Điều khiển động cơ không đồng bộ sử dụng nghịch lưu nguồn dòng

Mục lục MỤC LỤC NHIỆM VỤ LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU Chương 1:ĐẶC TÍNH VÀ MƠ HÌNH CỦA ĐỘNG CƠ KHƠNG ĐỒNG BỘ .4 1.1 Cấu tạo ưu nhược điểm động không đồng 1.1.1 Cấu tạo : 1.1.2 Ưu nhược điểm: .4 1.2 Công dụng máy điện không đồng bộ: .4 1.3 Đặc tính mơ hình hệ thống : 1.3.1 Phương trình đặc tính : .4 1.3.2 Mơ hình động không đồng không gian véc tơ Chương :NGHỊCH LƯU NGUỒN DÒNG 17 2.1 Giới thiệu chung đặc tính phần tử bán dẫn công suất: .17 2.1.1.ĐIỐT: 17 2.1.2.TIRISTO: 20 2.1.3 TIRISTO khóa cực điều khiển GTO( Gate turn-off Thyristor) 23 2.2 Nghịch lưu nguồn dòng : 26 2.2.1 Một số phương pháp chuyển mạch cưỡng nghịch lưu: 26 2.2.2 Những vấn đề chung: 322 2.2.3 PWM nghịch lưu: 34 Chương 3:TÍNH TỐN HỆ THỐNG TỪ SỐ LIỆU CỤ THỂ .40 3.1 Sơ đồ mạch lực thông số động cơ: 40 3.2: Tính tốn nghịch lưu: 40 3.3: Tính toán chỉnh lưu: 42 3.4 Các phương pháp bảo vệ van : 43 3.4.1 Hạn chế tốc độ tăng dòng cho van 43 3.4.2 Bảo vệ điện áp .44 3.5.Tính toán, thiết kế cuộn kháng: .45 3.5.1 Đặc điểm cuộn kháng: 46 3.5.2 Tính kích thước lõi thép: 47 3.6 Tính tốn tham số cần thiết: .49 3.7: Luật điều khiển : 49 3.8: Tính tốn tham số trình tổng hợp : 53 Mục lục 3.9 Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh: 55 3.9.1: Tổng hợp mạch vòng dòng điện 55 3.9.22: Tổng hợp mạch vòng tốc độ .57 Chương :MÔ PHỎNG BẰNG MATLAB SIMULINK .60 4.1.Mạch vòng dòng điện: 60 4.1.1 Sơ đồ cấu trúc mạch vòng dòng điện: 60 4.1.2 Kết mô phỏng: .60 4.2.Mạch vòng tốc độ 60 4.2.1 Mơ mạch vịng tốc độ chưa hạn chế gia tốc không tải : 60 4.2.2 Cấu trúc mạch vịng tốc độ có hạn chế gia tốc có tải vào khoảng thời gian 0,7s với mô men cản : 61 KẾT LUẬN 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO 65 Lời nói đầu LỜI NĨI ĐẦU Cùng với phát triển khoa học cơng nghệ, tự động hóa ngày phát triển có ứng dụng hầu hết ngành công nghiệp Sự phát triển đất nước yêu cầu mở rộng, nâng cao chất lượng sản xuất thúc đẩy phát triển ngành tự động hóa lên tầm cao Trong đồ án tốt nghiệp em giao đề tài : “ Điều khiển động không đồng sử dụng nghịch lưu nguồn dòng” Nội dung đồ án gồm phần sau: - Đặc tính mơ hình động khơng đồng - Giới thiệu nghịch lưu nguồn dịng - Tính tốn hệ thống - Mô simulink Sau tháng hướng dẫn tận tình thầy giáo PGS.Ts Nguyễn Văn Liễn thầy mơn Tự động hố, đồ án em hoàn thiện Do thời gian làm đồ án ngắn khả hạn chế, chắn đồ án em cịn nhiều thiếu sót Em mong nhận đóng góp thầy cô bạn Hà nội, ngày tháng năm 2010 Sinh viên thực Lê Thành Chung Chương 1:Đặc tính mơ hình động khơng đồng Chương ĐẶC TÍNH VÀ MƠ HÌNH CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 1.1 Cấu tạo ưu nhược điểm động không đồng : 1.1.1 Cấu tạo : Chia làm loại : a,Động roto lồng sóc b,Động roto dây quấn 1.1.2 Ưu, nhược điểm: *Ưu điểm: -Cấu tạo đơn giản -Giá thành hạ -Vận hành tin cậy -Dùng trực tiếp lưới điện pha mà không cân biến đổi kèm theo *Nhược điểm : -Điều chỉnh tốc độ khống chế q trình q độ khó khăn 1.2 Cơng dụng máy điện không đồng bộ: Máy điện không đồng loại máy điện xoay chiều chủ yếu dung làm động điện Do kết cấu đơn giản , làm việc chắn hiệu suất cao , giá thành hạ nên động không đồng loại máy dụng rộng rãi ngành kinh tế quốc dân với công suất từ vài chục đến vài nghìn kilowat Trong cơng nghiệp thường dùng máy điện không đồng làm nguồn động lực cho máy cán thép loại vừa nhỏ, động lực cho máy công cụ nhà máy công nghiệp nhẹ Trong hầm mỏ dùng làm máy tời hay quạt gió Trong nông nghiệp dùng để làm máy bơm hay máy gia công nông phẩm Trong đời sống hàng ngày máy điện không đồng dần chiếm vị trí quan trọng: Quạt gió, máy quay đĩa, động tủ lạnh Tóm lại theo phát triển sản suất điện khí hóa , tự động hóa phạm vi sinh hoạt hàng ngày , phạm vi ứng dụng máy điện không đồng ngày rộng rãi 1.3 Đặc tính mơ hình hệ thống : 1.3.1 Phương trình đặc tính : Giả thuyết: pha động đối xứng , khe hở khơng khí đồng Các thông số động không đổi Tổng dẫn mạch từ hóa khơng đổi Chương 1:Đặc tính mơ hình động khơng đồng Bỏ qua tổn thất ma sát , tổn thất lõi thép Điện áp lưới hoàn toàn sin đối xứng pha Ta có sơ đồ thay pha động khơng đồng bộ: Hình 1-1 : Sơ đồ thay động không đồng : Dịng từ hóa , dịng stato , dịng roto quy đổi stato :Điện kháng mạch từ hóa, điện kháng tản stato, điện kháng tản roto quy đổi stato s :Điện trở tác dụng mạch từ hóa , cuộn dây stato cuộn roto : độ trượt :tốc độ đồng Từ ta có phương trình thay đặc tính dịng stato : Trong : : điện kháng ngắn mạch Ta thấy thì: Vậy suy ra: Trong dịng từ hóa có tác dụng tạo từ trường quay Dòng roto quy đổi stato : Chương 1:Đặc tính mơ hình động khơng đồng Khi : Để tìm phương trình đặc tính động ta dựa vào điều kiện cân công suất động : Công suất chuyển từ stato sang roto : mô men điện từ động Nếu bỏ qua tổn thất học : Cơng suất điện từ chia làm phần : : công suất đưa trục động cơ(nếu bỏ qua tổn thất khí) cơng suất tổn hao đồng roto Hay Do : Mặt khác : Và : Chương 1:Đặc tính mơ hình động khơng đồng Hình 1-2.Đặc tính dịng điện stato động khơng đồng Hình 1-3.Đặc tính dịng điện roto động khơng đồng Nếu biểu diễn đặc tính đồ thị đường cong hình 1-4 Có thể xác định điểm cực trị đường cong cách giải điểm cực trị ký hiệu , ta trị số M s (mô men độ trượt tới hạn ), cụ thể : Hình 1-4.Đồ thị đặc tính động khơng đồng Thay (1-6) (1-7) vào để tìm : Chương 1:Đặc tính mơ hình động khơng đồng Trong hai biểu thức dấu (+) ứng với trạng thái động , dấu (-) ứng với trang thái phát Do chế độ máy phát lớn chế độ động Phương trình đặc tính động khơng đồng biểu diễn thuận tiện tỉ số (1-6) (1-8) biến đổi thành phương trình : Trong Đối với động cơng suất lớn thường qua , nghĩa coi nhỏ so với , lúc bỏ (1-9) có dạng gần đúng: Trong : Nhiều trường hợp cho phép ta sử dụng đặc tính gần cách tuyến tính hóa đặc tính đoạn làm việc Ví dụ vùng độ trượt nhỏ s coi Lúc đặc tính dạng đơn giản: tỷ số nhỏ , gần Chương 1:Đặc tính mơ hình động khơng đồng Hình 1-5 Đặc tính động khơng đồng chế độ khởi động 3.2 Mơ hình động khơng đồng không gian véc tơ a, Khái niệm đại lượng véc tơ không gian : Động khơng đồng ba pha nói chung bao gồm sáu dây quấn , ba dây quấn stato cố định cách phần ba vòng tròn , ba dây quấn pha roto đặt lệch phần ba vòng tròn , song chúng lại quay quanh trục roto , dây quấn stato dây quấn pha roto liên hệ với cảm ứng điện từ qua khe hở khơng khí , có chiều dài h Hình 1-6 Sơ đồ điện áp cuộn dây stato động không đồng Chương 1:Đặc tính mơ hình động khơng đồng Hình 1-7:Sơ đồ dịng điện cuộn dây stato động không đồng Với cách bố trí ba trục , mặt hình thức định nghĩa véc tơ điện áp stato có ba thành phần lệch Tuy nhiên điện áp stato lệch vị trí pha định , thí dụ Tại có : không gian: thời gian , thời điểm véctơ có Chương3 : Tính tốn hệ thống Hình 3-5 Mối liên hệ tốc độ trượt với mômen: Ta thiết kế điều chỉnh tốc độ dịng điện sau: Hình 3-6.Điều khiển dịng điện tốc độ stato Và : Cấu trúc mạch vòng dòng điện hình 3-7: Chương3 : Tính tốn hệ thống hình 3-7.Sơ đồ cấu trúc mạch vòng dòng điện : 3.8 Tính tốn tham số q trình tổng hợp : -Hệ số máy biến dòng điện : Thời gian sensor dòng điện : -Máy phát tốc : Hằng số thời gian lọc : Bộ biến đổi có hàm truyền gần sau: Trong : Với : hệ số khuếch đại chỉnh lưu điện áp chỉnh lưu.(v) điện áp điều khiển(V) Thời gian mạch điều khiển chỉnh lưu(s) Hằng số dập mạch Là tần số (Hz) Chương3 : Tính tốn hệ thống Vì ta có: -Mạch lọc mạch stato mơ tả hàm truyền: Trong : Giải thích: Điện trở tổng mạch lọc mạch stato Điện cảm tổng mạch lọc mạch stato Điện trở cuộn kháng lọc Điện cảm cuộn kháng lọc Điện trở mạch stato Điện kháng phần stato Ta có : Tính Với : : Chương3 : Tính tốn hệ thống Giả thuyết có mạch vịng điều chỉnh dòng điện nên dòng điện stato bám chặt giá trị đặt từ máy phát hàm FG , với quán tính phương trình : chưa bù Khi xuất phát từ 3.9 Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh: 3.9.1 Tổng hợp mạch vịng dịng điện Hình 3-9.Sơ đồ cấu trúc mạch vòng dòng điện Viết gọn lại sơ đồ khối mạch vịng dịng điện hình 3-10: Hình 3-10 Sơ đồ khối mạch dịng điện Theo Chương3 : Tính tốn hệ thống Đặt:  Hàm truyền mạch lọc:  Hàm truyền biến đổi:  Hàm truyền sensor dòng điện: Hàm truyền đạt đối tượng điều chỉnh: Trong đó: Áp dụng cho tiêu chuẩn tối ưu mô đun với hàm truyền: Hàm truyền đạt điều chỉnh kiểu PI : Như hàm truyền mạch kín : Để Chương3 : Tính tốn hệ thống Vì ta tìm điều chỉnh dòng điện động : Hàm truyền mạch vòng dòng điện : 3.9.2 : Tổng hợp mạch vịng tốc độ: Hình 3-11.Sơ đồ cấu trúc mạch vịng tốc độ Ta tính sau : Tại lúc khơng tải: Hàm truyền hở có dạng: Chương3 : Tính tốn hệ thống Do  hệ số chuyển đổi từ mômen sang   hệ số chuyển đổi thứ nguyên từ J: mômen quán tính (  ) hệ số máy phát tốc( ) Hình 3-12.Mối quan hệ mơmen tốc độ trượt Từ đồ thị hình 3-12 ta suy ra: Áp dụng tiêu chuẩn tối ưu đối xứng hàm chuẩn có dạng: Lựa chọn điều chỉnh PI có dạng : Chương3 : Tính tốn hệ thống Khi hàm : Để ta suy ra: Giải hệ phương trình: Vì biến đổi điều chỉnh tốc độ Thay: Mơ men qn tính: Hệ số : Mơmen định mức : là; Chương3 : Tính tốn hệ thống Hàm truyền hệ : Chương 4: Mơ Matlab Simulink Chương 4: MƠ PHỎNG BẰNG MATLAB SIMULINK 4.1.Mạch vòng dòng điện: 4.1.1 Sơ đồ cấu trúc mạch vịng dịng điện: Hình 4-1.Sơ đồ cấu trúc mạch vịng dịng điện 4.1.2 Kết mơ phỏng: Hình 4-2 Kết mơ mạch vịng dịng điện 4.2.Mạch vịng tốc độ 4.2.1 Mơ mạch vịng tốc độ chưa hạn chế gia tốc không tải : Chương 4: Mơ Matlab Simulink Hình 4-3.Sơ đồ cấu trúc mạch vịng tốc độ chưa có hạn chế gia tốc không tải Kết mô phỏng: Hình 4-4.Kết mơ mạch vịng tốc độ khơng tải chưa có hạn chế gia tốc 4.2.2 Cấu trúc mạch vịng tốc độ có hạn chế gia tốc có tải vào khoảng thời gian 0,7s với mô men cản : Chương 4: Mô Matlab Simulink Hình 4-5.Sơ đồ cấu trúc mạch vịng tốc độ có tải hạn chế gia tốc b,Kết mơ : Hình 4-6.Kết mơ mạch vịng tốc độ có tải có hạn chế tốc độ Chương 4: Mô Matlab Simulink Nhận xét chung:  Mạch vòng dòng điện sau thiết kết theo phương pháp tối ưu modun , cho tín hiệu đặt đặt tín hiệu đầu dịng điện vào stato tăng lên đến giá trị dòng điện với độ điều chỉnh không 5%  Mạch vòng tốc độ thiết kế theo phương pháp tối ưu đối xứng Trong trường hợp thứ chưa có tải hạn chế tốc độ đưa đầu vào hệ thống tốc độ góc động tiến nhanh ( khoảng 0,15s) tới tốc độ định mức với độ điều chỉnh lên tới 30% Trong trường hợp thứ hai động ăn tải với mô men cản có hạn chế tốc độ tốc độ khơng có độ điều chỉnh, tốc độ tăng nhanh khoảng 0,2(s) đạt tốc độ định mức, có tải vào thời điểm 0,7s nhìn từ hình 4-6 ta nhận thấy tốc độ máy khoảng thời gian ngắn để trở tốc độ định mức chứng tỏ tính tốn hồn tồn Kết luận KẾT LUẬN Sau thời gian thực tập tốt nghiệp với nhiệm vụ “ Điều khiển động không đồng sử dụng nghịch lưu nguồn dòng”, em tổng hợp nhiều lượng kiến thức học giảng đường năm học vừa qua Em xin chân thành cảm ơn bảo nhiệt tình thầy giáo PGS.TS.Nguyễn Văn Liễn, thầy cô giáo mơn Tự động hố XNCN giúp đỡ bạn giúp em hoàn thành đồ án Em thu kết cụ thể sau: Đã thực hiện: - Giới thiệu đặc tính mơ hình động khơng đồng - Giới thiệu nghịch lưu nguồn dịng - Tính tốn thiết kế -Mô simulink Do thời gian lực thân hạn chế nên kết em chắn cịn nhiều thiếu sót, em mong dạy đóng góp ý kiến thầy cô cá Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 27 tháng năm2010 Sinh viên thực Lê Thành Chung Tài liệu tham khảo TÀI LIỆU THAM KHẢO Bùi Quốc Khánh –Nguyễn Văn Liễn Cơ sở truyền động điện– NXB Khoa Học Kỹ Thuật – 2009 2.Bùi Quốc Khánh , Phạm Quốc Hải , Nguyễn Văn Liễn , Dương Văn Nghi Điều chỉnh tự động truyền động điện – NXB Khoa Học Kỹ Thuật – 1999 3.Võ Minh Chính-Phạm Quốc Hải-Trần Trọng Minh Điện tử công suất – NXB Khoa Học Kỹ Thuật-năm 2008 4.BIMAL K.BOSE Modern power electronics and AC Drives www.phptr.com