Thiết kế và thi công trạm trộn bê tông điều khiển bằng máy tính

n lược của việc điều khiển phát và phân phối công suất trong hệ thống liên kết nhằm đảm bảo chế độ làm việc ổn định, kinh tế với chất lượng điện năng cao trong mọi tình huống là việc duy trì điện áp và tần số ở trong một giới hạn cho phép. 3.1.Khái niệm điều khiển máy phát điện đồng bộ trong hệ thống điện: Sự thay đổi công suất thực ảnh hưởng chủ yếu đến tần số của hệ thống, trong khi thay đổi công suất phản kháng thì ít ảnh hưởng đến tần số của hệ thống mà chủ yếu phụ thuộc vào sự thay đổi biên độ điện áp. Vì vậy công suất phản kháng và công suất thực được điều khiển độc lập. Hệ thống tự động điều khiển tần số công suất (load frequency control- LFC loop) điều khiển công suất thực và tần số; hệ thống tự động điều chỉnh điện áp (automatic voltage regulator – AVR loop) điều khiển công suất phản kháng và biên độ điện áp. Điều khiển tần số công suất (LFC) để đạt được tính lớn mạnh của các hệ thống liên kết và tạo ra hoạt động tin cậy của hệ thống liên kết. Ngày nay nó vẫn là nền tảng của các khái niệm hiện đại để điều khiển các hệ thống lớn. Các phương pháp này được áp dụng để điều khiển các máy phát riêng lẻ, và cuối cùng là điều khiển các hệ thống lớn, giữ vai trò quan trọng ở các trung tâm điều khiển năng lượng hiện đại. Các trung tâm điều khiển năng lượng hiện đại (modern energy control centers – EEC) được trang bị với các máy tính độc đáo (on-line computers) biểu diển cho việc xử lý tấc cảcác tín hiệu thông qua hệ thống điều khiển từ xa được gọi là hệ thống kiểm soát điều khiển và thu phát dữ liệu (supervisory control and data acquisition – SCADA systems). Ở đây chỉ trình bày các hệ thống điều khiển công suất. Vai trò của việc tự động điều khiển phát công suất (automatic generation control-AGC) trong vận hành hệ thống điện, liên quan đến việc điều khiển công suất liên kết (tie-line power control) dưới những điều kiện hoạt động bình thường, sẽ được phân tích đầu tiên. 3.2.Các hệ thống tự động điều khiển máy phát cơ bản: Trong một hệ thống điện liên kết, hệ thống tự động điều khiển tần số công suất (LFC) và hệ thống tự động điều chỉnh điện áp (AVR) được trang bị cho mỗi máy phát. Hình 3.1 đặc trưng cho sơ đồ được đơn giản hoá của hệ thống tự động điều chỉnh tần (LFC) và hệ thống tự động điều chỉnh điện áp (AVR). Các hệ thống tự động điều chỉnh này được thiết lập ứng với một điều kiện hoạt động riêng biệt và trong trường có sự thay đổi nhỏ về tải yêu cầu phải giữ tần số và biên độ điện áp ở trong một giới hạn cho phép. Sự thay đổi nhỏ về công suất thực chủ yếu phụ thuộc vào sự thay đổi tốc độ của rôto được đặc trưng bởi góc công suất d, và vì vậy nó làm thay đổi tần số. Công suất phản kháng phụ thuộc chủ yếu vào biên độ điện áp ( nghĩa là phụ thuộc hệ thống kích từ máy phát). Hằng số thời gian của hệ thống kích từ nhỏ hơn hằng số thời gian của động cơ sơ cấp và sự giảm quá độ của nó thì nhanh hơn, nên sẽ không ảnh hưởng đến hoạt động của hệ thống tự động điều khiển tần số công suất (LFC). Vì vậy, ảnh hưởng giữa hệ thống tự động điều khiển tần số công suất và hệ thống tự động điều chỉnh điện áp được bỏ qua, điều khiển tần số công suất và điều khiển điện áp đầu cực được phân tích độc lập ở phần sau. 3.3.Điều khiển tần số công suất (LFC): Mục tiêu của điều khiển tần số công suất (LFC) là duy trì tần số cơ bản nằm trong một giới hạn cho phép, phân phối tải giữa các máy phát, và điều khiển các thông số của hệ thống liên kết. Sự thay đổi tần số và công suất thực liên kết được nhận biết để đánh giá sự thay đổi của góc công suất d, chính xác hơn là độ lệch Dd. Độ lệch tín hiệu nghĩa là Df và DPtie, được khuyếch đại, trộn, và biến đổi thành tín hiệu yêu cầu công suất thực DPV, DPV được gởi đến động cơ sơ cấp để yêu cầu một số gia moment quay. Hệ thống kích từ Tự động điều chỉnh điện áp (AVR) Bộ cảm biế điện áp Máy phát Cuộn dây kích từ tu Tua bin Điều khiển van cơ học Điều khiển tần số công suất (LFC) Hệ thống kích từ Hơi nước DPV DPC DPtie DPG ,DQG ,,,DQ Hình 3.1.Sơ đồ đơn giản hoá của bộ điều khiển tần số – công suất (LFC) và bộ tự động điều chỉnh điện áp (AVR) của một máy phát đồng bộ Vì vậy, động cơ sơ cấp làm thay đổi ngõ ra của máy phát bởi một lượng DPg và lượng DPg sẽ làm thay đổi các giá trị của Df và DPtie trong độ lệch định trước. Bước đầu tiên trong việc phân tích và thiết kế một hệ thống điều khiển là tính toán mô hình của hệ thống đó. Bước thứ hai là dùng các phương pháp chung nhất là phương pháp hàm truyền đạt và phương pháp biến trạng thái để miêu tả. Phương pháp biến trạng thái có thể được áp dụng để miêu tả các hệ thống tuyến tính cũng như các hệ thống không tuyến tính. Để sử dụng hàm truyền và các phương trình tuyến tính, trước tiên hệ thống phải được tuyến tính. Các giả định chính xác và xấp xỉ được đưa ra để tuyến tính các phương trình tính toán mô tả hệ thống, và mô hình hàm truyền đạt có được từ những mô hình thành phần sau đây. 3.3.1.Mô hình máy phát: Để thiết lập mô hình cho máy phát trước tiên ta đi xác định phương trình dao động (swing equation). Dưới các điều kiện hoạt động bình thường vị trí tương quan của trục rôto và trục từ trường tổng hợp là cố định. Góc giữa hai trục này được gọi là góc công suất hay góc môment quay. Trong suốt các quá trình dao động, tốc độ của rôto sẽ bị hãm lại hay tăng lên liên quan đến tốc độ đồng bộ của sức từ động khe hở không khí, và bắt đầu có sự chuyển động tương đối giữa hai trục. Phương trình mô tả chuyển động tương đối này được gọi là phương trình dao động. Nếu sau giai đoạn dao động tốc độ của rôto được kéo trở lại tốc độ đồng bộ, máy phát sẽ tự duy trì tính ổn định của nó. Nếu quá trình dao động không bao gồm sự thay đổi công suất của lưới, rôto sẽ trở lại vị trí ban đầu của nó. Nếu quá trình dao động được tăng cường bởi sự thay đổi của công suất phát, tải, hay các điều kiện khác của lưới, rôto sẽ thiết lập góc công suất ở điều kiện hoạt động mới tương ứng với từ trường quay đồng bộ. Để hiểu tầm quan trọng của góc công suất chúng ta quy về tổ hợp véctơ hay giản đồ véctơ của một máy phát rôto cực ẩn hai cực được minh hoạ ở hình 1.4. Từ giản đồ véctơ này chúng ta thấy rằng góc công suất dr là góc giữa véctơ sức từ động rôto Fr và véctơ sức từ động khe hở không khí Fsr , cả hai véctơ này cùng quay với tốc độ đồng bộ. dr cũng là góc giữa sức điện động không tải E và điện áp tổng stato Esr. Nếu bỏ qua điện trở phần ứng máy phát và từ thông rò thì góc giữa sức điện động không tải E và điện áp đầu cực V, cho bởi d, được xem như là góc công suất. Khảo sát một máy điện đồng bộ đang vận hành ở tốc độ đồng bộ vsm và cung cấp ra một môment điện từ Te. Nếu Tm là môment cơ, dưới điều kiện vận hành ở chế độ xác lập và bỏ qua tổn hao, ta có: Tm = Te (3.1) Xuất phát từ chế độ xác lập, có một sự dao động đưa đến tốc độ của rôto tăng lên (Tm > Te) hay tốc độ quay của rôto giảm xuống (Tm < Te), môment quay Ta trên trục của rôto là: Ta = Tm - Te (3.2) Nếu J là tổ hợp môment quán tính của động cơ sơ cấp và máy phát, bỏ qua môment ma sát và môment hãm, từ định luật của chuyển động quay ta có: (3.3) Trong đó um là góc dịch chuyển của rôto so với trục quy chiếu cố định trên stato. Vì ta quan tâm đến tốc độ tương đối của rôtoso với tốc độ đồng bộ nên góc tương ứng được chọn liên quan đến chuyển động đồng bộ ứng với trạng thái chuyển động của hằng số vận tốc góc vsm , nghĩa là: um = vsmt + dm (3.4) Ở đây dm là vị trí của rôto trước khi xảy ra dao động tại thời điểm t = 0, được xác định ứng với trạng thái quay đồng bộ. Lấy đạo hàm phương trình (3.4) ta được vận tốc góc của rôto. (3.5) Và gia tốc của rôto là: (3.6) Thế (3.6) vào (3.3) .Ta được : (3.7) Nhân (3.7) với vm , đưa đến : (3.8) Do vận tốc góc thời gian nhân với moment quay bằng công suất, nên ta viết phương trình (3.8) theo điều kiện công suất như sau: (3.9) Đại lương Jvm được gọi là hằng số quán tính và cho bởi M. Nó liên quan đến động năng của khối lượng chuyển động quay, Wk. (3.10) Hay (3.11) Mặc dù M được gọi là hằng số quán tính, nhưng nó không thật sự là hằng số khi tốc độ của rôto lệch khỏi tốc độ đồng bộ. Tuy nhiên, do vm không thay đổi nhiều trứơc khi bị mất đồng bộ, M được xác định ứng với tốc độ đồng bộ và được xem như được duy trì bằng hằng số, nghĩa là : (3.12) Phương trình dao động (swing equation) ở điều kiện của hằng số quán tính trở thành: (3.13) Một cách thích hợp hơn là viết phương trình dao động (swing equation) ở điều kiện của góc công suất điện d. Nếu p là số cặp cực của máy điện đồng bộ, góc công suất điện d liên quan đến góc công suất cơ dm theo công thức sau: (3.14) Suy ra : (3.15) Phương trình dao động trong điều kiện của góc công suất điện là: (3.16) Do quá trình phân tích hệ thống điện được tính toán trong hệ đơn vị tương đối, nên phương trình dao động (swing equation) thường được biểu diển trong hệ đơn vị tương đối. Chia (3.16) cho công suất cơ bản SB, và thay M từ (3.12) vào, ta được kết quả sau: (3.17) Bây giờ chúng ta định nghĩa một đại lượng quan trọng gọi là hằng số H, hay còn gọi là hằng số quán tính trong hệ đơn vị tương đối như sau: (3.18) Đơn vị của H là giây. Gía trị của H nằm trong khoảng từ 1 đến 10 giây, phụ thuộc vào kích cỡ và loại máy điện. Thế vào (3.17), ta được: (đvtđ) (3.19) Trong đó Pm (đvtđ) và Pe (đvtđ) là công suất cơ và công suất điện tương ứng được tính trong hệ đơn vị tương đối. Vận tốc góc điện liên quan với vận tốc góc cơ cho bởi biểu thức vsm =(2/p)vs. (3.19) được viết trong điều kiện của vận tốc góc điện như sau: (đvtđ) (3.20) Phương trình trên thường được biểu diễn trong điều kiện của tần số f0 , để đơn giản ký hiệu (đvtđ) được bỏ đi và công suất được hiểu trong hệ đơn vị tương đối là: (3.21) Trong đó d là góc diện tích bằng radian. Nếu bỏ d sẽ tính theo độ điện, phương trình dao động (swing equation) trở thành: (3.22) Aùp dụng phương trình dao động của máy điện đồng bộ cho bởi công thức (3.21) đối với dao động nhỏ, ta có: (3.23) Hay trong điều kiện độ lệch tốc độ nhỏ: (3.24) Khi tốc độ được biểu diễn trong hệ đơn vị tương đối, nhưng bỏ qua ký hiệu (đvtđ), ta có : (3.25) Thực hiện phép biến đổi Laplace, ta được: (3.26) Ta có sơ đồ biểu diễn mối quan hệ như hình 3.2. DPm(s) DPe(s) DV(s) _ Hình 3.2.Sơ đồ khối của máy phát 3.3.2.Mô hình tải: Tải trong hệ thống điện gồm có nhiều dạng khác nhau của các thiết bị điện như tải trở, tải nhiệt và chiếu sáng. Đối với những tải này thì công điện độc lập với tần số. Tải động cơ ( có tính cảm) rất nhạy với sự thay đổi tần số. Tuy nhiên sự nhạy cảm với tần số này thể hiện qua đặc tính tốc độ tải của tấc cả các thiết bị truyền động. Đặc tính tốc độ tải của một tải tổng hợp tương ứng với: DPe = DPL + DDv (3.27) Trong đó DPL đặc trưng cho tải không bị ảnh hưởng của tần số, DDv đặc trưng cho tải phụ thuộc vào tần số. D đặc trưng cho phần trăm thay đổi của tải trên phần trăm thay đổi của tần số. Ví dụ như khi tải thay đổi 1,6% ứng với sự thay đổi tần số là 1% thì D=1,6. Mô hình của tải trong sơ đồ khối của máy phát được trình bày như hình 3.3. Rút gọn vòng hồi tiếp đơn ta có sơ đồ tương đương như hình 3.4. DPm(s) DV(s) D DPL(s) _ _ Hình 3.3.Sơ đồ khối tải và máy phát DPm(s) DV(s) DPL(s) _ Hình 3.4.Sơ đồ khối máy phát và tải 3.3.3.Mô hình động cơ sơ cấp: Nguồn công suất cơ được cung cấp từ động cơ sơ cấp, có thể là tuabin nước, tuabin hơi và tuabin khí. Mô hình của tuabin liên quan đến sự thay đổi công suất cơ ở đầu ra DPm để làm thay đổi vị trí của van nước DPV. Các loại tuabin khác nhau có đặc tính khác nhau. Mô hình của động cơ sơ cấp đơn giản có chu trình không khép kín (lượng hơi sau khi qua tuabin không được đun lại để sử dụng: không có sự tuần hoàn) được thể hiện qua một hằng số thời gian tT , đưa đến hàm truyền sau: (3.28) Sơ đồ khối của một tuabin đơn giản được trình bày ở hình 3.5. DPm(s) DPv(s) Hình 3.5.Sơ đồ đơn giản hoá của tuabin hơi nước Hằng số thời gian tT có giá trị nằm trong khoảng 0,2 đến 2,0 giây. 3.3.4.Mô hình bộ điều tốc: Khi phụ tải điện của máy phát đột nhiên tăng lên dẩn đến công suất điện lớn hơn công suất cơ. Sự thiếu hụt công suất điện được cung cấp bởi công suất dự trữ của hệ thống. Sự biến đổi trong công suất dự trữ là nguyên nhân ảnh hưởng đến tốc độ của tuabin, vì vậy tần số của máy phát giảm xuống. Sự thay đổi tốc độ được cảm nhận bởi bộ điều tốc tuabin, bộ điều tốc tác động để điều chỉnh van ngõ vào tuabin để thay đổi công suất cơ ở đầu ra và làm cho tốc độ tiến đến một trạng thái ổn định mới. Bộ điều tốc đơn giản nhất là bộ điều tốc Watt, tốc độ được cảm nhận bởi con quay li tâm và cung cấp chuyển động cơ tương ứng với sự thay đổi tốc độ. Tuy nhiên mô hình của bộ điều tốc hiện đại sử dụng sử dụng mạch điện tử cảm nhân sự thay đổi tốc độ. Hình 3.6 trình bày sơ đồ của các phần tử cơ bản chính của bộ điều tốc Watt cổ điển: 3.3.4.1.Bộ điều tốc: Phần tử quan trọng là con li tâm được điều khiển trực tiếp hay gián tiếp qua một bộ truyền động bởi trục của tuabin. Bộ phận cơ chỉ duy chuyển đi lên hoặc đi xuống dọc theo một đường thẳng tỉ lệ với sự thay đổi tốc độ. 3.3.4.2.Bộ hồi tiếp cơ học: Có nhiều khâu nhằm để thay đổi sự chuyển động của con quay để thay đổi van tuabin thông qua một bộ khuyếch đại thuỷ lực và cung cấp một tín hiệu hồi tiếp từ sự chuyển động của van tuabin. 3.3.4.3.Bộ khuyếch đại thủy lực: Cần phải tạo ra một lực cơ học lớn để mở van nước. Vì vậy, sự truyền động của bộ điều tốc được biến đổi thành lực điện từ lớn qua nhiều tầng của bộ khuyếch đại thủy lực. Hình 3.6.Hệ thống điều tốc 3.3.4.4.Bộ thay đổi tốc độ: Bộ thay đổi tốc độ gồm có một động cơ thừa hành (Servomotor) có thể thao tác bằng tay hay được lập trình tự động tương ứng với độ lệch của tần số bằng cách điều chỉnh điểm đặt. Để vận hành ổn định, bộ điều tốc được thiế kế cho phép tốc độ giảm xuống khi tải tăng lên. Đặc tính xác lậo của bộ điều tốc được biểu diển trong hình 3.8. Thay đổi tốc độ đặt để cho v = 1,0; p = 0,625 pu Thay đổi tốc độ đặt để cho v = 1,0; p = 1,0 pu v 1,06 1,04 1,02 1,00 0,98 0,96 0 0,25 0,50 0,75 1,0 1,25 P, đvtđ DP R = Dv/DP Dv Hình 3.7.Đặc tính tốc độ của bộ điều tốc Độ dốc của đường công -R thể hiện sự điều chỉnh tốc độ của bộ điều tốc. Bộ điều tốc điển hình có sự điều chỉnh tốc độ khoảng 5 à 6% từ lúc không tải đến tải định mức. Cơ chế hoạt động của bộ điều tốc giống như một bộ so sánh mà ngõ ra của nó DPg là độ sai lệch giữa công suất đặt DPref và công suất (1/R)Dv được xác định bởi đặt tính của bộ điều tốc, nghĩa là: (3.29) Dùng phép biến đổi Laplace, ta được: (3.30) Sự biến đổi DPg được truyền qua bộ khuyếch đại thủy lực đến vị trí van nước để điều chỉnh DPV . Giả sử muốn quan hệ trên là tuyến tính và được biểu diển bởi hằng số thời gian tg, ta có mối quan hệ trong miền S là: (3.31) DPref(s) DPv(s) 1/R _ DV(s) DPg(s) Hình 3.8.Sơ đồ khối biểu diễn cho hệ thống điều tốc của tuabin nước DPv DPg 1/R DPref(s) DV(s) DPL(s) DPm _ Bộ điều tốc Tuabine Khối lượng quán tính và tải Hình 3.9.Sơ đồ khối điều chỉnh tần số công suất (LFC) của một hệ thống điện độc lập Phương trình (3.30) và (3.31) được biểu diễn thành sơ đồ khối như hình 3.8. Kết hợp các sơ đồ khối của hình 3.4, 3.5 và 3.8 ta được một sơ đồ khối hoàn chỉnh của việc điều khiển tần số công suất của một máy điện độc lập như hình 3.9. Vẽ lại sơ đồ khối của hình 3.9 với sự thay đổi của tải -DPL(s) bởi ngõ vào và độ lệch tần số DV(s) ở ngõ ra. Ta được sơ đồ khối hình 3.10. -DPL(s) DV(s) _ Hình 3.10.Sơ đồ khối LFC với ngõ vào DPL(s) và ngõ ra DV(s) Hàm truyền vòng hở của sơ đồ khối ở hình 3.11 là: (3.32) Và hàm truyền vòng kín liên quan đến sự thay đổi của tải DPL và độ lệch tần số DV là: (3.33) Hay: (3.34) Sự thay đổi tải là hàm bậc thang đơn vị ở ngõ vào, nghĩa là DPL(s) = DPL/s. Sử dụng định lý giá trị cuối, giá trị xác lập của Dv là: (3.35) Để làm sáng tỏ vấn đề trên, xét trường hợp tải không ảnh hưởng đến tần số (nghĩa là khi D=0), độ lệch tần số xác lập được xác định bởi đặc tính của bộ điều tốc là: (3.36) Khi có nhiều máy phát với nhiều đặc tính điều tốc khác nhau R1, R2, …,Rn được nối lại thành hệ thống, độ lệch tần số xác lập được xác định bởi: (3.37) 3.4.Điều chỉnh điện áp máy phát và phân phối công suất phản kháng: Hệ thống kích từ máy phát có nhiệm vụ duy trì điện áp máy phát và dòng công suất phản kháng. Hệ thống kích từ cổ điển được cấp điện thông qua vòng trượt và chổi than từ máy phát điện do gắn cùng trục với rôto của máy điện đồng bộ. Tuy nhiên hệ thống kích từ hiện đại thường sử dụng máy phát điện ac với bộ chỉnh lưu quay và được gọi là hệ thống kích từ không chổi than. Như chúng ta đã biết, một sự thay đổi về công suất thực sẽ ảnh hưởng nghiêm trọng đến tần số, trái lại một sự thay đổi về công suất phản kháng chỉ ảnh hưởng đến biên độ điện áp. Sự tác động qua lại giữa việc điều khiển điện áp và tần số thì rất yếu nên ta sẽ phân tích việc điều khiển điện áp riêng biệt với phân tích điều khiển tần số. Các nguồn công suất phản kháng là máy phát điện, tụ điện, lò phản ứng. Công suất phản kháng máy phát được điều chỉnh bởi hệ thống kích từ. Một phương pháp phụ để cải thiện điện áp trên hệ thống truyền tải điện là sử dụng các mạch chuyển đổi các cuộn ngõ ra của máy biến áp, bật các bộ bù, điều chỉnh điện áp bước và điều khiển các thiết bị biến đổi tĩnh. Biện pháp đầu tiên của việc điều khiển công suất phản kháng là điều khiển hệ thống kích từ máy phát dùng thiết bị tự động điều chỉnh điện áp (AVR), sẽ được trình bày trong phần này. Vai trò của thiết bị tự động điều chỉnh điện áp là giữ biên độ điện áp đầu cực của máy phát ở giá trị định mức. Sơ đồ của một thiết bị tự động điều chỉnh điện áp được đơn giản hoá ở hình 3.11. Bộ khuyếch đại DP DQ Bộ khuyếch đại Bộ chỉnh lưu Bộ ổn định Máy biến áp Máy phát Bộ kích từ Vref Ve + Hình 3.11.Sơ đồ đơn giản hóa của thiết bị tự động điều chỉnh điện áp (AVR Khi tải công suất phản kháng của máy phát tăng lên sẽ kèm theo sự giảm biên độ điện áp đầu cực. Biên độ điện áp được cảm nhận thông qua một máy biến điện thế trên một pha. Điện áp này được chỉnh lưu và so sánh với tín hiệu đặt dc. Bộ khuyếch đại tín hiệu sai lệch điều khiển từ trường của bộ kích từ và làm tăng điện áp đầu cực của bộ kích từ. Vì vậy, dòng điện kích từ máy sẽ được tăng lên và kết quả là làm tăng sức điện động không tải của máy phát. Sự phát công suất phản kháng được tăng lên đến một điểm cân bằng mới, tăng điện áp đầu cực đến một giá trị mong muốn. Bây giờ chúng ta sẽ xem xét mô hình đơn giản hóa của từng thành phần trong hệ thống tự động điều chỉnh điện áp (AVR). 3.4.1.Mô hình của bộ khuyếch đại: Bộ khuyếch đại của hệ thống kích từ có thể là bộ khuyếch đại từ, bộ khuyếch đại quay hoặc bộ khuyếch đại điện tử hiện đại. Bộ khuyếch đại được đặc trưng bởi một độ lợi KA và một hằng số thời gian tA và hàm truyền đạt là: (3.38) Các giá trị đặt trưng của KA nằm trong khoảng từ 10 đến 400. Hằng số thời gian của bộ khuyếch đại thì rất nhỏ, nằm trong khoảng từ 0,02 đến 0,1 và thường được bỏ qua. 3.4.2.Mô hình của bộ kích từ: Có rất nhiều hệ thống kích từ khác nhau. Tuy nhiên, các hệ thống kích từ hiện đại thường sử dụng nguồn điện ac thông qua bộ chỉng lưu vi điện tử như SCR. Điện áp ngõ ra của bộ kích từ là một hàm thông tuyến tính của điện áp kích từ do ảnh hưởng của sự bảo hòa mạch từ. Vì vậy, không có mối quan hệ giữa điện áp đầu cực máy phát và điện áp đầu cực của bộ kích từ. Một mô hình tiêu biểu của bộ kích từ hiện đại là mô hình tuyến tính được đưa vào tính toán với một hằnh số thời gian chính và bỏ qua sự bảo hòa hay sự không tuyến tính khác. Ở dạng đơn giản nhất, hàm truyền đạt của một bộ kích từ hiện đại có thể được đặc trưng bởi một hằng số thời gian tE và một độ lợi KE, nghiã là: (3.39) Hằng số thời gian của các bộ kích từ hiện đại rất nhỏ. 3.4.3.Mô hình của máy phát: Sức điện động không tải của máy điện động bộ là một hàm của đường cong từ hóa máy điện và điện áp đầu cực phụ thuộc vào tải của máy phát. Trong mô hình tuyến tính, hàm truyền đạt liên hệ giữa điện áp đầu cực máy phát và điện áp kích từ có thể được biểu diễn bởi một độ lợi KG và hằng số thời gian tG, ta có thể truyền đạt lại là: (3.40) Các hằng số này phụ thuộc vào tải, KG có giá trị từ 0,7 đến 1 và tG có giá trị nằm trong khoảng từ 1,0 đến 2,0 giây từ lúc tải định mức đến khi không tải. 3.4.4.Mô hình của bộ cảm biến: Điện áp được cảm biến thông qua một máy biến điện thế và nó được chỉnh lưu thông qua một cầu chỉnh lưu. Bộ cảm biến được mô hình bởi một hàm truyền đạt bậc nhất đơn giản, xác định bởi: (3.41) tR có giá trị rất nhỏ và chúng ta có thể giả sử rằng tR có giá trị nằm trong khoảng từ 0,01 đến 0,06 giây. Sử dụng mô hình trên ta một sơ đồ khối của hệ thống tự động điều chỉnh điện áp (AVR) được cho ở hình 3.12. Bộ khuyếch đại Bộ kích từ Máy phát Bộ cảm biến Vref(s) Ve(s) VR(s) VF(s) Vt(s) _ Hình 3.12.Sơ đồ khối đơn giản của thiết bị tự động điều chỉnh điện áp AVR Hàm truyền đạt vòng hở của sơ đồ khối của hình 3.3 là: (3.42) Và hàm truyền vòng kín thể hiện mối quan hệ giữa điện áp đầu cực máy phát Vt(s) và điện áp chuẩn Vref(s) là: (3.43) Hay: Vt(s) = T(s)Vref(s) (3.44) Khi tín hiệu vào điện áp chuẩn là hàm bậc thang đơn vị Vref = 1/s, sử dụng định lý giá trị cuối ta có đáp ứng ở chế độ xác lập là: (3.45) ._.