Đang tải... (xem toàn văn)
37 Bảng 2.2 Thứ tự chuyển mạch tương ứng của các tổ hợp dòng vào, áp ra 43 Bảng 2.3 Bảng chọn vectơ trong DTC cơ bản……… 50 Bảng 2.4 Bảng chọn các vectơ cho DTC khi sử dụng MC……… 51 Bảng
bộ giáo dục đào tạo trờng đại học bách khoa hµ néi - luận văn thạc sỹ khoa học NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG BIẾN TẦN KIỂU MA TRẬN CHO CƠ CẤU NÂNG HẠ SỬ DỤNG ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG B BA PHA Rễ-TO LNG SểC ngành : Tự động ho¸ PHẠM VĂN BÁCH Ngêi híng dÉn khoa häc: PGS.ts bùi quốc khánh hà nội 2008 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17057205235881000000 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu nhân hướng dẫn PGS.TS Bùi Quốc Khánh tham khảo tài liệu liệt kê Tơi khơng chép cơng trình nhân khác hình thức Nếu có tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm Người cam đoan Phạm Văn Bách MỤC LỤC Cam đoan Mục lục Mở đầu ……………………………………………………………………… Chương BIẾN TẦN KIỂU MA TRẬN VÀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG CHO CƠ CẤU NÂNG HẠ …………………………………………… 10 1.1 Giới thiệu biến tần kiểu ma trận …………………………… 10 1.1.1 Khái Quát chung ………………………………………… 10 1.1.2 Các dạng cấu hình MC ……………………………… 10 1.2 Cơ cấu nâng hạ vấn đề trao đổi lượng hệ truyền động cấu nâng hạ………………………………………… 14 1.3 Các hệ truyền động điện tiêu biểu cho cấu nâng hạ sử dụng động không đồng rơ-to lồng sóc ……………… 21 1.4 Các ưu điểm từ việc sử dụng biến tần ma trận cho cấu nâng hạ………………………………………………………… 26 1.5 Kết luận chương 1……………………………………………… 27 Chương NGHIÊN CỨU BIẾN TẦN KIỂU MA TRẬN ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHƠNG ĐỒNG BỘ BA PHA RƠ-TO LỒNG SĨC …………………………………………………………………… 29 2.1 Các phương pháp điều chế sử dụng MC………………… 29 2.2 Điều khiển động KĐB biến tần kiểu ma trận dựa phương pháp SVM……………………………………… 32 2.2.1 Xác định vector không gian………………………………… 32 2.2.2 Tổng hợp vector điện áp vector dòng điện vào ……… 38 2.2.3 Xác định hệ số biến điệu……………………………… 39 2.2.4 Quy luật biến điệu với cosφ 1……………………… 40 2.2.5 Thuật toán biến điệu…………………………………… 44 2.2.6 Các kết mơ máy tính…………………… 44 2.3 Điều khiển động KĐB biến tần kiểu ma trận dựa phương pháp DTC……………………………………… 49 2.3.1 Sơ đồ cấu trúc MC-DTC sử dụng véc-tơ điện áp biên…………………………………………………………… 49 2.3.2 Sơ đồ cấu trúc MC-DTC sử dụng kết hợp véc-tơ điện áp biên véc-tơ điện áp nhỏ…………………… 52 2.3.3 Các kết mơ máy tính………………… 55 2.4 Bù thời gian trễ trình chuyển mạch bù điện áp rơi BDS…………………………………………………………… 59 2.5 Kết luận chương 2………………………………………………… 62 Chương THỰC NGHIỆM ……………………………………………… 63 3.1 Thực nghiệm với phương pháp U/F điều khiển động khơng đồng rơ-to lồng sóc sử dụng biến tần kiểu ma trận……………………… 63 3.1.1 Cấu trúc U/F sử dụng phương pháp SVM………………… 63 3.1.2 Kết thực nghiệm với cấu trúc U/F sử dụng phương pháp SVM…………………………………………………… 69 3.2 Thực nghiệm với phương pháp DTC điều khiển động khơng đồng rơ-to lồng sóc sử dụng biến tần kiểu ma trận……… 75 3.2.1 Cấu trúc điều khiển sử dụng phương pháp DTC……………… 75 3.2.2 Kết thực nghiệm sử dụng phương pháp DTC …………… 77 3.3 Kết luận chương 3………………………………………………… 79 Kết luận – Đề xuất ……………………………………………………… 80 Tài liệu tham khảo…………………………………………………………… 81 Phụ lục……………………………………………………………………… 82 Danh mục hình vẽ Hình 1.1 Hình 1.2 Hình 1.3 Hình 1.4 Hình 1.5 Hình 1.6 Hình 1.7 Hình 1.8 Hình 1.9 Hình 1.10 Hình 1.11 Cấu hình MC…………………………………………11 Sơ đồ MC gián tiếp…………………………………………………12 Sơ đồ MC gián tiếp dạng van (SMC)……………………………13 Sơ đồ MC gián tiếp dạng van (USMC)……………………………14 Cầu trục……………………………………………………………16 Cần trục sải……………………………………………………… 17 Cần trục tháp………………………………………………………17 Đồ thị đặc tính điều khiển thang máy…………………………18 Cấu trúc điều khiển đóng cắt dùng cơng tắc tơ………………… 21 Cấu trúc sử dụng biến tần gián tiếp……………………………… 22 Cấu trúc sử dụng biến tần 4Q…………………………………… 24 Hình 2.1 Sơ đồ cấu trúc MC…………………………………………………… 32 Hình 2.2 Các tổ hợp van matrix converter…………………………………… 34 Hình 2.3 Vector khơng gian điện áp đầu ra………………………………………… 36 Hình 2.4 Vector khơng gian điện áp ra………………………………………………38 Hình 2.5 Tổng hợp vector khơng gian điện áp dòng điện vào từ vector biên chuẩn………………………………………………… 42 Hình 2.6 Mơ hình mơ MC – Động KĐB theo phương pháp SVM……… 45 Hình 2.7 Mơ hình mơ khối điều khiển (Control Block)……………………… 45 Mơ hình mơ khối PWM phát xung tới van BDS……………… 46 Hình 2.8 Hình 2.9 Tín hiệu đầu khâu điều chế véc-tơ không gian ( PWM1 – PWM4)… 47 Hình 2.10 Các khoảng thời gian dẫn d0 – d4…………………………………………47 Hình 2.11 Đặc tính dịng điện điện áp đầu vào/đầu MC……………………… 48 Hình 2.12 Sơ đồ cấu trúc hệ thống MC-DTC………………………………………49 Hình 2.13 Vectơ khơng gian sơ đồ DTC bản…………………………… 50 Hình 2.14 Vectơ khơng gian MC………………………………………………51 Hình 2.15 Khâu từ trễ sai lệch mơ men có giá trị đầu ra………………… 54 Hình 2.16 Véc-tơ điện áp 12 séc-tơ điện áp đầu vào…………………… 54 Hình 2.17 Hình 2.18 Hình 2.19 Hình 2.20 Hình 2.21 Hình 2.22 Mơ hình mơ MC – DTC điều khiển động KĐB rơ-to lồng sóc…………………………………………………………………………… 57 Khối lựa chọn tín hiệu mở van BDS……………………………… 57 Từ thơng, mơ men, Dịng điện điện áp pha đầu vào MC, Dòng điện đầu đầu MC……………………………………………… 58 Điện áp đầu MC (x1/2)………………………………………………58 So sánh đặc tính mơ men a) DTC sử sụng điện áp biên, b) DTC sử dụng kết hợp điện áp biên điện áp nhỏ…………………… 59 Chuyển mạch bước BDS1 BDS2, i A>0……………………… 60 Hình 2.23 Đặc tính đầu IGBT CM600HA-24H……………………… 61 Hình 2.24 Đặc tính đầu Đi-ốt/ IGBT CM600HA-24H……………… 61 Hình 3.1 Hình 3.2 Hình 3.3 Hình 3.4 Hình 3.5 Hình 3.6 Hình 3.7 Hình 3.8 Hình 3.9 Hình 3.10 Hình 3.11 Hình 3.12 Hình 3.13 Hình 3.14 Hình 3.15 Sơ đồ khối điều khiển U/F Matrix Converter theo phương pháp SVM……………………………………………………………… 64 Giản đồ xung PWM khoảng dẫn di………………… 68 Mơ hình thí nghiệm biến tần kiểu ma trận……………………… 69 Tín hiệu điều khiển chuyển mạch bước van BDS (4 IGBT)………………………………………………………………70 Điện áp dây đầu biến tần kiểu ma trận (6 chu kỳ)………… 70 Điện áp dây đầu biến tần kiểu ma trận (1 chu kỳ điện áp lưới 20ms)………………………………………………………… 72 Dòng điện đầu biến tần kiểu ma trận tín hiệu điều khiển UGS IGBT…………………………………………………72 Điện áp dòng điện pha đầu vào biến tần kiểu ma trận (dạng sóng)…………………………………………………………73 Điện áp dịng điện pha đầu vào biến tần kiểu ma trận (phân tích thành phần sóng hài)……………………………………74 Cấu trúc MC – DTC……………………………………………… 75 Mơ hình thực nghiệm MC – DTC chạy card điều khiển DSP - ds1103………………………………………………………76 Mô men điện động – Điện áp dòng điện pha đầu vào Và Dòng điện đầu biến tần kiểu ma trận………………… 77 Mơ men điện động – Dịng điện động đảo dấu mô men…………………………………………………………… 77 Mô men điện động – Dòng điện động (ổn định)…… 78 Mô men điện động – Điện áp dòng điện pha đầu vào Và Dòng điện đầu biến tần kiểu ma trận………………… 78 Danh mục bảng Bảng 2.1 Bảng 2.2 Bảng 2.3 Bảng 2.4 Bảng 2.5 Các tổ hợp van giá trị vector chuẩn theo U0 Ii…… 37 Thứ tự chuyển mạch tương ứng tổ hợp dòng vào, áp 43 Bảng chọn vectơ DTC bản…………………………… 50 Bảng chọn vectơ cho DTC sử dụng MC………………… 51 Bảng lựa chọn véc-tơ điện áp chuẩn bao gồm véc-tơ điện áp biên véc-tơ điện áp nhỏ…………………………………………55 MỞ ĐẦU ĐẶT VẤN ĐỀ Cơ cấu nâng hạ sử dụng rộng rãi công nghiệp đời sống thang máy, bốc rỡ hàng hóa hàng hải, nhà máy cơng nghiệp, nhà máy hạt nhân, xây dựng … Chúng đặc trưng cấu chuyển động chính, với tên gọi cấu chuyển động nâng hạ, nhiên bên cạnh cịn có nhiều cấu phụ trợ khác đối trọng (trong thang máy), cấu dịch chuyển ngang, cấu gắp hàng, nhả hàng (trong hệ thống cần – cầu trục), cấu quay (cần trục) … Nhìn góc độ lượng việc điều khiển cho cấu truyền động truyền động nâng hạ hệ thống nâng hạ (Hoist System) giống tải chúng tải dạng Điều có nghĩa mơmen tải khơng đổi q trình nâng hay hạ, cấu làm việc chế độ nâng động truyền động lấy lượng từ lưới điện để thực trình nâng, ngược lại trình hạ mà thực chất trình hãm lượng sinh đưa ngược trở lưới qua biến đổi tiêu tán theo dạng khác Trong khuôn khổ luận văn tập trung giải vấn đề ứng dụng biến tần kiểu ma trận (MC) cho cấu nâng hạ sử dụng động khơng đồng rơ-to lồng sóc Biến tần dạng ma trận xây dựng khố bán dẫn hai chiều, có khả trao đổi cơng suất qua lại với lưới, dịng đầu vào sin, hệ số cơng suất điều chỉnh MC xây dựng bán dẫn, kích thước nhỏ gọn, chịu nhiệt độ làm việc cao Vấn đề lớn đặt biến tần kiểu ma trận hệ thống điều khiển phức tạp giải với việc ứng dụng công cụ tính tốn, điều khiển đại PHẠM VI NGHIÊN CỨU Về lý thuyết: Nghiên cứu hệ truyền động cấu nâng hạ nghiên cứu cấu trúc phương pháp điều khiển biến tần kiểu ma trận, lựa chọn cấu trúc phương pháp điều khiển đơn giản tin cậy sử dụng điều khiển động truyền động cấu nâng hạ động khơng đồng rơ-to lồng sóc Xây dựng mơ hình mơ máy tính thể tính đắn lý thuyết Về thực nghiệm: Xây dựng mơ hình thí nghiệm cho cấu trúc điều khiển mơ máy tính nhằm kiểm chứng khả ứng dụng thực tiễn phương pháp nghiên cứu Nội dung luận văn trình bày chương Chương 1, Biến tần kiểu ma trận hệ truyền động cho cấu nâng hạ, Giới thiệu biến tần kiểu ma trận, vấn đề trao đổi lượng truyền động cấu nâng hạ trình bày ưu điểm việc sử dụng biến tần kiểu ma trận mang lại sử dụng cho truyền động nâng hạ Chương 2, Nghiên cứu biến tần kiểu ma trận điều khiển động không đồng rơ-to lồng sóc, trình bày hai phương pháp điều khiển điều chế véc-tơ khơng gian trực tiếp (SVM) phương pháp điều khiển trực tiếp mô men (DTC) điều khiển động không đồng rô-to lồng sóc sử dụng MC Chương 3, Thực nghiệm, xây dựng mơ hình thực nghiệm cho hai phương pháp điều khiển (SVM, DTC) động không đồng sử dụng biến tần kiểu ma trận nghiên cứu chương Cuối phần Kết luận đề xuất luận văn Để hồn thành luận văn này, em có hướng dẫn bảo tận tình thầy giáo PGS TS Bùi Quốc Khánh giúp đỡ đồng nghiệp Trung tâm Nghiên cứu Triển khai Công nghệ cao - Trường Đại học Bách khoa Hà nội 10 Chương BIẾN TẦN KIỂU MA TRẬN VÀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG CHO CƠ CẤU NÂNG HẠ 1.1 Giới thiệu biến tần kiểu ma trận 1.1.1 Khái Quát chung Khái niệm Matrix converter (MC), biến đổi trực tiếp AC/AC sử dụng van bán dẫn điều khiển hoàn tồn, với đặc tính điện áp hình sin, dịng vào sin, điều chỉnh hệ số công suất, tần số không bị giới hạn, lần đưa Venturini (1980), Alesina Venturini (1981) Thuận toán Ventirini đưa cho tỷ số biến đổi điện áp lớn 0,5 Năm 1989, Alesina Venturini tiếp tục đưa thuật toán cải tiến, nâng tỷ số truyền áp lên tới 0.866 Từ năm 1990 đến lý thuyết đề xuất mơ hình MC có bước phát triển khơng ngừng 1.1.2 Các dạng cấu hình MC 1.1.2.1 Cấu hình MC Cấu hình MC thể hình 1.1 Bộ phận MC ma trận 3x3, gồm khóa hai chiều S11, S12, …, S33 Các khóa hai chiều nối pha đầu A, B, C với pha điện áp đầu vào a, b, c theo quy luật định để tạo điện áp đầu Bộ lọc Lf Cf làm cho dòng đầu vào trở nên liên tục gần với dạng sin Mạch Clamp có tác dụng bảo vệ điện áp MC không sử dụng phần tử phản kháng tụ điện, điện cảm để làm khâu trung gian dự trữ lượng