Bài báo đề xuất phương pháp lựa chọn sơ đồ cấp điện và luật điều khiển công suất đầu ra của máy điện từ kháng, đưa ra sơ đồ cấp điện hợp lý từ hai sơ đồ cấp điện là bộ biến đổi điều khiển ở đầu ra và bộ chỉnh lưu không điều khiển đầu ra. Sơ đồ cấp điện cho máy điện từ kháng là bộ biến đổi điều khiển ở đầu ra cho ra mô men quay lớn hơn so với sơ đồ bộ chỉnh lưu không điều khiển đầu ra.
Trang 1SỐ 1 (72) 2021 TẠP CHÍ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC ISSN 1859-4190
Trang 25 6.
9 10.
12 THÔNG
Trang 3LIÊN NGÀNH ĐIỆN - ĐIỆN TỬ - TỰ ĐỘNG HÓA
Dự báo mực nước sông cao nhất, thấp nhất trong ngày
sử dụng mô hình hỗn hợp Đỗ Văn ĐỉnhNguyễn Trọng Quỳnh
Vũ Văn Cảnh Phạm Văn Nam Thiết kế bộ điều khiển mờ cho hệ thống điều khiển vô
hướng động cơ điện không đồng bộ ba pha rôto lồng sóc
có tham số mômen quán tính J biến đổi
Lê Ngọc Hòa
Vũ Hồng Phong
Đánh giá hiệu năng chống nhiễu của bộ thu GPS sử dụng
kiến trúc bộ lọc hạt điểm Phạm Việt HưngLê Thị Mai
Nguyễn Trọng Các Lựa chọn sơ đồ cấp điện và luật điều khiển công suất
đầu ra cho máy điện từ kháng Phạm Công Tảo
TẠP CHÍ
NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
ĐẠI HỌC SAO ĐỎ
TRONG SỐ NÀY
Số 1(72) 2021
LIÊN NGÀNH CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC
Tối ưu hóa chế độ cắt và độ nhám bề mặt khuôn dập khi
gia công vật liệu composite nền nhựa, cốt hạt Ngô Hữu MạnhMạc Thị Nguyên
Lê Hoàng Anh Châu Vĩnh Tiến Phân tích cấu trúc và tiềm năng của hệ truyền động thủy
tĩnh ng dụng trên máy k o lâm nghiệp Vũ Hoa KỳTrần Hải Đăng
Nguyễn Long Lâm
Nghiên c u ảnh hưởng chiều cao, độ vi sai của thanh
răng đến độ giãn đường may 516 trên vải denim co giãn Nguyễn Thị HiềnĐỗ Thị Làn
Phạm Thị Kim Phúc Nghiên c u sự ảnh hưởng của phương pháp lấy mẫu
đến chất lượng của phương pháp 3olynomial Chaos áp
dụng cho hệ thống treo trên ô tô
Đào Đ c Thụ Lương Quý Hiệp Phạm Văn Trọng Nghiên c u ảnh hưởng của chi số chỉ và mật độ mũi may
đến độ giãn đ t, độ bền đường may 406 trên vải TC 56 Bùi Thị LoanNguyễn Thị Hồi
Đỗ Thị Tần
Trang 4TẠP CHÍ
NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
Số 1(72) 2021
LIÊN NGÀNH TRIẾT HỌC - XÃ HỘI HỌC - CHÍNH TRỊ HỌC
LIÊN NGÀNH HÓA HỌC - CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
NGÀNH NGÔN NGỮ HỌC
NGÀNH TOÁN HỌC
Sự không tồn tại nghiệm của phương trình elliptic nửa
tuyến tính suy biến Nguyễn Thị Diệp Huyền
Sử dụng Saccharomyces cerevisiae RV để lên men
rượu vang từ quả sim (Rhodomyrtus tomentosa) Bùi Văn TúNguyễn Ngọc Tú
Xóa đói, giảm nghèo ở Hải Dương trong thời kỳ đẩy mạnh
công nghiệp hóa, hiện đại hóa hiện nay Vũ Văn Đông
Vai trò của giáo dục và đào tạo đối với việc phát triển
nguồn nhân lực chất lượng cao ở Việt 1am hiện nay Phùng Thị Lý
NGÀNH KINH TẾ
Bảo hiểm thất nghiệp trong phát triển kinh tế ở Việt Nam 66 Nguyễn Minh Tuấn
Ứng dụng ma trận SWOT trong phát triển du lịch làng
nghề truyền thống trên địa bàn tỉnh Hải Dương Vũ Thị Hường
Giảm nghèo và phát triển bền vững ở Việt Nam Phạm Thị Hồng Hoa
Nghiên c u thực trạng kỹ năng nói tiếng Anh và đề xuất
một số giải pháp nhằm nâng cao kỹ năng nói tiếng Anh
của sinh viên không chuyên Trường Đại học Sao Đỏ
Đặng Thị Minh Phương Trần Hoàng Yến
Tăng Thị Hồng Minh
Trang 5SCIENTIFIC JOURNAL
TITLE FOR ELECTRICITY - ELECTRONICS - AUTOMATION
The daily highest and lowest river water levels are
forecasted using a hybrid model Do Van DinhNguyen Trong Quynh
Vu Van Canh Pham Van Nam Designing fuzzy controller for scalar control system of a
three-phase squirrel cage induction motor with variable J
môment of inertia
Le Ngoc Hoa
Vu Hong Phong
Performance assesment in interference supression of
GPS receiver based on particle lter Pham Viet HungLe Thi Mai
Nguyen Trong Cac Select power supply scheme and output power control
rule for the Switched Reluctance Machine Pham Cong Tao
Optimation on the CNC cutting parameters and surface
roughnessofthe mouldduringmillingprocesscomposite
material of plastic base and grain cores
Ngo Huu Manh Mac Thi Nguyen
Le Hoang Anh Chau Vinh Tien Analysis of structure and potential of application
hydrostatic transmission system on forestry machine Vu Hoa KyTran Hai Dang
Nguyen Long Lam
Research on effects height and differenctial feed of
the tooth bar on seam deformation 516 on stretch
denim fabric
Nguyen Thi Hien
Do Thi Lan Pham Thi Kim Phuc Study on the e ects of the ampling method on quality
of 3olynmial Chaos method applying to automotive
suspension system
Dao Duc Thu Luong Quy Hiep Pham Van Trong Study on the e ects of sewing thread count, density of
stitch on the breaking elongation and seam strength 406
on TC fabric
56 Bui Thi Loan Nguyen Thi Hoi
Do Thi Tan
TITLE FOR MECHANICAL AND DRIVING POWER ENGINEERING
Trang 6SCIENTIFIC JOURNAL
TITLE FOR PHILOSOPHY - SOCIOLOGY - POLITICAL SCIENCE
TITLE FOR CHEMISTRY AND FOOD TECHNOLOGY
TITLE FOR MATHEMATICS
Non-existence of solution of degenerative semilinear
elliptic equations
62 Nguyen Thi Diep Huyen
Application of Saccharomyces cerevisiae RV in wine
fermentation from Sim fruit (Rhodomyrtus tomentosa) Bui Van TuNguyen Ngoc Tu
Hunger eradication and poverty reduction in Hai Duong
in the period of accelerating industrialization and
modernization nowadays
Vu Van Dong
The role of education and training with the development
of high-quality human resources in Vietnam today Phung Thi Ly
Unemployment insurance for economic development in
Vietnam 66 Nguyen Minh Tuan
Application of SWOT masterbon in traditional villa
tourism in Hai Duong province Vu Thi Huong
Poverty reduction and sustainable development in
Vietnam Pham Thi Hong Hoa
A study on the current situation of English speaking skills
and some proposals to improve English speaking skills
of non-English major students at Sao Do University
Dang Thi Minh Phuong Tran Hoang Yen
Tang Thi Hong Minh
TITLE FOR STUDY OF LANGUAGE
Trang 7Lựa chọn sơ đồ cấp điện và luật điều khiển công suất
đầu ra cho máy điện từ kháng Select power supply scheme and output power control rule for
the Switched Reluctance Machine
Phạm Công Tảo Email: tao.phamcong@gmail.com Trường Đại học Sao Đỏ Ngày nhận bài: 11/9/2020 Ngày nhận bài sửa sau phản biện: 14/3/2021
Ngày chấp nhận đăng: 31/3/2021
Tóm tắt
Bài báo đề xuất phương pháp lựa chọn sơ đồ cấp điện và luật điều khiển công suất đầu ra của máy điện từ kháng, đưa ra sơ đồ cấp điện hợp lý từ hai sơ đồ cấp điện là bộ biến đổi điều khiển ở đầu ra và bộ chỉnh lưu không điều khiển đầu ra Sơ đồ cấp điện cho máy điện từ kháng là bộ biến đổi điều khiển ở đầu ra cho ra mô men quay lớn hơn
so với sơ đồ bộ chỉnh lưu không điều khiển đầu ra Những phương án đề xuất được thực nghiệm cho kết quả tốt
đã chứng tỏ sự đúng đắn các phương pháp đề xuất
Từ khóa: Máy điện từ kháng đóng - cắ; pha; bộ biến đổi điều khiển; điều chế độ rộng xung PWM; công suất đầu ra Abstract
The paper proposes a method to select the power supply scheme and the output power control rule of the switched reluctance machine; gives a reasonable power supply scheme from two power supply schemes: a control converter
at the output and uncontrolled rec er at the output The power supply scheme for the switched reluctance machine is a control converter at the output that has a greater torque than that of an uncontrolled rec er The simulated proposals with good results have proved the correctness of the proposed methods
Keywords: Switched reluctance machine (SRM); switch phase; controlled converter; Pulse - width modula on (PWM); output power
1 ĐẶT VẤN ĐỀ
Máy điện từ kháng (Switched Reluctance Machine - SRM)
ra đời từ thập niên 90 của thế kỷ XIX nhưng khi đó nó
chưa được phát triển vào thời điểm đó bởi vì nó rất khó
điều khiển trong điều kiện công nghệ thời đó Tuy nhiên,
cho tới nay do sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ
bán dẫn, vi điều khiển và kĩ thuật máy nh cho phép
thực hiện những tác vụ điều khiển phức tạp, người ta
đã và đang quan tâm tới việc nghiên cứu và ứng dụng
Máy điện từ kháng trong thiết kế vật liệu êu tốn giảm
1,7 lần so với các máy điện thông thường
Máy điện từ kháng có một số ưu điểm nổi bật như: Giá
thành thấp nhất trong tất cả các loại máy điện quay,
cấu tạo đơn giản (trong rôto không có dây quấn, không
có ếp xúc điện giữa chổi than và cổ góp), hiệu suất
cao, quán nh của rôto nhỏ nên kết cấu bền vững phù
hợp cả với những máy có tốc độ quay cao, mômen khởi
động lớn và chịu quá tải ngắn hạn tốt, làm việc n cậy Tổn thất xuất hiện chủ yếu ở phía stato và do đó rất dễ làm mát, chi phí cho công nghệ sản xuất thấp, khả năng tối ưu chế độ làm việc theo sự thay đổi tốc độ và tải, sự thực hiện hệ thống điều khiển tương đối đơn giản, máy điện từ kháng cho phép ết kiệm năng lượng khoảng 30÷40% [1,3]
Đã có những công trình nghiên cứu về nh chất của SRM, nghiên cứu phân ch đặc nh động học của máy phát điện từ kháng [3÷8] Cũng đã có những nghiên cứu đưa ra các sơ đồ cấp điện cho máy điện từ kháng, tuy nhiên chưa phân ch tỷ mỉ và đánh giá ưu, nhược điểm các sơ đồ cấp điện và chưa đưa ra luật điều chỉnh công suất đầu ra cho máy điện từ kháng
Xuất phát từ điều đó, bài báo này đề xuất phương pháp lựa chọn sơ đồ cấp điện cho máy điện từ kháng, từ đó đưa ra sơ đồ hợp lý để cấp nguồn cho máy phát từ kháng nhằm tăng công suất đầu ra và mô men của máy Tác giả cũng ến hành nghiên cứu mối quan hệ giữa công suất đầu ra, dòng điện pha phụ thuộc vào sự thay Người phản biện: 1 GS.TSKH Thân Ngọc Hoàn
2 PGS.TS Tạ Cao Minh
Trang 8đổi góc điều khiển của máy phát SRG với công suất
1.100 kW
NGUYÊN LÝ ĐIỀU KHIỂN VÀ MÔ HÌNH TOÁN HỌC
CỦA MÁY ĐIỆN TỪ KHÁNG
1 Nguyên lý điều khiển của máy điện từ kháng
Khác với máy đồng bộ thông thường, cả rôto và stato
của máy phát từ kháng đều có cực lồi Với cấu tạo cực
lồi như vậy sẽ có lợi trong việc chuyển đổi năng lượng
điện từ [2] Do chiều quay của máy phát phụ thuộc vào
thứ tự phát xung, do đó chế độ làm việc của máy phát
sẽ được quyết định bởi dấu của mô men Phương trình
mômen của SRM:
Me= 1
2 i2dL
Từ phương trình (1) dấu của mô men phụ thuộc vào đại
lượng dL
dθ Căn cứ vào đặc nh biến thiên từ cảm theo
góc quay ta phải đưa xung điều khiển vào vùng từ cảm
tăng thì mô men sẽ mang dấu dương Giá trị trung bình
của mô men có thể thay đổi bằng cách thay đổi độ lớn
dòng điện chạy trong cuộn dây stato hoặc thay đổi góc
dẫn θ
Thông thường để đơn giản người ta thực hiện thay đổi
dòng điện mà không thay đổi góc dẫn Điều này yêu
cầu bộ điều khiển phải bám theo n hiệu đặt một cách
nhanh chóng tránh rơi vào vùng mô men âm [1,2]
Trên Hình là sơ điều khiển của máy phát từ kháng
(SRG)
Hình Sơ đồ điều khiển của máy phát SRG
Ở đây:
Ue: Điện áp nguồn nuôi trong thời gian khởi động;
USRG, ISRG: Điện áp và dòng điện của SRG;
C , C , C : Các tụ điện;
VT ÷VT6: Các khóa transisto loại IGBT (Insulated Gate Bipolar Transisto);
L: Điện cảm;
D , D : Điốt;
ITV: Dòng điện trở về;
UR: Điện áp đầu ra của máy phát [3]
2.2 Mô hình toán của SRM
Mô hình toán học của SRM gồm các phương trình sau:
=
Ở đây:
k : Thứ tự các pha, k= 1 ÷ m;
yk: Thông lượng mạch từ thứ k qua cuộn dây;
к: Điện áp trong cuộn dây thứ k;
ik: Dòng điện thứ k trong cuộn dây;
k: Điện trở tác dụng thứ k trong cuộn dây;
w: Tần số góc quay của rôto;
J: Mômen quán nh tổng của rôto và tải;
М, Мс: Mô men điện từ của máy phát và mô men cản của tải;
α: Góc quay, đây chính là đặc nh vị trí tương đối của rôto so với stato
Trong các phương trình trên phương trình (2a) là phương trình cân bằng sức điện động máy phát, (2b)
là phương trình cân bằng truyền động, (2c) là phương trình xác định tốc độ góc quay của máy phát [3, 4] Phương trình điện áp của máy điện SRM có dạng:
Up= i.R + L(ϕ) di
dt + i dL
( θ)
Để m biểu thức công suất tức thời của máy SRM, đem nhân 2 vế của phương trình (3) với dòng điện nhận được công suất trong máy SRM:
p = Upi = i2R + (Li di
dt +
1
2 i2dL
dθ ω ) +
1
2 i2 dL
dθ ω
(2a) (2b) (2c)
Trang 9năng lượng từ trường ch lũy, còn số hạng thứ ba là
công suất cơ học đầu ra
2.3 Sơ đồ các góc điều khiển SRM
Trên Hình 2 mô tả phương pháp cấp điện cho động cơ và
máy phát SRM Như thấy từ hình vẽ, cả động cơ và máy
phát từ kháng được cấp điện từ nguồn điện áp xoay chiều
3 pha có công suất đủ lớn, sau khi qua bộ chỉnh lưu, qua
tụ lọc được đưa đến các bộ biến đổi điều khiển Bộ biến
đổi điều khiển là chỉnh lưu hình cầu 3 pha (Hình 3)
Hình 2 Sơ đồ cấp điện cho máy điện từ kháng
Kết cấu 2 khối của máy điện từ kháng cho trên Hình 6
Để cấp điện và điều khiển cho 2 khối của máy ta sử
dụng hai bộ biến đổi Loại máy điện từ kháng 2 khối này
làm việc như sau: Cả hai khối có thể làm việc cùng một
chế độ động cơ hoặc máy phát, hoặc là một khối làm
việc ở chế độ động cơ và khối kia làm việc ở chế độ máy
phát (đối với truyền động điện có điều khiển công suất
lớn việc nghiên cứu thực nghiệm hai khối có tác động
tải lẫn nhau: Động cơ êu thụ điện từ máy phát điện
hoặc ngược lại, mục đích để ết kiệm năng lượng điện
trong quá trình thực nghiệm, quá trình thực nghiệm của
máy diễn ra với thời gian dài hoặc là với một số ứng
dụng trong thực tế việc cấp điện từ lưới điện cho động
cơ không thực hiện được), việc điều khiển góc đóng mở
của các transisto sẽ ấn định khối nào làm việc ở chế độ
động cơ điện hay máy phát điện
Việc chọn kết cấu hai khối của máy SRM có nhiều lợi
ích so với kết cấu một khối: Có thể tự kiểm tra động cơ
không cần thiết bị tải; giúp ết kiệm năng lượng trong
quá trình kiểm tra; giảm mômen xoắn và ếng ồn
Hình 3 Sơ đồ bộ biến đổi hình cầu 3 pha
Trong nghiên cứu này sử dụng phương pháp điều khiển
1 xung cho máy điện SRM, sơ đồ các góc điều khiển cho
trên Hình 5, điểm khác biệt chính của điều khiển này
là cuộn dây stato của máy SRM được nhận xung đơn trong chế độ làm việc định mức, phương pháp này tối
ưu hóa được giá trị mômen của máy phát khi làm việc ở chế độ định mức [9]
Phương pháp điều khiển 1 xung được thực hiện bằng điều chế PWM (Pulse Width Modulation), qua thay đổi góc đóng - mở các van bán dẫn của bộ biến đổi, sẽ thay đổi được dòng điện kích từ cấp vào dây quấn stato [9, 12]
Trong chế độ điều khiển xung đơn (một xung) mômen được điều khiển bằng cách thay đổi góc đóng θĐvà chiều dài của xung điện áp dương gpul[12]
Trên Hình 4 là sơ đồ đóng, cắt các van cho cuộn dây trên
1 pha của SRM
Hình 4 Sơ đồ đóng, cắt các van cho cuộn dây
trên 1 pha của SRM
Hình 5 Đặc nh dòng điều khiển theo góc điều khiển Trên Hình 5 là đặc nh dòng điều khiển theo góc đóng
mở van, từ sơ đồ này ta thấy các góc khác nhau thì dòng điện khác nhau
Trong đó:
αon: Góc đóng của van ;
αo 1: Góc cắt của van 1;
αo 2: Góc cắt của van 2; (theo sơ đồ các van trên Hình 4, hoặc van 1 và van 4 cho pha B1 Hình 3) Từ Hình 5 ta có:
gọi là góc ngắn mạch (khoảng cách giữa xung dương và xung âm αn);
gIf=0: Khoảng chiều dài khi dòng điện ngắt [12]
Trang 103 CÁC PHƯƠNG PHÁP CẤP NGUỒN CHO SRM
Trong nghiên cứu sử dụng 2 phương pháp cấp nguồn
cho SRM là:
- Bộ biến đổi điều khiển ở đầu ra;
- Bộ chỉnh lưu không điều khiển đầu ra
Bài báo phân ch và đánh giá ưu, nhược điểm của 2
phương pháp này để đưa ra phương pháp cấp nguồn
phù hợp cho SRM-2×550 kW
Nghiên cứu này được tác giả kiểm chứng bằng thực
nghiệm tại Công ty IRIS, Thành phố Novocherkassk Liên
bang Nga trong thời gian tác giả nghiên cứu tại đây Thí
nghiệm được ến hành cho máy SRM-2×550 kW Cấu
tạo của máy thí nghiệm gồm 2 khối mỗi khối có công
suất định mức là 550 kW, cấu trúc răng stato và rôto
của hệ thống mạch từ Zs/Z = 18/12, số cuộn dây stato
bằng số răng stato (Hình 6) Mục đích của thí nghiệm là
xem xét nh chất của máy SRM khi nguyên lý mạch kích
từ có cấu tạo khác nhau
Hình 6 Hình dạng kết cấu 2 khối của máy điện từ kháng
a) 2 khối stato; b) 2 khối rôto
Để cung cấp cấp năng lượng cho cuộn dây pha của máy
phát SRM, ta dùng bộ biến đổi có điều khiển ở đầu ra
(Hình 3); hoặc mạch kết nối các cuộn dây và một bộ
chỉnh lưu không điều khiển đầu ra (Hình 9)
Việc sử dụng một bộ biến đổi có điều khiển để cấp điện
cho máy SRM có cấu trúc như Hình 6 có ưu điểm là
giảm một nửa số lượng van bán dẫn và sử dụng tụ điện
cung cấp có dung lượng nhỏ hơn đáng kể so với việc
sử dụng hai máy điện SRM đơn lẻ có công suấtcho mỗi
máy 550 kW
3.1 Phương pháp điều khiển máy điện SRM với bộ
biến đổi điều khiển ở đầu ra
Xét cấu trúc trong sơ đồ Hình 3, để đánh giá khả năng
điều khiển trong phạm vi thay đổi công suất đầu ra thì
cần xác định các giá trị của các góc điều khiển và phân
Ngoài ra góc đóng một pha này phải trùng với góc cắt của pha kia [10]
Công suất đầu ra của máy phát theo biểu thức (4) phụ thuộc vào góc quay của rôto, mô men của máy theo biểu thức (1) Từ các biểu thức này thấy rằng có thể thay đổi mô men bằng thay đổi độ lớn dòng điện cấp cho cuộn dây stato hoặc thay đổi góc dẫn θ (qua các góc điều khiển) Khi thay đổi các thông số góc đóng, góc cắt
và góc ngắn mạch của các van bán dẫn trong bộ cung cấp điện thì công suất thay đổi
Kết quả thí nghiệm của máy phát khi thay đổi góc mở van (Hình 7) với αon= 780và góc ngắn mạch g(Uf=0)= 1680,
αo= 2580 Ở chế độ này công suất của máy phát PG=
516 kW, dòng điện pha If= 488 A [11]
Hình 7 Biểu đồ dòng điện và điện áp của hai pha mắc song song ngược trong chế độ máy phát điện SRG
-2×550 khi P = 516 kW Các trường hợp điều khiển công suất đầu ra của SRG Trên Hình 7 là đặc nh dòng điện và điện áp của 2 pha mắc song song ngược máy SRM khi làm việc ở chế độ máy phát
Từ đặc nh này ến hành 2 trường hợp thay đổi công suất đầu ra của máy phát:
- Trường hợp 1 để giảm công suất đầu ra của máy phát thực hiện dịch chuyển đồng thời góc đóng αonvà góc ngắn mạch g(Uf=0), góc cắt αo giữ nguyên