Tìm hiểu và mô phỏng động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu (Đồ án tốt nghiệp)

Tìm hiểu và mô phỏng động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửuTìm hiểu và mô phỏng động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửuTìm hiểu và mô phỏng động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửuTìm hiểu và mô phỏng động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửuTìm hiểu và mô phỏng động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửuTìm hiểu và mô phỏng động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửuTìm hiểu và mô phỏng động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửuTìm hiểu và mô phỏng động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửuTìm hiểu và mô phỏng động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửuTìm hiểu và mô phỏng động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửuTìm hiểu và mô phỏng động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửuTìm hiểu và mô phỏng động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu

C ng hoà xã h i ch t Nam

c l p T Do H nh Phúc -o0o -

I H C DÂN L P H I PHÒNG

Sinh viên: Quách Duy Khánh Mã sv: 1513102001

NHI M V TÀI

1 N i dung và các yêu c u c n gi i quy t trong nhi m v tài t t nghi p (

v lý lu n, th c ti n, các s li u c n tính toán và các b n v )

2 Các s li u c n thi thi t k , tính toán

m th c t p t t nghi p:

PH N NH N XÉT TÓM T T C A CÁN B NG D N

á ch ng c i n i dung yêu c ra trong nhi m v t lý lu n th c ti n, tính toán giá tr s d ng, ch ng các b n v )

m ghi b ng s và ch )

6 Cán b ng d n chính

(Ký và ghi rõ h tên)

NH I CH M PH N BI N

TÀI T T NGHI P

thuy t minh và b n v , giá tr lý lu n và th c ti tài

m c a cán b ch m ph n bi n

m ghi b ng s và ch )

6

i ch m ph n bi n

(Ký và ghi rõ h tên)

M C L C

L I M U 1

NG B 1.1 KHÁI NI M VÀ C U T O C NG B 2

1.2 NGUYÊN LÝ LÀM VI C C NG B 5

1.3 PH N NG PH N NG C NG B 9

NG B 12

NG B U (PMSM) 2.1 M U 23

2.2 C U T O C A PMSM 24

2.3 NGUYÊN LÝ HO NG C A PMSM 27

2.4 MÔ T TOÁN H C C A PMSM 28

2.5 CÁC V U KHI N PMSM 42

PMSM (DTC) 46

47

49

3.4 L A CH N P 50

NG T N T 52

3.6 THI T L P B U CH NH T THÔNG, MÔ MEN 55

3.7 THI T L P B NG CHUY N M CH 57

3.8 C U TRÚC H TH NG DTC 58

3.9 NG C N TR STATOR TRONG DTC 59

3.10 BÙ N TR 60

3.11 MÔ PH NG VÀ SO SÁNH K T QU 64

U KHI N 67

K T LU N 69

TÀI LI U THAM KH O 70

c s d ng nhi u và ph bi n trong các ngành công

1.1.2.1 Stato (ph n ng)

Stato c ng b g m các lá thép k thu c d p theo

t l i v i nhau Phia trong có x các r t dây

qu n

dây gi t l ch nhau trong không gian góc 1200 n Dây qu n stato

g i là dây qu n ph n ng

t và ch i than

i v i lo ng b có cu n kích t t roto thì trên u tr c

Hình 1.2: Hình dáng b ngoài c a rotor c c n (a) và

rotor c c l i (b)

b) a)

a)

Hình 1.3: M t c t ngang c a rotor c c n (a) và rotor c c l i (b)

b)

1.2.1 Nguyên lý làm vi c c ng b

Trên hình 1.4 bi u di n mô hình ng b 3 pha 2 c c

Cu n dây ph n t stato còn cu n dây kích t t rotor Cu n dây kích t c n i v i ngu n kích t 1 chi u thông qua h th t

ch i than

1200 c n i sao (ho c tam giá n m t chi u (dòng Ikt không

i ) vào dây qu n kích t s t o nên t i Bây gi ta g n vào

Hình 1.4: ng b 3 pha 2 c c

tr c rotor quay v i t c 1 t ng quay tròn có tthông chính khép kín qua rotor, c c t và lõi thép stato.

T thông c a t ng quay c t các thanh d n ph n ng, làm xu t hi n trong 3 cu

n ba pha iA, iB, iCvào ba pha dây qu n ba

chi u vào dây qu n rotor, rotor bi n thành m n u

quay, còn d c chi u quay Khi n = 0 thì fm= f1 = 50hz

M t mô men bi i v i t n s y thì do rotor có quán tính l n skhông chuy ng Có th nói g n l ng b không có mô

N u b qua cu n kích t khi n i cu n dây 3 pha ph n i s

có dòng 3 pha ch y vào và t o ra t ng quay làm rotor n

Trong th i gian kh ng dây qu n kích t c n i v i m n tr có tr

s kho ng (10÷12) l n tr c a dây qu h n ch n áp c m ng

quay) thì nôi cu n kích t vào ngu n kích t 1 chi u, rotor tr thành 1 nam

n, t ng 1 chi u c a rotor và t ng quay s ng lên nhau

và t o ra mô men n Chu k TM c a mô men

c vào quay v i t ng b (b ng v i t t ng quay)

V i s phát tri n c a các b bi n t n hi

c ph bi n

Khi máy phát có t i trong máy xu t hi n hai t ng là t ng kích

t và t ng ph n ng, n m tr ng thái ngh v i nhau nên chúng s tác

G i s c ng do t ng rotor t o ra trong m t cu n dây stator là

n trong cu i thu n tr thì e, i cùng pha (góc

l ch pha gi a e và i là = 0) Dòng i t o ra t thông cùng pha v i i Trong

m pha 900 so v i ng c a vuông góc v ng

c a Trên hình v bi u di n th m: iA=Imvà iB= iC= - Im/2

1.3.2 T i thu n c m ( = )

b a

0

-I

i I

A B

I

I

U I

U U

Hình 1.12: th vector (a) và m n thay th (b) c a máy

ng b khi ng n m ch

c tính ngoài: U = f(I) khi i

t= const, cos = const và f = f

m

Khi l y c tính ngoài, ph i thay i Z sao cho cos = const r i o U

và I ng v i các tr s khác nhau c a t i Z

D ng c a c tính ngoài ng v i các tính ch t khác nhau c a t i nhhình 1.15

Chú ý: Trong m i tr ng h p ph i i u ch nh dòng kích t i

t sao cho khi I = I

U U

II0

c tính i u ch nh cho bi t h ng i u ch nh dòng kích t i

t c a máyphát gi cho i n áp u c c máy không i

c tính i u ch nh cho bi t h ng i u ch nh dòng kích t i

t c a máyphát gi cho i n áp u c c máy không i

Khi làm thí nghi l c tính u ch nh, ph i t i Z và

ng th i dòng kích t i

t có cos = const và U = const

D ng c a c tính i u ch nh v i các tr s cos khác nhau nh hình1.16

V i t i c m, khi I t ng mu n gi cho U không i ph i t ng dòng kích

c o c

3 2

I = I ®

I = 0

i

B'O B

D ng c a c tính t i thu n c m nh ng 3 trên hình 1.17 thvéct ng v i ch khi b qua r nh hình 1.18

c tính t i thu n c m có th suy ra t c tính không t i và tam giác

n kháng

- n kháng:

n= I thì dòng kích t c n thi t i

b dòng stator v t o t ng v t o mô men, Khi s

hình sin S khác nhau v c u t o cu n dân stator 2 lo i máy này quy nh

d ng các lá thép k thu t ghép l i v i nhau Bên trong có x r t dây

qu n n dây qu n phân tán hình sinh trên chu vi

dây là hình sin ho c g n hình sn S phân b t thông khe h không khí có

d ng hình sin ho c g n hình sin

phân b t c m (ho c m t thông) là hình sin Các thanh nam châm

c làm b t hi m ví d

c g n bên trong (c c n) ho c bên ngoài (c c l i) lõi thép rotor t

b cao Nh t là khi làm vi c v i t cao thì khe h không khí gi a các nam châm có th p b ng v t li u t c b ng v t li u có

b i th y tinh ho c b t vít lên các thanh nam châm

PMSM ra thành

Rotor

rotor

Rotor th

g và kích throtor

th

21

3

1 - Lõi thép stator; 2 - rotor; 3 - u

rotor

rotor khác rotor

ng, giá tr trung bình c a mô men n có th làm

Sau khi kh ng m t t ng b nam

ng b v i t ng quay, hay còn g i là quay v i t ng b

Ph n l n các nghiên c u v PMSM t p trung vào ho ng c a ng

ng b b ng s ph i h p c a mô men ng và mô men ng b

cu n d ng Vì v y mô men cung c p b i cu n nh ph i l

PMSM ta s tìm hi u k các ph n sau

2.4 MÔ T TOÁN H C C A PMSM

1) B qua bão hòa, nó có th n khi tinh s i tham s

3) Dòng Phucô (Foucault) và hi ng t tr b qua

4) Không có dòng kích t ng

5) Không có thanh d n d ng l ng sóc rotor

6)

7)

2.4.1 H

(2.3)(2.4)(2.5)

R - n tr cu n dây pha stato, - t thông cu n dây A, B, C

, ta có: =

=

B ng cách dùng ma tr o bi c :

n hóa ta có:

= rm

s, WPM không ph i là hàm c a r Vì v y công th c tính mô

Vì v y:

S d ng m i liên h gi a v n t n r d i góc r v i v n t c

ch ra k t qu ng h c c a ng PMSM:

Vector t thông stator s và vector t thông rotor f, có th v vector t

Góc gi a t thông stator và t thông rotor là góc t i khi không quan

r ng s mô men có th u khi n b ng cách i góc ho c thay

i t c quay c a t thông rotor

t thông stator, n áp, mô men trong h t a (dq) :

Hình 2.4: T thông stato và rotor trong các h tr c t

thành ph n trên tr c y c a dòng n stator, n u biên c a t thông stator là

= Hay nói cách khác, t thông stator s u khi n theo cách gibiên b ng h ng s , t c u khi n càng nhanh càng t t,

2.4.5 Mô hình tr ng thái c a PMSM trên h a t t thông rotor

mô men

,

mô men1

2 góc l nh pha gi a t thông stato và t thông

mô men

mô men

mô men

mô men.

STATOR [7][8].

mô menstator

và

Hình 3.3: Sai l ch vector t thông stator

Bi u th c (3.2) ch ng t r ng mô men c u khi n d a vào t

quay c t thông stator, chúng ta th y s t c i n u thành ph n

l a ch n áp ph thu c vào sai l ch gi a t thông t v i t thông

c ng c a stator, mô men t và mô men ng

nh gi i h n t ng quát không gian s, trong h quy chi u c

thành ph n c a nó

có tác d ng Mà ta bi t mô men nh ng là ph thu c vào v

Hình 3.4: S l a ch n áp tùy thu c

theo vùng, v i S = 1

+ N u Vi-1 c ch t mô men gi m.

+ N u Vi-2 c ch t thông gi m và mô men gi m

+ N u V0 ho c V7 c ch t thông d ng và mô men gi m

t thông trong m i vùng Vi+1, Vi-2là th ng góc v

i m y, s i mô men là r t nhanh chóng

t thông Hi u su t c a h th ng u khi n ph thu c vào s chính xác trong vi ng các giá tr này

th c hi n vi ng t thông stator là bi u th c tính tích phân sau: , khi th c hi n tính tích phân theo

ki u vòng h thì s d n t i k t qu ng sai l ch l n d n t i m t

nh trong h th ng Vi t l

(3.3)

V i p = d/dt, x p x l/p T/(1 + pT), thay vào ph ng trình (3.3) ta c

N u tín hi t b ng 0 thì b tính tích phân m i chính là b tích

t toán tính tích phân d ng trên,

và Wu c bi t thích h p khi tính tích phân bi n có hai thành

ph n ki u s ph thông trong máy n xoay chi u Trong c u trúc

c trình bày, có s d ng hai khâu chuy i to , to th nh t là

quen thu c Vi c chuy n to liên quan t i vi c tính toán góc l ch hai thành

Các thành ph n b gi i h n alpha và beta c a t thông stator

c a t thông stator:

S d ng thu t toán th hai c t thu n l i khi tính toán trong Mab/Simulik Theo Hu và Wu thì giá tr t thông stator thay

i, giá tr gi i h n ZL không có kh i theo Tuy nhiên trong bài

i khâu gi i h t thông b ng m t khâu khác, có ch i

u khi n tr c ti p mô men nói riêng, do giá tr t thông stator t là

trên toàn d i làm vi c c a máy c u trúc th c hi n trên hình 3.6

Ta có:

Hình 3.6: C u trúc b ng

Khi t thông trong vùng i, Vi+1 ho c Vi-1 c ch tthông và Vi+2 ho c Vi-2 c ch gi t thông, vi c l a ch n các

n áp này ph thu c vào tín hi u sai l ch c a t thông ch không ph

ch nh t thông có th là bi n s Bool

Giá tr 1 khi tín hi u sai l ch t

Giá tr 0 khi tín hi u sai l ch t thông âm

thay i mô men, ta có th d ki n m t b ph n hi u ch nh mô men

hi u ch nh t thông, ta th y mô men có th c

t s d ng Vi-2 sau Vi+2 và c l ph i chuy n m ch 2 phía khác có l i nh t s là trình t bu c

B so sánh tr 3 v trí cho phép u khi n máy n theo 2 ng

u khi n

3.7 THI T L P B NG CHUY N M CH

b hi u ch nh tr t thông, b hi u ch nh tr mô men và vùng v

thông stator

B ng chuy n m ch c thi t l p l a ch i+1, Vi-1, Vi+2,

Vi-2, ng u này phù h p v i b u ch nh 3 v trí mô men

0

1 V3(010) V4(011) V5(001) V6(101) V1(100) V2(110)

0 V7(111) V0(000) V7(111) V0(000) V7(111) V0(000)-1 V5(001) V6(101) V1(100) V2(110) V3(010) V4(011)

3.8 C U TRÚC H TH U KHI N TR C TI P MÔ MEN

C u trúc c a các b ph n ch y u c a h th u khi n tr c ti p mô

Hình 3.9: C u trúc h th ng DTC c a PMSM

Hình 3 u khi n tr c ti p mô men (DTC)

ba pha bi n thiên là bi n thiên trên tr c d n trên tr c dq id, iqcó th

thông b i công th c sau:

Bù ng c n tr stator và DC offset là r t c n thi c bi t

U KHI N TR C TI P MÔ MEN (DTC)

n tr stator RSlà tham s duy nh t c a máy n c s d ng trong

khi n c n xét t i Ph n c t lõi c a vào sai l ch gi a

Hình 3.10: kh u khi n tr c ti p mô men

ch gi a giá tr t t thông stator v i giá

tr stator c trình bày hình (3.11)

a trên l p lu n, s i giá tr n tr stator s

tr sai l ch t thông t l v i phía tr n tr stator

c s d ng cho b n tr PI có bi u th c:

V i KP, Ki là h s t l , h s tích phân c a b bù PI C

hình (2.12)

Hình 3.11: c u trúc DTC c a PMSM có bù RS

Sai l ch gi a t thông stator t v i t thông stator

qua b l c thông th p có t n s c t l n nh m làm suy gi m thành ph n t n s

c ng giá tr i c a RS(do nhi hay t n s ), giá tr i c a

n tr stator c c ng v i giá tr n tr stator chu k c, giá

n tr stator c ng l i chu k tính sau s c s d ng cho l n

ti p theo

3.10 n tr stator tr ng thái ngh c

hai giá tr t thông stator ng t i hai th m, cùng v i giá tr dòng

giá tr RStrong kh ng t thông stator

++

d ng khâu tr mô men 3 v trí.

Hình 3.13: Mô ph ng b u khi n 3 v trí

a

b

Nh n xét k t qu c tính c u khi n tr mô men 3 v trí:

(g p 5 6 l n)

T k t qu mô ph ng, chúng ta th y r u khhi n tr mô men 3 v

Vi c áp d u khi n tr c ti p mô men, trong truy

c Mô men

ng v i s gia góc l ch pha gi a t thông rotor và stator và vì

t thông stator càng nhanh càng t t

ng mô men nhanh chóng c

- Qua k t qu mô ph ng b u khi n tr c ti p mô men v i khâu tr mô men 3 v trí, th y ng mô men nhanh chóng

truy ng ng b u khi n tr c ti p mô men

K T LU N

Sau m t kho ng th i gian th c hi tài t t nghi p, cùng v i n l c

c g ng c a b n thân s t n tình c a các th y cô giáo trong khoa, b n

c a th y giáo GS.TSKH Thân Ng c Hoàn, các th y cô trong khoa cùng b n

bè trong l em trong quá trình th c hi tài

Em xin chân thành c

H i Phòng, ngày tháng

Sinh viên th c hi n

Quách Duy Khánh

TÀI LI U THAM KH O

[1] GS TSKH Thân Ng c Hoàn - TS Nguy n Tr ng Th ng (2016), Nguyên

lý ho ng c n, Nhà xu t b n Xây d ng

[2] GS TSKH Thân Ng c Hoàn - TS Nguy n Ti n Ban (2007), u khi n

t ng các h th ng truy n, Nhà xu t b n Khoa h c k thu t.

[3] GS TSKH Thân Ng c Hoàn (2005), n, Nhà xu t b n Xây d ng [4] GS TSKH Thân Ng c Hoàn (2002), Mô ph ng h th n t công

[8] Pragasen Pillay and Krishnan (1991),

Drives, Industry Applications