Thiết Kế Môn Học Tổng Hợp Hệ Điện Cơ Trường Đại Học Hàng Hải Việt Nam Khoa Điện – ĐTTB Bộ Môn Điện Tự Động Công Nghiệp Thiết Kế Môn Học Tổng Hợp Hệ Điện Cơ Tên đề tài: Mô Hình Mô Phỏng Máy Điện Đồng Bộ Ba Pha Kích Thích Độc Lập Giáo viên hướng dẫn: Phạm Tâm Thành. Sinh viên thiết kế: Bùi Đức Cường Ngày 14 tháng 11 năm 2008 Sinh viên: Bùi Đức Cường Bùi Đức Cường _ ĐTĐ – 46 ĐH2 Thiết Kế Môn Học Tổng Hợp Hệ Điện Cơ Mục lục Lời nói đầu. Chương 1: Mô tả chung Chương 2: Mô hình hóa Kết luận. Bùi Đức Cường _ ĐTĐ – 46 ĐH2 Thiết Kế Môn Học Tổng Hợp Hệ Điện Cơ Lời nói đầu Ngày nay việc thực hiện tự động hóa trong công nghiệp và trong dân dụng là một nhu cầu thiết yếu để phát triển sản xuất cũng như nâng cao chất lượng sản phẩm, đối với 1 hệ truyền động điện yêu cầu phải điều khiển và quan sát được . Việc thực hiện điều khiển, quan sát các chuyển động của các đặc tính bên trong và bên ngoài(như dòng điện, tốc độ, momen,…) không chỉ thực hiện bằng cách đo các thông số rồi về tính và lập đặc tính, mà dưới sự hỗ trợ của máy tính ta có thể mô phỏng cả hệ thống, công cụ hỗ trợ đắc lực nhất là phần mềm Matlab. Theo yêu cầu thiết kế môn học: Tổng Hợp Hệ Điện Cơ, em thực hiện đề tài mô phỏng đông cơ điện đồng bộ kích thích độc lập. Sau đây là phần nội dung: Chương 1: Mô tả chung về máy điện đồng bộ Chương 2: Mô hình hóa máy điện. Do trình độ của em còn hạn chế nên trong quá trình thực hiện còn nhiều sai sót mong được thầy cô và các bạn góp ý. Bùi Đức Cường _ ĐTĐ – 46 ĐH2 Thiết Kế Môn Học Tổng Hợp Hệ Điện Cơ Chương 1: Mô tả chung 1. Máy điện đồng bộ Máy điện đồng bộ được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp. Phạm vi ứng dụng chính là biến đổi cơ năng thành điện năng , nghĩa là làm máy phát điện. Điện năng 3 pha chủ yếu dùng trong nền kinh tế quốc dân và trong đời sống hằng ngày được sản suất từ các máy phát điện quay bằng tuabin hơi, tuabin khí hoặc tubin nước. Máy điện đồng bộ còn được dùng làm động cơ, đặc biệt trong các thiết bị công suất lớn, thiết bị lớn. Máy điện đồng bộ có khả năng phát ra công suất phản kháng, thông thường máy đồng bộ được tính toán sao cho chúng có thể phát ra công suất phản kháng gần bằng công suất tác dụng. trong một số trường hợp người ta dùng máy điện đồng bộ đặt gần các khu công nghiệp lớn để chỉ phát ra công suất phản kháng đủ bù hệ số cosϕ cho lưới điện là hợp lý. Những máy đó là máy bù đồng bộ. Các động cơ đồng bộ công suất nhỏ (đặc biệt là các động cơ đồng bộ kích từ bằng nam châm vĩnh cửu) cũng được sử dụng rộng rãi trong các trang bị tự động và điều khiển. Cấu tạo của máy điện đồng bộ: Bùi Đức Cường _ ĐTĐ – 46 ĐH2 Thiết Kế Môn Học Tổng Hợp Hệ Điện Cơ 2. Động cơ điện đồng bộ Các động cơ điện xoay chiều dùng nhiều trong sản xuất thường là những động cơ điện không đồng bộ, vì loại động cơ này có đặc điểm cấu tạo đơn giản, làm việc chắc chắn, bảo quản dễ dàng và giá thành hạ. Tuy nhiên các động cơ điện đồng bộ trong thời gian gần đây cũng được sử dụng nhiều và cũng có thể so sánh với động cơ không đồng bộ trong lĩnh vực truyền động điện. Bùi Đức Cường _ ĐTĐ – 46 ĐH2 Thiết Kế Môn Học Tổng Hợp Hệ Điện Cơ Ưu điểm: Động cơ điện đồng bộ có khả năng làm việc ở chế độ cosϕ = 1, và không cần lây công suất phản kháng từ lưới điện, nên hệ số công suất của lưới điện được nâng cao, làm giảm điện áp rơi và tổn hao công suất trên đường dây. Động cơ điện đồng bộ ít chịu ảnh hưởng của điện áp lưới do moomen tỷ lệ với điện áp U, còn động cơ di bộ có moomen tỷ lệ với bình phương điện áp U. Nhược điểm: Cấu tạo của động cơ đồng bộ phức tạp, đòi hỏi phải có nguồn kích từ, việc khởi động phức tạp, việc thay đổi tốc độ chỉ có thể thực hiện được nhờ thay đổi tần số của nguồn điện. 3. Động cơ điện đồng bộ kích thích đồng bộ Thường được ứng dụng trong những trường hợp yêu cầu công suất lớn. Chương 2: Mô hình hóa Bùi Đức Cường _ ĐTĐ – 46 ĐH2 Thiết Kế Môn Học Tổng Hợp Hệ Điện Cơ 1. Khái quát chung về mô hình động cơ điện đồng bộ kích thích độc lập. Do tính chất phức tạp của mô hình toán học của động cơ đồng bộ kích thích độc lập khi xây dựng trên hệ tọa độ cố định a,b,c nên người ta chuyển đổi mô hình toán học của máy điện về hệ trục tọa độ vuông góc dq, đây là hệ trục tọa độ quay cùng với rotor và từ trường quay. Khi đó các hệ số trong mô hình toán học của máy điện đồng bộ sẽ là các hệ số cố định, các đại lượng đó là các đại lượng 1 chiều, cho nên rất dễ dàng mô phỏng trên máy tính. Còn trong trường hợp muốn khảo sát với đại lượng thật thì ta biến đổi ngược từ hệ trục quay về hệ trục cố định. Để mô tả ta xây dựng 1 hệ tọa độ dq. 2. Biến đổi hệ tọa độ. Bùi Đức Cường _ ĐTĐ – 46 ĐH2 Thiết Kế Môn Học Tổng Hợp Hệ Điện Cơ Thường khi mô phỏng ta lấy đầu vào là điện áp, đầu ra là dòng điện, tốc độ, mô men . Điện áp 3 pha a,b,c, điện áp kích thích và mô men là các đầu vào chính. Điện áp a,b,c sẽ phải được biến đổi về hệ trục dq gắn với rotor, để biến đổi ta thực hiện như sau: Cách 1: Bước 1: tạo điện áp trên trục dq cố định: )( 3 1 )( 3 1 3 1 3 1 3 2 0 cba cb s d cba s q uuuu uuu uuuu ++= −= −−= Bước 2: tạo điện áp trên trục dq gắn với rotor r s qr s dq r s qr s dd uuu uuu θθ θθ cos*sin* sin*cos* +−= += Trong đó: 0 0 θωθ += ∫ dt t rr θ 0 giá trị đầu. Cách 2: thực chất là việc rút gọc cách viết của cách 1: )( 3 1 )) 3 4 cos() 3 2 cos(cos( 3 2 )) 3 4 sin() 3 2 sin(sin( 3 2 0 cba rcrbraq rcrbrad uuuu uuuu uuuu ++= Π −+ Π −+= Π −+ Π −+= θθθ θθθ Trong Matlab ta dung khối sau để biến đổi: ở đây: a,b,c là đầu vào điện áp. Sin-cos là đầu vào góc θ dq, u 0 là đầu ra. Bùi Đức Cường _ ĐTĐ – 46 ĐH2 Thiết Kế Môn Học Tổng Hợp Hệ Điện Cơ 3. Các phương trình trong hệ tọa độ dq. Từ các phương trình cơ bản của động cơ đồng bộ ta xây dựng nên hệ phương trình trên hệ tọa độ dq như sau: - Đối với mạch stator: sd sq sqssq sq sd sdssd dt d iRu dt d iRu ωϕ ϕ ωϕ ϕ ++= −+= - Đối với mạch kích từ: dt d iRu kt ktktkt ϕ += - Đối với mạch khởi động cuộn dây: dt d iRu dt d iRu Q QQQ D DDD ϕ ϕ += += - Phương trình mô men: c sdsqsqsd M dt d jM iipM += −= ω ϕϕ )( 2 3 ' - Phương trình từ thông iL *= ϕ Q D kt sq sd ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ = Q D kt sq sd i i i i i i = Bùi Đức Cường _ ĐTĐ – 46 ĐH2 Thiết Kế Môn Học Tổng Hợp Hệ Điện Cơ QQq DDkD kDktkd qDsq dDdksd LL LLL LLL LL LLL L 000 00 00 000 00 = L sd , L sq , L kt , L D , L Q là điện cảm theo các trục. L dD , L Dd , L dk , L kd , L qQ , L Qq , L kD , L Dk là hỗ cảm giữa các trục. 4. Các thông số L sd hệ số tự cảm stator theo trục d L sq điện cảm stator theo trục q Rs: trở kháng Stator ω : tốc độ động cơ 5. Mô phỏng máy điện. Các phương trình mô phỏng: (Trong khi mô phỏng ta đã bỏ qua cuộn ổn định nhằm làm đơn giản mô hình mà không làm ảnh hưởng nhiều đến tính chính xác của việc mô phỏng ) sd sq sqssq sq sd sdssd dt d iRu dt d iRu ωϕ ϕ ωϕ ϕ ++= −+= c sdsqsqsd M dt d jM iipM += −= ω ϕϕ )( 2 3 ' sqsqsq sdsdsd iL iL * * = = ϕ ϕ Chọn động cơ điện có các thông số sau : F= 50 Hz P’ = 1(số đôi cực) R s = 0.032 Ω X d = 1.63 Ω => L sd = X d / ω = 0.0052 X q = 1.56 Ω => L sq = X q / ω = 0.00497 Mc = 0.008 ω b : là tốc độ đồng bộ. Bùi Đức Cường _ ĐTĐ – 46 ĐH2 [...]... không đồng bộ thấy được đặc tính tốc độ cũng như mô men của nó tù đó có thể thiết kế được các bộ điều chỉnh phù hợp Đồ án đã giải quyết được các vấn đề sau: - Khái quát chung về vấn đề động cơ không đồng bộ - Mô phỏng động cơ không đồng bộ Tài liệu tham khảo: [1] Điều chỉnh tự động truyền động điện – Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn,… - Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật [2] Điều khiển tự động truyền động. .. Hệ Điện Cơ 1/lsd 1/Lsq Tốc độ đặt(ở khối step) Bùi Đức Cường _ ĐTĐ – 46 ĐH2 Thiết Kế Môn Học Tổng Hợp Hệ Điện Cơ Mô men cản Mc: Bùi Đức Cường _ ĐTĐ – 46 ĐH2 Thiết Kế Môn Học Tổng Hợp Hệ Điện Cơ Kết quả: Ua,b,c: Usd, Usq: Bùi Đức Cường _ ĐTĐ – 46 ĐH2 Thiết Kế Môn Học Tổng Hợp Hệ Điện Cơ M: Omega: Kết luận Bùi Đức Cường _ ĐTĐ – 46 ĐH2 Thiết Kế Môn Học Tổng Hợp Hệ Điện Cơ Qua việc mô phỏng động cơ điện...Thiết Kế Môn Học Tổng Hợp Hệ Điện Cơ Mô hình mô phỏng: Các khối cơ bản: Khối tạo tín hiệu không đổi Tích phân Demux Khối tạo tín Khối tạo tín hiệu sin Khuếch đại Nhân mux hiệu 1(t) Cộng Hiển thị Điện áp 3 pha a,b,c: Bùi Đức Cường _ ĐTĐ – 46 ĐH2 Chuyển dổi điện áp Thiết Kế Môn Học Tổng Hợp Hệ Điện Cơ đặt thông số(ở khối sin ): ua: Khối chuyển đổi điện áp: Bùi Đức Cường _ ĐTĐ – 46 ĐH2 Thiết Kế Môn Học... tự động truyền động điện – Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn,… - Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật [2] Điều khiển tự động truyền động điện xoay chiều 3 pha – Ts Nguyễn Phùng Quang – Nhà xuất bản giáo dục [3] Matlab & Simulink dành cho kỹ sư điều khiển tự động – Ts Nguyễn Phùng Quang – Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật Bùi Đức Cường _ ĐTĐ – 46 ĐH2 . Điện Cơ, em thực hiện đề tài mô phỏng đông cơ điện đồng bộ kích thích độc lập. Sau đây là phần nội dung: Chương 1: Mô tả chung về máy điện đồng bộ Chương. Kế Môn Học Tổng Hợp Hệ Điện Cơ 1. Khái quát chung về mô hình động cơ điện đồng bộ kích thích độc lập. Do tính chất phức tạp của mô hình toán học của động