Nghiên cứu các phương pháp tiết kiệm điện năng trong hệ truyền động động cơ kđb 3 pha

vi
C
TRANG


 i
 ii
 iii
 iv,v
 vi
 ix,x,xi,xii,xii
Danh sách các hình xiv,xv,xvi,xvii
 xviii
 1
1.1  1
1.2 L 1
1.3  2
1.4  2
1.5  2
1.6  3
1.7  3
1.8  3
 5
2.1 T  5
2.2     
 10
:  KHÔNG  12
3.1 
 12
3.2 
 13

3.3 Ph n 16
vii
 lý t 17
3.3.2   19
3.4 Các phng trình  Park 23
3.4.1Các ph 23
3.4.2 Các phng trình c 23
3.4.3 Các ph 24
 -Simulink 24
 -) 24
3.5.2 Mô  
  28
 
 30
 31
 :          
L  32
4.1   32
  32
 35
4.2 Các ph 41
4.2.1 Ph
(FOC). 41
4.2.1.1. Các ph 42
 44
4.2.1.3. và moment 44
 ng pháp FOC: 45
 ng
mization algorithms LMA + FOC) 46
4.2.2.1 Phân tích : 47

viii
 ng pháp LMA+ FOC 52
  52
4.3.1 C 52
4.3.2   57
: U 60
5.1 Phng pháp 
60
u công  không  63
5.2.1 G 65
 74
5.2.3 G 83
 :  93
6.1  96
6.2  98
6.3  100
6.4 m 102
6.5  103
:  104
7 104
7.2 H 104
 105

ix


 Gi

KĐB 
IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) 
FOC (Field Orientated Control) u khing t thông rotor
Loss minimization algorithms_LMA .  tu.
n 
f 
f
αs

f
βs

f
ds

f
qs

p 

, , 

. 
d-q 

R
s

R
r

R
d

R
q

i
s

i
ds

i
qs

i
r
tor
i
dr

i
qr


w
a



m


x
r


s


dm


dr


qr


r



r




ds


qs


s



s



j 
L
s

L


L


L
r

L

αr
m rotor 
L
βr

L
m

u
s

u
ds

u
qs

u
αs

u
βs

u
r

u
dr

u

qr

xi
u
αs

u
βs

P 
T
e

R
Fe

i
Fe
.
T
s

T
r



db



s


P
cu,s
to
R
so


R
ro



P
fe

P
e

P
h

 
K
h

K
e



P
core,s
t
P
core,r

P
core

s


m
s

m
r
tor


ió
xii
η 
P
loss,rect




-link voltage)

-link choke
-link chokes



, , 
, , 
,

,



E(sw,on,T) ; E(sw,off,T) 

;

;

A(sw,D) ; B(sw,D) 
P(sw,on,T); P(sw,off,T) 
P(sw,D) 
fsw 
E(con,n) 

Dn 
ch




R’
r

L’
s


xiii
L’
m
i
P
cu,s

P
cu,r
tor
P
total

I
mr-opt

K


xiv
DANH SÁCH CÁC HÌNH

HÌNH TRANG

Hình1: Phân bố lượng điện năng tiêu thụ cho các thiết bị năm 2003 tại Mỹ
iv
Hình 2.1 : Giản đồ tổn hao năng lượng trong động cơ KĐB . 5
Hình 2.2: Phân bố nguồn năng lượng sử dụng trong động cơ KĐB với các dạng
Công suất và phụ tải khác nhau . 6
Hình 2.3: . Phân bố nguồn năng lượng tổn hao trong động cơ KĐB với các dạng
Công suất và phụ tải khác nhau 6
Hình 2.4: Cấu tạo cơ bản của một hệ truyền động sử dụng động cơ KĐB 7
Hình 2.5: Hệ thống bơm không sử bộ điều khiển cơ, tốc độ động cơ không đổi,
không có áp suất 8
Hình 2.6: Hệ thống bơm không sử bộ điều khiển cơ, tốc độ động cơ không đổi, có
áp suất 8
Hình 2.7: Hệ thống bơm có điều khiển tốc độ, không có áp suất 9
Hình2.8: Hệ thống bơm có điều khiển tốc độ, có áp suất 9
Hình 2.9: Sự liên hệ về phân bố công suất giữa các thiết bị trong hệ thống bơm
trong hình 1.5 đến 1.8 và hiệu suất của bơm và động cơ. 10
Hình 3.1: Động cơ KĐB ba pha . 12
Hình 3.2: Tiết diện mặt cắt ngang bố trí dây quấn đối xứng của động cơ. 13
Hình 3.3: Sơ đồ thay thế tương đương động cơ không đồng bộ lý tưởng. 17
Hình 3.4: Sơ đồ tương đương động cơ có xem xét tổn hao sắt từ và bão hòa từ 20
Hình 3.5: Sơ đồ mô phỏng dạng phương trình động cơ KĐB ba pha lý tưởng. . 27
Hình 3.6: Sơ đồ mô phỏng dạng khối động cơ KĐB ba pha lý tưởng. 27
Hình 3.7: Sơ đồ mô phỏng động cơ KĐB ba pha có xem xét ảnh hưởng tổn hao sắt
từ và bão hòa từ. 30
Hình 4.1: Sơ đồ thay thế của động cơ không đồng bộ ba pha 32
Hình 4.2: Mô hình bộ Converter 35
xv

Hình 4.3: Đặc tuyến làm việc của diodes và IGBT 38
Hình 4.4: : Tổn hao do đóng ngắt của diodes và IGBT . 39
Hình 4.5: Tổn hao tổng trong bộ Inverter dựa trên qúa trình đóng ngắt 40
Hình 4.6: Sơ đồ điều khiển trực tiếp từ thông rotor 43
Hình 4.7: Sơ đồ điều khiển gián tiếp từ thông rotor 44
Hình 4.8: Sơ đồ khối cơ bản của phương pháp FOC 46
Hình 4.9: Giản đồ vector mạch tương động cơ 47
Hình 4.10: Sơ vector không gian và góc từ trường rotor . 47
Hình 4.11:Mạch tương đương của động cơ bao gồm tổn hao trên điện trở sắt từ 48
Hình 4.12: Mạch tương đương ổn định tỉnh của động cơ: (a) trục d, (b) trục q 49
Hình 4.13 : Mô hình điều khiển tối ưu động cơ KĐB bằng giải thuật LMA+FOC.52
Hình 4.14: Dòng điện stator theo thành phần isd 54
Hình 4.15: Tổn hao đồng theo thành phần isd 54
Hình 4.16: Tổn hao đồng và lõi sắt theo thành phần isd 54
Hình 4.17: Tổng tổn hao theo thành phần isd 54
Hình 4.18: Hiệu suất của động cơ theo thành phần isd khi tải thay đổi 55
Hình 4.19: Tổng tổn hao của động cơ theo thành phần isd khi tốc độ thay đổi
(M=0.5Mdm) 56
Hình 4.20: Hiệu suất của động cơ theo thành phần isd khi tốc độ thay đổi
(M=0.5Mdm). 56
Hình 4.21: Điều khiển theo phương pháp FOC, V/f khi tải thay đổi, tốc độ là định
mức. 58
Hình 4.22:. Điều khiển theo phương pháp FOC, V/f khi tải không đổi và tốc độ thay
đổi 59
Hình 5.1: Phép chuyển trục abc-αβ-dq. 60
Hình 5.2: Sơ đồ điều khiển gián tiếp từ thông rotor. 62
Hình 5.3: Lưu đồ Giải thuật 1. 67
Hình 5.4: Mô hình điều khiển theo giải thuật1. 69
Hình 5.5: Động cơ không tải, tốc độ thay đổi. 70
xvi

Hình 5.6: Khi động cơ mang tải bằng ½ định mức tốc độ thay đổi. 70
Hình 5.7: Khi động cơ mang tải định mức, tốc độ thay đổi 70
Hình 5.8: Tải thay đổi (0-1)Mdm, tốc độ 500v/p. 71
Hình 5.9: Tải thay đổi (0-1)Mdm, tốc độ 1000v/p. 72
Hình 5.10: Tải thay đổi (0-1)Mdm, tốc độ 1395v/p. 73
Hình 5.11: Mạch tương đương của động cơ bao gồm tổn hao trên điện trở sắt từ74
Hình 5.12: Sơ đồ tương đương động cơ theo trục-d và trục q 75
Hình 5.13: Lưu đồ Giải thuật 2 77
Hình 5.14: Mô hình điều khiển theo giải thuật 2 78
Hình 5.15: Động cơ không tải, tốc độ thay đổi 78
Hình 5.16: Khi động cơ mang tải bằng ½ định mức, tốc độ thay đổi. 79
Hình 5.17: Khi động cơ mang tải định mức, tốc độ thay đổi. 79
Hình 5.18: Tải thay đổi (0-1)Mdm, tốc độ500v/p 80
Hình 5.19: Tải thay đổi (0-1)Mdm, tốc độ 1000v/p. 81
Hình 5.20: Tải thay đổi (0-1)Mdm, tốc độ 1395v/p 82
Hình 5.21: Lưu đồ Giải thuật 3 86
Hình 5.22: Mô hình điều khiển theo giải thuật 3 87
Hình 5.23: Động cơ không tải, tốc độ thay đổi 88
Hình 5.24 : Khi động cơ mang tải bằng ½ định mức, tốc độ thay đổi 88
Hình 5.25 : Khi động cơ mang tải định mức, tốc độ thay đổi 88
Hình 5.26 : Tải thay đổi (0-1)Mdm, tốc độ 500v/p 89
Hình 5.27 : Tải thay đổi (0-1)Mdm, tốc độ 1000v/p 90
Hình 5.28 : Tải thay đổi (0-1)Mdm, tốc độ 1395v/p 91
Hình 6.1 : Tổn hao công suất và hiệu suất của các giải thuật khi tải thay đổi và tốc
độ là 500v/p 93
Hình 6.2 : Tổn hao công suất và hiệu suất của các giải thuật khi tải thay đổi và tốc
độ là 500v/p 94
Hình 6.3: Tổn hao công suất và hiệu suất của các giải thuật khi tải thay đổi và tốc
độ là 1395v/p 95
xvii

Hình 6.4 : Hiệu quả kinh tế tính theo công thức (6.1) 96
Hình 6.5: Hiệu quả kinh tế tính theo công thức (6.2) 96
Hình 6.6 :Hiệu quả kinh tế tính theo công thức (6.1) 97
Hình 6.7: Hiệu quả kinh tế tính theo công thức (6.2) 97
Hình 6.8 :Hiệu quả kinh tế tính theo công thức (6.1) 97
Hình 6.9 : Hiệu quả kinh tế tính theo công thức (6.2) 97
Hình 6.10 : Hiệu quả kinh tế tính theo công thức (6.1) 98
Hình 6.11 : Hiệu quả kinh tế tính theo công thức (6.2) 98
Hình 6.12 : Hiệu quả kinh tế tính theo công thức (6.1) 99
Hình 6.13 : Hiệu quả kinh tế tính theo công thức (6.2) 99
Hình 6.14 : Hiệu quả kinh tế tính theo công thức (6.1) 99
Hình 6.15 : Hiệu quả kinh tế tính theo công thức (6.2) 99
Hình 6.16 : Hiệu quả kinh tế tính theo công thức (6.1) 100
Hình 6.17 : Hiệu quả kinh tế tính theo công thức (6.2) 100
Hình 6.18 : Hiệu quả kinh tế tính theo công thức (6.1) 100
Hình 6.19 : Hiệu quả kinh tế tính theo công thức (6.2) 100
Hình 6.20 : Hiệu quả kinh tế tính theo công thức (6.1) 101
Hình 6.21: Hiệu quả kinh tế tính theo công thức (6.2) 101
Hình 6.22 : So sánh tổn hao công suất cho 3 mô hình điều khiển 102
Hình 6.23 : So sánh sự thay đổi tổn hao công suất khi tải thay đổi 102
xviii


 TRANG

Bảng 2.1: Kết quả về tiết kiệm năng lượng bằng phương pháp thay đổi tốc độ động
cơ khi thí nghiệm với các dạng tải khác nhau . 11
Bảng 4.1: Thông số của động cơ. 53
Bảng 5.1: Điểm làm việc tối ưu của động cơ khi tốc độ là 500v/p và tải thay

đổi 71
Bảng 5.2: Điểm làm việc tối ưu của động cơ khi tốc độ là 1000v/p và tải thay
đổi 72
Bảng 5.3 : Điểm làm việc tối ưu của động cơ khi tốc độ là 1395v/p và tải thay
đổi. 74
Bảng 5.4 : Điểm làm việc tối ưu của động cơ khi tốc độ là 500v/p và tải thay
đổi. 80
Bảng 5.5 : Điểm làm việc tối ưu của động cơ khi tốc độ là 1000v/p và tải thay
đổi. 81
Bảng 5.6 : Điểm làm việc tối ưu của động cơ khi tốc độ là 1395v/p và tải thay
đổi. 82
Bảng 5.7 : Điểm làm việc tối ưu của động cơ khi tốc độ là 500 v/p và tải thay
đổi 89
Bảng 5.8 : Điểm làm việc tối ưu của động cơ khi tốc độ là 1000 v/p và tải thay
đổi. 90
Bảng 5.9 : Điểm làm việc tối ưu của động cơ khi tốc độ là 1395v/p và tải thay
đổi 91






1


1.1 


             


-80%),
-



1.2 



 


 
-







 


2





1.3 
- 

 

-       

1.4 u





1.5 



- 


 
- 



-              


3



- 



này.

1.6 
- 
pha.
-  
.
- 
 trên matlab.
- 

1.7 

  



n            
            
           
 

1.8 
- 




4
FOC.
- 






5


2.1 
               

 
                 

chúng và tìm cách can th



 



cu1
),


Fe

cu2
)và 

frict
).

Hình 2.1: Giản đồ tổn hao năng lượng trong động cơ KĐB
        
ân
  



6

2.2 
                , xu


Hình 2.2: Phân bố nguồn năng lượng sử dụng trong động cơ KĐB với các
dạng Công suất và phụ tải khác nhau
             
(hình 2

.

Hình 2.3: Phân bố nguồn năng lượng tổn hao trong động cơ KĐB với các

dạng Công suất và phụ tải khác nhau




7
 

-
-
-
Hình 2


Hình 2.4: cấu tạo cơ bản của một hệ truyền động sử dụng động cơ KĐB.




-2







 
PC và SC.


8


Hình 2.5: Hệ thống bơm không sử bộ điều khiển cơ, tốc độ
động cơ không đổi, không có áp suất

Hình 2.6 Hệ thống bơm không sử bộ điều khiển cơ, tốc độ
động cơ không đổi, có áp suất

 


1
sang SC
2
.
Trong hình 2.7 và 2


1
sang PC
2





9

Hình 2.7 Hệ thống bơm có điều khiển tốc độ, không có áp suất



Hình 2.8 Hệ thống bơm có điều khiển tốc độ, có áp suất

Hình 2




i






10




Hình 2.9: Sự liên hệ về phân bố công suất giữa các thiết bị trong hệ thống
bơm trong hình 2.5 đến 2.8 và hiệu suất của bơm và động cơ
2.5. Tốc độ bơm cố định, không có áp suất trong đường ống
2.6. Tốc độ bơm cố định, có áp suất trong đường ống
2.7. Tốc độ bơm thay đổi, không có áp suất trong đường ống
2.8. Tốc độ bơm thay đổi, có áp suất trong đường ống

2


 





11

  .

Bảng 2.1 Kết quả về tiết kiệm năng lượng bằng phương pháp thay đổi tốc độ
động cơ khi thí nghiệm với các dạng tải khác nhau






Ly tâm






Máy nén khí

Tur-bin, pit-tông


Tur-bin, pit-tông


2







             ng các

             
.


12





3:

(do nhà bác học Micheal Faraday tìm ra) và
(do nhà bác học Bio-Savar tìm ra)


ngày nay.

Hình 3.1: Động cơ KĐB ba pha

             



Pfn 60
 stator