Báo cáo thi nghiệm môn Điều khiển máy điện - Nguyễn Văn Học

Nội dung text: Báo cáo thi nghiệm môn Điều khiển máy điện - Nguyễn Văn Học

1. TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN BÁO CÁO THÍ NGHIỆM ĐIỀU KHIỂN MÁY ĐIỆN Giáo Viên Hướng Dẫn : TS.Nguyễn Thanh Sơn Sinh viên : Nguyễn Văn Học MSSV : 20173921 Hà Nội 8/2021 1
2. I. NỘI DUNG CÁC BÀI THÍ NGHIỆM - Khảo sát đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập - Khảo sát đặc tính cơ và đặc tính dòng áp của động cơ KĐB ba pha. II. Động cơ điện một chiều kích từ độc lập: 1. Cơ sở lý thuyết Động lực học của động cơ điện một chiều kích từ độc lập được mô tả bởi hai phương trình sau: di VtR( iLKt) =++ a  ( ) (1) aa aa dt dt ( ) T− T − b ( t) = J (2) L dt Biến đổi Laplace của phương trình (1) có dạng như sau: Vaa( sR aa) =++ a I ssL( I) sKs ( ) ( ) (3) VsKsa ( ) −  ( ) Isa ( ) = (4) RsLaa+ Biến đổi Laplace của phương trình (2) có dạng như sau: T( s) − TL ( s) − b( s) = Js( s) (5) 2
3. TsTs( ) − ( )  (s) = L (6) bJs+ Phương trình (4) và (5) yêu cầu các thông số sau: Ra , La , K , J and b . Phương trình đặc tính cơ tự nhiên động cơ một chiều kích từ độc lập: VR  =−aaM KK2 Nếu động cơ không mang tải M N= m0.( ) V ==a K 0 V K = a 0 Phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM) Bộ chuyển mạch mắc nối tiếp với tải. Khi đó điện áp đặt lên tải là điện áp trung bình trong một chu kỳ băm được điều khiển theo nguyên lý điều biến độ rộng xung (Pulse Width Modulation/PWM). Khi đó tỷ số chu kỳ (Duty Cycle) được định nghĩa theo chu kỳ (Period) và độ rộng xung (Pulse Width) như sau: Duty Cycle =Pulse Width × 100/ Period Điện áp trung bình Ua được tính theo tỷ số chu kỳ và điện áp nguồn E như sau: Ua = E × Duty Cycle 3
4. 2. Mô phỏng : Số liệu mô phỏng : A . Mô phỏng thay đổi điện áp và thay đổi tải: Mô hình mô phỏng SIMULINK Điện áp 220V 110V Tải 0 (N.m) Tốc độ: 2413 Vòng/ phút Tốc độ: 1206 Vòng/ phút 3.4 (N.m) Tốc độ: 2089 Vòng/ phút Tốc độ: 883 Vòng/ phút Công suất : 744 W Công suất : 314 W Kết quả đo mô phỏng 4
5. B. Mô phỏng thay đổi điện áp bằng pp điều biến độ rộng xung Chọn thông số tải để mô phỏng TL = 3.4 N.m Mô hình mô phỏng SIMULINK 250 250 200 200 150 150 Va(V) 100 Va(V) 100 50 50 0 0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0 Thoi gian (giay) 0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 Thoi gian (giay) Dạng điện áp tỷ số chu kỳ D = 30% Dạng điện áp tỷ số chu kỳ D = 50% Tốc độ: 401Vòng/ phút Tốc độ: 883 Vòng/ phút Công suất : 142 W Công suất : 314 W 5
6. 250 200 150 Dạng điện áp tỷ số chu kỳ D Va(V) 100 = 80% 50 Tốc độ: 1607 Vòng/ phút Công suất : 572 W 0 0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 Thoi gian (giay) D(%) 30 50 80 Tốc độ 401 884 1607 (vòng/phút) Kết quả đo mô phỏng 6
7. 1. Thí nghiệm: Đặc tính cơ (quan hệ giữa mô men và tốc độ) Đặc tính cơ tự nhiên ( Điện áp 220V) M 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 n 1002 978 955 930 909 885 Đặc tính nhân tạo bằng thay đổi điện áp ( Điện áp 110V) 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 540 516 491 464 438 412 Đặc tính nhân tạo bằng thay đổi điện áp pp PWM đầu vào 220V. Tỉ số chu kì 30% 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 306 276 254 227 196 170 7
8. Đặc tính nhân tạo bằng thay đổi điện áp pp PWM đầu vào 220V. Tỉ số chu kì 50% M 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 n 519 493 465 437 409 385 Đặc tính nhân tạo bằng thay đổi điện áp pp PWM đầu vào 220V. Tỉ số chu kì 70% 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 743 716 686 659 643 606 Nhận xét : - Đặc tính cơ thu được từ thục nghiệm có độ sai số tương đối khiến đồ thị không phải là một đường thẳng - Khi giảm điện áp đặt vào phần ứng của động cơ, ta thu được một họ các đặc tính cơ song song với đặc tính cơ tự nhiên (có cùng một độ cứng). - Thay đổi điện áp phần ứng được sử dụng để điều khiển tốc độ động cơ và mở máy động cơ. 8
9. III. Thí nghiệm điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha 1. Cơ sỏ lý thuyết Cấu tạo động cơ KĐB 3 pha. Mạch điện tương đương của động cơ ở chế độ xác lập Hệ số trượt: nn− s = 1 n1 Tốc độ đồng bộ (tốc độ từ trường quay): 60 f n = 1 p 9
10. Tốc độ của roto theo tốc độ đồng bộ: n n=− s 1 (1 ) Ta có phương trình đặc tính cơ: 2. Mô phỏng A. Cấp nguồn trực tiếp Mô hình mô phỏng SIMULINK 10
11. Dien ap 300 Dong dien 200 100 0 -100 Dien ap/Dong dien ap/Dong Dien -200 -300 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 Thoi gian (giay) Đồ thị điện áp và dòng điện 1600 1400 1200 1000 800 600 400 Toc doToc (vong/phut) 200 0 -200 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 Thoi gian (giay) Đồ thị tốc độ theo thời gian 11
12. 50 40 30 20 10 Momen tu dien (N.m) 0 -10 -20 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 Thoi gian (giay) Đồ thị momen điện từ theo thời gian B. Cấp nguồn qua bộ nghịch lưu Mô hình mô phỏng SIMULINK 12
13. 600 1600 Dien ap Dong dien 1400 400 1200 200 1000 800 0 600 400 -200 doToc (vong/phut) Dien ap/Dong dien ap/Dong Dien 200 -400 0 -200 -600 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 Thoi gian (giay) Thoi gian (giay) Đồ thị điện áp dòng điện theo thời gian Đồ thị tốc độ động cơ theo thời gian 50 40 30 20 10 Momen tu dien (N.m) 0 -10 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 Thoi gian (giay) Đồ thị momen điện từ Từ mô phỏng ta thu được các tín hiệu điện áp, dòng điện như sau: 13
14. Dạng sóng 1: Dạng sóng 2 400 400 Voltage Voltage 300 Current 300 Current 200 200 100 100 0 0 -100 -100 Voltage(V)/Current(A) -200 Voltage(V)/Current(A) -200 -300 -300 -400 0 10 20 30 40 50 -400 Time(ms) 0 10 20 30 40 50 Time(ms) 1800 P1 Dạng sóng 3 400 Voltage 300 Current 200 100 0 -100 Voltage(V)/Current(A) -200 -300 -400 0 10 20 30 40 50 Time(ms) P2 14
15. 3. Thực nghiệm: Đặc tính cơ (quan hệ giữa mô men và tốc độ) M 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 n 1467 1450 1430 1410 1390 1368 1340 1312 1283 1,8 2 2,2 2,4 2,6 2,8 2.54 1244 1202 1154 1095 1008 865 315 Đặc tính cơ tự nhiên của động cơ KĐB ba pha thực nghiệm 15
16. Nhận xét : Đặc tính cơ thực tế của động cơ phù hợp với đặc tính cơ trên lý thuyết Đối với các sóng điều biến khác nhau cho bộ nghịch lưu ba pha. Độ méo hài tổng của điện áp, dòng điện thu được càng về sau càng nhỏ, dòng điện càng gần Sin hơn. Chứng tỏ được hiệu quả của bộ nghịch lưu đối với các tín hiệu điều khiển về sau càng cải thiện rõ rệt. 16