Nghiên cứu hệ điều khiển truyền động ứng dụng động cơ từ kháng

Header Page of 126 LI CAM OAN Tụi xin cam oan lun ny l cụng trỡnh tụi tng hp v nghiờn cu Trong lun cú s dng mt s ti liu tham kho nh ó nờu phn ti liu tham kho Tỏc gi lun Phm Hng Kiờn S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn Footer Page of 126 http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page of 126 LI CM N! Sau thi gian hc lp cao hc khoỏ ti Trng i hc k thut cụng nghip Thỏi nguyờn - i hc Thỏi Nguyờn tụi c tip cn mt cỏch cú h thng cỏc kin thc khoa hc tiờn tin hin i ca ngnh T ng hoỏ XHCN Kt thỳc khoỏ hc tụi c giao ti : Nghiờn cu h truyn ng ng dng ng c t khỏng Tụi xin chõn thnh cm n Thy giỏo PGS.TS Nguyn Nh Hin ó tn tỡnh hng dn v to mi iu kin thun li tụi hon thnh nhim v hc v nghiờn cu Tụi xin chõn thnh cm n cỏc thy cụ giỏo ó ging dy lp hc, cỏc thy cụ giỏo b mụn t ng hoỏ, cỏn b th vin Trũng i hc cụng nghip Thỏi nguyờn ó quan tõm v to iu kin thun li cho tụi sut quỏ trỡnh hon thnh lun Tụi xin by t lũng bit n sõu sc n bn bố, ng nghip ó khớch l ng viờn tụi quỏ trỡnh hc v nghiờn cu Thỏi Nguyờn thỏng 03 nm 2009 Tỏc gi Phm Hng Kiờn S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn Footer Page of 126 http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page of 126 Mc lc MC LC Trang Li cam oan Li cm n Mc lc Danh mc cỏc ký hiu, cỏc ch vit tt Danh mc cỏc hỡnh v, th Li núi u Chng 1: Nghiờn cu chung v cỏc h iu khin truyn ng ng dng ng c t khỏng 1.1 Tng quan v cỏc loi ng c t khỏng (CTK) 1.2 Gii thiu chung v ng c t khỏng ng b tuyn tớnh 1.2.1 Kiu ng c trc LSRM 11 1.2.2 Nhn dng cỏc tham s thc nghim 14 1.3 Gii thiu chung v ng c t khỏng loi úng ngt (Switched reluctane motor - SRM ) 15 1.3.1.Stator 15 1.3.2 Rotor 17 1.4 u im v ng dng ca SRM 19 1.5 Tin xõy dng mt h truyn ng SRM 20 Chng Nguyờn lý, cu trỳc, iu khin ng c t khỏng 23 2.1 Nguyờn lý ca SRM 23 2.1.1 Phng thc hot ng 23 2.1.2 Nguyờn lý hot ng 25 2.2 c tớnh c bn ca SRM 30 2.3 Cỏc phng trỡnh mụ t ng c SRM 31 2.3.1 Phng trỡnh cõn bng in t 31 S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn Footer Page of 126 http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page of 126 Mc lc 2.3.2 Phng trỡnh Momen tng 32 2.3.3 Phng trỡnh Momen ti gin 36 2.3.4 Phng trỡnh ng hc 37 2.4 Phng phỏp chung iu khin SRM 38 2.5 Cu trỳc nghch lu 41 2.6 Cu trỳc iu khin cú cm bin v trớ 44 2.7 Cu trỳc iu khin khụng cn cm bin v trớ 46 Chng Kho sỏt ch lm vic h truyn ng ng dng ng c t khỏng 52 3.1 Mụ hỡnh SRM tuyn tớnh 53 3.2 Mụ hỡnh phi tuyn 58 3.3 Cỏc kt qu mụ phng 61 3.3.1 Kt qu mụ phng ch tuyn tớnh 61 3.3.2 Kt qu mụ phng ch phi tuyn 64 Ph lc 68 Ti liu tham kho 75 S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn Footer Page of 126 http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page of 126 Cỏc ký hiu, cỏc ch vit tt CC Kí HIU, CC CH VIT TT Din gii TT Ký hiu Dk i Dũng chy qua cun dõy ca SRM L in cm ca SRM m S pha ca Stator mN Momen quay ca CTK pc S ụi cc R in tr ca cun dõy pha Stator ca CTK U in ỏp cun dõy pha ca CTK UDC , Utrans, Udiode T l b rng xung iu ch in ỏp mch mt chiu, in ỏp st trờn Transitor trờn Diode 10 z S rng ca Rotor 11 T thụng ca cun dõy pha ca CTK 12 Gúc lch trc 13 s , r 14 Bc gúc ca cc Stator, rng Rotor Vn tc gúc ca Rotor Footer Page 5Sofhúa 126 bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page of 126 Danh mc hỡnh v, th DANH MC HèNH V, TH STT Ký hiu Din gii Hỡnh 1.1 Sttator ca CTK loi 6/4 Hỡnh 1.2 CTK loi 6/4 Hỡnh 1.3 Rotor ca CTK Hỡnh 1.4 Mt s loi SRM in hỡnh Hỡnh 2.1 ng c t khỏng Hỡnh 2.2 V trớ ng trc ca Rotor v cc active Hỡnh 2.3 Cu trỳc CTK 8/6 Hỡnh 2.4 Trỡnh t úng ct ngun sA, sD, sC, sB, sA, to chuyn ng quay theo chiu kim ng h Hỡnh 2.5 Trỡnh t úng ct ngun sA, sB, sC, sD, sA to chuyn ng quay ngc chiu kim ng h 10 Hỡnh 2.6 c tớnh c ca CTK 11 Hỡnh 2.7 Nng lng t cun dõy stator 12 Hỡnh 2.8 C nng ca SMR 13 Hỡnh 2.9 Phng phỏp c bn iu khin SMR 14 Hỡnh 2.10 S chuyn mch ca SMR 3pha 6/4 15 Hỡnh 2.11 Tớn hiu iu khin SMR vựng tc cao 16 Hỡnh 2.12 17 Hỡnh 2.13 S nghch lu 2m 18 Hỡnh 2.14 S nghch lu m+1 Cun dõy pha a, Khi dn dũng Footer Page 6Sofhúa 126 bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn b, Khi np dũng tr li ngun http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page of 126 Danh mc hỡnh v, th STT Ký hiu Din gii 19 Hỡnh 2.15 S nghch lu m+2 20 Hỡnh 2.16 in cm L ca CTK 21 Hỡnh 2.17 iu khin CTK nh khõu C dũng mch vũng 22 Hỡnh 2.18 Cỏc ngun thụng tin v v trớ Rotor cha phng trỡnh in ỏp ca SRM cú m pha 23 Hỡnh 2.19 c tớnh t thụng/dũng/v trớ rotor ca mt CTK loi 8/6 24 Hỡnh 2.20 Cỏc ch hnh khỏc khụng cn cm bin o v trớ 25 Hỡnh 2.21 Cu trỳc h thng c m rng thờm khõu chuyn mch khụng cn cm bin v trớ 26 Hỡnh 2.22 So sỏnh t thụng thc v t thụng chun quyt nh thi im chuyn mch nghch lu 27 Hỡnh 3.1 S mch iu khin SRM dng 2m 28 Hỡnh 3.2 Quan h L = L( , i) ca SMR 29 Hỡnh 3.3 Quan h t thụng theo dũng in v v trớ rotor 30 Hỡnh 3.4 Quan h mN = mN( , i) 31 Hỡnh 3.5 Mụ hỡnh mụ phng CTK ch tuyn tớnh 32 Hỡnh 3.6 Mụ hỡnh mụ phng c u trỳc iu khin mt pha ca SMR ch tuyn tớnh 33 Hỡnh 3.7 Tc ng c ch tuyn tớnh 34 Hỡnh 3.8 Momen tng ca SRM ch tuyn tớnh 35 Hỡnh 3.9 Momen pha ca SRM ch tuyn tớnh 36 Hỡnh 3.10 Dũng pha ca SRM ch tuyn tớnh Footer Page 7Sofhúa 126 bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page of 126 Danh mc hỡnh v, th STT Ký hiu Din gii 37 Hỡnh 3.11 Mụ hỡnh mụ phng SRM ch phi tuyn 38 Hỡnh 3.12 Mụ hỡnh mụ phng mt pha CTK ch phi tuyn 39 Hỡnh 3.13 Mụmen pha ca SMR phi tuyn 40 Hỡnh 3.14 Mụmen tng ca SMR phi tuyn 41 Hỡnh 3.15 Dũng tng ca SMR phi tuyn 42 Hỡnh 3.16 c tớnh tc SMR phi tuyn Footer Page 8Sofhúa 126 bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page of 126 LI NểI U ng c t khỏng ó cú t lõu nhng ớt c chỳ ý mt s nhc im mang tớnh tin nh cú ngun gc ng c : Mụ men quay cha nhiu súng hi bc cao (mụ men lc), gõy nhiu ting n v hiu sut thp Ngy vi s phỏt trin ca cỏc ngnh cụng nghip bỏn dn v vi iu khin ó khc phc c cỏc nhc im trờn Nhng ng c t khỏng cú mt s u im ni bt nh: Tn tht ch yu xut hin phớa stator, ú d lm mỏt, quỏn tớnh rotor bộ, cú kt cu bn vng v phự hp cho tc quay cao, mụ men ng ln, chi quỏ ti ngn hn rt tt Thờm vo ú CTK cú giỏ thnh p th nht cỏc loi ng c v khụng cn bo dng Chớnh vỡ vy ng c t khỏng c s dng ngy cng nhiu cỏc h thng c in t Vn iu khin ng c t khỏng ht sc khú khn Do cú cu to phõn cc c hai phớa Rotor v Stator nờn c tớnh t hoỏ ca CTK th hin tớnh phi tuyn rt mnh T thụng múc vũng qua khe h khụng khớ l mt hm phi tuyn ca dũng in cun dõy Stator v v trớ ca Rotor Vi kt qu t c ca lun tỏc gi mong mun bn lun l ti liu tham kho b ớch i vi cỏc hc viờn chuyờn ngnh t ng hoỏ, vỡ õy l cũn ang b ng c thc t v hc thut Vi ni dung bn lun yờu cu gm chng: Chng 1: Nghiờn cu chung v cỏc h truyn ng ng dng ng c t khỏng Chng 2: Nguyờn lý, cu trỳc, iu khin ng c t khỏng Chng 3: Kho sỏt ch lm vic ca h truyn ng ng dng ng c t khỏng Trong quỏ trỡnh hon thnh n b lun khụng trỏnh thiu sút, tỏc gi rt mong nhn c s úng gúp ý kin ca cỏc Thy cụ giỏo v cỏc bn ng nghip bn lun hon thin hn Thỏi Nguyờn thỏng nm 2009 Tỏc gi Phm Hng Kiờn Footer Page 9Sofhúa 126 bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page 10 of 126 I HC THI NGUYấN TRNG I HC K THUT CễNG NGHIP LUN VN THC S K THUT NGHIấN C U H IU KHIN TRUYN NG NG DNG NG C T KHNG Hc viờn: PHM HNG KIấN Mó s: Chuyờn ngnh: T NG HO Ngi HD Khoa hc: PGS.TS NGUYN NH HIN THI NGUYấN - 2009 Footer Page 10 of 126 Header Page 65 of 126 61 Chng III: Kho sỏt ch lm vic h truyn ng ng dng ng c t khỏng 3.3 CC KT QU Mễ PHNG 3.3.1 Kt qu mụ phng ch tuyn tớnh Hỡnh 3.5 Mụ hỡnh mụ phng ng c t khỏng ch tuyn tớnh Hỡnh 3.6 Mụ hỡnh mụ phng c u trỳc iu khin mt pha ca SMR ch tuyn tớnh Footer Page 65 S of húa126 bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page 66 of 126 62 Chng III: Kho sỏt ch lm vic h truyn ng ng dng ng c t khỏng Hỡnh 3.7 c tớnh tc ng c ch tuyn tớnh Hỡnh 3.8 Momen t ng ca SRM ch tuyn tớnh Footer Page 66 S of húa126 bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page 67 of 126 63 Chng III: Kho sỏt ch lm vic h truyn ng ng dng ng c t khỏng Hỡnh 3.9 Momen pha ca SRM ch tuyn tớnh Hỡnh 3.10 dũng pha ca SRM ch tuyn tớnh Footer Page 67 S of húa126 bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page 68 of 126 64 Chng III: Kho sỏt ch lm vic h truyn ng ng dng ng c t khỏng 3.3.2 Kt qu mụ phng ch phi tuyn Hỡnh 3.11 Mụ hỡnh mụ phng SMR ch phi tuyn Hỡnh 3.12 Mụ hỡnh mụ phng cu trỳc iu khin mt pha SMR ch phi tuyn Footer Page 68 S of húa126 bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn Mo men Header Page 69 of 126 65 Chng III: Kho sỏt ch lm vic h truyn ng ng dng ng c t khỏng 0.035 0.03 0.025 0.02 0.015 0.01 0.005 0.2 0.4 0.6 0.8 t(S) 1.2 1.4 1.8 1.6 -3 x 10 Mo men Hỡnh 3.13 Mụmen pha ca SMR phi tuyn 2.5 1.5 0.5 0 -3 x 10 t(S) Hỡnh 3.14 Mụmen tng ca SMR phi tuyn Footer Page 69 S of húa126 bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn Dũng in Header Page 70 of 126 66 Chng III: Kho sỏt ch lm vic h truyn ng ng dng ng c t khỏng 0 0.5 1.5 2.5 t(S) -3 x 10 Tc Hỡnh 3.15 Dũng tng ca SMR phi tuyn 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 0.5 1.5 2.5 t(S) Hỡnh 3.16 c tớnh tc SMR phi tuyn Footer Page 70 S of húa126 bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page 71 of 126 67 KT LUN Nh tin b vt bc cỏc lnh vc cm bin, in t cụng sut, vi iu khin v vi s lý tớn hiu, vic s dng CTK cỏc h thng c in t ngy cng tr nờn hp dn v l nhu cu cp thit hin ú chớnh l ng lc thỳc y nhiu cụng trỡnh nghiờn cu ng dng sut thi gian qua Bn lun gii thiu v nguyờn lý v tỡnh trng phỏt trin hin ti ca ng dng truyn ng CTK bao gm : * Nghiờn cu tng quan v cỏc h truyn n g ng dng ng c t khỏng, u nhc im ca h thng * a cỏc cu trỳc iu khin CTK + Cu trỳc nghch lu (thit b iu khin cụng sut) nuụi CTK + Cu trỳc iu khin c s (cu trỳc cú s dng cm bin o v trớ rotor) + Cu trỳc iu khin khụng cn cm bin v trớ, thay vo ú s dng khõu quan sỏt tc quay * Xõy dng cỏc phng trỡnh toỏn hc mụ t CTK * Thit lp cỏc mụ hỡnh mụ phng CTK + Mụ hỡnh CTK tuyn tớnh + Mụ hỡnh CTK phi tuyn Do thi gian nghiờn cu, trỡnh ca tỏc gi, iu kin thc nghim cú hn lun cha cp ti ci thin cos ca h thng v gim momen lc ca CTK Vn nghiờn cu ng dng v ging dy cỏc h thng s dng CTK cha c quan tõm Tỏc gi hy vng bn lun l ti liu tham kho, khờu gi s chỳ ý ca cỏc hc viờn chuyờn ngnh t ng hoỏ õy l mng tim nng khai thỏc c v phng din hc thut v thc t Footer Page 71 S of húa126 bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page 72 of 126 68 PH LC 1.Bng d liu quan h t thụng/dũng in/gúc teta 2.Bng d liu quan h dũng in/ gúc Teta/ dpsi Footer Page 72 S of húa126 bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn di http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page 73 of 126 69 3.Bng d liu quan h dũng in/ gúc Teta/o hm t thụng theo gúc Teta 4.Bng d liu quan h dũng in/ gúc Teta/Momen Footer Page 73 S of húa126 bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page 74 of 126 70 5.Chng trỡnh ng mụ hỡnh tuyn tớnh global TETAS TETAX TETAY TETAXY TETAON TETAOFF TETAQ V AUP BUP ADOWN BDOWN DL A B LMIN LMAX NS=6 NR=4 P=3; BETAS=30*(pi/180); BETAR=30*(pi/180); TETAS=(2*pi)*((1/NR)-(1/NS)) TETAX=(pi/NR)-((BETAR+BETAS)/2) TETAY=(pi/NR)-((BETAR-BETAS)/2) TETAZ=(BETAR-BETAS)/2 TETAXY=(TETAX+TETAY+TETAS) TETAIN=20.1*(pi/180) V=150 R=1.3 J=0.0013; F=0.0183 I=5; DELTAI=0.2; DELTAVMIN=0; DELTAVMAX=150; LMIN=8e-3; Footer Page 74 S of húa126 bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page 75 of 126 71 LMAX=60e-3; G=(inv([TETAX 1;TETAY 1]))*([LMIN;LMAX]); AUP=G(1) BUP=G(2) H=(inv([(TETAY+TETAZ) 1; TETAXY 1]))*([LMAX;LMIN]); ADOWN=H(1) BDOWN=H(2) DL=AUP; Chng trỡnh vit cho hm chuyn mch % This function allow to chose the commutation instants of the semeconductor function [sys,x0,str,ts] = cmpt(t,x,u,flag) % Dispatch the flag The switch function controls the calls to % S-function routines at each simulation stage switch flag, case [sys,x0,str,ts] = mdlInitializeSizes; % Initialization case sys = mdlOutputs(t,x,u); % Calculate outputs case { 1, 2, 4, } sys = []; % Unused flags otherwise error(['Unhandled flag = ',num2str(flag)]); % Error handling end; Footer Page 75 S of húa126 bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page 76 of 126 72 % End of function chuyenmach %Below are the S-function subroutines that tcm.m calls %======================================================= % Function mdlInitializeSizes initializes the states, sample % times, state ordering strings (str), and sizes structure %======================================================== function [sys,x0,str,ts] = mdlInitializeSizes % Call function simsizes to create the sizes structure sizes = simsizes; % Load the sizes structure with the initialization information sizes.NumContStates= 0; sizes.NumDiscStates= 0; sizes.NumOutputs= 1; sizes.NumInputs= 5; sizes.DirFeedthrough=1; sizes.NumSampleTimes=1; % Load the sys vector with the sizes information sys = simsizes(sizes); % x0 = []; % No continuous states % str = []; % No state ordering % Footer Page 76 S of húa126 bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page 77 of 126 73 ts = [-1 0]; % Inherited sample time % End of mdlInitializeSizes %======================================================== % Function mdlOutputs performs the calculations %======================================================== function sys = mdlOutputs(t,x,u) global V; teta=u(1); e=u(2); i=u(3); TETAON=u(4); TETAOFF=u(5); sys=0; if (teta>=TETAON)&(tetaTETAOFF) if (i>0) sys=-V; elseif (i