s u sd (k) ' (3.16) irq (k 1) 12ird (k) 11irq (k) 13 sq (k) h11r u rq (k) Trong pt.(2.16), điện áp và từ thông Stator có thể đƣợc coi là các đại lƣợng nhiễu biến thiên chậm. Vì vậy, ảnh hƣởng của chúng có thể bị khử một cách dễ dàng nhờ một khâu bù nhiễu. Tuy nhiên, vì các đại lƣợng đó gần nhƣ không đổi, chúng có thể bị thành phần tích phân (tiềm ẩn trong khâu ĐC dòng) bù một cách chính xác và đủ nhanh mà không cần thêm khâu bù bên ngoài. Điều này đƣợc chứng minh nhiều qua thực tế. Tuy nhiên, để đảm bảo tính chính xác, chặt chẽ về phƣơng diện toán học, ta vẫn giữ nguyên khâu bù trong các xử lý tiếp theo. Giả thiết y(k) là đầu ra của một khâu điều chỉnh vector RI mà ta đang cần tìm, ta có thể viết phƣơng trình có bù nhiễu sau: 1 ' ur (k 1) H r1 y(k) 12 s (k 1) H s1us (k 1) (3.17) Sau khi thay (3.17) vào (3.15) ta thu đƣợc mô hình dòng Rotor đã bù nhiễu: 46
  48. ir (k 1) 11ir (k) y(k 1) 1 hoặc zir (z) 11ir (z) z y(z) (3.18) Vế y(k-1) trong pt.(3.18) chỉ rõ ràng một nhịp trễ do tính toán đã đƣợc xét đến. 3.3.2. Điều khiển cách ly công suất tác dụng P và công suất kháng Q bằng bộ điều chỉnh dòng hai chiều. Các dẫn dắt ở trên đã chỉ ra rõ ràng: Điều kiện tiên quyết để có thể ĐK cách ly tốt 2 thành phần công suất P và Q chính xác là khâu ĐC hai chiều, bảo đảm áp đặt nhanh, chính xác và không tƣơng tác (tách kênh, decoupled) hai thành phần dòng ird và irq. Giả thiết ta sử dụng ma trận điều chỉnh RI nhƣ trong hình 3.3. Khâu ĐC đó sẽ thỏa mãn phƣơng trình sau trên miền z: * y(z) RI ir (z) ir (z) (3.19) Chỉ số “*” viết bên phải, trên cao: giá trị cần, giá trị đặt. Sau khi thay (3.19) vào (3.18) ta thu đƣợc hàm truyền của mô hình dòng đã khép kín mạch vòng điều chỉnh. 1 1 1 * ir (z) z zI 11 z RI RI ir (z) (3.20) Phƣơng trình (3.20) sẽ thỏa mãn nếu ta sử dụng khâu điều chỉnh với điện áp ứng tức thời theo phƣơng trình sau: 1 I z 11 R (3.21) I 1 z 2 Trong đó: I Ma trận đơn vị: 47
  49. ' ' s (k 1) s (k) Us(k) Us(k) Hs1 Hs1 12 i * (k) Ur(k) r -1 ir(k Rl 1 H z l z * H 1 r1 ) r1 y(k) ir(k -1 z : một nhịp trễ của NL 11 ) ir(k+1) Phía vi điều chỉnh Phía Rotor Hình 3.3 Cấu trúc của khâu điều chỉnh dòng Rotor Khâu điều chỉnh theo (3.21) và hình (3.3) có đặc tính động học rất cao, chính xác và đồng thời bảo đảm cách ly tốt hai thành phần dòng irq và ird. Ngoài ra, ta cũng có thể thiết kế khâu ĐC dòng với đáp ứng hữu hạn. 3.4. CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN PHI TUYẾN PHÍA MÁY PHÁT 3.4.1 Đặt vấn đề. Đối với các hệ thống ĐK cho MP điện, cấu trúc Đk tuyến tính trình bày ở mục 3.3 đã đáp ứng đƣợc các đòi hỏi rất cao về chất lƣợng. Tuy nhiên, cấu trúc ở hình 3.3 đƣợc thiết kế trên cơ sở mô hình dòng tuyến tính (3.15) thu đƣợc nhờ phép ” tuyến tính hóa trong phạm vi một chu kỳ trích mẫu” và thực hiện với điều kiện r =const trong phạm vi một chu kỳ trích mẫu. Trong thực tế vận hành, ta hay gặp các sự cố nhƣ sập điện áp lƣới (sập theo tỷ lệ %), hay mất cân pha nghiêm trọng. Đó là những trƣờng hợp mà điều kiện r = const 48
  50. không còn thỏa mãn, dẫn đến suy giảm chất lƣợng của phƣơng pháp ĐK tuyến tính. Vì lý do ấy, một cấu trúc ĐK phi tuyến, phù hợp với bản chất phi tuyến của MP sẽ giúp tránh đƣợc nhƣợc điểm trên. 3.4.2. Khái quát về phƣơng pháp tuyến tính hóa chính xác Xét lớp đối tƣợng phi tuyến có dạng: x f (x) H(x)u; y g(x). (3.22) x1 u1 g1 (x) . . . x . ;u . ; g() . ; Với: . . . xn um g (x) H (x) h1 (x),h2 (x), hm (x) Nếu lớp đối tƣợng (3.22) thỏa mãn một số điều kiện (ví dụ: sự tồn tại của vector bậc tƣơng đối, tính suy biến của ma trận L), ta có thể sử dụng phép chuyển hệ tọa độ: 49
  51. g1 (x) . . . r1 1 z1 L f g1 (x) . . z . m(x) . (3.23) . . zn g m (x) . . . rm 1 L f g m (x) Để chuyển (3.22 ) từ hệ tọa độ trạng thái x sang hệ tọa độ trạng thái z mới: z Az Bw; y Cz (3.24) Đối tƣợng vào ra tuyến tính: Khâu ĐK Đối tƣợng phi tuyến w chuyển hệ tọa U x độ y a(x) L 1 (x)w x f (x) H(x)u y g(x). x Hình 3.4 Chuyển hệ tọa độ trạng thái (TTHCX) cho đối tƣợng phi tuyến Trên hệ tọa độ trạng thái z, phƣơng trình (3.24) có đặc điểm của một hệ vào-ra tuyến tính với công thức của các ma trận A, B, C sẽ đƣợc đƣa ra cho các trƣờng hợp cụ thể sau. Vector biến vào nguyên thủy u đƣợc ĐK theo luật sau: 50
  52. r 1 r 1 Lh L f g1 (x) Lh L f g1 (x) . L(x) . . r 1 r 1 Lh L f g m (x) Lh L f g m (x) u a(x) L 1 (x)w với (3.25) r L f g1 (x) . a(x) L 1 (x) . . r L f g m (x) 3.4.3. Đặc điểm phi tuyến của mô hình máy phát KĐB-RDQ Sau khi thay thế tham số của máy bởi các kí hiệu: a 1 ( Tr ) (1 ) ( Ts ),b (1 ) ( ),c (1) ( Lr ),d (1 ) ( Lm ),e (1 ) ( Ts ) (chú ý: Các kí hiệu a, b, c, d, e chỉ có ý nghĩa tại mục này ), máy điện KĐB- RDQ đƣợc mô tả trên hệ tọa độ dq nhƣ sau: ' ' ird aird rirq e sd b sq cu rd dusd ' ' irq airq rird e sq b sd cu rq dusq ' i T ' T ' u L sd rd s sd s s sq sd m (3.26) ' ' ' sq irq Ts sq Ts s sd usq Lm vr r Sau khi định nghĩa các tham số mới, ta có thể chuyển viết (2.26) dƣới dạng cơ bản nhƣ công thức (3.22): 51
  53. e ' b ' cu du x1 ird u1 sd sq rd sd ' ' x x2 irq ;u u2 e sq b sd cu rq dusq x3 vr u3 r y1 g1 (x) x1 ax1 y y2 g 2 (x) x2 ; f (x) ax2 (3.27) y3 g3 (x) x3 1 0 x2 h1 0 ;h2 1 ;h2 (x) x1 0 0 1 Trong mô hình (3.27 ), hai đại lƣợng nhiễu uS và s đã đƣợc đƣa vào các biến ĐK u1 và u2. Vector biến vào u đƣợc bổ sung thêm biến r là điều đúng với bản chất của máy điện. Mô hình (3.27) chỉ rõ đặc điểm ”cấu trúc phi tuyến” của đối tƣợng, một đặc điểm chỉ có thể chế ngự tốt bởi một giải pháp điều khiển phi tuyến. 3.4.4. Điều khiển cách ly công suất tác dụng P và công suất kháng Q bằng cấu trúc thiết kế theo phƣơng pháp tuyến tính hóa chính xác (TTHCX ). Điều kiện tuyến tính hóa chính xác phần mô hình dòng Rotor – hai phƣơng trình đầu tiên của hệ pt.(3.8). Theo pt.(3.25), ta dễ dàng tìm đƣợc hàm điều khiển truyền động trạng thái dƣới đây cho mô hình dòng Rotor của máy điện không đồng bộ nguồn kép: u1 ax1 1 0 x2 1 u2 ax2 0 1 x1 2 (3.28) u 0 0 0 1 3   3 u a(x) L 1 (x) w Kết quả cuối cùng là mô hình thay thế trên hệ tọa độ trạng thái mới có dạng tổng quát nhƣ pt.(3.24) với hai đặc điểm vào ra tuyến tính và thiết kế tuyến tính đã đƣợc đề cập đến. Có thể chi ra ngay hai tính chất quan trọng khi áp dụng TTHCX cho đối tƣợng máy phát loại KĐB-RDQ, đó là: Tính chất 1: Có thể áp dụng các phƣơng pháp thiết kế ĐK tuyến tính quen biết cho đối tƣợng (3.24). Với tính chất này, khi thiết kế khâu ĐC dòng 52
  54. Rotor ta không còn phụ thuộc vào điều kiện r là hằng trong một chu kỳ trích mẫu. Tính chất 2: Mô hình (3.24) còn có đặc điểm tách kênh vào – ra. Với đặc điểm này, việc ĐK cách ly hai quá trình tạo công suất tác dụng P và phản kháng Q đã trở lên vô cùng đơn giản. Nhƣ mục 3.3 đã giới thiệu, chìa khóa của hệ thống ĐK máy phát KĐB- RDQ chính là mạch vòng ĐC dòng Rotor trên hệ tọa độ dq, sử dụng 2 thành phần dòng Rotor ird và irq làm các biến ĐK cách ly công suất tác dụng P (ĐK mômen mG ) công suất phản kháng Q (ĐK hệ số công suất cos ). Dễ dàng nhận thấy, tại đây ta cũng có thể thay thế khâu ĐC 2 chiều RI bởi một cấu trúc mới với khâu ĐK chuyển hệ tọa độ trạng thái và 2 khâu ĐC RIrd, RIrq riêng rẽ cho 2 thành phần dòng đã tách kênh. 3.5. CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN PHÍA LƢỚI 3.5.1. Mô hình toán mạch điện phía lƣới. L NLPL Biến thế D Lƣới 3~ điện gd= 3~ CF iN RF UN iN UDC a) 53
  55. LN L T LD NLPL 3~ gd= CF iN UDC eN RF UN iN b) L NLPL i D T 3~ gd= CF iN UDC UN iN eN RF c) Hình 3.5 Sơ đồ mạch điện phía lƣới: a) Sơ đồ tổng quát ; b) Sơ đồ thay thế và c) Mô hình dòng phía lƣới. Đầu ra của NLPL thƣờng đƣợc ghép với lƣới thông qua cảm kháng LD (có điện trở cuộn dây là RD), qua khâu lọc RC và biến áp (hình 3.5a). Điện cảm của lƣới cho trƣớc là LN, biến áp đƣợc thay thế tƣơng đƣơng bởi điện cảm tiêu tán L T và điện áp lƣới đƣợc thay bởi nguồn áp eN, từ đó ta có sơ đồ mạch điện phía lƣới nhƣ hình 3.5b. Vì tổng điện áp rơi trên biến thế và điện cảm lƣới rất nhỏ so với điện áp rơi trên khâu lọc, ta có thể bỏ qua chúng và thu đƣợc sơ đồ tối giản phục vụ thiết kế ở hình 3.5c . Ở trạng thái xác lập, ta thu đƣợc phƣơng trình lọc RC từ hình 3.5c nhƣ sau: 1 eN iF RF iF (3.29) j sCF 54
  56. Trên hệ tọa độ THĐAL với eN eNd jeNq , trong đó eNq =0 ta có thể vết: 1 e R i i Nd F Fd C Fq s F (3.30) 1 0 RF iFq iFd sCF Trong đó iF iFd jiFq . Nhờ phƣơng trình 3.30 ta có thể tính chính xác giá trị của các thành phần dòng iFd, iFq ở chế độ xác lập, các thành phần dòng kể trên cùng với điện áp lƣới là không đổi, vì vậy đối với mạch vòng ĐC dòng phía lƣới chúng cũng chỉ giữ vai trò của các đại lƣợng nhiễu cố định. Tƣơng tự khâu dòng ĐC dòng Rotor, các đại lƣợng nhiễu phía lƣới cũng có thể bị triệt tiêu ảnh hƣởng nhờ khâu bù nhiễu hoặc nhờ thành phần tích phân tiềm ẩn trong thuật toán điều chỉnh dòng. Từ hình 3.6c ta có thể xây dựng các pt.dòng áp phía lƣới nhƣ sau: diN u N RDiN LD eN dt (3.31) iN iT iF Sau khi chuyển pt.(3.31) sang hệ tọa độ dq đồng thời thế dòng iN trong phƣơng trình thứ nhất bởi iN thuộc phƣơng trình thứ 2 ta thu đƣợc phƣơng trình điện áp mới. di u R i L T e j L i N D T D dt Nv s D T e R i e j L i e je Nv D F N s D F Nvd Nvq (3.32) di L F 0 D dt Phƣơng trình (3.32) có thể đƣợc viết lại dƣới dạng mô hình trạng thái nhƣ sau: 55
  57. diTd 1 1 iTd siTq (u Nd eNvd ) dt TD LD (3.33) diTq 1 1 iTd siTd (u Nq eNvq ) dt TD LD Từ (3.33) ta thu đƣợc ngay mô hình dòng gián đoạn phía lƣới nhƣ sau: iT (k 1) N iT (k) H N u N (k) H N eNv (k) T T 1 T 0 T s L Với D ; H D (3.34) N T N T sT 1 0 TD LD Mô hình (3.34) chính là xuất phát điểm để thiết kế khâu ĐC dòng phía lƣới. Giả thiết rằng ta chỉ trực tiếp đo dòng iN ở đầu ra của NLPL, vậy ta phải sử dụng pt.(3.30) để tính dòng rồi sau đó nhờ pt.(3.31) tính giá trị thực dòng lƣới (dòng biến thế ) iR. 2.2.4.2. Cấu trúc điều khiển Nhƣ trên đã chỉ ra: Then chốt của cấu trúc ĐK phía lƣới là khâu ĐC dòng hai chiều, cho phép áp đặt nhanh và chính xác 2 thành phần dòng phía lƣới là iNd và iNq (hình 3.6) Trình tự thiết kế khâu ĐC dòng phía lƣới cũng giống hệt nhƣ phía Rotor của MP. Giả thiết là biến yN (k) đầu ra của khâu điều chỉnh vector RIN, ta có thể viết pt. điều chỉnh sau, trong đó đã có bù nhiễu và trễ thời gian tính: 1 uN (k 1) H N yN (k) H N eNv (k 1) (3.35) Thay (2.35) vào (2.34) ta thu đƣợc mô hình dòng đã bù nhiễu sau đây: iT (k 1) NiT (k) yN (k 1) (3.36) Tại đây ta có hai nhận xét: - Mô hình dòng phía lƣới có cấu trúc hoàn toàn tƣơng tự nhƣ mô hình dòng Rotor (3.18). 56
  58. - eNv chỉ giữ vai trò của đại lƣợng nhiễu cố định và vì vậy ảnh hƣởng của nó có thể bị loại trừ chỉ nhờ thành phần tích phân tiềm ẩn trong khâu ĐC dòng mà không cần bất kỳ khâu bù phụ nào. Để thu đƣợc đáp ứng tức thời đồng thời cách ly tốt hai thành phần của vector dòng, ta có thể sử dụng ngay khâu ĐC nhƣ pt.(3.21) I z 1 R N (3.37) IN 1 z 2 Bỏ qua khâu bù phụ thêm, ta thu đƣợc nhờ pt. (3.37) tính cụ thể của khâu ĐCD nhƣ sau: LD T u Nd (k 1) xTd (k) 1 xTd (k 1) sTxTq (k 1) yNd (k 2) T TD (3.38) LD T u Nq (k 1) xTq (k) 1 xTq (k 1) sTxTq (k 1) yNq (k 2) T TD Trong đó: * * xT xTd jxTq; xTd iTd iTd ; xTq iTq iTq y N y Nd jyNq 57
  59. Tới mạch 1 chiều trung gian Lƣới điện w U u v Khâu đc Dc Khâu đc UDc PWM dòng U DC i Nd uNd j RI N tu uNq e UDc tv iNq t w u N Khâu đc iNd NLPL iNu Hệ số e j N 3 công suất iNq iNv i 2 N iN N uNu Góc pha uNv Hình 3.6 Cấu trúc điều khiển phía lƣới với khâu ĐC vector dòng. Tuy rằng về lý thuyết các biến động của đại lƣợng nhiễu eNv có thể đƣợc thành phần I tiềm ẩn trong (3.37) san bằng và vì vậy ta có thể bỏ qua không cần khâu bù phụ ở (3.38), thiết bị chỉ có thể hoạt động dƣới điều kiện: yN nhận đƣợc giá trị ban đầu chuẩn xác. yN (k 0) H N eNv(k 0) (3.39) Với (k=0) tính theo các phƣơng trình (3.30) và (3.31). Khâu ĐC theo (3.37)-(3.39) có độ tin cậy cao và kém nhạy tham số, đó là ƣu điểm lớn. Tuy nhiên, có thể tồn tại khả năng là LD không đủ lớn, dẫn đén méo dạng hình sin của dòng iT do khâu điều chỉnh có tính động cao (đáp ứng tức thời). Đây là điều mà các nhà quản lý lƣới điện khó chấp nhận. Chỉ có hai khả năng khắc phục, hoặc ta thiết kế LD chuẩn xác hơn, hoặc ta chọn giải pháp điều chỉnh có tốc độ chậm hơn. Ví dụ: với tốc độ đáp ứng hữu hạn , thỏa mãn các yêu cầu trên, ta có thể bảo đảm rất tốt dạng hình sin cho dòng phía lƣới iT đặc biệt khi MP phát huy hết công suất. 58
  60. Nhận xét: - Lƣới điện trong hình có thể là lƣới điện quốc gia (khi hệ thống phát điện có hòa lƣới ) hoặc chỉ là lƣới phụ tải cục bộ (khi hệ thống phát điện không hòa lƣới). - Cấu trúc điều khiển phía lƣới không chỉ góp phần điều khiển cách ly một cách chắc chắn hai thành phần công suất tác dụng P và công suất phản kháng Q trong mọi chế độ vận hành.Bằng cách cài đặt một phƣơng pháp điều khiển thích hợp, ta có thể loại trừ đƣợc các thành phần hài phát lên lƣới (vai trò lọc tích cực) hay bù hệ số công suất cos mà không cần đến tụ bù. 59
  61. KẾT LUẬN Sau thời gian thực hiện đề tài tốt nghiệp với sự hƣớng dẫn tận tình của các thầy cô trong bộ môn Điện công nghiệp, đặc biệt là sự chỉ bảo và giúp đỡ tận tình của thầy giáo TS.Nguyễn Tiến Ban cùng những cố gắng của bản thân, em đã hoàn thành đề tài tốt nghiệp “Máy điện dị bộ, nghiên cứu máy điện dị bộ nguồn kép trong chế độ máy phát sử dụng động cơ lai có tốc độ dải rộng”. Đồ án đã hoàn thành một số công việc: - Nghiên cứu máy điện dị bộ làm việc trong chế độ máy phát. - Nghiên cứu hệ thống máy phát điện dị bộ nguồn kép. - Xây dựng các mô hình toán của hệ thống DFIG. Do điều kiện khách quan và chủ quan đề tài còn có một số khuyết điểm và hƣớng nghiên cứu của đề tài là thực hiện mô phỏng, các mô hình điều khiển máy điện dị bộ nguồn kép trên nền MATLAB & Simulink để lấy kết quả phục vụ cho việc ứng dụng thực tế sau này. Nghiên cứu máy phát dị bộ nguồn kép là một lĩnh vực mới và có nhiều khó khăn vì vậy cuốn đồ án mới dừng lại ở 3 nội dung đã tổng kết ở phía trên. Tác giả mong nhận đƣợc sự đóng góp của các thầy cô và các bạn. Xin chân thành cảm ơn. Hải Phòng, ngày 12 tháng 7 năm 2010. Sinh viên thực hiện Hoàng Xuân An 60
  62. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. PGS. TSKH Thân Ngọc Hoàn, (2005), Máy điện, Nhà xuất bản xây dựng. [2]. Lê Văn Doanh, Nguyễn Thế Công, Trần Văn Thịnh,(2005), Điện tử công suất, Nhà xuất bản khoa học - kỹ thuật. [3]. PGS. TSKH Thân Ngọc Hoàn, TS Nguyễn Tiến Ban, Điều khiển tự động các hệ thống truyền động điện, (2007), Nhà xuất bản khoa học - kỹ thuật. [4]. Nguyễn Phùng Quang, (Hà Nội 4/1998), Máy điện dị bộ nguồn kép dùng làm máy phát trong hệ thống phát điện chạy sức gió: Các thuật toán điều chỉnh bảo dảm phân ly giữa mômen và các hệ số công suất , Tuyển tập hội nghị toàn quốc lần thứ 3 về tự động hóa, tr. 413-437. [5]. Nguyễn Phùng Quang; A. Dittrich, ( 2006), Truyền động điện thông minh, Nhà xuất bản khoa học - kỹ thuật. [6]. Cao Xuân Tuyển, Nguyễn Phùng Quang,( Hà Nội 6/2005), Các thuật toán phi tuyến trên cơ sở kỹ thuật Backstepping điều khiển máy điện dị bộ nguồn kép trong hệ thống phát điện chạy sức gió, Hội nghị toàn quốc lần thứ 6 về tự động hóa, tr. 545-550. [7]. Nguyễn Quang Tuấn, Phạm Lê Chi, Nguyễn Phùng Quang, (2005), Cấu trúc tách kênh trực tiếp điều khiển hệ thống máy phát điện không đồng bộ nguồn kép, Chuyên san “ Kỹ thuật điều khiển tự động”, số 6(2), tr. 28-35,tạp chí Tự động hóa ngày nay. 61
  63. MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 1 CHƢƠNG 1 3 MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 TRONG CHẾ ĐỘ MÁY PHÁT 3 1.1. MÁY PHÁT ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 1.1.1. Máy phát điện không đồng bộ rotor dây quấn. 4 1.1.1.1. Cấu tạo của máy phát điện không đồng bộ rotor dây quấn 4 1.1.1.2. Nguyên lý hoạt động của máy phát không đồng bộ rotor dây quấn. 8 1.1.2.1. Cấu tạo máy phát điện không đồng bộ rotor lồng sóc. 10 1.1.2.2. Nguyên lý hoạt động của máy phát không đồng bộ rotor lồng sóc 1.2. BIẾN TẦN 15 1.2.1. Giới thiệu chung 15 1.2.2. Biến tần gián tiếp 15 1.2.2.1. Biến tần dùng nghịch lƣu dòng 17 1.2.2.2. Biến tần dùng nghịch lƣu áp 18 1.2.3. Linh kiện bán dẫn điều khiển hoàn toàn IGBT (insulated gate bipolar transistor) 19 1.2.4. Các khối trong biến tần gián tiếp 23 1.2.4.1. Khối chỉnh lƣu có điều khiển 23 1.2.4.2. Khối nghịch lƣu 25 CHƢƠNG 2 31 HỆ THỐNG MÁY PHÁT KHÔNG ĐỒNG BỘ NGUỒN KÉP 31 2.1. ĐẶT VẤN ĐỀ. 31 2.2. CẤU TẠO CỦA MÁY PHÁT DFIG: 33 2.3. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY PHÁT DFIG: 35 2.4. PHẠM VI HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY PHÁT KĐB – RDQ 38 CHƢƠNG 3 39 MÔ HÌNH MÁY PHÁT KHÔNG ĐỒNG BỘ ROTOR DÂY QUẤN – XÂY DỰNG TRÊN CƠ SỞ ĐIỀU KHIỂN 39 3.1. MÔ HÌNH TOÁN CỦA MÁY PHÁT KĐB-RDQ 39 3.2. MÔ HÌNH TRẠNG THÁI GIÁN ĐOẠN CỦA MÁY PHÁT KĐB-RDQ 44 3.3. CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN TUYẾN TÍNH PHÍA MÁY PHÁT. 46 3.3.1. Mô hình dòng Rotor 46 3.3.2. Điều khiển cách ly công suất tác dụng P và công suất kháng Q bằng bộ điều chỉnh dòng hai chiều. 47 3.4. CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN PHI TUYẾN PHÍA MÁY PHÁT 48 3.4.1. Đặt vấn đề 48 3.4.2. Khái quát về phƣơng pháp tuyến tính hóa chính xác 49 3.4.3. Đặc điểm phi tuyến của mô hình máy phát KĐB-RDQ 51 62
  64. 3.4.4. Điều khiển cách ly công suất tác dụng P và công suất kháng Q bằng cấu trúc thiết kế theo phƣơng pháp tuyến tính hóa chính xác (TTHCX ). 52 3.5. CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN PHÍA LƢỚI 53 3.5.1. Mô hình toán mạch điện phía lƣới. 53 2.2.4.2. Cấu trúc điều khiển 56 KẾT LUẬN 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO 61 63