Nghiên cứu hệ truyền động ứng dụng động cơ từ kháng

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn này là công trình do tôi tổng hợp và nghiên

cứu. Trong luận văn có sử dụng một số tài liệu tham khảo như đã nêu trong

phần tài liệu tham khảo.

Tác giả luận văn

Phạm Hồng Kiên

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

LỜI CẢM ƠN!

Sau thời gian học lớp cao học khoá 9 tại Trường Đại học kỹ thuật công

nghiệp Thái nguyên - Đại học Thái Nguyên tôi được tiếp cận một cách có hệ

thống các kiến thức khoa học tiên tiến hiện đại của ngành Tự động hoá

XHCN. Kết thúc khoá học tôi được giao đề tài : “ Nghiên cứu hệ truyền động

ứng dụng động cơ từ kháng”.

Tôi xin chân thành cảm ơn Thầy giáo PGS.TS Nguyễn Như Hiển đã

tận tình hướng dẫn và tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành nhiệm vụ

học tập và nghiên cứu.

Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo đã giảng dạy lớp học, các

thầy cô giáo trong bộ môn tự động hoá, cán bộ thư viện Trưòng Đại học công

nghiệp Thái nguyên đã quan tâm và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt

quá trình hoàn thành luận văn.

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến bạn bè, đồng nghiệp đã khích lệ

động viên tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu.

Thái Nguyên tháng 03 năm 2009

Tác giả

Phạm Hồng Kiên

Mục lục

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

1

MỤC LỤC

Trang

Lời cam đoan

Lời cảm ơn

Mục lục ............................................................................................................. 1

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt............................................................. 3

Danh mục các hình vẽ, đồ thị............................................................................ 4

Lời nói đầu ....................................................................................................... 7

Chương 1: Nghiên cứu chung về các hệ điều khiển truyền động

ứng dụng động cơ từ kháng................................................................... 8

1.1. Tổng quan về các loại động cơ từ kháng (ĐCTK)........................... 8

1.2 Giới thiệu chung về động cơ từ kháng đồng bộ tuyến tính................ 9

1.2.1 Kiểu động cơ 2 trục LSRM................................................... 11

1.2.2 Nhận dạng các tham số thực nghiệm................................... 14

1.3 Giới thiệu chung về động cơ từ kháng loại đóng ngắt

(Switched reluctane motor - SRM )............................................................. 15

1.3.1.Stator ................................................................................... 15

1.3.2 Rotor .................................................................................... 17

1.4 Ưu điểm và ứng dụng của SRM. ................................................... 19

1.5. Tiền đề để xây dựng một hệ truyền động SRM .......................... 20

Chương 2. Nguyên lý, cấu trúc, điều khiển động cơ từ kháng ................ 23

2.1. Nguyên lý của SRM ...................................................................... 23

2.1.1. Phương thức hoạt động ...................................................... 23

2.1.2 Nguyên lý hoạt động ....................................................... 25

2.2 Đặc tính cơ bản của SRM .............................................................. 30

2.3. Các phương trình mô tả động cơ SRM ........................................ 31

2.3.1. Phương trình cân bằng điện từ ........................................... 31

Mục lục

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

2

2.3.2. Phương trình Momen tổng .................................................. 32

2.3.3. Phương trình Momen tối giản ............................................. 36

2.3.4. Phương trình động học ........................................................ 37

2.4. Phương pháp chung điều khiển SRM ........................................... 38

2.5. Cấu trúc nghịch lưu ....................................................................... 41

2.6. Cấu trúc điều khiển có cảm biến vị trí ......................................... 44

2.7 Cấu trúc điều khiển không cần cảm biến vị trí............................. 46

Chương 3. Khảo sát chế độ làm việc hệ truyền động

ứng dụng động cơ từ kháng............................................................... 52

3.1. Mô hình SRM tuyến tính ............................................................... 53

3.2 Mô hình phi tuyến............................................................................. 58

3.3 Các kết quả mô phỏng .................................................................... 61

3.3.1 Kết quả mô phỏng ở chế độ tuyến tính ............................. 61

3.3.2 Kết quả mô phỏng ở chế độ phi tuyến ............................... 64

Phụ lục ............................................................................................................ 68

Tài liệu tham khảo ......................................................................................... 75

Các ký hiệu, các chữ viết tắt

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

3

CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

TT Ký hiệu Diễn giải

1 Dk Tỷ lệ bề rộng xung điều chế

2 i Dòng chảy qua cuộn dây của SRM

3 L Điện cảm của SRM

4 m Số pha của Stator

5 mN Momen quay của ĐCTK

6 pc Số đôi cực

7 R Điện trở của cuộn dây pha Stator của ĐCTK

8 U Điện áp cuộn dây pha của ĐCTK

9 UDC, Utrans, Udiode Điện áp mạch một chiều, điện áp sụt trên Transitor

trên Diode

10 z Số răng của Rotor

11 ψ Từ thông của cuộn dây pha của ĐCTK

12 ϕ Góc lệch trục

13 ϑs ϑr , Bước góc của cực Stator, răng Rotor

14 ω Vận tốc góc của Rotor

Danh mục hình vẽ, đồ thị

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

4

DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

STT Ký hiệu Diễn giải

1 Hình 1.1 Sttator của ĐCTK loại 6/4

2 Hình 1.2 ĐCTK loại 6/4

3 Hình 1.3 Rotor của ĐCTK

4 Hình 1.4 Một số loại SRM điển hình

5 Hình 2.1 Động cơ từ kháng

6 Hình 2.2 Vị trí đồng trục của Rotor và cực active

7 Hình 2.3 Cấu trúc ĐCTK 8/6

8 Hình 2.4

Trình tự đóng cắt nguồn sA, sD, sC, sB, sA,.... để tạo

ra chuyển động quay theo chiều kim đồng hồ.

9 Hình 2.5

Trình tự đóng cắt nguồn sA, sB, sC, sD, sA.... để tạo

ra chuyển động quay ngược chiều kim đồng hồ.

10 Hình 2.6 Đặc tính cơ của ĐCTK

11 Hình 2.7 Năng lượng t ừ trong cuộn dây stator

12 Hình 2.8 Cơ năng của SMR

13 Hình 2.9 Phương pháp cơ bản điều khiển SMR

14 Hình 2.10 Sơ đồ chuyển mạch của SMR 3pha 6/4

15 Hình 2.11 Tín hiệu điều khiển SMR trong vùng tốc độ cao.

16 Hình 2.12

Cuộn dây pha

a, Khi dẫn dòng b, Khi nạp dòng trở lại nguồn

17 Hình 2.13 Sơ đồ nghịch lưu 2m

18 Hình 2.14 Sơ đồ nghịch lưu m+1

Danh mục hình vẽ, đồ thị

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

5

STT Ký hiệu Diễn giải

19 Hình 2.15 Sơ đồ nghịch lưu m+2

20 Hình 2.16 Điện cảm L của ĐCTK

21 Hình 2.17 Điều khiển ĐCTK nhờ khâu ĐC dòng ở mạch vòng

22 Hình 2.18 Các nguồn thông tin về vị trí Rotor chứa trong

phương trình điện áp của SRM có m pha

23 Hình 2.19

Đặc tính từ thông/dòng/vị trí rotor của một ĐCTK

loại 8/6

24 Hình 2.20

Các chế độ vận hành khác nhau không cần cảm biến

đo vị trí

25 Hình 2.21

Cấu trúc hệ thống được mở rộng thêm khâu chuyển

mạch không cần cảm biến vị trí

26 Hình 2.22

So sánh từ thông thực và từ thông chuẩn để quyết

định thời điểm chuyển mạch nghịch lưu

27 Hình 3.1 Sơ đồ mạch điều khiển SRM dạng 2m

28 Hình 3.2 Quan hệ L = L( ϕ , i) của SMR

29 Hình 3.3 Quan hệ từ thông theo dòng điện và vị trí rotor

30 Hình 3.4 Quan hệ mN = mN( ϕ , i)

31 Hình 3.5 Mô hình mô phỏng ĐCTK ở chế độ tuyến tính

32 Hình 3.6 Mô hình mô phỏng c ấu trúc điều khiển một pha của

SMR ở chế độ tuyến tính.

33 Hình 3.7 Tốc độ động cơ ở chế độ tuyến tính

34 Hình 3.8 Momen tổng của SRM ở chế độ tuyến tính

35 Hình 3.9 Momen pha của SRM ở chế độ tuyến tính

36 Hình 3.10 Dòng pha của SRM ở chế độ tuyến tính