MÔ HÌNH ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA GẮN HỆ TỌA ĐỘ ROTOR

MỤC LỤC Đồ án: Điều khiển truyền động điện Đại GVHD: Ts Ph ạm Đ ức LỜI MỞ ĐẦU Trong nghiệp công nghiệp hóa đại hóa đất nước, Truyền động điện giữ vai trò quan trọng dây truyền sản xuất để nâng cao suất chất lượng sản phẩm Trong trường học, truyền dộng điện môn học quan trọng Nó giúp cho sinh viên hiểu rõ chất truyền động, điện, từ động động chiều xoay chiều, đặc tính, chế độ làm việc động Đề tài “ Mô động xoay chiều không đồng pha gắn hệ trục tọa độ rotor” phần giúp em có nhìn tổng quan hệ động xoay chiều, đặc tính momen…Trong suốt trình làm đồ án em nhận hướng dẫn bảo tận tình thầy Phạm Đức Đại, góp ý bạn lớp, em hoàn thành đồ án Tuy nhiên, kiến thức hạn chế, điều khiện tiếp cận thực tế thân em chưa nhiều nên đồ án không tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận nhiều ý kiến đóng góp nhận xét Thầy giáo cô giáo bạn sinh viên để đồ án hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo bạn lớp 55KTĐ – TĐH giúp em hoàn thành đồ án ! SV: Vũ Hữu Tỉnh – 55KTĐ - TĐH Page Đồ án: Điều khiển truyền động điện Đại GVHD: Ts Ph ạm Đ ức MÔ PHỎNG ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ PHA GẮN HỆ TRỤC TỌA ĐỘ ROTOR I Mô hình không gian vector Không gian vector dòng điện stator Dòng điện pha stator : động xoay chiều isA isB isC , , Vector dòng điện stator : is = isA ( t ) + isB ( t ) e jγ + isC ( t ) e j 2γ  is = isA ( t ) + aisB ( t ) + a 2isC ( t )   SV: Vũ Hữu Tỉnh – 55KTĐ - TĐH Page γ = 2π với với a = e j 2π Đồ án: Điều khiển truyền động điện Đại GVHD: Ts Ph ạm Đ ức Không gian vector pha dòng điện stator định nghĩa pha mà phần thực isD (t ) isQ (t ) phần ảo is = isD + jisQ Từ đó, ta chuyển vector pha dòng điện từ hệ tọa độ pha => dq is = isA ( t ) + aisB ( t ) + a 2isC ( t )  = isD + jisQ Ta có: a = e j 2π = cos( 2π 2π −1 ) + j sin( ) = +j 3 2 a = e j 4π = cos( 4π 4π −1 ) + j sin( ) = −j 3 2 SV: Vũ Hữu Tỉnh – 55KTĐ - TĐH Page với a = e j 2π Đồ án: Điều khiển truyền động điện Đại GVHD: Ts Ph ạm Đ ức 2 1  is = isA − isB − isC  + j [ isB − isC ] 3 2   2 1  isD = isA − isB − isC  isQ = [ isB − isC ] 3 2   isD : Đại lượng thực dòng điện stator biểu diễn hệ trục tọa độ gắn stator isQ : Đại lượng ảo dòng điện stator biểu diễn hệ trục tọa độ gắn stator Vector dòng điện stator quy đổi gắn hệ trục tọa độ rotor ( θr : góc lệch hệ trục tọa độ rotor stator αr : góc quay rotor is = isD + jisQ is′ = isd + jisq Ta có : , SV: Vũ Hữu Tỉnh – 55KTĐ - TĐH Page is′ is′ = is e − jθr ): Đồ án: Điều khiển truyền động điện Đại isd GVHD: Ts Ph ạm Đ ức : đại lượng thực dòng điện stator quy đổi sang hệ trục tạo độ rotor isq : đại lượng ảo dòng điện stator quy đổi sang hệ trục tạo độ rotor is′ = is e− jθr = ( isD + jisQ ) [ cos(θ r ) − j sin(θ r ) ] isd   cos(θ r ) sin(θ r )  isD  i  =     sq   − sin(θ r ) cos(θ r )  isQ   Không gian vector dòng điện rotor Dòng pha stator : ira irb irc , , Vector dòng điện rotor : ir = ira ( t ) + irb ( t ) e jγ + irc ( t ) e j 2γ  SV: Vũ Hữu Tỉnh – 55KTĐ - TĐH Page γ = 2π với Đồ án: Điều khiển truyền động điện Đại GVHD: Ts Ph ạm Đ ức Vector không gian pha dòng điện rotor gắn với hệ trục tọa độ roto: ir = irα + jir β 2 1  irα = ira ( t ) − irb ( t ) − irc ( t )  ir β = [ irb − irc ] 3 2   Ngoài ra, ta biểu diễn dòng điện rotor sang hệ trục tọa độ stator: ir Vector dòng điện rotor( ): ir = ir e jα r với αr : góc quay dòng điện rotor Vector dòng điện quy đổi sang hệ trục tọa độ stator ( ir′ ): ir′ = ir e j (α r +θr ) ⇒ ir ′ = ir e jθr θr : góc lệch hệ trục tọa độ rotor stator ir = irα + jirβ ir′ = ird + jirq Ta có: , ir′ = ir e jθr = ( irα + jirβ ) [ cos(θ r ) + j sin(θ r ) ] ird  cos(θ r ) − sin(θ r )  irα  i  =     rq   sin(θ r ) cos(θ r )  ir β   ird : đại lượng thực dòng điện rotor quy đổi sang hệ trục tạo độ stator SV: Vũ Hữu Tỉnh – 55KTĐ - TĐH Page Đồ án: Điều khiển truyền động điện Đại GVHD: Ts Ph ạm Đ ức irq : đại lượng ảo dòng điện rotor quy đổi sang hệ trục tạo độ stator Không gian vector từ thông stator Vector từ thông stator: Ψ s =  Ψ sA + aΨ sB + a 2Ψ sC  Ψ sA = Ls isA + M s isB + M s isC + M sr cos(θr )ira + M sr cos(θr + 2π 3)irb + M sr cos(θ r + 4π 3)irc Ψ sB = LsisB + M s isA + M sisC + M sr cos(θr + 4π 3)ira + M sr cos(θ r )irb + M sr cos(θ r + 2π 3)irc Ψ sC = LsisC + M sisB + M sisA + M sr cos(θ r + 2π 3)ira + M sr cos(θ r + 4π 3)irb + M sr cos(θ r )irc Ls : Tự cảm pha stator Ms : Hỗ cảm pha stator M sr : Hỗ cảm stator rotor Ψ s = Ls is + Lm ir′ = Ls is + Lm ir e jθr với  Ls = Ls − M s Vector từ thông stator gắn với hệ trục tọa độ dq: ir′ = ird + jirq Ψ s = Ψ sD + jΨ sQ Ψ sD = LsisD + Lmird  Ψ sQ = LsisQ + Lmirq  SV: Vũ Hữu Tỉnh – 55KTĐ - TĐH Page , Lm = M sr Đồ án: Điều khiển truyền động điện Đại GVHD: Ts Ph ạm Đ ức Vector từ thông stator gắn với hệ trục tọa độ rotor: Ψ s′ = Ψ sd + jΨ sq Ψ s′ = Ψ s e − jθr Ψ s = Ψ sD + jΨ sQ  Ψ sd   cos(θ r ) sin(θ r )   Ψ sD  Ψ  =     sq   − sin(θ r ) cos(θ r )   Ψ sQ   Không gian vector từ thông rotor Vector từ thông stator : Ψ r =  Ψ rA + aΨ rB + a 2Ψ rC  Ψ = Lr ira + M r irb + M r irc + M sr cos(θ r )isA + M sr cos(θ r + 4π 3)isB + M sr cos(θ r + 2π 3)isC Ψ rb = Lr irb + M r ira + M rirc + M sr cos(θ r + 2π 3)isA + M sr cos(θ r )isB + M sr cos(θ r + 4π 3)isC Ψ rc = Lr irc + M r irc + M r irb + M sr cos(θ r + 4π 3)isA + M sr cos(θ r + 2π 3)isB + M sr cos(θ r )isC Lr : Tự cảm pha stator Mr M sr : Hỗ cảm pha stator : Hỗ cảm stator rotor Ψ r = Lr ir + Lm is′  với Lr = Lr − M r , Lm = M sr Vector từ thông rotor gắn với hệ trục tọa độ rotor( SV: Vũ Hữu Tỉnh – 55KTĐ - TĐH Page αβ ): Đồ án: Điều khiển truyền động điện Đại GVHD: Ts Ph ạm Đ ức is′ = isd + jisq Ψ r = Ψ rα + j Ψ r β Ψ rα = Lr irα + Lmisd  Ψ r β = Lr ir β + Lmisq  Vector từ thông rotor gắn với hệ trục tọa độ stator: Ψ r′ = Ψ rd + jΨ rq Ψ r′ = Ψ r e jθr Ψ r = Ψ rα + jΨ rβ  Ψ rd  cos(θ r ) − sin(θ r )   Ψ rα  Ψ  =     rq   sin(θ r ) cos(θ r )   Ψ r β   Không gian vector điện áp stator us = usA ( t ) + ausB ( t ) + a 2usC ( t )  Vector điện áp stator: với a = e j 2π Cũng tương tự dòng điện: us = usD + jusQ Vector điện áp stator gắn với hệ trục tọa độ dq: 2 1  usD = usA − usB − usC  3 2  u sQ = u sO = [ usB − usC ] [ usA + usB + usC ] SV: Vũ Hữu Tỉnh – 55KTĐ - TĐH Page 10 Đồ án: Điều khiển truyền động điện Đại usO    usD  = usQ    1 2 3 0  GVHD: Ts Ph ạm Đ ức   usA      usB  −  usC  12 −1 12 −1  us′ = us e − jθr = usd + jusq Vector điện áp stator gắn với hệ trục tọa độ rotor: usd + jusq = usA ( t ) + ausB ( t ) + a 2usC ( t )  [ cos(θ r ) − j sin(θ r ) ]  uso  12 12  12   usA       usd  =  cos(θ r ) cos(θ r − 2π 3) cos(θ r − 4π 3)   usB   usq   − sin(θ r ) − sin(θ r − 2π 3) − sin(θ r − 4π 3)  usC     Không gian vector điện áp rotor Vector điện áp rotor: ur = ura ( t ) + aurb ( t ) + a 2urc ( t )  với a = e j 2π Cũng tương tự dòng điện: Vector điện áp rotor gắn với hệ trục tọa độ rotor( 2 1  urα = ura − urb − urc  3 2  u rβ = [ urb − urc ] SV: Vũ Hữu Tỉnh – 55KTĐ - TĐH Page 11 αβ ur = urα + jur β ): Đồ án: Điều khiển truyền động điện Đại u ro = GVHD: Ts Ph ạm Đ ức [ ura + urb + urc ]  uro    urα  = u r β    1 2 3 0   ura     urb  −   urc  12 −1 12 −1  ur′ = ur e jθr = urd + jurq Vector điện áp rotor gắn với hệ trục tọa độ stator: urd + jurq = ura ( t ) + aurb ( t ) + a 2urc ( t )  [ cos(θ r ) + j sin(θ r ) ]  uro    urd  =  urq    II 12 12  12  ura  2 cos(θ r ) cos(θ r − 2π 3) cos(θ r − 4π 3)  urb    3  sin(θ r ) sin(θ r − 2π 3) sin(θ r − 4π 3)  urc  Sơ đồ mô động điện xoay chiều Điện áp cấp vào pha : u A = 220 2cos(2π f ) uB = 220 2cos(2π f − 2π 3) uC = 220 2cos(2π f − 4π 3) Điện trở: Rs = 0.2882, Rr = 0.158 Độ tự cảm:Ls = 0.0425; Lr = 0.04188 Độ hỗ cảm: Lm = 0.0412 Số cặp cực: p =3, J = 0.4, Tr = Lr /Rr SV: Vũ Hữu Tỉnh – 55KTĐ - TĐH Page 12 Đồ án: Điều khiển truyền động điện Đại GVHD: Ts Ph ạm Đ ức Chuyển đổi điện áp stator rotor sang hệ tọa độ dq Trong đồ án mô hình trục tọa độ gắn hệ trục tọa độ rotor nên : θ g = θr ω g = ωr Vector điện áp stator : SV: Vũ Hữu Tỉnh – 55KTĐ - TĐH Page 13 Đồ án: Điều khiển truyền động điện Đại  uso    usd  = usq    GVHD: Ts Ph ạm Đ ức  12  2    usA  2 cos(θ g ) cos(θ g − 2π ) cos(θ g − 4π )  usB  3    − sin(θ g ) − sin(θ g − 2π ) − sin(θ g − 4π )  usC   3  ur _ dq = Vector điện áp rotor : Phương trình điện áp phía stator rotor ωg Phương trình điện áp hệ trục tọa độ ( ωg = Tốc độ quay: dθ g dt Phía stator: isg = is e − jθ g = isx + jisy Vector dòng điện: usg = us e − jθ g = usx + jusy Vector điện áp: Ψ sg = Ψ s e − jθ g = Ψ sx + jΨ sy Vector từ thông: us = Rs is + Ta có: is = isg e Mà jθ g d Ψs jθ = usg e g dt Ψ s = Ψ sg e jθ g , SV: Vũ Hữu Tỉnh – 55KTĐ - TĐH Page 14 ) Đồ án: Điều khiển truyền động điện Đại usg e jθ g usg e jθ g = Rs isg e jθ g = Rs isg e jθ g + d Ψ sg e GVHD: Ts Ph ạm Đ ức jθ g dt  + d Ψ sg dt e jθ g + Ψ sg d ( jθ g ) dt e  usg = Rs isg + d Ψ sg dt + jωg Ψ sg  usx  isx  d  Ψ sx   Ψ sx  = R + + ω u      s  g   sy  isy  dt  Ψ sy   Ψ sy   Phía rotor: irg = ir e − j (θ g −θ r ) = irx + jiry Vector dòng điện: urg = ur e − j (θ g −θ r ) = urx + jury Vector điện áp: Ψ rg = Ψ r e − j (θ g −θ r ) = Ψ rx + jΨ ry Vector từ thông: d Ψr j ( θ −θ ) = urg e g r dt ur = Rr ir + Ta có: ir = irg e ( j θ g −θ r Mà ) Ψ r = Ψ rg e ( j θ g −θr ) , urg e ( j θ g −θr ) = Rr irg e ( j θ g −θ r ) + d Ψ rg e ( j θ g −θ r ) dt  SV: Vũ Hữu Tỉnh – 55KTĐ - TĐH Page 15 jθ g Đồ án: Điều khiển truyền động điện Đại urg e ( j θ g −θ r ) = Rr irg e ( j θ g −θr ) + d Ψ rg dt GVHD: Ts Ph ạm Đ ức e ( j θ g −θ r ) + Ψ rg d [j ( θ g − θr ) ] j ( θ g −θr ) e dt  urg = Rr irg + d Ψ rg dt + j ( ωg − ωr ) Ψ rg  urx  irx  d  Ψ rx   Ψ rx  = R + + ω − ω ( ) u      r  g r   ry  iry  dt  Ψ ry   Ψ ry   Mô hình gắn hệ trục tọa độ rotor: • Phương trình điện áp phía stator usd  isd  d  Ψ sd  0 −1  Ψ sd   u  = Rs  i  +  Ψ  + ωr    1   Ψ sq   sq   sq  dt  sq  • Phươn trình điện áp phía rotor SV: Vũ Hữu Tỉnh – 55KTĐ - TĐH Page 16 Đồ án: Điều khiển truyền động điện Đại GVHD: Ts Ph ạm Đ ức urd  ird  d  Ψ rd   −1  Ψ rd  = R + + ω − ω ( ) u      r  r r   1   Ψ rq   rq   irq  dt  Ψ rq  Mô hình từ thông Phương trình mô tả từ thông dq gắn với hệ trục tọa độ rotor Lm  isd   Ψ sd   Ls Ψ    i  Ls Lm sq  =   sq   Ψ rd   Lm Lr  ird      i  Ψ Lm Lr rq    rq    SV: Vũ Hữu Tỉnh – 55KTĐ - TĐH với Page 17 Lm   Ls  Ls Lm    M=  Lm Lr    Lr   Lm Đồ án: Điều khiển truyền động điện Đại GVHD: Ts Ph ạm Đ ức isd   Ψ sd  i  Ψ   sq  = M −1  sq  ird   Ψ rd       irq   Ψ rq  Phương trình mô tả mô men Phương trình cân momen t e − tl = J d ωr + Dωr dt với tl : momen tải Phương trình momen hệ tạo độ bất kỳ: te = − 3 p Ψ rg x irg = − pLm isg xirg 2 te = − pLm ( isx iry − isy irx ) Phương trình momen gắn hệ trục tạo độ rotor: te = pLm (isqird − isd irq ) Phương trình mô tả quan hệ SV: Vũ Hữu Tỉnh – 55KTĐ - TĐH Te Page 18 ωr Đồ án: Điều khiển truyền động điện Đại GVHD: Ts Ph ạm Đ ức te − t L = dωmech J p dt ωr = pωmech (p: số cặp cực) Chuyển đổi dòng điện stator dq sang hệ tọa độ pha θ g = θr ω g = ωr Với  isA  i  =  sB  isC  − sin(θ g )  cos(θ g )  2  isd  c os( θ g + π 3) − sin( θ g + π 3)   isq  3 cos(θ g + 2π 3) − sin(θ g + 2π 3)    Đồ thị mô động điện xoay chiều III • Đồ thị dòng điện stator SV: Vũ Hữu Tỉnh – 55KTĐ - TĐH Page 19 Đồ án: Điều khiển truyền động điện Đại • Đồ thị dòng điện rotor • Từ thông rotor SV: Vũ Hữu Tỉnh – 55KTĐ - TĐH GVHD: Ts Ph ạm Đ ức Page 20 Đồ án: Điều khiển truyền động điện Đại GVHD: Ts Ph ạm Đ ức Khi có momen tải • Đồ thị mô men tốc độ động mô men tải =0 SV: Vũ Hữu Tỉnh – 55KTĐ - TĐH Page 21 Đồ án: Điều khiển truyền động điện Đại GVHD: Ts Ph ạm Đ ức • Khi momen tải thay đổi thành 50 Te thay đổi để momen triêt tiêu • Dòng điện pha stator SV: Vũ Hữu Tỉnh – 55KTĐ - TĐH Page 22 Đồ án: Điều khiển truyền động điện Đại GVHD: Ts Ph ạm Đ ức Để đưa đồ thị dòng điện pha ta thực chạy mô simulink sau chạy chương trình m file Ta đồ thị dòng điện pha stator sau: SV: Vũ Hữu Tỉnh – 55KTĐ - TĐH Page 23 Đồ án: Điều khiển truyền động điện Đại GVHD: Ts Ph ạm Đ ức Nhận xét: IV • Hệ trục tọa độ gắn với rotor nên momen điện từ cân với momen tải • • Tốc độ với f = 60Hz Dòng điện rotor momen tải tăng lên có tác động momen tải ω r = 2π f SV: Vũ Hữu Tỉnh – 55KTĐ - TĐH Page 24 ... truyền động điện Đại GVHD: Ts Ph ạm Đ ức MÔ PHỎNG ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ PHA GẮN HỆ TRỤC TỌA ĐỘ ROTOR I Mô hình không gian vector Không gian vector dòng điện stator Dòng điện pha stator : động xoay... môn học quan trọng Nó giúp cho sinh viên hiểu rõ chất truyền động, điện, từ động động chiều xoay chiều, đặc tính, chế độ làm việc động Đề tài “ Mô động xoay chiều không đồng pha gắn hệ trục tọa. .. diễn hệ trục tọa độ gắn stator isQ : Đại lượng ảo dòng điện stator biểu diễn hệ trục tọa độ gắn stator Vector dòng điện stator quy đổi gắn hệ trục tọa độ rotor ( θr : góc lệch hệ trục tọa độ rotor