Điều khiển trực tiếp Moomen động cơ không đồng bộ

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

i

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

----------------------------

NGUYỄN THỊ THU

ĐIỀU KHIỂN TRỰC TIẾP MÔMEN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ

LUẬN VĂN THẠC SĨ

THÁI NGUYÊN - 2014

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

ii

LỜI CAM ĐOAN

Tên học viên : Nguyễn Thị Thu

Sinh ngày : 08 tháng 04 năm 1986

Học viên lớp cao học khoá 14 - Tự động hoá - Trƣờng Đại học Kỹ thuật công

nghiệp Thái Nguyên – Đại học Thái Nguyên.

Tôi xin cam đoan bản luận văn tốt nghiệp thạc sĩ: “Điều khiển trực tiếp

mômen động cơ không đồng bộ” do Tôi tự thiết kế dƣới sự hƣớng dẫn của thầy

giáo PGS.TS. NGUYỄN VĂN LIỄN.

Ngoài các tài liệu tham khảo đã dẫn ở cuối luận văn, Tôi đảm bảo

không sao chép các công trình khoa học hay thiết kế tốt nghiệp của ngƣời

khác.

Nếu có gì sai tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm.

Tác giả luận văn

Nguyễn Thị Thu

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

iii

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô giáo ở khoa Sau Đại học - Trƣờng

Đại học KTCN Thái Nguyên, cùng các giáo sƣ, phó giáo sƣ, tiến sĩ đã quan tâm

tổ chức chỉ đạo và trực tiếp giảng dạy khóa cao học của chúng tôi. Đặc biệt, tôi

xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy giáo hƣớng dẫn PGS.TS.Nguyễn Văn Liễn

ngƣời đã tận tình chỉ bảo và góp ý về chuyên môn cho chúng tôi trong suốt quá

trình làm luận văn.

Tôi cũng xin trân trọng cảm ơn bạn bè, gia đình và đồng nghiệp - những

ngƣời đã luôn ủng hộ và động viên Tôi nghiên cứu và hoàn thành luận văn.

Tuy nhiên, do bản thân mới bắt đầu trên con đƣờng nghiên cứu đầy thách

thức, chắc chắn bản luận văn còn nhiều thiếu sót. Rất mong nhận đƣợc sự góp ý

của các thầy cô giáo và đồng nghiệp.

Tôi xin trân trọng cảm ơn!

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

iv

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN .........................................................................................................................i

LỜI CẢM ƠN.............................................................................................................................iii

MỤC LỤC .................................................................................................................................iv

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT............................................................ vi

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU..............................................................................................viii

DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ .......................................................................................ix

LỜI NÓI ĐẦU.............................................................................................................................1

CHƢƠNG 1 ................................................................................................................................3

MÔ HÌNH ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ TRONG CÁC KHÔNG GIAN VÉCTƠ.................3

1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ................................................3

1.1.1 Lịch sử ra đời của động cơ không đồng bộ .......................................................................3

1.1.2 Cấu tạo động cơ không đồng bộ.......................................................................................3

1.1.3 Nguyên lý hoạt động của động cơ không đồng bộ xoay chiều ba pha ..............................4

1.1.4 Ứng dụng, ƣu và nhƣợc điểm của động cơ không đồng bộ xoay chiều ba pha................5

1.1.5 Mô hình toán học động cơ không đồng bộ xoay chiều ba pha.........................................5

1.2 MÔ HÌNH ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ TRONG CÁC KHÔNG GIAN VÉCTƠ: .......10

1.2.1 Mô hình ba pha của động cơ không đồng bộ .................................................................10

1.2.2 Đại lƣợng véctơ không gian ............................................................................................16

1.2.3 Mô hình động cơ không đồng bộ trong các hệ tọa độ trực giao .....................................19

1.3 CHIẾN LƢỢC ĐIỀU KHIỂN TẦN SỐ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ..........................31

1.3.1 Giới thiệu chung ..............................................................................................................31

1.3.2 Nguyên lý điều khiển điện áp tần số U/f..........................................................................34

1.3.3 Điều khiển véctơ ..............................................................................................................38

1.3.4 Giới thiệu nguyên tắc điều khiển trực tiếp mômem (DTC) .............................................41

CHƢƠNG 2 ..............................................................................................................................45

NGUYÊN LÝ ĐIỀU KHIỂN TRỰC TIẾP MÔMEN.................................................................45

2.1 NGUYÊN LÝ ĐIỀU KHIỂN ...............................................................................................45

2.2 CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN ......................................................................................................49

2.2.1 Sơ đồ DTC ......................................................................................................................49

2.2.2 Các bộ điều khiển trong sơ đồ........................................................................................50

2.3 KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN..................................................................................................50

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

v

2.4 LẬP BẢNG CHỌN VÉCTƠ...............................................................................................52

CHƢƠNG 3 ..............................................................................................................................54

THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN .........................................................................................................54

3.1. THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN TỪ THÔNG STATOR ..............................................................54

3.2. THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MÔMEN ............................................................................54

3.3 MÔ HÌNH TOÁN HỌC ƢỚC LƢỢNG CÁC ĐẠI LƢỢNG PHẢN HỒI............................55

CHƢƠNG 4 ..............................................................................................................................57

MÔ PHỎNG VÀ THÍ NGHIỆM ...............................................................................................57

4.1. MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG HỆ THỐNG:.............................................57

4.1.1 Mô hình mô phỏng...........................................................................................................57

4.1.2 Cấu trúc các khối chi tiết trong sơ đồ .............................................................................58

4.2. ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG QUA THÍ NGHIỆM: .................................................................69

4.2.1. Các trang thiết bị trong phần thực nghiệm:...................................................................69

4.2.2. Kết quả thực nghiệm.......................................................................................................72

4.2.3. Đánh giá kết quả:...........................................................................................................73

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ.........................................................................................................75

TÀI LIỆU THAM KHẢO ..........................................................................................................76

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

vi

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT

( ) ri i t

dòng điện rôto trên pha i.

ir

dòng điện pha rôto biểu diễn trên hệ toạ độ rôto.

'

ir dòng điện pha rôto biểu diễn trên hệ toạ độ stator.

( ) si i t

dòng điện stato trên pha i.

is

dòng điện pha rôto biểu diễn trên hệ toạ độ stator.

'

is

dòng điện pha rôto biểu diễn trên hệ toạ độ rôto.

L

m

cảm kháng từ hoá của ba pha.

L

r

tổng cảm kháng của ba pha rôto.

Lr

tự cảm của ba pha rôto.

L

r1

cảm kháng rò rôto.

L

rm

cảm kháng từ hoá rôto.

L

s

tổng cảm kháng của 3 pha stator.

Ls

tự cảm của stator.

L

s1

cảm kháng rò stator.

L

sm

cảm kháng từ hoá stator.

f

tần số.

P

số đôi cực.

R

r

điện trở rôto.

R

s

điện trở stator.

s

hệ số trƣợt.

M

Mômen

T

e

hằng số thời gian của mômen điện từ.

T T

s z

hằng số thời gian trích mẫu.

( ) ri u t

điện áp rôto trên pha i.

ur

điện áp rôto rotor trên hệ toạ độ rôto.

'

ur

điện áp rôto trên hệ toạ độ stator.

( ) si u t

điện áp stato trên pha i.

us

điện áp stato trên hệ toạ độ stator.

'

us

điện áp stato trên hệ toạ độ rôto.

et()

sức phản điện động

r

góc pha giữa từ thông rôto so với trục ngang của hệ toạ độ stator

s

góc pha giữa từ thông stator so với trục ngang của hệ toạ độ stator.

m

góc lệch giữa rôto và stator.

r

góc rôto.

s

góc stator.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

vii

( ) ri t

từ thông rò trên cuộn rôto i.

r

từ thông rò rôto trên trục toạ độ gắn với rôto.

'

r

từ thông rò rôto trên trục toạ độ gắn với stator.

( ) si t

từ thông rò trên cuộn stator i.

s

từ thông rò stator trên trục toạ độ gắn với stator.

'

s

từ thông rò stator trên trục toạ độ gắn với rôto.

CÁC CHỈ SỐ.

/

các thành phần hoành và tung trên hệ toạ độ gắn với rôto.

d q/

các thành phần hoành và tung rôto trên hệ toạ độ gắn với stator.

D Q/

các thành phần hoành và tung stato trên hệ toạ độ gắn với rôto.

m

từ hoá.

r

rôto.

ra rb rc , ,

các pha của rôto.

Ref tín hiệu đặt.

s

stator.

sA sB sC , ,

các pha của stator.

x y/

các thành phần tung và hoành trên hệ toạ độ bất kỳ.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

viii

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

STT Số hiệu Nội dung Trang

1 Bảng 2.1

Bảng chọn chung cho phƣơng pháp điều khiển

trực tiếp mômen

53

2 Bảng 2.2 Bảng chọn véctơ điện áp của nghịch lƣu 53

3 Bảng 2.3

Biến thiên từ thông và mômen ứng với các

véctơ điện áp sử dụng khi véc tơ từ thông ở vị

trí nhƣ hình 2.4b

53

4 Bảng 2.4 Bảng chọn các sector 61

5 Bảng 4.1 Thông số động cơ 68

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

ix

DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ

ST

T

Số hiệu Nội dung Trang

CHƢƠNG 1 MÔ HÌNH ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG

BỘTRONG CÁC KHÔNG GIAN VÉCTƠ

1 Hình 1.1 Sơ đồ thay thế động cơ không đồng bộ 6

2 Hình 1.2 Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ 8

3 Hình 1.4 Sơ đồ dây quấn tập trung của ĐK 11

4 Hình 1.5 Sơ đồ 3 pha quy đổi về stator của ĐK 13

5 Hình 1.6 Mô hình giải thích cách tính sức điện động rôto 14

6 Hình 1.7

Mô hình của điều khiển trong hệ tọa độ cực (a)

và các đại lƣợng véctơ (b).

15

7 Hình 1.8

Phân bố mật độ dòng điện khi chỉ có pha a có

dòng điện

16

8 Hình 1.9

Phân bố mật độ dòng điện tổng từ các dòng điện

pha ias, ibs, ics

17

9 Hình 1.10

Phân bố mật độ từ thông tổng từ các dòng stator

ở hình 1.6

18

10 Hình 1.11 Biểu diễn véctơ trên hệ trục αβ 20

11 Hình 1.12

Sơ đồ thay thế của động cơ không đồng bộ

trong hệ trục ,

20

12 Hình 1.13 Sơ đồ cấu trúc của động cơ trong hệ tọa độ , 22

13 Hình 1.14

Mô hình trạng thái của điều khiển trong hệ tọa

độ ,

23

14 Hình 1.15 Biểu diễn véctơ không gian trong hệ trục d, q 24

15 Hình 1.16

Sơ đồ thay thế điều khiển trong hệ trục tọa độ d,

q

25