Nghiên cứu khảo sát và tính toán hệ truyền động biến tần động cơ điện xoay chiều để điều khiển chuyển động máy công nghiệp

Mục tiêu của luận văn Hệ truyền động biến tần động cơ điện xoay chiều ba pha hiện đang được sử dụng phổ biến, song hệ biến tần này được điều khiển bằng máy tính hoặc PLC là một hệ thống

Trang 1

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

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Chuyên ngành: Điều khiển và Tự động hóa

Mã số: 60 52 02 16

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS.TS Võ Quang Lạp

Thái Nguyên, 2015

Trang 2

LỜI CAM ĐOAN

Sinh ngày: 15 tháng 11 năm 1985

Học viên lớp Cao học khóa 14 - Tự động hóa - Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên

–Tôi xin cam đoan đây là toàn bộ nội dung luận văn “

”, được thầy giáo PGS.TS Võ Quang Lạp hướng dẫn Các

tài liệu tham khảo đã được chỉ ra trong luận văn Các số liệu nêu trong luận văn

là trung thực Những kết luận khoa học của luận văn chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào

Tôi xin cam đoan nếu có gì sai tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm./.

Thái Nguyên, ngày tháng năm 2014

Tác giả

Trang 3

Tác giả xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành nhất đến thầy giáo PGS.TS Võ Quang Lạp đã tận tình hướng dẫn trong quá trình thực hiện luận văn này

Tác giả cũng xin chân thành cảm ơn đến các thầy cô giáo ở phòng thí nghiệm đã giúp đỡ và tạo điều kiện để tác giả hoàn thành thí nghiệm trong điều kiện tốt nhất Mặc dù đã rất cố gắng, song do thời gian nghiên cứu có hạn, nên có thể luận vẫn còn những thiếu sót Rất mong nhận được những ý kiến đóng góp từ các thầy cô giáo

và các bạn đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện và có ý nghĩa ứng dụng trong thực tế

Xin chân thành cảm ơn!

Thái Nguyên, ngày tháng năm 2014

Tác giả

Trang 4

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN II LỜI CẢM ƠN III MỤC LỤC IV DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT VI

VII

LỜI MỞ ĐẦU 1

CH 2

2

1.2.1 Động cơ điện xoay chiều không đồng bộ 3 pha rotor lồng sóc 2

420 4

7-300 10

20

(encoder) 20

1.3.2 21

CHƯƠNG 2 KHẢO SÁT TÍNH TOÁN HỆ TRUYỀN ĐỘNG 22

2.1 Xây dựng hệ điều khiền vecter 22

22

2.1.2 … stator ( ,  ) 24

2.1.3 Quy đổi các đại lượng của động cơ 27

29

33

35

ển vecter 37

2.2 Xây dựng hệ điều khiển số biến tần động cơ điện xoay chiều ba pha 42

45

49

2.4 Quá trình khảo sát cụ thể 51

2.4.1 Khảo sát ổn định mạch vòng dòng điện 51

2.4.2 Quá trình khảo sát ổn định mạch vòng tốc độ 57

Trang 5

2.5 Khảo sát chất lượng hệ truyền động 60

a Sử dụng phần mềm Matlap simulink 60

1 Khảo sát chất lượng mạch vòng dòng điện 60

2 Khảo sát chất lượng mạch vòng tốc độ 62

65

1 Khảo sát chất lượng mạch vòng dòng điện 65

2 Khảo sát chất lượng mạch vòng tốc độ 69

73

3.1 Giới thiệu thiết bị thí nghiệm 73

3.2 Nguyên lý làm việc 75

3.3 Thí nghiệm 75

3.3.1 Bài thí nghiệm 1 (khâu P) 76

3.3.2 Bài thí nghiệm 2 (khâu PI) 76

3.4 So sánh đánh giá kết quả thí nghiệm với tính toán 77

CHƯƠNG IV: ỨNG DỤNG HỆ TRUYỀN ĐỘNG BIẾN TẦN - ĐỘNG CƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU ĐIỀU KHIỂN BỞI PLC S7-300 CHO THANG MÁY 79

4.1 Công dụng của thang máy 79

4.1.1 Tình hình sử dụng thang máy ở Việt Nam 79

4.1.2 Phân loại và kí hiệu thang máy 80

4.1.3 Cấu tạo của thang máy 83

4.2 Chế độ làm việc của tải và yêu cầu của hệ truyền động điện dùng trong thang máy 85

4.2.2 Các yêu cầu về truyền động điện 87

4.2.3 Các yêu cầu về năng suất, dừng chính xác, tiết kiệm năng lượng và AT 88

4.2.4 Sơ đồ mạch điện và nguyên lý làm việc 93

Trang 6

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

ĐCKĐB : Động cơ điện không đồng bộ

Uω : Tín hiệu điện áp chủ đạo đặt tốc độ

T, T1 : Chu kỳ lấy mẫu (hay gọi thời gian lượng tử)

H(p) : Khâu lưu giữ 0

T(p) : Hệ số truyền biến tần

Uc : Điện áp điều khiển của bộ điều chế độ rộng xung

Kω : Hệ số của khâu lấy tín hiệu tốc độ được lấy từ Encoder

Ki , Kp : Hệ số biến đổi của bộ điều khiển số dòng điện

Ku : Hệ số khuếch đại của bộ biến tần

Tu : Hệ số thời gian của biến tần;

WKI : Hàm số truyền kín của mạch vòng dòng điện

CT, C0T : Ma trận quy đổi

W1(P) : Hàm số truyền khâu điện từ động cơ xoay chiều

Trang 7

Trang

Biểu diễn vector dòng điện rotor trên hệ tọa độ cố định

2-5

Biểu diễn vector dòng điện stator trên hệ tọa độ cố định

Trang 8

.

Hình 2-11 Sơ đồ cấu trúc đơn giản hóa của hệ thống truyền động

2-12 Sơ đồ cấu trúc rút gọn của hệ truyền động điện sử dụng

Hình 4-3 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của quãng đường s, tốc độ

Trang 9

Hình 4-5 a) Sơ đồ xác định độ chính xác khi dừng buồng thang; b)

Sự phụ thuộc của độ dừng chính xác ∆S của buồng thang vào trị số tốc độ và gia tốc

91

Hình 4-6 Sơ đồ mạch điện truyền động cho thang máy 93

Trang 10

MỞ ĐẦU

1 Mục tiêu của luận văn

Hệ truyền động biến tần động cơ điện xoay chiều ba pha hiện đang được sử dụng phổ biến, song hệ biến tần này được điều khiển bằng máy tính hoặc PLC là một hệ thống truyền động mới thông minh và hiện đại

Ở phòng thí nghiệm của Nhà trường có bộ biến tần động cơ điện xoay chiều này, được điều khiển bằng PLC S7 -300 Để nắm được nguyên lý hoạt động của

hệ truyền động, đồng thời nghiên cứu ứng dụng vào truyền động trong máy sản

xuất nên tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu khảo sát và tính toán hệ truyền động biến tần động cơ điện xoay

”

Kết quả đề tài sẽ làm tài liệu quý giúp cho nghiên cứu học tập đồng thời có thể áp dụng kết quả nghiên cứu để vận hành, sửa chữa những thiết bị ngoài thực

tế

2 Mục tiêu nghiên cứu

- Tính toán khảo sát hệ truyền động biến tần động cơ điện xoay chiều được điều khiển bằng PID S7-300 đây là một hệ thống điều khiển số Việc tính toán khảo sát dựa trên kết quả mô phỏng giúp chúng ta kiểm nghiệm so sánh với kết quả thí nghiệm

- Tiến hành thí nghiệm và kiểm nghiệm các chế độ làm việc của hệ truyền động biến tần động cơ xoay chiều được điều khiển bởi bộ PID S7-300 cụ thể là: Xác định được chất lượng của hệ thống với các bộ điều khiển được ứng dụng là khâu P và khâu PI trong mạch vòng tốc độ để so sánh với lý thuyết tính toán, đồng thời thông qua thí nghiệm giúp cho việc nắm sâu sắc hơn về nguyên lý làm việc của hệ thống này và hiểu được quá trình vận hành điều khiển hệ thống

- Từ kết quả lý thuyết và thực nghiệm chúng ta khẳng định ứng dụng của hệ truyền động này là khả thi, từ đó đề xuất ứng dụng cho một số máy trong công nghiệp

-

3 Nội dung luận văn

Trang 11

Nội dung luận văn gồm 3 chương:

Chương I: Xây dựng sơ đồ hệ truyền động biến tần động cơ điện xoay chiều điều khiển PID S7-300

chiều

Chương IV Ứng dụng

Trang 12

Chương 1 Xây dựng sơ đồ hệ truyền động biến tần động cơ điện xoay chiều điều khiển PID S7-300

1.1 Sơ đồ khối hệ truyền động

PID (S7-300)

U V W

Biến tần (M420)

Encoder Động cơ 3 pha

Tín hiệu xung Encoder chuyển đổi sang tốc độ động cơ

Sp

Pv

e

Kp Ki Kd

1

1.2 Chức năng nhiệm vụ của các khối trong sơ đồ

1.2.1 Động cơ điện xoay chiều không đồng bộ 3 pha rôto lồng sóc

Động cơ điện xoay chiều không đồng bộ ba pha trong sơ đồ là đối tượng điều khiển của hệ truyền động Động cơ này được điều chỉnh tốc độ nhờ thay đổi tần

số của điện áp ra biến tần, công thức tính momen của động cơ này được thể hiện như sau:

2 1

2 1 2 1

1

2 1

) ( 8

3

2 2

.

2

3

f

U L

p L f f

p U

Trang 13

1

2 n

M mm

Hình 1.2: Đường đặc tính của động cơ KĐB

- Phương pháp 2: Tăng tần số nhưng giữ nguyên điện áp ta được đạc tính như (hình 1.3)

Trang 14

Phương pháp này rất thích hợp trong quá trình điều chỉnh tốc độ của máy sản xuất Momen biến thiên công suất là hằng số với phương pháp điều chỉnh tốc

độ này tạo ra khả năng ứng dụng của động cơ này rất lớn, đặc biệt nó dùng trong

hệ thống tự động truyền động điện biến tần động cơ điện xoay chiều được ổn định tốc độ thì hệ thống này không kém gì hệ truyền động tự động Vì vậy hệ truyền động này được sử dụng phổ biến trong hệ thống máy công nghiệp

Biến tần ở nước ta hiện có rất nhiều loại do các công ty của nước ngoài cung cấp như Siemen, Mishubishi … dưới đây là hình ảnh của biến tần MB420 cảu hãng Simen

Trang 15

1.5), quá trình khống chế các van từ

V1 đến V6, điện áp pha, dòng điện qua van, qua đi ốt và dòng điện qua phụ tải được thể hiện như trên (hình 1.6) Với việc khống chế theo phương pháp bình thường thì điện áp ra là không đạt hình Sin Và để điều khiển biến tần có thể điều chỉnh theo 3 phương pháp sua:

- Phương Pháp khinh điển

- Phương pháp điều chỉnh độ rộng xung (PWM – puls with modulation)

- Phương pháp điều khiển vecter không gian (Space vecter modulation – SVM)

Trong 3 phương pháp trên thì phương pháp điều khiển vecter không gian có nhiều ưu điểm vì vậy trong hệ truyền động biến tần động cơ điện xoay chiều người ta thường dùng phương pháp này Dưới đây là nội dung của phương pháp điều khiển vecter không gian

Trang 16

0 φ

Hình 1.6: Giản đồ khống chế các van và dòng, áp của các phần

tử trong sơ đồ biến tần 3 pha

Trang 17

1

3 2

Trang 18

c) Tổng hợp vectơ không gian từ các vectơ biên

Một vectơ không gian bất kì, giả sử nằm trong một góc phần sáu nào đó, có thể đƣợc tổng hợp từ hai vectơ biên Trên hình 1.7, giả sử vectơ không gian U

Trang 19

nằm trong góc phần tƣ thứ I, có thể đƣợc thể đƣợc tổng hợp từ hai vectơ biên

Độ dài vectơ phải, trái đƣợc tính nhƣ sau:

|U 2|

Trang 20

Độ dài của các vector biên chuẩn được xác định bởi giá trị của các điện áp một chiều đầu vào |Up| = E

:

tp + tt  Ts

Khoảng thời gian còn lại trong chu kỳ cắt mẫu, t0 = Ts –(tp + tt), phải áp dụng vector không Điều kiện trên nói lên rằng vector điện áp ra phải nằm trong vòng tròn tiếp xúc với các cạnh của lục giác đều như biểu diễn trên hình 1.7

1 Các module của PLC S7-300

Để tăng tính mềm dẻo trong ứng dụng thực tế, bộ điều khiển PLC được thiết

kế không bị cứng hóa về cấu hình chúng được chia nhỏ thành các module Số các module được sử dụng nhiều hay ít phụ thuộc vào bài toán

a Module CPU: Trong họ PLC S7-300 có nhiều loại module khác nhau và

chúng thường được đặt tên the bộ vi xử lý có trong nó như module CPU312, CPU314, CPU315

Những module cùng sử dụng một loại vi xử lý nhưng khác nhau về cổng vào/ra onboard cũng như các khối hàm đặc biệt được tích hợp sẵn trong thư viện của hệ điều hành phục vụ việc sử dụng các cổng vào/ra này sẽ được phân biệt với nhau trong tên gọi bằng cách thêm cụm chữ cái IFM (Intergrated funtion module)

b Module mở rộng: Các module mở rộng được chia thành 5 loại chính

Trang 21

+ PS (Power supply): Module nguồn nuôi: PS power có 3 loại: 2A, 5A, 10A + SM (Signal module): Module mở rộng tín hiệu vào/ra bao gồm

 DI (Digital input) Module mở rộng các cổng vào số

 DO (Digital output) Module mở rộng các cổng ra số

 DI/DO (Digital input/ Digital output): Module mở rộng các cổng vào/ra

số

K p

K i T(Z+1) 2(Z-1)

K(Z-1) T.Z

E(iT) EZ

Ci(T) Ci(Z)

Hình 1.8: Sơ đồ cấu trúc bộ điều khiển PID

 AI (Analog input): Module mở rộng các cổng vào tương tự

 AO (Analog output): Module mở rộng các cổng ra tương tự chúng chính

là những bộ chuyển đổi số tương tự

 AI/AO: (Analog input/Analog output): Module mở rộng các cổng vào/ra tương tự

+ IM (Intuface module): Module ghép nối

+ FM (Function module) Module có chức năng điều khiển riêng

+ CP (Communication module): Module phụa vụ truyền thông tin trên mạng giữa các PLC với nhau hoạc giữa PLC với máy tính

2 Cấu trúc bộ nhớ của CPU

* Vùng chứa chương trình ứng dụng: Vùng chứa chương trình chia làm ba

miền:

 OB (Organiration block): Miền chứa chương trình tổ chức

 FC(Function): Miền chứa chương trình con được tổ chức thành hàm có biến hình thức để trao đổi data với trương trình đã gọi nó

Trang 22

 FB (Function block):Miền chứa chương trình con được tổ chức thành hàm

và có khả năng trao đổi dữ liệu với bất cứ một khối chương trình nào khác Các data này phải được xây dựng thành một khối dữ liệu riêng gọi là (BD- Data block)

* Vùng chứa tham số của hệ điều hành và chương trình ứng dụng

Vùng này được phân chia thành 7 miền khác nhau bao gồm:

 I (Process image input): Miền bộ đệm các data cổng vào số

 Q(Process image output): Miền bộ đệm các data cổng ra số

 M: Miền các cờ

 T(Timer): Miền nhớ phục vụ bộ thời gian

 C(Counter): Miền nhớ phục vụ bộ đếm

 PI: Miền địa chỉ cổng vào của các module tương tự (I/O external input)

 PQ: Miền địa chỉ cổng ra cuả các module tương tự (I/O external output)

Vùng chứa các khối dữ liệu được chia làm 2 loại:

 DB (Data block) Miền chứa dữ liệu được tổ chức thành khối

 Local data bock: Miền dữ liệu địa phương

Sau giai đoạn thực hiện chương trình là giai đoạn chuyển các nội dung của

bộ đệm ảo Q tới các cổng ra số Vòng quét được kết thúc bằng giai đoạn tuyền thông nội bộ và kiểm lỗi

Trang 23

Hình 1.9 : Vòng quét chương trình

Thời gian cần thiết để thiết lập PLC thực hiện một vòng quét gọi là thời vòng quét (scan timer) Thời gian vòng quét không cố định, như vậy giữa việc đọc dữ liệu từ đối tượng để xử lý, tính toán và tín hiệu điều khiển tới đối tượng có một khoảng thời gian trễ đúng bằng thời gian vòng quét Vậy thời gian vòng quét quyết định thời gian thực hiện chương trình điều khiển trong PLC

* Lập trình có cấu trúc: Chương trình được chia thành những phần nhỏ với từng nhiệm vụ riêng và những phần này nằm trong những khối chương trình khác nhau Loại hình cấu trúc này phù hợp với nhừng bài toán điều khiển nhiều nhiệm vụ và phức tạp PLC S7-300 có 4 loại khối cơ bản sau:

Truyền thông và kiểm tra nội bộ

Trang 24

 Loại khối OB (Organization block): Khối tổ chức và quản lý chương trình điều khiển

 Loại khối PB (Program block): Khối chương trình với chức năng riêng giống như một chương trình con hoặc một hàm (chương trình con có biến hình)

 Loại khối FB (Function block): Là loại khối đặc biệt có khả năng trao đổi một lượng dữ liệu lớn với các khối chương trình khác

 Loại DB (Data block): Khối chứa các dữ liệu cần thiết để thực hiện chương trình Các tham số của khối do người dùng tự đặt Một chương trình ứng dụng có thể có nhiều khối OB, các nhóm OB này được phân biệt với nhau bằng một số nguyên nhóm kí tự Khối OB1 luôn dược nhóm PLC quét và thực hiện các lệnh từ lệnh đầu tiên đến lệnh cuối cùng và quay lại lệnh đầu tiên

5 Ngôn ngữ lâp trình của S7-300

Các loại PLC nói chung thường có nhiều ngôn ngữ lập trình nhằm phục vụ các đối tượng khác nhau.PLC có 3 ngôn ngữ lập trình cơ bản đó là:

- Ngôn ngữ “liệt kê lệnh”, kí hiệu là STL (Statement list)

- Ngôn ngữ “hình thang” kí hiệu là LAD (Ladder logic)

- Ngôn ngữ “hình khối” kí hiệu là FBD(Funtion block diagram)

Một chương trình viết trên LAD hoặc FBD có thể chuyển sang được dạng STL nhưng ngược lại thì không Trong STL có nhiều lệnh mà trong LAD hoặc FBD không có Cũng chính vì lí do đó nên trong luận văn này em chọn STL làm ngôn ngữ lập trình

* Các lệnh và biểu diễn số trong chương trình

Ngôn ngữ PLC S7-300 được trang bị những công cụ toán học mạnh giúp cho những ứng dụng và phát triển chương trình điều khiển mềm dẻo và dễ dàng

Do điều kiện về thời gian nên phạm vi luận văn chỉ đưa ra những lệnh có liên quan đến chương trình điều khiển

a Biểu diễn số thực

Do dữ liệu sử dụng là số thực nên ở đây chỉ đưa ra cách biểu diễn số thực trong các ô nhớ Số thực phẩy động luôn bược biểu diễn thành dãy 32 bits Dạng cấu trúc dấu phẩy động như sau:

Trang 25

- Bit s là bit dấu (s = 0 số dương, s = 1 số âm)

Ví dụ: Nhãn: L PIW304 // đọc nội dung cổng vào

- Thanh ghi trạng thái

Khi thực hiện lệnh CPU sẽ ghi lại trạng thái phép tính trung gian cũng như kết quả vào một thanh ghi đặc biệt 16 bits gọi là thanh ghi trạng thái, nhưng chỉ

+ RLO: Kết quả tức thời của phép tính logic vừa thực hiện

+ STA: Bit trạng thái này luôn có giá trị logic tiếp điểm được chỉ định trong lệnh

+ OR: Ghi lại giá trị phép tính logic hoặc cuối cùng được thực hiện để giúp cho việc thực hiện phép tính và sau đó

+ OS: Ghi lại giá trị bit bị tràn ra ngoài giá trị bảng ô nhớ

+ CC0 và CC1: Hai bit báo trạng thái kết quả phép tính với số nguyên, số thực, phép dịch chuyển hoặc phép tính logic trong ACCU

Khi thực hiện lệnh toán học như cộng, trừ, nhân, chia với số thực, số nguyên

c Các lệnh logic tiếp điểm

- Lệnh gán

Trang 26

Cú pháp = <toán hạng>

Toán hạng là địa chỉ bit I,Q,M, L,D

Lệnh gán giá trị logic của RLOtới ô nhớ có địa chỉ trong toán hạng

Toán hạng là dữ liệu kiểu BOOL hoặc địa chỉ bit I,Q,M, L,D,T,C

Nếu FC = 0 lệnh sẽ gán giá trị logic của toán hạng vào RLO Ngƣợc lại FC =

1 nó thực hiện phép tính và giữa RLO với toán hạng và ghi kết quả vào RLO Lệnh tác động vào thanh ghi trạng thái nhƣ sau:

Nếu FC = 0 lệnh sẽ gán giá trị logic nghịch đảo của toán hạng vào RLO Khi

FC = 1 nó thực hiện phép tính nghịch đảo giữa RLO với giá trị nghịch đảo của toán hạng và ghi kết quả vào RLO

Lệnh tác động vào thanh ghi trạng thái nhƣ sau:

Trang 27

Nếu FC = 0 lệnh sẽ gán giá trị logic của toán hạng vào RLO Khi FC=1 nó thực hiện phép tính hoặc giữa RLO với toán hạng và ghi kết quả vào RLO Lệnh tác động vào thanh ghi trạng thái nhƣ sau:

Nếu FC = 0 lệnh sẽ gán giá trị logic của toán hạng vào RLO Khi FC=1 nó thực hiện phép tính hoặc giữa RLO với giá trị nghịch đảo của toán hạng và ghi kết quả vào RLO

Toán hạng là dữ liệu kiểu BOOL hoặc địa chỉ bit I,Q,M, L,D

Nếu RL0 = 1, lệnh sẽ gán 1 vào ô nhớ có địa chỉ toán hạng

Toán hạng là dữ liệu kiểu BOOL hoặc địa chỉ bit I,Q,M, L,D

Nếu RLD = 1 lệnh sẽ gán giá trị 0 vào ô nhớ có địa chỉ toán hạng

Trang 28

d Các lệnh làm việc với thanh ghi ACCU1, ACCU2

Mọi phép tính trên số thực, số nguyên, các phép tín với mảng nhìu bit đều thực hiện trên hai thanh ghi này

- Lệnh đọc vào ACCU

Cú pháp: L <Toán hạng>

Toán hạng là số nguyên, số thực, nhị ohaan hoặc địa chỉ

Ví dụ: Toán hạng là địa chỉ một từ kép: ID, QM, MD, DBD, DID trong khoảng từ 0-65534

Lệnh này có tác dụng chuyển nội dung của ACCU1 vào ô nhớ có địa chỉ là toán hạng, nội dung cũ của ACCU2 không thay đổi, lệnh không sửa đổi thanh ghi trạng thái

- Lệnh dịch trái thanh ghi ACCU1

Trang 29

Trang 30

Trang 31

Trang 32

Với hệ truyền động biến tần động cơ điện xoay chiều thì những thiết bị của

nó được phép nối thành tổ hợp vì vậy mạch vòng phản hồi dòng điện đã được tích hợp trong khối nên trong sơ đồ hệ thống này không thể hiện, với sơ đồ khối của hệ thống như đã giới thiệu ta có thể xây dựng hệ điều khiển theo 3 phương

án sau:

- Hệ điều khiển trực tiếp mômen

- Hệ điều khiển vecter

Trong nội dung luận văn này tôi chọn hệ điều khiển vecter để

, trong chương tiếp theo sẽ tính toán hệ điều khiển này

Trang 33

biến tần động cơ điện xoay chiều

2.1 Xây dựng hệ điều khiền vecter (còn gọi là hệ điều khiển định hướng theo từ trường roto lồng sóc)

Quá trình xây dựng hệ điều khiền vecter được thực hiện như sau:

không gian

= 1, nhau 1200

2.1) B

Y b

Trang 34

LaB = LBa = LbC = LCb = LcA = LAc = Lm0.cos( 

-3

2  )

1

0

0 0

R R

0 0

R R

10

L L

L

L L

L

L L

L

ms ms

20

L L

L

L L

L

L L

mr mr

) 3

2 cos(

) 3

2 cos(

) 3

2 cos(

) cos(

) 3

2 cos(

) 3

2 cos(

) 3

2 cos(

) cos(

* )

m

m s

r

s

L L

) (

i

(2-3)

T m

Thay th (2-3)

-:

Trang 35

m

m s

s

r

s

pL p pL

pL pL

R

u

) (

Việc quy đổi các vector dòng điện và điện áp đƣợc thực hiện theo công thức:

i i

i

.2/12

/10

6/16

/13

/2

u u

u

.2/12

/10

6/16

/13

/2

Trang 36

/10

6/16

/13

/2

/1

2/16

/1

03

/2

/ 1

2 / 1 6 / 1

0 3

/ 2

m

T S

C L

C

L

C L

C

L

C R

C

R

1 0

1

1 1

1

1 1

1

).

( )

(

.

C L C L

C R C R

1 1 2

1 1

2

0

R

R R

0

L

L L

sincos

.)

Trang 37

Hình 2.3 Hệ tọa độ cố định trên stator ( ,  ) về hệ tọa độ cố định trên rotor (x, y)

Ta có hệ phương trình cân bằng điện áp như sau:

y

x m

x

y x

m

y x

m

i L p R i

i L

p

u

i L p R i

i L

p

u

i i

L p i L p R

u

i i

L p i L p R

u

2 2 2

1 1

2

2 2 2

1 1

2

2 2

1 1 1

1

2 2

1 1 1

1

).

(

) cos

sin (

.

).

(

) sin

.(cos

) cos

.(sin

).

(

) sin

.(cos

).

(

2 2

1 1

cos sin

0

sin cos

cos sin

0

sin cos

0

L p R L

p L

p

L p R L

p L

p

L p L

p L p R

L p L

p L

p R

m m

i i i i

(2-12)

Trang 38

2.1.3 Quy đổi các đại lượng của động cơ KĐB ba pha từ hệ tọa độ cố định trên rotor (x, y) về hệ tọa độ cố định trên stator ( ,  )

Từ mô hình mạch của động cơ KĐB ba pha trên hệ tọa độ cố định stator ( ,  ), ta nhận thấy từng cặp (u1, u1 ); (u2x,u2y); (i1,i1 );(i2x,i2y) có thể xem nhƣ tọa độ của các vector không gian u1,u2,i1,i2

C đ nh trên stator (Quay ng rotor)

Hình 2.4 Biểu diễn vector dòng điện rotor trên hệ tọa độ cố định stator

( ,  ) và hệ tọa độ cố định rotor (x, y)

Bây giờ ta thực hiện quy đổi vector dòng điện của dây quấn rotor từ hệ tọa độ

cố định trên rotor (x,y) về hệ tọa độ cố định trên stator ( ,  ) Ta có:

i

2

2 2

2

cossin

sincos

Trang 39

 2

sincos

2 2

2

cossin

sincos

i

i C i

i i

i

y

x

(2-15) Khi đó hệ (2-11) trở thành:

sin(

).cos

sin.(

).sin

.(cos

.).sin

.(cos

.)

.(

)

.(

2 2

2 1

1 2

2 2

2 1

1 2

2 1

1 1

1

2 1

1 1

L p i R i

i L

p

u

i i

L p i R i

i L

p

u

i L p i L p R

u

i L p i L p R

u

y m

y

x m

x

m m

u

2

2 2 2

2 2 1

1 2

2 2 2

2 2

1 1

2

2 1

1 1

1

2 1

1 1

1

)

.(

) )

.(

)

.(

)

.(

i L p R i

L i

L p i

L u

i L i

L p R i

L i

L p

u

i L p i L p R u

m m

2 2

2

2 2

1 1

sin

.0

0

i i i i

L p R L

L p L

p

L L

p R L

L p

L p L

p R

L p L

p R

m

m m

(2-19)

Trang 40

Thực hiện quy đổi các vector từ hệ tọa độ cố định trên stator ( ,  ) về hệ tọa

độ tựa theo từ thông rotor (d,q) quay đồng bộ với từ trường quay Trong đó trục

Od trùng với phương từ thông rotor 2 và hợp với trục O một góc 1  1t.

Ta có công thức quy đổi:

1 1

2

1

1 1 1

1 1

1

cossin

sincos

cossin

sincos

i

i i

i

i i

Định dạng
Số trang	114
Dung lượng	4,45 MB