MỤC LỤC CHƯƠNG I: XÂY DỰNG ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH CÔNG SUẤT ĐIỆN PHÁT RA TUABIN GIÓ THEO TỐC ĐỘ GIÓ 4 1.1 Xây dựng đường đặc tính công suất điện phát ra của tuabin theo tốc độ gió 4 1.2 Các thành phần của tuabin gió 6 Tìm hiểu các mô hình và lực, mô men tác động lên Tuabin gió 9 CHƯƠNG II: MÔ HÌNH HÓA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ TRONG SIMULINK MATLAB VÀ SFUNCTION 12 2.1 Mô hình hóa máy điện không đồng bộ trong Simulink matlab 12 2.1.1 Vector không gian 12 2.1.2 Mô hình ĐCKĐB trong hệ qui chiếu quay 12 2.1.3 Kết quả mô hình MĐ KĐB trên tọa độ αβ, giải bằng phương pháp Runge – Kutta (hàm ode45 trong Matlab) 12 2.1.4 Kết quả mô hình MĐ KĐB trên tọa độ αβ, giải bằng Sfunction 13 2.2 Mô hình năng lượng và biến đổi thông số 15 TÀI LIỆU THAM KHẢO 20 PHỤC LỤC 20
Xây dựng đường đặc tính công suất điện phát ra của tuabin theo tốc độ gió 4
Chọn địa điểm đặt tuabin gió tại Vạn Lý, Nam Định là chiến lược tối ưu nhờ vào tốc độ gió trung bình tại độ cao 65m đạt 6,88m/s Độ cao Hub đạt 100m, giúp tăng cường khả năng thu nhận gió, đồng thời nâng cao hiệu quả vận hành của tuabin Tốc độ gió trung bình tại độ cao 100m được xác định dựa trên dữ liệu gió tại độ cao 65m, đảm bảo lựa chọn vị trí phù hợp để tối đa hóa năng lượng gió tiềm năng tại khu vực Việc xác định chính xác tốc độ gió trung bình tại các độ cao khác nhau là yếu tố quyết định trong việc thiết kế hệ thống tua bin gió hiệu quả và bền vững tại Vạn Lý, Nam Định.
Xác suất mật độ gió tuân theo phân bố Weilbull có phương trình:
Trong đó: k là hệ số hình dáng, c là hệ số tỉ lệ
Hệ số c được tính theo:
Chọn hệ số hình dáng k=2 ta có phương trình xác suất mật độ gió
Biểu đồ xác suất mật độ gió:
Hình 1: Phân bố xác suất gió
Từ đồ thị chọn các thông số tốc độ gió cho tuabin như sau:
- Tốc độ gió cho phép tua bin phát:
- Tốc độ gió tua bin làm việc định mức:
- Tốc độ gió nguy hiểm, dừng tua bin:
Xây dựng đặc tính hệ số công suất là hàm của hệ số tốc độ đầu cánh
(Tip speed ratio) và góc cánh quạt :
Trong tài liệu “Wind Power in Power Systems” trang 563, các hệ số được lấy với giá trị theta cố định để khảo sát ảnh hưởng của dải lambda từ 0 đến 10 Kết quả thu được là một đường cong thể hiện rõ mối liên hệ giữa lambda và hệ số, góp phần phân tích hiệu quả của hệ thống năng lượng gió trong các điều kiện khác nhau Phân tích này giúp xác định các điểm tối ưu và đặc tính hoạt động của hệ thống khi thay đổi lambda, hỗ trợ trong việc tối ưu hoá vận hành và đảm bảo hiệu quả kinh tế cho các dự án năng lượng tái tạo.
Hình 2: Đặc tính hệ số công suất Cp với các góc theta khác nhau
Xây dựng đặc tính công suất đầu ra theo tốc độ gió:
Chọn đường kính cánh quạt D0m, công suất cơ của tuabin gió được tính theo:
RPm là thông số quan trọng trong thiết kế tuabin gió, trong đó mật độ khối lượng không khí p=1.225 kg/m3 là tiêu chuẩn Đối với tuabin 3 cánh truyền thống, hệ số công suất và góc cánh quạt đạt mức tối ưu với hệ số khoảng 0,411, giúp đảm bảo hiệu suất hoạt động cao và ổn định Các đặc tính công suất của tuabin phản ánh khả năng chuyển đổi năng lượng gió thành điện năng hiệu quả, phù hợp cho các ứng dụng năng lượng sạch và bền vững.
P mec = { A t C p 1 2 ρ V 0 3 ,v ,Cut < Cut ∈speed ≤ v ∩ P ∈speed mec < P đm
Hình 3: Công suất cơ theo tốc độ gió
Công suất cơ định mức của tuabin gió: 1,44MW
Tổn hao công suất điện là 13% ta có đặc tính công suất điện đầu ra của tuabin gió:
Hình 4: Công suất điện theo tốc độ gió
Công suất điện định mức phát ra: 1,25MW
Các thành phần của tuabin gió
Các tuabin gió trên đất liền thường được thiết kế dựa trên chiều cao trung bình, tăng tuyến tính tỷ lệ với đường kính rotor, phù hợp với các điều kiện địa phương khác nhau Theo xu hướng hiện tại, chiều cao của tuabin nhỏ hơn tỷ lệ với đường kính rotor, đặc biệt là ở các máy lớn hơn dành cho ngoài khơi Việc tăng chiều cao giúp tối ưu hóa hiệu suất, nhưng không phải lúc nào cũng hiệu quả về mặt kinh tế, vì chi phí xây dựng nền móng và tháp sẽ vượt quá lợi ích từ công suất tăng thêm Hình 5 minh họa rõ ràng xu hướng này, cho thấy mối liên hệ giữa chiều cao và đường kính trong thiết kế tuabin gió.
Hình 5: Chiều cao hub theo đường kính
Khối lượng của rôto biến đổi phức tạp do được chế tạo từ nhiều loại vật liệu khác nhau, ảnh hưởng bởi kích thước cánh quạt và tốc độ vận hành theo thiết kế Các yếu tố này đều tác động mạnh đến độ cứng và diện tích bề mặt của cánh quạt Bảng 1 cung cấp thông tin về khối lượng cánh quạt của tuabin gió, giúp hiểu rõ hơn về cấu trúc và đặc tính kỹ thuật của các bộ phận này.
Bảng 1: Khối lượng cánh quạt của tuabin gió
Khối lượng nacelle thường tỷ lệ thuận với bình phương đường kính của tuabin, dựa trên các mô hình tính toán dựa trên kích thước này Trong các thiết kế đồng nhất và cùng mức độ phát triển công nghệ, khối lượng nacelle sẽ theo dạng khối hình học, phản ánh mối liên hệ này Dữ liệu từ các nguồn công khai cho thấy rằng khối lượng nacelle thường xấp xỉ tỷ lệ thuận với bình phương đường kính, mặc dù các tuabin lớn nhất hiện nay có xu hướng lệch khỏi xu hướng này Đặc biệt, các tuabin vượt quá 80 mét thường thể hiện khối lượng nacelle gần như tỷ lệ trực tiếp với khối, phù hợp với các nghiên cứu và phân tích về các dòng tuabin năng lượng gió lớn.
Hình 7: Khối lượng nacelle theo đường kính của tuabin gió lớn
Các nhà sản xuất liên tục đổi mới về cấu trúc và thành phần của hệ thống truyền động nhằm giảm khối lượng và chi phí Tuy nhiên, việc mở rộng quy mô khối vẫn gặp hạn chế để tránh tăng khối lượng hệ thống và chi phí liên quan Chủ đề này đang được nghiên cứu sâu trong dự án UPWIND để tối ưu hóa công nghệ mở rộng quy mô một cách hiệu quả.
Các mô hình lực và momen tác động lên Turbi
Hình 8: Nâng và kéo cánh quạt của tuabin gió
Hình 9: Biểu đồlực-vận tốc cánh turbine
Hình 10: Lực tác dụng lên rôto tuabin gió (a) Lực li tâm tác dụng lên gốc phiến
(b) Lực hướng trục và mômen gốc
Dao động theo cạnh và dao động theo lưỡi cắt của cánh turbine
Hình 11: Mặt bên và hình chiếu từ trên của rôto do góc nghiêng và góc hình nón cũng như sự dịch chuyển của tháp
Lấy khối lượng của máy phát, nacelle, hub… là các hàm theo công suất định mức, tính trọng lực.
Cần có dữ liệu tuabin gió, của cùng loại điều khiển trực tiếp
Ta có dựa vào dữ liệu tuabin gió USGS (Cơ quan Khảo sát Địa chất Mỹ, năm
Năm 2016, khảo sát gồm gần 48.000 tuabin gió tại Mỹ, cung cấp dữ liệu về vị trí lắp đặt, chiều cao tháp, đường kính rotor, công suất định mức và các thông tin kỹ thuật khác của nhà sản xuất Trong số đó, khoảng 100 tuabin được chọn để phân tích chi tiết, giúp xác định mối quan hệ giữa chiều cao hub, đường kính rotor và công suất định mức Báo cáo này cung cấp các hàm số dự đoán chiều cao hub và đường kính rotor dựa trên công suất của tuabin, hỗ trợ tối ưu hóa thiết kế và quy hoạch dự án năng lượng gió.
United States Geological Survey (2016) Onshore Industrial Wind TurbineLocations for the United States to March 2014 Online Database, United StatesGeological Survey
Dữ liệu của công suất định mức so với đường kính rotor
Hình 12: Dữ liệu của công suất địnhh mức so với chiều cao của Hub
Trọng lực của tua bin bao gồm: khối lượng của nacelle, khối lượng cánh quạt và khối lượng Hub.
Dựa trên các hàm phương trình gần đúng của phụ thuộc khối lượng nacelle, máy phát và hub, chúng ta có thể tính toán tổng khối lượng dựa trên công suất định mức Quá trình này giúp xác định chính xác trọng lượng tổng thể của hệ thống Việc áp dụng các hàm này nhằm tối ưu hóa thiết kế và đảm bảo tính chính xác trong ước lượng trọng lượng.
Tìm hiểu các mô hình và lực, mô men tác động lên Tuabin gió
Hình 13: Thành phần lực và momen tác động lên a cánh quạt, b Hub, c Trụ đỡ, d.Ổ đỡ tuabin
Mô hình lực tác dụng lên cánh quạt làm quay tua bin
Hình 14: Mặt cắt tiết diện ngang của cánh quạt
Hình 15: Phân tích đường đi của gió và các góc cánh quạt
Phân tích và tính toán các lực lên cánh quạt làm quay tua bin
Hình 16: Phân tích lực tác dụng lên cánh quạt
Bài toán tính toán lực tác dụng cánh quạt làm quay tuabin:
Tốc độ làm việc của Tuabin λ
Hệ số nhiễu dọc trục a
Mật độ không khí ρ air
- Tính vận tốc gió tại Hub u n =U eff (1−a )
Hình 17: Đường biểu diễn tốc độ gió qua cánh quạt
- Vận tốc tương đối của gió
Hình 18: Vận tốc tương đối của gió
- Tính lực nâng và lực cản
- Tính lực đẩy và lực quay
MÔ HÌNH HÓA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ
Mô hình hóa máy điện không đồng bộ trong Simulink matlab
2.1.1 Vector không gian Động cơ không đồng bộ (ĐCKĐB) ba pha có ba (hay bội số của ba) cuộn dây stator bố trí trong không gian như hình vẽ sau:
Hình 19: Sơ đồ đấu dây và điện áp của ĐCKĐB ba pha
Ba điện áp cấp cho ba đầu dây của động cơ thường lấy từ lưới ba pha hoặc bộ nghịch lưu, biến tần, đảm bảo sự hoạt động ổn định của máy móc Các điện áp này phải thỏa mãn phương trình \( u_{sa}(t) + u_{sb}(t) + u_{sc}(t) = 0 \), thể hiện tính đối xứng của hệ thống điện ba pha Điều chỉnh và kiểm soát điện áp phù hợp là yếu tố quan trọng để đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu của động cơ.
Với ω s =2 π f s ; f s là tần số của mạch stator; |u s | là biện độ của điện áp pha, có thể thay đổi.
Vector không gian của điệm áp stator được định nghĩa như sau:
Hình 20: Vector không gian điện áp stator trong hệ tọa độ αβ
Trong hình vẽ, điện áp của từng pha là hình chiếu của vector điện áp stator ⃗ u s lên trục của cuộn dây tương ứng, thể hiện rõ mối liên hệ giữa các thành phần của hệ thống Các đại lượng khác của động cơ như dòng điện stator, dòng rotor, từ thông stator và từ thông rotor cũng có thể xây dựng các vector không gian tương ứng, giúp phân tích và mô tả hoạt động của động cơ một cách chính xác hơn Việc hiểu rõ các vector này là cần thiết để tối ưu hóa hiệu suất vận hành của động cơ điện từ góc độ kỹ thuật và thiết kế.
Hệ tọa độ cố định stator
Vector không gian điện áp stator là một vector có modul xác định (| u s
Trong hệ tọa độ phức, quỹ đạo của điện áp stator quay trên mặt phẳng phức với tốc độ góc ω s và tạo thành một góc ω s t với trục thực, trùng với cuộn dây pha A Trục thực được gọi là α và trục ảo là β, giúp mô tả điện áp dưới dạng hai thành phần thực (u sα) và ảo (u sβ), phản ánh trạng thái của vector điện áp trong hệ tọa độ cố định Hệ tọa độ αβ này là hệ tọa độ stator cố định, là công cụ quan trọng trong phân tích và điều khiển máy điện, đảm bảo tính chính xác trong mô phỏng và thiết kế hệ thống điện.
Hình 21: Vector không gian điện áp stator ("u" _"s") ⃗ và các điện áp pha
Bằng phương pháp hình học, các thành phần của vector không gian điện áp stator (u_sα, u_sβ) được tính bằng cách chiếu các thành phần này lên trục pha A và B Cụ thể, từ hình 2.3, ta có thể xác định thành phần điện áp u_sa thông qua phép chiếu của u_sα lên trục pha A, giúp đảm bảo tính chính xác trong phân tích điện áp stator Quá trình này giúp chuyển đổi dạng vectơ không gian sang dạng thành phần theo phương pháp hình học, hỗ trợ trong việc xác định các đặc tính điện của hệ thống một cách rõ ràng và chính xác.
Có thể xác định ma trận chuyển đổi abc → αβ theo phương pháp đại số
Các vector không gian dòng điện stator, dòng điện rotor, từ thông stator và từ thông rotor đều có thể được biểu diễn trong hệ tọa độ stator cố định (hệ tọa độ αβ) Việc này giúp đơn giản hóa phân tích và thiết kế các hệ thống máy điện, đồng thời cải thiện hiệu suất hoạt động của chúng Sử dụng hệ tọa độ này còn giúp dễ dàng thực hiện các phép biến đổi và tối ưu hóa các quá trình điều khiển điện tử liên quan tới dòng điện và từ thông trong máy.
2.1.2 Mô hình ĐCKĐB trong hệ qui chiếu quay
1 Một số qui ước ký hiệu dùng cho điều khiển ĐCKĐB ba pha Để xây dựng mô hình mô tả động cơ KĐB ba pha; ta thống nhất một số qui ước cho các ký hiệu cho các đại lượng và các thông số của động cơ.
Hình 22: Mô hình đơn giản của động cơ KĐB ba pha
Hình 23: Mạch tương đương của động cơ KĐB ba pha
- Hình thức và vị trí các chỉ số
Chỉ số góc nhỏ phải được xác định dựa trên đại lượng quan sát trên hệ quy chiếu stator (hệ tọa độ αβ) Đồng thời, các đại lượng quan sát trên hệ tọa độ rotor, với trục thực là trục của rotor, được chuyển đổi sang hệ tọa độ dq dựa trên hệ quy chiếu từ thông rotor Việc này đảm bảo chính xác trong phân tích và điều khiển các hệ thống điện tử công suất, đặc biệt là trong các ứng dụng điều khiển mô tơ và biến tần.
Chỉ số góc nhỏ phía dưới ký hiệu o đại diện cho góc pha trong mạch stator Chữ cái s biểu thị đại lượng của mạch stator, trong khi r đại diện cho đại lượng của mạch rotor Ký hiệu α và β là các phần tử thuộc hệ tọa độ αβ, giúp phân tích các thành phần của mạch điện Các đại lượng a, b, c thể hiện các dòng điện ba pha của stator, đóng vai trò quan trọng trong quá trình vận hành của máy.
A, B, C đại lượng ba pha của rotor, lưới
- Các đại lượng của ĐCKĐB ba pha: u điện áp (V). i dòng điện (A). ψ từ thông (Wb).
T L momen tải (momen cản - torque) (hay còn ký hiệu là MT) (Nm) ω tốc độ góc của rotor so với stator (rad/s).
- Các thông số cue ĐCKĐB ba pha:
R s điện trở cuộn dây pha của stator (Ω).
R r điện trở rotor đã qui đổi về stator (Ω).
L m hỗ cảm giữa stator và rotor (H).
L σs điện kháng tản của cuộn dây stator (H)
L σr điện kháng tản của cuộn dây rotor đã qui đổi về stator (H) p số đôi cực của động cơ
J momen quán tính cơ (Kg.m2).
- Các thông số định nghĩa thêm:
R s hằng số thời gian stator.
R r hằng số thời gian rotor. σ = 1- L m ∗L m
L s ∗L r hệ số từ tản tổng.
2 Các phương trình cơ bản của ĐCKDB ba pha
Các phương trình toán học của động cơ thể hiện rõ các đặc tính thời gian của đối tượng, tuy nhiên mục đích của việc xây dựng mô hình không nhằm mô phỏng chính xác toàn diện về mặt toán học của động cơ mà chủ yếu phục vụ cho việc phát triển các thuật toán điều chỉnh Điều này cho phép chấp nhận một số giả định trong quá trình mô hình hóa, mặc dù sẽ có những sai lệch nhất định giữa mô hình và thực tế, nhưng những sai lệch này cần được loại trừ bằng các kỹ thuật điều chỉnh phù hợp Đặc tính động của động cơ không đồng bộ được mô tả bằng hệ phương trình vi phân, với các giả thuyết lý tưởng hóa về cấu trúc dây quấn và mạch từ nhằm đơn giản hóa quá trình xây dựng phương trình động cho động cơ.
- Các cuộn dây stator được bố trí đối xứng trong không gian.
- Bỏ qua các tổn hao sắt từ và sự bảo hòa của mạch từ.
- Dòng từ hóa và từ trường phân bố hình sin trong khe hở không khí.
- Các giá trị điện trở và điện kháng xem như không đổi
- Phương trình điện áp stator (trên hệ thống cuộn dây stator) u s s = R s i s s + dΨ s s dt
Trong đó R s : điện trở stator, Ψ s s : từ thông stator
- Phương trình điện áp rotor (trên hệ thống cuộn dây rotor ngắn mạch)
Trong đó R r : điện trở rotor, Ψ r r : từ thông rotor, 0: vector rỗng
Trong đó: L m : hỗ cảm; L s , L r : điện cảm phía stator, phí rotor
L σs , L σr : điện cảm tản phí stator, phí rotor
- Phương trình momen quay m M = 3 2 z p ∨Ψ s i s ∨ sign ( sin φ s ) =− 2 3 z p ∨Ψ s i s ∨sign ( sin φ r ) −1
- Phương trình chuyển động m M = m W + J z p dω dt (
Trong đó: m M , m W : momen cả động cơ, momen tải; z p : số đôi cực a) Phương trình điện áp stator
Sau khi áp dụng công thức chuyển hệ ta có: u s s =u s k e j θ k ; i s s =i k s e j θ k ; Ψ s s =Ψ s k e j θ k ; dΨ dt s s = dΨ s k dt e j θ k + j ω k Ψ k s e jθ k
Thay các đại lượng mới chuyển vào (2.19) ta sẽ thu được phương trình stator mới trên hệ tọa độ quay với góc ω k u k s = R s i s k + d Ψ s k dt + j ω k Ψ s k (
Khi ω k =0 có nghĩa là hệ tọa độ đứng im Ta chọn hệ sao cho trục thực α trùng với trục của cuộn dây pha u. u s s = R s i s s + dΨ s s dt
Hệ tọa độ stator mới được gọi là hệ tọa độ αβ, giúp đơn giản hóa phân tích các quá trình điện từ trong máy Khi thay thế ω_k bằng ω (tốc độ góc cơ học của rotor), ta thu được phương trình điện áp stator theo hướng rotor, phù hợp để phân tích các biến đổi trong hệ thống Phương trình điện áp rotor đóng vai trò quan trọng trong việc mô tả và điều khiển hoạt động của máy điện, giúp tối ưu hóa hiệu suất vận hành.
Việc áp dụng công thức chuyển hệ thực hiện giống như phí stator u r r =u r k e j θ k ; i r r =i r k e j θ k ; Ψ r r =Ψ r k e j θ k ; dΨ dt r r = dΨ r k dt e j θ k + j ω k Ψ r k e jθ k
Sau khi thay vào phương trình chuyển hệ (2.20) ta thu được:
Phương trình (2.27) cũng có thể được biểu diễn trên hệ tọa độ tựa hướng từ thông và hệ tọa độ stator.
Trong hệ thống rotor quay với cận tốc góc ω, giả thiết ωk = -ω cho thấy hệ tọa độ mới quay ngược chiều với rotor và cùng tốc độ góc Do đó, hệ tọa độ có vận tốc góc -ω trở thành hệ tọa độ đứng yên so với stato, giúp đơn giản hóa phân tích và điều khiển trong các hệ thống điện Chúng ta có thể lựa chọn trục tọa độ sao cho phù hợp với các trục αβ đã xác định ở trên, tối ưu hóa khả năng xử lý và điều chỉnh trong các ứng dụng kỹ thuật.
Phương trình (2.28) là phương trình điện áp rotor trên hệ tọa độ αβ c) Phương trình trạng thái liên tục của ĐCĐB trên hệ tọa độ αβ.
Hai phương trình (2.26) và (2.28) được tập hợp trong hệ phương trình sau đây: u s s = R s i s s + dΨ s s dt
Trong bài viết này, chúng tôi tập trung vào việc loại bỏ các đại lượng không qua hệ trong phương trình (2.29), cụ thể là dòng không đo được của mạch điện rotor i_r_s và, tùy theo quan điểm của người sử dụng, cả từ thông stator Ψ_r_s Việc phân tích các phương trình từ thông này giúp xác định chính xác dòng rotor và từ thông stator, từ đó tối ưu hóa hoạt động của hệ thống điện Nhờ đó, chúng ta có thể dẫn ra các kết luận quan trọng về cách khử các đại lượng không đo đếm này để nâng cao hiệu quả và độ chính xác của mô hình điện từ trong các ứng dụng kỹ thuật.
L s L r : hệ số từ tản toàn phần
R r : hằng số thời gian stator, rotor Thay vào phương trình (2.29) ta có: u s s = R s i s s +σ L s di s s dt + L m
Biến đổi về dạng thành phần: u s = u sα + j u sβ i s =i sα + j i sβ Ψ s = Ψ sα + j Ψ sβ Ψ r = Ψ rα + jΨ rβ
Thay (2.31) vào phương trình thứ hai (2.30) ta có:
Cân bằng phần thực, phần ảo hai vế ta được: dΨ rα dt = L m
Tiếp thực thay (2.31) vào phương trình thứ nhất (2.30) ta có: u sα + j u sβ = R s (i ¿¿ sα + ji sβ )+σ L s d (i sα + ji sβ ) dt + L m
Cân bằng phần thực, phần ảo ở hai vế ta được: σ L s di sα dt =u sα −R s i sα − L m
L m thay vào các phương trình trên ta được: di sα dt =− ( σ T 1 s + 1−σ σ T r ) i sα + 1−σ σ T r Ψ rα ' + 1−σ σ ωΨ ' rβ + σ L 1 s u sα di sβ dt =− ( σ T 1 s + 1−σ σ T r ) i sβ − 1−σ σ T r ωΨ rα ' + 1−σ σ Ψ rβ ' + σ L 1 s u sβ dΨ rα ' dt = 1
Để hoàn chỉnh mô hình ĐCKĐB, cần bổ sung phương trình mômen sử dụng các thành phần αβ Quá trình này bao gồm rút ISS từ phương trình (2.29) và thay vào phương trình (2.30), từ đó xây dựng được mô hình chính xác hơn để phân tích động lực và hiệu quả của hệ thống.
Ta có thể tập hợp các phương trình trên thành mô hình liên tục của ĐCKĐB.
Hình 24: Mô hình toán học ĐCKĐB rotor lồng sóc trên hệ tọa độ αβ
Các thành phần α và β của điện áp stator, dòng stator và từ thông rotor có thể viết lại dưới dạng vector với thành phần thực như sau. x sT =[ i sα ,i sβ ,Ψ rα ' ,Ψ rβ ' ] ; u s sT =[u sα ,u sβ ]
Với vector trạng tháu x mới định nghĩa, ta thu được mô hình trạng thái liên tục của ĐCKĐB rotor lồng sóc. d x s dt = A s x s + B s u s s (
Trong đó: A s , B s : ma trận hệ thống, ma trận đầu vào x s : vector trạng thái trên hệ tọa độ αβ u s s : vector đầu vào trên hệ tọa độ αβ
Tham số cụ thể của hai ma trận A s và B s : được rút ra từ (2.36) và viết lại trong công thức sau:
Mô hình trạng thái của thai trong ma trận hệ thống A s được xem như một tham số hàm có thể đo lường được, giúp thiết kế các bộ điều khiển tuyến tính hiệu quả Tuy nhiên, đối với hệ thống có tham số biến đổi liên tục, bộ điều khiển luôn hoạt động ở chế độ động mà không có chế độ xác lập, dẫn đến hiện tượng sai lệch tốc độ và giảm độ chính xác của hệ thống điều khiển.
2.1.3 Kết quả mô hình MĐ KĐB trên tọa độ αβ, giải bằng phương pháp Runge – Kutta (hàm ode45 trong Matlab)
Hình 25: Điện áp theo hệ quy chiếu Uabc
Hình 26: Điện áp theo hệ quy chiếu Uαβ
2.1.4 Kết quả mô hình MĐ KĐB trên tọa độ αβ, giải bằng S- function
Thông số động cơ: Pdm=7,5Kw; Up@0V; fPhz; n80 vòng/phút; M@N.m
J=0,0343, Rs=0,7384 Ω, Rr=0,7402 Ω, Lr=Ls=0,003045 Ω, Lm=0,1241 Ω
Hình 29: Sơ đồ các khối trong simulink
Kết quả đặc tính hoạt động:
Hình 30: Đặc tính tốc độ khởi động
Hình 31: Đặc tính dòng điện
Mô hình năng lượng và biến đổi thông số
Thông số động cơ: Pdm=7,5Kw; Up@0V; fPhz; n80 vòng/phút; M@ N.m, J=0,0343, Rs=0,7384 Ω, Rr=0,7402 Ω, Lr=Ls=0,003045 Ω, Lm=0,1241 Ω
Thiết lập các khối nguồn đầu vào, biến đổi hệ tọa độ abc sang αβ
Hình 33: Khối nguồn U đm #0V; fPHz
Hình 34: Khối biến đổi Uabc -> U αβ
Dựa trên mô hình toán học của động cơ không đồng bộ như sau
Hình 35: Mô hình toán học của động cơ KĐB
Từ đó lập khối động cơ trong Matlab – Simulink
Hình 36: Mô hình toán học của động cơ giải trên Simulink
Tạo một khối subsystem động cơ và đặt mask các giá trị cần nhập
Hình 37: Thiết lập thông số động cơ
1 Công suất nguồn cấp động cơ
Ta có công thức sau:
Trong quá trình chuyển đổi dòng điện và điện áp sang hệ tọa độ hai pha cho stator, cần nhân hệ số k=3/2 để đảm bảo cân bằng công suất Công thức quy đổi dòng điện được biểu diễn dưới dạng P 3f = u a i a + u b i b + u c i c, nhằm duy trì sự cân bằng và tối ưu hóa hiệu suất hệ thống điện ba pha Việc áp dụng hệ số này giúp xác định chính xác các thành phần dòng điện và điện áp trong hệ thống, từ đó nâng cao độ ổn định và hiệu quả vận hành của máy móc.
2 Tổn hao đồng của dây quấn trong quá trình động
3 Tổn hao sắt trong quá trình động
4 Công suất điện từ trong quá trình động
5 Công suất tổn hao phát sinh trong quá trình quá độ
6 Công suất điện từ đưa sang phía roto
7 Tổn hao đồng của dây quấn roto
Biểu thức cân bằng công suất
P 1 = P scu + P fe + P qd + P rcu + P co
Tạo các khối Matlab Function để tính toán các công thức trên:
Hình 39: Kết quả tính toán Mô hình năng lượng