Nghiên cứu điều khiển biến tầng khi các thiết bị nâng hạ làm việc ỏ chế độ hãm tái sinh

Bộ Giáo dục Đào tạo Tr-ờng đại học mỏ - địa chất trương việt nghiên cứu điều khiển biến tần thiết bị nâng hạ làm việc chế độ hÃm tái sinh Chuyên ngành : Tự động hóa MÃ số : 60.52.60 luận văn thạc sĩ kü tht Ng­êi h­íng dÉn khoa häc PGS.TS Th¸i Duy Thøc hµ néi - 2008 -1- LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Hà Nội, ngày 15 tháng năm 2008 Tác giả luận văn Trương Duy Việt -2- MỤC LỤC Trang phụ bìa Lời cam đoan Mục lục Danh mục ký hiệu Danh mục bảng Danh mục hình vẽ, đồ thị MỞ ĐẦU 12 Chương - TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN TRONG CÁC CƠ CẤU NÂNG HẠ 1.1 Giới thiệu cấu nâng hạ 15 15 1.1.1 Cơ cấu nâng hạ 15 1.1.2 Các thành phần cấu nâng hạ 15 1.1.3 Phân loại 16 1.2 Cơ sở lý thuyết tính tốn cho cấu nâng hạ 17 1.2.1 Các thơng số cấu nâng hạ 17 1.2.2 Tính tốn tham số truyền động cấu nâng hạ 18 1.3 Khái quát hệ thống điều khiển truyền động điện cho cấu nâng hạ 19 1.3.1 Một số yêu cầu cho hệ thống điều khiển truyền động cấu nâng hạ 19 1.3.2 Các hệ truyền động cho cấu nâng hạ 22 1.3.3 Các dạng đặc tính hệ truyền động điện điều chỉnh tốc độ cho cấu nâng hạ 23 Chương - NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA BIẾN TẦN - ỨNG DỤNG BIẾN TẦN TRONG CÁC CƠ CẤU NÂNG HẠ 2.1 Nguyên lý làm việc biến tần ba pha 2.1.1 Sơ đồ cấu trúc biến tần ba pha nguồn áp 29 29 29 2.1.2 Nguyên lý điều khiển biến tần ba pha nguồn áp phương pháp điều chế độ rộng xung 31 -3- 2.1.3 Nguyên lý điều khiển biến tần ba pha nguồn áp phương pháp điều chế vector không gian 2.2 Ứng dụng biến tần cấu nâng hạ 32 40 Chương - TRẢ NĂNG LƯỢNG VỀ NGUỒN Ở CHẾ ĐỘ HÃM TÁI SINH TRONG HỆ THỐNG BIẾN TẦN – ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3.1 Tổng quan động không đồng 41 41 3.1.1 Cấu tạo 41 3.1.2 Nguyên lý hoạt động 42 3.1.3 Đặc tính động không đồng 42 3.1.4 Động không đồng hoạt động chế độ hãm tái sinh 43 3.2 Trả lượng nguồn hệ thống biến tần – động không đồng 48 3.2.1 Trao đổi công suất lưới tải truyền động biến tần động xoay chiều 48 3.2.2 Chỉnh lưu PWM 50 3.2.3 Các phương pháp điều khiển chỉnh lưu PWM 56 3.2.4 Cấu trúc điều khiển theo phương pháp DPC 66 3.2.5 Cấu trúc điều khiển theo phương pháp VOC 69 3.3 Hệ thống biến tần dùng chỉnh lưu PWM - động không đồng bộ: 73 3.3.1 Xây dựng thuật toán VF-DPC Simulink 77 3.3.2 Xây dựng thuật toán DTC Simulink 81 3.4 Các kết mô đạt với hệ thống biến tần dùng chỉnh lưu PWM động không đồng 84 3.5 Phân tích chất lượng dịng lượng phản hồi lưới 91 3.5.1 Một số tham số để đánh giá chỉnh lưu lưới 91 3.5.2 Kết phân tích sóng hài lượng phản hồi 94 Chương - XÂY DỰNG MƠ HÌNH THÍ NGHIỆM 101 4.1 Giới thiệu card điều khiển 1103 hãng dSPACE 101 4.2 Quá trình xây dựng mơ hình thực nghiệm 105 4.2.1 Xây dựng phần cứng 105 -4- 4.2.2 Xây dựng phần mềm 111 4.2.3 Các kết đạt 113 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 115 TÀI LIỆU THAM KHẢO 117 -5- DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU x(t), x Giá trị tức thời X*, x* Giá trị đặt α Góc pha vector chuẩn λ Hệ số cơng suất ϕ Góc pha dịng điện ω Vận tốc góc ψ Góc pha ε Góc pha điều khiển cos ϕ 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 Công 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 ψL Vector từ thông ảo ψLα Thành phần vector từ thông ảo hệ trục toạ độ α - β ψLβ Thành phần vector từ thông ảo hệ trục toạ độ α - β ψLd Thành phần vector từ thông ảo hệ trục toạ độ d - q ψLq Thành phần vector từ thông ảo hệ trục toạ độ d - q uL Vector điện áp lưới uLα Thành phần vector điện áp lưới hệ trục toạ độ α - β uLβ Thành phần vector điện áp lưới hệ trục toạ độ α - β uLd Thành phần vector điện áp lưới hệ trục toạ độ d - q -6- uLq Thành phần vector điện áp lưới hệ trục toạ độ d - q iL Vector dòng điện lưới iLα Thành phần vector dòng điện lưới hệ trục toạ độ α - β iLβ Thành phần vector dòng điện lưới hệ trục toạ độ α - β iLd Thành phần vector dòng điện lưới hệ trục toạ độ d - q iLq Thành phần vector dòng điện lưới hệ trục toạ độ d - q uS, uconv Vector điện áp vào chỉnh lưu uSα Thành phần vector điện áp vào chỉnh lưu hệ trục toạ độ α - β uSβ Thành phần vector điện áp vào chỉnh lưu hệ trục toạ độ α - β uSd Thành phần vector điện áp vào chỉnh lưu hệ trục toạ độ d - q uSq Thành phần vector điện áp vào chỉnh lưu 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 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 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 trường (viết tắt Field Oriented Control) 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 lưới (viết tắt Voltage Oriented Control) -7- DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Trạng thái logic nhánh van Bảng 3.1 Bảng chuyển mạch 12 sector dùng cho phương pháp điều khiển DPC Bảng 3.2 Chỉ tiêu độ méo điện áp lưới Bảng 3.3 Giới hạn dòng hài theo IEEE 519-192 -8- DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Cấu trúc hệ truyền động điện dùng cho cấu nâng hạ 22 Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý đặc tính sử dụng ĐCMC truyền động cho cấu nâng hạ 24 Hình 1.4 Sơ đồ nguyên lý động KĐB rôto dây quấn 27 Hình 1.5 Đặc tính động KĐB rơto dây quấn 28 Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý biến tần ba pha nguồn áp 29 Hình 2.2 Dạng sóng điện áp đầu nghịch lưu 31 Hình 2.3 Nguyên lý làm việc điều chế động rộng xung 32 Hình 2.4 Vị trí tương đối vectơ điện áp hệ tọa độ không gian α , β ba cuộn dây pha ABC Hình 2.5 Thực vectơ US hai vectơ điện áp chuẩn 33 34 Hình 2.6 Xung điều khiển van transisor theo nguyên lý điều chế vectơ không gian 35 Hình 2.7 Vectơ Us hệ tọa độ αβ 37 Hình 3.1 Mơ hình động khơng đồng ba pha 41 Hình 3.2 Đặc tính động khơng đồng 43 Hình 3.3 Đặc tính động không đồng chế độ hãm tái sinh 44 Hình 3.4 Mơ hình mơ hãm tái sinh Simulink 45 Hình 3.5 Hộp thoại khai báo thông số cho động không đồng 45 Hình 3.6 Q trình q độ mơ động hãm tái sinh 46 Hình 3.7 Thay đổi tốc độ - mômen trước sau hãm tái sinh 46 Hình 3.8 Dịng áp mơmen động trước sau hãm tái sinh 46 Hình 3.9 Giá trị góc lệch điện áp - dịng điện động trước sau hãm tái sinh Hình 3.10 Đồ thị góc lệch điện áp dịng điện động 47 47 Hình 3.11 Các biện pháp xử lý lượng chế độ hãm tái sinh động 49 Hình 3.12 Cấu trúc mạch chỉnh lưu PWM 50 ssSetOffsetTime(S, 0, FIXED_IN_MINOR_STEP_OFFSET); } else /* discrete */ { ssSetSampleTime(S, 0, sampleTime); ssSetOffsetTime(S, 0, 0.0); } } #define MDL_INITIALIZE_CONDITIONS #if defined(MDL_INITIALIZE_CONDITIONS) static void mdlInitializeConditions(SimStruct *S) { } #endif static void mdlOutputs(SimStruct *S, int_T tid) { InputRealPtrsType uPtrs = ssGetInputPortRealSignalPtrs(S,0); real_T *y = ssGetOutputPortRealSignal(S,0); real_T temp; temp = (*uPtrs[0]); /*if((temp>=0)&&(temp=pi/6)&&(temp=pi/3)&&(temp=pi/2)&&(temp=2*pi/3)&&(temp=5*pi/6)&&(temp=-pi)&&(temp=-5*pi/6)&&(temp=-2*pi/3)&&(temp=-pi/2)&&(temp=-pi/3)&&(temp=-pi/6)&&(temp=0)&&(temp=pi/6)&&(temp=pi/3)&&(temp=pi/2)&&(temp=2*pi/3)&&(temp=5*pi/6)&&(temp=-pi)&&(temp=-5*pi/6)&&(temp=-2*pi/3)&&(temp=-pi/2)&&(temp=-pi/3)&&(temp=-pi/6)&&(temp=0) absua=ua; else absua=-ua; if (ub>=0) absub=ub; else absub=-ub; a=(absua+absub/sqrt(3.0))/udc; b=(absua-absub/sqrt(3.0))/udc; c=(2*absub/sqrt(3.0))/udc; if(ub>=0) { if(ua