Luận văn thạc sĩ về điều khiển động cơ không đồng bộ 3 pha tại HCMUTE

• Tác giả: Chu Văn Đức
• Người hướng dẫn: PGS.TS Dương Hoài Nghĩa
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Thiết Bị Mạng Và Nhà Máy Điện
• Đề tài: Nghiên Cứu Điều Khiển Động Cơ Không Đồng Bộ 3 Pha Tại HCMUTE
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2012
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT
• ABSTRACT
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
• 1.1. Sự phát triển của kỹ thuật điều khiển động cơ
• 1.2. Các phương pháp điều khiển động cơ không đồng bộ
• 1.3. Phương pháp V/f = const (điều khiển vô hướng)
• 1.4. Phương pháp điều khiển mômen trực tiếp (DTC)
• 1.5. Phương pháp điều khiển định hướng trường (FOC)
• 1.6. Nhiệm vụ và phạm vi nghiên cứu
• 1.7. Phương pháp nghiên cứu
• 1.8. Nội dung của luận văn
• 1.9. Ý nghĩa thực tiễn của luận văn
• 2. CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA
• 2.1. Đại cương về động cơ không đồng bộ ba pha
• 2.2. Xây dựng vectơ không gian
• 2.2.1. Mô tả vector trên hệ tọa độ cố định stator (hệ tọa độ αβ)
• 2.2.2. Mô tả vector trên hệ tọa độ quay rotor (hệ tọa độ dq)
• 2.3. Mô hình của động cơ không đồng bộ ba pha
• 2.4. Hệ phương trình trạng thái của động cơ KĐB ba pha trên hệ tọa độ stator (αβ)
• 2.5. Hệ phương trình trạng thái của động cơ KĐB ba pha trên hệ tọa độ từ thông rotor (dq)
• 2.6. Phép chuyển hệ trục tọa độ
• 2.6.1. Phép chuyển hệ trục tọa độ abc sang hệ tọa độ αβ và ngược lại
• 2.6.2. Phép chuyển hệ trục tọa độ abc sang hệ tọa độ dq và ngược lại
• 2.6.3. Phép chuyển hệ trục tọa độ αβ sang hệ tọa độ dq và ngược lại
• 3. CHƯƠNG 3: ĐIỀU KHIỂN ĐỊNH HƯỚNG TRƯỜNG
• 3.1. Đại cương về phương pháp điều khiển định hướng trường (FOC)
• 3.2. Nguyên lý điều khiển định hướng trường
• 3.3. Phương pháp điều khiển định hướng trường
• 3.4. Phương pháp điều khiển trực tiếp
• 3.5. Phương pháp điều khiển gián tiếp
• 3.6. Một số phương pháp ước lượng từ thông rotor
• 3.6.1. Ước lượng từ thông rotor từ dòng và áp hồi tiếp
• 3.6.2. Ước lượng từ thông rotor từ dòng và tốc độ hồi tiếp
• 3.6.3. Ước lượng từ thông rotor từ dòng, áp và tốc độ hồi tiếp
• 4. CHƯƠNG 4: CÔNG NGHỆ TÍNH TOÁN MỀM
• 4.1. Mạng nơron nhân tạo (ANN)
• 4.2. Nơron sinh học
• 4.3. Mô hình nơron nhân tạo
• 4.4. Mạng nơron nhân tạo
• 4.5. Kiến trúc mạng nơron
• 4.6. Huấn luyện mạng nơron nhân tạo
• 4.7. Luật học có giám sát
• 4.8. Luật học không có giám sát
• 4.9. Luật học tăng cường
• 4.10. Giải thuật lan truyền ngược
• 4.11. Chuẩn bị dữ liệu cho giải thuật lan truyền ngược
• 4.12. Chọn lựa số nút ẩn, lớp ẩn
• 4.13. Giải thuật huấn luyện
• 4.14. Ưu điểm của mạng nơron
• 4.15. Phạm vi ứng dụng
• 5. CHƯƠNG 5: XÂY DỰNG CẤU TRÚC CÁC KHỐI ĐIỀU KHIỂN
• 5.1. Sơ đồ mô phỏng FOC cổ điển
• 5.2. Khối mạng tính dòng (MTi)
• 5.3. Khối điều chỉnh dòng isd và isq
• 5.4. Khối mạng tính áp (MTu)
• 5.5. Khối chuyển tọa độ áp (CTDu)
• 5.6. Khối động cơ không đồng bộ ba pha
• 5.7. Khối chuyển tọa độ dòng điện (CTDi)
• 5.8. Khối ước lượng từ thông rotor
• 5.9. Sơ đồ mô phỏng FOC với bộ điều khiển PID
• 5.10. Sơ đồ mô phỏng FOC với ước lượng từ thông rotor dùng mạng nơron
• 6. CHƯƠNG 6: PHÂN TÍCH KẾT QUẢ MÔ PHỎNG
• 6.1. Thông số của động cơ KĐB ba pha
• 6.2. So sánh kết quả mô phỏng FOC và FOC với ước lượng từ thông dùng mạng nơron
• 6.3. Thông số bộ điều khiển PID
• 6.4. Huấn luyện mạng nơron ước lượng từ thông
• 6.5. Động cơ hoạt động có tải không đổi
• 6.6. Động cơ hoạt động có tải thay đổi, tốc độ thay đổi, đảo chiều quay
• 7. CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI
• 7.1. Hướng phát triển của đề tài
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về động cơ không đồng bộ 3 pha

Động cơ không đồng bộ 3 pha là một trong những thiết bị quan trọng trong hệ thống điện công nghiệp. Chúng được sử dụng rộng rãi nhờ vào tính năng hoạt động ổn định và độ bền cao. Động cơ này hoạt động dựa trên nguyên lý từ trường quay, tạo ra mô men xoắn cần thiết để thực hiện công việc. Việc điều khiển động cơ không đồng bộ 3 pha đòi hỏi các phương pháp hiện đại nhằm đảm bảo hiệu suất và độ chính xác cao. Các phương pháp điều khiển như điều khiển định hướng trường (FOC) đã được phát triển để tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của động cơ. Theo nghiên cứu, việc áp dụng các công nghệ điều khiển tiên tiến giúp cải thiện đáng kể hiệu suất và độ tin cậy của động cơ.

1.1. Nguyên lý hoạt động của động cơ không đồng bộ

Động cơ không đồng bộ 3 pha hoạt động dựa trên nguyên lý từ trường quay do dòng điện 3 pha tạo ra. Khi dòng điện chạy qua các cuộn dây stator, nó tạo ra một từ trường quay, từ đó kích thích rotor quay theo. Đặc điểm nổi bật của động cơ này là không cần sử dụng bộ phận chổi than, giúp giảm thiểu ma sát và hao mòn. Điều này làm cho động cơ không đồng bộ 3 pha có tuổi thọ cao hơn và ít bảo trì hơn so với động cơ một chiều. Hơn nữa, động cơ này có khả năng hoạt động trong môi trường khắc nghiệt, điều này làm cho nó trở thành lựa chọn lý tưởng cho nhiều ứng dụng công nghiệp.

II. Phương pháp điều khiển động cơ không đồng bộ

Việc điều khiển động cơ không đồng bộ 3 pha có thể được thực hiện thông qua nhiều phương pháp khác nhau. Trong đó, phương pháp điều khiển định hướng trường (FOC) là một trong những phương pháp tiên tiến nhất. FOC cho phép điều khiển độc lập từ thông và mô men, giúp động cơ hoạt động hiệu quả hơn trong các điều kiện tải khác nhau. Ngoài ra, phương pháp điều khiển trực tiếp mô men (DTC) cũng được áp dụng rộng rãi, mang lại khả năng điều khiển chính xác và nhanh chóng. Các nghiên cứu cho thấy rằng việc áp dụng các phương pháp này không chỉ cải thiện hiệu suất mà còn giảm thiểu tiêu thụ năng lượng.

2.1. Điều khiển định hướng trường FOC

Phương pháp điều khiển định hướng trường (FOC) là một kỹ thuật điều khiển hiện đại, cho phép điều khiển động cơ không đồng bộ 3 pha một cách chính xác. FOC hoạt động bằng cách tách biệt các thành phần từ thông và mô men, từ đó điều chỉnh chúng một cách độc lập. Điều này giúp động cơ duy trì tốc độ ổn định và mô men chính xác trong suốt quá trình hoạt động. Nghiên cứu cho thấy rằng FOC có thể cải thiện hiệu suất động cơ lên đến 20% so với các phương pháp điều khiển truyền thống. Hơn nữa, FOC cũng giúp giảm thiểu độ rung và tiếng ồn trong quá trình hoạt động của động cơ.

III. Ứng dụng công nghệ điều khiển trong động cơ không đồng bộ

Công nghệ điều khiển hiện đại đã mở ra nhiều cơ hội ứng dụng cho động cơ không đồng bộ 3 pha trong các lĩnh vực khác nhau. Từ sản xuất công nghiệp đến hệ thống cấp nước, động cơ không đồng bộ 3 pha được sử dụng để tối ưu hóa quy trình sản xuất và tiết kiệm năng lượng. Việc áp dụng các công nghệ như mạng nơron nhân tạo trong điều khiển động cơ không đồng bộ cũng đang được nghiên cứu và phát triển. Những ứng dụng này không chỉ giúp cải thiện hiệu suất mà còn tạo ra các giải pháp bền vững cho ngành công nghiệp.

3.1. Ứng dụng trong sản xuất công nghiệp

Trong sản xuất công nghiệp, động cơ không đồng bộ 3 pha được sử dụng để điều khiển các máy móc và thiết bị. Việc áp dụng các phương pháp điều khiển hiện đại giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất, giảm thiểu thời gian dừng máy và tiết kiệm năng lượng. Các nhà máy hiện đại đang chuyển sang sử dụng động cơ không đồng bộ 3 pha với các bộ biến tần để điều khiển tốc độ và mô men một cách chính xác. Điều này không chỉ nâng cao hiệu suất sản xuất mà còn giảm thiểu chi phí vận hành.