Nghiên cứu hệ truyền động điện biến tần bốn góc phần tư động cơ không đồng bộ Nghiên cứu hệ truyền động điện biến tần bốn góc phần tư động cơ không đồng bộ Nghiên cứu hệ truyền động điện biến tần bốn góc phần tư động cơ không đồng bộ luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGHIÊN CỨU HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN BIẾN TẦN BỐN GÓC PHẦN TƢ – ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ Ngành: Mã số: Học viên: Ngƣời HD Khoa học: TỰ ĐỘNG HOÁ CHÂU TÂN ĐỨC TS TRẦN XUÂN MINH THÁI NGUYÊN – 2010 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐHKT CÔNG NGHIỆP ***** CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGÀNH: TỰ ĐỘNG HÓA TÊN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN BIẾN TẦN BỐN GÓC PHẦN TƢ – ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ Học viên : CHÂU TÂN ĐỨC Lớp : Cao học K11-TĐH Cán HDKH: TS TRẦN XUÂN MINH CÁN BỘ HƢỚNG DẪN KHOA HỌC HỌC VIÊN TS Trần Xuân Minh Châu Tân Đức BAN GIÁM HIỆU KHOA SAU ĐẠI HỌC Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI CAM ĐOAN Tôi Châu Tân Đức, học viên lớp cao học Tự Động Hoá niên khoá 2008-2010 sau hai năm học tập nghiên cứu, đƣợc giúp đỡ thầy cô giáo đặc biệt TS Trần Xuân Minh, thầy giáo hƣớng dẫn tốt nghiệp tôi, đến cuối chặng đƣờng để kết thúc khố học thạc sỹ Tơi định chọn đề tài tốt nghiệp là: "Nghiên cứu hệ truyền động điện biến tần bốn góc phần tƣ – động không đồng " Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu cá nhân tơi dƣới hƣớng dẫn TS Trần Xuân Minh tham khảo tài liệu đƣợc liệt kê Tơi khơng chép cơng trình nhân khác dƣới hình thức Nếu có tơi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm Ngƣời cam đoan Châu Tân Đức Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ MỞ ĐẦU 10 Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN BIẾN TẦN – ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 13 1.1 Các hệ thống truyền động điện dùng động xoay chiều 13 1.1.1 Giới thiệu chung 13 1.1.2 Các phƣơng pháp điều chỉnh tốc độ động không đồng 14 1.1.3 Các phƣơng pháp điều chỉnh tốc độ động đồng 16 1.1.4 Hệ thống điều tốc biến tần - động xoay chiều 16 1.2 Sơ lƣợc biến tần dùng dụng cụ bán dẫn công suất 18 1.2.1 Biến tần trực tiếp (xoay chiều - xoay chiều) 18 1.2.2 Bộ biến tần gián tiếp 21 1.3 Biến tần bốn góc phần tƣ 28 1.3.1 Các tồn biến tần thông thƣờng 28 1.3.2 Biến tần bốn góc phần tƣ (biến tần 4Q) 31 Chƣơng 2: TÌM HIỂU VỀ CHỈNH LƢU TÍCH CỰC PWM 34 2.1 Đặt vấn đề 34 2.2 Cấu tạo nguyên lý làm việc biến tần nguồn áp bốn góc phần tƣ dùng chỉnh lƣu PWM 35 2.3 Mơ tả tốn học chỉnh lƣu PWM 39 2.3.1 Mô tả điện áp dòng điện nguồn lƣới 39 2.3.2 Mô tả điện áp đầu vào chỉnh lƣu PWM 40 2.3.3 Mơ tả tốn học chỉnh lƣu PWM hệ tọa độ ba pha 41 2.3.4 Mơ tả tốn học chỉnh lƣu PWM hệ tọa độ cố định (α-β) 42 2.3.5 Mơ tả tốn học chỉnh lƣu PWM hệ tọa độ quay (d-q) 43 2.4 Phạm vi giới hạn tham số chỉnh lƣu PWM 46 2.5 Ƣớc lƣợng đại lƣợng vector 49 2.5.1 Ƣớc lƣợng vector điện áp đầu vào 49 2.5.2 Ƣớc lƣợng vector từ thông ảo 50 2.6 Phƣơng pháp điều khiển chỉnh lƣu PWM 52 2.6.1 Cấu trúc điều khiển chỉnh lƣu PWM theo phƣơng pháp VOC 55 2.6.2 Cấu trúc điều khiển chỉnh lƣu PWM theo phƣơng pháp VFOC 59 2.6.3 Cấu trúc điều khiển chỉnh lƣu PWM theo phƣơng pháp DPC 60 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Chƣơng 3: XÂY DỰNG CẤU TRÖC ĐIỀU KHIỂN NGHỊCH LƢU VÀ CẤU TRÖC HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN BIẾN TẦN 4Q - ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 72 3.1 Cấu trúc điều khiển nghịch lƣu 72 3.1.1 Các vấn đề điều khiển nghịch lƣu 72 3.1.2 Điều khiển DTC cho nghịch lƣu nguồn áp động không đồng 74 3.2 Cấu trúc hệ truyền động điện biến tần 4Q - động không đồng 92 3.2.1 Sơ đồ khối hệ truyền động điện biến tần 4Q - động không đồng 92 3.2.2 Sơ đồ nguyên lý phần mạch lực hệ biến tần 4Q – động không đồng 93 3.2.3 Khối điều khiển chỉnh lƣu 93 3.2.4 Khối điều khiển nghịch lƣu 95 3.3 Mô hệ truyền động điện biến tần 4Q - động không đồng 97 3.3.1 Xây dựng sơ đồ mô 97 3.3.2 Các kết mô đạt đƣợc 99 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 105 TÀI LIỆU THAM KHẢO 106 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT x(t), x Giá trị tức thời X*, x* Giá trị đặt Góc pha vector chuẩn Hệ số cơng suất Góc pha dịng điện Vận tốc góc Góc pha Góc pha điều khiển cos Hệ số công suất f Tần số i(t), i Giá trị dòng điện tức thời j Đơn vị ảo X, x Sai lệch kP, kI Hệ số khuyếch đại, hệ số tích phân p(t), p Cơng suất tác dụng tức thời q(t), q Công suất phản kháng tức thời t Giá trị thời gian tức thời v(t), v Giá trị điện áp tức thời L Vector từ thông ảo L Thành phần vector từ thông ảo hệ trục toạ độ - L Thành phần vector từ thông ảo hệ trục toạ độ - Ld Thành phần vector từ thông ảo hệ trục toạ độ d - q Lq Thành phần vector từ thông ảo hệ trục toạ độ d - q uL Vector điện áp lƣới Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn uL Thành phần vector điện áp lƣới hệ trục toạ độ - uL Thành phần vector điện áp lƣới hệ trục toạ độ - uLd Thành phần vector điện áp lƣới hệ trục toạ độ d - q uLq Thành phần vector điện áp lƣới hệ trục toạ độ d - q iL Vector dòng điện lƣới iL Thành phần vector dòng điện lƣới hệ trục toạ độ - iL Thành phần vector dòng điện lƣới hệ trục toạ độ - iLd Thành phần vector dòng điện lƣới hệ trục toạ độ d - q iLq Thành phần vector dòng điện lƣới hệ trục toạ độ d - q uS, uconv Vector điện áp vào chỉnh lƣu uS Thành phần vector điện áp vào chỉnh lƣu hệ trục toạ độ - uS Thành phần vector điện áp vào chỉnh lƣu hệ trục toạ độ - uSd Thành phần vector điện áp vào chỉnh lƣu hệ trục toạ độ d - q uSq Thành phần vector điện áp vào chỉnh lƣu hệ trục toạ độ d - q udc Giá trị điện áp chiều idc Giá trị dòng điện chiều Sa,Sb,Sc, Trạng thái đóng cắt biến đổi C Giá trị điện dung tụ điện I Giá trị hiệu dụng dòng điện L Giá trị điện cảm R Giá trị điện trở S Công suất biểu kiến T Chu kỳ P Công suất tác dụng Q Công suất phản kháng Z Tổng trở kháng Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 4Q Bốn góc phần tƣ (viết tắt Four Quater) DPC Điều khiển trực tiếp công suất (viết tắt Direct Power Control) DTC Điều khiển trực tiếp mômen (viết tắt Direct Toque Control) DPF Hệ số công suất dịch chuyển (viết tắt Displacement Power Factor) FOC Điều khiển tựa từ trƣờng (viết tắt Field Oriented Control) IM Động cảm ứng (viết tắt Induction Motor) PF Hệ số công suất (viết tắt Power Factor) PWM Điều chế độ rộng xung (viết tắt Pulse Width Modulation) Te Mômen điện từ VOC Điều khiển tựa theo điện áp lƣới (viết tắt Voltage Oriented Control) DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1: Bảng đóng cắt cho DPC với điều khiển mức, 12 vùng vector 70 Bảng 2.2: Sự tăng giảm p q theo vector điện áp đƣợc chọn 71 Bảng 3.1: Bảng chọn vector chuyển điện áp tối ƣu 85 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Bộ biến tần trực tiếp (xoay chiều - xoay chiều) 18 Hình 1.2: Sơ đồ nguyên lý biến tần trực tiếp 18 Hình 1.3: Đồ thị điện áp đầu biến tần trực tiếp hình sin 19 Hình 1.4: Sóng hài bậc dòng, áp tải chế độ làm việc khâu biến tần 21 Hình 1.5: Bộ biến tần gián tiếp 22 Hình 1.6: Bộ biến tần gián tiếp có khâu trung gian chiều 23 Hình 1.7: Bộ biến tần điều khiển vector 27 Hình 1.8: Các lọc để giảm sóng hài bậc cao ( số sóng hài) 29 Hình 1.9: Dập lƣợng điện trở Rh mạch chiều 30 Hình 1.10: Sử dụng thêm nghịch lƣu mắc song song ngƣợc với chỉnh lƣu để trả lƣợng lƣới điện xoay chiều 30 Hình 2.1: Sơ đồ biến tần bốn góc phần tƣ dùng chỉnh lƣu PWM 35 Hình 2.2: Sơ đồ thay pha đồ thị vector 36 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Hình 2.3a: Đồ thị vector điện áp điều khiển chuyển mạch khoá bán dẫn Sa, Sb, Sc 37 Hình 2.3b: Các trạng thái chuyển mạch chỉnh lƣu PWM 38 Hình 2.4: Mối quan hệ vector chỉnh lƣu PWM 39 Hình 2.5: Mơ hình tốn học chỉnh lƣu PWM hệ toạ độ ba pha tự nhiên 42 Hình 2.6: Mơ hình tốn học chỉnh lƣu PWM hệ toạ độ tĩnh α-β 43 Hình 2.7: Mơ hình tốn học chỉnh lƣu PWM hệ tọa độ quay d-q 44 Hình 2.8: Dịng cơng suất biến đổi AC/DC hai chiều phụ thuộc vào hƣớng iL 46 Hình 2.9: Vị trí tức thời vector 47 Hình 2.10: Giới hạn làm việc chỉnh lƣu PWM 47 Hình 2.11: Mơ hình động ảo đồ thị vector từ thông ảo với chỉnh lƣu PWM 50 Hình 2.12: Quan hệ điện áp từ thơng với chiều dịng cơng suất chỉnh lƣu PWM 51 Hình 2.13: Sơ đồ cấu trúc nhận dạng vector từ thông ảo 52 Hình 2.14: Phân loại phƣơng pháp điều khiển chỉnh lƣu PWM 54 Hình 2.15: Mối quan hệ điều khiển chỉnh lƣu PWM phía lƣới nghịch lƣu PWM phía cấp cho động 54 Hình 2.16: Cấu trúc điều khiển chỉnh lƣu PWM theo VOC 55 Hình 2.17: Đồ thị vector VOC Sự biến đổi tọa độ dòng, điện áp lƣới điện áp đầu vào chỉnh lƣu từ hệ trục toạ độ - sang hệ trục toạ độ d-q 57 Hình 2.18: Điền khiển tách dịng điện đầu vào chỉnh lƣu PWM 59 Hình 2.19: Cấu trúc điều khiển chỉnh lƣu PWM theo VFOC 60 Hình 2.20: Cấu trúc điều khiển chỉnh lƣu PWM theo DPC 61 Hình 2.21: Khâu ƣớc lƣợng công suất điện áp 63 Hình 2.22: Khâu ƣớc lƣợng p, q theo vector từ thông ảo 66 Hình 2.23: Sự biến thiên giá trị cơng suất tức thời 67 Hình 2.24: Bộ điều khiển công suất 68 Hình 2.25: Phân vùng vector cho phƣơng pháp điều khiển DPC 69 Hình 2.26: Sự biến đổi vector khơng gian điện áp biến đổi 70 Hình 3.1: Vector khơng gian từ thơng móc vịng stator dịng điện stator 75 Hình 3.2: Vector khơng gian từ thơng móc vịng stator, từ thơng móc vịng rotor, dịng điện stator 77 Hình 3.3: Trạng thái thay đổi vector từ thông stator áp đặt vector điện áp 78 Hình 3.4: Vector khơng gian điện áp chuyển 80 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Hình 3.5: Điều khiển vector khơng gian từ thơng stator: quỹ tích vector khơng gian từ thông stator [mức thay đổi từ thông stator s ], vector chuyển nghịch lƣu 81 Hình 3.6: Các vị trí khác vector không gian từ thông stator, lựa chọn tối ƣu vector điện áp chuyển FI: từ thông tăng; FD: từ thông giảm; TI: mô men tăng; TD: mô men giảm 84 Hình 3.7: Cấu trúc điều khiển DTC dựa từ thông stator hệ truyền động động không đồng với nghịch lƣu nguồn áp 89 Hình 3.8: Sơ đồ khối hệ truyền động điện biến tần 4Q–động không đồng 92 Hình 3.9: Sơ đồ nguyên lý phần mạch lực hệ truyền động điện biến tần bốn góc phần tƣ dùng chỉnh lƣu PWM - động không đồng 93 Hình 3.10: Cấu trúc điều khiển chỉnh lƣu PWM theo VOC 94 Hình 3.11: Cấu trúc điều khiển nghịch lƣu PWM theo DTC 96 Hình 3.12: Mơ hình mơ hệ truyền động điện biến tần 4Q – động không đồng ba pha 97 Hình 3.13: Mơ hình mạch lực (khối PLECS Circuit) 98 Hình 3.14: Mơ hình mạch điều khiển chỉnh lƣu theo VOC 98 Hình 3.15: Mơ hình mạch điều khiển nghịch lƣu theo DTC 99 Hình 3.16: Quỹ đạo từ thơng 99 Hình 3.17: Tốc độ động trình khởi động giảm tốc 100 Hình 3.18: Mơ men động trình khởi động giảm tốc 100 Hình 3.19: Dịng điện điện áp đầu vào chỉnh lƣu PWM ổn định 101 Hình 3.20: Dịng điện điện áp đầu vào chỉnh lƣu PWM giảm tốc 101 Hình 3.21: Mơ men động q trình mơ men tải đổi dấu 102 Hình 3.22: Dịng điện điện áp đầu vào chỉnh lƣu mô men tải đổi dấu 102 Hình 3.23: Tốc độ động q trình mơ men tải đổi dấu 103 Hình 3.24: Điện áp chiều mơ men tải đổi dấu 103 Hình 3.25: Dịng điện stator mơ men tải đổi dấu 104 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 93 3.2.2 Sơ đồ nguyên lý phần mạch lực hệ biến tần 4Q – động không đồng Các hệ truyền động điện biến tần 4Q dùng chỉnh lƣu PWM - động xoay chiều không đồng khác phƣơng pháp điều khiển khối chỉnh lƣu nghịch lƣu, cịn phần mạch lực giống Hình 3.9 sơ đồ nguyên lý phần mạch lực hệ thống truyền động Sơ đồ gồm điện cảm nguồn L; hai sơ đồ cầu ba pha IGBT làm nhiệm vụ chỉnh lƣu (CLPWM) nghịch lƣu (NL); tụ điện C vừa phần tử sơ đồ chỉnh lƣu PWM, vừa phần tử lọc; động không đồng ba pha ĐK Hình 3.9: Sơ đồ nguyên lý phần mạch lực hệ truyền động điện biến tần bốn góc phần tư dùng chỉnh lưu PWM - động không đồng 3.2.3 Khối điều khiển chỉnh lưu Theo phân tích chƣơng hai, có nhiều phƣơng pháp điều khiển chỉnh lƣu tích cực PWM, phƣơng pháp điều khiển có ƣu nhƣợc điểm riêng Các phƣơng pháp điều khiển khác có khác đại lƣợng điều khiển nhƣ cấu trúc cụ thể hệ thống điều khiển nhƣng nhằm đạt mục tiêu chung điều khiển đóng mở van để giữ ổn định giá trị điện áp chiều đầu theo giá trị đặt, khống chế hệ số công suất theo yêu cầu, đảm bảo dạng dòng điện lƣới gần với hình sin cho phép thực Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 94 trao đổi công suất hai chiều tải nguồn Để nghiên cứu làm việc hệ truyền động biến tần bốn góc phần tƣ - động không đồng ta chọn phƣơng pháp điều khiển chỉnh lƣu phƣơng pháp VOC Cấu trúc chi tiết khối điều khiển chỉnh lƣu PWM điều khiển theo VOC đƣợc biểu diễn hình 3.10 Hình 3.10: Cấu trúc điều khiển chỉnh lưu PWM theo VOC Các khâu chức khối điều khiển chỉnh lƣu theo phƣơng pháp VOC gồm: - Khâu đo dòng điện ƣớc tính điện áp lƣới: Thực đo dịng xoay chiều đầu vào chỉnh lƣu (ia, ib), biến đổi dịng điện hệ ba pha sang vector khơng gian hệ tọa độ cố định - (iL, iL) tính thành phần vector điện áp lƣới hệ tọa độ - (uL, uL) Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 95 - Khâu biến đổi - k-: Thực xác định góc vector điện áp lƣới trục hệ tọa độ -, góc trục d hệ tọa độ quay d-q với trục hệ tọa độ cố định -, phục vụ cho việc chuyển tọa độ vector dòng áp - Khâu biến đổi - d-q làm nhiệm vụ biến đổi hệ tọa độ vector dòng điện lƣới, đầu nhận đƣợc thành phần vector dòng điện lƣới hệ tọa độ quay d-q (iLd, iLq) - Khâu biến đổi d-q - làm nhiệm vụ biến đổi hệ tọa độ vector điện áp tải qui đổi, đầu nhận đƣợc thành phần vector điện áp tải hệ tọa độ - (us, us) dùng để điều khiển khâu điều chế độ rộng xung PWM - Khâu điều chế độ rộng xung PWM: Thực tạo xung điều khiển khố đóng cắt mạch lực, khâu hoạt động theo nguyên lý điều chế vector khơng gian - Các điều chỉnh dịng áp đƣợc lựa chọn PI, tín hiệu đặt điều chỉnh dòng id_ref đƣợc lấy từ đầu điều chỉnh điện áp iq_ref = (theo điều kiện hệ số công suất 1) Nhƣ vậy, thực tế, hệ có tín hiệu điều khiển chung cho chỉnh lƣu tín hiệu đặt điện áp chiều Udc_ref 3.2.4 Khối điều khiển nghịch lưu Để điều khiển phần nghịch lƣu, ta chọn phƣơng pháp điều khiển trực tiếp mô men DTC Đây phƣơng pháp điều khiển trực tiếp lên momen điện từ, tốc độ đại lƣợng điều khiển gián tiếp Phƣơng pháp điều khiển đơn giản, phụ thuộc vào thông số động cơ, đáp ứng momen nhanh, linh hoạt Cấu trúc phần điều khiển nghịch lƣu theo nguyên lý trực tiếp mô men DTC đƣợc mơ tả hình 3.11 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 96 Hình 3.11: Cấu trúc điều khiển nghịch lưu PWM theo DTC Các khối điều khiển nhiệm vụ khối hình 3.11: - Khâu ƣớc lƣợng từ thơng mơ men: thực đo dịng xoay chiều đầu nghịch lƣu, điện áp chiều đầu chỉnh lƣu, trạng thái đóng ngắt khóa, từ ƣớc tính từ thơng stator mơ men điện từ động - Bộ điều chỉnh tốc độ đƣợc lựa chọn PI, tín hiệu đặt điều chỉnh tốc độ đặt ωref, tín hiệu đầu mô men đặt Tref - Các khâu so sánh từ thông stator mô men điện từ khâu so sánh trễ hai ba mức - Bảng chọn lựa vector điện áp tối ƣu: từ tín hiệu đầu dψ dT so sánh, kết hợp với thông tin vị trí vector từ thơng qua bảng chọn lựa có đƣợc trạng thái đóng ngắt tối ƣu cho khóa mạch nghịch lƣu Vector điện áp tối ƣu đƣợc chọn lựa tác động trực tiếp lên vector từ thơng stator từ tác động lên mơ men điện từ động Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 97 3.3 Mô hệ truyền động điện biến tần 4Q - động không đồng 3.3.1 Xây dựng sơ đồ mô Để đánh giá đầy đủ ta tiến hành mô làm việc hệ truyền động điện biến tần 4Q - động không đồng ba pha rotor lồng sóc Trong hệ thống này, phần điều khiển chỉnh lƣu PWM áp dụng phƣơng pháp điều khiển VOC, phần nghịch lƣu sử dụng phƣơng pháp điều khiển DTC Q trình mơ đƣợc tiến hành với phần mềm Matlab 7.0.1 Plecs 1.1.6 Udc -C- Udc* iL_abc Udc_ref iL_abc pulses-re pulses i_s iL_abc u_ab m u_bc s_abc Subsystem PLECS v _dc Circuit uL u_ab T_m u_bc Circuit Gain i_a DC link voltage 10 U-I in Demux i_b Enable control Tm wm i_c Tm Fan_model i_s wm m Rotational speed s_abc v _dc Load torque step Inv_motor Hình 3.12: Mơ hình mơ hệ truyền động điện biến tần 4Q – động không đồng ba pha Tham số động đƣợc lựa chọn để thực q trình mơ phỏng: Cơng suất định mức Pđm=14.72kW tƣơng đƣơng 20HP; số đôi cực từ np=2; điện áp định mức pha stator U1đm=220V; tần số f =60Hz; tốc độ định mức n=1748v/ph; điện trở pha stator R1=0.1062; điện trở pha rotor quy đổi stator R2=0.0764; điện cảm tản pha stator Lt1=0.56898mH; điện Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 98 cảm tản pha rotor quy đổi stator Lt2=0.56898mH; điện cảm hỗ cảm Lm=15.475mH Hình 3.13: Mơ hình mạch lực (khối PLECS Circuit) Hình 3.14: Mơ hình mạch điều khiển chỉnh lưu theo VOC Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 99 Psi Sector(Psi) Flux Sector 0.5 v_dc Phase Voltages Stator Resistance s f(u) Flux Abs ??? Flux Reference Z-Tab NOT s_abc Flux Control Rs f(u) Torque i_s Torque Control [2*delta_T] T_ref IC Hình 3.15: Mơ hình mạch điều khiển nghịch lưu theo DTC 3.3.2 Các kết mô đạt 3.3.2.1 Quá trình khởi động hãm tái sinh điều chỉnh giảm tốc Động khởi động từ tốc độ không đến tốc độ đặt 180 rad/s Tại t = 0.5s ta thực giảm tốc độ đặt xuống 100 rad/s để kiểm tra làm việc của hệ thống Hình 3.16: Quỹ đạo từ thơng Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 100 200 180 160 Toc dong co (rad/s) 140 120 100 80 60 40 20 -20 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 Thoi gian (s) 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 Hình 3.17: Tốc độ động trình khởi động giảm tốc 150 100 Mô men dong co (Nm) 50 -50 -100 -150 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 Thoi gian (s) 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 Hình 3.18: Mơ men động q trình khởi động giảm tốc Từ đồ thị ta thấy từ thơng đƣợc trì dải trễ theo giá trị từ thơng đặt 0.6Wb (hình 3.16); q trình khởi động diễn nhanh, tốc độ động đạt giá trị đặt 180rad/s sau khoảng 0.11s, mô men động thay đổi nhanh chóng, bám sát giá trị đặt (hình 3.17 3.18); dịng điện đầu vào Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 101 chỉnh lƣu có dạng gần hình sin (hình 3.19); hệ số công suất 1, hãm tái sinh -1 (hình 3.20) 400 Dong dien va dien ap dau vao chinh luu (A-V) 300 200 100 -100 -200 -300 -400 1.05 1.1 1.15 1.2 Thoi gian (s) Hình 3.19: Dịng điện điện áp đầu vào chỉnh lưu PWM ổn định 400 Dong dien va dien ap dau vao chinh luu (A-V) 300 200 100 -100 -200 -300 -400 0.45 0.5 0.55 Thoi gian (s) 0.6 0.65 Hình 3.20: Dịng điện điện áp đầu vào chỉnh lưu PWM giảm tốc Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 102 3.3.2.2 Quá trình hãm tái sinh đổi dấu mô men tải Tại t = 1.2s ta thực thay đổi mô men tải sang âm (tức tác động mô men chiều với chiều quay rotor) để kiểm tra khả làm việc động trạng thái hãm tái sinh 60 40 Mô men dong co (Nm) 20 -20 -40 -60 -80 1.196 1.197 1.198 1.199 1.2 1.201 Thoi gian (s) 1.202 1.203 1.204 1.205 1.206 Hình 3.21: Mơ men động q trình mơ men tải đổi dấu 400 Dong dien va dien ap dau vao chinh luu (A-V) 300 200 100 -100 -200 -300 -400 1.15 1.2 1.25 Thoi gian (s) Hình 3.22: Dịng điện điện áp đầu vào chỉnh lưu mô men tải đổi dấu Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 103 120 115 Toc dong co (rad/s) 110 105 100 95 90 85 80 1.1 1.2 1.3 1.4 Thoi gian (s) 1.5 1.6 1.7 Hình 3.23: Tốc độ động trình mô men tải đổi dấu 800 750 Dien ap mot chieu (V) 700 650 600 550 500 450 400 1.1 1.2 1.3 1.4 Thoi gian (s) 1.5 1.6 1.7 Hình 3.24: Điện áp chiều mô men tải đổi dấu Ta thấy, mô men tải đổi dấu sang âm dịng điện điện áp đầu vào chỉnh lƣu lệch 1800, tức chỉnh lƣu làm việc chế độ nghịch lƣu, thực chuyển công suất từ phía động lƣới điện (hình 3.22) với giá trị hệ số công suất (cos = -1); tốc độ động đƣợc trì Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 104 hầu nhƣ không đổi 100 rad/s (hình 3.23); giá trị điện áp chiều tƣơng đối ổn định (hình 3.24) Kết mơ chứng minh khả làm việc chế độ hãm tái sinh hệ thống 100 Dong dien stator (A) 50 -50 -100 1.1 1.2 1.3 1.4 Thoi gian (s) 1.5 1.6 1.7 Hình 3.25: Dịng điện stator mô men tải đổi dấu Kết luận: Từ kết mô số chế độ đặc trƣng chỉnh lƣu PWM hệ truyền động điện biến tần 4Q-động không đồng cho thấy sử dụng chỉnh lƣu PWM để xây dựng biến tần bốn góc phần tƣ đáp ứng tốt yêu cầu mà mục tiêu đề tài đặt Hệ truyền động có khả đảm bảo làm việc tốt động bốn góc phần tƣ hệ tọa độ Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 105 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Qua phân tích lý thuyết kết mô biến tần 4Q hệ truyền động động không đồng ba pha ứng dụng loại biến tần ta thấy loại biến tần đạt đƣợc nhiều tính bật mà biến tần thơng thƣờng khác khơng có: - Dịng điện đầu vào phía lƣới có dạng gần hình sin, sóng hài bậc cao dịng điện lƣới khơng đáng kể - Có khả đạt đƣợc hệ số công suất lƣới điện theo yêu cầu - Điện áp chiều sau chỉnh lƣu tích cực đƣợc điều chỉnh ổn định tốt, giảm bớt ảnh hƣởng dao động điện áp lƣới đến biến tần - Biến tần có khả hồn trả lƣợng lƣới, điện áp dịng điện lƣới lệch pha 1800, nhƣ hệ thống cho phép tiết kiệm lƣợng số trƣờng hợp nhƣ điều chỉnh giảm tốc, làm việc với tải năng, KIẾN NGHỊ - Tiếp tục nghiên cứu hồn thiện để áp dụng vào thực tế - Nghiên cứu tìm thêm ứng dụng khác chỉnh lƣu PWM Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 106 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Trần Khánh Hà (1997), Máy điện tập 1, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, Hà Nội Bùi Quốc Khánh, NguyễnVăn Liễn, Phạm Quốc Hải, Dƣơng Văn Nghi (2002), Tự động điều chỉnh truyền động điện, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, Hà Nội Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn (2007), Cơ sở truyền động điện, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội Trần Thọ, Võ Quang Lạp (biên khảo) (2004), Cơ sở điều khiển tự động truyền động điện, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, Hà Nội Nguyễn Phùng Quang (1996), Điều khiển tự động truyền động điện xoay chiều ba pha, Nhà xuất Giáo dục, Hà Nội Nguyễn Phùng Quang, (2003) MATLAB & Simulink dành cho kỹ sư điều khiển tự động, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, Hà Nội Tiếng Anh ABB (2002), ABB Technical Guide No.1: Direct Torque Control Bimal K.Bose (2002), Modern Power Electronics and AC Drives, Prentice Hall, New York C Daoshen and B K Bose (1992), “Expert system based automated selection of industrial AC drives”, IEE IAS Annu Meet Conf Rec., pp 387-392 10 S M Chhaya and B K Bose (1992), “Expert system based automated design technique of a voltage-fed inverter for induction motor drive”, IEE IAS Annu Meet Conf Rec., pp 770-778 11 S M Chhaya and B K Bose (1995), “Expert system aided automated design, simulation and controller tuning of ac drive system”, IEE IECON Conf Rec., pp 712-718 12 Mariusz Malinowski (2001), Sensorless Control Strategies for Three Phase PWM Rectifiers, Warsaw, Poland Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 107 13 P Barrass, M Cade (1999), PWM rectifier using indirect voltage sensing, Proc.IEE-Elect Power Applicat., 146 (5), 539-544 14 Plexim GmbH, PLECS - Piece-wise Linear Electrical Circuit Simulation for Simulink, User Manual, ver 1.2 15 P.Vas (1998), Sensorless Vector and Direct Torque Control, Oxford University Press 16 The Mathworks, Simulink-Dynamic System Simulation for Matlab, Help file in Matlab7.01 R14 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ... đề nghiên cứu, xây dựng biến tần 4Q hệ truyền động điện động không đồng sử dụng biến tần 4Q Mục đích nghiên cứu Đề tài có mục tiêu nghiên cứu: Xây dựng hệ truyền động điện biến tần 4Q - động không. .. áp động không đồng 74 3.2 Cấu trúc hệ truyền động điện biến tần 4Q - động không đồng 92 3.2.1 Sơ đồ khối hệ truyền động điện biến tần 4Q - động không đồng 92 3.2.2 Sơ đồ nguyên lý phần. .. Chƣơng TỔNG QUAN VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN BIẾN TẦN – ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 1.1 Các hệ thống truyền động điện dùng động xoay chiều 1.1.1 Giới thiệu chung Các hệ thống truyền động điện đƣợc sử dụng