HOÀNG TRUNG HIẾU ĐỒ ÁN ĐỘNG CƠ 3 PHA

Đồ án môn học TRƯỜNG ĐAI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT VINH KHOA ĐIỆN ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG CHO ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU KHÔNG ĐỒNG BỘ PHA Sinh viên: Hồng Trung Hiếu Lớp DHTDHCK13A MSSV: 1305180350 Đồ án mơn học Lời nhận xét giáo viên hướng dẫn ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… Lời nhận xét giáo viên phản biện ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… Đồ án mơn học LỜI NĨI ĐẦU Ngày phát triển nhanh chóng cách mạng khoa học kỹ thuật nói chung lĩnh vực điện - điện tử - tin học nói riêng làm cho mặt xã hội thay đổi ngày Trong hồn cảnh đó, để đáp ứng điều kiện thực tiễn sản xuất đòi hỏi người kĩ sư điện tương lai phải trang bị kiến thức chuyên ngành cách sâu rộng Trong q trình học mơn thiết kế hệ thống điều khiển tự động em nhận đề tài: Thiết kế hệ thống điều khiển cho động xoay chiều pha Do thời gian có hạn hạn chế kiến thức thực nghiệm nên đồ án không tránh khỏi cịn nhiều thiếu sót Em kính mong nhận bảo, góp ý thầy bạn để mang đồ án hoàn thiện sát thực tế Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Anh Tuấn ân cần bảo hướng dẫn em hoàn thành đồ án SINH VIÊN Hoàng Trung Hiếu SVTH: Hồng Trung Hiếu Đồ án mơn học MỤC LỤC MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ XOAY CHIỀU PHA 1.1 Khái quát chung động khồng đồng pha 1.1.1 Khái niệm chung 1.1.2 Phân loại 1.1.3 Kết cấu 1.1.4 Công dụng 1.2 Mơ hình thay ĐCKĐB 1.3 Ảnh hưởng thông số đến đặc tính 12 CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ MẠCH LỰC HỆ TRUYỀN ĐỘNG 14 2.1 Lựa chọn phương án truyền động .14 2.1.1 Phương án 1: Điều chỉnh điện trở roto động không đồng .14 2.1.2 Phương án 2: điều chỉnh công suất trượt 15 2.1.3 Phương án 3: sử dụng biến tần điều chỉnh tần số .16 2.1.4 Lựa chọn phương án 18 2.2 Cấu trúc mạch lực .18 2.3 Tính toán lựa chọn mạch lực .19 2.3.1 Tính tốn chọn mạch chỉnh lưu 19 2.3.2.Tính tốn chọn mạch nghịch lưu .20 2.3.3.Tính chọn lọc .25 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN HỆ TRUYỀN ĐỘNG TỰ ĐỘNG 27 3.1 Tìm hiểu phương pháp điều khiển 27 3.1.1 Sơ đồ cấu trúc điều khiển 28 3.1.2 Phương pháp điều khiển vector gián tiếp 29 3.1.3 Điều khiển trực từ thông rotor 31 3.1.4 Kết luận 31 3.2 Thiết kế điều khiển 32 3.2.1 Mơ hình động hệ tọa độ tựa theo từ thông rotor (hệ d,q) 32 3.2.2 Xây dựng cấu trúc điều khiển 34 3.2.3 Tính chọn tham số điều khiển .37 CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG BẰNG MATLAB SIMULINK 46 4.1 Sơ đồ điều chế véc tơ không gian tựa từ thông gián tiếp SVPWM (SVM-IFOC).46 SVTH: Hồng Trung Hiếu Đồ án mơn học 4.2 Dùng Matlab Simulink mơ tốn điều chỉnh tốc độ động không đồng 46 4.3 Mô hệ truyền động ĐCKĐB xoay chiều pha 47 4.3.1 Yêu cầu kiểm nghiệm đáp ứng tốc độ: .47 4.3.2 Kết mô nhận xét 47 Nhận xét: 51 KẾT LUẬN 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO .53 SVTH: Hoàng Trung Hiếu Đồ án môn học CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ XOAY CHIỀU PHA 1.1 Khái quát chung động khồng đồng pha 1.1.1 Khái niệm chung ĐCKĐB ba pha máy điện quay không đồng ba pha, làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ, có tốc độ rơto khác tốc độ từ trường quay máy n1 Động điện không đồng sử dụng rộng rãi thực tế sản xuất Ưu điểm loại động là: Cấu tạo đơn giản (đặc biệt động khơng đồng rotor lồng sóc); so với động chiều, động điện khơng đồng có giá thành hạ, vận hành tin cậy, chắn Ngoài động điện khơng đồng dùng trực tiếp lưới điện xoay chiều ba pha nên không cần trang bị thêm thiết bị biến đổi kèm theo Nhược điểm động không đồng điều chỉnh tốc độ khống chế trình độ khó khăn; riêng với động điện khơng đồng rotor lồng sóc có tiêu khởi động xấu so với động chiều động không đồng rotor dây quấn Tuy nhiên, ngày phát triển thiết bị điện tử công suất lớn, kỹ thuật vi xử lý, vi điều khiển… nên việc điều khiển tốc độ động khơng đồng ngày hiệu Vì vậy, hệ truyền động dùng động không ngày chiếm ưu 1.1.2 Phân loại - Theo kêt cấu vỏ: kiểu hở, kiểu bảo vệ, kiểu kín, kiểu phịng nổ, vv… - Theo kết cấu roto: roto kiểu dây quấn, roto kiểu lồng sóc - Theo số pha dây quấn stato: pha, hai pha, ba pha 1.1.3 Kết cấu Cấu tạo ĐCKĐB gốm phần hình vẽ:  Phần tĩnh hay stato: gồm vỏ máy, lõi sắt, dây quấn  Vỏ máy Vỏ máy có tác dụng cố định lõi sắt dây quấn, không dùng để làm mạch dẫn từ Thường vỏ máy làm gang Đối với máy có cơng suất tương đối lớn (1000 kW) thường dùng thép hàn lại làm thành vỏ Tùy theo cách làm nguội máy mà dạng ỏ khác SVTH: Hoàng Trung Hiếu Đồ án mơn học Hình 1.1 Cấu tạo động xoay chiều ba pha KĐB  Lõi sắt Lõi sắt phần dẫn từ Vì từ trường qua lõi săt từ trường quay nên để giảm tổn hao, lõi sắt làm thép kỹ thuật điện dày 0,5 mm ép lại Khi đường kính ngồi lõi sắt nhỏ 900 mm dùng trịn ép lại Khi đường kính ngồi lớn trị số phải dùng hình rẻ quạt ghép lại thành khối tròn  Dây quấn Dây quấn stato đặt vào rãnh lõi sắt cách điện tốt với lõi sắt Có thể dây đồng nhôm  Phần quay hay roto: gồm lõi sắt, dây quấn roto, trục máy  Lõi thép Lõi thép rôto bao gồm thép kỹ thuật điện stator điểm khác biệt không cần sơn cách điện thép Lõi thép ép trực tiếp lên trục máy lên giá rơto máy Phía ngồi lõi thép có xẻ rãnh để đặt dây quấn  Trục Trục ĐCKĐB làm lõi thép, gắn lõi thép rơto  Dây quấn rơto Phân làm hai loại chính: loại rơto kiểu dây quấn loại rơto kiểu lồng sóc: - Loại rơto kiểu dây quấn: Rơto có dây quấn giống dây quấn stato Máy điện kiểu trung bình trở lên dùng dây quấn kiểu sóng hai lớp, bớt dây đầu nối, kết cấu dây quấn rôto chặt chẽ Máy điện cỡnhỏ dùng dây quấn đồng tâm lớp - Loại rơto kiểu lồng sóc: SVTH: Hồng Trung Hiếu Đồ án môn học Kết cấu loại dây quấn khác với dây quấn stato Trong rãnh lõi sắt rôto, đặt dẫn đồng hay nhôm dài khỏi lõi sắt nối tắt lại hai đầu hai vòng ngắn mạch đồng hay nhơm Nếu rơto đúc nhơm vành ngắn mạch cịn có cánh khốy gió Dây quấn lồng sóc khơng cần cách điện với lõi sắt  Khe hở Vì rơto khối trịn nên khe hở Khe hở máy điện không đồng nhỏ (0,2  mm máy cỡ nhỏ vừa) để hạn chế dịng từ hóa 1.1.4 Cơng dụng ĐCKĐB sử dụng nhiều sản xuất sinh hoạt chế tạo đơn giản, giá thành rẻ, độ tin cậy cao, vận hành đơn giản, hiệu suất cao gần khơng bảo trì Gần kĩ thuật điện tử phát triển, nên ĐCKĐB đáp ứng yêu cầu điều chỉnh tốc độ động sử dụng rộng rãi ĐCKĐB rôto lồng sóc cấu tạo đơn giản nên chiếm số lượng lớn loại động điện công suât nhỏ trung bình Nhược điểm loại điều chỉnh tốc độ khó khăn dịng điện khởi động lớn (thường ÷ lần dịng điện định mức) ĐCKĐB rơto dây quấn điều chỉnh tốc độ chừng mực định, tạo mơmen khởi động lớn mà dịng khởi động khơng lớn lắm, chế tạo có khó so với với loại rơto lồng sóc, giá thành cao hơn, bảo quản khó 1.2 Mơ hình thay ĐCKĐB Để thành lập phương trình đặc tính biểu diễn sơ đồ thay pha ĐCKĐB Khi nghiên cứu ta có giả thiết sau: - Ba pha động đối xứng - Các thông số mạch không thay đổi nghĩa không phụ thuộc nhiệt độ, điện trở roto không phụ thuộc vào tần số dịng điện roto, mạch từ khơng bão hoà nên điện kháng động X1, X2 khơng thay đổi - Tổng dẫn mạch vịng từ hố khơng thay đổi, dịng từ hố khơng phụ thuộc tải mà phụ thuộc điện áp đặt vào stato - Bỏ qua tổn thất ma sát, tổn thất lõi thép - Điện áp lưới hoàn toàn sin đối xứng Với giả thiết ta có sơ đồ thay pha động hình 1.2 SVTH: Hồng Trung Hiếu Đồ án mơn học Hình 1.2 Sơ đồ thay pha ĐCKĐB Trong đó: - - trị số hiệu dụng điện áp pha stator; - - dòng điện từ hóa, dịng điện stator, dịng điện rotor quy đổi phía stator; - r , r1 , r2/ - điện trở tác dụng mạch từ hóa, cuộn dây stator dây quấn - rotor quy đổi phía stator; - điện kháng mạch từ hóa, điện kháng tản stator điện kháng tản rotor quy đổi stator; � C1   - Z1 Z - hệ số trượt máy điện đồng bộ; n1  n 1    n1 1 - tốc độ quay từ trường quay, gọi tốc độ đồng s 1  2f1 p (1.1) (1.2) f1:tần số nguồn điện; p: số đôi cực từ máy Ω: tốc độ góc động Từ sơ đồ thay ta tính dịng điện stato: I1  Uf R 2  X2  Uf R '2 (R  )  X 2nm s (1.3) Xnm = X1δ + X2δ’ điện kháng ngắn mạch Biểu thức (1.3) gọi phương trình đặc tính dịng điện stato ĐCKĐB biểu diễn hình 1.3 SVTH: Hồng Trung Hiếu Đồ án mơn học Hình 1.3 Đặc tính dịng điện stato ĐCKĐB Từ (1.3) ta thấy: - Khi ω =  s = I1 = I1nm I1  - Khi ω = ω1 s = Uf R 2  X 2 = Iμ (1.4) Trong đó: I1nm: dịng ngắn mạch stato Iμ: dịng từ hóa, có tác dụng tạo từ trường quay động quay với tốc độ đồng Ta tính dịng điện roto quy đổi stato: Uf I�  (R1  R '2 2 )  X nm s (1.5) - Khi ω =  s = I2’ = I�  - Khi ω = ω1 s = Uf (R1  R '2 )2  X 2nm (1.6) Đặc tính dịng điện roto biểu diễn hình 1.4 Để tìm phương trình đặc tính ta dựa vào điều kiện cân cơng suất SVTH: Hoàng Trung Hiếu ... . 53 SVTH: Hoàng Trung Hiếu Đồ án môn học CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ XOAY CHIỀU PHA 1.1 Khái quát chung động khồng đồng pha 1.1.1 Khái niệm chung ĐCKĐB ba pha máy điện... PIC, Hình 3. 1 Sơ đồ khối hệ thống SVTH: Hoàng Trung Hiếu 18 Đồ án mơn học Hình 3. 2 Sơ đồ cấu trúc mạch lực 2 .3 Tính tốn tham số mạch lực 2 .3. 1 Tính tốn chọn mạch chỉnh lưu Hình 3. 3: Sơ đồ chỉnh... bạn để mang đồ án hoàn thiện sát thực tế Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Anh Tuấn ân cần bảo hướng dẫn em hoàn thành đồ án SINH VIÊN Hoàng Trung Hiếu SVTH: Hoàng Trung Hiếu Đồ án môn học