TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN - hcmut.edu.vntcbinh/Courses/nhatrang/Bai... · Mạch cầu H điều khiển động cơ DC làm việc ở 4 góc phần t

ĐẠI HỌC NHA TRANG

Bài giảng

TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN DC & AC

Biên soạn: ThS. Trần Công Binh

THÁNG 8 NĂM 2010

Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B

26/09/2010 1

TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN (DC & AC) Chương I: Động học hệ thống động cơ - tải cơ I.1: Đặc tính cơ của tải I.2: Đặc tính cơ của động cơ Chương II: Điều khiển vòng hở tốc độ động cơ một chiều II.1: Động cơ một chiều (động cơ DC)

Đặc tính cơ tĩnh động cơ DC Điều khiển tốc độ động cơ DC Các trạng thái hãm

II.2: Điều khiển động cơ DC dùng Bộ chỉnh lưu Giới thiệu Bộ chỉnh lưu 1 pha Bộ chỉnh lưu 3 pha

II.3: Điều khiển động cơ DC dùng Bộ biến đổi xung áp (Chopper) Bộ chopper giảm áp Bộ chopper tăng áp Hãm tài sinh dùng bộ chopper tăng áp Mạch cầu H điều khiển động cơ DC làm việc ở 4 góc phần tư

Chương III: Điều khiển vòng kín tốc độ động cơ một chiều III.1: Mô hình động của động cơ DC III.2: Bộ điều khiển PID III.1: Điều khiển vòng kín động cơ DC

Điều khiển vòng hở tốc độ động cơ DC Điều khiển vòng kín tốc độ động cơ DC Điều khiển moment động cơ DC Điều khiển vị trí động cơ DC Bộ điều khiển động cơ DC (DC Drive)

Chương IV: Điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha IV.1: Động cơ không đồng bộ ba pha (ĐCKĐB)

Đặc tính cơ tĩnh ĐCKĐB ba pha Khởi động mềm ĐCKĐB ba pha

IV.1: Điều khiển tốc độ ĐCKĐB ba pha Điều khiển khởi động bằng cách thay đổi điện trở rotor Điều khiển điện áp phần ứng Điều khiển tần số bằng phương pháp V/f

Chương V: Điều khiển vector động cơ không đồng bộ ba pha V.1: Bộ nghịch lưu ba pha và Vector không gian

Bộ nghịch lưu ba pha. Vector không gian và hệ toạ độ satator (αβ).

V.2: Hệ qui chiếu quay Hệ toạ độ từ thông rotor (dq). Chuyển đổi hệ toạ độ αβ ↔ dq.

V.3: Mô hình động cơ không đồng bộ ba pha trong hệt toạ độ từ thông rotor Sơ đồ tương đương của động cơ và một số ký hiệu. Mô hình động cơ trong HTĐ từ thông rotor (Ψr).

V.4: Điều khiển định hướng từ thông (FOC) động cơ không đồng bộ ba pha Điều khiển PID Điều khiển FOC động cơ không đồng bộ ba pha.

V.5: Bộ biến tần Chương VI: Điều khiển động cơ đồng bộ ba pha


26/09/2010 2

Chương I: Động học hệ thống động cơ - tải cơ I.1: Đặc tính cơ của tải I.1.1: Đơn vị của các đại lượng cơ học:

I.1.2: Phương trình moment cơ bản

dtdJMM ccoω

=−

Mcơ > Mc tải cơ tăng tốc. Mcơ < Mc tải cơ giảm tốc. Mcơ = Mc tải cơ chạy với tốc độ ổn định – xác lập – trạng thái tĩnh. I.1.3: Các thành phần của moment cản Mc:

2mstmsktc .CMM.BMM ω+++ω+=

Mt Moment tải B.ω Moment ma sát nhớt Mmsk Moment ma sát khô Mmst Moment ma sát tĩnh C.ω2 Moment cản của quạt gió làm mát Thông thường, các đại lượng khác khá nhỏ, nên khi bỏ qua: ω+= .BMM tc I.1.4: Một số dạng đặc tính tải thường gặp:


26/09/2010 3

Tải moment hằng số Tải moment thay đổi theo tốc độ (Thang máy, cần cẩu, băng chuyền,…) (Bơm, quạt,…) I.1.5: Moment quán tính:

∑∑==

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ ω+=

k

1j

2j

j

n

1i

2i

im 2v

m2

JJJ

Jm moment quán tính của trục động cơ. Ji , ωi moment quán tính, tốc độ của phần tử quay thứ i. mj , vj khối lượng, tốc độ của phần tử chuyển động tịnh tiến thứ j. I.1.6: Các chế độ làm việc:

ω

Mt

ωđm

Mđm

ω

Mt

ωđm

m


26/09/2010 4

a) Hãm tái sinh: _ Pđiện < 0: trả năng lượng về nguồn. _ Pcơ < 0: nhận năng luợng từ tải. b) Hãm ngược: _ Pđiện > 0: tiêu thụ công suất từ nguồn. _ Pcơ < 0: nhận năng luợng từ tải.

Công suất điện + cơ chuyển thành nhiệt. c) Hãm động năng: _ Pđiện = 0: cách ly với nguồn. _ Pcơ < 0: nhận năng luợng từ tải.

Công suất cơ chuyển thành nhiệt.

I.1.7: Điều kiện ổn định tĩnh:

ω>

ω ddM

ddM coc

I.1.8: Thông số của hệ thống điện cơ:

_ Độ cứng đặc tính cơ: ω

=βddM

_ Công suất định mức. …. I.2: Đặc tính cơ của động cơ I.2.1: Đặc tính cơ của động cơ DC kích từ độc lập, NCVC:

I, Mcơ0

ωolt ωo ωđm

Iđm, Mđm I0 Ikđ, Mkđ

ω


26/09/2010 5

Kích từ độc lập: ( ) co2u M

kR

kU

Φ−

Φ=ω uco IkM Φ= ωΦ= kE

I.2.2: Đặc tính cơ của động cơ DC kích từ nối tiếp:

Kích từ nối tiếp: kt

ntu

cokt k.kRR

Mk.kU +

−=ω 2uktco Ik.kM =

I.2.3: Đặc tính cơ của động cơ DC kích từ hỗn hợp:

U

Rư

Iu

E

Int

Rnt

I, Mcơ

ω

0

ωolt ωo ωđm

Iđm I0

U

Rư

Iu

E

Ikt Rkt

Ukt

ω Φkt

U

Rư

Iu

E

Int

Rnt

Ikt

Rkt


26/09/2010 6

Ví dụ 1: Một động cơ DC kích từ độc lập, 230V, điện trở phần ứng 0,2Ω, tốc độ không tải lý tưởng là 1000 vòng/phút. Ở chế độ định mức dòng điện phần ứng là 40A. Biết từ thông kích từ không đổi và bằng định mức. Tính tốc độ và momen điện từ (moment cơ) định mức của động cơ? Tính dòng điện khởi động và moment khởi động của động cơ? Ví dụ 2: Một động cơ DC kích từ độc lập có các thông số định mức 500V, 100A, 1000 vòng/phút. Điện trở phần ứng 1Ω. Từ thông kích từ không đổi và bằng định mức. Tính momen và công suất định mức của động cơ? Tính hiệu suất của động cơ ở định mức nếu công suất tổn hao của cuộn kích từ là 5kW. Động cơ mang tải và có dòng điện phần ứng là 40A. Tính tốc độ, momen và hiệu suất của động cơ khi đó? Tính dòng điện khởi động và moment khởi động của động cơ? Vẽ đặc tuyến momen - tốc độ và chỉ ra các điểm đã tính trên. KPhi = 3.8197 E = 400 Pout = 40000 w = 104.7198 M = 381.9719 HS = 0.7273 Ec = 460 nc = 1150 Poutc = 18400 wc = 120.4277 Mc = 152.7887 HSc = 0.7360 Ikd = 500 Mkd = 1.9099e+003 Ví dụ 3: Một động cơ DC kích từ nối tiếp, có điện trở phần ứng là 0, 2Ω và điện trở cuộn kích từ là 0,1Ω. Thông số định mức của động cơ là 450V, 40A, 1000 vòng/phút. Khi động cơ vận hành ở định mức : Tính tốc độ và momen của động cơ? Tính công suất và hiệu suất của động cơ? Tính dòng điện khởi động và moment khởi động của động cơ? KPhi = 4.1826 E = 438 Pout = 17520 w = 104.7198 M = 167.3037 Pout = 17520 Pin = 18000 HS = 0.9733 Ikd = 1.5000e+003 Mkd = 2.3527e+005 Ví dụ 4: Một động cơ DC kích từ nối tiếp vận hành ở chế độ định mức 161,2 Nm, 1000 vòng/phút, 41A, 420V. Tổng điện trở phần ứng và cuộn kích từ là 0,2Ω. Tính tốc độ và dòng điện của động cơ khi momen điện 87 Nm?


26/09/2010 7

I.2.4: Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ ba pha: Mạch tương đương của động cơ không đồng bộ ba pha.

Giả sử Rm << Xm (hay RFE >> Xm):

( )mss

mst XXjR

X.jUU++

= && và ( )

( )mss

mssttt XXjR

X.jX.jRX.jRZ

+++

=+=

Mạch tương đương ĐCKĐB ba pha khi bỏ qua nhánh từ hoá:

( )2'rs

2'r

s

'r2

s

sco

XXs

RR

sRU3

1M

++⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

ω=

Rs sI& jXs

sU&

'rI& '

rR jX’r

Mạch tương đương động cơ KĐB

'rR

ss1−

RFe jXm

mI& FeI&

Rs sI& jXs

Rm mI&

sU& jXm

'rI& '

rR jX’r

Mạch tương đương của động cơ KĐB

'rR

ss1−

Rt jXt

tU&

tI&

sR '

r

jX’r

Sử dụng biến đổi Thevenin cho mạch stator

Rs jXs

sU&

'rI&

sR '

r

jX’r

Mạch tương đương đơn giản của động cơ KĐB


26/09/2010 8

Độ trượt tới hạn: sp ứng với Tmax 0dsdT

= , hay 0dndT

=

( )2'

rs2s

'r

pXXR

Rs++

=

( )2'

rs2ss

2s

smax

XXRR

U231T

+++=

ω

( ) ( )2'

rs2'

rs

'r

2s

sst

XXRR

RU31T+++

=ω

ss

ss

2T

Tp

p

max +=

0 ω ωđm

Mkđ

Mmax

Mcơ

ωs ωp

Mđm

TL A

T


26/09/2010 9

Chương II: Điều khiển vòng hở tốc độ động cơ một chiều II.1: Động cơ một chiều (động cơ DC) II.1.1: Đặc tính cơ tĩnh động cơ DC

a) Đặc tính cơ của động cơ DC kích từ độc lập, NCVC:

Kích từ độc lập: Φ−

=Φ

=ωk

IRUkE uu

⇒ n~~E ω

( ) co2u M

kR

kU

Φ−

Φ=ω uco IkM Φ=

Φđm

Ikt

Φ

0

I, Mcơ

ω

0

ωolt ωo ωđm

Iđm I0

U

Rư

Iu

E

Ikt Rkt

Ukt

ω Φkt


26/09/2010 10

b) Đặc tính cơ của động cơ DC kích từ nối tiếp:

Kích từ nối tiếp: kt

ntu

cokt k.kRR

Mk.kU +

−=ω 2uktco Ik.kM =

II.1.2: Điều khiển tốc độ động cơ DC kích từ độc lập a) Điều khiển điện áp phần ứng:

( ) co2u M

kR

kU

Φ−

Φ=ω U giảm ⇒ ω giảm

b) Điều khiển từ thông kích từ:

( ) co2u M

kR

kU

Φ−

Φ=ω Φ giảm ⇒ ω tăng

U

Rư

Iu

E

Ikt Rkt

Ukt

ω Φkt Mcơ

ω

0

ωolt

ωđm

Mđm

U giảm

I, Mcơ0

ωolt ωo ωđm

Iđm, Mđm I0 Ikđ, Mkđ

ω

U

Rư

Iu

E

Int

Rnt


26/09/2010 11

Điều khiển hỗn hợp điện áp phần ứng và từ thông

Điều khiển thay đổi tốc độ ω thông qua: _ điều khiển điện áp phần ứng U khi: ω < ωđm. _ điều khiển từ thông kích từ Φ khi: ω > ωđm.

ω

Mcơ

0

Mđm

ωđm

Pđm

Iưđm

Mđm

ωmax

Điều khiển U Điều khiển Φ

U

Rư

Iu

E

Ikt Rkt Ukt

ω Φkt

VR

Mcơ

ω

0

ωolt

ωđm

Mđm

Φ giảm

Pmax ωmax

Mmax


26/09/2010 12

c) Điều khiển điện trở phần ứng:

( ) co2u M

kR

kU

Φ−

Φ=ω Rư tăng ⇒ ω giảm

d) Khởi động đông cơ DC kích từ độc lập: Dòng điện khởi động không lớn hơn khả năng chịu dòng của chổi than (thường là 3Iđm). Moment khởi động không lớn hơn khả năng chịu đựng của tải (thường là 3Mđm).

II.1.3:Các trạng thái hãm của động cơ DC kích từ độc lập: a) Hãm tái sinh: _ Pđiện < 0: trả năng lượng về nguồn. _ Pcơ < 0: nhận năng luợng từ tải.

Iư, Mcơ

ω

0

ωolt

ωđm

Iưđm, Mđm

VR tăng

U

Rư

Iu

E

Ikt Rkt

Ukt

ω Φkt

VR


26/09/2010 13

b) Hãm ngược: _ Pđiện > 0: tiêu thụ công suất từ nguồn. _ Pcơ < 0: nhận năng luợng từ tải.

U

Rư

Iu

E

Ikt

Rkt Ukt

ω Φkt

Mcơ Mđm

ω

0

ωolt

ωđm

Φ giảm

U giảm

III


26/09/2010 14

Công suất điện + cơ chuyển thành nhiệt.

c) Hãm động năng: _ Pđiện = 0: cách ly với nguồn. _ Pcơ < 0: nhận năng luợng từ tải.

Công suất cơ chuyển thành nhiệt.

Rư

Iu

E

Ikt

Rkt Ukt

ω Φkt

Rph

U

Rư Iu

E

Ikt

Rkt Ukt

ω Φkt

Rph


26/09/2010 15

d) Hệ động cơ - máy phát (Ward-Leonard):

II.2: Điều khiển động cơ DC dùng Bộ chỉnh lưu II.2.1: Giới thiệu Phần này trình bày bộ chỉnh lưu 1 pha và 3 pha, biến điện áp xoay chiều (AC) thành điện áp một chiều (DC) để cấp cho động cơ. Đồng thời bộ chỉnh lưu có điều khiển sẽ điều khiển được độ lớn điện áp DC để điều khiển thay đổi các đại lượng làm việc của động cơ như tốc độ, moment,…

Mcơ

U giảm

Mđm

ω

0

ωolt

ωđm

Φ giảm

III

IIII


26/09/2010 16

Bộ chỉnh lưu biến điện áp xoay chiều (AC) thành điện áp một chiều (DC) dạng gợn sóng. Bộ chỉnh lưu thường làm méo dạng điện áp nguồn. Khi phân tích sòng hài sẽ tồn tại sóng hài cơ bản (hài bậc 1, 50Hz) và sóng hài hoạ tần bậc cao. Độ méo dạng được định nghĩa:

1

21

2

III

THD−

=

II.2.2: Bộ chỉnh lưu 1 pha a) Bộ chỉnh lưu tia 1 pha:

π= RMS_phase

tb_dc

U2U


26/09/2010 17

b) Bộ chỉnh lưu tia 1 pha có điều khiển:

( )α+π

= cos12

U2U RMS_phase

tb_dc

c) Bộ chỉnh lưu cầu 1 pha:

π= RMS_phase

tb_dc

U22U


26/09/2010 18

d) Bộ chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển bán phần:

( )α+π

= cos1U2

U RMS_phasetb_dc

d) Bộ chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển toàn phần:

απ

= cosU22

U RMS_phasetb_dc


26/09/2010 19

II.2.3: Bộ chỉnh lưu 3 pha a) Bộ chỉnh lưu tia 3 pha: b) Bộ chỉnh lưu tia 3 pha có điều khiển:

απ

= cos2U233

U RMS_phasetb_dc

c) Bộ chỉnh lưu cầu 3 pha:

πRMSphase

tbdc

UU _

_

233=

d) Bộ chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển bán phần:

( )α+π

= cos12U233

U RMS_phasetb_dc


26/09/2010 20

d) Bộ chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển toàn phần:

απ

= cosU233

U RMS_phasetb_dc


26/09/2010 21


26/09/2010 22

Dạng dòng điện ngõ vào:

e) Bộ chỉnh lưu kép 1 pha:


26/09/2010 23

f) Bộ chỉnh lưu kép 3 pha:


26/09/2010 24

II.3: Điều khiển động cơ DC dùng Bộ biến đổi xung áp (Chopper) Bộ biến đổi DC/DC:

Các bộ biến đổi DC-DC có thể chia làm ba loại: + Bộ tăng áp Uo > Ui (Boost converter). + Bộ hạ áp Uo < Ui (Buck converter). + Bộ tăng - giảm áp (Buck- Boost converter). II.3.1: Bộ chopper giảm áp (lớp A)

TT

UU ON

DC

tb_d =


26/09/2010 25

E-

+

MOTOR 24VDC

D1

FC307R1

10K

MOSFET

IRF540

R20.1/2W

D2

FC307

24V

KICH MOSFET

22010W

GND_100V

J1

AC24V

12

GND_100V

L1

Q1

IRF460/TO

D6

- +

D1

50A 10W

3

2

1

4

GND_12V

+C1

400V 4700uF

+ C10 D4

30A

CB

13

24

Fast DIODEA-

+

DC

MO

TO

R

12

C9

103 2KV

GND_100V


26/09/2010 26

II.3.2: Bộ chopper tăng áp (lớp B)

TT1

1UU

ONDC

tb_d

−=

II.3.3: Hãm tài sinh dùng bộ chopper tăng áp

II.3.4: Bộ chopper kiểu đảo dòng (lớp C)

TT

UU ON

DC

tb_d =

TON

T

DCM

L N C


26/09/2010 27

II.3.5: Bộ chopper kiểu đảo áp (lớp D)

Cách 1 (S1 và S2 được kích đồng thời, giống lớp C): TT

UU ON

DC

tb_d =

Cách 2 (kiểu đảo áp 1 – S1 và S2 đóng ngắt lệch pha): 1T

T2UU ON

DC

tb_d −=

II.3.6: Mạch chopper kiểu tổng quát (lớp E) Dạng mạch cầu H, điều khiển động cơ DC làm việc ở 4 góc phần tư.

Điều khiển cách 1 (kiểu đảo dòng): TT

UU ON

DC

tb_d =

Điều khiển cách 2 (kiểu đảo áp 1&2): 1T

T2UU ON

DC

tb_d −=


26/09/2010 28

Bài tập:

Cho động cơ DC như trên, có điện trở phần ứng 3Ω. Kích từ độc lập không đổi.

a) Điện áp phần ứng được cấp từ bộ chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển toàn phần, nguồn 380Vrms, 50Hz. Tính góc kích để động cơ vận hành ở 1/2 điện áp định mức? b) Với điện áp như câu a, khi động cơ mang tải và có dòng điện phần ứng là 17A: Tính tốc độ (vòng/phút)? c) Tính điện áp để động cơ đạt 500 vòng/phút ở 17A. Tính góc kích khi đó? d) Tính tốc độ lớn nhất mà động cơ có thể đạt được khi có tải 17A với bộ chỉnh lưu trên. e) Tính điện áp để dòng điện khởi động bằng dòng 2 lần định mức. Tính góc kích tương ứng? f) Tính điện áp để MOMENT khởi động bằng dòng 3 lần định mức. Tính góc kích tương ứng? g) Tính thời hằng điện, biết Lư = 30mH? h) Tính thời hằng cơ, biết J = 0,1 kgm2, B = 0,01?


26/09/2010 29

i) Tính lại câu a, b với điện áp định mức. j) Tính lại câu c, d với dòng điện 10A. k) Tính lại các câu trên nếu dùng bộ chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển toàn phần? l) Tính lại các câu trên nếu dùng bộ chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển bán phần? m) Tính lại toàn bộ các cấu trên với động cơ sau: Udm = 160 %V Kphi = .432692 % Wb Ru = 1.35216 % Ohm Lu= 0.003272 % H J = 0.15 % kg.m^2 B = 0.01

a)

V250cos220.63cosU233

U RMS_phasetb_dc =α

π=α

π=

Ua = 250 alfa = 1.0635 alfa_do = 60.9342

b) Ib = 17 E = 449 Eb = 199 nb = 522.9844 Wb = 54.7668

c) nc = 500 Wc = 52.3599 Ic = 17 Ec = 190.2542 Uc = 241.2542 alfa_c = 1.0828 alfa_c_do = 62.0423

d) Umax = 514.5999 Ed = 463.5999 nd = 1218.4 Wd = 127.5873

Các bộ điều khiển điện áp chỉnh lưu hay chopper cho phép điều khiển vòng hở động cơ một chiều. Chương sau sẽ tình bày phương pháp điều khiển vòng kín tốc độ động cơ một chiều.


26/09/2010 30

Chương III: Điều khiển vòng kín tốc độ động cơ một chiều III.1: Mô hình động của động cơ DC Mạch tương đương của động cơ DC kích từ độc lập:

Phương trình mạch vòng điện áp cho phần ứng của động cơ.

U = E + Ruiu + Luudi

dt

Trong đó : E = k.φ.ω φkt ≈ kkt.ikt Phương trình cân bằng moment trên trục động cơ :

Mcơ = Mc + J ddtω + Bω

Trong đó : Mcơ = k.φ.iu J - Moment quán tính của hệ thống quy đổi về trục động cơ. B - Hệ số ma sát Mc - Moment cản quy đổi về trục động cơ. Áp dụng biến đổi laplace, từ các phương trình trên, có mô hình động cơ DC:

( ) ( ) ( ) ( )ssILsIRsEsV uuuu ++= ( ) ( )sKsE φω=

( ) ( ) ( ) ( )s.s.Js.BsMsM cco ω+ω+= ( ) ( )sIksM uco φ=

⇒ ( ) ( ) ( )uu

uRsL

sEsVsI+

−=

⇒ ( ) ( ) ( )BJs

sMsMs cco

+−

=ω

Sơ đồ khối mô hình động cơ DC kích từ độc lập:

Ikt

U

Rư

Iư

E = kE.Φkt.ω ≈ k.Ikt.ω Rkt

Ukt Φkt

ω Lư

uu RsL1+

φ.K

φ.K

BJs1+

( )sω Mco (s)

( )sMc

( )V s I (s)

E (s)


26/09/2010 31

Mô hình động cơ DC trong Matlab/Simulink: III.2: Bộ điều khiển PID

Phương trình vi phân mô tả hiệu chỉnh PID:

u(t) = KP e(t) + KI ∫ dt)t(e + KD dt)t(de

KP: hệ số khâu tỉ lệ. KI: hệ số khâu tích phân. KD:hệ số khâu vi phân.

Biến đổi Laplace:

e(t) u(t) PID

Đối tượng điều khiển

c(t) r(t)


26/09/2010 32

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛++== s.T

s.T11K

)s(e)s(u)s(G D

Ip trong đó:

P

DD

I

PI K

KT,KKT ==

Vấn đề thiết kế là cần hiệu chỉnh các giá trị K p , K i và K D sao cho hệ thỏa đạt được chất lượng tối ưu.

Tóm tắt Vai trò của mỗi khâu hiệu chỉnh (adjustment) trong bộ điều khiển PID:

Khâu khuếch đại tỉ lệ Kp (Proportional gain): Khi Kp tăng Sai số xác lập giảm Vọt lố tăng Thời gian lên nhanh

Khâu tích phân tỉ lệ Ki (Integral gain): Khi Ki tăng Sai lệch tĩnh giảm (triệt tiêu - vô sai với hàm nấc) Thời gian đáp ứng chậm

Khâu vi phân tỉ lệ Kd (Derivative gain): Khi Kd tăng Vọt lố giảm Thời gian đáp ứng nhanh Bớt nhấp nhô (dao động)

Đáp ứng của hệ thống sử dụng bộ điều khiển PID

Đáp ứng bước Vọt lố Dao động

Đáp ứng bước hàm bước 1(t) III.1: Điều khiển vòng kín động cơ DC III.1.1: Điều khiển vòng hở tốc độ động cơ DC

Sơ đồ khối mô hình động cơ DC kích từ độc lập:

Ikt

U

Rư

Iư

E = kE.Φkt.ω ≈ k.Ikt.ω

Rkt Ukt

Φkt

ω

Lư


26/09/2010 33

Ví dụ: % Thong so dong co DC Udm = 160 %V Kphi = .432692 % Wb Ru = 1.35216 % Ohm Lu=.003272 % H J = 0.15 % kg.m^2 %B = 0.01 B = 0

Đáp ứng vòng hở của động cơ DC

uu RsL1+

φ.K

φ.K

BJs1+

( )sω Mco (s)

( )sMc

( )V s I (s)

E (s)


26/09/2010 34

III.1.2: Điều khiển vòng kín tốc độ động cơ DC

Điều khiển vòng kín tốc độ động cơ DC dùng PID:

• Nếu n > ndat thì e < 0. PID sẽ điều khiển GIẢM u để n giảm bớt. • Nếu n < ndat thì e > 0. PID sẽ điều khiển TĂNG u để n tăng thêm. • Nếu n ≈ ndat thì e ≈ 0. PID sẽ GIỮ NGUYÊN u để n ỔN ĐỊNH.

Một hệ thống có hàm truyền bậc hai ( ) 22

2

2 nn

n

ssKsH

ωξωω

++= ,

thì K là độ lợi, ξ là độ giảm chấn, nω là tần số dao động riêng. Khi ξ <1, thì hệ thống có

ndat Động cơ

+ u

_ n

n

PIDtốc độ e


26/09/2010 35

_ thời gian đáp ứng 2n

p12T

ξωπ−

= , và

_ độ vọt lố ∞

∞ξ−

ξπ− −

==Δk

kke max1 2

.

Đáp ứng vòng kín tốc độ của động cơ DC


26/09/2010 36

Đáp ứng vòng hở Đáp ứng vòng kín

III.1.3: Điều khiển moment động cơ DC


26/09/2010 37

III.1.4: Điều khiển vị trí động cơ DC

ωdat Động cơ +

PIDdòng điện u

_

ω

ω

PIDtốc độ +

_ i

ωdat Động cơ +

PIDdòng điện u

_

ω

ω

PIDtốc độ +

_ i


26/09/2010 38

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20-20

0

20

40

60

80

100

120

Time (s)

vi tr

i(von

g)

vi tri datvi tri dong co

Đáp ứng vị trí theo mô hình mô phỏng trên

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20-50

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

Time (s)

toc

do(v

ong/

phut

)

toc do dong cotoc do dat

Đáp ứng tốc độ theo mô hình mô phỏng trên

III.1.5: Bộ điều khiển động cơ DC (DC Drive)


26/09/2010 39

Khởi động mềm Dừng mềm


26/09/2010 40

Chương IV: Điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha IV.1: Động cơ không đồng bộ ba pha (ĐCKĐB)

IV.1.1: Đặc tính cơ tĩnh ĐCKĐB ba pha

Rs sI& jXs

Rm

mI&

sU& jXm

'rI& '

rR jX’r

Mạch tương đương của động cơ KĐB

'rR

ss1−


26/09/2010 41

( )2'rs

2'r

s

'r2

s

sco

XXs

RR

sRU3

1M

++⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

ω=

Độ trượt tới hạn: sp ứng với Tmax 0dsdT

= , hay 0dndT

=

( )2'

rs2s

'r

pXXR

Rs++

=

( )2'

rs2ss

2s

smax

XXRR

U231M

+++ω=

( ) ( )2'

rs2'

rs

'r

2s

sst

XXRRRU31M

+++ω=

ss

ss

2M

Mp

p

max +=

Rt jXt

tU&

tI&

sR '

r

jX’r

Sử dụng biến đổi Thevenin cho mạch stator

Rs jXs

sU&

'rI&

sR '

r

jX’r

Mạch tương đương đơn giản của động cơ KĐB

0 ω ωđm

Mkđ

Mmax

Mcơ

ωs ωp

Mđm

TL A

T


26/09/2010 42

Ở tần số cao, bỏ qua Rs khi tính moment cực đại và từ thông làm việc

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

π=Ψ

fU

k21

dq

( ) ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+π

=f

RLL2

1s'r

'rs

p

( )2

s'rs

max fU

LL22

3M ⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+π

=

Ở tần số thấp, phải xét đến Rs:


26/09/2010 43

IV.1.2: Khởi động mềm ĐCKĐB ba pha

Không dùng khởi động mềm, moment khởi động tăng đột ngột, dòng khởi động lớn.

Khởi động đông cơ rotor dây quấn bằng điện trở mở máy:

Nối tiếp thêm điện trở rotor sao cho sp = 1, moment khởi động bằng moment cực đại trong khi dòng điện khởi động giảm.

( )

1XXR

RRs2'

rs2s

'kd

'r

p =++

+=

( )2'

rs2ss

2s

smaxkd

XXRR

U231MM

+++ω==

Rs sI& jXs

Rm

mI&

sU& jXm

'rR

jX’r

Khởi động: n = 0: s = 1: Is = Ist

'rI&

0 ω ωđm

Mkđ

Mmax

Mcơ

ωs ωp

Mđm

TL

A

T


26/09/2010 44

Khởi động động cơ bằng cách giảm điện áp stator:

Giảm điện áp để khởi động mềm, moment khởi động tăng từ từ, dòng khởi động nhỏ.

0 n

T

ns np

A1 A2

A3

Us giảm


26/09/2010 45

Khởi động dùng biến áp tự ngẫu để giảm điện áp khởi động:

Khởi động dùng cuộn cảm để giảm điện áp khởi động:

Khởi động Y→Δ giảm dòng và mometn khởi động 3 lần:


26/09/2010 46

Khởi động dùng Bộ khởi động mềm (Thyristor) để giảm điện áp khởi động:

Tăng tốc

Giảm tốc

Hạn dòng


26/09/2010 47

IV.1: Điều khiển tốc độ ĐCKĐB ba pha IV.2.1: Điều khiển khởi động bằng cách thay đổi điện trở rotor Nối tiếp thêm điện trở rotor để thay đổi đặc tuyến tải và thay đổi điểm làm việc của động cơ ⇒ thay đổi tốc độ (bằng cách thay đổi độ trượt).

( )2'

rs2s

'nt

'r

pXXR

RRs++

+=

( )2'

rs2ss

2s

smax

XXRR

U231M

+++ω=

U, I UN

Ust Ustop=0,85Ust

0,9UN

IB

I U

tR tB

t tAus


26/09/2010 48

IV.2.2: Điều khiển điện áp phần ứng Điều khiển giảm điện áp stator để thay đổi đặc tuyến tải và thay đổi điểm làm việc của động cơ ⇒ thay đổi tốc độ (bằng cách thay đổi độ trượt).

IV.2.3: Điều khiển tần số bằng phương pháp V/f Điều khiển thay đổi tốc độ thông qua thay đổi tần số nguồn điện cấp cho động cơ:

( )s1P

f60n −= . Tuy nhiên phải đảm bảo dmdq f

Uk2

1Ψ≤⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛

π=Ψ để mạch từ không bảo hòa.

0 n

M

ns

A1

A2

'rR tăng Mmax

0 n

M

ns np

A1 A2

A3

Us giảm


26/09/2010 49

Khi tần số lớn hơn định mức, điện áp không tăng hơn địn mức được nên từ thông động cơ suy giảm:

Tải moment hằng số Tải moment thay đổi theo tốc độ (Thang máy, cần cẩu, băng chuyền) (Bơm, quạt,…)

f

V, T

Te

Rs*Ilim TL

fđm

V/f=const Vđm

Tđm

V/f=const

f

V, T

Te

Rs*Ilim

TL

fđm

Tđm

Vđm


26/09/2010 50

Chương V: Điều khiển vector động cơ không đồng bộ ba pha V.1: Bộ nghịch lưu ba pha và Vector không gian V.1.1: Bộ nghịch lưu ba pha.

Biến tần ngõ vào 1 pha, nếu tụ lọc nhỏ, điện áp DC trung bình là:

πRMSphase

tbdc

UU _

_

22=

Biến tần ngõ vào 3 pha, nếu tụ lọc nhỏ, điện áp DC trung bình là:

πRMSphase

tbdc

UU _

_

233=


26/09/2010 51

Nếu tụ lọc đủ lớn (hay khi không tải), điện áp DC sẽ được lọc phẳng. Trị điện áp DC trung bình là trị đỉnh:

_ Biến tần ngõ vào 1 pha : RMS_phaseU2

_ Biến tần ngõ vào 3 pha : RMS_phaseRMS_line U32U2 = .

Hình 1.1: Sơ đồ bộ nghịch lưu ba pha cân bằng gồm 6 khoá S1→S6.

Phương pháp tính mạch điện: Ví dụ 1.1: Tính điện áp các pha ở trạng thái S1, S3, S6 ON và S2, S4, S5 OFF?

A B

C

Udc

n

N

UAN UBN

UCN

AB C

Udc

S4

S3

S6

S5

S2

S1

S7

R

n n

motor

N


26/09/2010 52

Hình 1.2: Trạng thái các khoá S1, S3, S6 ON, và S2, S4, S5 OFF (trạng thái 110).

II.2. Vector không gian điện áp Đơn vị (Udc)

Va Vb Vc usa usb usc uab ubc uca U Deg us k S1 S3 S5 UAN UBN UCN UAB UBC UCA usα usβ 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 U0 U000 1 1 0 0 2/3 -1/3 -1/3 1 0 -1 U1 0o 2 1 1 0 1/3 1/3 -2/3 0 1 -1 U2 60 o 3 0 1 0 -1/3 2/3 -1/3 -1 1 0 U3 120 o 4 0 1 1 -2/3 1/3 1/3 -1 0 1 U4 180 o 5 0 0 1 -1/3 -1/3 2/3 0 -1 1 U5 240 o 6 1 0 1 1/3 -2/3 1/3 1 -1 0 U6 300 o 7 1 1 1 0 0 0 0 0 0 U7 U111

Bảng 1.1: Các điện áp thành phần tương ứng với 8 trạng thái của bộ nghịch lưu. Ví dụ 1.2: Tính các điện áp thành phần usα và usβ tương ứng với 8 trạng thái trong bảng 1.1?

Điều chế vector không gian điện áp sử dụng bộ nghịch lưu ba pha Ví dụ 1.3: Xét bộ nghịch lưu ở trạng thái 110:

Khi đó các điện áp pha usa=1/3Udc, usb= 1/3Udc, usc=-2/3Udc.

Phương pháp hình học: có hình vẽ

Hình 1.3: Vector không gian điện áp stator sur ứng với trạng thái (110).

Ở trạng thái (110), vector không gian điện áp stator pha 1_phaseur có độ lớn bằng 2/3Udc và có góc pha là 60o.

Ví dụ 1.4: Tìm (độ lớn và góc của) vector không gian điện áp stator )t(usr ứng với trạng thái

(101)? (Giải theo phương pháp đại số như trên hay theo phương pháp hình học)

A

surB

C

scur

Udc

saur

sbur

scsbsa uuu rrr++

U2(110)


26/09/2010 53

Xét tương tự cho các trang thái còn lại, rút ra được công thức tổng quát

3)1k(j

dck eU32U

π−

= với k = 1, 2, 3, 4, 5, 6.

Hình 1.4: 8 vector không gian điện áp stator tương ứng với 8 trạng thái.

3)1k(j

dck eU32U

π−

= k = 1, 2, 3, 4, 5, 6. U0 và U7 là vector 0.

Các trường hợp xét ở trên là vector không gian điện áp pha stator.

Hình 1.5: Các vector không gian điện áp pha stator.

3)1k(j

dck_phase eU32U

π−

= k = 1, 2, 3, 4, 5, 6

Bằng cách điều khiển chuyển đổi trạng thái đóng cắt các khóa của bộ nghịch lưu dễ dàng điều khiển vector không gian điện áp “quay” thuận nghịch, nhanh chậm. Khi đó dạng điện áp ngõ ra bộ nghịch lưu có dạng 6 bước (six step).

U1 (100)

U2 (110) U3 (010)

U6 (101) U5 (001)

U4 (011)

CCW

CW

U0 (000)

U7 (111)

Up1

Up2 Up3

Up6 Up5

Up4 Up0

Up7 Trục usa

a

b

c


26/09/2010 54

Hình 1.6: Các điện áp thành phần tương ứng với 6 trạng thái.

Điều chế biên độ và góc vector không gian điện áp dùng bộ nghịch lưu ba pha

Hình 1.7: Điều chế biên độ và góc vector không gian điện

áp.

Để không quá điều chế, biên độ điện áp phải nằm trong vòng

tròn nội tuyến của lục giác: 3dc

sUu ≤

U1 (100)

us

T1

T2

U2 (110) U3 (010)

U6 (101) U5 (001)

U4 (011)

CCW

CW

U0 (000)

U7 (111)

α

sur


26/09/2010 55

V.1.2: Vector không gian và hệ toạ độ stator (αβ). a) Vector không gian: Động cơ không đồng bộ (ĐCKĐB) ba pha có ba (hay bội số của ba) cuộn dây stator bố trí trong không gian như hình vẽ sau:

Hình 1.8: Sơ đồ đấu dây và điện áp stator của ĐCKĐB ba pha.

(Ba trục của ba cuộn dây lệch nhau một góc 1200 trong không gian)

rotor

stator

Pha A

Pha B

Pha C usc

usa

usb


26/09/2010 56

Ba điện áp cấp cho ba đầu dây của động cơ từ lưới ba pha hay từ bộ nghịch lưu, biến tần; ba điện áp này thỏa mãn phương trình:

usa(t) + usb(t) + usc(t) = 0 Trong đó: Với ωs = 2πfs; fs là tần số của mạch stator; |us| là biên độ của điện áp pha, có thể thay đổi.

(điện áp pha là các số thực) Vector không gian của điện áp stator được định nghĩa như sau:

[ ]00 240120 )()()(32)( j

scj

sbsas etuetututu ++=r

(1.4)

A

B

C

N

A

B

C

N

usa(t) = |us| cos(ωst) usb(t) = |us| cos(ωst – 1200) usc(t) = |us| cos(ωst + 1200)


26/09/2010 57

b) Hệ toạn độ satator (αβ).

Hình 1.9: Vector không gian điện áp stator sur và các điện áp pha.

suy ra

V.2: Hệ qui chiếu quay V.2.1: Hệ toạ độ từ thông rotor (dq).

Với dt

d rr

φ=ω (tốc độ quay của từ thông rotor so với stator đứng yên), với φr là góc hợp bởi trục

từ thông rotor (trục d) với trục chuẩn stator (trục α) (là trục cuộn dây pha A).

0

jβ

α

sur

usa = usα

usβusc

usb Cuộn dây pha A

Cuộn dây pha B

Cuộn dây pha C

usa = usα

usb = βα ss u23u

21

+−

usα = usa

usβ = ( )sbsa u2u3

1+


26/09/2010 58

Hình 1.10: Biểu diễn vector không gian si

rtrên hệ toạ độ từ thông rotor, còn gọi là hệ

toạ độ dq.

V.2.2: Chuyển đổi hệ toạ độ αβ ↔ dq. V.3: Mô hình động cơ không đồng bộ ba pha trong hệ toạ độ từ thông rotor V.3.1: Sơ đồ tương đương của động cơ và một số ký hiệu.

sir

isβ

Cuộn dây pha A

Cuộn dây pha B

Cuộn dây pha C

0 α

isα

d

jq

isd

isq θ

rψr

ωr =ωa ω

φr

Trục từ thông rotor

Truïc rotor

jβ

∫ dtd r

rφ

=ω

fsd = fsαcosφr + fsβsinφr fsq = - fsαsinφr + fsβcosφr

fsα = fsdcosφr - fsqsinφr fsβ = fsdsinφr + fsqcosφr


26/09/2010 59

Hình 2.1: Mô hình đơn giản của động cơ KĐB ba pha

mLs

Rr

rLσsLσsR

sv

si ri

mi

Hình 2.2: Mạch tương đương của động cơ KĐB ba pha

Các thông số của ĐCKĐB ba pha:

Rs điện trở cuộn dây pha của stator (Ω). Rr điện trở rotor đã qui đổi về stator (Ω). Lm hỗ cảm giữa stator và rotor (H). Lσs điện cảm tản của cuộn dây stator (H). Lσr điện cảm tản của cuộn dây rotor đã qui đổi về stator (H). P số đôi cực của động cơ. J momen quán tính cơ (Kg.m2).

Các thông số định nghĩa thêm: Ls = Lm + Lσs điện cảm stator. Lr = Lm + Lσr điện cảm rotor.

Ts = s

s

RL

hằng số thời gian stator.

Tr = r

r

RL hằng số thời gian rotor.

σ = 1 – rs

2m

LLL hệ số từ tản tổng.

stator

Cuộn dây pha A

isa

usa

irA

isc

usc

isb usb

Cuộn dây pha C

Cuộn dây pha B

rotor

irC

irB

stator

ω

θ

Trục chuẩn


26/09/2010 60

V.3.2: Mô hình động cơ trong HTĐ từ thông rotor (Ψr). Trong hệ tọa độ dq, ψrq=0 do vuông góc với vector f

rψr

nên frψ

r=ψrd .

dt

disd = ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛σ

σ−+

σ−

rs T1

T1 isd + ωsisq + rd

mrLT1

Ψσ

σ− + sds

uL1

σ

dt

disq = ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛σ

σ−+

σ−

rs T1

T1 isq−ωsisd− rd

mL1

Ψωσ

σ− + sqs

uL1

σ

rdr

sdr

mrd

T1i

TL

dtd

Ψ−=Ψ

Khi ψrd = const: sdmrdr iL=ψ=ψ

dt

d rqΨ = 0

và rdslsqr

m iTL

Ψ= ω Khi ψrd = const sd

sq

rsl i

iT1

=ω

sqrdr

mco i

LLP

23M ψ=

dtdJ

dtd

PJMM codien

ccoω

=ω

=−

sqrdr

mco i

LLP

23M ψ=

r

sq

r

msl

iTL

ψω =

Ưu điểm của mô hình ĐCKĐB trong HTĐ dq so với HTĐ αβ:

1. Các đại lượng không biến thiên dạng sin theo thời gian. 2. Hệ phương trình đơn giản hơn (ψrq=0). 3. Phân ly điều khiển từ thông rotor rψ

r và momen Te (tốc độ ω). 4. Gần giống với điều khiển động cơ một chiều.

sdr

mrdr i

sT1L+

=ψ=ψ

dtdJ

dtd

PJMM codien

ccoω

=ω

=−

isd → rψr

isq → Mcơ → ω


26/09/2010 61

V.4: Điều khiển định hướng từ thông (FOC) động cơ không đồng bộ ba pha V.4.1: Điều khiển PID

Xem phần trước. V.4.2: Điều khiển FOC động cơ không đồng bộ ba pha.

ĐC KĐB

==

3~

Udc

Điều khiển

M 3~

a b c

Nghịch lưu

2=

3

isa

isb isα

isβ rje φ−

isd

isq

φr

αβ → dq abc→ αβ


26/09/2010 62

ψr , Te , φr=???

K1 , K2 =??? ω, ωmech =???


26/09/2010 63


26/09/2010 64

Hình …: Hệ thống điều khiển ĐCKĐB ba pha dùng phương pháp FOC.

0 1 2 3 4 5 6 7 8-10

0

10

MT M

e (N

m) momen tai

momen dienmomen tai momen dienmomen dien

0 1 2 3 4 5 6 7 80

0.5

1

Fi r (

Wb)

tu thong dattu thong dap ung

0 1 2 3 4 5 6 7 80

500

1000

time (s)

n (R

PM

)

toc do dattoc do dap ung

0 1 2 3 4 5 6 7 8

-200

0

200

time (s)

UA

UB

(V

olt)

0 1 2 3 4 5 6 7 8

-10

0

10

I A I B

(A

mpe

re)

dong dien pha Adong dien pha B

dien ap pha Adien ap pha B

Hình …: Đáp ứng của hệ thống điều khiển tốc độ ĐCKĐB ba pha

khi dùng phương pháp điều khiển định hướng trường (FOC)

Ví dụ 1: Một động cơ 3 pha, 4 cực, nối Y, 380V, 50Hz, 2,1A, 5,07Nm, J = 0,1kgm2. Rs = 10Ω, Rr = 6,3Ω, Xσs = 13,5Ω, Xσr = 12,6Ω, Xm = 132Ω. Khi vận hành ở định mức: Tính (biên độ) isd, isq, ψr, ωsl, K1, K2 và tốc độ ωcơ, n?

(Chú ý, khi vận hành ở công suất định mức: isdn < isqn )

Rs sI& jXσs

sU&

'rI& '

rR jX’σr

Mạch tương đương động cơ KĐB với tổn hao sắt từ

'rR

ss1−

RFe jXm

mI&FeI&


26/09/2010 65

f2X

L mm π

= f2

XL s

s πσ

σ = sms LLL σ+= r

ss R

LT =

f2

XL r

r πσ

σ = rmr LLL σ+= r

rr R

LT =

sT1iL

r

sdmrd +

=ψ Từ thông không đổi, ⇒ dsmr iL=Ψ

sdm

e

m

r

r

e

m

rsq iL

TLL

P32T

LL

P32i ==

ψ ⇒ e2

m

rsdsq T

LL

P32ii =

Mà s2ds

2sqs I2iii =+=

Khi biết momen điện Te và dòng điện Is, Từ 2 phương trình trên tính được isd và isq và Ψr.

Chú ý: khi động cơ vận hành ở định mức, thì isd thường nhỏ hơn isq.

Thông thường isd bằng 40-60% Is định mức.

Và tính được rr

qsmsl T

iLΨ

=ω .

Từ đó tính được tốc độ góc trựơt cơ: p

slco_slsl

ωω ==Ω và tính được tốc độ động cơ.

m

rrdrdsd L

sTi

ψψ +=

r

e

r

msq

TLL

p23i

ψ=

sd

sq

rr

rr

qsr

m

sl ii

T1L

T

iLL

=Ψ

=ω

Từ thông không đổi: *

dsm*r iL=Ψ

*e1

*qs TKi = ⇒ *

ds2m

r*e

*qs

1 i1

LL

p32

Ti

K ==

*qs2

*sl iK=ω ⇒ *

dsr

m*rr

m*qs

*sl

2 iTL

TL

iK =

Ψ==

ω vì *

sl*rr

*qsm TiL ωΨ=


26/09/2010 66

V.5: Bộ biến tần

Bộ điều khiển

Bộ xử lý FOC

PWM

QEP ADC

SCI

I/O

ADC

L3 L2 L1

N L


26/09/2010 67


26/09/2010 68


26/09/2010 69


26/09/2010 70


26/09/2010 71

Tốc độ đặt

Tốc độ đặt

Phản hồi tốc độ

+

-

PID

Tín hiệu momen điều ể

Hạn chế

Tốc độ đặt


26/09/2010 72


26/09/2010 73


26/09/2010 74

Bài tập 5.1: Bộ biến tần dùng ở Việt Nam, 3 pha 380V (ngõ vào, chỉnh lưu cầu diode). Được cấp nguồn 3 pha 380V, 50Hz. a) Tụ lọc nguồn nhỏ: _ Tính điện áp trung bình trên DC Link? _ Tính biên độ điện áp pha lớn nhất (chưa quá điều chế)? _ Tính điện áp hiệu dụng pha lớn nhất? _ Tính điện áp hiệu dụng dây lớn nhất? b) Tụ lọc nguồn đủ lớn: tính lại câu a). a) Tụ lọc nhỏ:

_ dcRMS_lineRMS_phase

tb_dc V513380*23U23U233U =

π=

π=

π=

_ m_fadc

s UV2963

5133

UU ===≤ ?

_ V2102

296U RMS_fa =≤

_ V3633210U RMS_d =≤ 3*sqrt(2)*380/pi/sqrt(3)/sqrt(2)*sqrt(3) b) Tụ lọc đủ lớn: tính lại câu a). _ dcRMS_linetb_dc V537380*2U2U ===

_ m_fadc

s UV3103

5373

UU ===≤ ?

_ V2192

310U RMS_fa =≤

_ V3803219U RMS_d =≤

Bài tập 5.2: Bộ biến tần dùng ở Việt Nam, 1 pha 220V (ngõ vào, chỉnh lưu cầu diode). Được cấp nguồn 1 pha 220V, 50Hz. a) Tụ lọc nguồn nhỏ: _ Tính điện áp trung bình trên DC Link? _ Tính biên độ điện áp pha lớn nhất (chưa quá điều chế)? _ Tính điện áp hiệu dụng pha lớn nhất? _ Tính điện áp hiệu dụng dây lớn nhất?


26/09/2010 75

b) Tụ lọc nguồn đủ lớn: tính lại câu a).

Bài tập 5.3: Bộ biến tần Nhật 3 pha 220V. Khi đem về Việt Nam thì phải dùng nguồn 1 pha 220V, 50Hz. a) Tụ lọc nguồn nhỏ: _ Tính điện áp trung bình trên DC Link? _ Tính biên độ điện áp pha lớn nhất (chưa quá điều chế)? _ Tính điện áp hiệu dụng pha lớn nhất? _ Tính điện áp hiệu dụng dây lớn nhất? b) Tụ lọc nguồn đủ lớn: tính lại câu a).

Bài tập 5.4: Điện áp pha 220Vrms và tần số fs = 50Hz. usa(t) = |us| cos(ωst) usb(t) = |us| cos(ωst – 2π/3) usc(t) = |us| cos(ωst + 2π/3) Với ωs = 2πfs (rad/s) Tại thời điểm t = 4ms = 0,004s, Tính usa, usb, usc, usα , usβ và biên độ điện áp sur ? us = 311.1270 usa = 96.1435 usb = 208.1846 usc = -304.3281 us_afa = 96.1435 us_bta = 295.8993

Bài tập 5.5: Điện áp pha 220Vrms và tần số fs = 50Hz. usa(t) = |us| cos(ωst) usb(t) = |us| cos(ωst – 2π/3) usc(t) = |us| cos(ωst + 2π/3) Với ωs = 2πfs (rad/s) Tại thời điểm t = 3ms = 0,003s, a) Tính usa, usb, usc, usα , usβ và biên độ điện áp sur ? b) Tính usd , usq biết góc hệ toạ độ quay (trục d) là 30o?

|us| = 311.1270


26/09/2010 76

usa = 182.8759 usb = 126.5467 usc = -309.4226 us_afa = 182.8759 us_bta = 251.7070 gama = 54.0000 theta = 30 v = 0.5236 usd = 284.2286 usq = 126.5467

Bài tập 5.6: Ví dụ 1: Một động cơ 3 pha, 4 cực, nối Y, 380V, 50Hz, 2,1A, 5,07Nm, J = 0,1kgm2. Rs = 10Ω, Rr = 6,3Ω, Xσs = 13,5Ω, Xσr = 12,6Ω, Xm = 132Ω. Khi vận hành ở định mức: Tính (biên độ) isd, isq, ψr, ωsl, K1, K2và tốc độ ωcơ, n,?

mLs

Rr

rLσsLσsR

sv

si ri

mi


26/09/2010 77

ωcơ = ωs - ωsln(mech) = 2*π*f/P – 7.1337 = 2*π*50/2 – 7.1337 = 150(rad/s)

πω=

260n co

Bài tập 5.7: Cho động cơ không đồng bộ ba pha, 4 cực, 380V, 50Hz, nối Y, 2,1A. Moment định mức là 4,** Nm (với ** là 2 số cuối của mã số sinh viên). Trong hệ tọa độ từ thông rotor, khi động cơ vận hành ở định mức, tính:

a) Dòng điện isd và isq ? (Biết ở định mức, isd < isq).

b) Độ lớn từ thông rotor |ψr| ? c) Tốc độ trượt ωsl và tốc độ động cơ n ? d) Hệ số K1, K2 như hình vẽ?

Cho biết động cơ có các thông số: Rs = 10Ω, Rr = 6,3Ω, Lσs = 0,043H, Lσr = 0,04H, Lm = 0,42H. Ket qua _________________________________________________________ Te = 4.00 a) id = 1.302790 (chọn isd < isq!, thông thường ở định mức, isd bằng 20-40% Is định mức)


26/09/2010 78

a) iq = 2.668846 b) PHIr = 0.547172 c) Wsl = 28.056382 d) n = 1366.040644 e) K1 = 0.667211 e) K2 = 4.415272 Bài giải: clc clear all % Cau5 P = 2 U_line = 380 %V, Noi Y Is_RMS = 2.1 %A f = 50 %Hz Rs = 10 %Ohm Rr = 6.3 Lxs= 0.043 Lxr= 0.04 Lm = 0.42 Te = 4.00 %Te = 5.00 Lr = Lm + Lxr Tr = Lr/Rr disp('Bai giai _________________________________________________________') % a) isd, isq idiq = 2/3/P*Lr/Lm/Lm*Te is = sqrt(2)*Is_RMS % id^2 + (idiq/id)^2 = is^2 % Hay id^4 - (is^2)*id^2 + idiq^2 = 0 a = 1 b= -is^2 c = idiq^2 delta = b^2 - 4*a*c id2 = (-b-sqrt(delta))/2/a iq2 = (-b+sqrt(delta))/2/a id = sqrt(id2) % id < iq iq = sqrt(iq2) % b) PHIr PHIr = Lm*id % c) Wsl Wsl = Lm*iq/(Tr*PHIr) % d) n ns = 60*f/P n = ns - 60/2/pi*(Wsl/P) % e) K1, K2 K1 = iq/Te K1 = 2/3/P*Lr/Lm/Lm/id K2 = 1/Tr/id K2 = Wsl/iq %delta disp('Ket qua _________________________________________________________') TEXT = sprintf('a) id = %f', id); disp(TEXT) TEXT = sprintf('a) iq = %f', iq); disp(TEXT) TEXT = sprintf('b) PHIr = %f', PHIr); disp(TEXT) TEXT = sprintf('c) Wsl = %f', Wsl); disp(TEXT) TEXT = sprintf('d) n = %f', n); disp(TEXT) TEXT = sprintf('e) K1 = %f', K1); disp(TEXT) TEXT = sprintf('e) K2 = %f', K2); disp(TEXT)


26/09/2010 79

Chương VI: Điều khiển động cơ đồng bộ ba pha VI.1: Động cơ đồng bộ 3 pha.

N

S

A+

B+

C+ B-

A-

C-

Flux Φ fns

N

S

A+

B+

C+ B-

A-

C-

A

B

C

N

N

S


26/09/2010 80

θe

αe

X

Axe bobine a a'

a

a'

γe

Axe bobine b b'

Axe bobine c c'

b

b'

c

c'Axe inducteur

N

S

N S

A-

B+

A+ C+

C-

B-

A

B

C


26/09/2010 81

VI.2: Mô hình động cơ trong HTĐ từ thông rotor (Ψr).

Ký hiệu: f2s πω = pΨ từ thông rotor (nam châm vĩnh cửu).

s

sdsd R

LT = với Lsd là điện cảm dọc trục.

s

sqsq R

LT = với Lsq là điện cảm ngang trục.

sdsd

sqsd

sqssd

sd

sd uL1i

LL

iT1

dtdi

++−= ω

sq

pssq

sqsq

sqsd

sq

sds

sq

Lu

L1i

T1i

LL

dtdi Ψ

−+−−= ωω

psdsdsd Li Ψ+=ψ

sqsqsq Li=ψ

Ua

Ra jXs

Ia If

Rf Uf

Φaf Eaf

n


26/09/2010 82

( )sdsqsqsdco iiP23M ψψ −=

dt

dJMM cocco

ω=−

VI.3: Điều khiển FOC động cơ đồng bộ ba pha.

isd → sψr

isq → Mcơ → ωco


26/09/2010 83


26/09/2010 84

Tài liệu tham khảo:

1. Phan Quốc Dũng, Tô Hữu Phúc, “Truyền Động Điện”, NXB ĐHQG TP.HCM, 2008. 2. Nguyễn Văn Nhờ, “Cơ sở Truyền Động Điện”, NXB ĐHQG TP.HCM, 2003. 3. Nguyễn Phước Vĩnh Tùng, “Biến Tần ALTIVAR”, Schneider Electric, 2010. 4. Bài giảng điện tử của Siemens. 5. Lê Minh Phương, Bài giảng “Truyền Động Điện”, ĐH Bách Khoa TP.HCM. 6. Trần Công Binh, Bài giảng “Kỹ Thuật Điện 2”, ĐH Bách Khoa TP.HCM. 7. Trần Công Binh, Bài giảng “Hệ Thống Điều Khiển Sô” , ĐH Bách Khoa TP.HCM. 8. Trần Công Binh, Bài giảng “Điều khiển động cơ một chiều” , ĐH Bách Khoa TP.HCM. 9. Trần Công Binh, Bài giảng “Điều khiển các máy điện xoay chiều” , ĐH Bách Khoa

TP.HCM. 10. Tài liệu từ internet.

Documents

TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN - hcmut.edu.vntcbinh/Courses/nhatrang/Bai... · Mạch cầu H điều khiển động cơ DC làm việc ở 4 góc phần t