Đồ án Điều khiển giám sát động cơ AC với AVR & wincc

So với tất cả động cơ điện sử dụng trong công nghiệp, động cơ không đồng bộ 1, 3 pha được sử dụng rộng rãi nhất, từ công suất nhỏ, trung đến công suất lớn và chúng đang dần thay thế các động cơ một chiều do có nhiều tính năng ưu việt như: kết cấu đơn giản, độ bền cao, dễ bảo trì, chi phí thấp, sử dụng trực tiếp lưới điện. Nhưng quan trọng hơn cả do kỹ thuật điều khiển động cơ phát triển làm cho việc điều khiển động cơ không đồng bộ trở nên dễ dàng nên khắc phục được những nhược điểm của động cơ như: đặc tính đóng, mở máy, điều khiển moment Trong các loại động cơ không đồng bộ, thì động cơ không đồng bộ có roto lồng sóc là được sử dụng nhiều hơn cả. Chúng được sử dụng trong các máy nghiền, máy khuấy, ba lăng vận tải, máy bơm, quạt thông gió, quạt giải nhiệt Trong thời gian gần đây do sự phát triển của nền công nghiệp chế tạo các khóa bán dẩn có công suất lớn, kỹ thuật điện tử, tin học nên các tính năng của động cơ không đồng bộ được khai thác triệt để. Nó đuợc điều khiển bởi các bộ biến tần bán dẫn và ngày càng được hoàn thiện hơn nên có thể so sánh với hệ truyền động một chiều nhất là ở vùng công suất lớn. Trong công nghiệp thường sử dụng 4 bộ truyền động để điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ đó là: - Điều chỉnh điện áp cấp cho động cơ dùng bộ biến đổi thyristor. - Điều chỉnh điện trở roto. - Điều chỉnh công suất trượt. - Điều chỉnh tần số nguồn cung cấp cho động cơ bằng bộ biến đổi tần số. Trong đồ án chuyên ngành này chúng em sẽ thiết kết 2 bộ điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ bằng 2 phương pháp: thay đổi điện áp cho động cơ không đồng bộ 1 pha bằng cách thay đổi góc kính cho triac và thay đổi tốc độ động cơ không đồng bộ 3 pha dùng bộ biến đổi tần số.

doc101 trang | Chia sẻ: ngtr9097 | Lượt xem: 3379 | Lượt tải: 1download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Đồ án Điều khiển giám sát động cơ AC với AVR & wincc, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ š› ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH ĐỀ TÀI: ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT ĐỘNG CƠ AC VỚI AVR & WINCC GVHD: Th. S TRẦN VĂN TRINH SVTH: NGUYỄN QUANG HÒA PHẠM ĐỨC DUY Tp. Hồ Chí Minh, tháng 3 năm 2009 LỚP: ĐHĐT3ALT LỜI NÓI ĐẦU ---oOo--- So với tất cả động cơ điện sử dụng trong công nghiệp, động cơ không đồng bộ 1, 3 pha được sử dụng rộng rãi nhất, từ công suất nhỏ, trung đến công suất lớn và chúng đang dần thay thế các động cơ một chiều do có nhiều tính năng ưu việt như: kết cấu đơn giản, độ bền cao, dễ bảo trì, chi phí thấp, sử dụng trực tiếp lưới điện. Nhưng quan trọng hơn cả do kỹ thuật điều khiển động cơ phát triển làm cho việc điều khiển động cơ không đồng bộ trở nên dễ dàng nên khắc phục được những nhược điểm của động cơ như: đặc tính đóng, mở máy, điều khiển moment… Trong các loại động cơ không đồng bộ, thì động cơ không đồng bộ có roto lồng sóc là được sử dụng nhiều hơn cả. Chúng được sử dụng trong các máy nghiền, máy khuấy, ba lăng vận tải, máy bơm, quạt thông gió, quạt giải nhiệt… Trong thời gian gần đây do sự phát triển của nền công nghiệp chế tạo các khóa bán dẩn có công suất lớn, kỹ thuật điện tử, tin học nên các tính năng của động cơ không đồng bộ được khai thác triệt để. Nó đuợc điều khiển bởi các bộ biến tần bán dẫn và ngày càng được hoàn thiện hơn nên có thể so sánh với hệ truyền động một chiều nhất là ở vùng công suất lớn. Trong công nghiệp thường sử dụng 4 bộ truyền động để điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ đó là: Điều chỉnh điện áp cấp cho động cơ dùng bộ biến đổi thyristor. Điều chỉnh điện trở roto. Điều chỉnh công suất trượt. Điều chỉnh tần số nguồn cung cấp cho động cơ bằng bộ biến đổi tần số. Trong đồ án chuyên ngành này chúng em sẽ thiết kết 2 bộ điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ bằng 2 phương pháp: thay đổi điện áp cho động cơ không đồng bộ 1 pha bằng cách thay đổi góc kính cho triac và thay đổi tốc độ động cơ không đồng bộ 3 pha dùng bộ biến đổi tần số. Lời Cảm Ơn ---oOo--- Trong quá trình thực hiện đồ án chuyên ngành này. Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy TRẦN VĂN TRINH đã hướng dẫn chúng em thực hiện hoàn thành đồ án này. Chúng em cũng xin gửi lời cảm ơn đến thầy cô trong Khoa Điện Tử, các bạn trong và ngoài lớp là những người đã động viên, giúp đỡ chúng em hoàn thành đồ án . Tuy nhiên do kiến thức còn hạn chế và thời gian thực hiện có hạn nên trong bài báo cáo và mô hình thực tế không tránh khỏi thiếu sót. Mong được sự cảm thông và đóng góp ý kiến chân tình của quý thầy cô và các bạn để đồ án của chúng em được hoàn chỉnh hơn. Chúng em xin chân thành cảm ơn !!! Tp. Hồ Chí Minh, tháng 3 năm 2009 Sinh viên thực hiện. Nguyễn Quang Hòa Phạm Đức Duy NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Giáo Viên Hướng Dẫn NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Giáo Viên Phản Biện MỤC LỤC Phần I: LÝ THUYẾT CƠ SỞ Trang 1 CÁC BỘ BIẾN ĐỔI XUNG ÁP 1 Các sơ đồ van 1 Hoạt động với tải thuần trở 2 Hoạt động với tải trở cảm 3 BIẾN TẦN & CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN 5 Giới thiệu chung 5 Phân loại các bộ biến tần 6 Biến tần trực tiếp 6 Biến tần gián tiếp. 6 Biến tần sử dụng nghịch lưu áp. 6 Biến tần nghịch lưu dòng. 6 Bộ nghịch lưu áp 3 pha. 7 Biến tần nguồn áp điều khiển theo phương pháp V/f 8 Phương pháp E/f 8 Phương pháp V/f 9 Các phương pháp thông dụng trong đk động cơ KĐB qua biên tần 11 Phương pháp điều rộng xung SINPWM 11 Phương pháp vectơ không gian. 12 CHUẨN RS-485 15 Mạch chuyển đổi RS-232  sang RS-485 16 Mạch Chuyển đổi RS-485  sang TTL và ngược lại 17 MODBUS 18 Cơ chế giao tiếp 18 Mạng Modbus chuẩn 19 Modbus trên các mạng khác 19 Chế độ truyền 19 Chế độ ASCII 20 Chế độ RTU 20 Khung ASCII 20 Khung RTU 20 Bảo toàn dữ liệu 21 Kiểm soát LRC 21 Kiểm soát CRC 21 LẬP TRÌNH GIAO DIỆN HMI TRONG WINCC 21 Giới thiệu về HMI 21 Tổng quan về WinCC 22 Các bước cơ bản để xây dựng một Project 23 Lập trình C cho WinCC 23 Lập trình theo thuộc tính Properties 24 Lập trình theo sự kiện Events 24 Các hàm hỗ trợ trong WinCC 25 Phần II: KHẢO SÁT LINH KIỆN CHÍNH 26 VI ĐIỀU KHIỂN AVR- MEGA 16 26 Những thông số cơ bản của mega 16 26 Sơ đồ chân mega16 27 Cấu trúc bên trong của mega 16. 27 VI ĐIỀU KHIỂN AVR -MEGA 8 28 Những thông số cơ bản của mega 8 28 Sơ đồ chân mega8 28 Cấu trúc bên trong của mega 8 29 VI ĐIỀU KHIỂN AVR-TINY 13. 29 Những thông số cơ bản của Tiny 13: 29 Sơ đồ chân Tiny13. 30 Cấu trúc bên trong Tiny13. 30 CẢM BIẾN NHIỆT LM335 31 OPTO 4N35. 32 MOSFET 32 Phần III: THI CÔNG ĐỀ TÀI 34 YÊU CẦU ĐỀ TÀI 34 ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ AC 1 PHA 35 Phân tích tổng quát sơ đồ khối hệ thống 35 Sơ lược hoạt động của toàn bộ hệ thống: 35 Sơ đồ khối hệ thống 36 Sơ đồ nguyên lý và chức năng các khối. 36 Khối nguồn 36 Khối cảm biến nhiệt 37 Khối đồng bộ 37 Khối công suất 38 Khối vi xử lý 38 Khối đếm 39 Khối nút nhấn 40 Khối hiển thị 40 Khối giao tiếp máy tính 41 Sơ đồ nguyên lý 43 Lưu đồ giải thuật mega 16(master) 44 Lưu đồ chương trình chính 44 Lưu đồ xử lý ngắt timer1 45 Lưu đồ xử lý ngắt timer2 46 Lưu đồ giải thuật mega 8(slaver) 47 Chương trình chính 47 Lưu đồ xử lý tín hiệu điều khiển 47 ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ AC 3 PHA 48 Sơ đồ khối hệ thống. 48 Giải thích chức năng từng khối. 48 Source 48 Starter 49 Switching power 49 3 Phase driver 50 Inductive sensor 50 3 Phase MC 50 Main MC 51 LCD 20 * 4 51 Key pad variable resistor 52 RS 485 52 Tem sensor 52 Cooling MC 53 Fan driver 53 DC motor & 3phase motor. 53 Sơ đồ mạch của hệ thống. 54 Sơ đồ nguyên lý mạch xử lý. 54 Sơ đồ nguyên lý mạch công suất 55 Lưu đồ giải thuật hệ thống. 56 Lưu đồ giải thuật VĐK trung tâm. 56 Chương trình chính 56 Chương trình ngắt 57 Lưu đồ giải thuật VĐK 3 pha. 57 Chương trình chính 57 Chương trình ngắt 58 Lưu đồ giải thuật VĐK làm mát. 58 THIẾT KẾ GIAO DIỆN HMI ĐK & GIÁM SÁT 59 Màn hình đăng nhập 59 Màn hình điều khiển 60 Giao diện giám sát, điều khiển động cơ AC 1 pha 60 Giao diện giám sát, điều khiển động cơ AC 3 pha 62 Phần IV: KẾT LUẬN 65 Phần phụ lục 66 Tài liệu tham khảo 92 Phần I: LÝ THUYẾT CƠ SỞ CÁC BỘ BIẾN ĐỔI XUNG ÁP: Các bộ biến đổi xung áp có chức năng biến đổi mức điện áp xoay chiều về độ lớn và dạng sóng nhưng tần số không thay đổi. Nguyên lý biến đổi xung áp là dùng một phần tử khóa nối tải vào nguồn trong một thời gian nhất định tx theo một chu kỳ lặp lại T. Bằng cách thay đổi độ rộng xung tx trong khoảng 0 ÷ T, ta thay đổi được giá trị trung bình của điện áp ra tải trong chu kỳ T. Nguyên lý biến đổi điện áp này có ưu điểm là có thể thay đổi giá trị điện áp trong một phạm vi rộng mà hiệu suất của bộ biến đổi rất cao vì tổn thất trong bộ biến đổi chủ yếu là trên phần tử đóng cắt rất nhỏ. Bộ biến đổi xung áp được phân làm 2 loại: đó là biến đổi xung áp xoay chiều (XAAC) và biến đổi xung áp một chiều (XADC). Các bộ XAAC được dùng để điều chỉnh giá trị điện áp xoay chiều với hiệu suất cao, XAAC chủ yếu sử dụng các thyristor mắc song song ngược hoặc triac để thay đổi giá trị điện áp trong mỗi nửa chu kỳ điện áp lưới theo góc mở α, từ đó mà thay đổi được giá trị hiệu dụng của điện áp ra tải. Góc mở α càng lớn, điện áp xoay chiều đặt lên phụ tải càng nhỏ và dòng điện xoay chiều qua phụ tải càng nhỏ. Sơ đồ kết nối như vậy được dùng cho những ứng dụng có công suất thấp. Ở nội dung đề tài chỉ khảo sát bộ biến đổi xung áp xoay chiều một pha. Các bộ XAAC được ứng dụng để điều khiển chiếu sáng, nhiệt độ đốt nóng, trong khởi động mềm và điều khiển tốc độ của máy bơm và quạt gió… Các sơ đồ van: (a) 2 SCR song song, (b)Triac, (c) 2 SCR và 2 diode (d) Cầu diode và 1 SCR, (e) 1 SCR và 1 diode Để điều chỉnh điện áp xoay chiều một pha, ta có thể sử dụng các sơ đồ sau: - Sử dụng hai SCR nối song song ngược (hình a). - Sử dụng một Triac về cấu tạo gồm hai SCR nối song song ngược và chỉ có một cực điều khiển (hình b). Sơ đồ này được ứng dụng trong trường hợp công suất nhỏ. - Sử dụng hai diode và hai SCR cathode nối chung để đơn giản hóa mạch điều khiển (hình c). - Sử dụng bốn diode và một SCR để giảm giá thành trong trường hợp công suất lớn nhưng tăng tổn hao dẫn (hình c). Trong bộ biến đổi xung áp xoay chiều, các linh kiện điện tử công suất làm việc ở chế độ dẫn-khóa theo chu kỳ của điện áp nguồn. Sự chuyển mạch từ dẫn sang khóa một cách tự nhiên tùy theo dấu của điện áp đặt trên các linh kiện. Hoạt động với tải thuần trở: Dạng dòng điện và áp ra theo góc kích α khi tải thuần trở. Hình trên trình bày dạng điện áp ra tiêu biểu và dạng của dòng điện một pha được điều khiển bởi bộ XAAC một pha với tải là thuần trở. Điện áp ra và dòng điện có dạng đối xứng trong một nửa chu kỳ. Nếu điện áp vào có dạng vs=Vs.sinwt khi đó biên độ điện áp ra trong một nửa chu kỳ T theo góc kích α được tính theo công thức: Chú ý: Biên độ điện áp ra Vo có thể thay đổi từ Vs ÷ 0 bởi việc thay đổi α từ 0 ÷ π. Khi đó biên độ dòng điện ngõ ra bằng: Hệ số công suất ngõ vào: Hoạt động với tải trở cảm: Dạng dòng điện và áp ra theo góc kích α khi tải trở cảm. Do ảnh hưởng của độ từ cảm, dòng điện ngõ ra sẽ không đạt được giá trị 0 tại thời điểm wt = π, mà sẽ kéo dài tới thời điểm wt = β. Biểu thức dòng ngõ ra khi góc điều khiển từ α ÷ β có thể tính được từ công thức: với Z =: tổng trở của tải. φ = arctg(wL/R): góc pha của tải. Tại góc β dòng io sẽ giảm xuống bằng 0. Dựa vào công thức (1 có thể xác định được góc dẫn β nhờ vào điều kiện io = 0 tại thời điểm wt = β. (2 Từ phương trình này có thể xác định được β. Góc dẫn dòng θ = β – α phụ thuộc vào thời điểm góc kích α và góc pha của tải φ. Từ đó lập được mối quan hệ giữa góc dẫn dòng θ và góc kích α với góc pha φ đã được xác định. Khi tăng góc kích α sẽ làm giảm góc dẫn dòng θ và biên độ dòng tải sẽ giảm theo. Mối quan hệ giữa θ và α theo góc pha φ. Biên độ áp ngõ ra được tính theo công thức: Điện áp ngõ ra Vo có thể đạt được giá trị cực đại tại 2 giá trị φ = 0 khi đó β = π và φ = 90 khi đó β = 2π – α. Đặc tính đó được thể hiện rõ nét qua hình bên dưới: Tại φ = 0 và φ = 90 thì hệ số công suất bằng 1 Đặc tính cần thiết của tín hiệu điều khiển: - Tín hiệu điều khiển phải độc lập với nhau ở mỗi nửa chu kỳ T. - Đối với tải thuần trở: Biên độ điện áp ra Vo có thể thay đổi từ Vs ÷ 0 bởi việc thay đổi α từ 0 ÷ π. Khoảng dẫn dòng sẽ kết thúc tại điểm cuối của mỗi nửa chu kỳ với xung điều khiển là xung hẹp. → Góc điều khiển nằm trong phạm vi 0 ≤ α ≤ π. - Đối với tải trở cảm: + Khi góc điều khiển α < φ: Dòng điện trong một nửa chu kỳ sẽ kéo dài quá thời điểm π + α. Do đó ở bán kỳ âm khi nhận được tín hiệu điều khiển tại π + α thì bán kỳ âm sẽ bị bỏ qua (không dẫn). Điều này dẫn đến điện áp trên tải chỉ có trong một nửa chu kỳ và có dạng như mạch chỉnh lưu. Để khắc phục trong trường hợp này ta sử dụng xung mồi có độ rộng đủ lớn. Để khi qua thời điểm φ, vẫn còn xung kích làm dẫn Triac trong nửa bán kỳ còn lại. + Khi góc điều khiển α = φ, từ (2 ta được: Ta thấy góc dẫn dòng θ không thể vượt quá π, sẽ bằng 0 tại thời điểm α=φ. → Góc điều khiển nằm trong phạm vi φ ≤ α ≤ π. BIẾN TẦN VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN: Giới thiệu chung: Biến tần là một thiết bị biến đổi năng lượng điện một chiều hoặc xoay chiều có tần số f1 sang nguồn điện xoay chiều có tần số khác f2 . Tần số của lưới điện quyết định tốc độ quay của từ trường trong stator .Vì vậy bằng cách thay đổi tần số dòng điện stator ta có thể thay đổi tốc độ động cơ. Ở bộ biến tần này yêu cầu điện áp và tần số ngõ ra phải thoả mãn tỉ số: Phân loại các bộ biến tần: Trong thực tế biến tần được chia làm 2 loại: Biến tần trực tiếp. Biến tần gián tiếp. Biến tần trực tiếp: Là bộ biến đổi tần số, trong đó tần số được tạo bằng cách đóng cắt từng đoạn thích hợp một dòng điện xoay chiều có tần số cao hơn. Từ điện áp U1 có tần số f1 chỉ qua mạch van là có thể chuyển ngay ra tải một điện áp U2 có tần số f2. Trong bộ biến tần trực tiếp, chứng năng chỉnh lưu và nghịch lưu nằm trên cùng 1 bộ biến đổi, không dùng tụ chuyển mạch và chỉ chuyển đổi một lần nên hiệu suất cao. Nhưng thực tế mạch van khá phức tạp, và số lượng van lớn, nhất là với mạch 3 pha. Do đó việc thay đổi tần số khó khăn và phụ thuộc vào f1 và pham vi điều chỉnh nhỏ f2<f1. Biến tần gián tiếp: Trong loại biến tần này điện áp xoay chiều đầu tiên được chỉnh lưu để tạo ra nguồn một chiều qua bộ chỉnh lưu, sau đó qua bộ lọc, bộ băm rồi mới tạo ra nguồn xoay chiều qua bộ nghịch lưu độc lập. Việc biến đổi điện áp 2 lần làm hiệu suất của bộ biến đổi giảm. Song việc thay đổi f2 lại không phụ thuộc vào f1 nên tạo được dãy tần số rộng cả trên và dưới f1. Hơn nữa được sự hỗ trợ của kỹ thuật số mà tâm điểm là vi điều khiển cùng với sự ra đời của các van bán dẫn công suất như: IGBT, mosfet đã làm phát huy ưu điểm loại này nên phương pháp này ngày càng được sử dụng rộng rãi. Do tính chất của bộ lọc nên biến tần loại này còn được chia làm 2 loại: - Biến tần dùng nghịch lưu áp. - Biến tần dùng nghịch lưu dòng. Biến tần sử dụng nghịch lưu áp: Ta xét biến tần sử dụng nghịch lưu áp: Bộ lọc sử dụng tụ C lớn ở đầu vào của bộ nghịch lưu nên điện áp đặt vào bộ nghịch lưu xem như nguồn áp. Ngoài ra tụ C còn tạo điều kiện trao đổi công suất phản kháng Q giữa tải với bộ nghịch lưu và mạch một chiều. Khi sử dụng bộ băm áp hay phương pháp điều rộng xung thì có thể sử dụng bộ chỉnh lưu không điều kiển(chỉnh lưu diode). Biến tần nghịch lưu dòng: Bộ lọc có cuộn dây san bằng có cảm kháng nên có tác dụng như nguồn dòng cấp cho bộ nghịch lưu. Dòng điện trong mạch một chiều được san bằng bởi L và dòng điện này không thể đảo chiều. Ngoài ra cuộn L còn có tác dụng đảo chiều công suất phản kháng của tải trong mạch một chiều. Cuộn kháng này cho phép đảo chiều điện áp đặt vào bộ nghịch lưu mà không ảnh hưởng bộ chỉnh lưu. Do vậy, rất phù hợp với việc hãm tái sinh động cơ. Tuy nhiên, chỉ điều chỉnh được dòng và áp của tải theo phương pháp biên độ nên chỉnh lưu phải sử dụng linh kiện bán dẫn có điều khiển. Bộ nghịch lưu áp 3 pha: Là bộ biến đổi nguồn điện một chiều thành nguồn điện xoay chiều có thể thay đổi được tần số cũng như điện áp trung bình thông qua việc kích các khoá công suất như sơ đồ minh họa sau: Nguyên lý hoạt động: Các transistor làm việc với góc dẫn và góc lệch pha giữa 2 transistor là . Như vậy ở bất kì thời điểm nào cũng có transistor dẫn điện (2 khóa ở nhóm trên và 1 khóa nóm dưới) và ngược lại. Ở mỗi thời điểm sơ đồ đều có một pha mắc nối tiếp với 2 pha mắc song song. Do đó, điện áp trên tải chỉ có 2 giá trị hoặc Ed/3( khi pha đó mắc song song với một pha khác) hoặc 2Ed/3(khi pha đó mắc nối tiếp với 2 pha khác). Giả sử rằng tải đối xứng Za=Zb=Zc theo dạng điện áp ra ta có trị hiệu dụng của nó: Để có giá trị điện áp ra tải tại mỗi thời điểm ta xét một chu kỳ làm việc của mạch, trong đó chỉ xét nguyên lý hoạt động của transistor. - Giá trị áp tại thời điểm 1: T1,T3,T5 làm việc trong khoảng Ta có: - Giá trị áp tại thời điểm 2: T1,T5,T6 làm việc trong khoảng Ta có: - Giá trị áp tại thời điểm 3: T1,T2,T6 làm việc trong khoảng Ta có: Biến tần nguồn áp điều khiển theo phương pháp V/f: Được sử dụng nhiều trong các biến tần hiện nay. Tốc độ của động cơ không đồng bộ tỉ lệ trực tiếp tần số nguồn cung cấp. Do đó, nếu thay đổi tần số của nguồn cung cấp cho động cơ thì ta cũng có thể thay đổi được tốc độ đồng bộ, và tương ứng là tốc độ của động cơ. Tuy nhiên, nếu chỉ thay đổi tần số mà vẫn giữ nguyên biên độ nguồn áp cấp cho động cơ sẽ làm cho mạch từ của động cơ bị bão hòa. Điều này dẫn đến dòng từ hóa tăng, méo dạng điện áp, và dòng điện cung cấp cho động cơ gây ra tổn hao lõi từ, và tổn hao đồng trong dây quấn Stator. Ngược lại, nếu từ thông giảm dưới định mức sẽ làm giảm sẽ làm giảm khả năng mang tải của động cơ làm giảm hiệu suất. Vì vậy, khi giảm tần số nguồn cung cấp cho động cơ mà nhỏ hơn tần số định mức đòi hỏi phải giảm điện áp V cung cấp cho động cơ, sao cho từ thông trong khe hở không khí được giữ không đổi. Khi động cơ làm việc với tần số cung cấp lớn hơn tần số định mức, phải giữ điện áp cung cấp không đổi và bằng định mức. Phương pháp E/f Ta có công thức sau: Với - f tần số làm việc của động cơ - fđm - tần số định mức của động cơ. Giả sử động cơ hoạt động dưới tần số định mức (a<1). Từ thông động cơ được giữ ở giá trị không đổi. Do từ thông của động cơ phụ thuộc vào dòng từ hóa của động cơ, nên từ thông được giữ không đổi khi dòng từ hóa được giữ không đổi tại mọi điểm làm việc của động cơ. Ta có phương trình tính dòng từ hóa tại điểm làm việc định mức như sau: Với Lm là điện cảm mạch từ hóa. Tại tần số làm việc f: Từ 2 phương trình trên suy ra điều kiện để dòng điện từ hóa không đổi: Như vậy từ thông động cơ được giữ không đổi khi tỉ lệ E/f được giữ không đổi (E/f = const). Phương pháp V/f Tuy nhiên trong thực tế, việc giữ từ thông không đổi đòi hỏi mạch điều khiển rất phức tạp. Nếu bỏ qua sụt áp trên điện trở, và điện kháng tản mạch stator, ta có thể xem như U ≈ E. Khi đó, nguyên tắc điều khiển E/f=const được thay bằng phương pháp V/f=const. Trong phương pháp V/f=const (gọi ngắn là V/f), như đã trình bày ở trên, thì tỉ số V/f được giữ không đổi, và bằng giá trị tỉ số này ở định mức. Cần lưu ý là khi moment tải tăng , dòng động cơ tăng làm gia tăng sụt áp trên điện trở Stator, dẫn đến E giảm, có nghĩa là từ thông động cơ giảm. Do đó, động cơ không hoàn toàn làm việc ở chế độ từ thông không đổi. Ta có công thức moment định mức ứng với sơ đồ đơn giản của động cơ: Và moment cực đại ở chế độ định mức: Khi thay các giá trị định mức bằng giá trị đó nhân với tỉ số a (aωđm, aVđm, aX), Ta có được công thức moment của động cơ ở tần số f khác định mức: Và moment cực đại ở tần số f khác định mức: Dựa theo công thức trên ta thấy, các giá trị X1 và X2 phụ thuộc vào tần số, trong khi R1 lại là hằng số. Như vậy, khi hoạt động ở tần số cao, giá trị (X1+X2.)>> R1/a sụt áp trên R1 rất nhỏ, nên giá trị E suy giảm rất ít, dẫn đến từ thông được giữ gần như không đổi, moment cực đại của động cơ gần như không đổi. Tuy nhiên, khi hoạt động ở tần số thấp thì giá trị điện trở R1/a sẽ tương đối lớn so với giá trị của (X1+X2.), dẫn đến sụt áp nhiều ở điện trở stator khi moment tải lớn. Điều này làm cho E bị giảm, và dẫn đến suy giảm từ thông và moment cực đại. Để bù lại sự suy giảm từ thông ở tần số thấp. Ta sẽ cung cấp thêm cho động cơ một điện áp Uo để cung cấp cho động cơ một từ thông định mức khi f=0. Từ đó ta có quan hệ như sau: U=Uo+K.f Với K là một hằng số được chọn sao cho giá trị U cấp cho động cơ bằng Uđm tại f=fđm. Khi a>1 (f>fđm), Điện áp được giữ không đổi và bằng định mức. Khi đó động cơ hoạt động ở chế độ suy giảm từ thông. Khi đó moment và moment cực đại của động cơ tại tần số f cung cấp sẽ là: Và moment cực đại ở tần số f: Sau đây là đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa moment và điện áp theo tần số trong phương pháp điều khiển biến tần với V/f=const. Quan hệ giữa moment và điện áp theo tần số. Các phương pháp thông dụng trong điều khiển động cơ không đồng bộ qua biến tần : Có nhiều phương pháp để điều khiển bộ nghịch lưu áp để tạo ra điện áp có biên độ và tần số mong muốn cung cấp cho động cơ.Trong nội dung này chúng ta khái quát hai phương pháp chính đó là: Phương pháp điều rộng xung (SinPWM). Phương pháp điều chế vectơ không gian ( Space Vectơ). Phương pháp điều rộng xung SINPWM: Để tạo ra một điện áp xoay chiều bằng phương pháp SINPWM, ta sử dụng một tín hiệu xung tam giác tần số cao, đem so sánh với một điện áp sin chuẩn có tần số f. Nếu đem xung điều khiển này cấp cho một bộ biến tần một pha thì đó ngõ ra sẽ thu được một dạng điện áp dạng điều rộng xung có tần số bằng với tần số nguồn sin mẫu, và biên độ hài bậc nhất phụ thuộc vào nguồn điện một chiều cung cấp, và tỉ số giữa biên độ sóng sin mẫu và sóng mang. Tần số sóng mang phải lớn hơn tần số của sóng sin mẫu. Sau đây là hình vẽ miêu tả nguyên lý của phương pháp điều rộng sin một pha. Nguyên lý của phương pháp điều rộng sóng sin 1 pha Khi: Vcontrol > Vtri thì VAO= Vcontrol < Vtri thì VAO= - Như vậy, để tạo ra ngu

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • docdo an chuyen nghanh.doc
  • pptdo an chuyen nganh.ppt
  • rarorcad.rar
  • rarSCADA.rar
  • rarSource AC 1 pha.rar
  • rarSource AC 3 pha.rar
Luận văn liên quan