Đồ án tốt nghiệp Đặng Thiên Quỳnh TĐH3K42 Mục lục: Trang Lời nói đầu Ch¬ng 1: Tổng quan hệ thống điều khiển động không đồng 1-1 Các phơng pháp điều khiển tốc độ động không đồng 1-1-1 Điều khiển điện áp stator 1-1-2 Điều khiển điện trë rotor 1-1-3 Điều chỉnh công suất trợt 1-1-4 Điều khiển tần sè nguån cÊp stator 1-2 Điều khiển vectơ động không đồng bé .10 Ch¬ng 2: Tỉng hợp hệ thống điều khiển vectơ 13 2-1 Mô tả toán học động không đồng ba pha: .13 2-2 Phép biến đổi tuyến tính không gian vectơ 16 2-3 Hệ phơng trình động không gian vectơ 18 2-3-1 Phơng trình trạng thái tính hệ toạ độ cố định 20 2-3-2 Phơng trình trạng thái hệ toạ độ tựa theo từ thông rôto dq: 24 2-4 Cấu trúc hệ thống điều khiển vectơ động không đồng 27 2-5 Các phơng pháp điều khiển vectơ 30 2-5-1 Điều khiển vectơ gián tiếp 30 2-5-2 Điều khiển vectơ trực từ thông rôto 31 2-6 Tổng hợp điều chØnh 37 2-6-1 Tổng hợp hệ theo hàm chuẩn: 37 2-6-2 Tuyến tính hoá mô hình động 39 2-6-3 Tổng hợp Risq R .40 2-6-4 Tỉng hỵp Risd: 43 2-7 Bộ quan sát từ thông 45 Chơng 3: Xây dựng cấu trúc hệ thống điều khiển vectơ động không đồng không dùng cảm biến tốc độ .52 3-1 Sơ đồ hệ thống điều khiển vectơ không dùng cảm biến tốc độ 52 3-2 Đánh giá ổn định khâu tính toán tốc độ 55 Chơng 4: Mô đánh giá chất lợng .58 5-1 TÝnh toán thông số động 58 5-2 Các bớc tiến hành mô pháng 59 5-2-1 Thử nghiệm với điều chỉnh dòng isd: 59 5-2-2 Thư nghiƯm víi bé ®iỊu chØnh dßng isq: 60 5-2-3 Thư nghiƯm víi bé ®iỊu chØnh tèc ®é: 62 5-2-4 Mô mô hình hệ thống toạ độ dq: 64 5-2-5 Mô hình toàn hệ thống không dùng cảm biến tốc độ : 67 Kết luận .79 Tài liệu tham khảo .82 Lêi nói đầu Đồ án tốt nghiệp Đặng Thiên Quỳnh TĐH3K42 Chơng 1: Tổng quan hệ thống điều khiển động không đồng 1-1 Các phơng pháp điều khiển tốc độ động không đồng 1-1-1 Điều khiển ®iƯn ¸p stator 1-1-2 Điều khiển điện trở rotor 1-1-3 §iỊu chỉnh công suất trợt 1-1-4 Điều khiển tần số nguồn cấp stator 1-2 Điều khiển vectơ động không đồng .10 Chơng 2: Tổng hợp hệ thống ®iỊu khiĨn vect¬ 13 2-1 Mô tả toán học động không đồng ba pha: .13 2-2 PhÐp biÕn đổi tuyến tính không gian vectơ 16 2-3 Hệ phơng trình động không gian vectơ 18 2-3-1 Phơng trình trạng thái tính hệ toạ độ cố định 20 2-3-2 Phơng trình trạng thái hệ toạ độ tựa theo từ thông rôto dq: 24 2-4 Cấu trúc hệ thống điều khiển vectơ động không đồng 27 2-5 Các phơng pháp ®iỊu khiĨn vect¬ 30 2-5-1 Điều khiển vectơ gián tiếp 30 2-5-2 Điều khiển vectơ trùc tiÕp theo tõ th«ng r«to 31 2-6 Tổng hợp điều chỉnh 37 2-6-1 Tỉng hỵp hƯ theo hµm chn: 37 2-6-2 Tuyến tính hoá mô hình động 39 2-6-3 Tỉng hỵp Risq vµ Rω .40 2-6-4 Tỉng hỵp Risd: 43 2-7 Bé quan sát từ thông 45 Chơng 3: Xây dựng cấu trúc hệ thống điều khiển vectơ động không đồng không dùng cảm biến tốc độ .52 3-1 Sơ đồ hệ thống điều khiển vectơ không dùng cảm biến tốc độ 52 3-2 Đánh giá ổn định khâu tính toán tốc độ 55 Chơng 4: Mô đánh giá chất lợng .58 5-1 Tính toán thông số động 58 5-2 Các bớc tiến hành mô 59 5-2-1 Thư nghiƯm với điều chỉnh dòng isd: 59 5-2-2 Thử nghiệm với điều chỉnh dòng isq: 60 5-2-3 Thư nghiƯm víi bé ®iỊu chØnh tèc ®é: 62 5-2-4 Mô mô hình hệ thống toạ độ dq: 64 5-2-5 Mô hình toàn hệ thống không dùng cảm biến tốc ®é : 67 KÕt luËn .79 Tài liệu tham khảo .82 Lời nói đầu Chơng 1: Tổng quan hệ thống điều khiển động không đồng 1-1 Các phơng pháp điều khiển tốc độ động không đồng 1-1-1 Điều khiển điện áp stator 1-1-2 Điều khiển điện trở rotor 1-1-3 Điều chỉnh công st trỵt 1-1-4 Điều khiển tần số nguồn cấp stator Đồ án tốt nghiệp Đặng Thiên Quỳnh TĐH3K42 1-2 Điều khiển vectơ động không đồng .10 Chơng 2: Tổng hợp hệ thống điều khiển vectơ 13 2-1 Mô tả toán học động không đồng ba pha: .13 2-2 PhÐp biÕn ®ỉi tun tÝnh không gian vectơ 16 2-3 Hệ phơng trình động không gian vectơ 18 2-3-1 Phơng trình trạng thái tính hệ toạ độ cố định 20 2-3-2 Phơng trình trạng thái hệ toạ độ tùa theo tõ th«ng r«to dq: 24 2-4 CÊu tróc hệ thống điều khiển vectơ động không đồng 27 2-5 Các phơng pháp điều khiển vectơ 30 2-5-1 §iỊu khiển vectơ gián tiếp 30 2-5-2 Điều khiển vectơ trực tõ th«ng r«to 31 2-6 Tỉng hợp điều chỉnh 37 2-6-1 Tổng hợp hệ theo hàm chuÈn: 37 2-6-2 Tuyến tính hoá mô hình động 39 2-6-3 Tổng hợp Risq R .40 2-6-4 Tỉng hỵp Risd: 43 2-7 Bộ quan sát từ thông 45 Chơng 3: Xây dựng cấu trúc hệ thống điều khiển vectơ động không đồng không dùng cảm biÕn tèc ®é .52 3-1 Sơ đồ hệ thống điều khiển vectơ không dùng cảm biến tốc độ 52 3-2 Đánh giá ổn định khâu tính toán tốc độ 55 Chơng 4: Mô đánh giá chất lợng .58 5-1 Tính toán thông số động 58 5-2 C¸c bớc tiến hành mô 59 5-2-1 Thư nghiƯm víi bé ®iỊu chØnh dßng isd: 59 5-2-2 Thử nghiệm với điều chỉnh dòng isq: 60 5-2-3 Thư nghiƯm víi bé ®iỊu chØnh tèc ®é: 62 5-2-4 Mô mô hình hệ thống toạ độ dq: 64 5-2-5 Mô hình toàn hệ thống không dùng cảm biến tốc độ : 67 KÕt luËn .79 Tµi liƯu tham kh¶o .82 Lời nói đầu Động không đồng ngày đợc sử dụng rộng rÃi công nghiệp thay cho động khác có nhiều u điểm nh khởi động đơn giản, vận hành tin cậy, rẻ tiền kích thớc gọn nhẹ Nhợc điểm đặc tính phi tuyến mạnh nên trớc đây, với phơng pháp điều khiển đơn giản, loại động phải nhờng chỗ cho động điện chiều Nhng với việc phát triển lý thuyết điều khiển, truyền động cộng với sù tiÕn bé cña khoa häc kü thuËt nh kü thuật vi xử lý, điện tử công suất nên đà hạn chế đợc nhợc điểm trên, đa động không đồng trở thành phổ biến Đồ án tốt nghiệp Đặng Thiên Quỳnh TĐH3K42 Trớc thờng điều khiển động cách điều chỉnh điện áp Đây phơng pháp đơn giản nhng chất lợng điều chỉnh kể tĩnh lẫn động không cao Để điều khiển đợc xác hiệu phải nói đến phơng pháp thay đổi tần số điện áp nguồn cung cấp Do tốc độ động không đồng xấp xỉ tốc độ đồng nên động làm việc với độ trợt nhỏ tổn hao công suất trợt mạch rôto nhỏ Tuy nhiên phơng pháp phức tạp đắt tiền hiết bị dùng để biến đổi tần số nghịch lu, nghịch lu trực tiếp gián tiếp Ta sử dụng biến tần thiết bị tích hợp chỉnh lu, nghịch lu lẫn điều khiển Luật điều khiển biến tần tuỳ thuộc vào nhà sản xuất Hiện để điều khiển động đà có nhiều biến tần bán sẵn thị trờng, phải thiết kế theo phơng pháp kinh điển Các nhà sản xuất lựa chọn biến tần nhiều bảng điều khiển - tam giác điện trở phụ thiết bị điều khiển khác gọn nhẹ, điều khiển xác, tin cậy, đáp ứng đợc nhu cầu tự động hoá bớc đại hoá xí nghiệp họ Biến tần đơn giản thờng điều khiển tốc độ theo luật U/f để đảm bảo động sinh mômen tốt nhng cho hệ truyền động yêu cầu cao có biến tần điều khiển theo vectơ Mục đích đồ án Tuy loại biến tần đà đợc bày bán sử dụng rộng rÃi thị trờng hÃng Toshiba, Omron, Siemens với nhiều phơng pháp điều khiển khác nh : theo luật U/f không dổi, điều khiển từ thông không đổi, điều khiển vectơ nhng việc tìm hiểu để chọn phơng pháp thích hợp nghiên cứu tìm phơng pháp điều khiển cho tối u giá thành, độ xác, độ tin cậy tranh luận loại có u nhợc khác Ví dụ phơng pháp dòng từ thông không đổi làm giảm công suất tiêu thụ Phơng pháp Speed Sensorless Vector đa việc điều khiển từ thông đợc tốt mômen lớn Do đồ án xin góp phần làm rõ phơng pháp điều khiển vectơ không dùng cảm biến tốc độ, chứng minh đợc u điểm vấn đề điều khiển động Quan sát biến tần ta thấy hiển thị thờng có khả hiển thị tốc độ quay trục, tần số nguồn cấp, thời gian tăng tốc, thời gian giảm tốc, theo dõi tham số động nh điện trở stato, điện trở rôto ta nhận thấy cảm biến tốc độ đa Điều đợc thực nhờ khối tính toán ghép phần điều khiển biến tần Vậy khối hoạt động nh theo công thức Đó mục đích nghiên cứu đồ án Đồ án tốt nghiệp Đặng Thiên Quỳnh TĐH3K42 hệ thống truyền động động không đồng kinh điển thờng có mạch vògn điều chỉnh tốc độ với tín hiệu phản hồi tốc độ thông thờng nhận đợc từ cảm biến tốc độ gắn trục động Tuy nhiên cảm biến tốc độ quay có số nhợc điểm: làm cho hệ thống truyền động điện không đồng phải lắp thêm trục động máy phát tốc độ hay cảm biến số Trong nhiều trờng hợp lắp đợc cảm biến tốc độ trục động cơ, ví dụ nh hệ thổng truyền ®éng ®iƯn cao tèc, ë hƯ thèng trun ®éng ®iƯn ôtô hay động làm việc môi trờng khắc nghiệt Hơn động xa trung t©m nhiƠu g©y trun dÉn tÝn hiƯu tõ máy phát tốc tủ điều khiển vấn đề phức tạp cho việc nâng cao điều khiển Vấn đề nghiên cứu hệ thống điều khiển động không đồng không dùng cảm biến tốc độ có ý nghĩa quan träng vµ mang tÝnh thùc tiƠn cao HƯ thèng cho phép sử dụng có hiệu động không đồng hệ thống truyền động điện máy công nghiệp, góp phần giảm độ phức tạp, giảm giá thành bảo dỡng chi phí vận hành hệ thống truyền động điện, giải vấn đeef khắc phục động chiầu nh mức độ h hỏng nh chi phí bảo dỡng vận hành cao Đề tài nhằm nghiên cứu giải vấn đề Nội dung đồ án bao gồm bốn chơng Nội dung chơng đợc trình bày nh sau: Chơng 1: Nêu sơ lợc phơng pháp điều khiển động không đồng nhấn mạnh đến phơng pháp điều khiển vectơ, u nhợc điểm tính thực tiễn Chơng 2: Dựa kiến thức vectơ không gian, xây dựng hệ phơng trình mô tả động học động không đồng Tổng quan phơng pháp điều khiển vectơ: trực tiếp, gián tiếp sơ đồ điều khiển phơng pháp Giải vấn đề tính từ thông rôto phục vụ cho việc điều khiển vectơ trực tiếp Chơng 3: Xây dựng cấu trúc hệ thống điều khiển vectơ động không đồng không dùng cảm biến tốc độ Xây dựng tính toán tốc độ thay cho máy phát tốc độ kiểm nghiệm làm việc ổn định khâu Chơng 4: Trình bày số kết mô chứng minh tính đắn công việc đà làm: việc tổng hợp điều chỉnh dòng điện, tốc độ, tính toán từ thông, tính toán tốc độ Mô việc phản hồi tốc độ khâu tính toán, không dùng cảm biến tốc độ Đồ án tốt nghiệp Đặng Thiên Quỳnh TĐH3K42 Đồ án tốt nghiệp Đặng Thiên Quỳnh TĐH3K42 Chơng 1: Tổng quan hệ thống điều khiển động không đồng 1-1 Các phơng pháp điều khiển tốc độ động không đồng R '2 s M= Từ phơng trình mômen động : ta dùa R '2   + X nm  ω1  R +  s    3U1 vào để điều khiển mômen cách thay đổi thông số nh điện áp cung cấp, điện trở phụ, tốc độ trợt tần số nguồn Tới đà có phơng pháp ®iỊu khiĨn chđ u sau: Tỉn thÊt Kinh tÕ Stato = Điều chỉnh điện áp stator ~ ~ Điều chỉnh tần số nguồn cấp stato = Rôto Điều chỉnh công suất trợt Điều chỉnh phơng pháp xung điện trở rôto Pcơ K Ps Ps CL NL Đồ án tốt nghiệp Đặng Thiên Quỳnh TĐH3K42 1-1-1 Điều khiển điện áp stator Do mômen động không đồng tỷ lệ với bình phơng điện áp stato,do điều chỉnh đợc mômen tốc độ không đồng cách điều chỉnh điện áp stato giữ nguyên tần số Đây phơng pháp đơn giản nhất, sử dụng biến đổi điện (biến áp, tiristor) để điều chỉnh điện áp đặt vào cuộn stator Phơng pháp kinh tế nhng họ đặc tính thu đợc không tốt, thích hợp với phụ tải máy bơm, quạt gió 1-1-2 Điều khiển điện trở rotor Sử dụng cấu dịch chuyển cầu trục, quạt gió, bơm nớc: việc điều khiển tiếp điểm tiristor làm ngắn mạch/hở mạch điện trở phụ rotor ta điều khiển đợc tốc độ động phơng pháp có u điểm mạch điện an toàn, giá thành rẻ Nhợc điểm: đặc tính điều chỉnh không tốt, hiệu suất thấp, vùng điều chỉnh không rộng 1-1-3 Điều chỉnh công suất trợt Trong trờng hợp điều chỉnh tốc độ động không đồng cách làm mềm đặc tính để nguyên tốc độ không tải lý tởng công suất trợt Ps=sPđt đợc tiêu tán điện trở mạch rôto hệ thống truyền động điện công suất lớn, tổn hao đáng kể Vì để vừa điều chỉnh đợc tốc độ truyền động, vừa tận dụng đợc công suất trợt ngời ta sử dụng sơ đồ công suất trợt (sơ đồ nối tầng/ nối cấp) P1=Pcơ +Ps =P1(1-s) +sP1=const Nếu lấy Ps trả lại lới tiết kiệm đợc lợng Khi điều chỉnh với < 1: đợc gọi điều chỉnh nối cấp dới đồng (lấy lợng Ps phát lên lới) Khi điều chỉnh với > 1(s