Nghiên cứu điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ bằng biến tần đa bậc

LỜI MỞ ĐẦU

1. CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU

1.1. Vị trí biến tần trong công nghiệp

1.2. Biến tần đa bậc

1.3. Vấn đề điện áp common mode (C.M)

1.4. Những vấn đề sẽ khai triển trong luận văn

2. CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐỘNG CƠ KỸ THUẬT BIẾN TẦN ĐA BẬC

2.1. Giới thiệu

2.2. Các nguyên tắc điều khiển tốc độ động cơ điện trong hệ truyền động động cơ kỹ thuật biến tần đa bậc

2.3. Phương pháp điều chế dùng cho biến tần đa bậc

2.4. Cấu trúc biến tần đa bậc

2.4.1. Cấu trúc nghịch lưu dạng Cascade

2.4.2. Cấu trúc nghịch lưu chứa cặp diode kép

2.4.3. Cấu trúc phối hợp

2.4.4. Cấu trúc dùng tụ điện thay đổi

2.5. Nhận xét về các dạng só điện nghịch lưu đa bậc

2.6. Phương pháp điều chế vector không gian cho biến tần đa bậc

2.7. Giản đồ vector điện áp bộ biến tần ba bậc

2.8. Giản đồ vector điện áp bộ nghịch lưu năm bậc

2.9. Phương pháp điều chế độ rộng xung dùng sóng mang (Carrier based PWM)

2.10. Các dạng sóng mang dùng trong kỹ thuật điều chế PWM

3. CHƯƠNG 3: VẤN ĐỀ COMMON MODE TRONG HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐỘNG DÙNG BIẾN TẦN

3.1. Mạch common mode trong hệ truyền động biến tần động cơ

3.2. Các thông số điện ảnh hưởng đến độ bào mòn ở đỡ

3.3. Tác động của việc nối đất nguồn cấp lên điện áp common mode

3.4. Triệt giảm common mode thông qua việc lắp thêm tụ điện ngoài vào bộ biến tần

3.5. Phương thức thực hiện

3.6. Kiểm chứng qua thực nghiệm

3.7. Những nhận định về triệt giảm C.M thông qua việc lắp thêm tụ điện ngoài vào bộ biến tần

4. CHƯƠNG 4: BIỆN PHÁP XỬ LÝ COMMON MODE CỰC TIỂU TRONG BIẾN TẦN ĐA BẬC

4.1. Giới thiệu các phương án

4.2. Triệt bỏ hoàn toàn điện áp common mode

4.3. Triệt bỏ một phần điện áp common mode

4.4. Hệ thống chỉnh lưu cầu – nghịch lưu NPC

4.5. Chiến lược giảm điện áp C.M

4.6. Thực nghiệm

4.7. Kết luận

5. CHƯƠNG 5: XÂY DỰNG PHƯƠNG THỨC TRIỆT GIẢM COMMON MODE TỐI ƯU, MÔ PHỎNG HỆ TRUYỀN ĐỘNG, ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ MÔ PHỎNG

5.1. Giới thiệu phương án

5.2. Kỹ thuật triệt giảm common mode phối hợp giữa SVPWM và CPWM

5.3. Khoái Tạo Tín Hiệu kích hoạt (Active Signal Generator)

5.4. Khoái Tạo Hàm Offset (Offset Generator)

5.5. Mô phỏng hệ truyền động với common mode cực tiểu

5.6. Lựa chọn mạch động lực

5.7. Mô phỏng hệ truyền động

5.8. Khoái xác định các cực trở

5.9. Khoái Giới Hạn giá trở offset

5.10. Khoái Hàm Vr 0,ref

5.11. Khoái định tỉ lệ thời gian đóng cắt K1, K2, K3

5.12. Khoái Tính Toán Tạo Voffset

5.13. Khoái Tính Common mode cực tiểu

5.14. Đánh giá kết quả mô phỏng - kết luận

6. CHƯƠNG 6: HỆ TRUYỀN ĐỘNG BIẾN TẦN – ĐỘNG CƠ ĐIỀU KHIỂN DỰA THEO TỪ THÔNG ROTOR

6.1. Giới thiệu phương thức điều khiển dựa theo từ thông

6.2. So sánh với các phương thức điều khiển thông dụng

6.3. Thành lập mô hình các khối chức năng trong hệ điều khiển theo từ thông

6.4. Nguyên lý chung

6.5. Phép chuyển đổi tọa độ

6.5.1. Mô hình toán học của động cơ

6.5.2. Lựa chọn động cơ cho hệ truyền động

6.5.3. Mô hình toán học của động cơ điện Kỹ thuật biến tần

6.5.4. Sơ đồ khối hệ điều khiển theo từ thông

6.5.5. Sơ đồ khối phương pháp điều khiển vector trong động cơ điện Kỹ thuật biến tần

6.5.6. Chuyển đổi qua lại giữa hệ trục (a,b,c) ↔ (α-β)

6.5.7. Chuyển đổi qua lại giữa hệ trục (d,q) ↔ (α-β)

6.6. Ước lượng từ thông rotor

6.7. Mạch phân ly

6.8. Xác định hàm từ thông yêu cầu

6.9. Tính toán thông số cho các khối

6.9.1. Khối ước tính từ thông rotor

6.9.2. Khối chuyển đổi hệ trục tọa độ

6.9.3. Khối xác định giá trị từ thông và tốc độ yêu cầu

6.9.4. Khối phân ly các thành phần điều khiển

6.10. Mô phỏng hệ truyền động

6.10.1. Thiết lập sơ đồ mạch trong PSIM

6.10.2. Khối ước lượng từ thông rotor

6.10.3. Khối phân ly hai thành phần điều khiển

6.10.4. Các khối chuyển đổi

6.10.5. Mạch thay đổi chế độ tải

6.10.6. Mô phỏng hệ truyền động

6.10.7. Đánh giá kết quả mô phỏng - kết luận

PHỤ LỤC

TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về nghiên cứu điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ bằng biến tần đa bậc

Nghiên cứu điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ bằng biến tần đa bậc đang trở thành một xu hướng quan trọng trong ngành công nghiệp hiện đại. Biến tần đa bậc không chỉ giúp cải thiện hiệu suất mà còn giảm thiểu các vấn đề liên quan đến điện áp common mode. Việc áp dụng công nghệ này mang lại nhiều lợi ích cho các hệ thống điều khiển động cơ, từ việc tiết kiệm năng lượng đến việc nâng cao độ tin cậy của thiết bị.

1.1. Động cơ không đồng bộ và vai trò của biến tần đa bậc

Động cơ không đồng bộ là loại động cơ phổ biến trong công nghiệp. Biến tần đa bậc giúp điều khiển tốc độ và mô-men xoắn của động cơ một cách hiệu quả. Công nghệ này cho phép điều chỉnh điện áp và tần số, từ đó tối ưu hóa hiệu suất hoạt động.

1.2. Lợi ích của việc sử dụng biến tần đa bậc trong công nghiệp

Việc sử dụng biến tần đa bậc mang lại nhiều lợi ích như giảm thiểu tổn thất năng lượng, cải thiện độ ổn định của hệ thống và giảm thiểu tiếng ồn. Ngoài ra, nó còn giúp kéo dài tuổi thọ của động cơ và giảm chi phí bảo trì.

II. Vấn đề và thách thức trong điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ

Mặc dù công nghệ biến tần đa bậc mang lại nhiều lợi ích, nhưng vẫn tồn tại một số vấn đề và thách thức cần được giải quyết. Một trong những vấn đề chính là hiện tượng điện áp common mode, có thể gây ra hư hỏng cho động cơ và các thiết bị liên quan. Việc hiểu rõ các thách thức này là rất quan trọng để phát triển các giải pháp hiệu quả.

2.1. Hiện tượng điện áp common mode và tác động của nó

Điện áp common mode là một trong những vấn đề nghiêm trọng trong hệ thống điều khiển động cơ. Nó có thể gây ra các hư hỏng cho động cơ và làm giảm hiệu suất hoạt động. Việc giảm thiểu điện áp common mode là cần thiết để bảo vệ thiết bị.

2.2. Các thách thức trong việc tối ưu hóa hiệu suất động cơ

Tối ưu hóa hiệu suất động cơ không đồng bộ bằng biến tần đa bậc gặp nhiều thách thức như điều chỉnh tần số và điện áp. Các yếu tố như tải trọng, nhiệt độ và độ ẩm cũng ảnh hưởng đến hiệu suất của động cơ.

III. Phương pháp điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ bằng biến tần đa bậc

Có nhiều phương pháp điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ bằng biến tần đa bậc. Các phương pháp này không chỉ giúp cải thiện hiệu suất mà còn giảm thiểu các vấn đề liên quan đến điện áp common mode. Việc lựa chọn phương pháp phù hợp là rất quan trọng để đạt được hiệu quả tối ưu.

3.1. Phương pháp điều khiển vector không gian

Phương pháp điều khiển vector không gian cho phép điều chỉnh tốc độ và mô-men xoắn của động cơ một cách chính xác. Phương pháp này giúp tối ưu hóa hiệu suất và giảm thiểu tổn thất năng lượng.

3.2. Phương pháp điều khiển PWM

Điều khiển PWM (Pulse Width Modulation) là một trong những phương pháp phổ biến nhất trong điều khiển động cơ. Phương pháp này giúp điều chỉnh điện áp và tần số một cách linh hoạt, từ đó cải thiện hiệu suất hoạt động của động cơ.

IV. Ứng dụng thực tiễn của biến tần đa bậc trong công nghiệp

Biến tần đa bậc đã được áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp. Từ sản xuất đến chế biến, công nghệ này giúp nâng cao hiệu suất và giảm thiểu chi phí. Việc áp dụng biến tần đa bậc không chỉ mang lại lợi ích kinh tế mà còn góp phần bảo vệ môi trường.

4.1. Ứng dụng trong ngành sản xuất

Trong ngành sản xuất, biến tần đa bậc giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất, giảm thiểu thời gian dừng máy và tiết kiệm năng lượng. Điều này không chỉ nâng cao hiệu suất mà còn giảm chi phí sản xuất.

4.2. Ứng dụng trong ngành chế biến thực phẩm

Biến tần đa bậc cũng được sử dụng trong ngành chế biến thực phẩm để điều khiển tốc độ của các máy móc. Việc này giúp đảm bảo chất lượng sản phẩm và giảm thiểu lãng phí nguyên liệu.

V. Kết luận và tương lai của nghiên cứu điều khiển động cơ không đồng bộ

Nghiên cứu điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ bằng biến tần đa bậc đang mở ra nhiều cơ hội mới cho ngành công nghiệp. Với sự phát triển của công nghệ, các giải pháp điều khiển ngày càng trở nên hiệu quả và bền vững hơn. Tương lai của nghiên cứu này hứa hẹn sẽ mang lại nhiều tiến bộ đáng kể.

5.1. Tương lai của công nghệ biến tần đa bậc

Công nghệ biến tần đa bậc sẽ tiếp tục phát triển và cải tiến, mang lại nhiều giải pháp tối ưu hơn cho việc điều khiển động cơ. Sự phát triển này sẽ giúp nâng cao hiệu suất và giảm thiểu tác động đến môi trường.

5.2. Định hướng nghiên cứu trong tương lai

Nghiên cứu trong lĩnh vực điều khiển động cơ không đồng bộ sẽ tiếp tục tập trung vào việc phát triển các phương pháp mới và cải tiến các công nghệ hiện có. Điều này sẽ giúp nâng cao hiệu quả và độ tin cậy của hệ thống điều khiển.

Luận văn thạc sĩ về điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ sử dụng biến tần đa bậc