thiết kế hệ truyền động cho cân bằng định lượng, chương 5 pdf

Chương 5: Nguyên lý điều khiển vectơDựa trên ý t-ởng điều khiển động cơ không đồng bộ t-ơng tự nh- điều khiển động cơ một chiều.. Động cơ một chiều có thể điều khiển độc lập dòng điện kí

Chương 5: Nguyên lý điều khiển vectơ

Dựa trên ý t-ởng điều khiển động cơ không đồng bộ t-ơng tự nh- điều khiển động cơ một chiều Động cơ một chiều có thể điều khiển độc lập dòng điện kích từ và dòng phần ứng để đạt đ-ợc mômen tối -u theo công thức tính mômen :

M=KI- = KIktI

-Trong đó : Ikt, I- - dòng điện kích từ và dòng điện phần ứng

 - từ thông động cơ

Hình 1-1: Sự t-ơng tự giữa điều khiển động cơ một chiều và điều

khiển vectơ

T-ơng tự ở điều khiển động cơ không đồng bộ, nếu ta sử dụng công thức:

M = KmrIqs= KmIdsIqs

(khi chọn trục d trùng với chiều vectơ từ thông rôto)

Mạch

điều khiển và nghịch l-u

-U

Ids*

Thì có thể điều khiển M bằng cách điều chỉnh độc độc lập các thành phần dòng điện trên hai trục vuông góc của hệ tọa

độ quay đồng bộ với vectơ từ thông rôto Lúc này vấn đề điều khiển động cơ không đồng bộ t-ơng tự điều khiển động cơ

điện một chiều ở đây thành phần dòng điện Ids đóng vai trò t-ơng tự nh- dòng điện kích từ động cơ một chiều (Ikt) và thành phần dòng Iqs t-ơng tự nh- dòng phần ứng động cơ một chiều (I-) Các thành phần có thể tính đ-ợc nhờ sử dụng khái niệm vectơ không gian Với ý t-ởng định nghĩa vectơ không gian dòng điện của động cơ đ-ợc mô tả ở hệ tọa độ quay với tốc độ ws, các đại l-ợng dòng điện điện áp,

từ thông sẽ là các đại l-ợng một chiều

r

Ids1

q

d

 s1

is2

s2

Iqs

Iqs1

is1

r

Ids

q

d

s1

is2

s2

Iqs2

Hình 1-2:Điều khiển độc lập hai thành phần dòng điện:

mômen và kích từ

III.Thiết kế mạch lực:

Sơ đồ mạch lực của hệ truyền động nh- sau:

Mạch lực bao gồm:

+ Khối chỉnh l-u: 6 Điôt

+ Khối nghịch l-u: 6 Transistor, 6 Điôt ng-ợc

+ Khối lọc: tụ C, cuộn cảm L

1.Tính chọn van điều khiển:

Dùng kiểu điều khiển khi góc dẫn là 180 độ, tải là động cơ đấu

sao

Đồ thị dẫn của van và dạng dòng, áp ra tải nh- sau:

Tải đấu sao, góc dẫn của van là 180 độ, tại bất kỳ thời điểm nào cũng có ba van dẫn

Tính toán các giá trị:

3

466,7

N

pha N

E

U E



60 120 180 240 300 360 T1

T2 T3 T4 T5 T6

Ua

Ia

2/3 En

1/3 En

0 , 97

89 , 16

38 , 16







R

L

Q 

a = e- 3p Q = e- p30,97 = 0, 362

Dòng điện cơ sở :

0 466, 7 27, 63( )

16, 89

N

E

R

3 1 3.0, 97 1 0, 362

2 1 2 1 0, 362 0, 362

A

a a

Trị số hiệu dụng dòng điện pha:

2 0 2 27, 63.0, 69 9( )

pha

Dòng điện trung bình tiêu thụ từ nguồn:

2 0 2 2.27, 63.0, 692 8, 77( )

d

A

I = I = = A

a.Đối với mạch chỉnh l-u:

Coi bộ sụt áp trên bộ lọc bằng 0

Dòng điện đầu ra của bộ chỉnh l-u Id=8,77 A

Điện áp ra của bộ chỉnh l-u: Ud= En=466,7 V

Do mạch cầu ba pha nên dòng trung bình qua các Thyristor là

Id/3=2,92 A

Điện áp ng-ợc đặt lên Thyristor Ung=2,45*Ul

Mặt khác ta có: Ud=2,34*Ul => Ul 200 V;

 Ung = 490 V

Chọn loại Thyristor C15 do hãng G.E của Mỹ chế tạo có các thông số sau:

Mã hiệu tiristor

Ung V

Itb A

toff

s

di/dt A/s

b.Đối với nghịch l-u:

Ta có dòng điện pha A:

+  = 0  /3

3

(1 )(2 )

1 9, 21 1 2, 864

Q N

A

+  = /3  2/3

2

3

(1 )

2 9, 21(2 1, 771 )

3 1

Q N

A

ở ỷ +  = 2/3  

3

(1 )(2 )

1 9, 21(1 2, 864 )

Q N

A

Trong khoảng từ 0  /3 ứng với 1 thì Ia=0

Dòng điện trung bình đi qua Transistor sẽ là:

1

1

9, 21(1 2, 864 ) 9, 21(2 1, 771 ) 9, 21(1 2, 864 ) 2

tbt

p

= 4,351(A)

Điện áp ng-ợc đặt lên Transistor:

466, 7.1, 6 746, 7( )

Từ đó ta chọn Transistor có các thông số sau đây:

Mã

hiệu

VCE V

VCE0 V

VCE,sat V

IC A

I A

tf

s

ton

s

ts

s

pm W

BUX

47A

1

1, 03

1

9, 21(1 2, 864 ) 0

1, 02rad

q

đ =

Trong khoảng 0  1 thì Thyr không dẫn, toàn bộ dòng sẽ đi qua Diot, nh- vậy biểu thức chọn Diot nh- sau:

1

1,03 0

1

9, 21(1 2, 864 ) 2

tbD

q

q q p

Do đó ta chọn loại Diôt B-10 do Liên Xô(cũ) chế tạo có các thông số sau:

Itb = 10 (A)

Ung= 1001000(V)

U = 0,7(V)

b Tính chọn biến áp nguồn BAN

BAN đấu theo kiểu /Y Điện áp l-ới UL = 380V

Giá trị hiệu dụng điện áp thứ cấp máy biến áp (nối /Y)

3 6

do

U

U = p = 128 (V)

Tỷ số máy biến áp: k = 1

2

380 128

U

Dòng thứ cấp máy biến áp nguồn: I2 = 2

3 I d= 6,94(A) Dòng hiệu dụng sơ cấp BAN:

I1 = 1

BA N

K I2 = 3 06,1 21,23  6,94(A) Công suất máy biến áp: S = 3.U2.I2 = 3.128.6,94 = 2665 (VA)

 2,665 (kVA)

Tra sổ tay, ta chọn máy biến áp tiêu chuẩn có Sđm = 3(kVA).

c Chọn van cho bộ biến đổi

Giá trị dòng trung bình chảy qua mỗi van:

8, 5

2, 83( )

3 3

d vtb

I

Giá trị dòng cực đại qua mỗi van:

Ivmax = Id = 8,5 (A)

Giá trị điện áp ng-ợc đặt lên mỗi van:

Từ những tính toán trên, với chế độ làm mát bằng quạt gió thì các thông số cần của mỗi van trong mạch chỉnh l-u cầu ba pha là:

- Ungt  1,6 Ungmax = 1,6 314 = 502 (V)

- It  1,5 Imax = 1,5.8,5 = 12,75 (A)

Vậy ta chọn đ-ợc loại Thyristor dùng cho bộ chỉnh l-u cấp nguồn cho động cơ:

Loạ

i

I0

(A

)

VRR

M =

VDR

M

(V)

ITSM (A)

IDM (m A)

VGT Ma x (V)

IGT Ma x (A)

VTM ma x (V)

ITM Ma x (A)

Du/d t (V/

s)

di/dt (A/ s)

TY

N

690

d Tính chọn cuộn kháng mạch lọc một chiều

Điện cảm phần ứng

L- = 0 , 0345 ( ) 34 , 5 ( )

2100 2 5 , 8

220

6 , 5

.

n p I

U k

dm dm

dm

Trong đó kL là hệ số lấy giá trị 5,5  5,7 đối với máy không

bù và

kL= 1,4  1,9 đối với máy có bù; p là số đôi cực

Cuộn kháng lọc mạch một chiều đ-ợc nối vào mạch phần ứng

động cơ để làm giảm vùng điện gián đoạn ( làm giảm xung dòng

max max 1, 05 * 299 314( )

3

một chiều ) đồng thời cải thiện điều kiện chuyển mạch của động cơ

điện

Điện áp đầu ra của bộ biến đổi m xung chứa sóng điều hòa cơ bản và sóng điều hoà bậc cao với tần số góc

K = K.m 1

với 1 - tần số góc l-ới điện , 1 = 314 ( 1 / s )

K - số nguyên bậc của các thành phần điều hoà

điện áp xoay chiều này gây ra trong mạch phần ứng dòng

điện xoay chiều điều hoà với giá trị hiệu dụng







k

km Km

U L

1

) (

1





L - điện cảm tổng của mạch một chiều ( bỏ qua giá trị điện trở )

Gọi g là hệ số đập mạch điện áp đầu ra bộ biến đổi

g = 

k

km

Km

U 2

1

) (

1



và i - hệ số đập mạch dòng điện

i =





L I

g U I

I

dm

do dm



Hệ số đập mạch điện áp g phụ thuộc vào góc điều khiển  ,

g = f(

do

d

U

U  )

Do thành phần dòng xoay chiều nên giá trị dòng điện định mức của động cơ giảm

I'

dm = Idm

2

1

1

i

m

R

R 



Tỷ số

R

R m đặc tr-ng cho sự ảnh h-ởng của dòng điện điều hoà bậc cao làm tăng điện trở tổng mạch phần ứng , giá trị này

R

R m = 2  3

Dòng điện xoay chiều này còn gây ảnh h-ởng xấu tới quá trình chuyển mạch ở vành góp máy điện Cụ thể do ảnh h-ởng

dßng xoay chiÒu ®iÒu hoµ bËc m , tõ tr-êng cña c¸c cÆp cùc chuyÓn m¹ch bÞ chËm l¹i 90o so víi dßng ®iÖn ®iÒu hoµ bËc m §iÖn ¸p chuyÓn m¹ch chËm trÔ sÏ kh«ng bï ®-îc ®iÖn ¸p ph¶n øng phÇn øng v× sôt ¸p xoay chiÒu U2 kh«ng thÓ t¨ng nhÈy cÊp

Tõ c¸c lý luËn trªn , ta rót ra gi¸ trÞ ®iÖn c¶m cÇn thiÕt nèi vµo m¹ch mét chiÒu

cf i ddm

o

n I

n U



max

] [

Tra ®-êng cong quan hÖ gc = g

o

n

n ta ®-îc g cmax= 1,1

Udo = 299V

Iddm = 8,5A

n0 = 2322 (1/s)

n = 2100 (1/s)

Ta cã Ld = c u

cf i ddm

o

n I

n U



max

] [ = 5,46.10-3 (H) = 5,46 mH