Khai thác biến tần VFD e của delta trong điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha

Mc lc ng c in khụng ng b ba pha vi nhng u im ca nú nh ch to n gin, giỏ thnh r, lm viờc cú tin cy cao, hnh n gin, hiu sut cao, di cụng sut rng nờn cỏc h truyn ng in dựng ng c in khụng ng b ba pha ó dn thay th cỏc h truyn ng in mt chiu v ng c in ba pha ó tr lờn quan trng hn rt nhiu s phỏt trin ca nn kinh t quc dõn Trc in t cha phỏt trin thỡ ng c in khụng ng b ba pha cng cú hn ch l iu khin khú hn ng c in chiu nhng vi s i ca b bin i tn s hay cũn gi l bin tn thỡ vic iu khin tc lm vic ca ng c khụng ng b ba pha tr lờn n gin i rõt nhiu Chớnh vỡ vy m ng c khụng ng b ba pha li cng c s dng rng rói hn sn xut cng nh sinh hot Ngy cỏc h truyn ng in dựng ng c khụng ng b chim ti khong 80% tng s cỏc h truyn ng in ó cho ta thy s quan trng ca nú Mc ớch ca ỏn Khai thỏc bin tn VFD_E ca Delta iu khin tc ng c khụng ng b ba pha l tỡm hiu rừ hn v ng c khụng ng b ba pha, b bin i tn s cng nh phng phỏp iu khin tc ca nú Trong ỏn sinh viờn ó ỡm khiu v cu to, nguyờn lý hot ng ca ng c khụng ng b ba pha cng nh ca b bin i tn s v tỡm hiu phng phỏp iu khin bng phn mm labVIEW hon thnh ỏn ỳng vi tin , trc ht em xin by t lũng bit n sõu sc ti thy giỏo inh Hng Ton v mt s thy cụ b mụn t -1- ng v k thut tớnh ó tn tỡnh giỳp em sut quỏ trỡnh hon thin ỏn em xin cỏm n gia ỡnh v bn bố ó ng viờn, giỳp em v mt tinh thn thi gian thc hin ỏn ny Vi kh nng v kinh nghim cũn ớt khụng trỏnh nhng sai sút quỏ trỡnh thc hin ỏn Em mong nhn c s úng gúp ý kin nhit tỡnh t cỏc thy cụ v bn bn Mt ln na em xin chõn thnh cỏm n! H ni, ngy 20 thỏng 02 nm 2013 sinh viờn thc hin Nguyn Ngc Dip -2- CHNGI NG C KHễNG NG B BA PHA V CC PHNG PHP IU KHIN TC NG C 1.1 TNG QUAN V NG C KHễNG NG B BA PHA 1.1.1 ng c khụng ng b ba pha l gỡ? ng c khụng ng b ba pha l mỏy in xoay chiu lm vic theo nguyờn lý cm ng in t cú tc quay ca roto khỏc vi tc t trng quay ca stato ng c khụng ng b ba pha c s dng nhiu sn xut v sinh hot vỡ ch to n gin, giỏ r, tin cy cao, hnh n gin, hiu sut cao, ớt phi bo trỡ (gn nh khụng phi bo trỡ), di cụng sut rng t vi hp n 10.000hp ng c di 3hp thng dựng ng c mt pha ng c in khụng ng b rụto lng súc cu to n gin nht l loi rụto lng súc ỳc nhụm) nờn chim mt s lng khỏ ln loi ng c cụng sut nh v trung bỡnh Nhc im ca ng c ny l iu chnh tc khú khn v dũng in ng ln thng bng 6-7 ln dũng in nh mc b khuyt cho nhc im ny, ngi ta ch to ụng c khụng ng b rụto lng súc nhiu tc v dựng rụto rónh sõu, lng súc kộp h dũng in ng, ng thi tng mụmen ng lờn ng c in khụng ng b rụto dõy qun cú th iu chnh tc c tc mt chng mc nht nh, cú th to mt mụmen ng ln m dũng ng khụng ln lm, nhng ch to cú khú hn so vi vi loi rụto lng súc, ú giỏ thnh cao hn, bo qun cng khú hn -3- 1.1.2 Cu to ng c khụng ng b ba pha ng c khụng ng b ba pha cú cu to gm phn chớnh l stato hay cũn gi l phn tnh v roto hay cũn gi l phn ng Hỡnh 1.1:Kt cu mỏy in khụng ng b a)Lỏ thộp stator, b)Lừi thộp stator Hỡnh 1.2: Cu to ng c in khụng ng b 1.Lừi thộp stato, 2.Dõy qun stato, 7.Np mỏy, 4. bi, Trc mỏy, 6.Hp du, 7.Lừi thộp roto, 8.Thõn mỏy, 9.Qut giú lm mỏt, 10.Hp qut Stato (phn tnh) Stato bao gm v mỏy, lừi thộp v dõy qun V mỏy: l ni c nh lừi st, dõy qun v ng thi l ni ghộp ni -4- np hay gi ỡ trc V mỏy cú th lm bng gang nhụm hay lừi thộp ch to v mỏy ngi ta cú th ỳc, hn, rốn V mỏy cú hai kiu: v kiu kớn v v kiu bo v V mỏy kiu kớn yờu cu phi cú din tớch tn nhit ln ngi ta lm nhiu gõn tn nhit trờn b mt v mỏy V kiu bo v thng cú b mt ngoi nhn, giú lm mỏt thi trc tip trờn b mt ngoi lừi thộp v v mỏy Hp cc l ni du in t li vo i vi ng c kiu kớn hp cc yờu cu phi kớn, gia thõn hp cc v v mỏy vi np hp cc phi cú ging cao su Trờn v mỏy cũn cú bulon vũng cu mỏy nõng h, chuyn v bulon tip mỏt Lừi st l phn dn t Vỡ t trng i qua lừi st l t trng quay, nờn gim tn hao lừi st c lm nhng lỏ thộp k thut in dõy 0,5mm ộp li Yờu cu lừi st l phi dn t tt, tn hao st nh v chc chn Mi lỏ thộp k thut in u cú ph sn cỏch in trờn b mt gim tn hao dũng in xoỏy gõy nờn (hn ch dũng in phuco) Dõy qun stator c t vo rónh ca lừi st v c cỏch in tt vi lừi st Dõy qun úng vai trũ quan trng ca mỏy in vỡ nú trc tip tham gia cỏc quỏ trỡnh bin i nng lng in nng thnh c nng hay ngc li, ng thi v mt kinh t thỡ giỏ thnh ca dõy qun cng chim mt phn khỏ cao ton b giỏ thnh mỏy Phn quay (Rụto) Rụto ca ng c khụng ng b gm lừi st, dõy qun v trc (i vi ng c dõy qun cũn cú vnh trt) -5- Hỡnh 1.3:Cu to Roto ng c khụng ng b a)Dây quấn rôto lồng sóc, b) Lõi thép rôto, c) Ký hiệu động sơ đồ - Lừi st ca rụto bao gm cỏc lỏ thộp k thut in nh ca stator, im khỏc bit õy l khụng cn sn cỏch in gia cỏc lỏ thộp vỡ tn s lm vic rụto rt thp, ch vi Hz, nờn tn hao dũng phuco rụto rt thp Lừi st c ộp trc tip lờn trc mỏy hoc lờn mt giỏ rụto ca mỏy Phớa ngoi ca lừi thộp cú x rónh t dõy qun rụto - Dõy qun rụto phõn lm hai loi chớnh: Loi rụto kiu dõy qun: Rụto cú dõy qun ging nh dõy qun stato Mỏy in kiu trung bỡnh tr lờn dựng dõy qun kiu súng hai lp, vỡ bt nhng dõy u ni, kt cu dõy qun trờn rụto cht ch Mỏy in cỡ nh dựng dõy qun ng tõm mt lp Dõy qun ba pha ca rụto thng u hỡnh c im ca loi ng c kiu dõy qun l cú th thụng qua chi than a in tr ph hay sut in ng ph vo mch rụto ci thin tớnh nng m mỏy ,iu chinh tc hay ci thin h s cụng sut ca mỏy Loi rụto kiu lng súc: Kt cu ca loi dõy qun rt khỏc vi dõy qun stato Trong mi rónh ca lừi st rụto, t cỏc dn bng ng hay nhụm di lừi st v c ni tt li hai u bng hai vũng ngn mch bng ng hay nhụm Nu -6- l rụto ỳc nhụm thỡ trờn vnh ngn mch cũn cú cỏc cỏnh khoỏy giú Rụto ng c ch to t ng hp kim cú in tr sut cao nhm mc ớch nõng cao mụmen m mỏy ci thin tớnh nng m mỏy, i vi mỏy cú cụng sut ln, ngi ta lm rónh rụto sõu hoc dựng lng súc kộp i vi mỏy in cỡ nh, rónh rụto c lm chộo gúc so vi tõm trc Dõy qun lng súc khụng cn cỏch in vi lừi st Trc mỏy in mang rụto quay lũng stato, vỡ vy nú cng l mt chi tit rt quan trng Trc ca mỏy in tựy theo kớch thc cú th c ch to t thộp Cacbon t n 45 Trờn trc ca rụto cú lừi thộp, dõy qun, vnh trt v qut giú 1.1.3 Nguyờn lý lm vic ca ng c khụng ng b ba pha ng c khụng ng b ba pha cú hai phn chớnh: stato (phn tnh) v rụto (phn quay) Stato gm cú lừi thộp trờn ú cú cha dõy qun ba pha Khi u dõy qun ba pha vo li in ba pha, dõy qun s cú cỏc dũng in chy, h thng dũng in ny tao t trng quay, quay vi tc : n1 = 60 f1 p (1.1) f1: tn s ngun in p: s ụi cc t ca dõy qun Phn quay, nm trờn trc quay bao gm lừi thộp rụto Dõy qun rụto bao gm mt s dn t cỏc rónh ca mch t, hai u c ni bng hai vnh ngn mch -7- Hỡnh 1.4 Cỏc lc in t sinh ng c T trng quay ca stato cm ng dõy rụto sc in ng E, vỡ dõy qun stato kớn mch nờn ú cú dũng in cha S tỏc dng tng h gia cỏc dn mang dũng in vi t trng ca mỏy to cỏc lc in t Ft tỏc dng lờn dn cú chiu xỏc nh theo quy tc bn tay trỏi Tp hp cỏc lc tỏc dng lờn dn theo phng tip tuyn vi b mt rụto to mụmen quay rụto Nh vy, ta thy in nng ly t li in ó c bin thnh c nng trờn trc ng c Núi cỏch khỏc, ng c khụng ng b l mt thit b in t, cú kh nng bin in nng ly t li in thnh c nng a trờn trc ca nú Chiu quay ca rụto l chiu quay ca t trng, vỡ vy ph thuc vo th t pha ca in ỏp li t trờn dõy qun stato Tc ca rụto n2 l tc lm vic v luụn luụn nh hn tc t trng v ch trng hp ú mi xy cm ng sc in ng dõy qun rụto Hiu s tc quay ca t trng v rụto c c trng bng mt i lng gi l h s trt s: n1 n S= n1 (1.2) S: h s trt -8- n1 : tc t trng n2 : tc rụto Khi s = ngha l n1 = n2, tc rụto bng tc t trng, ch ny gi l ch khụng ti lý tng (khụng cú bt c sc cn no lờn trc) ch khụng ti thc, s # vỡ cú mt ớt sc cn giú, ma sỏt bi Khi h s trt bng s = 1, lỳc ú rụto ng yờn (n2 = 0), momen trờn trc bng momen m mỏy H s trt ng vi ti nh mc gi l h s trt nh mc Tng ng vi h s trt ny gi tc ng c gi l tc nh mc Tc ng c khụng ng b bng: n = n *(1-s) (1.3) Mt c im quan trng ca ng c khụng ng b l dõy qun stato khụng c ni trc tip vi li in, sc in ng v dũng in rụto cú c l cm ng, chớnh vỡ vy ngi ta cng gi ng c ny l ng c cm ng Tn s dũng in rụto rt nh, nú ph thuc vo tc trt ca rụto so vi t trng: p * n1 * (n1 n2 ) n1 n 60 * n1 f = 60 = = s*f (1.4) f : tn s dũng in rụto f1 : tn s dũng in stato ng c khụng ng b cú th lm vic ch mỏy phỏt in nu ta dựng mt ng c khỏc quay nú vi tc cao hn tc ng b, cỏc u ca nú c ni vi li n Nú cng cú th lm vic c lp nu -9- trờn u ca nú c kớch bng cỏc t in ng c khụng ng b cú th cu to thnh ng c mt pha ng c mt pha khụng th t m mỏy c, vỡ vy ng ng c mt pha cn cú cỏc phn t ng nh t in, in tr 1.1 u nhc im ca ng c khụng ng b ba pha u im: Trong cụng nghip hin phn ln s dng ng c khụng ng b ba pha vỡ nú tin li hn, vi cu to, mu mó n gin, giỏ thnh h so vi ng c mt chiu Ngoi ng c khụng ng b ba pha dựng trc tip vi li in xoay chiu ba pha, khụng phi tn kộm v cỏc thit b bin i Vn hnh tin cy, gim chi phớ hnh, bo trỡ sa cha Theo cu to ngui ta chia ng c khụng ng b lm hai loi l ng c rụto dõy qun v ng c rụto lng súc Nhc im: Bờn cnh nhng u im ng c khụng ng b ba pha cng cú cỏc nhc im sau D b phỏt núng i vi stato, nht l in ỏp li tng v i vi rụto in ỏp li gim Lm gim bt tin cy vỡ khe h khụng khớ nh Khi in ỏp st xung thỡ mụ men ng v mụ men cc i gim rt nhiu vỡ mụ men t l vi bỡnh phng in ỏp Dũng in ng ln gp 6-7 ln so vi dũng in inh mc ng c tớnh c xu hn so vi ng c in mt chiu 1-1-5 ng dng ca ng c khụng ng b ba pha Mỏy in khụng ng b l mỏy in ch yu dựng lm ng c 10 - 10 - Hỡnh 3.9: S h thng iu khin vũng kớn B iu khin PID l mt c ch iu khin lp hi tip c s dng rng rói h thng iu khin cụng nghip d s dng Mt b iu khin PID iu chnh gia giỏ tr bin o c v giỏ tr mong mun t c bng cỏch tớnh toỏn v xut mt "tớn hiu iu chnh" nhanh chúng gi cho sai lch mc nh nht cú th c B iu khin PID gm thụng s riờng: T l, Tớch phõn v Vi phõn Hỡnh 3.10: S b iu khin PID Thnh phn t l (Kp) cú tỏc dng lm tng tc ỏp ng ca h, v lm gim, ch khụng trit tiờu sai s xỏc lp ca h (steady-state error) Thnh phn tớch phõn (Ki) cú tỏc dng trit tiờu sai s xỏc lp nhng cú th lm gim tc ỏp ng ca h Thnh phn vi phõn (Kd) lm tng n nh h thng, gim vt l v ci thin tc ỏp ng ca h 71 - 71 - Nh vy, t ba thnh phn (t l, tớch phõn, vi phõn), cú th xõy dng thờm cỏc b iu khin khỏc nh b iu khin P, b iu khin PI, b iu khin PD, tựy vo i tng tỏc ng c th m ta s dng cỏc b iu khin cho thớch hp õy ch nghiờn cu sõu v b iu khin PID Xột nh hng ca cỏc thnh phn Kp, Ki, Kd i vi h kớn c túm tt bng sau: Thnh phn KP KI KD Thi gian ỏp ng Gim Gim Thay i ớt quỏ Thi gian n nh trng iu chnh quỏ thỏi xỏc lp Tng Thay i Gim Tng Gim ớt Tng Gim B loi b Thay i ớt Hỡnh 3.11: c tớnh ỏp ng u ca b iu khin Lu ý rng quan h ny khụng phi chớnh xỏc tuyt i vỡ Kp, Ki v Kd cũn ph thuc vo Trờn thc t, thay i mt thnh phn cú th nh hng n hai thnh phn cũn li Vỡ vy bng trờn ch cú tỏc dng tham kho chn Kp, Ki, Kd B iu khin thnh phn: Hm truyn ca b iu khin PID cú dng: 72 - 72 - KDs2 + K ps + KI KI Kp + + KD = s s (3.3) Trong ú: Kp: h s t l Ki: h s tớch phõn Kd: h s vi phõn Trc ht ta kho sỏt b PID lm vic th no h kớn cú s nh trờn Bin e l thnh phn sai lch, l hiu gia giỏ tr tớn hiu vo mong mun v tớn hiu thc t Tớn hiu sai lch (e) s a ti b PID, v b iu khin tớnh toỏn c thnh phn tớch phõn ln vi phõn ca (e) Tớn hiu (u) ca b iu khin bng: u = K p e + K I edt + K D de dt (3.4) Lỳc ny i tng iu khin cú tớn hiu vo l (u), v tớn hiu l (Y) (Y) c hi tip v bng cỏc cm bin tip tc tớnh sai lch (e) V b iu khin li tip tc nh trờn Khi thit k b PID nờn theo cỏc bc sau cú kt qu nh mong mun: + Tỡm ỏp ng h h v xỏc nh thụng s no cn ci thin + Thờm thnh phn Kp ci thin thi gian ỏp ng + Thờm thnh phn Kd gim vt l + Thờm thnh phn Ki trit tiờu sai s xỏc lp + iu chnh Kp, Ki, Kd cho n ỏp ng cỏc thụng s yờu cu Thng xuyờn tham kho bng phõn tớch phớa trờn bit c tớnh cỏc thnh phn b iu khin Cỏc thnh phn Kp, Ki, Kd vo h n nu 73 - 73 - khụng cn thit Vớ d, nu b PI ỏp ng yờu cu thỡ khụng cn thờm vo thnh phn vi phõn Kd, b iu khin cng n gin cng tt Cú nhiu cu trỳc khỏc ca b PID, nhiờn ta thng hay s dng nht l hai cu trỳc ú l: PID mc song song v PID mc ni tip Cu trỳc PID mc song song hu ht c núi n lý thuyt, vỡ vy nú cũn c gi l Lý tng Cu trỳc ny c to nờn bi ba ch : T l , tớch phõn, vi phõn v mi ch ny c lp Cu trỳc song song ny cũn rt him trờn th trng B iu khin u tiờn c to nờn t khớ nộn v nú thỡ rt khú xõy dng nờn cu trỳc song song to bi cỏc phn t khớ nộn bo m cho cỏc quỏ trỡnh cụng nghip hu ht cỏc b iu khin c s dng l cu trỳc mc ni tip Trong cỏc lnh vc khỏc, b iu khin PID mc ni tip cú th c tỡm thy nhiu hn trờn th trng -PID mc song song Kt ni song song cỏc thnh phn t l, tớch phõn, vi phõn c gi l b iu khin PID mc song song nh hỡnh bờn di: Hỡnh 3.12: Cu trỳc PID mc song song Tớn hiu u ra: de ( t ) u ( t ) = K e ( t ) + e ( t ) dt + Td Ti dt (3.5) 74 - 74 - - PID mc ni tip Cu trỳc ny rt ph bin cỏc quỏ trỡnh cụng nghip Kờnh I s de ( t ) dng c tớn hiu sai lch e(t) v dt Nú thc hin nh mt chui cỏc kt ni ca b iu khin PI v PD Thut toỏn iu khin nh sau: Hỡnh 3.13: Cu trỳc PID mc ni tip Tớn hiu u ca b iu khin: t u PDPI ( t ) = K e1 ( t ) + s e1 ( t ) d ( t ) Ti e1 ( t ) = e ( t ) + Tds de ( t ) dt (3.6) (3.7) B iu khin PID i v ni lờn nh mt gii phỏp cho chng sai s iu khin bng cỏch dựng cỏc mụ hỡnh iu khin lp v iu chnh ỏp ng ngừ ca h thng da trờn cỏc giỏ tr hi tip ca quỏ trỡnh Các thành phần mô hình điều khiển: 75 - 75 - 3.4 XY DNG CHNG TRèNH IU KHIN 3.4.1 Xõy dng thut toỏn chng trỡnh iu khin Khởi tạo Đọc Encode Tính t.độ TĐ0 Phân tích Tính TĐ Th.toán đk Tham số đk Tính Uđk Phát Uđk Tiếp tục Dừng Kết thúc 76 - 76 - Hình 3.14: Thuật toán chơng trình điều khiển 3.4.2 Chng trỡnh iu khin Giao din ca chng trỡnh iu khin nh sau: Chng trỡnh c tớn hiu t encoder 77 - 77 - Chng trỡnh m xung v i tc giỏ tr gúc Chng trỡnh tớnh sai s v hin th 78 - 78 - Chng trỡnh to b iu khin theo thut toỏn: Chng trỡnh to tớn hiu iu khin: 79 - 79 - Chng trỡnh to kờnh vt lý AO Chng trỡnh phỏt tớn hiu iu khin Chng trỡnh to kờnh vt lý d0 Chng trỡnh o chu quay ng c 80 - 80 - 3.4.3 Kt qu chy ca mụ hỡnh Theo thut toỏn ON/OFF Theo thut toỏn PID 81 - 81 - Kt lun: H thng iu khin tc ng c khụng ng b ba pha dựng bin tn VFD_E v phn mm labview, USB 6008 s dng thut 82 - 82 - toỏn ON/OFF thỡ tớn hiu u cú dao ng, cht lng khụng tt s dng thut toỏn PID tớn hiu u n nh v t tiờu chun KT LUN Sau mt thi gian thc hin n ỏn ca em ó hon thnh ỳng thi gian quy nh vi yờu cu bi t l: khai thỏc bin tn VFD_E ca Delta iu khin tc ng c khụng ng b ba pha ỏn sau hon thnh gm chng: - Chng 1: Gii thiu ng c xoay chiu ba pha v cỏc phng phỏp iu khin tc ng c - Chng 2: i cng v bin tn v bin tn VFD_E ca Delta - Chng 3: Xõy dng mụ hỡnh v chng trỡnh iu khin Trong ỏn em ó tỡm hiu v ng c khụng ng b ba pha, bin tn phn mn LabVIEW v card NI USB 6008 xõy dng h thng iu khin tc ng c khụng ng b ba pha Mc dự ỏn ó hon thnh nhng kin thc bn thõn cũn hn hp nờn khụng trỏnh nhng sai sút ỏn Em rt mong nhn c s thụng cm v úng gúp ca cỏc thy cụ giỏo v cỏc bn sinh viờn em hon thin hn Em xin chõn thnh cm n s hng dn ch bo nhit tỡnh ca thy giỏo inh Hng Ton v cỏc thy cụ khoa k thut iu khin em cú th hon thnh ỏn ny H ni ngy 20 thỏng 02 nm 2013 Sinh viờn thc hin Nguyn Ngc Dip 83 - 83 - Ti liu tham kho Bựi Tn Li Giỏo trỡnh mỏy in I NXB: i hc bỏch khoa Nng Khng Cụng Minh Giỏo trỡnh truyn ng in t ng NXB: i hc bỏch khoa Nng Nguyn Doón Phc, Lý thuyt iu khin tuyn tớnh NXB khoa hc k thut 2002 Nguyn Vn Hũa C s lý thuyt iu khin t ng NXB khoa hc k thut 2000 Phm Cụng Ngụ Lý thuyt iu khin t ng NXB khoa hc k thut 2001 Nguyn Bỏ Hi Giỏo trỡnh lp trỡnh labview cn bn HSP TP.HCM Cỏc trang web: - Hocdelam.org - Picvietnam.com 84 - 84 - - Phuyen.net.vn 85 - 85 -