Nghiên cứu đặc tính động của động cơ không đồng bộ ba pha tuyến tính đơn biên

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN NGUYỄN BÌNH TÀI NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ KHƠNG ĐỒNG BỘ BA PHA TUYẾN TÍNH ĐƠN BIÊN LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN Bình Định - Năm 2020 TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN NGUYỄN BÌNH TÀI NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ KHƠNG ĐỒNG BỘ BA PHA TUYẾN TÍNH ĐƠN BIÊN Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số : 8520201 Người hướng dẫn: TS TRƯƠNG MINH TẤN LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu khoa học độc lập riêng Các số liệu sử dụng phân tích luận án có nguồn gốc rõ ràng, công bố theo quy định Các kết nghiên cứu luận án tơi tự tìm hiểu, phân tích cách trung thực, khách quan phù hợp với thực tiễn Việt Nam Các kết chưa công bố nghiên cứu khác rri Tác giả luận văn r _ • MỤC LỤC Trang DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU 1.2.1 1.3 Cấu tạo, nguyên lý làm việc động khơng đồng tuyến tính đơn CHƯƠNG KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ KHƠNG ĐỒNG BỘ BA PHA TUYẾN TÍNH ĐƠN BIÊN ỨNG DỤNG CHO DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ĐCTT: Động tuyến tính ĐCKĐBTT: Động khơng đồng tuyến tính ĐB: Đồng KĐB: Khơng đồng BLDC (Brushless Direct Current): Một chiều không chổi than HSST (High Speed Surface Transportation): Giao thông mặt đất tốc độ cao FMS (Flexible Manufacturing System): Hệ thống sản xuất linh hoạt CNC (Computer Numerical Control): Điều khiển số máy tính DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Nội dung STT Hình 1: JFK Newyork (từ Wikipedia) Hình 2: Green Line Yokohama - Nhật Bản (từ Wikipedia) Hình 3: Ứng dụng động điện tuyến tính thang máy Hình 4: Ứng dụng động tuyến tính gia cơng kim loại robot Trang 1 2 Hình 1.1 Tạo chuyển động thẳng sử dụng đai truyền Hình 1.2 Tạo chuyển động thẳng sử dụng trục vít Hình 1.3 Tạo chuyển động thẳng sử dụng động tuyến tính Hình 1.4 Các ứng dụng động tuyến tính 10 Hình 1.5 Các ứng dụng dây chuyền sử dụng động tuyến tính 11 10 11 Hình 1.6 Hình ảnh tàu Transrapid đoạn đường chạy thử nghiệm Hình 1.7 Nguyên lý chuyển đổi từ động quay sang động tuyến tính 12 13 Hình 1.8 Động tuyến tính phẳng với mặt trượt 12 đơn 13 Hình 1.9 Động tuyến tính phẳng có dạng kết cấu 13 lược 14 14 Hình 1.10 Động tuyến tính có kết cấu dạng hình ống 15 15 Hình 1.11 Các biến dạng động tuyến tính 15 16 Hình 1.12 Động tuyến tính dạng Stator dài dạng phẳng dạng ống 16 Hình 1.13 Động tuyến tính dạng Stator ngắn dạng 17 18 phẳng dạng ống Hình 1.14 Phân loại động tuyên tính theo nguyên lý làm việc kết cấu hình học 16 17 Hình 1.15 So sánh mật độ lực ĐCTT làm việc theo 19 nguyên lý KĐB ĐB 18 Hình 1.16: Mơ hình động khơng đồng tuyến tính 20 21 22 23 24 25 đơn biên Hình 1.17: Quan hệ bán kính động KĐB quay chiều dài động KĐB tuyến tính Hình 1.18: Các thành phần lực động KĐB tuyến tính Hình 2.1 Sự phân bố từ thơng bên động tuyến tính dạng Sator ngắn làm việc theo nguyên lý cảm ứng Hình 2.2: Hình dáng từ thơng khe hở khơng khí dịng điện xốy Hình 2.3: Quan hệ v, ệ f(ệ) 19 20 22 29 31 33 Hình 2.4: Mạch điện tương đương pha có xét đến hiệu 26 27 ứng đầu cuối dịng xốy ĐCKĐBTT Hình 2.5: Sơ đồ biến đổi máy điện xoay chiều pha 34 38 Hình 2.6: Sơ đồ biến đổi ĐCKĐBTT hệ tọa độ pha 28 42 tổng qt uv 29 Hình 2.7: Mơ hình ĐCKĐBTT hệ tọa độ aP 46 30 Hình 2.8: Mơ hình ĐCKĐBTT hệ tọa độ dq 48 Hình 2.9 Mơ hình ĐCKĐBTT đơn biên khơng có xét 31 đến hiệu ứng mô MATLAB/Simulink (hệ tọa 49 độ aPJ 32 33 Hình 2.10 Mơ hình ĐCKĐBTT đơn biên có xét đến hiệu ứng mơ MATLAB/Simulink (hệ tọa độ 50 ap) Hình 2.11 Khối biến đổi điện áp theo biến đổi Park 51 Hình 3.1 Mơ hình thang máy sử dụng động tuyến 34 35 36 37 38 39 40 tính Hình 3.2 Đặc tính ĐCKĐBTT không tải trường hợp không xét hiệu ứng đầu cuối dịng xốy Hình 3.3 Đặc tính ĐCKĐBTT không tải trường hợp xét hiệu ứng đầu cuối Hình 3.4 Đặc tính ĐCKĐBTT khơng tải trường hợp xét hiệu ứng đầu cuối dịng xốy Hình 3.5 Đặc tính ĐCKĐBTT đầy tải trường hợp xét hiệu ứng đầu cuối Hình 3.6 Đặc tính ĐCKĐBTT đầy tải trường hợp xét hiệu ứng đầu cuối dịng xốy Hình 3.7 Đặc tính ĐCKĐBTT mang tải 57,14% 52 54 55 56 58 58 59 trường hợp xét hiệu ứng đầu cuối dịng xốy Hình 3.8 Đặc tính ĐCKĐBTT đầy tải tần số 41 nguồn điện giảm 1% Hình 3.9 Đặc tính ĐCKĐBTT đầy tải nguồn điện 42 đối xứng Hình 3.10 Đặc tính ĐCKĐBTT đầy tải điện trở 43 phần sơ cấp tăng 30% STT DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Nội dung Bảng 1.1 So sánh hệ chuyển động (+: tốt; -: xấu) Bảng 1.2 Mật độ lực ĐCTT làm việc theo nguyên lý khác 60 61 62 Trang 17 a) Đáp ứng lực c) Đáp ứng dòng điện b) Đáp ứng tốc độ d) Đáp ứng từ thơng Hình 3.3 Đặc tính ĐCKĐBTT khơng tải trường hợp xét hiệu ứng đầu cuối a) Đáp ứng lực b) Đáp ứng tốc độ c) Đáp ứng dòng điện d) Đáp ứng từ thơng Hình 3.4 Đặc tính ĐCKĐBTT khơng tải trường hợp xét hiệu ứng đầu cuối dòng xoáy Qua kết nhận được, ta nhận thấy yếu tố tượng hiệu ứng đầu cuối, dòng xốy ĐCKĐBTT có ảnh hướng lớn đến đặc tính động ĐCKĐBTT Nhằm đánh giá cách xác ảnh hưởng tượng tách thành trường hợp hình 3.2, 3.3 3.4 Thực chất việc có giá trị nghiên cứu ảnh hưởng yếu tố, cịn q trình thực, chúng ln xảy đồng thời, gây nên ảnh hưởng tổng hợp đến đặc tính động Hình 3.3 trường hợp nghiên cứu đặc tính động ĐCKĐBTT (khơng tải) xét đến ảnh hưởng tượng hiệu ứng đầu cuối, ta nhận thấy đáp ứng lực, tốc độ, dòng điện, từ thơng có thay đổi rõ rệt Lực độ lớn 60kN nhỏ 0,5kN so với Hình 3.2 khơng xét Trị số lực cực đại đạt 19,5kN nhỏ so với lực cực đại đạt Hình 3.2 (20,5kN) Trị số biên độ dịng điện cực đại chu kỳ đầu thay đổi Từ thông chế độ xác lập giảm so với Hình 3.2 khoảng 0,05Tesla Thời gian khởi động 0,5s lớn so với 0,45s Hình 3.2 Trường hợp xét hiệu ứng đầu cuối dòng xốy, mức độ ảnh hưởng lớn có tượng dao động trạng thái xác lập, Hình 3.4 kết tính tốn giải tốn xét đến ảnh hưởng đồng thời yếu tố Qua kết đồ thị, ta nhận thấy trị số lực độ cực đại trường hợp tổng quát đạt giá trị 58KN (giảm 3,33% so với trường hợp xét hiệu ứng đầu cuối giảm 4,13% so với trường hợp không xét) Trị số lực cực đại đạt 18kN (giảm 7,69% so với trường hợp xét hiệu ứng đầu cuối giảm 12,19% so với trường hợp khơng xét) Qua việc tính tốn đây, ta nhận thấy ảnh hưởng tượng đầu cuối dịng xốy ĐCKĐBTT đơn biên đáng kể, vấn đề cần xem xét thiết kế chế tạo máy điện không đồng tuyến tính 3.2.2 Trường hợp mang tải Chúng ta nghiên cứu số kết sau thay đổi tải Hình 3.5, 3.6, 3.7 biểu diện đường cong lực, tốc độ, dòng điện ứng với giá trị khác tải Xét trường hợp ĐCKĐBTT đơn biên với phần sơ cấp chuyển động dọc theo phần thứ cấp mang đầy tải gồm: cabin hành khách, đặc tính động khảo sát trường hợp: Xét đến hiệu ứng đầu cuối; Xét đến hiệu ứng đầu cuối dịng xốy a) Đáp ứng lực b) Đáp ứng tốc độ c) Đáp ứng dịng điện Hình 3.5 Đặc tính ĐCKĐBTT đầy tải trường hợp xét hiệu ứng đầu cuối Lự c (N > a) Đáp ứng lực b) Đáp ứng tốc độ c) Đáp ứng dịng Hình 3.6 Đặcđiện tính ĐCKĐBTT đầy tải trường hợp xét hiệu ứng đầu cuối dịng xốy Trường hợp ĐCKĐBTT đơn biên với phần sơ cấp chuyển động dọc theo phần thứ cấp mang tải 57,14% (chỉ có cabin khơng có hành khách), đặc tính động khảo sát trường hợp tổng quát: Xét đến hiệu ứng đầu cuối dịng xốy — -— — ■ 02 ♦> 04 í 00 'iXot ịian(l) 07 01 09 01 02 03 04 05 06 0“ 08 09 ỉ Tboi C1.IH HI a) Đáp ứng lực b) Đáp ứng tốc độ 4000 3000 2000 1000 1° ■ 1000 -2000 -3000 4000 0.1 0.2 03 04 o.s 0.6 07 08 09l Thoi gun (ỉ) c) Đáp ứng dịng điện Hình 3.7 Đặc tính ĐCKĐBTT mang tải 57,14% trường hợp xét hiệu ứng đầu cuối dịng xốy Khi khởi động ĐCKĐBTT với tải lớn dẫn đến kết thời gian khởi động bị kéo dài Chẳng hạn, thời gian khởi động đầy tải 0,7s lớn 0,3s so với động mang tải 57,14% (xét đến hiệu ứng đầu cuối dịng xốy) Chú ý khởi động động với lực tải lớn khó khăn, chí khơng khởi động được, thang máy lực tải thuộc loại lực động bị kéo ngược lại thời điểm lực đạt giá trị cực tiểu Về trị số lực độ cực đại trị số lực cực đại không bị thay đổi thay đổi lực tải Trị số dòng điện cực đại giá trị dòng điện trung bình thời gian khởi động khơng bị ảnh hưởng lực tải thay đổi 3.2.3 Trường hợp tần số nguồn điện giảm 1% (49,5Hz) Trường hợp khảo sát đặc tính động ĐCKĐBTT đơn biên với phần sơ cấp chuyển động dọc theo phần thứ cấp mang đầy tải (cabin hành khách), đặc tính động khảo sát trường hợp tổng quát: Xét nguồn điện cung cấp giảm 1% (49,5Hz) so với tần số công nghiệp 50Hz đến hiệu ứng đầu cuối dịng xốy a) Đáp ứng lực b) Đáp ứng tốc độ c) Đáp ứng dịng điện Hình 3.8 Đặc tính ĐCKĐBTT đầy tải tần số nguồn điện giảm 1% Khảo sát đặc tính động ĐCKĐBTT đơn biên trường hợp tần số Hình 3.8, tốc độ động giảm, trị số lực độ cực đại trị số lựccực đại tăng so với Hình 3.6, điều lý giải: vùng làm việc tốc độ thấp hơn, ảnh hưởng tượng hiệu ứng đầu cuối ĐCKĐBTT giảm thấp 3.2.4 Trường hợp nguồn điện đối xứng Xét trường hợp khác liên quan đến tính đối xứng nguồn điện cung cấp cho động cơ, điện áp pha A giảm 5% so với điện áp pha cịn lại, khảo sát đặc tính động ĐCKĐBTT đơn biên với phần sơ cấp chuyển động dọc theo phần thứ cấp mang đầy tải (cabin hành khách), đặc tính động khảo sát trường hợp tổng quát: Xét đến hiệu ứng đầu cuối dịng xốy •1 5000 (I I 02 0» a) Đáp ứng lực Ỉ «4 05 06 - OX 09 TIHM tiMi