Luận văn Thạc sĩ Khoa học Kỹ thuật điện: Nghiên cứu hệ thống biến tần động cơ khi làm việc ở các tần số khác định mức của động cơ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI --------------------------------------PHẠM HÙNG PHẠM HÙNG NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG BIẾN TẦN ĐỘNG CƠ NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN KHI LÀM VIỆC Ở CÁC TẦN SỐ KHÁC ĐỊNH MỨC CỦA ĐỘNG CƠ LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT ĐIỆN KHÓA 2009 - 2011 Hà Nội - 2012 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI PHẠM HÙNG NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG BIẾN TẦN ĐỘNG CƠ KHI LÀM VIỆC Ở CÁC TẦN SỐ KHÁC ĐỊNH MỨC CỦA ĐỘNG CƠ Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT ĐIỆN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. TRẦN VĂN THỊNH HÀ NỘI - 2012 LỜI CAM ĐOAN Tên tôi là: Phạm Hùng Sinh ngày: 30 tháng 05 năm 1982 Hiện đang công tác tại: Phòng Cao áp – Viện Năng lượng – Bộ Công thương Đề tài thực hiện luận văn thạc sỹ: “Nghiên cứu hệ thống biến tần động cơ khi làm việc ở các tần số khác định mức của động cơ”. Được thực hiện tại trường Đại học Bách khoa Hà Nội. Trong thời gian thực hiện luận văn được sự giúp đỡ nhiệt tình của TS. Trần Văn Thịnh nên đề tài đã hoàn thành đúng tiến độ được giao. Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của mình. Nội dung trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trên bất kỳ công trình khoa học nào. Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới TS. Trần Văn Thịnh, các thầy cô trong bộ môn Thiết bị điện-điện tử, Khoa Điện trường Đại học Bách khoa Hà Nội, gia đình và bạn bè đã giúp đỡ động viên và đóng góp những ý kiến quý báu để tôi hoàn thành tốt luận văn này. Xin trân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 03 tháng 4 năm 2012 Tác giả Phạm Hùng MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN i MỤC LỤC ii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT iv DANH MỤC CÁC BẢNG iv DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ v MỞ ĐẦU 1 Chương 1 – TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BẰNG TẦN SỐ 4 1.1. Biến tần và tầm quan trọng của biến tần trong công nghiệp 4 1.2. Phân loại biến tần 6 1.2.1. Biến tần trực tiếp 6 1.2.2. Biến tần gián tiếp 6 1.3. Điều khiển biến tần bằng kỹ thuật điều chế độ rộng xung (PWM) 11 1.3.1. Phương pháp điều biến dựa trên song mạng CB-PWM 13 1.3.2. Phương pháp điều chế véc tơ không gian 15 1.4. Mạch nghịch lưu dòng điện 20 1.5. Bộ điều chỉnh dòng điện cho các hệ thống truyền động Biến tần – Động cơ không đồng bộ 23 1.5.1. Các đặc điểm chung của dòng điện xoay chiều 23 1.5.2. Bộ điều chỉnh dòng điện có đặc tính trễ 25 1.5.3. Bộ điều khiển dòng điện PI kết hợp khâu so sánh 28 1.6. Các phương pháp điều khiển tần số 31 1.6.1. Phương pháp điều khiển vô hướng 35 1.6.2. Phương pháp điều khiển vectơ 36 Chương 2 – MÔ HÌNH TOÁN HỌC ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA ROTO LỒNG SÓC 2.1. Hệ phương trình cơ bản của động cơ KĐB ba pha roto lồng sóc 39 39 2.2. Biến đổi hệ tọa độ phương trình đặc tính động của động cơ KĐB 47 2.2.1. Động cơ không đồng bộ 2 cực lý tưởng 47 2.2.2. Nguyên lý biến đổi các biến từ 3 pha thành 2 pha 49 2.2.3. Biểu diễn véc tơ không gian các đại lượng 3 pha động cơ KĐB 50 2.2.4. Một số hệ tọa độ dùng khi nghiên cứu động cơ KĐB 56 2.2.4.1. Hệ tọa độ cố định với stato (Hệ tọa độ αβ) 56 2.2.4.2. Hệ tọa độ cố định với từ trường quay (Hệ tọa độ dq) 57 2.2.5. Mối liên hệ giữa điện cảm và hỗ cảm trong cuộn dây của máy điện KĐB với các tham số tính toán 2.2.6. Biến đổi hệ phương trình vi phân của động cơ KĐB 59 60 2.2.6.1. Hệ phương trình vi phân của động cơ KĐB trên hệ tọa độ 2 pha tổng quát uv 60 2.2.6.2. Hệ phương trình vi phân và mô hình của động cơ KĐB trên hệ tọa độ αβ 71 2.2.6.3. Hệ phương trình vi phân và mô hình của động cơ KĐB trên hệ tọa độ dq 73 2.3.Tổn hao trong hệ thống truyền động điện động cơ KDB do tần số gây ra 75 2.3.1. Tổn hao do sóng hài. 75 2.3.2. Tổn hao do tần số cơ bản 2.3.3. Tính toán các tổn hao 75 2.3.3.1 Tính toán các tổn hao đồng và tổn hao phụ 2.3.3.2. Các tổn hao sắt 2.3.3.3. Tổn hao cơ Chương 3 – MÔ HÌNH HÓA VÀ MÔ PHỎNG 76 76 78 80 82 3.1. Giới thiệu về phần mềm Matlab 82 3.2. Mô phỏng hệ truyền động biến tần - động cơ không đồng bộ 84 3.3. Hệ truyền động biến tần-động cơ KĐB làm việc ở các tần số khác 87