Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SỸ KĨ THUẬT NGHIÊN CỨU HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN BIẾN TẦN - ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU SỬ DỤNG BIẾN TẦN 4 GÓC PHẦN TƯ Ngành: TỰ ĐỘNG HÓA Mã số: 605260 Học viên: BÙI THỊ THANH HUYỀN Người hướng dẫn khoa học: TS.TRẦN XUÂN MINH DUYỆT BAN GIÁM HIỆU KHOA ĐT SAU ĐẠI HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN HỌC VIÊN Ts. Trần Xuân Minh Bùi Thị Thanh Huyền THÁI NGUYÊN - 2009 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 2 LỜI CAM ĐOAN Tôi là Bùi Thị Thanh Huyền, học viên lớp cao học K10 Tự Động Hoá niên khoá 2007-2009 sau hai năm học tập và nghiên cứu, đƣợc sự giúp đỡ của các thầy cô giáo và đặc biệt là TS. Trần Xuân Minh, thầy giáo hƣớng dẫn tốt nghiệp của tôi, tôi đã đi đến cuối chặng đƣờng để kết thúc khoá học thạc sĩ. Tôi đã quyết định chọn đề tài tốt nghiệp là: "Nghiên cứu hệ truyền động điện biến tần  động cơ xoay chiều sử dụng biến tần 4 góc phần tư". Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả trong luận văn là hoàn toàn trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Nếu có tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm. Tác giả luận văn Bùi Thị Thanh Huyền Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 3 MỤC LỤC Trang Trang bìa phụ ……………………………………………………………. Lời cam đoan ……………………………………………………………. 2 Mục lục ……………………………………………………………… 3 Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt …………………………………… 5 Danh mục các bảng ……………………………………………………… 7 Danh mục các hình vẽ, đồ thị …………………………………………… 7 MỞ ĐẦU………………………………………………………………… 11 CHƢƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN BIẾN TẦN - ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU ………………… 13 1.1. Các hệ thống truyền động điện dùng động cơ xoay chiều ………. 13 1.1.1. Giới thiệu chung ……………………………………………… 13 1.1.2. Các phƣơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ 14 1.1.3. Các phƣơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ đồng bộ ………. 15 1.1.4. Hệ thống điều tốc biến tần - động cơ xoay chiều ……………… 15 1.2. Sơ lƣợc về các bộ biến tần dùng dụng cụ bán dẫn công suất ……. 16 1.2.1. Biến tần trực tiếp (xoay chiều - xoay chiều) ………………… 16 1.2.2. Bộ biến tần gián tiếp ………………………………………… 19 1.3. Biến tần bốn góc phần tƣ ………………………………………… 25 1.3.1. Các tồn tại của các bộ biến tần thông thƣờng ………………… 25 1.3.2. Biến tần bốn góc phần tƣ (biến tần 4Q) ………………………. 27 CHƢƠNG 2 - NGHIÊN CỨU CHỈNH LƢU TÍCH CỰC PWM PHỤC VỤ CHO BIẾN TẦN BỐN GÓC PHẦN TƢ……………… 29 2.1. Đặt vấn đề ……………………………………… 29 2.2. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của biến tần nguồn áp bốn góc phần tƣ dùng chỉnh lƣu PWM ………………………………………. 30 2.3. Mô tả toán học chỉnh lƣu PWM …………………………………. 33 2.3.1. Mô tả điện áp đầu vào chỉnh lƣu PWM ……………………… 34 2.3.2. Mô tả toán học chỉnh lƣu PWM trong hệ tọa độ 3 pha ……… 35 2.3.3. Mô tả toán học chỉnh lƣu PWM trong hệ tọa độ cố định  -  . 36 2.3.4. Mô tả toán học chỉnh lƣu PWM trên hệ tọa độ quay d – q …… 37 2.3.5. Tính toán công suất chỉnh lƣu PWM …………………………. 38 2.4. Phạm vi và giới hạn tham số của chỉnh lƣu PWM ……………… 39 2.4.1. Giới hạn cực tiểu của điện áp một chiều ……………………. 39 2.4.2. Giới hạn giá trị điện áp trên điện cảm ………………………. 39 2.5. Ƣớc lƣợng các đại lƣợng vector cơ bản ………………………… 41 2.5.1. Ƣớc lƣợng vector điện áp đầu vào ……………………………. 41 2.5.2. Ƣớc lƣợng vector từ thông ảo ………………………………… 42 2.6. Phƣơng pháp điều khiển chỉnh lƣu PWM …………………. 46 2.7. Cấu trúc điều khiển chỉnh lƣu PWM định hƣớng theo vector điện áp 47 2.7.1. Cấu trúc điều khiển chỉnh lƣu PWM định hƣớng theo vector điện áp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 4 dựa vào dòng điện (VOC) …………………………… 47 2.7.2. Cấu trúc điều khiển chỉnh lƣu PWM theo VFOC ……………. 49 2.8. Cấu trúc điều khiển chỉnh lƣu PWM theo phƣơng pháp trực tiếp công suất DPC …………………………………………………… 50 2.8.1. Ƣớc lƣợng công suất theo vector điện áp …………………… 52 2.8.2. Ƣớc lƣợng công suất theo vector từ thông ảo ………………… 53 2.8.3. Đặc điểm cơ bản của điều khiển trực tiếp công suất DPC cho chỉnh lƣu PWM ………………………………………………. 54 2.8.4. Bộ điều khiển công suất ………………………………………. 55 2.8.5. Lựa chọn phân vùng vector và bảng đóng cắt 57 2.8.6. Tổ hợp vector điện áp ………………………………………… 58 CHƢƠNG 3 - NGHỊCH LƢU ĐIỀU KHIỂN VECTOR VÀ CẤU TRÚC HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN BIẾN TẦN 4 Q - ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA ……… 60 3.1. Mô hình toán học trạng thái động của động cơ không đồng bộ ba pha 60 3.1.1. Mô hình toán học nhiều biến của động cơ không đồng bộ ba pha …………………………………………………………………. 60 3.1.2. Phép biến đổi tọa độ và ma trận chuyển đổi ………………… 69 3.1.3. Mô hình toán học động cơ không đồng bộ trên hệ tọa độ quay 2 pha bất kỳ ……………………………………………………… 81 3.1.4. Mô hình toán học động cơ điện không đồng bộ trên hệ tọa độ cố định 2 pha …………………………………………………………………… 82 3.1.5. Mô hình toán học động cơ không đồng bộ trên hệ tọa độ quay đồng bộ 2 pha ……………………………………………………………………. 83 3.1.6. Mô hình toán học của động cơ không đồng bộ theo định hƣớng từ trƣờng trên hệ tọa độ quay đồng bộ 2 pha (hệ tọa độ MT) 83 3.2. Biến tần gián tiếp với nghịch lƣu điều khiển vector ……………. 85 3.2.1. Mô hình động cơ một chiều tƣơng đƣơng của động cơ không đồng bộ 86 3.2.2. Ý tƣởng về cấu trúc hệ thống điều khiển vector ……………… 87 3.2.3. Phƣơng trình cơ bản điều khiển vector ……………………… 88 3.2.4. Mô hình quan sát từ thông rotor ……………………………. 89 3.3. Mô Hệ truyền động biến tần 4Q - ĐK ……………………………. 91 3.3.1. Sơ đồ khối của hệ truyền động biến tần 4Q – ĐK 91 3.3.2. Sơ đồ nguyên lý phần mạch lực của hệ biến tần 4Q - ĐK …. 91 3.3.3. Khối điều khiển chỉnh lƣu PWM …………………………… 92 3.3.4. Khối điều khiển nghịch lƣu áp dụng nguyên lý điều khiển vector 94 CHƢƠNG 4 - MÔ PHỎNG HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN BIẾN TẦN 4Q - ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA 97 4.1. Mô phỏng đặc tính làm việc của chỉnh lƣu PWM……………… 97 4.1.1. Xây dựng chƣơng trình mô phỏng chỉnh lƣu PWM ………… 97 4.1.2. Các kết quả mô phỏng chỉnh lƣu PWM ……………………… 99 4.2. Mô phỏng hệ truyền động Biến tần 4Q-động cơ không đồng bộ ba pha 100 4.2.1. Xây dựng sơ đồ mô phỏng hệ truyền động trong phần mềm Matlab 100 4.2.2. Kết quả mô phỏng ……………………………………………. 103 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 5 Kết luận và kiến nghị 107 Tài liệu tham khảo 108 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT  Góc pha của vector chuẩn  Góc lệch giữa trục cuộn dây rotor và stator pha A  Góc pha điều khiển phần chỉnh lƣu PWM  Góc pha của vector áp nguồn phần chỉnh lƣu PWM  Góc pha giữa dòng điện và áp, góc lệch giữa trục M và trục   Tần số góc của điện áp xoay chiều ba pha cấp cho động cơ  l Tần số góc điện áp lƣới điện cấp cho bộ chỉnh lƣu  1 Tốc độ góc của từ thông stator so với stator  2 Tốc độ góc của từ thông rotor so với rotor  A Từ thông stator pha A  B Từ thông stator pha B  C Từ thông stator pha C  a Từ thông rotor pha A  b Từ thông rotor pha B  c Từ thông rotor pha C  M2 Thành phần trục M (d) của vector từ thông rotor  T2 Thành phần trục T (q) của vector từ thông rotor  M1 Thành phần trục M (d) của vector từ thông stator  T2 Thành phần trục T (q) của vector từ thông stator L  Vector từ thông ảo  L Thành phần trục  của vector từ thông ảo trên hệ trục toạ độ -  L Thành phần trục  của vector từ thông ảo trên hệ trục toạ độ -  Ld Thành phần trục d của vector từ thông ảo trên hệ trục toạ độ d-q  Lq Thành phần trục q của vector từ thông ảo trên hệ trục toạ độ d-q cos Hệ số công suất cơ bản C Tụ điện ĐK Động cơ không 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 Oriented 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 L I Vector dòng điện lƣới i La , b , c Dòng ba pha A, B, C của lƣới điện xoay chiều phần chỉnh lƣu PWM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 6 i L Thành phần trục  của vector dòng điện lƣới trên hệ trục toạ độ - i L Thành phần trục  của vector dòng điện lƣới trên hệ trục toạ độ - 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 M1 Thành phần trục M (d) của vector dòng stator động cơ i T1 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 m1 Giá trị điện cảm; hỗ cảm cực đại cuộn dây stator động cơ L t1 , L t2 Điện cảm tản cuộn dây stator và rotor 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 Vector điện áp đặt vào động cơ U 1 Sóng hài bậc nhất điện áp đầu ra khối nghịch lƣu của biến tần u M1 Thành phần trục M của vector điện áp đặt vào động cơ trên hệ trục toạ độ M- T u T1 Thành phần trục T của vector điện áp đặt vào động cơ trên hệ trục toạ độ M- T L U Vector điện áp lƣới u L Thành phần trục  của vector điện áp lƣới trên hệ trục toạ độ  -  u L Thành phần trục  của vector điện áp lƣới trên hệ trục toạ độ  -  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 s U Vector điện áp vào bộ chỉnh lƣu PWM u s Thành phần trục  của vector điện áp đầu vào bộ chỉnh lƣu trên hệ trục Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 7 toạ độ  -  u s Thành phần trục  của vector điện áp đầu vào bộ chỉnh lƣu trên hệ trục toạ độ  -  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 toạ độ d - q U dc Điện áp một chiều V a, b, c Điện nguồn ba pha cấp cho động cơ VFOC Điều khiển định hƣớng từ thông ảo (viết tắt của Virtual Flux Oriented Control) VOC Điều khiển tựa theo điện áp lƣới (viết tắt của Voltage Oriented Control) W, W đt Năng lƣợng, năng lƣợng điện từ 4Q Bốn góc phần tƣ (viết tắt của Four (4) Quater) DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng B.2.1: Bảng đóng cắt cho DPC với bộ điều khiển hai mức, 12 vùng vector ……………………………………………………………………………… 57 Bảng B.2.2 : Sự tăng giảm p, q theo U………………………………………… 58 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1. Thiết bị biến tần trực tiếp (xoay chiều - xoay chiều) …………. 17 Hình 1.2: Sơ đồ nguyên lý bộ biến tần trực tiếp ……………………………. 17 Hình 1.3: Đồ thị điện áp đầu ra của thiết bị biến tần xoay chiều-xoay chiều hình sin….………………………………………………………… 18 Hình 1.4: Sóng hài bậc nhất dòng, áp trên tải và các chế độ làm việc của các khâu trong biến tần trực tiếp………………………………… 18 Hình 1.5: Thiết bị biến tần gián tiếp…………………………………………. 20 Hình 1.6: Bộ biến tần gián tiếp có khâu trung gian một chiều……………. 21 Hình 1.7: Bộ biến tần điều khiển vector…………………………………. 24 Hình 1.8: Các bộ lọc để giảm sóng hài bậc cao (  là chỉ số sóng hài)…. 25 Hình 1.9: Dập năng lượng bằng điện trở R h trong mạch một chiều……… 26 Hình 1.10: Sử dụng thêm bộ nghịch lưu mắc song song ngược với bộ chỉnh lưu để trả năng lượng về lưới điện xoay chiều………………… 26 Hình 2.1: Sơ đồ biến tần bốn góc phần tư dùng chỉnh lưu PWM………… 30 Hình 2.2a. Sơ đồ thay thế một pha bộ chỉnh lưu tích cực PWM………… 31 Hình 2.2 b. Đồ thị vector tổng quát của bộ chỉnh lưu…………………… 31 Hình 2.2 c. Đồ thị vector bộ chỉnh lưu PWM với hệ số công suất bằng 1 31 Hình 2.2 d. Đồ thị vector bộ chỉnh lưu PWM với hệ số công suất bằng -1 (nghịch lưu)……………………………………………………………… . 31 Hình 2.3a: Đồ thị 6 vector điện áp cơ bản khi điều khiển sự chuyển mạch các khoá bán dẫn S a , S b , S c ………………………………………. 32 Hình 2.3b: Các trạng thái chuyển mạch của chỉnh lưu PWM……………. 33 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 8 Hình 2.4: Đồ thị vector điện áp, dòng điện chỉnh lưu PWM trong hệ toạ độ  -  và d-q…………………………………………………………… 34 Hình 2.5: Cấu trúc mô hình toán học chỉnh lưu PWM trên hệ toạ độ ba pha………………………………………………………………………… 35 Hình 2.6: Mô hình toán học chỉnh lưu PWM trên hệ toạ độ  -  …………. 37 Hình 2.7: Mô hình toán học chỉnh lưu PWM trên hệ toạ độ d-q…………. 38 Hình 2.8: Đồ thị vector điện áp chỉnh lưu PWM ………………………… 39 Hình 2.9a: Giới hạn làm việc điện áp của chỉnh lưu PWM……………… 40 Hình 2.9b: Giới hạn làm việc điện áp của chỉnh lưu PWM………………. 41 Hình 2.10: Mô hình động cơ ảo và đồ thị véc tơ từ thông ảo với chỉnh lưu PWM…………………………………………………………………… 43 Hình 2.11: Quan hệ giữa điện áp và từ thông ảo với dòng công suất của chỉnh lưu PWM …………………………………………………………… 44 Hình 2.12: Sơ đồ cấu trúc nhận dạng véc tơ từ thông ảo………………… 45 Hình 2.13: Các phương pháp điều khiển chỉnh lưu PWM…………………. 46 Hình 2.14: Hệ truyền động động cơ xoay chiều - biến tần dùng chỉnh lưu PWM với các phương pháp điều khiển ………………………………… 47 Hình 2.15: Cấu trúc điều khiển chỉnh lưu PWM theo VOC ………………. 48 Hình 2.16: Cấu trúc các mạch vòng điều khiển chỉnh lưu PWM theo VOC………………………………………………………………………… 49 Hình 2.17: Cấu trúc các mạch vòng điều khiển chỉnh lưu PWM theo VFOC……………………………………………………………………… 50 Hình 2.18: Cấu trúc điều khiển chỉnh lưu PWM theo DPC……………… 51 Hình 2.19: Khâu ước lượng công suất và điện áp ………………………… 52 Hình 2.20: Khâu ước lượng p, q theo vector L  ……………………………. 53 Hình 2.21: Sự biến thiên giá trị công suất tức thời ………………………… 55 Hình 2.22: Bộ điều khiển công suất …………………………………………. 56 Hình 2.23: Phân vùng vector cho phương pháp điều khiển DPC………… 57 Hình 2.24: Biến đổi vector điện áp…………………………………………… 59 Hình 3.1: Sơ đồ cấu trúc điều khiển nhiều biến của động cơ không đồng bộ 61 Hình 3.2: Sơ đồ cấu trúc điều khiển hệ thống điều tốc biến tần của động cơ không đồng bộ nhiều biến …………………………………………… 61 Hình 3.3: Mô hình vật lý động cơ không đồng bộ 3 pha …………………. . 62 Hình 3.4: Mô hình vật lý động cơ điện một chiều hai cực: F- cuộn dây kích từ, A - cuộn dây rotor, C- cuộn dây bù ………………………… . 69 Hình 3.5: Mô hình vật lý các cuộn dây động cơ điện xoay chiều, mô hình tương đương và mô hình động cơ điện một chiều……………………. . 71 Hình 3.6: Vị trí vector không gian của hệ toạ độ 3 pha và 2 pha cùng với sức từ động cuộn dây ………………………………………………. . 74 Hình 3.7: Hệ toạ độ cố định và hệ toạ độ quay 2 pha và vector không gian sức từ động …………………………………………………………. 78 Hình 3.8: Sơ đồ cấu trúc biến đổi tọa độ động cơ không đồng bộ: 3/2) Biến Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 9 đổi 3 pha/2 pha; VR) Biến đổi quay đồng bộ;  ) Góc giữa trục M và trục  (trục A)………………………………………………… 86 Hình 3.9: Ý tưởng cấu trúc hệ thống điều khiển vector ………………… 87 Hình 3.10: Mô hình quan sát từ thông trên hệ toạ độ quay hai pha theo định hướng từ trường …………………………………………………… 90 Hình 3.11: Sơ đồ khối hệ truyền động điện biến tần 4Q - ĐK…………… 91 Hình 3.12: Sơ đồ nguyên lý phần lực hệ truyền động biến tần bốn góc phần tư dùng chỉnh lưu PWM - động cơ không đồng bộ ba pha……. 92 Hình 3.13: Cấu trúc khối điều khiển chỉnh lưu PWM theo VOC………… 93 Hình 3.14: Cấu trúc nghịch lưu điều khiển vector định hướng từ thông rotor……………………………………………………………………… 96 Hình 4.1: Sơ đồ mô phỏng chỉnh lưu PWM tải điện trở điều khiển theo VOC ……………………………………………………………………… 98 Hình 4.2: Sơ đồ mô phỏng chi tiết khối điều khiển chỉnh lưu PWM theo phương pháp VOC(khối “Subsytrem”) của mô hình hình 4.1 98 Hình 4.3: Chi tiết khối “PLECS circuit” của mô hình hình 4.1 99 Hình 4.4: Điện áp một chiều sau chỉnh lưu PWM điều khiển theo VOC 99 Hình 4.5: Điện áp và dòng điện pha A của chỉnh lưu PWM điều khiển theo VOC 99 Hình 4.6: Điện áp và dòng điện pha A của chỉnh lưu PWM điều khiển theo VOC trong thời gian 5 chu kỳ nguồn 100 Hình 4.7: Dòng một chiều sau chỉnh lưu của PWM điều khiển theo VOC trong thời gian 1/6 chu kỳ nguồn 100 Hình 4.8: Cấu trúc điều khiển vector trong vùng tần số f = f đm 101 Hình 4.9: Sơ đồ mô phỏng hệ truyền động điện biến tần 4Q-động cơ không đồng bộ ba pha 102 Hình 4.10: Sơ đồ mô phỏng chi tiết phần điều khiển nghịch lưu theo FOC (khối “INVERTER” trên mô hình hình 4.9 102 Hình 4.11: Chi tiết khối “PLECS circuit” của mô hình hình 4.9 103 Hình 4.12: Tốc độ góc động cơ khi khởi động và điều chỉnh tải để chuyển chế độ làm việc, với giá trị đặt tốc độ là 100 rad/s…………. 104 Hình 4.13: Sự điều chỉnh mô men tải của động cơ khi khởi động và khi chuyển động cơ sang trạng thái hãm tái sinh ở chế độ tốc độ ổn định (tại t=1s)…………………………………………………………… 104 Hình 4.14: Điện áp và dòng điện lưới pha A cấp cho chỉnh lưu PWM trước và sau thời điểm điều chỉnh mô men tải (tại t=1s) để chuyển chế độ làm việc của động cơ từ trạng thái động cơ sang hãm tái sinh………………………………………………………………………. 105 Hình 4.15: Tốc độ góc động cơ khi khởi động và điều chỉnh giảm tốc từ 100 rad/s xuống 80 rad/s …………………………………… ………… 105 Hình 4.16: Điện áp và dòng điện lưới pha A cấp cho chỉnh lưu PWM trước và sau thời điểm điều chỉnh giảm tốc từ 100 rad/s xuống 80 rad/s (tại t=1s) 106 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 11 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Trong công nghiệp rất nhiều máy sản xuất yêu cầu phải điều chỉnh tốc độ động cơ truyền động với phạm vi rộng và chất lượng điều chỉnh tốt. Với sự ra đời và phát triển của hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha bằng phương pháp thay đổi tần số nguồn cấp cho mạch stator nhờ các bộ biến tần đã giải quyết được rất nhiều vấn đề mà thực tế sản xuất yêu cầu. Tuy nhiên các bộ biến tần hiện nay còn tồn tại một số nhược điểm là ảnh hưởng khá nhiều đến lưới điện công nghiệp, đặc biệt khi công suất hệ truyền động lớn, phần lớn các hệ truyền động bộ biến tần-động cơ xoay chiều chưa cho phép động cơ làm việc ở chế độ hãm tái sinh. Việc xây dựng một bộ biến tần khắc phục được các tồn tại đã nêu là một yêu cầu kỹ thuật cấp bách. 2. Mục đích nghiên cứu Đề tài có mục tiêu nghiên cứu: xây dựng hệ truyền động điện biến tần- động cơ xoay chiều cho phép động cơ có thể làm việc được ở cả bốn góc phần tư và cải thiện chất lượng dòng điện qua lưới 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Xây dựng cấu trúc phần chỉnh lưu và nghịch lưu của bộ biến tần gián tiếp. Xây dựng cấu trúc tổng thể một hệ truyền động biến tần bốn góc phần tư (4Q)-động cơ xoay chiều không đồng bộ ba pha. Thực hiện các mô phỏng để kiểm nghiệm kết quả phân tích, tính toán lý thuyết. 4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Đây là đề tài nghiên cứu ứng dụng trong lĩnh vực truyền động điện tự động. Đề tài xây dựng hệ thống truyền động điện động cơ xoay chiều có chất lượng cao hơn các hệ thống hiện có. 5. Kết cấu của luận văn [...]...12 Luận án bao gồm 4 chương: Chương 1: Tổng quan về hệ thống truyền động điện biến tần - ộng cơ xoay chiều Chương 2: Nghiên cứu chỉnh lưu tích cực PWM phục vụ cho biến tần bốn góc phần tư Chương 3: Nghịch lưu điều khiển vector và cấu trúc hệ truyền động điện biến tần 4Q - động cơ không đồng bộ ba pha Chương 4: Mô phỏng hệ truyền động điện biến tần 4Q - ộng cơ không đồng bộ ba pha Kết luận và kiến... http://www.lrc-tnu.edu.vn 13 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG 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 Các hệ thống truyền động điện đƣợc sử dụng rất rộng rãi trong các lĩnh vực khác nhau, chúng đƣợc dùng để cung cấp động lực cho phần lớn các cơ cấu sản xuất Trong thế kỷ XIX đã lần lƣợt xuất hiện truyền động điện động cơ một chiều. .. suất hai chiều giữa động cơ và phần cung cấp một chiều Nhƣ vậy, khả năng làm việc ở cả bốn góc phần tƣ của động cơ trong hệ truyền động điện chỉ còn phụ thuộc vào đặc tính làm việc của chỉnh lƣu, vì thế, nội dung cơ bản của chƣơng này là nghiên cứu về cấu tạo, nguyên lý họat động và khả năng ứng dụng của chỉnh lƣu PWM vào hệ truyền động điện biến tần - động cơ xoay chiều làm việc ở bốn góc phần tƣ Số... [3], [11], [12] Luận văn sẽ tiến hành nghiên cứu bộ biến tần bốn góc phần tƣ dùng chỉnh lƣu tích cực PWM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 29 Chương 2 NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG BIẾN TẦN BỐN GÓC PHẦN TƯ SỬ DỤNG CHỈNH LƯU TÍCH CỰC PWM 2.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Nhƣ đã phân tích trong chƣơng trƣớc, để động cơ trong hệ truyền động điện biến tần - động cơ xoay chiều làm việc đƣợc... thập kỷ 80 hƣớng nghiên cứu ấy đã đạt đƣợc thành tựu lớn, và đã đƣợc coi là bƣớc 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 lƣu thay thế hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều bằng hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều Động cơ điện xoay chiều có thể phân... 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 rotor dây quấn Trong động cơ xoay chiều đồng bộ có động cơ kích từ bằng nam châm vĩnh cửu (thƣờng là loại cực ẩn) và động cơ kích từ bằng nam châm điện (cực lồi) Mỗi loại động cơ đều có những ƣu điểm và nhƣợc điểm nhất... xi măng,… 1.1 .4 Hệ thống điều tốc biến tần - động cơ xoay chiều Trong các hệ thống điều tốc biến tần cho cả 2 loại động cơ xoay chiều đồng bộ và không đồng bộ thì bộ biến tần là khâu quan trọng quyết định đến chất lƣợng của hệ thống truyền động Phụ thuộc vào phạm 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... (yêu cầu bắt buộc của biến tần bốn góc phần tƣ) là phải chuyển đổi đƣợc năng lƣợng từ phía động cơ thành năng lƣợng điện xoay chiều trả lại lƣới điện Để thực hiện vấn đề này có nhiều hƣớng giải quyết, nhƣng phƣơng pháp có ƣu điểm nổi bật là sử dụng bộ biến tần với khâu biến đổi điện áp xoay chiều của lƣới điện thành điện áp một chiều dùng chỉnh lƣu tích cực PWM Biến tần bốn góc phần tƣ dùng chỉnh lƣu... điện xoay chiều và đƣợc chuyển vào lƣới điện xoay chiều 1.3.2 Biến tần bốn góc phần tư (biến tần 4Q) Các phƣơng pháp sử dụng bộ lọc để giảm sóng hài bậc cao trong dòng điện nguồn, sử dụng thiết bị bù để tăng hệ số công suất, dùng điện trở hãm hoặc bộ nghịch để giải phóng năng lƣợng dƣ của động cơ còn tồn tại những vấn đề nhƣ: hệ thống cồng kềnh, đầu tƣ lớn, lọc sóng hài bậc cao khó, khi công suất hệ. .. phổ biến Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 17 1.2 SƠ LƢỢC VỀ CÁC BỘ BIẾN TẦN DÙNG DỤNG CỤ BÁN DẪN CÔNG SUẤT 1.2.1 Biến tần trực tiếp (xoay chiều - xoay chiều) Cấu trúc của thiết bị biến AC tần trực tiếp nhƣ trên hình 1.1 AC Biến tần xoay chiều xoay chiều ~3 Bộ biến đổi này chỉ dùng một U1, f1 khâu biến đổi là có thể biến đổi ~3 U 2 , f2 Hình 1.1: Thiết bị biến . tài tốt nghiệp là: " ;Nghiên cứu hệ truyền động điện biến tần  động cơ xoay chiều sử dụng biến tần 4 góc phần tư& quot;. Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các. http://www.lrc-tnu.edu.vn 13 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG 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 Các hệ. Hình 3.11: Sơ đồ khối hệ truyền động điện biến tần 4Q - ĐK…………… 91 Hình 3.12: Sơ đồ nguyên lý phần lực hệ truyền động biến tần bốn góc phần tư dùng chỉnh lưu PWM - động cơ không đồng bộ ba pha…….