Xây dựng mô hình và điều khiển tốc độ động cơ xoay chiều ba pha không đồng bộ

Khóa luận tốt nghiệp Khóa luận tốt nghiệp ĐKĐCKĐB3P i PHẾU GIAO ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Khóa luận tốt nghiệp ĐKĐCKĐB3P ii NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Khóa luận tốt nghiệp ĐKĐCKĐB3P iii MỤC LỤC PHẾU GIAO ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP i NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ii MỤC LỤC iii MỤC LỤC HÌNH ẢNH v PHẦN NỘI DUNG 1 CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU ĐỘNG CƠ BA PHA KHÔNG ĐỒNG BỘ 1 1 1 Định nghĩa 1 1 2 Cấu Tạo 1 1 2 1 Phần tĩnh (stato) lõi thép và dây quấn 2 1 2 2 Phần quay (rotor) lõi thép, dây q.

Khóa luận tốt nghiệp ĐKĐCKĐB3P PHẾU GIAO ĐỀ TÀI TỚT NGHIỆP i Khóa luận tốt nghiệp ĐKĐCKĐB3P NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN …………………………………………………………………… …………………………………………………………………… …………………………………………………………………… …………………………………………………………………… …………………………………………………………………… …………………………………………………………………… …………………………………………………………………… …………………………………………………………………… …………………………………………………………………… …………………………………………………………………… …………………………………………………………………… …………………………………………………………………… …………………………………………………………………… …………………………………………………………………… …………………………………………………………………… …………………………………………………………………… …………………………………………………………………… …………………………………………………………………… ii Khóa luận tốt nghiệp ĐKĐCKĐB3P MỤC LỤC PHẾU GIAO ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP i NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN .ii MỤC LỤC iii MỤC LỤC HÌNH ẢNH v PHẦN NỘI DUNG CHƯƠNG : GIỚI THIỆU ĐỘNG CƠ BA PHA KHÔNG ĐỒNG BỘ 1.1 Định nghĩa : 1.2 Cấu Tạo : 1.2.1 Phần tĩnh (stato) : lõi thép và dây quấn 1.2.2 Phần quay (rotor) : lõi thép, dây quấn và trục máy 1.3 Phân loại động không đồng bộ 1.4 Ứng dụng động không đồng bộ 1.5 Nguyên lí hoạt động CHƯƠNG : XÂY DỰNG MƠ HÌNH ĐỘNG CƠ KHƠNG ĐỒNG BỘ 2.1 Phương trình toán học: 2.2 Tính toán công thức chuyển đổi từ pha cân bằng sang α-β: 2.3 Tính toán công thức chuyển đổi từ α-β sang pha cân bằng: 2.3.1 Sơ đồ tương đương động không đồng bộ : 12 2.4 Mô hình matlab: 14 2.4.1 Giới thiệu MATLAB: 14 2.4.2 Làm quen với MATLAB : 14 2.4.3 Tạo thư mục lưu trữ 15 2.4.4 Khái niệm liệu và biến: 17 2.5 Giới thiệu SIMULINK: 18 2.5.1 Khởi động Simulink: 18 iii Khóa luận tốt nghiệp ĐKĐCKĐB3P 2.5.2 Đặc điểm của Simulink: 19 2.5.3 Các khối chức thư viện Simulink: 19 2.6 Mô phỏng MATLAB: 24 CHƯƠNG : PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN VÒNG TRỄ VÀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID , PHƯƠNG PHÁP ƯỚC LƯỢNG TỪ THÔNG 31 3.1 Phương pháp điều khiển vòng trễ dòng điện 31 3.2 Phương pháp ước lượng từ thông : 34 CHƯƠNG : ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ 36 4.1 Bộ điều khiển PID 36 4.1.1 Khâu tỉ lệ (Proportional) : 37 4.1.2 Khâu tích phân (Integration) : 38 4.1.3 Khâu vi phân (Derivative) : 39 4.1.4 Các phương pháp tìm thông số PID (KP, KD,KI) : 41 4.2 Hệ thống điều khiển động pha không đồng bộ: 42 4.2.1 Bộ điều khiển: 42 4.2.2 Kết quả mô phỏng: 45 TÀI LIỆU THAM KHẢO 50 LỜI CẢM ƠN 51 iv Khóa luận tốt nghiệp ĐKĐCKĐB3P MỤC LỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Động điện không đồng bộ Hình 1.2 Lá thép kỹ thuật điện Hình 1.3 Rotor dây quấn Hình 1.4 Rotor lờng sóc Hình 1.5 Nguyên lí hoạt động Hình 2.1 Mô hình ví dụ Hình 2.2 𝑣𝑠 trùng phương với trục α Hình 2.3 𝑣𝑠 trùng phương với trục 𝛽 Hình 2.4 𝒗𝒔 trùng phương với 𝒗𝒂 Hình 2.5 𝒗𝒔 trùng phương với 𝒗𝒃 10 Hình 2.6 𝒗𝒔 trùng phương với 𝒗𝒄 10 Hình 2.7 Sơ đồ tương đương động không đồng bộ chiếu trục d 12 Hình 2.8 Sơ đồ tương đương động không đồng bộ chiếu trục q 12 Hình 2.9 Giao diện MATLAB 14 Hình 2.10 Cửa sổ Editor 16 Hình 2.11 Màn hình cài đặt thông số cho khối sin 19 Hình 2.12 Màn hình cài thơng số Repeating sequency 20 Hình 2.13 Màn hình cài thơng số Step 21 Hình 2.14 Scope 22 Hình 2.15 Màn hình cài thơng số Tranfer Fcn 22 Hình 2.16 Integrator 23 Hình 2.17 Màn hình cài thơng số Fcn 23 Hình 2.18 Màn hình cài thơng số Switch 24 Hình 2.19 khối chuyển đổi từ pha cân bằng sang α-β 24 v Khóa luận tốt nghiệp ĐKĐCKĐB3P Hình 2.20 Khối chuyển đổi α-β sang pha cân bằng 25 Hình 2.21 Khối động không đồng bộ 26 Hình 2.22 Thông số tải TL 27 Hình 2.23 Cài đặt điện áp đầu vào 28 Hình 2.24 File scripts liệu nạp vào động 28 Hình 2.25 Mô hình mô phỏng động pha không đồng bộ 29 Hình 2.26 Kết quả mô phỏng tốc độ động  29 Hình 2.27 Kết quả mô phỏng moment Te 30 Hình 2.28 Kết quả dòng điện 30 Hình 3.1 Điều khiển tiếp dòng dùng hystersis 32 Hình 3.2 Nguyên lí điều khiển dòng dùng hysteresis 33 Hình 3.3 Mô phỏng bộ nghịch lưu ng̀n áp điều khiển bằng dịng điện kiểu hysteresis SIMULINK 34 Hình 3.4 Khối ước lượng từ thông 35 Hình 4.1 PID 36 Hình 4.2 Khâu tỉ lệ (Proportional) 38 Hình 4.3 Khâu tích phân (Integration) 39 Hình 4.4 Khâu vi phân (Derivative) 39 Hình 4.5 Bộ PID thông thường 40 Hình 4.6 Sơ đồ song song bộ điều khiển ainti-windup kiểu “tracking” 41 Hình 4.7 Hệ thống điều khiển 42 Hình 4.8 Hệ thống điều khiển tốc độ động pha không đồng bộ 43 Hình 4.9 Khối động 43 Hình 4.10 Bộ ngịch lưu 44 Hình 4.11 Bộ điều khiển 44 Hình 4.12 Khối tính toán dòng tham chiếu 45 Hình 4.13 Kết quả mô phỏng động không tải 45 Hình 4.14 Moment không tải 46 vi Khóa luận tốt nghiệp ĐKĐCKĐB3P Hình 4.15 Cài đặt tải TL 46 Hình 4.16 Thông số bộ PID anti-windup 47 Hình 4.17 Kết quả mô phỏng động có tải 47 Hình 4.18 Moment có tải 48 Hình 4.19 Dịng điện có tải 48 vii Khóa luận tốt nghiệp ĐKĐCKĐB3P PHẦN NỘI DUNG CHƯƠNG : GIỚI THIỆU ĐỘNG CƠ BA PHA KHÔNG ĐỒNG BỘ 1.1 Định nghĩa : Máy điện không đồng bộ loại máy điện xoay chiều, làm việc theo ngun lí cảm biến điện từ có tốc đợ quay roto n khác với tốc độ quay từ trường stato Hình 1.1 Động điện không đồng bộ 1.2 Cấu Tạo : Cấu tạo máy điện đồng bộ gồm hai bộ phận chính stato rotor Stato phần tĩnh (còn gọi phần ứng ), rotor phần quay (cịn gọi phần cảm ) Ngồi cịn có vỏ máy, nắp máy trục máy Trục máy làm bằng thép, có gắn rotor, ổ bi phía cuối trục có gắn một quạt gió để làm mát máy trục dọc Khóa luận tốt nghiệp ĐKĐCKĐB3P 1.2.1 Phần tĩnh (stato) : lõi thép và dây quấn Lõi thép: bộ phận dẫn từ máy có dạng hình trụ rỡng, được làm bằng các lá thép kỹ thuật điện dày 0,35 – 0,5 mm, dập theo hình vành khăn, phía có các rãnh để đặt dây quấn được sơn phủ trước ghép lại Hình 1.2 Lá thép kỹ thuật điện Dây quấn: được làm bằng dây đồng dây nhôm đặt các rãnh lõi thép bộ phận chính cịn có các bợ phận phụ bao bọc lõi thép vỏ máy làm bằng nhôm gang dùng để giữ chặt lõi thép, phía dưới chân đế để bắt chặt vào bệ máy, đầu có nắp làm bằng vật liệu loại với vỏ máy, nắp có ở đỡ (bạc) dùng để đỡ trục quay rôto 1.2.2 Phần quay (rotor) : lõi thép, dây quấn và trục máy Lõi thép: có dạng hình trụ đặc làm bằng các lá thép kỹ thuật điện, dặp thành hình đĩa ép chặt lại, mặt có các đường rãnh để đặt các dần dây quấn Lõi thép được ghép chặt với trục quay đặt ổ đỡ stato Dây quấn: rotor có loại gờm roto dây quấn rotor lờng sóc Rotor dây quấn : Rotor có dây quấn giống dây quấn stato Dây quấn pha rotor thường đấu hình ba đầu được nối vào vành trượt thường làm bằng đồng đặt cố định một đầu trục thông qua chởi than có thể đấu với mạch điện bên ngồi Khóa luận tốt nghiệp ĐKĐCKĐB3P Đặc điểm có thể thơng qua chởi than đưa điện trở phụ hay suất điện động phụ vào mạch điện rôto để cải thiện tính mở máy, điều chỉnh tốc đợ cải thiện hệ số công suất máy Khi máy làm việc bình thường dây quấn rotor được nối ngắn mạch Nhược điểm so với đợng rotor lịng sóc giá thành cao, khó sử dụng mơi trường khắc nghiệt, dễ cháy nổ … Hình 1.3 Rotor dây quấn Rotor lờng sóc : Kết cấu loại dây quấn khác với dây quấn stato Trong mỗi rãnh lõi sắt rotor đặt vào dẫn bằng đồng hay nhôm dài khỏi lõi sắt được nối tắt lại hai Khóa luận tốt nghiệp ĐKĐCKĐB3P đầu bằng hai vành ngắn mạch bằng đồng hay nhôm làm thành một lồng mà người ta quen gọi lờng sóc Hình 1.4 Rotor lờng sóc 1.3 Phân loại động không đồng bộ Theo kết cấu vỏ máy : kiểu kín, kiểu bảo vệ, kiểu hở Theo số pha: pha, pha, pha Theo kiểu dây quấn : động không đồng bộ rotor lờng sóc đợng khơng đờng bợ rotor dây quấn 1.4 Ứng dụng động không đồng bộ Ngày nay, các hệ thống truyền động điện được sử dụng rộng rãi các thiết bị dây chuyền sản xuất công nghiệp, giao thông vận tải, các thiết bị điện dân dụng, Ước tính có khoảng 50% điện sản xuất được tiêu thụ hệ thống truyền động điện Hệ truyền đợng điện có thể hoạt đợng với tốc độ không đổi với tốc độ thay đổi được Hiện khoảng 75 – 80% hệ truyền động loại hoạt động với tốc độ không đổi Với hệ thống này, tốc độ động hầu khơng cần điều khiển trừ q trình khởi đợng hãm Phần cịn lại, hệ thống có thể điều chỉnh được tốc Khóa luận tốt nghiệp ĐKĐCKĐB3P độ để phối hợp đặc tính động đặc tính tải theo yêu cầu Với phát triển mạnh mẽ kỹ thuật bán dẫn công suất lớn kỹ thuật vi xử lý, hệ điều tốc sử dụng kỹ thuật điện tử ngày được sử dụng rộng rãi công cụ không thể thiếu q trình tự đợng hóa Đợng khơng đờng bợ có nhiều ưu điểm như: kết cấu đơn giản, làm việc chắc chắn,hiệu suất cao, giá thành hạ, có khả làm việc mơi trường đợc hại nơi có khả cháy nở cao Vì ưu điểm nên động không đồng bộ được ứng dụng rộng rãi ngành kinh tế quốc dân với công suất từ vài chục đến hàng nghìn kW Trong cơng nghiệp, đợng khơng đờng bợ thường được dùng làm nguồn động lực cho máy cán thép loại vừa nhỏ, cho máy công cụ nhà máy công nghiệp nhẹ Trong nông nghiệp, được dùng làm máy bơm hay máy gia công nông sản phẩm Trong đời sống hằng ngày, động không đồng bộ ngày chiếm một vị trí quan trọng với nhiều ứng dụng như: quạt gió, động tủ lạnh, máy quay dĩa, Tóm lại, với phát triển sản xuất điện khí hóa tự đợng hóa, phạm vi ứng dụng động không đồng bộ ngày rộng rãi So với máy điện DC, việc điều khiển máy điện xoay chiều gặp nhiều khó khăn thơng số máy điện xoay chiều thông số biến đổi theo thời gian, bản chất phức tạp mặt cấu trúc máy động điện xoay chiều so với máy điện một chiều Cho nên việc tách riêng điều khiển moment từ thơng để có thể điều khiển đợc lập địi hỏi mợt hệ thống có thể tính tốn cực nhanh xác việc qui đởi giá trị xoay chiều biến đơn giản Vì vậy, gần đây, phần lớn động xoay chiều làm việc với ứng dụng có tốc đợ không đổi các phương pháp điều khiển trước dùng cho máy điện thường đắt có hiệu suất kém Động không đồng bộ không tránh khỏi nhược điểm Khóa luận tốt nghiệp ĐKĐCKĐB3P 1.5 Nguyên lí hoạt động Hình 1.5 Nguyên lí hoạt động Khi nam châm điện quay ( tốc đợ n1 vịng/ phút ) làm đường sức từ quay cắt qua cạnh khung dây cảm ứng gây nên sức điện động E khung dây Sức điện động E sinh dòng điện I chạy khung dây Vì dòng điện I nằm từ trường nên từ trường quay làm tác động lên khung dây một lực điện từ F Lực điện từ làm khung dây chuyển đợng với tốc đợ n vịng/ phút Vì n < n1 nên gọi không đồng bộ ĐCKĐB ba pha có dây quấn ba pha phía stator, Roto ĐCKĐB mợt bợ dây quấn ba pha có số cực lõi thép Roto Khi Stator được cung cấp nguồn ba pha cân bằng với tần số f, từ trường quay với tốc độ  𝑑𝑏 được tạo Quan hệ từ trường quay tần số f nguồn ba pha :  𝑑𝑏 = 2𝜋𝑓 𝑝 = 1 𝑝 (rad/s) Trong đó: p: số cặp cực 1 : tần số góc nguồn ba pha cung cấp cho động 1 = 2𝜋𝑓 ... THIỆU ĐỘNG CƠ BA PHA KHÔNG ĐỒNG BỘ 1.1 Định nghĩa : Máy điện không đồng bộ loại máy điện xoay chiều, làm việc theo nguyên lí cảm biến điện từ có tốc đợ quay roto n khác với tốc độ quay... 1.3 Phân loại động không đồng bộ 1.4 Ứng dụng động không đồng bộ 1.5 Nguyên lí hoạt động CHƯƠNG : XÂY DỰNG MƠ HÌNH ĐỘNG CƠ KHƠNG ĐỒNG BỘ 2.1 Phương trình... Simulink: 19 2.6 Mô phỏng MATLAB: 24 CHƯƠNG : PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN VÒNG TRỄ VÀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID , PHƯƠNG PHÁP ƯỚC LƯỢNG TỪ THÔNG 31 3.1 Phương pha? ?p điều khiển vòng trễ