Bài tập 5.7: Cho động cơ không đồng bộ ba pha, 4 cực, 380V, 50Hz, nối Y, 2,1A. Moment định
mức là 4,** Nm (với ** là 2 số cuối của mã số sinh viên). Trong hệ tọa độ từ thông rotor, khi động
cơ vận hành ở định mức, tính:
a) Dòng điện isd và isq ?
(Biết ở định mức, isd < isq).
b) Độ lớn từ thông rotor |ψr| ?
c) Tốc độ trượt ωsl và tốc độ động cơ n ?
d) Hệ số K1, K2 như hình vẽ?
Cho biết động cơ có các thông số:
Rs = 10Ω, Rr = 6,3Ω,
Lσs = 0,043H, Lσr = 0,04H,
Lm = 0,42H.
Ket qua _________________________________________________________
Te = 4.00
a) id = 1.302790 (chọn isd < isq!, thông thường ở định mức, isd bằng 20-40% Is định mức)
85 trang |
Chia sẻ: linhmy2pp | Ngày: 19/03/2022 | Lượt xem: 253 | Lượt tải: 0
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Bài giảng Truyền động điện (DC & AC) - Trần Công Binh, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
ĐẠI HỌC NHA TRANG
Bài giảng
TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
DC & AC
Biên soạn: ThS. Trần Công Binh
THÁNG 8 NĂM 2010
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B
TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN (DC & AC)
Chương I: Động học hệ thống động cơ - tải cơ
I.1: Đặc tính cơ của tải
I.2: Đặc tính cơ của động cơ
Chương II: Điều khiển vòng hở tốc độ động cơ một chiều
II.1: Động cơ một chiều (động cơ DC)
Đặc tính cơ tĩnh động cơ DC
Điều khiển tốc độ động cơ DC
Các trạng thái hãm
II.2: Điều khiển động cơ DC dùng Bộ chỉnh lưu
Giới thiệu
Bộ chỉnh lưu 1 pha
Bộ chỉnh lưu 3 pha
II.3: Điều khiển động cơ DC dùng Bộ biến đổi xung áp (Chopper)
Bộ chopper giảm áp
Bộ chopper tăng áp
Hãm tài sinh dùng bộ chopper tăng áp
Mạch cầu H điều khiển động cơ DC làm việc ở 4 góc phần tư
Chương III: Điều khiển vòng kín tốc độ động cơ một chiều
III.1: Mô hình động của động cơ DC
III.2: Bộ điều khiển PID
III.1: Điều khiển vòng kín động cơ DC
Điều khiển vòng hở tốc độ động cơ DC
Điều khiển vòng kín tốc độ động cơ DC
Điều khiển moment động cơ DC
Điều khiển vị trí động cơ DC
Bộ điều khiển động cơ DC (DC Drive)
Chương IV: Điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha
IV.1: Động cơ không đồng bộ ba pha (ĐCKĐB)
Đặc tính cơ tĩnh ĐCKĐB ba pha
Khởi động mềm ĐCKĐB ba pha
IV.1: Điều khiển tốc độ ĐCKĐB ba pha
Điều khiển khởi động bằng cách thay đổi điện trở rotor
Điều khiển điện áp phần ứng
Điều khiển tần số bằng phương pháp V/f
Chương V: Điều khiển vector động cơ không đồng bộ ba pha
V.1: Bộ nghịch lưu ba pha và Vector không gian
Bộ nghịch lưu ba pha.
Vector không gian và hệ toạ độ satator (αβ).
V.2: Hệ qui chiếu quay
Hệ toạ độ từ thông rotor (dq).
Chuyển đổi hệ toạ độ αβ ↔ dq.
V.3: Mô hình động cơ không đồng bộ ba pha trong hệt toạ độ từ thông rotor
Sơ đồ tương đương của động cơ và một số ký hiệu.
Mô hình động cơ trong HTĐ từ thông rotor (Ψr).
V.4: Điều khiển định hướng từ thông (FOC) động cơ không đồng bộ ba pha
Điều khiển PID
Điều khiển FOC động cơ không đồng bộ ba pha.
V.5: Bộ biến tần
Chương VI: Điều khiển động cơ đồng bộ ba pha
26/09/2010 1
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B
Chương I: Động học hệ thống động cơ - tải cơ
I.1: Đặc tính cơ của tải
I.1.1: Đơn vị của các đại lượng cơ học:
I.1.2: Phương trình moment cơ bản
dω
M − M = J
co c dt
Mcơ > Mc tải cơ tăng tốc.
Mcơ < Mc tải cơ giảm tốc.
Mcơ = Mc tải cơ chạy với tốc độ ổn định – xác lập – trạng thái tĩnh.
I.1.3: Các thành phần của moment cản Mc:
2
Mc = Mt + B.ω + Mmsk + Mmst + C.ω
Mt Moment tải
B.ω Moment ma sát nhớt
Mmsk Moment ma sát khô
Mmst Moment ma sát tĩnh
C.ω2 Moment cản của quạt gió làm mát
Thông thường, các đại lượng khác khá nhỏ, nên khi bỏ qua: Mc = Mt + B.ω
I.1.4: Một số dạng đặc tính tải thường gặp:
26/09/2010 2
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B
Mt Mt
M
m đm
ω ω
ωđm ωđm
Tải moment hằng số Tải moment thay đổi theo tốc độ
(Thang máy, cần cẩu, băng chuyền,) (Bơm, quạt,)
I.1.5: Moment quán tính:
n ⎛ ω2 ⎞ k ⎛ v2 ⎞
J = J + ⎜J i ⎟ + ⎜m j ⎟
m ∑⎜ i ⎟ ∑⎜ j ⎟
i=1 ⎝ 2 ⎠ j=1 ⎝ 2 ⎠
Jm moment quán tính của trục động cơ.
Ji , ωi moment quán tính, tốc độ của phần tử quay thứ i.
mj , vj khối lượng, tốc độ của phần tử chuyển động tịnh tiến thứ j.
I.1.6: Các chế độ làm việc:
26/09/2010 3
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B
a) Hãm tái sinh:
_ Pđiện < 0: trả năng lượng về nguồn.
_ Pcơ < 0: nhận năng luợng từ tải.
b) Hãm ngược:
_ Pđiện > 0: tiêu thụ công suất từ nguồn.
_ Pcơ < 0: nhận năng luợng từ tải.
Công suất điện + cơ chuyển thành nhiệt.
c) Hãm động năng:
_ Pđiện = 0: cách ly với nguồn.
_ Pcơ < 0: nhận năng luợng từ tải.
Công suất cơ chuyển thành nhiệt.
I.1.7: Điều kiện ổn định tĩnh:
dM dM
c > co
dω dω
I.1.8: Thông số của hệ thống điện cơ:
dM
_ Độ cứng đặc tính cơ: β =
dω
_ Công suất định mức.
.
I.2: Đặc tính cơ của động cơ
I.2.1: Đặc tính cơ của động cơ DC kích từ độc lập, NCVC:
ω
ωolt
ωo
ωđm
I, Mcơ
0
I0 Iđm, Mđm Ikđ, Mkđ
26/09/2010 4
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B
U R u
ω = − 2 Mco M = kΦI E = kΦω
Kích từ độc lập: kΦ ()kΦ co u
ω
ωolt
ωo
ωđm
Iu
Rư
Ikt
Rkt U
Ukt
E I, Mcơ
0
Φkt
I0 Iđm
ω
I.2.2: Đặc tính cơ của động cơ DC kích từ nối tiếp:
U R + R
ω = − u nt 2
Kích từ nối tiếp: Mco = k.k kt Iu
k.k kt Mco k.k kt
Iu
Rư
Int
U
E
Rnt
I.2.3: Đặc tính cơ của động cơ DC kích từ hỗn hợp:
Iu
Rư
Ikt Int
U
E
Rkt Rnt
26/09/2010 5
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B
Ví dụ 1: Một động cơ DC kích từ độc lập, 230V, điện trở phần ứng 0,2Ω, tốc độ không tải lý
tưởng là 1000 vòng/phút. Ở chế độ định mức dòng điện phần ứng là 40A. Biết từ thông kích từ
không đổi và bằng định mức.
Tính tốc độ và momen điện từ (moment cơ) định mức của động cơ?
Tính dòng điện khởi động và moment khởi động của động cơ?
Ví dụ 2: Một động cơ DC kích từ độc lập có các thông số định mức 500V, 100A, 1000
vòng/phút. Điện trở phần ứng 1Ω. Từ thông kích từ không đổi và bằng định mức.
Tính momen và công suất định mức của động cơ?
Tính hiệu suất của động cơ ở định mức nếu công suất tổn hao của cuộn kích từ là 5kW.
Động cơ mang tải và có dòng điện phần ứng là 40A. Tính tốc độ, momen và hiệu suất của động
cơ khi đó?
Tính dòng điện khởi động và moment khởi động của động cơ?
Vẽ đặc tuyến momen - tốc độ và chỉ ra các điểm đã tính trên.
KPhi = 3.8197
E = 400
Pout = 40000
w = 104.7198
M = 381.9719
HS = 0.7273
Ec = 460
nc = 1150
Poutc = 18400
wc = 120.4277
Mc = 152.7887
HSc = 0.7360
Ikd = 500
Mkd = 1.9099e+003
Ví dụ 3: Một động cơ DC kích từ nối tiếp, có điện trở phần ứng là 0, 2Ω và điện trở cuộn kích từ
là 0,1Ω. Thông số định mức của động cơ là 450V, 40A, 1000 vòng/phút. Khi động cơ vận hành ở
định mức :
Tính tốc độ và momen của động cơ?
Tính công suất và hiệu suất của động cơ?
Tính dòng điện khởi động và moment khởi động của động cơ?
KPhi = 4.1826
E = 438
Pout = 17520
w = 104.7198
M = 167.3037
Pout = 17520
Pin = 18000
HS = 0.9733
Ikd = 1.5000e+003
Mkd = 2.3527e+005
Ví dụ 4: Một động cơ DC kích từ nối tiếp vận hành ở chế độ định mức 161,2 Nm, 1000
vòng/phút, 41A, 420V. Tổng điện trở phần ứng và cuộn kích từ là 0,2Ω. Tính tốc độ và dòng
điện của động cơ khi momen điện 87 Nm?
26/09/2010 6
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B
I.2.4: Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ ba pha:
Mạch tương đương của động cơ không đồng bộ ba pha.
'
Rs jXs ' R jX’r
&Is &Ir r
1− s
&IFe &Im '
R r
U& s s
RFe jXm
Mạch tương đương động cơ KĐB
'
Rs jXs ' R jX’r
&Is &Ir r
&I m
R
U& m 1− s '
s R r
jXm s
Mạch tương đương của động cơ KĐB
Rt jXt jX’r
&I t
R '
r
U& t s
Sử dụng biến đổi Thevenin cho mạch stator
Giả sử Rm > Xm):
j.X m (R s + j.X s )j.X m
U& t = U& s và Z t = R t + j.X t =
R s + j()X s + X m R s + j()X s + X m
Mạch tương đương ĐCKĐB ba pha khi bỏ qua nhánh từ hoá:
Rs jXs ' jX’r
&I r
R '
r
U& s s
Mạch tương đương đơn giản của động cơ KĐB
⎛ R ' ⎞
2 ⎜ r ⎟
3Us ⎜ ⎟
1 ⎝ s ⎠
Mco =
' 2
ωs ⎛ R ⎞ 2
⎜ r ⎟ '
⎜R s + ⎟ + ()Xs + Xr
⎝ s ⎠
26/09/2010 7
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B
Mcơ
Mmax
T
M
đm A
Mkđ
TL
0 ωp ωđm ωs ω
dT dT
Độ trượt tới hạn: sp ứng với Tmax = 0 , hay = 0
ds dn
'
R r
sp =
2 ' 2
Rs + ()Xs + Xr
3 U 2
1 2 s
Tmax =
2
ωs 2 '
R s + R s + ()X s + X r
2 '
1 3U s R r
Tst =
ω ' 2 ' 2
s ()()R s + R r + X s + X r
T 2
=
T s s
max + p
s p s
26/09/2010 8
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B
Chương II: Điều khiển vòng hở tốc độ động cơ một chiều
II.1: Động cơ một chiều (động cơ DC)
II.1.1: Đặc tính cơ tĩnh động cơ DC
Φ
Φđm
Ikt
0
a) Đặc tính cơ của động cơ DC kích từ độc lập, NCVC:
E U − R I
ω = = u u E ~ω ~ n
Kích từ độc lập: kΦ kΦ ⇒
U R u
ω = − Mco M = kΦI
kΦ ()kΦ 2 co u
ω
ωolt
ωo
ωđm
Iu
Rư
Ikt
Rkt U
Ukt
E I, Mcơ
0
Φkt
I0 Iđm
ω
26/09/2010 9
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B
ω
ωolt
ωo
ωđm
I, Mcơ
0
I0 Iđm, Mđm Ikđ, Mkđ
b) Đặc tính cơ của động cơ DC kích từ nối tiếp:
U R + R
ω = − u nt 2
Kích từ nối tiếp: Mco = k.k kt Iu
k.k kt Mco k.k kt
Iu
Rư
Int
U
E
Rnt
II.1.2: Điều khiển tốc độ động cơ DC kích từ độc lập
a) Điều khiển điện áp phần ứng:
U R
ω = − u M
kΦ ()kΦ 2 co U giảm ⇒ ω giảm
ω
ωolt
ωđm
Iu U giảm
Rư
Ikt
Rkt U
Ukt
E
0
Φkt
Mđm Mcơ
ω
b) Điều khiển từ thông kích từ:
U R
ω = − u M
kΦ ()kΦ 2 co Φ giảm ⇒ ω tăng
26/09/2010 10
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B
ω
ωmax
Pmax
Φ giảm
ωolt
I
u VR
Rư ωđm
Ikt
Rkt U
M
Ukt max
E
Φkt
ω 0
Mđm
Mcơ
Điều khiển hỗn hợp điện áp phần ứng và từ thông
Điều khiển thay đổi tốc độ ω thông qua:
_ điều khiển điện áp phần ứng U khi: ω < ωđm.
_ điều khiển từ thông kích từ Φ khi: ω > ωđm.
Mcơ
Điều khiển U Điều khiển Φ
Mđm
Mđm
Pđm
Iưđm
ω
0
ωđm ωmax
26/09/2010 11
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B
c) Điều khiển điện trở phần ứng:
U R
ω = − u M
kΦ ()kΦ 2 co Rư tăng ⇒ ω giảm
ω
ωolt
VR
ωđm
Iu VR tăng
Rư
Ikt
Rkt U
Ukt
E
0
Φkt Iư, Mcơ
Iưđm, Mđm
ω
d) Khởi động đông cơ DC kích từ độc lập:
Dòng điện khởi động không lớn hơn khả năng chịu dòng của chổi than (thường là 3Iđm).
Moment khởi động không lớn hơn khả năng chịu đựng của tải (thường là 3Mđm).
II.1.3:Các trạng thái hãm của động cơ DC kích từ độc lập:
a) Hãm tái sinh:
_ Pđiện < 0: trả năng lượng về nguồn.
_ Pcơ < 0: nhận năng luợng từ tải.
26/09/2010 12
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B
Iu
Rư I
kt
U
Rkt
Ukt
E
Φkt
ω
ω
II
I
Φ giảm
ωolt
ωđm
U giảm
0
Mđm Mcơ
b) Hãm ngược:
_ Pđiện > 0: tiêu thụ công suất từ nguồn.
_ Pcơ < 0: nhận năng luợng từ tải.
26/09/2010 13
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B
Công suất điện + cơ chuyển thành nhiệt.
Iu
Rph
Rư
Ikt
U
Rkt
Ukt
E
Φkt
ω
c) Hãm động năng:
_ Pđiện = 0: cách ly với nguồn.
_ Pcơ < 0: nhận năng luợng từ tải.
Công suất cơ chuyển thành nhiệt.
Iu
Rư I
kt
Rph
Rkt
Ukt
E
Φkt
ω
26/09/2010 14
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B
d) Hệ động cơ - máy phát (Ward-Leonard):
ω
II
I
Φ giảm
ωolt
ωđm
U giảm
0
Mđm Mcơ
III I
II.2: Điều khiển động cơ DC dùng Bộ chỉnh lưu
II.2.1: Giới thiệu
Phần này trình bày bộ chỉnh lưu 1 pha và 3 pha, biến điện áp xoay chiều (AC) thành
điện áp một chiều (DC) để cấp cho động cơ. Đồng thời bộ chỉnh lưu có điều khiển sẽ điều khiển
được độ lớn điện áp DC để điều khiển thay đổi các đại lượng làm việc của động cơ như tốc độ,
moment,
26/09/2010 15
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B
Bộ chỉnh lưu biến điện áp xoay chiều (AC) thành điện áp một chiều (DC) dạng gợn
sóng. Bộ chỉnh lưu thường làm méo dạng điện áp nguồn. Khi phân tích sòng hài sẽ tồn tại sóng
hài cơ bản (hài bậc 1, 50Hz) và sóng hài hoạ tần bậc cao. Độ méo dạng được định nghĩa:
I2 − I2
THD = 1
I1
II.2.2: Bộ chỉnh lưu 1 pha
a) Bộ chỉnh lưu tia 1 pha:
2Uphase _ RMS
U =
dc _ tb π
26/09/2010 16
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B
b) Bộ chỉnh lưu tia 1 pha có điều khiển:
2Uphase _ RMS
U = ()1+ cosα
dc _ tb 2π
c) Bộ chỉnh lưu cầu 1 pha:
2 2Uphase _ RMS
U =
dc _ tb π
26/09/2010 17
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B
d) Bộ chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển bán phần:
2U phase _ RMS
U = ()1+ cos α
dc _ tb π
d) Bộ chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển toàn phần:
2 2Uphase _ RMS
U = cos α
dc _ tb π
26/09/2010 18
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B
II.2.3: Bộ chỉnh lưu 3 pha
a) Bộ chỉnh lưu tia 3 pha:
b) Bộ chỉnh lưu tia 3 pha có điều khiển:
3 3 2U phase _ RMS
U = cos α
dc _ tb 2π
c) Bộ chỉnh lưu cầu 3 pha:
3 3 2U phase _ RMS
U =
dc _ tb π
d) Bộ chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển bán phần:
3 3 2Uphase _ RMS
U = ()1+ cos α
dc _ tb 2π
26/09/2010 19
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B
d) Bộ chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển toàn phần:
3 3 2Uphase _ RMS
U = cos α
dc _ tb π
26/09/2010 20
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B
26/09/2010 21
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B
Dạng dòng điện ngõ vào:
e) Bộ chỉnh lưu kép 1 pha:
26/09/2010 22
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B
f) Bộ chỉnh lưu kép 3 pha:
26/09/2010 23
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B
II.3: Điều khiển động cơ DC dùng Bộ biến đổi xung áp (Chopper)
Bộ biến đổi DC/DC:
Các bộ biến đổi DC-DC có thể chia làm ba loại:
+ Bộ tăng áp Uo > Ui (Boost converter).
+ Bộ hạ áp Uo < Ui (Buck converter).
+ Bộ tăng - giảm áp (Buck- Boost converter).
II.3.1: Bộ chopper giảm áp (lớp A)
U T
d _ tb = ON
UDC T
26/09/2010 24
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B
24V
MOTOR 24VDC
+
E D2
-
FC307
MOSFET
IRF540
FC307
R1
10K D1
0.1/2W
R2
3
D1
J1 L1
2 1 2 4 - + 2
1 3 30A 4
1
CB C1 + + C10 + D4
AC24V 50A 10W
GND_100V 400V 4700uF
1 A Fast DIODE
-
DC MOTOR
2
GND_100V
Q1 D6 220
10W
KICH MOSFET
IRF460/TO
C9
103 2KV
GND_100V GND_12V
26/09/2010 25
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B
DCM
L
TON C N
T
II.3.2: Bộ chopper tăng áp (lớp B)
U 1
d _ tb =
U T
DC 1− ON
T
II.3.3: Hãm tài sinh dùng bộ chopper tăng áp
II.3.4: Bộ chopper kiểu đảo dòng (lớp C)
U T
d _ tb = ON
UDC T
26/09/2010 26
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B
II.3.5: Bộ chopper kiểu đảo áp (lớp D)
U T
Cách 1 (S1 và S2 được kích đồng thời, giống lớp C): d _ tb = ON
UDC T
U T
Cách 2 (kiểu đảo áp 1 – S1 và S2 đóng ngắt lệch pha): d _ tb = 2 ON −1
UDC T
II.3.6: Mạch chopper kiểu tổng quát (lớp E)
Dạng mạch cầu H, điều khiển động cơ DC làm việc ở 4 góc phần tư.
U T
Điều khiển cách 1 (kiểu đảo dòng): d _ tb = ON
UDC T
U T
Điều khiển cách 2 (kiểu đảo áp 1&2): d _ tb = 2 ON −1
UDC T
26/09/2010 27
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B
Bài tập:
Cho động cơ DC như trên, có điện trở phần ứng 3Ω. Kích từ độc lập không đổi.
a) Điện áp phần ứng được cấp từ bộ chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển toàn phần, nguồn 380Vrms,
50Hz. Tính góc kích để động cơ vận hành ở 1/2 điện áp định mức?
b) Với điện áp như câu a, khi động cơ mang tải và có dòng điện phần ứng là 17A: Tính tốc độ
(vòng/phút)?
c) Tính điện áp để động cơ đạt 500 vòng/phút ở 17A. Tính góc kích khi đó?
d) Tính tốc độ lớn nhất mà động cơ có thể đạt được khi có tải 17A với bộ chỉnh lưu trên.
e) Tính điện áp để dòng điện khởi động bằng dòng 2 lần định mức. Tính góc kích tương ứng?
f) Tính điện áp để MOMENT khởi động bằng dòng 3 lần định mức. Tính góc kích tương ứng?
g) Tính thời hằng điện, biết Lư = 30mH?
h) Tính thời hằng cơ, biết J = 0,1 kgm2, B = 0,01?
26/09/2010 28
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B
i) Tính lại câu a, b với điện áp định mức.
j) Tính lại câu c, d với dòng điện 10A.
k) Tính lại các câu trên nếu dùng bộ chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển toàn phần?
l) Tính lại các câu trên nếu dùng bộ chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển bán phần?
m) Tính lại toàn bộ các cấu trên với động cơ sau:
Udm = 160 %V
Kphi = .432692 % Wb
Ru = 1.35216 % Ohm
Lu= 0.003272 % H
J = 0.15 % kg.m^2
B = 0.01
a)
3 3 2Uphase _ RMS 3 6.220
U = cosα = cosα = 250V
dc _ tb π π
Ua = 250
alfa = 1.0635
alfa_do = 60.9342
b)
Ib = 17
E = 449
Eb = 199
nb = 522.9844
Wb = 54.7668
c)
nc = 500
Wc = 52.3599
Ic = 17
Ec = 190.2542
Uc = 241.2542
alfa_c = 1.0828
alfa_c_do = 62.0423
d)
Umax = 514.5999
Ed = 463.5999
nd = 1218.4
Wd = 127.5873
Các bộ điều khiển điện áp chỉnh lưu hay chopper cho phép điều khiển vòng hở động cơ
một chiều. Chương sau sẽ tình bày phương pháp điều khiển vòng kín tốc độ động cơ một
chiều.
26/09/2010 29
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B
Chương III: Điều khiển vòng kín tốc độ động cơ một chiều
III.1: Mô hình động của động cơ DC
Mạch tương đương của động cơ DC kích từ độc lập:
ω Rư Lư
Ikt Iư
Rkt
U
Ukt E = kE.Φkt.ω ≈ k.Ikt.ω
Φkt
Phương trình mạch vòng điện áp cho phần ứng của động cơ.
diu
U = E + Ruiu + Lu
dt
Trong đó : E = k.φ.ω
φkt ≈ kkt.ikt
Phương trình cân bằng moment trên trục động cơ :
dω
Mcơ = Mc + J + Bω
dt
Trong đó : Mcơ = k.φ.iu
J - Moment quán tính của hệ thống quy đổi về trục động cơ.
B - Hệ số ma sát
Mc - Moment cản quy đổi về trục động cơ.
Áp dụng biến đổi laplace, từ các phương trình trên, có mô hình động cơ DC:
V()s = E(s)+ R u Iu (s)+ LusIu (s)
E()s = Kφω(s)
Mco ()s = Mc (s)+ B.ω(s)+ J.s.ω(s)
Mco ()s = kφIu (s)
V(s)− E(s)
⇒ Iu ()s =
Lus + R u
M (s)− M (s)
⇒ ω()s = co c
Js + B
Sơ đồ khối mô hình động cơ DC kích từ độc lập:
Vs() I (s) Mco (s) ω(s)
1 1
K.φ
Lus + R u Js + B
E (s)
Mc (s)
K.φ
26/09/2010 30
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B
Mô hình động cơ DC trong Matlab/Simulink:
III.2: Bộ điều khiển PID
c(t)
r(t) e(t) u(t) Đối tượng
PID điều khiển
Phương trình vi phân mô tả hiệu chỉnh PID:
de(t)
u(t) = KP e(t) + KI e(t)dt + KD
∫ dt
KP: hệ số khâu tỉ lệ.
KI: hệ số khâu tích phân.
KD:hệ số khâu vi phân.
Biến đổi Laplace:
26/09/2010 31
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B
u(s) ⎛ 1 ⎞ K K
⎜ ⎟ P D
G(s) = = K p ⎜1+ + TD .s⎟ trong đó: TI = , TD =
e(s) ⎝ TI .s ⎠ K I K P
Vấn đề thiết kế là cần hiệu chỉnh các giá trị K p , K i và K D sao cho hệ thỏa đạt được chất
lượng tối ưu.
Tóm tắt Vai trò của mỗi khâu hiệu chỉnh (adjustment) trong bộ điều khiển PID:
Khâu khuếch đại tỉ lệ Kp (Proportional gain):
Khi Kp tăng
Sai số xác lập giảm
Vọt lố tăng
Thời gian lên nhanh
Khâu tích phân tỉ lệ Ki (Integral gain):
Khi Ki tăng
Sai lệch tĩnh giảm (triệt tiêu - vô sai với hàm nấc)
Thời gian đáp ứng chậm
Khâu vi phân tỉ lệ Kd (Derivative gain):
Khi Kd tăng
Vọt lố giảm
Thời gian đáp ứng nhanh
Bớt nhấp nhô (dao động)
Đáp ứng của hệ thống sử dụng bộ điều khiển PID
Đáp ứng bước Vọt lố Dao động
Đáp ứng bước hàm bước 1(t)
III.1: Điều khiển vòng kín động cơ DC
III.1.1: Điều khiển vòng hở tốc độ động cơ DC
ω Rư Lư
Ikt Iư
Rkt
U
Ukt E = k .Φ .ω ≈ k.I .ω
Φ E kt kt
kt
Sơ đồ khối mô hình động cơ DC kích từ độc lập:
26/09/2010 32
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B
Vs() I (s) Mco (s) ω(s)
1 1
K.φ
Lus + R u Js + B
E (s)
Mc (s)
K.φ
Ví dụ:
% Thong so dong co DC
Udm = 160 %V
Kphi = .432692 % Wb
Ru = 1.35216 % Ohm
Lu=.003272 % H
J = 0.15 % kg.m^2
%B = 0.01
B = 0
Đáp ứng vòng hở của động cơ DC
26/09/2010 33
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B
III.1.2: Điều khiển vòng kín tốc độ động cơ DC
Điều khiển vòng kín tốc độ động cơ DC dùng PID:
ndat + e u n
PIDtốc độ Động cơ
_
n
• Nếu n > ndat thì e < 0. PID sẽ điều khiển GIẢM u để n giảm bớt.
• Nếu n 0. PID sẽ điều khiển TĂNG u để n tăng thêm.
• Nếu n ≈ ndat thì e ≈ 0. PID sẽ GIỮ NGUYÊN u để n ỔN ĐỊNH.
ω 2
H s = K n
Một hệ thống có hàm truyền bậc hai () 2 2 ,
s + 2ξωn s + ωn
thì K là độ lợi, ξ là độ giảm chấn,
ωn là tần số dao động riêng.
Khi ξ <1, thì hệ thống có
26/09/2010 34
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B
2π
T =
_ thời gian đáp ứng p 2 , và
ωn 1− ξ
ξ
−π
2 k − k
Δ = e 1−ξ = max ∞
_ độ vọt lố .
k ∞
Đáp ứng vòng kín tốc độ của động cơ DC
26/09/2010 35
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B
Đáp ứng vòng hở Đáp ứng vòng kín
III.1.3: Điều khiển moment động cơ DC
26/09/2010 36
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B
ωdat + + u Động cơ ω
PIDtốc độ PIDdòng điện
_
_
ω i
III.1.4: Điều khiển vị trí động cơ DC
ωdat + + u Động cơ ω
PIDtốc độ PIDdòng điện
_
_
ω i
26/09/2010 37
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B
120
vi tri dat
vi tri dong co
100
80
60
vi tri(vong) vi 40
20
0
-20
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
Time (s)
Đáp ứng vị trí theo mô hình mô phỏng trên
450 toc do dong co
toc do dat
400
350
300
250
200
150
toc do(vong/phut)
100
50
0
-50
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
Time (s)
Đáp ứng tốc độ theo mô hình mô phỏng trên
III.1.5: Bộ điều khiển động cơ DC (DC Drive)
26/09/2010 38
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B
Khởi
động mềm Dừng mềm
26/09/2010 39
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B
Chương IV: Điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha
IV.1: Động cơ không đồng bộ ba pha (ĐCKĐB)
IV.1.1: Đặc tính cơ tĩnh ĐCKĐB ba pha
' '
Rs jX R jX’r
&Is s &Ir r
&I m
R
U& m 1− s '
s R r
jXm s
Mạch tương đương của động cơ KĐB
26/09/2010 40
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B
Rt jX jX’r
t &I t
R '
r
U& t s
Sử dụng biến đổi Thevenin cho mạch stator
'
Rs jX jX’r
s &I r
R '
r
U& s s
Mạch tương đương đơn giản của động cơ KĐB
⎛ R ' ⎞
2 ⎜ r ⎟
3Us ⎜ ⎟
1 ⎝ s ⎠
Mco =
' 2
ωs ⎛ R ⎞ 2
⎜ r ⎟ '
⎜R s + ⎟ + ()Xs + Xr
⎝ s ⎠
Mcơ
Mmax
T
M
đm A
Mkđ
TL
0 ωp ωđm ωs ω
dT dT
Độ trượt tới hạn: sp ứng với Tmax = 0 , hay = 0
ds dn
'
R r
sp =
2 ' 2
Rs + ()Xs + Xr
3 U 2
1 2 s
M max =
2
ωs 2 '
R s + R s + ()Xs + X r
1 3U 2R '
M = s r
st ω ' 2 ' 2
s ()()R s + R r + Xs + X r
M 2
=
M s s
max + p
s p s
26/09/2010 41
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B
Ở tần số cao, bỏ qua Rs khi tính moment cực đại và từ thông làm việc
1 ⎛ U ⎞
Ψ = ⎜ ⎟
2πk dq ⎝ f ⎠
1 ⎛ R ' ⎞
s = ⎜ r ⎟
p ' ⎜ ⎟
2π()Ls + Lr ⎝ f ⎠
3 2
⎛ U ⎞
M = 2 ⎜ s ⎟
max ' ⎜ ⎟
2π()Ls + Lr ⎝ f ⎠
Ở tần số thấp, phải xét đến Rs:
26/09/2010 42
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B
IV.1.2: Khởi động mềm ĐCKĐB ba pha
'
Rs jX jX’r
&Is s &I r
'
&I m
Rr
Rm
U& s
jXm
Khởi động: n = 0: s = 1: Is = Ist
Mcơ
Mmax
T
M
đm A
Mkđ
TL
0 ωp ωđm ωs ω
Không dùng khởi động mềm, moment khởi động tăng đột ngột, dòng khởi động lớn.
Khởi động đông cơ rotor dây quấn bằng điện trở mở máy:
Nối tiếp thêm điện trở rotor sao cho sp = 1, moment khởi động bằng moment cực đại trong khi
dòng điện khởi động giảm.
' '
R r + R kd
sp = = 1
2 ' 2
R s + ()Xs + X r
3 U 2
1 2 s
M kd = M max =
2
ωs 2 '
R s + R s + ()Xs + X r
26/09/2010 43
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B
Khởi động động cơ bằng cách giảm điện áp stator:
T
Us giảm
A2
A1
A3
0 np ns n
Giảm điện áp để khởi động mềm, moment khởi động tăng từ từ, dòng khởi động nhỏ.
26/09/2010 44
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B
Khởi động dùng biến áp tự ngẫu để giảm điện áp khởi động:
Khởi động dùng cuộn cảm để giảm điện áp khởi động:
Khởi động Y→Δ giảm dòng và mometn khởi động 3 lần:
26/09/2010 45
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B
Khởi động dùng Bộ khởi động mềm (Thyristor) để giảm điện áp khởi động:
Tăng tốc
Giảm tốc
Hạn dòng
26/09/2010 46
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B
U, I
UN
U 0,9UN
I
IB
Ust
Ustop=0,85Ust
tR tAus t
tB
IV.1: Điều khiển tốc độ ĐCKĐB ba pha
IV.2.1: Điều khiển khởi động bằng cách thay đổi điện trở rotor
Nối tiếp thêm điện trở rotor để thay đổi đặc tuyến tải và thay đổi điểm làm việc của
động cơ ⇒ thay đổi tốc độ (bằng cách thay đổi độ trượt).
' '
R r + R nt
sp =
2 ' 2
R s + ()Xs + X r
3 U 2
1 2 s
M max =
2
ωs 2 '
R s + R s + ()Xs + X r
26/09/2010 47
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B
M
Rt' ăng
Mmax r
A2
A1
0 ns n
IV.2.2: Điều khiển điện áp phần ứng
Điều khiển giảm điện áp stator để thay đổi đặc tuyến tải và thay đổi điểm làm việc của
động cơ ⇒ thay đổi tốc độ (bằng cách thay đổi độ trượt).
M
Us giảm
A2
A1
A3
0 np ns n
IV.2.3: Điều khiển tần số bằng phương pháp V/f
Điều khiển thay đổi tốc độ thông qua thay đổi tần số nguồn điện cấp cho động cơ:
60f 1 ⎛ U ⎞
n = ()1− s . Tuy nhiên phải đảm bảo Ψ = ⎜ ⎟ ≤ Ψdm để mạch từ không bảo hòa.
P 2πk dq ⎝ f ⎠
26/09/2010 48
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B
Khi tần số lớn hơn định mức, điện áp không tăng hơn địn mức được nên từ
thông động cơ suy giảm:
V, T V, T
Vđm V/f=const Vđm V/f=const
Te Tđm
Tđm
Te
TL
TL
Rs*Ilim f Rs*Ilim f
fđm fđm
Tải moment hằng số Tải moment thay đổi theo tốc độ
(Thang máy, cần cẩu, băng chuyền) (Bơm, quạt,)
26/09/2010 49
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B
Chương V: Điều khiển vector động cơ không đồng bộ ba pha
V.1: Bộ nghịch lưu ba pha và Vector không gian
V.1.1: Bộ nghịch lưu ba pha.
Biến tần ngõ vào 1 pha, nếu tụ lọc nhỏ, điện áp DC trung bình là:
2 2U phase _ RMS
U =
dc _ tb π
Biến tần ngõ vào 3 pha, nếu tụ lọc nhỏ, điện áp DC trung bình là:
3 3 2U phase _ RMS
U =
dc _ tb π
26/09/2010 50
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B
Nếu tụ lọc đủ lớn (hay khi không tải), điện áp DC sẽ được lọc phẳng. Trị điện áp DC trung bình
là trị đỉnh:
_ Biến tần ngõ vào 1 pha : 2U phase _ RMS
_ Biến tần ngõ vào 3 pha : 2U line _ RMS = 2 3U phase _ RMS .
R S1 S3 S5
Udc A
B motor
C
N
S7 S2 S4 S6
n n
Hình 1.1: Sơ đồ bộ nghịch lưu ba pha cân bằng gồm 6 khoá S1→S6.
Phương pháp tính mạch điện:
Ví dụ 1.1: Tính điện áp các pha ở trạng thái S1, S3, S6 ON và S2, S4, S5 OFF?
AB
UAN UBN
N
Udc
UCN
n C
26/09/2010 51
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B
Hình 1.2: Trạng thái các khoá S1, S3, S6 ON, và S2, S4, S5 OFF (trạng thái 110).
II.2. Vector không gian điện áp
Đơn vị (Udc)
Va Vb Vc usa usb usc uab ubc uca U Deg us
k S1 S3 S5 UAN UBN UCN UAB UBC UCA usα usβ
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 U0 U000
o
1 1 0 0 2/3 -1/3 -1/3 1 0 -1 U1 0
o
2 1 1 0 1/3 1/3 -2/3 0 1 -1 U2 60
o
3 0 1 0 -1/3 2/3 -1/3 -1 1 0 U3 120
o
4 0 1 1 -2/3 1/3 1/3 -1 0 1 U4 180
o
5 0 0 1 -1/3 -1/3 2/3 0 -1 1 U5 240
o
6 1 0 1 1/3 -2/3 1/3 1 -1 0 U6 300
7 1 1 1 0 0 0 0 0 0 U7 U111
Bảng 1.1: Các điện áp thành phần tương ứng với 8 trạng thái của bộ nghịch lưu.
Ví dụ 1.2: Tính các điện áp thành phần usα và usβ tương ứng với 8 trạng thái trong bảng 1.1?
Điều chế vector không gian điện áp sử dụng bộ nghịch lưu ba pha
Ví dụ 1.3: Xét bộ nghịch lưu ở trạng thái 110:
Khi đó các điện áp pha usa=1/3Udc, usb= 1/3Udc, usc=-2/3Udc.
Phương pháp hình học: có hình vẽ
r r r
u sa + u sb + u sc
B
ur r
sc us
U2(110)
r
u sb Udc
r
usa A
C
r
Hình 1.3: Vector không gian điện áp stator u s ứng với trạng thái (110).
r
Ở trạng thái (110), vector không gian điện áp stator pha uphase _1 có độ lớn bằng 2/3Udc và
có góc pha là 60o.
r
Ví dụ 1.4: Tìm (độ lớn và góc của) vector không gian điện áp stator us (t ) ứng với trạng thái
(101)? (Giải theo phương pháp đại số như trên hay theo phương pháp hình học)
26/09/2010 52
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B
¾ Xét tương tự cho các trang thái còn lại, rút ra được công thức tổng quát
π
2 j(k−1)
U = U e 3 với k = 1, 2, 3, 4, 5, 6.
k 3 dc
U3 (010) U2 (110)
CCW
U0 (000)
U4 (011) U1 (100)
U7 (111)
CW
U (001) U (101)
5 6
Hình 1.4: 8 vector không gian điện áp stator tương ứng với 8 trạng thái.
π
j(k−1)
2 3
U = U e k = 1, 2, 3, 4, 5, 6. U0 và U7 là vector 0.
k 3 dc
Các trường hợp xét ở trên là vector không gian điện áp pha stator.
Up3 Up2
b
Up0
a Up1
Up4 Trục usa
Up7
c
Up5 Up6
Hình 1.5: Các vector không gian điện áp pha stator.
π
2 j(k−1)
U = U e 3 k = 1, 2, 3, 4, 5, 6
phase _ k 3 dc
Bằng cách điều khiển chuyển đổi trạng thái đóng cắt các khóa của bộ nghịch lưu dễ dàng
điều khiển vector không gian điện áp “quay” thuận nghịch, nhanh chậm. Khi đó dạng điện áp ngõ
ra bộ nghịch lưu có dạng 6 bước (six step).
26/09/2010 53
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B
Hình 1.6: Các điện áp thành phần tương ứng với 6 trạng thái.
Điều chế biên độ và góc vector không gian điện áp dùng bộ nghịch lưu ba pha
U3 (010) U2 (110)
CCW
T2
us
U0 (000)
α
U4 (011) U1 (100)
T1
U7 (111)
CW
U (001) U (101)
5 6
Hình 1.7: Điều chế biên độ và góc vector không gian điện
áp.
r
us Để không quá điều chế, biên độ điện áp phải nằm trong vòng
U
tròn nội tuyến của lục giác: u ≤ dc
s 3
26/09/2010 54
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B
V.1.2: Vector không gian và hệ toạ độ stator (αβ).
a) Vector không gian:
Động cơ không đồng bộ (ĐCKĐB) ba pha có ba (hay bội số của ba) cuộn dây stator bố trí trong
không gian như hình vẽ sau:
usb Pha B
stator
usa Pha A
rotor
Pha C
usc
Hình 1.8: Sơ đồ đấu dây và điện áp stator của ĐCKĐB ba pha.
(Ba trục của ba cuộn dây lệch nhau một góc 1200 trong không gian)
26/09/2010 55
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B
B
A
N
C
B
A
N
C
Ba điện áp cấp cho ba đầu dây của động cơ từ lưới ba pha hay từ bộ nghịch lưu, biến tần;
ba điện áp này thỏa mãn phương trình:
usa(t) + usb(t) + usc(t) = 0
Trong đó:
usa(t) = |us| cos(ωst)
0
usb(t) = |us| cos(ωst – 120 )
0
usc (t) = |us| cos(ωst + 120 )
Với ωs = 2πfs; fs là tần số của mạch stator; |us| là biên độ của điện áp pha, có thể thay đổi.
(điện áp pha là các số thực)
Vector không gian của điện áp stator được định nghĩa như sau:
r 2 j1200 j2400
us (t) = []usa (t) + usb (t)e + usc (t)e (1.4)
3
26/09/2010 56
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B
b) Hệ toạn độ satator (αβ).
jβ
usc r
Cuộn dây usβ u
pha B s
usb Cuộn dây
pha A α
0 usa = usα
Cuộn dây
pha C
r
Hình 1.9: Vector không gian điện áp stator u s và các điện áp pha.
usa = usα
1 3
usb = − u sα + u sβ
2 2
suy ra
u = u
sα sa
1
usβ = ()u sa + 2u sb
3
V.2: Hệ qui chiếu quay
V.2.1: Hệ toạ độ từ thông rotor (dq).
dφr
Với ω = (tốc độ quay của từ thông rotor so với stator đứng yên), với φr là góc hợp bởi trục
r dt
từ thông rotor (trục d) với trục chuẩn stator (trục α) (là trục cuộn dây pha A).
26/09/2010 57
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B
dφ
jβ ω = r d
Cuộn dây r dt ω
pha B ∫
jq r ωr =ωa
isβ is
r
ψr
isd
φr
isq θ
α
0 isα Cuộn dây
pha A
Truïc rotor
Cuộn
Trục từ dây pha C
thông rotor
r
Hình 1.10: Biểu diễn vector không gian is trên hệ toạ độ từ thông rotor, còn gọi là hệ
toạ độ dq.
V.2.2: Chuyển đổi hệ toạ độ αβ ↔ dq.
fsα = fsdcosφr - fsqsinφr
fsβ = fsdsinφr + fsqcosφr
fsd = fsαcosφr + fsβsinφr
fsq = - fsαsinφr + fsβcosφr
V.3: Mô hình động cơ không đồng bộ ba pha trong hệ toạ độ từ thông rotor
V.3.1: Sơ đồ tương đương của động cơ và một số ký hiệu.
26/09/2010 58
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B
Cuộn dây
pha B
usb
isb
ω
rotorstator
irA θ
Trục chuẩn
irB
isa Cuộn dây
irC pha A
usa
usc
isc
stator
Cuộn dây
pha C
Hình 2.1: Mô hình đơn giản của động cơ KĐB ba pha
i
is Rs Lσs Lσr r
vs im Rr
Lm
s
Hình 2.2: Mạch tương đương của động cơ KĐB ba pha
Các thông số của ĐCKĐB ba pha:
Rs điện trở cuộn dây pha của stator (Ω).
Rr điện trở rotor đã qui đổi về stator (Ω).
Lm hỗ cảm giữa stator và rotor (H).
Lσs điện cảm tản của cuộn dây stator (H).
Lσr điện cảm tản của cuộn dây rotor đã qui đổi về stator (H).
P số đôi cực của động cơ.
J momen quán tính cơ (Kg.m2).
Các thông số định nghĩa thêm:
Ls = Lm + Lσs điện cảm stator.
Lr = Lm + Lσr điện cảm rotor.
Ls
Ts = hằng số thời gian stator.
R s
L r
Tr = hằng số thời gian rotor.
R r
L2
σ = 1 – m hệ số từ tản tổng.
Ls L r
26/09/2010 59
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B
V.3.2: Mô hình động cơ trong HTĐ từ thông rotor (Ψr).
r f r f
Trong hệ tọa độ dq, ψrq=0 do vuông góc với vector ψ r nên ψ r =ψrd .
di ⎛ 1 1− σ ⎞ 1− σ 1
sd ⎜ ⎟
= − ⎜ + ⎟ isd + ωsisq + Ψrd + u sd
dt ⎝ σTs σTr ⎠ σTr Lm σLs
di ⎛ 1 1− σ ⎞ 1− σ 1
sq ⎜ ⎟
= − ⎜ + ⎟ isq−ωsisd− ωΨrd + u sq
dt ⎝ σTs σTr ⎠ σLm σLs
dΨrd L m 1
= isd − Ψrd Khi ψrd = const: ψr = ψrd = Lmisd
dt Tr Tr
dΨ
rq = 0
dt
Lm 1 isq
và isq = ωsl Ψrd Khi ψrd = const ωsl =
Tr Tr isd
3 Lm
M co = P ψ rdisq
2 Lr
J dω dω
M − M = dien = J co
co c P dt dt
Lm
ψr = ψrd = isd
1+ Trs
J dω dω
M − M = dien = J co
co c P dt dt
3 Lm
M co = P ψ rdisq
2 Lr
Lm isq
ωsl =
Tr ψ r
r
isd → ψ r
isq → Mcơ → ω
Ưu điểm của mô hình ĐCKĐB trong HTĐ dq so với HTĐ αβ:
1. Các đại lượng không biến thiên dạng sin theo thời gian.
2. Hệ phương trình đơn giản hơn (ψrq=0).
r
3. Phân ly điều khiển từ thông rotor ψ r và momen Te (tốc độ ω).
4. Gần giống với điều khiển động cơ một chiều.
26/09/2010 60
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B
Udc
Điều
khiển == Nghịch
3~ lưu
φ
a b c r
isa
isα isd
i 2=
sb e− jφr
3 isβ isq
abc→ αβ αβ → dq
ĐC KĐB M
3~
V.4: Điều khiển định hướng từ thông (FOC) động cơ không đồng bộ ba pha
V.4.1: Điều khiển PID
Xem phần trước.
V.4.2: Điều khiển FOC động cơ không đồng bộ ba pha.
26/09/2010 61
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B
ψr , Te , φr=???
K1 , K2 =??? ω, ωmech =???
26/09/2010 62
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B
26/09/2010 63
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B
Hình : Hệ thống điều khiển ĐCKĐB ba pha dùng phương pháp FOC.
momen tai dong dien pha A
10 momen dien dong dien pha B
10
(Nm)
e
0
M
T
M 0
-10 (Ampere)
B
0 1 2 3 4 5 6 7 8 I
A
I -10
1
0 1 2 3 4 5 6 7 8
tu thong dat
0.5
(W b)
r tu thong dap ung
Fi
0 dien ap pha A
dien ap pha B
0 1 2 3 4 5 6 7 8 200
1000
(Volt) 0
toc do dat B
U
500 toc do dap ung A
U -200
n (RPM)
0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8
time (s) time (s)
Hình : Đáp ứng của hệ thống điều khiển tốc độ ĐCKĐB ba pha
khi dùng phương pháp điều khiển định hướng trường (FOC)
Ví dụ 1: Một động cơ 3 pha, 4 cực, nối Y, 380V, 50Hz, 2,1A, 5,07Nm, J = 0,1kgm2.
Rs = 10Ω, Rr = 6,3Ω, Xσs = 13,5Ω, Xσr = 12,6Ω, Xm = 132Ω.
Khi vận hành ở định mức: Tính (biên độ) isd, isq, ψr, ωsl, K1, K2 và tốc độ ωcơ, n?
(Chú ý, khi vận hành ở công suất định mức: isdn < isqn )
' '
Rs jXσ R jX’σr
&Is s &Ir r
1− s
&IFe &Im '
R r
U& s s
RFe jXm
Mạch tương đương động cơ KĐB với tổn hao sắt từ
26/09/2010 64
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B
X m Xσs L s
L m = Lσs = L s = L m + Lσs Ts =
2πf 2πf R r
Xσr L r
Lσr = L r = L m + Lσr Tr =
2πf R r
L m i sd
ψ rd = Từ thông không đổi, ⇒ Ψr = L mi ds
1 + Tr s
2 Lr Te 2 Lr Te 2 Lr
isq = = ⇒ isqisd = 2 Te
3P Lm ψ r 3P Lm Lmisd 3P Lm
2 2
Mà i s = i sq + i ds = 2I s
Khi biết momen điện Te và dòng điện Is,
Từ 2 phương trình trên tính được isd và isq và Ψr.
Chú ý: khi động cơ vận hành ở định mức, thì isd thường nhỏ hơn isq.
Thông thường isd bằng 40-60% Is định mức.
L m i qs
Và tính được ωsl = .
Tr Ψr
ω
Từ đó tính được tốc độ góc trựơt cơ: Ω = ω = sl và tính được tốc độ động cơ.
sl sl _ co p
Lm
iqs
ψ rd +ψ rd Tr s 3 L m Te Lr 1 isq
i sd = i sq = ωsl = Lr =
L m 2p L r ψ r Tr Ψr Tr isd
* *
Từ thông không đổi: Ψr = L mi ds
*
* * iqs 2 Lr 1
i qs = K1Te ⇒ K1 = * = 2 *
Te 3p Lm ids
*
* * ωsl L m L m * * *
ωsl = K 2i qs ⇒ K 2 = * = * = * vì L m i qs = Tr Ψr ωsl
i qs Tr Ψr Tr i ds
26/09/2010 65
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B
V.5: Bộ biến tần
L1 L
L2 N
L3
Bộ xử lý
FOC
SCI ADC
Bộ điều khiển
PWM
I/O
QEP ADC
26/09/2010 66
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B
26/09/2010 67
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B
26/09/2010 68
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B
26/09/2010 69
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B
26/09/2010 70
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B
Tốc độ
đặt
Tốc độ
đặt
Tín hiệu
+ PID
momen
Tốc độ đặt điều
- Hạn chế ể
Phản
hồi tốc
độ
26/09/2010 71
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B
26/09/2010 72
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B
26/09/2010 73
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B
Bài tập 5.1:
Bộ biến tần dùng ở Việt Nam, 3 pha 380V (ngõ vào, chỉnh lưu cầu diode). Được cấp nguồn 3 pha
380V, 50Hz.
a) Tụ lọc nguồn nhỏ:
_ Tính điện áp trung bình trên DC Link?
_ Tính biên độ điện áp pha lớn nhất (chưa quá điều chế)?
_ Tính điện áp hiệu dụng pha lớn nhất?
_ Tính điện áp hiệu dụng dây lớn nhất?
b) Tụ lọc nguồn đủ lớn: tính lại câu a).
a) Tụ lọc nhỏ:
3 3 2U 3 2U 3 2 *380
_ U = phase _ RMS = line _ RMS = = 513V
dc _ tb π π π dc
U 513
_ U ≤ dc = = 296V = U ?
s 3 3 fa _ m
296
_ U ≤ = 210V
fa _ RMS 2
_ Ud _ RMS ≤ 210 3 = 363V 3*sqrt(2)*380/pi/sqrt(3)/sqrt(2)*sqrt(3)
b) Tụ lọc đủ lớn: tính lại câu a).
_ Udc _ tb = 2Uline _ RMS = 2 *380 = 537Vdc
U 537
_ U ≤ dc = = 310V = U ?
s 3 3 fa _ m
310
_ U ≤ = 219V
fa _ RMS 2
_ Ud _ RMS ≤ 219 3 = 380V
Bài tập 5.2:
Bộ biến tần dùng ở Việt Nam, 1 pha 220V (ngõ vào, chỉnh lưu cầu diode). Được cấp nguồn 1 pha
220V, 50Hz.
a) Tụ lọc nguồn nhỏ:
_ Tính điện áp trung bình trên DC Link?
_ Tính biên độ điện áp pha lớn nhất (chưa quá điều chế)?
_ Tính điện áp hiệu dụng pha lớn nhất?
_ Tính điện áp hiệu dụng dây lớn nhất?
26/09/2010 74
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B
b) Tụ lọc nguồn đủ lớn: tính lại câu a).
Bài tập 5.3:
Bộ biến tần Nhật 3 pha 220V.
Khi đem về Việt Nam thì phải dùng nguồn 1 pha 220V, 50Hz.
a) Tụ lọc nguồn nhỏ:
_ Tính điện áp trung bình trên DC Link?
_ Tính biên độ điện áp pha lớn nhất (chưa quá điều chế)?
_ Tính điện áp hiệu dụng pha lớn nhất?
_ Tính điện áp hiệu dụng dây lớn nhất?
b) Tụ lọc nguồn đủ lớn: tính lại câu a).
Bài tập 5.4:
Điện áp pha 220Vrms và tần số fs = 50Hz.
usa(t) = |us| cos(ωst)
usb(t) = |us| cos(ωst – 2π/3)
usc(t) = |us| cos(ωst + 2π/3)
Với ωs = 2πfs (rad/s)
Tại thời điểm t = 4ms = 0,004s,
r
Tính usa, usb, usc, usα , usβ và biên độ điện áp u s ?
us = 311.1270
usa = 96.1435
usb = 208.1846
usc = -304.3281
us_afa = 96.1435
us_bta = 295.8993
Bài tập 5.5:
Điện áp pha 220Vrms và tần số fs = 50Hz.
usa(t) = |us| cos(ωst)
usb(t) = |us| cos(ωst – 2π/3)
usc(t) = |us| cos(ωst + 2π/3)
Với ωs = 2πfs (rad/s)
Tại thời điểm t = 3ms = 0,003s,
r
a) Tính usa, usb, usc, usα , usβ và biên độ điện áp u s ?
o
b) Tính usd , usq biết góc hệ toạ độ quay (trục d) là 30 ?
|us| = 311.1270
26/09/2010 75
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B
usa = 182.8759
usb = 126.5467
usc = -309.4226
us_afa = 182.8759
us_bta = 251.7070
gama = 54.0000
theta = 30
v = 0.5236
usd = 284.2286
usq = 126.5467
Bài tập 5.6:
Ví dụ 1: Một động cơ 3 pha, 4 cực, nối Y, 380V, 50Hz, 2,1A, 5,07Nm, J = 0,1kgm2.
Rs = 10Ω, Rr = 6,3Ω, Xσs = 13,5Ω, Xσr = 12,6Ω, Xm = 132Ω.
Khi vận hành ở định mức: Tính (biên độ) isd, isq, ψr, ωsl, K1, K2và tốc độ ωcơ, n,?
i
is Rs Lσs Lσr r
vs im Rr
Lm
s
26/09/2010 76
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B
ωcơ = ωs - ωsln(mech) = 2*π*f/P – 7.1337 =
2*π*50/2 – 7.1337 = 150(rad/s)
60
n = ω
co 2π
Bài tập 5.7: Cho động cơ không đồng bộ ba pha, 4 cực, 380V, 50Hz, nối Y, 2,1A. Moment định
mức là 4,** Nm (với ** là 2 số cuối của mã số sinh viên). Trong hệ tọa độ từ thông rotor, khi động
cơ vận hành ở định mức, tính:
a) Dòng điện isd và isq ?
(Biết ở định mức, isd < isq).
b) Độ lớn từ thông rotor |ψr| ?
c) Tốc độ trượt ωsl và tốc độ động cơ n ?
d) Hệ số K1, K2 như hình vẽ?
Cho biết động cơ có các thông số:
Rs = 10Ω, Rr = 6,3Ω,
Lσs = 0,043H, Lσr = 0,04H,
Lm = 0,42H.
Ket qua _________________________________________________________
Te = 4.00
a) id = 1.302790 (chọn isd < isq!, thông thường ở định mức, isd bằng 20-40% Is định mức)
26/09/2010 77
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B
a) iq = 2.668846
b) PHIr = 0.547172
c) Wsl = 28.056382
d) n = 1366.040644
e) K1 = 0.667211
e) K2 = 4.415272
Bài giải:
clc
clear all
% Cau5
P = 2
U_line = 380 %V, Noi Y
Is_RMS = 2.1 %A
f = 50 %Hz
Rs = 10 %Ohm
Rr = 6.3
Lxs= 0.043
Lxr= 0.04
Lm = 0.42
Te = 4.00
%Te = 5.00
Lr = Lm + Lxr
Tr = Lr/Rr
disp('Bai giai _________________________________________________________')
% a) isd, isq
idiq = 2/3/P*Lr/Lm/Lm*Te
is = sqrt(2)*Is_RMS
% id^2 + (idiq/id)^2 = is^2
% Hay id^4 - (is^2)*id^2 + idiq^2 = 0
a = 1
b= -is^2
c = idiq^2
delta = b^2 - 4*a*c
id2 = (-b-sqrt(delta))/2/a
iq2 = (-b+sqrt(delta))/2/a
id = sqrt(id2) % id < iq
iq = sqrt(iq2)
% b) PHIr
PHIr = Lm*id
% c) Wsl
Wsl = Lm*iq/(Tr*PHIr)
% d) n
ns = 60*f/P
n = ns - 60/2/pi*(Wsl/P)
% e) K1, K2
K1 = iq/Te
K1 = 2/3/P*Lr/Lm/Lm/id
K2 = 1/Tr/id
K2 = Wsl/iq
%delta
disp('Ket qua _________________________________________________________')
TEXT = sprintf('a) id = %f', id); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('a) iq = %f', iq); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('b) PHIr = %f', PHIr); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('c) Wsl = %f', Wsl); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('d) n = %f', n); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('e) K1 = %f', K1); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('e) K2 = %f', K2); disp(TEXT)
26/09/2010 78
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B
Chương VI: Điều khiển động cơ đồng bộ ba pha
VI.1: Động cơ đồng bộ 3 pha.
B
N
A
N
S
C
Flux Φ f
ns
B- C+ B- C+
N
N
A+ A-
A+ A-
S S
B+
C-
C- B+
26/09/2010 79
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B
A C
B-
Axe bobine A+
b b' a
C+
γe
X Axe
c' b' inducteur N S
αe
N θe
C-
S Axe bobine A-
a a'
b c B+
B
Axe bobine a'
c c'
26/09/2010 80
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B
n jXs Ra
If Ia
Rf
Uf Eaf Ua
Φaf
VI.2: Mô hình động cơ trong HTĐ từ thông rotor (Ψr).
Ký hiệu:
ωs = 2πf
Ψp từ thông rotor (nam châm vĩnh cửu).
Lsd
Tsd = với Lsd là điện cảm dọc trục.
R s
Lsq
Tsq = với Lsq là điện cảm ngang trục.
R s
disd 1 Lsq 1
= − isd + ωs isq + u sd
dt Tsd Lsd Lsd
disq Lsd 1 1 Ψp
= −ωs isd − isq + u sq −ωs
dt Lsq Tsq Lsq Lsq
ψ sd = isd Lsd + Ψp
ψ sq = isq Lsq
26/09/2010 81
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B
3
M = P(ψ i −ψ i )
co 2 sd sq sq sd
dω
M − M = J co
co c dt
r
isd → ψ s
isq → Mcơ → ωco
VI.3: Điều khiển FOC động cơ đồng bộ ba pha.
26/09/2010 82
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B
26/09/2010 83
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B
Tài liệu tham khảo:
1. Phan Quốc Dũng, Tô Hữu Phúc, “Truyền Động Điện”, NXB ĐHQG TP.HCM, 2008.
2. Nguyễn Văn Nhờ, “Cơ sở Truyền Động Điện”, NXB ĐHQG TP.HCM, 2003.
3. Nguyễn Phước Vĩnh Tùng, “Biến Tần ALTIVAR”, Schneider Electric, 2010.
4. Bài giảng điện tử của Siemens.
5. Lê Minh Phương, Bài giảng “Truyền Động Điện”, ĐH Bách Khoa TP.HCM.
6. Trần Công Binh, Bài giảng “Kỹ Thuật Điện 2”, ĐH Bách Khoa TP.HCM.
7. Trần Công Binh, Bài giảng “Hệ Thống Điều Khiển Sô” , ĐH Bách Khoa TP.HCM.
8. Trần Công Binh, Bài giảng “Điều khiển động cơ một chiều” , ĐH Bách Khoa TP.HCM.
9. Trần Công Binh, Bài giảng “Điều khiển các máy điện xoay chiều” , ĐH Bách Khoa
TP.HCM.
10. Tài liệu từ internet.
26/09/2010 84
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- bai_giang_truyen_dong_dien_dc_ac_tran_cong_binh.pdf