Nâng cao chất lượng hệ điều khiển tần số động cơ đồng bộ kích từ bằng nam châm vỉnh cửu

Bộ giáo dục đào tạo Tr-ờng đại học bách khoa hà nội Trần Thế Kỷ Đề Tài : nâng cao chất l-ợng hệ điều khiển tần số động đồng kích từ nam châm vĩnh cửu Chuyên nghành : Tự động hóa Luận văn thạc sĩ ngành điện Ng-ời h-ớng dẫn khoa học : TS Phạm văn diễn Hà nội : 2004 Lới cam đoan Luận văn thạc sĩ Lời cam đoan Tôi xin cam đoan luận văn đ-ợc thực thân d-ới h-ớng dẫn TS Phạm Văn Diễn với tài liệu đà đ-ợc trích dẫn phần tài liệu tham khảo phần cuối luận văn Trần Thế Kỷ Cao học điện 2002 Tài liệu tham khảo Luận văn thạc sĩ Mục lục Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt i Lời nói đầu ii Ch-ơng Mô hình toán học động đồng 1.1 Xây dựng vector không gian 1.2 Mô hình toán học động đồng Ch-ơng Xây dựng hệ điều khiển tần số động đồng dùng mô hình gián đoạn 15 2.1 Những vấn đề chung tổng hợp hệ điều khiển 15 2.2 Các ph-ơng pháp tổng hợp hệ gián đoạn 16 2.2.1 Thời gian trích mẫu 17 2.2.2 Lùa chän cÊu tróc bé ®iỊu chØnh 19 2.3 Mô hình liên tục động đồng 22 2.4 Mô hình gián đoạn động đồng 25 2.5 Xây dựng cấu trúc mô hình điều khiển động đồng 30 2.5.1 Khâu điều chỉnh dòng ®iƯn 31 2.5.2 Kh©u ®iỊu chØnh tèc ®é 37 Ch-ơng Tổng hợp hệ thống Matlab 39 3.1 Giíi thiƯu vỊ phÇn mỊm Matlab 39 3.2 Lùa chọn động để mô 39 3.3 Tổng hợp hệ thống phần mềm Matlab 40 3.3.1 Mô hình đối t-ợng điều khiển động 41 3.3.2 Tổng hợp điều chỉnh dòng điện 43 3.3.2 Tổng hợp điều chỉnh tốc độ 50 Trần Thế Kỷ Cao học điện 2002 Tài liệu tham khảo 3.3.4 Luận văn thạc sĩ Mô hệ điều khiển gián đoạn động đồng 52 Ch-ơng Xét ảnh h-ởng biến thiên mạch từ đến chất l-ợng hệ thống 4.1 59 Đ-ờng cong từ hoá ¶nh h-ëng cđa nã tíi momen ®iƯn tõ cđa ®éng đồng 59 4.1.1 Đ-ờng cong từ hoá 59 4.1.2 Các nhân tố ảnh h-ởng đến biến thiên mạch từ 60 4.1.2.1 ảnh h-ởng nhiệt độ 61 4.1.2.2 ảnh h-ởng già hoá vật liệu làm nam châm 61 4.1.3 4.2 ảnh h-ởng biến thiên mạch từ tới momen điện từ động đồng 62 Giải pháp khắc phục 67 Kết luận 74 Tài liệu tham khảo 75 Trần Thế Kỷ Cao học điện 2002 Lời nói đầu Luận văn thạc sĩ Lời nói đầu Động đồng ( ĐCĐB ) đ-ợc ứng dụng chủ yếu hai dải công suất : dải công suất lớn lớn ( hàng MW ) dải công suất nhỏ rÊt nhá ( cì KW trë xng ) Víi sù phát triển mạnh mẽ kỹ thuật điện tử công nghệ thông tin ĐCĐB ngày thể đ-ợc -u mình, phạm vi nh- số l-ợng hệ truyền động ĐCĐB đ-ợc ứng dụng ngày nhiều thực tế Chính việc nghiên cứu để nhằm không ngừng nâng cao chất l-ợng hệ truyền động ĐCĐB có ý nghĩa ph-ơng diện học thuật nh- thực tế Đà có nhiều công trình nghiên cứu để đ-a cấu trúc điều chỉnh nhằm nâng cao chất l-ợng hệ truyền động ĐCĐB, cấu trúc thể đ-ợc -u điểm riêng nó, song song với -u điểm tồn điều ch-a hợp lý Đối với động xoay chiỊu ba pha nãi chung, mµ thĨ cđa ta ĐCĐB kích thích vĩnh cửu, việc mô tả xác mô hình điện từ động vấn đề không đơn giản Điều dẫn đến đòi hỏi làm để bù đ-ợc ảnh h-ởng không mong muốn thay đổi tham số, hay nói cách xác không xác mô hình, để nâng cao chất l-ợng hệ thống Dựa tinh thần đ-ợc giúp đỡ tận tình thầy Phạm Văn Diễn, đà hoàn thành luận văn với đề tài " Nâng cao chất l-ợng hệ điều khiển tần số ĐCĐB kích từ nam châm vĩnh Bản luận văn bao gồm ch-ơng: Ch-ơng 1: Mô hình toán học ĐCĐB Ch-ơng đ-a phép biến đổi vector không gian xây dựng mô hình toán học động đồng Ch-ơng 2: Xây dựng hệ điều khiển tần số động đồng dùng mô hình gián đoạn Nội dung ch-ơng nêu lên vấn đề chung xây dựng hệ thống điều khiển gián đoạn, xây dựng mô hình gián đoạn ĐCĐB, cấu trúc điều chỉnh dòng điện tốc độ Trần Thế Kỷ Cao học điện 2002 Lời nói đầu Luận văn thạc sĩ Ch-ơng 3: Tổng hợp hệ thống Matlab Ch-ơng có nhiệm vụ xây dựng mô hình gián đoạn ĐCĐB cụ thể, nh- xây dựng điều chỉnh dòng điện điều chỉnh tốc độ t-ơng ứng Matlab Simulink Mô hệ thống Matlab - Simulink Ch-ơng : Xét ảnh h-ởng biến thiên từ thông vĩnh cửu đến chất l-ợng hệ thống Ch-ơng vào xét yếu tố làm thay đổi từ thông nam châm vĩnh cửu, đồng thời đ-a ph-ơng án giải nhằm đảm bảo chất l-ợng hệ thống Trong thời gian làm việc đà đ-ợc giúp đỡ quý báu thầy cô giáo môn Tự động hoá XNCN Đặc biệt xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo Phạm Văn Diễn, ng-ời đà nhiệt tình bảo thời gian làm luận văn Vì kiến thức thời gian có hạn luận văn nhiều sai sót, mong đ-ợc góp ý thầy cô đồng nghiệp để luận văn đ-ợc hoàn chỉnh Hà nội tháng năm 2004 Ng-ời thực hiện: Trần Thế Kỷ Trần Thế Kỷ Cao học điện 2002 Ch-ơng1: Mô hình toán học ĐCĐB Luận văn thạc sĩ Ch-ơng 1: Mô hình toán học ĐCĐB Động đồng ( ĐCĐB ) dùng để biến điện thành năng, số tr-ờng hợp động đồng dùng để phát công suất phản kháng vào l-ới Phạm vi ứng dụng động đồng rộng rÃi dải công suất nhiên loại động đặc biệt hay đ-ợc ứng dụng vùng công suất lớn ( có khả chạy với điện áp cao ) ĐCĐB hay đ-ợc dùng để kéo tổ máy biến đổi, máy nén khí máy bơm Ưu điểm ĐCĐB có cấu trúc đơn giản so với máy điện chiều, đặc tính bù mà tiêu l-ợng ĐCĐB tốt động không đồng ( ĐCKĐB ), giá thành lại không cao Những ĐCĐB có công suất lớn 1MW rẻ ĐCKĐB Những năm gần với phát triển kỹ thuật bán dẫn việc tạo biến đổi tần số van bán dẫn ngày hoàn thiện việc điều chỉnh tốc độ ĐCĐB đà đ-ợc thực cách dễ dàng Bên cạnh việc ứng dụng dải công suất lớn ĐCĐB đ-ợc ứng dụng rộng rÃi truyền động yêu cầu chất l-ợng cao dải công suất thấp thấp ( ĐCĐB th-ờng đ-ợc kích thích nam châm vĩnh cửu ) Sơ đồ nối ĐCĐB đ-ợc cho hình I-1 ~ cuén kÝch tõ cuén khëi ®éng K RT K + _ Hình I- Sơ đồ nối dây ĐCĐB Trần Thế Kỷ Cao học điện 2002 Ch-ơng1: Mô hình toán học ĐCĐB Luận văn thạc sĩ 1.1 Xây dựng vector không gian ĐCĐB pha có cn d©y Stator bè trÝ lƯch mét gãc 120o Khi nối ĐCĐB pha với nguồn ( nguồn từ l-ới, đầu biến tần ) cuộn dây có dòng điện t-ơng ứng i su , i sv , isw Ba dßng điện thoả mÃn ph-ơng trình isu (t) isv (t) isw (t) (1.1) Mỗi dòng điện lại đ-ợc biểu diễn nh- sau isu (t )  is cos(s t ) isv (t )  is cos(s t  1200 ) (1.2) isw (t )  is cos(s t  2400 ) : s : tần số góc dòng điện Stator (s=2fs ) i s : giá trị lớn dòng điện pha fs : tần số mạch Stator Nếu ta cắt ngang ĐCĐB thiết lập hệ trục toạ độ phức với trục thực qua trục cuộn dây pha u động ta xây dựng đ-ợc vector không gian sau : is (t )  isu (t )  isv (t ).e j120  isw (t ).e j240 /  i s e j (1.3) Trong c«ng thøc (1.3) , vector i s ( t ) lµ mét đại l-ợng phức có modul không đổi , quay mặt phẳng phức với tốc độ góc với tốc ®é gãc cđa tõ tr-êng quay s = 2fs vµ tạo với trục thực nh- đà nói góc pha =st Quá trình xây dựng đ-ợc mô tả hình I-2 Ng-ợc lại từ hình I- ta dễ dàng thấy dòng điện pha t-ơng ứng hình chiếu vector thu đ-ợc is(t) lên trục Trần Thế Kỷ Cao học điện 2002 Ch-ơng1: Mô hình toán học ĐCĐB Luận văn thạc sĩ cuộn dây pha t-ơng ứng nh- hình I- Một cách t-ơng tự nh- dòng điện Stator ta xây dựng vector không gian t-ơng ứng cho đại l-ợng khác nh- : điện áp Stator, từ thông Stator Trơc ¶o (Im) o e j120 i s (t )  v u w o e j 240 o i sc e j 240 Trôc thùc (Re) i sa o i sbe j120 Hình I-2 : Thiết lập vector không gian từ đại l-ợng pha Nếu ta gọi trục thực mặt phẳng phức nói trục ảo t-ơng ứng Khi ta dễ dàng thấy rằng, hình chiếu vector dòng điện hai trục ( ký hiệu t-ơng ứng is is) đại l-ợng hình sin Lúc ta thay ĐCĐB pha với cuộn dây pha u,v,w động t-ơng ứng với cuộn dây có trục cố định ta phải nói thêm hệ toạ độ (,) mà ta nói hệ toạ độ cố định đ-ợc gắn vào Stator ĐCĐB, mà với ĐCĐB Stator đứng yên Khi ta biểu diễn dòng điện Stator hệ toạ độ (,) nh- sau i s  i s  ji s TrÇn Thế Kỷ Cao học điện 2002 (1.4) Ch-ơng1: Mô hình toán học ĐCĐB Cuộn pha v dây Luận văn thạc sĩ (Im) isw i s (t ) i s Cuén pha u isv Cuén pha w d©y is isu dây Hình I-3 : biểu diễn dòng Stator d-ới dạng vector không gian với phần tử i s , i s thuộc hệ toạ độ Stator cố định Do dòng điện pha cấp cho ĐCĐB đối xứng nên với điều kiện trung tính động không nối đất, để biết đ-ợc thông tin vỊ i s ( t ) ta chØ cÇn biết thành phần dòng điện Stator mà Khi thành phần dòng điện mặt phẳng phức ( hệ tọa độ ) đ-ợc xác định công thức sau is (isu  2isv ) (1.5) C«ng thøc (1.5) chØ ®óng ta chän trơc quy chiÕu chn nh- hình I-3 trùng với trục cuộn dây pha u Một cách hoàn toàn t-ơng tự ta biểu diễn đại l-ợng nh- từ thông Stator, điện áp Stator hệ toạ độ cố định b»ng c«ng thøc sau :  u s (t )  u s  ju s  s (t ) s js (1.6) Hệ toạ độ mà ta đà chọn hệ toạ độ đứng yên ( hệ toạ độ Stator ) Tuy nhiên ta cho hệ toạ độ quay với vận tốc gãc bÊt kú quanh TrÇn ThÕ Kû – Cao häc điện 2002 Ch-ơng4: Xét ảnh h-ởng t-ợng từ hóa Luận văn thạc sĩ 4.1.2.1 ảnh h-ởng nhiệt độ Từ tính vật liệu từ, có nam châm vĩnh cửu bị ảnh h-ởng lín bëi nhiƯt ®é Khi nhiƯt ®é cđa vËt liƯu có từ tính tăng lên từ tính vật liệu từ bị giảm Sở dĩ có ®iỊu nµy lµ nhiƯt ®é cđa vËt liƯu từ tính tăng lên phân tử bên vật liệu chuyển động hỗn loạn, nhiệt độ cao chuyển động hỗn loạn lớn Sự chuyển động hỗn loạn thay đổi trật tự xếp vector từ tr-ờng bên vật liệu Khi nhiệt độ vật liệu từ tính đạt đến nhiệt độ Curi nó, vật liệu trở nên từ tính, hay nói cách khác không từ tr-ờng 4.1.2.2 ảnh h-ởng già hóa vật liệu làm nam châm Nam châm vĩnh cửu, nh- ta đà đ-ợc biết phần trên, đ-ợc tạo thành trình từ hóa vật liệu sắt từ Xét theo ph-ơng diện trình từ hóa trình truyền l-ợng từ mạch từ tới vật liệu bị từ hóa ( nam châm vĩnh cửu ) Trong trình vận hành ĐCĐB, hay nói thời điểm, từ tr-ờng nam châm bị mát Quá trình coi trình phát l-ợng nam châm Chính điều nên dù dù nhiều ta khẳng định từ tr-ờng nam châm vĩnh cửu bị suy giảm theo thời gian Bên cạnh vật liệu làm nam châm, theo thời gian chịu tác động yếu tố nh- tác động môi tr-ờng nh- tác động vật lý khác Điều phần làm giảm từ tr-ờng nam châm Rõ ràng ta ch-a xét đ-ợc đến tất yếu tố ảnh h-ởng khác từ tr-ờng nam châm vĩnh cửu đà bị thay đổi nhiều so với giá trị tính toán, thiết kế, yếu tố nh- nhiệt độ, già hoá vật liệu Bản thân yếu tố góp phần làm thay đổi đ-ờng đặc tính từ hoá vốn đà phi tuyến không đơn trị nam châm Trần Thế Kỷ Cao học điện 2002 61 Ch-ơng4: Xét ảnh h-ởng t-ợng từ hóa Luận văn thạc sĩ 4.1.3 ảnh h-ởng biến thiên mạch từ tới momen điện từ ĐCĐB Từ phân tích ta cã thĨ dƠ dµng nhËn thÊy r»ng cã rÊt nhiỊu tác nhân ảnh h-ởng tới từ tr-ờng nam châm, nam châm đ-ợc dùng với từ vĩnh cửu Tùy vào phạm vi ứng dụng cụ thể mà tác nhân có ảnh h-ởng định tới chất l-ợng hệ truyền động ĐCĐB với kích thích vĩnh cửu Trong khuôn khổ luận văn ta xét tác động biến thiên mạch từ tới momen điện từ động cơ, hay nói cách xác tới chất l-ợng hệ truyền động ĐCĐB có kích thích vĩnh cửu Khi ĐCĐB hoạt ®éng ë chÕ ®é b×nh th-êng th× momen ®iƯn tõ đồng của động sinh tác động hệ thống ba dòng xoay chiều chảy dây quấn Stator với từ thông vĩnh cửu phía Rotor Chế độ làm việc động mà ta xét chế độ đồng ( ta không xét tới trình gia tốc thực ph-ơng pháp điều chỉnh tựa theo từ thông vĩnh cửu việc đồng tốc độ góc tốc độ điện đ-ợc đảm bảo ) Để xem xét ảnh h-ởng cách t-ờng minh ta xuất phát từ ph-ơng trình tính toán momen điện từ ĐCĐB hệ tọa độ từ thông Rotor (1.27)   mM  pc r i sq  i sd i sq (Lsd  Lsq ) Tõ ph-ơng trình (1.27) ta dễ dàng nhận thấy momen điện từ ĐCĐB hai thành phần sinh ra, thành phần tích từ thông vĩnh cửu ( r ) với dòng trục q ( isq ) thành phần phản kháng ( isdisq(Lsd-Lsq) ) sinh chênh lệch điện cảm Stator dọc trục ngang trục Trong tr-ờng hợp ph-ơng pháp điều chỉnh ĐCĐB đ-ợc sử dụng tựa theo từ thông Rotor ( từ thông vĩnh cửu ) dòng isd đ-ợc giữ 0, momen điện từ ĐCĐB lúc lại thành phần r isq Rõ ràng từ thông vĩnh cửu r có ảnh h-ởng định đến giá trị momen điện từ Trần Thế Kỷ Cao học điện 2002 62 Ch-ơng4: Xét ảnh h-ởng t-ợng từ hóa Luận văn thạc sĩ động cơ, thay đổi dù nhỏ gây biến đổi momen điện từ đồng động Trạng thái làm việc động trạng thái làm việc ổn định sau trải qua trình tăng tốc Trong trình tăng tốc độ từ thông ĐCĐB sinh khe hở không khí có giá trị : xc + r Trong (4.1) xc : từ thông thành phần xoay chiỊu sinh khe hë kh«ng khÝ r : từ thông vĩnh cửu Ta dễ dành nhận thấy từ thông xc tăng lên trình gia tốc động động trình làm việc xác lập Từ quan hệ (4.1 ) ta có đ-ợc tăng t-ơng ứng Điều có nghĩa từ thông máy tăng dần lên giá trị cao t-ơng ứng với giá trị xc lớn - giá trị ứng với tốc độ quay mong muốn - Tõ ®ã ta cã thĨ rót nhËn xÐt trạng thái từ hóa nam châm vĩnh cửu ứng với trình làm việc ổn định ĐCĐB sau gia tốc trợ từ Tức đ-ờng đặc tính từ hóa nam châm đ-ờng bên d-ới nh- hình IV-2 giá trị thực tế (rt ) từ thông nam châm vĩnh cửu động sinh lµ rt = r - r = 01(H0) (4.2) Ta suy với trạng thái hÃm động (tốc độ động giảm giá trị thấp tốc độ đồng - điều t-ơng đ-ơng từ thông thành phần xoay chiều sinh khe hở không khí giảm dần) trạng thái từ hóa nam châm vĩnh cửu khử từ Cũng t-ơng tự nh- (4.2) ta suy : rt = r + r =02(H0) Trần Thế Kỷ Cao học điện 2002 (4.3) 63 Ch-ơng4: Xét ảnh h-ởng t-ợng từ hóa Luận văn thạc sĩ Rõ ràng hai tr-ờng hợp trạng thái từ hóa nam châm vĩnh cửu trợ từ hay khử từ momen điện từ ĐCĐB bị thay đổi l-ợng mM so với momen điện từ tính toán ban đầu, : mM pc r i sq  (4.4) bh 02(H0) tb(H0) khö tõ r(H0) 01(H0) -Hbh H0 Hbh H tb trỵ từ -bh Hình IV - : : Từ thông ứng với chế độ khác đặc tính tõ hãa Râ rµng lµ sù sai lƯch vỊ momen điện từ ĐCĐB ứng với trạng thái từ hóa khác nam châm vĩnh cửu phụ thuộc vào r ( độ rộng đ-ờng đặc tính từ hóa nam châm vĩnh cửu ) ta xét tr-ờng hợp đơn giản thay đổi từ thông nam châm vĩnh cửu trạng thái từ hoá khác nhau, hoàn toàn ch-a xét tới ảnh h-ởng yếu tố khác nh- nhiệt độ nh- già hoá vật liệu làm nam châm ( yếu tố vật lý tác động vào làm thay đổi đặc tính từ man châm mà ta đà nói phần ) Nh- với trạng thái từ hóa khác nam châm vĩnh cửu momen điện từ thực tế động sinh khác sai khác so với giá trị tính toán l-ợng mM Đây điều không mong muốn Trần Thế Kỷ Cao học điện 2002 64 Ch-ơng4: Xét ảnh h-ởng t-ợng từ hóa Luận văn thạc sĩ nhà thiết kế nh- ng-ời sử dụng vấn đề đặt để bù đ-ợc thay đổi momen trạng thái từ hóa khác nói gây Xuất phát từ ph-ơng trình tính momen điện từ ĐCĐB hệ tọa độ từ thông Rotor ta thấy momen động phụ thuộc vào tham số nh- isd, isq , Lsd, Lsq , pc r, mà không phụ thuộc vào tốc độ quay Điều có nghĩa ta xác định momen điện từ động thông qua mô hình dòng điện điều chỉnh dòng điện với thông số đà kể động Để cho kết mô hợp lý ta lấy giá trị dòng điện isq giá trị dòng điện isq ứng với chế độ xác lập điều kiện làm việc định mức động đóng tải thời điểm 3s Khi mô hình mô Simulink để xác định momen điện từ có dạng nh- hình IV- Trong khối current “ lµ sù ghÐp nèi cđa hai khèi “ mô hình dòng gián đoạn - hình II- khối điều chỉnh dòng điện - hình III- Nếu ĐCĐB ( động đ-ợc chọn phần ch-ơng ) làm việc ổn định từ trạng thái gia tốc ta lấy r 10% r ( ta thu đ-ợc giá trị cách xác ta có đ-ợc đ-ờng đặc tính từ hóa thực nghiệm nam châm ), tøc lµ rt = r - r = r 9/10 = 0.533.9/10 = 0.4797 Wb th× sù sai khác momen điện từ động 10% so với giá trị tính toán Điều đ-ợc minh chứng hình IV- ( giá trị momen điện từ động theo tính toán ) hình IV- ( giá trị momen điện từ động thực tế ) Sự sai khác t-ơng ®èi lín vỊ momen ®iƯn tõ cđa ®éng c¬ nh- chấp nhận đ-ợc hệ truyền động có yêu cầu cao chất l-ợng Trần Thế Kỷ Cao học điện 2002 65 Ch-ơng4: Xét ảnh h-ởng t-ợng từ hóa Luận văn thạc sĩ Hình IV- : Mô hình mô để xác định momen điện từ ĐCĐB Hình IV : Momen điện từ động theo lý thuyết Trần Thế Kỷ Cao học điện 2002 66 Ch-ơng4: Xét ảnh h-ởng t-ợng từ hóa Luận văn thạc sĩ Hình VI - : Momen điện từ động thực tế 4.2 Giải pháp khắc phục Nh- ta đà phân tích trên, có trạng thái khác từ hóa khác nam châm dẫn đến t-ợng momen điện từ ĐCĐB có giá trị khác nhau, sai khác phụ thuộc vào độ rộng đ-ờng đặc tính từ hóa Chính sai khác mà momen điện từ động cơ, điểm làm việc cụ thể, bị sai l-ợng so với giá trị tính toán Vấn đề đặt ®Ĩ bï ®-ỵc l-ỵng sai lƯch vỊ momen ®iƯn tõ ĐCĐB so với momen yêu cầu ( momen thiết kế tr-ờng hợp động làm việc chế độ đồng ) Bản luận văn đề xuất cách khắc phục giải pháp để thực Tuy nhiên ta xét ảnh h-ởng đ-ờng đặc tính từ hóa nam châm vĩnh cửu điểm làm việc ổn định, mà không xét tới ảnh h-ởng yếu tố vật lý khác Nam châm động đồng th-ờng đ-ợc từ hóa cho điểm làm việc động nằm lân cận vùng bÃo hòa đ-ờng đặc tính từ hóa, ta cách gần ®óng ta cã thĨ coi 1 =2 = r nh- hình IV- Trần Thế Kỷ Cao học điện 2002 67 Ch-ơng4: Xét ảnh h-ởng t-ợng từ hóa Luận văn thạc sĩ r2 r khử từ r1 H H0 trợ từ Hình IV - : Đ-ờng đặc tính từ hóa tuyến tính hóa Nhằm thực đ-ợc việc bù momen sai lệch từ thông kích thích phía Rotor gây ra, đ-a sơ đồ cấu trúc nh- hình IV- Trong ®ã ta cã tÝn hiƯu thĨ hiƯn sai lệch từ thông thực từ thông đặt từ phía kích từ Rotor động cơ, đ-ợc đ-a tới đầu vào điều chỉnh dòng điện bên phía Stator động để bù sai lệch momen sinh chế độ làm việc khác trình từ hóa Sở dĩ ta phải thực công việc ta can thiệp đ-ợc vào phần kích từ, nam châm vĩnh cửu, phía Rotor Bộ điều chỉnh dòng điện, nh- ta đà thiết kế từ phần ch-ơng 3, điều chỉnh kiểu Deat-Beat, thực đ-ợc việc điều chỉnh dòng điện thành phần isd isq cách riêng rẽ Do thành phần dòng điện isq đầu điều chỉnh tốc độ có ý nghĩa định việc áp đặt momen cho động cơ, nên ta xếp chồng tín hiệu sai lệch từ thông tới đầu vào thành phần dòng điện isd ( Điều hợp lý thành phần dòng isd lúc có vai trò tạo l-ợng từ thông bị hao hụt ảnh h-ởng t-ợng từ hóa nam châm.) Tín hiệu này, sau đ-ợc tính toán, đ-ợc nhân với hệ số nhằm đảm bảo việc bù đủ sai lệch momen ta cần l-u ý điều sai lệch momen trạng thái từ hóa khác gây không lớn ( phần kích từ ĐCĐB thực tế đ-ợc chế tạo Trần Thế Kỷ Cao học điện 2002 68 Ch-ơng4: Xét ảnh h-ởng t-ợng từ hóa Luận văn thạc sĩ ngày có đ-ờng đặc tính từ hóa với khe hở không lớn ), chừng mực biến đổi chậm Gía trị từ thông r ứng với chế độ làm việc định mức động cơ, đ-ợc tính toán thiết kế cho nã ch-a n»m vïng b·o hßa cđa đặc tính từ hóa nam châm r* isd* isd Ka rt Kar Mô hình động RI isq* isq Hình IV- : Sơ đồ khối để thực bù sai lệch momen Đối với ĐCĐB đ-ợc kích thích nam châm vĩnh cửu ta đo đ-ợc từ thông thực tế động cơ, ta xác định đ-ợc từ thông thực thông qua đặc tính từ hóa vật liệu làm nam châm với chế độ từ hóa t-ơng ứng Tín hiệu thể rt hình IV-7 đ-ợc xác định đ-ợc cách Chính việc xác định xác ( xây dựng ) đ-ờng đặc tính từ hóa vật liệu làm nam ch©m vÜnh cưu cã mét ý nghÜa rÊt quan träng việc bù đủ sai lệch momen Hằng số Ka ( hình IV-7) đ-ợc tính toán ®Ĩ cho sù sai lƯch vỊ momen ®iƯn tõ ĐCĐB đ-ợc bù đủ Từ ph-ơng trình tính momen động (1.27) mM pc r i sq  i sd i sq (Lsd  Lsq ) ta thÊy, nÕu tõ th«ng cđa động sai khác so với l-ợng đặt l-ợng r = r - rt Trần Thế Kỷ Cao học điện 2002 69 Ch-ơng4: Xét ảnh h-ởng t-ợng từ hóa Luận văn thạc sĩ momen động thay đổi l-ợng t-ơng øng lµ : mM  pc dr i sq (4.5) để momen điện từ động không đổi ta phải bù vào l-ợng mM, tức ta phải có : p i i (L  L )  mM c sd sq sd sq (4.6) C©n b»ng (4.5) vµ (4.6) ta cã : isd (Lsd  Lsq ) r (4.7) từ ta tìm đ-ợc mối liên hệ isd r i sd r hay Ka   r K a (L sd  L sq ) (Lsd  Lsq ) (4.8) (4.9) Với động mà ta đà chọn trên, với giả thiết r = 10%r Khi thay đặt isd = ta thay i sd  dr  0,9206(A) (L sd  L sq ) vào mô hình mô IV- momen điện từ động dòng isd nhận đ-ợc t-ơng ứng nh- hình IV- IV- ( trình bù đ-ợc thực sau 3s - động đóng tải định mức ) Tõ h×nh IV- ta rót nhËn xÐt momen điện từ động đ-ợc bù đủ ( giá trị momen điện từ đạt đ-ợc nh- thiết kế ) ta đ-a thêm vào thành phần dòng điện i sd t-ơng ứng phải nói thêm công thức thực sù cã ý nghÜa c¸c tham sè kh¸c cđa động đồng nh- Lsd, Lsq, Rs mà ta đề cập đến không thay đổi Trần Thế Kỷ Cao học điện 2002 70 Ch-ơng4: Xét ảnh h-ởng t-ợng từ hóa Luận văn thạc sĩ Hình IV- : Đáp ứng momen điện từ động sau đà bù sai lệch Hình IV- : Đáp ứng dòng điện isd Nhận xét : Với ĐCĐB công suất nhỏ kích thích vĩnh cửu việc điều khiển xác nh- áp đặt nhanh momen vấn đề quan trọng việc định chất l-ợng hệ truyền động ĐCĐB Cũng sử dụng kích thích vĩnh cửu nên giá trị từ tr-ờng nam châm bị thay đổi l-ợng Trần Thế Kỷ Cao học điện 2002 71 Ch-ơng4: Xét ảnh h-ởng t-ợng từ hóa Luận văn thạc sĩ so với giá trị ban đầu nam châm đ-ợc đặt từ tr-ờng Điều gây sai lệch momen điện từ động so với giá trị thiết kế Bản luận văn đà đ-a đ-ợc giải pháp khắc phục t-ợng không mong muốn Kết mô cho thấy momen điện từ ĐCĐB kích thích vĩnh cửu đà đ-ợc bï ®đ chØ chu kú trÝch mÉu cđa điều chỉnh dòng điện (2 x 0.0002s ) Đáp ứng dòng isd nh- momen điện từ đạt đ-ợc giá trị cần với thời gian nhanh không gây điều chỉnh ( ta phải nói thêm việc bù thực đ-ợc điều kiện dự trữ dòng áp ) Mô hình mô đ-a t-ơng đối đơn giản dễ thực hiện, nhiên có hạn chế mô hình mô chØ xÐt tíi sù thay ®ỉi tõ tr-êng cđa nam châm vĩnh cửu theo đ-ờng đặc tính từ hoá mà ch-a xét tới ảnh h-ởng yếu tố vật lý khác nh- nhiệt độ già hoá vật liệu làm nam châm Giá trị sai lệch từ tr-ờng trạng thái từ hoá khác gây đ-ợc lấy theo kinh nghiệm chủ quan tác giả Những hạn chế đ-ợc giả ta xác định đ-ợc cách xác thực nghiệm đ-ờng cong từ hoá vật liệu làm nam châm kết hợp với ph-ơng pháp để nhận dạng đ-ợc ảnh h-ởng nhiệt độ già hoá vật liệu tới từ tr-ờng nam châm Hay nói cách xác tìm cách nhận dạng online đ-ợc từ tr-ờng nam châm Luận văn có tham vọng đ-a đ-ợc h-ớng giả ( lý thuyết ) để bù ảnh h-ởng thay đổi tham số động ( mà cụ thể từ thông nam châm ) tới momen điện từ động cơ, nhằm đảm bảo momen kể điều kiện thay đổi Trần Thế Kỷ Cao học điện 2002 72 Phần kết luận Luận văn thạc sĩ Kết luận Qua kết việc tổng hợp mô Matlab - Simulink hệ thống điều khiển ĐCĐB kích thích vĩnh cửu theo ph-ơng pháp tựa theo từ thông Rotor dùng mô hình gián đoạn ảnh h-ởng thay đổi từ thông nam châm vĩnh cửu tới momen điện từ động nh- biện pháp khắc phục, đối t-ợng động cụ thể, luận văn đà giải đ-ợc vấn đề sau : ã Xây dựng đ-ợc hệ ph-ơng trình mô tả ĐCĐB hệ tọa độ từ thông Rotor thiết lập đ-ợc mô hình gián đoạn động Đây sở cho việc thiết kế điều chỉnh gián đoạn dòng điệ tốc độ sau ã Tổng hợp điều chỉnh dòng điện điều chỉnh tốc ®é, víi thêi gian trÝch mÉu phï hỵp ®èi víi hệ thống Kết mô cho thấy điều chỉnh dòng điện đảm bảo yêu cầu áp đặt nhanh momen điện từ cho động ( sau hai chu kú trÝch mÉu ) Tèc ®é cđa ®éng đạt đ-ợc giá trị tốc độ đặt khoảng thời gian ngắn ( cỡ 0,5s ) Kết phù hợp cho hầu hết hệ truyền động công nghiệp ã Xét đ-ợc nhân tố làm thay đổi từ tr-ờng nam châm vĩnh cửu đề đ-ợc ph-ơng án giải cho tr-ờng hợp cụ thể ( ảnh h-ởng đ-ờng cong từ trễ ) nhằm đảm bảo momen điện từ động Bản luận văn đà nêu ứng dụng điều khiển số vào điều khiển ĐCĐB Nêu lên đ-ợc -u bật điều khiển số việc áp đặt nhanh momen động cơ, tính mềm dẻo điều khiển Bên cạnh luận văn đ-a đ-ợc giải pháp bù tác động thay đổi từ thông nam châm vĩnh cửu ph-ơng pháp khắc phục Mặc dù đà có nhiều cố gắng nh-ng mảng đề tài điều khiển ĐCĐB theo ph-ơng pháp tựa theo từ thông Rotor nh- bù thay đổi Trần Thế Kỷ Cao học điện 2002 73 Phần kết luận Luận văn thạc sĩ momen điện từ động thay đổi từ thông kích thích gây ra, phong phú nhiều vấn đề cần phải giải Để luận văn đ-ợc hoàn thiện hơn, phải đầu t- nhiều thời gian công sức Vì vậy, tác giả mong nhận đ-ợc góp ý thầy cô đồng nghiệp Một lần xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo h-ớng dẫn thầy cô khoa Điện tr-ờng Đại học Bách khoa Hà nội đà giúp đỡ việc hoàn thành luận văn Hà nội, tháng 11 năm 2004 Trần Thế Kỷ Cao học điện 2002 74 Tài liệu tham khảo Luận văn thạc sĩ Tài liệu tham kh¶o [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] Nguyễn Phùng Quang - Điều khiển tự động truyền động điện xoay chiều ba pha Nhà xuất giáo dục, 1998 Bùi Quốc Khánh, Phạm Quốc Hải, Nguyễn Văn Liễn, D-ơng Văn Nghi - Điều chỉnh tự động truyền động điện Nhà xuất khoa học kỹ thuật 1998 Nguyễn Phùng Quang, Andreas Dittrich - Truyền động điện thông minh Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2002 M.G Tsilikin, M.M Xocolov, V.M Terekhov, A.V Sinianxki - C¬ së truyền động điện tự động - Bùi Đình Tiếu, Lê Tòng, Nguyễn Bính dịch Nhà xuất khoa học kỹ thuËt, 1997 R Schoenfeld - Digitale Regelung elektrischer Antriebe Verlag Technik, Berlin 1987; Huethig-Verlag, Heidelberg 1990 Vò Gia Hanh, Trần Khánh Hà, Phan Tử Thụ, Nguyễn Văn Sáu - Máy điện I, II Nhà xuất khoa học kỹ tht, 1998 Ngun Phïng Quang - Matlab & Simulink dµnh cho kỹ s- điều khiển tự động Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2004 Phạm Quốc Hải, D-ơng Văn Nghi - Phân tích giải mạch điện tử công suất Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 1997 Cyril W Lander - Điện tử công suất điều khiển động điện - Lê Văn Doanh dịch Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 1997 Trần Thế Kỷ – Cao häc ®iƯn 2002 74 ... hình, để nâng cao chất l-ợng hệ thống Dựa tinh thần đ-ợc giúp đỡ tận tình thầy Phạm Văn Diễn, đà hoàn thành luận văn với đề tài " Nâng cao chất l-ợng hệ điều khiển tần số ĐCĐB kích từ nam châm vĩnh... dựng hệ điều khiển tần số ĐCĐB dùng mô hình gián đoạn 2.1 Những vấn đề chung tổng hợp hệ điều khiển Một hệ điều khiển tự động muốn đảm bảo đ-ợc yêu cầu công nghệ đặt cần phải thoả mÃn tiêu chất. .. dựng hệ điều khiển tần số ĐCĐB Luận văn thạc sĩ Hình II-5 Trần Thế Kỷ Cao học điện 2002 29 Ch-ơng2:Xây dựng hệ điều khiển tần số ĐCĐB Luận văn thạc sĩ 2.5 Xây dựng cấu trúc mô hình điều khiển