Thiết kế hệ thống điều khiển truyền động điện sử dụng động cơ điện xoay chiều 3 pha KĐB (Induction Motor)

ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN ĐỀ TÀI: Thiết kế hệ thống điều khiển truyền động điện sử dụng động điện xoay chiều pha KĐB (Induction Motor) GVHD: PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG SINH VIÊN: TRẦN VIỆT NAM LỚP: 17TDH1 MSV: 105170300 LỚP HP: 17NH33B Đà Nẵng, ngày 27 tháng 08 năm 2021 SVTH: TRẦN VIỆT NAM ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG MỤC LỤC CHƯƠNG GIỚI THIỆU BÀI TỐN, TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ PHẦN ĐỘNG LỰC 1.1 GIỚI THIỆU BÀI TOÁN Giới thiệu toán Sơ đồ công nghê hệ truyền động 1.2 PHÂN TÍCH, CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG Phân tích yêu cầu Chọn phương án truyền động 1.3 TÍNH TỐN CỤ THỂ Tính chọn động Lựa chọn GEARBOX 12 Tính chọn cảm biến 12 Tính chọn biến đổi công suất 13 1.4 SƠ ĐỒ CHI TIẾT 15 CHƯƠNG MÔ HÌNH HĨA HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 17 2.1 MƠ HÌNH TỐN HỌC CỦA ĐỘNG CƠ 17 Xây dựng mơ hình tốn học hệ trục 17 Thay số: 18 Mơ hình tốn tổng qt động 19 2.2 MƠ HÌNH TỐN CỦA CÁC BỘ PHẬN KHÁC TRONG HỆ THỐNG 20 Mô hình hóa nghịch lưu 20 Mơ hình hóa khâu phản hồi từ cảm biến 20 CHƯƠNG TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 21 3.1 SƠ ĐỒ CẤU TRÚC PHẦN ĐIỀU KHIỂN 21 Thuật toán điều khiển 21 Mơ hình tốn phần điều khiển (kết hợp T4R) 21 Mạch vòng điều khiển tốc độ 22 Mạch vòng điều khiển dòng điện 22 Mạch vòng điều khiển từ thông 23 3.2 QUÁ TRÌNH XÁC ĐỊNH THAM SỐ CỦA BỘ ĐIỀU KHIỂN 23 SVTH: TRẦN VIỆT NAM ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG CHƯƠNG MÔ PHỎNG, KIỂM NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG 24 4.1 MÔ PHỎNG TRÊN PHẦN MỀM MATLAB-SIMULINK 24 Mạch động lực 24 Mạch điều khiển dùng cấu trúc T4R 24 Cài đặt thông số động 24 4.2 KẾT QUẢ MƠ PHỎNG SO VỚI LÍ THUYẾT 25 Phần điện áp 25 Các thông số động 27 4.3 PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG 27 SVTH: TRẦN VIỆT NAM ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG CHƯƠNG GIỚI THIỆU BÀI TOÁN, TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ PHẦN ĐỘNG LỰC 1.1 GIỚI THIỆU BÀI TỐN Giới thiệu tốn Trong đồ án lần thiết kế “hệ thống điều khiển truyền động điện” sử dụng động điện xoay chiều pha KĐB Cấu tạo hệ ban đầu gồm hai bánh có bán kính 𝑟1 𝑟2 với số liệu ban đầu sau:  Nguồn điện xoay chiều pha 220V/380V  Tải hệ thống truyền động điện cho hình vẽ: r1/r2 = Hình 1.1: Cấu tạo truyền động hệ Đề yêu cầu tải cần đáp ứng nhu cầu tốc độ đồ thị bên dưới: Hình 1.2: Đồ thi tốc độ mong muốn tải Theo đồ thị ta thấy  Từ 0-1s: Tải khởi động tăng tốc tới 100rad/s  Từ 1-3s: Tải ổn định tốc độ 100rad/s  Từ 3-4s: Tải thực đảo chiều Tại thời điểm t=3.59s tốc độ gần không  Từ 4-6s: Tải ổn định với tốc độ 70rad/s  Từ 6-7s: Tốc độ tải giảm dần 0rad/s dừng hẳn SVTH: TRẦN VIỆT NAM ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG Hệ thống điều khiển truyền động đề tài cần đáp ứng:  Động sử dụng động điện xoay chiều pha đồng cần thay đổi tốc độ theo tải  Điều khiển động có đảo chiều thời điểm xác định  Hệ thống chạy ổn định sai số cho phép Từ yêu cầu công việc cần thực thiết kế hệ thống điều khiển động xoay chiều không đồng để điều chỉnh theo đồ thị tốc độ mà tải mong muốn bao gồm công việc Sơ đồ công nghê hệ truyền động Từ mô tả yêu cầu tốn ta có sơ đồ tổng qt hệ thống truyền động đồ án phân tích chức phần Hình 1.3: Sơ đồ công nghệ hệ thống truyền động Mạch điều khiển:  Controller (speed controller, flux controller, current controller): so sánh giá trị đặt giá trị đo lường, thông qua hàm chức tạo tín hiệu điều khiển để điều khiển thông số biến đổi  Thiết bị đo lường: đo lường thông số động (tốc độ, điện áp, dòng điện….) cung cấp thông tin phản hồi điều khiển xử lý Mạch động lực:  Nguồn điện: nguồn xoay chiều pha, cấp điện cho hệ thống SVTH: TRẦN VIỆT NAM ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG  Khâu biến đổi công suất (cách ly, chỉnh lưu AC/DC, nghịch lưu DC/AC, mạch lọc): nhận lượng từ nguồn điện, biến đổi thành dạng thích hợp cung cấp cho động  Động cơ: loại động xoay chiều KĐB pha Gearbox tải:  Tải  Bộ Gearbox: phần kết nối điều khiển truyền động từ động qua tải 1.2 PHÂN TÍCH, CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG Phân tích yêu cầu  Động loại xoay chiều pha không đồng cần thay đổi tốc độ  Với động xoay chiều muốn thay đổi tốc độ ta lựa chọn phương pháp: thay đổi Rf, điện áp đặt vào Stato, thay đổi tần số nguồn xoay chiều  Động xoay chiều cần có đảo chiều  Để đảo chiều động pha ta dùng biến tần gián tiếp để thay đổi tần số U từ nguồn cho sẵn  Giám sát tốc độ động có khơng có tải  Có khâu phản hồi thơng qua cảm biến dòng điện, tốc độ số liệu điều khiển (controller) tiếp nhận để xử lí đưa số liệu điều khiển tới khối Chọn phương án truyền động Từ yêu cầu hệ thống:  Sử dụng biến tần pha để thay đổi tốc độ động  Sử dụng điều khiển để điều khiển thông số tốc độ, từ thơng, dịng điện  Sử dụng hai cảm biến cảm biến dịng Encoder để đưa thơng số phản hồi vào điều khiển Kết luận: chọn phương pháp điều khiển vector tựa theo từ thông rotor (T4R) để thiết kế mạch vòng điều khiển riêng cho thành phần 1.3 TÍNH TỐN CỤ THỂ Tính chọn động Dựa vào đồ thị tốc độ mong muốn tải ta tính momen phụ tải sau tính ngược lại đầu trục động Gọi T1, T2 momen trục động trục tải, ta có: r1 ωM = r2 ωL T1 ωM = T2 ωL   SVTH: TRẦN VIỆT NAM r1 r2 = ωL = ωM ω T2=T1 M ω L T1 (*) T2 = (TL + JL dωL dt ) ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN  T1 =( TL + JL dωL dt ) GVHD: PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG r1 (**) r2 Momen quán tính quy đổi trục động cơ: Tem = {JM + JL( Jeq = JM + TL( ωL dωm )} dt ωm + TL ( ωL r1 ωm r1 ωL ) ωm ) = Jm + JL( )2 Vậy momen quán tính hệ đặt lên trục động là: (***) r  J eq  J L   =3.52 = 75 (Kg.cm2)  r2  Phương trình động học hệ truyền động điện Trong trường hợp mômen động sinh mômen cản ngược chiều nên ta viết: 𝑑𝜔 𝑀độ𝑛𝑔 = 𝑀 − 𝑀𝑐 = 𝐽 𝑑𝑡 1.3.1.1 Tính tốn tốc độ động Từ phương trình (*), động quay ngược chiều tải:  Từ 0s đến 1s: ωM = −(100) ∗ 𝑡 = −20𝑡 (𝑟𝑎𝑑/𝑠)  Từ 1s đến 3s: ωM = −(100) ∗ = − 20 (𝑟𝑎𝑑/𝑠)  Từ 3s đến 4s: ωM = 34𝑡 − 122 (𝑟𝑎𝑑/𝑠)  Từ 4s đến 6s: ωM = 14 (𝑟𝑎𝑑/𝑠)  Từ 6s đến 7s: ωM = −14𝑡 + 98 (𝑟𝑎𝑑/𝑠) Vậy ta có đồ thị tốc độ động Hình 1.4: Đồ thị tốc độ động 1.3.1.2 Tính tốn phụ tải, cơng suất Dựa vào phương trình (*) ta tính momen đầu trục động SVTH: TRẦN VIỆT NAM ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG Áp dụng công thức (***)  Từ 0s đến 1s: T1= −(3 ∗ 100 + 24) ∗ = −1620 (N m)  Từ 1s đến 3s: T2= −(3 ∗ + 24) ∗ = −120 (N m)  Từ 3s đến 3,5882s: T3= − (3 ∗  Từ 3.5882s đến 4s: T4= − (3 ∗ −100 0,5882 −70 0,4117 + 24) ∗ = 2430 (N m) + 24) ∗ = 2430(N m)  Từ 4s đến 6s: T5=−(3 ∗ + 24) ∗ = −120 (N m)  Từ 6s đến 7s: T6= −(3 ∗ 70 + 24) ∗ = −1170 (N m) Vẽ biểu đồ Hình 1.5: Đồ thị momen đầu trục động Để chọn động phù hợp ta cần tính cơng suất động theo phụ tải, cơng suất động tính theo cơng thức P = T.ω        Khi t = 0s: P1 = 0*1620= (W) Khi t = 1s: P2 = -1620*(-20) = 32400 / P3 = -120*(-20) = 2400 (w) Khi t = 3s: P4 = -120*(-20) = 2400 (w) / P5 = 3630*(-20) = -72600 (w) Khi t = 3,6s: P6 = 3630*0 = (w) Khi t = 4s: P7 = 1630*14 = 22800 (w) / P8 = -120*14 = -1680 (w) Khi t = 6s: P10 = -120*14 = -1680 (w)/ P11 = -1170*14 = -16380 (w) Khi t = 7s: P12 = (w) SVTH: TRẦN VIỆT NAM ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG Hình 1.6: Đồ thị công suất động Từ đồ thị cơng suất động ta tính cơng suất đăng trị momen đẳng trị để dễ dàng lựa chọn động cơ: ∑ 𝑃𝑖 𝑡𝑖 Pđt = √ ∑ 𝑡𝑖 1+(2400)2 2+(−72600) (32400/2) =√ 0,6+( 22800 ) 0.4+(−1680)2 2+(−16380/2)2 = 13034 (W) Chọn hệ số dự trữ Kdt = 1.5 Pđt = 19552 (W) Tđt =√ =√ T12 t1 + T22 t + T32 t + T42 t + T52 t + T62 t t1 + t + t + t (−1620 )2 ×1+(−120)2 ×2+36302 ×0.6+ 16302 ×0.4+(−120)2 ×2+(−1170)2 ×1 = 1364 (N.m) Pđỉnh = 72600 Với hệ số dự trữ Kdt = 1.5 ta có Tđt = 2046 N.m Pđỉnh = 108900(W) 1.3.1.3 Trạng thái làm việc động Từ đồ thị làm việc động cơ, ta nhận thấy động làm việc góc phần tư với điểm biểu diễn từ A đến F SVTH: TRẦN VIỆT NAM ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG Hình 1.7: Đồ thị đặc tính Trạng thái động (quay thuận, quay nghịch): công suất điện đưa vào động Pđiện > 0, công suất động sinh Pcơ = M > 0, momen động chiều tốc độ Với điều kiện đó, trạng thái động tương ứng với góc phần tư thứ I thứ III mặt phẳng [M,] Trạng thái hãm: Khi hệ truyền động làm việc, đảo chiều cấu công tác máy sản xuất tạo động tích lũy hệ đủ lớn, truyền trục động cơ, động tiếp nhận lượng làm việc máy phát điện (trạng thái hãm) Công suất động Pcơ = M < 0, momen động ngược chiều tốc độ, cịn cơng suất máy sản xuất tạo Pc = Mc> 0, nghĩa momen cản chiều tốc độ Tương ứng với điểm làm việc nằm góc phần tư thứ II thứ IV mặt phẳng [M,] 1.3.1.4 Lựa chọn động Động điện Siemens pha Simotics 22 kW 30 HP 400 Volt 4P Hình 1.8: Động thực tế SVTH: TRẦN VIỆT NAM 10 ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG  Dãy nhiệt độ làm việc: -40 → 150℃ 1.3.4.2 Tính chọn nghịch lưu Hình 1.12: Sơ đồ ngun lí mạch nghịch lưu Từ thông số chọn động ta có:  Cơng suất pha nghịch lưu: P =  Dòng điện chạy qua van: Iv = I =      𝑃đ𝑚 √3𝑈 = 𝑃đ𝑚 20000 √3.220 = 6.6 (KW) =52.4 (A) Dòng điện cực đại chạy qua van: Ivmax = Iv + Ih = 52.4 + 0,4 = 52.8(A) Với Ih dịng sóng hài chạy qua van (chọn Ih = 0,4 (A)) Chọn hệ số dự trữ dòng điện KI = 1,5 Dịng điện tính chọn IGBT IT = 52,8.3 = 158.4 (A) (> 33.2 A) Điện áp đầu khâu nghịch lưu là: U = 220 (V)  Điện áp cần cấp cho khâu nghịch lưu là: Ud = 3√2 U = 466,7 (V)  Chọn hệ số an toàn áp cho van Do ta cần điện áp chiụ đựng yêu cầu cho van bán dẫn là: Uv = 466,7.3 = 1400 (V) Kết luận: chọn IGBT có mã BSM200GA170DLC có Umax= 1700V; Imax= 200A Các tham số IGBT BSM200GA170DLC  Điện áp cực đại đặc lên IGBT: 1700 (V)  Dòng điện cực đại chạy qua Colector Emitor: 50 (V) SVTH: TRẦN VIỆT NAM 14 ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG  Công suất cực đại: 480 (W)  Dãy nhiệt độ làm việc: -40 → 150℃  Điện áp E-C: 3.3 (V) 1.3.4.3 Tính chọn mạch lọc Mạch lọc LC nối tiếp dùng để giảm thành phần sóng hài mạch Đặc tính vào lọc: 𝑈𝑜 𝑈𝑖 = 𝑗𝜔𝐶 𝑗𝜔𝐿+ 𝑗𝜔𝐶 = 1−𝜔2 𝐿𝐶 Trong      U0 điện áp đầu Ui điện áp đầu vào U0 điện áp thành phần sóng hài đầu Ui điện áp thành phần sóng hài đầu vào 𝛚 tần số thành phần sóng hài Ta có 𝑈𝑜ℎ 𝑈𝑖ℎ =| 1−𝜔2 𝐿𝐶 |→ | 1−𝜔2 𝐿𝐶 | = 0,01 → LC = 0,7475.10-6, Với 𝛚 = 2𝜋.50.37= 11623,89 (rad/s) Chọn C = 50 (μF) → L = 14,95 (mA) 1.4 SƠ ĐỒ CHI TIẾT Sau tính tốn chọn lựa thiết bị cho mạch động lực Ta đưa sơ đồ nguyên lí chi tiết hệ thống tham số thiết bị chọn Hình 1.13: Sơ đồ chi tiết hệ thống SVTH: TRẦN VIỆT NAM 15 ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG Danh sách thiết bị chọn đồ án: Loại thiết bị Động Gearbox Diode IGBT Encoder Cảm biến dòng Cảm biến áp SVTH: TRẦN VIỆT NAM Tên (mã) Simotics 22 kW 30 HP 400 Volt 4P E86060-D4001-A510-D7-7600 BTW681200 BSM200GA170DLC 6FX2001-5QP24 IPC-100-00-I-TTL-5-M8 WB 1990-T 16 ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG CHƯƠNG MƠ HÌNH HĨA HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Dựa vào sơ đồ khối cấu trúc từ chương ta xây dưng mơ hình tốn cho khâu hệ thống, phương trình động KĐB pha phương pháp điều khiển, ta xây dựng chương trình chuyển hệ tọa độ phù hợp để thực mơ hình hóa phần tử Khi mô động ta cần chuyển đổi linh hoạt hệ tọa độ ∝ 𝛽, dq, uvw 2.1 MƠ HÌNH TỐN HỌC CỦA ĐỘNG CƠ điện Xây dựng mơ hình tốn học hệ trục Hệ phương trình trạng thái động KĐB pha hệ tọa độ stator (dq) Hình 2.2 Hệ tọa độ chuyển đổi 𝛼𝛽 dq Phương trình điện áp stator, rotor (dq) dψfs 𝑓 + jωsψ𝑠 dt dψrr 𝑓 r { = R r ir + dt + jωsψ𝑟 ufs = R s ifs + Phương trình từ thông stator, rotor (dq) ψs = Lsis + Lmir ψr = Lmis + Lrir SVTH: TRẦN VIỆT NAM 17 ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG Sau biến đổi ta chọn ′ ′  Vector trạng thái: 𝒙𝑓𝑇 = [𝑖𝑠𝑑 , 𝑖𝑠𝑞 , 𝜓𝑟𝑎 , 𝜓𝑟𝛽 ]  Vector đầu vào: 𝒖𝑓𝑇 = [𝑢𝑠𝑑 , 𝑢𝑠𝑞 ] Mơ hình khơng gian trạng thái: 𝑑𝑋 𝑓 𝑑𝑡 𝑓 = 𝐴 𝑓 𝑋 𝑓 + 𝐵 𝑓 𝑢𝑠 + 𝑁𝑋 𝑓 Từ mô hình khơng gian trạng thái ta tìm Thay số: Từ số liệu động tính chọn chương ta tính hệ số 𝑻𝒔 = 0.00485; 𝑻𝒓 = 0.00445, σ= 0.9999 Thay vào để tính Af, Bf, N Từ ta có mơ hình trạng thái mơ hình tốn động hệ tọa độ dq Mơ hình trạng thái: Mơ hình tốn học: SVTH: TRẦN VIỆT NAM 18 ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG Trong hệ thống có chứa đại lượng tốc độ ω coi tham số hàm biến thiên đo Phân tích mối liên hệ đại lượng ĐCKĐB pha, với hệ tọa độ dq, từ thông mômen quay biểu diễn theo phần tử vector dòng stator: Lm ψrd (s) = i + sTr sd Lm mM = z ψ i Lr p rd sq Hai phương trình cho thấy điều khiển từ thơng rotor ψrd (s) thơng qua việc điều khiển dịng stator isd, đặc biệt mối quan hệ đại lượng mối quan hệ tuyến tính bậc với số thời gian Tr Ta điều khiển momen quay mM thơng qua việc điều khiển dịng isq từ điều khiển tốc độ động isd  r isq  mM  Vậy đó, việc điều khiển tốc độ động KĐB pha gần giống điều khiển động điện chiều kích từ độc lập cho phép xây dựng hệ thống điều khiển truyền động điện sử dụng động điện pha KĐB tương tự trường hợp sử dụng động điện chiều Điều khiển tốc độ động KĐB pha ω thông qua điều khiển thành phần dòng điện is isd isq Mơ hình tốn tổng qt động Mơ hình tổng quát động với đầu vào điện áp pha uvw tốc độ quay động w Hình 2.2 Mơ hình tổng qt đơng pha KĐB Trong mơ hình có sử dụng biến đổi từ hệ tọa độ uvw sang dq để phục vụ cho mơ hình hóa động cách đơn giản SVTH: TRẦN VIỆT NAM 19 ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG Đầu xf có chọn lọc tín hiệu đưa đến mơ hình momen động cơ, tính tốn xác tốc độ đầu động đảm bảo theo yêu cầu Ngồi khối MHTT sử dụng để tính tốn vị trí góc ban đầu thơng tin đáp ứng cho hệ chuyển đổi ∝ 𝛽 sang dq 2.2 MƠ HÌNH TỐN CỦA CÁC BỘ PHẬN KHÁC TRONG HỆ THỐNG Mơ hình hóa nghịch lưu Vdc(s) 𝐿 𝑠 + 𝑅 Va(s) Hàm truyền đạt nghịch lưu: 𝐺(𝑠) = 𝐿𝑠+𝑅 với R, L điện trở điện cảm động Mơ hình hóa khâu phản hồi từ cảm biến  Phản hồi dòng diện: Mơ hình tốn học phản hồi dịng điện (trong miền laplace) biểu diễn hệ số khuếch đại 𝐻𝑐 Trong đa số trường hợp khơng u cầu có lọc ta chọn Hc=1  Phản hồi tốc độ: Hàm truyền đạt khâu phản hồi tốc độ: 𝐾𝜔 𝑇𝜔𝑆 + 𝐾𝜔 hệ số khuếch đại cảm biến 𝑇𝜔 số thời gian lọc Ta chọn hệ số khuếch đại 𝐾𝜔 =1 Bỏ qua số thời gian lọc 𝑇𝜔 =0 SVTH: TRẦN VIỆT NAM 20 ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG CHƯƠNG TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 3.1 SƠ ĐỒ CẤU TRÚC PHẦN ĐIỀU KHIỂN Thuật toán điều khiển Phần điều khiển toán thiết lập dựa cấu trúc điều khiển dựa theo từ thông Rotor Cụ thể đồ án sử dụng cấu trúc điều khiển T4R kinh điển Hình 3.1: Sơ đồ cấu trúc điều khiển hệ truyền động điện theo kiểu T4R Mơ hình tốn phần điều khiển (kết hợp T4R) Hình 3.1: Mơ hình toán hệ truyền động (đã gồm thuật T4R) Dựa vào mơ hình tốn động cơ, mơ hình tốn khâu cấu trúc điều khiển T4R đưa mơ hình tốn tổng thể hệ thống SVTH: TRẦN VIỆT NAM 21 ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG Mạch vòng điều khiển tốc độ Mạch vịng có tác dụng biến đổi điện áp từ abc sang dq thơng qua q trình Dùng cơng thức Clarke để chuyển đổi 𝐮𝐯𝐰 sang 𝛂𝛃: Dùng công thức Park để chuyển đổi 𝛂𝛃 sang dq: Mạch vòng điều khiển dòng điện Trong mạch vòng điều khiển tốc độ gồm hai hệ biến đổi tương tự mạch vòng điều khiển tốc độ mạch dùng biến đổi PI để điều chỉnh usd usq SVTH: TRẦN VIỆT NAM 22 ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG Mạch vịng điều khiển từ thơng Cũng bao gồm hai chuyển đổi hệ Clarke Park 3.2 QUÁ TRÌNH XÁC ĐỊNH THAM SỐ CỦA BỘ ĐIỀU KHIỂN Sau phân tích tác dụng mạch vịng, hiểu biết mơ hình tốn sau đặt giá trị mong muốn cố định ta chỉnh thông số PI Bằng cách dị thơng số mạch vịng từ mạch vịng dịng điện, mạch vịng từ thơng Sau tinh chỉnh mạch vịng ta có thơng số Đối với mạch vịng dịng điện: Ta tăng giá trị Kp cho mạch vòng điều khiển cho đạt đến giá trị thích hợp cho động hoạt động theo dõi giá trị phản hồi có trị số gần giá trị đặt cách sử dụng Scope đo có sẵn simulink, cụ thể 𝑖𝑠𝑑 𝑖𝑠𝑞 động gần với giá trị đặt 𝑖𝑠𝑑 ∗ 𝑖𝑠𝑞 ∗ Sau tăng dần hệ số Ki, để điều khiển khử sai số xác lập  Mạch vòng dòng Isq: Kp=100, Ki=10  Mạch vòng dòng Isd: Kp=200, Ki=6 Đối với mạch vòng tốc độ: Tương tự cách tổng hợp mạch vòng dòng điện trên, ta có hệ số Kp cho mạch vịng điều khiển đến giá trị thích hợp, theo dõi giá trị vận tốc phản hồi động gần với giá trị vận tốc đặt Sau tăng dần hệ số Ki, để điều khiển vận tốc khử sai số xác lập  Kp=60  Ki=3 SVTH: TRẦN VIỆT NAM 23 ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG CHƯƠNG MÔ PHỎNG, KIỂM NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG 4.1 MÔ PHỎNG TRÊN PHẦN MỀM MATLAB-SIMULINK Mạch động lực Mạch điều khiển dùng cấu trúc T4R Cài đặt thông số động SVTH: TRẦN VIỆT NAM 24 ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG 4.2 KẾT QUẢ MƠ PHỎNG SO VỚI LÍ THUYẾT Phần điện áp  Điện áp chiều: khoảng thời gian động thay đổi tốc độ biến đổi điện áp có thay đổi nhẹ để đáp ứng  Điện áp xoay chiều: điện áp có dạng sin rõ pha nhiên khơng có lọc nên dạng sóng sin vng SVTH: TRẦN VIỆT NAM 25 ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG  Dòng isq isq*:  Dòng điện pha stator: dòng điện pha a; b; c đảm bảo yêu cầu lệch bắt đầu vào giai đoạn tốc độ thay đổi SVTH: TRẦN VIỆT NAM 26 ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG Các thông số động  Tốc độ động  Momen đầu trục động cơ: 4.3 PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG Phân tích phần  Tốc độ: tốc độ tốc độ đầu ổn định, giá trị bám sát với tốc độ yêu cầu Tuy nhiên, khoảng thời gian động tăng tốc giảm tốc, tốc độ có lệch so với tốc độ yêu cầu, điểm nút chuyển giao giai đoạn tốc độ chưa hồn tồn bám sát  Momen: đáp ứng hình dạng moment, thời điểm xác lập moment động bám sát với moment mong muốn Tuy nhiên tới thời điểm thay đổi bị nhiễu  Dòng điện: chuẩn sin pha, dòng qua động ổn định Dòng ban đầu động lớn, động có làm việc tải thời gian ngắn đảm bảo động hoạt động tốt chưa kịp phát nóng, chấp nhận Cịn khoảng thời gian cịn lại, dịng điện ln nằm dòng định mức động SVTH: TRẦN VIỆT NAM 27 ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: PGS.TS LÊ TIẾN DŨNG Đánh giá hệ thống: Với kết mơ phân tích tốn hệ truyền động giải hầu hết vấn đề Thứ nhất, moment động số thời điểm giao động lớn việc tổng hợp mạch vòng chưa chọn thông số điều khiển PI tốt Và thêm điểm khoảng thời gian ban đầu động tăng tốc từ rad/s lên tốc độ ổn định khoảng thời gian đảo chiều động làm việc tải với dòng điện gần lớn gấp lần so với dòng định mức động cơ, nhiên chấp nhận thời gian tải nhỏ so với trình làm việc đơng nên khơng gây phát nóng Tốc độ động đáp ứng tốt nút dao trình tốc độ có dao động nhỏ tốc độ động số thời điểm chưa hoàn toàn bám sát với tốc độ mong muốn SVTH: TRẦN VIỆT NAM 28 ... dựng hệ thống điều khiển truyền động điện sử dụng động điện pha KĐB tương tự trường hợp sử dụng động điện chiều Điều khiển tốc độ động KĐB pha ω thông qua điều khiển thành phần dòng điện is isd... lần thiết kế ? ?hệ thống điều khiển truyền động điện? ?? sử dụng động điện xoay chiều pha KĐB Cấu tạo hệ ban đầu gồm hai bánh có bán kính