Bài giảng điều khiển máy điện nâng cao bài giảng 1 TS nguyễn quang nam

Bài giảng
Điều Khiển Máy Điện Nâng Cao
TS. Nguyễn Quang Nam
2013 – 2014, HK 2

/>

Bài giảng 1

1

Đánh giá môn học
Đánh giá 3 phần: thuyết trình (20%), tiểu luận (báo cáo,
20%), và thi (60%).
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
Tiểu luận: mỗi nhóm nộp báo cáo thuyết minh về kết
quả thực hiện tiểu luận của riêng mình
Thi: viết (90 phút)
Bài giảng 1

2


Tổng quan về truyền động điện hiện đại
Truyền động điện có thể được định nghĩa là hệ thống có
khả năng chuyển đổi hiệu quả điện năng sang cơ năng.

Bài giảng 1

3

Tổng quan về truyền động điện hiện đại (tt)
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.
Bộ điều khiển cũng có thể nối trực tiếp với bộ biến đổi.
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.
Cần có các giải thuật điều khiển phù hợp để thực hiện
quá trình chuyển đổi năng lượng trong hệ truyền động.
Bài giảng 1

4


Tổng quan về truyền động điện hiện đại (tt)
Phạm vi công suất thường từ vài mW đến hàng trăm MW,
cho thấy sự linh hoạt và khả năng ứng dụng rộng rãi.

Bài giảng 1

5

Xu hướng công nghệ truyền động
Truyền động điện hiện đại thường dùng một trong ba loại
máy điện: không đồng bộ, đồng bộ NCVC và từ trở chuyển
mạch.

Bài giảng 1

6


Xu hướng công nghệ truyền động (tt)
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.
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.
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.
Một thông số chất lượng quan trọng là mật độ công suất,
hay tỷ số giữa công suất ra và khối lượng (kW/kg).
Bài giảng 1

7

Xu hướng công nghệ truyền động (tt)
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.
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
số và mạch kích nhỏ gọn hơn.

Bài giảng 1

8


Xu hướng công nghệ truyền động (tt)

Bài giảng 1

9

Xu hướng công nghệ truyền động (tt)
Kỹ thuật điều khiển nhúng và truyền thông cũng được
phát triển.
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,
cũng như các công cụ hỗ trợ.
Bài giảng 1

10


Phương pháp luận thiết kế truyền động

Bài giảng 1

11

Bài giảng 1

12

Tổ chức thực nghiệm


Khái niệm ITF và IRTF
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).
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.
Khái niệm ITF thể hiện một máy biến áp 2 dây quấn
không có từ tản, tổn hao lõi thép hay dây quấn.
Bài giảng 1

13

Khái niệm ITF và IRTF (tt)
Khái niệm ITF

Bài giảng 1

14

Khái niệm ITF và IRTF (tt)
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.
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
hưởng đến quan hệ giữa các đại lượng stato và rôto.

Bài giảng 1

15

Khái niệm ITF và IRTF (tt)
Vectơ không gian từ thông móc vòng và dòng điện.

Bài giảng 1

16


Khái niệm ITF và IRTF (tt)
Phân bố không gian của từ thông móc vòng và dòng điện.

Bài giảng 1

17

Mô hình IRTF tổng quát

Bài giảng 1

18


Nguyên lý điều khiển mômen điện từ (tt)
Máy DC:

r

ψ m =ψ f
r xy
ia = jIe − jθ
Te = ψ f I

Bài giảng 1

19

Nguyên lý điều khiển mômen điện từ (tt)
Hệ truyền động DC không tải:

Bài giảng 1

20


Nguyên lý điều khiển mômen điện từ (tt)
Máy đồng bộ:

r xy
ψ m = Lmα is + Lmi f
r r xy r xy
Te = ψ m × is
r xy

Điều khiển tối ưu dẫn đến

Te = ψ f I
r
is = jIe jθ
Bài giảng 1

21

Nguyên lý điều khiển mômen điện từ (tt)
Hệ truyền động máy đồng bộ:

Bài giảng 1

22


Nguyên lý điều khiển mômen điện từ (tt)
Máy không đồng bộ:

r xy

r xy
dψ m

= Rr is
dtr
r xy r xy
xy
ψ m = Lm is − ir
r r r
Te = ψ m × is

(

)

Bài giảng 1

23

Nguyên lý điều khiển mômen điện từ (tt)
Máy không đồng bộ:

 Lm  dψ m
 
+ψ m = Lmid
 Rr  dt
Te = ψ miq
Bài giảng 1

24


Nguyên lý điều khiển mômen điện từ (tt)

Hệ truyền động máy không đồng bộ:

Bài giảng 1

25

Động học truyền động
Khảo sát tương tác cơ học giữa máy điện và tải.

Bài giảng 1

26


Động học truyền động (tt)
Chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến, sẽ làm
tăng mômen quán tính toàn hệ.

Bài giảng 1

27

Động học truyền động (tt)
Truyền động qua hộp số, mômen quán tính của tải sẽ
được quy đổi theo tỷ số bán kính.

Bài giảng 1

28

Mô hình động học của hệ 2 khối lượng

Bài giảng 1

29

Mô hình động học của hệ 2 khối lượng (tt)
Ví dụ về đáp ứng.

Bài giảng 1

30


Nguyên lý thiết kế vòng điều khiển tốc độ
Mômen được xác định bởi từ thông và dòng điện, dẫn
đến một vòng điều khiển tốc độ bên ngoài.
Bộ truyền động có một bộ điều khiển tích phân tỷ lệ để
điều khiển tốc độ.

Bài giảng 1

31

Nguyên lý thiết kế vòng điều khiển tốc độ (tt)
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,
trong đó hệ số đệm là tham số.

Bài giảng 1

32


Một số ví dụ
Hệ truyền động đồng bộ cơ sở:

Bài giảng 1

33

Một số ví dụ (tt)
Hệ truyền động không đồng bộ cơ sở:

Bài giảng 1

34


Một số ví dụ (tt)
Hệ truyền động DC cơ sở:

Bài giảng 1

35