ĐỒ án TRUYỀN ĐỘNG điện đề tài tìm HIỂU bộ điều KHIỂN FOC (số LIỆU 1)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA TỰ ĐỘNG HÓA & ĐIỀU KHIỂN - - ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN ĐỀ TÀI: TÌM HIỂU BỘ ĐIỀU KHIỂN FOC (SỐ LIỆU 1) Giảng viên hướng dẫn : Thầy Mai Hồng Cơng Minh Sinh viên thực : Lê Đình Trường MSV : 18810430236 Khoa : ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HĨA Lớp : D13 TDH&TBDKCN3 Khố : 2018 – 2023 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat Hà Nội 06/2021 Mục lục TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat Danh mục hình vẽ TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat Danh mục từ viết tắt TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat LỜI NÓI ĐẦU Phương pháp FOC (Field Oriented Control) cho động không đồng pha giải pháp hàng đầu hệ thống truyền động điện đại ngày Nó dần thay hệ truyền động dùng động DC với giá thành cao độ tin cậy thấp Cùng với phát triển mạnh mẽ công nghệ bán dẫn kỹ thuật vi xử lý đặc biệt đời máy tính số với tốc độ xử lý cao, việc thực hệ thống điều khiển sử dụng lý thuyết vector trở nên dễ dàng tạo bước nhảy vọt kỹ thuật điều khiển động Động không đồng pha rotor lồng sóc với ưu điểm giá thành thấp, khơng cần bảo trì thường xun, khả làm việc cao lựa chọn tốt để ứng dụng điều khiển vector hệ truyền động công nghiệp Điều khiển vector theo nguyên lý định hướng trường xác định điều kiện để điều khiển độc lập từ thông moment điều khiển moment tối ưu trạng thái độ xác lập Phần mềm Simulink/Matlab sử dụng để mô phỏng, khảo sát phân tích đáp ứng hệ thống điều khiển có tham số khơng đổi Nó cho kết phù hợp với lý thuyết thực tiễn Trong phạm vi đồ án sâu vào tìm hiểu cấu trúc điều khiển FOC thuật toán điều khiển cho động KĐB xoay chiều pha Được hướng dẫn nhiệt tình Thầy Mai Hồng Cơng Minh ,Trường đại học Điện Lực ,em hoàn thành xong đề tài với yêu cầu TÌM HIỂU BỘ ĐIỀU KHIỂN FOC Em xin cân thành cảm ơn! Sinh viên thực Lê Đình Trường TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ XOAY CHIỀU BA PHA Động KĐB xoay chiều pha máy điện xoay chiều, làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ, có tốc độ rotor khác với tốc độ từ trường quay máy Động không đồng pha dùng nhiều sản xuất sinh hoạt chế tạo đơn giản, giá thảnh rẻ, độ tin cậy cao, vận hành đơn giản, hiệu suất cao gần khơng cần bảo trì Dải cơng suất rộng từ vài Watt đến 10000hp.Các động từ 5Hp trở lên hầu hết pha động nhỏ 1Hp thường pha 1.1 Cấu tạo động điện KĐB Máy điện không đồng (KĐB) gồm hai phận chủ yếu stator rotor, cịn có vỏ máy, nắp máy trục máy Hình Động điện KĐB Trục làm thép, gắn rotor, ổ bi phía cuối trục có gắn quạt gió để làm mát máy dọc trục 7 Lõi thép stato Dây quấn stato Nắp máy Ổ bi Trục máy Hộp dầu cực Lõi thép rôto TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat Thân máy Quạt gió làm mát 10 Hộp quạt 1.1.1.Stator (phần tĩnh) Stator gồm hai phận lõi thép dây quấn, ngồi cịn có vỏ máy nắp máy Lõi thép stator có dạng hình trụ, từ thép kỹ thuật điện, có dập rãnh bên trong, ghép lại tạo thành rãnh theo hướng trục Lõi thép ép vào vỏ máy Hình Stator động KĐB Dây quấn stator thường làm dây đồng có bọc cách điện đặt rãnh lõi thép Dòng điện xoay chiều ba pha chạy dây quấn ba pha stator tạo nên từ trường quay Vỏ máy gồm có thân nắp, thường làm gang TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat Hình Vỏ máy động KĐB 1.1.2.Rotor(phần quay) Rotor phần quay gồm lõi thép, dây quấn trục máy Lõi thép rotor gồm thép kỹ thuật điện lấy từ phần bên lõi thép stator ghép lại, mặt dập rãnh để đặt dây quấn, có dập lỗ để lắp trục Trục máy điện không đồng làm thép, gắn lõi thép rơto Dây quấn rotor máy điện khơng đồng có hai kiểu : rotor ngắn mạch cịn gọi rotor lồng sóc rotor dây quấn Rotor lồng sóc: gồm đồng nhôm đặt rãnh bị ngắn mạch hai vành ngắn mạch hai đầu Với đồng nhỏ, dây quấn rotor đúc nguyên khối gồm dẫn, vành ngắn mạch, cánh tản nhiệt cánh quạt làm mát Các động công suất 100kW dẫn làm đồng đặt vào rãnh rotor gắn chặt vào vành ngắn mạch Hình Rotor động KĐB TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat Rotor dây quấn: quấn dây giống dây quấn ba pha stator có số cực từ dây quấn stator Dây quấn kiểu nầy luôn đấu (Y) có ba đầu đấu vào ba vành trượt, gắn vào trục quay rotor cách điện với trục Ba chổi than cố định tỳ vành trượt nầy để dẫn điện vào biến trở nối nằm động để khởi động điều chỉnh tốc độ 1.2 Nguyên lý làm việc động KĐB Khi dòng điện pha dây quấn stator → khe hở khơng khí xuất 60 f từ trường quay với tốc độ n1 = p Từ trường quét qua dây quấn nhiều pha tự ngắn mạch đặt lõi sắt rotor, làm cảm ứng dây quấn rotor sđđ E2 Do rotor kín mạch nên dây quấn có dịng điện I hợp với từ thơng stator tạo thành từ thơng khe hở Dịng điện dây quấn rotor tác dụng với từ thông khe hở sinh momen Tác dụng có quan hệ mật thiết với tốc độ quay n rotor Trong phạm vi tốc độ khác chế độ làm việc máy khác Sau ta nghiên cứu tác dụng chúng ba phạm vi tốc độ Hệ số trượt s máy Các trường hợp hệ số trượt: n = n1 → s = n =0→s=1 n > n1 → s < n < → s > (rotor quay ngược chiều từ trường quay) Roto quay chiều từ trường quay, tốc độ n < n1 (0 < s < 1) Giả thiết chiều quay n1 từ trường khe hở F rotor n hình bên Theo qui tắc bàn tay phải, xác định chiều sđđ E2 I2; Theo qui tắc bàn tay trái, xác định lực Fđt momen M Ta thấy F chiều quay rôto, điện đưa tới stator, thông qua từ trường biến đổi thành trục làm quay rôto theo chiều từ trường TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat quay n1 → Máy làm việc chế độ động Roto quay chiều từ trường quay, tốc độ n > n1 (s < 0) Dùng động sơ cấp quay rôto máy điện không đồng vượt tốc độ đồng n > n1 Chiều từ trường quay quét qua dây quấn rôto ngược lại, sức điện động dịng điện dây quấn rơto đổi chiều nên mômen M ngược chiều n1, nghĩa ngược chiều rotor, nên momen hãm Máy biến tác dụng lên trục động điện, động sơ cấp kéo thành điện cung cấp cho lưới điện, nghĩa máy điện làm việc chế độ máy phát điện Roto quay ngược chiều từ trường quay tốc độ n < (s > 1) Vì ngun nhân mà rotor máy điện quay ngược chiều từ trường quay, lúc chiều sđđ, dịng điện mơmen giống chế độ động điện Vì mơmen sinh ngược chiều quay với rơto nên có tác dụng hãm rơto lại Trong trường hợp này, máy vừa lấy điện lưới điện vào, vừa lấy từ động sơ cấp Chế độ làm việc gọi chế độ hãm điện từ 1.3 Phân loại động KĐB Phân theo kết cấu vỏ máy + Kiểu kín + Kiểu bảo vệ + Kiểu hở Phân theo số pha + Một pha + Hai pha + Ba pha Phân theo kiểu dây quấn rôto TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat Hình Mơ hình dịng stator sau bù từ thông 3.6.3 Thiết kế điều khiển dòng điện Bộ điều khiển dòng điện mạch vòng dòng i sd sau: d Laplace vế phương trình : sI sd = - ⇨Usd ⇨ Hàm truyền đối tượng dòng điện là: TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat Đối tượng khâu quán tính bậc nên ta sử dựng điều khiển PI Sơ đồ điều khiển mạch vòng isd Hình Bộ điều khiển dịng isd Coi trễ thiết bị Knl=1 Đối tượng điều khiển có hàm truyền T σ Si = Silà khâu PT2 nên thiết kế BĐK PI theo phương pháp tối ưu module T PI : K p =2 k nlT σ ; T i=T nl Tính tốn ta K =0,3 p ; T =0,001 i Đáp ứng đối tượng với tín hiệu bước nhảy TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat Hình 10 Đáp ứng bước nhảy đối tượng có điều khiển Bộ điều khiển dòng điện mạch vòng isq Sau bù từ thơng , mơ hình dịng điện isq sau: Lapplace vế phương trình được: ⇨ Usq = ⇨ Hàm truyền đối tượng dòng điện isq TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat S= iq Đối tượng khâu quán tính bậc nên ta sử sụng điều khiển PI Sơ đồ điều khiển mạch vòng dòng điện isq Hình 11 Bộ điều khiển dịng isq Coi trễ thiết bị Knl=¿ Đối tượng có hàm truyền T σ Siq= Si khâu PT2 nên thiết kế BĐK PI theo phương pháp tối ưu module T PI : K p = T =T nl k T σ ; i nl Tính tốn ta K p =0,3 ; T i=0,001 Đáp ứng đối tượng với tín hiệu bước nhảy TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat Hình 12 Đáp ứng bước nhảy đối tượng có điều khiển 3.4.4.Thiết kế điều khiển tốc độ Coi vòng điều khiển dòng khâu PT1 với hàm truyền: Gki =¿ Hàm truyền đối tượng vận tốc Gw= Thiết kế điều khiển PI theo tiêu chuẩn tối ưu đối xứng Chọn a = T i=aT is=0,045; K p = TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat Hình 13 Đáp ứng bước nhảy đối tượng vận tốc có điều khiển 3.4.5 Thiết kế điều khiển từ thông Từ công thức ψrd = thông Đối tượng từ ⇨ G ψ= Thiết kế BĐK PI theo chuẩn tối ưa module T T i=T r=0,1123 ; K p =2 k Tr is =11,23 với k=1 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat Hình 14 Đáp ứng bước nhảy đối tượng từ thơng có điều khiển 3.4.6 Khâu dẫn từ thông Khi điều khiển động vùng tốc độ dải tốc độ định mức, từ thông giữ không đổi từ thông định mức Khi điều khiển động vùng tốc độ dải tốc đội định mức , từ ψ= thông suy giảm với tỷ lệ TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat Hình 15 Khâu dẫn từ thơng 3.4.7 Chống bão hịa tích phân Do tính khả thi thực thiết bị, tín hiệu bị giới hạn Do gặp phải tượng bão hịa tích phân thành phần I BĐK Giải pháp đề thiết kế phần chống bão hịa tích phân Hình 16 Bộ điều khiển PI có chống bão hịa tích phân TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ TRUYỀN ĐỘNG TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat ... lý hệ thống điều khiển 3.1 Phương pháp điều khiển Trong phương pháp điều khiển vector động KĐB pha, để điều khiển động cách tối ưu người ta phân tích việc điều khiển động thành điều khiển thành... phương pháp điều khiển vector RFOC thiết kế hai mạch vòng mạch vòng điều khiển dòng điện với mạch vịng nhỏ , mạch vịng điều khiển dòng điện isd mạch vòng điều khiển dòng điện isq ; tương tự động chiều,... đồ án sâu vào tìm hiểu cấu trúc điều khiển FOC thuật tốn điều khiển cho động KĐB xoay chiều pha Được hướng dẫn nhiệt tình Thầy Mai Hồng Cơng Minh ,Trường đại học Điện Lực ,em hồn thành xong đề