Thiết Kế Bộ Biến Tần Nguồn Áp Ba Pha Để Cung Cấp Cho Động Cơ Điện Xoay Chiều Rotor Lồng Sóc

ĐẠI HỌC QUY NHƠN Đồ Án Tốt Nghiệp - LỜI NÓI ĐẦU Ngày với công công nghiệp hoá, đại hoá lĩnh vực sản xuất kinh tế quốc dân, khí hoá; tự động hoá trình sản xuất đóng vai trò quan trọng Nó cho phép tăng suất lao động, nhằm tạo hiệu kinh tế cao Bước vào kỷ 20 chứng kiến thay đổi lớn lao văn minh nhân loại đem lại phát triển mạnh mẽ ngành điện tử, tự động hoá, tin học, khí hoá với việc phát minh linh kiện bán dẫn ngày đáp ứng yêu cầu hệ thống trở nên gọn nhẹ hơn, giá thành thấp có độ xác cao Cho nên việc sử dụng trình tự động hoá trình sản xuất để đảm bảo chất lượng, tăng suất giảm giá thành sản phẩm nhu cầu cần thiết Sau năm học nghiên cứu trường với tận tình giảng dạy thầy cô giáo khoa KT&CN với giúp đỡ bạn bè để đánh giá kết trình học tập Trước trường em giao làm đề tài tốt nghiệp : ” THIẾT KẾ BỘ BIẾN TẦN NGUỒN ÁP BA PHA ĐỂ CUNG CẤP CHO ĐỘNG CƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU ROTOR LỒNG SÓC ”.Với hướng dẫn tận tình thầy giáo PGS-TS-VÕ QUANG LẠP thầy cô giáo khoa KT&CN nỗ lực thân Đến em hoàn thành đồ án Do kiến thức chuyên môn hạn chế, tài liệu tham khảo có hạn nên đồ án không tránh khỏi sai sót Rất mong bảo, góp ý thầy cô giáo bạn để đồ án em hoàn thiện Khoa Kỹ Thuật & Công Nghệ Lớp Điện Kỹ Thuật K27 ĐẠI HỌC QUY NHƠN Đồ Án Tốt Nghiệp - MỤC LỤC Lời nói đầu 04 PHẦN I: THIẾT KẾ BỘ BIẾN TẦN 05 Chương 1: THIẾT KẾ SƠ ĐỒ MẠCH ĐỘNG LỰC 06 1.1 Giới thiệu sơ đồ khối chức năng, nhiệm vụ khối sơ đồ 07 1.1.1 Giới thiệu phân loại biến tần 07 1.1.1.1 Biến tần trực tiếp Biến tần gián tiếp 08 1.1.1.2 Khoa Kỹ Thuật & Công Nghệ Lớp Điện Kỹ Thuật K27 ĐẠI HỌC QUY NHƠN Đồ Án Tốt Nghiệp 07 1.2 Thiết kế 09 1.2.1 mạch Sơ động lực đồ 09 1.2.2 Nguyên tắc 10 1.3 Công thức biến tần mạch khống động chế tổng nguồn hợp áp lực biến điện tần áp 12 1.3.1 Điện áp pha nghịch lưu với góc dẫn khác 13 1.3.1.1 Góc dẫn van ψ = 180o điện 13 1.3.1.2 Góc dẫn van ψ = 150o điện 17 1.3.1.3 Góc dẫn van ψ = 120o điện 18 1.3.2 19 1.3.3 22 1.4 23 1.5 Mạch Nhận Phương xét pháp khống Bộ 27 1.5.1 27 1.5.2 chuyển phương chế nghịch pháp điều chế lưu áp độ khống chế rộng xung lưu Tranzistor vấn đề Đặt Nghịch đổi pha dùng Tranzistor Khoa Kỹ Thuật & Công Nghệ Lớp Điện Kỹ Thuật K27 ĐẠI HỌC QUY NHƠN Đồ Án Tốt Nghiệp 27 1.5.3 Tính chọn mạch động lực, linh kiện mạch động lực 28 Chương 2: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN BỘ BIẾN TẦN NGUỒN ÁP PHA 29 2.1 Đặt vấn đề 31 2.2 Hệ thống nghịch lưu với điều khiển độ rộng xung 31 2.2.1 Khối tạo 2.2.2 Bộ dịch pha số 2.2.3 Khối tạo sin 2.3 Tính chọn 39 2.3.1 Khối linh dịch dao kiện pha động mạch điều khiển chia pha 39 2.3.2 Khối tạo sin 39 2.3.3 Khối nhân tần 40 2.3.4 40 2.3.5 Khối Khối phát so sóng sánh cưa tạo xung 40 Khoa Kỹ Thuật & Công Nghệ Lớp Điện Kỹ Thuật K27 ĐẠI HỌC QUY NHƠN Đồ Án Tốt Nghiệp - PHẦN II: ỨNG DỤNG BIẾN TẦN TRONG ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU KHÔNG ĐỒNG BỘ ROTOR LỒNG SÓC-TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG 41 Chương3 : ỨNG DỤNG BIẾN TẦN TRONG ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ XOAY CHIỀU BA PHA ROTOR LỒNG SÓC 42 3.1 Xây dựng sơ đồ khối hệ biến tần động không đồng ba pha rotor lồng sóc : 43 3.1.1 Đặt vấn đề : 43 3.1.2 Sơ đồ khối hệ điều chỉnh tốc độ biến tần : 3.2 43 Xây dựng hệ điều khiển biến tần động điện không đồng ba pha rotor lồng sóc 44 3.2.1 44 3.2.2 Điều Điều khiển Vec khiển tơ biến tần tần số động trượt: pha 45 3.2.2.1 Mô tả động KĐB pha dạng đại lượng véctơ không gian 45 Khoa Kỹ Thuật & Công Nghệ Lớp Điện Kỹ Thuật K27 ĐẠI HỌC QUY NHƠN Đồ Án Tốt Nghiệp 3.2.2.2 Quy đổi đại lượng điện động không đồng tư hệ véc tơ (a,b,c) hệ tọa độ cố định Stato (α,β) 46 3.2.2.3 Quy đổi đại lượng điện động không đồng ba pha tư hệ tọa độ cố định Rotor (x,y) hệ tọa độ cố định Stator (α,β) 49 3.2.2.4 Quy đổi đại lượng điện động không đồng ba pha tư hệ tọa độ cố định Stator (α,β) hệ tọa độ cố định Rotor (d,q) 53 3.2.2.5 Cơ sở để định hướng tư thông hệ tọa độ tựa theo tư thông Rotor (d,q) 57 Chương 4: TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG VECTƠ- BIẾN TẦN VÀ ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU BA PHA ROTOR LỒNG SÓC 60 4.1 Sơ đồ cấu trúc hệ thống truyền động điện điều khiển vectơ biến tần động không đồng bộ: 61 4.2 Tổng hợp điều chỉnh dòng điện 62 4.3 Tổng hợp điều chỉnh tốc độ 63 4.4.Tính toán gần thông số 65 4.4.1.Tính toán gần thông số cần tìm tư thông số ghi nhãn động Khoa Kỹ Thuật & Công Nghệ Lớp Điện Kỹ Thuật K27 ĐẠI HỌC QUY NHƠN Đồ Án Tốt Nghiệp 65 4.4.2 Tính toán thông số điều chỉnh dòng điện Ri(p) 68 4.4.3 Tính toán thông số điều chỉnh tốc độ Rω ( P ) 69 4.5 Kiểm tra chất lượng điều khiển điều chỉnh tốc độ công cụ Simulink Matlab 71 4.5.1 Kết mô mạch vòng điều chỉnh tốc độ với điều khiển P 71 4.5.2 Kết mô mạch vòng điều chỉnh tốc độ với điều khiển PI 73 4.6 Sơ đồ nguyên lý hệ thống truyền động biến tần nguồn áp,động không đồng ba pha rotor lồng sóc 74 Kết luận 75 Tài liệu tham khảo 76 Khoa Kỹ Thuật & Công Nghệ Lớp Điện Kỹ Thuật K27 ĐẠI HỌC QUY NHƠN Đồ Án Tốt Nghiệp - PHẦN I: THIẾT KẾ BỘ BIẾN TẦN 1.1 Giới thiệu sơ đồ khối chức năng, nhiệm vụ khối sơ đồ 1.1.1 Giới thiệu phân loại biến tần Biến tần thiết bị biến đổi điện xoay chiều tư tần số sang tần số khác Biến tần chia làm nhóm: - Biến tần trực tiếp - Biến tần gián tiếp 1.1.1.1 Biến tần trực tiếp U1,f U2,f Hình 1.1.Sơ đồ cấu trúc biến tần trực tiếp Biến tần trực tiếp gồm chỉnh lưu mắc song song ngược, hình 1.2 Các chỉnh lưu sơ đồ pha có điểm trung tính, hình 1.3 Sơ đồ cầu, A hình 1.4 chỉnh lưu nhiều pha số pha chỉnh lưu lớn thành phần sóng điều hoà bậc cao giảm f1 ,u1 B C Zt f2 ,u2 Lớp Điện Kỹ Thuật K27 Khoa Kỹ Thuật & Công Nghệ Hình 1.2 Sơ đồ chỉnh lưu ba pha có điểm trung tính ĐẠI HỌC QUY NHƠN Đồ Án Tốt Nghiệp T1 T3 T5 T7 T9 T11 f1,u1 A f1,u1 B C T4 T6 T2 T10 T12 T8 Hình 1.3 Sơ đồ chỉnh lưu cầu Kết luận: Các biến tần có hiệu suất biến đổi lượng cao, điện áp vào qua mạch van chuyển đổi cho điện áp đầu với tần số khác Tuy nhiên thực tế, mạch van phức tạp, số lượng van lớn, với mạch ba pha Việc thay đổi tần số gặp nhiều khó khăn phụ thuộc nhiều vào tần số điện áp vào f Phạm vi điều chỉnh tần số đầu bị hạn chế tần số đầu vào: f2 < f1 (Về nguyên tắc chế tạo biến tần f > f1, mức độ phức tạp tăng lên nhiều lần) 1.1.1.2 Biến tần gián tiếp (Có khâu trung gian chiều) Biến tần gián tiếp có sơ đồ cấu trúc hình 1.4 U1,f1 Chỉnh Lưu Mạch trung gian Biến Tần U2,f2 Hình 1.4 Sơ đồ cấu trúc biến tần gián tiếp Điện áp nguồn có tần số f1 biến đổi thành điện áp chiều nhờ mạch chỉnh lưu, qua mạch trung gian biến trở lại thành điện áp xoay chiều với tần số f2 Hiệu suất biến tần gián tiếp giảm đi: Song loại biến tần cho phép thay đổi dễ dàng tần số điện áp đầu ra, điều chỉnh tần số f đầu độc lập Khoa Kỹ Thuật & Công Nghệ Lớp Điện Kỹ Thuật K27 ĐẠI HỌC QUY NHƠN Đồ Án Tốt Nghiệp 10 hoàn toàn với tần số điện áp nguồn cung cấp Dải điều chỉnh tần số f thay đổi tư đến giá trị bất kỳ, thông số động hệ truyền động cho phép * Biến tần nguồn dòng: Là loại biến tần xây dựng nguyên lý nghịch lưu dòng điện U1,f U2,f Hình 1.5 Sơ đồ cấu trúc biến tần nguồn dòng Nguồn cung cấp cho nghịch lưu dòng nguồn dòng điện chiều ổn định, ví dụ máy phát nguồn dòng chiều hay chỉnh lưu lớn nối tiếp với cuộn kháng có điện cảm lớn đầu * Biến tần nguồn áp: Là biến tần xây dựng nguyên lý nghịch lưu điện áp Nguồn cung cấp cho nghịch lưu áp nguồn điện áp chiều ổn định, ví dụ pin, ắcquy có công suất lớn, máy phát điện chiều hay chỉnh lưu nối song song với tụ điện có dung lượng lớn mạch trung gian U1,f C>> U U2,f Hình 1.6 Sơ đồ cấu trúc biến tần nguồn áp 1.2 Thiết kế mạch động lực biến tần nguồn áp 1.2.1 Sơ đồ mạch động lực Mạch động lực biến tần nguồn áp ba pha gồm Thyristor công suất T1 ÷ T6 Các van có nhiệm vụ đóng hay cắt tưng khoảng điện áp đặt tải Các van lựa chọn tuỳ thuộc vào công suất phụ tải Các Điốt D1 ÷ D6 Điốt công suất nối ngược với van Thyristor có tác dụng khép mạch dòng điện tải, trả phần lượng tích luỹ tải nguồn trường hợp tải có tính cảm Khi Thyristor trạng thái khóa dòng tải trì qua Điốt Nguồn cung cấp cho Khoa Kỹ Thuật & Công Nghệ Lớp Điện Kỹ Thuật K27 ĐẠI HỌC QUY NHƠN Đồ Án Tốt Nghiệp 63 - WL ( p) = (1 + TL p ) Khâu tạo momen khâu phi tuyến có phương trình : M = K r (ψ d i1q − ψ q i1q ) Ma trận Co ma trận quy đổi tư hệ toạ độ vectơ không gian (a,b,c) hệ toạ độ tựa theo tư thông rotor(d,q) sin θ   / − / − /  cosθ1 Co = C3 C1 =   . c os θ − sin θ / − /  1    t t t Ngược lại : C o = C 1C ma trận quy đổi tư hệ toạ độ tựa theo tư thông rotor (d,q) hệ toạ độ vectơ KG (a,b,c) t Các Ma trận Co Co có phần tử thay đổi theo góc quay θ1 tư trưòng t quay Ta nhận thấy : Co C o = I o ( Ma trận đơn vị ) Vì ta đơn giản hoá sơ đồ cấu trúc chi tiết hệ thống truyền động điện sử dụng biến tần ĐCKĐB thành sơ đồ hình 4.2 * i1d Ri Us Κu * ω* Rω - i1q Et Ri - ω W1(p) WL(p) M Jp KHÂU TAO MOMEN i1q Mc ψ2 Hình 4.2 Sơ đồ cấu trúc đơn giản hóa hệ thống truyền động điện sử dụng biến tần , động không đồng 4.2 Tổng hợp điều chỉnh dòng điện * i1q Ri Κu Us Et W1(p) i1 - WL(p) Hình 4.3 Sơ đồ cấu trúc mạch vòng điều chỉnh dòng điện Khoa Kỹ Thuật & Công Nghệ Lớp Điện Kỹ Thuật K27 ĐẠI HỌC QUY NHƠN Đồ Án Tốt Nghiệp 64 Tư sơ đồ cấu trúc mạch vòng điều chỉnh dòng điện (hình 4.9) ta xác định hàm truyền hệ kín là: K u R i W1 (P) Wi (l) = (4.1) + K u R i W1 (P).WL (P) Áp dụng tiêu chuẩn modul tối ưu ta có: Fotư = Ri(P).Ku.W1(P).WL(P) 1 K u R i W1 (P) 2τΣ P(PτΣ + 1) Ri = = 1 + K u R i W1 (P).WL (P) K u ⇒ R n (1 + Tn P) (1 + Tl P) = R n (1 + Tn P)(1 + Tl P) R n (1 + Tn P) = K u 2.τΣ P 2.K u τΣ P (4.2) (τΣ = TL = Ti ) (với τ∑ = Ti) Như điều chỉnh dòng điện RiP khâu PI (tỷ lệ - tích phân) 4.3 Tổng hợp điều chỉnh tốc độ * ω Rω Wi(P) Κm M Mc Jp ω - WF(p) Hình 4.4 Sơ đồ cấu trúc mạch vòng điều chỉnh tốc độ Thay (4.2) vào (4.1) R n (1 + Tn P) 2K u TΣ P R n (1 + Tn P) Wi (P) = = R (1 + Tn P) 1 2TP +1 i + Ku n 2.K u TΣ P R n (1 + Tn P) (1 + TL P) Ku ⇒ Trong sơ đồ cấu trúc này, ta thấy thành phần i 1d không tham gia vào trực tiếp Nó đóng vai trò dòng điện để tạo tư thông động ảnh hưởng đến hệ số Km Theo sơ đồ cấu trúc hình (4.4) ta có: K R ω (P).W1 (P) m JP Wω (P) = Km + R ω (P).Wi (P) .WF (P) JP Khoa Kỹ Thuật & Công Nghệ Lớp Điện Kỹ Thuật K27 ĐẠI HỌC QUY NHƠN Đồ Án Tốt Nghiệp 65 với Wi(P) = (Theo CT 4.1) 2.Ti P + Trong J momen quán tính quy trục động Tư sơ đồ cấu trúc mạch vòng điều chỉnh tốc độ (Hình 4.10), đơn giản hóa thành sơ đồ khối mạch vòng điều chỉnh tốc độ (như hình 4.11) hàm truyền đối tượng điều khiển có dạng (4.5) * * ω Rω - I1q Đối tượng điều khiển ω γn WF(p) Hình 4.5 Sơ đồ khối mạch vòng điều chỉnh tốc độ K K Km WDT (P) = Wi (P) m = m= P 2Ti P + JP J(2Ti P + 1) Đặt Kω = Km; Tω = 2Ti; Kω Suy WDT(P) = TP (1 + TωP) * Dùng tiêu chuẩn modul tối ưu ta có: Fotư = Rω(P).WDT(P).WF(P) Hàm truyền BĐC tốc độ 1 Fotu 2τΣ P.(P.τΣ + 1) R ω (P) = Kω K FT WDT (P).WF (P) T.P(1 + Tω P) (TFT P + 1) (4.3) T (4.4) K.2τΣ Như điều chỉnh tốc độ Rω(P) có dạng khâu P Với K = Kω.KFT = Km.KFT τ∑ = TFT + Tω = TFT = 2Ti Thay (4.4) vào Wω(P) ta có: = Khoa Kỹ Thuật & Công Nghệ Lớp Điện Kỹ Thuật K27 ĐẠI HỌC QUY NHƠN Đồ Án Tốt Nghiệp 66 T K ω K.2τω 2TωP + T.P Wω (P) = T K.ω K FT 1+ K.2τω T.P(1 + Tω P) (TFT P + 1) = K ω (TFT P + 1) 2K.τω P (TFT + Tω ).P + TFT Tω P + 1 + K ωK FT TFT P + TFT Tω 2K.τω (TFT + Tω ) 2K.τω P + P + + K FT Kω Kω Kω * Dùng tiêu chuẩn modul đối xứng Fotư = Rω(P).WPT(P).WF(P) Hàm truyền BĐC tốc độ: 1 P.4.τΣ + Fotu 8τΣ2 P P.τΣ + R ω (P) = = Kω K FT WDT (P).WF (P) T.P(1 + Tω P) (TFT P + 1) = P.4.τΣ + 8τ P ( P.τΣ + 1) P.4.τΣ + = = K ω K FT 2.K ω K FT TΣ P.4.τΣ T.P(1 + TΣ P) Như điều chỉnh tốc độ Rω(P) có dạng khâu PI Nhận xét: - Khi tổng hợp phương pháp modul tối ưu, ta xác định điều chỉnh tốc độ khâu P - Khi tổng hợp phương pháp modul đối xứng, ta xác định điều chỉnh tốc độ khâu PI - Hai khâu đưa vào hệ thống, hệ thống ổn định xuất phát tư modul tối ưu chất lượng động chất lượng tĩnh khác Nếu dùng khâu P rút ngắn trình độ hệ thống có sai lệch tĩnh hệ số tỉ lệ nhỏ sai lệch nhiều, độ dốc đặc tính lớn dễ gây tốc dn độ ổn định tăng lên dt Nếu dùng khâu PI thời gian ổn định lớn sai lệch tĩnh 4.4.Tính toán gần thông số 4.4.1.Tính toán gần thông số cần tìm từ thông số ghi nhãn động Σ Các thông số ghi động gồm: Khoa Kỹ Thuật & Công Nghệ Lớp Điện Kỹ Thuật K27 ĐẠI HỌC QUY NHƠN Đồ Án Tốt Nghiệp 67 Pđm = 400W; cosϕđm = 0,83; Uđm = 220V; Iđm = 2,7A; fđm = 50Hz; nđm = 940 (vòng/phút) J = 0,001 Kgm2/ n0 = 1000 (vòng/phút) - Tính tốc độ góc định mức: n ωdm = dm = 98,429 (rad/s) 9,55 n dm = 4,064 (M/m) - Tính momen định mức: M dm = ωdm n − n dm = 0,06 - Tính hệ số trượt định mức: s dm = n0 2π.f dm 9,55 =3 - Tính số đôi cực tư: Pc = n0 - Tính hệ số sinϕđm = − cos ϕdm = 0,56 - Tính dòng kích tư định mức: I1ddm = 2Idm − cos ϕdm = 1,574 (A) 2 - Tính dòng tạo momen quay định mức: Iqđm = 2Idm − I1ddm = 3,479 (A) - Tính tốc độ góc trượt rotor so với tư trường quay: PC n dm   ωsđm = 2π  Pdm − = 18,85 (rad/s) 60   I1qdm - Tính số thời gian rotor định mức Tr = T2 = = 0,117 (s) ωsdm I1ddm - Tính kháng phức tiêu tán phần định mức  I  U X σdm = sin ϕdm − cos ϕdm 1ddm  − dm = 8,568 (Ω) I1qdm  3Idm  - Tính điện kháng phức định mức 2U dm 2U dm Xh = = − X σdm = 105,53 Ω 3I1ddm 3I1ddm - Tính điện trở rotor stato định mức: ωsdm I1ddm X h = 2.866(Ω) Rsđm=Rrđm= 2π f dm I1qdm - Tính hệ số tiêu tán tổng: σ= Xσ =0.0812(H) Xh - Tính điện cảm stato: Xh = 0.336( H ) Ls= 2π f dm - Tính số thời gian stato: Khoa Kỹ Thuật & Công Nghệ Lớp Điện Kỹ Thuật K27 ĐẠI HỌC QUY NHƠN Đồ Án Tốt Nghiệp 68 Ts= Ls Rsdm - Tính điện cảm rotor: Lr=Tr.Rsdm=0.336(H) - Tính hỗ cảm: Xh = 0.336( H ) Lm= 2π f dm Tư kết ta tính thông số sau: Lr =1 L ψ rddm = Lm I1dm = 0.529(WB) m K r= K m = K r ψ rddm = 0.529 Chọn số thời gian điều chỉnh: Ti=0.002 (s) Tω =0.004(s) Vậy hàm truyền đối tượng có dạng: Km Km 529 WDT ( P ) = = = J (2Ti p + 1) p J (Tω p + 1) p p (1 + 0.004 p ) • Xác định thông số máy phát tốc: Máy phát tốc dung hệ thống để làm khâu phản hồi âm tốc độ Nó nối cứng vào trục động chấp hành qua hộp tốc độ Dựa theo yêu cầu công nghệ ta chọn máy phát tốc có thông số sau: Loại Pđm(W) Uđm(V) Iđm(A) Nđm (vg/ph) Ru ∑ TTT32/1B4Y 115 230 0.5 1000 7.34 Tỉ số truyền máy phát tốc động cơ: ndmF 1000 = = 1.064 ≈ i= ndmD 940 Hệ số khuyếch đại máy phát tốc: U + I R E 230 + 7,34.0,5 K FT = T = dm dm u ∑ = = 0, 234 ndm ndm 1000 Hằng số thời gian máy phát tốc: TFT=0,05(s) • Xác định thông số máy biến dòng BI: Căn vào dòng phần ứng động cơ, ta chọn BI sau: Điều kiện chọn: UdmBI> Udmdc=220(V) UdmBI> Imm=2,5.Idm=2,5.2,7=6,57(A) Ta chọn BI với thông số cho bảng Loại Udm(V) Idm(A) Cấp Công suất định mức phụ tải thứ Khoa Kỹ Thuật & Công Nghệ Lớp Điện Kỹ Thuật K27 ĐẠI HỌC QUY NHƠN Đồ Án Tốt Nghiệp 69 cấp cấp xác xác lõi thép TK λ - 500 5-300 0,5 0.5 0,5 VA5 0,2 Ω VA Ω VA Ω 4.4.2 Tính toán thông số điều chỉnh dòng điện Ri(p) Ri(p)= K p1 + Với K p1 = K i1 p Rn Tn 2,866.0,117 = = 35,825 K uTi 2.2,34.0.002 Với Tn= Ln : Hằng số thời gian mạch điện tư Rn Rn Ln điện trở điện kháng ngắn mạch động cơ: Rn=Rr=2.866 Ω Ln=Ls=0,336(H)  Tn= Ln = 0,117( s) Rn Ku=2,34 Với K i1 = Rn 2,866.0,117 = = 306,19 K u Ti 2,34.0,002 Vậy ta có hàm truyền điều chỉnh dòng điện là:Ri(p)= 35,825 + 306,19 p Ta có sơ đồ mạch điện: R2 C +U cc R1 Uv Ur -Ucc Hình 4.6 Khâu PI Khoa Kỹ Thuật & Công Nghệ Lớp Điện Kỹ Thuật K27 ĐẠI HỌC QUY NHƠN Đồ Án Tốt Nghiệp 70 - Ri(P)= R2C2 p + R1C2 p R2C2 = 0,117 R1C2 = 0.0032 Chọn C2=10−4 (F) => R1=32 (K Ω ); R2=1170(K Ω ) 4.4.3 Tính toán thông số điều chỉnh tốc độ Rω ( P ) * Trường hợp điều chỉnh tốc độ Rω ( P ) khâu P: Rω ( P ) = T K 2τ ∑ K = K ω K FT = K m K FT = 0,529.0, 234 = 0,124 Rτ ∑ = Tω + TFT = 0,004 + 0,05 = 0,054( s) T = J = 0,001( Kgm ) 0,001 Rω ( P ) = = 0,0746 0,124.2.0,054 Ta có sơ đồ mạch điện: R2 R1 +Ucc Uv Ur -Ucc Hình 4.7 Khâu P R2 = 0,0746 R1 Chọn R1 = 1000( K Ω) => R2 = R1 0,0746 = 74,6( K Ω) Rω ( P ) = • Trường hợp điều chỉnh tốc độ khâu PI: Rω ( p ) = K ' pτ ∑ + pτ ∑ ' Khoa Kỹ Thuật & Công Nghệ Lớp Điện Kỹ Thuật K27 ĐẠI HỌC QUY NHƠN Đồ Án Tốt Nghiệp 71 - K' = 1 = = 74,8 Kω K FT (TFT + Tω ) 2.0,529.0, 234.(0,05 + 0,004) τ ∑ ' = 4.τ ∑ = 0,054.4 = 0,216( s) => Rω ( P) = 74,8 (0,216 p + 1) (0,216 p + 1) = 0,216 p 0,003 p R2C2 = 0,216 R1C2 = 0,003 -4 Chọn C2=10 (F)=>R =2160(KΩ) R1=30 (K Ω ) 4.5 Kiểm tra chất lượng điều khiển điều chỉnh tốc độ dòng điện công cụ Simulink Matlab Sử dụng công cụ Simulink Matlab, xây dựng mô hình mô mạch vòng điều chỉnh tốc độ điều chỉnh dòng điện hệ thống truyền động điện sử dụng biến tần động không đồng có dạng hình 4.8 hình 4.9 Hình 4.8 Mô hình mô hệ thống truyền động điện sử dụng biến tần động không đồng (mạch vòng điều chỉnh tốc độ sử dụng điều khiển P) Khoa Kỹ Thuật & Công Nghệ Lớp Điện Kỹ Thuật K27 ĐẠI HỌC QUY NHƠN Đồ Án Tốt Nghiệp 72 - Hình 4.9 Mô hình mô hệ thống truyền động điện sử dụng biến tần động không đồng (mạch vòng điều chỉnh tốc độ sử dụng điều khiển PI) Giải thích tham số mô hình: © Tốc độ đặt: Là tốc độ góc định mức động ωdm=98,429(rad/s) © Nhiễu tải tác động vào hệ thống biểu diễn dạng đại lượng gia tốc a áp vào tải có độ lớn là: M 4,064 a = dm = = 4064(rad / s ) J 0,001 © Bộ điều chỉnh tốc độ sử dụng công thức điều chỉnh Khâu P khâu PI © Hàm truyền đối tượng động không đồng động ba pha có dạng: Km Km 529 WDT ( P ) = = = J (2Ti p + 1) p J (Tω p + 1) p p (1 + 0,004 p ) 4.5.1 Kết mô hệ thống truyền động biến tần, động không đồng ba pha rotor lông sóc với điều khiển PI Khoa Kỹ Thuật & Công Nghệ Lớp Điện Kỹ Thuật K27 ĐẠI HỌC QUY NHƠN Đồ Án Tốt Nghiệp 73 - Hình 4.10 Đáp ứng tốc độ mạch vòng điều chỉnh tốc độ với điều chỉnh tốc độ PI Chất lượng điều khiển:Độ điều chỉnh 27.3%;độ sụt tốc áp tải 15,8%; số lần điều chỉnh Hình 4.11 Đáp ứng dòng điện mạch vòng điều chỉnh dòng với điều chỉnh dòng điện PI Chất lượng điều khiển: Độ điều chỉnh 90.2%; số lần điều chỉnh Khoa Kỹ Thuật & Công Nghệ Lớp Điện Kỹ Thuật K27 ĐẠI HỌC QUY NHƠN Đồ Án Tốt Nghiệp 74 4.5.2 Kết mô hệ thống truyền động biến tần, động không đồng ba pha rotor lông sóc với điều khiển PI Hình 4.12 Đáp ứng tốc độ mạch vòng điều chỉnh tốc độ với điều chỉnh tốc độ P Chất lượng điều khiển:Độ điều chỉnh 6.01%;độ sụt tốc áp tải 0; số lần điều chỉnh Hình 4.13 Đáp ứng dòng điện mạch vòng điều chỉnh dòng với điều chỉnh dòng điện PI Chất lượng điều khiển: Độ điều chỉnh 0.5%; số lần điều chỉnh Khoa Kỹ Thuật & Công Nghệ Lớp Điện Kỹ Thuật K27 ĐẠI HỌC QUY NHƠN Đồ Án Tốt Nghiệp 75 4.6 Sơ đồ nguyên lý hệ thống truyền động biến tần nguồn áp,động không đồng ba pha rotor lồng sóc: Tư kết mô ta thấy chất lượng hệ điều khiển sử dụng điều chỉnh P tốt so với hệ điều khiển sử dụng điều chỉnh PI Do đồ án sử dụng điều khiển P để điều chỉnh tốc độ Tư thông số ta có sơ đồ nguyên lý hệ thống truyền động biến tần nguồn áp,động không đồng ba pha rotor lồng sóc hình.4.14 Nguyên lý hoạt động hệ truyền động biến tần nguồn áp,động không đồng ba pha rotor lồng sóc trình bày phần 3.2.3 Khoa Kỹ Thuật & Công Nghệ Lớp Điện Kỹ Thuật K27 ĐẠI HỌC QUY NHƠN Đồ Án Tốt Nghiệp 76 - KẾT LUẬN Hệ thống truyền động biến tần nguồn áp-động không đồng sử dụng nhiều thực tế có nhiều ưu điểm.Tuy nhiên tồn cần phải xem xét, dạng điện áp đầu biến tần không sin.Vì vậy, người ta sâu vào nghiên cứu hệ thống ngày có chất lượng cao Trong phạm vi đồ án tốt nghiệp thu số kết sau: - Thiết kế biến tần nguồn áp - Tính toán,xây dựng hệ truyền động Biến tần-Động không đồng ba pha rotor lồng sóc thông qua phương pháp chuyển đổi hệ trục tọa độ - Thiết kế mạch điều khiển Biến tần chất lượng cao với phưong pháp điều chỉnh độ rộng xung linh kiện bán dẫn có chất lượng khả đóng cắt với tần số cao IC 555, IC 4013, IC 4015, khuyếch đại thuật toán OA 741 transistor công suất cho mạch động lực biến tần Tuy nhiên thời gian có hạn nên đồ án nhiều thiếu sót như: Chưa nghiên cứu sâu sắc mong muốn, trình bày chưa ngắn gọn Kính mong quý thầy cô giáo bạn góp ý để đồ án hoàn thiện Một lần em xin chân thành cảm ơn thầy giáo PGS-TS Võ Quang Lạp thầy cô khoa Kỹ Thuật Công Nghệ tận tình bảo tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành đồ án Khoa Kỹ Thuật & Công Nghệ Lớp Điện Kỹ Thuật K27 ĐẠI HỌC QUY NHƠN Đồ Án Tốt Nghiệp 77 - TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Bính- Điện Tử Công Suất NXB: Khoa Học Và Kỹ Thuật Hà Nội-2000 Võ Minh Chính, Phạm Quốc Hải, Trần Trọng Minh Điện tử công suất- NXB: Khoa Học Và Kỹ Thuật Hà Nội-2004 Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Nguyễn Thị Hiền-Truyền Động Điện NXB: Khoa Học Và Kỹ Thuật Hà Nội-1996 Võ Quang Lạp-Giáo trình kỹ thuật biến đổi Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên-1998 Phạm Công Ngô-Lý Thuyết Điều Khiển Tự Động NXB: Khoa Học Và Kỹ Thuật Hà Nội-2006 Võ Quang Lạp-Trần Thọ Cơ Sỏ Điều Khiển Tự Động Truyền Động Điện NXB: Khoa Học Và Kỹ Thuật Hà Nội-2004 Võ Quang Lạp-Giáo trình điện tử công suất ứng dụng(II) Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên-2002 Khoa Kỹ Thuật & Công Nghệ Lớp Điện Kỹ Thuật K27 [...]... phải đạt được là nguồn điện áp ba pha đối xứng bằng bộ nghịch lưu tư nguồn áp một chiều ta xuất phát tư tính chất của nguồn điện xoay chiều ba pha Sóng điện áp ba pha đối xứng vẽ trên hình 1.8 có một số tính chất sau: - Điện áp giữa các pha lệch nhau góc 120o điện - Trong một chu kỳ điện áp pha (dây), cứ sau 1/2 chu kỳ điện áp đổi chiều một lần - Tại mỗi thời điểm tổng điện áp các pha bằng 0 M N T1... là nguồn áp có giá trị U ổn định, hoặc bộ nguồn có thể điều chỉnh được điện áp nhờ bộ chỉnh lưu có điều khiển Sơ đồ nguyên lý khống chế bộ biến tần nguồn áp ba pha như hình 1.7 1.2.2 Nguyên tắc khống chế bộ biến tần Với đối tượng là các thiết bị điện sử dụng nguồn điện áp 3 pha xoay chiều, để tận dụng công suất nguồn chất lượng truyền động cũng như tuổi thọ thiết bị, điều mong muốn là dạng điện áp. .. ứng dụng trong thực tế trong đề tài này chỉ xét riêng phần điều khiển cho bộ biến tần cho ra điện áp xoay chiều ba pha có tần số và điện áp có thể thay đổi được và nghiên cứu cải thiện nâng cao chất lượng điện áp sao cho gần với dạng điện áp ba pha hình sin 2.2 Hệ thống nghịch lưu với điều khiển độ rộng xung Hệ thống điều khiển bộ nghịch lưu có sơ đồ rất đa dạng, song đều có thể dựa trên nguyên tắc... f1 - Tần số nguồn đặt vào Stato U - Điện áp đặt vào Stato Nếu bỏ qua sụt áp trên tổng trở Stato thì tư (46) ta có: U Φ= (2.3) Cf1 Nếu điện áp đặt vào Stato không đổi, khi tần số nguồn tăng thì tư thông máy điện sẽ giảm Nếu momen tải giữ không đổi hoặc là hàm tăng của n thì dòng của động cơ phải tăng để làm cân bằng momen động cơ với momen cản của tải Kết quả động cơ bị quá tải về dòng Khi giảm tần số... của van là o 180 điện - Một chu kỳ điện áp ra cả 6 van lần lượt dẫn dòng nên góc mở của van kế tiếp chậm sau góc mở của van trước 60o điện, góc mở của van kế tiếp trong cùng một nhóm lần lượt cách nhau 120o điện Góc mở giữa 2 van trong cùng pha lệch nhau 180o điện Như vậy để điều khiển được 1 chu kỳ điện áp ra cần 6 xung để khống chế mạch lực Việc tổng hợp điện áp đầu ra của bộ biến tần được xây dựng... 3 Các công thức tổng hợp điện áp (1.11), (1.12), (1.13) cho thấy điện áp pha tải phụ thuộc vào uAN, uBN, uCN mà các điện áp này lại phụ thuộc góc dẫn của các van T1 ÷ T6 Do đó, với mỗi khoảng dẫn của van sẽ cho giá trị điện áp pha khác nhau Sau đây sẽ xét một vài trường hợp cụ thể 1.3.1 Điện áp pha của bộ nghịch lưu với các góc dẫn khác nhau 1.3.1.1 Góc dẫn của van ψ = 180o điện Trong trường hợp này... khống chế độ rộng xung 1.5.3 Tính chọn mạch động lực, các linh kiện trong mạch động lực * Trình tự thiết kế: 1 Phân tích chế độ làm việc của tải, tìm hiểu các căn cứ thiết kế 2 Lựa chọn sơ đồ 3 Tính toán thông số mạch động lực *Căn cứ thiết kế - Đặc điểm của tải: + Công suất tải + Điện áp và dòng điện tải + Dải điều khiển công suất + Nguồn cấp (số pha, trị số điện áp) Điều kiện môi trường làm việc: + Nhiệt... uc (1.2) uca = uc - ua (1.2) cho thấy: uab + ubc + uca = 0 - tức là điện áp dây 3 pha cũng đối xứng Đây cũng là cách biểu diễn điện áp pha qua điện áp dây như sau: 1 ua = (uab - uca) 3 ub = 1 (ubc - uab) 3 uc = 1 (uca - ubc) 3 (1.3) Qua phân tích những tính chất của nguồn điện ba pha xoay chiều trên hình 1.8 và hình 1.7 ta có nguyên tắc khống chế các van như sau: - Ở 1 tần số cố định thì mỗi van có... cung cấp hệ thống điện áp ba pha xoay chiều phù hợp với yêu cầu của phụ tải Với mỗi ứng dụng của bộ nghịch lưu đều có những yêu cầu cụ thể Trong này ta xét đến 1 ứng dụng thường gặp của bộ biến tần là máy điện Tốc độ góc của tư trường quay trong máy điện được quyết định bởi tần số lưới: ω = 2πf (2.1) Phương trình cân bằng điện áp Stato: E1 = C.Φ.f1 = U1 - I1Z1 (2.2) Trong đó: E1 - Sức tư động cảm ứng trong... 1.15 1.3.3 Nhận xét về phương pháp khống chế Các hình vẽ 1.10, hình 1.11, hình 1.12 cho thâyd dạng điện áp ra của bộ nghịch lưu áp 3 pha khi khống chế góc dẫn của van 180o , 150o và 120o độ điện Do điện áp ra trên tải nhận được nhờ việc đóng cắt các van cho dạng điện áp là các xung vuông nên chúng có tính phi sin Triển khai Furier điện áp, ngoài thành phần sóng hình sin cơ bản bậc 1 còn có các thành