Luận văn: NGHIÊN C ỨU HỆ ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG ỨNG DỤNG ĐỘNG CƠ TỪ KHÁNG pot

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGHIÊN CỨU HỆ ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG ỨNG DỤNG ĐỘNG CƠ TỪ KHÁNG Học viên: PHẠM HỒNG KIÊN Mã số: Chuyên ngành: TỰ ĐỘNG HOÁ Người HD Khoa học: PGS.TS NGUYỄN NHƯ HIỂN THÁI NGUYÊN - 2009 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THUYẾT MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU HỆ ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG ỨNG DỤNG ĐỘNG CƠ TỪ KHÁNG Học viên: Phạm Hồng Kiên Lớp: Cao học K9 Chuyên ngành: Tự Động Hoá Người HD khoa học: PGS.TS Nguyễn Như Hiển Ngày giao đề: Ngày hoàn thành: KHOA ĐT SAU ĐẠI HỌC NGƯỜI HD KHOA HỌC HỌC VIÊN PGS.TS Nguyễn Như Hiển Phạm Hồng Kiên Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn này là công trình do tôi tổng hợp và nghiên cứu. Trong luận văn có sử dụng một số tài liệu tham khảo như đã nêu trong phần tài liệu tham khảo. Tác giả luận văn Phạm Hồng Kiên Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI CẢM ƠN! Sau thời gian học lớp cao học khoá 9 tại Trường Đại học kỹ thuật công nghiệp Thái nguyên - Đại học Thái Nguyên tôi được tiếp cận một cách có hệ thống các kiến thức khoa học tiên tiến hiện đại của ngành Tự động hoá XHCN. Kết thúc khoá học tôi được giao đề tài : “ Nghiên cứu hệ truyền động ứng dụng động cơ từ kháng”. Tôi xin chân thành cảm ơn Thầy giáo PGS.TS Nguyễn Như Hiển đã tận tình hướng dẫn và tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành nhiệm vụ học tập và nghiên cứu. Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo đã giảng dạy lớp học, các thầy cô giáo trong bộ môn tự động hoá, cán bộ thư viện Trưòng Đại học công nghiệp Thái nguyên đã quan tâm và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình hoàn thành luận văn. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến bạn bè, đồng nghiệp đã khích lệ động viên tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu. Thái Nguyên tháng 03 năm 2009 Tác giả Phạm Hồng Kiên Mục lục Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 1 MỤC LỤC Trang Lời cam đoan Lời cảm ơn Mục lục 1 Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt. 3 Danh mục các hình vẽ, đồ thị 4 Lời nói đầu 7 Chương 1: Nghiên cứu chung về các hệ điều khiển truyền động ứng dụng động cơ từ kháng. 8 1.1. Tổng quan về các loại động cơ từ kháng (ĐCTK) 8 1.2 Giới thiệu chung về động cơ từ kháng đồng bộ tuyến tính 9 1.2.1 Kiểu động cơ 2 trục LSRM 11 1.2.2 Nhận dạng các tham số thực nghiệm 14 1.3 Giới thiệu chung về động cơ từ kháng loại đóng ngắt (Switched reluctane motor - SRM ) 15 1.3.1.Stator 15 1.3.2 Rotor 17 1.4 Ưu điểm và ứng dụng của SRM. 19 1.5. Tiền đề để xây dựng một hệ truyền động SRM 20 Chương 2. Nguyên lý, cấu trúc, điều khiển động cơ từ kháng 23 2.1. Nguyên lý của SRM 23 2.1.1. Phương thức hoạt động 23 2.1.2 Nguyên lý hoạt động 25 2.2 Đặc tính cơ bản của SRM 30 2.3. Các phương trình mô tả động cơ SRM 31 2.3.1. Phương trình cân bằng điện từ 31 Mục lục Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 2 2.3.2. Phương trình Momen tổng 32 2.3.3. Phương trình Momen tối giản 36 2.3.4. Phương trình động học 37 2.4. Phương pháp chung điều khiển SRM 38 2.5. Cấu trúc nghịch lưu 41 2.6. Cấu trúc điều khiển có cảm biến vị trí 44 2.7 Cấu trúc điều khiển không cần cảm biến vị trí 46 Chương 3. Khảo sát chế độ làm việc hệ truyền động ứng dụng động cơ từ kháng 52 3.1. Mô hình SRM tuyến tính 53 3.2 Mô hình phi tuyến 58 3.3 Các kết quả mô phỏng 61 3.3.1 Kết quả mô phỏng ở chế độ tuyến tính 61 3.3.2 Kết quả mô phỏng ở chế độ phi tuyến 64 Phụ lục 68 Tài liệu tham khảo 75 Các ký hiệu, các chữ viết tắt Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 3 CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT TT Ký hiệu Diễn giải 1 D k Tỷ lệ bề rộng xung điều chế 2 i Dòng chảy qua cuộn dây của SRM 3 L Điện cảm của SRM 4 m Số pha của Stator 5 m N Momen quay của ĐCTK 6 p c Số đôi cực 7 R Điện trở của cuộn dây pha Stator của ĐCTK 8 U Điện áp cuộn dây pha của ĐCTK 9 U DC , U trans , U diode Điện áp mạch một chiều, điện áp sụt trên Transitor trên Diode 10 z Số răng của Rotor 11 ψ Từ thông của cuộn dây pha của ĐCTK 12 ϕ Góc lệch trục 13 rs ϑϑ , Bước góc của cực Stator, răng Rotor 14 ω Vận tốc góc của Rotor Danh mục hình vẽ, đồ thị Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 4 DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ STT Ký hiệu Diễn giải 1 Hình 1.1 Sttator của ĐCTK loại 6/4 2 Hình 1.2 ĐCTK loại 6/4 3 Hình 1.3 Rotor của ĐCTK 4 Hình 1.4 Một số loại SRM điển hình 5 Hình 2.1 Động cơ từ kháng 6 Hình 2.2 Vị trí đồng trục của Rotor và cực active 7 Hình 2.3 Cấu trúc ĐCTK 8/6 8 Hình 2.4 Trình tự đóng cắt nguồn sA, sD, sC, sB, sA, để tạo ra chuyển động quay theo chiều kim đồng hồ. 9 Hình 2.5 Trình tự đóng cắt nguồn sA, sB, sC, sD, sA để tạo ra chuyển động quay ngược chiều kim đồng hồ. 10 Hình 2.6 Đặc tính cơ của ĐCTK 11 Hình 2.7 Năng lượng t ừ trong cuộn dây stator 12 Hình 2.8 Cơ năng của SMR 13 Hình 2.9 Phương pháp cơ bản điều khiển SMR 14 Hình 2.10 Sơ đồ chuyển mạch của SMR 3pha 6/4 15 Hình 2.11 Tín hiệu điều khiển SMR trong vùng tốc độ cao. 16 Hình 2.12 Cuộn dây pha a, Khi dẫn dòng b, Khi nạp dòng trở lại nguồn 17 Hình 2.13 Sơ đồ nghịch lưu 2m 18 Hình 2.14 Sơ đồ nghịch lưu m+1 Danh mục hình vẽ, đồ thị Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 5 STT Ký hiệu Diễn giải 19 Hình 2.15 Sơ đồ nghịch lưu m+2 20 Hình 2.16 Điện cảm L của ĐCTK 21 Hình 2.17 Điều khiển ĐCTK nhờ khâu ĐC dòng ở mạch vòng 22 Hình 2.18 Các nguồn thông tin về vị trí Rotor chứa trong phương trình điện áp của SRM có m pha 23 Hình 2.19 Đặc tính từ thông/dòng/vị trí rotor của một ĐCTK loại 8/6 24 Hình 2.20 Các chế độ vận hành khác nhau không cần cảm biến đo vị trí 25 Hình 2.21 Cấu trúc hệ thống được mở rộng thêm khâu chuyển mạch không cần cảm biến vị trí 26 Hình 2.22 So sánh từ thông thực và từ thông chuẩn để quyết định thời điểm chuyển mạch nghịch lưu 27 Hình 3.1 Sơ đồ mạch điều khiển SRM dạng 2m 28 Hình 3.2 Quan hệ L = L( ϕ , i) của SMR 29 Hình 3.3 Quan hệ từ thông theo dòng điện và vị trí rotor 30 Hình 3.4 Quan hệ mN = mN( ϕ , i) 31 Hình 3.5 Mô hình mô phỏng ĐCTK ở chế độ tuyến tính 32 Hình 3.6 Mô hình mô phỏng c ấu trúc điều khiển một pha của SMR ở chế độ tuyến tính. 33 Hình 3.7 Tốc độ động cơ ở chế độ tuyến tính 34 Hình 3.8 Momen tổng của SRM ở chế độ tuyến tính 35 Hình 3.9 Momen pha của SRM ở chế độ tuyến tính 36 Hình 3.10 Dòng pha của SRM ở chế độ tuyến tính Danh mục hình vẽ, đồ thị Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 6 STT Ký hiệu Diễn giải 37 Hình 3.11 Mô hình mô phỏng SRM ở chế độ phi tuyến 38 Hình 3.12 Mô hình mô phỏng một pha ĐCTK ở chế độ phi tuyến 39 Hình 3.13 Mômen pha của SMR phi tuyến 40 Hình 3.14 Mômen tổng của SMR phi tuyến 41 Hình 3.15 Dòng tổng của SMR phi tuyến 42 Hình 3.16 Đặc tính tốc độ SMR phi tuyến [...]... về c c hệ điều khiển truyền động ứng dụng động c từ kháng CHƯƠNG 1 NGHIÊN C U CHUNG VỀ C C HỆ ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG ỨNG DỤNG ĐỘNG C TỪ KHÁNG 1.1 TỔNG QUAN VỀ C C LOẠI ĐỘNG C TỪ KHÁNG (ĐCTK) Động c từ kháng c thể đư c coi là một trong những loại máy điện đầu tiên trên thế giới, nhưng ĐCTK vẫn không đư c chú trọng phát triển do một số c c như c điểm mang tính tiền định c nguồn g c từ nguyên lý động. .. gồm 3 chương: Chương 1: Nghiên c u chung về c c hệ truyền động ứng dụng động c từ kháng Chương 2: Nguyên lý, c u tr c, điều khiển động c từ kháng Chương 3: Kh sát chế độ làm vi c của hệ truyền độ ng ứng dụng ảo động c từ kháng Trong quá trình hoàn thành ản luận văn không tránh khỏi thiếu b sót, t c gi rất mong nhận đư c sự đóng góp ý kiến c a c c Thầy c giáo ả và c c bạn đồng nghiệp để bản luận. .. dụng động c một chiều c chổi than hay không c ch than luôn thoả mãn dòng điện phần ứng và dòng ổi điện kích từ Vi c ứng dụng phương pháp điều khiển Vector (phương pháp đi u khiển tựa theo từ thông Rotor), c c hệ truyền động sử dụng ề động c không đồng bộ ba pha hay động c đồng bộ kích thích vĩnh c u c ng thu đư c những đ c tính làm vi c có chất lượng như hệ truyền động động c một chiều Điều này... – Đại h c Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 10 Chương I: Nghiên c u chung về c c hệ điều khiển truyền động ứng dụng động c từ kháng c c tàu điện t c độ cao ho c thang máy Ngày nay, động c tuyến tính đang trở nên ngày c ng quan trọng trong ngành c ng nghiệp yêu c u độ chính x c cao So sánh với động c quay, động c tuyến tính không c n sự biến đổi chuyển động Điều đó c nghĩa là không c sự tổn... theo số đôi c c, Stator c a SRM c c u tạo bởi nhiều c c từ chứa c c cuộn dây tập trung Hình 1.2 ĐCTK loại 6/4 Số hóa bởi Trung tâm H c liệu – Đại h c Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 17 Chương I: Nghiên c u chung về c c hệ điều khiển truyền động ứng dụng động c từ kháng 1.3.2 Rotor Hoàn toàn kh c bi với Rotor c a c c loại máy điện kh c, Rotor ệt c a SRM không chứa c c cuộn dây và đư c chế tạo bằng... Statorều c sự thay đổi từ kháng (điện kháng ph c) đ trong khi động c làm vi c, hay nói một c ch chính x c hơn ĐCTK là loại máy điện c c c ở c hai phía Số hóa bởi Trung tâm H c liệu – Đại h c Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 9 Chương I: Nghiên c u chung về c c hệ điều khiển truyền động ứng dụng động c từ kháng Khái niệm máy điện từ kháng đã c từ rất lâu, với c i tên máy điện từ và sau này đư c phát... lượng truyền động Servo chỉ c thể th c hiện đư c nhờ sử dụng c c bộ điều khiển tr c tiếp điện áp và dòng điện pha c a SRM N hững phương án đi khiển tương tự như vậy đó đư c sử dụng trong c c hệ ều truyền động động c một chiều chất lượng cao và hệ truyền động động c xoay chi u để thu đư c những đ c tính làm vi c tốt nhất Một đ c điểm ề nữa c a SRM kh c biệt so với c c loại động c kh c là m quan hệ. .. c c hệ điều khiển truyền động ứng dụng động c từ kháng 1.4 ƯU ĐIỂM VÀ ỨNG DỤNG C A SRM Với c u tr c đơn giản, c c c cả hai phía, Rotor không c n c thành phần kích thích, SRM c một số ưu điểm nổi bật sau: - Đ c tính làm vi c: Momen khởi động lớn hơn nhiều so với c c loại động c không đồng bộ Do yêu c u dòng điện chảy vào c c cuộn dây Stator theo m chiều duy nhất giúp cho mạch c ng suất c c u tạo... ho c có thể đóng ngắt nguồn một chiều một c ch đ c lập và tuần tự vào c c cu c dây pha Stator, vi c sử dụng phương pháp đóng ngắt nguồn một chiều một c ch đ c lập và tuần tự vào từng c p dây pha làm giảm đư c 50% số lượng c c phần tử chuyển Số hóa bởi Trung tâm H c liệu – Đại h c Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 20 Chương I: Nghiên c u chung về c c hệ điều khiển truyền động ứng dụng động c từ kháng. .. hình động c kiểu động h c 2 tr c – 3 pha LSRM đư c đề c p đến đầu tiên C c thông số điện và c c a kiểu LSRM đư c nhận biết bởi c c thí nghiệm áp dụng trên một LSRM cung c p bởi Số hóa bởi Trung tâm H c liệu – Đại h c Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 11 Chương I: Nghiên c u chung về c c hệ điều khiển truyền động ứng dụng động c từ kháng nguồn biến đổi điện áp (VSI) Một điều đ c biệt đáng lưu ý cho . dung bản luận văn yêu c u gồm 3 chương: Chương 1: Nghiên c u chung về c c hệ truyền động ứng dụng động c từ kháng. Chương 2: Nguyên lý, c u tr c, điều khiển động c từ kháng. Chương 3:. CHƯƠNG 1 NGHIÊN C U CHUNG VỀ C C HỆ ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG ỨNG DỤNG ĐỘNG C TỪ KHÁNG 1.1 TỔNG QUAN VỀ C C LOẠI ĐỘNG C TỪ KHÁNG (ĐCTK) Động c từ kháng c thể đư c coi là một trong những loại. về c c hệ điều khiển truyền động ứng dụng động c từ kháng. 8 1.1. Tổng quan về c c loại động c từ kháng (ĐCTK) 8 1.2 Giới thiệu chung về động c từ kháng đồng bộ tuyến tính 9 1.2.1 Kiểu động