BÁO CÁO LUẬN VĂN GVHD: ThS Biện Văn Khuê ĐÁNH GIÁ CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN 1.Thái độ tác phong nhận thức trình thực đồ án: 2.Hình thức, thể thức trình bày đồ án: Kiến thức chuyên môn: 4.Đánh giá khác: 5.Đánh giá kết quả: GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ThS Biện Văn Khuê SVTH: Nguyễn Văn Hoàng Thanh, Phạm Quốc Thái BÁO CÁO LUẬN VĂN GVHD: ThS Biện Văn Khuê LỜI CÁM ƠN Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy ThS Biện Văn Khuê, cương vị người hướng dẫn đề tài, tận tình giúp đỡ em suốt trình thực luận văn Em xin chân thành cảm ơn thầy cô trường Đại Học Bà Rịa Vũng Tàu cung cấp cho em kiến thức quý báu làm tảng cho nghiên cứu em luận văn Con xin gửi lời tri ân sâu sắc tới ba mẹ, người sinh thành, dạy, nuôi dưỡng quan tâm chăm sóc để có ngày hôm Và sau cùng, xin cảm ơn tất bạn bè, đồng nghiệp có hỗ trợ, động viên, giúp đỡ năm tháng giảng đường đại học trình hoàn thành luận văn này./ Vũng Tàu, ngày 10 tháng năm 2015 Sinh viên thực Nguyễn Văn Hoàng Thanh, Phạm Quốc Thái SVTH: Nguyễn Văn Hoàng Thanh, Phạm Quốc Thái BÁO CÁO LUẬN VĂN GVHD: ThS Biện Văn Khuê MỤC LỤC CHƯƠNG 1: ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ Khái niệm Cấu tạo Nguyên lý hoạt động Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động không đồng 4.1 Điều chỉnh tốc độ động cách thay đổi điện áp 4.2 Điều chỉnh tốc độ động cách thay đổi điện trở CHƯƠNG 2: BIẾN TẦN Khái niệm Phân loại biến tần 2.1 Biến tần trực tiếp 2.2 Biến tần gián tiếp Cấu trúc biến tần Phương thức điều khiển 4.1 Phương thức điều chế độ rộng xung (PWM) 4.2 Phương thức điều chế trực tiếp mô men CHƯƠNG 1: ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ PHA SVTH: Nguyễn Văn Hoàng Thanh, Phạm Quốc Thái BÁO CÁO LUẬN VĂN GVHD: ThS Biện Văn Khuê Khái niệm Động không đồng pha máy điện xoay chiều, làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ, có tốc độ roto khác với tốc độ quay từ trường máy Cấu tạo Gồm phần chính: - Phần tĩnh (Stato): gồm vỏ máy, lõi sắt dây quấn - Phần quay (Roto): gồm trục quay, lõi sắt dây quấn roto Nguyên lý hoạt động SVTH: Nguyễn Văn Hoàng Thanh, Phạm Quốc Thái BÁO CÁO LUẬN VĂN GVHD: ThS Biện Văn Khuê - Khi cho dòng ba pha vào ba dây quấn stato động cơ, stato có từ trường quay Từ trường quay quét qua dây quấn roto, làm xuất suất điện động dòng điện cảm ứng Lực tương tác điện từ từ trường quay dòng điện cảm ứng tạo momen quay tác động lên roto, kéo roto quay theo chiều quay từ trường với tốc độ n < n1 (n1 tốc độ từ trường quay) - Độ sai lệch tốc độ rôto tốc độ từ trường gọi hệ số trược, ký hiệu là: s tính bằng: s = (w0 – w)/w0 Thông thường hệ số trược vào khoảng 2% đến 10% Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động không đồng 4.1 Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện áp Khi thay đổi U thì: W0 = n0/9.55 = 60f/p = const sth = R2’/ Mth = = const / 2w0.(R1 + ) = Mth (U1/Uđm)2 SVTH: Nguyễn Văn Hoàng Thanh, Phạm Quốc Thái BÁO CÁO LUẬN VĂN GVHD: ThS Biện Văn Khuê Ta có: tăng U M tăng Mđm = Pđm/ wđm, suy M tăng w giảm Vậy: tốc độ tỉ lệ nghịch với điện áp U 4.2 Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện trở Khi thay đổi Rf mạch roto W0 = const sth = R2’/ = r2’ + Rf’/ ~ Rf Mth = const - Tốc độ tỉ lệ nghịch với điện trở Rf Vì Rf tăng sth tăng, s = (w0 – w)/w0 nên w giảm SVTH: Nguyễn Văn Hoàng Thanh, Phạm Quốc Thái BÁO CÁO LUẬN VĂN GVHD: ThS Biện Văn Khuê CHƯƠNG 2: BIẾN TẦN Khái niệm - Biến tần thiết bị biến đổi lượng điện từ tần số sang tần số khác mà không làm thay đổi giá trị định mức điện áp Phân loại biến tần Biến tần thường chia làm hai loại: - Biến tần trực tiếp - Biến tần gián tiếp 2.1 Biến tần trực tiếp Biến tần trực tiếp biến đổi tần số trực tiếp từ lưới điện xoay chiều không thông qua khâu trung gian chiều Tần số điều chỉnh nhảy cấp nhỏ tần số lưới ( f1 < flưới ) Loại biến tần sử dụng 2.2 Biến tần gián tiếp Các biến tần gián tiếp có cấu trúc sau: Như để biến đổi tần số cần thông qua khâu trung gian chiều có tên gọi biến tần gián tiếp Chức khối sau: SVTH: Nguyễn Văn Hoàng Thanh, Phạm Quốc Thái BÁO CÁO LUẬN VĂN GVHD: ThS Biện Văn Khuê a) Chỉnh lưu: Chức khâu chỉnh lưu biến đổi điện áp xoay chiều thành điện áp chiều Chỉnh lưu không điều chỉnh có điều chỉnh Ngày đa số chỉnh lưu không điều chỉnh, điều chỉnh điện áp chiều phạm vi rộng làm tăng kích thước lọc làm giảm hiệu suất biến đổi Nói chung chức biến đổi điện áp tần số thực nghịch lưu thông qua luật điều khiển Trong biến đổi công suất lớn, người ta thường dùng chỉnh lưu bán điều khiển với chức làm nhiệm vụ bảo vệ cho toàn hệ thống tải Tùy theo tầng nghịch lưu yêu cầu nguồn dòng hay nguồn áp mà chỉnh lưu tạo dòng điện hay điện áp tương đối ổn định b) Lọc: Bộ lọc có nhiệm vụ san phẳng điện áp sau chỉnh lưu c) Nghịch lưu: Chức khâu nghịch lưu biến đổi dòng chiều thành dòng xoay chiều có tần số thay đổi làm việc với phụ tải độc lập Nghịch lưu ba loại sau: - Nghịch lưu nguồn áp: dạng này, dạng điện áp tải định dạng trước (thường có dạng xung chữ nhật) dạng dòng điện phụ thuộc vào tính chất tải Nguồn điện áp cung cấp phải nguồn sức điện động có nội trở nhỏ Trong ứng dụng điều khiển động cơ, thường sử dụng nghịch lưu nguồn áp - Nghịch lưu nguồn dòng: Ngược với dạng trên, dạng dòng điện tải định hình trước, dạng điện áp phụ thuộc vào tải Nguồn cung cấp phải nguồn dòng để đảm bảo giữ dòng chiều ổn định, nguồn sức điện động phải có điện cảm đầu vào đủ lớn đảm bảo điều kiện theo nguyên tắc điều khiển ổn định dòng điện - Nghịch lưu cộng hưởng: Loại dùng nguyên tắc cộng hưởng mạch hoạt động, dạng dòng điện (hoặc điện áp) thường có dạng hình sin Cả điện áp dòng điện tải phụ thuộc vào tính chất tải SVTH: Nguyễn Văn Hoàng Thanh, Phạm Quốc Thái BÁO CÁO LUẬN VĂN GVHD: ThS Biện Văn Khuê Cấu trúc biến tần Tín hiệu vào điện áp xoay chiều pha ba pha Bộ chỉnh lưu có nhiệm biến đổi điện áp xoay chiều thành chiều Bộ lọc có nhiệm vụ san phẳng điện áp chiều sau chỉnh lưu Nghịch lưu có nhiệm vụ biến đổi điện áp chiều thành điện áp xoay chiều có tần số thay đổi Điện áp chiều biến thành điện áp xoay chiều nhờ việc điều khiển mở khóa van công suất theo quy luật định Bộ điều khiển có nhiệm vụ tạo tín hiệu điều khiển theo luật điều khiển đưa đến van công suất nghịch lưu Ngoài có chức sau: - Theo dõi cố lúc vận hành SVTH: Nguyễn Văn Hoàng Thanh, Phạm Quốc Thái BÁO CÁO LUẬN VĂN GVHD: ThS Biện Văn Khuê - Xử lý thông tin từ người sử dụng - Xác định thời gian tăng tốc, giảm tốc hay hãm - Xác định đặc tính – momen tốc độ - Xử lý thông tin từ mạch thu thập liệu - Kết nối với máy tính -… Mạch kích phận tạo tín hiệu phù hợp để điều khiển trực tiếp van công suất mạch nghịch lưu Mạch cách ly có nhiệm vụ cách ly mạch công suất với mạch điều khiển để bảo vệ mạch điều khiển Màn hình hiển thị điều khiển có nhiệm vụ hiển thị thông tin hệ thống tần số, dòng điện, điện áp,… để người sử dụng đặt lại thông số cho hệ thống Các mạch thu thập tín hiệu dòng điện, điện áp nhiệt độ,… biến đổi chúng thành tín hiệu thích hợp để mạch điều khiển xử lý Ngài có mạch làm nhiệm vụ bảo vệ khác bảo vệ chống áp hay thấp áp đầu vào… Các mạch điều khiển, thu thập tín hiệu cần cấp nguồn, nguồn thường nguồn điện chiều 5, 12, 15VDC yêu cầu điện áp cấp phải ổn định Bộ nguồn có nhiệm vụ tạo nguồn điện thích hợp Sự đời vi xử lý có tốc độ tính toán nhanh thực thuật toán phức tạp thời gian thực, phát triển lý thuyết điều khiển, công nghệ sản xuất IC có mức độ tích hợp ngày cao với giá thành linh kiện ngày giảm dẫn đến đời biến tần ngày thông minh có khả điều khiển xác, đáp ứng nhanh giá thành rẻ SVTH: Nguyễn Văn Hoàng Thanh, Phạm Quốc Thái BÁO CÁO LUẬN VĂN GVHD: ThS Biện Văn Khuê Phương thức điều khiển 4.1 Phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM) Nội dung phương pháp điều chế độ rộng xung tạo tín hiệu sin chuẩn có tần số tần số biên độ tỷ lệ với biên độ điện nghịch lưu Tín hiệu so sánh với tín hiệu cưa có tần số lớn nhiều tần số tín hiệu sin chuẩn Giao điểm hai tín hiệu xác định thời điểm đóng mở van công suất Điện áp có dạng xung với độ rộng thay đổi theo chu kỳ Hình 3-1: Dạng sóng đầu theo phương pháp điều chế độ rộng xung (vo1 thành phần sin chuẩn, v i điện chiều vào nghịch lưu, vo điện áp ) Trong trình điều chế, người ta tạo xung hai cực cực, điều biến theo độ rộng xung đơn cực điều biến theo độ rộng xung lưỡng cực Trong đề tài em sử dụng phương điều chế độ rộng xung đơn cực Có hai phương pháp điều chế là: - Điều chế theo phương pháp sin PWM (SPWM) - Điều chế vectơ 4.1.1 Điều chế theo phương pháp SPWM Để tạo điện áp xoay chiều phương pháp SPWM, ta sử dụng tín hiệu xung tam giác vtri (gọi sóng mang) đem so sánh với tín hiệu sin chuẩn SVTH: Nguyễn Văn Hoàng Thanh, Phạm Quốc Thái BÁO CÁO LUẬN VĂN GVHD: ThS Biện Văn Khuê vc (gọi tín hiệu điều khiển) Nếu đem xung điều khiển cấp cho nghịch lưu pha, ngõ thu dạng xung điện áp mà thành phần điều hòa có tần số tần số tín hiệu điều khiển vc biên độ phụ thuộc vào nguồn điện chiều cấp cho nghịch lưu tỷ số biên độ sóng sin mẫu biên độ song mang Tần số sóng mang lớn nhiều tần số tín hiệu điều khiển Hình 3-3: miêu tả nguyên lý của phương pháp điều chế SPWM pha: Hình 3-2: Nguyên lý điều chế SPWM pha Khi: vc > vtri , VA0 = Vdc/2 vc < vtri , VA0 = -Vdc/2 SVTH: Nguyễn Văn Hoàng Thanh, Phạm Quốc Thái BÁO CÁO LUẬN VĂN GVHD: ThS Biện Văn Khuê Đối với nghịch lưu áp ba pha có sơ đồ hình 3-3 Để tạo điện áp sin ba pha dạng điều rộng xung, ta cần ba tín hiệu sin mẫu Nguyên lý điều chế dạng sóng sau: SVTH: Nguyễn Văn Hoàng Thanh, Phạm Quốc Thái BÁO CÁO LUẬN VĂN GVHD: ThS Biện Văn Khuê Hình 3-3: Nguyên lý điều chế SPWM ba pha Hệ số điều chế biên độ ma định nghĩa tỷ số biên độ tín hiệu điều khiển với biên độ sóng mang: ma = Vi/Vtri ma - hệ số điều biến Vi - biên độ sóng điều khiển Vtri - biên độ sóng mang Trong vùng tuyến tính (0 < ma < 1), biên độ thành phần sin VA01(điện áp pha) dạng sóng đầu tỷ lệ với hệ số điều biến theo công thức: VA01 = ma Vdc/2 SVTH: Nguyễn Văn Hoàng Thanh, Phạm Quốc Thái BÁO CÁO LUẬN VĂN GVHD: ThS Biện Văn Khuê Đối với điện áp dây là: VAB1= ma Vdc/2 Như phương pháp biên độ điện áp dây đầu nghịch lưu đạt 86,67% điện áp chiều đầu vào vùng tuyến tính (0 < ma < 1) Hệ số điều chế tỷ số mf tỷ số tần số sóng mang tần số tín hiệu điều khiển: mf = ftri/fc mf - hệ số điều chế tỷ số ftri - tần số sóng mang, tần số PWM fc - số tín hiệu điều khiển Giá trị mf chọn có giá trị dương lẻ Nếu mf giá trị không nguyên dạng sóng đầu có thành phần điều hòa phụ (subharmonic) Nếu mf số lẻ, dạng sóng đầu tồn thành phần chiều hài bậc chẵn Giá trị mf nên bội số đối nghịch lưu áp ba pha điện áp dây đầu triệt tiêu hài bậc chẵn hài bội số ba Như vậy, điện áp chiều đầu vào không đổi, để điều chỉnh biên độ tần số điện áp đầu ta việc điều chỉnh biên độ tần số tín hiệu sin chuẩn Vc Đặc trưng phương pháp thành phần sóng điều hòa điện áp Muốn giảm sóng điều hòa bậc cao cần phải tăng tần số sóng mang hay tần số PWM Tuy nhiên tăng tần số PWM tổn hao chuyển mạch lại tăng lên 4.2 Phương pháp điều khiển trực tiếp momen (DTC: Direct Torque Moment) Sự khác phương pháp điều chế SVPWM phương pháp DTC phương pháp DTC không sử dụng khuôn mẫu chuyển mạch cố định (fixed SVTH: Nguyễn Văn Hoàng Thanh, Phạm Quốc Thái BÁO CÁO LUẬN VĂN GVHD: ThS Biện Văn Khuê switching pattern) Phương pháp chuyển mạch nghịch lưu theo yêu cầu tải Vì không sử dụng khuôn mẫu chuyển mạch cố định, phương pháp đáp ứng cực nhanh theo biến động tải Độ xác vận tốc phương pháp lên tới 0,5%, không cần phải sử dụng thiết bị phản hồi Trái tim phương pháp khâu thích ứng động Khâu thích ứng dựa mô hình toán học động Khâu thích ứng yêu cầu thông tin nhiều thông số động cơ, điện trở stato, điện cảm tương hỗ, hệ số bão hòa, Thuật toán lấy thông tin động lúc khởi động mà không làm quay động Nhưng việc làm quay động vòng vài giây giúp cho việc điều chỉnh khâu thích ứng hiệu chỉnh tốt, việc điều khiển tốc độ momen có độ xác cao Từ điện áp chiều, dòng điện dây vị trí chuyển mạch thời, khâu thích ứng tính toán từ thông momen thực tế động Những giá trị đưa tới so sánh hai lớp từ thông momen tương ứng Đầu so sánh tín hiệu tham chiếu momen từ thông cho bảng lựa chọn chuyển mạch tối ưu Vị trí chuyển mạch lựa chọn đưa thẳng tới nghịch lưu mà không cần điều chế có đáp ứng nhanh Tín hiệu tham chiếu tốc độ đặt từ bên giải mã để tạo từ thông momen tham chiếu Vì thế, phương pháp điều khiển trực tiếp momen, từ thông momen động biến điều khiển trực tiếp có tên điều khiển trực tiếp momen Ưu điểm phương pháp tốc độ đáp ứng nhanh, không cần thiết bị phản hồi, giảm sử hỏng hóc khí, hiệu suất gần máy điện chiều mà phản hồi Nhược điểm phương pháp trễ vốn có so sánh dẫn đến từ thông momen bị nhấp nhô Vì chuyển mạch thực tần số thấp nên thành phần điều hòa bậc thấp tăng lên SVTH: Nguyễn Văn Hoàng Thanh, Phạm Quốc Thái [...]... không sử dụng khuôn mẫu chuyển mạch cố định (fixed SVTH: Nguyễn Văn Hoàng Thanh, Phạm Quốc Thái BÁO CÁO LUẬN VĂN GVHD: ThS Biện Văn Khuê switching pattern) Phương pháp này chuyển mạch bộ nghịch lưu theo yêu cầu của tải Vì không sử dụng khuôn mẫu chuyển mạch cố định, phương pháp này đáp ứng cực nhanh theo sự biến động của tải Độ chính xác vận tốc của phương pháp này lên tới 0,5%, mặc dù không cần phải sử. .. rộng xung đơn cực và điều biến theo độ rộng xung lưỡng cực Trong đề tài này em sử dụng phương điều chế độ rộng xung đơn cực Có hai phương pháp điều chế cơ bản là: - Điều chế theo phương pháp sin PWM (SPWM) - Điều chế vectơ 4.1.1 Điều chế theo phương pháp SPWM Để tạo ra điện áp xoay chiều bằng phương pháp SPWM, ta sử dụng một tín hiệu xung tam giác vtri (gọi là sóng mang) đem so sánh với một tín hiệu... van công suất Điện áp ra có dạng xung với độ rộng thay đổi theo từng chu kỳ Hình 3-1: Dạng sóng đầu ra theo phương pháp điều chế độ rộng xung (vo1 là thành phần sin chuẩn, v i là điện một chiều vào bộ nghịch lưu, vo là điện áp ra ) Trong quá trình điều chế, người ta có thể tạo xung hai cực hoặc một cực, điều biến theo độ rộng xung đơn cực và điều biến theo độ rộng xung lưỡng cực Trong đề tài này em sử. .. nhanh Tín hiệu tham chiếu tốc độ đặt từ bên ngoài được giải mã để tạo ra từ thông và momen tham chiếu Vì thế, trong phương pháp điều khiển trực tiếp momen, từ thông và momen động cơ là những biến được điều khiển trực tiếp vì thế có tên là điều khiển trực tiếp momen Ưu điểm của phương pháp này tốc độ đáp ứng rất nhanh, không cần các thiết bị phản hồi, giảm được sử hỏng hóc về cơ khí, hiệu suất gần bằng... cầu của tải Vì không sử dụng khuôn mẫu chuyển mạch cố định, phương pháp này đáp ứng cực nhanh theo sự biến động của tải Độ chính xác vận tốc của phương pháp này lên tới 0,5%, mặc dù không cần phải sử dụng một thiết bị phản hồi nào Trái tim của phương pháp này là khâu thích ứng động cơ Khâu thích ứng này dựa trên mô hình toán học cơ bản của động cơ Khâu thích ứng yêu cầu thông tin về rất nhiều thông... biến Vi - biên độ sóng điều khiển Vtri - biên độ sóng mang Trong vùng tuyến tính (0 < ma < 1), biên độ của thành phần sin cơ bản VA01(điện áp pha) trong dạng sóng đầu ra tỷ lệ với hệ số điều biến theo công thức: VA01 = ma Vdc/2 SVTH: Nguyễn Văn Hoàng Thanh, Phạm Quốc Thái BÁO CÁO LUẬN VĂN GVHD: ThS Biện Văn Khuê Đối với điện áp dây là: VAB1= ma Vdc/2 Như vậy trong phương pháp này biên độ điện áp dây