Bài giảng Điều khiển máy điện - Bài: Scalar Control of Induction Motor. Space Vector PWM - Nguyễn Ngọc Tú
Động cơ KĐB 4 cực, 380V, nối Y, 50Hz, tốc độ định mức1450 vòng/phút. Moment định mức của động cơ này là 40 N.m. Động cơ kéo tải có moment tải TL = 0.4*ωr (ωr là tốc độ cơ của rotor) và áp dụng luật điều khiển V/f thông qua một bộ nghịch lưu.
46 trang |
Chia sẻ: Tiểu Khải Minh | Ngày: 20/02/2024 | Lượt xem: 63 | Lượt tải: 0
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Bài giảng Điều khiển máy điện - Bài: Scalar Control of Induction Motor. Space Vector PWM - Nguyễn Ngọc Tú, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện
Điều khiển máy điện
Scalar Control of Induction Motor
Space Vector PWM
Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện
Scalar Control – Điều khiển vô
hướng
• Điều khiển vô hướng: thay đổi độ lớn của các
biến điều khiển
• Điều khiển vector: thay đổi cả độ lớn và pha
của các biến điều khiển
• Chất lượng động học của điều khiển vô hướng
kém hơn điều khiển vector nhưng thực hiện
đơn giản hơn
Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện
Speed Control
• 3 phương pháp đơn giản
để thay đổi tốc độ động
cơ không đồng bộ:
- Giảm biên độ điện áp
cung cấp
- Điều chỉnh điện trở mạch
Rotor (chỉ với động cơ
Rotor dây quấn)
- Điều chỉnh điện áp và tần
số Stator
Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện
Luật điều khiển V/f
Mục đích duy trì từ thông không
đổi khi thay đổi tần số
Ф = L.I
V = Z.I = (ωL).I + Rs.I
V ~ 2πf.Ф (bỏ qua R.I)
Ф ~ (1/4,44).(V/f)
Ở vùng tốc độ thấp, không thể bỏ
qua thành phần R.I (f nhỏ nên điện
áp rơi trên R.I trở nên đáng kể so với
rơi trên điện kháng). Do đó đặc tính
V/f thường bắt đầu tại V0 > 0 để bù
lại sụt áp do R.I V
0
Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện
Luật điều khiển V/f
Nếu từ thông = hằng số, động cơ sẽ tạo mô-men như nhau
nếu tốc độ trượt giống nhau
Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện
Điều khiển V/f = const vòng hở
Ba vùng hoạt động của động cơ
IM
• Vùng 1: giữ độ trượt không
đổi và ổn định dòng Stator để
nhận được mô-men hằng số
• Vùng 2: giữ điện áp Stator
bằng định mức và ổn định
dòng Stator để có công suất
không đổi
• Vùng 3: giữ điện áp Stator
bằng định mức và ổn định độ
trượt (không vượt quá mô-
men cực đại)
Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện
Điều khiển V/f = const vòng hở
Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện
Điều khiển V/f = const vòng hở
• Sơ đồ khối minh họa
Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện
Điều khiển V/f = const vòng hở
• Minh họa cho tải quạt, bơm (TL=Kr
2)
Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện
Tiết kiệm năng lượng với VFD
Variable Frequency Drives
Năng lượng được tiết kiệm đáng kể với bộ VFD so
với khi tần số không đổi
Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện
Điều chế độ rộng xung
Sine PWM và Space Vector
PWM
Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện
Sine PWM – dòng điện AC
Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện
Mô hình bộ nghịch lưu DC – AC đơn giản
+V= Vdc= DC link
+V
PWM1H
PWM1L
ĐC KĐB 3phaPWM2H
PWM2L
PWM3H
PWM3L
a
b
c
n
cba
Vab= Van-Vbn
Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện
Sine PWM – dòng điện AC
Tín hiệu điều khiển sine-tam giác, PWM
Điện áp pha Van và Vbn, và điện áp dây Vab
www.ewh.ieee.org/soc/es/Nov1998/08/PWMINV.HTM
van
vbn
Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện
Sine PWM – dòng điện AC
Các giá trị pha a (cực G, dòng điện pha, dòng điện
trên khóa công suất, dòng qua diode)
www.ewh.ieee.org/soc/es/Nov1998/08/PWMINV.HTM
Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện
22
Nguyên lý của Space vector
PWM
•Coi điện áp sine như một vector độ lớn không đổi quay với vận
tốc không đổi
•PP này xấp xỉ điện áp chuẩn Vref bằng một tổ hợp 8 switching
patterns (V0 tới V7)
•Chuyển hệ qui chiếu abc sang αβ: vector điện áp 3 pha được
chuyển thành vector trong hệ qui chiếu tĩnh αβ
•Các vector V0 tới V7 chia thành 6 sector, mỗi sector 60
0
•Vref được tính từ 2 vector kề nhau và hai vector 0
Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện
Nguyên lý
stator voltage vector
2
3
b
c
a
v t
a ( )
v t
b
( )
v t
c ( )
v tq
s ( )
v t
s( )
v t
d
s ( )
t
v t
a
( ) v tb ( ) v tc ( )
Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện
Vector không gian quay
Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện
Vector khôg gian – dòng điện
mỗi pha theo thời gian
Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện
+V
PWM1H
PWM1L
ĐC KĐB 3pha
PWM2H
PWM2L
PWM3H
PWM3L
S1
S2
S3
S4
S5
S6
A
B
C
TPWM
U1
U2U3
U4
U5 U6
Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện
+V
PWM1H
PWM1L
ĐC KĐB 3pha
PWM2H
PWM2L
PWM3H
PWM3L
S1
S2
S3
S4
S5
S6
A
B
C
T1= a.TPWM
TPWM
a.U1
U1
U2U3
U4
U5 U6
Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện
+V
PWM1H
PWM1L
ĐC KĐB 3pha
PWM2H
PWM2L
PWM3H
PWM3L
S1
S2
S3
S4
S5
S6
A
B
C
T1= a.TPWM T2= b.TPWM
TPWM
b.U2
a.U1
U1
U2U3
U4
U5 U6
Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện
T1= a.TPWM T2= b.TPWM T0= c.TPWM
TPWM
b.U2
a.U1
c.U7
U1
U2U3
U4
U5 U6
+V
PWM1H
PWM1L
ĐC KĐB 3pha
PWM2H
PWM2L
PWM3H
PWM3L
S1
S2
S3
S4
S5
S6
A
B
C
Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện
PWM1H
PWM1L
Dead Time
PWM1H
PWM1L
Dead time
Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện
Space Vector: hệ thống liên tục
Với Vs* và được cập nhật mỗi ts,
các khóa converter sẽ đóng cắt để
nhận được Vs
e
j e
Vds
Vqs
P W M
Vds
s
Vqs
s
Space
Voltage
Vector
Controller
Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện
Switching Vectors
• Để tạo ra sức từ động quay cần thiết trong stator của máy KĐB, bộ inverter
cần được lái với các switching variable vector [a, b ,c]
Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện
Biến đổi abc → αβ
1 1/ 2 1/ 22
3 0 3 / 2 3 / 2
a
b
c
f
f
f
f
f
•Khi rotor động cơ quay, reference vector
(vector điện áp stator) cũng phải quay theo,
vì thế điều này đòi hỏi phải thay đổi sector
khi vector quay quanh trục α.
α
β
α
β
Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện
Thiết lập
• Xác định Vα, Vβ, Vref (giá trị đỉnh) và góc α
Vref = frefx(V/f) = [Vα Vβ]’
α = wref x Ts
• Xác định các khoảng thời gian T1, T2, T0
( Ts = T0 + T1 + T2)
• Xác định thời gian đóng ngắt cho các khóa S1 tới S6
1 2 60 000 111
1
1 2 60
(0 0 )s ref x x o
T
s x x ref
T V TV T V T or
T T T V V V
Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện
Sector 1
1 1 2
1 2
T TT T T
ref 1 2 0
0 0 T1 T T
ref 1 21 2
ref 1 dc 2 dc
V V dt V dt V
T V (T V T V )
cos( ) 1 cos( / 3)2 2
T V T V T V
sin ( ) 0 sin ( / 3)3 3
(where, 0 α 60 )
s s
s
s
α π
α π
1
2
ref
0 1 2
s
dc
sin ( / 3 )
sin ( / 3)
sin ( )
sin ( / 3)
V1
( ), T , a
2f
V
3
s
s
s s
T T a
T T a
T T T T
29
Thiết lập
Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện
Ub
Ua
Uc
T T
Ts
1 2
T0
2
T0
2
f s =
1
2
Ts
T T
Ts
2 1
T0
2
T0
2
Tín hiệu PWM tại sector 1
Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện
Tại Sector bất kì
1
2
0
3 1
sin
3 3
3
sin
3
3
sin cos cos sin
3 3
3 1
sin
3
3 1 1
cos sin sin cos
3 3
s
dc
s
dc
s
dc
s
dc
s
dc
s
T Vref n
T
V
T Vref n
V
T Vref n n
V
T Vref n
T
V
T Vref n n
V
T T T
1 2 , n 1 6(Sector1 6)T
30
Thiết lập
Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện
(a) Sector 1. (b) Sector 2.
Thời gian đóng ngắt của các khóa (S1 tới S6) (1)
31
Thiết lập
Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện
(c) Sector 3. (d) Sector 4.
32
Thiết lập
Thời gian đóng ngắt của các khóa (S1 tới S6) (21)
Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện
(e) Sector 5. (f) Sector 6.
33
Thiết lập
Thời gian đóng ngắt của các khóa (S1 tới S6) (3)
Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện
34
Thiết lập
Thời gian đóng ngắt của các khóa (S1 tới S6) (4)
Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện
Mô phỏng dùng Simulink
• Khối tính sector
• Tính T1, T2
• Tạo xung PWM
• Mô hình bộ nghịch lưu
• Mô hình động cơ không đồng bộ ba pha
Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện
Điều khiển vòng hở dùng SVPWM
Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện
Điều khiển vòng hở V/f dùng
SVPWM (Fs = 10kHz, f1 = 60Hz)
Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện
Minh hoạ (1/4)
Đặc tính moment – tốc độ
của một động cơ 415V
Nếu động cơ có tốc độ rotor = 0 được nối đột
ngột vào nguồn điện 415V, 50Hz. Dòng khởi
động sẽ gần bằng
a/ 6A b/ 25A c/ 30 A
Nếu động cơ có tốc độ rotor = 0 được nối đột
ngột vào nguồn điện 220V, 50Hz. Dòng khởi
động sẽ gần bằng
a/ 12 A b/ 16 A c/ 30 A
Nếu động cơ có tốc độ rotor = 0 được nối đột
ngột vào nguồn điện 220V, 50Hz. Moment
khởi động của động cơ sẽ gần bằng
a/ 2.5 Nm b/ 5 Nm c/ 10 Nm
Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện
Minh hoạ (2/4)
Đặc tính moment – tốc
độ của một động cơ
415V
Động cơ được lái bởi bộ biến đổi V/f (415V,
50Hz). Nếu động cơ hoạt động ở 25 Hz, và
moment tải là hằng số 10 Nm, dòng điện Is sẽ
là
a/ 5A b/ 6A c/ 25 A
Nếu tần số đột nhiên tăng lên 50Hz (từ
25Hz), dòng điện Is sẽ là
a/ 5 A b/ 20 A c/ 30 A
Nếu tần số đột nhiên giảm xuống 40Hz (từ
50Hz), dòng điện Is sẽ là
a/ -6 A b/ -12 A c/ -13 A
d/ -16 A
Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện
Minh hoạ(3/4)
Động cơ 22KW, 380V, 50Hz, tốc độ định mức 1485 vòng/phút
được nối với bộ biến tần cho ra điện áp định mức tại tần số định
mức.
Động cơ chạy với 50% tải định mức. Nếu tần số ra của bộ biến tần là
30Hz, tốc độ động cơ sẽ là
a/ 900 vòng/phút tại 228V b/ 885 vòng/phút tại 190V
c/ 1493 vòng/phút tại 300V d/ 892.5 vòng/phút tại 228V
Động cơ chạy với 50% tải định mức. Nếu tần số ra của bộ biến tần là
65Hz, tốc độ động cơ sẽ là
a/ 1950 vòng/phút b/ 1925 vòng/phút
c/ 1899 vòng/phút d/ 1935 vòng/phút
Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện
Minh hoạ(4/4)
Động cơ 22KW, 380V, 50Hz, tốc độ định mức 1485 vòng/phút
được nối với bộ biến tần cho ra điện áp định mức tại tần số định
mức.
Động cơ hoạt động với tải có đặc tính T = 1.1*wr (wr là tốc độ cơ rad/s).
Động cơ có thể kéo được tải này ở tốc độ định mức không
a/ Có, kéo dài b/ Không c/ Có, nhưng chỉ
một vài phút
Nếu tần số ra của bộ biến tần fe là 25Hz, với tải đặc tính như trên tốc độ
động cơ sẽ là
a/ 750 vòng/phút b/ 741 vòng/phút
c/ 749.6 vòng/phút d/ 732 vòng/phút
Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện
Bài tập
• Bài tập 1.1. Điện áp ba pha 380V, 50Hz. Tại thời điểm t = 6ms. Tính usa,
usb, usc, usα(=ud0) và (usβ=uq0), |us|? Biết góc pha ban đầu θ0 = 0.
• Bài tập 1.2. Điện áp ba pha cấp cho bộ nghịch lưu là 380V, 50Hz. Tính
điện áp pha lớn nhất mà bộ nghịch lưu có thể cung cấp cho động cơ.
• Bài tập 1.3. Điện áp một pha cấp cho bộ nghịch lưu là 220V, 50Hz. Tính
điện áp dây lớn nhất mà bộ nghịch lưu có thể cung cấp cho động cơ.
• Bài tập 1.4. Điện áp DC cấp cho bộ nghịch lưu là 460V. Điện áp pha bộ
nghịch lưu cấp cho động cơ là 150V và 50Hz. Tại thời điểm t = 6ms. Tính
T1, T2 và T0? Biết góc pha ban đầu θ0 = 0 và tần số đóng cắt của bộ
nghịch lưu là 20KHz.
Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện
Bài tập
T1 = a
T2 = b
T0 = c
Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện
Bài tập
Động cơ KĐB 4 cực, 380V, nối Y, 50Hz, tốc độ định mức1450
vòng/phút. Moment định mức của động cơ này là 40 N.m. Động
cơ kéo tải có moment tải TL = 0.4*ωr (ωr là tốc độ cơ của rotor)và
áp dụng luật điều khiển V/f thông qua một bộ nghịch lưu.
-Tính tốc độ tối đa của động cơ
-Với tốc độ trên, tính tần số ra của bộ nghịch lưu
-Nếu tần số ra của bộ nghịch lưu là 15 Hz, tính tốc độ của động
cơ
Điều khiển máy điện – N N Tú Bộ môn Thiết bị điện
Minh hoạ (2*/4)
Các file đính kèm theo tài liệu này:
bai_giang_dieu_khien_may_dien_bai_scalar_control_of_inductio.pdf