Bài giảng
Điều Khiển Máy Điện Nâng Cao
TS. Nguyễn Quang Nam
2013 – 2014, HK 2
http://www4.hcmut.edu.vn/~nqnam/lecture.php
1
Bài giảng 1
nqnam@hcmut.edu.vn
Đánh giá môn học
(cid:1) Đánh giá 3 phần: thuyết trình (20%), tiểu luận (báo cáo,
20%), và thi (60%).
(cid:1) Thuyết trình: nhóm (tối đa 3 người) sẽ thuyết trình trước
lớp (thời gian khoảng cuối học kỳ) về một vấn đề đã
nghiên cứu chung
(cid:1) Tiểu luận: mỗi nhóm nộp báo cáo thuyết minh về kết
quả thực hiện tiểu luận của riêng mình
2
Bài giảng 1
(cid:1) Thi: viết (90 phút)
Tổng quan về truyền động điện hiện đại
3
Bài giảng 1
(cid:1) Truyền động điện có thể được định nghĩa là hệ thống có khả năng chuyển đổi hiệu quả điện năng sang cơ năng.
Tổng quan về truyền động điện hiện đại (tt)
(cid:1) Trong một số trường hợp năng lượng có thể truyền từ hệ cơ sang hệ điện, và khi đó bộ biến đổi (ĐTCS) cần có khả
năng truyền năng lượng theo hai chiều.
(cid:1) Bộ điều khiển cũng có thể nối trực tiếp với bộ biến đổi.
(cid:1) Liên kết truyền thông cho phép kết nối hệ truyền động với mạng máy tính để hỗ trợ các chức năng như cài đặt, khởi
tạo, chẩn đoán và điều khiển quá trình cấp cao.
4
Bài giảng 1
(cid:1) Cần có các giải thuật điều khiển phù hợp để thực hiện quá trình chuyển đổi năng lượng trong hệ truyền động.
Tổng quan về truyền động điện hiện đại (tt)
5
Bài giảng 1
(cid:1) Phạm vi công suất thường từ vài mW đến hàng trăm MW, cho thấy sự linh hoạt và khả năng ứng dụng rộng rãi.
Xu hướng công nghệ truyền động
(cid:1) Truyền động điện hiện đại thường dùng một trong ba loại máy điện: không đồng bộ, đồng bộ NCVC và từ trở chuyển
6
Bài giảng 1
mạch.
Xu hướng công nghệ truyền động (tt)
(cid:1) Động cơ không đồng bộ được dùng phổ biến nhất trong các hệ truyền động công nghiệp nhờ sự chắc chắn của
động cơ và sự tin cậy của công nghệ truyền động.
(cid:1) Sự phát triển của các bộ điều khiển nhanh, và giá rẻ đã hỗ trợ sự thành công này, bằng việc cho phép thực hiện các
thuật toán điều khiển tốt.
(cid:1) Kết quả là một hệ truyền động không chổi than và không cảm biến, có chất lượng hơn hẳn các máy điện DC cổ điển.
7
Bài giảng 1
(cid:1) Một thông số chất lượng quan trọng là mật độ công suất, hay tỷ số giữa công suất ra và khối lượng (kW/kg).
Xu hướng công nghệ truyền động (tt)
(cid:1) Trong gần 30 năm qua đã có sự phát triển vượt bậc của các bộ biến đổi ĐTCS. Các bộ biến đổi AC/AC đã gia tăng
mật độ công suất từ 30 kVA/m3 (vào cuối thế kỷ trước)
thành 500 kVA/m3 ngày nay.
(cid:1) Một số yếu tố đóng góp cho sự phát triển trên: linh kiện đóng/ngắt tốt hơn, công nghệ tản nhiệt tốt hơn, các sơ đồ
và thuật toán chuyển mạch cực tiểu hóa tổn hao (ví dụ kỹ
thuật chuyển mạch mềm), công cụ thiết kế tốt hơn, bộ xử lý
8
Bài giảng 1
số và mạch kích nhỏ gọn hơn.
Xu hướng công nghệ truyền động (tt)
9
Bài giảng 1
Xu hướng công nghệ truyền động (tt)
(cid:1) Kỹ thuật điều khiển nhúng và truyền thông cũng được phát triển.
(cid:1) Một số yếu tố then chốt liên quan đến bộ điều khiển: các giải thuật điều khiển định hướng từ trường (FOC) cho máy
AC, kỹ thuật điều rộng xung và vectơ không gian, các giải
thuật điều khiển mômen trực tiếp cho máy AC và từ trở
chuyển mạch, các giải thuật điều khiển không cần cảm biến
vị trí cũng như giảm số lượng cảm biến điện áp/dòng điện,
sự sẵn có của các DSP và vi điều khiển hiệu năng cao,
10
Bài giảng 1
cũng như các công cụ hỗ trợ.
Phương pháp luận thiết kế truyền động
11
Bài giảng 1
Tổ chức thực nghiệm
12
Bài giảng 1
Khái niệm ITF và IRTF
(cid:1) Các máy điện có từ trường quay có thể được mô hình
hóa bởi sự hỗ trợ của khái niệm máy biến áp quay lý tưởng
(IRTF).
(cid:1) Các khái niệm máy biến áp lý tưởng (ITF) và máy biến áp
quay lý tưởng (IRTF) đã được giải thích chi tiết trong quyển
sách Fundamentals of Electrical Drives.
(cid:1) Khái niệm ITF thể hiện một máy biến áp 2 dây quấn
13
Bài giảng 1
không có từ tản, tổn hao lõi thép hay dây quấn.
Khái niệm ITF và IRTF (tt)
14
Bài giảng 1
(cid:1) Khái niệm ITF
Khái niệm ITF và IRTF (tt)
(cid:1) Mô hình IRTF là một thiết bị 3 cổng mô tả tương tác giữa
các đại lượng điện stato và rôto và các đại lượng cơ.
(cid:1) Mô hình cho thấy làm thế nào tạo ra mô men từ dòng
điện và từ thông, và làm thế nào chuyển động quay ảnh
15
Bài giảng 1
hưởng đến quan hệ giữa các đại lượng stato và rôto.
Khái niệm ITF và IRTF (tt)
16
Bài giảng 1
(cid:1) Vectơ không gian từ thông móc vòng và dòng điện.
Khái niệm ITF và IRTF (tt)
17
Bài giảng 1
(cid:1) Phân bố không gian của từ thông móc vòng và dòng điện.
Mô hình IRTF tổng quát
18
Bài giảng 1
Nguyên lý điều khiển mômen điện từ (tt)
r
=
y
m
f
(cid:1) Máy DC:
xy
qj
=
jIe
y=
I
y r i a T e
f
19
Bài giảng 1
-
Nguyên lý điều khiển mômen điện từ (tt)
20
Bài giảng 1
(cid:1) Hệ truyền động DC không tải:
Nguyên lý điều khiển mômen điện từ (tt)
(cid:1) Máy đồng bộ:
r
y
+
=
iL fm
r iL a sm r
xy
=y
xy m
xy r i s
xy m r T e
·
(cid:1) Điều khiển tối ưu dẫn đến
y=
I
f
qj
T e r i =
jIe
s
21
Bài giảng 1
Nguyên lý điều khiển mômen điện từ (tt)
22
Bài giảng 1
(cid:1) Hệ truyền động máy đồng bộ:
Nguyên lý điều khiển mômen điện từ (tt)
r
y d
=
(cid:1) Máy không đồng bộ:
)xy
xy m dt r y
=
-
r i r
r xy iR sr r ( iL sm r
=y
xy m r T e
m
xy r i s
23
Bài giảng 1
·
Nguyên lý điều khiển mômen điện từ (tt)
(cid:1) Máy không đồng bộ:
y d
m
y
+
=
iL dm
m
dt
L m R r
y=
i qm
T e
24
Bài giảng 1
Nguyên lý điều khiển mômen điện từ (tt)
25
Bài giảng 1
(cid:1) Hệ truyền động máy không đồng bộ:
Động học truyền động
26
Bài giảng 1
(cid:1) Khảo sát tương tác cơ học giữa máy điện và tải.
Động học truyền động (tt)
(cid:1) Chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến, sẽ làm
27
Bài giảng 1
tăng mômen quán tính toàn hệ.
Động học truyền động (tt)
(cid:1) Truyền động qua hộp số, mômen quán tính của tải sẽ
28
Bài giảng 1
được quy đổi theo tỷ số bán kính.
Mô hình động học của hệ 2 khối lượng
29
Bài giảng 1
Mô hình động học của hệ 2 khối lượng (tt)
30
Bài giảng 1
(cid:1) Ví dụ về đáp ứng.
Nguyên lý thiết kế vòng điều khiển tốc độ
(cid:1) Mômen được xác định bởi từ thông và dòng điện, dẫn
đến một vòng điều khiển tốc độ bên ngoài.
(cid:1) Bộ truyền động có một bộ điều khiển tích phân tỷ lệ để
31
Bài giảng 1
điều khiển tốc độ.
Nguyên lý thiết kế vòng điều khiển tốc độ (tt)
(cid:1) Có thể xác định tỷ số giữa tốc độ thực và tốc độ đặt, từ
đó xác định các điểm cực và zero, và đánh giá đáp ứng,
32
Bài giảng 1
trong đó hệ số đệm là tham số.
Một số ví dụ
33
Bài giảng 1
(cid:1) Hệ truyền động đồng bộ cơ sở:
Một số ví dụ (tt) (cid:1) Hệ truyền động không đồng bộ cơ sở:
34
Bài giảng 1
Một số ví dụ (tt) (cid:1) Hệ truyền động DC cơ sở:
35
Bài giảng 1
