Mô phỏng hệ truyền động điện tự động động cơ không đồng bộ xoay chiều 3 pha mô phỏng hệ truyền động điện tự động động cơ không đồng bộ xoay chiều 3 pha điều khiển theo phương pháp FOC

MỤC LỤC ĐỀ BÀI Tên đề tài: Tổng hợp mô hệ truyền động điện tự động động không đồng xoay chiều pha điều khiển theo phương pháp FOC a/ Sơ đồ hệ truyền động: Hình Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển động xoay chiều b/ Số liệu cho trước: Cho động xoay chiều khơng đồng ba pha có số liệu sau: Công suất định mức Pđ m 0.75kW Số đôi cực 2pc Điện áp định mức Uđ m 220V Dòng điện định mức Iđm 3.6A Điện trở stator RS 10Ω Điện trở rotor Rr 6.3Ω Điện cảm từ hóa Lm 0.42119H Điện cảm tiêu tán stator Lσs 43.067mH Điện cảm tiêu tán rotor Lσr 40.107mH Mômen quán tính J Isdm/Isqm 0.00442kg m2 b/Nội dung thực hiên: Tổng quan hệ truyền động điện tự động động không đồng xoay chiều pha điều khiển theo phương pháp FOC hình 1.1 - Xây dựng mơ hình tốn học hệ thống Tổng hợp điều khiển theo phương pháp tối ưu modun kết hợp phương pháp tối ưu đối xứng Kiểm tra, đánh giá chất lượng hệ truyền động phần mềm MatlabSimulink hiệu chỉnh hệ thống BÀI LÀM CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN TỰ ĐỘNG ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ XOAY CHIỀU PHA ĐIỀU KHIỂN THEO PHƯƠNG PHÁP FOC 1.1 Sơ lược động không đồng ba pha 1.1.1 Cấu tạo động khơng đồng ba pha Hình 1.1: Cấu tạo động không đồng pha Động khơng đồng pha chia thành: • Động khơng đồng pha roto lồng sóc • Động không đồng pha roto dây quấn Ở ta tập trung vào nghiên cứu động pha roto lồng sóc 1.1.2 Nguyên lý hoạt động: Như biết vật lý, cho dòng điện ba pha vào ba cuộn dây đặt lệch 120o khơng gian từ trường tổng mà ba cuộn dây tạo từ trường quay Nếu từ trường quay có đặt dẫn điện từ trường quay quét qua dẫn điện làm xuất sức điện động cảm ứng dẫn Nối dẫn với làm trục quay dẫn có dịng điện (ngắn mạch) có chiều xác định theo quy tắc ban tay phải Từ trường quay lại tác dụng vào dịng điện cảm ứng lực từ có chiều xác định theo quy tắc ban tay trái tạo momen làm quay roto theo chiều quay từ trường quay Tốc độ quay roto nhỏ tốc độ quay từ trường qua Nếu roto quay với tốc độ tốc độ từ trường quay từ trường quét qua dây quấn phần cảm nên sdd cảm ứng dịng điện cảm ứng khơng cịn, momen quay khơng cịn Do momen cản roto quay chậm lại sau từ trường dây dẫn roto lại bị từ trường quét qua, dòng điện cảm ứng lại xuất lại có momen quay làm roto tiếp tục quay theo từ trường với tốc độ nhỏ tốc độ từ trường Đồng làm việc theo nguyên lý gọi động không đồng (KDB) hay động xoay chiều Hình 1.2: Nguyên lý làm việc động không đồng ba pha Nếu gọi tốc độ từ trường quay ω o (rad/s) hay no (vòng/phút) tốc độ quay roto ω ( hay n ) nhỏ ( ω < ω o ; n < no ) Sai lệch tương tối hai tốc độ gọi độ trượt s: (1-1) Từ ta có: ω = ωo (1 – s) (1-2) hay n = no (1 – s) ω= Với: 2πn 60 ωo = (1-3) (1-4) 2πn o 2πf1 = 60 p (1-5) Trong đó: f1-tần số điện áp đặt lên cuộn dây stato Tốc độ ωo tốc độ lớn mà roto đạt khơng có lực cản Tốc độ gọi tốc độ không tải lý tưởng hay tốc độ đồng Ở chế độ động cơ, độ trượt s có giá trị ≤ s ≤ Dòng điện cảm ứng cuộn dây phần ứng roto dòng điện xoay chiều với tần số xác định tốc độ tương đối roto từ trường quay: f2 = p(n o − n ) = sf1 60 (1-6) 1.1.3 Đặc tính động điện khơng đồng ba pha  Phương trình đặc tính cơ: Theo lý thuyết máy điện, coi động lưới điện lý tưởng, nghĩa ba pha động đối xứng, thông số dây quấn điện trở điện kháng không đổi, tổng trở mạch từ hóa khơng đổi, bỏ qua tổn thất ma sát tổn thất lõi thép điện áp lưới hồn tồn đối xứng, sơ đồ thay pha động hình vẽ Hình 1.3: Sơ đồ thay pha động không đồng Trong đó:  U1 – trị số hiệu dụng điện áp pha stato (V)  Iµ, I1, I’2 – dịng điện từ hóa, dịng điện stato rotor quy đổi stato (A)  Xµ, X1, X’2 – điện kháng mạch từ hóa, điện kháng stato điện kháng roto quy đổi stato (Ω)  Rµ, R1, R’2 – điện trở tác dụng mạch từ hóa, mạch stato mạch roto quy đổi stato (Ω) Phương trình đặc tính động khơng đồng biểu diễn mối quan hệ mômen quay tốc độ động có dạng: M= 3U12 R '2   R '2  sωo  R1 + + X nm  s ÷    ,[Nm] (1-7) Trong đó: Xnm – điện kháng ngắn mạch, Xnm = X1 + X’2  Đường đặc tính cơ: Với giá trị khác s (0 ≤ s ≤ 1), phương trình cho giá trị M Đường biều diễn M = f(s) trục tọa độ sOM hình vẽ 1-4, đường đặc tính động điện xoay chiều khơng đồng ba pha Hình 1-4: Đường đặc tính động không đồng ba pha Đường đặc tính có điểm cực trị gọi điểm tới hạn K Tại điểm dM =0 ds (1-8) Giải phương trình ta có: s th = ± R '2 R 12 + X 2nm (1-9) Thay vào phương trình đặc tính ta có: M th = 3U12 2ωo (R1 ± R 12 + X nm ) (1-10) Vì ta xem xét giới hạn ≤ s ≤ ( chế độ động ) nên giá trị s th Mth đặc tính hình ứng với dấu (+) Đặc tính động điện xoay chiều KDB đường cong phức tạp có hai đoạn AK BK, phân điểm tới hạn K Đoạn AK gần thẳng cứng Trên đoạn momen động tăng tốc độ giảm ngược lại Do động làm việc đoạn ổn định Đoạn BK cong với độ dốc dương Trên đoạn động làm việc khơng ổn định Trên đường đặc tính tự nhiên, điểm B ứng với tốc độ ω = (s = ) momen mở máy 1.2 Vài nét động không đồng ba pha rôt lịng sóc Ta tổng quan động khơng đồng loại máy điện xoay chiều hai dây quấn có dây quấn stato (dây quấn sơ cấp) nhận điện từ lưới với tần số f s, dây quấn rôto (dây quấn thứ cấp) nối ngắn mạch (hoặc khép kín qua điện trở) Dịng điện dây quấn rôto lấy cảm ứng từ phía dây quấn stato, có tần số fr hàm tốc độ góc rơto ωr So với động chiều, động khơng đồng có ưu điểm mặt cấu tạo giá thành, làm việc tin cậy chắn Khuyết điểm cuả động KĐB đặc tính mở máy xấu khống chế q trình q độ khó khăn so với động chiều Trong thời gian gần đây, với hỗ trợ số nghành khoa học khác như: Điện tử công suất, kỹ thuật vi xử lý làm tăng khả sử dụng động không đồng trường hợp có yêu cầu điều chỉnh tự động Tốc độ dải rộng với độ xác cao mà hệ truyền động trước thường phải sử dụng động chiều Động không đồng pha máy điện xoay chiều, làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ, có tốc độ roto khác với tốc độ từ trường quay máy Động không đồng pha dùng nhiều sản xuất sinh hoạt chế tạo đơn giản, giá rẻ, độ tin cậy cao, vận hành đơn giản, hiệu suất cao, gần không bảo trì dải cơng suất rộng Hình 1-5: Cấu tạo động KDB pha lịng sóc 1.3 Các phương pháp điều khiển tốc độ động không đồng M= 3U w1[( R1 + R'2 S R' 2 ) + X nm ] S Từ phương trình momen động : ta dựa vào để điều khiển moomen cách thay đổi thông số điện trở phụ,tốc độ trượt,và tần số nguồn cấp  Điều khiển điện áp stator Do momen động không đồng tỷ lệ bình phương điện áp stato,do điều chỉnh momen tốc độ không đồng cách điều chỉnh điện áp stato giử nguyên tần số.đây phương pháp đơn giản nhất.chỉ sử dụng biến đổi điện (biến áp,triristor)để điều chỉnh điện áp đặt vào cuộn stator.phương pháp kinh tế đặc tính thu khơng tốt,thích hợp với phụ tải máy bơm,quạt gió  Điều khiển điện trở roto Sử dụng cấu dịch chuyển cầu trục, quạt gió,bơm nước;bằng việc điều khiển tiếp điểm trisistor làm ngắn mạch/hở mạch điện trở phụ ,của roto ta điều khiển tốc độ động cơ,phương pháp có ưu điểm mạch điện an tồn,giá thành rẻ.nhược điểm:đặc tính điều chỉnh khơng tốt,hiệu suất thấp,vùng điều chỉnh không rộng  Điều chỉnh công suất trượt Trong trường hợp điều chỉnh tốc độ động không đồng cách làm δ ∆ mềm đặc tính để ngun tốc độ khơng tải lý tưởng cơng suất trượt ps= pđt tiêu tán điện trở mạch roto.ở hệ thống truyền động điện công suất lớn,tổn hao đáng kể.vì để vừa điều chỉnh tốc độ truyền động điện,vừa tận dụng công suất trượt người ta sử dụng sơ đồ công suất trượt (sơ đồ nối tầng / nối cấp) P1 = Pcơ + Ps = P1(1 –s) +sP1 = const (1-11) Nếu lấy Ps trả lại lưới tiết kiệm lượng • • • ω Khi điều chỉnh với < lượng Ps phát lên lưới) :được gọi điều chỉnh nối cấp đồng (lấy ω ω1 Khi điều chỉnh với > (s=0&&theta=60&&theta=120&&theta=-180&&theta=-120&&thetaTs 57 a=T1;b=T2; T1=a*Ts/(a+b); T2=b*Ts/(a+b); end T0=Ts-T1-T2; + Thời gian phát xung séc tơ: function [Tcma,Tcmb,Tcmc]=D(T1,T2,T0,Sn) T=1/2000; Udc=1000; ton1=0.25*T0; ton2=ton1+T1/2; ton3=ton2+T2/2; if Sn==1 Tcma=ton1;Tcmb=ton2;Tcmc=ton3; elseif Sn==2; Tcma=ton2;Tcmb=ton1;Tcmc=ton3; elseif Sn==3; Tcma=ton3;Tcmb=ton1;Tcmc=ton2; elseif Sn==4; Tcma=ton3;Tcmb=ton2;Tcmc=ton1; elseif Sn==5; Tcma=ton2;Tcmb=ton3;Tcmc=ton1; else Tcma=ton1;Tcmb=ton3;Tcmc=ton2; end 3.2 Cài đặt tham số động cơ, tham số điều khiển v.v vào mơ hình hệ truyền động Simulink -Các hàm tốn dùng cho simulink-Mathlab : Thông số động không đồng pha rơ to lồng sóc sau: clc; clear; %% Motor parameters Ts = 1e-5; % Sampling Time (sec) Pn = 736; % Motor power (1492 W-2HP) Vn = 220; % Line to line voltage (V) fn = 50; % Frequency (Hz) 58 Rs = 10; % Stator resistance (Ohms) Lls = 0.043067; % Stator leakage inductance (H) Rr = 6.3; % Rotor resistance (Ohm) Llr = 0.040107; % Rotor leakage inductance (H) Lm = 0.42119; % Mutual Inductance (H) Ls = Lm + Lls; % Stator self inductance (H) Lr = Lm + Llr; % Rotor self inductance (H) J = 0.00442; % Inertia(kg.m^2) F = 0.0026; % Friction factor (N.m.s) p = 2; P=4; % Number of pole pairs Tr = Lr/Rr; % Time Constant of flux (second sigma = 1-Lm^2/(Ls*Lr); % Hệ số Vdc = 500; % Bus DC Voltage (V) 3.3 Kết mô Đặt tốc độ đầu vào 50rad/s sau 1s chạy với tốc độ 30rad/s Momen cản Tm = 3wb Ta có kết mơ sau : 59 Hình 3.5 Kết mơ tổng qt Hình 3.6 Kết mơ tốc độ động so với tốc độ đặt H ình 3.7 Kết momen tải động Nhận xét: Trong trường hợp ta thấy đáp ứng đầu tốc độ bám theo giá trị đặt, sai lệch tỉnh nhỏ, độ điều chỉnh nhỏ, thời gian đáp ứng 0,1 s Về momen, lúc đầu động cần momen để khởi động nên momen tăng 60 vút lên, sau khởi động momen giảm xuống, đóng tải momen lại nâng lên ổn định giá trị giá trị momen cản KẾT LUẬN Hệ truyền động điện tự động động không đồng xoay chiều pha điều khiển theo phương pháp FOC sử dụng nhiều thực tế có nhiều ưu điểm Tuy nhiên tồn cần phải xem xét, dạng điện áp đầu khơng sin Vì vậy, cần sâu vào nghiên cứu hệ thống ngày có chất lượng cao Trong phạm vi đồ án tốt nghiệp thu số kết sau: - Tìm hểu mơ tả tổng quan hệ truyền động - Tính tốn, mơ hình hóc đối tượng hệ truyền động tự động - Tổng hợp điều khiển (mạch vòng dòng điện, mạch vịng tốc độ) Tuy nhiên thời gian có hạn nên đồ án cịn nhiều thiếu sót như: Chưa nghiên cứu sâu sắc mong muốn, trình bày chưa ngắn gọn Kính mong q thầy giáo bạn góp ý để đồ án hoàn thiện 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO - Bùi Quốc Khanh tác giả Cơ sở truyền động điện; NXBKHKT 2005 - Bùi quốc Khanh, Nguyễn Văn Liễn… Điều chỉnh tự động truyền động điện; NXBKHKT2003 - Nguyễn Dỗn Phước Lý thuyết điều khiển hệ tuyến tính; NXBKHKT2002 - Đề cương Bài giảng TS Trần Duy Trinh Truyền động điện tự động; Trường ĐHSPKT Vinh 2021 - Tài liệu hướng dẫn phần Mềm Matlab/simulink 62 ... tài: Tổng hợp mô hệ truyền động điện tự động động không đồng xoay chiều pha điều khiển theo phương pháp FOC a/ Sơ đồ hệ truyền động: Hình Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển động xoay chiều b/ Số... lượng hệ truyền động phần mềm MatlabSimulink hiệu chỉnh hệ thống BÀI LÀM CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN TỰ ĐỘNG ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ XOAY CHIỀU PHA ĐIỀU KHIỂN THEO PHƯƠNG PHÁP FOC. .. động điện tự động động không đồng xoay chiều pha điều khiển theo phương pháp FOC hình 1.1 - Xây dựng mơ hình tốn học hệ thống Tổng hợp điều khiển theo phương pháp tối ưu modun kết hợp phương pháp