Chng 5: Nguyên lý điều khiển vectơ Dựa trên ý t-ởng điều khiển động cơ không đồng bộ t-ơng tự nh- điều khiển động cơ một chiều. Động cơ một chiều có thể điều khiển độc lập dòng điện kích từ và dòng phần ứng để đạt đ-ợc mômen tối -u theo công thức tính mômen : M=K I - = KI kt I - Trong đó : I kt , I - - dòng điện kích từ và dòng điện phần ứng. - từ thông động cơ . Hình 1-1: Sự t-ơng tự giữa điều khiển động cơ một chiều và điều khiển vectơ T-ơng tự ở điều khiển động cơ không đồng bộ, nếu ta sử dụng công thức: M = K m r I qs = K m I ds I qs (khi chọn trục d trùng với chiều vectơ từ thông rôto) Mạch điều khiển và nghịch l-u I - I - U - ĐM CKT I ds * I qs * ĐK Thì có thể điều khiển M bằng cách điều chỉnh độc độc lập các thành phần dòng điện trên hai trục vuông góc của hệ tọa độ quay đồng bộ với vectơ từ thông rôto Lúc này vấn đề điều khiển động cơ không đồng bộ t-ơng tự điều khiển động cơ điện một chiều. ở đây thành phần dòng điện I ds đóng vai trò t-ơng tự nh- dòng điện kích từ động cơ một chiều (I kt ) và thành phần dòng I qs t-ơng tự nh- dòng phần ứng động cơ một chiều (I - ) . Các thành phần có thể tính đ-ợc nhờ sử dụng khái niệm vectơ không gian. Với ý t-ởng định nghĩa vectơ không gian dòng điện của động cơ đ-ợc mô tả ở hệ tọa độ quay với tốc độ w s , các đại l-ợng dòng điện điện áp, từ thông sẽ là các đại l-ợng một chiều. I ds2 i s1 r I ds1 q d s1 i s2 s2 I qs I qs1 i s1 r I ds q d s1 i s2 s2 I qs2 Hình 1-2:Điều khiển độc lập hai thành phần dòng điện: mômen và kích từ III.Thiết kế mạch lực: Sơ đồ mạch lực của hệ truyền động nh- sau: Mạch lực bao gồm: + Khối chỉnh l-u: 6 Điôt. + Khối nghịch l-u: 6 Transistor, 6 Điôt ng-ợc + Khối lọc: tụ C, cuộn cảm L. 1.Tính chọn van điều khiển: Dùng kiểu điều khiển khi góc dẫn là 180 độ, tải là động cơ đấu sao. §å thÞ dÉn cña van vµ d¹ng dßng, ¸p ra t¶i nh- sau: T¶i ®Êu sao, gãc dÉn cña van lµ 180 ®é, t¹i bÊt kú thêi ®iÓm nµo còng cã ba van dÉn. TÝnh to¸n c¸c gi¸ trÞ: 2 /3 2 /3 2 2 2 0 0 /3 1 1 2 [2 ( ) ( ) 2 2 3 3 3 2 3.220 466,7 3 2 2 N pha pha N pha N pha N E U u d d E d U E U E V 60 120 180 24 0 30 0 36 0 T1 T2 T3 T4 T5 T6 Ua Ia 2/3 En 1/3 En 97,0 89,16 38,16 R L Q 0,97 3 3 0, 362 Q a e e p p - - = = = Dòng điện cơ sở : 0 466, 7 27, 63( ) 16, 89 N E I A R = = = 2 2 2 2 3 1 3.0,97 1 0, 362 1 1 0, 69 2 1 2 1 0, 362 0, 362 Q a A a ap p - - = - = - = - + - + Trị số hiệu dụng dòng điện pha: 0 2 2 . 27, 63.0,69 9( ) 3 3 pha I I A A = = ằ Dòng điện trung bình tiêu thụ từ nguồn: 2 2 0 0, 69 2 2.27, 63. 8, 77( ) 3 3 d A I I A = = = a.Đối với mạch chỉnh l-u: Coi bộ sụt áp trên bộ lọc bằng 0. Dòng điện đầu ra của bộ chỉnh l-u I d =8,77 A Điện áp ra của bộ chỉnh l-u: U d = E n =466,7 V Do mạch cầu ba pha nên dòng trung bình qua các Thyristor là I d /3=2,92 A Điện áp ng-ợc đặt lên Thyristor U ng =2,45*U l . Mặt khác ta có: U d =2,34*U l => U l 200 V; Ung = 490 V Chọn loại Thyristor C15 do hãng G.E của Mỹ chế tạo có các thông số sau: Mã hiệu tiristor U ng V I tb A t off s di/dt A/s C15 25 600 5,1 30 60 b.Đối với nghịch l-u: Ta có dòng điện pha A: + = 0 /3 / 1,03 3 (1 )(2 ) 1 9,21 1 2, 864 3 1 Q N A E a a i e e R a q q - - ộ ự + - ộ ự = - = - ờ ỳ ở ỷ ờ ỳ + ở ỷ + = /3 2/3 2 / 1,03 3 (1 ) 2 9,21(2 1, 771 ) 3 1 Q N A E a i e e R a q q - - ộ ự + ờ ỳ = - = - ờ ỳ + ở ỷ + = 2/3 / 1,03 3 (1 )(2 ) 1 9,21(1 2, 864 ) 3 1 Q N A E a a i e e R a q q - - ộ ự + - = + = + ờ ỳ ờ ỳ + ở ỷ Trong khoảng từ 0 /3 ứng với 1 thì I a =0 Dòng điện trung bình đi qua Transistor sẽ là: 1 / 3 2 / 3 1,03 1,03 1,03 / 3 2 / 3 1 9,21(1 2, 864 ) 9,21(2 1, 771 ) 9,21(1 2, 864 ) 2 tbt i e d e d e d p p p q q q q p p q q q p - - - ộ ự ờ ỳ = - + - + + ờ ỳ ờ ỳ ở ỷ ũ ũ ũ = 4,351(A) Điện áp ng-ợc đặt lên Transistor: . 466, 7.1,6 746, 7( ) ng N dt U E K V = = = Từ đó ta chọn Transistor có các thông số sau đây: Mã hiệu V CE V V CE0 V V CE,sat V I C A I A t f s t on s t s s p m W BUX 47A 1000 450 1,5 9 1,2 0,8 1 3 125 1 1, 03 1 9, 21(1 2, 864 ) 0 1, 02rad e q q - ô - = đ = Trong khoảng 0 1 thì Thyr không dẫn, toàn bộ dòng sẽ đi qua Diot, nh- vậy biểu thức chọn Diot nh- sau: 1 1,03 0 1 9,21(1 2, 864 ) 2 tbD I e d q q q p - = - ũ = 7,259(A) Do đó ta chọn loại Diôt B-10 do Liên Xô(cũ) chế tạo có các thông số sau: I tb = 10 (A) U ng = 1001000(V) U = 0,7(V) b . Tính chọn biến áp nguồn BAN BAN đấu theo kiểu /Y. Điện áp l-ới U L = 380V. Giá trị hiệu dụng điện áp thứ cấp máy biến áp (nối /Y) 2 . 3 6 do U U p = = 128 (V) Tỷ số máy biến áp: k = 1 2 380 128 U U = = 3 Dòng thứ cấp máy biến áp nguồn: I 2 = 2 . 3 d I = 6,94(A) Dòng hiệu dụng sơ cấp BAN: I 1 = 1 BA N K I 2 = 1 3 06, 21,23 6,94(A) Công suất máy biến áp: S = 3.U 2 .I 2 = 3.128.6,94 = 2665 (VA) 2,665 (kVA). Tra sổ tay, ta chọn máy biến áp tiêu chuẩn có S đm = 3(kVA). c . Chọn van cho bộ biến đổi Giá trị dòng trung bình chảy qua mỗi van: 8, 5 2, 83( ) 3 3 d vtb I I A = = = Giá trị dòng cực đại qua mỗi van: I vmax = I d = 8,5 (A) Giá trị điện áp ng-ợc đặt lên mỗi van: Từ những tính toán trên, với chế độ làm mát bằng quạt gió thì các thông số cần của mỗi van trong mạch chỉnh l-u cầu ba pha là: - U ngt 1,6. U ngmax = 1,6 . 314 = 502 (V) - I t 1,5. I max = 1,5.8,5 = 12,75 (A) Vậy ta chọn đ-ợc loại Thyristor dùng cho bộ chỉnh l-u cấp nguồn cho động cơ: Loạ i I 0 (A ) V RR M = V DR M (V) I TSM (A) I DM (m A) V GT Ma x (V) I GT Ma x (A) V TM ma x (V) I TM Ma x (A) Du/d t (V/ s) di/dt (A/ s) TY N 690 16 600 220 3 1,5 25 1,4 50 50 100 d . Tính chọn cuộn kháng mạch lọc một chiều Điện cảm phần ứng L - = )(5,34)(0345,0 2100.2.5,8 220 .6,5 . mHH npI U k dmdm dm L Trong đó k L là hệ số lấy giá trị 5,5 5,7 đối với máy không bù và k L = 1,4 1,9 đối với máy có bù; p là số đôi cực. Cuộn kháng lọc mạch một chiều đ-ợc nối vào mạch phần ứng động cơ để làm giảm vùng điện gián đoạn ( làm giảm xung dòng max max 1, 05 * 299 314( ) 3 ng d U U V ế = = = một chiều ) đồng thời cải thiện điều kiện chuyển mạch của động cơ điện Điện áp đầu ra của bộ biến đổi m xung chứa sóng điều hòa cơ bản và sóng điều hoà bậc cao với tần số góc K = K.m. 1 với 1 - tần số góc l-ới điện , 1 = 314 ( 1 / s ) K - số nguyên bậc của các thành phần điều hoà điện áp xoay chiều này gây ra trong mạch phần ứng dòng điện xoay chiều điều hoà với giá trị hiệu dụng k km Km U L I 2 1 )( . 1 L - điện cảm tổng của mạch một chiều ( bỏ qua giá trị điện trở ) Gọi g là hệ số đập mạch điện áp đầu ra bộ biến đổi g = k km Km U 2 1 )( 1 và i - hệ số đập mạch dòng điện i = LI gU I I dm do dm . Hệ số đập mạch điện áp g phụ thuộc vào góc điều khiển , g = f( do d U U ) Do thành phần dòng xoay chiều nên giá trị dòng điện định mức của động cơ giảm I ' dm = I dm . 2 1 1 i m R R Tỷ số R R m đặc tr-ng cho sự ảnh h-ởng của dòng điện điều hoà bậc cao làm tăng điện trở tổng mạch phần ứng , giá trị này R R m = 2 3 Dòng điện xoay chiều này còn gây ảnh h-ởng xấu tới quá trình chuyển mạch ở vành góp máy điện . Cụ thể do ảnh h-ởng dòng xoay chiều điều hoà bậc m , từ tr-ờng của các cặp cực chuyển mạch bị chậm lại 90 o so với dòng điện điều hoà bậc m . Điện áp chuyển mạch chậm trễ sẽ không bù đ-ợc điện áp phản ứng phần ứng vì sụt áp xoay chiều U 2 không thể tăng nhẩy cấp . Từ các lý luận trên , ta rút ra giá trị điện cảm cần thiết nối vào mạch một chiều L d = uc cfiddm odo Lg nI nU max ][ Tra đ-ờng cong quan hệ g c = g . o n n ta đ-ợc maxc g = 1,1 U do = 299V I ddm = 8,5A n 0 = 2322 (1/s) n = 2100 (1/s) Ta có L d = uc cfiddm odo Lg nI nU max ][ = 5,46.10 -3 (H) = 5,46 mH . 1 ,5 25 1,4 50 50 100 d . Tính chọn cuộn kháng mạch lọc một chiều Điện cảm phần ứng L - = ) (5, 34)(03 45, 0 2100.2 .5, 8 220 .6 ,5 . mHH npI U k dmdm dm L Trong đó k L là hệ số lấy giá trị 5, 5. là: - U ngt 1,6. U ngmax = 1,6 . 314 = 50 2 (V) - I t 1 ,5. I max = 1 ,5. 8 ,5 = 12, 75 (A) Vậy ta chọn đ-ợc loại Thyristor dùng cho bộ chỉnh l-u cấp nguồn cho động cơ: Loạ i I 0 (A ) V RR M = V DR M (V) I TSM (A) I DM (m A) V GT Ma x (V) I GT Ma x (A) V TM ma x (V) I TM Ma x (A) Du/d t (V/ s) di/dt (A/ s) TY N. 1-2:Điều khiển độc lập hai thành phần dòng điện: mômen và kích từ III .Thiết kế mạch lực: Sơ đồ mạch lực của hệ truyền động nh- sau: Mạch lực bao gồm: + Khối chỉnh l-u: 6 Điôt. + Khối nghịch