ch8 điều CHỈNH tốc độ ĐỘNG cơ KHÔNG ĐỒNG bộ BẰNG PHƯƠNG PHÁP THAY đổi tần số

ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ, ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ, BẰNG PHƯƠNG PHÁP, THAY ĐỔI TẦN SỐ, PHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN CƠ BẢN,HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG BIẾN TẦN,KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA

Trang 1

ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BẰNG

PHƯƠNG PHÁP THAY ĐỔI TẦN SỐ

8.1 PHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG BIẾN TẦN-ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA

PHA Giá trị hiệu dụng của sức điện động cảm ứng của mỗi pha stator động

cơ không đồng bộ ba pha là:

y0 = 0

y0 = x

y1 =

y4 = x+

Trang 2

const

f 

1 1

Trang 4

8.2.1 Thi t b bi n t n gi¸n ti p (thi t b bi n t n xoay chi u-m t ết bị biến tần gi¸n tiếp (thiết bị biến tần xoay chiều-một ị biến tần gi¸n tiếp (thiết bị biến tần xoay chiều-một ết bị biến tần gi¸n tiếp (thiết bị biến tần xoay chiều-một ần số cơ bản ết bị biến tần gi¸n tiếp (thiết bị biến tần xoay chiều-một ết bị biến tần gi¸n tiếp (thiết bị biến tần xoay chiều-một ị biến tần gi¸n tiếp (thiết bị biến tần xoay chiều-một ết bị biến tần gi¸n tiếp (thiết bị biến tần xoay chiều-một ần số cơ bản ều tốc thấp hơn tần số cơ bản ột

chi u-xoay chi u)ều tốc thấp hơn tần số cơ bản ều tốc thấp hơn tần số cơ bản

Trang 5

Hình 8.4: Bộ biến tần gián tiếp có khâu trung gian một chiều

a) Biến tần dùng chỉnh l u điều khiển bằng tiristor

b) Biến tần dùng chỉnh l u không điều khiển có thêm bộ biến đổi xung điện áp

c) Biến tần dùng chỉnh l u không điều khiển với nghịch l u điều chế PWM

điều khiển

 3

f2, U2Lọc Nghịch l u PWM c

Trang 6

~ 3

U2, f2

H×nh 8.5: ThiÕt bÞ biÕn tÇn trùc tiÕp

(xoay chiÒu - xoay chiÒu)

Trang 7

Chương 8 8.2 Các bộ biến tần kiểu tĩnh

8.2.2 B bi n t n tr c ti p (xoay chi u - xoay chi u)ột ết bị biến tần gián tiếp (thiết bị biến tần xoay chiều-một ần số cơ bản ực tiếp (xoay chiều - xoay chiều) ết bị biến tần gián tiếp (thiết bị biến tần xoay chiều-một ều tốc thấp hơn tần số cơ bản ều tốc thấp hơn tần số cơ bản

Sơ đồ chỉnh

l u thuận  3

Trang 8

Chương 8 8.2 C¸c bé biÕn tÇn kiÓu tÜnh

§iÖn ¸p ®Çu ra §iÖn ¸p trung b×nh ®Çu ra

H×nh 8.7: §å thÞ ®iÖn ¸p ®Çu ra cña thiÕt bÞ biÕn tÇn xoay

chiÒu-xoay chiÒu h×nh sin

Trang 9

H×nh 8.8: CÊu tróc biÕn tÇn xoay gi¸n tiÕp

a) Bé biÕn tÇn nguån ®iÖn ¸p b) Bé biÕn tÇn nguån dßng ®iÖn

b

Trang 10

Chương 8 8.3 Nghịch l u điều chế độ rộng xung hình sin (SPWM)

Chỉnh l u diot

Nghịch l u PWM

Trang 11

đồ thị sóng t ơng đ ơng của SPWM

Trang 13

i u ch điều chế ều tốc thấp hơn tần số cơ bản ết bị biến tần gián tiếp (thiết bị biến tần xoay chiều-một hình sin

Bộ dao động tạo sóng tải dạng tam giác

Trang 14

y0 = 0

y0 = x

y1 =

y4 = x+

Hình 8.13: Ph ơng pháp điều chế độ rộng xung và đồ thị với tr ờng hợp điều chế

một cấp: a) Sóng mang tam giác và sóng điều chế hình sin

Trang 17

y0 = 0

y0 = x

y1 =

y4 = x+

Trang 19

500

0

N=18 N=36

72 144

Hình 8.16: Quan hệ giữa f m và f t khi điều chế phân đoạn đồng bộ

Trang 20

8.3.3 M« thøc ®iÒu chÕ cña SPWM vµ c¸ch thùc hiÖn nã

H×nh 8.17: Ph ¬ng ph¸p lÊy mÉu tù nhiªn t¹o thµnh sãng cña SPWM

Trang 21

8.3 NGHỊCH LƯU ĐIỀU CHẾ ĐỘ RỘNG XUNG HÌNH SIN (SPWM)

Trang 22

B

C

Trang 23

H×nh 8.20: §å thÞ sãng SPWM kiÓu mét cùcvíi 3 xung

trong mét nöa chu kú

Trang 24

8.3 NGHỊCH LƯU ĐIỀU CHẾ ĐỘ RỘNG XUNG HèNH SIN (SPWM)

tr ớc dạng hình sin

Mạch điện khởi động

Đo kiểm dòng điện

u đkt

i max

cho tr ớc

Dòng điện stator

Bộ điều khiển vòng trễ dòng điện

i S



DHC

Hình 8.21: Sơ đồ khối bộ điều khiển dòng điện một pha bộ nghịch l u

SPWM điều khiển vòng trễ dòng điện: DHC là bộ so sánh vòng trễ

u đkd

Trang 25

H×nh 8.22: §å thÞ dßng ®iÖn vµ ®iÖn ¸p ®Çu ra cña bé nghÞch l

u khi ®iÒu khiÓn vßng trÔ dßng ®iÖn

i s

t

* s



d

U 2



Trang 27

Hình 8.23: Đặc tính cơ của động cơ

không đồng bộ ba pha khi tần số và

điện áp không đổi

Hình 8.24: Đặc tính cơ điều tốc biến tần khi điều khiển tỷ số điện áp và tần số không đổi

Trang 28

8.4.2 §Æc tÝnh c¬ khi phèi hîp ®iÒu khiÓn ®iÖn ¸p vµ tÇn sè

1

R M s

U 3n

Trang 29

Trang 30

1 2

E I

R

( L ) s

Trang 31

2

E I

R / s

 



2 2

Trang 32

a) ®iÒu khiÓn U 1 /1 = const; b) ®iÒu khiÓn E f /1

= const; c) ®iÒu khiÓn E r /1 = const

M ®t

-s 0

1

0

c

Trang 33

8.5 HÖ thèng hë ®iÒu tèc biÕn tÇn ®iÒu khiÓn tû sè ®iÖn ¸p / tÇn

u ®k1 u abs

u i

Trang 34

Trang 35

-8.5 HÖ thèng hë ®iÒu tèc biÕn tÇn ®iÒu khiÓn tû sè ®iÖn ¸p / tÇn

Trang 36

Trang 37

u®kCL

H×nh 8.31: Kh©u ®iÒu khiÓn ®iÖn ¸p cña hÖ thèng

®iÒu tèc biÕn tÇn nguån ¸p

Trang 38

B

C

* u

u

Trang 39

Trang 40

Trang 41

8.6 HÖ thèng kÝn ®iÒu tèc biÕn tÇn ®iÒu khiÓn tÇn sè tr ît 8.6.1 Kh¸i niÖm c¬ b¶n vÒ ®iÒu khiÓn tÇn sè tr ît

Trang 42

8.6 HÖ thèng kÝn ®iÒu tèc biÕn tÇn ®iÒu khiÓn tÇn sè tr ît

8.6.1 Kh¸i niÖm c¬ b¶n vÒ ®iÒu khiÓn tÇn sè tr ît

Trang 43

8.6 HÖ thèng kÝn ®iÒu tèc biÕn tÇn ®iÒu khiÓn tÇn sè tr ît 8.6.2 Quy luËt ®iÒu khiÓn tÇn sè tr ît

Trang 44

8.6.2 Quy luËt ®iÒu khiÓn tÇn sè tr ît

R

j Ls

Trang 45

8.6 HÖ thèng kÝn ®iÒu tèc biÕn tÇn ®iÒu khiÓn tÇn sè tr ît 8.6.2 Quy luËt ®iÒu khiÓn tÇn sè tr ît

IL







Trang 46

8.6 Hệ thống kín điều tốc biến tần điều khiển tần số tr ợt

8.6.3 Hệ thống điều tốc biến tần điều khiển tần số tr ợt

y0 = 0

y0 = x

y1 =

y4 = x+

(1) Sử dụng bộ biến tần nguồn dòng, làm cho đối t ợng điều khiển

có khả năng thích nghi nhanh ở trạng thái động và tiện cho việc hãm tái sinh, đó là cơ sở để nâng cao chất l ợng động của

hệ thống

(2) Cũng giống nh hệ thống điều tốc hai mạch vòng kín của động

cơ điện một chiều, mạch vòng ngoài là vòng tốc độ quay, mạch vòng trong là vòng dòng điện Đầu ra của bộ điều chỉnh tốc độ quay R là giá trị cho tr ớc của tần số tr ợt đại diện cho mô men đặt

Trang 47

y0 = 0

y0 = x

y1 =

y4 = x+

(3) Tác động điều khiển tần số tr ợt s đ ợc phân ra: tác động vào

khối chỉnh l u có điều khiển CL và vào khối nghịch l u NL Tác

động thứ nhất thông qua bộ tạo hàm số I1=f(s) TH, với tín hiệu vào là giá trị đặt tần số tr ợt lấy từ đầu ra bộ điều chỉnh tốc độ quay R, trên đầu ra khối TH tạo ra tín hiệut ơng ứng, tín hiệuso sánh với tín hiệu phản hồi dòng điện ui1, sai lệch tín hiệu dòng thông qua bộ điều chỉnh dòng điện RI cho ra tín hiệu điều khiển dòng điện mạch stator nhằm mục đích duy trì m= const Một tác động khác: tín hiệu đ ợc tổng hợp với tín hiệu tốc độ quay tạo tín hiệu đặt tần số góc mạch stator u1 (1= s*+ ) điều khiển tần số 1 mạch stator t ơng ứng quyết định tần số đầu ra của bộ nghịch l u Nh thế đã hình thành đ ợc ph ơng pháp điều khiển phối hợp dòng điện - tần số ở mạch vòng ngoài, mạch vòng tốc độ quay

Trang 48

8.6 Hệ thống kín điều tốc biến tần điều khiển tần số tr ợt

8.6.3 Hệ thống điều tốc biến tần điều khiển tần số tr ợt

y0 = 0

y0 = x

y1 =

y4 = x+

(4) Khi tín hiệu đặt tốc độ quay đều đổi h ớng Dùng bộ nhận biết

cực tính DPI phán đoán cực tính của u1 để quyết định thứ tự xung đầu ra của bộ phân phối xung PPX, còn bản thân tín hiệu

u1 thì thông qua bộ chuyển đổi trị tuyệt đối GAB quyết định giá trị của tần số đầu ra Làm nh vậy rất thuận lợi để thực hiện việc

đảo chiều

Trang 49

8.6.3 HÖ thèng ®iÒu tèc biÕn tÇn ®iÒu khiÓn tÇn sè tr ît

U

Trang 50

8.6.3 HÖ thèng ®iÒu tèc biÕn tÇn ®iÒu khiÓn tÇn sè tr ît

Trang 51

8.7 Mô hình toán học nhiều biến số của động cơ không đồng bộ

ba pha và phép biến đổi toạ độ

8.7.1 Tính chất của mô hình toán học trạng thái động của động cơ

không đồng bộ

Hình 3.39: Sơ đồ cấu trúc điều khiển nhiều biến của động cơ không đồng bộ

Trang 52

8.7 Mô hình toán học nhiều biến số của động cơ không đồng bộ

ba pha và phép biến đổi toạ độ

8.7.1 Tính chất của mô hình toán học trạng thái động của động cơ

không đồng bộ

Hình 3.40: Sơ đồ cấu trúc điều khiển hệ thống điều biến tần của động cơ không đồng bộ nhiều biến

Trang 53

8.7.2 Mô hình toán học nhiều biến của động cơ không đồng

dt d

Trang 59

Trong đó: Mc là mô men phụ tải (mô men cản);

J là mô men quán tính của hệ thống;

D là hệ số cản mô men cản tỷ lệ với tốc độ quay;

K là hệ số đàn hồi mô men quay;

Trang 61

c

L (R )i L u dt

n n

d dt

Trang 62

8.7.3 Phép biến đổi toạ độ và ma trận chuyển đổi

8.7.3.1 Khái niệm cơ bản và nguyên tắc của phép biến đổi toạ độ

Hình 8.42: Mô hình vật lý động cơ điện một chiều hai cực:

F- cuộn dây kích từ, A - cuộn dây rotor

Trang 63

8.7.3 Phép biến đổi toạ độ và ma trận chuyển đổi

8.7.3.1 Khái niệm cơ bản và nguyên tắc của phép biến đổi toạ độ

Hình 8.43: Mô hình vật lý các cuộn dây động cơ điện xoay chiều,

mô hình t ơng đ ơng và mô hình động cơ điện một chiều a) Mô hình các cuộn dây xoay chiều ba pha

b) Mô hình t ơng đ ơng xoay chiều hai pha

c) Mô hình cuộn dây động cơ một chiều quay tròn

Trang 64

8.7.3.2 Ma trận chuyển đỏi toạ độ trong điều kiện công suất bất

biến

1 2

n

uuu

n

iii

n

uuu

n

iii

Trang 65

8.7.3.3 Phép chuyển đổi 3 pha/2 pha (phép chuyển đổi 3/2)

N3iA

 A

60 0

Hình 8.44: Vị trí vector không gian của hệ toạ độ 3 pha và 2

pha cùng với sức từ động cuộn dây

Trang 66

Trang 67

3 3/ 2

Trang 68

Trang 69

2 3 2

Trang 70

Trang 71

A B C

Trang 72

8.7.3.4 Phép chuyển đổi quay 2 pha / 2 pha

Hình 8.45: Hệ toạ độ cố định và hệ toạ độ quay

2 pha và vector không gian sức từ động

Trang 73

8.7.3.4 Phép chuyển đổi quay 2 pha / 2 pha

i = iMcos - iTsin; i = iMsin + iTcos

Trang 74

8.7.3.5 Phép chuyển đổi toạ độ vuông góc / tọa độ cực (phép

Trang 75

8.7.3.6 Phép chuyển đổi từ hệ toạ độ cố định 3 pha bất kỳ sang

hệ toạ độ quay 2 pha (phép chuyển đổi 3s/2r)

Tr ớc tiên chuyển từ hệ tọa độ ba pha ABC sang hệ tọa độ hai pha cố định , sau đó thực hiện chuyển từ hệ hai phai cố định

 sang hệ hai pha quay dq

id = icos + i sin

iq = -isin + i cos

và: i0 = i0

d q

Trang 76

Trang 77

Trang 78

Trang 80

8.7.4 Mô hình toán học trên hệ toạ độ quay 2 pha bất kỳ của

Trang 81

8.7.4 Mô hình toán học trên hệ toạ độ quay 2 pha bất kỳ của

2    

Trang 82

8.7.4.1 Ph ơng trình điện áp trên hệ toạ độ dq0

Đặt p =11 là tốc độ góc của hệ toạ độ quay t ơng đối với stator; bởi vì  là bất kỳ, nên các công thức sau đây lần l ợt đ ợc thành lập:

Trang 83

8.7.4.2 Ph ơng trình từ thông trên hệ toạ độ dq

Ma trận chuyển đổi là C3r/2r, dựa theo tốc độ quay t ơng đối giữa hai hệ toạ độ để xem xét, về hình thức C3r/2r giống với C3s/2r, chỉ cần đổi góc 1 thành góc giữa trục d và trục  là 2

Trang 85

i i

Trang 87

8.7.4.2 Ph ơng trình từ thông trên hệ toạ độ dq

t 2 m1

1 3r / 2r rr 3r / 2r t 2 m1

t 2

m1

1 3s / 2r sr 3r / 2r m1

m1

1 3r / 2r rs 3s / 2r m1

Trang 89

Cần chú ý, hỗ cảm Lm có trị số bằng 3/2 lần giá trị cực đại hỗ cảm

Lm1 giữa hai pha tuỳ ý trong nhóm các cuộn dây 3 pha ban đầu

Từ công thức tính từ thông có thể thấy: 01 = Lt1i01 và 02 = Lt2i02 , chúng độc lập với nhau, không có ảnh h ởng gì đối với trục d, q sau

này trong mô hình toán học sẽ không xét tới Vì vậy:

Trang 90

8.7.4.2 Ph ơng trình từ thông trên hệ toạ độ dq0

Hình 8.46: Mô hình vật lý của động cơ không đồng bộ chuyển đổi sang trục dq

d1

Trang 91

Công thức mô men trên hệ tọa độ ABC là:

Trang 92

2 i

i i i

Trang 93

Sử dụng 2 ph ơng trình ma trận trên đổi iA ,iB ,iC ,ia ,ib ic trong công thức mô men thành các thành phần của d, q, 0, đồng thời chú ý tới

vị trí t ơng đối của stator và rotor:  = 1 - 2

Sau khi giản ớc, cuối cùng sẽ nhận đ ợc công thức mô men rất đơn giản trên hệ toạ độ dq0: Mđt = npLm(iq1id2 – id1iq2 )

8.7.4.3 Ph ơng trình mô men và ph ơng trình chuyển động trên hệ tọa độ dq0



 

và:  = 11 - 12

Trang 94

8.7.4.4 Sơ đồ cấu trúc trạng thái động và mạch điện t ơng đ ơng trạng thái động của động cơ điện không đồng bộ trên hệ toạ độ dq

12 12

T d1 q1 d2 q2

Trang 95

Trang 96

Hình 8.47: Sơ đồ cấu trúc trạng thái động nhiều

biến số của động cơ không đồng bộ

Trang 97

Hình 8.48: Sơ đồ thay thế trạng thái động của động cơ không

đồng bộ trên hệ toạ độ dq a) Sơ đồ thay thế trục d; b) Sơ đồ thay thế trục q

Trang 98

8.7.5 Mô hình toán học động cơ điện không đồng bộ trên hệ toạ độ cố định 2 pha

Trang 99

8.7.5 Mô hình toán học động cơ điện không đồng bộ trên hệ toạ độ cố định 2 pha

Trang 100

8.7.6 Mô hình toán học động cơ không đồng bộ trên hệ tọa độ quay đồng bộ 2 pha

Trang 101

8.7.7 Mô hình toán học của động cơ không đồng bộ theo định h ớng từ tr ờng trên hệ tọa độ quay đồng bộ 2 pha - mô hình toán học hệ tọa độ M, T

Trang 102

8.7.7 Mô hình toán học của động cơ không đồng bộ theo định h ớng từ tr ờng trên hệ tọa độ quay đồng bộ 2 pha - mô hình toán học hệ tọa độ M, T

Trang 103

8.8 hệ thống điều tốc biến tần điều khiển vector

8.8.1 Sơ đồ cấu trúc phép biến đổi tọa độ và mô hình động cơ một chiều t ơng đ ơng của động cơ không đồng bộ

Hình 8.49: Sơ đồ cấu trúc biến đổi tọa độ động cơ không đồng bộ 3/2) Biến đổi 3 pha/2 pha; VR) Biến đổi quay đồng bộ; ) Góc

giữa trục M và trục  (trục A)

Trang 104

8.8.2 ý t ëng vÒ cÊu tróc hÖ thèng ®iÒu khiÓn vector

H×nh 8.50: ý t ëng cÊu tróc hÖ thèng ®iÒu khiÓn vector

Bé phËn cã thÓ bá khi thiÕt kÕ bé ®iÒu khiÓn

¬ng



 +

i

* M1

i

* 1

i

* 1

i

* A

i

* B

i

* C i

2

Trang 105

L T

Trang 106

8.8.3 Ph ơng trình cơ bản điều khiển vector

Giải quyết vấn đề điều khiển tần số phối hợp với điều khiển dòng

2 2

L i T

 



Ph ơng trình điều khiển tần số tr ợt:

Trang 107

Hình 8.51: Hệ thống điều tốc biến tần gián tiếp nguồn dòng

R - bộ điều chỉnh tốc độ quay; R I - bộ điều chỉnh dòng điện;

K/P - bộ biến đổi tọa độ vuông góc / toạ độ cực

8.8.4 Hệ thống điều tốc biến tần gián tiếp nguồn dòng điện điều khiển mô men dạng tần số tr ợt mạch vòng hở từ thông

Trang 108

Hình 8.51: Hệ thống điều tốc biến tần gián tiếp nguồn dòng

R - bộ điều chỉnh tốc độ quay; R I - bộ điều chỉnh dòng điện;

K/P - bộ biến đổi tọa độ vuông góc / toạ độ cực

U

M1

* i

U

2 m

T p 1 L



m 2

L T

Trang 112

T p 1 

2 m

T L

3 2

Trang 113

8.8.6 Hệ thống điều tốc biến tần PWM với mạch vòng kín từ thông

và tốc độ quay kiểu mạch vòng trễ dòng điện

Hình 8.54: Hệ thống điều tốc biến tần PWM kiểu vòng trễ

dòng điện với mạch vòng kín từ thông và tốc độ quay

R – Bộ điều chỉnh tốc độ quay; R M – Bộ điều chỉnh mô men;

R – Bộ điều chỉnh từ thông; FT – Bộ cảm biến tốc độ quay

Quan sát từ thông và dòng

U

T1

* i

U

1

* i

U



1

* i

U



A

* i

U

B

* i

U

C

* i

L n L

Định dạng
Số trang	116
Dung lượng	3,25 MB