THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN SỬ DỤNG ĐỘNG CƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU 3 PHA KHÔNG ĐỒNG BỘ (INDUCTION MOTOR)

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN ĐỒ ÁN MÔN HỌC TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN -o0o - ĐỀ TÀI THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN SỬ DỤNG ĐỘNG CƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU PHA KHÔNG ĐỒNG BỘ (INDUCTION MOTOR) Giảng viên hướng dẫn: PGS TS.Lê Tiến Dũng Sinh viên thực :Từ Hồng Phát MSSV :105170365 Nhóm HP/lớp SH :17N33/17TDH2 Ngành :Kĩ thuật điều khiển tự động hóa ĐÀ NẴNG , 10/03/2021 CHƯƠNG GIỚI THIỆU BÀI TỐN, TÍNH TỐN THIẾT KẾ PHẦN ĐỘNG LỰC .4 1.1 GIỚI THIỆU YÊU CẦU BÀI TOÁN 1.2 SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ HỆ THỐNGLỖI! THẺ ĐÁNH DẤU KHÔNG ĐƯỢC XÁC ĐỊNH 1.2.1 SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG 1.2.2 TẢI .5 1.2.3 MẠCH ĐỘNG LỰC LỖI! THẺ ĐÁNH DẤU KHÔNG ĐƯỢC XÁC ĐỊNH 1.2.4 MẠCH ĐIỀU KHIỂN 1.3 PHƯƠNG ÁN ĐIỀU KHIỂN 1.4 TÍNH TỐN CÁC THƠNG SỐ CỦA HỆ THỐNG .8 1.4.1 TỐC ĐỘ CỦA TẢI 1.4.2 MOMEN ĐIỆN TỪ CỦA ĐỘNG CƠ .9 1.4.3 CÔNG SUẤT CỦA TẢI 10 1.4.4 ĐẶC TÍNH CƠ CỦA TẢI .10 1.5 TÍNH CHỌN THIẾT BỊ MẠCH ĐỘNG LỰC 11 1.5.1 CHỌN ĐỘNG CƠ 11 1.5.2 CHỌN HỘP GIẢM TỐC 12 1.5.3 CHỌN CONTACTOR .12 1.5.4 CHỌN CẢM BIẾN DÒNG 12 1.5.5 CHỌN ENCODER 13 1.5.6 CHỌN DIODE CHO MẠCH CHỈNH LƯU 13 1.5.7 CHỌN IGBT CHO MẠCH NGHỊCH LƯU 13 1.5.8 CHỌN MCB .14 1.6 KIỂM TRA CÁC THÔNG SỐ .14 1.6.1 KIỂM TRA TỐC ĐỘ BĂNG TẢI 14 1.6.2 KIỂM TRA MOMEN TẠI TRỤC POLLEY 15 CHƯƠNG XÂY DỰNG MƠ HÌNH TỐN HỌC HỆ THỐNG .17 2.1 CÁC PHƯƠNG TRÌNH CƠ BẢN CỦA ĐỘNG CƠ KĐB PHA .18 2.2 MƠ HÌNH TỐN HỌC CUA ĐỘNG CƠ TRÊN HÊ TỌA ĐỘ DQ 19 2.3 ƯU ĐIỂM CỦA MÔ HÌNH ĐỘNG CƠ KĐB PHA TRONG HTĐ DQ SO VƠI HTD 𝛼𝛽 21 2.4 MÔ HÌNH TỐN HỌC CỦA CÁC KHÂU TRONG HỆ THỐNG 21 2.4.1 BỘ NGHỊCH LƯU 21 2.4.2 MÔ HÌNH TỐN HỌC CỦA CẢM BIẾN .21 2.4.3 MƠ HÌNH TỐN HỌC CỦA BỘ CHUYỂN ĐỔI ABC/ 𝛼𝛽 22 GVHD: PGS.TS Lê Tiến Dũng SVTH: Từ Hồng Phát 2.4.4 MÔ HÌNH TỐN HỌC CỦA BỘ ĐIỀU KHIỂN PI 22 2.4.5 MOO HÌNH TỐN HỌC CỦA BỘ CHUYỂN ĐỔI 𝛼𝛽 /DQ 22 2.4.6 MÔ HÌNH TỐN HỌC KHỐI MƠ HÌNH TỪ THƠNG 23 2.5 MƠ HÌNH TỐN HỌC CHO CẢ HỆ THỐNG 23 CHƯƠNG TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 24 3.1 SƠ ĐỒ CẤU TRÚC PHẦN ĐIỀU KHIỂN 24 3.2 SƠ ĐỒ CÁC MẠCH VÒNG CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 24 3.2.1 MẠCH VÒNG ĐIỀU KHIỂN DÒNG ĐIỆN 24 3.2.2 MẠCH VÒNG ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ 25 3.2.3 MẠCH VỊNG ĐIỀU KHIỂN TỪ THƠNG 25 3.3 PHÂN TÍCH CÁC KHÂU ĐIỀU KHIỂN PI .26 3.4 XÁC ĐỊNH THAM SỐ CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN .26 CHƯƠNG MÔ PHỎNG, KIỂM NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG 27 4.1 MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRÊN PHẦN MÊM MATLAB-SIMULINK 27 4.1.1 MẠCH ĐỘNG LỰC .27 4.1.2 CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN T4R 27 4.1.3 KHỐI CHUYỂN ĐỔI ABC-𝛼𝛽-DQCHỌN CONTACTOR 28 4.1.4 KHỐI CHUYỂN ĐỔI PARK NGƯỢC 28 4.1.5 KHỐI PHÁT XUNG PWM .28 4.2 KÊT QUẢ MÔ PHỎNG TRÊN MATLAB-SIMULINK 29 4.2.1 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG TỐC ĐỘ 29 4.2.2 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG MOMEN 29 4.2.3 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG ISD ISQ 30 4.3 ĐÁNH GIÁ TOÀN BỘ HỆ THỐNG 31 GVHD: PGS.TS Lê Tiến Dũng SVTH: Từ Hồng Phát CHƯƠNG GIỚI THIỆU BÀI TỐN, TÍNH TỐN THIẾT KẾ PHẦN ĐỘNG LỰC 1.1 GIỚI THIỆU YÊU CẦU BÀI TỐN Hình 1.1 Sơ đồ tốn Trong : • JM : mompulley.đm qn tính • M = 2.5 kg : khối lượng tải • r =0.35 m : bán kính pulley Bài tốn u cầu sử dụng động không đồng pha điện áp 220V/380V để truyền động cho băng tải mang vật có khối lượng M=2.5kg Yêu cầu vật M có đồ thị tốc độ hình 1.2 Hệ thống phải đảm bảo dù có ngoại lực fL tác động vào vật M tốc độ M phải ln bám sát với tốc độ đặt trước Ngoài ra, tốc độ đặt vào thay đổi hệ thống phải đảm bảo vật M di chuyển với tốc độ đặt vào mà khơng cần thay đổi phần cứng phần mềm -Đồ thị tốc độ mong muốn tải: Hình 1.2 đồ thị tốc độ mong muốn tải Qua đồ thị ta thấy, động cần phải tăng tốc, giảm tốc, đảo chiều quay Đồ thị tốc độ đo cần bám sát đồ thị GVHD: PGS.TS Lê Tiến Dũng SVTH: Từ Hồng Phát 1.2 SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ HỆ THỐNG 1.2.1 Sơ đồ khối hệ thống Hình 1.3: Sơ đồ khối hệ thống Mạch động lực truyền động cho tải cung cấp để tải vận hành yêu cầu Mạch điều khiển qua việc đo tốc độ động 𝜔 dòng điện cấp vào stato động I để tính tốn đưa xung kích để kích cho nghịch lưu mạch động lực 1.2.2 Tải Hình 1.4: Tải hệ thống Độ dài băng tải L=l +l + l trái +lphải 3.6 Ta có : l = l ≥ ∫0 𝑢𝑑𝑡 =13.75 m l trái = lphải =2𝜋𝑟=2𝜋 × 0.32=1.1m => L ≥ × 13.76 + × 1.1=29.7 m => chọn băng tải PVC có chiều dài L=30m; chiều rộng D=0.25m; độ dày H=1mm Loại băng tải có khối lượng đơn vị diện tích m=1kg/m2 => Khối lượng băng tải : Mbăng tải = m× 𝐿 × 𝐷=1 × 30 × 0.25 = 7.5 kg GVHD: PGS.TS Lê Tiến Dũng SVTH: Từ Hồng Phát 1.2.3.Mạch động lực MCB: Đóng cắt nguồn điện không thường xuyên cho mạch động lực Cắt điện xảy cố ngắn mạch hệ thống đảm bảo cho cố không phát triển thêm không làm ảnh hưởng đến việc vận hành thiết bị điện khác bên hệ thống K: Contactor để đóng cắt thường xuyên động RN : Bảo vệ tải cho động Khi đông làm việc tải vượt giới hạn role nhiệt RN tác động cắt nguồn cung cấp cho động đảm bảo cho động không bị hư hỏng tải Mạch chỉnh lưu cầu pha : Sử dụng diot Biến đổi nguồn điện xoay chiều pha thành chiều để cung cấp cho mạch nghịch lưu Mạch lọc L,C : Để loại bỏ sóng hài bậc cao nguồn điện chiều sau mạch chỉnh lưu Hình 1.5: Mạch động lực Mạch nghịch lưu: Sử dụng IGBT Biến đổi nguồn điện chiều thành dòng xoay chiều pha để cung cấp cho động làm việc Dựa vào tín hiệu điều khiển từ mạch điều khiển để làm việc đảm bảo động làm việc theo tốc độ 𝜔 đặt trước Động M : động không đồng pha nhận nguồn từ mạch nghịch lưu quay để truyền động cho tải GVHD: PGS.TS Lê Tiến Dũng SVTH: Từ Hồng Phát 1.2.4 Mạch điều khiển Hình 1.6 Mạch điều khiển Dòng điện cấp vào stato động rôi chuyển đổi từ hệ trục tọa độ abc sang hệ trục tọa độ dqs chuyển từ hệ trục tọa độ dqs sang hệ trục tọa độ dqe ta dòng điện cấp 𝑒 𝑒 cho stato thực chiếu theo trục q 𝑖𝑞𝑠 dòng điện cấp cho stato thực chiếu theo trục 𝑖𝑑𝑠 Tốc độ đo từ động so sánh với giá trị tốc độ đặt 𝜔ref tín hiệu thu đưa 𝑒∗ 𝑒∗ vào điều khiển tốc độ để tính dịng điện đặt 𝑖𝑞𝑠 Rồi dịng điện đặt 𝑖𝑞𝑠 so sánh 𝑒 với 𝑖𝑞𝑠 tín hiệu thu được đưa vào điện khiển dòng điện để tính điện áp đặt 𝑉𝑞𝑠𝑒∗ Điện áp đặt 𝑉𝑞𝑠𝑒∗ chuyển từ hệ trục tọa độ dqe sang hệ trục tọa độ dqs để điều khiển phát xung SVPWM phát xung kích tương ứng để điều khiển IGBT mạch nghịch 𝑒∗ lưu Tốc độ đặt đưa vào điều khiển từ thơng để tính dòng điện đặt 𝑖𝑑𝑠 Rồi 𝑒∗ 𝑒 dòng điện đặt 𝑖𝑑𝑠 so sánh với 𝑖𝑑𝑠 tín hiệu thu được đưa vào điện khiển dòng 𝑒∗ 𝑒∗ điện để tính điện áp đặt 𝑉𝑑𝑠 Điện áp đặt 𝑉𝑑𝑠 chuyển từ hệ trục tọa độ dqe sang hệ trục tọa độ dqs để điều khiển phát xung SVPWM phát xung kích tương ứng để điều khiển IGBT mạch nghịch lưu GVHD: PGS.TS Lê Tiến Dũng SVTH: Từ Hồng Phát 1.3 PHƯƠNG ÁN ĐIỀU KHIỂN Nguồn cấp cho hệ thống 220/380V pha, cần thiết kế mạch bảo vệ tải, ngắn mạch Lựa chọn thiết bị bảo vệ cần dựa vào thông số động để bảo vệ Từ đồ thị, ta nhận thấy trình hoạt động động cần đảo chiều nên cần biến đổi tần số chỉnh lưu cầu pha để biến đổi nguồn xoay chiều thành chiều, nghịch lưu cầu pha có van cơng suất đóng cắt với tần số nhanh để biến đổi nguồn chiều thành nguồn xoay chiều pha cấp cho động Tần số đóng cắt cảu nghịch lưu sử dụng phương pháp điều chế vectơ không gian SVPWM, dựa giá trị điện áp 𝑢𝛼 , 𝑢𝛽 đầu vào để tính tốn tạo chùm xung kích thích điều khiển điện áp cấp cho động Ngồi ra, với tần số định tốc độ động không đổi dù tải thay đổi Chọn cảm biến dòng encoder phù hợp với giá trị hệ thống 1.4 TÍNH TỐN CÁC THƠNG SỐ CỦA HỆ THỐNG 1.4.1 Tốc độ cua tải 𝜔𝑚 = Ta có : 𝑢 𝑟 = 𝑢 0.35 (rad/s) - Từ – 1s: trục pulley tăng tốc dần lên từ đến 14.28 rad/s Từ – 3s: trục pulley chạy ổn định 14.28 rad/s Từ – 3.5s: trục pulley giảm tốc rad/s - Từ 3.5 – 4s: trục pulley đảo chiều, tăng tốc đến -14.28 rad/s Từ – 6s: trục pulley chạy ổn định -14.28 rad/s - Từ – 7s: trục pulley giảm tốc rad/s Ta có đồ thị ωm sau : Hình 1.7 Đồ thi tốc độ tính tốn động GVHD: PGS.TS Lê Tiến Dũng SVTH: Từ Hồng Phát 1.4.2 Momen điện từ động 𝑇𝑒𝑚 = 𝐽𝑚 Ta có 𝑑𝜔𝑚 𝑑𝑡 + 𝑟 𝑀 𝑑𝜔𝑚 𝑑𝑡 + 𝑟 𝑓𝐿 Do ban đầu chưa chọn động nên Jm fL nên cho 0, nên ta có 𝑑𝜔𝑚 𝑑𝜔𝑚 = 𝑟 (𝑀𝑣ậ𝑡 + 𝑀𝑏ă𝑛𝑔 𝑡ả𝑖 ) 𝑑𝑡 𝑑𝑡 𝜔𝑚2 −𝜔𝑚1 𝜔𝑚2 −𝜔𝑚1 = 0.35 × (2.5 + 7.5) =1.225 (Nm) 𝑇𝑒𝑚 = 𝑟 𝑀 𝑡2 −𝑡1 14.28−0 - Từ – 1s: 𝑇𝑒𝑚 = 1.225 - Từ – 3s: 𝑇𝑒𝑚 = 1.225 - Từ – 3.5s: 𝑇𝑒𝑚 = 1.225 - Từ 3.5 – 4s: 𝑇𝑒𝑚 = 1.225 - Từ – 6s: 𝑇𝑒𝑚 = 1.225 - Từ – 7s: 𝑇𝑒𝑚 = 1.225 𝑡2 −𝑡1 =17.5 (Nm) 1−0 14.68−14.28 3−1 0−14.28 =0 (Nm) =-35Nm) 3.5−3 −14.28−0 =-35 (Nm) 4−3.5 −14.28—14.28 6−4 0—14.28 7−6 =0(Nm) =17.5 (Nm) Momen điện từ đẳng trị: 𝑡 ∑ 𝑇𝑒𝑚𝑖 𝑖 𝑇𝑒𝑚 𝑑𝑡 = √ ∑ 𝑡𝑖 17.52 ×1+(−35)2 ×1+17.52 ×1 =√ =16.202 (Nm) Chọn hệ số dự trữ Kdt = 1.4 => 𝑇𝑒𝑚 = 1.4 𝑇𝑒𝑚𝑑𝑡 = 1.4 × 16.202 = 22.683 (Nm) Đồ thị momen điện từ động sau : Hình 1.8 Đồ thị momen điện từ tính tốn động GVHD: PGS.TS Lê Tiến Dũng SVTH: Từ Hồng Phát 1.4.3 Cơng suất tải ❖ Ta có 𝑃 = 𝑇𝑒𝑚 × 𝜔𝑚 - Từ – 1s: Cơng suất tằng từ đến 250W - Từ – 3s: P =0 W - Từ – 3.5s: Công suất tăng từ -500 đến W - Từ 3.5 – 4s: Công suất tăng từ đến 500W - Từ – 6s: P = W - Từ – 7s: Công suất tăng từ -220 đến 0W Đồ thị công suất động P : Hình 1.9 Đồ thị cơng suất động ∑ 𝑃𝑖2 𝑡𝑖 Công suất đẳng trị: 𝑃𝑑𝑡 = √ ∑ 𝑡𝑖 𝑑𝑡 ∫ 𝑃 =√0 =231.5 (W) Chọn hệ số dự trữ Kdt = 1.4 => 𝑃đ𝑐 = 1.4 𝑃𝑑𝑡 = 324.2 (W) 1.4.4 Đặc tính tải Hình 1.10: Đồ thị đặc tính GVHD: PGS.TS Lê Tiến Dũng SVTH: Từ Hồng Phát 10 CHƯƠNG XÂY DỰNG MƠ HÌNH TỐN HỌC HỆ THỐNG Mơ hình hóa q trình phân tích, nhận dạng nguyên lý, tính chất vật lý đối tượng chi phối hoạt động hệ thống, từ viết phương trình đại số vi phân áp dụng định luật sau rút gọn phương trình dạng phương trình sai phân tích hợp, phương trình sai phân thích hợp gọi mơ hình hóa hệ thống 2.1 CÁC PHƯƠNG TRÌNH CƠ BẢN CỦA ĐỘNG CƠ KĐB PHA -Phương trình điện áp cuộn dây stator dψ us = R s is + s +jωsψs dt -Phương trình điện áp rotor (rotor ngắn mạch) dψ = R r + ir + r + jωsψr dt -Phương trình từ thơng stator rotor quan hệ với dịng stator rotor ψs = Lsis + Lmir ψr = Lmis + Lrir -Phương trình momen 3 mM = zp lm{ψ∗𝑠 is} = − zp lm{ψ∗r ir} 2 -phương trình chuyển động J dω mM = 𝑚 𝑇 + 𝑍𝑝 dt mM : Momen động 𝑚 𝑇 : Momen tải J : Momen quán tính động 𝑍𝑝 : Số đôi cực từ động Việc xây dựng mơ hình tốn cho động KĐB pha hệ tọa độ khác dựa phương trình động GVHD: PGS.TS Lê Tiến Dũng SVTH: Từ Hồng Phát 17 2.2 MƠ HÌNH TỐN HỌC CỦA ĐỘNG CƠ TRÊN HỆ TỌA ĐỘ DQ Hình 2.1 hệ tọa độ tựa theo từ thông rotor( hệ tọa độ dq)  Mơ hình tốn học động hệ tọa độ dq phương trình điện áp stator: ufs = R s ifs + dψfs dt 𝑓 +jωsψ𝑠 Phương trình điện áp rotor(rotor ngắn mạch): = R r irr + dψrr dt 𝑓 + jωsψ𝑟 Phương trình từ thơng stator rotor quan hệ với dòng stator rotor: ψs = Lsis + Lmir ψr = Lmis + Lrir Ta tìm cách khử đại lượng khơng quan trọng dịng (khơng đo được) mạch rotor từ thơng stator Sau chuyển thành phần vi phân sang vế trái, đồng thời chuyển sang viết dạng thành phần vector Các biến trạng thái cần quan tâm: Dịng điện stator từ thơng rotor Hệ phương trình viết dạng thành phần sau: 𝑑𝑖𝑠𝑑 1−𝜎 1−𝜎 ′ 1−𝜎 ′ = −( + ) 𝑖𝑠𝑑 + 𝜔𝑠 𝑖𝑠𝑞 + 𝜓𝑟𝑑 + 𝜔𝜓𝑟𝑞 + 𝑢 𝑑𝑡 𝜎𝑇𝑠 𝜎𝑇𝑟 𝜎𝑇𝑟 𝜎 𝜎𝐿𝑠 𝑠𝑑 𝑑𝑖𝑠𝑞 1−𝜎 1−𝜎 1−𝜎 ′ ′ = −𝜔𝑠 𝑖𝑠𝑑 − ( + ) 𝑖𝑠𝑞 − 𝜔𝜓𝑟𝑑 + 𝜓𝑟𝑞 + 𝑢 𝑑𝑡 𝜎𝑇𝑠 𝜎𝑇𝑟 𝜎 𝜎𝑇𝑟 𝜎𝐿𝑠 𝑠𝑞 ′ 𝑑𝜓𝑟𝑑 1 ′ ′ = 𝑖𝑠𝑑 − 𝜓𝑟𝑑 + (𝜔𝑠 − 𝜔)𝜓𝑟𝑞 𝑑𝑡 𝑇𝑟 𝑇𝑟 ′ 𝑑𝜓𝑟𝑞 1 ′ ′ = 𝑖𝑠𝑞 − 𝜓𝑟𝑞 − (𝜔𝑠 − 𝜔)𝜓𝑟𝑑 { 𝑑𝑡 𝑇𝑟 𝑇𝑟 GVHD: PGS.TS Lê Tiến Dũng SVTH: Từ Hồng Phát 18 Trong đó: ′ 𝜓𝑟𝑑 = 𝜓𝑟𝑑 𝐿𝑚 ′ ; 𝜓𝑟𝑞 = 𝜓𝑟𝑞 𝐿𝑚 ;𝜎 = − 𝐿𝑚 𝐿𝑠 𝐿𝑟 ; 𝑇𝑠 = 𝐿𝑠 𝑅𝑠 ; 𝑇𝑟 = 𝐿𝑟 𝑅𝑟 Từ datasheet động ta tính được: 𝑇𝑠 = 0.00485 𝑇𝑟 = 0.00445, σ= 0.9999 (1) Mơ hình khơng gian trạng thái: 𝑑𝑋 𝑓 𝑑𝑡 𝑓 = 𝐴 𝑓 𝑋 𝑓 + 𝐵 𝑓 𝑢𝑠 + 𝑁𝑋 𝑓 ′ ′ Chọn vector trạng thái: 𝒙𝑓𝑇 = [𝑖𝑠𝑑 , 𝑖𝑠𝑞 , 𝜓𝑟𝑎 , 𝜓𝑟𝛽 ] Chọn vector đầu vào: 𝒖 𝑓𝑇 = [𝑢𝑠𝑑 , 𝑢𝑠𝑞 ] (2) Thay (1) vào (2) ta có: GVHD: PGS.TS Lê Tiến Dũng SVTH: Từ Hồng Phát 19 Từ ta có mơ hình trạng thái mơ hình tốn động hệ tọa độ dq Tem Usd Usq ωs 𝑓 𝑓 𝑓 𝑋𝑠 =𝐴𝑠 X+𝐵𝑠 Us+ NXs+ωs ω isd isq Hình 6.6 Mơ hình trạng thái mơ hình tốn động KĐB pha hệ tọa độ dq Trong hệ thống có chứa đại lượng tốc độ ω coi Đối với đông KĐB pha, hệ tọa độ dq, từ thơng mơmen quay tham số hàm biến thiên đo được biểu diễn theo phần tử vector dòng stator: Lm ψrd (s) = i + sTr sd Lm mM = z ψ i Lr p rd sq Trong đó: + mM : momen quay + Zp : Số cặp cực từ + ψrd : từ thông roto hệ tọa độ dq + i sd,isq : thành phần dòng điện stato + Lm : hỗ cảm stato roto + Lr : điện cảm rotor L +Tr = r : số thời gian rotor Rr Từ phương trình cho thấy điều khiển từ thơng rotor ψrd (s) thơng qua việc điều khiển dịng stator isd, đặc biệt mối quan hệ đại lượng mối quan hệ tuyến tính bậc với số thời gian Tr Ta điều khiển momen quay mM thơng qua việc điều khiển dịng isq từ điều khiển tốc độ động isd → r isq → mM→  đó, việc điều khiển tốc độ động KĐB pha gần giống điều khiển động điện chiều kích từ độc lập cho phép xây dựng hệ thống điều khiển truyền động điện sử dụng động điện pha KĐB tương tự trường hợp sử dụng động điện chiều Điều khiển tốc độ động KĐB pha ω thông qua điều khiển thành phần dòng điện is isd isq GVHD: PGS.TS Lê Tiến Dũng SVTH: Từ Hồng Phát 20 2.3 ƯU ĐIỂM CỦA MƠ HÌNH ĐỘNG CƠ KĐB PHA TRONG HTĐ DQ SO VỚI HTĐ 𝜶𝜷: Các đại lượng không biến thiên dạng sin theo thời gian Hệ phương trình đơn giản (rq=0) Phân ly điều khiển từ thông rotor  r momen Te (tốc độ ) Gần giống với điều khiển động chiều 2.4 MƠ HÌNH TỐN HỌC CỦA CÁC KHÂU TRONG HỆ THỐNG 2.4.1 Bộ nghịch lưu Vdc(s) 𝐿 𝑠 + 𝑅 Va(s) Khâu nghịch coi khâu có qn tính Có thể coi gần khâu nghịch lưu khâu quán tính bậc nhất: K nl G nl = + pTnl Các tham số nghịch lưu: Tần số nghịch lưu chọn: fNL = 6,6kHz 1 Chu kỳ băm xung PWM: Tpwm = = = 0,4(ms) f NL 2,5.103 Suy ra: TNL = 0,2(ms) Hệ số khuếch đại khâu nghịch lưu: K nl = U 220 = = 22 U ch 10 2.4.2 Mơ hình tốn học cảm biến - Phản hồi dịng diện: Mơ hình tốn học phản hồi dịng điện biểu diễn hệ số khuếch đại 𝐻𝑐 Trong đa số trường hợp khơng u cầu có lọc ta chọn Hc=1 GVHD: PGS.TS Lê Tiến Dũng SVTH: Từ Hồng Phát 21 -phản hồi tốc độ: Hàm truyền đạt khâu phản hồi tốc độ: 𝐾𝜔 hệ số khuếch đại cảm biến 𝑇𝜔 số thời gian lọc Ta chọn hệ số khuếch đại 𝐾𝜔 =1 Bỏ qua số thời gian lọc 𝑇𝜔 =0 𝐾𝜔 𝑇𝜔 𝑠 +  𝐺𝑐 =1 2.4.3 Mơ hình tốn học chuyển đổi đổi abc/αβ (Chuyển đổi Clarke): Mơ hình tốn 𝑖𝑠 hệ tọa độ αβ iabc −1/2 √3⁄2 −1/2 𝑖𝑢 𝑖𝑣 −√3⁄2 𝑖 𝑤 iαβ isα= isu 𝑖𝑠β = (isu +2isv) √3 2.4.4 Mơ hình tốn học điều khiển PI Bộ điều khiển cần dùng hệ thống PI: - Hàm truyền điều khiển PI 𝐾 (𝑠) = 𝐾𝑝 𝑒 + 𝑘𝑖 ∫ 𝑒𝑑𝑡 = 𝐾𝑝 + 𝐾𝑖 𝑠 Với : 𝐾𝑖 = 𝐾𝑝 𝜏𝐼 Gồm PI để điều khiển hệ thống : 𝑅𝜔 ; 𝑅𝐼𝑑 ; 𝑅𝐼𝑞 𝑅𝜔 : Bộ PI điều khiển tốc độ động 𝑅𝐼𝑑 : Bộ PI điều khiển dòng điện 𝑅𝐼𝑞 : Bộ PI điều khiển dịng điện 2.4.5 Mơ hình tốn học chuyển đổi αβ/dq (Chuyển đổi Park ): Mơ hình tốn is hệ tọa độ dq iαβ 𝑐𝑜𝑠𝜃 −𝑠𝑖𝑛𝜃 𝑠𝑖𝑛𝜃 𝑐𝑜𝑠𝜃 𝑖𝛼 𝑖𝛽 isd = iscosa + issina idq isq = - issina + iscosa GVHD: PGS.TS Lê Tiến Dũng SVTH: Từ Hồng Phát 22 2.4.6 Mơ hình tốn học khối mơ hình từ thơng 𝐺𝑑𝜓 = 𝐾𝑑𝜓 + 𝑠𝑇𝑑𝜓 K hệ số khuếch đại ;K=1; T= Tr=0.004425 2.5 MƠ HÌNH TỐN HỌC CHO CẢ HỆ THỐNG Hình 2.3 Mơ hình tốn học thống GVHD: PGS.TS Lê Tiến Dũng SVTH: Từ Hồng Phát 23 CHƯƠNG TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 3.1 SƠ ĐỒ CẤU TRÚC PHẦN ĐIỀU KHIỂN Cấu trúc điều khiển tựa theo từ thông roto ( 𝑇 𝑅) kinh điển : Hình 3.1 Cấu trúc điều khiển tựa theo từ thông roto ( 𝑇 𝑅) kinh điển 3.2 SƠ ĐỒ CÁC MẠCH VÒNG CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 3.2.1 Mạch vòng điều khiển dòng điện Hình 3.6 : Mạch vịng điều khiển dịng điện GVHD: PGS.TS Lê Tiến Dũng SVTH: Từ Hồng Phát 24 3.2.2 Mạch vịng điều khiển tốc độ Hình 3.3 Mạch vịng điều khiển tốc độ 3.2.3 Mạch vòng điều khiển từ thơng Hình 3.4 : Mạch vịng điều khiển từ thơng GVHD: PGS.TS Lê Tiến Dũng SVTH: Từ Hồng Phát 25 3.3 PHÂN TÍCH CÁC KHÂU ĐIỀU KHIỂN PI Khi Kp tăng Sai số xác lập giảm Vọt lố tăng Giảm thời gian đáp ứng Khi Ki tăng Sai lệch tĩnh giảm Tăng thời gian đáp ứng 3.4 XÁC ĐỊNH THAM SỐ CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN Bằng việc thay đổi tham số mơ ta tìm hệ số Kp,Ki điều khiên sau: Bộ điều khiển tốc độ :Kp=288 ;Ki=4 Bộ điều khiển từ thơng :Kp=16 ;Ki=1.8 Bộ điều khiển dịng Isd :Kp=28.4 ;Ki=1.2 Bộ điều khiển dòng Isd :Kp=51 ;Ki=3 GVHD: PGS.TS Lê Tiến Dũng SVTH: Từ Hồng Phát 26 CHƯƠNG MÔ PHỎNG, KIỂM NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG 4.1 MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRÊN PHẦN MỀM MATLABSIMULINK 4.1.1 Mạch động lực Hình 4.1 Mơ mạch động lục hệ thống matlab-simulink 4.1.2 Cấu trúc điều khiển T4R Hình 4.2 Mô cấu trúc điều khiển T4R matlab-simulink GVHD: PGS.TS Lê Tiến Dũng SVTH: Từ Hồng Phát 27 4.1.3 Khối chuyển đổi abc-𝜶𝜷-dq Hình 4.3 Khối chuyển đổi abc-𝜶𝜷-dq 4.1.4 Khổi chuyển đổi Park ngược ( dq- 𝛂𝛃) Hình 4.4 Khối chuyển đổi Park ngược 4.1.5 Khối phát xung PWM Hình 4.6 Khối phát xung PWM GVHD: PGS.TS Lê Tiến Dũng SVTH: Từ Hồng Phát 28 4.2 KẾT QUẢ MO PHỎNG TREN MATLAB-SIMULINK 4.2.1 Kết mô tốc độ mong Hình 4.6 Đồ thi mơ tương quan tốc độ băng tải tốc độ đặt Nhận xét: Tốc độ đông bám sát tốc độ mong muốn gia tốc bắt đầu có thay đổi tốc độ động sai lệch từ 1-3m/s khoảng thời gian 0.1-0.6s nên cần hiệu chỉnh thêm tham số điều khiển để động it sai lệch 4.2.2 Kết mơ momen Hình 4.7 Đồ thị mô tương quan momen động với momen tải GVHD: PGS.TS Lê Tiến Dũng SVTH: Từ Hồng Phát 29 Nhận xét :momen đông bám tương đối sát với momen tải gia tốc bắt đầu có thay đổi momen động sai lệch tương đối nhiều khoảng thơi gian ngắn ,nhưng sai lệch nằm khoảng từ -Tmax đến Tmax động Cần tiếp tục hiệu chỉnh tham số để có kết tốt 4.2.3 Kết mô Isd Isq Hình 4.8 : Kết mơ Isd Hình 4.9 : Kết mô Isq GVHD: PGS.TS Lê Tiến Dũng SVTH: Từ Hồng Phát 30 4.3 ĐANH GIA TOAN BỘ HỆ THỐNG Với kết mô thu hệ điều khiển hệ thống truyền động hoạt động ổn định xác lớn khơng dùng điều khiển, thay đổi lực tác động 𝐹𝐿 động vân bám theo tóc độ đặt sẵn Tuy nhiên cịn số thơng số cịn chưa đẹp momen, nên cần chỉnh khâu PI xác để momen phẳng tốc độ bị sai lệch gia tốc thay đổi Với thơng số mơ động hoạt động ổn định GVHD: PGS.TS Lê Tiến Dũng SVTH: Từ Hồng Phát 31 ... 24 3. 2.1 MẠCH VÒNG ĐIỀU KHIỂN DÒNG ĐIỆN 24 3. 2.2 MẠCH VÒNG ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ 25 3. 2 .3 MẠCH VỊNG ĐIỀU KHIỂN TỪ THƠNG 25 3. 3 PHÂN TÍCH CÁC KHÂU ĐIỀU KHIỂN PI .26 3. 4 XÁC... 14.68−14.28 3? ??1 0−14.28 =0 (Nm) = -35 Nm) 3. 5? ?3 −14.28−0 = -35 (Nm) 4? ?3. 5 −14.28—14.28 6−4 0—14.28 7−6 =0(Nm) =17.5 (Nm) Momen điện từ đẳng trị: