Luận văn:Điều khiển mờ động cơ không đồng bộ 3 pha rotor lồng sóc

Chia sẻ: Nhung Thi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:25

Thêm vào BST

Báo xấu

233
lượt xem 33
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Động cơ không đồng bộ là động cơ điện hoạt động với tốc độ quay của Rotor chậm hơn so với tốc độ quay của từ trường Stator.Ta thường gặp động cơ không đồng bộ Rotor lồng sóc vì đặc tính hoạt động của nó tốt hơn dạng dây quấn.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn:Điều khiển mờ động cơ không đồng bộ 3 pha rotor lồng sóc

1 B GIÁO D C VÀ ĐÀO T O Đ I H C ĐÀ N NG NGUY N TH ANH ĐI U KHI N M Đ NG CƠ KHÔNG Đ NG B 3 PHA ROTOR L NG SÓC Chuyên ngành: T ñ ng hóa Mã s : 60.52.60 TÓM T T LU N VĂN TH C SĨ K THU T Đà N ng - Năm 2011
2 Công trình ñư c hoàn thành t i Đ I H C ĐÀ N NG Ngư i hư ng d n khoa h c: PSG.TS.ĐOÀNQUANG VINH Ph n bi n 1: ............................................ Ph n bi n 2: ............................................ Lu n văn s ñư c b o v t i H i ñ ng ch m Lu n văn t t nghi p th c sĩ T ñ ng hóa h p t i Đ i h c Đà N ng vào ngày 07 tháng 05 năm 2011. Có th tìm hi u lu n văn t i: - Trung tâm Thông tin-H c li u, Đ i h c Đà N ng. - Thư vi n trư ng Đ i H c Bách Khoa Đà n ng, Đ i h c Đà N ng.
3 M Đ U 1. LÝ DO CH N Đ TÀI Trư c ñây, các h truy n ñ ng ñi n thư ng s d ng ñ ng cơ ñi n m t chi u. Nh ng năm g n ñây, ñ ng cơ m t chi u ñư c thay th d n b i ñ ng cơ không ñ ng b (ĐCKĐB) ba pha vì nh ng ưu ñi m n i b t c a nó như: hi u su t cao, k t c u ñơn gi n, g n nh , giá thành ch t o và chi phí v n hành th p, làm vi c tin c y, s d ng t t trong môi trư ng công nghi p. Bên c nh nh ng ưu ñi m trên, nó có như c ñi m là ph c t p trong ñi u khi n do ñ c tính phi tuy n m nh. Như v y, vi c ñi u khi n ñ ng ĐCKĐB ba pha là m t chi n lư c h t s c c n thi t và quan tr ng hi n nay. Trong h th ng truy n ñ ng ñi n, ch t lư ng ñi u khi n c a h th ng v n còn b nh hư ng b i s thay ñ i bi n tham s ñ ng cơ như moment quán tính J, ñi n tr rotor Rr. Đ gi i quy t v n ñ này trên ta s d ng b ñi u khi n m ñ ñi u khi n t c ñ ĐCKĐB ba pha nh m nâng cao ch t lư ng ñi u khi n. 2. M C ĐÍCH NGHIÊN C U + Nghiên c u mô hình c a ĐCKĐB ba pha rotor l ng sóc. + Nghiên c u nguyên lý, c u trúc c a h th ng ñi u khi n vô hư ng ĐCKĐB ba pha rotor l ng sóc. + Nghiên c u lý thuy t ñi u khi n m và ng d ng b ñi u khi n m vào h th ng ñi u khi n ĐCKĐB ba pha rotor l ng sóc. + Tìm hi u ph n m m Matlab và ng d ng ñ mô ph ng.
4 3. Đ T TÊN Đ TÀI Căn c vào m c tiêu và nhi m v nghiên c u trên, ngư i nghiên c u ch n tên ñ tài: “Đi u khi n m ñ ng cơ không ñ ng b 3 pha rotor l ng sóc”. 4. Đ I TƯ NG VÀ PH M VI NGHIÊN C U a. Đ i tư ng nghiên c u + Kh o sát trên ĐCKĐB ba pha rotor l ng sóc. + Nghiên c u và ng d ng ph n m m Matlab ñ mô ph ng h th ng. b. Ph m vi nghiên c u + Đi u khi n vô hư ng dùng b ñi u khi n m + Xây d ng b ñi u khi n và mô ph ng trên Matlab. 5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN C U a. Phương pháp nghiên c u lý thuy t phương pháp này ngư i nghiên c u tìm hi u các tài li u h tr có liên quan ñ n ñ tài. Qua ñó ngư i th c hi n ñưa ra nh ng nh n ñ nh và rút ra ñư c n i dung c n trình bày trong lu n văn. Bên c nh vi c rút ra nh ng nh n ñ nh, phương pháp nghiên c u lý thuy t còn giúp cho ngư i nghiên c u hi u ñư c cách th c th c hi n mô ph ng trong môi trư ng Matlab. b. Phương pháp nghiên c u t ng h p h th ng Ngư i nghiên c u tìm hi u k t qu c a các công trình ñi trư c, t ñó so sánh v i k t qu ñã ñ t ñư c. Qua k t qu so sánh ñó, ngư i nghiên c u ñi u ch nh l i phương pháp nghiên c u lý thuy t và cân ch nh l i k t qu mô ph ng ñ ñ t ñư c k t qu thích h p.
5 c. Phương pháp nghiên c u quan sát ki m nghi m Sau khi ñ t ñư c k t qu thích h p, ngư i nghiên c u s trình bày trư c gi i có chuyên môn cao ñ ñư c nghe nh n xét và ñóng góp ý ki n v k t qu ñã ñ t ñư c. Qua ñó k t qu mô ph ng m t l n n a ñư c cân ch nh ñ hoàn thi n hơn. 6. Ý NGHĨA KHOA H C VÀ TH C TI N C A Đ TÀI a. Ý nghĩa khoa h c + S d ng phương pháp ñi u khi n vô hư ng. + ng d ng lý thuy t ñi u khi n m . b. Giá tr th c ti n Góp ph n xây d ng vào các gi i pháp nh m nâng cao hi u su t s d ng c a các thi t b ñi n, t o thêm m t hư ng m i trong k thu t ñi u khi n ĐCKĐB mà hi n nay trong lĩnh v c công nghi p r t quan tâm. 7. C U TRÚC C A LU N VĂN N i dung chính c a ñ tài bao g m như sau: Ngoài ph n m ñ u và k t lu n, lu n văn g m 3 chương: CHƯƠNG 1: MÔ T TOÁN H C VÀ MÔ HÌNH Đ NG CƠ KHÔNG Đ NG B BA PHA ROTOR L NG SÓC. CHƯƠNG 2: H TRUY N Đ NG ĐI U KHI N VÔ HƯ NG Đ NG CƠ KHÔNG Đ NG B BA PHA ROTOR L NG SÓC. CHƯƠNG 3: NG D NG B ĐI U KHI N M TRONG H TH NG ĐI U KHI N VÔ HƯ NG Đ NG CƠ KHÔNG Đ NG B BA PHA ROTOR L NG SÓC.
6 CHƯƠNG 1: MÔ T TOÁN H C VÀ MÔ HÌNH Đ NG CƠ KHÔNG Đ NG B BA PHA ROTOR L NG SÓC 1.1. XÁC Đ NH VECTOR KHÔNG GIAN 1.1.1. Bi u di n vector không gian cho các ñ i lư ng ba pha 1.1.2. H t a ñ c ñ nh stator 1.1.3. H quy chi u quay 1.1.4. Bi u di n các vector không gian trên h to ñ t thông rotor 1.2. MÔ HÌNH C A ĐCKĐB BA PHA 1.2.1. Các phương trình cơ b n c a ñ ng cơ KĐB ba pha 1.2.2. Phương trình ñi n áp stator 1.2.3. Phương trình ñi n áp rotor 1.3. MÔ HÌNH TR NG THÁI C A ĐCKĐB BA PHA TRÊN H T AĐ αβ Mô ph ng ĐCKĐB ba pha trên h to ñ αβ: Hình 1.9. Sơ ñ kh i mô ph ng ĐCKĐB ba pha trên h to ñ αβ
7 1.4. MÔ HÌNH TR NG THÁI C A ĐCKĐB BA PHA TRÊN H T AĐ dq Mô ph ng ĐCKĐB ba pha trên h to ñ dq: Hình 1.19. Sơ ñ kh i mô ph ng ĐCKĐB ba pha trên h to ñ dq • K t qu mô ph ng: 2000 1500 Rotor Speed (RPM) 1000 500 0 -500 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 Time (s) Hình 1.24. T c ñ Rotor
8 CHƯƠNG 2: H TRUY N Đ NG ĐI U KHI N VÔ HƯ NG Đ NG CƠ KHÔNG Đ NG B BA PHA ROTOR L NG SÓC 2.1. BI N T N TRONG H TH NG ĐI U KHI N ĐCKĐB BA PHA 2.1.1. Gi i thi u chung 2.1.2. Bi n t n tr c ti p (xoay chi u - xoay chi u) 2.1.3. Bi n t n gián ti p 2.1.3.1. Bi n t n gián ti p dùng ch nh lưu ñi u khi n Mô ph ng ñi u khi n ngh ch lưu nuôi ĐCKĐB ba pha theo nguyên t c thông thư ng: Hình 2.5. Sơ ñ kh i mô ph ng ñi u khi n ngh ch lưu nuôi ĐCKĐB ba pha theo nguyên t c thông thư ng
9 • K t qu mô ph ng: 400 300 200 Amplitude(V) 100 0 -100 -200 -300 -400 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 Time(s) Hình 2.7. Đi n áp pha Ua 2.1.3.2. Bi n t n dùng ch nh lưu không ñi u khi n có thêm b bi n ñ i xung ñi n áp 2.1.3.3. Bi n t n dùng ch nh lưu không ñi u khi n v i ngh ch lưu PWM Mô ph ng ñi u khi n ngh ch lưu nuôi ĐCKĐB ba pha theo phương pháp ñi u ch ñ r ng xung (PWM): Hình 2.11. Sơ ñ kh i mô ph ng ñi u khi n ngh ch lưu nuôi ĐCKĐB ba pha theo phương pháp ñi u ch ñ r ng xung
10 • K t qu mô ph ng: 400 300 200 Amplitude(V) 100 0 -100 -200 -300 -400 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 Time(s) Hình 2.13. Đi n áp pha Ua 2.1.3.4. Bi n t n ñi u khi n vector 2.2. H TH NG ĐI U KHI N VÔ HƯ NG ĐCKĐB BA PHA 2.2.1. Phương pháp ñi u khi n vô hư ng Tr s hi u d ng s c ñi n ñ ng stator là: Es = ωsΦmKwN1/ 2 = 4.44KwfsN1Φm (2.3) T (2.3) th y r ng Φm s t l v i t s Es/ωs ho c Es/fs Khi ñi u khi n t n s , n u gi t thông khe h không ñ i thì ñ ng cơ s ñư c s d ng hi u qu nh t, t c là kh năng sinh moment l n nh t. T thông khe h không ñ i khi duy trì t s Es/fs không ñ i. N u s t áp trên tr kháng t bé có th b qua thì s c ñi n ñ ng Es s x p x b ng ñi n áp Us. Do ñó t thông khe h s ñư c duy trì g n không ñ i khi duy trì t s Us/fs là h ng s . Đây là n i dung cơ b n c a lu t ñi u khi n ñi n áp - t n s không ñ i.
11 Đ c tính tuy n tính ñi n áp - t n s ñư c th c hi n b ng k thu t ñi u khi n ñi n áp - t n s trong các b bi n t n. Tuy nhiên vùng t n s th p, s t áp trên tr kháng t l n nên t thông khe h s gi m, kh năng sinh moment c a ñ ng cơ s gi m. Vì v y trong áp d ng th c t , t l ñi n áp - t n s thư ng ñư c tăng lên vùng t n s th p ñ bù l i s t áp trên ñi n tr stator. Trên hình (2.14) là các ñ c tính ñi n áp - t n s . D ng ñ c tính tuy n tính là d ng mang tính lý thuy t, hai ñ c tính khác là ñ c tính s d ng trong th c t . V i d ng ñ c tính phi tuy n, ñi n áp t l t n s vùng t n s cao, khi t n s gi m nh , ñi n áp ñư c tăng trơn ñ u tương ñ i so v i lý thuy t. ñ c tính th ba, ñi n áp stator ñư c c ng thêm thành ph n Uo t n s b ng 0. Tr s Uo và K ñư c ch n ñ ñi n áp stator có tr s c n thi t t n s b ng 0 và tr s ñ nh m c t n s ñ nh m c. Us = Uo + Kfs (2.12) U Uñm Uo fñm f Hình 2.16. Đ c tính ñi n áp - t n s
12 2.2.2. Sơ ñ c u trúc h th ng ñi u khi n UDC Rω ωrñ ωsl ωs PI PI PWM Us U/f ωr ωr ĐCKĐB IM Máy ño t c ñ quay Hình 2.17. Sơ ñ c u trúc ñi u khi n vô hư ng ĐCKĐB ba pha • Sơ ñ kh i mô ph ng: Hình 2.18. Sơ ñ kh i mô ph ng h th ng ñi u khi n vô hư ng ĐCKĐB ba pha
13 • K t qu mô ph ng: V i giá tr t c ñ ñ t ωrñ = ωñm = 152 (Rad/s) (hay n = 1450 vòng/phút): 200 150 Rotor Speed (Rad/s) Toc do dat 100 Toc do Rotor 50 0 -50 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 Time (s) Hình 2.22. T c ñ Rotor V i giá tr t c ñ ñ t ωrñ thay ñ i: ωrñ > ωñm : Ch n ωrñ = 162 (Rad/s) 180 160 140 Amplitude (Rad/s) n-dat n-dm 120 n-162 100 80 60 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 Time (s) Hình 2.24. T c ñ Rotor
14 400 350 Udm Us Amplitude (V) 300 250 200 150 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 Time (s) Hình 2.25. Giá tr ñi n áp Us - Nh n xét: T k t qu mô ph ng, ta th y Us = Uñm = 380. ωrñ < ωñm : Ch n ωrñ = 142 (Rad/s) 160 140 n-dat Rotor Speed (Rad/s) 120 ndm-152 n-142 100 80 60 40 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 Time (s) Hình 2.26. T c ñ Rotor
15 400 300 U = 361 s f = 47.5 s Amplitude 200 100 0 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 Time (s) Hình 2.27. Giá tr ñi n áp Us và t n s fs - Nh n xét: T k t qu mô ph ng, ta có t s Us/fs = const Us 361 380 U = = = 7 . 6 = ñm = const fs 47 . 5 50 f ñm V i giá tr t c ñ ñ t ωrñ gi nguyên, thay ñ i moment t i Mc: Ch n ωrñ = 152 (Rad/s), MC =10N.m 180 160 140 Rotor Speed (Rad/s) 120 100 80 60 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 Time (s) Hình 2.28. T c ñ Rotor (MC =10N.m)
16 K t lu n: Như v y ta ñã th c hi n ñư c nhi m v ñ ra là ñi u khi n ñi n áp - t n s không ñ i, t c ñ ñ ng cơ ñư c ñi u khi n bám theo t c ñ ñ t r t t t. Tuy nhiên các k t qu trên ch tính toán cho m t ch ñ làm vi c c th . Trong th c t , trong quá trình làm vi c, các tham s c a ñ ng cơ s thay ñ i như ñi n tr Rotor Rr ho c moment quán tính J s nh hư ng ñ n ch t lư ng ñi u khi n. Ví d ta mô ph ng h th ng v i ωrñ = ωñm và các thông s J thay ñ i. 200 150 Rotor Speed (Rad/s) Toc do dat 100 Toc do Rotor 50 0 -50 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 Time (s) Hình 2.29. T c ñ Rotor (J =0.004) - Nh n xét: Ta thu ñư c k t qu không t t như mong mu n. Như v y khi moment quán tính J thay ñ i thì các thông s c a h th ng cũng thay ñ i d n ñ n ñáp ng ñ u ra thay ñ i. Nên ta ph i dùng m t b ñi u khi n có th ch nh ñ nh l i các thông s h th ng ng v i s thay ñ i c a moment quán tính J. B ñi u khi n có th ñáp ng yêu c u ñ ra là b ñi u khi n m .
17 CHƯƠNG 3: NG D NG B ĐI U KHI N M TRONG H TH NG ĐI U KHI N VÔ HƯ NG Đ NG CƠ KHÔNG Đ NG B BA PHA ROTOR L NG SÓC 3.1. CÁC KHÁI NI M CƠ B N 3.1.1. Đ nh nghĩa t p m 3.1.2. Các thu t ng trong logic m 3.1.3. Bi n ngôn ng 3.1.4. Các phép toán trên t p m 3.1.5. Lu t h p thành 3.1.5.1. M nh ñ h p thành 3.1.5.2. Lu t h p thành m 3.1.6. Gi i m 3.1.6.1. Phương pháp c c ñ i 3.1.6.1. Phương pháp tr ng tâm 3.1.7. Mô hình m Tagaki-Sugeno 3.2. GI I THI U V B ĐI U KHI N M 3.2.1. C u trúc m t b ñi u khi n m 3.2.2. Nguyên lý ñi u khi n m 3.2.3. Thi t k b ñi u khi n m
18 3.3. H TH NG ĐI U KHI N VÔ HƯ NG ĐCKĐB BA PHA ROTOR L NG SÓC DÙNG B ĐI U KHI N M 3.3.1. Đ t v n ñ Trong h th ng truy n ñ ng ĐCKĐB ba pha, ch t lư ng ñi u khi n c a h th ng b nh hư ng b i s thay ñ i bi n tham s ñ ng cơ như moment quán tính J trong quá trình ñ ng cơ làm vi c, d n ñ n ñáp ng ñ u ra thay ñ i mà mà b ñi u khi n PI ch ñư c tính toán cho m t ch ñ làm vi c c th c a h th ng, do v y trong quá trình v n hành luôn ph i ch nh ñ nh các h s này cho phù h p v i th c t ñ phát huy t t hi u qu c a b ñi u khi n. D a theo nguyên lý ch nh ñ nh ñó, ta thi t k b ñi u khi n m vòng ngoài ñ ch nh ñ nh tham s b PI vòng trong ng v i s thay ñ i c a moment quán tính J ñ thu ñư c k t qu mong mu n. 3.3.2. Cơ s thi t k b ñi u khi n m B ch nh ñ nh m d HsKP dt Thi t b B ñi u u Đ i tư ng y ch nh ñ nh HsKI khi n PI ñi u khi n x e Hình 3.8. Sơ ñ kh i h ñi u khi n m
19 Cơ s ñ thi t k b ñi u khi n m là d a vào vi c phân tích sai l ch e(t) và ñ o hàm c a sai l ch de/dt, các tham s KP, KI c a b ñi u khi n PI s ñư c t ñ ng ch nh ñ nh theo phương pháp ch nh ñ nh m . Như v y b ch nh ñ nh m s có hai ñ u vào là e(t), ñ o hàm c a sai l ch de/dt và hai ñ u ra là HsKP, và HsKI, do ñó có th xem nó g m hai b ch nh ñ nh m , m i b g m có hai ñ u vào và m t ñ u ra. 3.3.3. Thi t k b ñi u khi n m • Áp d ng mô hình m Mamdani • Xác ñ nh các ñ u vào ra: + M i b có 2 ñ u vào g m: Sai l ch e, ñ o hàm sai l ch de/dt. + M i b có 1 ñ u ra: Đ u ra b 1 là h s ch nh ñ nh c a KP. Đ u ra b 2 là h s ch nh ñ nh c a KI. • Xác ñ nh bi n ngôn ng : Nguyên lý chung là s lư ng các giá tr ngôn ng cho m i bi n nên n m trong kho ng t 3 ñ n 10 giá tr . N u s lư ng ít hơn 3 thì quá thô và ít có ý nghĩa vì không th c hi n ñư c vi c l y vi phân. N u l n hơn 10 thì quá m n con ngư i khó có kh năng c m nh n quá chi ly, bao quát h t các trư ng h p x y ra và nh hư ng ñ n b nh , t c ñ tính toán. V i yêu c u c a ñi u khi n n ñ nh t c ñ h truy n ñ ng T-Đ, ch n s lư ng t p m cho m i bi n ñ u vào b ng 7 và bi n ñ u ra b ng 4 là v a ph i.
20 + Sai l ch: e = {âm l n, âm v a, âm nh , b ng không, dương nh , dương v a, dương l n} e = {NB, NM, NS, ZE, PS, PM, PB} + Đ o hàm: de/dt = {âm l n, âm v a, âm nh , b ng không, dương nh , dương v a, dương l n} de/dt = {NB, NM, NS, ZE, PS, PM, PB} + H s ch nh ñ nh: HsKP, HsKI = {zero, nh , l n, r t l n} HsKP, HsKI = {Z, S, L, U} Hình 3.9. Bi n ngôn ng c a e Hình 3.10. Bi n ngôn ng c a de