Động cơ không đồng bộ là loại động cơ điện xoay chiều mà tốc độ quay của rotor khác với tốc độ quay của từ trường quay trong máy.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ TÀU BIỂN NGHÀNH : ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP ĐỒ ÁN MÔN HỌC MÔN : TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ ĐỀ BÀI : ĐỀ 36: Cho hệ truyền động động – xe Xây dựng điều khiển tốc độ xe bám theo tín hiệu đặt sử dụng động dị xoay chiều ba pha Giáo viên hướng dẫn : TRẦN TIẾN LƯƠNG Sinh viên : LÊ HỒNG ANH Msv : 39147 Nhóm : NO1 Hải phòng,năm 2013 Mục lục Chương I: Tổng quan phân tích u cầu cơng nghệ 1.1.Giới thiệu chung 1.2.Sơ lược động không đồng ba pha 1.2.3 Nguyên lý làm việc 1.3.Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động không đồng ba pha Chương 2: CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN 2.1.Cấu trúc điều khiển động khơng đồng xoay chiều pha 2.2.Mơ hình tốn động dị xoay chiều pha 2.3.Tổng hợp điều khiển CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG TRÊN SIMULINK 3.1.Mô Simulink Chương I: Tổng quan phân tích u cầu cơng nghệ 1.1.Giới thiệu chung Các hệ thống truyền động điện sử dụng rộng rãi lĩnh vực khác nhau, chúng dùng để cung cấp động lực cho phần lớn cấu sản xuất Trong kỷ XIX xuất truyền động điện động chiều động xoay chiều Trong nhiều năm kỷ XX, khoảng 80% hệ thống truyền động điện không yêu cầu điều chỉnh tốc độ dùng động xoay chiều, cịn khoảng 20% truyền động điện có u cầu cao điều chỉnh tốc độ dùng động chiều Điều giới coi quy luật phân bổ hiển nhiên Phương án điều chỉnh tốc độ động xoay chiều phát minh đưa vào ứng dụng sớm, chất lượng lại khó bề sánh kịp với hệ thống truyền động điện chiều Mãi tận tới thập kỷ 70 kỷ XX, giới bị hút vào nguy khan dầu mỏ, nước công nghiệp tiên tiến tập trung vào việc nghiên cứu hệ thống điều chỉnh tốc độ động xoay chiều hiệu suất cao, hy vọng coi đường tiết kiệm nguồn lượng Qua 10 năm cố gắng nỗ lực, đến thập kỷ 80 hướng nghiên cứu đạt thành tựu lớn, coi bước đột phá thần kỳ truyền động điện xoay chiều, từ tỷ lệ ứng dụng hệ thống điều chỉnh tốc độ động điện xoay chiều ngày tăng lên Trong ngành cơng nghiệp có trào lưu thay hệ thống điều chỉnh tốc độ động chiều hệ thống điều chỉnh tốc độ động xoay chiều 1.2.Sơ lược động không đồng ba pha 1.2.1 Định nghĩa Động không đồng loại động điện xoay chiều mà tốc độ quay rotor khác với tốc độ quay từ trường quay máy H1.1: Động khơng đồng rotor lồng sóc 1.2.2 Cấu tạo a)Phần tĩnh (Stato) Stato có cấu tạo gồm vỏ máy,lõi sắt dây quấn *Vỏ máy Vỏ máy làm nhiệm vụ bảo vệ mạch từ giữ chặt lõi thép Stator,vỏ có dạng trụ rỗng, có chân để cố định máy bệ có hai nắp máy hai đầu để đỡ trục máy bảo vệ phần đầu dây quấn.Các máy có cơng suất nhỏ vỏ làm nhơm, máy có cơng suất trung bình lớn vỏ làm gang *Lõi sắt Lõi sắt phần dẫn từ Vì từ trường qua lõi sắt từ trường quay nên để giảm tổn hao lõi sắt làm thép kỹ thuật điện ép lại Khi đường kính ngồi lõi sắt nhỏ 90 mm dùng trịn ép lại Khi đường kính ngồi lớn dùng hình rẻ quạt (hình 2) ghép lại *Dây quấn: Được quấn thành mô bin, mà cạnh mô bin đặt vào rãnh lõi thép stator b) Phần quay (roto): Gồm có : Lõi thép, trục máy dây quấn *Lõi thép: Được dập từ thép kỹ thuật điện có dạng hình trịn mặt dập thành rãnh để đặt cuộn dây, giữ dập lỗ tròn để lồng trục máy *Trục máy: làm thép tốt, lồng cứng với lõi thép.Trục đỡ hai ổ bi hai nắp máy *Dây quấn: có hai loại + Loại lồng sóc: dây quấn rotor dẫn đồng thau nhôm đặt rãnh rotor, hai đầu nối với hai vòng ngắn mạch đồng thau nhôm +Loại dây quấn: dây quấn giống dây quấn stator thường đấu hình sao.Ba đầu đưa vành trượt đồng trục máy, vành trượt cách điện với cách điện với trục máy c) Khe hở khơng khí Vì rotor khối trịn nên khe hở Khe hở máy điện không đồng nhỏ để hạn chế dịng điện từ hóa lấy từ lưới làm cho hệ số công suất máy cao *Đặc điểm -Cấu tạo đơn giản -Đấu trực tiếp với điện lưới xoay chiều pha -Tốc độ quay rô to nhỏ tốc độ quay từ trường quay stato n < n1 Trong : n : tốc độ quay rô to n1 : tốc độ quay từ trường quay 1.2.3 Nguyên lý làm việc Khi nối dây quấn stator vào lưới điện xoay chiều pha, động sinh từ trường quay Từ trường quét qua dẫn rotor làm cảm ứng dây quấn rotor sức điện động e2, từ sinh dịng điện i2 chạy dây quấn rotor Dòng điện i2 tác động tương hỗ với từ trường stator tạo lực điện từ dây dẫn rotor mômen quay làm cho rotor quay với tốc độ n theo chiều quay từ trường Tốc độ quay rotor n nhỏ tốc độ từ trường quay Stator n1.Vì tốc độ rotor khác với tốc độ từ trường quay stator nên gọi động không đồng Các đại lượng đặc trưng phương trình *Hệ số trượt : để biểu thị mức độ đồng tốc độ quay rôto n tốc độ quay từ trường quay n1 s= n1 − n n1 ≤ s ≤1 n1 = 60* f p n = n1*(1 − s) *Sức điện động E20 = 4.44* f 20 * K *W2 * Φ m Khi rôto đứng yên : E2 s = 4.44* f s * K *W2 * Φ m Khi rơto chuyển động : Trong : K2 : Hệ số dây f20 = f1 f2s = s * f1 W2: số vòng dây Φm : Từ thông *Công suất Công suất điên đưa vào : P1 = *U * I *cos ϕ Tổn hao điện từ : ∆Pdt Tổn hao sắt : ∆Pst Công suất điện từ : Pdt = M * ω1 = M * 2π * n1 60 ∆Pdt ∆Pst = P1 Tổn hao dây quân rô to : Công suất trục : ∆Pd P '2 = M * ω Pdt ∆Pd = - ∆Pms Tổn hao ma sát : Công suất đưa : P2 = P’2 - ∆Pms P1 ∆Pdt ∆Pst ∆Pd ∆Pd ∆Pms P2 = - η= Hiệu suất : P1 P2 *Các phương trình +Phương trình đặc tính điện I1 = U1 * Iµ = I 2' = Với : Rµ + + X µ2 ( R1 + R2' s ) + X nm = I µ + I 2' U1 Rµ + X µ U1 R' ( R1 + ) + X nm s X µ = X 1σ + X 2σ +Phương trình đặc tính 3* U 'f21 * R2' M= R ω1 * S * ( R1 + ) + X nm s 3* U 2f M th = 2 * ω1* ( R1 + R1 + X nm ) ' Sth = ± ε= R2' R12 + X nm = * M th * (1 + ε ) * M th ≈ S S S S + th + * ε + th Sth S Sth S R2' ≈ X nm R1 ≈0 R2' +Ảnh hưởng thông số đến đặc tính cơ: + Ảnh hưởng điện áp lưới: Khi điện áp thay đổi tốc độ khơng tải lý tưởng độ trượt tới hạn không đổi cịn mơ men tới hạn thay đổi tỉ lệ với bình phương điện áp lưới.Nếu điện áp đặt vào động giảm thấp q làm cho mơ men khởi động động giảm thấp động không khởi động + Ảnh hưởng điện trở, điện kháng mạch stato: Khi thay đổi điện trở điện kháng mạch stato tốc độ khơng tải lý tưởng khơng thay đổi cịn độ trượt tới hạn mô men tới hạn thay đổi + Ảnh hưởng số đôi cực p: Khi thay đổi số đơi cực P tốc độ khơng tải lý tưởng thay đổi cịn độ trượt tới hạn mơ men tới hạn thay đổi + Ảnh hưởng tần số Quy tắc điều chỉnh giữ cho khả tải không đổi M max ' M max M U12 = C * = const ⇒ = max ' f1 M M ' U '2 * f12 M ' M max = = 12 = const M M max U1 * f1'2 U1' f' = * U1 f1 M' M Luật điều khiển giữ cho Môment không đổi : M=const U1' f' = U1 f1 U1 = const f1 Luật điều khiển giữ cho công suất không đổi :P=const M' f' = M f1 U1' = U1 f1' f1 1.3.Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động không đồng ba pha a) Điều chỉnh cách thay đổi tần số f1 10 *Kết luận: Như vậy, việc mô tả động dị roto lồng sóc hệ trục αβ dq giúp cho có nhìn tổng qt mơ hình động quan sát hệ trục khác Đây sở cho việc xay dựng điều khiển dòn ,bộ điều khiển tốc độ Mơ hình động mơ tả hệ hệ tọa đọ tương ứng, kết cho hai hệ tọa độ nhau.Đảm bảo tính xác cuarmoo hình tốn việc chuyển đổi giũa trục quan sát với mơ hình động 2.3.Tổng hợp điều khiển Hệ phương trình (c) mơ tả động phức tạp có độ phi tuyến cao dẫn đến khó tổng hợp điều khiển cho động theo phương pháp thông thường Do trước hết ta phải tiến hành tuyến tính hóa hệ thống quanh điểm làm việc Đây phương pháp đơn giản, dễ thực đạt hiệu việc tổng hợp tham số hệ thống Trước hết, ta chuyển miền Laplace thay ψ rd = d(ψ’rd)/dt = vào hệ phương trình (c) ta dược: 29 + T σ s 1−σ T σ ÷Isd ( s ) = ω sIsq (s ) + σ ψ ′rd + σ Ls Usd ( s ) + T σ s 1− σ Isq ( s ) = −ω sIsq (s ) − ψ ′rd ω r + Usq ( s ) ÷ T σ σ σ Ls + Trs ψ ′rd ( s ) = Isd ( s ) Tr ÷ Tr Isq ( s) = (ω s − ω )ψ ′rd ( s ) Tr Với Tσ = 1 1−σ + σ Ts σ Tr 2.3.1 Tổng hợp điều khiển Risq Isq thành phần liên quan đến momen động Để đơn giản việc tổng hợp điều chỉnh dòng isq ta coi thành phần dịng isd khơng đổi Isd ( s ) = (1 + sTr ).ψ ′rd ( s ) ωs = ωr + Isq( s) Tr.ψ ′rd ( s ) (2.20) Thay (2.20) vào phương trình (2.18) ta thu thành phần dòng Isq sau: + T σ s + Tr.s 1−σ + + + Tr.s ÷+ Usq ( s ) ÷.Isq ( s) = ω r.ψ ′rd ( s ) Tr Tσ σ σ Ls (2.21) Loại bỏ tín hiệu phản hồi tốc độ, ta có hàm truyền dịng I sq áp Usq sau: Isq Tr.T σ K1 = = Usq Tr + T σ + 2Tr.T σ s σ Ls + T 1.s (2.22) 30 Với: Tr.T σ σ Ls.(Tr + T σ ) 2TrT σ T1 = Tr + T σ K1 = Như hàm truyền Usq Isq có dạng: Gisq = K1 + T 1.s (2.23) Ta có sơ đồ cấu trúc mạch vòng dòng điện sau: Bộ biến đổi nghịch lưu coi hàm truyền khâu quán tính sau: GBBĐ = Knl + Tnl.s (2.24) Sử dụng tiêu chẩn modul tối ưu để tổng hợp điều khiển Khi hàm truyền kín theo hệ thống có dạng: FMC = 1 + 2τ s + 2τ s (2.25) Khi đó, hàm truyền điều khiển tính theo cơng thức: 31 Risq = GBBD.Gisq.(1 + τ s).2.τ s Risq = Knl K1 (1 + τ s ).2.τ s + Tnl.s + T1.s Chọn Risq = τ = Tnl ta thu điều khiển dòng Isq sau: + T 1.s 2.Tnl.Knl.K 1.s = T1 1 + ÷ 2.Tnl.Knl.K1 T 1.s (2.26) Mô phỏng: Kết mô 32 2.3.2 Tổng hợp điều khiển Risd Từ hệ phương trình (2.18) ta có phương trình viết cho dịng Isd sau: (1 + T σ s ).σ T σ (1 + Tr.s) + T σ (1 − σ ) Usd ( s) ÷ Isd ( s) = σ T σ Tr (1 + Tr s ) σ Ls Như ta có: Isd ( s) Usd ( s) = σ Ls σ T σ Tr.(1 + Tr.s) (1 + T σ s ).σ T σ (1 + Tr.s ) + T σ (1 − σ ) (2.27) Trong đó: