BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
TRẦN VĂN DƯƠNG ỨNG DỤNG PHẦN MỀM MÔ PHỎNG SIMULINK
TRONG TÍNH TOÁN VÀ KHẢO SÁT THIẾT BỊ ĐIỆN LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2012
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
TRẦN VĂN DƯƠNG ỨNG DỤNG PHẦN MỀM MÔ PHỎNG SIMULINK
TRONG TÍNH TOÁN VÀ KHẢO SÁT THIẾT BỊ ĐIỆN .Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………….

ii

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành luận văn này tôi đã nhận được sự hướng dẫn rất nhiệt tình của
thầy giáo TS. Trần Quang Khánh cùng với những ý kiến đóng góp quý báu của các
thầy giáo, cô giáo Bộ môn Điện kỹ thuật – Khoa cơ điện, Viện sau Đại học Trường
Đại học Nông nghiệp Hà Nội đã đọc và đóng góp nhiều ý kiến quý báu để luận văn
của tôi được hoàn chỉnh hơn. Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất
tới những sự giúp đỡ quý báu đó.
Tôi xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí
Minh đã tạo điều kiện cần thiết cho việc nghiên cứu luận văn.
Tôi xin bày tỏ sự biết ơn chân thành tới gia đình, đồng nghiệp và bạn bè
những người đã luôn bên tôi giúp đỡ về vật chất cũng như tinh thần trong suốt quá
trình học tập và hoàn thành luận văn.
Hà Nội, ngày 20 tháng 5 năm 2012
Tác giả

Trần Văn Dương
.Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………….

1.4.3. Mô hình cuộn kháng bảo hòa 31
CHƯƠNG 2. CÁC ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT CỦA MÁY ĐIỆN 38
2.1. Máy điện quay: 38
2.1.1. Máy điện một chiều 38
2.1.2. Máy điện không đồng bộ 39
2.1.3. Máy điện đồng bộ 40
2.2. Máy biến áp 3 pha: 42
.Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………….

iv

CHƯƠNG 3. XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG THỬ NGHIỆM ĐỘNG
CƠ ĐIỆN 44
3.1. Xây dựng mô hình mô phỏng thử nghiệm máy điện một chiều 44
3.2. Xây dựng mô hình mô phỏng thử nghiệm máy điện đồng bộ. 50
3.3. Xây dựng mô hình mô phỏng thử nghiệm máy điện không đồng bộ. 56
CHƯƠNG 4. XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG THỬ NGHIỆM MBA63
4.1. MBA Ba pha hai cuộn dây 63
4.2. MBA Ba pha ba cuộn dây 66
4.3. MBA bão hòa từ 69
CHƯƠNG 5. THỰC HIỆN CHƯƠNG TRÌNH KHẢO NGHIỆM MÁY
ĐIỆN 73
5.1. Khai báo các tham số và chạy mô hình khảo sát máy điện. 73
5.1.1. Mô hình mô phỏng máy điện một chiều: 73
5.1.2. Mô hình mô phỏng máy điện đồng bộ: 76
5.1.3. Mô hình mô phỏng máy điện không đồng bộ: 78
5.1.4. Mô hình mô phỏng máy biến áp 3 pha 2 cuộn dây: 81


Hình 1.9 Thư viện BLOCKSETS và TOOLBOXES 6

Hình 1.10 Khối kỹ thuật điện 28

Hình 1.11 Mô hình biến trở phi tuyến 29

Hình 1.12 Khối biến dòng và điện áp 30

Hình 1.13 Mô hình biến trở phi tuyến có bộ lọc 31

Hình 1.14 Hàn truyền từ thông và dòng cuộn kháng 32

Hình 1.15 Sơ đồ mô phỏng cuộn kháng bão hoà 32

Hình 1.16 Động cơ một chiều kích từ độc lập 33

Hình 1.17 Mô hình và đồ thị mômen điện từ và vận tốc 35

Hình 1.18 Mô hình mô phỏng động cơ nguồn dòng có điều khiển 36

Hình 1.19 Mô hình tổ hợp của động cơ 37

Hình 2.1 Lá thép và lõi thép stato. 40

Hình 2.2 Cấu tạo rotor động cơ không đồng bộ 40

Hình 2.3 Mặt cắt ngang trục máy: 41

Hình 2.4 Mô hình máy biến áp 3 pha 42

Hình 4.1 Sơ đồ mô phỏng máy biến áp 3 pha 2 cuộn dây 65

Hình 5.1 Mô hình mô phỏng máy điện một chiều 73

Hình 5.2 Kết quả mô phỏng 75

Hình 5.3 Mô hình mô phỏng máy điện đồng bộ 76

Hình 5.4 Kết quả mô phỏng 78

Hình 5.5 Mô phỏng máy điện không đồng bộ 79

Hình 5.6 Kết quả mô phỏng 81

Hình 5.7 Mô hình mô phỏng máy biến áp 3 pha 2 cuộn dây: 82

Hình 5.8 Kết quả mô phỏng 83

Hình 5.9 Mô hình mô phỏng máy biến áp 3 pha 3 cuộn dây 84

Hình 5.10 Kết quả mô phỏng 85

Hình 5.11 Mô hình mô phỏng máy biến áp bão hòa từ: 86

Hình 5.12 Kế quả mô phỏng 87
quá trình tự động hoá. Ở đâu có chuyển động cơ học, ở đó cần đến thiết bị điện làm
khâu trung gian để chuyển hoá điện năng thành dòng cơ năng với những đặc tính
cần thiết. Việc điều khiển chính xác dòng cơ năng tạo nên các chuyển động phức
tạp của dây truyền công nghệ là nhiệm vụ của hệ thống truyền động. Bởi vậy truyền
động điện là môn khoa học ứng dụng các kiến thức mới nhất của lý thuyết tự động
điều khiển, các tiến bộ của công nghệ vi điện tử và vi tính, nhằm gán cho máy điện
các tính năng cao, đáp ứng được các đòi hỏi mới của quá trình tự động hoá đặt ra
cho thiết bị.
Sự thâm nhập vũ bão của kỹ thuật vi tính, đặc biệt là kỹ vi xử lý tín hiệu đã
cho phép giải quyết các thuật toán phức tạp điều khiển các thiết bị điện trong điều
kiện thời gian thực với chất lượng rất cao. Đối với các kỹ sư Cơ tin nói riêng và
những người nghiên cứu khoa học - kỹ thuật nói chung, mô phỏng là công cụ quan
trọng cho phép khảo sát các đối tượng, hệ thống hay quá trình kỹ thuật - vật lý, mà
không nhất thiết phải có đối tượng hay hệ thống thực. Được trang bị một công cụ
mô phỏng mạnh và có hiểu biết về các phương pháp mô hình hoá, người kỹ sư sẽ có
khả năng rút ngắn thời gian và giảm chi phí nghiên cứu – phát triển sản phẩm một
cách đáng kể. Điều này đặc biệt có ý nghĩa khi sản phẩm là các hệ thống kỹ thuật
phức hợp với giá trị kinh tế lớn.
Với mục đích đó, luận án tốt nghiệp chuyên ngành điện khí hoá ứng dụng
không ngoài mục đích giúp các kỹ sư tiếp cận và sử dụng thành thạo các phần mềm
mô phỏng với sự trợ giúp của máy tính để giải quyết các vấn đề của kỹ thuật. Cụ
thể là trong luận án tốt nghiệp này, với nhiệm vụ là: “ Mô phỏng thiết bị điện trong
thư viện SIMULINK ”, tôi đã sử dụng công cụ mô phỏng trong Matlab của
MathWork. luận án gồm năm chương:

.Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………….


2

Từ đây có thể tạo mô hình bằng Simulink:
- Nhấp chuột vào biểu tượng: của thư viện Simulink: Hình 1.2 Môi trường soạn thảo Simulink.
- Cửa sổ này cho phép ta “nhấp-kéo-thả” vào từng khối chức năng trong thư
viện simulink.
VD: Đặt vào khối ‘Sine wave’ trong thư viện Hình 1.3 Lấy một khối từ thư viện.
Sau khi đặt tất cả các khối cần thiết của mô hình,ta nối chúng bằng cách
“nhấp-giữ” và kéo một đường từ đầu ra của khối này đến đầu vào của khối kia rồi
thả phím trái chuột ra, một kết nối sẽ được thiết lập.
1.2. Các khối cơ bản của thư viện SimPowerSystems thuộc Simulink.
Thư viện các khối SimPowerSystems (ở các phiên bản trước MATLAB 6.1
là Power System Blockset) là một phần trong hộp công cụ mở rộng Simulink của
MATLAB, nó bao gồm hệ thống các khối chức năng cho phép giải các bài toán hệ
thống theo phương pháp mô hình mô phỏng. Trong các thư viện con của
.Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………….

3

SimPowerSystems có chứa các mô hình của các phần tử thụ động (pasive) và chủ
động (active), các nguồn năng lượng, các thiết bị điện như động cơ, máy phát, máy
.Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………….

5
Hình 1.7 Thư viện Phần phi tuyến (NONLINEAR).
Hình 1.8 Thư viện Phần đầu nối (CONECTIONS).

.Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………….

6
Hình 1.9 Thư viện BLOCKSETS và TOOLBOXES.

Thư viện SimPowerSystems bao gồm các thư viện con sau:
•
Electrical Sources – nguồn điện
•
Connectors – kết nối

chuyển vector thời gian vào trong matlab.
2. Constant:

Màn hình cài đặt thông số là hằng số
Phát ra giá trị là hằng số.
Những thông số: giá trị constant.
3. Sine Wave: Khối phát sóng có dạng Sine Màn hình cài đặt thông số cho khối Sin
.Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………….

8

Những thông số : Giá trị biên độ, tần số ( rad/s, hezt), pha, thời gian lấy
mẫu (chỉ áp dụng cho hệ gián đoạn).
4. Signal Generator:

Cung cấp cho 4 dạng sóng khác nhau (giống như máy phát sóng):

+ Sóng Sin.
+ Sóng vuông (square).
+ Sóng răng cưa (sawtooth).
+ Sóng ngẩu nhiên ( random).
Những thông số : Dạng sóng, giá trị biên độ (giá trị đỉnh), tần số, đơn vị tần số.
Nhũng giá trị này có thể thay đổi trong quá trình mô phỏng.
5. Repeating sequency: Lặp lại dạng song đã cho một cách tuần tự.

.Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………….

10

8. Pulse Generator :
Phát ra một chuổi xung tuần tự với khoảng thời gian ổn định. Những thông số : Chu kì xung, độ rộng xung (hệ số chu kì), biên độ xung,
thời gian bắt đầu phát xung.
9. Random Number:
Bộ phát số ngẫu nhiên (ý nghiã Zero) phân bố chuẩn (Phân bố Gauss). Những thông số: Giá trị trung bình, khoảng biến đổi, giá trị bắt đầu phát
sinh (seed), thời gian lấy mẫu.
Điểm khác biệt cuả khối này sự khác nhau của giá trị "seed". Giá trị này có
thể là một vector.
Trong hệ rời rạc (phụ thuộc vào thời gian) liên quan đến vấn đề số nó thường
được dùng hơn khối Band –Limited White Noise.
.Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………….

11


Oscilloscope). 2. To Workspace: Lưu trữ dữ liệu dưới dạng một ma trận. Những thông số: Tên ma trận, số mẫu tối đa(maximum) để xuất ra. .Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………….

13

Mỗi một cột ma trận đại diện cho mỗi giá trị khác nhau dữ liệu được truyền
đến MATLAB cho đến khi kết thúc mô phỏng.
Nêú sự mô phỏng cần số bước lớn hơn giá trị maximum một đơn vị thì khối
này chỉ lưu giá trị n cuối cùng ,với n là giá trị lấy mẫu maximum đã quy định.
Thông số thứ hai cuả hàng trong maximum là tuỳ ý (timestep: buớc thời
gian), Matlab chỉ lưu giá trị n chung. Thường thường vector thời gian không cần
khoảng cách đều; thông số thứ ba của maximum cũng tuỳ ý nhưng có đặc điểm là
phải phù hợp với thời gian lấy mẫu với dữ liệu được thu thập.
Ví dụ nếu bạn cài đặt thông số cho maximum…
[100,5,0.8]
Cửa ra của ma trận gồm 100 hàng (số cột tương ứng với chiều của khối vào)

Hai đồ thị của hai tín hiệu sẽ được vẽ trên cửa sổ đồ họa của Matlab .

Những thông số : biên duới và biên trên của trục.
5. Stop Simulation:
Ngừng cuộc mô phỏng ngay lậy tức khi ngõ vào bằng không.

Khi nhiều tín hiệu vào là đa biến nếu có một thành phần ngõ vào bằng
không thì cuộc mô phỏng sẽ ngừng ngay lập tức.
6. Graph: Vẽ số liệu trên cửa sổ đồ họa.

Những thông số : phạm vi trục thời gian, biên dưới và biên trên của trục
ngang, màu sắc của mỗi đường.
Nếu thời gian mô phỏng vuợt quá thời gian đặt thì đồ thị sẽ bắt đầu được vẽ
từ cạnh trái của Graph.
1.3.3. DISCRETE:
1. Unit Delay :

Ngõ vào bị trễ bởi một chu kì lấy mẫu
Những thông số : Giá trị đầu (giá trị giả định trong chu kì mô phỏng đầu
tiên khi ngõ ra không xác định được), thời gian lấy mẫu.
.Trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………….

15