Nghiên cứu giải pháp nâng cao chất lượng quá trình khởi động và làm việc của động cơ đồng bộ công suất lớn

VIỆN NGHIÊN CỨU ĐIỆN TỬ, TIN HỌC, TỰ ĐỘNG HÓA

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG
QUÁ TRÌNH KHỞI ĐỘNG VÀ LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ
ĐỒNG BỘ CÔNG SUẤT LỚN

– 2022


VIỆN NGHIÊN CỨU ĐIỆN TỬ, TIN HỌC, TỰ ĐỘNG HÓA

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG
QUÁ TRÌNH KHỞI ĐỘNG VÀ LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ
ĐỒNG BỘ CÔNG SUẤT LỚN

1 PGS TS
2 PGS TS

- 2022

I


i

ii


Danh mục c c

u c ữ viết tắ

ếng n

vi
D
ụcnc c ị
ồ

n

viii

D
ụcnc ng u
c
xiii
nu
1
ươn
ng u n u khi n kích từ ộng cơ ồng bộ
gI
công suất lớn
8
1 1 T ng quan
8
1nh2 gi m t số nghiên c u c
12
trong và ngoài n
121 c
M t số 12

nghiên
cu
ngoài n
1 2 2 M t số c
18
nghiên c u/
ng dụng
trong n
1nh3 gi chung
21
Kết lu n h ơng 1
22
ươn
ơ tốn
g IIhọc
ộ
n
g
v
à
là
m
vi

n g c c ơng số ư ng ến chế ộ kh
n
i
c củ

ộng cơ ồng

lớn

bộ công suất 23
2ph1 ơng
C đ ng ơ đồng b
trình to 23
n

số
đ ng

ảnh h ởng đến chế đ khởi đ ng
33

ản
ơ

2 4 2 Các thông số ảnh h ởng đến chế

h33

đ làm vi c

h

37

ở

2 4 2 1 Đặt vấn đề

2ph1 ơng
1 C đ cố định stator
trình
23
212 C
trong h t
đ cố quay rotor
ph ơng
25
trình

n

37

trong h t

ch

g

i

đế
n

2 2 Sơ đồ m h đi n

ế

thay thế và đồ thị vé tơ

đ

27

k
h

2 2 1 Sơ đồ m h đi
n thay thế
27

ởi
đ

2 2 2 ồ thị vé tơ

n

28

g

2đ 3ng ơ đồng b c c lồi

và

M
30

là

ô

m

me

vi

n

c

đi

c

n
từ

2

c

4

2 3 1 Biểu th c xá
định mô men
30

1
C
á
c

2 3 2 Giá trị mô
men khi khởi đ ng

t
h
ô
n
g

không đồng b
31
2 3 3 Giá trị mô
men khi làm vi c

s
ố

32
2 4 Các

thông

2 4 2 2 Mối quan hệ giữa nguồn kích từ, góc tải và hệ số cơng suất đối với
cơng suất của động cơ

37

2 4 2 3 Sự ảnh hưởng của tải đối với dịng điện phần ứng, góc tải và hệ số
công suất của động cơ

38

2 4 2 4 Sự ảnh hưởng của nguồn kích từ đối với chế độ làm việc của động cơ
39
2 4 2 5 Sự ảnh hưởng của điện áp nguồn đối với chế độ làm việc của động cơ
40
2 4 2 6 Kết luận về vai trị của việc điều khiển hệ số cơng suất cosϕ trong hệ
thống điều khiển kích từ động cơ đồng bộ công suất lớn

42

Kết lu n h ơng 2

42

ương III G i pháp nâng cao chấ lượng quá trình kh

ộng và làm vi c của

ộng cơ ồng bộ công suất lớn

3 1 Giải pháp nâng cao chất l

44
ng bắt” đồng b khi khởi đ ng

44

3 1 1 Xây d ng giải pháp

44

3 1 2 Th c hi n giải pháp

45

3 1 2 1 Thực hiện giải pháp “bắt” đồng bộ bằng mạch điện tử

45

3 1 2 2 Thực hiện giải pháp “bắt” đồng bộ bằng logic mờ

55

3 2 Giải pháp nâng cao chất l

ng h điều khiển kích từ ở chế đ làm vi c

3 2 1 Cấu trúc h thống điều khiển kích từ đ ng ơ đồng b

66

66

3 2 2 Ứng dụng thu t toán tối u bầy đàn (P rti le Sw rm Optimiz tion PSO) để
thiết kế b điều khiển cho h thống kích từ

67

3 2 2 1 Giới thiệu thuật toán tối ưu bầy đàn PSO

67

3 2 2 2 Ứng dụng thuật toán tối ưu PSO để thiết kế bộ điều khiển PID cho hệ
thống kích từ

70

3 2 2 3 Ứng dụng thuật tốn tối ưu PSO để thiết kế bộ điều khiển lai PID và
FLC – Sugeno cho hệ thống điều khiển kích từ
3 2 3 Kết quả mô ph ng điều khiển kích từ ở chế đ làm vi c
Kết lu n h ơng 3

73
76
80

iv


ương IV

ơ

n

ực nghi

u khi n kích từ ộng cơ ồng bộ cơng suất
500kW
81
4 1 Gi i thi u mơ hình th c nghi m
81
4 1 1 T ng quan về mơ hình th c nghi m
81
4năng trong mơ hình th c nghi m
82
1

2

C
á
c

k
h
ố
i
c
h
4 1 3 Nguyên lý làm vi c c a mơ hình th

c nghi m
84
4 1 4 Các bảo v chính c a h thống kích
từ trong mơ hình th c nghi m

84

4 1 5 Hình ảnh mơ hình th c nghi m
85
4 2 Kết quả th c nghi m
87
4 2 1 Kết quả th c nghi m quá trình khởi
đ ng và bắt” đồng b
87
4 2 2 Kết quả th c nghi m điều khiển
cosϕ ở chế đ làm vi c
93


Kết lu n h ơng 4

trong mơ hình

94

th c nghi m

Kết luận luận
án
96

133

D
ụcnc n ọc c l n u n ến
c
củ g luận n
côn
98
g
Tài li u tham
kh o
99
Các phụ lục
108
Phụ lụ 1: Ch
ơng trình l p
trình ho Vi
điều khiển
PIC bằng
ngơn ngữ C
cho
Mo ul bắt” đồng
b
108
Phụ
h ơng
lụ trình
2: l p trình MC
File tr n M tl b để th c

hi n thu t tốn tối
uh PSO
ơng vànăng ho mơ ph
trình t o ng
hàm ch 115
Phụ
sơ đồlụnguyên
3:
lý, hình
C
ảnh Board m h đi n t và
các các bảng thông
số kỹ thu t c a m
t số modul trong
mơ hình th c
nghi m
121
Phụ lục 4:
Các bản vẽ
đấu nối đi n

v


DANH M C CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT TIẾNG VIỆT
VÀ TIẾNG ANH
u

guy n

n ếng n

g

ếng

CB

ng ơ đồng b

CKB

ng ơ khơng đồng b

CL

Chỉnh l u

KT

Kí h từ

BA KT

Biến p kí h từ

BB

Bắt đồng b

DT

D p từ

PSO

Particle Swarm Optimization

Tối u h

IAE

Integral Absolute Error

Gi trị tuy t đối

N

North

C

bắ

S

South

C

nm

SCR

Semiconductor Controlled
Rectifier

Chỉnh l u b n
đ

FB

Feedback

Phản hồi

REF

Reference

Tham hiếu

SM

Synchronous Machine

M y đi n đồng b

PWM

Pulse-width modulation

A/D

Analog to Digital

Chuyển đ i t ơng t s ng số

D/A

Digital to Analog

Chuyển đ i số s ng t ơng t

V/f

Voltage/frequency

Tỉ số đi n p/ tần số

PMSM

Permanent Magnet Synchronous
Motor

Pu

bầy đàn
silh

n điều khiển

iều hế đ r ng xung

Per unit

ng ơ đồng b kí h thí h n m
hâm vĩnh

u

ơn vị t ơng đối
vi


SI

International system of units

H đo l

ng quố tế
PF
Power
factor

H số ông suất

AC/DC
AC to DC Bhuyển đ i

converter
nguồn xo y
hiều

s
MISO
Multi Input Nhiều đầu vào
and Single m t đầu r
NEG
Output
Âm
POS
Negative
D ơng
Positive
HMI
Human
Machine
Interface

Màn
i và m
hình gi y
o tiếp
ng

SCAD
Supervisory iều khiển gi m
Acontrol and s t và thu th p
data

ữ li u
acquisition
HSC
High speed

xun o

counter

g tố
đ

PID
Proportiona
l Integral
Derivative
PLC
Programabl
SCH
e Logic
Controller
PCB
Schematic
DC
Printed
AC
Circuit
Board
FLC
Direct

Current
Alternating
Current
Fuzzy
Logic
Controller

v


khiển l p
B điều
khiển tỉ l trình đ
tí h phân
Sơ đồ
đo
nguy n lý
hàm
B điều

i n m t hiều
i n xo y
hiều

B điều khiển
Bảng m h logi m
in


DANH M

Số hi u hình
v
Hình 1 1

Á

Ồ THỊ VÀ HÌNH VẼ
Tên hình v

Các thành phần cấu tạo của Động cơ đồng bộ cơng suất
lớn

Trang
8

Hình 1 2

Stator của động cơ đồng bộ

9

Hình 1 3

Rotor cực lồi

9

Hình 1 4

Rotor cực ẩn

9

Hình 1 5

Hệ thống chổi than, vành trượt

10

Hình 1 6

Các thanh lồng sóc của động cơ đồng bộ

10

Hình 1 7

Phương pháp “bắt” đồng bộ bằng cách đo tốc độ hoặc tần
số rotor
Sơ đồ cấu trúc khởi động động cơ đồng bộ công suất lớn

12

Hình 1 8

của [21]

13
13

Hình 1 11

Sơ đồ cấu trúc và đặc tính tần số khi khởi động động cơ
đồng bộ công suất lớn của [51]
Sơ đồ cấu trúc điều khiển kích từ và ổn định hệ số Cosϕ
[12]
Cấu trúc điều khiển và kết quả mơ phỏng [8]

Hình 1 12

Cấu trúc điều khiển và kết quả mơ phỏng [43]

15

Hình 1 9
Hình 1 10

Hình 1 13

Hình 1 13a Cấu trúc điều khiển động cơ đồng bộ [13]
Hình 1 13b Kết quả mơ phỏng [13]

14
15

16

Hình 1 14

Sơ đồ khối điều khiển kích từ của [14]

17

Hình 1 15

Cấu trúc điều khiển mờ hệ kích từ động cơ đồng bộ [44]

17

Hình 1 16

Kết quả mơ phỏng điều khiển mờ hệ kích từ động cơ đồng
bộ [44]

17

Hình 1 17a Sơ đồ mơ phỏng sử dụng bộ điều khiển mờ
Hình 1 17

[45]
Hình 1 17b Đáp ứng về dịng điện và tốc độ [45]

18

Hình 1 17c Đáp ứng hệ số cơng suất cosϕ [45]
Hình 1 18
Hình 1 19

Sơ đồ nguyên lý chỉnh lưu có điều khiển cấp nguồn DC
cho rotor động cơ đồng bộ đến 3000kW [73]

Sơ đồ chức năng khối điều khiển pha xung [73]

viii

19
19


Hình 1 20
Hình 2 1
Hình 2 2
Hình 2 3
Hình 2 4
Hình 2 5
Hình 2 6

Sơ đồ dây quấn động cơ đồng bộ cực lồi trong hệ tọa độ
stator [26]
Hai trục của động cơ đồng bộ cực lồi trong hệ tọa độ tựa
vào rotor [26]
Sơ đồ thay thế trục dọc của động cơ đồng bộ imd = id + iD
+ if [26]
Sơ đồ thay thế trục ngang của động cơ đồng bộ imq = iq +
iQ [26]
Đồ thị véc tơ đầy đủ của động cơ đồng bộ [26]
Đồ thị véc tơ động cơ đồng bộ ở chế độ xác lập khi bỏ qua
điện trở dây quấn stator [26]

20
23

25
28
28
28
30

Đặc tính mơ men – góc tải của động cơ đồng bộ cực lồi
[26]
Sự biến đổi về dòng điện và từ trường rotor khi động cơ
gần đạt tốc độ đồng bộ [14]

33

Hình 2 9

Sự dịch chuyển của góc rotor [14]

34

Hình 2 10

Thời điểm tối ưu cấp nguồn kích từ DC để “bắt” đồng bộ
trong chế độ khởi động [14]
Mối quan hệ giữa mô men và tốc độ khi khởi động [14]: a)
Khởi động với mơ men lớn; b) Khởi động với mơ men
trung bình; c) Ảnh hưởng của điện trở dập từ tới độ lớn
của mơ men cực lồi

35

Họ đặc tính V khi tải thay đổi [7]

38

Hình 2 7
Hình 2 8

Hình 2 11

Hình 2 12
Hình 2 13
Hình 2 14
Hình 2 15
Hình 3 1

Đồ thị véc tơ của động cơ đồng bộ khi nguồn stator, nguồn
kích từ khơng đổi, tải thay đổi từ P1 → P2 (P2 > P1) [7]
Sự ảnh hưởng của nguồn kích từ đến hiệu suất làm việc
[7]
Sự phản ứng của hệ số công suất động cơ đối với sự thay
đổi của điện áp lưới [14]
Sơ đồ khối “bắt” đồng bộ với modul bắt đồng bộ được
thiết kế bằng mạch điện tử

34

36

39
40

41
45

Hình 3 2

Các thành phần của modul dập từ

46

Hình 3 3

Các tín hiệu vào/ra của modul bắt đồng bộ

46

Hình 3 4

Sơ đồ nguyên lý (SCH) của modul “bắt” đồng bộ

48

Hình 3 5

ix

Sơ đồ khối hệ thống điều khiển kích từ của [75]

Sơ đồ nguyên lý và giản đồ tạo xung trên đầu ra CT2 và
CT1 để gián tiếp xác định thời điểm từ trường cảm ứng đạt

49


cực đại: a) Sơ đồ nguyên lý; b) Giản đồ tạo xung điện áp
ra trên CT2 và CT1
Hình 3 6a

Lưu đồ chương trình chính

50

Hình 3 6b

Lưu đồ chương trình con xác định điểm “bắt” đồng bộ

51

Hình 3 6c

Lưu đồ chương trình con dừng máy và chương trình cịn
xử lý lỗi mạch dập từ (Khi Thyristor T7 không mở)
Sơ đồ mạch in (PCB) và hình ảnh 3D của modul “bắt”
đồng bộ
Mơ phỏng các tín hiệu vào/ra của modul bắt đồng bộ khi
bắt đầu có lệnh khởi động từ bộ điều khiển trung tâm (Bộ
PLC)

52

Hình 3 7

Hình 3 8

Hình 3 9
Hình 3 10
Hình 3 11

xác định thời điểm từ trường cảm ứng rotor đạt cực đại
Kết quả mô phỏng khi đã đủ các điều kiện để “bắt” đồng
bộ
Sơ đồ cấu trúc sử dụng logic mờ “bắt” đồng bộ khi khởi
động động cơ đồng bộ

53

54
54
56

Hình 3 12

Tín hiệu vào/ra của điều khiển mờ bắt ĐB

56

Hình 3 13

Các hàm liên thuộc tốc độ rotor

56

Hình 3 14

Các hàm liên thuộc dịng điện If

56

Hình 3 15

Các hàm liên thuộc của đạo hàm dịng điện If

56

Hình 3 16

Hàm liên thuộc đầu ra

56

Hình 3 17

Sơ đồ mơ phỏng “bắt” đồng bộ chế độ khởi động động cơ
đồng bộ cực lồi cơng sất lớn trên Matlab Simulink

58

Hình 3 18

Khối máy điện đồng bộ trong Matlab Simulink

58

Hình 3 19

Các khối chức năng của mơ hình mơ phỏng máy điện đồng
bộ
Các khối chức năng bên trong khối biến đổi các tín hiệu
điện năng (Electrical model)

59

Hình 3 21

Khối “abc2dq”

60

Hình 3 22

Khối “dq2abc”

60

Hình 3 23

Khối “Current and mutual fluxes”

61

Hình 3 24

Khối “PQ”

61

Hình 3 25

Khối tính tốn chuyển đổi góc tải và biểu thức của nó

62

Hình 3 26

Khối tổng hợp tín hiệu cơ năng

62

Hình 3 27

Khởi động bằng phương pháp đo tốc độ và khơng dùng

63

Hình 3 20

x

Kết quả mơ phỏng khi tốc độ gần đạt đồng bộ, cho phép

52

60


Hình 3 28
Hình 3 29
Hình 3 30
Hình 3 31

logic mờ, thời điểm cấp kích từ là 85% tốc độ động bộ với
50% tải
Khởi động bằng phương pháp tốc độ và khơng dùng logic
mờ, thời điểm đóng kích từ là 93% tốc độ động bộ với
100% tải
Ứng dụng logic mờ để xác định thời điểm “bắt” đồng bộ,
với 50% tải
Ứng dụng logic mờ để xác định thời điểm “bắt” đồng bộ,
với 100% tải
Sơ đồ khối điều khiển kích từ cho động cơ đồng bộ

64
65
65
66

Đồ thị véc tơ dòng điện và điện áp phía stator: a) Đồ thị
Hình 3 32

véc tơ điện áp stator; b) Trường hợp dòng điện và điện áp

67

cùng pha; c) Dòng điện chậm sau điện áp; d) Dòng điện
vượt trước điện áp
Hình 3 33

Một điểm tối ưu bằng PSO

68

Hình 3 34

Lưu đồ thực hiện tối ưu theo PSO

69

Hình 3 35

Hình 3 36
Hình 3 37
Hình 3 38

Hình 3 39

Hình 3 40

Hình 3 41

Hình 3 42

Hình 3 43

xi

Sơ đồ thiết kế bộ điều khiển PID bằng thuật toán tối ưu
PSO
Sơ đồ mô phỏng trên Matlab – Simulink khi sử dụng bộ
điều khiển PID
Sơ đồ tối ưu bộ điều khiển FLC
Các hàm thuộc của FLC và vùng giá trị chạy tối ưu bằng
PSO

Sơ đồ mô phỏng trên Matlab – Simulink khi sử dụng bộ
điều khiển lai PID – FLC Sugeno
Đáp ứng cosϕ của động cơ và sự thay đổi của nguồn kích
từ khi giá trị cosϕđ = 0,85 → 0,95
Đáp ứng cosϕ của động cơ, khi tải tăng lên 30% (tại thời
điểm 2 5s) và giá trị cosϕđ = 0,95
Đặc tính hội tụ tham số tối ưu của bộ điều khiển PID
bằng thuật tốn PSO
Đặc tính hội tụ tham số tối ưu của bộ điều khiển lai PID FLC bằng thuật toán PSO

70

72
74
75

76

78

78

79

79


Hình 4 1

Hình ảnh của động cơ đồng bộ 500kW trong mơ hình thực
nghiệm

81

Hình 4 2

Chức năng các khối điều khiển hệ thống kích từ

82

Hình 4 3

Bản vẽ động lực của hệ thống kích từ động cơ đồng bộ

85

Hình 4 4

Hình ảnh mặt trước và mặt sau của tủ máy biến áp kích từ,

điện trở dập từ

86

Hình 4 5

Hình ảnh mặt trước tủ điều khiển kích từ

87

Hình 4 6

Mơ hình thực nghiệm

87

Hình 4 7

Dịng điện, điện áp stator, cosϕ của hệ thống khi bắt đầu

88

khởi động
Hình 4 8

Dịng điện, điện áp, cosϕ của hệ thống khi “bắt” đồng bộ

88

Hình 4 9

Kết thúc quá trình khởi động để vào chế độ làm việc

89

Hình 4 10

Đồ thị tốc độ của động cơ

89

Hình 4 11

Dạng sóng điện áp sau chỉnh lưu

90

Hình 4 12

Tần Số Rotor lúc“bắt” đồng bộ

90

Hình 4 13

Hình 4 14

xii

Đáp ứng thực nghiệm của hệ số công suất Cosϕ khi sử

dụng bộ điều khiển PI với phương pháp Ziegler-Nichols
kết hợp thử sai số
Đáp ứng thực nghiệm của hệ số công suất Cosϕ khi sử
dụng bộ điều khiển PID với thuật toán PSO tối ưu hóa
tham số bộ điều khiển

93

94


D

H

Số hi u b ng

ÁB

G BIỂU

Tên b ng

Trang

Bảng 3 1

Các tín hiệu vào/ra của modul bắt đồng bộ

46

Bảng 3 2

Số liệu mô phỏng cho động cơ đồng bộ cực lồi trong hệ pu

62

khi “bắt” đồng bộ
Bảng 3 3

Ký hiệu nhãn ngôn ngữ cho các tập mờ

73

Bảng 3 4

Hệ luật điều khiển của FLC-sugeno

74

Bảng 3 5

Số liệu mô phỏng cho động cơ đồng bộ cực lồi trong hệ SI

75

Bảng 4 1

So sánh các giải pháp “bắt” đồng bộ

89

xiii


Ph n

u
1lự c ọn
n c ng

nhà m y đi

g dụng

n,

ơ trong
đ
ồ
n
g
b
c
ơ
n
g
s
u
ất

l
n
c
h
y
ế
u
đ
cm y

o p…trong các nhà máy, xí

ánén

nghi p cơng nghi p

ckhí
tr
m
b
ơ
m
Theo các tài li u tham

k


- 7], có thể t ng h p ra m t số u và nh

c điểm c a

điều khiển nó ph c t p hơn nhiều so v i đ ng ơ

nó so v i đ ng ơ khơng đồng b có cùng

khơng đồng b cả trong gi i

cơng suất:

đo n khởi đ ng và khi làm
vi c

Ưu điểm:

ể rotor đ ng ơ đồng b
h cơng suất l n
ỗ
tr
vi
c
k
h
ởi
đ
n
g,
m
ặt
n
g

ồ
i
c

o o hơn khả năng ho t đ ng ở Cosϕ ≈ 1 điều này
Có
cho phép
hi
u
suấ
t
nâng cao h l i đi n nhà máy và
số cơng

c, tr ng

giảm kí h th

suất Cosϕ c
lng bản thân đ ng ơ, do có dịng đi n stator nh hơn
ođiều chỉnh dịng kích từ phía rotor đ ng ơ đồng b
có thể điều
B
ằ
n
g

đc chế t o thêm cu n khởi đ ng d ng lồng
sóc Khi bắt đầu khởi đ ng, dịng kích từ

v
i

khơn
đ vào cu n dây rotor, c mắc vào cu n

chỉn
c h số cơng suất o đ có thể làm vi c ở chế đ đ ng ơ
hCosϕ
đ

hoặc

chế đ máy bù công suất phản kháng khi cần bù
công suất phản kháng cho các
phụ tải gồm nhiều đ ng ơ không đồng b
o đ ng ơ đồng b là không đ i và vào o đ ng tải
Tố ít phụ thu
đ
qua
yc
trên trục c a rotor trong m t gi i h n ho phép

Nhược điểm:
o Vì rotor có cu n kích từ và các m h đi n li n qu n
nh m ch khởi đ ng, m ch
điều chỉnh kích từ, m ch d p từ , n n đ ng ơ
đồng b ln cần m t thiết bị

í

để
đi nd đ ng t cảm

tăng mô men khởi đ

pđồng
s th i hỗ tr vi ng ho đ ng
ơc đkhởi đ ng nh m t đ ng ơ khơng
ng
đồng
ơ b rotor lồng sóc [1] Dịng
đ
đi n khởi đ ng tăng m nh (5 ÷
7)Iđm gây sụt áp l n và t n thất đi
n năng Khi đ ng ơ
gần đ t tố c lo i ra và

nào đ

k

g đm t đi n trở d p từ đ dây này

ch
o đtừviđi kèm

đ vào

đ đồng

nguồn kích từ

b , đi n

đ

trở d p từ
đ
cu n dây rotor để
nó trở thành n m
hâm đi n, lúc này

từ
ngtrc
1


st tor bắt”


đ

c từ tr

ng c a rotor và cuốn đ ng ơ vào hế đ đồng b Ở gi i đo n này, nhi m
vụ c a b điều khiển kích từ là định đ c chính xác th i điểm để cấp nguồn
phải x
kích từ DC vào cu n dây c a rotor (Th i điểm này g i là bắt” đồng b hoặ
vào đồng

b ), giúp ho đ ng ơ khởi đ ng an toàn và tiết ki m đi n năng
+ vào đồng b đ c th c hi n s m lú này qu n tính ơ l n gây rung
Nế
u
vi
gi t các kết cấu ơ khí đồng đi n đ ng t cảm trong rotor v n có giá trị l n,
th i s
sẽ gây h i ho đ ng ơ Nguồn

vào rotor ũng phải có giá trị rất l n để t o

kích từ đ
t ng đ m nh (vi c này g i là

ng kích), gây t n thất đi n năng và s tăng

ừ

t
r
dịng trở l i ở phía stator
+ vào đ ng b th c hi n mu n, quá trình khởi đ ng kéo dài, gây h i
Nế
u
vi
cho cu n khởi đ ng, bởi lẽ cu n c chế t o để làm vi c ở chế đ ngắn h n,
ây này đ
đồng th i gây lãng phí đi n năng
Trong chế đ làm vi c, thiết bị kích từ phải điều chỉnh dịng kích từ
sao cho n

đị c h số công suất Cosϕ ở giá trị đặt, để n

c chế đ làm vi c c a

nh định đ
đ
đ ng ơ khi có s th y đ i c a tải o đ ng c đi n p l i giúp ho đ ng ơ
hoặ
làm n toàn và đem l i hi u suất làm vi c cao Do v y, đ ng ơ đồng b ln có
vi c
u cầu chi phí v

n hành


o hơn

ng ơ không

ng ng định th i điểm vào đồng b v n

so v i đ đồng b
v địnhnhững
Trong
th i
ấ điểm
năm
qu vào
n đồng b ở
đ chế đ

ề khởi
x
đmng
t số
đãnghiên c
u đề c p đến v i
các giải pháp đo
tố đ rotor [1],

đi đi

nằm trong m t giải giá x định đ c chính xác th i điểm phù h p, nên b

n n

trị mà h

cả sta

điều khiển v n phải th c hi ng kích v i giá trị l n từ 2 – 2 5 lần dịng kích từ

m tor

n vi c

ng [1

định m c khi vào đồng b , vi c này gây ra s rung gi t khi khởi đ ng và tiêu

ro 2],

tốn đi n

to [3

năng

r 3]

Trong chế đ làm vi c, vi c điều khiển h số công c th c hi n ở

[6 v i

suất Cosϕ đ

],

[2], [4],
[72
],
[73

phía kích từ nhằm n định chế đ ho đ ng ơ đã đ

ng đi n
5)Hz, hoặ
giảm còn
đo
khoảng (2

],

– 2 5)I

[76

các th i

]vi

điểm phù h

tố đ

p để vào

(95

đồng b

–

Các

98)

giải
c ph p này

%,

ơđiều
bản đã đ p

hoặ

ng
ki nđ

đo

vào

tần
số c
[20
],
[75
],
[76
]vi
tần
số
kho
ảng
(3-

đồn
gb,
tuy

nhiê
n
cịn
phụ
thu
c
nhiều
nể x vào
kinh
g nghi m
Các thơng số
đo
đ l

đề c p đến trong các

làm vi
nghiên c u [8], [12], [14], [18], [19], [23], [25], [43 – 45], [73], [74] H
thống điều
2


khiển kích từ ch yếu s dụng các b điều khiển PID hoặ điều khiển m v i ph ơng
pháp chỉnh định bằng kinh nghi m hoặc th c nghi m là ph biến
kế h

o đ kết quả thiết

th c s tối u
ề tài này tiếp tục nghiên c u, đề xuất thêm giải pháp nhằm nâng cao chất

l

ng điều khiển kích từ ho đ ng ơ đồng b cơng suất l n, cả ở chế đ khởi đ ng và

chế đ làm vi c, nhằm khai thác tối đ
nh

2

u điểm và h n chế đến m c tối thiểu những

điểm c a lo i đ ng ơ này

ục


c củ luận n
ề xuất thêm giải pháp x

vào cu n dây rotor c

định chính xác th i điểm để đ

đ ng khi khởi đ ng

nguồn kích từ DC

iều này giúp cho quá trình khởi đ ng

diễn r trơn tru tố đ tăng ần đều, giảm s rung đ ng về ơ khí và s tăng

ng trở

l i ở phía stator tăng tu i th c a đ ng ơ và tiết ki m đi n năng
 Ứng dụng thu t toán tối u để thiết kế b điều khiển nhằm t đ ng điều chỉnh
dịng kích từ n định giá trị Cosϕ theo l
và chế đ làm vi c c

ng đặt, từ đ gi n tiếp n định đ

c mô men

đ ng ơ khi có nhiễu phụ tải hoặc nhiễu đi n áp nguồn xảy ra

Kết quả nghiên c u đ

c th nghi m trên mơ hình th c nghi m v i đ ng ơ

đồng b công suất l n nhằm khẳng định tính th c tiễn

3 ố ượng


ối t

pạ

ng

ng nghiên c u:

n cứu
ng ơ đồng b c c lồi kích từ đi n có cơng suất l n

và b điều khiển kích từ cho nó
 Ph m vi nghiên c u: Nghiên c u nâng cao chất l
đ ng ơ đồng b công suất l n

4

ương p

p ng

ng khởi đ ng và điều khiển

tinh đến nhiễu phụ tải

n cứu

 Nghiên cứu lý thuyết: Nghiên c u các lý lu n ơ bản và hi n đ i về điều khiển
để có thể t ng h p đ
và vi x lý Xây d ng đ

c thu t to n điều khiển Nghiên c u các m ch kỹ thu t đi n t
c mơ hình mơ ph ng để đ nh gi tính đúng đắn về lý thuyết

c a thu t tốn
 Thực nghiệm: Xây d ng đ

c mơ hình th c nghi m h thống điều khiển kích

từ ho đ ng ơ đồng b công suất l n Cài đặt thu t toán và th nghi m để khẳng
định tính th c tiễn
3


n

ớ

ọc công ng
ề xuất giải pháp nâng

ng vào đồng b khi khởi o l ng

cao chất l

đ ng:

các

định th i điểm ng cảm ng trong rotor đ i và dòng

tham từ tr

đtc

số để x

đi n khởi đ ng

ho phép khi đ ng ơ gần đ t tố đ đồng b

stator giảm đến m Sau
đ xây d ng thu t toán định chính xác th i điểm điểm vào
phù h p để x

đồng b

Tiếp theo, s dụng các m h đi n t và vi điều khiển hoặc lý
thuyết logic m để th c
hi n giải pháp
 Ứng dụng thu t toán tối u bầy đàn đàn (P rti le Sw rm
Optimiz tion - PSO)
để

u khi n PID hoặc u khi n lai PID – FLC cho h thống

thiết bộ

kích

kế bộ
từ ở chế đ làm vi c nhằm điều khiển h số

ng đặt, từ đ

công suất Cosϕ theo l
gián tiếp c mô men và chế đ làm đ ng ơ khi nhiễu phụ tải

n định đ vi c c
hoặc nhiễu đi n áp nguồn xảy ra
Th nghi m giải pháp vào mơ hình th c nghi m h thống
kích từ ho đ ng ơ
đồng b công suất 500kW t i m t tr m bơm để khẳng định tính
th c tiễn

6ng k

ọc

ực n

 B sung thêm giải ph p ng khởi đ ng cho đ ng ơ đồng
để nâng cao chất l
b công suất l n đồng th i ng dụng tốt thu t toán tối u PSO vào
vi c thiết kế b
điều khiển cho h thống kích từ đ ng ơ đồng b cơng suất l n
Mơ hình th c nghi m


đc xây d ng nhằm ng

ng và
c công h

ng suất l n đồng th i nêu vai trò c a b điều khiển kích từ ở chế

dụng kết quả nghiên c u

V
tíni ơng
mụ đí
ấ h

đ khởi

vào th c tiễn

h ngh u

đ ng và làm vi c Cuối u sinh đã phân tí h, đánh giá và t ng

 Kết quả nghiên c u

m trên tr

h ơng nghi n

cung cấp th m ơ sở dữ

i lu n ú

m t số nghiên c u, ng dụng

c về lĩnh điều khiển kích cho

li u cần thiết để các

về n sẽ

trong và ngoài n

v

nhà sản xuất

kh đ

đ ng ơ đồng b công suất l n d

thiết ng t

o

a trên 2 vấn đề:

bị

h

ơng

kích

gồ

từ có

m

thể

cá

phát

cn

triển

i

sản

un

phẩm

g

m ng

hí

th ơng

nh

hi u

nh

Vi t

s

có

u:

chất l
đ

nh
đồng
ng gi

ơ

thành
th i h

n

thiết
bị
làm ch

g

đ

h
à
n
g
n
h
p
n
g
o
i

n u khi
ương
I: n
g kích từ
u ộng cơ
n ồng bộ
cơng
suất lớn
Ch ơng
này trình
bày t ng
quan về
cấu t o,
nguyên lý
làm vi c c

a đ ng ơ
đồ
ng
b
cô

hp

4