Nghiên cứu bộ biến đổi nghịch lưu ba pha tiết kiệm năng lượng

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

NGÔ MINH HOÀNG

NGHIÊN CỨU BỘ BIẾN ĐỔI NGHỊCH LƯU BA PHA

TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG

CHUYÊN NGÀNH: TỰ ĐỘNG HÓA

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

THÁI NGUYÊN - 2012

Soá hoùa bôûi Trung taâm Hoïc lieäu http://www.lrc.tnu.edu.vn/

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐHKT CÔNG NGHIỆP

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

THUYẾT MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU BỘ BIẾN ĐỔI NGHỊCH LƯU BA PHA

TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG

Học viên : Ngô Minh Hoàng

Lớp : CH - K13

Chuyên ngành : Tự động hóa

CB hướng dẫn khoa học : PGS.TS. Nguyễn Như Hiển

BAN GIÁM

HIỆU

KHOA ĐT

SAU ĐẠI HỌC

CB HƯỚNG DẪN KHOA

HỌC HỌC VIÊN

PGS.TS. Nguyễn Như Hiển Ngô Minh Hoàng

Soá hoùa bôûi Trung taâm Hoïc lieäu http://www.lrc.tnu.edu.vn/

1

LỜI CAM ĐOAN

Tôi là Ngô Minh Hoàng học viên lớp cao học K13 Tự Động Hoá niên

khoá 2010 -2012. Sau hai năm học tập và nghiên cứu, được sự giúp đỡ của các

thầy cô giáo và đặc biệt là PGS.TS Nguyễn Như Hiển, thầy giáo hướng dẫn tốt

nghiệp của tôi, tôi đã đi đến cuối chặng đường để kết thúc khoá học thạc sỹ.

Tôi đã quyết định chọn đề tài tốt nghiệp là: " Nghiên cứu bộ biến đổi

nghịch lưu ba pha tiết kiệm năng lượng ".

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của các nhân tôi dưới sự

hướng dẫn của PGS.TS Nguyễn Như Hiển và chỉ tham khảo các tài liệu đã được

liệt kê. Tôi không sao chép công trình của các nhân khác dưới bất kỳ hình thức

nào. Nếu có tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm.

Người cam đoan

Ngô Minh Hoàng

Soá hoùa bôûi Trung taâm Hoïc lieäu http://www.lrc.tnu.edu.vn/

2

MỤC LỤC

Trang

Lời cam đoan 1

Mục lục 2

Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt 5

Danh mục các hình vẽ 8

Mở đầu 10

CHƯƠNG I

GIỚI THIỆU VỀ BIẾN TẦN BA PHA

12

1.1. Giới thiệu về biến tần sử dụng điện tử công suất 12

1.1.1. Biến tần 12

1.1.2. Bộ biến tần trực tiếp 13

1.1.3. Bộ biến tần gián tiếp 17

1.1.3.1. Bộ biến tần gián tiếp dùng chỉnh lưu điều khiển 18

1.1.3.2. Bộ biến tần dùng chỉnh lưu không điều khiển có thêm bộ

biến đổi xung áp 19

1.1.3.3. Bộ biến tần dùng bộ chỉnh lưu không điều khiển với bộ

nghịch lưu PMW 20

1.1.3.4. Biến tần điều khiển vector 21

1.2. Biến tần ba pha 23

1.2.1. Giới thiệu chung 23

1.2.2. Biến tần ba pha trực tiếp 23

1.2.3. Biến tần ba pha gian tiếp 25

1.3. Lựa chọn hướng ứng dụng cho hệ thống truyền động sử dụng biến tần

ba pha

26

1.3.1. Lựa chọn biến tần 26

1.3.2. Lựa chọn động cơ 28

1.3.3. Lựa chọn phụ tải 29

Soá hoùa bôûi Trung taâm Hoïc lieäu http://www.lrc.tnu.edu.vn/

3

1.3.3.1. Chế độ làm việc của tải 30

1.3.3.2. Các yêu cầu về truyền động điện 32

1.3.3.3. Yêu cầu về dừng chính xác, tiết kiệm năng lượng và an toàn. 33

1.3.3.4. Tính chọn công suất động cơ 35

1.4. Kết luận 38

CHƯƠNG II

NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG BIẾN TẦN BA PHA

- ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ ROTOR LỒNG SÓC 40

2.1. Mô hình toán học nhiều biến của động cơ không đồng bộ ba pha 40

2.1.1. Đặc điểm của mô hình toán học trạng thái động của động cơ

không đồng bộ 40

2.1.2. Mô hình toán học nhiều biến của động cơ KĐB ba pha 42

2.1.2.1. Phương trình điện áp 43

2.1.2.2. Phương trình từ thông 44

2.1.2.3. Phương trình chuyển động 48

2.1.2.4. Phương trình mô men 48

2.1.2.5. Mô hình toán học động cơ không đồng bộ ba pha 49

2.2. Giới thiệu về điều khiển tần số động cơ không đồng bộ 50

2.2.1. Điều khiển vô hướng (SFC: Scalar Frequency Control) 51

2.2.2. Điều khiển định hướng theo từ trường (FOC: Field Oriented

Control) 52

2.2.3. Điều khiển trực tiếp mo men (DTC: Direct Toque Control) 57

2.3 Kết luận 58

CHƯƠNG III

KHẢO SÁT CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG BIẾN TẦN BA PHA –

ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ CHO CABIN THANG MÁY 59

3.1. Phân tích hệ truyền động biến tần – Động cơ không đồng bộ cho

Cabin thang máy 59

Soá hoùa bôûi Trung taâm Hoïc lieäu http://www.lrc.tnu.edu.vn/

4

3.1.1. Khối mạch lực 59

3.1.2. Khối điều khiển 60

3.2. Các thông số chủ yếu của hệ truyền động biến tần – ASM 64

3.2.1. Động cơ ASM 64

3.2.2. Số liệu về biến tần 64

3.3. Sơ đồ mô phỏng và các kết quả

65

3.3.1. Sơ đồ mô phỏng hệ thống và sơ đồ minh họa chi tiết: 65

3.3.2. Các kết quả mô phỏng 71

3.4. Kết luận 73

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 74

TÀI LIỆU THAM KHẢO 75

Soá hoùa bôûi Trung taâm Hoïc lieäu http://www.lrc.tnu.edu.vn/

5

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

x(t), x Giá trị tức thời

X

*

, x

* Giá trị đặt

α Góc pha của vector chuẩn

λ Hệ số công suất

ϕ Góc pha dòng điện

ω Vận tốc góc

ψ Góc pha

ε Góc pha điều khiển

cos ϕ Hệ số công suất cơ bản

f Tần số

i(t), i Giá trị dòng điện tức thời

j Đơn vị ảo

∆X, ∆x Sai lệch

kP, kI Hệ số khuyếch đại, hệ số tích phân

p(t), p Công suất tác dụng tức thời

q(t), q Công suất phản kháng tức thời

t Giá trị thời gian tức thời

v(t), v Giá trị điện áp tức thời

ψL Vector từ thông ảo

ψLα Thành phần vector từ thông ảo trên hệ trục toạ độ α - β

ψLβ Thành phần vector từ thông ảo trên hệ trục toạ độ α - β

ψLd Thành phần vector từ thông ảo trên hệ trục toạ độ d - q

ψLq Thành phần vector từ thông ảo trên hệ trục toạ độ d - q

uL Vector điện áp lưới

uLα Thành phần vector điện áp lưới trên hệ trục toạ độ α - β

uLβ Thành phần vector điện áp lưới trên hệ trục toạ độ α - β

Soá hoùa bôûi Trung taâm Hoïc lieäu http://www.lrc.tnu.edu.vn/