BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ------------------------------- TRƯƠNG MINH TẤN MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ ĐIỀU KHIỂN PHƯƠNG PHÁP TRỰC TIẾP MOMEN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA ROTOR LỒNG SÓC LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: THIẾT BỊ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Hà Nội – 2004 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ------------------------------- TRƯƠNG MINH TẤN MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ ĐIỀU KHIỂN PHƯƠNG PHÁP TRỰC TIẾP MOMEN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA ROTOR LỒNG SÓC LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: THIẾT BỊ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. NGUYỄN THẾ CÔNG Hà Nội – 2004 1 LuËn v¨n tèt nghiÖp cao häc Môc lôc Trang Môc lôc----------------------------------------------------------------------------------------- 1 Lêi nãi ®Çu------------------------------------------------------------------------------------- 4 Ch-¬ng 1: Tæng quan vÒ hÖ thèng ®iÒu khiÓn chuyÓn ®éng §CK§B 3 pha----- 7 1.1 Tæng quan vÒ hÖ thèng ®iÒu khiÓn chuyÓn ®éng----------------------------- 7 1.1 CÊu tróc hÖ ®iÒu khiÓn chuyÓn ®éng------------------------------------ 7 1.2 Ph©n lo¹i hÖ thèng ®iÒu khiÓn chuyÓn ®éng---------------------------- 9 1.3 HÖ thèng ®iÒu khiÓn chuyÓn ®éng sö dông §CK§B------------------ 9 1.4 Ph©n tÝch sai sè ®iÒu khiÓn----------------------------------------------- 10 1.5 Sai sè do c¸c l-îng nhiÔu lo¹n kh¸c------------------------------------ 13 1.6 Mét sè m« h×nh ®iÒu khiÓn chuyÓn ®éng------------------------------- 14 1.2 ThiÕt bÞ biÕn tÇn------------------------------------------------------------------- 14 1.1 Nguyªn lý ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p vµ tÇn sè ®Çu ra------------------------- 16 1.2 NghÞch l-u ®éc lËp nguån dßng------------------------------------------ 17 1.3 NghÞch l-u ®éc lËp nguån ¸p -------------------------------------------- 18 1.4 Ph-¬ng ph¸p ®iÒu biÕn ®é réng xung PWM---------------------------- 20 Ch-¬ng 2: M« h×nh to¸n häc cña ®éng c¬ ®iÖn kh«ng ®ång bé ba pha----------- 25 2.1 HÖ ph-¬ng tr×nh c¬ b¶n cña ®éng c¬ kh«ng ®ång bé 3 pha rotor lång sãc--- 25 2.2 BiÓu diÔn vect¬ kh«ng gian c¸c ®¹i l-îng ba pha cña ®éng c¬ kh«ng ®ång bé----------------------------------------------------- 30 2.3 ChuyÓn hÖ to¹ ®é cho vect¬ kh«ng gian--------------------------------------- 31 2.4 Mét sè hÖ to¹ ®é sö dông nghiªn cøu, thiÕt kÕ hÖ thèng ®iÒu khiÓn------- 32 2.1 HÖ to¹ ®é cè ®Þnh víi stator (hÖ to¹ ®é ) ------------------------ 32 2.2 HÖ to¹ ®é cè ®Þnh víi tõ tr-êng quay (hÖ to¹ ®é dq)-------------- 32 2.5 M« h×nh liªn tôc cña ®éng c¬ kh«ng ®ång bé 3 pha------------------------- 33 2 LuËn v¨n tèt nghiÖp cao häc 2.1 M« h×nh cña §CK§B trªn hÖ to¹ ®é cè ®Þnh stator ()--------- 33 2.2 M« h×nh cña ®éng c¬ kh«ng ®ång bé trªn hÖ to¹ ®é tõ th«ng rotor (hÖ to¹ ®é dq)------------------------- 38 2.6 M« h×nh gi¸n ®o¹n cña ®éng c¬ kh«ng ®ång bé ba pha--------------------- 41 2.1 M« h×nh gi¸n ®o¹n cña ®éng c¬ trªn hÖ to¹ ®é ---------------- 41 2.2 M« h×nh gi¸n ®o¹n cña ®éng c¬ trªn hÖ to¹ ®é tõ th«ng rotor (dq)----------------------------------------------------- 43 Ch-¬ng 3: C¸c ph-¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn ®éng c¬ ®iÖn xoay chiÒu kh«ng ®ång bé ba pha--------------------------------------------------------- 45 3.1 §Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ kh«ng ®ång bé--------------------------------------- 45 3.2 C¸c ph-¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn ®éng c¬ kh«ng ®ång bé----------------------- 46 3.1 LuËt ®iÒu chØnh tÇn sè------------------------------------------------- 48 3.2 LuËt ®iÒu chØnh tõ th«ng---------------------------------------------- 49 3.3 Ph-¬ng ph¸p ®iÒu khiÎn vect¬---------------------------------------- 50 3.1 Ph-¬ng ph¸p tùa theo tõ th«ng rotor RFO (Rotor Flux Orientation)------------------------------------- 51 3.2 Ph-¬ng ph¸p ®iÒu khÓn trùc tiÕp momen DTC (Direct Torque Control)-------------------------------------- 54 3.3 So s¸nh hai ph-¬ng ph-¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn RFO vµ DTC --------------------------------------------------- 57 Ch-¬ng 4: §iÒu khiÓn trùc tiÕp momen ®éng c¬ kh«ng ®ång bé------------------- 58 4.1 §iÒu chÕ vect¬ ®iÖn ¸p kh«ng gian--------------------------------------------- 58 4.2 Quan hÖ gi÷a vect¬ tõ th«ng stator vµ vect¬ ®iÖn ¸p stator------------------ 62 4.3 Quan hÖ gi÷a c¸c thµnh phÇn t¹o nªn momen---------------------------------63 4.4 M« h×nh tæng qu¸t cña ph-¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn trùc tiÕp momen--------- 64 4.1 M« h×nh tæng qu¸t ----------------------------------------------------- 64 4.2 X©y dùng vµ tæng hîp hÖ ®iÒu khiÓn trùc tiÕp momen 3 LuËn v¨n tèt nghiÖp cao häc ®éng c¬ kh«ng ®ång bé-------------------------------------------------65 4.1M« h×nh §CK§B trong ph-¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn trùc tiÕp momen--------------------------------------- 65 4.2 M« h×nh kh©u quan s¸t-------------------------------------- 66 4.3 Kh©u nhËn d¹ng vÞ trÝ sector------------------------------- 67 4.4 Bé ®iÒu chØnh momen vµ tõ th«ng------------------------- 67 4.5 B¶ng chän Lookup------------------------------------------- 69 4.7 Kh©u chuyÓn ®æi to¹ ®é------------------------------------- 72 4.8 M« pháng hÖ thèng vµ mét sè kÕt qu¶-------------------- 72 Ch-¬ng 5: Tæng hîp hÖ thèng ®iÒu khiÓn sè ®éng c¬ kh«ng ®ång bé dïng ph-¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn trùc tiÕp momen-------------------------------- 80 5.1 HÖ thèng ®iÒu khiÓn sè ®éng c¬ kh«ng ®ång bé dïng ph-¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn trùc tiÕp momen--------------------- 83 5.2 M« h×nh vµ tæng hîp m¹ch vßng tèc ®é------------------------------- 85 5.3 M« h×nh vµ tæng hîp m¹ch vßng vÞ trÝ--------------------------------- 89 KÕt luËn---------------------------------------------------------------------------------------- 94 Tµi liÖu tham kh¶o--------------------------------------------------------------------------- 97 Phô lôc1---------------------------------------------------------------------------------------- 98 Phô lôc 2--------------------------------------------------------------------------------------- 107 4 LuËn v¨n tèt nghiÖp cao häc Lêi nãi ®Çu Ngµy nay ®éng c¬ kh«ng ®ång bé ®Æc biÖt lµ ®éng c¬ 3 pha rotor lång sãc ®· vµ ®ang chiÕm -u thÕ ®Æc biÖt trªn thÞ tr-êng trong n-íc còng nh- trªn thÕ giíi. S¶n l-îng cña c¸c nhµ m¸y chÕ t¹o ®éng c¬ ®iÖn ë n-íc ta hiÖn nay chñ yÕu lµ ®éng c¬ kh«ng ®ång bé. §éng c¬ nµy cã nh÷ng -u ®iÓm næi bËc nh- kÕt cÊu ®¬n gi¶n, dÔ chÕ t¹o, kÝch th-ít nhá gän h¬n so víi c¸c lo¹i ®éng c¬ kh¸c cã cïng c«ng suÊt, lµm viÖc tin cËy, ®¬n gi¶n vµ an toµn trong vËn hµnh, gi¸ thµnh h¹., vµ ®Æc biÖt lµ trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y, do øng dông c¸c tiÕn bé kü thuËt trong ®iÖn tö tin häc mµ c¸c hÖ thèng ®iÒu khiÓn tù ®éng ®-îc ph¸t triÓn vµ cã sù ®æi thay rÊt lín.
C«ng nghÖ vi m¹ch ph¸t triÓn khiÕn cho viÖc s¶n xuÊt c¸c thiÕt bÞ ®iÖn tö ngµy cµng hoµn thiÖn vµ c¸c bé biÕn ®æi ®iÖn tö c«ng suÊt trong c¸c hÖ thèng ®iÒu khiÓn kh«ng nh÷ng ®¸p øng ®-îc kh¶ n¨ng t¸c ®éng nhanh, ®é chÝnh x¸c cao mµ cßn gãp phÇn gi¶m kÝch th-ít vµ h¹ gi¸ thµnh cña hÖ thèng. §Æc biÖt trong nh÷ng thËp kû gÇn ®©y tr-íc sù ph¸t triÓn m¹nh mÏ vµ ngµy cµng hoµn thiÖn cña c¸c ph-¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn chuyÓn ®éng ®éng c¬ kh«ng ®ång bé, hµng lo¹t c¸c øng dông ®éng c¬ kh«ng ®ång bé ®· vµ ®ang më ra mét kû nguyªn míi trong ®iÒu khiÓn häc kü thuËt. Th«ng th-êng ®éng c¬ xoay chiÒu nãi chung, ®éng c¬ kh«ng ®ång bé nãi riªng ®-îc ®iÒu khiÓn b»ng c¸c thiÕt bÞ biÕn ®æi tÇn sè. C¸c bé ®iÒu chØnh tÇn sè hiÖn nay ®· ®-îc sö dông réng r·i mang l¹i hiÖu qu¶ kinh tÕ cao.
§Ó ®iÒu khiÓn ®éng c¬ xoay chiÒu còng cã rÊt nhiÒu ph-¬ng ph¸p ®-îc ®Ò xuÊt nh-ng ph-¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn vect¬ (ph-¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn tùa theo tõ th«ng rotor, ph-¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn trùc tiÕp momen) ®· t¹o nªn thµnh c«ng trong c¸c s¶n phÈm th-¬ng m¹i. Hai ph-¬ng ph¸p trªn ®Òu cã chung nguyªn lý lµ ¸p ®Æt nhanh momen vµ tõ th«ng vµ cã cïng chung mét ®èi t-îng ®iÒu khiÓn ®ã lµ ®éng c¬ ®iÖn xoay chiÒu ba pha. VÒ c¸ch thøc x©y dùng hai ph-¬ng ph¸p nµy th× kh¸c nhau. Cã thÓ nãi r»ng, m« h×nh ®iÒu khiÓn vµ thuËt to¸n theo ph-¬ng ph¸p tùa theo theo tõ th«ng rotor th× kh¸ phøc t¹p, ng-îc l¹i víi nã ph-¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn trùc tiÕp momen cã thuËt to¸n kh¸ ®¬n gi¶n nh-ng cho hiÖu qu¶ ®iÒu khiÓn hÖ thèng cao, cô thÓ lµ ®¸p øng momen nhanh.
5 LuËn v¨n tèt nghiÖp cao häc XuÊt ph¸t tõ nh÷ng vÊn ®Ò mµ thùc tiÔn ®Æt ra trªn ®©y, ®-îc sù ®ång ý cña tr-êng §H B¸ch khoa Hµ néi, Bé m«n ThiÕt bÞ ®iÖn - ®iÖn tö vµ ThÇy gi¸o h-íng dÉn TS. NguyÔn ThÕ C«ng, t¸c gi¶ ®· chän ®Ò tµi: Mét sè vÊn ®Ò vÒ ph-¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn trùc tiÕp momen ®éng c¬ kh«ng ®ång bé ba pha rotor lång sãc. Môc ®Ých cña ®Ò tµi: LuËn v¨n sÏ ¸p dông lý thuyÕt ®iÒu khiÓn hiÖn ®¹i vµo hÖ thèng ®iÒu khiÓn ®éng c¬ kh«ng ®ång bé ®Ó n©ng cao chÊt l-îng ®iÒu khiÓn theo qui luËt t¸c ®éng nhanh nh»m t¨ng n¨ng suÊt gia c«ng vµ chÊt l-îng s¶n phÈm. Ph-¬ng ph¸p nghiªn cøu: -Nghiªn cøu lý thuyÕt ®Ó x©y dùng thuËt to¸n ®iÒu khiÓn; -M« h×nh ho¸ vµ m« pháng trªn m¸y tÝnh ®Ó kiÓm nghiÖm c¸c kÕt qu¶ nghiªn cøu lý thuyÕt.
Néi dung cña b¶n luËn v¨n ®-îc chia lµm 5 ch-¬ng víi néi dung tãm t¾t nh- sau: Ch-¬ng thø nhÊt tr×nh bµy tæng quan vÒ hÖ thèng ®iÒu khiÓn chuyÓn ®éng trong c«ng nghiÖp, ph©n tÝch sai sè trong hÖ thèng ®iÒu khiÓn nµy, kh¸i qu¸t vÒ c¸c bé biÕn tÇn cô thÓ biÕn tÇn cã kh©u trung gian mét chiÒu. Ch-¬ng thø hai tr×nh bµy viÖc thÕt lËp m« h×nh to¸n cña ®éng c¬ kh«ng ®ång bé 3 pha rotor lång sãc, ch-¬ng nµy còng ®Ò cËp ®Õn mét c¸ch tãm t¾t lý thuyÕt cña m¸y ®iÖn tæng qu¸t hai pha, viÖc biÓu diÔn c¸c ®¹i l-îng ba pha d-íi d¹ng vect¬ kh«ng gian, viÖc chuyÓn to¹ ®é cho vect¬ kh«ng gian vµ nghiªn cøu mèi quan hÖ gi÷a ®iÖn c¶m vµ hç c¶m víi c¸c tham sè tÝnh to¸n th-êng ®-îc sö dông trong lý thuyÕt m¸y ®iÖn vµ ®-a ra hÖ ph-¬ng tr×nh ®éng c¬ kh«ng ®ång bé trªn hÖ to¹ ®é 2 pha ( ), (dq) vµ m« h×nh liªn tôc, gi¸n ®o¹n m« t¶ hÖ thèng. Ch-¬ng thø ba tr×nh bµy c¸c ph-¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn ®éng c¬ xoay chiÒu kh«ng ®ång bé ba pha nh-ng chñ yÕu ®Ò cËp ®Õn ph-¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn tÇn sè vµ ph-¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn vect¬. Ch-¬ng thø t- tr×nh bµy ph-¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn trùc tiÕp momen, trong ®ã cã xÐt ®Õn c¸c mèi quan hÖ gi÷a vect¬ tõ th«ng stator vµ vect¬ ®iÖn ¸p stator, gi÷a c¸c thµnh phÇn t¹o nªn momen.
Ch-¬ng nµy ®-a ra m« h×nh tæng qu¸t cña ph-¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn trùc tiÕp momen vµ sö dông phÇn mÒm m« pháng Simulink- Matlab thiÕt lËp m« h×nh vµ gi¶i b»ng ph-¬ng ph¸p sè. 6 LuËn v¨n tèt nghiÖp cao häc Ch-¬ng thø n¨m tr×nh bµy c¸ch thøc x©y dùng hÖ thèng ®iÒu khiÓn sè ®éng c¬ kh«ng ®ång bé trªn c¬ së ®iÒu khiÓn trùc tiÕp momen. ë ch-¬ng nµy, ®Ó tæng hîp c¸c bé ®iÒu chØnh (tèc ®é, vÞ trÝ), t¸c gi¶ còng sö dông phÇn mÒm Matlab d-íi d¹ng m-file m« t¶ hÖ thèng vµ d-¹ vµo qòy ®¹o cùc ®Ó chän bé ®iÒu chØnh. PhÇn kÕt luËn sÏ kh¸i qu¸t l¹i nh÷ng kÕt qu¶ ®· ®¹t ®-îc trong qu¸ tr×nh nghiªn cøu, nh÷ng tån t¹i vµ h-íng ph¸t triÓn cña ®Ò tµi.
§Ó ®¹t ®-îc kÕt qu¶ nµy t¸c gi¶ ®· nhËn ®-îc sù gióp ®ì nhiÖt t×nh cña c¸c ThÇy c« vµ ®ång nghiÖp. T¸c gi¶ v« cïng biÕt ¬n sù gióp ®ì tËn t×nh cña ThÇy gi¸o h-íng dÉn TS. NguyÔn ThÕ C«ng, cña c¸c ThÇy c« Bé m«n ThiÕt bÞ ®iÖn - ®iÖn tö tr-êng §¹i häc B¸ch khoa Hµ néi, c¸c ThÇy c« cã liªn quan ®Õn lÜnh vùc chuyªn m«n trong vµ ngoµi tr-êng, c¸c b¹n bÌ vµ ng-êi th©n ®· hÕt lßng gióp ®ì, ®éng viªn vµ t¹o mäi ®iÒu kiÖn thuËn lîi ®Ó t¸c gi¶ hoµn thµnh b¶n luËn v¨n nµy. Do thêi gian dµnh cho luËn v¨n vµ tr×nh ®é b¶n th©n cã h¹n nªn b¶n luËn v¨n nµy kh«ng thÓ tr¸nh ®-îc nh÷ng thiÕu sãt.