mô phỏng động cơ điện đồng bộ 3 pha kích thích vĩnh cửu có thông số:Pđm= 2200 W_Uđm= 380 V_Số cặp cực Pc= 2_Tốc độ nđm= 1430 vòngphút_Điện trở stator Rr= 0,877 Ω_Điện trở rotor Rr= 1,47 Ω_Điện cảm tương hỗ Lm= 0,001608 H_Mômen quản tính J= 0,015 Kgm2_Điện cảm dò phía stator Lσs= 0,004342 H_Điện cảm dò phía sator Lσr= 0,004342 H
Mục lục Chương 1: Tổng quan máy điện đồng bộ……………………………………2 1.1 Cấu tạo máy điện đồng bộ……………………………………………………2 1.2 Nguyên lý làm việc máy điện đồng bộ……………………………………4 1.3 Máy điện đồng kích thích vĩnh cửu (PMSM)………………………….…5 Chương 2: Xây dựng mơ hình máy điện đồng kích thích vĩnh cửu… …….8 2.1 Khái quát chung phương trình hệ toạ độ αβ……… … 2.2 Biến đổi hệ toạ độ phương trình tốn MĐĐB hệ toạ độ dq… 10 Chương Mơ đặc tính máy điện đồng kích thích vĩnh cửu dùng simulink…………………………………………………………………….13 3.1 Lựa chọn thông số cho mô dùng simulink………………………15 3.2 Mô đáp ứng cụ thể máy điện đồng kích thích vĩnh cửu….16 3.3 Nhận xét kết thu được…………………………………………….….20 Kết luận Tài liệu kham khảo [1] Chương Tổng quan máy điện đồng 1.1 Cấu tạo máy điện đồng Máy điện đồng gồm hai phận stator rotor 1.1.1 Startor Tương tự động không đồng bộ, stator gồm có lõi thép dây quấn Dây quấn stator gọi dây quấn phần ứng Lõi thép làm vật liệu sắt từ tốt, nghĩa có từ trở nhỏ điện trở suất lớn Loại vận tốc chậm có chiều dài dọc trục ngắn; loại vận tốc nhanh chiều dài dọc trục lớn qấp đường kính nhiều lần Ngồi ra, stator có hệ thống làm mát (nước ,khí hydro) 1.1.2 Rotor Rotor máy điện đòng có cực từ dây quấn kích từ dùng để tạo từ trường cho máy (đối với máy nhỏ rotor nam châm vĩnh cửu) Có hai dạng rotor : rotor cực lồi rotor cực ẩn 1.1.2.1 Rotor cực lồi Dạng mặt cực thiết kế cho khe hở khơng khí khơng đều, mục đích từ cảm khe hở khơng khí có phân bố hình sin sức điện động cảm ứng dây quấn có hình sin Loại rotor cực lồi dùng máy phát kéo tua bin có vận tốc chậm( tuabin thuỷ điện) Đường kính D rotor cực lồi lớn tới 15m chiều dài l lại nhỏ, với tỷ lệ l/D = 0,15→0,2 Rotor máy điện đồng cực lồi cơng suất nhỏ trung bình có lõi thép chế tạo thép đúc gia công thành khối lăng trụ khối trụ mặt có đặt cực từ Ở máy lớn, lõi thép hình thành thép dày 1→ mm dập đúc định hình sẵn để ghép thành khối lăng trụ Hình 1.1- Cực từ rotor máy điện đồng cực lồi [2] Dây quấn kích từ chế tạo từ dây đồng trần, tiết diện chữ nhật quấn theo chiều mỏng thành cuộn dây Cách diện vòng dây lớp mica amiăng Dây quấn cảm ứng (trường hợp máy phát đồng bộ) dây quấn mở máy ( trường hợp động đồng bộ) đặt đầu cực Các dây quấn nà giống dây quấn kiểu lồng sóc máy điện không đồng bộ, nghĩa làm đồng đặt vào rãnh đầu cực nối hai vòng ngắn mạch Trục máy cực lồi đặt nằm ngang động đồng bộ, máy bù đồng bộ, máy phát điện diesel máy phát tuabin nước công suất nhỏ tốc độ quay tương đối lớn (khoảng 200 vòng/phút) Ở trường hợp máy phát tuabin nước công suất lớn ,tốc độ chậm, trục máy đặt thẳng đứng theo hai kiểu: kiếu treo kiểu dù 1.1.2.2 Rotor cực ẩn Rotor máy điện đồng cực ẩn làm thép hợp kim chất lượng cao, rèn thành khối hình trụ, sau gia cơng phay rãnh để đặt dây quấn kích từ Phần khơng phay hình thành mặt cực từ Máy điện đồng cực ẩn thường chế tạo với số cực 2p = 2, tốc độ quay rotor 3000 vòng/phút, để hạn chế lực ly tâm, đường kính D rotor khơng vượt 1,1→1,5m Để tăng công suất máy, tăng chiều dài rotor Chiều dài tối đa rotor vào khoảng 6,5m 1.2 Nguyên lý làm việc máy điện đồng 1.2.1 Máy phát đồng Khi cho dòng điện kích từ (dòng điện khơng đổi) vào dây quấn kích từ tạo nên từ trường roto Khi quay rotor động sơ cấp, từ trường rotor cắt dây quấn phần ứng stator cảm ứng sức điện động xoay chiều hình sin, có trị hiệu dụng: E0 = 4,44.f.W1.kdq.Ø0 (V) E0 : sức điện động pha W1 : số vòng dây pha dây quấn phần ứng Kdq : hệ số dây quấn Ø0 : từ thông cực từ rotor [3] Hình 1.2- Nguyên lý làm việc máy phát đồng Nếu rotor có p đơi cực, rotor quay n vòng/phút , tần số sức điện động sinh cuộn dây ax, by, cz la : f = n.p/60 (Hz) Dây quấn pha stator có trục lệch khơng gian góc 120 Khi dây quấn sator nối với tải, dây quấn có dòng điện pha giống máy điện khơng đồng bộ, dòng điện pha dây quấn tạo nên từ trường quay với tốc độ đồng n1 = 60f / p tốc động n rotor 1.2.2 Nguyên lý làm việc động đồng Vì dây quấn stator động đồng giống động không đồng nên cung cấp cho stator hệ thống dòng điện pha cân bằng, ta từ trường quay 2p cực quay với tốc độ đồng n1 = 60f / p (vòng/phút) Khi cho dòng chiều vào dây quấn rotor, rotor biến thành nam châm điện [4] Hình 1.3- Sự tạo thành mômen quay động đồng Nếu rotor đứng yên cực S rotor bị cực N stator kéo theo có khuynh hướng quay theo chiều quay từ trường sator Nhưng quán tính cực N stator quét nhanh quá, kết rotor không quay Tuy nhiên ta có biện pháp rotor quay trước với vận tốc đồng cực rotor bị khoá chặt vào cực sator trái dấu Lúc không tải ,trục chúng trùng (θ = 0) Lúc có tải, trục rotor chậm sau trục từ trường stator góc θ lớn, hai quay với vận tốc đồng bô 1.3 Máy điện đồng kích thích vĩnh cửu (PMSM) 1.3.1 Cấu tạo Máy điện đồng kích thích vĩnh cửu cấu tạo giống máy điện đồng thông thường, nhiên máy điện đồng kích thích vĩnh cửu rotor bao gồm phiến nam châm nghép lại với nhau, từ ta có từ trường rotor từ trường không đổi 1.3.2 Nguyên lý làm việc PMSM làm việc dựa tương tác từ trường quay cuộn stator từ trường nam tram vĩnh cửu đặt rotor tạo nên Khi số đôi cực từ trường stator rotor nhau, vận tốc quay từ trường nhau(chế độ [5] đồng bộ), xuất lực kéo điện từ cực từ của stator rotor hình thành momen điện từ Hình 1.4- Mơ hình động đồng pha với rotor có cấu trúc cực lồi [6] Hình 1.5- Mơ hình động đồng pha với rotor có cấu trcú cực ẩn Sự khác ĐCKĐB ĐCĐB khác phương thức sản sinh từ thông rotor Từ thơng rotor ĐCKĐB tạo nên dòng kích từ isd, thành phần dòng stator, tù thông rotor ĐCĐB tạo lên cuộn kích từ biệt lập với cuộn dây stator, phiến nam trâm vĩnh cửu bố trí đặn trện bề mặt rotor, lý dòng điện stator chứa dòng điện tạo momen quay i sd khơng dòng kích từ ĐCĐB sử dụng cuộn kích từ biệt lập có cấu trúc học hình 1.1 (còn gọi động đồng cực lồi) , loại kích thích nam tram vĩnh cửu hình 1.2 ( gọi ĐCĐB cực tròng hay ẩn) [7] Chương Xây dựng mơ hình máy điện đồng kích thích vĩnh cửu 2.1 Khái quát chung phương trình hệ toạ độ α,β 2.1- Mơ hình đơn giản động đồng ba pha với rotor có cấu trúc cực ẩn Phương trình điện áp stator ĐCĐB tương tự động KĐB, ta có: uss =Rsiss + (2.1a) Pt (2.1a) chuyển sang quan sát hệ toạ độ dq - có trục thực d trùng với trục từ thông rotor vĩnh cửu – có dang sau: ufs = Rsifs + +jωsψfs (2.1b) [8] Vector từ thông rotor ψfp (chỉ số p: viết tắt Pol , nghĩa cực) có thành phần thực ψp, trục thực d qua trục vector ψfp Ψfp = ψp (2.1c) f Vector từ thơng stator ψ s gồm có thành phần, thành phần dòng stator tự cảm cuộn dây stator thành phần ψfp cảm ứng sang Ψfs = Lsifs + ψfp (2.1d) Hệ phương trình mơ tả đầy đủ bao gồm hai phương trình sau _Phương trình mơmen mM = pc (ψs x is) (2.1e) _Phương trình chuyển động mM = mT + (2.1f ) Ta có số ý chuyển sang mục sau: _Do tồn hưỡng xác định từ thông rotor nên ĐCĐB ta sử dụng phương pháp mơ tả tốn học thu sở quan sát từ hệ toạ độ dq Điều thể số “f” viết nhỏ phía bên tay phải đại lượng mơ tả _Khác với ĐCKĐB, ĐCĐB ω s phương trình 2.1b ω phương trình 2.1f Nhờ phương pháp T 4R, đặc điểm đồng tốc độ góc ωs vector điện tốc độ góc học ω rotor ln bảo đảm chế độ làm việc động Đây điểm khác so với truyền động cổ điển.Trong truyền động đồng cổ điển, tích đồng đạt sau trình khởi động nhờ cuộn dây khởi động _Trong ĐCKĐB, điện cảm stator Ls không đổi kết cấu tròn rotor, khoảng cách khe từ rotor stator coi cố định.Điều khơng thỏa mãn ĐCĐB Quan sát loại cực lồi ta thấy khe từ rotor stator đỉnh cực (vị trí trục d) bé nhiều so với khe vị trí trục q Điều dẫn đến trị số điện cảm stator khác với vị trí khác rotor Lsd điện cảm stator đo đỉnh cực (vị trí trục d) Lsq điện cảm stator đo ngang cực (vị trí trục q) Ngay loại cực ẩn vậy, phiến nam trâm vĩnh cửu bố trí bề mặt rotor Do giá thành công nghệ gia cơng chi phối, nhà chế tạo bố trí lượng hữu hạn phiến, điều dẫn đến khe từ vị trí phiến (vị trí đỉnh cực ,vị trí trục d ) bé khe từ vị trí tiếp giáp hai phiến (vị trí trục q) Tuy chênh lệch loại cực ẩn không lớn loại cực lồi, kinh nghiệm thực tiễn cho thấy chất lượng truyền động nâng lên nhiều chênh lệch tính đến cách đầy đủ mơ hình Đây ưu điểm phương pháp sau Chúng ta [9] thấy rõ tương quan thực tế sau đây: L sd > Lsq ,trong chênh lệch định lượng tuỳ thuộc vào loại động cụ thể 2.2 Biến đổi hệ toạ độ phương trình tốn MĐĐB hệ toạ độ dq a Sau xét đến khác biệt điện cảm stator hai trục d q ta viết lại pt (2.1d) sau: Ψsd = isdLsd +ψp Ψsq = isqLsq (2.2a) (2.2b) Thay phương trình (2.2a) (2.2b) vào (2.1b) đồng thời viết lại (2.1b) dạng phương trìn phần tử ta thu usd = Rsisd + Lsd –ωsLsqisq usq = Rsisq + Lsq +ωsLsdisd + ωsψp (2.2c) (2.2d) Trong hai hệ phương trình (2.2ab) và(2.2cd), phần tử véctơ i s, us ψs định nghĩa trình biến đổi hệ tọa độ khơng gian Hệ pt (2.2cd) viết lại dang hệ phương trình trạng thái sau = – isd +ωs isq + usd = – ωs isd – isq + usq – ωs Trong : Tsd = Lsd /Rs Tsq = Lsq/Rs (2.2e) (2.2f) số thời gian trục d mạch stator số thời gian trục q mạch stator So sánh với phương trình ta dễ dàng nhận thấy ưu ĐCĐB so với ĐCKĐB: đặc điểm kích thích vĩnh cửu, hệ (2.2) bớt hai phương trình tử thơng rotor vector trạng thái đơn giản hai chiều so với ĐCKĐB Thay phần tử vector is, ψs vào phương trình (2.1e) ta có mơ men quay đọng mM = pc( ψsdisq – ψsqisd) (2.2g) Bằng ψsd, ψsq phương trình (2.2a) (2.2b) ta thu phương trình cuối momen quay với hai cách viết sau: mM = pc [ψpisq + isdisq(Lsd – Lsq)] =pc [( + isd)Lsdisq – Lsdisqisd] [10] (2.2h) (2.2i) Hai cách viết mM (2.2h) (2.2i) cho phép ta rút hai nhận xét sau đây: Phương trình (2.2h) rõ ràng, mômen quay ĐCĐB bao gồmhai thành phần: thành phần với tích ψ pisq thành phần phản kháng chênh lệch điện cảm stator (Lsd – Lsq # 0) gây Trong chế độ vận hành, ĐCĐB phải sản sinh thành phần mômen phụ để bù thành phần phản kháng Thành phần phản kháng tồn cách rõ ràng không bỏ qua loại cực lồi Đối với loại cực ẩn, thành phần bị bỏ qua khơng tính đến phương án điều khiển điều chỉnh kinh điển Việc bỏ qua có xuất xứ từ quan điểm cũ cho rằng: kiểu cực ẩn có kết cấu hình học tròn lý tưởng coi Lsd = Lsq Việc bỏ qua giúp làm đơn giản hoá hệ thống điều chỉnh thực tế chấp nhận dải tốc đọ quay sở ,là dải tốc độ quay bé tốc độ danh định, dải i sd = Ngược lai, dải tốc độ danh định, để thu thêm điện áp điều chỉnh ta phải giảm biên độ từ thông rotor (vĩnh cửu) cách bơm thêm vào trục d thành phần dòng i sd