Nghiên cứu hệ truyền động điện biến tần 4 góc phần tư động cơ không đồng bộ

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGHIÊN CỨU HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN BIẾN TẦN GÓC PHẦN TƢ - ĐỘNG CƠ KHƠNG ĐỒNG BỘ Ngành : TỰ ĐỘNG HỐ Mã số :23.04.3898 Học viên : NGUYỄN MẠNH CƢỜNG Ngƣời HD Khoa học : TS TRẦN XUÂN MINH THÁI NGUYÊN - 2011 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGÀNH: TỰ ĐỘNG HOÁ NGHIÊN CỨU HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN BIẾN TẦN GĨC PHẦN TƢ - ĐỘNG CƠ KHƠNG ĐỒNG BỘ NGUYỄN MẠNH CƢỜNG THÁI NGUYÊN - 2011 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƢỜNG ĐẠI HỌC Độc lập – Tự – Hạnh phúc KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Nguyễn Mạnh Cường Ngày tháng năm sinh: Ngày 14 tháng 04 năm 1983 Nơi sinh: Gang Thép - Thái Nguyên Nơi công tác: Trường Cao đẳng Cơ Khí Luyện Kim Cơ sở đào tạo: Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - Thái Nguyên Chuyên ngành: Tự động hóa Khóa học: K12-TĐH TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN BIẾN TẦN GÓC PHẦN TƢ - ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS Trần Xuân Minh Trường Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp - Thái Nguyên GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN HỌC VIÊN TS Trần Xuân Minh Nguyễn Mạnh Cường DUYỆT BAN GIÁM HIỆU KHOA SAU ĐẠI HỌC LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu cá nhân hướng dẫn thầy giáo TS.Trần Xuân Minh tham khảo tài liệu liệt kê Tơi khơng chép cơng trình cá nhân khác hình thức Tác giả luận văn Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn MỤC LỤC Trang Trang bìa phụ …………………………………… .………………… … Lời cam đoan …………………………………… ……………… …… Mục lục …………………………………………… .…………… … Danh mục ký hiệu chữ viết tắt …………… .…………… ……… Danh mục bảng …………………………………………… ……… Danh mục hình vẽ, đồ thị ……………………………… … ……… Mở đầu………………………………………………… … .… ……… Chƣơng 1- TỔNG HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN BIẾN TẦN ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU 1.1 Các hệ thống truyền động điện dùng động xoay chiều …… …… 1.1.1 Giới thiệu chung ………………………………………… … 1.1.2 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động không đồng … 1.1.3 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động đồng …… … … 1.1.4 Hệ thống điều tốc biến tần - động xoay chiều …… ……… 1.2 Sơ lƣợc biến tần dùng dụng cụ bán dẫn công suất … …………… 1.2.1 Biến tần trực tiếp (xoay chiều - xoay chiều) ……… ………… 1.2.2 Bộ biến tần gián tiếp …………………………… .…………… 10 1.3 Biến tần bốn góc phần tƣ ………………… ……………………… 16 1.3.1 Các tồn biến tần thông thường …… .…………… 16 1.3.2 Biến tần bốn góc phần tư (biến tần 4Q) ………… ………… 19 Chƣơng - NGHIÊN CỨU CHỈNH LƢU PWM 2.1.Khái quát chỉnh lƣu PWM Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn 21 21 2.2 Cấu tạo nguyên lý làm việc biến tần nguồn áp bốn góc phần tƣ dùng chỉnh lƣu PWM ……………………… …… .………… 22 2.3 Mơ tả tốn học chỉnh lƣu PWM ………………… ……….……… 25 2.3.1 Mô tả điện áp đầu vào chỉnh lưu PWM ……… ……… ……… 26 2.3.2 Mô tả toán học chỉnh lưu PWM hệ tọa độ pha … …… 27 2.3.3 Mơ tả tốn học chỉnh lưu PWM hệ tọa độ cố định  -  28 2.3.4 Mơ tả tốn học chỉnh lưu PWM hệ tọa độ quay d – q … .… 29 2.3.5 Tính tốn cơng suất chỉnh lưu PWM ………………… .……… 30 2.4 Phạm vi giới hạn tham số chỉnh lƣu PWM …… … …… 31 2.4.1 Giới hạn cực tiểu điện áp chiều ……………… ……… 31 2.4.2 Giới hạn giá trị điện áp điện cảm ………………… ……… 31 2.5 Ƣớc lƣợng đại lƣợng vector ……………… … ……… 33 2.5.1 Ước lượng vector điện áp đầu vào ……… ………… ………… 34 2.5.2 Ước lượng vector từ thông ảo ………………… ……… ……… 34 2.6 Phƣơng pháp điều khiển chỉnh lƣu PWM ………… ……… 37 2.7 Cấu trúc điều khiển chỉnh lƣu PWM định hƣớng theo vector điện áp 39 2.7.1 Cấu trúc điều khiển chỉnh lưu PWM định hướng theo vector điện áp dựa vào dòng điện (VOC) …………… …………… 39 2.7.2 Cấu trúc điều khiển chỉnh lưu PWM theo VFOC ………… … 40 2.8 Cấu trúc điều khiển chỉnh lƣu PWM theo phƣơng pháp trực tiếp công suất DPC ……………… .……… …………………………… 41 2.8.1 Ước lượng công suất theo vector điện áp ……… .…………… 43 2.8.2 Ước lượng công suất theo vector từ thông ảo … .……………… 44 2.8.3 Đặc điểm điều khiển trực tiếp công suất DPC cho chỉnh lưu PWM ……………… ………………………… .… 45 2.8.4 Bộ điều khiển cơng suất ……………………… ……………… 46 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn 2.8.5 Lựa chọn phân vùng vector bảng đóng cắt 48 2.8.6 Tổ hợp vector điện áp …………………… .…………………… 49 2.9 Mơ đặc tính làm việc chỉnh lƣu tích cực PWM 50 2.9.1 Xây dựng chương trình mơ chỉnh lưu PWM 50 2.9.2 Kết mô chỉnh lưu PWM 52 Chƣơng - XÂY DỰNG CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN NGHỊCH LƢU VÀ CẤU TRÚC HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN BIẾN TẦN 4Q - 53 ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3.1 Giới thiệu chung động không đồng 53 3.2 Mơ hình tốn học động không đồng 54 3.2.1 Mơ hình tốn học nhiều biến động không đồng ba pha 54 3.2.2 Mô tả tốn học động khơng đồng 56 3.2.3 Phép chuyển đổi tọa độ ma trận chuyển đổi 56 3.2.4 Mơ hình tốn học động khơng đồng theo định hướng từ trường 60 3.3 Biến tần gián tiếp với nghịch lƣu điều khiển vector 61 3.3.1 Mơ hình động chiều tương đương động không đồng 62 3.3.2 Cấu trúc hệ thống điều khiển vector 63 3.3.3 Phương trình điều khiển vector 64 3.4 Hê thống truyền động biến tần 4Q-ĐK 65 3.4.1 Sơ đồ khối hệ thống truyền động biến tần 4Q-ĐK 65 3.4.2 Sơ đồ nguyên lý phần mạch lực hệ biến tần 4Q-ĐK 66 3.4.3 Chọn phương pháp điều khiển chỉnh lưu cho hệ truyền động 66 3.4.4 Chọn cấu trúc điểu khiển nghịc lưu 68 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Chƣơng - MÔ PHỎNG HỆ THỐNG BIẾN TẦN 4Q VÀ ĐỘNG CƠ 70 KHÔNG ĐỒNG BỘ 4.1 Xây dựng sơ đồ mô hệ truyền động phần mềm Matlab 70 4.2 Kết mô hệ thống 72 4.2.1Mơ q trình khởi động chế độ hãm tái sinh động 72 4.2.3 Mô q trình khởi động có tải điều chỉnh tải nhảy cấp để động chuyển động sang hãm tái sinh 74 4.3 Kết luận 75 Kết luận kiến nghị 76 Tài liệu tham khảo 78 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT  Góc pha vector chuẩn  Góc pha điều khiển phần chỉnh lưu PWM  Góc pha vector áp nguồn phần chỉnh lưu PWM  Góc pha dịng điện áp  Vận tốc góc A Từ thông stator pha A B Từ thông stator pha B C Từ thông stator pha C x* Giá trị đặt L Vector từ thông ảo L Thành phần trục  vector từ thông ảo hệ trục toạ độ - L Thành phần trục  vector từ thông ảo hệ trục toạ độ - Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Ld Thành phần trục d vector từ thông ảo hệ trục toạ độ d-q Lq Thành phần trục q vector từ thông ảo hệ trục toạ độ d-q cos Hệ số công suất C Tụ điện ĐB Động đồng ba pha DPC Điều khiển trực tiếp công suất (viết tắt Direct Power Control) f Tần số FOC Điều khiển tựa từ trường (viết tắt Field Oriented Control) i(t), i Giá trị dòng điện tức thời iA, iB, iC Dòng ba pha A, B, C cuộn dây stator ia, ib, ic Dòng ba pha a, b, c cuộn dây rotor idc Giá trị dòng điện chiều IL Vector dòng điện lưới iLa,b,c Dòng ba pha A, B, C lưới điện xoay chiều phần chỉnh lưu PWM iL Thành phần trục  vector dòng điện lưới hệ trục toạ độ - iL Thành phần trục  vector dòng điện lưới hệ trục toạ độ - iLd Thành phần trục d vector dòng điện lưới hệ trục toạ độ d-q iLq Thành phần trục d vector dòng điện lưới hệ trục toạ độ d-q id Thành phần trục d vector dòng stator động iq Thành phần trục q vector dòng stator động I Giá trị hiệu dụng dòng điện pha động j Đơn vị ảo J Mô men qn tính L Giá trị điện cảm Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn M Mô men, mô men động Mc Mô men cản tác động lên trục động (mô men tải) Mđt Mô men điện từ động Mđm Mô men định mức Mmax Mô men cực đại np Số đôi cực từ động P Công suất tác dụng p(t), p Công suất tác dụng tức thời PWM Điều chế độ rộng xung (viết tắt Pulse Width Modulation) q(t), q Công suất phản kháng tức thời Q Công suất phản kháng R Điện trở s Tốn tử Laplace S Cơng suất biểu kiến Sa,Sb,Sc Trạng thái đóng cắt biến đổi t Giá trị thời gian tức thời T Chu kỳ UL Vector điện áp lưới uL Thành phần trục  vector điện áp lưới hệ trục toạ độ  -  uL Thành phần trục  vector điện áp lưới hệ trục toạ độ  -  uLd Thành phần trục d vector điện áp lưới hệ trục toạ độ d - q uLq Thành phần trục q vector điện áp lưới hệ trục toạ độ d - q Us Vector điện áp vào chỉnh lưu PWM us Thành phần trục  vector điện áp đầu vào chỉnh lưu hệ trục Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chuyên ngành Tự động hoá 54 hàng thứ thứ xuất phần tử 0, giảm quan hệ rang buộc biến số, làm cho mơ hình đơn giản Đối với phương trình mơ men  −L i L Mdt = np Lm (iT1 iM2 − iM1 iT2 )= np Lm iT1 iM2 − M ( m iT1 ) (3.27) Lm Lr 3.3 BIẾN TẦN GIÁN TIẾP VỚI NGHỊCH LƢU ĐIỀU KHIỂN VECTOR 3.3.1 Mơ hình động chiều tƣơng đƣơng động không đồng φ iA iB iC iα1 3/2 iβ1 iT1 VR iM1 Mơ hình động chiều tương ω đương Hình 3.4 Sơ đồ cấu trúc biến đổi tọa độ động không đồng 3/2) Biến đổi pha/2 pha; VR) Biến đổi quay đồng bộ; ) Góc trục M trục α(trục A) 3.3.2 Cấu trúc hệ thống điều khiển vector Hình 3.5Cấu trúc hệ thống điều khiển vector giống với hệ thống điều tốc chiều Có thể tưởng tượng rằng, tính trạng thái tĩnh động hệ thống điều tốc biến tần điều khiển vector hoàn toàn tương đương với hệ thống điều tốc chiều Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sỹ kỹ thuật 55 Chun ngành Tự động hố 3.3.3 Phƣơng trình điều khiển vector 3.4 HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG BIẾN TẦN 4Q – ĐK 3.4.1 Sơ đồ khối hệ thống truyền động biến tần 4Q – ĐK Hình 3.6 Sơ đồ khối hệ thống truyền động điện biến tần 4Q – ĐK 3.4.2 Sơ đồ nguyên lý phần mạch lực hệ biến tần 4Q – ĐK Các hệ truyền động điện biến tần 4Q dùng chỉnh lưu PWM - động xoay chiều không đồng khác phương pháp điều khiển khối chỉnh lưu nghịch lưu, cịn phần mạch lực giống 3.7 Sơ nguyên phầnL; lựchai hệsơ truyền động tần bốn phầnlàm tư SơHình đồ gồm bộđồ điện cảm lý nguồn đồ cầu ba biến pha cácgóc IGBT chỉnh lưu PWM - lưu động không đồng ba pha tử nhiệm vụ chỉnh lưudùng (CLPWM) nghịch (NL); tụ điện C vừa phần sơ đồ chỉnh lưu PWM, vừa phần tử lọc; động không đồng ba pha ĐK 3.4.3 Chọn phƣơng pháp điều khiển chỉnh lƣu cho hệ truyền động Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chuyên ngành Tự động hoá 56 Cấu trúc điều khiển chỉnh lưu PWM dựa hai nguyên tắc: Điều khiển dựa điện áp điều khiển dựa từ thông ảo Điều khiển dựa in ỏp l c Các ph-ơng pháp điều khiển chỉnh l-u PWM §iỊu khiĨn theo vector §iỊu khiĨn theo vector điện áp từ thông ảo VOC DPC VFOC VF-DPC Hình 3.8: Các ph-ơng pháp điều khiển chỉnh l-u PWM lng điện áp lưới điều khiển dòng điện hay công suất Điện áp lưới điều khiển dịng điện gọi phương pháp VOC (Voltage Oriented Control), cịn theo cơng suất gọi DPC (Direct Power Control) Điều khiển dựa từ thông ảo phương pháp điều khiển cần phải ước lượng từ thông ảo lưới điện áp dụng phương pháp điều khiển từ thông stator động không đồng cho lưới điện Nếu điều khiển mạch vòng dòng điện gọi phương pháp VFOC (Voltage Flux Oriented Control), cịn điều khiển dựa theo cơng suất gọi phương pháp VF-DPC Cấu trúc điều khiển chỉnh lưu PWM định hướng theo vector điện áp dựa vào dòng điện (VOC) Đặc điểm phương pháp điều khiển dựa vào dịng điện xử lý tín hiệu hai hệ toạ độ hệ toạ độ cố định  -  hệ toạ độ quay d - q Các giá trị dòng điện đo hệ ba pha biến đổi sang hệ toạ độ cố định  , sau biến đổi sang hệ toạ độ d – q Cấu trúc điều khiển chỉnh lưu PWM theo VFOC Cấu trúc điều khiển chỉnh lưu PWM theo VFOC có khác biệt so với VOC, trục d chọn trùng với vector  L vector điện áp UL trùng với trục q, vector dòng điện I L trùng với vector UL nên ILd=0 ILd=IL Do mạch vòng điều chỉnh theo VFOC có lượng đặt i*ld = i*lq lấy từ đầu điều chỉnh điện áp chiều Nếu góc cho biến đổi tọa độ VOC uL, VFOC lấy L Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chuyên ngành Tự động hoá 57 Cấu trúc điều khiển chỉnh lưu PWM theo phương pháp trực tiếp công suất DPC phát triển từ ý tưởng điều khiển trực tiếp mô men (DTC) truyền động động không đồng nguyên lý để xây dựng điều khiển công suất DPC tương tự DTC, có nghĩa phải thiết kế điều khiển đóng cắt có đặc tính từ trễ để gia cơng tín hiệu dq dp; Lựa chọn số vùng vector điện áp từ kết hợp với vị trí vector điện áp UL để xây dựng bảng đóng cắt tạo nên vector điều khiển điện áp cho chỉnh lưu PWM Tuy nhiên DPC có đặc điểm riêng, khơng thể áp dụng cách máy móc điều khiển DTC cho DPC Kết luận:Dựa vào đặc điểm phương pháp điều khiển chỉnh lưu PWM ta chọn phương pháp điều khiển chỉnh lưu PWM theo phương pháp trực tiếp cơng suất DPC có cấu trúc điều khiển sau: Ua Ub Uc L ia L L ib ic ia PWM Udc ib Sa Đo dòng điện đánh giá công suất tức thời, điện áp l-ới từ thông ảo p q Sc Bảng chuyển - Udc mạch Udcref dq dp Chọn sector UL Sb T¶i PI  L - pref qref = Hình 3.9: Cấu trúc điều khiển chỉnh l-u PWM theo DPC Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sỹ kỹ thuật 58 Chuyên ngành Tự động hoá 3.4.4 Chọn cấu trúc điều khiển nghịch lƣu Hiện đa số cấu trúc điều khiển nghịc lưu áp dụng nguyên lý điều khiển vector Từ phương trình cân điện áp hệ MT, kết hợp với quan hệ có áp dụng định hướng từ thông rotor, thực thành lập phương trình mơ tả quan hệ thành phần điện áp dòng điện stator hệ tọa độ MT, làm sở cho việc tính tốn giá trị thành phần điện áp đặt, sau chuyển tọa độ hệ ba pha thu giá trị đặt điện áp stator Từ giá trị đặt điện áp, sử dụng nguyên lý điều chế độ rộng xung hình sin(SPWWM) ngun lý điều chế vector khơng gian để thực việc điều khiển van nghịch lưu - ĐCTĐQ điều chỉnh tốc độ quay Hình 3.10: Cấu trúc nghịch lưu điều khiển vector định hướng từ thơng rotor - MHTT mơ hình quan sát từ thơng, có chức tính tốn giá trị từ thơng rotor (2 M2 ) góc vector từ thông rotor với trục chuẩn () - CTĐi khâu chuyển tọa độ dòng điện stator từ hệ tọa độ sang hệ tọa độ MT - TH khâu tạo hàm, tạo giá trị đặt từ thông rotor theo giá trị tốc độ góc rotor - ĐCTT điều chỉnh từ thơng, cho tín hiệu giá trị đặt thành phần sinh từ Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sỹ kỹ thuật 59 Chun ngành Tự động hố thơng dòng điện stator hệ tọa độ MT; - ĐCĐ khâu điều chỉnh đa thơng số, có nhiệm vụ tính giá trị đặt thành phần điện áp stator hệ tọa độ MT; - CTĐu khối chuyển đổi tọa độ điện áp từ hệ MTsang hệ tọa độ ; - SPWM khâu điều chế vector khơng gian, tính tốn tạo xung điều khiển van nghịch lưu từ giá trị yêu cầu điện áp stator hệ tọa độ  ∗ ∗ (Uα1 , Uβ1 ) Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chun ngành Tự động hố 70 Chương MƠ PHỎNG HỆ THỐNG BIẾN TẦN 4Q VÀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 4.1 Xây dựng sơ đồ mô hệ truyền động phần mềm Matlab Để đánh giá đầy đủ hệ truyền động biến tần bốn góc phần tư sử dụng chỉnh lưu PWM, ta tiến hành mô làm việc hệ truyền động biến tần 4Q - động xoay chiều không đồng ba pha rotor lịng xóc Trong hệ thống này, phần điều khiển chỉnh lưu PWM áp dụng phương pháp điều khiển VOC, phần nghịch lưu sử dụng phương pháp điều khiển vector định hướng theo từ thông rotor Phần điều khiển nghịch lưu xây dựng dựa cấu trúc mô tả hình 3.6 có sửa đổi chút quan điểm thực mô làm việc hệ vùng tần số biến tần nằm khoảng từ tần số định mức động trở xuống Với vùng tần số tần số u cầu thực trì từ thơng rotor số, cấu trúc điều khiển chọn giá trị đặt thành phần sinh từ thông dòng stator số ( iM1 const ) giá trị lựa chọn theo dòng từ hóa động Cấu trúc điều khiển nghịch lưu trường hợp mơ tả hình 4.8 Sử dụng phần mềm PLECS chạy môi trường MATLAB xây dựng sơ đồ (chương trình) mơ hệ truyền động hình 4.1, đến 4.5 Udc 600 i_v si pulses Udc* iabc_L Udc_ref i_s pulses-re m u_ab s_abc u_bc i_vsi PLECS v _dc Circuit u_in Subsystem u_ab T_m u_bc Circuit -KDemux 599.9 U-I in Gain t1 Enable control1 Out1 In1 Display t In1 Out1 In2 Out2 In3 Out3 Fan_model 99.99 Display1 Inv_motor Udc Mc Enable control2 Hình 4.1: Sơ đồ mơ hệ truyền động điện biến tần 4Q-động không đồng ba pha Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chuyên ngành Tự động hoá 71 Tham số động lựa chọn để thực q trình mơ hệ truyền động: Cơng suất định mức Pđm=3.5KW; số đôi cực từ np=3; điện áp định mức pha stator U1đm=220V; dòng điện định mức pha stator I1đm=4A; điện trở pha stator Rs=4; điện trở pha rotor quy đổi stator Rr=3.5; điện cảm tản pha stator Lt1=10mH; điện cảm tản pha rotor quy đổi stator Lt2=9mH; điện cảm hỗ cảm cực đại Lm1=200mH; Enable control1 Out1 In1 Fan_model 1 Out1 In1 Out1 In1 In3 In2 In2 Mc Out2 Out2 In3 In4 Out3 speed Out3 In5 Inv_motor Hình 4.2: Khối INVERTER Enable Out2 Out1 Demux Mechanical In2 delta_wT_ref T_ref i_s Speed Control 3 s_abc Out3 v _dc In3 Magnetic In1 Direct Torque Control Electrical Step Tocdogoc Step1 Hình 4.3: Khối INVERTER Motor Enable control v _ref Udc* v _dc i_ref Voltage control i_ref enable m i i_ref reactive m Current control 3ph->RRF RRF->3ph pulses pulses-re v _dc PWM iabc_L u_ab Out In f(u) atan2 ->pha u_bc Udc Hình 4.4 Khối SubSystem Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chuyên ngành Tự động hoá 72 enable m m 1/2 v_dc Gain m' m s Scale 3-Phase Symmetrical PWM Modulation Overmodulation Index max Product1 pulses MinMax Minimum Hình 4.5 Khai triển chi tiết khối PMW SubSystem 4.2 Kết mô hệ thống 4.2.1 Mô trình khởi động chế độ hãm tái sinh động Mơ q trình khởi động động từ tốc độ khơng đến tốc độ góc 100 rad/s với mô men tải thay đổi Tại t=1s (khi kết thúc khởi động, thay đổi mô men tải sang âm (tức tác động mô men chiều với chiều quay rotor) để kiểm tra khả làm việc động trạng thái hãm tái sinh Các kết mô mơ tả hình 4.6 đến 4.11 Từ kết môphỏng cho thấy, tốc độ động trì theo giá trị đặt mơ men tải đổi dấu (hình 4.12); cịn dịng điện nguồn xoay chiều cấp cho chỉnh lưu PWM thay đổi pha góc 1800 , tức chỉnh lưu làm việc chế độ nghịch lưu,thực chuyển cơng suất từ phía động lưới điện (hình 4.11) với giá trị hệ số công suất (co = -1) Kết mô chứng minh khả làm việc chế độ hãm tái sinh chế độ ổn định hệ thống Mc 10 -2 -4 -6 -8 0.5 1.5 Time(s) Hình 4.6: Sự điều chỉnh mơ men tải động khởi động chuyển động sang trạng thái hãm tái sinh chế độ tốc độ ổn định (tại t=1s) Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chuyên ngành Tự động hoá 73 ULa(V), iLa(A) 250 ULa(V) 200 ILa(A) 150 100 50 -50 -100 -150 -200 -250 0.96 0.98 1.02 1.04 1.06 1.08 1.1 Time(s) Hình 4.7: Điện áp dịng điện lưới pha A cấp cho chỉnh lưu PWM trước sau thời điểm điều chỉnh mô men tải (tại t=1s) để chuyểnchế độ làm việc động từ trạng thái động sang hãm tái sinh Cũng mô trình khởi động động từ tốc độ khơng đến tốc độ góc 100 rad/s với mơ men tải không đổi Tại t=1s, thực giảm tốc độ lượng 40 rad/s Sau thời điểm t=1.1s thực hiên tăng tốc độ lượng 20 rad/s để kiểm tra tình trạng làm việc hệ thống điều chỉnh giảm tốc, tăng tốc ULa(V), ILa(V) 300 ULa(V) ILa(A) 200 100 -100 -200 -300 1.05 1.1 Time(s) 1.15 1.2 Hình 4.8:Dịng điện điện áp đầu vào động khởi động điều chỉnh giảm tốc từ 100 rad/s xuống 60 rad/s thời gian 1(s) sau tăng nên 80 rad/s sau thời gian 1.1(s) Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chun ngành Tự động hố 74 4.2.2 Mơ q trình khởi động có tải điều chỉnh tải nhảy cấp để động chuyển động sang hãm tái sinh ULa (V), ILa (A) 300 200 ULa Thời điểm chuyển chế độ 100 -100 -200 -300 0.5 0.55 0.6 0.65 Time(s) Hình 4.9: Điện áp dịng điện lưới pha A cấp cho chỉnh lưu PWM trước sau thời điểm điều chỉnh mô men tải (tại t=0.5s) để chuyểnchế độ làm việc động từ trạng thái động sang hãm tái sinh 15 Mc 10 -5 -10 -15 0.2 0.4 0.6 0.8 time(s) Hình 4.10: Sự điều chỉnh mơ men tải động khởi động chuyển động sang trạng thái hãm tái sinh chế độ tốc độ ổn định (tại t=0.5s) Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sỹ kỹ thuật 40 Chuyên ngành Tự động hoá 75 iA,B,C (A) 30 20 10 -10 -20 -30 -40 0.3 t(s) 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 Hình 4.11: Dòng điện ba pha động chuyểnchế độ làm việc động từ trạng thái động sang hãm tái sinh 4.2 Kết luận Từ kết mơ cho thấy hệ truyền động hồn tồn đáp ứng tốt yêu cầu độ tác động nhanh, độ q điều chỉnh Dịng điện mơ men động q trình q độ hồn tồn khống chế gới hạn cho phép Dạng dòng điện qua động gần với hình sin, hạn chế đến mức tối thiểu tổn thất động cơ, cho phép động phát huy hết khả nhà sản xuất quy định Các kết mô số chế độ đặc trưng chỉnh lưu PWM hệ truyền động biến tần 4Q-động không đồng cho thấy, sử dụng chỉnh lưu PWM để xây dựng biến tần bốn góc phần tư đáp tốt yêu cầu mà mục tiêu đề tài đặt Hệ truyền động có khả đảm bảo làm việc tốt động bốn góc phần tư hệ tọa độ Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sỹ kỹ thuật 76 Chuyên ngành Tự động hoá KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Việc sử dụng chỉnh lưu tích cực PWM làm khối chỉnh lưu biến tần cho phep biến tần hệ truyền động động xoay chiều ứng dụng loại biến tần đạt nhiều tính ưu việt mà biến tần thơng thường khác khơng có: - Giảm đến mức thấp sóng hài bậc cao dịng điện lưới - Có khả tạo hệ số cơng suất lưới điện theo u cầu - Có khả điều chỉnh ổn định tốt điện áp phần chiều, giảm bớt ảnh hưởng dao động điện áp lưới điện đến biến tần - Động làm việc chế độ, đặc biệt chế độ hãm tái sinh kể chế độ ổn định độ, cho phép áp dụng hệ truyền động biến tần 4Q - động xoay chiều với nhiều loại tải khác nhau, tiết kiệm lượng nhiều trường hợp KIẾN NGHỊ - Tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện để áp dụng vào thực tế - Nghiên cứu tìm thêm ứng dụng khác chỉnh lưu PWM Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sỹ kỹ thuật 77 Chuyên ngành Tự động hoá TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Trần Khánh Hà (1997), Máy điện tập 1, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, Hà Nội Bùi Quốc Khánh, NguyễnVăn Liễn, Phạm Quốc Hải, Dương Văn Nghi (2002), Tự động điều chỉnh truyền động điện, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, Hà Nội Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn (2007), Cơ sở truyền động điện, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội Trần Thọ, Võ Quang Lạp (biên khảo); Cơ sở điều khiển tự động truyền động điện; Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, Hà Nội,2004 Nguyễn Phùng Quang (1996), Điều khiển tự động truyền động điện xoay chiều ba pha, Nhà xuất Giáo dục, Hà Nội Nguyễn Phùng Quang, (2003) MATLAB & Simulink dành cho kỹ sư điều khiển tự động, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, Hà Nội Tiếng Anh C Daoshen and B K Bose (1992), “Expert system based automated selection of industrial AC drives”, IEE IAS Annu Meet Conf Rec., pp 387-392 S M Chhaya and B K Bose (1992), “Expert system based automated design technique of a voltage-fed inverter for induction motor drive”, IEE IAS Annu Meet Conf Rec., pp 770-778 S M Chhaya and B K Bose (1992), “Expert system based automated design technique of a voltage-fed inverter for induction motor drive”, IEE IAS Annu Meet Conf Rec., pp 770-778 10 S M Chhaya and B K Bose (1995), “Expert system aided automated design, simulation and controller tuning of ac drive system”, IEE IECON Conf Rec., pp 712-718 11 Mariusz Malinowski (2001), Sensorless Control Strategies for Three Phase PWM Rectifiers, Warsaw, Poland Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sỹ kỹ thuật 78 Chuyên ngành Tự động hoá 12 P Barrass, M Cade (1999), PWM rectifier using indirect voltage sensing, Proc.IEE-Elect Power Applicat., 146 (5), 539-544 13 Plexim GmbH, PLECS - Piece-wise Linear Electrical Circuit Simulation for 109 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Simulink, User Manual, ver 1.2 14 The Mathworks, Simulink-Dynamic System Simulation for Matlab, Help file in Matlab7.01 R14 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn