Hệ truyền động xoay chiều ba pha xung áp

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:7

Thêm vào BST

Báo xấu

17
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nội dung của bài viết trình bày kết quả nghiên cứu quá trình mô phỏng Hệ truyền động xoay chiều ba pha xung áp. Xây dựng và khảo sát các mô hình của hệ thống trong phần mềm Matlab-Simulink. Kết quả mô phỏng cho thấy phương pháp này rất hiệu quả cho việc nghiên cứu, khảo sát thiết kế Hệ truyền động xoay chiều ba pha xung áp, các bộ biến đổi điện tử công suất.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Hệ truyền động xoay chiều ba pha xung áp

HỆ TRUYỀN ĐỘNG XOAY CHIỀU BA PHA XUNG ÁP Lê Quang Tuyến Khoa Điện, Trường Đại học Công nghiệp Việt Trì Email: tuyenlequangpt@gmail.com Tóm tắt Nội dung của bài viết trình bày kết quả nghiên cứu quá trình mô phỏng Hệ truyền động xoay chiều ba pha xung áp. Xây dựng và khảo sát các mô hình của hệ thống trong phần mềm Matlab-Simulink. Kết quả mô phỏng cho thấy phương pháp này rất hiệu quả cho việc nghiên cứu, khảo sát thiết kế Hệ truyền động xoay chiều ba pha xung áp, các bộ biến đổi điện tử công suất. Từ khóa: Điều khiển điện tử công suất, điều khiển truyền động điện, mô phỏng hệ thống trên Matlab-Simulink, thiết bị bán dẫn VOLTAGE THREE-PHASE AC DRIVE SYSTEM Abstract The content of the article presents the results of research on the simulation process of the three-phase pulsed AC drive system. Building and surveying models of the system in Matlab-Simulink software. Simulation results show that this method is very effective for research, design survey and pulse-voltage three-phase AC drive system, power electronic converters. Keywords: Electronic control of power, Electric drive control, Model of the system in the Matlab-Simulink, Equipment semiconductor 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Hệ truyền động điểu chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha ngày nay được sử dụng rộng rãi với dải công suất từ vài trăm W đến hàng trăm kW. Nó chiếm vị quan trọng trong các hệ truyền động điện tự động. Ở dải công suất lớn thì nó hoàn toàn chiếm ưu thế cho những quá trình sản xuất yêu cầu chất lượng cao, có tính ổn định và tăng khả năng cạnh tranh trên thị trường, cũng như sự an toàn cho con người [1]. Có nhiều phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ được nhắc đến trong các tài liệu về truyền động điện như: Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng phương pháp thay đổi điện trở phụ, phương pháp thay đổi số đôi cực, phương pháp thay đổi điện áp mạch stator [2]. Trong các phương pháp trên thì phương pháp điều chỉnh điện áp mạch stator là phương pháp hay được sử dụng nhất, bởi nó đem lại sự ổn định cũng như chất lượng của hệ thống sản xuất và giá thành về kinh tế hợp lý. Bộ điều chỉnh điện áp xoay chiều gọi tắt là điều áp xoay chiều thực hiện biến đổi điện áp xoay chiều về độ lớn và dạng sóng nhưng tần số f không đổi. Điều áp xoay chiều thường ứng dụng trong điều khiển chiếu sáng và lò điện trở, trong khởi động mềm và 248
điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha như: Máy bơm, Quạt gió làm mát trong công nghiệp, Máy nén khí trong các quá trình sản xuất,… Nghiên cứu về “Hệ truyền động xoay chiều ba pha xung áp” đã được nhắc đến ở một số Giáo trình Truyền động điện và Điện tử công suất [3], nhưng trong bài viết này tác giả sẽ thực hiện xây dựng sơ đồ cấu trúc hệ thống và mô phỏng nhằm mục đích kiểm chứng lại lý thuyết, cũng như làm cơ sở tính chọn các thiết bị trước khi tiến hành công việc thiết kế, chế tạo, nhằm tạo ra một Hệ truyền động xoay chiều ba pha đơn giản nhưng vẫn đảm bảo được những yêu cầu về kỹ thuật và kinh tế. 2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2.1. Khái quát về bộ điều chỉnh điện áp xoay chiều 3 pha. Bộ điều chỉnh điện áp ba pha được ghép từ ba bộ biến đổi điện áp một pha, đối với Bộ biến đổi xung áp ba pha có dây trung tính (Hình 1) thì dòng qua mỗi pha sẽ không phụ thuộc vào các pha khác. A B C O A B C T1 T4 T3 T6 T5 T2 T1 T4 T3 T6 T5 T2 ZA ZB ZC ZA ZB ZC Hình 1: Bộ biến đổi xung áp có dây Hình 2: Bộ biến đổi xung áp không dây trung tính trung tính Khi bộ biến đổi xung áp ba pha được đấu sao, không có dây trung tính, quá trình điện từ trong mạch hoàn toàn khác với sơ đồ trên Hình 1, vì quá trình dẫn dòng trong một pha phải tương tích với quá trình dẫn dòng trong pha khác như Hình 2. Để đảm bảo lượng sóng hài là tối thiểu, các góc mở Tiristo (α) phải bằng nhau, do đó mỗi van bán dẫn lần lượt được mở cách nhau 600. Khi mỗi pha có một Tiristor dẫn điện, lúc này tải của ba pha ( Z A ; Z B ; ZC ) và tạo thành hệ ba pha đối xứng [4]. Trong bài viết này Tác giả sẽ mô phỏng quá trình biến đổi năng lượng và thay đổi tốc độ của Hệ truyền động điện ở các trường hợp khác nhau để làm sáng tỏ vai trò của Bộ điều chỉnh điện áp xoay chiều xung áp. 2.2. Đặc tính khởi động của Động cơ không đồng bộ ba pha. Trong quá trình mở máy động cơ điện, mômen mở máy là đặc tính quan trọng bởi nó quyết định đến việc tính toán các thông số kỹ thuật của hệ thống cũng như sản phẩm của quá trình sản xuất. Muốn quá trình mở máy thực hiện được thì mômen mở máy của động cơ phải lớn hơn mômen tải tĩnh và ma sát tĩnh.Trong quá trình tăng tốc phương trình cân bằng động về mômen như sau: 249
d M  Mc  M j  J (1) dt Trong đó: M ,M c ,M j lần lượt là mômen điện từ của động cơ điện, mômen cản, mômen quán tính. GD 2 J : Là hằng số quán tính 4g g  9,81, m / s 2 : Là gia tốc trọng trường. Việc xác định các thông số theo phương trình (1) sẽ là rất khó, bởi đây là phương trình phi tuyến, nhưng lại hoàn toàn có thể xác định các giá trị của tham số thông qua mô phỏng, trên Hình 4 là kết quả mô phỏng quá trình mở máy trực tiếp động cơ không đồng bộ, với các tham số động cơ : Uđm =400 V, Pđm = 75 kW, n1 =1500 v/ph, f1 = 50 Hz. Hình 3. Sơ đồ cấu trúc động cơ không đồng bộ ba pha trên Matlab-Simulink. Mô hình động cơ được nối với nguồn xoay chiều ba pha và giá trị tải giả định mô tả trên Hình 3. Kết quả các tham số về tốc độ, dòng điện làm việc, mômen động cơ được thể hiện trên Hình 4. 250
Hình 4. Kết quả mô phỏng động cơ không đồng bộ ba pha trên Matlab-Simulink. Kết quả mô phỏng cho thấy các tham số của động cơ như: Điện áp mạch stator, dòng điện, tốc độ và mômen động cơ không đồng bộ ở chế độ quá độ dao động rất lớn, trong đó dòng điện Ikđ có giá trị khá lớn, cụ thể là Ikđmax = 10,18 Iđm , gây nên hiện tượng rung lắc động cơ và ảnh hưởng đến chất lượng hệ thống sản xuất. Đây là một điều không mong muốn trong Hệ thống điều khiển truyền động điện. 2.3. Hệ truyền động xoay chiều ba pha xung áp không có phản hồi. Hệ truyền động xoay chiều ba pha gồm Động cơ không đồng bộ và Bộ độ điều áp xoay chiều với 6 Tiristor đấu song song ngược, sử dụng khối phát xung “Synchronized 6-Pulse Generator”. Do hệ thống không có phản hồi nên các Tiristor hoạt động ở góc mở cố định bởi người vận hành hệ thống hệ được xây xây dựng như Hình 5. Hình 5. Sơ đồ cấu trúc Hệ truyền động xoay chiều ba pha xung áp không phản hồi. 251
Kết quả mô phỏng hệ truyền động xoay chiều ba pha xung áp, có góc mở Tiristor cố định và động cơ có thông số: Uđm =400 V, Pđm = 75 kW, n1 =1500 v/ph, f1 = 50 Hz như trên Hình 6. Hình 6. Kết quả mô phỏng Hệ truyền động xoay chiều ba pha xung áp không có phản hồi trên Matlab-Simulink Kết quả mô phỏng cho thấy các tham số của động cơ xoay chiều ba pha ở chế độ quá độ đã thuộc phạm vi cho phép, mặc dù dòng điện khởi động đã giảm đi khá nhiều so với khởi động trực tiếp, mômen động cơ được giữ ổn định hơn, nhưng độ quá điều chỉnh về tốc độ của hệ truyền động điện xoay chiều vẫn khá lớn, tạo nên thành phần sóng hài gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng của hệ thống sản xuất. 2.4. Hệ truyền động xoay chiều ba pha xung áp có phản hồi. Phạm vi điều tốc thông thường của động cơ không đồng bộ là rất hẹp, khi sử dụng sử dụng phương pháp thay đổi điện trở mạch rotor thì phạm vi điều tốc tăng lên được một ít nhưng đường đặc tính cơ lại quá mềm, hệ số trượt tĩnh lúc phụ tải thay đổi lại quá lớn, do vậy phải sử dụng hệ thống điều tốc mạch kín. Đây là hệ thống truyền động điện mang lại sự ổn định cho các hệ thống sản xuất, bởi các tham số về dòng điện và tốc độ động cơ được khống chế phạm vi nhất định thông qua các mạch vòng phản hồi âm dòng điện và phản hồi âm tốc độ. Sơ đồ mô phỏng sử dụng khối vi điều khiển PIC dùng để tính toán góc mở van liên tục, dựa trên sự biến đổi các tham số của động cơ để quyết định thời điểm phát xung điều khiển tới các van bán dẫn phù hợp, để các sai lệch về tốc độ và mômen của Hệ truyền động xoay chiều ba pha thuộc phạm vi cho phép tức là chất lượng của hệ thống sản xuất được cải thiện ở chế độ tốt nhất, sơ đồ mô phỏng hệ thống như Hình 7. 252
Hình 7. Sơ đồ mô phỏng Hệ truyền động xoay chiều ba pha xung áp có phản hồi trên Matlab-Simulink Kết quả mô phỏng hệ truyền động xoay chiều ba pha xung áp có phản hồi đối với động cơ có thông số: Uđm =400 V, Pđm = 75 kW, n1 =1500 v/ph, f1 = 50 Hz như trên Hình 8. Hình 8. Kết quả mô phỏng Hệ truyền động xoay chiều ba pha xung áp có phản hồi trên Matlab-Simulink. Đồ thị mô phỏng cho thấy các tham số của động cơ ở chế độ quá độ đã giảm xuống lân cận các giá trị định mức, thời gian quá độ ngắn. Ở chế độ xác lập Hệ truyền động làm việc ổn định và có độ chính xác cao. 253
3. KẾT LUẬN Qua phân tích Hệ truyền động điện xoay chiều ba pha xung áp ở các trường hợp ở trên, cùng với kết quả mô phỏng Hình 6, Hình 8: Hệ truyền động hở Hệ truyền động có phản hồi Ilvmax = 850 A Ilvmax = 800 A tquá độ = 5 s tquá độ = 1.3 s đã chứng tỏ được hiệu quả của hệ truyền động xoay chiều ba pha có phản hồi, phương pháp mô phỏng này cũng cũng rất cần thiết khi khảo sát, thiết kế và chế tạo Hệ truyền động xoay chiều ba pha cũng như các thiết bị điều khiển truyền động điện. Trên cơ sở này có thể xây dựng các mô hình với các phụ tải khác nhau để nghiên cứu tùy theo những yêu cầu cụ thể. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Bùi Quốc Khánh (2002), Điều chỉnh tự động truyền động điện, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật. 2. Bùi Quốc Khánh (2004), Cơ sở điều chỉnh tự động truyền động điện, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật. 3. Võ Minh Chính (2004), Điện tử công suất, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật. 4. Nguyễn Bính (2002), Điện tử công suất, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật. 5. Nguyễn Phùng Quang (2003), Matlab và simulink, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật. 254