Thuyết minh đồ án tốt nghiệp #" Bộ môn đo lờng v điều khiển
Sinh viên thiết kế:
Nguyễn Đức Quyền
Trang 1
Lời nói đầu
ộng cơ không đồng bộ có nhiều u điểm so với động cơ một
chiều : hệ số công suất, trọng lợng cao vận hành tin cậy, giá
thành chế tạo và chi phí vận hành thấp. Tuy nhiên do cấu trúc phi tuyến với
đa thông thông số,nên điều khiển động cơ không đồng bộ là khó khăn.
Những năm gần dây, với sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật bán dẫn
công suất lớn.Vi mạch điện tử và lý thuyết điều khiển, nhiều phơng pháp
điều khiển hiệu quả đã đợc đề suất cho điều khiển động cơ không đồng bộ.
Chính vì vậy động cơ không đồng bộ đã đợc sử dụng rộng rãi trong hệ
thống truyền động điều chỉnh tốc độ của các máy sản xuất, thay thế dần
động cơ một chiều, ví dụ nh ở các thiết bị của dây chuyền sản xuất xi
măng
Điều khiển điện áp nguồn cumg cấp cho động cơ là môt phơng pháp
đơn giản và kinh tế, nhng chất lợng điều chỉnh tĩnh và động không cao.
Phơng pháp này thích hợp cho cac phụ tải là quạt gió, máy bơm .
Phơng pháp điều khiển hiệu quả là thay đổi tần số điện áp nguồn
cung cấp cho động cơ. Do tốc độ động cơ xấp xỉ bằng tốc độ đồng bộ, nên
động cơ làm việc với độ trơt và tổn hao công suất trợt trong mạch rotor
nhỏ. Tuy nhiên phơng pháp này phức tạp và đắt tiền. Trong hệ thống
chuyền động điện điều khiển tần số phơng pháp điều khiển theo từ thông
có thể tạo cho động cơ đặc tính tĩnh và động tốt . Với phơng pháp điều
khiển gián tiếp , các hệ thống điều khiển điện áp/ tần số và dòng điện / tần
số trợt đã đợc sử dụng rộng rãi trong công nghiệp.
Trên cơ sở đó thiết kế hệ thống truyền động cho băng tải của hệ thống cân
bằng định lợng này . Qua một thời gian tìm hiểu, nghiên cứu và đợc sự
giúp đỡ của thầy giáo hớng dẫn thạc sĩ: Lê Xuân Quý cùng với các thầy
cô giáo trong bộ môn, bạn bè đồng nghiệp, đến nay đồ án của em đã hoàn
thành.
Với khả năng kiến thức còn có hạn, do đó bản đồ án này của em chắc
sẽ không tránh khỏi những thiếu sót. Bởi vậy em rất mong đợc sự góp ý,
giúp đỡ của các thầy các cô và các bạn đồng nghiệp.
Ngày 6 tháng 3 năm 2000 Nguyễn Đức Quyền
Thuyết minh đồ án tốt nghiệp #" Bộ môn đo lờng v điều khiển
Sinh viên thiết kế:
Nguyễn Đức Quyền
Trang 3
Phần I
Tổng quan về động cơ không
đồng bộ và các phơng pháp
điều chỉnh tốc độ
phải từ trờng quay tạo nên bằng thiết bị đứng yên là stator nh các máy
điện hiện này. Một thời gian dài hiện tợng Aragô không đợc ứng dụng
vào thực tế. Chỉ đến năm 1979 U.Bêli ( ngời Anh ) mới phát hiện ra 1
dụng cụ trong đó việc dịch chuyển trong không gian của từ trờng nhờ 1
thiết bị đứng yên gồm 4 nam châm điện đợc đặt trên khoảng cách nh
nhau so với trụ quay của đĩa bằnh đồng.
Để tạo nên từ trờng quay ngời ta sử dụng một thiết bị chuyển mạch
đặc biệt cung cấp cho nam châm điện những xung điện một chiều có biên
độ và chiều tơ
ng ứng. Nhà bác học ngời ý Gfecrarix, nhà bác học ngời
Nam t Ntecla sống và làm việc chủ yếu ở Mỹ đã phát hiện ra hiện tợng từ
Thuyết minh đồ án tốt nghiệp #" Bộ môn đo lờng v điều khiển
Sinh viên thiết kế:
Nguyễn Đức Quyền
Trang 4
trờng quay nh nhận thức hiện nay vào năm 1888 một cách độc lập nhau.
Họ đã chứng minh thành công hai cuộn dây đặt vuông góc với nhau và đợc
cung cấp các dòng điện hình sin lệch nhau 90
0
sẽ tạo ra đợc từ trờng
quay, vector cảm ứng của từ trờng này đặt ở điểm giao nhau của trục các
cuộn dây sẽ quay đều không thay đổi biên độ. Nhng động cơ hai pha của
Fecrarix có mạch từ hở còn rotor là 1 hình trụ bằng đồng sinh ra công suất
tất cả chừng 3w chỉ gần giống với động cơ không đồng bộ hiện nay. Mặt
khác xuất phát từ các giả thiết không đúng về việc cần thiết phải vận hành.
Động cơ với công suất cực đại Fecrarix kết luận sai lầm rằng hiệu suất của
giải quyết các thuật toán phức tạp điều khiển động cơ xoay chiều ba pha,
trong thời gian thực với chất lợng điều khiển cao. Điều đó dẫn đến xu
hớng thay thế triệt để truyền động điện một chiều bởi truyền động điện ba
pha có mọi u điểm của truyền động điện một chiều và ít phải bảo dỡng dễ
chế tạo cùng mọi u điểm khác.
Thuyết minh đồ án tốt nghiệp #" Bộ môn đo lờng v điều khiển
Sinh viên thiết kế:
Nguyễn Đức Quyền
Trang 5
II. các phơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ
không đồng bộ
Bên cạnh các truyền động về thuỷ lực, dùng khí nén, truyền động
điện ngày càng đợc sử dụng rộng rãi và trở thành khâu không thể thiếu
đợc trong các dây truyền sản suất, đặc biệt là trong các dây sản suất truyền
tự động hiện đại. ở đâu có chuyển động học (các dây truyền, tay máy,
ngời máy ). ở đâu có động cơ điện làm thiết bị trung gian để chuyển hoá
điện năng thành cơ năng với những đặc tính cần thiết. Việc điều chỉnh
chính xác dòng cơ năng tạo nên các chuyển động phức tạp của dây truyền
công nghệ nâng cao chất lợng và giảm giá thành sản phẩm là nhiệm vụ của
hệ thống truyền động. Bởi vậy truyền động điện là môn khoa học ứng dụng
các kiểu thức mới nhất, của lý thuyết điều khiển các công nghệ mới nhất
của vi điện tử vi tính, nhằm gán cho động cơ các tính năng cao đáp ứng
đợc các đòi hỏi ngày càng cao của tự động hoá đặt ra cho các hệ truyền
động.
Khác với động cơ điện một chiều động cơ không đồng bộ đợc cấu
M
dm
0
S
th
S
H
ình 1. đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ
Thuyết minh đồ án tốt nghiệp #" Bộ môn đo lờng v điều khiển
Sinh viên thiết kế:
Nguyễn Đức Quyền
Trang 6
Phơng trình đặc tính cơ :
]X)
S
R
R[(S
sRfU.3
M
2
nm
2
2
11
Trong phạm vi của đồ án này chủ yếu ta đi sâu nghiên cứ phơng
pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi tần số nguồn bằng các
bộ biến tần, còn các phơng pháp khác chỉ nêu qua.
1. Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng cách thay đổi
điện áp U
1
.
Mômen quay của động cơ tỷ lệ với bình phơng điện áp stator
(M = U
2
) do đó có thể điều chỉnh đợc mômen và tốc độ động cơ
không đồng bộ bằng cách điều chỉnh giá trị điện áp stotor trong khi giữ
nguyên tần số. Khi thay đổi U
1
giữ nguyên đặc tính tải M
N
= f(S) đặc tính
cơ biến đổi dần đến lầm thay đổi hệ số trợt. Khi tẩi không đổi nghĩa là khi
M = const hệ số trợt biến đổi coi nh tỷ lệ nghịch với bình phơng điện áp
S = 1/ U
2
cáchệ số trợt khác nhau ứng với cácU
đm
khác nhau. Để điều
chỉnh điện áp không đồng bộ ta phải dùng các bộ biến đổi điện áp.
Thuyết minh đồ án tốt nghiệp #" Bộ môn đo lờng v điều khiển
Sinh viên thiết kế:
Nếu tốc độ của động cơ là không đổi : = const thì M
N
= M
U
/M
gh
công thức (1) đúng với mọi giá trị điện áp mômen trong đó :
- U
đm
là điện áp định mức của động cơ.
- U
b
là đầu ra của điện áp xoay chiều.
- M
th
là mômen tới hạn khi điện áp là định mức.
- M
u
là mômen tới hạn khi điện áp là điện áp điều chỉnh.
- M
gh
là mômen ứng U
đm
và điện trở phụ R
f.
Vì giá trị của độ trợt tới hạn S
f
R
f
ĐC
Biến
đổi điện
áp xoay
chiều
(1)
U
đm
,R
f
0
0
1
S
th
S
thgh
Mc(
)
U
b2
đtừ
.S = S .M .
1
,
1
bằng tốc độ từ trờng quay) nên phơng pháp
này chủ yếu đợc áp dụng cho những động cơ công suất vừa và nhỏ có hệ
số trợt tới hạn S
th
lớn.
2- Phơng pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở
mạch dây quấn rotor.
Khi đa thêm điện trở phụ R
f
vào mạch dây quấn rotor thì :
M
th
= const ;
1
= const và
2
nm
2
1
fr
th
XR
RR
S
+
Khi điều chỉnh tốc độ bằng phơng pháp này tổn hao trong mạch dây
quấn rotor (S. P
đt
) đợc phân phối giứa bản thân động cơ và biến trở điều
chỉnh tỷ lệ với các hệ số trợt lớn khi đố R
2
= R
f
và chủ yéu đợc phát ra
trên biến trở.
M
th
U
đm
,R
f
0
U
đm
,R
f
= 0
chỉnh lu thành một chiều qua cuộn kháng cấp cho nghịch lu phụ thuộc.
Điện áp và tần số xoay chiều của nghịch lu là không đổi do đợc xác định
bởi tần số và điện áp của lới điện. Góc điều chỉnh của nghịch lu thay đổi
trong khoảng 90
0
ữ140
0
. Độ lớn của dòng rotor hoàn toàn phụ thuộc vào
mômen tải mà không phụ thuộc vào góc điều khiển của nghịch lu.
ở chế độ không tải lý tởng khi dòng rotor bằng 0 thì tốc độ không
tải ý tởng sẽ đợc tính : S
0
= U
r0
/ U
m
Trong đó : U
r0
là suất điện Động chỉnh lu không tải phía rotor.
U
m
là biên độ điện áp pha stator.
Nên nếu ta điều chỉnh đợc sức điện động chỉnh lu mạch phía rotor
thì có thể điều chỉnh đợc độ trợt không tải lý tởng tức là điều chỉnh
đợc tốc độ không tải lý tởng mà giá trị của sức điện động chỉnh lu
đợc
điều chỉnh bởi góc mở của nghịch lu phụ thuộc. Đặc tính cơ của hệ nối
tầng dùng thiristor ứng với các góc mở khác nhau nh hình vẽ :
th
M
Thuyết minh đồ án tốt nghiệp #" Bộ môn đo lờng v điều khiển
Sinh viên thiết kế:
Nguyễn Đức Quyền
Trang 10
Do điện cảm cuộn lọc trong mạch một chiều có giá trị là hữu hạn nên
dòng một chiều có thể bị gián nên đặc tính ở đoạn này có độ dốc lớn. Mặt
khác do sụt áp gây nên bởi điện trở stator. Điện trở mạch một chiều, điện
trở điện kháng của máy biến áp cung cấp cho mạch nghịch lu, sụt áp do
chuyển mạch của nghịch lu và chỉnh lu cho nên các đặc tính cơ điều
chỉnh đều có độ cứng và mômen tới hạn nhỏ hơn đặc tính cơ tự nhiên.
Nguyên lý điều công suất trợt thờng áp dụng cho các truyền động
công suất lớn vì khi đó tiết kiệm năng lợng có ý nghĩa rất lớn. Phạm vi
điều chỉnh tốc độ không lớn lắm và mômen động cơ bị giảm khi tốc độ thấp
. Mặt khác các hệ thống lớn khi khởi động động cơ thờng dùng điện trở
phụ kiểu chất lỏng sau đố chuyển sang chế độ điều chỉnh công suất trợt do
đó nên áp dụng cho các hệ thống có số lần khởi động và đảo chiều ít.
4- điều chỉnh tốc độ động cơ không đòng bộ bằng phơng pháp
thay đổi tần số.
Các hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều có yêu cầu cao về
dải điều chỉnh và tính chất động học, chỉ có thể thực hiện đợc với bộ biến
tần. Các hệ thống này sử dụng động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc, kết
cấu đơn giản, vững chắc giá thành rẻ, có thể hoạt động trong mọi môi
trờng, kể cả mọi trờng có hoạt tính cao nh nớc .
Giá thành tru
y
ền độn
g
tần só
Giá thành tru
y
ền độn
g
1 chiều
50%
100%
30%
100%
P(kw)
t(năm)
Thuyết minh đồ án tốt nghiệp #" Bộ môn đo lờng v điều khiển
Sinh viên thiết kế:
Nguyễn Đức Quyền
Trang 11
cứng của đặc tính cơ và khả năng quá tải trong toàn bộ trong toà bộ dải
điều chỉnh tần số và phụ tải. Ngoài ra còn có vài yêu cầu về điều chỉnh tối
u trong chế độ tĩnh, thí dụ nh yêu cầu đảm bảo đợc mômen max ứng với
dòng điện đã cho hoặc đảm bảo đợc mômen đủ lớn khi tốc độ bằng
không
Tuỳ theo yêu cầu và nền kinh tế ta có thể xác định đợc các cấu trúc
bù từ thông . Thuyết minh đồ án tốt nghiệp #" Bộ môn đo lờng v điều khiển
Sinh viên thiết kế:
Nguyễn Đức Quyền
Trang 12
Ta có mối quan hệ giữa dòng điện stator và từ thông rotor qua công
thức sau:
2
2
m
r
z
).T(1
L
I +
= ;
r
r
r
R
L
T =
U
đk
NLĐ
L
NMC
a
c
b
I
a
u
a
Thuyết minh đồ án tốt nghiệp #" Bộ môn đo lờng v điều khiển
Sinh viên thiết kế:
Nguyễn Đức Quyền
Trang 13
4.1.2- biến đổi tần số-dòng điện.
Biến tần nguồn dòng có u điểm là tăng đợc công suất đơn vị máy,
mạch động lực đơn giản mà vẫn có thể thực hiện hãm tái sinh động cơ.
Nguồn điện một chiều cấp cho nghịch lu phải là nguồn dòng, tức là dòng
điện không phụ thuộc vào tải mà chỉ phụ thuộc vào tín hiệu điều khiển. Để
tạo nguồn dòng một chiều thờng dùng chỉnh lu điều khiển hoặc băm
xung áp một chiều có bộ điều chỉnh dòng điện có cấu trúc tỷ lệ tích phân
( PI ) . Mạch lọc là điện kháng tuyến tính có trị số điện cảm đủ lớn. Do có
nguồn dòng 1 chiều nên việc chuyển mạch các van bán dẫn có thể thực hiện
bằng các tụ trên van chuyển mạch.
ở hệ thống biến dòng nguồng dòng thì mômen cực đại hay mômen
tới hạn không phụ thuộc vào tần số mà chỉ phụ thuộc vào bình phơng dòng
điện stator khi biến tần nguồn dòng việc với tải là động cơ xoay chiều thì
điện áp ra của tải xuất hiện các xung nhọn tại các thời điểm chuyển mạch
giữa các pha. Trong thực tế kỹ thuật sử dụng không hoàn toàn nh vậy cần
có các mạch khoá cỡng bức van bán dẫn, bảo đảm chuyển mạch dòng điện
giữa các pha một cách chắc chắn trong phạm vi điều chỉnh tần số và dòng D4
CL
-
i
d
c
b
a
i
b
i
a
D1
T
1
T
3
ĐK
CL
RI
T
5
D3 D5
D6
1
( với tần số f
1
) chỉ cần
qua một van chỉng lu là chuyển ngay ra tải với tần số khác. Vì vậy biến
tần này có hiệu suất biến đổi năng lợng cao nhng số lợng van lớn sơ đồ
mạch van phức tạp. Việc thay đổi tần số ra là phức tạp và phụ thuộc vào tần
số f
1
.
Loại biến tần này làm việc chủ yếu trong phạm vi tần số ra f
2
f
1
.
Tuy nhiên trong lý thuyết hay nguyên tắc có thể thiết lập biến tần với tần số
f
2
có thể lớn hơn f
1
nhng độ phức tạp rất cao. Trong biến tần trực tiếp thì
đờng cong điện áp ra là đờng ghép nối các đoạn hình sin của điện áp
nguồn bằng cách nối tải vào các pha của nguồn một cách luân phiên nhờ
các van bán dẫn. Các van bán daaxntrông biến tần đợc chuyển mạch một
tự nhiên.
Biến tần trực tiếp có hiệu suất rất cao vì chỉ có một lần biến đổi năng
lợng và cho phép thực hiện hãm tái sinh mà không cần các mạch phụ cũng
có thể thực hiện điều chỉnh điệp áp và tần số đầu ra của biến tần với dạng
sóng gần sin. Tuy nhiên cũng có nhiều nhợc điểm nh : hệ số công suất
thấp, dải điều chỉnh tần số bị giới hạn trên của nguồng cung cấp và điều
4.2.2- Bộ biến đổi tần số gián tiếp.
Trong biến tần loại này điện áp xoay chiều đầu tiên đợc biến thành
điện áp một chiều nhờ chỉnh lu sau đó qua bộ lọc và cuối cùng thành điện
áp xoay chiều nhờ nghịch lu. Biến tần loại này cho phép biến đổi về tần số
f
2
không phụ thuộc vào tần số trong một dải rộng cả trên và dới f
1
chỉ phụ
thuộc vào mạch điều khiển.
Trang 16
Tần số và hình dáng điện áp xoay chiều đầu ra cung cấp cho mạch tải
do nghịch lu quyết định. Căn cứ vào tính chất của mạch 1 chiều cung cấp
cho nghịch lu mà ta có 2 loại nghịch lu: nghịch lu áp và nghịch lu
dòng.
Nghịch lu áp: là bộ nghịch lu định hình điện áp trên tải là những
xung vuông, còn hình dáng dòng điện và góc pha của tải phụ thuộc vào
thông số của tải. Nguồn cung cấp cho nghịch lu áp là nguồng điện áp 1
chiều, ổn định nh một bộ chỉnh lu có các tụ song song với dung lợng lớn
ở đầu ra, sơ đồ nguyên lý của nghịch lu áp nh sau: Tụ c =
trong sơ đồ để thực hiện việc trả năng lợng phản kháng
của tải về nguồn điện 1 chiều khi tải không phải là tải thuần trở và duy trì
điện áp cung cấp cho nghịch lu là ổn định.
Điện áp ra của nghịch lu áp không có dạng hình sin mà đa số là
dạng chữ nhật các van bán dẫn chuyên dùng tranzitor ngời ta tánh dùng
tristor. Nghịch lu áp 3 pha ngời ta thờng dùng sơ đồ cầu, quá trình điện
từ trong nghịch lu phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau nh đặc tính tải,
cách đấu tải, kiểu đấu biến áp ra nguồn cung cấp và nguyên tắc điều khiển.
Nghịch lu dòng : là là bộ nghịch lu định hình dòng điện trên tải là
những xung vuông còn hình dáng điện áp và góc pha của tải thì do thông số
của tải quyết định. Trong công nghiệp ngời ta thờng sử dụng chỉnh lu có
mắc cuộn kháng có giá trị dủ lớn ở đầu ra.
Thuyết minh đồ án tốt nghiệp #" Bộ môn đo lờng v điều khiển
Sinh viên thiết kế:
Nguyễn Đức Quyền
Trang 17
III. kết luận
Nh vậy : trong truyền động điện với những chỉ tiêu kinh tế và kỹ
thuật có u điểm nổi bật của động cơ điện không đồng bộ xoay chiều ba
pha, ngày nay đợc sử dụng rộng rãi và dần thay thế động cơ điện một
chiều trong lĩnh vực điều chỉnh truyền động điện xoay chiều. Bởi vì nhợc
điểm chính của động cơ điện không đồng bộ xoay chiều ba pha là điều
chỉnh tốc độ và khống chế quá trình quá độ khó khăn. Nhng ngày nay với
sự phát triển của khoa học kỹ thuật thì đã giải quyết đợc các thuật toán
phức tạp, điều chỉnh tốc độ không còn là khó khăn.
Trong các phơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều có yêu
cầu cao về dải điều chỉnh và tính chất động học chỉ có thể thực hiện với
phơng pháp điều chỉnh tần số bằng thiết bị biến tần. Các hệ thống này sử
dụng động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc có kết cấu đơn giản và các u
D
4
D
3
T
5
T
2
D
6
D
1
T
3
T
4
T
1
T
6
Thuyết minh đồ án tốt nghiệp #" Bộ môn đo lờng v điều khiển
Sinh viên thiết kế:
Nguyễn Đức Quyền
Trang 18
Phần II
Mô tả các đại lợng ba pha
là ba dòng chảy từ lới qua
đầu nối vào động cơ. Khi động cơ chạy bằng biến tần, đó là ba dòng đầu ra
của biến tần. Ba dòng điện đó thoả mãn phơng trình sau:
i
su
+ i
sv
+ i
sw
= 0 (2.1)
Trong đó tờng dòng điện thoả mãn các công thức sau:
i
su
(t) = i
s
.cos(
s
t) (2.2a)
i
sv
(t) = i
s
.cos(
s
t + 120
0
) (2.2b)
i
sw
(t) = i
Sinh viên thiết kế:
Nguyễn Đức Quyền
Trang 19
Một cánh lý tởng thì ba cuộn dây của động cơ xoay chiều ba pha đặt
lệch nhau 1 góc 120
0
trên mặt cắt ngang nếu trên mặt phẳng đó ta thiết lập
một hệ trục toạ độ phức với trục đi qua cuận dây u của động cơ ta có thể
dựng vector không gian sau đây:
i
s
(t) =
3
2
[ i
su
(t) +i
sv
(t)
e
j120
+ i
sw
(t).
e
j240
] = i
Qua hình (2-2) ta thấy rằng các dòng điện ba pha chính là hình chiếu
của vector mới thu đợc trên cuộn dây pha đó. Đối với các đại lợng khác
của động cơ nh điện áp, dòng rotor, từ thông stator, từ thông rotor đều có
thể xây dựng các vector tơng ứng đối với dòng điện kể trên. Ta đặt tên cho
trục thực của một mặt phẳng là
còn trục ảo là , ta hãy quan sát hình
chiếu của các vector dòng ở trên xuống hai trục đó, hai hình chiếu đợc đặt
tên là i
s
và i
s
, trên hình vẽ sau đây.
H
ình 2-
2
. Thiết lập vector không gian từ các đại lợng ba pha
j 240
0
j
e
3
2
i
sw
(t).
e
j 120
0
j 120
0
Thuyết minh đồ án tốt nghiệp #" Bộ môn đo lờng v điều khiển
Sinh viên thiết kế:
Nguyễn Đức Quyền
Trang 20
=
3
1
(i
su
+ i
sv
) (2.4.b)
Tơng tự với các vector stator các vector điện áp stator, dòng rotor, từ
thông stator, từ thông rotor đều đợc biểu diễn bằng các phần tử thuộc hệ
toạ độ cố định(TĐST).
i
s
= i
s
+ ji
s
(2-5a)
u
s
= u
s
+ ju
s
+
s
(2-5e)
120
0
120
0
i
sv
120
0
i
su
= i
s
Cuộn dây
pha W
Cuộn dây
pha U
Cuộn dây
pha V
i
sw
i
s
có chung điểm gốc và lệch đi một góc là V
*
so với hệ toạ độ xy.
Quan sát 1 góc V
bất kỳ ta thu đợc :
Trên hệ xy : V
xy
= x + j y (2-6)
Trên hệ x
*
y
*
: v
*
= x
*
+ j y
*
(2-7)
= (x+jy)(cosv
*
- jsinv
*
) = v
xy
. e
-jv*
(2-9.b)
Một cách tổng quát ta thu đợc từ (2-9.a) và (2-9.b) công thức chuyển
hệ sau đây.
V
xy
= V
*
. e
jv*
V
*
= V
xy
e
-jv*
(2-10)
Hai hệ toạ độ xy và x
*
y
*
đợc coi là cố định hay góc lệch pha v
*
x
*
x
H
ình 2-
4
. Chuyển hệ toạ độ cho vector không
*
=
dt
dv*
x
*
Thuyết minh đồ án tốt nghiệp #" Bộ môn đo lờng v điều khiển
Sinh viên thiết kế:
Nguyễn Đức Quyền
Trang 22
Bây giờ giả sử ta quan sát ĐCXCBP đang quay với tốc độ
=
d
t
dv
Trong đó v là góc tạo bởi trục rotor và trục chuẩn (trục đi qua cuộn dây pha
dòng điện đó cũng có thể biểu diễn dới dạng vector i
r
quay
với tốc độ góc
=2f .
i
q
Cuộn dây
pha U
Cuộn dây
pha W
i
s
Thuyết minh đồ án tốt nghiệp #" Bộ môn đo lờng v điều khiển
Sinh viên thiết kế:
Nguyễn Đức Quyền
Trang 23
ở hình (2-5) nếu ta xây dựng một hệ toạ độ mới có trục thực có hớng
trùng với hớng của véc tơ
r
và gốc toạ độ trùng với gốc toạ độ , và đặt
tên cho các trục mới là dq. Ta thấy rằng hệ trục toạ độ mới này quay xung
quanh điểm gốc với tốc độ góc
s
và vector i
s
sd
+ ji
sq
(2.11.b)
Nếu biết góc i
s
thì ta có thể rễ dàng tính đợc i
s
f
bằng công thức
i
s
f
= i
s
s
.e
-j
s
(2.12)
Hoặc một cách chi tiết hơn ta có:
i
sd
= i
s
sin
đã đợc tính bằng công thức
(2.4.a) và (2.4.b) trên cơ sở các dòng đo đợc i
su
,i
sv
.
Toàn bộ quá trình diễn giải trên đợc tổng kết trên hình sau.
s
i
sq
w
v
u
ĐCXB
P
Biến tần
Khiển biến tần3
=
M
3
H
ình 2.6.thu thập các giá trị dòng stator trên hệ toạ độ từ thông
thực của vector ông rotor
Thuyết minh đồ án tốt nghiệp #" Bộ môn đo lờng v điều khiển
Sinh viên thiết kế:
Nguyễn Đức Quyền
Trang 24
Một u điểm rễ nhận thấy của hệ toạ độ mới ở chỗ do các vector i
s
và
r
, trong đó chỉ có có thể đo
đợc. Ngợc lại
r
= 2f
r
với f
r
là tần số của mạch rotor ta cha biết. Vậy
phơng pháp mô tả trên hệ toạ độ dq đòi hỏi phải xây dựng đợc phơng
pháp tính
r
một cách chính xác, đó là cơ sở của hệ thống điều khiển/ điều
chỉnh tựa theo từ thông rotor(viết tắt : T
4
R). Một cách tơng tự nh đối với
vector dòng stator, ta có thể biểu diễn tất cả các vector còn lại trên hệ toạ độ
dq.
u
s
f
= u
sd
+ ju
sq
(2.14.a)
i
s
. Tuy nhiên trên thực tế rất khó khăn tính
tuyệt đối chính xác góc
s
, do vậy ta vẫn giữ
rq
để đảm bảo tính khách
quan trong khi quan sát.
III. Khái quát u thế của việc mô tả động cơ xoay
chiều ba pha trên hệ toạ độ từ thông rotor
Với ĐCXCBP không tồn tại các quan hệ minh bạch ( giữa dòng và từ
thông , giữa dòng và mômen) nh ở động cơ một chiều mà là cấu trúc mạch
và các đại lợng phức tạp. Phơng pháp mô tả trên hệ dq cho phép mô tả
dẫn tới các tơng quan giống nh động cơ một chiều nhằm đạt đợc các
tính năng điều chỉnh/ điều khiển giống nh động cơ một chiều.
Thuyết minh đồ án tốt nghiệp #" Bộ môn đo lờng v điều khiển
Sinh viên thiết kế:
Nguyễn Đức Quyền
Trang 25
Sau khi xây dựng vector không gian cho các đại lợng dòng áp từ
thông động cơ và chuyển các vector đó sang quan sát trên hệ toạ độ dq ta
thu đợc các quan hệ đơn giản gia mômen quay, từ thông và các phần tử
của vector dòng stator.
r
sd
, i
sq
: phần tử d và q của vector dòng stator.
M
M
: mômen quay của động cơ.
L
r
,L
m
: điện cảm rôtor, hỗ cảm giữa stator và rôtor.
P
c
: số đối cc của động cơ.
T
r
: hằng số thời gian của rôtor.
P : toán tử laplace.
Phơng trình (2.16.a) cho ta thấy là từ thông rotor có thể tăng giảm
gián tiếp thông qua tăng giảm i
sd
, quan hệ trong (2.16.a) là quan hệ trễ bậc
nhất với hằng số thời gian T
r
. Nếu thành công trong việc áp đặt nhanh và
chính xác dòng i
sd
có thể coi i
sd
M
= k.
M
.i
M
của động cơ một chiều. Các đặc tính trên cho phép ta xây
dựng cấu trúc hệ thống nh hình vẽ sau:
Toàn bộ quá trình diễn giải trên đợc tổng kết trên hình sau.
Copyright: Tài liệu đại học ©