Luận án Nâng cao hiệu quả sử dụng máy điện dị bộ nguồn kép cho hệ thống phát điện đồng trục trên tầu thủy

hi hòa đồng bộ với lưới; và điều khiển các thành phần công suất của 
máy phát đưa lên lưới sau khi hòa đồng bộ với lưới. Các vấn đề này sẽ được 
làm rõ ở khi ta phân tích mô hình toán của cấu trúc ghép nối này ứng dụng trong 
hệ thống phát điện đồng trục trên tầu thủy. 
2.3 Mô hình toán hệ thống phát điện đồng trục sử dụng DFIG bằng kỹ 
thuật đồng tín hiệu dạng rotor 
2.3.1 Cấu trúc và nguyên lý hoạt động 
 Kết cấu của hệ thống phát điện đồng trục sử dụng DFIG bằng kỹ thuật tín 
hiệu đồng dạng rotor được thể hiện đơn giản hóa ở hình 2.8. 
Hình 2.8: Cấu trúc hệ thống phát điện đồng trục sử dụng DFIG 
bằng kỹ thuật đồng dạng tín hiệu rotor 
 Hệ thống gồm: 
 Máy chính ME có trục được nối với DFIG1 và DFIG2. 
 DFIG1: là máy điện dị bộ nguồn kép công suất nhỏ có tác dụng tạo tín 
hiệu suất điện động cảm ứng đồng dạng ở rotor. 
 Khâu đồng dạng và cách ly: là mạch khuếch đại tín hiệu sử dụng khuếch 
đại thuật toán với trở kháng đầu vào vô cùng lớn. 
 Mạch điều khiển dòng điện, điện áp rotor cho DFIG2 
42 
 DFIG2: là máy phát dị bộ nguồn kép có tác dụng phát ra điện áp hòa với 
lưới điện tầu thủy. 
 DFIG1 và DFIG2 có số cặp cực bằng nhau, được nối cứng trục với nhau 
sao cho tọa độ dây quấn ở rotor và stator của 2 máy trùng với nhau. 
 Vì trong hệ thống có 2 DFIG, nên các đại lượng và thông số của các 
DFIG được ký hiệu để phân biệt như sau: chỉ số 1 cho DFIG1, chỉ số 2 cho 
DFIG2, ví dụ: R1 là điện trở của DFIG1, L
2 là điện cảm của DFIG2. 
 Theo mục 2.2.2, tần số góc của điện áp stator DFIG2 là s2 luôn bằng với 
tần số góc của điện áp lưới g và hoàn toàn không phụ thuộc vào tốc độ quay 
của rotor  , vậy tần số của điện áp và dòng điện của máy phát lên lưới luôn 
bằng với tần số điện áp lưới. Với tính chất tự nhiên này, hệ thống có khả năng 
bám điện áp lưới rất tốt và bền vững. 
2.3.2 Mô hình toán DFIG1 và DFIG2 
 Phương trình mô tả máy điện dị bộ nguồn kép trên hệ tọa độ tựa theo điện 
áp lưới, ứng dụng cho DFIG1 có hệ phương trình sau: 
r
f
rm
f
s
f
r
m
f
rs
f
s
f
s
f
rr
f
rf
rr
f
r
f
ss
f
sf
ss
f
s
LiLi
LiLi
j
dt
d
iRu
j
dt
d
iRu
11111
11111
1
1
111
1
1
111
..
..
..
)(
.
..
)(
.






),,,.65.2( dcba
Vì điện trở của khâu đồng dạng và cách ly lớn, nên rotor của DFIG1 gần 
như hở mạch, nên 01 fri , thay vào phương trình (2.65c) và (2.65d), có từ thông 
stator và rotor của DFIG1 như sau:
m
f
s
f
r
s
f
s
f
s
Li
Li
111
111
.
.


),.66.2( ba 
 Thay 0
1 fri và các phương trình từ thông (2.66.a,b) vào phương trình 
(2.65a) và (2.65b), có phương trình điện áp ở stator và rotor DFIG1 như sau: 
43 
f
smr
f
s
m
f
r
f
sss
f
s
s
f
ss
f
s
iLj
dt
idLu
iLj
dt
idLiRu
11
1
11
11
1
1111
...)(
...)(..


),.67.2( ba
Tương tự, tập hợp hệ phương trình mô tả máy điện dị bộ nguồn kép trên 
hệ tọa độ quay theo vector điện áp lưới, áp dụng cho DFIG2, có hệ phương trình 
sau: 
r
f
rm
f
s
f
r
m
f
rs
f
s
f
s
f
rr
f
rf
rr
f
r
f
ss
f
sf
ss
f
s
LiLi
LiLi
j
dt
d
iRu
j
dt
d
iRu
22222
22222
2
2
222
2
2
222
..
..
..
)(
.
..
)(
.






 ),,,.68.2( dcba 
 Để có kết quả mô hình toán thuận lợi cho quá trình điều khiển, cần phải 
xét hệ thống ở chế độ trước và sau khi hòa đồng bộ với lưới. 
2.3.3 Mô hình hệ thống khi DFIG2 chưa hòa với lưới điện 
 DFIG2 chưa nối với lưới điện, tức là chưa có dòng điện phát ra ở stator 
của DFIG2 hay 02 fsi ,và dòng điện rotor lúc này là frfr ii 022 , thay 02 fsi và
f
r
f
r ii 0
22 vào phương trình (2.68c) và (2.68d), nhận được từ thông stator và rotor 
như sau: 
r
f
r
f
r
m
f
r
f
s
Li
Li
2
0
22
2
0
22
.
.


 ),.69.2( ba 
 Thay các giá trị từ thông vào phương trình (2.68a) và (2.68b), có phương 
trình điện áp của stator và rotor của DFIG2 như sau: 
f
rrr
f
r
r
f
rr
f
r
f
rms
f
r
m
f
s
iLj
dt
idLiRu
iLj
dt
idLu
0
220
2
2
0
222
0
220
2
22
...)(..
...)(.


),.70.2( ba
Điện áp ra rotor của DFIG1 (ở phương trình 2.65b), qua khâu đồng dạng 
và cách ly, tạo điện áp là fssu như sau:
44 
)...)(..(. 11
1
11 f
smr
f
s
mss
f
rss
f
ss iLjdt
idLGuGu  
)71.2(
Ở khâu điều chế điện áp rotor DFIG2, bù thêm thành phần frr iR 022 . , vậy 
điện áp đưa vào rotor của DFIG2 là: 
)...)((.. 11
1
1
0
22
0
2212 f
smr
f
s
mss
f
rr
f
rr
f
ss
f
r iLjdt
idLGiRiRuu  
)72.2(
 So sánh với phương trình điện áp rotor của DFIG2 ở phương trình (2.70b) 
có:
 f
rrr
f
r
r
f
rr
f
smr
f
s
mss
f
rr iLjdt
id
LiRiLj
dt
id
LGiR 0
220
2
2
0
2211
1
1
0
22 ...
)(
..)...
)(
.(.  
=> fsfr iKi 11202 . (với rmss LLGK
21
12 /. ) )73.2( 
 Thay fsfr iKi 11202 . vào phương trình điện áp stator của DFIG2 (2.70a) 
nhận được: 
)...)(.( 12
1
2
12
2 f
sms
f
s
m
f
s iLjdt
idLKu  
)74.2(
Nghiên cứu lại phương trình (2.65a) là phương trình điện áp stator của 
DFIG1: fsss
f
s
s
f
ss
f
s iLjdt
idLiRu 11
1
1111 ...)(..  
).65.2( a 
 Ta có nhận xét như sau: 
 fsu1 là điện áp của lưới điện. 
 DFIG1 có rotor hở mạch nên không có từ trường phần ứng, không có 
phản ứng phần ứng và tất cả các đại lượng và thông số trong phương trình 
(2.65a) đều là không đổi, nên độ lệch pha của thành phần điện áp
f
sss
f
s
s
f
sl iLjdt
idLu 11
1
11 ...)(.  
so với điện áp của lưới 
f
sss
f
s
s
f
ss
f
s iLjdt
idLiRu 11
1
1111 ...)(..  
là không đổi. 
45 
 So sánh thành phần điện áp fsss
f
s
s
f
sl iLjdt
idLu 11
1
11 ...)(.  với điện áp đầu ra 
của của DFIG2: )...)(.( 12
1
2
12
2 f
sms
f
s
m
f
s iLjdt
idLKu  
ta thấy
constLLKuu sm
f
sl
f
s 
12
12
12 /./ , vậy fsu
2 trùng pha với thành phần fslu
1 . 
 Tới đây, ta có các kết quả quan trọng của hệ thống phát điện khi chưa hòa 
với lưới như sau: 
 Điện áp đầu ra của máy phát luôn lệch pha so với điện áp lưới một góc 
α=const rất nhỏ và hoàn toàn không phụ thuộc vào tốc độ lai của máy chính. 
 Vì độ lệch pha với góc α là cố định, nên để giải quyết việc triệt tiêu góc 
lệch pha này, ta chỉ cần xoay lệch trục DFIG1 và DFIG2 một góc α để bù lại sự 
lệch pha, hoặc độ lệch pha này rất nhỏ (do thành phần fss iR 11 . rất nhỏ so với 
điện áp lưới), nên có thể bỏ qua không cần hiệu chỉnh. 
 Biên độ điện áp đầu ra của máy phát có thể điều chỉnh hoàn toàn tuyến 
tính thông qua điều chỉnh giá trị Gss. Giả thiết để biên độ đầu ra của máy phát 
trùng với biên độ điện áp lưới, ta phải chỉnh giá trị Gss = G0. Có thể tìm G0 từ hệ 
phương trình: 
rmss
sm
f
sl
f
s
LLGK
LLKuu
21
12
12
12
12
/.
1/./
 )75.2( 
 Từ hệ phương 2.75, tính được G0 như sau: 
 )./().(/. 212112120 mmrsmr LLLLLLKG )76.2( 
 Như vậy có thể kết luận: trong trường hợp máy phát chưa nối với lưới, để 
điện áp đầu ra của máy phát trùng pha, trùng biên độ, trùng tần số với lưới ta 
thực hiện các khâu hiệu chỉnh và điều chỉnh sau: 
 Giải quyết vấn đề trùng tần số giữa điện áp ra của máy phát với điện áp 
của lưới điện: ta thấy luôn được thỏa mãn (theo phần 2.2.2). 
 Giải quyết vấn đề về trùng pha giữa điện áp máy phát và điện áp lưới: ta 
xoay lệch trục không gian giữa DFIG1và DFIG2 một góc α để bù lại phần lệch 
pha, hoặc thành độ lệch này rất nhỏ, có thể bỏ qua không cần hiệu chỉnh. 
46 
 Giải quyết vấn đề về trùng biên độ giữa điện áp máy phát với điện áp lưới 
ta thực hiện 2 khâu hiệu chỉnh: 
 Bù thành phần điện áp frr iR 022 . của rotor DFIG2 để có mối quan hệ điện áp 
stator giữa DFIG1và DFIG2 là tỉ lệ. 
 Chỉnh hệ số khuếch đại GSS ở khâu đồng dạng và cách ly để điều chỉnh 
biên độ điện áp đầu ra của máy phát bằng biên độ của điện áp lưới. 
 Thấy rằng, ba khâu hiệu chỉnh trên đều không đổi, sau khi thiết kế các 
mạch hiệu chỉnh ở chế độ trước khi hòa đồng bộ, ta sẽ giữ nguyên trong chế độ 
hòa đồng bộ. Cuối cùng, ta có mô hình hệ thống khi chưa hòa với lưới được thể 
hiện như hình 2.9: 
Hình 2.9: Sơ đồ khối hệ thống phát điện đồng trục sử dụng DFIG bằng kỹ thuật 
đồng dạng tín hiệu rotor với mạch nghịch lưu nguồn áp khi chưa hòa lưới 
 Trong mô hình trên có khâu tạo dòng fri 02 , cần phân tích cấu tạo của khâu 
này. 
 Vì rotor của DFIG1 hở mạch, nên không có dòng chạy qua (hay rri1 =0), 
nên phương trình điện áp rotor DFIG1 trên tọa độ cuộn dây rotor như sau: 
dt
idL
dt
d
iRu
r
s
m
r
rr
rr
r
r
)(.
)(
.
1
1
1
111 

 )77.2( 
47 
 Từ phương trình (2.73), ta có 12021 / Kii rrrs ,thay 12021 / Kii rrrs vào phương 
trình (2.77) có: 
 dtuL
Ki rr
m
r
r )(
1
1
12
0
2
)78.2(
Từ phương trình (2.75b) ta có rmSS LLGK 2112 /. , thay vào phương trình 
(2.78) ta có:
 dtuLdtuKLi
r
ss
r
r
rss
r
r
r )(
1).(1 2
1
20
2
)79.2(
Vậy có được khâu tạo dòng fri 02 như sau:
Hình 2.10: Sơ đồ khối khâu tạo fri 02 
 Trên đây là mô hình hệ thống hệ phát điện đồng trục sử dụng DFIG bằng 
kỹ thuật đồng dạng tín hiệu rotor với mạch mạch nghịch lưu nguồn áp. Tuy 
nhiên, hệ thống với mạch nghịch lưu nguồn áp sẽ gây một số khó khăn trong 
quá trình tính toán điều khiển hệ thống sau này, vì vậy dựa vào mô hình hệ 
thống với mạch nghịch lưu nguồn áp, xây dựng mô hình trên cở sở mạch nghịch 
lưu nguồn dòng như hình 2.11: 
Hình 2.11:Sơ đồ khối hệ thống phát điện đồng trục sử dụng DFIG bằng kỹ thuật 
đồng dạng tín hiệu rotor với mạch nghịch lưu nguồn dòng khi chưa hòa lưới 
48 
Các thành phần dòng điện rotor: 
 Phương trình điện áp stator của DFIG2 trên tọa độ cuộn dây stator (bỏ 
qua thành phần điện áp rơi trên điện trở) là
 dt
d
u
s
ss
s
)( 22  hoặc: 
 s
ss
s
s ju 
22 .. )80.2( 
 Phương trình (2.80) cho thấy từ thông stator luôn chậm pha so với điện áp 
stator một góc khoảng 900, và thành phần dòng fri 02 là thành phần tạo ra từ thông 
chính sinh ra điện áp ở stator, nên fri 02 trùng pha với từ thông chính, hay fri 02 chậm 
pha so với điện áp stator một góc 900, vậy pha của )( 0
2 f
ri chính là pha của dòng 
điện rotor ngang trục tựa theo vector điện áp lưới ( rqi2 ), và pha của dòng điện 
rotor dọc trục tựa theo vector điện áp lưới rdi2 sẽ chính là pha của )( 02 fri trừ đi 
góc π/2, hay là pha của fri 02 cộng một góc π/2. 
 Vậy trong tọa độ tựa theo điện áp lưới, thành phần dòng điện đơn vị dọc 
trục của rotor ( 02 rdi ) có thể được tạo ra bằng cách cộng thêm pha của fri 02 một 
góc π/2. Thành phần dòng điện đơn vị ngang trục của rotor ( 02 rqi ) có thể được tạo 
ra bằng cách đảo pha fri 02 . Quá trình tạo các thành phần dòng điện đơn vị dọc 
trục và ngang được thể hiện ở đồ thị vector hình 2.12. 
Hình 2.12: Đồ thị vector quá trình tạo các thành phần dòng điện rotor DFIG2 
 Do fri 02 không đổi nên các thành phần dòng điện đơn vị 02 rdi và 02 rqi cũng 
không đổi. Vì vậy, ngay sau các tín hiệu thành phần dòng điện đơn vị ( 02 rdi , 02 rqi ), 
49 
nếu thiết lập thêm các khâu khuếch đại, ta có thể điều khiển được độ lớn của các 
thành phần dòng điện dọc trục và ngang trục của rotor DFIG2. 
2.3.4 Mô hình hệ thống sau khi DFIG2 hòa với lưới điện 
 Giả sử yêu cầu của máy phát là phải phát ra lưới điện dòng điện tải là fsi2 , 
ta phải điều chỉnh dòng rotor có giá trị như sau: frtfrfr iii 2022 , với fri 02 là thành 
phần dòng điện rotor ở chế độ không tải đã được điều chế cố định ở phần 2.3.3. 
 Như vậy ta phải điều chế thành phần dòng rotor bổ sung frti2 để stator của 
máy phát bơm ra lưới điện dòng fsi2 mà vẫn đảm bảo điện áp ra các cực stator 
của máy phát trùng pha, trùng tần số, trùng biên độ với điện áp lưới. 
 Thay frtfrfr iii 2022 và fsi2 vào phương trình (2.68c), nhận được từ 
thông stator DFIG2 như sau: 
m
f
rt
f
rs
f
s
f
s
LiiLi 220
2222 ).(.  )81.2( 
 Thay từ thông stator 
f
s
2 vào phương trình (2.68a), điện áp đầu ra stator 
DFIG2 như sau: 
)82.2(.........)(.)(.)(.. 2220
222
2
20
2
2
2
2222
m
f
rtsm
f
rss
f
ss
f
rt
m
f
r
m
f
s
s
f
ss
f
s LijLijLijdt
idL
dt
idL
dt
idLiRu  
Vì điện áp rơi trên điện trở stator 2 sR có thể bỏ qua được so với tổng điện 
áp rơi trên các thành phần còn lại nên:
)83.2(.........)(.)(.)(. 2220
222
2
20
2
2
2
22
m
f
rtsm
f
rss
f
ss
f
rt
m
f
r
m
f
s
s
f
s LijLijLijdt
idL
dt
idL
dt
idLu  
Vì DFIG2 nối với lưới, nên điện áp ra stator DFIG2 luôn bằng điện áp 
lưới và không đổi. Do vậy, so sánh phương trình (2.83) với phương trình 
(2.70b) có được:
m
f
rtsm
f
rss
f
ss
f
rt
m
f
r
m
f
s
s
m
f
rs
f
r
m
f
s
LijLijLij
dt
idL
dt
idL
dt
idL
Lij
dt
idLu
222
0
222
2
20
2
2
2
2
2
0
20
2
22
.........)(.)(.)(.
...)(.


 Cân bằng phương trình ta có: 
f
sms
f
rt iLLi
2222 )./( )84.2( 
50 
 Viết lại phương trình (2.84) theo các thành phần dòng điện dọc trục và 
ngang trục ta có: 
rtqmmsq
rtdsmsd
iLLi
iLLi
2222
2222
)/(
)/(
 ),.85.2( ba 
Vấn đề về công suất: 
 Công suất tác dụng và công suất phản kháng của máy phát DFIG2 là: 
sin...3
cos...3
22
22
ss
ss
IUQ
IUP
),.86.2( ba 
 Với 2Us, 2Is là điện áp và cường độ dòng điện hiệu dụng một pha của máy 
phát, φ là độ lệch pha giữa điện áp và dòng điện trên một pha của máy phát. 
 Biểu diễn vector điện áp và dòng điện stator của máy phát trên tọa độ tựa 
theo điện áp lưới dq quay với vận tốc góc s là fsu2 và fsi2 , góc lệch pha giữa 
f
su
2
và fsi
2 vẫn là φ (hình 2.13), độ dài của vector fsu
2 và fsi
2 (ký hiệu là ||2 fsu và ||
2 f
si ) 
chính là biên độ của điện áp và dòng điện nên ta có: 
2.||;2.|| 2222 s
f
ss
f
s IiUu )87.2( 
Hình 2.13: Vector dòng điện và điện áp stator DFIG2 
trên tọa độ tựa theo điện áp lưới 
 Từ hình 2.13 có: 
sin.||
cos.||
||
22
22
22
f
ssq
f
ssd
f
ssd
ii
ii
uu
 ),,.88.2( cba 
51 
 Thay các phương trình (2.88.a,b,c) và các phương trình (2.87) vào các 
phương trình (2.86.a,b) có: 
sqsd
sdsd
iuQ
iuP
22
22
.).2/3(
.).2/3(
),.89.2( ba
Thay 2 sdi ở phương trình (2.85a) và 
2
sqi ở phương trình (2.85b) vào các 
phương trình (2.89.a,b) có:
)/.(.).2/3(
)/.(.).2/3(
2222
2222
smrtqsd
smrtdsd
LLiuQ
LLiuP
),.90.2( ba
 Theo phần 2.3.3, các thành phần dòng điện đơn vị dọc trục và ngang trục 
của rotor DFIG2 ( 02 rdi , 02 rqi ) là không đổi, và có thể điều khiển độ lớn dòng điện 
dọc trục rtdi2 và ngang trục rtqi2 bằng cách thay đổi các hệ số khuếch đại (đặt ngay 
sau các tín hiệu 02 rdi , 02 rqi ), nên ta có: 
0
22
0
22
.
.
rqQrtq
rdPrtd
iGi
iGi
 ),.91.2( ba
 Thay 2 rtdi và 2 rtqi để tính P và Q có: 
YGLLuiGQ
XGLLuiGP
QsmsdrqQ
PsmsdrdP
.)/.()..).(2/3(
.)/.()..).(2/3(
222
0
2
222
0
2
),.92.2( ba
Với X, Y là các thành phần không đổi vì trong tọa độ quay theo điện áp 
lưới, các thành phần 2 2 20 0, ,sd rd rqu i i đều không đổi.
 Vậy để điều chỉnh công suất tác dụng P của máy phát bơm ra lưới điện ta 
chỉ cần phải điều chỉnh hệ số GP, điều chỉnh công suất phản kháng Q của máy 
phát bơm ra lưới điện ta chỉ cần phải điều chỉnh hệ số GQ. 
 Sơ đồ khối mô hình tổng thể của hệ thống với mạch nghịch lưu nguồn 
dòng thể hiện ở hình 2.14: 
52 
Hình 2.14: Sơ đồ khối mô hình hệ thống phát điện đồng trục sử dụng DFIG 
bằng kỹ thuật đồng dạng tín hiệu rotor khi hòa lưới 
 Thấy rằng các thành phần công suất tác dụng P và công suất phản kháng 
Q tỉ lệ với các hệ số GP và GQ. Như vậy, có thể điều chỉnh dễ dàng các thành 
phần công suất của máy phát bơm ra lưới bằng cách thay đổi các hệ số GP và 
GQ. Tuy nhiên, để điều chỉnh GP và GQ cần phải thực hiện qua thiết bị điều 
khiển. 
2.3.5 Các ưu điểm của cấu trúc phát điện đồng trục sử dụng DFIG bằng kỹ 
thuật động dạng tín hiệu rotor 
 Phương pháp điều khiển DFIG bằng kỹ thuật đồng dạng tín hiệu rotor đã 
đáp ứng được rất tốt các vấn đề trùng pha, trùng biên độ, trùng tần số giữa điện 
áp ra của máy phát với điện áp của lưới điện tầu thủy. 
 Trong quá trình khảo sát cho thấy tín hiệu điện áp đồng dạng sẽ phản ứng 
tự nhiên tức thời khi điện áp lưới hoặc tốc độ rotor thay đổi. Vì vậy, phương 
pháp điều khiển DFIG dựa trên tín hiệu đồng dạng rotor sẽ cho kết quả điện áp 
đầu ra luôn bám theo điện áp lưới ngay cả khi điện áp lưới thay đổi hay tốc độ 
rotor của DFIG thay đổi. Do đó, mô hình này rất phù hợp ứng dụng trong máy 
phát đồng trục để hòa với lưới điện trên tầu thủy vì lưới điện tầu thủy là lưới 
53 
“mềm”, điện áp thường xuyên thay đổi và tốc độ máy chính (ME) cũng thường 
xuyên thay đổi theo các tình huống điều động trên biển. 
 Mô hình có các khâu điều khiển các thành phần công suất cung cấp ra 
lưới điện rất đơn giản và hiệu quả: thành phần công suất tác dụng P tỷ lệ với hệ 
số GP, thành phần công suất phản kháng Q tỷ lệ thuận với hệ số GQ. Vì vậy, 
việc thiết kế bộ điều khiển các thành phần công suất sau này sẽ rất đơn giản. Bộ 
điều khiển trong hệ thống không phải tính toán nhiều nên không cần chọn chip 
điều khiển cấu hình cao, dẫn đến hạ giá thành bộ điều khiển của hệ thống. 
 Các mạch trong hệ thống đều là các mạch liên tục nên kết quả điện áp ra 
của máy phát hoàn toàn liên tục và sẽ có dạng sin chuẩn. 
2.4 Xác định tỷ số truyền của hộp số của máy phát đồng trục 
2.4.1 Cấu tạo, chức năng của hộp số trong máy phát đồng trục 
 Hộp số trong máy phát đồng trục có chức năng truyền cơ năng từ máy 
chính sang chân vịt và sang máy phát điện. Hình ảnh một hộp số máy phát đồng 
trục được thể hiện ở hình 2.15. 
Hình 2.15: Hộp số máy phát đồng trục trên tầu thủy 
 Trong hình 2.14, hộp số có 3 đầu trục để kết nối gồm: 1.Đầu trục đấu nối 
với trục chân vịt; 2. Đầu trục đấu nối với trục máy phát điện; 3. Đầu trục đấu 
nối với trục máy chính. 
54 
 Vị trí của hộp số trong hệ thống phát điện đồng trục được thể hiện ở hình 
2.16: 
Hình 2.16: Vị trí của hộp số trong hệ thống phát điện đồng trục 
 Với hành trình trên biển của tầu thủy, tốc độ máy chính thường ổn định 
với sai số trong phạm vi nhất định [5][49]. Vì vậy, có thể thiết kế hệ thống 
truyền chuyển động giữa máy chính và rotor của DFIG với tỉ số truyền hợp lý 
sao cho tốc độ góc của rotor DFIG ở hành trình trên biển nằm trong khoảng giá 
trị phù hợp để hiệu suất chuyển đổi cơ năng sang điện năng cao nhất, giảm chi 
phí nhiên liệu cho sản suất một đơn vị điện năng trong hệ thống phát điện đồng 
trục. Vì vậy, phần tiếp theo sẽ nghiên cứu tìm khoảng tốc độ góc của rotor 
DFIG để hiệu suất chuyển đổi cơ năng từ máy chính sang điện năng của máy 
phát đồng trục là lớn nhất, trên cơ sở đó có thiết kế tỉ số truyền chuyển động 
giữa máy chính và rotor của DFIG hợp lý, nâng cao hiệu quả của máy phát điện 
đồng trục sử dụng DFIG. 
2.4.2 Các dòng năng lượng qua máy phát 
 DFIG1 là máy điện dị bộ nguồn kép loại nhỏ, chỉ có chức năng tạo tín 
hiệu đồng dạng ở rotor, so với công suất máy phát thì công suất của DFIG1 rất 
nhỏ nên không ảnh hưởng tới các thành phần công suất trong hệ thống phát 
điện. Vì vậy trong mục 2.4 này, chỉ nghiên cứu các thành phần công suất ở 
DFIG2 (chức năng phát điện), các thông số máy điện, các thành phần công suất 
55 
trong mục 2.4 đều là của DFIG2, vì vậy không cần thêm chỉ số để phân biệt 2 
DFIG như trong mục 2.3. 
 Cấu trúc dòng năng lượng qua DFIG2 được thể hiện ở hình 2.17: 
Hình 2.17: Cấu trúc dòng năng lượng qua máy phát 
 DFIG2 có cuộn dây stator được nối trực tiếp với lưới điện ba pha, cuộn 
dây phía rotor được nối với hệ thống biến tần có khả năng điều khiển dòng năng 
lượng đi theo hai chiều. Hệ thống có khả năng hoạt động với hệ số trượt trong 
một phạm vi rộng đó là làm việc ở chế độ trên hoặc dưới đồng bộ, cho phép tận 
dụng tốt nguồn năng lượng được lai bởi máy chính(ME). Ở hai chế độ, máy đều 
cung cấp năng lượng lên lưới ở phía stator. Ở phía rotor, máy lấy năng lượng từ 
lưới ở chế độ dưới đồng bộ và hoàn năng lượng trở lại lưới ở chế độ trên đồng 
bộ. 
2.4.3 Các thành phần công suất qua máy phát 
 Ta khảo sát hệ thống trên tọa độ tựa theo điện áp lưới tức là usd=const, 
usq=0. Thông thường, hệ thống phát điện chỉ cung cấp ra lưới điện công suất 
công suất tác dụng P, còn công suất phản k