Download miễn phí Luận văn thạc sỹ Nghiên cứu hệ truyền động điện biến tần 4 góc phần tư – động cơ đồng bộ

Mở đầu . . . 1
Chương 1- TỔNG QUAN VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN BIẾN TẦN -ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU3
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 phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ . 4
1.1.3. Các phương 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 lược về các bộ biến tần dùng công 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 tư . . 16
1.3.1. Các tồn tại của các bộ biến tần thông thường . 16
1.3.2. Biến tần bốn góc phần tư (biến tần 4Q) . . 19
Chương 2 - NGHIÊN CỨU CHỈNH LưU PWM 21
2.1.Khái quát về chỉnh lưu PWM . 21
2.2. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của biến tần nguồn áp bốn góc phần
tư dùng chỉnh lưu PWM . . . 23
2.3. Mô tả toán học chỉnh lưu PWM . . . 26
2.3.1. Mô tả điện áp đầu vào chỉnh lưu PWM . . 27
2.3.2. Mô tả toán học chỉnh lưu PWM trong hệ tọa độ 3 pha . 28
2.3.3. Mô tả toán học chỉnh lưu PWM trong hệ tọa độ cố định  -  . 29
2.3.4. Mô tả toán học chỉnh lưu PWM trên hệ tọa độ quay d – q . 30
2.3.5. Tính toán công suất chỉnh lưu PWM . . 31
2.4. Phạm vi và giới hạn tham số của chỉnh lưu 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. ước lượng các đại lượng vector cơ bản . . . 34
2.5.1. ước lượng vector điện áp đầu vào . . . 35
2.5.2. ước lượng vector từ thông ảo . . 35
2.6. Phương pháp điều khiển chỉnh lưu PWM . . 39
2.7. Cấu trúc điều khiển chỉnh lưu PWM định hướng theo vector điện áp 40
2.7.1. Cấu trúc điều khiển chỉnh lưu PWM định hướng theo vector điện áp
dựa vào dòng điện (VOC) . 40
2.7.2. Cấu trúc điều khiển chỉnh lưu PWM theo VFOC . . 42
2.8. Cấu trúc điều khiển chỉnh lưu PWM theo phương pháp trực tiếp công suất DPC . . 43
2.8.1. ước lượng công suất theo vector điện áp . . 45
2.8.2. ước lượng 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 lưu 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
Chương 3 - XÂY DỰNG CẤU TRÖC ĐIỀU KHIỂN NGHỊCH LưU VÀ
CẤU TRÖC HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN BIẾN TẦN 4Q -ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ53
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 phương pháp điều khiển nghịch lưu .
3.3.1.1. Giới thiệu các loại cấu trúc. 60
3.3.1.2. Lựa chọn phương pháp điều khiển nghịch lưu. 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 lưu. 65
3.3.3. Cấu trúc điều khiển nghịch lưu. 67
Chương 4 - MÔ PHỎNG HỆ THỐNG 70
4.1. Mô phỏng đặc tính làm việc của chỉnh lưu PWM . 70
4.1.1. Xây dựng chương trình mô phỏng chỉnh lưu PWM. 70
4.1.2. Các kết quả mô phỏng chỉnh lưu 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 . .
Để điều chỉnh tốc độ (điều tốc) động cơ không đồng bộ có rất nhiều phƣơng pháp, chẳng
hạn nhƣ : (1) điều chỉnh tốc độ bằng phƣơng pháp giảm điện áp đặt vào cuộn dây stator động
cơ; (2) điều chỉnh tốc độ bằng phƣơng pháp dùng bộ ly hợp trƣợt điện từ; (3) điều chỉnh tốc độ
bằng phƣơng pháp dùng điện trở phụ nối tiếp với cuộn dây rotor đối với động cơ không đồng
bộ rotor dây quấn; (4) điều chỉnh tốc độ bằng phƣơng pháp nối cấp động cơ không đồng bộ
rotor dây quấn; (5) điều chỉnh tốc độ bằng phƣơng pháp thay đổi số đôi cực; (6) điều chỉnh tốc
độ bằng phƣơng pháp thay đổi tần số nhờ bộ biến đổi tần số (phƣơng pháp biến tần); v.v...
Dựa vào nguyên lý cơ bản của động cơ điện không đồng bộ, công suất điện từ Phần mềm từ stato
truyền cho rôto đƣợc chia thành hai bộ phận: bộ phận thứ nhất P2=(1-s)Phần mềm là công suất hữu
ích dẫn động phụ tải, còn bộ phận thứ hai là công suất trƣợt Ps=sPhần mềm tỷ lệ thuận với hệ số
trƣợt. Từ góc độ chuyển đổi năng lƣợng mà xét, công suất trƣợt là tăng lên hay giảm xuống
là phản ánh năng lƣợng bị tiêu hao đi hay là thu hồi lại đƣợc, và trở thành một chỉ tiêu
đánh giá mức độ cao thấp về hiệu suất của hệ thống. Xuất phát từ điểm này, có thể chia hệ
thống điều tốc động cơ không đồng bộ thành ba loại lớn :
1) Hệ thống điều tốc tiêu hao công suất trƣợt - toàn bộ công suất trƣợt chuyển thành
nhiệt năng tiêu hao mất. Ba phƣơng pháp điều tốc (1), (2), (3) kể trên đều thuộc về loại
này. Hiệu suất hệ thống điều tốc của các loại này là thấp nhất và chấp nhận tổn thất công
suất để đổi lấy việc giảm tốc độ quay (lúc mômen phụ tải không đổi), tốc độ càng xuống
thấp thì hiệu suất càng giảm, nhƣng cấu trúc của hệ thống này là đơn giản nhất, vì thế nó
vẫn đƣợc dùng trong một số trƣờng hợp, ví dụ trong các hệ thống cầu trục.
2) Hệ thống điều tốc kiểu tái sinh - một bộ phận của công suất trƣợt bị tiêu hao đi,
phần lớn còn lại nhờ có thiết bị chỉnh lƣu - nghịch lƣu đƣợc trả về lƣới điện xoay chiều
hay chuyển hoá thành dạng cơ năng để dùng vào việc có ích khác, khi tốc độ quay càng
thấp công suất thu hồi cũng càng nhiều, phƣơng pháp điều tốc thứ (4) đã kể trên là thuộc
loại này. Hiệu suất của hệ thống điều tốc loại này rõ ràng là cao hơn loại hệ thống điều tốc
tiêu hao công suất trƣợt nhƣng phải thêm thiết bị chỉnh lƣu - nghịch lƣu nên lại phải tiêu
hao một phần công suất.
3) Hệ thống điều tốc công suất trƣợt không thay đổi - trong hệ thống này không
tránh khỏi tiêu hao công suất trên dây dẫn rotor, nhƣng sự tiêu hao công suất trƣợt hầu
nhƣ không phụ thuộc vào tốc độ cao hay thấp, vì thế hiệu suất khá cao. Phƣơng pháp điều
tốc thay đổi số đôi cực và phƣơng pháp điều tốc biến tần thuộc loại này. Phƣơng pháp điều
tốc thay đổi số đôi cực là phƣơng pháp điều chỉnh có cấp, phạm vi điều chỉnh hẹp, ít dùng.
Phƣơng pháp điều tốc biến tần đƣợc ứng dụng rộng rãi nhất vì nó cho phép điều chỉnh trơn
với phạm vi rộng, có khả năng xây dựng đƣợc các hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ xoay
chiều có chất lƣợng cao, có thể thay thế hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều và
do đó có tiền đồ phát triển hơn cả. Hệ thống điều tốc biến tần động cơ không đồng bộ có
phạm vi ứng dụng rộng cả về lĩnh vực và công suất, từ công suất cực nhỏ đến công suất rất
lớn (hàng MW).
1.1.3. Các phƣơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ đồng bộ
Hệ điều chỉnh tốc độ động cơ đồng bộ ba pha ngày nay đƣợc sử dụng rộng
rãi với dải công suất từ vài trăm W đến hàng MW( ví dụ : Động cơ kích từ bằng
nam châm vĩnh cửu thƣờng có công suất nhỏ, đƣợc sử dụng trong các hệ thống
chính xác nhƣ điều khiển các chuyển động của Rôbốt. Động cơ đồng bộ kích từ
băng nam châm điện thƣờng đƣợc sản xuất với công suất lớn, đƣợc sử dụng trong
các hệ thống truyền động nhƣ : máy bơm, quạt gió, máy nén khí, truyền động cho lò
trong sản xuất xi măng..) .ở giải công suất cực lớn thì nó hoàn toàn chiếm ƣu thế.
Bởi vì động cơ đồng bộ vừa có những ƣu điểm của động cơ một chiều vừa có những
ƣu điểm của động cơ không đồng bộ.
Nguyên lý điều chỉnh tốc độ động cơ xuất phát từ biểu thức:

Trong đó:
fs- tần số nguồn cung cấp xoay chiều cho mạch Stato ( mạch phần ứng)
p- Số đôi cực.
s- 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) hay bộ biến tần SPWM.

hUHhl98wIj8nL15

---