NGHIÊN CỨU HIỆN TƯỢNG CỘNG HƯỞNG PHI TUYẾN TRONG THIẾT BỊ ĐIỆN CHỨA CUỘN DÂY LÕI THÉP

NGHIÊN CỨU HIỆN TƯỢNG CỘNG HƯỞNG PHI TUYẾN TRONG THIẾT BỊ ĐIỆN CHỨA CUỘN DÂY LÕI THÉP BẰNG PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG TS. LÊ MẠNH VIỆT Bộ môn Trang bị điện Khoa Điện – Điện tử Trường Đại học Giao thông Vận tải Tóm tắt: Cuộn dây lõi thép làm việc ở điểm gần bão hoà sẽ cộng hưởng nếu nó được nối thêm 1 tụ điện và kích thích điều hoà với biên độ đủ lớn. Cộng hưởng phi tuyến có những đặc tính rất đa dạng phụ thuộc vào các thông số điện từ của mạch, nhất là trạng thái bão...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
NGHIÊN CỨU HIỆN TƯỢNG CỘNG HƯỞNG PHI TUYẾN TRONG THIẾT BỊ ĐIỆN CHỨA CUỘN DÂY LÕI THÉP NGHIÊN CỨU HIỆN TƯỢNG CỘNG HƯỞNG PHI TUYẾN TRONG THIẾT BỊ ĐIỆN CHỨA CUỘN DÂY LÕI THÉP BẰNG PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG TS. LÊ MẠNH VIỆT Bộ môn Trang bị điện Khoa Điện – Điện tử Trường Đại học Giao thông Vận tải Tóm tắt: Cuộn dây lõi thép làm việc ở điểm gần bão hoà sẽ cộng hưởng nếu nó được nối thêm 1 tụ điện và kích thích điều hoà với biên độ đủ lớn. Cộng hưởng phi tuyến có những đặc tính rất đa dạng phụ thuộc vào các thông số điện từ của mạch, nhất là trạng thái bão hoà của lõi thép. Mô phỏng mạch điện khi cộng hưởng phi tuyến đóng vai trò quan trọng trong phân tích, vận hành, sửa chữa và định hướng thiết kế thiết bị điện. Bài báo này trình bày kết quả nghiên cứu việc mô phỏng biên độ từ thông là nghiệm của phương trình vi phân phi tuyến khi cộng hưởng. Chương trình mô phỏng này viết bằng ngôn ngữ C với nhiều đồ thị sẽ rất hiệu quả cho việc phân tích đánh giá thiết bị điện ấy. Hơn thế nữa phương pháp thành lập, phân tích cũng như chương trình mô phỏng là rất bổ ích cho các kỹ sư, giảng viên, sinh viên ngành điện điện tử trong chuyên môn của mình. Summary: The iron core inductor operating in the proximity of saturation point will ĐT resonate if this inductor connects to a capacitor and harmonizes excitement with sufficent amplitude. Non-linear resonance possesses various characteristics dependent on the circuit ‘s electromechanical parameters, especially state of saturation of the iron core. Simulating electrical circuits which are non-linear resonance plays an important role in analysing, operating, reparing and orienting towards design of electric equipment. This paper introduces research results in simulating the magnetic flux‘s amplitudes which are roots of non-linear differential equation in resonant state. This simulation program using C programming language with many graphs effectively assists to analyse and evaluate the equipment. Furthermore, the methods of foundation, and analysis as well as simulation program are useful tools for engineers, lecturers and students of Electronic Electrical Engineering. I. ĐẶT VẤN ĐỀ Cộng hưởng trong mạch tuyến tính (thông số của các phần tử là hằng) xảy ra khi tần số nguồn kích thích bằng tần số riêng của mạch. Tại tần số cộng hưởng chứa nhiều thông tin, như: dòng hoặc áp cực đại (do kết cấu mạch quyết định), công suất nhỏ nhất hay lớn nhất, thành phần dòng hay áp trên cuộn cảm và tụ điện bằng nhau về trị số… Trong mạch phi tuyến (khi chính xác) khái niệm cộng hưởng có nhiều điểm khác hẳn so với mạch tuyến tính. Nói đúng ra cần định nghĩa cộng hưởng theo đặc trưng khác, tổng quát hơn và vì thế có cách nhìn nhận, phân tích mạch điện hiệu quả hơn. Để phân tích mạch điện phi tuyến ở trạng thái đã xác lập có nhiều phương pháp, song đều là gần đúng. Hơn thế nữa lúc chọn phương pháp sử dụng đã nhắm đến hoặc tiên lượng tới khả năng nghiệm của bài toán, đấy cũng chính là ưu điểm và hạn chế của các phương pháp trước đây. Ưu điểm vì mục đích của thiết bị điện cụ thể cần nghiệm bài toán phi tuyến như thế nào để nó thực hiện được chức năng thiết kế đề ra. Còn sự hạn chế phụ thuộc vào phương pháp gần đúng do trình độ khoa học của mình và mức độ công nghệ của thiết bị, máy móc lúc thiết kế. Trong trường hợp xem xét thiết bị điện từ chứa cuộn dây lõi thép bão hoà phục vụ trong các hệ thống máy điện, khí cụ điện, chính chúng ta phải tiên lượng nghiệm của các bài toán trên. Do thiết bị điện từ làm việc được trong hệ thống lưới điện công nghiệp thì nghiệm của các bài toán bắt buộc chứa tần số công nghiệp hay tần số cơ bản, dù đáp ứng của hệ thống có chứa nhiều tần số cao khác. Với mục tiêu giảm thiểu biên độ các sóng hài bậc cao cho các thiết bị điện từ, nên việc giả thiết nghiệm có chứa và nên chứa số lượng chính tần số cơ bản sẽ là tiền đề, nền tảng cho việc phân tích cộng hưởng phi tuyến gắn với mục đích hoạt động của thiết bị. II. NỘI DUNG 1. Bài toán phi tuyến với thiết bị điện từ chứa cuộn dây lõi thép ĐT Cuộn dây lõi thép trong thiết bị điện từ ở trạng thái bắt đầu bão hoà và bão hoà có đặc tính dòng điện - từ thông dạng: iL(j) = a1 Ψ+ a3Ψ3 (1) trong đó: a1, a3 là các hằng số. Một thiết bị điện từ đơn giản nhất và cũng phổ thông nhất có dạng mạch điện tương đương hình 1, trong đó ngoài 2 phần tử tuyến tính R, C thì cuộn dây lõi thép phi tuyến có dạng công thức (1). Khi làm việc với lưới điện công nghiệp, nguồn kích thích là nguồn áp điều hoà : u~(t) = E m.sin(ωt + θ) (2) trong đó biên độ E m có thể thay đổi trong những điều kiện làm việc nào đó (nhất là lúc sự cố). Phương Hình 1. Mạch điện tương đương trình Kiếchốp K1 cho nút: của thiết bị điện từ chứa cuộn dây iC = iL + ig = iL + g.uL (3a) lõi thép nối với tụ điện: trong đó g = 1/R là điện dẫn, và dòng qua tụ điện : iC = C. (duC /dt) (3b) Phương trình Kiếchốp K2 cho vòng: u~ = uL + uC (4) ...