Giáo trình Thí nghiệm Xác định thông số máy điện không đồng bộ - Bài 3: Mô phỏng máy biến áp một pha
Mô phỏng máy biến áp một pha
Bài 3:
MÔ PHỎNG MÁY BIẾN ÁP MỘT PHA
I. Mục tiêu
Giúp sinh viên nắm được những vấn đề cơ bản của máy biến áp một pha (MBA1P) lý
tưởng và MBA1P thực tế, hiểu được cách từ hóa mạch từ máy biến áp lúc máy biến áp hoạt động
không tải, ngắn mạch, có tải. Đồng thời giúp sinh viên xây dựng các đặc tuyến cơ bản của một
máy biến áp trên cơ sở mô phỏng bằng phần mềm MATLAB và công cụ Simulink.
II. Mô hình máy biến áp 1 pha
MBA là thiết bị điện từ để truyền năng lượng từ một hệ điện áp/dòng điện này sang hệ
điện áp/dòng điện khác dựa trên nguyên tắc cảm ứng điện từ. Máy gồm có mạch từ và dây quấn.
• Phân loại: 1 pha và 3 pha, hai và nhiều dây quấn, cách ly và tự ngẫu
• Với máy ba pha, cần chú ý đến kiểu nối dây (Y hay Δ), và tổ nối dây
Mạch tương đương MBA1P:
a2R2
jXm1
jxl
ja2xl
1
2
R1
+
+
i1
i’2/a
a2ZL
v1
v’2
Rc1
Fig. 1-1
–
–
Hình 3.1 – Sơ đồ tương đương thay thế máy biến áp một pha
Tuy nhiên với mạch tương đương vẫn còn chưa cho phép phân tích nhiều trường hợp
thực tế như: mạch ba pha không cân bằng hay mạch từ bị bão hòa.
1. Máy biến áp một pha lý tưởng:
Xét mạch tương đương MBA1P lý tưởng như sau:
Tài liệu hướng dẫn Thí nghiệm máy điện
Page 1
Mô phỏng máy biến áp một pha
Hình 3.2 – Sơ đồ tương đương thay thế máy biến áp một pha
Phương trình điện áp và từ thông trong mạch:
1 d2'
b dt
1 d1
b dt
v1 i1r1
(1)
v2' i2' r2'
(2)
1 b xl1i1 m (3)
2' b2' xl'2i2' m (4)
1
m bLm1(i i2' ) xm1(i i2' )
(5)
1
1
Từ phương trình (3), (4):
2' m
1 m
i1
i2'
xl1
xl,2
Lúc này:
1 2'
1
1
1
1
m xM (
)
với
xl1 xl'2
xM xm1 xl1 xl'2
Từ thông 1 và 2' được tính:
b 1
2
1
1 v r
dt
2 v r
dt
b 2
b
1
b 2
xl2
xl1
Vậy hệ phương trình mô tả MBA1P lý tưởng:
1 m
i1
i2'
(6)
(7)
(8)
xl1
2' m
xl,2
1 2'
m xM (
)
xl1 xl'2
Tài liệu hướng dẫn Thí nghiệm máy điện
Page 2
Mô phỏng máy biến áp một pha
b 1
1 m
(9)
1 v r
dt
dt
b
1
xl1
2 m
2 v r
(10)
b 2
b
2
xl2
2. Máy biến áp một pha có xét bão hòa
Trên thực tế, do bão hòa mạch từ và từ trễ, nên dòng điện i trong lúc khởi động máy biến
áp có sự khác biệt và ảnh hưởng nhiều đến hệ thống. Do đó ta phải xét kết hợp hiệu ứng bão hòa
từ vào trong mô hình mô phỏng MBA1P.
Một số phương pháp được dùng để kết hợp hiệu ứng bão hòa từ vào mô hình mô phỏng:
Dùng giá trị hỗ cảm bão hòa thích hợp ở mỗi bước thời gian.
Xấp xỉ dòng từ hóa bằng hàm giải tích của từ thông móc vòng bão hòa
Dùng quan hệ giữa các giá trị bão hòa và không bão hòa của từ thông móc vòng tương
hỗ.
Hình 3.3 – Cách tính
Tài liệu hướng dẫn Thí nghiệm máy điện
Page 3
Mô phỏng máy biến áp một pha
Hệ phương trình mô tả MBA1P có xét bảo hòa như sau:
1 msat
2' msat
i1
(11)
i2'
(12)
xl1
xl,2
1 2'
msat xM (
)
(13)
unsat
xl1 xl'2
x
m1
sat
1 m
(14)
(15)
1 v r
dt
b 1
b
1
xl1
sat
2 m
2 v r
dt
b 2
b
2
xl2
Trong đó:
1
1
1
1
munsat msat
và
unsat
xM
x
xl1 xl'2
m1
III.Xây dựng mô hình mô phỏng MBA một pha bằng MATLAB/ Simulink
1. Mô phỏng MBA1P lý tưởng:
Mô hình có ngõ vào là các điện áp sơ cấp và thứ cấp, ngõ ra là các dòng điện sơ và thứ
cấp, biến trung gian là các từ thông, trong các hệ vật lý, điện áp sơ cấp thường là yếu tố biết
trước.
Hình 3.4 – Mô hình mô phỏng máy biến áp một pha lý tưởng
Tài liệu hướng dẫn Thí nghiệm máy điện
Page 4
Mô phỏng máy biến áp một pha
Xây dựng M_File chứa thông số của mô hình mô phỏng:
clear all % clear workspace
Vrated = 120; % rms rated voltage
Srated = 1500; % rated VA
Frated = 50; % rated frequency in Hz
Zb = Vrated^2/Srated; % base impedance on primary side
wb = 2*pi*Frated; % base frequency
Vpk = Vrated*sqrt(2); % peak rated voltage
NpbyNs = 120/240; % nominal turns ratio
r1 = 0.25; % resistance of wdg 1 in ohms
rp2 = 0.134; % referred resistance of wdg 2 in ohms
xl1 = 0.056; % leakage reactance of wdg 1 in ohms
xpl2 = 0.056; % leakage reactance of wdg 1 in ohms
xm = 708.8; % unsaturated magnetizing reactance in ohms
xM = 1/(1/xm + 1/xl1 + 1/xpl2);
RH = 960; % load
% set up simulation parameters
tstop = 0.2; % stop time
Psi1o = 0; % initial value of wdg l flux linkage
Psip2o = 0; % initial value of wdg 2 flux linkage
Bảng thiết lập thông số mô phỏng:
Hình 3.5 – Thiết lập thông số trước khi mô phỏng máy biến áp một pha
Tài liệu hướng dẫn Thí nghiệm máy điện
Page 5
Mô phỏng máy biến áp một pha
Khối Load:
Hình 3.6 – Khối load
Bảng Look – Up Table:
Hình 3.7 – Khối Look – Up Table
2. Mô phỏng MBA1P có xét bảo hòa:
Tiến hành tương tự như máy biến áp lý tưởng, ta được mô hình như sau:
Tài liệu hướng dẫn Thí nghiệm máy điện
Page 6
Mô phỏng máy biến áp một pha
Hình 3.8 – Mô hình mô phỏng máy biến áp một pha có xét bão hòa
Xây dựng m_File chứa thông số của mô hình mô phỏng: tương tự MBA1P lý tưởng, nhưng ta
thêm vào phần bão hòa:
% mag. curve Dpsi versus psisat
Dpsi=[ -2454.6 -2412.6 -2370.5 -2328.5 -2286.4 -2244.4 -2202.3 ...
-2160.3 -2118.2 -2076.1 -2034.1 -1992.0 -1950.0 -1907.9 -1865.9 ...
-1823.8 -1781.8 -1739.7 -1697.7 -1655.6 -1613.6 -1571.5 -1529.5 ...
-1487.4 -1445.3 -1403.3 -1361.2 -1319.2 -1277.1 -1235.1 -1193.0 ...
-1151.0 -1108.9 -1066.9 -1024.8 -982.76 -940.71 -898.65 -856.60 ...
-814.55 -772.49 -730.44 -688.39 -646.43 -604.66 -562.89 -521.30 ...
-479.53 -438.14 -396.75 -355.35 -313.96 -272.56 -231.17 -192.60 ...
-154.04 -116.41 -81.619 -46.822 -19.566 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 ...
0.0000 0.0000 19.566 46.822 81.619 116.41 154.04 192.60 231.17 ...
272.56 313.96 355.35 396.75 438.14 479.53 521.30 562.89 604.66 ...
646.43 688.39 730.44 772.49 814.55 856.60 898.65 940.71 982.76 ...
1024.8 1066.9 1108.9 1151.0 1193.0 1235.1 1277.1 1319.2 1361.2 ...
1403.3 1445.3 1487.4 1529.5 1571.5 1613.6 1655.6 1697.7 1739.7 ...
1781.8 1823.8 1865.9 1907.9 1950.0 1992.0 2034.1 2076.1 2118.2 ...
2160.3 2202.3 2244.4 2286.4 2328.5 2370.5 2412.6 2454.6 ];
Tài liệu hướng dẫn Thí nghiệm máy điện
Page 7
Mô phỏng máy biến áp một pha
psisat=[ -170.21 -169.93 -169.65 -169.36 -169.08 -168.80 -168.52
...
-168.23 -167.95 -167.67 -167.38 -167.10 -166.82 -166.54 -166.25 ...
-165.97 -165.69 -165.40 -165.12 -164.84 -164.56 -164.27 -163.99 ...
-163.71 -163.43 -163.14 -162.86 -162.58 -162.29 -162.01 -161.73 ...
-161.45 -161.16 -160.88 -160.60 -160.32 -160.03 -159.75 -159.47 ...
-159.18 -158.90 -158.62 -158.34 -157.96 -157.39 -156.83 -156.07 ...
-155.51 -154.57 -153.62 -152.68 -151.74 -150.80 -149.85 -146.08 ...
-142.31 -137.60 -130.06 -122.52 -107.44 -84.672 -42.336 0.0000 ...
0.0000 42.336 84.672 107.44 122.52 130.06 137.60 142.31 146.08 ...
149.85 150.80 151.74 152.68 153.62 154.57 155.51 156.07 156.83 ...
157.39 157.96 158.34 158.62 158.90 159.18 159.47 159.75 160.03 ...
160.32 160.60 160.88 161.16 161.45 161.73 162.01 162.29 162.58 ...
162.86 163.14 163.43 163.71 163.99 164.27 164.56 164.84 165.12 ...
165.40 165.69 165.97 166.25 166.54 166.82 167.10 167.38 167.67 ...
167.95 168.23 168.52 168.80 169.08 169.36 169.65 169.93 170.21 ];
IV. Yêu cầu thí nghiệm
-
Sinh viên xây dựng 2 mô hình máy biến áp lý tưởng và máy biến áp có xét bão hòa trên
máy tính.
- Mô phỏng dòng điện i1, i2’, từ thông 1
o Hở mạch thứ cấp:
,
2'
, m trong các trường hợp sau:
. Điện áp v1 bằng giá trị đỉnh tại t = 0.
. Điện áp v1 bằng giá trị 0 tại t = 0.
o Ngắn mạch thứ cấp (cấp vào điện áp sao cho dòng điện thứ cấp đạt giá trị định
mức)
. Điện áp v1 bằng giá trị đỉnh tại t = 0.
. Điện áp v1 bằng giá trị 0 tại t = 0.
o MBA hoạt động có tải:
. Tải RH = 500.
. Tải RH = 300.
. Tải RH = 100.
. Tải RH = 50.
-
So sánh giữa mô hình lý tưởng và có xét bão hòa, cho nhận xét về dòng điện sơ cấp i1
trong các trường hợp không tải và tải định mức.
Tài liệu hướng dẫn Thí nghiệm máy điện
Page 8
Mô phỏng máy biến áp một pha
-
Dòng xung kích của MBA có xét bão hòa xuất hiện khi nào? Ảnh hưởng của dòng này
đối với máy biến áp.
-
-
Xây dựng đặc tuyến ngắn mạch của MBA1P có xét bão hòa (đặc tuyến I2n = f (U1n) )
Xây dựng đặc tuyến tải của MBA1P có xét bão hòa (đặc tuyến U2 = f (I2) )
V. Nộp báo cáo
Báo cáo ghi rõ Họ tên, MSSV, Nhóm, Tổ, ngày thực hiện bài TN.
Các kết quả đo và kết quả thí nghiệm phải được trình bày rõ ràng, ngắn gọn và đầy đủ các
yêu cầu theo bài hướng dẫn báo cáo thí nghiệm.
GV có quyền cho điểm 0 những báo cáo như sau:
Những bài sao chép lẫn nhau dưới mọi hình thức.
Số liệu báo cáo không trùng khớp với số liệu đã thực hiện tại PTN.
Tài liệu hướng dẫn Thí nghiệm máy điện
Page 9
9 trang
25840
Free
Bạn đang xem tài liệu "Giáo trình Thí nghiệm Xác định thông số máy điện không đồng bộ - Bài 3: Mô phỏng máy biến áp một pha", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- giao_trinh_thi_nghiem_xac_dinh_thong_so_may_dien_khong_dong.pdf
