chương I, luận án đã chọn hệ truyền động BT - ĐKB để truyền động trục cán ở chế độ cán thô. Vậy, sơ đồ nguyên lý hệ điều chỉnh đồng bộ tốc độ ở chế độ cán thô dùng hệ tuyền động BT - ĐKB được thiết kế như hình vẽ sau: + FT2 Uc d - BT1 R Ri ~ M2 Rt FT1 BT2 M1 ~ V1 V’1 V’2 V2 + (1) (2) U Lx - Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh đồng bộ tốc độ trong chế độ cán thô dùng BT - ĐKĐB * Giới thiệu sơ đồ M1, M2: Hai động cơ điện xoay chiều kéo trục cán 1 và 2 RT: Bộ điều chỉnh lực căng R: Bộ điều chỉnh tốc độ Ri: Bộ điều chỉnh dòng điện FT1, FT2: Hai máy phát tốc BT1, BT2: Hai biến tần luan.can download by : skknchat@gmail.can 14 * Nguyên lý làm việc của khâu đồng tốc: Tương tự như nguyên lý làm việc của khâu đồng tốc ở sơ đồ nguyên lý hình 1. Tổng hợp hệ truyền động BT - ĐKĐB cho hệ truyền động trong dây chuyền cán thô Nhằm đạt được các tính năng điều khiển tương tự như động cơ một chiều ta tiến hành mô tả động có không đồng bộ ba pha trên hệ toạ độ tựa theo từ thông rotor, nghĩa là chuyển đổi được cấu trúc mạch và các mối quan hệ phức tạp của các đại lượng ba pha thành các tương quan minh bạch (dòng điện ~ từ thông, dòng điện ~ mômen) như của động cơ một chiều. Các phương thức điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha trên cơ sở phương pháp mô tả đó được gọi là phương thức điều khiển tựa theo từ thông rotor (rotor flux orientation).
Phương pháp được thực hiện theo các bước sau: 2. Mô tả động cơ KĐB ba pha dưới dạng các đại lượng vector không gian Ta xét động cơ có số đôi cực p=1, trên stator có 3 cuộn dây bố trí lệch nhau 1200. Dây quấn rotor của động cơ không đồng bộ ba pha rotor lồng sóc thực chất là dây quấn nhiều pha, nhưng ta có thể quy về dây quấn 3 pha (hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý dây quấn của động cơ không đồng bộ luan.can download by : skknchat@gmail.can 15 Phương trình cân bằng điện áp của mỗi cuộn có dạng: d k u k Rk .ik (2-1) dt Trong đó k là từ thông móc vòng của các dây quấn: k Lkj .i j (2-2) Nếu dây quấn của động cơ là đối xứng và khe hở không khí là đều: RA = RB = RC = R1 Ra = Rb = Rc = R2 LAA = LBB = LCC = L10 Laa = Lbb = Lcc = L20 LAB = LAC = LBC = -Lms Lab = Lbc = Lac = -Lmr Hỗ cảm giữa giây quấn stator với dây quấn rotor phụ thuộc vào góc lệch không gian giữa 2 dây quấn và được xác định theo công thức: LAa = LaA = LBb = LbB = LCc = LcC = Lm0.cos LAb = LbA = LBc = LcB = LCa = LaC = Lm0.cos 2 3 aB Ba bC Cb cA Ac m0 Khi viết ta coi các đại lượng điện và từ là các vector và các thông số là ma trận thông số. Ta có các vector : u A u a 0 u S u B u ub 0 u C u c 0 i A ia iS i B i ib iC ic A a S B b C c luan.can download by : skknchat@gmail.can 16 Các ma trận thông số là : R1 0 0 R2 0 0 RS 0 R1 0 R 0 R2 0 0 0 R1 0 0 R2 L10 Lms Lms L20 Lmr Lmr LS Lms L10 Lms L Lmr L20 Lmr Lms Lms L10 Lmr Lmr L20 2 2 cos cos cos 3 3 2 2 Lm 0 Lm 0 cos cos cos 3 3 2 2 cos cos cos 3 3 Khi đó biểu thức tính từ thông có thể viết dưới dạng ma trận rút gọn là: S LS Lm 0 iS L T L i (2-3) m0 Trong đó Lm0()T là chuyển vị của ma trận Lm0().
Các phương pháp biến đổi các đại lượng điện của động cơ KĐB từ hệ tọa độ của vectơ không gian (a,b,c) về các hệ tọa độ khác Các phép biến đổi này được thực hiện ở phụ lục I 2. Sự biến đổi năng lượng và mômen điện từ Bỏ qua tổn hao sắt từ và các tổn hao phụ thì năng lượng mà động cơ tiêu thụ sẽ chuyển hóa thành ba phần: W = WR + WL + WC Trong đó: WR là tổn hao trên các điện trở dây quấn. WL là năng lượng từ trường.can download by : skknchat@gmail.can 17 WC là năng lượng cơ. Trong khoảng thời gian dt bất kỳ, năng lượng mà động cơ tiêu thụ được xác định theo công thức: dW u k .dt Trong hệ tọa độ quay (d,q) ta có: dW u1d .dt dt Rút gọn lại ta được: dW Rk ik .i2 q dt 2 Nhận thấy: Thành phần Rk .dt , là thành phần tổn hao dWR Thành phần ik .d k , là thành phần năng lượng từ trường dWL Thành phần còn lại là năng lượng cơ dWC .dt Từ đó ta xác định được mômen điện từ theo công thức: Lm i1q .i2 q dwC dwC M (2-5) d dt Mặt khác ta lại có: i2 d 1 2d Lm .can download by : skknchat@gmail.i1q L2 Thay vào (2-5) ta được: Lm M (i1q . 2 q ) (2-6) L2 Biểu thức (2-6) cho phép ta tính toán mômen theo từ thông rotor và dòng điện stator.
Nếu mômen quán tính quy đổi về trục động cơ là không đổi thì phương trình động lực học của truyền động điện là: d M Mc j (2-7) dt Trong đó: - J là mômen quán tính - Mc là mômen cản Trường hợp động cơ có số đối cực p > 1 thì mômen điện từ của động cơ là: M p.k c i1q 2 d i1d 2q Khi đó ta có thể quy đổi các thông số về động cơ có một đôi cực theo công thức: M' M 'c J' M ; Mc ; '. p; J 2 p p p Trong đó: - M’, ’ , j’ , Mc’ là các đại lượng chưa quy đổi. - M , , j , Mc là các đại lượng sau khi quy đổi. Xây dựng mô hình toán học cho động cơ không đồng bộ Từ phương trình (P1-29) ta xây dựng sơ đồ cấu trúc của động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc trong hệ tọa độ tựa theo từ thông rotor (d,q) như hình 2.
Các tín hiệu phản hồi E1d , E1q , E2d , E2q , được xác định theo các phương trình phi tuyến: 1 E1d k r .can download by : skknchat@gmail.Ln i1q E 2 q 1 Ln i1d Sơ đồ hình 2.3 mô tả cấu trúc chi tiết của động cơ không đồng bộ.4 mô tả cấu trúc tổng hợp của động cơ không đồng bộ. Trong đó các tín hiệu điện áp, dòng điện, từ thông được mô tả bằng các vector. Ma trận B0 được xác định theo công thức : 0 1 B0 1 0 luan.can download by : skknchat@gmail.can 20 1 T2 Lm 2d kr 1+T2p E1d u1d 1 kr Rn(1+Tnp) i1d E2d E2q - - u1q 1 i1q kr Rn(1+Tnp) E1q - Lm 2q kr 1+T2p M 1 - MC T2 - T2 - 1 Lm Jp Ln Hình 2.3: Sơ đồ cấu trúc chi tiết của động cơ không đồng bộ luan.can download by : skknchat@gmail.can 21 1 T2 Lm kr 1+T2p B0 E1 u1 1 i1 kr Rn(1+Tnp) E T2 B 0 C Lm - S 1 - Jp Hình 2.4: Sơ đồ cấu trúc tổng hợp của động cơ không đồng bộ 2. Cơ sở để định hướng từ thông trong hệ tọa độ tựa theo từ thông rotor (d,q) Trở lại phương trình (P-29) ta có: (1 T2 p) 2 d T2 .i1q 0 Nếu ta giữ cho biên độ từ thông rotor 2 không đổi và vector không gian 2 trùng với trục ox thì ta có: 2q 0 2 d 2 const luan.can download by : skknchat@gmail.can 22 q i1 i1 d 2 i1q i1d 0 i1 i2 Hình 2.5: Định hướng từ thông trong hệ tọa độ tựa theo từ thông roto (d,q) Từ (2-8) ta xác định được các thành phần của vector dòng điện stator: 2d i1d const.i1d Lnm Ngược lại khi ta điều chỉnh vector dòng điện stator theo đúng luật (2-10) thì vector từ thông 2 luôn trùng với trục Od và có biên độ không thay đổi.
Mômen điện từ khi đó là: M k r .i12d Các thành phần của vector dòng điện rotor là: 1 i2 d ( 2 d Lm .i1q L2 Như vậy khi định hướng vector từ thông rotor trùng với trục Od với biên độ không đổi thì ta rút ra đặc điểm quan trọng là: - Vector dòng điện rotor luôn vuông góc với vector từ thông rotor. - Thành phần i1d có giá trị không đổi, đóng vai trò là dòng điện từ hoá.can download by : skknchat@gmail.can 23 - Các thành phần i1q , i2q và mômen M tỷ lệ với nhau và tỷ lệ với tốc độ trượt s .Lm Trong đó: Mdm là mômen định mức (Nm). dm là tốc độ định mức (rad/s) sdm là tốc độ trượt định mức (rad/s) sdm là độ trượt định mức. Nếu coi từ thông rotor của động cơ không đồng bộ lúc không tải bằng từ thông định mức, thì vector dòng điện stator được xác định như sau: i1d 3 / 2.
Trong đó: I0m : là biên độ của dòng điện không tải. I0 : là giá trị hiệu dụng của dòng điện không tải. 3/ 2 là hệ số qui đổi từ 3 pha về hệ 2 pha. Trên cơ sở phân tích như trên, ta xây dựng được sơ đồ điều khiển cho động cơ như hình 2.