Đề tài Xây dựng các mô hình trong lĩnh vực điện tử công suất và truyền động điện trên Matlab

cosardrdAArd MMM  
)
3
2cos(   ardrdBBrd MMM 
29 
)
3
2cos(   ardrdCCrd MMM 
sinarqrqAArq MMM  
)
3
2sin(   arqrqBBrq MMM 
)
3
2sin(   arqrqCCrq MMM 
Trong đó Mard, Marq- giá trị cảm ứng tương hỗ cực đại giữa các pha 
stato và kích từ (khi trục từ thông trùng nhau). 
b) Mô hình mô phỏng 
Dựa vào các phương trình toán ở trên, ta xây dựng mô hình của máy 
điện đồng bộ 3 pha với giao diện như hình vẽ: 
Hình 2.6 Mô hình máy điện đồng bộ ở hệ trục abc 
Các tín hiệu vào gồm: 
-Điện áp kích từ: Ukt 
-Công suất lực kéo: Pm 
-Tốc độ: w 
30 
Các tín hiệu đầu ra: 
-Điện áp các pha : Ua, Ub, Uc 
-Dòng điện các pha: Ia, Ib, Ic 
-Momen điện từ 
2.2.2 Mô hình ở hệ trục dq 
a) Các phương trình toán 
Ud = -Usd = d
t
qd
t
RI
d
d
d
d
  
RIq
d
d
d
dUU
t
qd
t
sqq   
f
t
fff d
dIRU  
mdqqd
t
MII
d
dJ  )(
2
3
2
2


Từ thông móc vòng và mô men có giá trị: 
)(1 ddfaf
s
d IXIX  
 
;1 qq
s
q IX
  
)(1 dfaff
s
f IXIX  
 
  
   qq
s
qdqdaf
s
qdqddfafdqdd
IEIIXXE
IILILIMIIM


2
3
2
3
2
3)(
2
3


31 
Ở đây Eaf là sđđ không tải của máy điện, nó có giá trị như sau: 
 faffafsaf IXIME  
Trong đó: Maf, Xaf - hệ số hỗ cảm, trở kháng hỗ cảm của pha stato gây 
ra bởi dòng kích từ; Mfa, Xfa - hệ số hỗ cảm và trở kháng hỗ cảm của kích từ 
gây ra bởi dòng pha stato; Mard, Xard, Marq, Xarq – hệ số hỗ cảm và trở kháng 
hỗ cảm của pha stato gây ra bởi dòng ổn định trục dọc và trục ngang; Lrd, Xrd, 
Lrq, Xrq – hệ số tự cảm và trở kháng tự cảm của cuộn ổn định; Mrda, Xrda, Mrqa, 
Xrqa, Mrdf, Xrdf, Mfrd, Xfrd – hệ số hỗ cảm và trở kháng hỗ cảm giữa cuộn kích 
từ và các cuộn ổn định; L0, X0 – hệ số tự cảm và trở kháng tự cảm của thành 
phần zero mạch stato; Ld, Xd – hệ số tự cảm và trở kháng tự cảm của thành 
phần dọc trục cuộn dây stato; Lq, Xq – hệ số tự cảm và trở kháng tự cảm của 
thành phần ngang trục cuộn dây stato. 
Ta có: 
Xd = Xs + Xad 
Xq = Xs + Xaq 
Xf = Xfs + Xfm 
Xfm = XafXfa/Xad 
Với Xad, Xaq, Xfm – trở kháng phần ứng của trục dọc, trục ngang và trở kháng 
cuộn kích từ; Xs, Xfs – trở kháng tản cuộn dây stato và cuộn kích từ 
b) Mô hình mô phỏng 
Dựa vào các phương trình toán đã được trình bầy ở trên, ta xây dựng mô hình 
máy điện đồng bộ 3 pha ở hệ trục dq như hình sau: 
32 
Hình 2.7 Mô hình máy điện đồng bộ 3 pha ở hệ trục dq 
Các tín hiệu vào gồm: 
-Điện áp kích từ: Uf 
-Công suất lực kéo: Pm 
-Tốc độ: w 
Các tín hiệu đầu ra: 
-Điện áp các thành phần : Ud, Uq 
-Dòng điện các pha: Id, Iq 
-Momen điện từ: Mdt 
2.3 Mô hình động cơ một chiều 
Tương tự như trên, dựa vào các phương trình toán học mô tả chi tiết 
thiết bị ở tài liệu [1] ta xây dựng mô hình động cơ một chiều có mô hình như 
hình 
33 
Hình 2.7 Mô hình máy điện một chiều 
Các thông số đầu vào của mô hình gồm: 
-Điện áp phần ứng 
-Điện áp phần kích từ 
-Mô mem cản 
Các thông số đầu ra của mô hình gồm: 
-Tốc độ động cơ 
-Dòng điện phần ứng 
-Dòng điện kích từ 
-Momen điện từ. 
Ngoài ra các giá trị tham số của động cơ như điện trở, điện cảm phần 
ứng, điện trở và điện cảm phần kích từ, điện áp định mức, từ thông định mức, 
momen quán tính …ta có thể nhập khi nháy đúp vào mô hình. 
34 
Hình 2.8 Khai báo các thông số động cơ điện 1 chiều 
2.4 Mô hình chỉnh lưu cầu 3 pha tiristor 
Hệ thông chỉnh lưu cầu 3 pha có điều khiển có sơ đồ nguyên lý như hình 2.9: 
Hình 2.9 Sơ đồ nguyên lý chỉnh lưu cầu 3 pha có điều khiển 
Dựa vào sơ đồ nguyên lý, ta xây dựng được mô hình có giao nhiện như sau: 
35 
Hình 2.10 Giao diện mô hình chỉnh lưu cầu 3 pha có điều khiển 
Mô hình có các tín hiệu đầu vào gồm: 
-Các xung điều khiển tiristor Q1 đến Q6 
-Các tín hiệu điện áp dây Vab,Vbc và Vca 
Tín hiệu đầu ra là điện áp sau chỉnh lưu V_out. 
2.5 Mô hình nghịch lưu 3 pha bằng IGBT 
Sơ đồ nguyên lý công suất bộ nghịch lưu 3 pha bằng IGBT được trình 
bầy như hình sau: 
Hình 2.11 Sơ đồ nguyên lý bộ nghịch lưu 3 pha bằng IGBT 
36 
Dựa vào sơ đồ nguyên lý ta xây dựng mô hình bộ nghịch lưu 3 pha bằng 
IGBT với giao diện như hình 2.12. 
Hình 2.12 Giao diện mô hình nghịch lưu 3 pha bằng IGBT 
Các tín hiệu đầu vào gồm: 
-Các xung điều khiển IGBT: Q1-Q6 
-Điện áp 1 chiều Vdc 
Các tín hiệu đầu ra: 
-Điện áp dây các pha: Vab, Vbc, Vca 
2.6 Mô hình khâu chuyển tọa độ 3-2 
Mô hình khâu chuyển tạo độ 3-2 được lập trình với mã nguồn như sau: 
function [X1,X2] = fcn(Xa,Xb,Xc) 
X1=Xa; 
X2=(1/sqrt(3))*(Xa+2*Xb); 
Từ đó tao có giao diện của mô hình như hình 2.13 
37 
Hình 2.13 Giao diện mô hình khâu chuyển tọa độ 3-2 
Các tín hiệu đầu vào là các tín hiệu ở tọa độ 3 pha abc 
Các tín hiệu đầu ra là các tín hiệu ở tọa độ 2 pha αβ 
2.7 Mô hình xoay tọa độ 
Hàm xoay hàm tọa độ: 
function [Xd,Xq] = fcn(X1,X2,goc) 
Xd=X1*cos(goc)+X2*sin(goc); 
Xq=-X1*sin(goc)+X2*cos(goc); 
Mô hình: 
Hình 2.14 Giao diện mô hình xoay tọa độ 
Các tín hiệu đầu vào: 
-Tín hiệu ở tọa ban đầu X1, X2 
-Góc xoay: goc 
Các tín hiệu đầu ra: 
-Tín hiệu sau khi xoay tọa độ Xd, Xq. 
38 
2.8 Mô hình chuyển tọa độ 2-3 
Hàm chuyển tọa độ 2-3: 
function [Xa,Xb,Xc] = fcn(X1,X2) 
Xa=X1; 
Xb=(X2*sqrt(3)-Xa)/2; 
Xc=-(Xa+Xb); 
Mô hình: 
Hình 2.14 Giao diện mô hình chuyển tọa độ 2-3 
Các tín hiệu đầu vào: 
-Các tín hiệu ở tọa độ 2 pha : X1, X2 
Các tín hiệu đầu ra: 
-Các tín hiệu ở tọa độ 3 pha: Xa, Xb, Xc 
2.9 Nguồn áp 3 pha 
Hàm mô tả nguồn áp 3 pha: 
function [Ua,Ub,Uc] = fcn(A,f,t) 
Ua=A*sin(2*pi*f*t); 
Ub=A*sin(2*pi*f*t-2*pi/3); 
Uc=A*sin(2*pi*f*t+2*pi/3); 
39 
Mô hình: 
Hình 2.15 Giao diện mô hình nguồn áp 3 pha 
Các tín hiệu đầu vào: 
-Biên độ của điện áp lưới A 
-Tần số điện áp lưới f 
-Tín hiệu thời gian t 
Các tín hiệu đầu ra: Các tín hiệu pha của điện áp lưới 
2.9 Bộ khởi động động cơ bằng điện trở phụ 
Sơ đồ nguyên lý bộ khởi động động cơ bằng điện trở phụ được trình 
bầy như hình 2.16: 
Hình 2.16 Sơ đồ nguyên lý xây dựng bộ khởi động 
động cơ bằng điện trở phụ 
40 
Giao diện mô hình được thể hiện ở hình 2.17: 
Hình 2.17 Giao diện mô hình bộ khởi động động cơ bằng điện trở phụ 
Tín hiêu vào: là điện áp vào bộ khởi động 
Tín hiệu ra là: điện áp đầu ra bộ khởi động 
41 
Chương 3. 
CÁCH SỬ DỤNG THƯ VIỆN VÀ MỘT VÀI VÍ DỤ ỨNG DỤNG 
3.1 Cách sử dụng thư viện 
Để thực sử dụng thư viện ta thực hiện theo các bước sau: 
Bước 1: Khởi động matlab trên window 32 hoặc 64 bit, hình giao diện 
matlab như hình 3.1 
Hình 3.1 Giao diện Matlab sau khi khở động 
Bước 2: Trên thanh công cụ matlab, ta khởi động công cụ mô phỏng 
simulink, được giao diện như hình 3.2 
42 
Hình 3.2 Giao diện Simulink của Matlab 
Bước 3: Vào thư viện các phần tử 
Hình 3.4 Thư viện các phần tử nhóm tác giả xây dựng 
43 
Bước 4: Chọn phần tử cần sử dụng, khai báo các thông số và kết nối và 
chạy mô phỏng. 
3.2 Một vài ví dụ ứng dụng 
3.2.1 Hệ thống khởi động động cơ một chiều bằng bộ điện trở phụ 
-Theo các bước như hướng dẫn ở mục 3.1, ta chọn các phần tử trong 
thư viện là bộ khởi động bằng điện trở phụ và động cơ một chiều, và kết nối 
như hình 3.5 
Hình 3.5 Hệ thống khở động động cơ một chiều bằng điện trở phụ 
-Khai báo các thông số cho các phần tử: ta thực hiện khai báo thông số 
cho các phần tử như sau: 
+Motor Starter: gồm các điện trở phụ có giá trị 4Ω, 2Ω và 0.5Ω , được 
nối ngắn mạch vào các thời điểm 3s, 5s và 7s. 
+Động cơ một chiều với các tham số như sau: 
44 
Hình 3.6 Tham số khai báo của động cơ một chiều 
Chạy mô hình trên,ta có các kết quả mô phỏng : 
-Điện áp sau bộ khởi động: 
Hình 3.7 Điện áp sau bộ khởi động mềm 
45 
-Tốc độ động cơ: 
Hình 3.8 Đáp ứng tốc độ của động cơ 
-Dòng điện phần ứng: 
Hình 3.9 Đáp ứng dòng điện phần ứng 
46 
-Momen điện từ: 
Hình 3.10 Momen điện từ 
3.2.2 Hệ thống hệ thống phát điện sử dụng DFIG bằng phương pháp 
đồng dạng mạch cảm ứng rotor 
-Theo các bước như hướng dẫn ở mục 3.1, ta chọn các phần tử trong 
thư viện kết nối như hình vẽ 3.11 
Hình 3.11 Mô hình hệ thống phát điện sử dụng DFIG bằng phương đồng 
dạng mạch cảm ứng rotor 
47 
Chạy mô hình, ta có kết quả mô phỏng gồm 4 đường đặc tính: điện áp 
lưới, dòng điện phát lên lưới của hệ thống, hệ số điều khiển công suất tác 
dụng, hệ số điều khiển công suất phản kháng 
Hình 3.12 Kết quả mô phỏng hệ thống phát điện 
48 
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 
1.Kết luận 
 Đề tài đã thực hiện thành công, nó mang tính khoa học và thực tiễn 
cao. Đề tài đã xây dựng thành công thư viện truyền động điện và điện tử công 
suất trên matlab, giúp cho các nghiên cứu tiếp theo trong lĩnh vực điện tử 
công suất và truyền động điện thuận lợi. Các phần tử trong thư viện với kết 
cấu mang tính mở giúp người nghiên cứu có thể chủ động thực hiện các chức 
năng chính và phát triển mở rộng dễ dàng. Các tính mới của đề tài là: 
- Nghiên cưu các mô hình toán các phần tử, sắp xếp và tổng hợp để 
làm cơ sở xây dựng các mô hình các phần tử trong thư viện 
- Các phần tử trong thư viện là hệ thống mở, người sử dụng có thể 
thay đổi thông số, bổ xung hoặc thay đổi cấu trúc để phù hợp cho 
vấn đề nghiên cứu của mình. 
2. Kiến nghị 
 Trên cơ sở phương pháp đã trình bầy, đề tài cần phát triển là mở rộng 
xây dựng thêm nhiều phần tử hơn nữa, để bao quát hết các thiết bị điện tử 
công suất và truyền động điện có trong thực tế. Vì vậy, vấn đề này về sau cần 
nhiều người nghiên cứu tham gia, thực hiện trong thời gian dài và thường 
xuyên phải cập nhật thư viện đáp ứng với các phát triển khoa học công nghệ 
trong thực tiễn. 
49 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1] GS.TSKH Thân Ngọc Hoàn, Mô phỏng hệ thống điện tử công suất và 
truyền động điện, Nhà xuất bản xây dựng, 2002. 
[2] Nguyễn Phùng Quang, MATLAB &SIMULINK dành cho kỹ sư điều 
khiển tự động, Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật, 2006 
[3] ThS Nguyễn Trọng Thắng, PGS.TS Nguyễn Tiến Ban, A novel excitation 
method for shaft generatorsusing doubly-fed induction machines on power –
station on shipboards, VCM 2012, 2012