NGHIÊN cứu hệ TRUYỀN ĐỘNG điện BIẾN tần 4 góc PHẦN tƣ – ĐỘNG cơ ĐỒNG bộ

100 281 0
NGHIÊN cứu hệ TRUYỀN ĐỘNG điện BIẾN tần 4 góc PHẦN tƣ – ĐỘNG cơ ĐỒNG bộ

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên h tt p : // ww w . l r c - t nu . e d u . v n ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGHIÊN CỨU HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN BIẾN TẦN 4 GÓC PHẦN TƢ – ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ Ngành : TỰ ĐỘNG HOÁ Mã số:23.04.3898 Học viên: NGUYỄN THỊ THU NGA Ngƣời HD Khoa học : TS. TRẦN XUÂN MINH THÁI NGUYÊN - 2010 2 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên h tt p : // ww w . l r c - t nu . e d u . v n ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGÀNH: TỰ ĐỘNG HOÁ NGHIÊN CỨU HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN BIẾN TẦN 4 GÓC PHẦN TƢ – ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ NGUYỄN THỊ THU NGA THÁI NGUYÊN - 2010 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên h tt p : // ww w . l r c - t nu . e d u . v n 3 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ và tên học viên: Nguyễn Thị Thu Nga Ngày tháng năm sinh: Ngày 11 tháng 11năm 1981 Nơi sinh: L ƣ ơng Sơn - Thái Nguyên Nơi công tác: Trƣờng Cao đẳng Cơ Khí Luyện Kim Cơ sở đào tạo: Trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - Thái Nguyên Chuyên ngành: Tự động hóa Khóa học: K11- TĐH TÊN ĐỀ T À I : NGHIÊN CỨU HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN BIẾN TẦN 4 GÓC PHẦN TƢ – ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. Trần Xuân Minh Trƣờng Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp - Thái Nguyên GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN TS. Trần Xuân Minh HỌC VIÊN Nguyễn Thị Thu Nga DUYỆT BAN GIÁM HIỆU KHOA SAU ĐẠI HỌC LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi dƣới sự hƣớng dẫn của Thầy giáo TS.Trần Xuân Minh và chỉ tham khảo các tài liệu đã đƣợc liệt kê. Tôi không sao chép công trình của cá nhân khác dƣới bất kỳ hình thức nào. Tác giả luận văn MỤC LỤC Trang Trang bìa phụ …………………………………… ………………… …. Lời cam đoan …………………………………… ……………… ……. Mục lục …………………………………………… …………… … Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt …………… …………… ……… Danh mục các bảng …………………………………………… ……… Danh mục các hình vẽ, đồ thị ……………………………… … ……… Mở đầu………………………………………………… … … ……… 1 Chƣơng 1- TỔNG QUAN VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN BIẾN TẦN - ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU 3 1.1. Các hệ thống truyền động điện dùng động cơ xoay chiều …… …… 3 1.1.1. Giới thiệu chung ………………………………………… … 3 1.1.2. Các ph ƣ ơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ … 4 1.1.3. Các ph ƣ ơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ đồng bộ …… … … 5 1.1.4. Hệ thống điều tốc biến tần - động cơ xoay chiều …… ………. 6 1.2. Sơ l ƣ ợc về các bộ biến tần dùng dụng cụ bán dẫn công suất … …………… 8 1.2.1. Biến tần trực tiếp (xoay chiều - xoay chiều) ……… ………… 8 1.2.2. Bộ biến tần gián tiếp …………………………… …………… 10 1.3. Biến tần bốn góc phần tƣ ………………… ………………………. 16 1.3.1. Các tồn tại của các bộ biến tần thông thƣờng …… …………… 16 1.3.2. Biến tần bốn góc phần tƣ (biến tần 4Q) ………… …………. 19 Chƣơng 2 - NGHIÊN CỨU CHỈNH LƢU PWM 21 2.1.Khái quát về chỉnh lƣu PWM 21 2.2. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của biến tần nguồn áp bốn góc phần tƣ dùng chỉnh lƣu PWM ……………………… …… …………. 23 2.3. Mô tả toán học chỉnh lƣu PWM ………………… ……….………. 26 2.3.1. Mô tả điện áp đầu vào chỉnh lƣu PWM ……… ……… ……… 27 2.3.2. Mô tả toán học chỉnh lƣu PWM trong hệ tọa độ 3 pha … …… 28 2.3.3. Mô tả toán học chỉnh lƣu PWM trong hệ tọa độ cố định α - β 29 2.3.4. Mô tả toán học chỉnh lƣu PWM trên hệ tọa độ quay d – q … … 30 2.3.5. Tính toán công suất chỉnh lƣu PWM ………………… ………. 31 2.4. Phạm vi và giới hạn tham số của chỉnh lƣu PWM …… … …… 32 2.4.1. Giới hạn cực tiểu của điện áp một chiều ……………… ……… 32 2.4.2. Giới hạn giá trị điện áp trên điện cảm ………………… ……… 32 2.5. Ƣớc lƣợng các đại lƣợng vector cơ bản ……………… … ……… 34 2.5.1. Ƣớc lƣợng vector điện áp đầu vào ……… ………… …………. 35 2.5.2. Ƣớc lƣợng vector từ thông ảo ………………… ……… ……… 35 2.6. Ph ƣ ơng pháp điều khiển chỉnh lƣu PWM ………… ………. 39 2.7. Cấu trúc điều khiển chỉnh lƣu PWM định h ƣ ớng theo vector điện áp 40 2.7.1. Cấu trúc điều khiển chỉnh lƣu PWM định hƣớng theo vector điện áp dựa vào dòng điện (VOC) …………… …………… 40 2.7.2. Cấu trúc điều khiển chỉnh lƣu PWM theo VFOC ………… … 42 2.8. Cấu trúc điều khiển chỉnh lƣu PWM theo ph ƣ ơng pháp trực tiếp công suất DPC ……………… ……… …………………………… 43 2.8.1. Ƣớc lƣợng công suất theo vector điện áp ……… …………… 45 2.8.2. Ƣớc lƣợng công suất theo vector từ thông ảo … ……………… 46 2.8.3. Đặc điểm cơ bản của điều khiển trực tiếp công suất DPC cho chỉnh lƣu PWM ……………… ………………………… …. 47 2.8.4. Bộ điều khiển công suất ……………………… ………………. 48 2.8.5. Lựa chọn phân vùng vector và bảng đóng cắt 50 2.8.6. Tổ hợp vector điện áp …………………… …………………… 51 Chƣơng 3 - XÂY DỰNG CẤU TRÖC ĐIỀU KHIỂN NGHỊCH LƢU VÀ CẤU TRÖC HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN BIẾN TẦN 4Q - 53 ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ 3.1. Giới thiệu chung động cơ đồng bộ 53 3.1.1. Khái quát chung 53 3.1.2. Động cơ đồng bộ kích từ nam châm vĩnh cửu 54 3.2. Mô hình toán học của động cơ đồng bộ 55 3.2.1. Mô hình toán học của động cơ đồng bộ kích từ dây quấn 55 3.2.2. Mô tả toán học động cơ đồng bộ kích từ NCVC 59 3.3. Cấu trúc điều khiển hệ truyền động biến tần động cơ đồng bộ 60 3.3.1. Lựa chọn phƣơng pháp điều khiển nghịch lƣu 60 3.3.1.1. Giới thiệu các loại cấu trúc 60 3.3.1.2. Lựa chọn phƣơng pháp điều khiển nghịch l ƣ u 63 3.3.2. Xây dựng cấu trúc điều khiển hệ truyền động 64 3.3.2.1. Sơ đồ khối hệ điều khiển 64 3.3.2.2. Cấu trúc điều khiển chỉnh l ƣ u 65 3.3.3. Cấu trúc điều khiển nghịch lƣu 67 Chƣơng 4 - MÔ PHỎNG HỆ THỐNG 70 4.1. Mô phỏng đặc tính làm việc của chỉnh lƣu PWM 70 4.1.1. Xây dựng chƣơng trình mô phỏng chỉnh lƣu PWM 70 4.1.2. Các kết quả mô phỏng chỉnh lƣu PWM 72 4.2. Mô phỏng hệ truyền động biến tần 4Q - Động cơ đồng bộ 73 4.2.1. Xây dựng sơ đồ mô phỏng hệ truyền động trong phần mềm Matlab 73 4.2.2. Kết quả mô phỏng 78 4.3. Kết luận 82 Kết luận và kiến nghị 83 Tài liệu tham khảo 84 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT α Góc pha của vector chuẩn ε Góc pha điều khiển phần chỉnh lƣu PWM γ Góc pha của vector áp nguồn phần chỉnh lƣu PWM ϕ Góc pha giữa dòng điện và áp ω Vận tốc góc ψ A Từ thông stator pha A ψ B Từ thông stator pha B ψ C Từ thông stator pha C x * Giá trị đặt ψ L Vector từ thông ảo ψ L α Thành phần trục α của vector từ thông ảo trên hệ trục toạ độ α-β ψ L β Thành phần trục β của vector từ thông ảo trên hệ trục toạ độ α-β ψ Ld Thành phần trục d của vector từ thông ảo trên hệ trục toạ độ d-q ψ Lq Thành phần trục q của vector từ thông ảo trên hệ trục toạ độ d-q cosϕ Hệ số công suất cơ bản C Tụ điện ĐB Động cơ đồng bộ ba pha DPC Điều khiển trực tiếp công suất (viết tắt của Direct Power Control) f Tần số FOC Điều khiển tựa từ trƣờng (viết tắt của Field O riented Control) i(t), i Giá trị dòng điện tức thời i A , i B , i C Dòng ba pha A, B, C cuộn dây stator i a , i b , i c Dòng ba pha a, b, c cuộn dây rotor i dc Giá trị dòng điện một chiều I L Vector dòng điện lƣới i La , b , c Dòng ba pha A, B, C của lƣới điện xoay chiều phần chỉnh lƣu PWM i L α Thành phần trục α của vector dòng điện lƣới trên hệ trục toạ độ α-β i L β Thành phần trục β của vector dòng điện lƣới trên hệ trục toạ độ α-β i Ld Thành phần trục d của vector dòng điện lƣới trên hệ trục toạ độ d-q i Lq Thành phần trục d của vector dòng điện lƣới trên hệ trục toạ độ d-q i d Thành phần trục d của vector dòng stator động cơ i q Thành phần trục q của vector dòng stator động cơ I Giá trị hiệu dụng của dòng điện một pha động cơ j Đơn vị ảo J Mô men quán tính L Giá trị điện cảm M Mô men, mô men động cơ M c Mô men cản tác động lên trục động cơ (mô men tải) M đt Mô men điện từ động cơ M đm Mô men định mức M max Mô men cực đại n p Số đôi cực từ của động cơ P Công suất tác dụng p(t), p Công suất tác dụng tức thời PWM Điều chế độ rộng xung (viết tắt của Pulse Width Modulation) q(t), q Công suất phản kháng tức thời Q Công suất phản kháng R Điện trở s Toán tử Laplace S Công suất biểu kiến S a ,S b ,S c Trạng thái đóng cắt của bộ biến đổi t Giá trị thời gian tức thời T Chu kỳ U L Vector điện áp lƣới u L α Thành phần trục α của vector điện áp lƣới trên hệ trục toạ độ α - β u L β Thành phần trục β của vector điện áp lƣới trên hệ trục toạ độ α - β u Ld Thành phần trục d của vector điện áp lƣới trên hệ trục toạ độ d - q u Lq Thành phần trục q của vector điện áp lƣới trên hệ trục toạ độ d - q U s Vector điện áp vào bộ chỉnh lƣu PWM u sα Thành phần trục α của vector điện áp đầu vào bộ chỉnh lƣu trên hệ trục toạ độ α - β u sβ Thành phần trục β của vector điện áp đầu vào bộ chỉnh lƣu trên hệ trục toạ độ α - β u sd Thành phần trục d của vector điện áp đầu vào bộ chỉnh lƣu trên hệ trục toạ độ d - q u sq Thành phần trục q của vector điện áp đầu vào bộ chỉnh lƣu trên hệ trục [...]... Khoa Điện Trƣờng ĐH Kỹ Thuật Công Nghiệp - Thái Nguyên, tôi đã tiến hành nghiên cứu đề tài luận văn tốt nghiệp là Nghiên cứu hệ truyền động điện biến tần 4 góc phần tƣ Động cơ đồng bộ Kết cấu của luận văn gồm: Chƣơng 1: Tổng quan về hệ truyền động biến tần - động cơ xoay chiều Chƣơng 2: Nghiên cứu về chỉnh lƣu PWM Chƣơng 3: Xây dựng cấu trúc điều khiển nghịch lƣu và cấu trúc hệ truyền động biến tần 4Q... mạch phần ứng) p- Số đôi cực ωs- tần số đồng bộ, cũng là tần số quay của rôto Vì vậy phƣơng pháp điều chỉnh tốc độ là thay đổi tần số nguồn.Đối với động cơ điện đồng bộ chủ yếu dùng kiểu điều tốc biến tần Thiết bị biến tần phối hợp điều tốc động cơ đồng bộ có thể là bộ biến tần nguồn áp, bộ biến tần nguồn dòng, bộ chuyển đổi chu kỳ sóng( bộ biến tần xoay chiều-xoay chiều) hoặc bộ biến tần SPWM Hệ thống... cửu loại SPM 54 Hình 3.2: Động cơ đồng bộ kích từ nam châm vĩnh cửu loại IPM 55 Hình 3.3: Ý tưởng cấu trúc hệ thống điều khiển vector ………………… 61 Hình 3 .4: Sơ đồ cấu trúc biến đổi toạ độ động cơ đồng bộ 62 Hình 3.5: Sơ đồ khối hệ truyền động điện biến tần 4Q - ĐB 64 Hình 3.6: Sơ đồ nguyên lý phần lực hệ truyền động biến tần bốn góc phần tư dùng chỉnh lưu PWM - động cơ đồng bộ ba pha ... tốc biến tần của động cơ đồng bộ đƣợc phân thành hai nhóm lớn là biến tần điều khiển ngoài và biến tần tự điều khiển Thiết bị biến tần độc lập tạo cho động cơ đồng bộ một nguồn điện biến áp biến tần gọi là hệ thống điều tốc biến tần điều khiển ngoài, thiết bị dùng bộ đo kiểm vị trí roto trên trục động cơ để điều khiển phát xung gọi là hệ thống điều tốc biến tần tự điều khiển 1.1 .4 Hệ thống điều tốc biến. .. các bộ biến đổi bán dẫn công suất lớn, động cơ dòng xoay chiều đã trở thành một đối tƣ ng điều khiển có ƣu thế và vì vậy, các hệ thống truyền động điện đã sử dụng động cơ xoay chiều nhƣ một đối tƣ ng thân thiện có nhiều ƣu điểm vƣợt trội Động cơ điện xoay chiều có thể phân làm hai nhóm: động cơ xoay chiều không đồng bộ và động cơ xoay chiều đồng bộ Trong động cơ xoay chiều không đồng bộ có động cơ rotor... động cơ có thể làm việc cả bốn góc phần tƣ thì thì yêu cầu bộ biến tần phải Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 34 có khả năng thực hiện trao đổi đƣợc năng lƣợng hai chiều Các bộ biến tần nhƣ vậy đƣợc gọi là biến tần bốn góc phần tƣ Nhiều chuyên gia và nhiều hãng khác nhau đã thực hiện khá nhiều nghiên cứu để tìm cách xây dựng các bộ biến tần bốn góc phần tƣ. .. các bạn đồng nghiệp Xin trân trọng cảm ơn! Thái Nguyên, ngày tháng 8 năm 2010 Tác giả Nguyễn Thị Thu Nga Chƣơng 1 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 những cơ cấu sản xuất ngƣời ta sử dụng các động cơ làm cơ cấu chấp hành Trƣớc đây, các hệ thống truyền động điện. .. vi điều chỉnh, vào phạm vi công suất truyền động, vào hƣớng điều chỉnh mà có các loại biến tần và phƣơng pháp khống chế biến tần khác nhau Trong thực tế các bộ biến tần đƣợc chia làm hai nhóm: các bộ biến tần là biến tần trực tiếp và các bộ biến tần gián tiếp có khâu trung gian một chiều Trƣớc đây, các hệ truyền động dùng biến tần trực tiếp do chất lƣợng điện áp đầu ra thấp nên thƣờng dùng ở lĩnh vực... trong các hệ thống truyền động điện mà động cơ thƣờng làm việc ở chế độ hãm thì việc tiêu tán năng lƣợng trên điện trở sẽ gây ra lãng phí rất lớn Để tiết kiệm năng lƣợng, tăng chất lƣợng điều chỉnh cần phải thiết kế bộ biến tần đảm bảo cho phép động cơ làm việc đƣợc ở các trạng thái hãm khác nhau mà đặc biệt là hãm tái sinh Biến tần nhƣ vậy đƣợc gọi là biến tần 4 góc phần tƣ (biến tần 4Q) Đƣợc sự hƣớng... tinh và độ chính xác trong điều khiển không cao + Sóng điện áp đầu ra khác xa hình sin Chính vì những đặc điểm trên mà một loại biến tần khác đƣợc đƣa ra để nâng cao chất lƣợng hệ truyền động biến tần - động cơ xoay chiều, đó là biến tần gián tiếp Bộ biến tần gián tiếp cho phép khắc phục những nhƣợc điểm của bộ biến tần trực tiếp ở trên Bộ biến tần gián tiếp có khâu trung gian một chiều có thể có các . VÀ CẤU TRÖC HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN BIẾN TẦN 4Q - 53 ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ 3.1. Giới thiệu chung động cơ đồng bộ 53 3.1.1. Khái quát chung 53 3.1.2. Động cơ đồng bộ kích từ nam châm vĩnh cửu 54 3.2. Mô. Khoa Điện Tr ƣ ờng ĐH Kỹ Thuật Công Nghiệp - Thái Nguyên, tôi đã tiến hành nghiên cứu đề tài luận văn tốt nghiệp là Nghiên cứu hệ truyền động điện biến tần 4 góc phần tƣ - Động cơ đồng bộ . Kết. trội. Động cơ điện xoay chiều có thể phân làm hai nhóm: động cơ xoay chiều không đồng bộ và động cơ xoay chiều đồng bộ. Trong động cơ xoay chiều không đồng bộ có động cơ rotor lòng xóc và động cơ

Ngày đăng: 15/05/2015, 08:22

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan