ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP NGUYỄN MẠNH CƢỜNG NGHIÊN CỨU HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN BIẾN TẦN GĨC PHẦN TƢ - ĐỘNG CƠ KHƠNG ĐỒNG BỘ Ngành : TỰ ĐỘNG HOÁ Mã số :23.04.3898 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT THÁI NGUYÊN - 2011 Cơng trình đƣợc hồn thành TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸTHUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS Trần Xuân Minh Phản biện 1: TS Bùi Chính Minh Phản biện 2: TS Nguyễn Duy Cƣơng Luận văn đƣợc bảo vệ Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật, ngành Tự động hóa họp Đại học Kỹ thuật Cơng nghiệp, vào ngày tháng … … năm 2011 Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên - Thƣ viện trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp MỞ ĐẦU Ngày với phát triển ngành khoa học kỹ thuật góp phần thúc đẩy phát triển mạnh mẽ hệ thống truyền động điện xoay chiều dần bƣớc thay phần lớn hệ thống truyền động điện chiều Tuy nhiên, biến tần gián tiếp thông dụng hệ truyền động điện xoay chiều thƣờng sử dụng chỉnh lƣu điốt khơng có khả trả lƣợng lƣới Vấn đề hãm hệ truyền động nhƣ đƣợc thực việc sử dụng điện trở tiêu tán lƣợng Vì vậy, hệ thống truyền động điện mà động thƣờng làm việc chế độ hãm việc tiêu tán lƣợng điện trở gây lãng phí lớn Để tiết kiệm lƣợng, tăng chất lƣợng điều chỉnh cần phải thiết kế biến tần đảm bảo cho phép động làm việc đƣợc trạng thái hãm khác mà đặc biệt hãm tái sinh Biến tần nhƣ đƣợc gọi biến tần góc phần tƣ (biến tần 4Q) Đƣợc hƣớng dẫn thầy giáo TS.Trần Xuân Minh - Trƣởng Khoa Điện Trƣờng ĐH Kỹ Thuật Công Nghiệp - Thái Nguyên, tiến hành nghiên cứu đề tài luận văn tốt nghiệp “Nghiên cứu hệ truyền động điện biến tần góc phần tƣ - Động khơng đồng bộ” Kết cấu luận văn gồm: Chƣơng 1: Tổng quan hệ truyền động biến tần - động xoay chiều Chƣơng 2: Nghiên cứu chỉnh lƣu PWM Chƣơng 3: Xây dựng cấu trúc điều khiển nghịch lƣu cấu trúc hệ truyền động biến tần 4Q - động không đồng Chƣơng 4: Mô hệ thống phần mềm matlab Kết luận kiến nghị Đề tài đƣợc hoàn thành, nỗ lực thân cịn có bảo, giúp đỡ động viên thầy giáo, gia đình, bạn bè đồng nghiệp Tôi xin gửi lời cám ơn sâu sắc đến thầy giáo TS.Trần Xuân Minh, ngƣời ln quan tâm động viên, khích lệ tận tình hƣớng dẫn tơi suốt q trình thực luận văn Tuy nhiên vấn đề đƣợc đề cập đến luận văn chắn không tránh khỏi thiếu sót, tơi mong nhận đƣợc ý kiến đóng góp từ thầy giáo bạn đồng nghiệp Xin trân trọng cảm ơn! Thái Nguyên, ngày tháng năm 2011 Tác giả Nguyễn Mạnh Cƣờng Chƣơng TỔNG QUAN VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN BIẾN TẦN ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU 1.1 CÁC HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN DÙNG ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU 1.1.1 Giới thiệu chung Trong thực tế, để truyền động cho cấu sản xuất ngƣời ta sử dụng động làm cấu chấp hành thƣờng dùng động điện chiều Nhƣng loại động có nhiều nhƣợc điểm so với động điện xoay chiều, nên phƣơng án điều chỉnh tốc độ động xoay chiều đƣợc nghiên cứu đƣa vào ứng dụng nhƣng tồn nhiều hạn chế Hiện nay, với khả thiết kế điều khiển đại, sở ứng dụng thành công cách mạng khoa học kỹ thuật tạo biến đổi bán dẫn công suất lớn, động dòng xoay chiều trở thành đối tƣợng điều khiển có ƣu vậy, hệ thống truyền động điện sử dụng động xoay chiều nhƣ đối tƣợng thân thiện có nhiều ƣu điểm vƣợt trội Động điện xoay chiều bao gồm: động xoay chiều không đồng động xoay chiều đồng Trong động xoay chiều không đồng có động rotor lịng xóc động rotor dây quấn Trong động xoay chiều đồng có động kích từ nam châm vĩnh cửu (thƣờng loại cực ẩn) động kích từ nam châm điện (cực lồi) Mỗi loại động có ƣu điểm nhƣợc điểm định phƣơng pháp điều chỉnh tốc độ khơng hồn tồn giống 1.1.2 Các phƣơng pháp điều chỉnh tốc độ động không đồng Để điều chỉnh tốc độ (điều tốc) động không đồng có nhiều phƣơng pháp nhƣ : (1) điều chỉnh tốc độ phƣơng pháp giảm điện áp đặt vào cuộn dây stator động (2) điều chỉnh tốc độ phƣơng pháp dùng ly hợp trƣợt điện từ (3) điều chỉnh tốc độ phƣơng pháp dùng điện trở phụ nối tiếp với cuộn dây rotor động không đồng rotor dây quấn (4) điều chỉnh tốc độ phƣơng pháp nối cấp động không đồng rotor dây quấn (5) điều chỉnh tốc độ phƣơng pháp thay đổi số đôi cực (6) điều chỉnh tốc độ phƣơng pháp thay đổi tần số nhờ biến đổi tần số (phƣơng pháp biến tần); v.v 1.1.3 Các phƣơng pháp điều chỉnh tốc độ động không đồng Nguyên lý điều chỉnh tốc độ động xuất phát từ biểu thức: n = (1-s)n1 = (1-s).60f1/p (1-1) Trong đó: f1- tần số nguồn cung cấp xoay chiều cho mạch Stato (mạch phần ứng) p- Số đôi cực Hệ thống điều tốc biến tần động không đồng đƣợc phân thành hai nhóm lớn biến tần điều khiển ngồi biến tần tự điều khiển Thiết bị biến tần độc lập tạo cho động không đồng nguồn điện biến áp biến tần gọi hệ thống điều tốc biến tần điều khiển ngoài, thiết bị dùng đo kiểm vị trí roto trục động để điều khiển phát xung gọi hệ thống điều tốc biến tần tự điều khiển 1.1.4 Hệ thống điều tốc biến tần - động xoay chiều 1.2 SƠ LƢỢC VỀ CÁC BỘ BIẾN TẦN DÙNG DỤNG CỤ BÁN DẪN CÔNG SUẤT 1.2.1 Biến tần trực tiếp (xoay chiều - xoay chiều) Cấu trúc thiết bị biến tần trực tiếp nhƣ AC Biến tần xoay chiều - xoay chiều hình 1.1 Bộ biến đổi ~ dùng khâu biến U1, f1 đổi biến đổi nguồn điện xoay chiều có AC ~3 U2 , f2 Hình 1.1: Thiết bị biến tần trực tiếp (xoay chiều - xoay chiều) điện áp tần số khơng đổi thành điện áp xoay chiều có điện áp tần số điều chỉnh đƣợc Do trình biến đổi qua khâu trung gian nên đƣợc gọi biến tần trực tiếp, đƣợc gọi biến đổi sóng cố định (Cycloconverter) Sơ đồ chỉnh lƣu thuận U 3 f1 , U Sơ đồ chỉnh lƣu ngƣợc Tải 3 f1 , U1 Hình 1.2: Sơ đồ nguyên lý biến tần trực tiếp 1.2.2 Bộ biến tần gián tiếp Bộ biến tần trực tiếp có ƣu điểm cơng suất lớn đầu hiệu suất cao, nhiên có số nhƣợc điểm sau: + Tạo điện áp xoay chiều đầu với tần số thấp tần số điện áp lƣới + Khó điều khiển tần số cận khơng tổn hao sóng hài động lớn + Độ tinh độ xác điều khiển khơng cao + Sóng điện áp đầu khác xa hình sin Chính đặc điểm mà loại biến tần khác đƣợc đƣa để nâng cao chất lƣợng hệ truyền động biến tần - động xoay chiều, biến tần gián tiếp Bộ biến tần gián tiếp cho phép khắc phục nhƣợc điểm biến tần trực tiếp Chỉnh lƣu f ,U1 Lọc i+  = Ud = Ngịch lƣu C0 Hình 1.5: Thiết bị biến tần gián tiếp  f2,U2 A Thiết bị biến tần gián tiếp dùng chỉnh lưu điều khiển 3 f1, U1  f2, U2 Chỉ nh lưu điều khiển Lọc Nghị ch lưu a 3 f1, U1 Chỉnh lƣu không điều khiển Lọc Bộ biến đổi xung 3 Lọc Nghịch lƣu f2, U2 điện áp b 3 f1, U1 Chỉnh lƣu không điều khiển Nghịch lƣu Lọc PWM 3 f2, U2 c Hình 1.6: Bộ biến tần gián tiếp có khâu trung gian chiều a) Biến tần dùng chỉnh lưu điều khiển tiristor b) Biến tần dùng chỉnh lưu khơng điều khiển có thêm biến đổi xung điện áp c) Biến tần dùng chỉnh lưu không điều khiển với nghịch lưu điều chế PWM B Biến tần dùng chỉnh lưu khơng điều khiển có thêm biến đổi xung điện áp C Bộ biến tần dùng chỉnh lưu không điều khiển với nghịch lưu PWM Nhƣ trình bày, hệ thống điều tốc biến tần áp dụng phƣơng pháp điều chỉnh tỷ số điện áp-tần số không đổi, sử dụng biến tần gián tiếp dùng tiristor việc điều chỉnh điện áp tần số đƣợc thực riêng hai khâu: điều chỉnh tần số khâu nghịch lƣu, điều chỉnh điện áp thực khâu chỉnh lƣu, điều kéo theo loạt vấn đề Các vấn đề là: (1) Mạch điện có khâu công suất điều khiển đƣợc, nghĩa phức tạp (2) Do khâu chiều trung gian có lọc tụ lọc điện kháng với quán tính lớn, làm cho tính thích nghi trạng thái động hệ thống thƣờng bị chậm trễ (3) Do chỉnh lƣu có điều khiển làm cho hệ số cơng suất nguồn điện cung cấp giảm nhỏ công suất đầu giảm xuống theo thay đổi chế độ làm việc hệ điều tốc, đồng thời làm tăng sóng hài bậc cao dòng điện nguồn (4) Đầu nghịch lƣu điện áp (dịng điện) có dạng khác xa hình sin, tạo nhiều sóng hài bậc cao dịng điện động cơ, dẫn tới mơ men biến động lớn ảnh hƣởng tới tính ổn định làm việc động cơ, đặc biệt tốc độ thấp Đặc điểm chủ yếu mạch điện hình 1.6c : (1) Mạch điện có khâu cơng suất điều khiển đƣợc, đơn giản hố cấu trúc, hệ số cơng suất mạng điện không liên quan tới biên độ điện áp đầu nghịch lƣu tiến gần đến (2) Bộ nghịch lƣu thực đồng thời điều tần điều áp, không liên quan đến tham số linh kiện khâu trung gian chiều, làm tăng độ tác động nhanh trạng thái động hệ thống (3) Có thể nhận đƣợc đồ thị điện áp đầu tốt, hạn chế loại bỏ đƣợc sóng hài bậc thấp, làm cho động việc với điện áp biến thiên gần nhƣ hình sin, biến động mô men nhỏ, mở rộng lớn phạm vi điều chỉnh tốc độ hệ thống truyền động Đối với điều chỉnh ba mức ta có trạng thái: - Nếu q > Hq dq = 1, Chọn điều khiển so sánh ba mức theo đặc tính tốt hai mức Tần số đóng cắt phụ thuộc độ rộng băng trễ số phân vùng vector 2.8.5 Lựa chọn phân vùng vector bảng đóng cắt 2.8.6 Tổ hợp vector điện áp 2.9 MƠ PHỎNG ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA CHỈNH LƢU TÍCH CỰC PWM 2.9.1 Xây dựng chƣơng trình mơ chỉnh lƣu PWM chọn: nguồn xoay chiều ba pha có tần số 50Hz, điện áp pha 220V; giá trị đặt điện áp chỉnh lƣu đầu Udc bắt đầu mô (t=0) 700V tải điện trở 50Ω điện cảm 0,1H ; t =0.6s tăng tải cách nối song song thêm vào điện trở tải điện trở khác có giá trị 50 700 v_dc_ref iabc_v Udc* Udc Rectif ier i_v si iabc_v i_d Rectif ier RECTIFIER i_d PLECS Circuit v _d Vd KCtac Step ua -KCircuit U_Ia Gain KD Terminator Terminator1 Hình 2.25: Sơ đồ mơ chỉnh lưu PWM tải điện trở điều khiển theo DPC ua V i_d i_vsi A KCtac A Rectifier R1 2-Level IGBT C1 Converter A R2 V S1 L: 0.015 A L4 V: 325 w : 2*pi*50 v_d Hình 2.26: Chi tiết khối “PLECS circuit” mơ hình hình 2.25 2.9.2 Kết mô chỉnh lƣu PWM Từ đồ thị Udc cho thấy, trình khởi động chỉnh lƣu diễn thời gian ngắn, thay đổi giá trị điện áp thay đổi giá trị đặt diễn nhanh, điện áp bám sát giá trị đặt với sai lệch không đáng kể, điểm cần quan tâm giá trị điện áp chiều đầu cao giá trị điện áp chỉnh lƣu ốt thông thƣờng, điều đáp ứng đƣợc yêu cầu điện áp chiều cao mà không cần phải dùng máy biến áp tăng áp 900 800 Udc 700 600 500 400 300 0.5 Time(s) 1.5 Hình 2.27: Điện áp chiều sau chỉnh lưu PWM điều khiển theo DPC Ua(V), ia(A) 400 300 Ua 200 100 ia -100 -200 -300 -400 0.5 0.55 0.6 0.65 time(s) Hình 2.28: Điện áp dòng điện pha a lưới tương tứng với tải điện trở điện cảm Tại thời điểm (t=0.6) thay đổi tải Ua(V), ia(A) 400 300 Ua 200 100 ia -100 -200 -300 -400 0.5 0.55 0.6 0.65 time(s) Hình 2.28: Điện áp dịng điện pha a lưới tương tứng với tải điện trở.Tại thời điểm (t=0.6) thay đổi tải Kết luận: Từ đồ thị cho thấy, dịng điện nguồn có dạng gần với hình sin chế độ khác đạt đƣợc hệ số công suất cos =1 (dòng điện trùng pha với điện áp) Chỉnh lƣu PWM đáp ứng đƣợc yêu cầu trao đổi công suất hai chiều lƣới điện xoay chiều phía chiều đầu chỉnh lƣu Ngoài sử dụng chỉnh lƣu PWM cho phép giảm đáng kể sóng hài bậc cao dịng điện lƣới, tăng hiệu suất, có khả điều chỉnh đƣợc hệ số công suất Nhƣ vậy, việc sử dụng chỉnh lƣu PWM biến tần gián tiếp cho phép hệ truyền động điện biến tần-động xoay chiều làm việc bốn góc phần tƣ hệ tọa độ đặc tính nâng cao đáng kể chất lƣợng hệ truyền động Vì vậy, giá thành loại biến tần cao gấp đôi so với biến tần thông thƣờng nhƣng tiết kiệm đáng kể điện năng, giảm nhỏ ảnh hƣởng hệ truyền động đến mạng điện xoay chiều Chƣơng XÂY DỰNG CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN NGHỊCH LƢU VÀ CẤU TRÚC HỆ TRUYỀN ĐỘNG BIẾN TẦN 4Q - ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3.1 GIỚI THIỆU CHUNG ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 1.1 3.2 MƠ HÌNH TỐN HỌC CỦA ĐỘNG CƠ KHƠNG ĐỒNG BỘ 3.2.1 Mơ hình tốn học nhiều biến động khơng đồng ba pha 3.2.2 Mơ hình tốn học động khơng đồng ba pha 3.2.3 Phép chuyển đổi tọa độ ma trận chuyển đổi 3.2.3.1 Khái niệm nguyên tắc phép biến đổi tọa độ 3.2.3.2 Ma trận chuyển đổi tọa độ điều kiện công suất bất biến +…+ = (3.15) +…+ = (3.16) Thay vào ta có (3.17) (3.18) I ma trận đơn vị Biểu thức (3.29) quan hệ ma trận chuyển đổi điều kiện cơng suất bất biến Nói chung, để làm cho ký hiệu ma trận đơn giản dễ nhớ, đƣa ma trận chuyển đổi điện áp dòng điện ma trận, nghĩa là: Cu = Ci = C (3.19) C=I (3.20) Kết luận : điều kiện công suất trƣớc sau chuyển đổi không thay đổi, điện áp dòng điện lấy ma trận chuyển đổi, nghịch đảo ma trận chuyển đổi tƣơng đƣơng với ma trận chuyển vị nó, phép chuyển đổi vị trí tọa độ nhƣ đƣợc gọi phép biến đổi trực giao 3.2.4 Mơ hình tốn học động không đồng theo định hƣớng từ trƣờng hệ tọa độ quay đồng pha (mơ hình hệ tọa độ MT) (3.26) hàng thứ thứ xuất phần tử 0, giảm đƣợc quan hệ rang buộc biến số, làm cho mơ hình đƣợc đơn giản Đối với phƣơng trình mơ men =  (3.27) 3.3 BIẾN TẦN GIÁN TIẾP VỚI NGHỊCH LƢU ĐIỀU KHIỂN VECTOR 3.3.1 Mơ hình động chiều tƣơng đƣơng động khơng đồng 3/2 VR Mơ hình động chiều tƣơng đƣơng Hình 3.4 Sơ đồ cấu trúc biến đổi tọa độ động không đồng 3/2) Biến đổi pha/2 pha; VR) Biến đổi quay đồng bộ; ) Góc trục M trục α(trục A) 3.3.2 Cấu trúc hệ thống điều khiển vector 3.3.3 Phƣơng trình điều khiển vector 3.4 HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG BIẾN TẦN 4Q – ĐK 3.4.1 Sơ đồ khối hệ thống truyền động biến tần 4Q – ĐK 3.4.2 Sơ đồ nguyên lý phần mạch lực hệ biến tần 4Q – ĐK 3.4.3 Chọn phƣơng pháp điều khiển chỉnh lƣu cho hệ truyền động Cấu trúc điều khiển chỉnh lƣu PWM dựa hai nguyên tắc: Điều khiển dựa điện áp điều khiển dựa từ thông ảo Điều khiển dựa điện áp ƣớc lƣợng điện áp lƣới điều khiển dòng điện hay cụng sut in ỏp li nu Các ph-ơng pháp ®iỊu khiĨn chØnh l-u PWM §iỊu khiĨn theo vector ®iƯn áp VOC DPC Điều khiển theo vector từ thông ảo VFOC VF-DPC Hình 3.8: Các ph-ơng pháp điều khiển chỉnh l-u PWM điều khiển dịng điện gọi phƣơng pháp VOC (Voltage Oriented Control), cịn theo cơng suất gọi DPC (Direct Power Control) Điều khiển dựa từ thông ảo phƣơng pháp điều khiển cần phải ƣớc lƣợng từ thông ảo lƣới điện áp dụng phƣơng pháp điều khiển từ thông stator động không đồng cho lƣới điện Nếu điều khiển mạch vịng dịng điện gọi phƣơng pháp VFOC (Voltage Flux Oriented Control), điều khiển dựa theo cơng suất gọi phƣơng pháp VF-DPC Cấu trúc điều khiển chỉnh lƣu PWM định hƣớng theo vector điện áp dựa vào dòng điện (VOC) Đặc điểm phƣơng pháp điều khiển dựa vào dòng điện xử lý tín hiệu hai hệ toạ độ hệ toạ độ cố định  -  hệ toạ độ quay d - q Các giá trị dòng điện đo đƣợc hệ ba pha đƣợc biến đổi sang hệ toạ độ cố định  - , sau đƣợc biến đổi sang hệ toạ độ d – q Cấu trúc điều khiển chỉnh lƣu PWM theo VFOC Cấu trúc điều khiển chỉnh lƣu PWM theo VFOC có khác biệt so với VOC, trục d đƣợc chọn trùng với vector  L vector điện áp U L trùng với trục q, vector dòng điện I L trùng với vector U L nên ILd=0 ILd=IL Do mạch vòng điều chỉnh theo VFOC có lƣợng đặt i*ld = i*lq lấy từ đầu điều chỉnh điện áp chiều Nếu nhƣ góc cho biến đổi tọa độ VOC uL, VFOC lấy L Cấu trúc điều khiển chỉnh lƣu PWM theo phƣơng pháp trực tiếp công suất DPC đƣợc phát triển từ ý tƣởng điều khiển trực tiếp mô men (DTC) truyền động động không đồng nguyên lý để xây dựng điều khiển công suất DPC tƣơng tự nhƣ DTC, có nghĩa phải thiết kế đƣợc điều khiển đóng cắt có đặc tính từ trễ để gia cơng tín hiệu dq dp; Lựa chọn số vùng vector điện áp từ kết hợp với vị trí vector điện áp UL để xây dựng bảng đóng cắt tạo nên vector điều khiển điện áp cho chỉnh lƣu PWM Tuy nhiên DPC có đặc điểm riêng, khơng thể áp dụng cách máy móc điều khiển DTC cho DPC Kết luận:Dựa vào đặc điểm phƣơng pháp điều khiển chỉnh lƣu PWM ta chọn phƣơng pháp điều khiển chỉnh lƣu PWM theo phƣơng pháp trực tiếp cơng suất DPC có cấu trúc điều khiển nhƣ sau: Ua Ub Uc L ia ib ic L L ia PWM Udc ib Sa Sb Sc §o dòng điện đánh giá công suất tức thời, điện áp l-ới từ thông ảo Bảng chuyển mạch p UL - Udc Udcref dq dp Chän sector q T¶i PI  L - pref qref = H×nh 3.9: CÊu tróc ®iỊu khiĨn chØnh l-u PWM theo DPC 3.4.4 Chọn cấu trúc điều khiển nghịch lƣu Hiện đa số cấu trúc điều khiển nghịc lƣu áp dụng nguyên lý điều khiển vector Từ phƣơng trình cân điện áp hệ MT, kết hợp với quan hệ có đƣợc áp dụng định hƣớng từ thơng rotor, thực thành lập phƣơng trình mơ tả quan hệ thành phần điện áp dòng điện stator hệ tọa độ MT, làm sở cho việc tính tốn giá trị thành phần điện áp đặt, sau chuyển tọa độ hệ ba pha thu đƣợc giá trị đặt điện áp stator Từ giá trị đặt điện áp, sử dụng nguyên lý điều chế độ rộng xung hình sin(SPWWM) nguyên lý điều chế vector không gian để thực việc điều khiển van nghịch lƣu - ĐCTĐQ điều chỉnh tốc độ quay - MHTT mơ hình quan sát từ thơng, có chức tính tốn giá trị từ thơng rotor (2 M2 ) góc vector từ thông rotor với trục chuẩn () - CTĐi khâu chuyển tọa độ dòng điện stator từ hệ tọa độ sang hệ tọa độ MT - TH khâu tạo hàm, tạo giá trị đặt từ thông rotor theo giá trị tốc độ góc rotor - ĐCTT điều chỉnh từ thơng, cho tín hiệu giá trị đặt thành phần sinh từ thơng dịng điện stator hệ tọa độ MT; - ĐCĐ khâu điều chỉnh đa thơng số, có nhiệm vụ tính giá trị đặt thành phần điện áp stator hệ tọa độ MT; - CTĐu khối chuyển đổi tọa độ điện áp từ hệ MTsang hệ tọa độ ; - SPWM khâu điều chế vector không gian, tính tốn tạo xung điều khiển van nghịch lƣu từ giá trị yêu cầu điện áp stator hệ tọa độ  Chƣơng MÔ PHỎNG HỆ THỐNG BIẾN TẦN 4Q VÀ ĐỘNG CƠ KHƠNG ĐỒNG BỘ 4.1 Xây dựng sơ đồ mơ hệ truyền động phần mềm Matlab Để đánh giá đầy đủ hệ truyền động nhƣ biến tần bốn góc phần tƣ sử dụng chỉnh lƣu PWM, ta tiến hành mô làm việc hệ truyền động biến tần 4Q - động xoay chiều khơng đồng ba pha rotor lịng xóc Trong hệ thống này, phần điều khiển chỉnh lƣu PWM áp dụng phƣơng pháp điều khiển VOC, phần nghịch lƣu sử dụng phƣơng pháp điều khiển vector định hƣớng theo từ thông rotor Phần điều khiển nghịch lƣu đƣợc xây dựng dựa cấu trúc đƣợc mô tả hình 3.6 có sửa đổi chút quan điểm thực mô làm việc hệ vùng tần số biến tần nằm khoảng từ tần số định mức động trở xuống Với vùng tần số dƣới tần số yêu cầu thực trì từ thông rotor số, cấu trúc điều khiển chọn giá trị đặt thành phần sinh từ thơng dịng stator số ( iM1 const ) giá trị đƣợc lựa chọn theo dòng từ hóa động Cấu trúc điều khiển nghịch lƣu trƣờng hợp đƣợc mơ tả hình 4.8 Sử dụng phần mềm PLECS chạy môi trƣờng MATLAB xây dựng đƣợc sơ đồ (chƣơng trình) mơ hệ truyền động nhƣ hình 4.1, đến 4.5 Tham số động đƣợc lựa chọn để thực q trình mơ hệ truyền động: Cơng suất định mức Pđm=3.5KW; số đôi cực từ np=3; điện áp định mức pha stator U1đm=220V; dòng điện định mức pha stator I1đm=4A; điện trở pha stator Rs=4; điện trở pha rotor quy đổi stator Rr=3.5; điện cảm tản pha stator Lt1=10mH; điện cảm tản pha rotor quy đổi stator Lt2=9mH; điện cảm hỗ cảm cực đại Lm1=200mH; 4.2 Kết mô hệ thống 4.2.1 Mơ q trình khởi động chế độ hãm tái sinh động Mô trình khởi động động từ tốc độ khơng đến tốc độ góc 100 rad/s với mơ men tải thay đổi Tại t=1s (khi kết thúc khởi động, thay đổi mô men tải sang âm (tức tác động mô men chiều với chiều quay rotor) để kiểm tra khả làm việc động trạng thái hãm tái sinh Các kết mơ đƣợc mơ tả hình 4.6 đến 4.11 Từ kết môphỏng cho thấy, tốc độ động đƣợc trì theo giá trị đặt mơ men tải đổi dấu (hình 4.12); dòng điện nguồn xoay chiều cấp cho chỉnh lƣu PWM thay đổi pha góc , tức chỉnh lƣu làm việc chế độ nghịch lƣu,thực chuyển cơng suất từ phía động lƣới điện (hình 4.11) với giá trị hệ số công suất (co = -1) Kết mô chứng minh khả làm việc chế độ hãm tái sinh chế độ ổn định hệ thống Mc 10 -2 -4 -6 -8 0.5 1.5 Time(s) Hình 4.6: Sự điều chỉnh mô men tải động khởi động chuyển động sang trạng thái hãm tái sinh chế độ tốc độ ổn định (tại t=1s) ULa(V), iLa(A) 250 200 ULa(V) ILa(A) 150 100 50 -50 -100 -150 -200 -250 0.96 0.98 1.02 1.04 1.06 1.08 1.1 Time(s) Hình 4.7: Điện áp dòng điện lưới pha A cấp cho chỉnh lưu PWM trước sau thời điểm điều chỉnh mô men tải (tại t=1s) để chuyểnchế độ làm việc động từ trạng thái động sang hãm tái sinh 4.2.2 Mơ q trình khởi động có tải điều chỉnh tải nhảy cấp để động chuyển động sang hãm tái sinh 40 iA,B,C (A) 30 20 10 -10 -20 -30 t(s) -40 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 Hình 4.11: Dịng điện ba pha động chuyểnchế độ làm việc động từ trạng thái động sang hãm tái sinh 4.2 Kết luận Từ kết mô cho thấy hệ truyền động hoàn toàn đáp ứng tốt yêu cầu độ tác động nhanh, độ điều chỉnh Dịng điện mơ men động q trình q độ hồn tồn khống chế gới hạn cho phép Dạng dòng điện qua động gần với hình sin, hạn chế đến mức tối thiểu tổn thất động cơ, cho phép động phát huy hết khả nhƣ nhà sản xuất quy định Các kết mô số chế độ đặc trƣng chỉnh lƣu PWM hệ truyền động biến tần 4Q-động không đồng cho thấy, sử dụng chỉnh lƣu PWM để xây dựng biến tần bốn góc phần tƣ đáp tốt yêu cầu mà mục tiêu đề tài đặt Hệ truyền động có khả đảm bảo làm việc tốt động bốn góc phần tƣ hệ tọa độ KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Việc sử dụng chỉnh lƣu tích cực PWM làm khối chỉnh lƣu biến tần cho phep biến tần hệ truyền động động xoay chiều ứng dụng loại biến tần đạt đƣợc nhiều tính ƣu việt mà biến tần thông thƣờng khác khơng có: - Giảm đến mức thấp sóng hài bậc cao dịng điện lƣới - Có khả tạo đƣợc hệ số công suất lƣới điện theo yêu cầu - Có khả điều chỉnh ổn định tốt điện áp phần chiều, giảm bớt ảnh hƣởng dao động điện áp lƣới điện đến biến tần - Động làm việc đƣợc chế độ, đặc biệt chế độ hãm tái sinh kể chế độ ổn định độ, cho phép áp dụng hệ truyền động biến tần 4Q - động xoay chiều với nhiều loại tải khác nhau, tiết kiệm lƣợng nhiều trƣờng hợp KIẾN NGHỊ - Tiếp tục nghiên cứu hồn thiện để áp dụng vào thực tế - Nghiên cứu tìm thêm ứng dụng khác chỉnh lƣu PWM TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Trần Khánh Hà (1997), Máy điện tập 1, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, Hà Nội Bùi Quốc Khánh, NguyễnVăn Liễn, Phạm Quốc Hải, Dƣơng Văn Nghi (2002), Tự động điều chỉnh truyền động điện, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, Hà Nội Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn (2007), Cơ sở truyền động điện, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội Trần Thọ, Võ Quang Lạp (biên khảo); Cơ sở điều khiển tự động truyền động điện; Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, Hà Nội,2004 Nguyễn Phùng Quang (1996), Điều khiển tự động truyền động điện xoay chiều ba pha, Nhà xuất Giáo dục, Hà Nội Nguyễn Phùng Quang, (2003) MATLAB & Simulink dành cho kỹ sư điều khiển tự động, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, Hà Nội Tiếng Anh C Daoshen and B K Bose (1992), “Expert system based automated selection of industrial AC drives”, IEE IAS Annu Meet Conf Rec., pp 387-392 S M Chhaya and B K Bose (1992), “Expert system based automated design technique of a voltage-fed inverter for induction motor drive”, IEE IAS Annu Meet Conf Rec., pp 770-778 S M Chhaya and B K Bose (1992), “Expert system based automated design technique of a voltage-fed inverter for induction motor drive”, IEE IAS Annu Meet Conf Rec., pp 770-778 10 S M Chhaya and B K Bose (1995), “Expert system aided automated design, simulation and controller tuning of ac drive system”, IEE IECON Conf Rec., pp 712-718 11 Mariusz Malinowski (2001), Sensorless Control Strategies for Three Phase PWM Rectifiers, Warsaw, Poland 12 P Barrass, M Cade (1999), PWM rectifier using indirect voltage sensing, Proc.IEE-Elect Power Applicat., 146 (5), 539-544 13 Plexim GmbH, PLECS - Piece-wise Linear Electrical Circuit Simulation for 109 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Simulink, User Manual, ver 1.2 14 The Mathworks, Simulink-Dynamic System Simulation for Matlab, Help file in Matlab7.01 R14 ... Trƣờng ĐH Kỹ Thuật Công Nghiệp - Thái Nguyên, tiến hành nghiên cứu đề tài luận văn tốt nghiệp ? ?Nghiên cứu hệ truyền động điện biến tần góc phần tƣ - Động khơng đồng bộ? ?? Kết cấu luận văn gồm: Chƣơng... cầu điện áp stator hệ tọa độ  Chƣơng MÔ PHỎNG HỆ THỐNG BIẾN TẦN 4Q VÀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 4. 1 Xây dựng sơ đồ mô hệ truyền động phần mềm Matlab Để đánh giá đầy đủ hệ truyền động nhƣ biến tần. .. BIẾN TẦN 4Q – ĐK 3 .4. 1 Sơ đồ khối hệ thống truyền động biến tần 4Q – ĐK 3 .4. 2 Sơ đồ nguyên lý phần mạch lực hệ biến tần 4Q – ĐK 3 .4. 3 Chọn phƣơng pháp điều khiển chỉnh lƣu cho hệ truyền động