Đồ án Tổng hợp hệ thống truyền động điện(Chính thức)

ĐỒ ÁN MÔN HỌC TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Đề tài Thiết kế hệ thống truyền động điện điều khiển tốc độ cho thang máy sử dụng động cơ không đồng bộ 3 pha. GVHD: TS. Giáp Quang Huy SVTH: Lê Công Tu ấn Anh MSSV: 105150229 Lớp: 15TDH1 Nhóm: 15.Nh32B Đà Nẵng, tháng 11 năm 2018 Để trống để chèn tờ đề tài. CHƯƠNG 1GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ, XÂY DỰNG PHƯƠNG ÁN TRUYỀ N ĐỘNG8 1.1Quy trình công ngh ệ và yêu cầu công nghệ của thang máy8 1.1.1Lịch sử về thang máy8 1.1.2Tổ ng quan về thang máy10 1.1.3Trang thiết bị của thang máy11 a)Thiết bị lắp trong buồng thang máy12 b)Thiết bị lắp trong giếng thang máy12 c)Thiết bị lắp đặt trong hố giếng thang máy13 1.1.4Các thiết bị chuyên dùng trong thang máy13 a)Phanh hãm điện từ:13 b)Phanh bảo hiểm ( phanh dù):13 c)Cảm biến vị trí14 1.1.5Đặc tính và thông số của thang máy14 1.1.6Tính ch ọn công suất động cơ truyền động cho thang máy15 1.1.7Ảnh hưởng của tốc độ, gia tốc và độ giật đối với hệ truyền động thang máy. 15 1.1.8Dừng chính xác bu ồng thang16 1.1.9Các hệ truyền động dùng trong thang máy17 1.2Cấu trúc và phân lo ại hệ thống truyền động18 1.2.1Cấu trúc chung c ủa hệ truyền động điện.18 1.2.2Phân loại hệ thống truyền động điện.19 a)Theo đặc điểm của động cơ điện:19 b)Theo tính năng đi ều chỉnh:20 c)Theo thiết bị biến đổi20 d)Một số cách phân loại khác20 1.2.3Đặc tính cơ của truyền động điện.20 a)Đặc tính cơ của máy sản suất.20 b)Đặc tính cơ của động cơ điện.21 1.2.4Sự phù h ợp giữa đặc tính cơ của động cơ điện và đặc tính cơ của máy sản xuất.22 CHƯƠNG 2CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG – TÍNH CH ỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ VÀ MẠCH LỰC24 2.1Hệ truyền động cơ điện xoay chiều.24 2.1.1Điều chỉnh điện áp cấp cho động cơ dùng bộ biến đổi Thiristor24 2.1.2Điều chỉnh xung điện trở mạch rotor25 2.1.3Điều chỉnh công su ất trượt.25 2.1.4Điều chỉnh tần số nguồn cung cấp cho động cơ bằng các bộ biến đổi tần số.26 2.2Tính ch ọn công suất động cơ truyền động27 2.2.1Xác định phụ tải tĩnh27 2.2.2Sơ đồ thay thế của động cơ.29 2.2.3Sơ đồ nguyên lý biến tần nguồn áp30 2.3Tính ch ọn các van mạch động lực và mạch lọc.31 2.3.1Tính ch ọn van chỉnh lưu31 2.3.2Tính ch ọn van nghịch lưu31 2.3.3Tính ch ọn mạch lọc.32 2.3.4Đo lường tốc độ và dòng điện.32 a.Máy phát tốc một chiều.32 b.Máy đo dòng điện.33 CHƯƠNG 3ĐỘNG CƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA VÀ MÔ HNÌ H TOÁ N H ỌC CỦA NÓ 35 3.1Tổng quan về động cơ điện xoay chiều không đồng bộ ba pha35 3.1.1Cấu tạo động cơ không đồng bộ ba pha35 3.1.2Nguyên lý hoạt động36 3.1.3Đặc tính cơ của động cơ điện không đồng bộ ba pha37 3.2Các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ38 3.2.1Điều khiển điện áp stator38 3.2.2Điều khiển điện trở roto38 3.2.3Điều chỉnh công su ất trượt.39 3.2.4Điều chỉnh tần số nguồn cấp stator39 3.2.5Điều khiển trực tiếp momen40 3.3Mô t ả toán học động cơ điện xoay chiều không đồng bộ ba pha41 3.3.1Phép biến đổi tuyến tính không gian vector42 3.3.2Hệ phương trình cơ bản của động cơ trong không gian vector45 a)Phương trình trạng thái tính trên hệ toạ độ cố định 46 b)Phương trình trạng thái trên hệ toạ độ tựa theo từ thông roto r dq50 CHƯƠNG 4TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN.54 4.1Tổng quan về nguyên t ắc điều khiển tựa theo từ thông rotor54 4.2Cấu trúc hệ thống điều khiển theo nguyên tắc tựa theo từ thông rotor54 4.2.1Điều khiển vectơ gián tiếp56 4.2.2Điều khiển vectơ trực tiếp theo từ thông r ôto57 4.3Mô hình các kh ối trong hệ thố ng:59 4.3.1Đổi toạ độ abc sang dq59 4.3.2Đổi hệ toạ độ dq sang αβ59 4.3.3Mô hình t ừ thông60 CHƯƠNG 5MÔ PHỎNGVÀĐÁNHGIÁHỆ THỐNGVỚIMATLAB- SIMULINK61

Đồ án Tổng hợp hệ thống truyền động điện GVHD: Giáp Quang Huy TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN ĐỒ ÁN MÔN HỌC TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Đề tài Thiết kế hệ thống truyền động điện điều khiển tốc độ cho thang máy sử dụng động không đồng pha GVHD SVTH MSSV Lớp Nhóm : TS Giáp Quang Huy : Lê Cơng Tuấn Anh : 105150229 : 15TDH1 : 15.Nh32B Đà Nẵng, tháng 11 năm 2018 SVTH: Lê Công Tuấn Anh Đồ án Tổng hợp hệ thống truyền động điện GVHD: Giáp Quang Huy Để trống để chèn tờ đề tài SVTH: Lê Công Tuấn Anh Đồ án Tổng hợp hệ thống truyền động điện CHƯƠNG ĐỘNG GVHD: Giáp Quang Huy GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ, XÂY DỰNG PHƯƠNG ÁN TRUYỀN 1.1 Quy trình cơng nghệ u cầu cơng nghệ thang máy .8 1.1.1 Lịch sử thang máy 1.1.2 Tổng quan thang máy 10 1.1.3 Trang thiết bị thang máy 11 a) Thiết bị lắp buồng thang máy 12 b) Thiết bị lắp giếng thang máy 12 c) Thiết bị lắp đặt hố giếng thang máy 13 1.1.4 Các thiết bị chuyên dùng thang máy 13 a) Phanh hãm điện từ: 13 b) Phanh bảo hiểm ( phanh dù): 13 c) Cảm biến vị trí 14 1.1.5 Đặc tính thơng số thang máy 14 1.1.6 Tính chọn công suất động truyền động cho thang máy 15 1.1.7 Ảnh hưởng tốc độ, gia tốc độ giật hệ truyền động thang máy 15 1.1.8 Dừng xác buồng thang 16 1.1.9 Các hệ truyền động dùng thang máy 17 1.2 Cấu trúc phân lo ại hệ thống truyền động 18 1.2.1 Cấu trúc chung hệ truyền động điện 18 1.2.2 Phân loại hệ thống truyền động điện 19 a) Theo đặc điểm động điện: 19 b) Theo tính điều chỉnh: 20 c) Theo thiết bị biến đổi: 20 d) Một số cách phân loại khác: 20 1.2.3 Đặc tính truyền động điện 20 a) Đặc tính máy sản suất 20 b) Đặc tính động điện 21 SVTH: Lê Công Tuấn Anh Đồ án Tổng hợp hệ thống truyền động điện 1.2.4 xuất GVHD: Giáp Quang Huy Sự phù hợp đặc tính động điện đặc tính máy sản 22 CHƯƠNG CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG – TÍNH CHỌN CƠNG SUẤT ĐỘNG CƠ VÀ MẠCH LỰC 24 2.1 Hệ truyền động điện xoay chiều 24 2.1.1 Điều chỉnh điện áp cấp cho động dùng biến đổi Thiristor 24 2.1.2 Điều chỉnh xung điện trở mạch rotor 25 2.1.3 Điều chỉnh công suất trượt 25 2.1.4 số Điều chỉnh tần số nguồn cung cấp cho động biến đổi tần 26 2.2 Tính chọn cơng suất động truyền động 27 2.2.1 Xác định phụ tải tĩnh 27 2.2.2 Sơ đồ thay động 29 2.2.3 Sơ đồ nguyên lý biến tần nguồn áp 30 2.3 Tính chọn van mạch động lực mạch lọc 31 2.3.1 Tính chọn van chỉnh lưu 31 2.3.2 Tính chọn van nghịch lưu 31 2.3.3 Tính chọn mạch lọc 32 2.3.4 Đo lường tốc độ dòng điện 32 a Máy phát tốc chiều 32 b Máy đo dòng điện 33 CHƯƠNG ĐỘNG CƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU KHƠNG ĐỒNG BỘ BA PHA VÀ MƠ HÌ NH TỐ N HỌC CỦA NÓ 35 3.1 Tổng quan động điện xoay chiều không đồng ba pha 35 3.1.1 Cấu tạo động không đồng ba pha 35 3.1.2 Nguyên lý hoạt động 36 3.1.3 Đặc tính động điện khơng đồng ba pha 37 3.2 Các phương pháp điều khiển tốc độ động không đồng 38 3.2.1 Điều khiển điện áp stator 38 3.2.2 Điều khiển điện trở roto 38 3.2.3 Điều chỉnh công suất trượt 39 3.2.4 Điều chỉnh tần số nguồn cấp stator 39 SVTH: Lê Công Tuấn Anh Đồ án Tổng hợp hệ thống truyền động điện 3.2.5 GVHD: Giáp Quang Huy Điều khiển trực tiếp momen 40 3.3 Mơ tả tốn học động điện xoay chiều không đồng ba pha 41 3.3.1 Phép biến đổi tuyến tính khơng gian vector 42 3.3.2 Hệ phương trình động khơng gian vector 45 a) Phương trình trạng thái tính hệ toạ độ cố định  46 b) Phương trình trạng thái hệ toạ độ tựa theo từ thông roto r dq 50 CHƯƠNG TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 54 4.1 Tổng quan nguyên tắc điều khiển tựa theo từ thông rotor 54 4.2 Cấu trúc hệ thống điều khiển theo nguyên tắc tựa theo từ thông rotor 54 4.2.1 Điều khiển vectơ gián tiếp 56 4.2.2 Điều khiển vectơ trực từ thông rôto 57 4.3 Mơ hình khối hệ thống: 59 4.3.1 Đổi toạ độ abc sang dq 59 4.3.2 Đổi hệ toạ độ dq sang αβ 59 4.3.3 Mơ hình từ thơng 60 CHƯƠNG SIMULINK MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG VỚI MATLAB61 SVTH: Lê Công Tuấn Anh Đồ án Tổng hợp hệ thống truyền động điện GVHD: Giáp Quang Huy LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, động điện sử dụng rộng rãi lĩnh vực đời sống xã hội, đặc biệt ngành công nghiệp sản xuất đạivà nhiều lỉnh vực đời sống thiếu động điện,vì loại động điện chế tạo ngày hoàn thiện hơn, động điện khơng đồng pha chiếm tỉ lệ lớn ngành công nghiệp động khơng đồng pha có nhiều ưu điểm việc khởi động dể dàng, giá thành rẻ, vận hành êm, kích thước nhỏ gọn, làm việc chắn, đặc tính làm việc tố, bảo quản đơn giản, chi phí vận hành bảo trìthấp Tuy có nhược điểm đặc tính phi tuyến mạnh nên trước đây, với phương pháp điều khiển đơn giản, loại động phải nhường chỗ cho động điện chiều không ứng dụng nhiều Tuy nhiên với phát triển mạnh ngành khoa học kỉ thuật ngày ngành kỉ thuật vi xử lý, điện tử công suất cộng lý thuyết điều khiển, truyền động việc ứng dụng động khơng đồng pha ứng dụng rộng rải hệ thống truyền động điều chỉnh tốc độ máy sản xuất, thay dần động chiều Với Đồ án Tổng hợp hệ thống truyền động điện đề tài: “Thiết kế hệ thống truyền động điện điều khiển tốc độ cho thang máy sử dụng động không đồng pha” giúp chúng em hiểu rõ động xoay chiều không đồng pha, ứng dụng thực tế đời sống Với đề tài này, giúp em thấy cần thiết đông điện sống tại, phương pháp lựa chọn động cơ, tính tốn tải … nhằm xây dựng hệ thống điều khiển đảm bảo tính tin cậy, xác, đảm bảo vấn đề kinh tế, kỹ thuật Với đề tài báo cáo em gồm phần sau: Giới thiệu cơng nghệ ( Thang máy) xây dựng phương án truyền động Mơ hình hóa hệ thống truyền động điện Động điện mơ hình tốn học Tổng hợp hệ thống truyền động điện Mô đánh giá hệ thống với Matlab - Simulink Do kiến thức có hạn chưa có kinh nghiệm thực tế nên đồ án em khơng tránh khỏi thiếu sót, kính mong thầy giáo xem xét góp ý để em hồn thiện đồ án Em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô ! SVTH: Lê Công Tuấn Anh Đồ án Tổng hợp hệ thống truyền động điện GVHD: Giáp Quang Huy LỜI CẢM ƠN Đầu tiên em xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy cô giáo Khoa Điện, môn Tự động hóa đặc biệt thầy Giáp Quang Huy – giảng viên mơn Tự động hóa – Khoa Điện – Đại học Bách Khoa – Đại học Đà Nẵng, người trực tiếp giảng dạy cho chúng em kiến thức để hồn thành đồ án mơn học Ngoài em xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy cô khác Khoa Điện, Khoa Sư phạm kỹ thuật – Trường Đại học Bách Khoa, bạn Khoa, Trường giúp em hồn thành đồ án mơn học Là kỹ sư điện tương lai chúng em hiểu rõ tầm quan trọng động q trình sản xt đặc biệt cơng nghiệp, động xoay chiều khơng đồng pha chiếm tỷ trọng lớn tầm quan trọng việc điều khiển động Rất mong tiếp tục nhận giúp đỡ từ quý thầy cô Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo! Đà Nẵng, Ngày tháng 11 năm 2018 Sinh viên thực LÊ CƠNG TUẤN ANH SVTH: Lê Cơng Tuấn Anh Đồ án Tổng hợp hệ thống truyền động điện CHƯƠNG GVHD: Giáp Quang Huy GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ, XÂY DỰNG PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG 1.1 Quy trình cơng nghệ yêu cầu công nghệ thang máy 1.1.1 Lịch sử thang máy Trong thời gian vừa qua, với tăng trưởng không ngừng kinh tế quốc dân phát triển trung tâm đô thị lớn kéo theo nhu cầu thị hóa cao Các khu thị mới, chung cư, văn phòng, cao ốc… xây dựng ngày nhiều Nhu cầu phương tiện đảm bảo an toàn, hiệu vận chuyển người hàng hóa cần thiết Thang máy buổi sơ khai Những thang tời nâng thời thô sơ sử dụng kỷ thứ trước Công nghuyên Khi đó, yêu cầu việc xây dựng pháo đài, tòa tháp, cơng trình kiến trúc mà cần có phương tiện để vận chuyển nguyên vật liệu lên cao Thang máy thời hoạt động nhờ vào sức người súc vật: Vật nặng cần nâng buộc vào sợi dây vắt qua ròng rọc, đầu dây có người súc vật kéo căng sợi dây làm cho vật nặng di chuyển lên cao Tuy nhiên, cách làm phù hợp với cơng Hình 1.1 Thang nâng dùng sức người trình có độ cao thấp vật nặng có khối lượng khơng q lớn Ngồi ra, bắt gặp cấu quấn dây tang quay trục quay, biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến lên Thang máy Thang máy chế tạo thời vua Louis XV, Versailles năm 1743 vua dùng Thang máy xây dựng trời, sân nhà nhà vua từ phòng ông lầu lên lầu để gặp người yêu bà De Chateauroux Kỹ thuật dựa đối trọng nên việc sử dụng đỡ tốn sức Và tiến người ta phát minh động nước Ứng dụng đưa vào thang máy để vận chuyển vật nặng mà sức người sức súc vật khơng thể thực Hình 1.2: Thang máy sử dụng đôi trọng SVTH: Lê Công Tuấn Anh Đồ án Tổng hợp hệ thống truyền động điện GVHD: Giáp Quang Huy đươc Hơi nước bốc lên nồi nhờ gia nhiệt than đá, củi, gỗ… Chính nước tạo áp lực đẩy Piston tịnh tiến Qua cấu khí, chuyển động tịnh tiến biến thành chuyển đông quay để quấn dây nhờ cabin chuyển động lên cao Hình 1.3: Bản thiết kế thang máy cổ Thang máy đại Cuối kỷ 19, với phát minh dòng điện, điện ứng dụng vào sống sản xuất Nhà phát minh người Đức Weren Von Siemens tích hợp động điện vào kỹ thuật thang máy Động điện đặt vào cabin, qua cấu bánh để ăn khớp với lắp ráp tường Sau đó, động điện sử dụng làm quay tang quấn sợi cáp Nhưng thực tê ứng dụng sử dụng cơng trình tầng SVTH: Lê Cơng Tuấn Anh Hình 1.4: Thang máy đại ngày Đồ án Tổng hợp hệ thống truyền động điện GVHD: Giáp Quang Huy Sau đó, người ta sử dụng động điện kết hợp với hộp giảm tốc sử dụng đối trọng Nhờ mà tốc độ cabin cải thiện, đồng thời có nhiều cấp tốc độ hơn, vận chuyển nhanh chóng với khối lượng tải ngày lớn tới 30 Thế kỷ 21 đánh dấu phát triển vũ bão khoa học kỹ thuật Các ứng dụng điều khiển tự động áp dụng vào thiết kế thang máy Nhờ vậy, thang máy hoạt động tối ưu Hệ thống cửa tầng, cửa cabin thiết kế đại Hệ thống đảm bảo an toàn vơ số thiết bị: khóa an tồn, phanh điện từ … thang máy trở thành phương tiện đại thiếu cao ốc, khách sạn, nhà hàng, bệnh viện… Và với khát vọng người, ngày thang máy vận chuyển hàng hóa, người cấp độ vũ trụ tới hành tinh khác 1.1.2 Tổng quan thang máy Thang máy thiết bị vận tải dùng để vận chuyển hàng hóa người theo phương thẳng đứng Hình 1.5 hình dáng tổng thể thang máy chở khách Thang máy lắp đặt nhà cao tầng, khách sạn, siêu thị, công sở, bệnh viện v.v… Phụ tải thang máy thay đổi phạm vi rộng, phụ thuộc vào lượng hành khách lại ngày đêm hướng vận chuyển hành khách Ví dụ thang máy lắp đặt nhà hành chính: Buổi sáng đầu làm việc hành khách lên nhiều, buổi chiều cuối làm việc lượng hành khách theo chiều xuống lớn Bởi thiết kế thang máy, phải tính cho phụ tải “ xung” cực đại Lưu lượng khách thang máy thời điểm cao tính thời gian phút, tính sau: 𝑄5′ = 𝐴 (𝑁−𝑎 )𝑖 100.𝑁 (1-1) Trong đó: A: Tổng số người làm việc nhà N: Số tầng nhà a: Số tầng mà người làm việc không sử dụng ( thường lấy a = 2) SVTH: Lê Cơng Tuấn Anh Hình 1.5: Hình dáng tổng thể thang máy 10 Đồ án Tổng hợp hệ thống truyền động điện GVHD: Giáp Quang Huy Đặt =1-Lm2/(LsLr) (hệ số tản từ), Ts=Ls/Rs , Tr=Lr/Rr thay lại phương trình hệ (3 – 6) : d iss Lm d rs u  Rs i  Ls  dt Lr dt s s s s Lm d rs s  i  r (  j )  Tr Tr dt (3 – 8) s s Biến đổi (3 – 8) sang dạng phần tử vector : dis 1 1 1  (  )is   r   r  u s dt Ts Tr Tr Lm Lm Ls dis dt  ( 1 1 1  )is   r   r  u s Ts Tr L m Tr Lm L s d r Lm  is   r   r dt Tr Tr d r dt  (3 – 9) Lm is   r   r Tr Tr Thay irs từ phương trình thứ phương trình (3 – 5) vào phương trình momen (3 – 1): 3 L m M   p.( sr  i sr )   p.( sr  ( sr  i ss L m ) )  p m ( sr  i ss ) (3 – 10) 2 Lr Lr Thay vector phương trình (3 – 10) phần tử tương ứng ta được: L m M  p m ( r i s   r i s ) Lr (3 – 11) Từ hệ phương trình (3 – 9) phương trình (3 – 11) ta có cơng thức mơ tả động khơng đồng hệ toạ độ , thay T theo công thức: 1 1   T Ts Tr SVTH: Lê Công Tuấn Anh 47 Đồ án Tổng hợp hệ thống truyền động điện GVHD: Giáp Quang Huy (p  1 1 )is   r   r  u s T Tr Lm Lm Ls (p  1 1 )is    r   r  u s T Lm LmTr Ls (3 – 12) (1  Tr p) r  Lm is  Tr r (1  Tr p) r  Lm is  Tr r Từ hệ (3 – 12) ta lập mơ hình điện động không đồng hệ toạ độ  sau: mC us T is Lm 1+pT Ls - 1+pTr r Ls  Tr 1- Lm 1- LmTr T Lm 1+pT is Pc pJ - 1- LmTr us 3pcLm 2Lr mM 1+pTr r Hình 3.12: Mơ hình động hệ toạ độ cố định  Đầu vào mơ hình đại lượng điện áp Do mơ hình với biến tần nguồn áp Còn sử dụng biến tần nguồn dòng (cho cơng suất truyền động lớn) phải biến đổi mơ hình thành đầu vào dòng stator is, is Hệ phương trình (3 – 9) viết lại dạng ma trận: dx s  A s x s  B s u ss dt (3 – 13) Trong đó: xs: ma trận trạng thái, xsT =[is, is , r, r ] uss: ma trận đầu vào, ussT =[us, us ] As: ma trận hệ thống Bs: ma trận đầu vào SVTH: Lê Công Tuấn Anh 48 Đồ án Tổng hợp hệ thống truyền động điện GVHD: Giáp Quang Huy  A11s A12s   , với phần tử sau: As=  s s  A21 A22    T s A 11  σ   T σ   σ σ T L s A 12   r m  -σ  -σ L ω m  A s21 Lm T r   0  A s22   T r        0        Tσ 0  Tσ    -σ  1 ω   σ Lm    σ  Tr σ  L m -   σ Tr L m  I   σ  ( I   J ) 1 L m Tr Tr   0   L m I L m  Tr Tr   -     I   J 1 Tr   Tr  B  B s   s  ; B  s   L  0 s   I ; B2s   B1s     Ls  0 0  Ls   dx s  A s x s  B s u ss ta Lập mơ hình động theo ma trận : từ (12) : dt có: dxs Uss(t) Bs dt  xs(t) As Hình 3.13: Mơ hình động dạng ma trận SVTH: Lê Cơng Tuấn Anh 49 Đồ án Tổng hợp hệ thống truyền động điện GVHD: Giáp Quang Huy Khi mô tả chi tiết phần tử ma trận: Bs As11 dis dt s Iss(t) ∫ As21 As12 dψrs dt ∫ rs(t) As22 Hình 3.14: Mơ hình chi tiết động b) Phương trình trạng thái hệ toạ độ tựa theo từ thông rotor dq Tương tự trên, chiếu hệ toạ độ phương trình từ thơng khơng đổi, có phương trình điện áp thay đổi sau:  Toạ độ từ thông rotor quay tốc độ s so với stator  Hệ toạ độ chuyển động vượt trước so với rotor tốc độ góc r = s – ω Từ ta thu hệ phương trình : _ f r d u R i   j s  rf dt f s f s s d  rf 0R i   j r  rf dt f r r f r f s (3 – 14)  rf  isf Ls  irf Lm f r   i Lm  i Lr Tìm cách loại bỏ i fr fs : f r f f i  ( r  is Lm ) Lr f s f s Lm f f   i Ls  ( r  is Lm ) Lr SVTH: Lê Công Tuấn Anh (3 – 15) 50 Đồ án Tổng hợp hệ thống truyền động điện GVHD: Giáp Quang Huy Thế trở lại phương trình thứ (3 – 14) ta phương trình : disd 1 1 1  (  )isd   s isq   rd   rq  u sd dt Ts Tr LmTr Lm Ls disq dt   s isd  ( 1 1 1  )isq   rd   rq  u sq Ts Tr Lm LmTr Ls d rd Lm  isd   rd   r rq dt Tr Tr d rq dt  (3–16) Lm isq   r rd   rq Tr Tr Biến đổi tiếp hệ (3 – 16) với điều kiện chọn trục d trùng với vector r , tức rq = 0: ( 1 1  p )isd   s isq   rd   rq  u sd T LmTr Lm  Ls ( 1  p )isq   s isd   rd  u sq T Lm  Ls (1  Tr p) rd  Lm isd r  (3 – 17) Lm isq Tr  rd Thay T theo công thức: 1 1   T Ts Tr Tương tự toạ độ  ta có phương trình momen cho toạ độ dq: L mM  pc m ( rf  isf ) Lr Thay đại lượng vector phần tử : i sf = isd+jisq sf = sd+jrq ta có: L mM  pc m  rd isq Lr SVTH: Lê Công Tuấn Anh (3 – 18) 51 Đồ án Tổng hợp hệ thống truyền động điện GVHD: Giáp Quang Huy Từ hai phương trình mơ tả momen ta vẽ sơ đồ toán học động hệ toạ độ từ thông rotor dq: us e-j s usd T isd 1+pT Ls Lm Tr mC Lm rd 1+pTr Tr Lm 3pcLm 2Lr m M Pc pJ  1- Lm  r us usq s - - : s T 1+pT isq Ls p Hình 3.15:Mơ hình động hệ toạ độ quay dq Sau này, sâu vào toán điều khiển ta sử dụng mơ hình quay dq Mơ hình động biểu diễn dạng ma trận: Hệ phương trình ( – 16 ) sau tách r = s -  viết lại dạng mơ hình trạng thái phi tuyến sau: dxf  A f x f  B f u sf  N x f  s dt (3 – 19) Trong đó: xf = [isd, isq, rd, rq] T ufs = [usd, usq] T   T     Af   L  m  Tr     T Lm Tr 1 LmTr 1   Lm  Tr  1   Lm     L 1   s LmTr  f  ;B            Tr    0   1  ;N   L s  0   0   0 0 0 1   0 0 Hình minh hoạ cho mơ hình (3 – 19) cho thấy đầu vào stator động gồm thành phần vector điện áp us tần số nguồn s Như so với mơ hình hệ toạ độ tĩnh mơ hình hệ toạ độ quay cần thêm tốc độ quay hệ tọa độ Điều có SVTH: Lê Cơng Tuấn Anh 52 Đồ án Tổng hợp hệ thống truyền động điện GVHD: Giáp Quang Huy thể hiểu vector us dq gồm hai thành phần chiều usd, usq , toạ độ tĩnh tần số s chứa hai thành phần xoay chiều us us N s xf(t) Bf  ufs(t) Af Hình 3.16: Mơ hình ĐCKĐB toạ độ dq theo dạng vector SVTH: Lê Công Tuấn Anh 53 Đồ án Tổng hợp hệ thống truyền động điện CHƯƠNG GVHD: Giáp Quang Huy TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 4.1 Tổng quan nguyên tắc điều khiển tựa theo từ thông rotor Moment sinh động kết tương tác dòng cuộn ứng từ thơng sinh hệ thống kích từ động Từ thơng phải giữ mức tối ưu nhằm đảm bảo sinh moment tối đa giảm tối thiểu mức độ bão hòa mạch từ Với từ thơng có giá trị khơng đổi, moment tỷ lệ với dòng phần ứng Động điện tương tự nguồn moment điều khiển Yêu cầu điều khiển xác giá trị moment tức thời động đặt hệ truyền động có đặc tính truyền động cao sử dụng phương pháp điều khiển vị trítrục roto Việc điều khiển moment xác lập mở rộng cho độ thực hệ thống điều khiển vecto dựa theo nguyên lý định hướng từ trường Việc điều khiển động theo nguyên lý định hướng từ trường có nhiều phương pháp khác như: Định hướng từ thông roto , định hướng từ thông stator , định hướng từ thông khe hở khơng khí Trong việc điều khiển tựa theo từ thông roto đơn giản sử dụng rộng rãi Nguyên lý điều khiển tựa theo từ thông rotor dựa phương pháp phân tách phi tuyến sử dụng điều khiển hệ thống phi tuyến Bản chất phương pháp điều khiển biến chọn cho chúng Như mơ hình tốn học trở nên đơn giản loại bỏ số nhánh mơ hình tổng qt 4.2 Cấu trúc hệ thống điều khiển theo nguyên tắc tựa theo từ thông rotor Trước ta đề cập đến vấn đề điều khiển động không đồng theo công thức (3 – 18) : mM  K m rd isq để điều khiển xác tương tự động chiều (điều khiển độc lập thành phần kích từ r thành phần dòng phần ứng is) Như hệ điều khiển tương tự hệ điều khiển động chiều ikt * * R Rikt i ư* Riư Hình 4.1: Mơ hình điều khển động chiều Ta xây dựng hệ điều khiển tương tự cho động không đồng toạ độ dq Như động phải biểu diễn dq, lượng đặt  isd : SVTH: Lê Công Tuấn Anh 54 Đồ án Tổng hợp hệ thống truyền động điện Isd* * GVHD: Giáp Quang Huy Nhánh kích từ Risd Isq* R Risq Nhánh mơmen Hình 4.2: Tư tưởng điều khiển ĐCKĐB Nhưng hệ thống thực, nguồn cung cấp cho động ba pha abc đại lượng dòng phản hồi đo toạ độ abc, hai hệ toạ độ phải có chuyển đổi toạ độ, cụ thể từ điều chỉnh lượng đặt để thành tín hiệu đưa vào biến tần ni động phải có chuyển đổi dq/abc từ đại lượng dòng đo đem phản hồi có chuyển đổi ngược từ abc/dq Vấn đề nảy sinh chuyển đổi hai toạ độ cần phải có góc lệch chúng (s) Từ có hai giải pháp:  Lấy s cách tích phân tốc độ quay s dòng, áp stato từ thơng rotor  Vìhệ toạ độ quay dq có trục thực gắn với r nên góc s xác định cách tính góc r hệ toạ độ  Từ phân tích ta có hệ thống điều khiển hình vẽ: Nguồn chiều *  R Risq isq* a,b,c isq isd* isd * q usd* uas * ubs * d,q ucs * Nghịch lưu độc lập PWM Risd a,b,c ias ibs ics d,q  Hình 4.3: Sơ đồ hệ thống điều chỉnh dòng điện tốc độ động dq SVTH: Lê Công Tuấn Anh 55 Đồ án Tổng hợp hệ thống truyền động điện GVHD: Giáp Quang Huy Góc s dùng để chuyển toạ độ từ tĩnh sang quay theo chiều thuận ngược (dq dq  ) s tính trực tiếp s = arctg(r) gián tiếp : s = s.t + 0 Tuỳ theo cách xác định góc quay từ trường s mà ta có hai phương pháp điều khiển vector: Phương pháp điều khiển trực tiếp phương pháp điều khiển gián tiếp: 4.2.1 Điều khiển vectơ gián tiếp d a +1() r r s =s.t +j() r c b q Hình 4.4: Đồ thị góc pha phương pháp điều khiển vectơ gián tiếp Ở phương pháp , góc s tính tốn dựa vào đại lượng đầu cực động từ tính phần tử quay cos, sin Theo đồ thị trên, góc pha tính sau: s =sdt + o s: tốc độ quay vectơ dòng điện stato, từ thông rôto tốc độ quay hệ trục toạ độ dq Từ phương trình cân điện áp rôto (3 – 14) : d rsf  Rr irf   j r rf dt Xét hai trục d q tương ứng ta được: d rd  Rr ird    r rq dt  Rr irq  d rq dt   r rd (4 – 1) Từ công thức r = Lrir + Lmis ta suy : SVTH: Lê Công Tuấn Anh 56 Đồ án Tổng hợp hệ thống truyền động điện ird  irq  GVHD: Giáp Quang Huy  rd  Lm i sd Lm  rq  Lm i sq Lm (4 – 2) Thay (4 – 2) vào (4 – 1) được: d rd Rr L   rd  m Rr I sd   r rq  dt Lr d rq dt  Lr L Rr  rq  m Rr I sq   r dq  Lr Lr (4 – 3) Vì hệ toạ độ dq gắn vào vector từ thông rotor điều kiện sau giả sử đảm bảo: d rq  rq  0  rd dt   r  const Thay điều kiện vào (4 – 3) biến đổi được: r  Tr Lm i sq Tr r d r   r  Lm i sd dt (4 – 4) Khi tính r ta có cơng thức tính góc quay s dựa vào isd, isq tốc độ : isd Lm Trp+1 isq Lm Tr r r : + + s p  Hình 4.5: Sơ đồ tính tốn góc quay từ trường theo phương pháp gián tiếp 4.2.2 Điều khiển vectơ trực từ thơng rơto Phương pháp xác định trực tiếp góc quay từ trường s từ từ thông rotor r từ thông khe hở 0 hai trục hệ toạ độ vng góc: r xác định cảm biến từ thơng Hall tính tốn SVTH: Lê Công Tuấn Anh 57 Đồ án Tổng hợp hệ thống truyền động điện GVHD: Giáp Quang Huy Việc dùng cảm biến thường tín hiệu thu dễ bị nhiễu trình động làm việc nên ta xác định r tính tốn: a Tính tốn từ thơng theo mơ hình quan sát Mơ hình quan sát từ thơng đủ bậc tính tốn dòng stato từ thơng rơto xây dựng theo phương trình sau: ^ ^ ^ X  A X  B.u s  G (i s  i s ) ^ d  i s   A11   ^ dt    A21  r ^ A12   i s   B1   G1  ^    u  s G  (i s  i s ) A22  ^     2  r Hay viết cách khác: ^ ^ ^ ^ i s  A11 i s  A12 r  B1u s  G1 (i s  i s ) ^ ^ ^ ^  r  A21 is  A22  r  G2 (i s  is ) us is Động G1 B1 p - is is + G2 A11 A12 p A21 r A22 Mơ hình dòng điện Mơ hình từ thơng Hình 4.6: Tính tốn ψr theo mơ hình quan sát Sau có r , r ta tính góc quay từ trường công thức:  r  cos  s  r ; sin  s  r r SVTH: Lê Công Tuấn Anh 58 Đồ án Tổng hợp hệ thống truyền động điện GVHD: Giáp Quang Huy Từ ta có mơ hình tồn hệ thống điều khiển trực tiếp sau: Dc link Const Current Controller + - tA u*sd i*sd Current Controller + - dq u*sα u*sq αβ isd dq isq αβ isq + - PWM αβ iA iB iC C ˜ isd ψr ωđặt u*sβ tB tC Current i*sq + Controller - isα isβ abc Current Controller ĐC ω ψr Mơ hình từ thơng isd isq ω Encoder Hình 4.7: Mơ hình điều khiển vectơ kiểu trực tiếp lấy ψs từ quan sát Sơ đồ dạng vector gồm hai nhánh song song: Một động thực tế mơ hình quan sát động lấy thơng số dòng điện, điện áp stator, sau tính tốn vector dòng điện stator mẫu is đem so với dòng stato thực tế từ tính vector từ thơng r 4.3 Mơ hình khối hệ thống: 4.3.1 Đổi toạ độ abc sang dq Hình 4.8: Sơ đồ khối đổi hệ toạ độ abc sang dq 4.3.2 Đổi hệ toạ độ dq sang αβ Hình 4.9: Sơ đồ khối đổi toạ độ dq sang αβ SVTH: Lê Công Tuấn Anh 59 Đồ án Tổng hợp hệ thống truyền động điện GVHD: Giáp Quang Huy 4.3.3 Mô hình từ thơng Hình 4.10: Sơ đồ khối Mơ hình từ thông SVTH: Lê Công Tuấn Anh 60 Đồ án Tổng hợp hệ thống truyền động điện CHƯƠNG GVHD: Giáp Quang Huy MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG VỚI MATLAB-SIMULINK SVTH: Lê Công Tuấn Anh 61 .. .Đồ án Tổng hợp hệ thống truyền động điện GVHD: Giáp Quang Huy Để trống để chèn tờ đề tài SVTH: Lê Công Tuấn Anh Đồ án Tổng hợp hệ thống truyền động điện CHƯƠNG ĐỘNG GVHD: Giáp... điều khiển, truyền động việc ứng dụng động không đồng pha ứng dụng rộng rải hệ thống truyền động điều chỉnh tốc độ máy sản xuất, thay dần động chiều Với Đồ án Tổng hợp hệ thống truyền động điện... nghệ ( Thang máy) xây dựng phương án truyền động Mơ hình hóa hệ thống truyền động điện Động điện mơ hình tốn học Tổng hợp hệ thống truyền động điện Mô đánh giá hệ thống với Matlab - Simulink Do