Xây dựng mô hình máy điện dị bộ rotor lồng sóc trên hệ tọa độ alpha - beta và trên hệ tọa độ dq. Mô phỏng bằng phần mềm matlab - simulink

Nắp máy Stator... Lõi thép stator làm bằng các lá thép kĩ thuật, được dập rãnh bêntrong rồi ghép lại vói nhau thành các rãnh theo hướng trục.. Khi khởi động động cơ dâ

Trang 1

LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm gần đây những tiến bộ trong khoa học kỹ thuậtđã đưa lại những ứng dụng lớn lao vào trong quá trình công nghiệp hóahiện đại hoá của mỗi đất nước Bên cạnh những thành tựu về mặt thựctiễn thì những lý thuyết về điều khiển cũng lần lượt ra đời góp phầnkhông nhỏ trong việc xây dựng các nguyên lý điều khiển tối ưu các hệthống truyền động trong công nghiệp Là một nước đang trong quá trìnhxây dựng nền kinh tế công nghiệp hiện đại với nhiệm vụ hiện nay là thựchiện thành công quá trình công nghiệp hoá hiện đại hoá, đất nước ta đangngày càng đòi hỏi rất nhiều những ứng dụng mạnh mẽ các thành tựu củakhoa học kỹ thuật vào quá trình sản xuất để đưa lại năng suất lao độngcao hơn, cạnh tranh được với các nước trong khu vực và thế giới .Tựđộng hoá trong sản xuất với việc áp dụng những thành tựu công nghệ mớinhằm nâng cao năng xuất, hạ giá thành sản phẩm không những là yêu cầubắt buộc mà hơn nữa còn được xem như một chiến lược đối với các nhàmáy, xí nghiệp cũng như toàn bộ nền sản xuất công nghiệp của mỗi quốcgia

Từ yêu cầu thực tiễn đó thì em đã thực hiện một đồ án môn họcmôn tổng hợp hệ điện cơ với đề tài là: “Xây dựng mô hình máy điện dị

bằng phần mềm matlab - simulink”.

Trong một thời gian ngắn do vậy đồ án này chắc chắn không khỏinhững thiếu sót, với sự nỗ lực của bản thân , em rất mong nhận được ýkiến đóng góp của các thầy cô giáo cùng toàn thể các bạn để bản đồ ánnày hoàn thiện hơn !

Em xin chân thành cảm ơn!

Trang 2

Máy phát điện không đồng bộ ít dùng vì có đặc tính làm việckhông tốt, nên ta chỉ xét đến trường hợp động cơ không đồng bộ Động

cơ không đồng bộ được sử dụng nhiều trong sản xuất và sinh hoạt vì chếtạo đơn giản, giá thành rẻ, độ tin cậy cao, vận hành đơn giản, hiệu suấtcao và gần như không bảo trì Dãy công suất của nó rất rộng từ vài wattđến hang nghìn kilowatt Hầu hết là động cơ ba pha, có một số động cơcông suất nhỏ là một pha

Các số liệu định mức của động cơ không đồng bộ ba pha là:

Công suất cơ có ích trên trục : Pđm(kW)Điện áp dây stator : Uđm(V)

Tốc độ quay rotor : nđm(vòng/phút)

Nếu gọi P1đm là công suất tác dụng động cơ không đồng bộ ba phanhận từ lưới điện khi làm việc với tải định mức, ta có :

Trang 3

1.1 Cấu tạo của động cơ không đồng bộ

Cấu tạo của máy điện không đồng bộ gồm hai phần chủ yếu làstator và rotor, ngoài ra còn có vỏ máy, nắp máy và trục máy Trục máylàm bằng thép, trên đó gắn roto, ổ bi và phía cuối trục có gắn một quạtgió để làm mát máy dọc trục

2 Dây quấn Stator

3 Nắp máy Stator

Trang 4

Lõi thép stator làm bằng các lá thép kĩ thuật, được dập rãnh bêntrong rồi ghép lại vói nhau thành các rãnh theo hướng trục Lõi thépđược ép vào trong vỏ máy.

Trang 5

Hình 1.2.Kết cấu stator máy điện KĐB

a, Lá thép stator; b, Lõi thép stator

c, Dây quấn stator

b) Dây quấn Rotor:

Cũng giống như dây quấn ba pha Stator và cùng số cực từ như dâyquấn Stator Dây kiểu này luôn đấu (Y) và có ba đầu ra vào ba vành trượt,gắn vào trục quay của Rotor và cách điện với trục ba chổi than cố địnhvà luôn tỳ lên vành trượt này để dẫn điện vào một biến trở cũng nối saonằm ngoài động cơ để khởi động hoặc điều chỉnh tốc độ

Trang 6

Hình 1.4: Cấu tạo của động cơ không đồng bộ ba pha rôto dây quấn

1.2 Đặc tính của động cơ không đồng bộ

Đặc tính cơ của đông cơ điện chính là quan hệ n = f(M2) hoặc M2 =f(n) Mà ta có M=M0+M2, ở đây ta xem M0=0 hoặc chuyển về Momencản tĩnh Mc Vì vậy M2=M=f(n)

Hình 1.5: Quan hệ M=f(s) Từ hình 1.5 ta xét chế độ động cơ nghĩa là s=0÷1 hình 1.6a Nếuthay s=(n-n)/n1 ta sẽ có quan hệ n =f(M2) chính là đặc tính cơ của động cơkhông đồng bộ (hình 1.6b)

Trang 7

Hình 1.6 Đặc tính động cơ không đồng bộ

a.Quan hệ momen theo hệ số trượt

b.Đặc tính cơ của động cơ

Từ hình 1.6a, ta có

- Đoạn 0a (0<s<sth): Động cơ làm việc ổn định Đặc tính cơ cứng

- Đoạn ab (sth<s<1): Động cơ làm việc không ổn định

1.3 Khởi động động cơ không đồng bộ

Dòng điện khởi động: Khi khởi động n =0 , s=1nên:

Thường thì : Ik= (4÷7) Idm ứng với Udm

Yêu cầu khi mở máy :

- Mk phải đủ lớn để thích ứng với đặc tính tải

- Ik càng nhỏ càng tốt để không ảnh hưởng đến các phụ tải khác

- Thời gian khởi động Tk phải nhỏ để máy có thể làm việc đượcngay

- Thiết bị khởi động rẻ tiền tin cậy và ít tốn năng nượng

Các yêu cầu trên là trái ngược nhau tùy trong trường hợp mà ta sẽ

ưu tiên yêu cầu nào trước

Trang 8

Khi khởi động động cơ dây quấn rotor được nối vào các điện trởphụ Rpk Đầu tiên K1 và K2 mở động cơ được khởi động qua điện trở phụlớn nhất sau đó đóng K1 rồi K2 giảm dần điện trở phụ về không Đườngđặc tính mômen ứng vớí các điện trở phụ khởi động Rp1 và Rp2 ở hình1.7

Hình 1.7: Khởi động động cơ KĐB Rotor dây quấn

a Sơ đồ mạch lực; b Đặc tính mô men

Lúc khởi động n=0, s=1 muốn mô men khởi động Mk = Mmax thìSth=1 hay

Trang 9

Chương 2:

XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ

ROTOR LỒNG SÓC

2.1 Động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc

Về nguyên tắc có thể mô tả kết cấu của máy điện dị bộ như sau :

Khi đặt điện áp xoay chiều ba pha lên hệ thống cuôn dây phía stator sẽtạo ra dòng stator, gây lên điện áp cảm ứng phía rotor và do đó xuất hiệndòng rotor Dòng hai phía stator và rotor có tác dụng tạo lên từ thôngstator, rotor và đó chính là nguyên nhân sinh ra mômen quay của máyđiện Điều kiện để xảy ra cảm ứng và tạo được mômen là tồn tại một “sựtrượt” nhất định (không đồng bộ) giữa chuyển động quay rotor và củavector từ thông stator Trong trường hợp đồng bộ, máy điện sẽ không tạođược mômen quay

2.2 Phương trình của động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc

Trước khi tiến hành xây dưng mô hình chúng ta có một số quy địnhchung như sau:

Do ĐCKĐB về phương diện điện động được mô tả bởi một hệphương trình, vi phân bậc cao Vì cấu trúc phân bố các cuộn dây phức tạpvề mặt không gian, vì các mạch từ móc vòng, nên ta phải chấp nhậnnhưng điều kiện sau đây trong khi mô phỏng động cơ:

+Các cuộn dây Stator được phân bố đối xứng về mặt không gian

+ Các tổn hao sắt từ và sự bão hòa có thể bỏ qua

+ Dòng từ hóa và từ trường được phân bố hình sin trên bề mặt khe từ.+ Các giá trị điện trở và điện cảm tạm coi là khồng đổi

Trục chuẩn của mọi quan sát được quy ước là trục đi qua cuộn dâypha u Ta cũng có quy ước một số ký hiệu sử dụng trong khi xây dựng:+ Chỉ số viết nhỏ ở góc phải phía dưới

Trang 10

s : đại lượng của mạch Staor

r : đại lượng của mạch Rotor

+ Đại lượng viết có gạch dưới

Chữ to : Ma trận

Chữ nhỏ : Vector

* Các phương trình cơ bản:

Để xây dựng hệ phương trình mô tả động học của MĐDB, ta có thểxuất phát từ sơ đồ thay thế một pha dưới đây :

Từ sơ đồ thay thế ta có thể dễ dàng viết được các phương trình mô tảMDDB :

+ Phương trình điện áp Stator :

Trang 11

Rs : Điện trở stator us : Vector điện áp stator

Rr : Điện trở rotor is : Vector dòng stator

Ls : Điện cảm stator ir : Vector dòng rotor

Lr : Điện cảm rotor  s : Vector từ thông stator

Lm : Hỗ cảm giữa 2 cuộn dây  r : Vector từ thông rotor

- Hệ chưa xét tới hiện tượng bão hòa từ Tuy nhiên, có thể sửdụng hàm xấp xỉ để bổ sung đặc tính bão hòa một cách rất dễdàng

- Chưa xét tới tổn hao dòng quẩn và tổn hao sắt từ

- Chưa xét tới hiện tượng dãn dòng ( xuất hiện đối với hài dòngbậc cao, làm tăng giá trị hiệu dụng của điện trở

- Stator và Rotor có kết cấu tròn đều đối xứng Hệ thống Statorcó chứa zp cuộn dây ba pha Việc đặt điện áp Rotor bằng 0 xuấtphát từ kết cấu ngắn mạch của mạch điện phía Rotor

- Tham số của mô hình là hằng.(không phụ thuộc nhiệt độ)

- Bỏ qua tổn hao ma sát

Trang 12

2.2.1 Phương trỡnh trạng thỏi tớnh trờn hệ tọa độ cố định  :

Phơng trình điện áp stator giữ nguyên, còn phơng trình điện áprotor cũng thay đổi do rotor quay với tốc độ  so với stator nên có thể nói

hệ toạ độ  quay tơng đối với rotor tốc độ -:

r

s r m

s r s

r

s s s

i

L i L

i

j dt d i

R

dt d i

) (

1

m

s s

s r r

L

i

L i

dt

d j T T

L

i

dt

d L

L dt

i d L i

R

u

s r r

m

s

s r r m

s s s

Trang 13

r r s m r

r

s s r r m r

m s

s s r m r

m r s

T i L p

T

T i L p

T

u L T

L L

i

T

p

u L L

L T

1 )

1

(

1 1

1 )

1

(

(2.10)

Từ (2.10) ta lập đợc mô hình điện cơ của động cơ không đồng bộtrên hệ toạ độ  nh sau:

Trang 14

2.2.2 Phương trỡnh trạng thỏi trờn hệ tọa độ tựa theo từ thụng rotor dq:

Khi chiếu trên hệ toạ độ tựa theo từ thụng rotor thì các phơng trình

từ thông vẫn không đổi, chỉ có các phơng trình điện áp thay đổi nh sau:

- Toạ độ từ thông rôto quay tốc độ s so với stato

- Hệ toạ độ chuyển động vợt trớc so với rôto một tốc độ góc

f r f

r

f r s

f r f

i

L i L

i

j dt

d i

R

j dt

d i

) (

f r

m s

L L

i

L i L

Trang 15

sq s

rd m sd s sq

sd s

rq m

rd r m sq s sd

i

T

L

i L p

T

u L L

i i

p

T

u L L

T L i i

)

1

(

1 1

1 )

L

L p

2

3

 (2.15)

Từ (2.14) và (2.15) ta vẽ đợc sơ đồ toán học của động cơ trên hệ toạ

độ tựa theo từ thông rôto dq:

Trang 16

Chương III:

MÔ HÌNH HÓA BẰNG MATLAB & SIMULINK

3.1 Xây dựng mô hình :

3.1.1 Mô hình máy điện trên hệ tọa độ  :

Hình 3.1.2 Mô hinh động cơ KĐB trên hệ tọa độ 

Trang 17

System1 :mô hình động cơ : Như hình 3.1

Khối subsystem 1

Subsystem : chuyển đổi từ xoay chiều sang αβ

Trang 18

Subsystem2: mô hình quy đổi rôto về starto:

Trang 19

3.1.2 Mô hình động cơ KĐB Rotor lồng sóc trên hệ tọa độ dq:

u v w

a b

u v w ->a b

a b anpha

d q

a b > dq

DCKDB he dq u_sd u_sq m_c

w i_sd i_sq anpha Subsystem

Step

Scope4

Scope3

Scope2 Scope1

Trang 20

anpha

3 i_sq

2 i_sd

1 w

To To.s+1 Transfer Fcn6

1 o*Ls Transfer Fcn5

pc jj.s Transfer Fcn4

3*pc*Lm^2 2*Lr Transfer Fcn3

1 Tr.s+1 Transfer Fcn2

To To.s+1 Transfer Fcn1

1 o*Ls Transfer Fcn

Product

1 s Integrator

Constant3 -C- Constant2

-C-0.001 Constant1

Constant

-C-1 Tr

;2 Tr 1

;1 1-oo

;

3 m_c

2 u_sq

1 u_sd

Khối subsystem

2 q

1 d

cos Trigonometric Function1

sin Trigonometric Function

Product3

Product2

Product1 Product

3

anpha

2 b

1 a

Khối ab -> dq

Trang 21

2 b

1 a

2 Gain1

1/sqrt(3)

Gain 3

w

2 v

1 u

Khối uvw -> ab

3.2 Kết quả mô phỏng:

a Tốc độ

b Mô men

Trang 22

c Ira

Trang 23

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1.Matlab & Simulink dành cho kĩ sư điều khiển tự động

Tiến sĩ :NGUYỄN PHÙNG QUANG

Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật 2006

2Điều khiển tự động truyền động điện xoay chiều ba pha

Tiến sĩ : NGUYỄN PHÙNG QUANG

Nhà xuất bản giáo dục.1996

3.Điều chỉnh tự động truyền động điện

BÙI QUỐC KHÁNH -NGUYỄN VĂN LIỄN

PHẠM QUỐC HẢI- DƯƠNG VĂN NGHI

Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật 2006

Tiêu đề	Xây dựng mô hình máy điện dị bộ rotor lồng sóc trên hệ tọa độ Alpha-beta và trên hệ tọa độ dq. Mô phỏng bằng phần mềm MATLAB - Simulink
Tác giả	Phạm Văn Hiện
Người hướng dẫn	Thạc sĩ Phạm Tâm Thành
Chuyên ngành	Hệ điện cơ
Thể loại	Đồ án môn học tổng hợp hệ điện cơ

Định dạng
Số trang	23
Dung lượng	1,12 MB