Nghiên cứu hệ truyền động điện biến tần 4 góc phần tư - động cơ đồng bộ

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGHIÊN CỨU HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN BIẾN TẦN GÓC PHẦN TƢ – ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ Ngành : TỰ ĐỘNG HOÁ Mã số:23.04.3898 Học viên: NGUYỄN THỊ THU NGA Ngƣời HD Khoa học : TS TRẦN XUÂN MINH THÁI NGUYÊN - 2010 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGÀNH: TỰ ĐỘNG HOÁ NGHIÊN CỨU HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN BIẾN TẦN GÓC PHẦN TƢ – ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ NGUYỄN THỊ THU NGA THÁI NGUYÊN - 2010 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƢỜNG ĐẠI HỌC Độc lập – Tự – Hạnh phúc KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Nguyễn Thị Thu Nga Ngày tháng năm sinh: Ngày 11 tháng 11năm 1981 Nơi sinh: Lƣơng Sơn - Thái Nguyên Nơi công tác: Trƣờng Cao đẳng Cơ Khí Luyện Kim Cơ sở đào tạo: Trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - Thái Nguyên Chuyên ngành: Tự động hóa Khóa học: K11- TĐH TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN BIẾN TẦN GÓC PHẦN TƢ – ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS Trần Xuân Minh Trƣờng Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp - Thái Nguyên GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN TS Trần Xuân Minh DUYỆT BAN GIÁM HIỆU Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên HỌC VIÊN Nguyễn Thị Thu Nga KHOA SAU ĐẠI HỌC http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu cá nhân dƣới hƣớng dẫn Thầy giáo TS.Trần Xuân Minh tham khảo tài liệu đƣợc liệt kê Tôi không chép công trình cá nhân khác dƣới hình thức Tác giả luận văn Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn MỤC LỤC Trang Trang bìa phụ …………………………………… .………………… … Lời cam đoan …………………………………… ……………… …… Mục lục …………………………………………… .…………… … Danh mục ký hiệu chữ viết tắt …………… .…………… ……… Danh mục bảng …………………………………………… ……… Danh mục hình vẽ, đồ thị ……………………………… … ……… Mở đầu………………………………………………… … .… ……… Chƣơng 1- TỔNG QUAN VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN BIẾN TẦN ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU 1.1 Các hệ thống truyền động điện dùng động xoay chiều …… …… 1.1.1 Giới thiệu chung ………………………………………… … 1.1.2 Các phƣơng pháp điều chỉnh tốc độ động không đồng … 1.1.3 Các phƣơng pháp điều chỉnh tốc độ động đồng …… … … 1.1.4 Hệ thống điều tốc biến tần - động xoay chiều …… ……… 1.2 Sơ lƣợc biến tần dùng dụng cụ bán dẫn công suất … …………… 1.2.1 Biến tần trực tiếp (xoay chiều - xoay chiều) ……… ………… 1.2.2 Bộ biến tần gián tiếp …………………………… .…………… 10 1.3 Biến tần bốn góc phần tƣ ………………… ……………………… 16 1.3.1 Các tồn biến tần thông thƣờng …… .…………… 16 1.3.2 Biến tần bốn góc phần tƣ (biến tần 4Q) ………… ………… 19 Chƣơng - NGHIÊN CỨU CHỈNH LƢU PWM 21 2.1.Khái quát chỉnh lƣu PWM 21 2.2 Cấu tạo nguyên lý làm việc biến tần nguồn áp bốn góc phần tƣ dùng chỉnh lƣu PWM ……………………… …… .………… 23 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 2.3 Mô tả toán học chỉnh lƣu PWM ………………… ……….……… 26 2.3.1 Mô tả điện áp đầu vào chỉnh lƣu PWM ……… ……… ……… 27 2.3.2 Mô tả toán học chỉnh lƣu PWM hệ tọa độ pha … …… 28 2.3.3 Mô tả toán học chỉnh lƣu PWM hệ tọa độ cố định  -  29 2.3.4 Mô tả toán học chỉnh lƣu PWM hệ tọa độ quay d – q … .… 30 2.3.5 Tính toán công suất chỉnh lƣu PWM ………………… .……… 31 2.4 Phạm vi giới hạn tham số chỉnh lƣu PWM …… … …… 32 2.4.1 Giới hạn cực tiểu điện áp chiều ……………… ……… 32 2.4.2 Giới hạn giá trị điện áp điện cảm ………………… ……… 32 2.5 Ƣớc lƣợng đại lƣợng vector ……………… … ……… 34 2.5.1 Ƣớc lƣợng vector điện áp đầu vào ……… ………… ………… 35 2.5.2 Ƣớc lƣợng vector từ thông ảo ………………… ……… ……… 35 2.6 Phƣơng pháp điều khiển chỉnh lƣu PWM ………… ……… 39 2.7 Cấu trúc điều khiển chỉnh lƣu PWM định hƣớng theo vector điện áp 40 2.7.1 Cấu trúc điều khiển chỉnh lƣu PWM định hƣớng theo vector điện áp dựa vào dòng điện (VOC) …………… …………… 40 2.7.2 Cấu trúc điều khiển chỉnh lƣu PWM theo VFOC ………… … 42 2.8 Cấu trúc điều khiển chỉnh lƣu PWM theo phƣơng pháp trực tiếp công suất DPC ……………… .……… …………………………… 43 2.8.1 Ƣớc lƣợng công suất theo vector điện áp ……… .…………… 45 2.8.2 Ƣớc lƣợng công suất theo vector từ thông ảo … .……………… 46 2.8.3 Đặc điểm điều khiển trực tiếp công suất DPC cho chỉnh lƣu PWM ……………… ………………………… .… 47 2.8.4 Bộ điều khiển công suất ……………………… ……………… 48 2.8.5 Lựa chọn phân vùng vector bảng đóng cắt 50 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 2.8.6 Tổ hợp vector điện áp …………………… .…………………… 51 Chƣơng - XÂY DỰNG CẤU TRÖC ĐIỀU KHIỂN NGHỊCH LƢU VÀ CẤU TRÖC HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN BIẾN TẦN 4Q - 53 ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ 3.1 Giới thiệu chung động đồng 53 3.1.1 Khái quát chung 53 3.1.2 Động đồng kích từ nam châm vĩnh cửu 54 3.2 Mô hình toán học động đồng 55 3.2.1 Mô hình toán học động đồng kích từ dây quấn 55 3.2.2 Mô tả toán học động đồng kích từ NCVC 59 3.3 Cấu trúc điều khiển hệ truyền động biến tần động đồng 60 3.3.1 Lựa chọn phƣơng pháp điều khiển nghịch lƣu 60 3.3.1.1 Giới thiệu loại cấu trúc 60 3.3.1.2 Lựa chọn phƣơng pháp điều khiển nghịch lƣu 63 3.3.2 Xây dựng cấu trúc điều khiển hệ truyền động 64 3.3.2.1 Sơ đồ khối hệ điều khiển 64 3.3.2.2 Cấu trúc điều khiển chỉnh lƣu 65 3.3.3 Cấu trúc điều khiển nghịch lƣu 67 Chƣơng - MÔ PHỎNG HỆ THỐNG 70 4.1 Mô đặc tính làm việc chỉnh lƣu PWM 70 4.1.1 Xây dựng chƣơng trình mô chỉnh lƣu PWM 70 4.1.2 Các kết mô chỉnh lƣu PWM 72 4.2 Mô hệ truyền động biến tần 4Q - Động đồng 73 4.2.1 Xây dựng sơ đồ mô hệ truyền động phần mềm Matlab 73 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 4.2.2 Kết mô 78 4.3 Kết luận 82 Kết luận kiến nghị 83 Tài liệu tham khảo 84 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT  Góc pha vector chuẩn  Góc pha điều khiển phần chỉnh lƣu PWM  Góc pha vector áp nguồn phần chỉnh lƣu PWM  Góc pha dòng điện áp  Vận tốc góc A Từ thông stator pha A B Từ thông stator pha B C Từ thông stator pha C x* Giá trị đặt L Vector từ thông ảo L Thành phần trục  vector từ thông ảo hệ trục toạ độ - L Thành phần trục  vector từ thông ảo hệ trục toạ độ - Ld Thành phần trục d vector từ thông ảo hệ trục toạ độ d-q Lq Thành phần trục q vector từ thông ảo hệ trục toạ độ d-q cos Hệ số công suất C Tụ điện ĐB Động đồng ba pha Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn DPC Điều khiển trực tiếp công suất (viết tắt Direct Power Control) f Tần số FOC Điều khiển tựa từ trƣờng (viết tắt Field Oriented Control) i(t), i Giá trị dòng điện tức thời iA, iB, iC Dòng ba pha A, B, C cuộn dây stator ia, ib, ic Dòng ba pha a, b, c cuộn dây rotor idc Giá trị dòng điện chiều IL Vector dòng điện lƣới iLa,b,c Dòng ba pha A, B, C lƣới điện xoay chiều phần chỉnh lƣu PWM iL Thành phần trục  vector dòng điện lƣới hệ trục toạ độ - iL Thành phần trục  vector dòng điện lƣới hệ trục toạ độ - iLd Thành phần trục d vector dòng điện lƣới hệ trục toạ độ d-q iLq Thành phần trục d vector dòng điện lƣới hệ trục toạ độ d-q id Thành phần trục d vector dòng stator động iq Thành phần trục q vector dòng stator động I Giá trị hiệu dụng dòng điện pha động j Đơn vị ảo J Mô men quán tính L Giá trị điện cảm M Mô men, mô men động Mc Mô men cản tác động lên trục động (mô men tải) Mđt Mô men điện từ động Mđm Mô men định mức Mmax Mô men cực đại Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 10 np Số đôi cực từ động P Công suất tác dụng p(t), p Công suất tác dụng tức thời PWM Điều chế độ rộng xung (viết tắt Pulse Width Modulation) q(t), q Công suất phản kháng tức thời Q Công suất phản kháng R Điện trở s Toán tử Laplace S Công suất biểu kiến Sa,Sb,Sc Trạng thái đóng cắt biến đổi t Giá trị thời gian tức thời T Chu kỳ UL Vector điện áp lƣới uL Thành phần trục  vector điện áp lƣới hệ trục toạ độ  -  uL Thành phần trục  vector điện áp lƣới hệ trục toạ độ  -  uLd Thành phần trục d vector điện áp lƣới hệ trục toạ độ d - q uLq Thành phần trục q vector điện áp lƣới hệ trục toạ độ d - q Us Vector điện áp vào chỉnh lƣu PWM us Thành phần trục  vector điện áp đầu vào chỉnh lƣu hệ trục toạ độ  -  us Thành phần trục  vector điện áp đầu vào chỉnh lƣu hệ trục toạ độ  -  usd Thành phần trục d vector điện áp đầu vào chỉnh lƣu hệ trục toạ độ d - q usq Thành phần trục q vector điện áp đầu vào chỉnh lƣu hệ trục Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read ... NGÀNH: TỰ ĐỘNG HOÁ NGHIÊN CỨU HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN BIẾN TẦN GÓC PHẦN TƢ – ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ NGUYỄN THỊ THU NGA THÁI NGUYÊN - 2010 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn... hợp vector điện áp …………………… .…………………… 51 Chƣơng - XÂY DỰNG CẤU TRÖC ĐIỀU KHIỂN NGHỊCH LƢU VÀ CẤU TRÖC HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN BIẾN TẦN 4Q - 53 ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ 3.1 Giới thiệu chung động đồng ... 1.3.2 Biến tần bốn góc phần tƣ (biến tần 4Q) ………… ………… 19 Chƣơng - NGHIÊN CỨU CHỈNH LƢU PWM 21 2.1.Khái quát chỉnh lƣu PWM 21 2.2 Cấu tạo nguyên lý làm việc biến tần nguồn áp bốn góc phần