Điều khiển tần số động cơ không đồng bộ tối ưu hiệu suất

- Trần Văn Quang điều khiển tần số động cơ không đồng bộ tối -u hiệu suất Chuyên ngành: Tự động hóa Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Ng-ời h-ớng dẫn khoa học: TS.
- 4 ch-ơng 1 Tổng quan về động cơ KĐB rotor lồng sóc 1.1.
- Ký hiệu cơ bản sử dụng khi mô tả động cơ KĐB.
- Mô hình động cơ KĐB rotor lồng sóc.
- Vector không gian và hệ toạ độ từ thông.
- Mô hình trạng thái liên tục động cơ KĐB trên hệ toạ độ d-q.
- Ph-ơng trình điện áp Stator.
- Ph-ơng trình điện áp Rotor.
- 13 ch-ơng 2 Tổng quan về hệ thống điều khiển tần số động cơ KĐB 2.1.
- Nguyên lý của ph-ơng pháp điều chỉnh tần số.
- Quy luật điều chỉnh tần số.
- Luật điều chỉnh giữ từ thông không đổi.
- Luật điều chỉnh giữ tần số tr-ợt không đổi.
- Các ph-ơng pháp điều chỉnh tần số động cơ KĐB.
- Điều khiển vô h-ớng.
- Điều khiển vector.
- Ph-ơng pháp điều khiển vector trực tiếp.
- Ph-ơng pháp điều khiển vector gián tiếp.
- Điều khiển trực tiếp mômen.
- Điều khiển từ thông Stator.
- Điều khiển mômen.
- 37 ch-ơng 3 Tổn hao trong động cơ KĐB và các ph-ơng pháp điều khiển tối -u hiệu suất 3.1.
- Tổn hao trong động cơ KĐB.
- Các mô hình điều khiển tối -u hiệu suất.
- Điều khiển theo mô hình tổn thất.
- Hệ thống điều khiển tần số Stator tối -u.
- Hệ thống điều khiển từ thông khe hở tối -u.
- Điều khiển tìm kiếm tối -u.
- 55 a.Ph-ơng pháp "Lát cắt vàng.
- 57 b.Ph-ơng pháp Fibonacci.
- 58 Ch-ơng 4 Xây dựng hệ thống điều khiển tối -u hiệu suất 4.1.
- Xây dựng ph-ơng án điều khiển theo mô hình tổn hao.
- Tổng hợp bộ điều chỉnh dòng.
- Bộ điều chỉnh dòng mômen RIsq.
- Bộ điều chỉnh dòng từ thông RIsd.
- Tổng hợp bộ điều chỉnh từ thông.
- Tổng hợp bộ điều chỉnh tốc độ.
- Tổng hợp bộ điều chỉnh tối -u.
- 83 ch-ơng 5 Kết quả mô phỏng 5.1.
- Đặc tính tổn hao của động cơ theo các đại l-ợng.
- Tổn hao theo dòng từ thông Ids.
- Kết quả mô phỏng mô hình động cơ chuẩn trên hệ toạ độ d-q.
- Kết quả mô phỏng hệ thống điều khiển tối -u.
- 99 Lời nói đầu 4 Lời nói đầu Xấp xỉ một nửa nguồn năng l-ợng trên thế giới đ-ợc tiêu thụ bởi các động cơ điện và trong đó động cơ không đồng bộ (KĐB) chiếm đa số.
- Lý do của chọn lựa này là động cơ điện một chiều có thể điều khiển độc lập hai thành phần dòng : dòng tạo từ thông (dòng điện mạch kích từ) và dòng tạo mômen (dòng điện mạch phần ứng).
- Vì vậy, ng-ời ta nghĩ ngay đến giải pháp thay thế là sử dụng động cơ xoay chiều ba pha.
- Động cơ điện ba pha có cấu trúc phức tạp hơn và khó có thể mô tả toán học đặc điểm cách ly kể trên.
- Nh-ng với sự phát triển của lý thuyết điều khiển và các nghành liên quan đã làm cho động cơ KĐB đã dần khắc phục những nh-ợc điểm đó và phát huy đ-ợc nhiều -u điểm : cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo, giá thành rẻ, vận hành tin cậy và an toàn, chính điều này có ý nghĩa đặc biệt trong các hệ truyền động công suất lớn.
- Tuy nhiên, theo các tài liệu nghiên cứu về tổn hao và công suất tiêu thụ thì động cơ KĐB là một trong những dạng máy điện có công suất vô công lớn nhất.
- Vì vậy, để tăng hiệu suất làm việc của động cơ KĐB nhằm tích kiệm tối đa nguồn năng l-ợng, ngoài các biện pháp giảm thiểu tổn hao trên cơ sở phần cứng, nhiều giải pháp điều khiển tối -u hiệu suất đã đ-ợc đ-a ra với khả năng ứng dụng cao trong thực tiễn nh.
- điều khiển theo hiệu suất, theo hệ số công suất, theo mô hình tổn hao… Với các giải pháp điều khiển này, hiệu suất của động cơ KĐB đ-ợc cải thiện đáng kể , đặc biệt là các dạng truyền động công suất lớn làm việc ở chế độ non tải.
- Tuy nhiên, động cơ KĐB là một đại l-ợng phi tuyến, vì vậy cần đến một công cụ có thể tách các thành phần dòng tạo từ thông và thành phần dòng tạo mômen quay từ dòng điện xoay chiều ba pha chảy qua cuộn dây stator.
- Đây chính là mục đích của ph-ơng pháp điều khiển tựa từ thông rotor.
- Ngày nay trong số các sản phẩm th-ơng mại về điều khiển động cơ, điều khiển theo ph-ơng pháp tựa từ thông rotor chiếm một tỷ trọng đáng kể.
- Bên cạnh đó là các ph-ơng pháp nằm trong các lớp ph-ơng pháp điều khiển vector: tựa từ thông stator (stator flux orientation), tựa h-ớng từ tr-ờng tự nhiên(natural field orientation), tự Lời nói đầu 5 chỉnh trực tiếp (direct self-control), và tự chỉnh mômen trực tiếp (direct torque control) Với các thuật toán tối -u hiệu suất đ-a ra, trong nội dung luận văn này, tôi sẽ đi nghiên cứu xây dựng một bộ điều khiển tối -u hiệu suất sử dụng ph-ơng pháp điều khiển tựa từ thông rotor áp dụng cho đối t-ợng động cơ KĐB theo mô hình gián đoạn.
- Nội dung của luận văn đ-ợc trình bày thành 5 ch-ơng cùng với lời nói đầu, kết luận và tài liệu tham khảo.
- Nội dung chính của từng ch-ơng nh- sau.
- Ch-ơng 1: Tổng quan về động cơ KĐB + Ch-ơng 2: Tổng quan về hệ thống điều khiển tần số động cơ KĐB + Ch-ơng 3: Tổn hao trong động cơ KĐB và các ph-ơng pháp điều khiển tối -u hiệu suất + Ch-ơng 4: Xây dựng hệ thống điều khiển tối -u hiệu suất + Ch-ơng 5: Kết quả mô phỏng Mặc dù qua một thời gian làm việc nghiêm túc và cố gắng tôi đã có một số kết quả ban đầu, song do hiểu biết còn hạn chế, luận văn không khỏi còn có những khuyết điểm.
- Hà nội, ngày 18 tháng 11 năm 2004 Ng-ời thực hiện Trần Văn Quang Ch-ơng 1 Tổng quan về động cơ KĐB 6 Ch-ơng I Tổng quan về Động cơ Không đồng bộ (KĐB) Ch-ơng 1 Tổng quan về động cơ KĐB 7 Động cơ không đồng bộ (KĐB) Rotor lồng sóc đ-ợc cấu tạo từ hai phần chính: Phần cố định Stator và phần quay Rotor.
- Để xây dựng, thiết kế bộ điều chỉnh hoặc làm các ph-ơng pháp nghiên cứu trên động cơ KĐB cần phải có mô hình mô tả chính xác đến mức tối đa động cơ KĐB .
- Mô hình toán học thu đ-ợc cần phải thể hiện rõ các đặc tính thời gian của đối t-ợng điều chỉnh.
- Về ph-ơng diện động, động cơ KĐB đ-ợc mô tả bằng một hệ ph-ơng trình vi phân bậc cao.
- Do cấu trúc phân bố phức tạp của các cuộn dây về mặt không gian, phải chấp nhận các điều kiện sau đây trong khi mô hình hoá động cơ.
- Ch-ơng 1 Tổng quan về động cơ KĐB 8 1.1.
- Ký hiệu cơ bản sử dụng khi mô tả động cơ KĐB: Nh- đã đặt vấn đề giải quyết ph-ơng pháp điều chỉnh ban đầu là chúng ta sẽ sử dụng ph-ơng pháp tựa theo từ thông rotor (T4Rotor) là ph-ơng pháp nền cho quá trình thiết kế chính vì vậy mô hình toán của động cơ KĐB đ-ợc xây dựng trên hệ toạ độ d-q (Hệ toạ độ từ thông Rotor).
- Khi xây dựng mô hình hoá động cơ KĐB, sử dụng một số ký hiệu cụ thể sau: us, ur T-ơng ứng là vector điện áp Stator, điện áp Rotor.
- mM Momen động cơ.
- usv isv usu isu isw usw isw irv iru Cuộn dây pha U Cuộn dây pha W Cuộn dây pha V Hình1.1- Mô hình đơn giản của động cơ KĐB stator Ch-ơng 1 Tổng quan về động cơ KĐB 9 s, r T-ơng ứng từ thông Stator ,Rotor.
- rd, rq T-ơng ứng các thành phần trục d, q của từ thông Rotor.
- n Tốc độ quay của động cơ.
- Tốc độ góc cơ học của động cơ.
- fs Tần số điện áp l-ới.
- sl Tần số tr-ợt của động cơ.
- s T-ơng ứng là góc cơ học của Rotor, từ thông so với trục chuẩn Stator.
- J Momen quán tính của động cơ.
- Chỉ số viết nhỏ ở góc phải phía trên f: Đại l-ợng quan sát trên hệ toạ độ từ thông Rotor (Toạ độ d-q).
- r: Đại l-ợng quan sát trên hệ toạ độ Rotor với trục thực là trục Rotor.
- Chữ cái thứ hai: d,q: Đại l-ợng thuộc hệ toạ độ d-q.
- Ch-ơng 1 Tổng quan về động cơ KĐB 10 1.2.
- Mô hình động cơ KĐB rotor lồng sóc: 1.2.1.Vector không gian và hệ toạ độ từ thông: Khi cấp vào các cuộn dây động cơ xoay chiều ba pha điện áp hình sin, trong cuộn dây stator sinh ra dòng xoay chiều t-ơng ứng.
- Hoàn toàn t-ơng tự, các đại l-ợng ba pha khác nhau nh- điện áp stator, từ thông stator và rotor đều đ-ợc biểu diễn d-ới dạng vector không gian: us, s và r.
- Chọn trục thực của hệ toạ độ trùng với vector từ thông rotor r gọi là trục d, trục còn lại là trục q.
- Các vector sẽ đ-ợc phân tích thành hai thành phần nh- sau: si 2()3suit 2j32()3svi t e Im 4j32()3svi t e Re u v w Hình1.2 – Xây dựng vector dòng từ dòng ba pha Ch-ơng 1 Tổng quan về động cơ KĐB sqsdsrdrsqsdssqsdsjjiiijuuu vì trục d trùng với vector r nên thành phần theo trục q: rq = 0.
- Hệ toạ độ đã chọn đ-ợc gọi là hệ toạ độ từ thông rotor.
- Đây là cơ sở cho ph-ơng pháp điều khiển T4R.
- Hệ toạ độ phức đứng yên có tên gọi là hệ toạ độ stator.
- Công thức chuyển đổi dòng pha sang hai thành phần trên hệ trục tựa từ thông nh- sau ssussvsusqssussvsusdsinicos)i2i(31isinisin)i2i(31i 1.2.2.
- Mô hình trạng thái liên tục động cơ KĐB trên hệ toạ độ d-q: Xuất phát điểm của mô hình là hai ph-ơng trình điện áp Stator và điện áp Rotor viết trên chính hệ thống cuộn dây Stator và Rotor , tức là viết trên hệ toạ độ cố định Stator và trên hệ toạ độ cố định Rotor.
- Ph-ơng trình điện áp Stator (trên hệ thống cuộn dây Stator).
- ss : từ thông stator • Ph-ơng trình điện áp Rotor (trên hệ thống cuộn dây Rotor ngắn mạch) dtdiR0rrrrr.
- rr : từ thông rotor • Ph-ơng trình từ thông Ch-ơng 1 Tổng quan về động cơ KĐB 12 Do chúng ta đã giả thiết ĐC KĐB có kết cấu cơ học đối xứng, nên các giá trị điện cảm trên mọi hệ toạ độ là nh- nhau.
- rrsmrrmsssiLiLiLiL với rmrsmsLLLLLL • Ph-ơng trình mô men quay )(sinsigniZ23)(sinsigniZ23mrrrpssspM.
- Ph-ơng trình chuyển động dtdZJmmpTM.
- Ch-ơng 1 Tổng quan về động cơ KĐB 13 áp dụng công thức chuyển hệ cho các đại l-ợng Stator và Rotor: Trên Stator: kkkkkjkskjksssjksssjksssjksssejedtddtde,eii,euu.
- Ph-ơng trình điện áp Stator (Hệ tọa độ d-q): Thay các đại l-ợng từ công thức (1-8) vào (1-3) ta sẽ thu đ-ợc ph-ơng trình điện áp mới trên hệ tọa độ quay với tốc độ góc bất kỳ k t-ơng ứng trên hệ thống cuộn dây Stator.
- Khi k = s với s là tốc độ góc của mạch điện Stator và của vector từ thông Rotor.
- Lúc này hệ tọa độ đ-ợc chọn k trùng với hệ tọa độ từ thông Rotor d-q.
- Ph-ơng trình điện áp Rotor (Hệ tọa độ d-q): Thay các đại l-ợng từ công thức (1-9) vào (1-4) ta sẽ thu đ-ợc ph-ơng trình điện áp mới trên hệ tọa độ quay với tốc độ góc bất kỳ k t-ơng ứng trên hệ thống cuộn dây Rotor.
- Ch-ơng 1 Tổng quan về động cơ KĐB 14 frslfrfrrjdtdiR0.
- Hai ph-ơng trình đ-ợc tập hợp thành hệ ph-ơng trình frrfsmfrfrmfssfsfrslfrfrrfssfsfssfsiLiLiLiLjdtdiR0jdtdiRu Ta khử các đại l-ợng không cần thiết nh- vector dòng điện fri, vector từ thông Stator fs.Từ hai ph-ơng trình (1-14c) và (1-14d) có thể suy ra đ-ợc hai vector đó: )Li(LLLi)Li(L1imfsfrrmsfsfsmfsfrrfr

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt