Nghiên cứu xây dựng hệ thực nghiệm biến tần động cớ điện xoay chiều, phục vụ cho công tác đào tạo nghề điện công nghiệp của khoa điện, trường cao đẳng nghề Yên Bái

Là một giáo viên của khoa Điện - trường Cao Đẳng Nghề Yên Bái, trực tiếp tham gia đào tạo nghề “Điện công nghiệp“, nên tôi rất quan tâm đến hệ truyền động điện xoay chiều nói trên với mụ

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

HỌ VÀ TÊN TÁC GIẢ : CẤN THỊ VÂN

TÊN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG HỆ THỰC NGHIỆM BIẾN TẦN – ĐỘNG CƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU, PHỤC VỤ CHO CÔNG TÁC ĐÀO TẠO NGHỀ ĐIỆN CÔNG NGHIỆP CỦA KHOA ĐIỆN,

TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ YÊN BÁI

Chuyên ngành: TỰ ĐỘNG HÓA

Mã số: 60.52.02.16

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

PHÕNG QUẢN LÝ ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS NGUYỄN VĂN VỲ

KHOA ĐIỆN TRƯỞNG KHOA

LỜI CAM ĐOAN

Hiện đang công tác tại khoa Điện trường Cao đẳng nghề Yên Bái

Tôi cam đoan toàn bộ nội dung trong luận văn do tôi làm theo định hướng của giáo viên hướng dẫn, không sao chép của người khác

Các phần trích lục các tài liệu tham khảo đã được chỉ ra trong luận văn Nếu có gì sai tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm

Tác giả luận văn

Cấn Thị Vân

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ vi

MỞ ĐẦU 1

2 Mục tiêu của luận văn 2

3 Đối tượng nghiên cứu 2

4 Ý nghĩ khoa học và thực tiễn của đề tài 2

5 Kết cấu của luận văn của luận văn 2

CHƯƠNG 1:THỰC TRẠNG VÀ YÊU CẦU ĐÀO TẠO NGHỀ ĐIỆN CỦA TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ YÊN BÁI 4

1.1 Giới thiệu chung về trường Cao đằng nghề Yên bái 4

1.1.1 Quá trình phát triển trường Cao đẳng nghề Yên Bái 4

1.2 Các ngành nghề đào tạo của Nhà trường 7

1.3 Chương trình đào tạo nghề điện công nghiệp 8

1.3.1 Nhu cầu lao động của xã hội với nghề điện công nghiệp của tỉnh Yên Bái và các tỉnh lân cận 8

1.3.2 Chương trình đào tạo nghề điện 9

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN HỆ TRUYỀN ĐỘNG BIẾN TẦN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA 18

2.1 Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha 18

2.3 Điều khiển định hướng theo từ trường (FOC) 27

2.3.2 Cấu trúc của hệ điều khiển tựa theo từ thông rotor 32

2.4 Kết luận chương 2 37

CHƯƠNG 3: ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG BẰNG MÔ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM 39

3.1 Đặt vấn đề 39

3.2 Sơ đồ công nghệ hệ thống truyền động BĐTS- ĐCKĐB 40

3.3 Kiểm tra chất lượng bằng mô phỏng 41

3.3.1 Xây dựng mô hình mô phỏng 41

3.3.2 Kết quả mô phỏng 43

3.3.3 Nhận xét: 49

3.4 Đánh giá bằng kết quả thực nghiệm: 50

3.4.1 Cấu hình thực nghiệm về điều khiển tại trung tâm thí nghiệm 50

3.4.3 Nhận xét 57

3.5 Kết luận chương 3 57

CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG BÀI THỰC NGHIỆM BIẾN TẦN – ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU BA PHA 58

4.2 Thiết kế sơ đồ nguyên lý bài thí nghiệm 59

4.3 Chọn thiết bị và bố trí thiết bị của bài thí nghiệm 62

4.4 Nội dung các bài thí nghiệm 66

4.4.1 Bài số 1 : Điều khiển tốc độ động cơ bằng thay đổi tần số 66

4.4.2 Bài số 2 : Điều khiển hệ thống ở chế độ điều khiển vector 67

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 70

1 Kết luận: 70

2 Kiến nghị: 71

TÀI LIỆU THAM KHẢO 72

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

BLĐTBXH Bộ lao động thương binh xã hội

XL Khâu gia công tín hiệu dòng điện và tốc độ động cơ

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 2.1 Sơ đồ tổng quát hệ thống truyền động BĐTS – ĐCKĐB 18

Hình 2.2: Cấu trúc điều khiển vô hướng hệ BĐTS - ĐCKĐB 22

Hình 2.3 Cấu trúc hệ Điều khiển vectơ động cơ KĐB 25

Hình 2.4 Mô tả vector dòng điện stator 28

Hình 2.5:Vetor dòng stator trên hệ tọa độ cố định αβ và hệ tọa độ quay dq 29

Hình 2.6: Thu thập giá trị thực của các thành phần dòng isd, isq 31

Hình 2.7 Cấu trúc kinh điển của hệ TĐĐXCBP điều khiển kiểu T4R 32

Hình 2.8: Hệ TĐĐXCBP điều khiển kiêu T4R trên hệ tọa độ dq 34

Hình 2.10 Vectơ dòng stator khi động cơ đồng bộ làm việc 37

Vùng làm việc có tốc độ lớn hơn tốc độ quay danh định bằng cách đặt isd < 0 (giảm từ thông cực ) 37

Hình 3.1: Sơ đồ công nghệ hệ thống 40

Hình 3.2: Cấu trúc mô phỏng hệ thống BĐTS - ĐCKĐB 41

Hình 3.3: Khối động cơ xoay chiều ba pha 42

Hình 3.4: Cấu trúc khối điều khiển vectơ (vector control) 42

Hình 3.5: Cấu trúc khối điều khiển tốc độ (speed control) 43

Hình 3.6: Điện áp tức thời của biến tần ở tần số 50HZ 43

Hình 3.8 : Mô men điện từ ở tần số 50HZ 44

Hình 3.9: Điện áp ra của biến tần không tải ở tần số 15HZ 45

Hình 3.10: Tốc độ của động cơ ở tần số 15HZ 45

Hình 3.10: Tốc độ động cơ ở tần số 15HZ 45

Hình 3.11: Mômen điện từ của động cơ ở tần số 15HZ 46

Hình 3.12: Điện áp đặt vào động cơ ở tần số 50HZ có tải 46

Hình 3.13: Tốc độ của động cơ ở tần số 50HZ có tải 47

Hình 3.14: Mômen tải của động cơ ở tần số 50HZ 47

Hình 3.15: Điện áp đặt vào động cơ ở tần số 15HZ có tải 48

Hình 3.16: Tốc độ của động cơ ở tần số 15HZ có tải 48

Hình 3.17: Mô men của động cơ ở tần số 15HZ 49

Hình 3.18: Mô hình thí nghiệm điều khiển mức, nhiệt độ và lưu lượng 50

Hình 3.20: Giao diện trong thí nghiệm điều khiển 52

Hình 3.23: Kết quả thí nghiệm Kp = 2; KI = 3; KD = 0,1 57

Hình 4.1 Sơ đồ tổng quát hệ thống truyền động BĐTS – ĐCKĐB 59

Hình 4.2: Sơ đồ nguyên lý hệ BĐTS - ĐCKĐB 61

Hình 4.3 Sơ đồ bố trí thiết bị trên bàn thí nghiệm 63

Hình 4.5 Thông số của động cơ trong bài thực nghiệm 65

Hình 4.6: Mô hình điều khiển động cơ 68

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết cua đề tài

Là một giáo viên của khoa Điện - trường Cao Đẳng Nghề Yên Bái, trực tiếp tham gia đào tạo nghề “Điện công nghiệp“, nên tôi rất quan tâm đến hệ truyền động điện xoay chiều nói trên với mục đích nâng cao kiến thức về lĩnh vực này: làm chủ được các công việc thiết kế, lắp đặt hệ thống mới và góp phần đào tạo ra đội ngũ cán bộ kỹ thuật điện làm chủ được các hệ thống truyền động xoay chiều chất lượng cao trong thực tế, đáp ứng yêu cầu của nền sản xuất hiện đại

Hiện nay hệ truyền động sử dụng động cơ điện xoay chiều ngày càng được sử dụng rộng rãi trong thực tế do có nhiều ưu điểm Đặc biệt ngày nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ điện tử công suất, vi xử lý và công nghệ máy tính thì việc điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều đạt được những chỉ tiêu chất lượng điều chỉnh cao trở nên dễ dàng Trước đây trong các ngành sản xuất công nghiệp các hệ truyền động đòi hỏi chỉ tiêu chất lượng cao (Điều chỉnh tốc độ vô cấp, phạm vi điều chỉnh rộng, độ ổn định cao ) thường dùng hệ truyển động một chiều Hiện nay do giải quyết tốt việc điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều, nên hệ thống truyền động điện một chiều được thay thế bằng hệ thống truyền động điện xoay chiều và đang trở nên phổ biến Vì vậy các hệ thống truyền động sử dụng động cơ xoay chiều (Điển hình là hệ truyền động biến tần - động cơ xoay chiều 3 pha rô to lồng sóc) không những được nhiều nhà nghiên cứu quan tâm giải quyết, mà ngay trong các trường đào tạo đại học, cao đẳng nghề điện cũng được đưa vào chương trình đào tạo, nhằm đào tạo được những cán bộ kỹ thuật đáp ứng được yêu cầu của sản xuất

Xuất phát từ những lý do trên và cũng là yêu cầu của trường cao đẳng nhề Yên Bái, tôi chọn đề tài :

tần – Động cơ điện xoay chiều, phục vụ cho công tác đào tạo nghề Điện công nghiệp của khoa Điện, trường Cao đẳng nghề Yên Bái”

2 Mục tiêu của luận văn

Nghiên cứu hệ thống thí nghiệm biến tần động cơ xoay chiều tại trung tâm thí nghiệm trường đại học KTCN Thái Nguyên

Trên cơ sở thiết bị hiện có của trường và nội dung chương trình đào tạo, , dựa vào kết quả nghiên cứu trên, tiến hành triển khai thành các modul thực hành về điều khiển biến tần – động cơ xoay chiều ba pha Đây là vấn đề còn nhiều hạn chế ở các cơ sở đào tạo nghề, cụ thể là tại trường Cao đẳng nghề

Yên Bái

3 Đối tượng nghiên cứu

- Biến tần 3 pha

- Đông cơ xoay chiều 3 pha

- Điều khiển hệ Biến tần - động cơ xoay chiều

4 Ý nghĩ khoa học và thực tiễn của đề tài

Nâng cao được chất lượng đào tạo nghề của nhà trường

Đáp ứng được yêu cầu của thực tế sản xuất do hiện nay trong thực tế đang sử dụng rộng rãi hệ thông này trong các thiết bị đòi hỏi chất lượng điều chỉnh cao

5 Kết cấu của luận văn của luận văn

Với mục tiêu đặt ra, nội dung luận văn bao gồm các chương sau:

Chương 1: Thực trạng và nội dung đào tạo nghề “Điện công nghiệp” của

trường Cao đẳng nghề Yên Bái

Chương 2: Nghiên cứu hệ điều khiển biến tần động cơ xoay chiều ba pha Chương 3: Đánh giá hẹ thống bằng mô phỏng và thực nghiệm

Chương 4: Xây dựng hệ thực hành “biến tần - động cơ xoay chiều“

Kết luận và kiến nghị

Để hoàn thành được luận văn, ngoài sự cố gắng của bản thân, tác giả đã nhận được sự hướng dẫn tận tình của cán bộ hướng dẫn khoa học và sự giúp

đỡ của trường Cao đẳng nghề Yên Bái, trường Đại học Kỹ thuật công nghiệp

- Đại học Thái Nguyên, tập thể thầy cô giáo của Khoa Điện và khoa Sau đại học và bạn bè đồng nghiệp

Tôi xin chân thành cám ơn thầy giáo Nguyễn văn Vỵ và tập thể thầy cô giáo của Khoa Điện và khoa Sau đại học - trường Đại học Kỹ thuật công đã giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn và chương trình học tập

Thái Nguyên ngày 20 tháng 12 năm 2013

Tác giả luận văn

Cấn Thị Vân

CHƯƠNG 1 THỰC TRẠNG VÀ YÊU CẦU ĐÀO TẠO NGHỀ ĐIỆN

CỦA TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ YÊN BÁI

1.1 Giới thiệu chung về trường Cao đằng nghề Yên bái

1.1.1 Quá trình phát triển trường Cao đẳng nghề Yên Bái

Trường Cao đẳng nghề Yên Bái được thành lập theo Quyết định số 670/QĐ-LĐTBXH ngày 27/5/2009 của Bộ Lao động - Thương binh và Xã hội trên cơ sở nâng cấp Trường Trung cấp nghề tỉnh Yên Bái

Trường Cao đẳng nghề Yên Bái là trường cao đẳng nghề công lập duy nhất của tỉnh Yên Bái Nhà trường có nhiệm vụ tổ chức đào tạo, bồi dưỡng dạy nghề theo 3 cấp trình độ : Cao đẳng nghề, trung cấp nghề và sơ cấp nghề,

tổ chức hợp tác đào tạo, nghiên cứu ứng dụng khoa học kỹ thuật và tổ chức các dịch vụ sản xuất nhằm đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế xã hội của tỉnh Yên Bái và các tỉnh lân cận

Tiền thân của nhà trường là một cơ sở đào tạo công nhân kỹ thuật với sự sát nhập của 3 nhà trường trong tỉnh (Năm 1992, sáp nhập Trường Công nhân

kỹ thuật Giao thông vận tải, Trường Công nhân kỹ thuật Xây dựng và Trường công nhân kỹ thuật Công nghiệp) Qua nhiều năm thực hiện chức năng đào tạo nguồn lao động trình độ công nhân kỹ thuật, nhà trường luôn hoàn thành nhiệm vụ được giao, đã góp phần quan trọng trong công cuộc xây dựng và bảo vệ tổ quốc Đến năm 2007, trường được nâng cấp thành trường Trung cấp nghề tỉnh Yên Bái (Theo Quyết định số 811/QĐ-UBND ngày 12/6/2007 của UBND tỉnh Yên Bái)

Với thời gian vừa tròn 2 năm, dưới sự quan tâm của Đảng, Nhà nước, các cấp, các ngành và sự phấn đấu nỗ lực của tập thể cán bộ, giáo viên, công nhân viên, nhà trường đã có sự trưởng thành vượt bậc, thực sự khẳng định được vị trí của mình trong sự nghiệp đào tạo nghề, đào tạo nguồn nhân lực có trình độ, có phẩm chất đạo đức tốt và tay nghề vững vàng đáp ứng yêu cầu

trong thời kỳ công nghiệp hoá - hiện đại hoá Sau khi phấn đấu bảo đảm đủ điều kiện, nhà trường đã được Bộ Lao động - Thương binh và Xã hội nâng cấp thành trường Cao đẳng nghề Yên Bái

Trong những năm qua, nhà trường đã tập trung đầu tư mua sắm trang thiết bị, chủ động tổ chức nghiên cứu biên soạn giáo trình, tài liệu để phục vụ cho công tác đào tạo, đổi mới phương thức quản lý, áp dụng phương pháp giảng dạy theo hướng phát huy tính tích cực của người học, nên đã thu hút được đông đảo học sinh sinh viên và học viên về trường học tập; chất lượng đào tạo đã từng bước được nâng lên và uy tín của nhà trường ngày càng được khẳng định

Trong chiến lược phát triển về đào tạo nguồn nhân lực của tỉnh Yên Bái đến năm 2020, Trường Cao đẳng nghề Yên Bái phấn đấu là một trường đào tạo nguồn nhân lực trình độ Cao đẳng phục vụ cho phát triển kinh tế - xã hội của tỉnh Yên Bái và vùng Tây Bắc (Vùng núi phía Bắc giữ một vị trí đặc biệt quan trọng về an ninh, quốc phòng, chính trị xã hội và kinh tế) Nhà trường đã được Bộ Lao động - Thương binh và Xã hội, UBND tỉnh Yên Bái phê duyệt

dự án xây dựng cơ sở mới và được cấp diện tích đất 20,5 hecta với quy hoạch tổng thể đáp ứng quy mô đào tạo từ 3.000 đến 5.000 học sinh, sinh viên với đầy đủ trang thiết bị theo quy định

Theo Quyết định số 826/QĐ-BLĐTBXH ngày 07/7/2011 của Bộ Lao động - Thương binh và Xã hội, Trường Cao đẳng nghề Yên Bái được phê duyệt đầu tư trọng điểm đào tạo 05 nghề :

- Công nghệ ô tô với cấp độ Quốc tế;

- Điện công nghiệp;

- Gia công và thiết kế sản phẩm mộc;

- Chế tạo thiết bị cơ khí;

- Vận hành máy thi công nền với cấp độ Asean

1.1.2 Cơ cấu tổ chức bộ máy của nhà trường

Để đáp ứng yêu cầu đào tạo nguồn nhân lực góp phần thực hiện sự nghiệp công nghiệp hóa - hiện đại hóa đất nước, nhà trường đã tiến hành xây dựng Điều lệ trường và bổ sung về cơ cấu tổ chức (Được Ủy ban nhân dân tỉnh phê duyệt tại Quyết định số 1167/QĐ-UBND ngày 17/8/2009 và Quyết định số 1520/QĐ-UBND ngày 12/10/2011) phù hợp với quy mô phát triển của nhà trường

Hiện nay, cơ cấu tổ chức bộ máy của nhà trường gồm:

- Ban Giám hiệu;

- Các đơn vị trực thuộc :

1 Phòng Đào tạo và Nghiên cứu khoa học;

2 Phòng Tổ chức hành chính;

3 Phòng Tài chính kế toán;

4 Phòng Quản trị và quản lý thiết bị;

5 Phòng Công tác học sinh sinh viên;

6 Khoa Kinh tế;

7 Khoa Cơ khí;

8 Khoa Điện;

9.Khoa Điện tử công nghệ thông tin;

10 Khoa Khoa học cơ bản;

11 Khoa Sư phạm Dạy nghề;

12 Khoa Xây dựng;

13 Khoa Giao thông;

14 Khoa Công nghệ Ô tô;

15 Trung tâm Đào tạo lái xe;

16 Trung tâm Thực hành sản xuất và hợp tác đào tạo

Chức năng, nhiệm vụ của các đơn vị phòng, khoa, trung tâm được xác định trên cơ sở chức năng, nhiệm vụ chung của nhà trường

1.2 Các ngành nghề đào tạo của Nhà trường

- Nhà trường tổ chức đào tạo nghề theo 3 cấp trình độ : Cao đẳng nghề,

Trung cấp nghề và Sơ cấp nghề với các nghề sau :

+ Điện công nghiệp

+ Kế toán doanh nghiệp

- Bồi dưỡng nâng cao trình độ kỹ năng nghề cho người lao động theo yêu cầu của cơ sở sản xuất, kinh doanh, dịch vụ và người lao động

- Nghiên cứu, ứng dụng kỹ thuật - công nghệ nâng cao chất lượng, hiệu quả đào tạo; tổ chức sản xuất, kinh doanh, dịch vụ theo quy định của pháp luật

- Thực hiện các nhiệm vụ khác theo quy định của pháp luật

Năm 2011, Bộ Lao động - Thương binh và Xã hội bổ sung thêm một số nhiệm vụ: Nghiên cứu khoa học dạy nghề cho các cơ sở dạy nghề khu vực Tây Bắc

Năm 2012, Bộ Lao động - Thương binh và Xã hội bổ sung thêm một số nhiệm vụ: Dạy nghề công tác xã hội, sửa chữa thiết bị điện lạnh và Gia công thiết kế sản phẩm mộc; UBND tỉnh giao thêm thành lập khoa Dạy nghề dân tộc nội trú

Để công tác đào tạo đạt kết quả cao nhà trường đã triển khai công tác nghiên cứu khoa học, với những biện pháp tích cực kịp thời nhằm khuyến khích cán bộ, giáo viên ở các phòng, khoa, trung tâm tham gia nghiên cứu

khoa học Kết quả: Xây dựng mới 26 bộ giáo trình dạy nghề Đã có nhiều sáng kiến kinh nghiệm cải tiến phương pháp dạy học, quản lý đào tạo, giáo dục học sinh nhằm nâng cao chất lượng đào tạo

Thông qua việc xây dựng kế hoạch kinh phí hàng năm và được cụ thể hoá trong quy chế chi tiêu nội bộ của trường Nhà trường đã cử nhiều cán bộ, giáo viên đi tham quan, học tập nghiên cứu công nghệ mới, cử giáo viên đi tập huấn, bồi dưỡng công nghệ phần mềm và công nghệ mới trong nước để nghiên cứu ứng dụng cho đào tạo nghề tại trường Chính vì thế việc thực hiện nghiên cứu khoa học tại trường đã từng bước được cán bộ quản lý, giáo viên tích cực tham gia, hưởng ứng, góp phần nâng cao vị thế và chất lượng đào tạo của nhà trường

Công tác nghiên cứu khoa học trong nhà trường còn mới mẻ nhưng đã được lãnh đạo nhà trường quan tâm, tạo điều kiện, đội ngũ cán bộ, giáo viên nhà trường đã nỗ lực tham gia để ứng dụng vào thực tế, trong công tác quản

lý và giảng dạy Các đề tài nghiên cứu khoa học bước đầu được đánh giá tốt đảm bảo thiết thực, hiệu quả, tiết kiệm được chi phí

1.3 Chương trình đào tạo nghề điện công nghiệp

1.3.1 Nhu cầu lao động của xã hội với nghề điện công nghiệp của tỉnh Yên Bái và các tỉnh lân cận

Ngày nay với sự phát triển ngày càng rộng rãi của ngành công nghiệp nói chung, của tỉnh Yên Bái và các tỉnh lân cận Yên Bái như Phú Thọ, Tuyên Quang, Hòa Bình, Lào Cai nói riêng Nhu cầu nhân công lao động qua đào tạo tương đối lớn Phần lớn các lao động trong các nhà máy là công nhân lao động chân tay chưa qua đào tạo nghề vì vậy một số nhà máy sau khi tuyển dụng nhân công xong phải tổ chức đào tạo tay nghề theo yêu cầu công nghệ Tại Yên Bái hiện nay có 5 khu công nhiệp với nhiều nhà máy đã đi vào hoạt động, một số nhà máy đang trong quá trình xây dựng Các nhà máy được đầu

tư nhiều máy móc hiện đại, sử dụng công nghệ mới vào sản xuất Nắm được

tình hình này trường cao đẳng nghề Yên Bái tập chung đào tạo một số nghề trọng điểm trong đó nghề điện công nghiệp được đầu tư để đào tạo chuẩn theo cấp độ Asean

1.3.2 Chương trình đào tạo nghề điện

Chương trình đào tạo được kết hợp giữa lý thuyết và thực hành

CHƯƠNG TRÌNH KHUNG TRÌNH ĐỘ CAO ĐẲNG NGHỀ

(Ban hành kèm theo quyết định số 541/QĐ-TCĐT ngày 03 thang10 năm

2011 của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng nghề Yên Bái)



Tên nghề : Điện công nghiệp

Mã nghề :

Trình độ đào tạo : Cao đẳng nghề

Đối tượng tuyển sinh : Tốt nghiệp Trung học phổ thông hoặc tương

đương;

Số lượng môn học, mô đun đào tạo : 37

Bằng cấp sau khi tốt nghiệp: Cao đẳng nghề

MỤC TIÊU ĐÀO TẠO:

- Kiến thức, kỹ năng nghề nghiệp:

+ Trình bày được nguyên lý, cấu tạo và các tính năng, tác dụng của các loại thiết bị điện, khái niệm cơ bản, quy ước sử dụng trong nghề Điện công nghiệp;

+ Hiểu được cách đọc các bản vẽ thiết kế của nghề điện và phân tích được nguyên lý các bản vẽ thiết kế điện như bản vẽ cấp điện, bản vẽ nguyên

+ Phân tích được phương pháp xác định các dạng hư hỏng thường gặp của các thiết bị điện;

+ Nắm vững các kiến thức về quản lý kỹ thuật, quản lý sản xuất, điều khiển các trạm điện, lưới điện;

+ Vận dụng được những kiến thức cơ sở và chuyên môn đã học để giải thích các tình huống trong lĩnh vực điện công nghiệp;

+ Đạt trình độ A Tiếng Anh, trình độ B Tin học hoặc tương đương

+ Lắp đặt được hệ thống cấp điện của một xí nghiệp, một phân xưởng vừa và nhỏ đúng yêu cầu kỹ thuật;

+ Sửa chữa, bảo trì và chỉnh định được các thiết bị điện trên các dây chuyền sản xuất, đảm bảo đúng trình tự và yêu cầu kỹ thuật;

+ Phán đoán đúng và sửa chữa được các hư hỏng thường gặp trong các

hệ thống điều khiển tự động cơ bản;

+ Vận hành được những hệ thống điều tốc tự động;

+ Đọc, hiểu, lắp đặt và vận hành được các thiết bị điện có công nghệ hiện đại theo tài liệu hướng dẫn

+ Lắp đặt và vận hành được các thiết bị điện đảm bảo an toàn;

+ Hướng dẫn, giám sát kỹ thuật được các tổ, nhóm lắp đặt mạng điện hạ

áp và mạch điện điều khiển trong hệ thống điện;

+ Tự học tập, nghiên cứu khoa học theo đúng chuyên ngành đào tạo; + Có kỹ năng giao tiếp, tổ chức và làm việc nhóm

cao, tỷ mỷ chính xác, sẵn sàng đảm nhiệm các công việc được giao ở các nhà máy, xí nghiệp sản xuất hoặc công ty kinh doanh về lĩnh vực điện;

+ Trung thành với sự nghiệp xây dựng và bảo vệ Tổ quốc Việt Nam Xã hội Chủ nghĩa;

+ Thực hiện đầy đủ trách nhiệm, nghĩa vụ của người công dân; sống và làm việc theo Hiến pháp - Pháp luật;

+ Yêu nghề, có ý thức cộng đồng và tác phong làm việc của một công dân sống trong xã hội công nghiệp;

+ Có thói quen lao động nghề nghiệp, sống lành mạnh phù hợp với phong tục, tập quán và truyền thống văn hóa dân tộc;

+ Luôn có ý thức học tập, rèn luyện để nâng cao trình độ đáp ứng nhu cầu của công việc

+ Đủ sức khỏe để làm việc lâu dài trong điều kiện năng động của các xí nghiệp công nghiệp;

+ Sức khỏe đạt loại I hoặc loại II theo phân loại của Bộ Y tế;

+ Có hiểu biết về các phương pháp rèn luyện thể chất, ý thức xây dựng

- Làm việc trong các công ty, xí nghiệp sản xuất công nghiệp trong các thành phần kinh tế xã hội

* THỜI GIAN CỦA KHÓA HỌC VÀ THỜI GIAN THỰC HỌC TỐI THIỂU:

- Thời gian của khóa học và thời gian thực học tối thiểu:

+ Thời gian đào tạo: 3 năm

+ Thời gian học tập: 131 tuần

+ Thời gian thực học tối thiểu: 3750 giờ

+ Thời gian ôn, kiểm tra hết môn học, mô đun và thi tốt nghiệp: 300 giờ (Trong đó thi tốt nghiệp: 100 giờ)

- Phân bổ thời gian thực học tối thiểu:

+ Thời gian học các môn học chung bắt buộc: 450 giờ

+ Thời gian học các môn học, mô đun đào tạo nghề: 3300 giờ

+ Thời gian học bắt buộc: 2520 giờ; Thời gian học tự chọn: 780 giờ

+ Thời gian học lý thuyết: 708 giờ; Thời gian học thực hành: 1812 giờ

* DANH MỤC MÔN HỌC, MÔ ĐUN ĐÀO TẠO BẮT BUỘC, THỜI GIAN VÀ PHÂN BỔ THỜI GIAN:

Thực hành

Kiểm tra

II Các môn học, mô đun đào tạo

II.1 Các môn học, mô đun kỹ thuật

cơ sở

* CHƯƠNG TRÌNH MÔN HỌC, MÔ ĐUN ĐÀO TẠO BẮT BUỘC:

(Nội dung chi tiết có Phụ lục kèm theo)

* HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG CHƯƠNG TRÌNH KHUNG TRÌNH ĐỘ

CAO ĐẲNG NGHỀ ĐỂ XÁC ĐỊNH CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO NGHỀ:

- Hướng dẫn xác định danh mục các môn học, mô đun đào tạo nghề tự chọn; thời gian, phân bố thời gian và chương trình cho môn học, mô đun đào tạo nghề tự chọn:

Thực hành

Kiểm tra

MĐ 31 Điều khiển lập trình cỡ nhỏ 90 30 55 5

MĐ 35 Quấn dây máy điện nâng cao 90 10 77 3

CHƯƠNG TRÌNH MÔ ĐUN ĐÀO TẠO: TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

Mã số mô đun: MĐ26

Thời gian mô đun: 150giờ; (Lý thuyết: 60 giờ; Thực hành: 90 giờ)

* VỊ TRÍ, TÍNH CHẤT CỦA MÔ ĐUN:

- Vị trí: Trước khi học mô đun này cần hoàn thành các mô đun và môn học cơ sở, đặc biệt các mô đun và môn học: Mạch điện; Trang bị điện; Máy điện

- Tính chất: Là mô đun kĩ thuật chuyên môn, thuộc mô đun đào tạo nghề bắt buộc

* MỤC TIÊU MÔ ĐUN:

- Trình bày được nguyên tắc và phương pháp điều khiển tốc độ của hệ truyền động điện

- Đánh giá được đặc tính động của hệ điều khiển truyền động điện

- Tính chọn được động cơ điện cho hệ truyền động không điều chỉnh

- Phân tích được cấu tạo, nguyên lý của một số thiết bị điển hình như: soft start, inverter, các bộ biến đổi

- Lựa chọn đƣợc các bộ biến đổi phù hợp với yêu cầu hệ truyền động

- Rèn luyện tính tỉ mỉ, cẩn thận, tác phong công nghiệp cho học sinh

* NỘI DUNG MÔ ĐUN:

- Nội dung tổng quát và phân phối thời gian :

TT Tên các bài trong mô đun

Thời gian Tổng

số

Lý thuyết

Thực hành

Kiểm tra*

10 Bộ điều khiển máy điện servo 20 5 14 1

11 Bộ điều khiển tốc độ động cơ DC 20 5 14 1

- Nhận biết đƣợc cổng vào, cổng ra ở bộ biến tần

- Kết nối mạch động lực cho bộ biến tần

- Khởi động và thực hiện dừng mềm, đảo chiều quay cho động cơ

Nội dung:

1 Giới thiệu các loại biến tần

2 Các phím chức năng

3 Các cổng vào/ra và cách kết nối

4 Khảo sát hoạt động của biến tần

5 Ứng dụng thông dụng trong công nghiệp

Để thực hiện được các modul đào tạo nhà trường đã đầu tư cơ sở vật

chất, các bộ thực hành phục vụ cho công tác giảng dạy

Ngoài ra nhà trường còn chú trọng công tác đào tạo bồi dưỡng, nâng cao chất lượng đội ngũ giáo viên và cán bộ quản lý

- Đến thời điểm tháng 8/2013 nhà trường có tổng số : 160 cán bộ, giáo viên, công nhân viên, đang sinh hoạt tại 14 phòng, khoa, trung tâm Trong đó: Trình độ hiện có: Thạc sỹ 14 người; Đại học 119 người;

Năm học 2012 - 2013, có 60 lượt cán bộ, giáo viên được tham gia các khoá đào tạo, bồi dưỡng Trong đó:

- Đào tạo thạc sỹ : 25 người

- Đào tạo đại học: 8 người

- Bồi dưỡng kiến thức mới, NVSP: 30 người

- Bồi dưỡng kỹ năng nghề: 65 người;

- Bồi dưỡng khác: 10 người

Trong năm học vừa qua công tác đào tạo, bồi dưỡng luôn được lãnh đạo nhà trường đề cao và hết sức quan tâm Nhằm xây dựng đội ngũ cán bộ, giáo viên, nhân viên nhà trường thành thạo về chuyên môn, nghiệp vụ, có trình độ quản lý tốt, đáp ứng yêu cầu của việc kiện toàn và nâng cao hiệu quả của bộ máy nhà trường, đồng thời, đạt các tiêu chuẩn chức danh theo quy định đối với từng ngạch công chức Nội dung đào tạo bồi dưỡng: Kiến thức chuyên môn, lý luận chính trị, quản lý hành chính nhà nước, quản lý kinh tế, bồi dưỡng ngoại ngữ, tin học, kỹ năng nghề

1.4 Sự cần thiết phải xây dựng hệ thực nghiệm BBT - ĐCXC

Với mục tiêu là đào tạo cán bộ kỹ thuật có trình độ Cao đẳng nghề làm việc chủ yếu ở các cơ sở sản xuất công nghiệp Tại các cơ sở này, hiện nay chủ yếu sử dụng các hệ truyền động điện xoay chiều Vì vây ngay trong nhà trường đòi hỏi sinh viên phải có kiến thức, đặc biệt là phải có tay nghề cao trong việc khai thác, sử dụng, sửa chữa các hệ truyền động Biến tần - Động cơ xoay chiều Muốn đạt được mục tiêu trên, ngoài dạy kiến thức về mặt lý thuyết sinh viên, cần phải cho sinh viên thực hành nhiều về hệ thống này Trong thực tế đào tạo trong mấy năm qua, phần thực hành về tự động khống chế, về sửa chữa máy điện và PLC, đã được quan tâm đúng mức, tuy nhiên phần thực hành về điều khiển động cơ điện, còn thiếu bài thực hành về điều hệ biến tần - động cơ xoay chiều

Chính vì vậy, việc xây dựng bài thực hành về điều khiển hệ truyền động BBT – ĐCXC là cần thiết để đào tạo tay nghề cho sinh viên và trang bị thêm kiến thức cho đội ngũ giáo viên thực hành của trường

1.5 Kết luận chương 1

Khi tiến hành bài thí nghiệm về điều khiển biến tần động cơ KĐBXC 3 pha thông qua thiết bị điều khiển lưu lượng bằng tần số tại Trung tâm thí nghiệm của trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp, tác giả đã nắm được cấu trúc của bài thí nghiệm, tổ chức tiến hành thí nghiệm, lấy kết quả thí nghiệm

và đánh giá so sánh với lý thuyết và mô phỏng

Nội dung luận văn này nhằm bổ sung thêm một bài thực hành cho sinh viên trong quá trình đào tạo nghề ở trường Cao đẳng nghề Yên Bái, để sinh viên ra trường đáp ứng ngay được yêu cầu của thực tế sản xuất khi học tập, giúp cho sinh viên có kỹ năng tay nghề thành tạo khi tốt nghiệp ra trường, đáp ứng được yêu cầu thực tiễn Đồng thời, hệ thực nghiệm cũng giúp trang bị thêm kiến thức cho đội ngũ giáo viên thực hành của trường

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN HỆ TRUYỀN ĐỘNG BIẾN TẦN

ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA

2.1 Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha

Điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều không đồng bộ ba pha (ASM) có thể thực hiện bằng nhiều phương pháp khác nhau :

- Điều chỉnh điện áp đặt vào dây cuốn stato;

- Điều chỉnh số đôi cực từ;

- Điều chỉnh điện trở phụ mạch rotor đối với loại động cơ rotor dây cuốn;

- Điều chỉnh tần số f của nguồn cung cấp cho động cơ

Trong thực tế việc điều chỉnh tần số nguồn cung cấp được thực hiện bởi

bộ biến đổi tần số Sơ đồ cấu trúc tổng quát của hệ truyền động Biến tần - động cơ không đồng bộ 3 pha (BĐTS – ĐCKĐB) trên hình H 2.1

Hình 2.1 Sơ đồ tổng quát hệ thống truyền động BĐTS – ĐCKĐB

Trong các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ 3 pha thi phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi tần số nguồn cung cấp là phương pháp điều chỉnh triệt để nhất, cho phép thay đổi cả tốc độ đồng bộ và điều chỉnh được tốc độ động cơ trong vùng trên tốc độ định mức Đây là phương pháp cho phép đạt được các chỉ tiêu điều chỉnh tốc độ cao (điều chỉnh

vô cấp, phạm vi điều chỉnh rộng, độ sai lệch nhỏ )

Trong sơ đồ hình H2.1 chức năng của các khối như sau :

- RI : Khối điều khiển dòng điện có chức năng nhận tín hiệu đặt và tín hiệu phản hồi dòng điện (mô men) và đưa ra tín hiệu điều khiển theo yêu cầu bằng những luật điều khiển phù hợp

- R: Khối điều khiển tốc độ có chức năng nhận tín hiệu đặt và tín hiệu phản hồi tốc độ và đưa ra tín hiệu điều khiển theo yêu cầu bằng những luật điều khiển phù hợp

- R: Khối điều khiển vị trí có chức năng nhận tín hiệu đặt và tín hiệu phản hồi vị trí và đưa ra tín hiệu điều khiển theo yêu cầu bằng những luật điều khiển phù hợp

- PWM : Khối biến tần có nhiệm vụ tạo ra nguồn điện có tần số mong muốn cung cấp cho động cơ chấp hành Khối này hiện nay thường sử dụng các phần tử bán dẫn công suất làm việc ở chế độ chuyển mạch (bộ biến tần máy điện quay ít sử dung)

- Khối chỉnh lưu: thực hiện chức năng chỉnh lưu dòng điện xoay chiều 3 pha thành dòng điện một chiều để cung cấp cho khối biến tần PWM Tùy theo loại biến tần mà có thể có hoặc không có khối này, với biến tần trực tiếp thì sẽ không có khối này

- Khối động cơ chấp hành: Khối này có thể là động cơ xoay chiều đồng

bộ hoặc không đồng bộ

- βI : Khối phản hồi dòng điện thực hiện chức năng phản hồi mômen (dòng điện) của động cơ và đưa tín hiệu phản hồi về bộ điều khiển dòng điện

- α: Khối phản hồi tốc độ động cơ điện và đưa tín hiệu phản hồi về bộ điều khiển tốc độ

- θ: Khối phản hồi vị trí thực hiện chức năng nhận tín hiệu là vị trí (t)

và đưa về khối điều khiển vị trí

- Máy công tác: Là các máy sản xuất hoặc các cơ cấu chấp hành cụ thể

Để tạo ra các bộ biến tần có tần số thay đổi được người ta có thể dùng các bộ biến tần với máy điện quay hoặc dùng bộ biến tần bán dẫn So với các

bộ biến tần bán dẫn, bộ biến tần máy điện quay có nhiều nhược điểm và ngày càng ít dùng

Động cơ không đồng bộ là loại máy điện được sử dụng phổ biến trong

kỹ thuật truyền động điện do đó có ưu điểm là: đơn giản về kết cấu, gọn nhẹ

dễ chế tạo, dễ sử dụng, đặc biệt động cơ rotor lồng sóc có kết cấu đơn giản, ở phần quay không có yêu cầu về cách điện và có thể làm việc ở cả môi trường

có hoạt tính cao hoặc trong nước

Trước đây việc điều khiển tốc độ động cơ xoay chiều không đồng bộ gặp khó khăn khi điều khiển ở vùng tốc độ thấp Ngày nay động cơ không đồng

bộ được điều chỉnh bằng các bộ biến tần bán dẫn đã và đang được hoàn thiện

và có khả năng cạnh tranh lớn với điều khiển một chiều, nhất là ở vùng công suất truyền động lớn hoặc tốc độ thấp

Ưu điểm nổi bật của phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng

bộ 3 pha rô to lồng sóc bằng phương pháp sử dụng bộ biến tần là :

- Điều chỉnh vô cấp

- Cho phép mở rộng dải điều chỉnh và nâng cao tính chất động học của

hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều

- Hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ bằng biến tấn có kết cấu đơn giản, làm việc được trong nhiều môi trường khác nhau

- Khả năng điều chỉnh tốc độ động cơ dễ dàng, có khả năng đáp ứng cho nhiều ứng dụng khác nhau

+ Các thiết bị cần thay đổi tốc độ nhiều động cơ cùng một lúc (máy dệt, băng tải, băng chuyền,…)

+ Các thiết bị yêu cầu tốc độ làm việc cao (máy ly tâm, máy mài,…) + Các thiết bị yêu cầu chỉ tiêu điều chỉnh tốc độ cao ( các máy cắt gọt kim loại, máy gia công chính xác )

Hiện nay trên thế giới đang được lưu hành rất nhiều loại biến tần của các hãng khác nhau Trong đó biến tần của hãng SIEMENS (Đức) là một trong những sản phẩm hàng đầu Nó có nhiều đặc điểm ưu việt về tính năng kỹ thuật cũng như chất lượng sản phẩm

2.2 Điều khiển hệ BĐTS – ĐCKĐB

Đối với hệ BĐTS – ĐCKĐB động cơ điện không đồng bộ là đối tượng

cần được điều khiển( tốc độ và mô men của động cơ) để đáp ứng các yêu cầu của phụ tải Trong các thông số cần điều khiển thì tần số của nguồn cung cấp

là thông số điều khiển rất quan trọng nhất và cho phép đạt được chỉ tiêu điều chỉnh cao Để điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng phương pháp điều chỉnh tần số người ta sử dụng hệ thống : Bộ biến đổi tần số - Động cơ không đồng bộ (BĐTS – ĐCKĐB) Hệ thống truyền động điện BĐTS – ĐCKĐB hiện đang được sử dụng để thay thế cho các hệ truyền động điện một chiều vì hệ đảm bảo được các chỉ tiêu kỹ thuật, nhưng có hiệu quả kinh tế cao hơn hệ truyền động một chiều

Điều khiển hệ BĐTS - ĐCKĐB có 03 phương pháp chủ yếu sau :

- Điều khiển vô hướng (SFC: Scalar Frequency Control)

- Điều khiển định hướng theo từ trường (FOC: Field Oriented Control)

- Điều khiển trực tiếp momen (DTC: Direct Toque Control)

2.2.1 Điều khiển vô hướng

Thực chất của phương pháp điều khiển vô hướng (U/f bằng hằng số) là giữ cho từ thông stator (ψ s) không đổi trong suốt quá trình điều chỉnh Khi điều khiển tần số, nếu giữ từ thông khe hở không đổi thì động cơ sẽ được sử

dụng hiệu quả nhất, tức là có khả năng sinh mômen lớn nhất Do những ưu điểm sẵn có của động cơ không đồng bộ mà các hệ truyền động của chúng cũng thừa hưởng tính kinh tế và tính chắc chắn

Phương pháp này dễ thực hiện tuy vậy vẫn còn tồn tại nhược điểm: tổn thất công suất P và lượng tiêu thụ công suất phản kháng Q không phải là nhỏ

nhất, ổn định tốc độ gặp khó khăn, mặc dù hệ truyền động đơn giản nhưng có hạn chế về độ chính xác tốc độ và đáp ứng mômen kém Hệ truyền động không thể đảm bảo điều khiển được các đáp ứng về mômen và từ thông Cho nên, điều khiển vô hướng được ứng dụng trong công nghiệp khi yêu cầu không cao về điều chỉnh sâu tốc độ

Cấu trúc cơ bản của hệ truyền động theo phương pháp điều khiển vô hướng được biểu diễn trên hình 2.2:

Sơ đồ cấu trúc gồm hai phần:

Hình 2.2: Cấu trúc điều khiển vô hướng hệ BĐTS - ĐCKĐB

Phần lực gồm: CL là khối chỉnh lưu dùng để biến đổi điện áp xoay chiều

của mạng điện công nghiệp thành điện áp một chiều cấp cho khối nghịch lưu;

NL là khối nghịch lưu thường dùng các khoá đóng cắt IGBT, thực hiện biến đổi điện áp một chiều U dc ở đầu ra khối CL thành điện áp xoay chiều cung cấp cho động cơ; ASM là động cơ không đồng bộ ba pha rotor lồng sóc; C là tụ lọc

Phần điều khiển gồm: Khâu tạo tín hiệu khống chế nghịch lưu theo

nguyên lý điều chỉnh độ rộng xung (Driver NL PWM); bộ điều chỉnh biên độ điện áp ra nghịch lưu (ĐCA); các sensor đo dòng (SI) và đo tốc độ (TG); khâu

biến đổi dòng ba pha của động cơ thành điện áp một chiều tỉ lệ với giá trị hiệu

dụng dòng điện một pha (BĐD); XL là khâu gia công tín hiệu dòng điện và tốc

độ động cơ phục vụ cho mục đích ổn định động hệ thống; tín hiệu đặt tốc độ

của hệ (THĐ) được đưa đến khối đặt tần số để quyết định tần số ra của NL, đồng thời THĐ lại được tổng hợp với tín hiệu đầu ra của XL để khống chế biên độ điện áp ra của biến tần; các tín hiệu S a , S b , S c là các chuỗi xung dùng

để không chế các khoá IGBT trong ba pha của nghịch lưu Việc khống chế qui luật thay đổi tần số giai đoạn khởi động do ĐTS quyết định, còn việc điều chỉnh điện áp được thực hiện bởi ĐCA

2.2.2 Điều khiển định hướng theo từ trường

Điều khiển định hướng theo từ trường còn gọi là điều khiển vectơ, có thể đáp ứng các yêu cầu điều chỉnh trong chế độ tĩnh và chế độ động Phương pháp này coi rotor là phần cảm, stator là phần ứng và được phân ly với nhau giống như máy điện một chiều kích từ độc lập, nên đáp ứng được yêu cầu điều chỉnh của hệ thống trong quá trình quá độ cũng như chất lượng điều khiển tối ưu momen Việc điều khiển vectơ dựa trên định hướng vectơ từ thông roto cho phép điều khiển tách rời hai thành phần dòng stato, do đó có thể điều khiển trực tiếp từ thông và momen động cơ Kênh điều khiển momen thường gồm một mạch vòng điều chỉnh tốc độ và một mạch vòng điều chỉnh thành phần dòng điện sinh ra momen Kênh điều khiển từ thông thường gồm

một mạch vòng điều chỉnh dòng điện sinh từ thông Do đó phương pháp này tạo nên cuộc cách mạng trong điều khiển động cơ không đồng bộ, có thể tạo được các đặc tính tĩnh và động có chất lượng cao, làm việc ổn định ở tốc độ cận không, nên nó cạnh tranh hiệu quả với truyền động động cơ một chiều

Từ mô hình toán học động cơ không đồng bộ là một hệ thống nhiều biến, bậc cao, phi tuyến, nhiều ràng buộc chặt chẽ, thông qua phép biến đổi tọa độ,

có thể làm nó hạ bậc đồng thời đơn giản hoá, nhưng vẫn chưa thay đổi bản chất tính phi tuyến và nhiều biến số của nó Chất lượng động của hệ thống điều tốc biến tần không được như mong muốn, tham số của bộ điều chỉnh rất khó thiết kế chính xác, vấn đề chính là ở chỗ đã đi theo khái niệm hệ thống điều khiển một biến số mà chưa xét tới bản chất phi tuyến, nhiều biến số Về vấn đề này nhiều nhà chuyên môn đã dày công nghiên cứu, đến năm 1971 đã

có 2 công trình nghiên cứu: “Nguyên lý điều khiển định hướng từ trường

động cơ không đồng bộ” do F Blaschke của hãng Siemens Cộng hoà Liên

bang Đức thực hiện, và “Điều khiển biến đổi tọa độ điện áp stator động cơ

cảm ứng” do P.C Custman và A.A Clark ở Mỹ đạt được kết quả tốt, và đã

được công bố trong sáng chế phát minh của họ Trải qua nhiều cải tiến liên tục đã hình thành được hệ thống điều tốc biến tần điều khiển vector mà ngày nay đã trở nên rất phổ biến

Dựa quy tắc của phép chuyển đổi là tạo ra sức điện động quay đồng bộ,

dòng điện xoay chiều mạch stator i A , i B , i C qua phép biến đổi 3/2, có thể

chuyển đổi tương tương thành dòng điện xoay chiều ở tọa độ cố định 2 pha

i1 , i1; sau đó lại thông qua phép biến đổi quay theo định hướng từ trường

rotor, có thể chuyển đổi tương đương thành dòng điện một chiều i M1 , i T1 trên

hệ tọa độ quay đồng bộ Nếu người quan sát đứng trên lõi sắt từ và cùng quay với hệ tọa độ, thì người quan sát sẽ thấy đó như là một động cơ một chiều, tổng từ thông 2 của rotor động cơ xoay chiều ban đầu chính là từ thông động

cơ điện một chiều tương đương Cuộn dây M tương đương với cuộn dây kích

từ của động cơ một chiều, i M1 (hay i d1) tương đương với dòng điện kích từ,

cuộn dây T tương đương với cuộn dây phần ứng giả cố định, i T1 (hay i q1) tương đương với dòng điện phần ứng và tỷ lệ thuận với mô men

Từ quan hệ tương đương trên đây có thể mô tả dạng sơ đồ cấu trúc của

động cơ như trên hình 2.3 Về tổng thể mà nói, đầu vào 3 pha A, B, C, đầu ra

tốc độ góc , là một động cơ không đồng bộ, qua phép biến đổi 3/2 và biến

đổi quay đồng bộ trở thành một động cơ một chiều đầu vào i M1 , i T1 và đầu ra

Động cơ không đồng bộ qua biến đổi tọa độ có thể trở thành động cơ một chiều tương đương, như vậy phỏng theo phương pháp điều khiển động cơ một chiều, tìm ra lượng điều khiển của động cơ một chiều, qua phép biến đổi ngược tọa độ tương ứng, lại có thể điều khiển động cơ không đồng bộ Bởi vì đối tượng phải tiến hành biến đổi tọa độ là vector không gian (được đặc trưng bằng sức từ động) của dòng điện, cho nên thông qua hệ thống điều khiển để thực hiện chuyển đổi tọa độ được gọi là hệ thống điều khiển chuyển đổi

vector (Transvector Control System), gọi tắt là hệ thống điều khiển vector (Vector Control System) Sơ đồ cấu trúc của hệ trên hình H2.3

Hình 2.3 Cấu trúc hệ Điều khiển vectơ động cơ KĐB Trong đó tín hiệu cho trước và tín hiệu phản hồi đi qua bộ điều khiển tương tự như hệ thống điều tốc một chiều đã dùng, tín hiệu đặt dòng điện kích

quay ngược VR -1 đưa vào phía sau bộ điều khiển và khâu chuyển đổi quay VR

trong bản thân động cơ triệt tiêu nhau, bộ chuyển đổi 2/3 và bộ chuyển đổi 3/2 phía trong động cơ triệt tiêu nhau, nếu tiếp tục bỏ qua trễ do bộ biến tần sinh

ra, phần nét đứt trong khung trên hình 2.3 có thể bỏ đi hoàn toàn, phần còn lại rất giống với hệ thống điều tốc một chiều Có thể tưởng tượng rằng, tính năng trạng thái tĩnh và động của hệ thống điều tốc biến tần xoay chiều điều khiển vector hoàn toàn tương đương với hệ thống điều tốc một chiều

Đương nhiên, muốn thực hiện ý tưởng trên đây không phải là không có vấn đề Trước tiên là, điều khiển tần số và điều khiển dòng điện ở trạng thái động sẽ phối hợp ăn khớp với nhau như thế nào? Vấn đề này chưa hề xuất hiện trong hệ thống điều tốc một chiều, mà trong hệ thống điều tốc xoay chiều cần phải giải quyết Hai là, trong động cơ một chiều từ thông luôn là hằng, còn trong hệ thống điều tốc biến tần điều khiển vector thì vấn đề này được duy trì ra sao? Tóm lại, hệ thống điều khiển vector về bản chất có thể giải quyết được nhiều vấn đề tồn tại trong hệ thống điều khiển tần số trượt, phần tiếp sẽ nghiên cứu giải quyết những vấn đề này

2.2.3 Điều khiển trực tiếp momen

Nội dung của phương pháp “Điều khiển trực tiếp mô men” là điều chỉnh trực tiếp lên mômen điện từ của động cơ, còn tốc độ là đại lượng điều khiển gián tiếp Tinh thần của phương pháp là điều khiển vị trí vectơ từ thông stato

để điều khiển mômen động cơ, trên cơ sở là tác động trực tiếp của các vectơ

điện áp lên vectơ từ thông móc vòng stato Các vectơ điện áp được lựa chọn dựa trên sai lệch của từ thông stato và momen điện từ với các giá trị đặt Tuỳ thuộc vào trạng thái sai lệch của từ thông và momen điện từ, một vectơ điện

áp tối ưu đã định trước được chọn để điều chỉnh đại lượng về đúng với lượng đặt Như vậy, ưu điểm của phương pháp này là chỉ quan tâm đến các vectơ đại lượng stato mà không cần xác định vị trí của roto nên đơn giản, ít phụ thuộc vào các thông số của động cơ, đáp ứng mômen nhanh, linh hoạt

Nhược điểm của phương pháp “Điều khiển trực tiếp momen” là do bộ

điều chỉnh từ thông là ON/OFF hai hoặc ba vị trí dẫn đến các xung momen

động cơ nên khi làm việc ở tốc độ thấp khó ổn định

2.3 Điều khiển định hướng theo từ trường (FOC)

Đối với động cơ một chiều (ĐCMC) có thể điều khiển độc lập hai thành

phần dòng tạo từ thông (dòng mạch kích thích) và dòng tạo mômen quay (dòng mạch phần ứng) Do hai mạch điện của ĐCMC hoàn toàn cách ly, ta

thu được các thuật toán điều chỉnh đơn giản và đòi hỏi ở vi sử lý một lượng thời gian tính toán không lớn Đây chính là lý do đưa ĐCMC vượt trước ở những năm đầu ứng dụng điều khiển số trong các hệ thống điều chỉnh truyền động điện Đặc biệt, trong những hệ thống có quá trình công nghệ phức tạp, đòi hỏi chất lượng tĩnh và động cũng như độ chính xác điều chỉnh rất cao Ngược lại, do hệ thống cuộn dây và nguồn cấp xoay chiều ba pha, động

cơ xoay chiều ba pha có cấu trúc phức tạp và đã gây khó khăn đáng kể cho

mô tả toán học đặc điểm cách ly kể trên Vì vậy, mục đích của phương pháp

tựa theo từ thông rotor (T 4

R) chính là: Tạo ra một công cụ cho phép tách các

thành phần dòng tạo từ thông và tạo mômen quay từ dòng điện xoay chiều ba pha chạy trong cuộn dây stator của động cơ Hệ truyền động điều khiển theo

kiểu T 4

R chính là hệ hoạt động dựa trên nguyên tắc điều khiển cách ly các thành phần dòng kể trên nhờ mạch vòng điều chỉnh dòng stator (là mạch vòng trong cùng của toàn hệ)

2.3.1 Vectơ không gian và hệ tọa độ từ thông

Ba dòng pha hình sin phía stator i , i , i * su * sv * swcủa động cơ xoay chiều ba pha không nối điểm trung tính:

đều quay xung quanh gốc tọa độ với tốc độ s Bây giờ, ta hình dung ra một

hệ trục tọa độ với hai trục d và q, quay đồng bộ với vectơ ở hình 2.3, ta có thể biểu diễn tất cả các vectơ dưới dạng thành phần sau:

Hình 2.4 Mô tả vector dòng điện stator

Nếu trục d (trục thực) của hệ tọa độ mới (Hình 2.4) trùng với trục của

vectơ từ thông r (động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc - KĐB) hoặc từ

thông cực p (động cơ đồng bộ rotor nam châm vĩnh cửu - ĐCĐB), khi ấy

thành phần trục q của từ thông rotor sẽ mất đi và ta thu đƣợc một bức tranh rất

rõ ràng về quan hệ vật lý giữa mômen quay, từ thông rotor và các thành phần dòng Quan hệ đó nhƣ sau:

Quan hệ tuyến tính giữa mômen và thành phần dòng i sq đƣợc thể hiện rất

rõ ở cả hai loại động cơ Nếu từ thông rotỏ là hằng (điều này là chắc chắn với

động cơ đồng bộ) dòng i sq sẽ đặc trƣng cho mômen quayvà vì vậy ta có thể sử

dụngđại lƣợng đầu ra của khâu điều chỉnh (ĐC) tốc độ quay làm giá trị chủ

đạo

sq

*

i cho thành phần dòng trục q Đối với động cơ KĐB vì từ thông rotor là

đại lƣợng biến thiên chậm ta có thể coi nó là hằng trong phạm vi chu kỳ trích

mẫu của khâu điều chỉnh dòng Trong thực tiễn, bằng các biện pháp điều

chỉnh, ta hoàn toàn có thể giữ cho từ thông rotor không đổi Điều này đƣợc thể hiện rất rõ trong công thức (2.4) Theo (2.4), từ thông rotor chỉ có thể bị

thay đổi bởi thành phần dòng i sd (gọi là dòng tạo từ thông) với một quán tính nhất định, đặc trƣng bởi hằng số thời gian rotor T r có kích cỡ lớn gấp nhiều lần chu kỳ trích mẫu của khâu điều chỉnh dòng stator Vầy là, giá trị chủ đạo

sd

*

i của dòng tạo từ thông sẽ là đầu ra của khâu điều chỉnh từ thông Đối với động cơ đồng bộ rotor nam châm vĩnh cửu, từ thông rotor (từ thông cực) tồn tại vĩnh cửu

Nếu hình dung ra hệ tọa độ dq đứng yên tại một vị trí, sao cho trục thực

d trùng với trục của một trong ba cuộn dây pha (ví dụ cuộn pha U), và ta đổi tên cho hẹ tọa độ thành αβ, khi ấy ta thu đƣợc một hệ tọa độ cố định với

stator Hệ thống cuộn dây ba pha stator vốn là hệ thống cố định Vì vậy ta có

thể hình dung ra một phép chuyển, thay thế hệ thống ba cuộn dây pha U, V và

W của máy điện bởi một hệ hai cuộn dây αβ, dòng chay qua hai cuộn dây mới

Hình 2.5 mô tả hai hệ tọa độ có điểm gốc chung, trong đó hệ có trục αβ

đứng yên, hệ có trục tọa độ dq quay tròn với tốc độ s

s

d dt



  Vectơ is có thể đƣợc viết cho hai hệ tọa độn nhƣ sau:

- Hệ tọa độ αβ: is s  is  jis

- Hệ tọa độ dq: is f  isd  jisq

(chỉ số s, f : biểu thị cho hệ tọa độ stator cố định, hệ tọa độ từ thông)

Hình 2.6: Thu thập giá trị thực của các thành phần dòng isd, isq

Máy điện xoay chiều ba pha

Trong (2.8) u là một vectơ bất kỳ, áp dụng (2.8) cho vectơ dòng stator i s,

phép chuyển tọa độ đƣa tới hai thành phần dòng i sd , i sq, là hai thành phần một chiều có tác dụng tạo từ thông và tạo mômen quay mà công thức (2.4), (2.5)

đã mô tả

2.3.2 Cấu trúc của hệ điều khiển tựa theo từ thông rotor

Hình 2.7 Cấu trúc kinh điển của hệ TĐĐXCBP điều khiển kiểu T4R

Động cơ KĐB

Đo tốc độ quay