THIẾT kế hệ THỐNG điều KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG điện sử DỤNG ĐỘNG cơ điện XOAY CHIỀU 3 PHA KHÔNG ĐỒNG bộ

ĐỒ ÁN TỔNG HỢP ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD:PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN ĐỒ ÁN MÔN HỌC TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN SỬ DỤNG ĐỘNG CƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU PHA KHÔNG ĐỒNG BỘ Người hướng dẫn: PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG Sinh viên thực hiện: PHẠM CƠNG MINH Nhóm HP / Lớp: 18N32 / 18TDH1 Ngành: Kỹ thuật điều khiển tự động hóa SVTH: PHẠM CÔNG MINH ĐỒ ÁN TỔNG HỢP ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD:PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG Mục lục Mục lục Danh sách hình ảnh CHƯƠNG I: XÁC ĐỊNH YÊU CẦU HỆ THỐNG VÀ TÍNH TỐN THIẾT KẾ PHẦN ĐỘNG LỰC 1.1 Xác định yêu cầu hệ thống 1.1.1 Giới thiệu chung 1.1.2 Xác định yêu cầu toán 1.2 Tính tốn thiết kế phần động lực .8 1.3 Lựa chọn phương án truyền động 11 1.4 Tính chọn động thành phần khác hệ thống 14 1.4.1 Tính tốn thiết kế phần động lực .14 1.4.2 Bộ biến đổi 17 1.4.3 Cảm biến 20 1.4.4 Cảm biến dòng 20 1.4.5 Cảm biến đo tốc độ - encoder: 20 1.5 Sơ đồ tổng thể 22 CHƯƠNG II: MƠ PHỎNG HĨA HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN .23 2.1 Mơ hình tốn học động 24 2.2 Xây dựng mơ hình tốn học khâu hệ thống 26 2.2.1 Mơ hình tốn học cảm biến 26 2.2.2 Mô hình tốn học điều khiển 26 2.2.3 Mơ hình tốn học biến đổi Clarke 26 2.2.4 Mơ hình tốn học biến đổi Park .27 2.2.5 Mơ hình tốn học mơ hình từ thông 27 SVTH: PHẠM CÔNG MINH ĐỒ ÁN TỔNG HỢP ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD:PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG 2.3 Xây dựng mơ hình tốn học hệ thống 28 2.4 Kết luận 28 CHƯƠNG 3: TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 29 3.1 Sơ đồ cấu trúc phần điều khiển 29 3.2 Xác định luật điều khiển 31 3.3 Xác định thông số PI mạch 32 3.4 Kết luận 32 CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG, KIỂM NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG 33 4.1 Mô hệ truyền động 33 4.1.1 Mơ hình phần cứng hệ truyền động IM .33 4.1.2 Sơ đồ cấu trúc điều khiển T4R hệ truyền động 34 4.2 Phân tích kết mơ đánh giá 37 4.2.1 Tốc độ động 37 4.2.2 Momen điện từ, dòng isd, isq dòng điện pha cấp cho động 37 4.3 Kết luận 38 Danh sách hình ảnh Hình Sơ đồ tải hệ thống Hình Đồ thị mong muốn tải Hình Sơ đồ cấu trúc hệ thống Hình Động không đồng pha YE3-250M-6 hộp giảm tốc SUMITOMO CYCLO 6000 15 Hình Mạch chỉnh lưu mạch nghịch lưu _17 Hình Diode B3 200 _19 Hình Cảm biến dòng CSLA1DJ _20 SVTH: PHẠM CÔNG MINH ĐỒ ÁN TỔNG HỢP ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD:PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG Hình Encoder DFS20A-A2BAC000100 _21 Hình Sơ đồ tổng thể hệ thống _22 CHƯƠNG I: XÁC ĐỊNH YÊU CẦU HỆ THỐNG VÀ TÍNH TỐN THIẾT KẾ PHẦN ĐỘNG LỰC 1.1 Xác định yêu cầu hệ thống 1.1.1 Giới thiệu chung Hệ thống truyền động điện tập hợp thiết bị như: thiết bị điện, thiết bị điện tử, khí, thủy lực,… phục vụ cho việc biến đổi lượng điện-cơ gia cơng truyền tín hiệu thơng tin để điều khiển q trình biến đổi lượng Hệ truyền động điện đóng vai trị quan trọng sống đặc biệt lĩnh vực sản xuất Mặc dù không phổ biến hệ truyền động xoay chiều hệ truyền động chiều đóng một vai trị quan trọng với ưu điểm điểu khiển dễ dàng, độ tin cậy cao, Ở tìm hiểu thiết kế hệ thống truyền động cho động xoay chiều pha không đồng 1.1.2 Xác định yêu cầu toán Mục tiêu đặt thiết kế hệ thống truyền động điện cho động điện chiều kích từ độc lập kéo tải có sơ đồ hình 1.1 SVTH: PHẠM CƠNG MINH ĐỒ ÁN TỔNG HỢP ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD:PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG Hình Sơ đồ tải hệ thống Với số liệu ban đầu: Hệ thống cấp nguồn bời nguồn điện xoay chiều pha 220V/380V, sử dụng động điện xoay chiều pha không đồng để quay tải thông qua cặp bánh với thông số: r1/r2 = ; TL = 30 N.m; JL = kg.m2 Hệ thống quay tải theo tốc độ yêu cầu: có tăng tốc, giảm tốc, giữ tốc độ, đảo chiều, cụ thể hình 1.2 SVTH: PHẠM CƠNG MINH ĐỒ ÁN TỔNG HỢP ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD:PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG Hình Đồ thị mong muốn tải Từ số liệu ban đầu, yêu cầu đặt phải thiết kế hệ thống truyền động điện chất lượng cao hoạt động ổn định, xác, đại lượng đầu hệ tốc độ tải phải bám theo giá trị mong muốn Để đạt yêu cầu, công việc thiết kế phải trọng vào phần công việc thiết kế phần điều khiển, với bước: phân tích cấu trúc phần động lực, mơ hình hóa hệ thống, từ xác định cấu trúc điều khiển, thuật toán điều khiển tham số điều khiển, cuối kiểm nghiệm lại hệ thống mô thực nghiệm Trước vào công việc thiết kế ta phải xác định cấu trúc chung hệ thống Từ yêu cầu đặt số liệu ban đầu ta xác định cấu trúc hệ thống bao gồm khối: khối động cơ, khối cảm biến, khối điều khiển, khối phát xung khối biến đổi cụ thể biến tần Cấu trúc chung hệ thống thể rõ sơ đồ hình 1.3: SVTH: PHẠM CƠNG MINH ĐỒ ÁN TỔNG HỢP ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD:PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG Hình Sơ đồ cấu trúc hệ thống Chức khối sơ đồ cấu trúc hệ thống: - Khối điều khiển: thực tính tốn đưa giá trị điện áp mong muốn dựa vào sai lệch giá trị đặt (tốc độ) giá trị phản hồi (tốc độ, dòng điện) - Khối mạch điều khiển phát xung: nhận giá trị điện áp mong muốn tiến hành phát xung điều khiển - Bộ biến đổi xoay chiều: nhận xung điều khiển tiến hành chỉnh lưu điện áp nguồn theo yêu cầu - Động cơ: nhận giá trị điện áp quay tải theo tốc độ momen mong muốn - Khối cảm biến: phản hồi giá trị tốc độ dòng điện đo Phối hợp hoạt động khối: giá trị đặt mong muốn đưa vào điều khiển so sánh với giá trị thực cảm biến đo phản hồi về, sai lệch điều khiển tính tốn đưa giá trị điện áp mong muốn cấp cho mạch điều SVTH: PHẠM CÔNG MINH ĐỒ ÁN TỔNG HỢP ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD:PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG khiển phát xung Từ giá trị điện áp mong muốn, mạch điều khiển phát xung tiến hành phát xung cấp cho biến đổi xoay chiều, biến đổi xoay chiều nhận xung kích với góc mở mong muốn chỉnh lưu nguồn điện cấp cho động 1.2 Tính tốn thiết kế phần động lực Bước công việc thiết kế phân tích cấu trúc, tính tốn thiết kế phần động lực Phần động lực hệ thống bao gồm động cơ, biến tần, cảm biến, −r Ta có: ω M = r ω L  Tốc độ mong muốn quy trục động cơ: −r - Từ 0-1s: tăng từ đến ω M = r ω L= 100=−20( rad /s) −r - Từ 1-3s: giữ không đổi ω M = r ω L=−20(rad / s) −r - Từ 3-4s: giảm đảo chiều ω M = r ω L= (−70 )=14( rad /s) - Từ 4-6s: giữ ω M =14(rad /s) - Từ 6-7s: giảm 120 100 100 100 tốc độ tải 80 tốc độ mong muốn 60 40 20 -20 14 0 -40 -60 -80 SVTH: PHẠM CÔNG MINH -20 14 -20 -70 -70 t ĐỒ ÁN TỔNG HỢP ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD:PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG Ta có: P M =T em ⋅ ω M  Phân tích sơ đồ 1.1, ta có: Tốc độ sau qua cặp bánh có mối quan hệ: ωM.r1=ωL.r2 Bảo toàn động lượng truyền qua bánh răng: ωM.T1= ωL.T2 r1 ωL T1 → r =ω =T M ω r r ( ⅆω ) r( r ⅆω L 1 L M → T = ω T = r T = r T L + J L ⅆt = r T L + J L r ⅆt M 2 ( Với T 2=T L + J L ) ⅆ ωL ) ⅆt ( ) () ωL r1 Bảo tồn động ta có: J M = ω J L= r J L M Ta có: (1.1) T em=T +J M (1.2) ⅆ ωM ⅆt (1.3) Vì chưa chọn động nên bỏ qua giá trị J M , sau chọn động ta kiểm nghiệm lại sau  Giá trị momen tính toán theo đồ thị tốc độ mong muốn tải: - Từ 0-1s: T em= ( ) ( ) r1 r2 ⅆ ωM −20−0 T L+ J L =5 30+ 4.−5 =−2150 (N m) r2 r ⅆt 1−0 - Từ 1-3s: T em= ( ) ( ) r1 r ⅆ ωM −20−(−20 ) T L+ J L =5 30+ 4.−5 =−150(N m) r2 r ⅆt 3−1 - Từ 3-4s: T em= ( ) ( ) r1 r2 ⅆ ωM 14−(−20) T L+ J L =5 30+ 4.−5 =3250 ( N m) r2 r ⅆt 4−3 - Từ 4-6s: T em= ( ) ( ) r1 r ⅆ ωM 14−14 T L+ J L =5 30+ 4.−5 =−150( N m) r2 r ⅆt 6−4 SVTH: PHẠM CÔNG MINH ĐỒ ÁN TỔNG HỢP ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD:PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG - Từ 6-7s: T em= ( ) ( ) r1 r ⅆ ωM 0−14 T L+ J L =5 30+ 4.−5 =−1550( N m) r2 r ⅆt 7−6 → Giá trị momen yêu cầu lớn nhất: Tmax= 3250 N.m √ ∑T t Giá trị đẳng trị: T ⅆt = ( i ) i ≈ 1593,18( N m) ∑ti 4000 3250 3250 momen yêu cầu Tem(N.m) 3000 2000 1000 -1000 -150 -150 -1550 -2150 -2000 -3000 -150 -150 t -1550 -2150  Công suất mong muốn trục động - Từ 0-1s: tăng từ đến P M =−2150.−20=43(kW ) - Từ 1-3s: giữ giá trị P M =−150.−20=3(kW ) - Từ 3-4s: thay đổi từ P M =3250 ⋅−20=−65 ( kW ) đến giá trị P M =3250.14=45,5 (kW) - Từ 4-6s: giữ giá trị P M =−150.14=−2,1(kW ) - Từ 6-7s: thay đổi từ P M =−1550 ⋅ 14=−21,7 ( kW )về → Giá trị công suất lớn yêu cầu: Pmax= 65 (kW) Giá trị đẳng trị: Pⅆt = SVTH: PHẠM CÔNG MINH √ ∑ ( Pi ) t i =27,95 (kW ) ∑ ti 10 ĐỒ ÁN TỔNG HỢP ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD:PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG CHƯƠNG 1: CHƯƠNG 2: 2.1 Mơ hình tốn học động Ta có giá trị tham số động cơ: R s=0,08233 Ω Rr =0,0503 Ω Ls =0 , 000724 H Lr =0 , 02783 H Lm=0 ,0271 H J m =0,4 kg m z p=2 Suy ra: ' Ψ rd = Ψ rd Ψ rd = =35,93 Ψ rd Lm , 02783 ' Ψ rq = Ψ rq Ψ rq = =35,93Ψ rq Lm , 02783 L2m , 02712 σ =1− =1− =−35,45 Ls L r , 000724 x ,02783 T s= Ls , 000724 = =0,00088 Rs 0,08233 T r= Lr , 02783 = =0,55 Rr 0,0503 Phương trình momen: L m M = z p m Ψ ' rd i sq = z p (1−σ ) Ls Ψ 'rd i sq Lr ' = x x (1−(−37.44))x ,000724 x Ψ rd isq = 0,835 Ψ ' rd isq SVTH: PHẠM CÔNG MINH 24 ĐỒ ÁN TỔNG HỢP ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD:PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG Phương trình chuyển động: mM =mW + → mM −mW = J dω z p dt 0,4 dω dω =0,2 dt dt Chọn vector trạng thái: x fT = [ i sd ,i sq , Ψ ' rd , Ψ ' rq ] Chọn vector đầu vào: u s =[ u sd , u sq ] fT [ 32,22 −1,87 −1,03 ω 32,22 1,03 ω −1,87 Af= 1.82 −1,82 −ω 1.82 ω −1,82 [ ][ −36,89 0 −36,89 −1 B= N= 0 0 0 f 2.2 0 0 0 −1 ] 0 ] Xây dựng mơ hình tốn học khâu hệ thống 2.2.1 Mơ hình tốn học cảm biến 2.2.1.1 Cảm biến dịng điện Xét cảm biến dòng điện thực tốt nên coi mơ hình tốn học cảm biến dòng điện khâu đơn vị SVTH: PHẠM CÔNG MINH 25 ĐỒ ÁN TỔNG HỢP ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD:PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG 2.2.1.2 Cảm biến tốc độ Xét cảm biến tốc độ thực tốt nên coi mơ hình tốn học cảm biến tốc độ khâu đơn vị 2.2.2 Mơ hình tốn học điều khiển Ta sử dụng điều khiển PI: GC =K p+ KI s 2.2.3 Mơ hình tốn học biến đổi Clarke Công thức chuyển đổi Clarke: { i sα =i su i sβ = ( i su +2i sv ) √3 [] [ iα = iβ SVTH: PHẠM CÔNG MINH −1 √3 ][ ] −1 iu i √3 v iw 26 ĐỒ ÁN TỔNG HỢP ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD:PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG 2.2.4 Mơ hình tốn học biến đổi Park Công thức chuyển đổi Park ¿ ][ ] [][ cos θ sin θ i sα id = i q −sin θ cos θ i sβ Điều kiện để chuyển đổi phải biết góc 𝜃s vector từ thơng 𝚿r θ s=θ s ( )+∫ ωs dt θ s ( )=0 ω s=ω+ω r ωr = i sq T r Ψ rd 2.2.5 Mơ hình tốn học mơ hình từ thơng Trên hệ tọa độ dq: isd đại lượng điều khiển cho ᴪ’𝑟𝑑 Tuy nhiên hai đại lượng tồn khâu trễ bậc với số thời gian 𝑇𝑟 ' Ψ rd = i sd i sd = 1+ sT r 1+0,296 s 2.3 Xây dựng mơ hình tốn học hệ thống [ Với −117,53 7,79 2,33 ω f −117,53 −2,33 ω 7,79 A= 3,38 −3,38 0 3,48 −3,38 SVTH: PHẠM CÔNG MINH ] 27 ĐỒ ÁN TỔNG HỢP ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD:PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG [ ][ 511,4 0 511,4 −1 B= N= 0 0 0 f 0 0 0 −1 0 ] 2.4 Kết luận Trong chương 2, ta bước đầu xây dựng mơ hình tốn thành phần hệ thống, qua tổng hợp thành mơ hình tốn hệ thống Đây bước đầu để ta vào tổng hợp toán, tính chọn tham số điều khiển chương CHƯƠNG 3: TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN CHƯƠNG 3: 3.1 Sơ đồ cấu trúc phần điều khiển Chức khối sơ đồ cấu trúc mô tả sau: Khối nghịch lưu: Chuyển đại lượng chiều trung gian qua lọc thành hệ thống điện áp xoay chiều pha Mạch nghịch lưu hệ thống - SVTH: PHẠM CÔNG MINH 28 ĐỒ ÁN TỔNG HỢP ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD:PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG van bán dẫn đóng ngắt theo tín hiệu điều khiển thời gian đóng ngắt tu, tv, tw Khâu điều chế vector: Chuyển điện áp usα, usβ sang thời gian đóng ngắt van tu, tv, tw Khâu chuyển hệ tọa độ: Từ đại lượng đo isu, isv, isw (thực chất cần đo hai giá trị isu, isv, từ suy isw) chuyển thành isα, isβ hệ tọa độ αβ Các khâu chuyển tọa độ: Chuyển đại lượng từ hệ tọa độ dq sang hệ tọa độ αβ ngược lại Để chuyển cần có thêm đại lượng góc quay 𝜃𝑠 hệ tọa độ tựa theo từ thơng rotor Khâu điều chỉnh dịng RI : Có tác dụng áp đặt nhanh thành phần dòng isd isq, biến chúng thành đại lượng điều khiển từ thông rotor mômen quay Vào thời kỳ đầu kỹ thuật truyền động, người ta dùng riêng rẽ điều chỉnh dòng riêng biệt kiểu PI, nhiên giải pháp làm việc tốt chế độ tĩnh, cịn chế độ động, bộc lộ nhiều nhược điểm Khâu điều chỉnh từ thông: Trên hệ tọa độ dq, isd đại lượng điều khiển cho Ψ ' rd Tuy nhiên hai đại lượng tồn khâu trễ bậc với số thời gian 𝑇𝑟 ' Ψ rd = i sd 1+ sT r khâu điều chỉnh từ thơng có nhiệm vụ cải thiện đặc tính truyền đạt ¿ Từ giá trị sai lệch giá trị đặt từ thôngΨ ' rd giá trị ước lượng từ thơng tính tốn từ mơ hình từ thơng để tính giá trị đặt thành ¿ phần dịng i sd Khâu mơ hình từ thơng: Có nhiệm vụ tính từ thơng rotor Ψ 'rd góc quay 𝜃𝑠 sở đại lượng đo isd, isq,  Ngoài dùng khâu quan sát trạng thái để tính - θ s=θ s ( )+∫ ωs dt ωs =ω+ω r ωr = i sq T r Ψ rd Khâu điều chỉnh tốc độ: Từ sai lệch giá trị đặt vận tốc góc ω* ¿ giá trị thực ω đo để tính giá trị đặt dịng isq - Phân tích nguyên lý hoạt động phần điều khiển: Mạch điều khiển theo cấu trúc điều khiển tựa theo từ thông rotor Dòng điện pha mạch lực cấp cho động đo thơng qua cảm biến dịng đưa vào khối chuyển đổi Clarke Tại đây, khối chuyển đổi Clarke  SVTH: PHẠM CÔNG MINH 29 ĐỒ ÁN TỔNG HỢP ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD:PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG dùng thuật tốn phương trình chuyển đổi từ hệ tọa độ pha xoay chiều sang hệ tọa độ cố định gắn với stator (hệ tọa độ αβ ) xuất tín hiệu dịng isα isβ Tín hiệu số dịng đưa vào khối chuyển đổi Park tính tốn chuyển sang hệ tọa độ tựa theo từ thông rotor (hệ tọa độ dq) đưa thành phần dòng isd isq Dòng điện isd tương đương với thành phần điều khiển từ trường cịn isq khơng ảnh hưởng tới từ trường (tức dòng điện đặt từ trường) Lúc này, áp dụng cấu trúc điều khiển động điện chiều kích từ độc lập: nhánh điều khiển từ thơng, nhánh điều khiển dòng điện đặt từ trường  Ở nhánh thứ thấy tốc độ mong muốn so sánh với tốc độ thực động (tốc độ đo encoder) sai lệch tốc độ đưa vào điều khiển tốc độ (PI), mạch vòng mạch vòng điều khiển tốc độ Tại ¿ đây, điều khiển tốc độ chứa thuật tốn điều khiển để tính tốn i sq ¿ Dịng tính tốn isq đưa đến mạch vịng điều khiển dòng điện Ở mạch vòng điều khiển dòng điện, điều khiển dòng điện (PI) nhận vào tín ¿ ¿ hiệu sai lệch isq i sq thực tính tốn đưa tín hiệu điện áp u sq  Nhánh thứ nhánh điều khiển từ thông Tốc độ mong muốn ω ¿được đưa vào điều khiển từ thông (PI) Tại đây, tính tốn từ thơng mong muốn thành phần trục d từ thơng rotor tỷ lệ với thành phần ¿ dòng trục d Thành phần i sd so sánh với isd thực sai lệch đưa vào điều khiển dòng điện (PI), điều khiển tính tốn ¿ thành phần điện áp trục d i sd  Sơ đồ khác sơ đồ kinh điển T4R chưa có xen kênh mà thẳng nên chất lượng điều khiển không tốt Ở kết tính tốn điện áp hệ tọa độ dq nên thông tin điện áp mong muốn động chưa đầy đủ, cần có thơng tin vector từ thông rotor Vetor từ thông tính tốn mơ hình từ thơng (Flux Model), từ thơng tin dịng điện tốc độ thực động để tính tốn (bởi khơng có phản hồi module từ thơng) cần góc pha từ thơng để thực phép biến đổi Park thuận Park ngược ¿ ¿  Sau có u sdvà u sq kết hợp với góc pha vector từ thơng rotor thực phép biến đổi Park ngược đưa hệ tọa độ cố định gắn với stator ¿ ¿ (hệ tọa độ αβ), u sα u sβ để đưa vào khâu điều chế vector SVPWM tính tốn tạo chùm xung với mức logic khác thời gian độ rộng xung Sau xung đưa qua khâu khuếch đại (Gate Drive) đưa đến kích thích đóng/mở van nghịch lưu xoay chiều pha  Mạch hoạt động liên tục với tốc độ quay động tốc độ mong muốn Việc tính tốn thực lặp lặp lại theo chu kỳ lấy mẫu tín hiệu SVTH: PHẠM CƠNG MINH 30 ĐỒ ÁN TỔNG HỢP ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD:PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG 3.2 Xác định luật điều khiển Trong đồ án này, ta sử dụng điều khiển PI Bộ điều khiển PI gồm hai thông số hệ số tỉ lệ hệ số tích phân Đặc điểm điều khiển PI:  Làm triệt để sai lệch tĩnh bị ảnh hưởng nhiễu  Do tích hợp thành phần tích phân nên làm giảm tốc độ đáp ứng hệ thống làm suy giảm tính ổn định hệ thống  Có thể gây điều chỉnh cho hệ thống Hằng số tích phân Ti nhỏ, độ điều chỉnh lớn KP lớn tốc độ đáp ứng nhanh KP lớn sai số xác lập nhỏ (nhưng khơng thể triệt tiêu) KP lớn cực hệ thống có xu hướng di chuyển xa trục thực => Hệ thống dao động độ vọt lố cao Nếu KP tăng giá trị giới hạn hệ thống dao động khơng tắt dần => ổn định hệ thống Tín hiệu ngõ xác định sai số KI lớn đáp ứng độ chậm KI lớn sai số xác lập nhỏ Đặc biệt hệ số khuếch đại khâu tích phân vơ tần số => triệt tiêu sai số xác lập với hàm nấc KI lớn độ vọt lố cao 3.3 Xác định thông số PI mạch Do đồ án ta không xác định mơ hình hàm truyền đạt cho hệ thống nên ta tiến hành xác định thông số PI tay (thực nghiệm) Sử dụng phương pháp điều chỉnh thủ công: Ban đầu, KI Kp lúc đầu gán Tăng dần Kp đầu vịng điều khiển dao động, sau Kp đặt tới xấp xỉ nửa giá trị để đạt đáp ứng Sau tăng KI đến giá trị phù hợp cho đủ thời gian xử lý Tuy nhiên, KI lớn gây ổn định Thứ tự tìm thơng số PI ta thực dị tìm từ điều khiển dịng điện mạch vịng dịng sau điều khiển từ thông điều khiển tốc độ SVTH: PHẠM CÔNG MINH KP KI 31 ĐỒ ÁN TỔNG HỢP ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD:PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG Bộ điều khiển dòng điện isd Bộ điều khiển dòng điện isq Bộ điều khiển từ thông Bộ điều khiển tốc độ 30 80 250 150 25 10 3.4 Kết luận Sau xác định sơ đồ cấu trúc phần điều khiển, luật, thuật toán điều khiển, thiết kế cụ thể chi tiết phần điều khiển xác định tham số thuật toán điều khiển bên phần điều khiển mô hệ thống thiết kế phần mềm MatlabSimulink để kiểm chứng Phân tích kết mơ đáp ứng hệ thống, biến nội quan trọng hệ thống Đánh giá chất lượng hệ truyền động điện thiết kế CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG, KIỂM NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG CHƯƠNG 1: 1.1 Mơ hệ truyền động 1.1.1 Mơ hình phần cứng hệ truyền động IM Mơ hình phần cứng hệ truyền động điện SVTH: PHẠM CÔNG MINH 32 ĐỒ ÁN TỔNG HỢP ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD:PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG 1.1.2 Sơ đồ cấu trúc điều khiển T4R hệ truyền động Sơ đồ cấu trúc điều khiển T4R hệ truyền động điện 1.1.2.1 Mơ hình phát xung SVPWM Mơ hình phát xung SVPWM SVTH: PHẠM CÔNG MINH 33 ĐỒ ÁN TỔNG HỢP ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD:PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG 1.1.2.2 Mơ hình từ thơng SVTH: PHẠM CƠNG MINH 34 ĐỒ ÁN TỔNG HỢP ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD:PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG 1.1.2.3 Các khối chuyển đổi hệ tọa độ Khối Clarke thuận Park thuận Khối Park ngược SVTH: PHẠM CÔNG MINH 35 ĐỒ ÁN TỔNG HỢP ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD:PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG 1.2 Phân tích kết mơ đánh giá 1.2.1 Tốc độ động Nhận xét:  Ở thời điểm tốc độ quay xác lập ổn định (1-3s 4-6s) tốc độ quay bám sát tốc độ mong muốn  Tuy nhiên thời điểm khởi động, tốc độ bị vọt lố dòng khởi động lớn để đáp ứng momen khởi động 1.2.2 Momen điện từ, dòng isd, isq dòng điện pha cấp cho động 1.2.2.1 Momen điện từ Đồ thị momen điện từ động Nhận xét:  Ưu điểm: Momen điện từ bám sát với momen mong muốn tải SVTH: PHẠM CÔNG MINH 36 ĐỒ ÁN TỔNG HỢP ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD:PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG  Nhược điểm: tồn nhiễu dao động quanh giá trị momen điện từ 1.2.2.2 Dòng isd Đồ thị đáp ứng dòng isd Nhận xét:  Ưu điểm: dòng isd thực bám sát với dòng isd mong muốn 1.2.2.3 Dòng isq Nhận xét:  Ưu điểm: dòng isq bám sát với dòng isq mong muốn  Nhược điểm: tồn nhiễu dao động xung quanh isq giới hạn cho phép 1.3 Kết luận  Về tốc độ: o Ở thời điểm tốc độ quay xác lập ổn định (1-3s 4-6s) tốc độ quay bám sát tốc độ mong muốn o Tuy nhiên thời điểm khởi động, tốc độ bị vọt lố dịng khởi động lớn để đáp ứng momen khởi động  Về dòng điện: theo đồ thị mơ chất lượng dịng điện tương đối tốt, đập mạch nằm giới hạn cho phép ta chấp nhận SVTH: PHẠM CÔNG MINH 37 ĐỒ ÁN TỔNG HỢP ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD:PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG  Về momen: Momen điện từ bám sát với momen mong muốn tải Nhưng tồn nhiễu, nhiên nằm giới hạn cho phép nên chấp nhận SVTH: PHẠM CÔNG MINH 38 ... hệ truyền động điều khiển tần số sử dụng phổ biến → Đối với điều khiển hệ truyền động điện chất lượng cao ta sử dụng phương pháp điều chỉnh tần số nguồn cung cấp sử dụng cho động xoay chiều pha. .. HỢP ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD:PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG Hình Sơ đồ tải hệ thống Với số liệu ban đầu: Hệ thống cấp nguồn bời nguồn điện xoay chiều pha 220V /38 0V, sử dụng động điện xoay chiều pha. .. 33 4.1 Mô hệ truyền động 33 4.1.1 Mơ hình phần cứng hệ truyền động IM .33 4.1.2 Sơ đồ cấu trúc điều khiển T4R hệ truyền động 34 4.2 Phân tích kết mô đánh giá 37