Nghiên cứu bằng thực nghiệm hệ truyền động điện biến tần - Động cơ đồng bộ kích từ nối tiếp
1. Đặt vấn đề
Các kết quả phân tích lý thuyết và mô phỏng về hệ truyền động động cơ đồng bộ nối nối
tiếp - biến tần bốn góc phần tư dùng chỉnh lưu PWM cho thấy hệ truyền động này có các nhiều
ưu điểm nổi bật như có thể đạt được công suất đầu ra gấp đôi công suất định mức, tốc độ làm
việc có thể cao gấp đôi tốc độ định mức, hệ số công suất của động cơ và hệ thống cao, dòng điện
đầu vào phần chỉnh lưu có dạng rất gần hình sin ít ảnh hưởng đến đến lưới điện, Tuy nhiên, để
khẳng định và kiểm nghiệm lại các kết quả phân tích lý thuyết và mô phỏng, cho phép đưa ra kết
luận cuối cùng và đề xuất phương hướng áp dụng hệ truyền động vào thực tế ta cần kiểm chứng
lại bằng thực nghiệm.
Bạn đang xem tài liệu "Nghiên cứu bằng thực nghiệm hệ truyền động điện biến tần - Động cơ đồng bộ kích từ nối tiếp", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
Tóm tắt nội dung tài liệu: Nghiên cứu bằng thực nghiệm hệ truyền động điện biến tần - Động cơ đồng bộ kích từ nối tiếp
Tạp chí Khoa học & Công nghệ - Số 3(43)/Năm 2007 37 Nghiên cứu bằng thực nghiệm Hệ truyền động điện Biến tần - động cơ đồng bộ kích từ nối tiếp Nguyễn Nh− Hiển (Tr−ờng ĐH Kỹ thuật công nghiệp - ĐH Thái Nguyên) 1. Đặt vấn đề Các kết quả phân tích lý thuyết và mô phỏng về hệ truyền động động cơ đồng bộ nối nối tiếp - biến tần bốn góc phần t− dùng chỉnh l−u PWM cho thấy hệ truyền động này có các nhiều −u điểm nổi bật nh− có thể đạt đ−ợc công suất đầu ra gấp đôi công suất định mức, tốc độ làm việc có thể cao gấp đôi tốc độ định mức, hệ số công suất của động cơ và hệ thống cao, dòng điện đầu vào phần chỉnh l−u có dạng rất gần hình sin ít ảnh h−ởng đến đến l−ới điện, Tuy nhiên, để khẳng định và kiểm nghiệm lại các kết quả phân tích lý thuyết và mô phỏng, cho phép đ−a ra kết luận cuối cùng và đề xuất ph−ơng h−ớng áp dụng hệ truyền động vào thực tế ta cần kiểm chứng lại bằng thực nghiệm. 2. Các b−ớc tiến hành thực nghiệm Quá trình thực nghiệm nhằm kiểm chứng các kết quả nghiên cứu lý thuyết cần phải tiến hành các b−ớc: Xây dựng phần cứng mô hình thực nghiệm; Xây dựng các ch−ơng trình phần mềm điều khiển mô hình thực nghiệm và quan sát các thông số trong quá trình thực nghiệm; Tiến hành chạy thử mô hình và thực hiện các hiệu chỉnh cần thiết; Thực nghiệm lấy các đặc tính yêu cầu; Phân tích, đánh giá kết quả thực nghiệm và rút ra kết luận. 3. Cấu trúc tổng thể hệ thực nghiệm Cấu trúc phần cứng của thiết bị thực nghiệm gồm hai phần: Phần lực và phần điều khiển (Hình 1, 2, 3, 4). Phần lực gồm: động cơ thí nghiệm ĐC nối với tải cơ học, phần lực bộ biến tần bốn góc phần t− dùng chỉnh l−u PWM tạo bởi hai sơ đồ cầu các van IGBT là sơ đồ chỉnh l−u tích cực CLPWM và sơ đồ nghịch l−u nguồn áp NL, ngoài ra còn có bộ điện cảm 3 pha đầu vào L và tụ lọc C. Phần điều khiển gồm: card điều khiển DSP để thực hiện thuật toán điều khiển, máy tính điều khiển dùng để lập trình điều khiển và hiển thị kết quả thực nghiệm, các sensor đo dòng điện l−ới và dòng điện động cơ, sensor đo điện áp một chiều sau khâu chỉnh l−u, sensor đo tốc độ và góc quay (encoder) và khâu xử lý các tín hiệu (XLTH) tr−ớc khi đ−a vào DSP và máy tính, các thiết bị ghép nối cho phép truyền tín hiệu từ DSP đến điều khiển sự làm việc của các van trong sơ đồ lực. Để phù hợp với điều kiện phòng thí nghiệm và tận dụng đ−ợc các thiết bị hiện có trong phòng thí nghiệm của Trung tâm Nghiên cứu triển khai công nghệ cao thuộc tr−ờng Đại học Bách khoa Hà Nội và các thiết bị của Trung tâm Thí nghiệm khoa Điện thuộc tr−ờng Đại học Kỹ thuật công nghiệp - Đại học Thái Nguyên, động cơ thí nghiệm có các thông số kỹ thuật nh− sau: KQ112M6 ; Pđm=1,1KW; nđm = 920 vg/ph; Uđm=380/220V - Y/∆; I1đm =3,35 A; ke = 380/249; pm = 3; cosϕđm = 0,657; Công ty VIHEM - Việt Nam. Tạp chí Khoa học & Công nghệ - Số 3(43)/Năm 2007 38 Số liệu của bộ tạo tải AS MOTOR: YTC 12 – 48; Amp 1,2; Vol90; 9,72 Nm. Hình 1: Cấu trúc thực nghiệm hệ truyền động biến tần - động cơ cảm ứng rotor dây quấn đấu dây đặc biệt CLPWM NL L C XLTH Tải cơ Encoder Ghép nối ĐKCL Ghép nối ĐKNL ∼ 3 pha Card điều khiển DSP Máy tính điều khiển ĐC as ar cr bs cs br Tạp chí Khoa học & Công nghệ - Số 3(43)/Năm 2007 39 PI d - q a-b k-γ a-b a-b ∆iq PIPI d-q - - Khâu đo dòng điện và −ớc l−ợng điện áp l−ới Khâu điều chế độ rộng xung PWM ∆id SCLa,b ,iLa iLb usα usβ cosγUL sinγUL iLd iLq iLβ iLα usq usd cosγUL sinγUL - uLα uLβ Hình 3: Cấu trúc khối điều khiển chỉnh l−u PWM theo VOC Udc ∆Udc * dcU * Lqi 0= Hình 2: Mô hình thực nghiệm hệ truyền động biến tần - SCSM Tạp chí Khoa học & Công nghệ - Số 3(43)/Năm 2007 40 4. Chạy thử nghiệm và chỉnh định Sau khi xây dựng xong toàn bộ các khâu của mô hình thực nghiệm gồm phần cứng, thuật toán điều khiển và giao diện (hình 5 và 6) tiến hành chạy thử nghiệm và chỉnh định. 5. Các kết quả thực nghiệm Các kết quả thực nghiệm đ−ợc biểu diễn trên các hình 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, và 14. Trên hình 7 là điện áp và dòng điện một pha nguồn cung cấp co khối chỉnh l−u PWM của biến tần, hình 8 là điện áp một chiều sau chỉnh l−u với giá trị đặt của Udc là 600V. Các kết quả thực Hình 4: Cấu trúc điều khiển khối nghịch l−u của hệ truyền động Khâu tích phân ω ia ib ω ĐCTĐQ Điều chế PWM ωe/2 ϑ ia ic ib =const ejϑ 2 3 RIb RIc RIa ia ω Xung điều khiển các van * di *ω * ai * bi * c i * qi m p 2 Hình 5: Giao diện theo dõi các tín hiệu và tham số thực nghiệm Hình 6: Giao diện theo dõi kết quả thực nghiệm phần chỉnh l−u PWM Tạp chí Khoa học & Công nghệ - Số 3(43)/Năm 2007 41 nghiệm trên cho thấy quá trình khởi động cũng nh− điều chỉnh tăng tốc và giảm tốc có tải hệ thống truyền động điện đảm bảo độ tác động nhanh cao; gần nh− không có quá điều chỉnh. Hình 8: Điện áp một chiều Udc sau chỉnh l−u PWM Hình 7: Điện áp và dòng điện một pha nguồn đầu vào chỉnh l−u PWM Hình 9: Tốc độ góc rotor động cơ ωr khi khởi động lên tốc độ thấp (25rad/s, t−ơng ứng nr=240vg/ph) Hình 10: Mô men động cơ M khi khởi động lên tốc độ thấp (25rad/s, t−ơng ứng nr=240vg/ph) Hình 11: Tốc độ góc rotor động cơ ωr khi khởi động và tăng tốc độ Hình 12: Mô men động cơ M khi khởi động và tăng tốc độ Tạp chí Khoa học & Công nghệ - Số 3(43)/Năm 2007 42 6. Kết luận Các kết quả thực nghiệm hệ truyền động biến tần bốn góc phần t− sử dụng chỉnh l−u PWM điều khiển vector - Động cơ đồng bộ kích từ nối tiếp cho thấy: Hệ thoả mln các yêu cầu chất l−ợng đối với một hệ truyền động điện điều chỉnh tốc độ. Nếu thiết bị thực nghiệm thoả mln đầy đủ các yêu cầu cần thiết, động cơ có tốc độ đồng bộ 3000vg/ph thì hoàn toàn có thể đạt đ−ợc tốc độ làm việc 5000 đến 6000vg/ph, đáp ứng đ−ợc yêu cầu về tốc độ cao và điều chỉnh tốc độ của máy bơm, quạt gió cao tốc Tóm tắt: Từ các nghiên cứu lý thuyết về một hệ truyền động điện mới, ứng dụng động cơ không đồng bộ ba pha rotor dây quấn với sơ đồ đấu dây đặc biệt, làm việc t−ơng tự nh− động cơ đồng bộ kích từ nối tiếp. Trên cơ sở đó, xây dựng hệ thí nghiệm trong miền thời gian thực nhằm đánh giá chất l−ợng tĩnh và động của hệ thống qua các đặc tính làm việc trong chế độ quá độ của hệ. Dựa vào các kết quả nghiên cứu này có thể dự báo khả năng ứng dụng vào trong sản xuất công nghiệp. Summary According to theoretic researches on a new electrical drive system which uses three- phase winding rotor induction motor with a special wiring connection, we obtain a drive system in which the motor works as a series connected synchronous motor. On that basis, a real-time experimental system is built in order to evaluate control quality in steady state and dynamic state. Basing on the research results, we can predict applicable potentiality into industrial production. Hình 13: Tốc độ động cơ nr (vg/ph) khi khởi động và giảm tốc có tải Hình 14: Mô men động cơ M khi khởi động và giảm tốc có tải Tạp chí Khoa học & Công nghệ - Số 3(43)/Năm 2007 43 Tài liệu tham khảo [1]. Trần Khánh Hà (1997), Máy điện tập 1, Nxb Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội. [2]. Nguyễn Nh− Hiển, Trần Xuân Minh (2004), “Xây dựng mô hình động cơ đồng bộ kích từ nối tiếp để nghiên cứu chế độ xác lập”, Tự động hoá ngày nay, 12. [3]. Bùi Quốc Khánh, Trần Xuân Minh, Nguyễn Nh− Hiển (2005), “Lý thuyết và phân tích hệ truyền động dùng động cơ đồng bộ kích từ nối tiếp”, Tuyển tập các báo cáo khoa học- Hội nghị toàn quốc về tự động hoá lần thứ VI (VICA 6), tr. 300-305. [4]. Nguyễn Nh− Hiển, Trần Xuân Minh, Phạm Thị Bông, Lâm Hùng Sơn (2005), “Các giải pháp ổn định hoá và nâng cao độ bền vững hệ truyền động sử dụng động cơ đồng bộ kích từ nối tiếp”, Tuyển tập các báo cáo khoa học- Hội nghị toàn quốc về tự động hoá lần thứ VI (VICA 6), trang 221-226. [5]. Essam E. M. Rashad, Mostafa E. Abdel Karim (1996) Theory and Analysis of Three-phase Series-connected Parametric Motors, trang 715-720, IEEE 1996. [6]. Yasser G. Dessouky, Mohmoud S. Abouzid, Adel L. Mohamadein (2000), Theory and Performance of Series Connected Synchronous Motors, IEEE 2000. [7]. M. G. Tsilikil, M. M. Xoclov, B. M. Erekhov, A. B. Shinianxki (1974) Base of Automatic Electrical Drive, Energy, Moscow. [8]. A. S. Mostafa, A. L. Mohamadein, E. M. Rashad (1993), “Analysis of series-connected wound-rotor self-excited induction generater”, IEEE PROCEEDINGS-B, 140 (5), 329-335. [9]. Adel L. Mohamadein, Yasser G. Dessouky, Mohmoud S. Abouzid (2000), “Theory and Performance of Series Connected Synchronous Motors”, IEEE. [10]. C. Daoshen and B. K. Bose (1992), “Expert system based automated selection of industrial AC drives”, IEE IAS Annu. Meet. Conf. Rec., pp 387-392. [11]. The Mathworks, Simulink-Dynamic System Simulation for Matlab, Help file in Matlab7.01 R14.
File đính kèm:
- nghien_cuu_bang_thuc_nghiem_he_truyen_dong_dien_bien_tan_don.pdf