TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ TÀU BIỂN NGHÀNH : ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP ĐỒ ÁN MÔN HỌC MÔN : TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ ĐỀ BÀI : ĐỀ 36: Cho một hệ truyền động động cơ – xe. Xây dựng bộ điều khiển tốc độ xe bám theo tín hiệu đặt sử dụng động cơ dị bộ xoay chiều ba pha Giáo viên hướng dẫn : TRẦN TIẾN LƯƠNG Sinh viên : LÊ HOÀNG ANH Msv : 39147 Nhóm : NO1 Hải phòng,năm 2013 1 Mục lục Chương I: Tổng quan và phân tích yêu cầu công nghệ 1.1.Giới thiệu chung 1.2.Sơ lược về động cơ không đồng bộ ba pha 1.2.3 Nguyên lý làm việc 1.3.Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha Chương 2: CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN 2.1.Cấu trúc điều khiển động cơ không đồng bộ xoay chiều 3 pha 2.2.Mô hình toán động cơ dị bộ xoay chiều 3 pha 2.3.Tổng hợp các bộ điều khiển CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG TRÊN SIMULINK 3.1.Mô phỏng trên Simulink 2 Chương I: Tổng quan và phân tích yêu cầu công nghệ 1.1.Giới thiệu chung Các hệ thống truyền động điện được sử dụng rất rộng rãi trong các lĩnh vực khác nhau, chúng được dùng để cung cấp động lực cho phần lớn các cơ cấu sản xuất. Trong thế kỷ XIX đã lần lượt xuất hiện truyền động điện động cơ một chiều và động cơ xoay chiều. Trong nhiều năm của thế kỷ XX, khoảng 80% các hệ thống truyền động điện không yêu cầu điều chỉnh tốc độ đều dùng động cơ xoay chiều, còn khoảng 20% truyền động điện có yêu cầu cao về điều chỉnh tốc độ dùng động cơ một chiều. Điều này hầu như đã được thế giới coi như là một quy luật phân bổ hiển nhiên. Phương án điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều mặc dù đã được phát minh và đưa vào ứng dụng khá sớm, nhưng chất lượng của nó lại khó bề sánh kịp với hệ thống truyền động điện một chiều. Mãi tận tới thập kỷ 70 của thế kỷ XX, khi thế giới bị cuốn hút vào nguy cơ khan hiếm dầu mỏ, các nước công nghiệp tiên tiến mới tập trung vào việc nghiên cứu hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều hiệu suất cao, hy vọng coi đó là con đường tiết kiệm nguồn năng lượng. Qua hơn 10 năm cố gắng nỗ lực, đến thập kỷ 80 hướng nghiên cứu ấy đã đạt được thành tựu lớn, và đã được coi là bước đột phá thần kỳ trong truyền động điện xoay chiều, và từ đó tỷ lệ ứng dụng hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ điện xoay chiều ngày một tăng lên. Trong các ngành công nghiệp đã có trào lưu thay thế hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều bằng hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều. 1.2.Sơ lược về động cơ không đồng bộ ba pha 1.2.1. Định nghĩa Động cơ không đồng bộ là loại động cơ điện xoay chiều mà tốc độ quay của rotor khác với tốc độ quay của từ trường quay trong máy. 3 H1.1: Động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc 1.2.2. Cấu tạo a)Phần tĩnh (Stato) Stato có cấu tạo gồm vỏ máy,lõi sắt và dây quấn *Vỏ máy Vỏ máy làm nhiệm vụ bảo vệ mạch từ và giữ chặt lõi thép Stator,vỏ có dạng trụ rỗng, có chân để cố định máy trên bệ và có hai nắp máy ở hai đầu để đỡ trục máy và bảo vệ phần đầu dây quấn.Các máy có công suất nhỏ thì vỏ làm bằng nhôm, máy có công suất trung bình và lớn vỏ làm bằng gang. *Lõi sắt Lõi sắt là phần dẫn từ. Vì từ trường đi qua lõi sắt là từ trường quay nên để giảm tổn hao lõi sắt được làm bằng những lá thép kỹ thuật điện ép lại. Khi đường kính ngoài lõi sắt nhỏ hơn 90 mm thì dùng cả tấm tròn ép lại. Khi đường kính ngoài lớn hơn thì dùng những tấm hình rẻ quạt (hình 2) ghép lại 4 *Dây quấn: Được quấn thành từng các mô bin, mà các cạnh của các mô bin đó được đặt vào các rãnh của lõi thép stator b) Phần quay (roto): Gồm có : Lõi thép, trục máy và dây quấn *Lõi thép: Được dập từ các lá thép kỹ thuật điện có dạng hình tròn và mặt ngoài được dập thành rãnh để đặt cuộn dây, ở giữ được dập lỗ tròn để lồng trục máy. *Trục máy: làm bằng thép tốt, được lồng cứng với lõi thép.Trục được đỡ bởi hai ổ bi trên hai nắp máy. *Dây quấn: có hai loại + Loại lồng sóc: dây quấn rotor là các thanh dẫn bằng đồng thau hoặc bằng nhôm đặt trong các rãnh của rotor, hai đầu được nối với hai vòng ngắn mạch cũng bằng đồng thau hoặc bằng nhôm. +Loại dây quấn: dây quấn giống như dây quấn stator và thường được đấu hình sao.Ba đầu được đưa ra 3 vành trượt bằng đồng trên trục máy, vành trượt này cách điện với nhau và cách điện với trục máy. c) Khe hở không khí Vì rotor là một khối tròn nên khe hở đều. Khe hở trong máy điện không đồng bộ rất nhỏ để hạn chế dòng điện từ hóa lấy từ lưới và như vậy mới có thể làm cho hệ số công suất của máy cao hơn. 5 *Đặc điểm -Cấu tạo đơn giản -Đấu trực tiếp với điện lưới xoay chiều 3 pha. -Tốc độ quay của rô to nhỏ hơn tốc độ quay của từ trường quay của stato n < n1 Trong đó : n : tốc độ quay của rô to n 1 : tốc độ quay của từ trường quay 1.2.3 Nguyên lý làm việc Khi nối dây quấn stator vào lưới điện xoay chiều 3 pha, trong động cơ sẽ sinh ra một từ trường quay. Từ trường này quét qua các thanh dẫn rotor làm cảm ứng trên dây quấn rotor một sức điện động e 2 , từ đó sinh ra dòng điện i 2 chạy trong dây quấn rotor. Dòng điện i 2 tác động tương hỗ với từ trường stator tạo ra lực điện từ trên dây dẫn rotor và mômen quay làm cho rotor quay với tốc độ n theo chiều quay của từ trường. Tốc độ quay của rotor n luôn nhỏ hơn tốc độ của từ trường quay Stator n 1 .Vì tốc độ của rotor khác với tốc độ của từ trường quay stator nên gọi là động cơ không đồng bộ Các đại lượng đặc trưng và phương trình cơ bản *Hệ số trượt : để biểu thị mức độ đồng bộ giữa tốc độ quay của rôto n và tốc độ quay của từ trường quay n 1 . 1 1 n n s n − = 0 1s ≤ ≤ 6 60* 1 1 f p n = 1*(1 )n n s = − *Sức điện động Khi rôto đứng yên : 20 20 2 2 4.44* * * * m f K W E = Φ Khi rôto chuyển động : 2 2 2 2 4.44* * * * m s s f K W E = Φ Trong đó : K2 : Hệ số cuốn dây f 20 = f 1 f 2s = s * f 1 W 2 : số vòng dây Φ m : Từ thông *Công suất Công suất điên đưa vào : * * *cos1 3 U IP ϕ = Tổn hao điện từ : ∆P dt Tổn hao sắt : ∆P st Công suất điện từ : 2 * 1 * 1 * 60 dt n M M P π ω = = = P1 - dt P ∆ - st P ∆ 7 Tổn hao do dây quân rô to : 2d P ∆ Công suất cơ ở trục : '2 *P M ω = = dt P - 2d P ∆ Tổn hao do ma sát : ms P ∆ Công suất cơ đưa ra : P2 = P’2 - ms P ∆ P2 = 1P - dt P ∆ - st P ∆ - 2d P ∆ - 2d P ∆ - ms P ∆ Hiệu suất : 1 2 P P η = *Các phương trình cơ bản +Phương trình đặc tính cơ điện ' 1 1 2 2 2 ' 2 2 2 1 1 1 * ( ) nm I U I I R X R R X s µ µ µ               = + = + + + + 1 2 2 ' 1 2 ' 2 2 2 1 ( ) nm U I R X U I R R X s µ µ µ = + = + + Với : 1 2 X X X µ σ σ = + 8 +Phương trình đặc tính cơ '2 ' 1 2 ' 2 2 2 1 1 2 1 2 1 ' ' 2 2 2 2 2 1 1 ' 2 3* * 2* *(1 ) 2* 2* * * ( ) 3* 2* 1*( 1 ) 0 f th th th th nm th th f th nm nm nm U R M M S S S S R S R X S S S S s U R R X R R Sth X R X R R M M ε ε ω ω ε + = ≈   + + + + +     = + + = ± ≈ + ≈ = = +Ảnh hưởng của các thông số đến đặc tính cơ: + Ảnh hưởng của điện áp lưới: Khi điện áp thay đổi thì tốc độ không tải lý tưởng và độ trượt tới hạn không đổi còn mô men tới hạn thay đổi tỉ lệ với bình phương điện áp lưới.Nếu điện áp đặt vào động cơ giảm thấp quá có thể làm cho mô men khởi động của động cơ giảm thấp và động cơ không khởi động được. + Ảnh hưởng của điện trở, điện kháng mạch stato: Khi thay đổi điện trở hoặc điện kháng mạch stato thì tốc độ không tải lý tưởng không thay đổi còn độ trượt tới hạn và mô men tới hạn đều thay đổi. + Ảnh hưởng của số đôi cực p: 9 Khi thay đổi số đôi cực P thì tốc độ không tải lý tưởng thay đổi còn độ trượt tới hạn và mô men tới hạn đều thay đổi. + Ảnh hưởng tần số. Quy tắc điều chỉnh giữ cho khả năng quá tải không đổi. ' 2 max max 1 max 2 ' 1 ' '2 2 ' max 1 1 2 '2 max 1 1 * * * M M U C const f M M M U f M const M M U f M = = ⇒ = = = = ' ' ' 1 1 1 1 * U f M U f M = Luật điều khiển giữ cho Môment không đổi : M=const ' ' 1 1 1 1 1 1 U f U f U const f = = Luật điều khiển giữ cho công suất không đổi :P=const ' ' 1 1 ' ' 1 1 1 1 M f M f U f U f = = 1.3.Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha a) Điều chỉnh bằng cách thay đổi tần số f 1 10 [...]... θs 19 2.2.Mô hình toán động cơ dị bộ xoay chiều 3 pha Với sự phát triển vượt bậc của vi điều khiển ,hệ thống truyền động xoay chiều 3 pha đang ngày càng trở nên phổ biến và thay thế cho các hệ truyền động của động cơ 1 chiều trước đây do có khả năng điều khiển trơn về cả tốc độ và moomen động cơ Trong một thời gian dài động cơ một chiều ưu thế là cho phếp điều khiển trực tiếp từ thông và momen thông... mô hình toán của động cơ dị bộ xoay chiều bap ha được thực hiện trên các hệ tọa độ khác nhau bao gồm: hệ tọa độ stator (hệ tọa độ αβ), hệ tọa độ từ thông rotor( hệ tọa độ dq) Như đă nói ở trên hệ tọa độ dq là hết sức quan trọng đối với việc tổng hợp bộ điều khiển cho động cơ dị bộ điều khiển bởi biến tần Ta quy ước một số ký hiêu: f:đại lượng quan sát trên hẹ tọa độ từ thông rotor (hệ dq) Ss: đại lượng... khiển động cơ không đồng bộ xoay chiều 3 pha 2.1.1.Giới thiệu chung Động cơ xoay chiều 3 pha được dùng trong các hệ truyền động điện xoay chiều 3 pha nó cùng với sự phát triển và các thiết bị công suất bán dẫn đã càng ngày càng trở nên phở biến trong các trở nên phổ biến trong các hệ thống và thay thế dần động cơ 1 chiều Xét trong 1 hệ truyền động điện vấn đề cần điều khiển là dòng ,moment tốc độ -Với... hoat j động và việc bảo dưỡng tốn kém -Ban đầu hệ truyền động điện xoay chiều 3 pha gặp nhiều khó khăn trong việc điều khiển tốc độ và moment động cơ 1 cach đồng thời Tuy nhiên việc phát triển kỹ thuật và mô tả ĐCXCBP trên các hệ αβ hay dq đã làm đơn giản hóa được mô hình toán của động cơ *Khi được mô tả trên hệ dq Động xoay chiều 3 pha sẽ có pt mô tả tương đương với động cơ 1 chiều và cũng có một mối... điều khiển vector ,mô hình DCKDB phải được miêu tả ở hệ tọa độ từ thông roto (hệ dq) để có đặc tính giống động cơ 1 chiều Tuy nhiên trong hệ thống thực ,nguồn điện cung cấp cho động cơ là nguồn hình sin ba pha. Do đố phải thực hiện phép biến đổi giữa các hệ tọa độ 2.1.2.Ta có cấu trúc điều khiển động cơ dị bộ rôto lồng sóc 16 2.1.3.Chuyển đổi giũa các hệ tọa độ a,Chuyển đổi giữa hệ tọa độ u,v,w và hệ. .. các bộ điều khiển cũng như dòn ,bộ điều khiển tốc độ 29 Mô hình động cơ mô tả trên hệ trên hệ tọa đọ tương ứng, và kết quả cho trên hai hệ tọa độ là như nhau.Đảm bảo tính chính xác cuarmoo hình toán và việc chuyển đổi giũa các trục quan sát với mô hình động cơ 2.3.Tổng hợp các bộ điều khiển Hệ phương trình (c) mô tả động cơ hết sức phức tạp và có độ phi tuyến cao dẫn đến khó tổng hợp các bộ điều khiển. .. là dòng ,moment tốc độ -Với nhưng hệ truyền động cũ hay những hệ truyền động của thế kỷ XIX và đầu XX thì độngcơ 1 chiều đướcử dụng phổ biên điều này có 2 nguyên nhân *Động cơ 1 chiều với moment tỷ lệ với từ thông và tốc độ tỷ lệ dòng điệncho phép điều khiển đồng thời vì độc lập 2 giá trị này thế nên có chất lương điều khiển tốt và điều khiển trơn láng *Moment khởi động lớn 15 -Tuy nhiên nhược điểm... ứng Còn trong mô hình động cơ dị bộ xoay chiều 3 pha, không tồn tại các tương quan minh bạch (dòng-từ thông, dòng- momen) như ở động cơ một chiều Tuy nhiên ,bằng vieecj mô tả động cơ dị bộ roto lồng sóc trên hệ tọa độ từ thông roto đã cho phép môt ả dẫn tới tương quan giống như với ĐCMC , đạt được các đặc tính điều khiển ,điều chỉnh tương tự như ĐCMC Để xây dựng ,thiết kế bộ điều khiển cần phải có mô... mô tả ĐCXCBP trên hệ dq Sự phát triển của biến tần ,bán dẫn đã cho phép thực hiện lý thuyết này chính vì vậy để điều khiển dòng Isq Để điều khiển từ thông người ta điều khiển Isd Như vậy động cơ dị bộ tiến gần tới lợi thế điều khiển như động cơ 1 chiều và với ưu thế hơn là bảo dưỡng đơn giản hơn và có kích thước nhỏ hơn so với động cơ 1 chiều nên nó dần thay thế trong các hệ truyền động điện Để thực... Tnl ta thu được bộ điều khiển dòng Isq như sau: 34 Risq = 1 + T 1.s 2.Tnl Knl K 1.s = Tσ 2.Tnl.Knl.K 2 (1 + 1 T σ s ) (C2.29) Mô phỏng trên simulink: Kết quả mô phỏng: 2.3.3 Tổng hợp bộ điều chỉnh tốc độ Như ta đã phân tích ở trên và đựa theo sơ đồ cấu trúc điều khiển động cơ dị bộ như (hình 2.4) ta thấy rằng tín hiệu đầu ra của bộ điều khiển tốc độ chính là tín hiệu vào của bộ điều khiển dòng Isq Kết . hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều bằng hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều. 1.2.Sơ lược về động cơ không đồng bộ ba pha 1.2.1. Định nghĩa Động cơ không đồng bộ là loại động. ĐIỆN – ĐIỆN TỬ TÀU BIỂN NGHÀNH : ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP ĐỒ ÁN MÔN HỌC MÔN : TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ ĐỀ BÀI : ĐỀ 36: Cho một hệ truyền động động cơ – xe. Xây dựng bộ điều khiển tốc độ xe bám theo tín. hiện truyền động điện động cơ một chiều và động cơ xoay chiều. Trong nhiều năm của thế kỷ XX, khoảng 80% các hệ thống truyền động điện không yêu cầu điều chỉnh tốc độ đều dùng động cơ xoay chiều,