(Tiểu luận) đề tài điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ 3 pha

TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ - ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒ BỘ PHA NGUYỄN VĂN PHAI MSSV: 42001225 Giảng viên hướng dẫn: TS TRẦN QUỐC HOÀN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH 2023-2024 LỜI CẢM ƠN Để hồn thành đề tài trước tiên em xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu Trường Đại Học Tôn Đức Thắng, quý thầy (cô) khoa Điện – Điện tử thầy cô môn tạo điều kiện cho em học tập truyền thụ kiến thức cho em tảng kiến thức Và đặc biệt em chân thành cảm ơn thầy TS Trần Quốc Hoàn tận tình giúp đỡ, hướng dẫn em nghiên cứu lĩnh vực mới, để em hồn thành mục tiêu đồ án Báo cáo hoàn thành khơng tránh khỏi thiếu sót kinh nghiệm trình độ cịn hạn chế, phần trình bày nhiều khuyết điểm, em mong nhận ý kiến đóng góp q báu q Thầy (cơ) để em hồn thiện Sau cùng, em xin kính chúc q Thầy (cơ) dồi sức khỏe CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC TƠN ĐỨC THẮNG Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng hướng dẫn khoa học TS Trần Quốc Hoàn Các nội dung nghiên cứu, kết đề tài trung thực chưa cơng bố hình thức trước Những số liệu bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá tác giả thu thập từ nguồn khác có ghi rõ phần tài liệu tham khảo Ngồi ra, báo cáo đồ án cịn sử dụng số nhận xét, đánh số liệu tác giả khác, quan tổ chức khác có trích dẫn thích nguồn gốc Nếu phát có gian lận tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm nội dung báo cáo đồ án Trường đại học Tôn Đức Thắng không liên quan đến vi phạm tác quyền, quyền gây trình thực (nếu có) LỊCH TRÌNH LÀM ĐỒ ÁN HỆ THỐNG NHÚNG Sinh viên thực hiện: NGUYỄN VĂN PHAI MSSV: 42001225 Lớp: 20040302 Đề tài: Điều khiển tốc độ động không đồng pha Tuần Nội dung Hướng dẫn giảng viên 10 GVHD MỤC LỤC TÓM TẮT Trong số nhiều phương pháp điều khiển tốc độ động không đồng thay đổi số cực, biến tần tần số, điều chỉnh trở kháng rotor biến đổi, điều chỉnh điện áp stator biến đổi, điều khiển V/F không đổi, phương pháp thu hồi lệch vận tốc, phương pháp điều khiển V/F không đổi phương pháp sử dụng phổ biến Trong phương pháp này, tỷ lệ V/f trì khơng đổi, giúp trì dịng từ đảm bảo cường độ moment lớn khơng thay đổi Như vậy, động tận dụng tối đa phương pháp Đề tài liên quan đến mô việc điều khiển tốc độ V/F động không đồng ba pha chiến lược biến tần PWM Công việc mô chứng minh ý tưởng điều khiển V/F biến tần PWM phần mềm sử dụng cho mô PSIM (Powersim) Hiệu suất chiến lược Volt/giây đánh giá thông qua mô thể kết Trong điều khiển V/F không đổi, cách sử dụng biến tần PWM, thay đổi điện áp cung cấp tần số cung cấp cho tỷ lệ V/F khơng đổi, giúp trì dịng từ khơng đổi Như vậy, có vùng hoạt động khác cho tốc độ moment khác có tốc độ đồng khác với cường độ moment lớn Do đó, động tận dụng tối đa có loạt phương pháp điều khiển tốc độ Nó dễ dàng, tiết kiệm chi phí dễ thiết kế chế độ mở vịng lặp Tuy nhiên, nhược điểm chế độ mở khơng sửa đổi thay đổi đầu khơng đạt trạng thái ổn định nhanh chóng Recommended for you Document continues below Mini Project Report 26 sample Distributed System 100% (3) HRM Hand Book 56 vbcvc BBA 100% (1) [PDF BOOK] Act Like 242 196 a Lady, Think Like a… Đàm phán và… 100% (23) [PDF BOOK] How to Win Every Argumen… Đàm phán thương… 100% (1) CHƯƠNG I TỔNG QUAN I TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI Động cảm ứng sử dụng rộng rãi ngành cơng nghiệp để có động lực, có nhiều lợi ích thiết thực loại động điện khác Chi phí bảo trì thấp, tự khởi động, xây dựng đơn giản chắn, nhiều phương pháp để có khả kiểm sốt tốc độ mơ-men xoắn trơn tru theo u cầu phù hợp ứng dụng công nghiệp, số ưu điểm động cảm ứng Động cảm ứng đặc điểm phù hợp với tốc độ điều chỉnh thay đổi Drive, ngày ưa chuộng Drive tốc độ không đổi Trong đề tài này, sở biến đổi điện áp tần số thay đổi vô hướng (Volts /Hertzs) điều khiển tốc độ mô-men xoắn động cảm ứng ba pha cấp điện Bộ biến tần nguồn điện áp PWM mô phần mềm Psim Hình 1: I.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN 1.1 ĐIỀU KHIỂN VÔ HƯỚNG ĐÔNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ Điều khiển vô hướng đơn giản điều khiển vector Kỹ thuật vô hướng chung thường dùng thực tế không đổi ( Constant Volts/Hertzs – CVH) nghĩa biên độ điện ấp starot điều chỉnh tỉ lệ với tần số nhằm trì từ thônng stator không đổi Phương pháp bao gồm điều khiển tốc độ từ trường quay stator cách thay đổi tần số nguồn điện cung cấp Momen cải tiến phụ thuộc vào khác biệt tố độ từ trường quay tốc độ rotor Hệ thống điều khiển đơn giản yêu cầu hồi tiếp tốc độ Hình 2: Một phương pháp điều khiển scalar khác sử dụng kỹ thuật điều khiển momen (Torque Control – TC) điều chỉnh biên độ tần số dịng điện stator, momen xác lập điểu khiển biên độ từ trường trì khơng đổi Trong trường hợp này, hồi tiếp tốc độ đóng vai trị phụ hồi tiếp dịng điện có phần phức tạp phương pháp Constant Volts/Hertzs (CVH) I.1.2 PHƯƠNG PHÁP SIN PWM ( SPWM) Phương pháp PWM, bao gồm việc điều chế tín hiệu tham chiếu hình sin thơng thường sóng mang hình tam giác để tạo tín hiệu đầu điều chế độ rộng xung, áp dụng cho Công tắc điện tử cơng suất có điện áp cấp Biến tần nguồn, điều khiển Động cảm ứng ba pha, dùng Phân tích hiệu suất cảm ứng ba pha động cấp điện biến tần nguồn điện áp PWM xét theo pha dòng điện biến tần, dịng điện rơto stato, tốc độ mômen điện từ phát triển biến tần mơ Hình 3: I.1.3 TRÌNH TỰ MƠ PHỎNG ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ Động cảm ứng ba pha sử dụng rộng rãi động dùng cho điều khiển tự động hóa cơng nghiệp Do họ thường gọi ngựa thồ ngành cơng nghiệp chuyển động Nó mạnh mẽ, đáng tin cậy, bảo trì có độ bền cao Khi cấp nguồn cho động cảm ứng có điện áp tần số định khuyến nghị, chạy mức tốc độ định mức 1.3.1 XÂY DỰNG MƠ HÌNH TỐN HỌC CỦA ĐỘNG CƠ KHƠNG ĐỒN BỘ CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN Nhiều ứng dụng cần tốc độ thay đổi cải tiến nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm Các phát triển thiết bị điện tử công suất hệ thống điều khiển phải trưởng thành phép thành phần sử dụng cho tốc độ điều khiển điều khiển động AC DC thay cho điều khiển thông thường phương pháp Kiểu điều khiển không điều khiển tốc độ Động AC DC, cải thiện tính động đặc điểm trạng thái ổn định Biến điều chế độ rộng xung truyền động tốc độ ngày ứng dụng rộng rãi nhiều ngành cơng nghiệp ứng dụng địi hỏi hiệu vượt trội 1.3.2 BỘ BIẾN TẦN ĐIỀU KHIỂN Sự phát triển điện tử công suất chất bán dẫn công nghệ dẫn đầu cải tiến điện tử công suất hệ thống Gần đây, biến tần PLC cấp điện áp ba pha phát triển cho thấy phổ biến ngày tăng ngành công nghiệp nhiều megawatt ứng dụng ổ đĩa Những lý cho phổ biến dễ dàng chia sẻ điện áp lớn thiết bị nối tiếp cải thiện chất lượng sóng hài Ln ln thu nguồn cung cấp điện áp tần số thay đổi cho truyền động xoay chiều từ biến tần nguồn điện áp ba pha Số lượng xung Các sơ đồ điều chế độ rộng (PWM) sử dụng để thu biến cung cấp điện áp tần số 1.3.3 KIỂM TRA THIẾT BỊ TRUYỀN ĐỘNG AC - PLC PLC sử dụng rộng rãi sơ đồ cho biến tần nguồn điện áp ba pha hình sin hình sin dựa sóng mang Động cảm ứng ba pha động sử dụng rộng rãi cho hệ thống điều khiển cơng nghiệp tự động hóa Nó thường yêu cầu để kiểm soát điện áp đầu biến tần để điều khiển điện áp/tần số (V/F) không đổi động cảm ứng 1.3.4 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI Dựa điều chế độ rộng xung (PWM) việc kích hoạt biến tần cung cấp khả điều khiển V/F liên tục tốt cho động cảm ứng Trong số kỹ thuật điều khiển xung điện xung quanh khác nhau, hình sin điều khiển đủ tốt phổ biến cung cấp chuyển đổi trơn tru V/F, vận hành bốn góc phần tư, loại bỏ sóng hài, v.v vịng kín vòng mở ứng dụng 1.3.5 PHẠM VI NGHIÊN CỨU Động cảm ứng ba pha đáng tin cậy, mạnh mẽ, có độ bền cao tất nhiên cần BẢO TRÌ Chúng thường gọi nơi làm việc chuyển động ngành nghề Khi cấp nguồn cho động cảm ứng có tần số điện áp quy định, chạy tốc độ định mức Ngày có nhiều thiết bị bán dẫn tiên tiến thị trường điện tử công suất BJT, MOSFET, IGBT, v.v 1.3.6 Ý NGHĨA ĐỀ TÀI Đề tài tài liệu tham khảo hữu ích cho nguời quan tâm đền phương pháp điều khiển vô hướng Voltz/Hertz với phương pháp điều chế sinPWM, SVM cho biến tần gián tiếp ba pha hai bậc biến tần trực tiếp điểu khiển động không đồ bộ, cách thức thiết kế mơ hình hố điều khiển SIMULINK, PSIM Control System Toolbox Hình 4: CHƯƠNG II: MƠ HÌNH TỐN ĐỘNG CƠ KHƠNG ĐỒNG BỘ PHA II GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ PHA Máy điện khơng đồng ba pha có dây quấn stator cung cấp điện từ lưới điện, nhờ tượng cảm ứng điện từ có sức điện động cảm ứng dòng điện bên dây quấn rotor Dòng điện ba pha đối xứng dây quấn ba pha tạo từ trường quay với tốc độ đồng Rotor máy không đồng gồm loại Rotor dây quấn với dây quấn nhiều pha (thường ba pha) quấn rãnh rotor, có số cực với dây quấn stator với đầu dây nối với vành trượt cách điện với trục rotor Việc tiếp điện thông qua chổi than đặt giá đỡ chổi than Hình 5: Rotor lồng sóc có dây quấn rotor dẫn (nhôm, đồng) rãnh rotor, chúng nối tắt hai đầu nhờ hai vành ngắn mạch Trong hai loại động trên, loại có rotor lồng sốc chiếm ưu tuyệt đối thị trường dễ chế tạo, khơng cần bảo dưỡng, kích thước nhỏ 2.1 LÝ DO XÂY DỰNG MƠ HÌNH Để xây dựng, thiết kế điều chỉnh cần phải có mơ hình mơ tả đối tượng điều chỉnh Xuất phát điểm để xây dựng mơ hình tốn học cho động khơng đồng rotor lồng sóc mơ hình đơn giản động Hình 6: Mơ hình tốn học thu cần phải thể rõ đặc tính thời gian đối tượng điều chỉnh, phục vụ cho việc xây dựng thuật toán điều chỉnh Điều dẫn đến điều kiện giả thiết lập mơ hình Các điều kiện mặt đơn giản hố mơ hình có lợi cho việc thiết kế, mặt khác chúng gây nên sai lệch định, sai lệch phạm vi cho phép đối tượng mơ hình CHƯƠNG III: PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN VÔ HƯỚNG (Volts per Hertz = Const) III ĐẠI CƯƠNG VỀ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN VÔ HƯỚNG V/F chế độ điều khiển phổ biến tất loại biến tần Dựa theo nguyên tắc moment xoắn trục động không đồng phụ thuộc vào tỉ lệ tần số điện áp nguồn cấp, mục đích chế độ điều khiển tỉ lệ V/F = số Trong chế độ này, biến tần điều khiển tần số theo dải 0Hz – Fmax tương ứng điện áp theo dải 0V – Vmax Trên thực tế, tỉ lệ tần số điện áp chia theo dải tốc độ: Hình 7: • Từ 0hz đến F khởi động (hz): Điện áp cấp vào thấp suy dòng khởi động thấp dẫn đến động không đủ momen để khởi động, việc bù điện áp thực dẫn đến tỉ lệ V/F khơng tuyến tính • Từ F khởi động (hz) đến F định mức (hz): tỷ lệ V/F tuyến tính momen động ổn định • F hoạt động (hz) > F định mức (hz): điện áp bị giới hạn điện áp định mức tránh cố phá vỡ cách điện dây quấn Do đó, momen động bị giảm 3.1 BIẾN TẦN NGUỒN ĐIỆN ÁP PHA CẤP (VSI) Chức biến tần nguồn điện áp (VSI) chuyển đổi điện áp chiều cố định thành điện áp xoay chiều ba pha với cường độ tần số thay đổi Biến tần gồm sáu nhóm cơng tắc hoạt động, S1~S6, với diode quay tự mắc song song với công tắc Tùy thuộc vào điện áp hoạt động dc biến tần, nhóm chuyển mạch bao gồm hai nhiều chuyển mạch IGBT GCT thiết bị kết nối tiếp Hình 8: Biến tần nguồn điện áp pha cấp 3.2 ĐIỀU KHIỂN V/F HOẶC ĐIỀU KHIỂN TẦN SỐ Bất nguồn cung cấp ba pha cung cấp cho động cảm ứng ba pha, từ trường quay quay với tốc độ tốc độ đồng cho Trong động cảm ứng ba pha, EMF tạo cảm ứng giống máy biến áp tạo Bây ta sửa đổi tần số, tốc độ đồng thay đổi giảm tần số thông lượng tăng lên điều thay đổi theo giá trị từ thơng gây bão hịa lõi rôto stato, điều làm tăng thêm dịng điện khơng tải động Chìa khóa để trì thơng lượng Φ khơng đổi điều đạt thay đổi điện áp tức giảm tần số, thông lượng tăng đồng thời giảm điện áp từ thơng giảm khiến từ thông không thay đổi ổn định Ở giữ tỷ lệ V/F khơng đổi Do tên phương pháp V/F Để kiểm soát tốc độ ba pha Động cảm ứng phương pháp V/F phải cung cấp điện áp tần số thay đổi dễ dàng thu cách sử dụng chuyển đổi biến tần 3.3 TỔNG QUAN ĐỘNG CƠ CẢM ỨNG ĐIỀU CHỈNH RỘNG XUNG (PWM) Sự đời thiết bị chuyển mạch nhanh, công suất cao vi xử lý nhanh tạo điều kiện cho việc mở rộng tốc độ thay đổi Hệ thống truyền động động cảm ứng Một hệ thống truyền động động cảm ứng bao gồm biến tần thay đổi được, điều khiển máy cảm ứng Sơ đồ khối hình cho thấy thành phần quan trọng cảm ứng hệ thống truyền động máy làm việc lẫn Hình 9: Sơ đồ khối sơ đồ truyền động động cảm ứng Được thiết kế để điều khiển tốc độ thay đổi liên tục, tần số kích thích phải thay đổi thơng lượng khe hở khơng khí phải giữ ngun số cách điều khiển độ lớn điện áp đặt vào lượng tuyến tính theo tần số kích thích Cung cấp điện áp có cường độ tần số thay đổi động cảm ứng cần có biến tần thay đổi Bộ biến tần cổ điển bao gồm chỉnh lưu, liên kết DC biến tần Có hai cách phân loại Bộ biến tần sử dụng điều khiển động cảm ứng có tốc độ thay đổi: biến tần nguồn dòng biến tần nguồn điện áp Một nguồn biến tần phù hợp với mức công suất cao Hầu hết ổ đĩa nhỏ sử dụng biến tần nguồn điện áp, độ rộng xung biến tần điều chế (PWM) phổ biến 3.4 PWM INVERTER ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ CỦA ĐỘNG CƠ CẢM ỨNG Phương pháp điều khiển tốc độ V/F mô phần mềm PSIM Hệ thống thực mơ với mức độ cao tính đắn Nó cung cấp tảng tương tác cho người dùng Chương thực điều khiển V/F cách sử dụng hình ảnh thể sơ đồ mơ điều khiển V/F vòng hở động cảm ứng ba pha Nó bao gồm nguồn DC biên độ 500, biến tần ba pha PWM động cảm ứng ba pha Hình 10: Sơ đồ mơ điều khiển V/F vịng hở động cảm ứng ba pha Nó bao gồm nguồn DC biên độ 500, biến tần ba pha PWM động cảm ứng ba pha Nguồn DC nối với phía DC chuyển đổi Trong tốc độ tham chiếu thiết lập Từ tần số tốc độ tham chiếu xác định cách sử dụng công thức minh họa phương trình Tần số biên độ sử dụng để cập nhật chu kỳ nhiệm vụ PWM Bộ chuyển đổi dựa MOSFET cung cấp động cảm ứng Induction Motor Voltage Pole Frequency Speed Rs Ls Rr Lr Rating 500 60 Hz 1200 Rpm 0.0461 0.001345 H 0.258 0.00082 H Lm M.i 0.08154 H 0.5 BẢNG 1: Thông số cài đặt cho điều khiển CHƯƠNG IV THỰC NGHIỆM IV MÔ PHỎNG TRÊN PHẦN MỀM PSIM Ở mơ vịng kín động cảm ứng V/F không đổi thực phần mềm PSIM Đối với mô này, tốc độ Động cảm ứng so sánh với tốc độ tham chiếu lỗi đưa tới điều khiển giới hạn PI phiếu trượt thêm vào tần số tín hiệu tần số nhân với v/f chuyển đổi thành điện áp Điện áp cấp cho DQO-ABC khối sóng hình sin ba pha so sánh hình tam giác sóng Tín hiệu tần số chuyển đổi thành góc theta theta trao cho khối DQO-ABC Tín hiệu SPWM sử dụng để vận hành chân biến tần Ở đây, công tắc IGBT sử dụng Dành cho điều chỉnh điều khiển PI Phương pháp Ziegler-Nichols sử dụng 4.1 Công việc sử dụng biến tần PWM để kích hoạt động cảm ứng phương pháp V/F Các yếu tố khác mà làm cho hệ thống trêntrở nên thông minh  Thực đơn giản truyền động có tốc độ thay đổi  Độ tin cậy tốt tính linh hoạt cao  Chi phí thấp độ xác cao  Có thể điều chỉnh đặc tính tốc độ mơ-men xoắn truyền động cách điều chỉnh phần mềm Recommended for you 26 56 242 Mini Project Report sample Distributed System 100% (3) HRM Hand Book vbcvc BBA 100% (1) [PDF BOOK] Act Like a Lady, Think Like a… Đàm phán và… 100% (23) [PDF BOOK] How to 196 Win Every Argumen… Đàm phán thương… 100% (1)