Bài giảng Điều khiển máy điện nâng cao

1Bài giảng 1 Bài giảng Điều Khiển Máy Điện Nâng Cao TS. Nguyễn Quang Nam 2013 – 2014, HK 2 nqnam@hcmut.edu.vn 2Bài giảng 1
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) Đánh giá môn học 3Bài giảng 1
Truyền động điện có thể được định nghĩa là hệ thống có khả năng chuyển đổi hiệu quả điện năng sang cơ năng. Tổng quan về truyền động điện hiện đại 4Bài giảng 1
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. Tổng quan về truyền động điện hiện đại (tt) 5Bài giảng 1
Phạm vi công suất thường từ vài mW đến hàng trăm MW, cho thấy sự linh hoạt và khả năng ứng dụng rộng rãi. Tổng quan về truyền động điện hiện đại (tt) 6Bài giảng 1
Truyền động điện hiện đại thường dùng một trong ba loại máy điện: không đồng bộ, đồng bộ NCVC và từ trở chuyển mạch. Xu hướng công nghệ truyền động 7Bài giảng 1
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). Xu hướng công nghệ truyền động (tt) 8Bài giảng 1
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. Xu hướng công nghệ truyền động (tt) 9Bài giảng 1 Xu hướng công nghệ truyền động (tt) 10Bài giảng 1
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. Xu hướng công nghệ truyền động (tt) 11Bài giảng 1 Phương pháp luận thiết kế truyền động 12Bài giảng 1 Tổ chức thực nghiệm 13Bài giảng 1
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. Khái niệm ITF và IRTF 14Bài giảng 1
Khái niệm ITF Khái niệm ITF và IRTF (tt) 15Bài giảng 1
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. Khái niệm ITF và IRTF (tt) 16Bài giảng 1
Vectơ không gian từ thông móc vòng và dòng điện. Khái niệm ITF và IRTF (tt) 17Bài giảng 1
Phân bố không gian của từ thông móc vòng và dòng điện. Khái niệm ITF và IRTF (tt) 18Bài giảng 1 Mô hình IRTF tổng quát 19Bài giảng 1
Máy DC: Nguyên lý điều khiển mômen điện từ (tt) fm ψψ = r θjxy a jIei −= r IT fe ψ= 20Bài giảng 1
Hệ truyền động DC không tải: Nguyên lý điều khiển mômen điện từ (tt) 21Bài giảng 1
Máy đồng bộ:
Điều khiển tối ưu dẫn đến Nguyên lý điều khiển mômen điện từ (tt) fm xy sm xy m iLiL += rr αψ xy s xy me iT rrr ×=ψ IT fe ψ= θj s jIei = r 22Bài giảng 1
Hệ truyền động máy đồng bộ: Nguyên lý điều khiển mômen điện từ (tt) 23Bài giảng 1
Máy không đồng bộ: Nguyên lý điều khiển mômen điện từ (tt) ( )xyrxysmxym iiL rrr −=ψ sme iT rrr ×=ψ xy sr xy m iR dt d rr = ψ 24Bài giảng 1
Máy không đồng bộ: Nguyên lý điều khiển mômen điện từ (tt) dmm m r m iL dt d R L =+      ψψ qme iT ψ= 25Bài giảng 1
Hệ truyền động máy không đồng bộ: Nguyên lý điều khiển mômen điện từ (tt) 26Bài giảng 1
Khảo sát tương tác cơ học giữa máy điện và tải. Động học truyền động 27Bài giảng 1
Chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến, sẽ làm tăng mômen quán tính toàn hệ. Động học truyền động (tt) 28Bài giảng 1
Truyền động qua hộp số, mômen quán tính của tải sẽ được quy đổi theo tỷ số bán kính. Động học truyền động (tt) 29Bài giảng 1 Mô hình động học của hệ 2 khối lượng 30Bài giảng 1
Ví dụ về đáp ứng. Mô hình động học của hệ 2 khối lượng (tt) 31Bài giảng 1
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. Nguyên lý thiết kế vòng điều khiển tốc độ 32Bài giảng 1
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. Nguyên lý thiết kế vòng điều khiển tốc độ (tt) 33Bài giảng 1
Hệ truyền động đồng bộ cơ sở: Một số ví dụ 34Bài giảng 1
Hệ truyền động không đồng bộ cơ sở: Một số ví dụ (tt) 35Bài giảng 1
Hệ truyền động DC cơ sở: Một số ví dụ (tt)