Trang chủ Diễn đàn Nghiên cứu giải pháp điều khiển mạch điều áp xoay chiều ba pha với tải động cơ không đồng bộ

Nghiên cứu giải pháp điều khiển mạch điều áp xoay chiều ba pha với tải động cơ không đồng bộ

PGS.TS. Thái Duy Thức - KS. Trịnh Quang Vinh
Trường Đại học Mỏ - Địa chất.
Tóm tắt:
Ngày nay với tiến bộ của công nghệ bán dẫn, các mạch không tiếp điểm đã xâm xập vào hầu hết các lĩnh vực khác nhau của nền công nghiệp. Điều áp xoay chiều ba pha (ĐAXC) là bộ biến đổi sử dụng các van bán dẫn công suất được dùng rộng rãi trong các khởi động mềm (softstater) để khởi động động cơ không đồng bộ ba pha (ĐKB). Tuy nhiên, việc tường minh các biểu thức toán học mô tả đặc tính đáp ứng ĐAXC gặp nhiều khó khăn vì tính chất phi tuyến của hệ. Việc tìm ra giải pháp điều khiển cho ĐAXC để thỏa mãn điều kiện khởi động ĐKB chưa được đề cập thỏa đáng. Vì vậy, bài báo nghiên cứu giải pháp điều khiển mạch ĐAXC để khởi động ĐKB với mục đích giảm dòng khởi động.

Hình 1 – Hệ ĐAXC – ĐKB.

1. Đặt vấn đề.
Ngày nay các bộ điều khiển ĐKB đã có mặt rộng khắp trên thị trường Việt Nam và thế giới như biến tần, khởi động mềm...Tuy nhiên, việc tìm hiểu về cấu tạo bên trong cũng như các luật điều khiển vẫn là bí mật công nghệ của các hãng sản xuất. Bài báo này trình bày hai vấn đề: xây dựng đặc tính ĐAXC và luật điều khiển ĐKB với tải hằng và tải bơm. Đây là hai vấn đề quan trọng cần phải giải quyết để xây dựng mạch điều khiển điều áp xoay chiều ba pha.
2. Xây dựng đặc tính ĐAXC với tải ĐKB.
2.1. Phụ tải ĐKB.
ĐKB có thể coi là phụ tải ba pha gồm điện trở và điện cảm nối tiếp nhau, trong đó điện trở rotor biến thiên theo tốc độ quay R=f(s) và điện cảm phụ thuộc vào vị trí tương đối giữa dây quấn rotor và dây quấn stator. Do đó, góc pha j của động cơ cũng biến thiên theo tốc độ quay j =y (s) với

là tốc độ đồng bộ (rad/s) và w là tốc độ góc của rotor (rad/s). 
Vì vậy, để điều khiển mạch ĐAXC thỏa mãn yêu cầu khởi động cần phải tìm quan hệ toán học của hàm (1) với

(1)

U1 là trị số hiệu dụng của điện áp pha stator (V), U là trị số hiệu dụng của điện áp pha lưới (V) và a là góc điều khiển mở thyristor (rad hoặc độ điện).

(1)

Tuy nhiên việc tìm quan hệ toán học của hàm (2) gặp rất nhiều khó khăn. Do vậy, trong tính toán thực nghiệm thường dùng phương pháp đồ thị để dựng các đặc tính điều chỉnh, thủ tục như hình 2 (tài liệu tham khảo [1]) theo các bước tiến hành như sau:

Hình 2 – Đặc tính điều chỉnh J2=f(j,a) Hình 3 – Đặc tính J2(j,a)

Dựng đặc tính j(s) của động cơ ở góc trái bên dưới, đặc tính này có thể dựng khi sử dụng sơ đồ thay thế của động cơ không đồng bộ.
Dựng đặc tính tự nhiên (đường nét đứt).
Sử dụng đặc tính(3), đặc tính M(s) và công thức Ma= MJ2, ta dựng được họ đặc tính có điều chỉnh khi ở các giá trị khác nhau.

(3)

Xây dựng bảng số liệu J2(j,a) cho hệ điều khiển số.
2.2. Xử lý dữ liệu xây dựng hàm J2(j,a).
Để có thể điều khiển được ĐAXC theo luật điều khiển; từ đó thỏa mãn đặc tính khởi động động cơ theo yêu cầu thì phải tường minh hoặc gần đúng được hàm a(J2,j). Để từ yêu cầu khởi động tính ra luật thay đổi áp và từ luật thay đổi áp tính ra luật thay đổi góc . Và từ đó sẽ tính ra luật phát xung điều khiển cho các thyristor. Khi tính toán thực nghiệm, phương pháp nội suy gần đúng được ưu dùng hơn. Các sai số sẽ được hiệu chỉnh khi hoàn thiện thiết kế và chạy thử nghiêm. Bài báo này thực hiện tính toán và mô phỏng bằng phần mềm Matlab Simulink. Từ bảng 1 bằng cách lập trình xử lý trên Matlab Simulink ta có thể xây dựng được họ đặc tuyến J2(j,a). Đây là bước quan trọng đầu tiên để xây dựng hàm a(J2,j).

Bảng 1- Số liệu J2(j,a)

2.3. Xử lý dữ liệu để xây dựng hàm a(J2,j).
Để xử lý dữ liệu chuyển từ hàm về hàm a(J2,j) được thực hiện theo phương pháp bắt điểm để xây dựng bảng dữ liệu theo nguyên lý giới thiệu ở hình 4 và hình 5.

Hình 4 – Xử lý dữ liệu xây dựng a(J2,j) Hình 5 – Chuyển hàm a(J2,j) với j= 00

Tiếp tục làm tương tự với j= 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900. Kết quả mô phỏng cho ta bảng dữ liệu và đường cong đặc tính a(J2,j) như bảng 2 và hình 6.

Hình 6 - Đặc tính a(J2,j) Bảng 2 - Số liệu a(J2,j)

3. Xây dựng sơ đồ mạch điều khiển ĐAXC với động cơ ĐKB tải hằng/khớp li hợp.
3.1. Sơ đồ cấu trúc.
Sơ đồ cấu trúc Matlab để mô phỏng thể hiện trên hình 7 và sơ đồ cấu trúc logic thể hiện trên hình 8.

Hình 7 – Sơ đồ Matlab ĐAXC - ĐKB Hình 8 – Matlab mô phỏng logic điều khiển.

3.2. Kết quả mô phỏng với động cơ 160 kW.
3.3. Nhận xét.

Hình 9 – So sánh dòng điện khởi động khi khởi động trực tiếp và khởi động mềm.

Thực hiện mô phỏng với động cơ 160kW, 400V, 50Hz, 1487 vòng/phút. Trên hình 9 cho kết quả mô phỏng trong hai trường hợp: khởi động trực tiếp và khởi động dùng khởi động mềm điều khiển theo nguyên lý đã giới thiệu ở trên. Việc điều khiển theo luật tăng điện áp đặt lên động cơ cho ở hình 9d. Kết quả nghiên cứu bằng mô phỏng cho thấy nguyên tắc điều khiển cho phép nhận được giá trị dòng khởi động tùy theo yêu cầu (giá trị đặt). Giá trị yêu cầu nhỏ nhất Ikđ=2Iđm. Thời gian khởi động phụ thuộc vào giá trị đặt dòng khởi động. Dòng đặt lớn thì thời gian khởi động nhỏ và ngược lại. Dòng khởi động không phục thuộc vào sự biến động của lưới điện mà tuân theo yêu cầu của giá trị đặt.
4. Xây dựng sơ đồ mạch ĐAXC với động cơ ĐKB tải bơm.
4.1. Sơ đồ cấu trúc.

Hình 10 – Sơ đồ cấu trúc Matlab ĐAXC với động cơ ĐKB có tải bơm

Sơ đồ cấu trúc Matlab để mô phỏng thể hiện trên hình 10 và sơ đồ cấu trúc logic thể hiện trên hình 11.

Hình 11 – Sơ đồ cấu trúc Matlab mô phỏng logic điều khiển.

4.2. Kết quả mô phỏng với động cơ 160 kW
4.3. Nhận xét.
Thực hiện mô phỏng với động cơ 160kW, 400V, 50Hz, 1487 vòng/phút. Trên hình 12 cho kết quả mô phỏng trong hai trường hợp: khởi động dùng khởi động mềm điều khiển theo nguyên lý đã giới thiệu ở trên và khởi động trực tiếp. Việc điều khiển theo luật tăng điện áp đặt lên động cơ cho ở hình 12d. Kết quả nghiên cứu bằng mô phỏng cho thấy nguyên tắc điều khiển ĐAXC cho phép nhận được giá trị dòng khởi động tùy theo yêu cầu (giá trị đặt). Giá trị yêu cầu nhỏ nhất trong trường này Ikđ=2.7Iđm.

Hình 12 – So sánh dòng điện khởi động khi khởi động trực tiếp và khởi động mềm.

5. Kết luận.
Như vậy, bài báo lần lượt giải quyết các vấn đề đã nêu ra. Với các kết quả nghiên cứu bước đầu, bài báo mong muốn góp phần cung cấp một giải pháp về điều khiển và đánh giá kết quả; để từ đó có thể áp dụng trong các mạch thực tế và công việc thi công, chế tạo; chủ động nắm vững và làm chủ các kỹ thuật công nghệ hiện đại tại Việt Nam
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Nguyễn Thị Hiền – Truyền động điện – NXB Khoa học và kỹ thuật - 2001
[2] The Mathworks, Simulink-Dynamic System Simulation for Matlab, Help file in Matlab7.01 R14.

Số 103 (4/2009)♦Tự động hóa ngày nay


Tin mới hơn:
Tin cũ hơn:

 

Tìm kiếm

Quảng cáo&Liên kết




 



 

 

Mới cập nhật