Giáo trình Kỹ thuật: truyền động điện phan quốc dũng

Giáo trình Truyền động điện phan quốc dũng biên soạn theo chương trình đào tạo chuẩn, phù hợp sinh viên ngành điện - điện tử hiện nay

• Tác giả: Nhóm Tác Giả
• Trường học: Trường Đại Học Quốc Gia Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Truyền Động Điện
• Đề tài: Giáo trình Truyền Động Điện [PDF] Đầy đủ Miễn Phí
• Loại tài liệu: Giáo trình
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Khái Niệm Cơ Bản Về Truyền Động Điện

Truyền động điện là một hệ thống quan trọng trong các ứng dụng công nghiệp hiện đại. Giáo trình của Phan Quốc Dũng cung cấp kiến thức toàn diện về các nguyên lý hoạt động và cấu trúc của hệ thống truyền động điện. Hệ thống này bao gồm các thành phần chính như động cơ điện, bộ biến đổi công suất, và các thiết bị điều khiển. Truyền động điện phan quốc dũng nhấn mạnh tầm quan trọng của việc hiểu rõ các khái niệm cơ bản để ứng dụng hiệu quả trong thực tế. Các hệ thống truyền động điện được sử dụng rộng rãi trong sản xuất, giao thông, và các lĩnh vực dân dụng khác. Sự phát triển công nghệ điện tử và điều khiển số đã nâng cao hiệu suất và độ tin cậy của các hệ thống này.

1.1. Định Nghĩa Hệ Thống Truyền Động Điện

Hệ thống truyền động điện là tập hợp các thiết bị điện và điều khiển nhằm chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng cơ học. Các thành phần chính bao gồm động cơ điện, bộ biến đổi công suất, và hệ thống điều khiển. Giáo trình của Phan Quốc Dũng định nghĩa rõ ràng các yếu tố này và mối quan hệ giữa chúng. Hệ thống truyền động điện được chia thành nhiều loại tùy thuộc vào loại động cơ và yêu cầu ứng dụng cụ thể.

1.2. Cấu Trúc Cơ Bản Của Hệ Thống

Cấu trúc hệ thống truyền động điện bao gồm nhiều thành phần liên kết chặt chẽ. Bộ cấp điện cung cấp năng lượng cho toàn bộ hệ thống. Bộ biến đổi công suất chuyển đổi điện áp và tần số phù hợp với yêu cầu. Động cơ điện là bộ phận chính chuyển đổi năng lượng điện thành cơ học. Hệ thống điều khiển quản lý tốc độ, mô-men xoắn, và các thông số khác của động cơ.

II. Động Cơ Một Chiều Trong Truyền Động Điện

Động cơ một chiều (DC) là một loại động cơ quan trọng trong hệ thống truyền động điện phan quốc dũng. Giáo trình tập trung vào các hệ thống điều khiển động cơ DC bằng các bộ biến đổi khác nhau. Hệ thống bộ chỉnh lưu được sử dụng để điều chỉnh tốc độ và mô-men xoắn của động cơ DC. Hệ thống bộ chopper cho phép điều khiển công suất cấp cho động cơ một cách hiệu quả. Các bộ biến đổi này giúp tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của động cơ. Điều khiển tốc độ là một trong những yêu cầu quan trọng nhất trong các ứng dụng công nghiệp. Giáo trình cung cấp các phương pháp thực tế và tính toán chi tiết cho mỗi loại hệ thống điều khiển.

2.1. Hệ Thống Bộ Chỉnh Lưu Với Động Cơ DC

Bộ chỉnh lưu chuyển đổi điện xoay chiều thành điện một chiều để cấp cho động cơ DC. Hệ thống bộ chỉnh lưu điều khiển cho phép thay đổi điện áp đầu vào động cơ bằng cách điều chỉnh góc phát xung của van cổng. Điều khiển tốc độ động cơ DC được thực hiện bằng cách thay đổi điện áp định mức. Giáo trình của Phan Quốc Dũng chi tiết các mạch điều khiển và phương pháp tính toán cho hệ thống này.

2.2. Bộ Chopper Cho Động Cơ DC

Bộ chopper là một bộ biến đổi DC-DC hiệu quả trong truyền động điện. Hệ thống bộ chopper cho phép điều chỉnh điện áp DC đầu ra bằng cách thay đổi tỉ số chu kỳ làm việc. Động cơ DC làm việc hoạt động đa góc phần tư có thể được điều khiển bằng bộ chopper. Phương pháp này giúp giảm tổn hao năng lượng và nâng cao hiệu suất của hệ thống truyền động.

III. Động Cơ Không Đồng Bộ Trong Điều Khiển Tần Số

Động cơ không đồng bộ (asynchronous motor) là loại động cơ phổ biến nhất trong công nghiệp hiện đại. Hệ thống truyền động điện phan quốc dũng cung cấp các phương pháp điều khiển tần số tiên tiến cho loại động cơ này. Bộ biến tần (frequency converter) là thiết bị chính trong hệ thống điều khiển tần số. Điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ được thực hiện bằng cách thay đổi tần số cung cấp. Hệ thống điều khiển vectơ (vector control) là phương pháp tiên tiến nhất cho điều khiển mô-men xoắn trực tiếp. Giáo trình trình bày chi tiết các thuật toán điều khiển và các bộ điều khiển hiện đại. Bộ biến tần PWM được sử dụng để tạo ra các dạng sóng điện áp mong muốn.

3.1. Bộ Biến Tần Với Điều Khiển Tần Số

Bộ biến tần chuyển đổi điện một chiều thành điện xoay chiều với tần số và điện áp có thể điều chỉnh. Điều khiển tần số động cơ không đồng bộ cho phép điều chỉnh tốc độ từ 0 đến tốc độ danh định. Hệ thống bộ biến tần ngreturn điện áp duy trì tỉ lệ giữa điện áp và tần số để đạt hiệu suất tối ưu. Phương pháp điều khiển V/f là kỹ thuật cơ bản nhưng hiệu quả cho truyền động điện công nghiệp.

3.2. Điều Khiển Vectơ Động Cơ Không Đồng Bộ

Điều khiển vectơ là phương pháp tiên tiến để điều khiển mô-men xoắn trực tiếp động cơ không đồng bộ. Mô hình toán học động cơ không đồng bộ được sử dụng trong các thuật toán điều khiển vectơ. Điều khiển định hướng theo trường từ và điều khiển mô-men xoắn trực tiếp là hai kỹ thuật chính. Giáo trình của Phan Quốc Dũng cung cấp chi tiết về các phương pháp này với đầy đủ công thức toán học và mô phỏng.

IV. Động Cơ Đồng Bộ Và Ứng Dụng Hiện Đại

Động cơ đồng bộ (synchronous motor) đóng vai trò quan trọng trong các ứng dụng đòi hỏi hiệu suất cao. Hệ thống truyền động điện phan quốc dũng bao gồm các phương pháp điều khiển tiên tiến cho động cơ đồng bộ. Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu (PMSM) và động cơ đồng bộ từ cản (RSM) là những loại được sử dụng phổ biến. Điều khiển tốc độ động cơ đồng bộ bằng cách thay đổi tần số của điện áp stator. Hệ thống điều khiển vectơ được áp dụng để đạt được hiệu suất tối ưu. Giáo trình cung cấp các mô hình toán học chi tiết và các phương pháp điều khiển thực tế. Truyền động điện đồng bộ PM-SM và RSM được giới thiệu với các ứng dụng cụ thể trong công nghiệp hiện đại.

4.1. Mô Hình Động Cơ Đồng Bộ

Mô hình toán học động cơ đồng bộ là nền tảng cho các phương pháp điều khiển. Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu có mô hình động học được thiết lập trong hệ quy chiếu quay. Phương trình điện áp và từ thông được sử dụng trong các thuật toán điều khiển vectơ. Mô-men xoắn động cơ được tính toán dựa trên các thành phần dòng điện d-q. Giáo trình cung cấp đầy đủ các phương trình và khái niệm cần thiết.

4.2. Phương Pháp Điều Khiển Động Cơ Đồng Bộ

Điều khiển tốc độ động cơ đồng bộ được thực hiện bằng cách thay đổi tần số của điện áp cung cấp. Hệ thống điều khiển vectơ cho phép điều khiển độc lập mô-men xoắn và từ thông. Trạng thái ổn định và quá trình quá độ được phân tích chi tiết trong giáo trình. Bộ biến tần điều khiển động cơ đồng bộ sử dụng các kỹ thuật PWM hiện đại. Hiệu suất cao và đặc tính động tốt là những ưu điểm của hệ thống này trong truyền động điện hiện đại.

Trích đoạn nội dung tài liệu

DA! r-rsc nr"ro'c e rn rnAorN pNd NCI cni mrrust "r"nUdrue DAr Fiele nncrt KHoA irl{Ai.\ ei-l6c uurqc - ro urir't IHUC lu ilril rl \ Ii, lt | | \ i- I\'I ,I - \r | L-l i-. L li t- i t- L\- -L\-l i-_L t_ \_- l,__ L L- i L D4r Hec qudc cre rHANn pnd HO cni MrNH rnrJduc DAr Hec sAcH KHoA Phan Qudc Dffng - Td Hrlu Phric TRUYETI DOTIG DTETI a (Tdi bd,n ldn tht ba) l^''r^. NIIA XUAT BAN DAI HQC QUOC GIA THANH PHd nd .2016 Mqc Lvc t ot Not oAu Cluong 1 NHIJNG KHAI NIDU co BAN n 1'1 H' th6hg truydn d6ng diQn vd cdc phdn tfi - MQt so dinh nghia T 1.2 D6ng hoc crja hQ th6'ng dQng co _ t6i 9 1.3 H9 th6'ng b0 bidn ddi _ dQng co 18 1.4 Di6u khidn t6'c dQ truydn dQng di6n 20 Bdi tap chrrong 1 22 Clutong 2 Drdu KHrdN roc oQ DONG cd MOr cHriu 25 2.2 HC Mriy phrit - DQng co 38 2.3 Tdng quan vt-\ hQ thdng bQ chinh lm _ d6ng co DC 40 2.4 HC thdng bQ chinh hnr _ d6ng co 45 2.5 HC thdng bQ chinh lur _ dQng co c6 dio chidu 51 2.6 86 bi6'n ddi xung dp 56 2.7 HC thdng b9 chopper _ dQng co DC d chd rlO clQng co 60 2.8 HC thOng b0 chopper - tlOng co DC d chd d0 hlm trii sinh 6.3 2'9 Hc thdng b6 chopper - dong co DC ldm vi6c hoat dQng d nhi6u g6c phdn trr 66 Bdi tap chrrong 2 76 Chuong 3 Driu KHrfN voNc r<ix oONc cO Dc e5 3.1 So dd khdi tdng qurit hQ thdng didu khidn vbng kin clQng co DC 95 3.2 Hdm tiuydn cric phAn tr? 96 3.3 Kh6o srit h6 thdng didu khidn vbng kin d6ng co DC 101 (ilrdntH'l t)()NC o(t Kr{oNG pdNC eo - oriu KHI6N r6c o0 DoNG cd ril IONG DdNc e0 116 4,I l)rip rhrg ctia dQng co kh6ng ddng b0 116 4 l.t Klrrii <lQng vA hdm d6ng co kh6ng dOng b0 724 4.lt l)iOu khidn t6'c dO dQng co khOng dOng b0 130 4.4 l)idu khidn diQn dP stator 131 4.1-, l)i0u khidn tAu sd dOng co kh6ng ddng bQ vdi bQ bidn tAn rrgtriin dP 136 4.(i l)idu l<lridn tAn so dQng co kh6ng dong bQ vdi bO bidn tdn rtgtrdrt ddrlg t43 4.7 Srr (le) khOi hQ th6'ngbO bien tAn - dQng co L49 4.ft l)i6Lr l<hidn c6ng sudt truot dQng cd r6to dAy qudn L57 4.9 IIc rli0u kliidn xung diQn trd rdto 1,57 4.10 ll8 riOi tAng tinh 165 BAi tqp chuong 4 t76 Clltong 5 Driu NHIdN;vscTd DONG co KHoNc odNc e0 L94 5.1 MO hinh ttQng ctia d0ng cd kh6ng d6ng bQ L94 b.2 Nguy6n ly di61 khi€in dinh hudng ttra theo trgdng vd ctic so do didu khidn dinh hrrdng theo v6cto tit thdng r6to 210 5i3 Nguy6n lf didu khidn trrrc tidp mdmen 233 Cltuong 6 , Driu xnrfN t6c oO DONG cd odxc e0 238 6.1 M6 hinh cfia dOng co ctdng bO 238 6.2 Trang thrii v4n hdnh xric l4P 247 248 0.3 Didu khidn vAn tdc bbng crich thay ddi tdn sd 6.4 HC truydn dQng ddng co ddng b0 PM-SM vh RSM 257 6.5 He truy6n tlQng d6ng co dOng bO til trd 276 t dt rvot oAu Ngdy ruay, cdc hA buyAn d6ng diAn cltiant ntot tti tri quan trong trong sd,n xu(It, giao th6ng uQn trii, ddn dung, u. (J6c tinh c6 khocing 50Vo d.ng sdn xudt rq.

duoc ilAu fuu bdi c<tc hA tuuydn d,6ng diAn. Sq phdt tridn cdc hC thdng truydn d6ng diAn d,i tlteo htrdng nAng cqo hiau qwi kinlt td ud. d6 tin cdy bdng crich tidp tuc h.n thian d6ng co, thidt bi, bQ bidn diii c6ig sudt bcin. ddn, ha thdng d,idu hlridn d,ang analog ud dang sd.

su tidn bQ ht thudt nhanh ch6ng trong cdc ldruh uuc hj thudt dian ud dian tt, c6ng nglta cltd tao bcin ddn c6ng sudt l6n, hy tltud.t ui xt ljt ud. d6n ddn nhtTng thay ddi l6n trong tjt thuydt ud tng d,ung cila buyAn d6ng di€n. Do cdc chttc nd,ng duoc dcint trd,ch bdi cdc lta truyin d.6ng trong ctic co cdu chdp hdnh. ngay cdng duoc ntd r6ng ud gia tdng ti,nh phtc tap, uiAc dd.o tao cd,c lej stt chuyAn m6n c6 lelxi ndng thidt kd, udn hd.nh, hiAu chinlt ua lelrui thric cac hA buydn dong diAn l,a t,An dA cdn tlLidt.

TRUYfrN DQNG DIIN (TDD) duoc bian soan nhdm ntuc d,ictt cung cdp cho sinh ui€n nhrtng hidn thttc co bcin dcr.i li€u drtoc soan d4ta tlteo dd cuong rn6n h,oc "Truyd.n d6ng diAn" cl"Lo sinh ui\n clwy|n ngdnlt Kj tltudt diAn, Khoa DiAn - DiAn ftT, Trudng Doi hoc Bdclt kltoa - Dqi h.oc Qudc gia TP HCM. Dd giilp sinh. uiAn dC tidp thu nfit crich c6 hQ thdng, trong ttlng chuong chilng t6i ddu cd dua ra cric ui du ntinh ltoa ud bdi tap tu girii duoc, cdc ui du ud bdi tQp nfi phdng ffAn Matlab I Sintulinh dA' ntinh lroa ddc tinlt. TRUYBN DQNG DIEN g6nt co 6 cltuortg: Cltuong 7, 5, 6 do PGS.TS Phan Qudc Dung biAru soan.

Cltuong 2, 3, 4 do TltS T6 Hrtu Plttic biAn soan Chting t6i xin cltd,n thd,nh cdnt on PGS. ?S Ngttydn HtZu Phtic (86 m6n Thidt bi diQn), PGS.?S Ngu,ydn Van Nhd (86 nfin Cung cdp d.ian) Chrlng t'i rdt nwng ntudn nhd,n duqc cd.c g6p ! xdy dqng cfia cdc il6ng nghi,p ud qu! dQc gid dt! cu,tJn sdch.MOi gdp ! rin gti ud dia clt'i: BQ mOn Cung edp diQn, Khoa Di€rr - DiQn ttl, Trrrdng Dqi hgc Bdch khoa - DHQG TP Hd Chi Minh, zAE L! Thudng 4iet, Q'10, TP HCM' Tel. 0E 8056862, Email : [e-mail]'vn TP H6 Chi Minh, thd'ng 5 nd.c giti chtuns I NHIINc KHAI NGM cd eAN Chuong ndy sE trinh biy mqt s6'kh:ii ni6m co bAn v6 cr{c hC thdng truydn d6ng di6n, dac biet ld cric hQ th6'ng truydn d6ng di6n sfi dung c6c bQ bidn ddi bdn ddn cdng suat.1 nE rnOnc TRUyEN 00Nc DIEN vA cAc pnAn r0 - rvlOr s0' olNH NGHIA MQt h9 th6'ng truydn dQng diQn li m6t h6 th6'ng mriy m6c dudc thiCl kd vdi nhiQm vu bidn tldi co ndng thdnh diQn ning vd bao gdm cri kh6 ndng didu khidn bXng diQn cho quzi trinh bi6n cldi niy. C:ic hQ thdng truydn dQng diQn drroc srl dung rQng r6i trong cric thidt bi hodc d6y chuydn sin xudt c6ng nghiQp, trong giao th6ng v{n tdi, trong cric thidt bi tli€n ddn dgng,.

LIdc tinh khoang 50vo diQn nd.ng s6n xudt ra duoc ti6u thu bdi cric hQ truy6n dQng diQn. HQ truydn d6ng diQn c6 thd hoat dQng vdi tdc d6 kh6ng ddi hodc vdi tdc d0 thay ddi duoc (he didu t6'c). HiQn nay, khoring 7S-8OVo c:ic hQ truydn dQng dign ld loai tdc d0 kh6ng ddi; vdi cdc hQ thdng ndy, tdc dQ hoat dQng cria dQng co hdu nhu kh6ng cdn didu khidn trir c:ic quri trinh khdi rlQngvd hdm. Phdn cdn lai, chidm khoring 2O-2EVo,ld c6c hQ thdng c6 thd di6u chlnh drroc tdc d0 dOnS co tld phdi hop duoc ddc tinh dQng co vi ddc tinh tdi yOu cdu.

Vdi srr ph6t tridn manh m6 cria ki thu{t bdn ddn cOng sudt ldn vd ki thu4t vi xrft lf hiQn nay, c6c h€ didu t6'c sfi dung ki thu{t diQn tfi ngiy cdng drroc sfi dung rdng rdi vA li c6ng cu kh6ng thd thidu drroc trong qud trinh tU dong h6a sdn xudt. Do d6, nQi dung tI-'.'A- CHUONG 1 Srr dd klr0i t,rrrg qudt cii^ rrrQt hQ th6ng truydn d6ng di6n drroc m6 ta t,r0rr hi'h l. 'frii ri <kly rA rrrQt co cau mziy drioc thidt kddd hodn thdnh *Qt' chfu di'h, vi du: mdy c6ng cu, mrry nghidn gidy, cdu 'n'g 'h01, [ruc,.'l'ho'g r,hrrd'g, t,rii duoc bidu di6n qua qua'h6 girra tdc dQ vd rrrOrlt('n ciia n6. B0 bien ddi Kh6i di6u khidn Hinh 1-1: S<r drj hhdi tdng qudt hA hdng truy\n d,6ng diAn Quan h6 girra toc dd vd mOmen cria t6i duoc goi rd dqc finh co crta tdi.

Quan hQ gitra t6c d6 vd m6men cria d6ng co duoc goi ld ddc tinh co cila dQng co.2: Cdc dang dec tinh co crtq d,6ng co a) DQng co DC ktch ti d6c ldp; b) DQng co kh6ng d,6ng b6 c) DQng co d6ng b6 Ngoai ra, ta cdn dinh nghia itec tinh co dian rd quan hQ gita t6'c clQ vA dbng di6n cria dQng co. Ta c6 ddc tinh co tu nhion cria d6ng co n6t dQng co drroc van hdnh & chd d0 dinh md,c, u{ du: ddc tinh co trr nhi6n cria dOng co kh6no NHTJNG KHAr NIEM co eA^t Dd lqta chgn mQt h€ th6'ng truydn dQng diQn thich hop cho mQt r?ng dung nio d6, trudc ti6n d{c tinh co cria t6i phdi drroc kh6o srit k} ludng. Tidp tldn, dQng co tlrrgc lrr. a chon cho hQ thdng tr6n co sd ddm bAo th6a m5n cdc y6u cAu vd m6men vi tdc dQ cfia t6i, ddng thdi ddng diQn dQng cd kh6ng vugt qud cdc gp6i hgn cho ph6p cria d6ng co vA cria ngudn.

Th6ng thudng, dic tinh co tU nhi6n cfia tlQng co kh6ng thd th6a mdn c6c y6u cAu cria t6i. Vi v4y, mQt bQ bidn ttdi c6ng sudt dtng brin ddn (trl day s6 duoc goi tdt le bQ bidn ddi, ho4c vidt tdt la BBD) duoc sfr dung vd ddt gita clQng co vd ngudn nhu hinh 1. B0 bidn ddi bao gdm mach dQng luc vA khdi ttidu khidn nhrr hinh 1. B0 bidn tldi gifr nhiQm vu tlidu khidn ddng cdng sudt tt ngu6n ddn dQng co sao cho tl{c tfnh co vd rl{c tinh tdc d0 ddug dign cfia dQng co tudng hgp vdi y6u cdu cria tdi.

Khdi didu khidn cfia bQ bidn ddi c6 thd sfi dqng ki thuft mach trJdng tr/, m4ch sd ho4c kf thu4t vi xfr lf vd hoat dQng vd'i mrfc diQn dp vd c6ng sudt thdp hon nhidu so v6i mrlc diQn dp cfia mach dQng lu. c trong b0 bidn ddi. \n lf do an toin vh trrinh nhi6u phdt sinh do viQc d6ng ngdt cdc linh kiQn cdng sudt, m4ch dQng luc vd m4ch tlidu khidn thudng c6ch ly v6 dign. Chi tidt vd ho4t dQng cria cdc b0 bidn ddi sfi dung b6n ddn c6ng sudt xin tham kh6o th6m trong c6c tdi liQu vd diQn trt c6ng sudt nhrr [9], [12].

ViQc do vd h6i ti6'p mQt sd thOng sd cria hQ thdng rrhrr ddng qua bQ bidn ddi, t6'c d0, g6c quay cria dQng cd. dudc thrrc hiQn khi c6 y6u cdu vd clidu khidn vdng kin ho{c b6o vC hC thdng. Cdc tin hiQu hdi tidp tlrroc thrrc hiQn qua mach hdi tidp vd thrrdng srl dr.rng pdc cim bidn thich hop tld cdch ly gif,a mach dQng lu. c vd'mach cliCu khidn cria h9 thdng.2 D0Nc Hgc c0A nF rndnc DONG cd - TAI 1.1 Phrrdlrg trinh m6men cd bin Chuydn dQng cria dQng tn' thudng li chuydn dQng quay.

dQng cfia tdi c6 thd le chuydn tlQng quay ho{c chuydn dQng tinh tidn. Htnh 7,3: So d6 tttong duong Ngoii ra, tAi c6 thd cdu thAnh tt hQ thfing dQng co - td;i nhidu bQ ph{n, tdc dQ vd chuydn dQng cria chring c6 thd khdc nhau. Dd thu{n tiQn kh6o sdt, thudng quy ddi tai cria tlQng co vd truc dQng co nhu hinh 1.