›
›

Ước lượng thông số và giám sát điều kiện làm việc của động cơ không đồng bộ ba pha

pdf 39 trang haiha333 08/01/2022 3610
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Ước lượng thông số và giám sát điều kiện làm việc của động cơ không đồng bộ ba pha", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfuoc_luong_thong_so_va_giam_sat_dieu_kien_lam_viec_cua_dong_c.pdf

Nội dung text: Ước lượng thông số và giám sát điều kiện làm việc của động cơ không đồng bộ ba pha

  1. Ước lượng thông số và giám sát điều kiện làm việc của động cơ không đồng bộ ba pha Nguyễn Thanh Sơn Bộ môn Thiết bị điện-điện tử, Viện Điện, ĐHBK Hà Nội E-mail: son.nguyenthanh@hust.edu.vn Tóm tắt-Thông số của động cơ không đồng bộ ba pha có thể được xác định bằng cách kết hợp một mô hình mạch đơn giản với một phần mềm phân tích phần tử hữu hạn 2D (FEMM). Phần ảo của điện cảm theo tần số trượt của động cơ được sử dụng để tính hằng số thời gian roto và hỗ cảm. Điện cảm rò được tính theo phần thực của điện cảm theo tần số trượt. Để đơn giản hóa quá trình phân tích động lực học của động cơ, phần mềm MATLAB/Simulink được sử dụng để khảo sát các thông số bao gồm điện áp, dòng điện và mô men điện từ của động cơ khi được cấp bởi nguồn hình sin, bộ nghịch lưu sáu bước và bộ nghịch lưu SPWM. Báo cáo còn đề cập đến một hệ thống giám sát và phân tích động cơ không đồng bộ trong phòng thí nghiệm. 1. Ước lượng thông số của động cơ không đồng bộ 1.1. Mô hình mạch của động cơ Một máy điện không đồng bộ có thể được mô hình hóa bằng cách sử dụng một mạch điện đơn giản. Mô hình mạch điện này có thể được sử dụng dưới một loạt các điều kiện làm việc khác nhau của động cơ (bao gồm cả mô phỏng quá độ). Hình 1 là mạch điện tương đương một pha của động cơ không đồng bộ ở chế độ xác lập với giả thiết từ thông tản được tập trung về phía stato và được đặc trưng bởi điện cảm Ll . Điện trở của stator ký hiệu là Rs . Hỗ cảm của mạch từ liên kết rotor và stator ký hiệu là M . Điện trở Rr đặc trưng cho tổn hao nhiệt trên điện trở rotor và công suất cơ. Điện áp hiệu dụng và dòng điện hiệu dụng pha của động cơ được ký hiệu lần lượt là v và i . Hình 1. Mô hình mạch một pha đơn giản của động cơ không đồng bộ ở chế độ xác lập [1]. 1
  2. Ký hiệu  đặc trưng cho tần số góc (đơn vị rad/s) của điện áp cấp cho động cơ. Tần số tuyến tính của roto f2 được tính như sau: pn f r (1) 2 60 Trong đó p là số đôi cực của stato, nr là tốc độ roto (đơn vị vòng/phút). Tần số góc của roto ký hiệu là 2 được xác định như sau: pn  2f 2 r p  (2) 2 r60 r Nếu định nghĩa sự khác nhau giữa tần số góc của stato và tần số góc của rô to là tần số trượt và ký hiệu là s , ta có: s 2 p  r (3) Mô hình mạch của động cơ như hình 1 được sử dụng để thu được các quan hệ hữu ích giữa dòng điện pha, điện áp pha và mô men. 1.2. Tổng trở của động cơ Tổng trở của động cơ có thể được tính toán theo các điện trở thành phần mắc song song và nối tiếp trong mạch hình 1. Do đó, tổng trở của động cơ được tính như sau:  jM R  r Z R jL s (4) s l  jM Rr s Phương trình (4) được viết lại như sau:  j M  Z R jL s (5) s l M  j Rr s Phương trình (5) được viết lại như sau: j M Z R jL (6) s 1 M js 1 Rr M Đặt  (được gọi là hằng số thời gian), khi đó phương trình (6) được viết gọn lại như sau: Rr M (7) ZR s j L l js 1 Từ phương trình (7) ta có nhận xét sau: Tổng trở của động cơ là một hàm phụ thuộc tần số trượt s . Do đó, ta có thể viết hàm của tổng trở theo tần số trượt như sau: 2
  3. Z ss RjL  s (8) Trong công thức (8), điện cảm phụ thuộc vào tần số trượt có dạng như sau: M (9) L s L l js 1 Phương trình (9) có thể được viết như sau: M 1 js L s L l (10) js 1 1 j  s Phương trình (10) có thể được viết như sau: M1 j s (11) L s L l 2 1 s Phương trình (11) có thể được viết như sau: M  M LL j s (12) s l 2 2 1 s 1  s Từ phương trình (12) ta có nhận xét như sau: Điện cảm của động cơ phụ thuộc vào tần số trượt s bao gồm phần thực Re L s  và phần ảo Im L s  có dạng như sau: M (13) ReL s  L l 2 1 s  M Im L  s (14) s  2 1 s Điện cảm L s được tính qua phân tích phần tử hữu hạn (PTHH) của động cơ. Nếu định nghĩa: c1  M (15) 2 c2  (16) Thay (15) và (16) vào (14) ta có phần ảo của điện cảm có dạng như sau: sc1 ImL s  L i 2 (17) 1 s c2 Từ phương trình (17) ta có: 2 1 scL2 i  s c 1 (18) Phương trình (18) có thể được viết như sau: 2 sc1  si Lc 2 L i (19) Phương trình (19) là một phương trình tuyến tính với các ẩn số là c1 và c2 . Phương trình (19) có thể được viết lại như sau: 3
  4. 2 s,1L i, 1  s, 1 Li,1 2 L  c L s,2 i, 1 s, 1 1 i,2 (20)   c2  2 L s,nL i,n  s,n i,n Trong phương trình (20), các giá trị của phần ảo điện cảm Li,n ứng với các giá trị tần số trượt s ,n được xác định bằng phân tích phần tử hữu hạn. Từ phương trình phần thực của điện cảm (13) ta có điện cảm dò được xác định như sau M (21) Ll L r  s 2 1 s Trong phương trình (21), phần thực của điện cảm Lr  s có thể được tính theo một loạt các phân tích phần tử hữu hạn. Ứng với mỗi lần phân tích phần tử hữu hạn ta có giá trị điện cảm rò được tính như sau: M (22) Ll ,n L r ,n 2 1 s,n  Giá trị điện cảm cuối cùng sẽ là giá trị trung bình của các giá trị điện cảm Ll ,n . 1.3. Quan hệ giữa mô men và dòng điện Theo hình 1, công suất tổn hao nhiệt của rotor được tính như sau:  2 P 3 Rir r (23) s Phương trình (23) có thể được viết như sau:  s  s 2 P 3 Rir r (24) s  s 2 2 P 3 Rirr 3 Ri rr (25) s Trong phương trình (25), thành phần thứ nhất đặc trưng cho công suất cơ và thành phần thứ hai đặc trưng cho tổn hao trên rotor.  s 2 Pmech 3 Ri rr (26) s Thay  s p  r vào phương trình (26) ta có: pr 2 Pmech 3 Ri rr (27) s Mặt khác, công suất cơ bằng tích của mô men và tốc độ như sau: 4
  5. Pmech T r (28) Do đó ta lấy công suất cơ chia cho tốc độ ta thu được mô men như sau: pRr 2 T 3 ir (29) s Theo hình 1, ta có phương trình cân bằng điện áp như sau:  Rirr j Mi m (30) s Phương trình (30) được viết lại như sau: M ijr  s i m (31) Rr ir j sm i (32) Hay ir im (33) js Mặt khác, theo hình 1 dòng điện stator được tính như sau: ii m i r (34) Thay (33) vào (34) ta có: 1 i 1 ir (35) js Hay js ir i (36) 1 js Thay ir vào phương trình tính mô men (29) ta có: 2 pR j T 3 r s i (37) s 1 j  s 2 M 2 2 s pR R r r 2 T 3 2 i (38) s 1  s  T 3 pM s i2 (39) 2 1 s Từ phương trình (39) ta có nhận xét sau: Nếu dòng điện i được giữ không đổi thì mô men sẽ là một hàm của s . 5
  6. 1.4. Ước lượng thông số động cơ bằng phân tích phần tử hữu hạn (PTPTHH) Các công thức ở phần trên được sử dụng cho quá trình ước lượng thông số động cơ bằng phân tích phần tử hữu hạn với hai phương pháp sau đây: Phương pháp 1: Dựa trên kết quả mô men được phân tích với dòng điện stator không đổi với một dải tần số. Phương pháp này yêu cầu tính mô men qua ứng suất Maxwell. Phương pháp 2: Tính toán điện cảm bằng cách phân tích tích phân khối của A J (là tích vô hướng của từ thế vector và mật độ dòng điện) trên một thể tích của cuộn dây quan tâm. Do đó điện cảm được tính như sau: A Jdv L (40) i2 Để tiện lợi, dòng điện được giả thiết với biên độ là 1 A để tích phân khối của A J sẽ chính bằng giá trị trực tiếp của điện cảm L. Động cơ không đồng bộ dùng để phân tích có công suất 2 HP (1492 W), nguồn cấp ba pha với điện áp dây là 380 V, tần số 50 Hz. Động cơ có số đôi cực p 2 nên tốc độ động cơ sẽ nhỏ hơn một ít so tốc độ đồng bộ là 1500 vòng/phút. Kết cấu dây quấn cho một cực có dạng như hình 2. Stator có 36 rãnh và rotor có 28 rãnh. Số vòng dây trong mỗi rãnh là 44. Do đó, nếu dòng điện pha là 1A sẽ tạo nên 44 Avòng trong một rãnh. Đường kính của rotor là 80 mm và khe hở không khí giữa rotor và stator là 0,375 mm. Chiều dài của động cơ là 100 mm. Động cơ được nối sao do đó điện áp pha bằng điện áp dây và biên độ điện áp pha bằng 1 / 3 biên độ điện áp dây. Do tính chất đối xứng, chỉ có ¼ máy được phân tích. Để hợp thức hóa ¼ mô hình, điều kiện biên “anti-period” (anti-period boundary conditions) được sử dụng để liên kết biên tại  0o đến biên tại  90o . Mỗi điều kiện biên loại này chỉ có thể được sử dụng để liên kết một cặp của các đoạn. Do máy có 4 cặp các đoạn, nên sẽ có 4 điều kiện biên loại này được định nghĩa. Chỉ có vật liệu tuyến tính được sử dụng trong mô hình. Hiện tại, chỉ có các vật liệu tuyến tính được hỗ trợ phân tích sóng hài. Nếu vật liệu phi tuyến được chỉ định, độ từ thẩm ban đầu sẽ được sử dụng thay cho đường cong B-H được định nghĩa. Vật liệu sắt của stato được giả thiết có điện dẫn bằng không (dòng điện xoáy của thép được bỏ qua). Các thanh roto được mô hình với vật liệu nhôm có điện dẫn là 34,45MS/m. Sau đó, điện 6
  7. trở của roto sẽ được hiệu chỉnh theo nhiệt độ làm việc thật với giả thiết điện trở tỷ lệ thuận với điện trở của nhôm. Hình 3 là kết cấu dây quấn của ¼ mặt cắt của động cơ và hình 4 là phân bố từ thông của ¼ mặt cắt của động cơ được phân tích bằng phương pháp phần tử hữu hạn. Ba rãnh stator màu xanh lá cây được chọn để tính tích phân khối của A J (là giá trị của điện cảm). Sau đó giá trị của điện cảm tính toán phải nhân với 4 để xác định được điện cảm của cả máy. Điện cảm của cả máy là một số phức như phương trình (12). Sau đó ta có thể tính được các hệ số của véc tơ c  c;c1 2  như sau: c1 m b (41) c2 Trong phương trình (42), ma trận m và véc tơ b được định nghĩa như sau: 2 s,1L i, 1  s, 1 L  2 m s,2 i, 1 s, 1 (42)   2 s,nL i,n  s,n Li,1 L b i,2 (43)  Li,n Do phương trình (41) là tuyến tính, đồng thời có hai nghiệm nên ta cần có hai phương trình để giải ra các nghiệm này. Giả thiết với hai giá trị tần số thực ta có thể tính được hai giá trị điện cảm như bảng 1. Bảng 1. Kết quả tính toán điện cảm phụ thuộc tần số trượt. Tần số trượt Phần thực điện cảm Phần ảo điện cảm L L s Hz r i 0,25 0,3121 -0,0788 0,5 0,2649 -0,1306 Véc tơ c có dạng như sau: c1 0,0539 c c2 0,0301 Hằng số thời gian  có giá trị như sau:  c2 0,0301 0,1734 giây Hỗ cảm M có giá trị như sau: 7
  8. c 0,0539 M 1 0,3111 H  0,1734 Điện cảm rò là trung bình của các điện cảm rò ứng với tần số trượt khác nhau như sau: 1N 1 N M Ll  L l ,n  L r ,n 2 Nn 1 N n 1 1   s,n Trong trường hợp này ta có: 1 1 M M LLLLl l ,1 l , 2 r , 12 L r , 2 2 0 ,H 0237 2 2 1  1  s,1 s, 2 Hình 3. Bố trí dây quấn của ¼ động cơ. 8
  9. Hình 4. Phân bố từ thông của ¼ động cơ. Điện trở của rotor có giá trị như sau: M 0,3111 R 1,7944  ro  0,1734 Giả thiết độ tăng nhiệt của điện trở rotor là 60oC và điện trở tăng do thanh hai đầu, ta có: 0,4 Rr R ro .1,5. 1 60  3,3376 1000 Hằng số thời gian thực của động cơ: M 0,3111  0,0932 giây Rr 3,3376 Tỷ số giữa hằng số thời gian thực và hằng số thời gian tính theo phương pháp phần tử hữu hạn như sau:  0,0932 0,5375  fem 0,1734 Dễ thấy hằng số thời gian thực nhỏ hơn hằng số thời gian tính bằng phương pháp phần tử hữu hạn. S Vật liệu của dây quấn stato là đồng với điện trở xuất ở nhiệt độ 80oC là  48.106 . m Diện tích mặt cắt ngang của mỗi rãnh stato tính theo diện tích hình học của phân tích phần tử 5 2 5 2 hữu hạn có giá trị là aslot 5,74609.10 m 57,4609.10 mm . Số vòng dây mỗi rãnh stator là N 44 . 9
  10. Tiết diện của dây dẫn stato được xác định như sau: 2 2 2 awire 0, 032inch 0, 032.25,1 0,5189 mm 4 4 Hệ số lấp đầy được xác định như sau: N. a 44.0,5189 FF wire 0,3973 aslot 57,4609 Số rãnh ứng với mỗi pha np 12 , chiều sâu của động cơ h 100 mm , bán kính trung bình của dây quấn ra 50 mm . Do đó chiều dài của dây quấn stato ứng với một pha được xác định như sau: 3 3 lNnhrp . p . a 44.12. 100 50 92400 mm 2 2 Điện trở stator được xác định như sau: lp 92400 Rs 3,71 awire. 0,5189.48.1000 2. Xác định điểm làm việc của động cơ Tốc độ cơ được tính như sau:    s (44) mech p Mặt khác, công suất cơ đầu ra của động cơ được tính như sau: 2  s  s Pmech T. mech 3 pM2 I (45) p 1 s  Dòng điện I được xác định như sau:  V V I p s (46) Z s M Rs j L l js Thay (46) vào (45) ta có: 2 s  s V s Pmech 3 pM 2 (47) p M 1 s Rs j L l js Theo phương trình (47), công suất cơ đầu ra là một hàm phụ thuộc tần số trượt. Với công suất cơ đầu ra mong muốn là 2HP = 1492W ta xác định được các thông số tương ứng như sau: 10
  11. s 9, 4248 rad / s Tốc độ cơ của động cơ có giá trị như sau:   2. .50 9, 4248  s 152,3672 rad / s mech p 2 60 n  1455 vòngphút / mech2 mech Tổng trở mỗi pha có giá trị như sau ứng với tần số trượt s 9, 4248 rad / s có dạng như sau: Z 50,777+j 43,1762  Dòng điện pha có giá trị như sau: Ip 2,5146 j2,1382 A Ip 3,3007 A Công suất biểu kiến (công suất toàn phần) của động cơ được tính như sau: SVI 3.p . p 3.220. 2,5146 j 2,1382 1659,6 jVA 1411,2 Do đó công suất tác dụng P 1659,6 W và công suất phản kháng Q 1411,6 VAr Hệ số công suất được tính như sau: P 1659,6 PF 0,7618 S 1659,62 1411,2 2 Hiệu suất của động cơ: P 1492  out 0,8991 Pin 1659,6 Ta có nhận xét như sau: Hiệu suất của động cơ cao là do giả thiết tổn hao sắt, dây quấn và ma sát được bỏ qua. Thông thường, hiệu suất của động cơ 2HP được kỳ vọng dao động từ 77% đến 82% tùy theo từng thiết kế. Dòng điện rô to được tính theo dòng điện pha của động cơ như sau:   js Ir I p 2,7814 jA 0,436 1 js  Ir 2,8154 A Tổn hao điện trở rô to được tính như sau: 11
  12. 2  2 PIRr 3 rr 3.2,8154 .3,577 52,9107 W Tổn hao dây quấn stato được tính như sau: 2  2 PIRs 3 ps 3.3,3007 .3,71 121,2589 W Bỏ qua tổn hao sắt, tổn hao ma sát trên trục động cơ và tổn hao do sóng hài, công suất ra của động cơ được tính gần đúng như sau: PPPPout in r s 1659,6 52,9107 121,2589 1485, 4 W Mô men điện từ được xác định như sau: P 1485,4 T out 9,7935 Nm mech 152,3672 Hiệu suất của động cơ: P 1485,4  out 0,8951 Pin 1659,6 3. Mô phỏng điều kiện làm việc của động cơ với các loại nguồn cấp Sau khi các thông số của động cơ được xác định, quá trình quá độ của động cơ khi được cấp bởi các bộ nghịch lưu ba pha hai mức có thể được thực hiện bằng cách sử dụng MATLAB/Simulink. Động cơ có thông số sau: Điện trở stato: Rs 3,71  Điện trở rôto: Rr 3,3376  Điện cảm stato: Lls 0,0237 H Điện cảm roto: Llr 0,0237 H Hỗ cảm: M 0,3111 H Điểm làm việc của động cơ: Tốc độ định mức: n 1431 (vòng/phút) Mô men định mức: T 9,7935 Nm Dòng điện stato: Is 3,3007 A Dòng điện roto: Ir 2,8154 A 12
  13. Công suất cơ: P 1485 W Hiệu suất của động cơ:  0,8951 Hế số công suất của động cơ: PF 0,7618 3.1. Động cơ làm việc với nguồn ba pha hình sin Hình 5 là sơ đồ mô phỏng động cơ với nguồn cấp ba pha hình sin. Hình 6 là dòng điện stato theo theo thời gian. Hình 7 là dòng điện stato ở chế độ xác lập. Hình 8 là dòng điện stato theo tần số qua biến đổi Fourier nhanh (FFT). Hình 9 là mô men điện từ của động cơ theo thời gian. Hình 10 là mô men điện từ ở chế độ xác lập và hình 11 là mô men điện từ theo tần số qua biến đổi Fourier nhanh. Ở chế độ xác lập, giá trị hiệu dụng của dòng điện stato và mô men điện từ không đổi. Hình 12 là tốc độ của động cơ theo thời gian. Hình 5. Mô phỏng động động cơ với nguồn cấp hình sin. 30 25 20 15 10 5 0 Amplitude Amplitude (A) -5 -10 -15 -20 0 1 2 3 4 Time (s) 13
  14. Hình 6. Dòng điện stato theo thời gian. 5 4 3 2 1 0 -1 Amplitude Amplitude (A) -2 -3 -4 -5 4.92 4.93 4.94 4.95 4.96 4.97 4.98 4.99 Time (s) Hình 7. Dòng điện stato ở chế độ xác lập 5 4.5 4 3.5 3 2.5 Amplitude Amplitude (A) 2 1.5 1 0.5 0 0 200 400 600 800 1000 f (Hz) Hình 8. Biên độ dòng điện stato theo tần số. 14
  15. 40 35 30 25 20 15 10 Amplitude Amplitude (N.m) 5 0 -5 -10 0 1 2 3 4 Time (s) Hình 9. Mô men điện từ theo thời gian. 10 8 6 4 Amplitude Amplitude (N.m) 2 0 4.92 4.93 4.94 4.95 4.96 4.97 4.98 4.99 Time (s) Hình 10. Mô men điện từ ở chế độ xác lập. 15
  16. 10 9 8 7 6 5 4 Amplitude Amplitude (N.m) 3 2 1 0 0 200 400 600 800 1000 f (Hz) Hình 11. Biên độ mô men điện từ theo tần số. 1600 1400 1200 1000 800 600 Speed Speed (rpm) 400 200 0 -200 0 1 2 3 4 5 Time (s) Hình 12. Tốc độ roto của động cơ theo thời gian. 3.2. Động cơ làm việc với bộ nghịch lưu sáu bước Hình 13 là sơ đồ mô phỏng động cơ với nguồn cấp là một bộ nghịch lưu ba pha sáu bước. Hình 14 là dòng điện stato theo theo thời gian. Hình 15 là dòng điện stato ở chế độ xác lập. Hình 16 là dòng điện stato theo tần số qua biến đổi Fourier nhanh (FFT). Ta có nhận xét thành phần sóng bậc hài bậc 5 và bậc 7 là đáng kể. 16
  17. Hình 17 là mô men điện từ của động cơ theo thời gian. Hình 18 là mô men điện từ ở chế độ xác lập có dạng nhấp nhô và hình 19 là mô men điện từ theo tần số qua biến đổi Fourier nhanh với thành phần hài bậc 6 (300 Hz) là đáng kể. Hình 20 là tốc độ của động cơ theo thời gian. Hình 13. Mô phỏng động cơ với nguồn cấp là bộ nghịch lưu sáu bước. 30 20 10 0 Amplitude Amplitude (A) -10 -20 -30 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 Time (s) Hình 14. Dòng điện stato theo theo thời gian 17
  18. 6 4 2 0 Amplitude Amplitude (A) -2 -4 -6 4.83 4.84 4.85 4.86 4.87 4.88 4.89 4.9 Time (s) Hình 15. Dòng điện stato ở chế độ xác lập. 5 4.5 4 3.5 3 2.5 Amplitude Amplitude (A) 2 1.5 1 0.5 0 0 200 400 600 800 1000 f (Hz) Hình 16. Biên độ dòng điện stato theo tần số. 18
  19. 60 50 40 30 20 10 0 Amplitude Amplitude (N.m) -10 -20 -30 0 1 2 3 4 Time (s) Hình 17. Mô men điện từ theo thời gian. 12 10 8 6 Amplitude Amplitude (N.m) 4 2 0 4.83 4.84 4.85 4.86 4.87 4.88 4.89 4.9 Time (s) Hình 18. Mô men điện từ ở chế độ xác lập. 19
  20. 10 9 8 7 6 5 4 Amplitude Amplitude (N.m) 3 2 1 0 0 200 400 600 800 1000 f (Hz) Hình 19. Biên độ mô men điện từ theo tần số. 1600 1400 1200 1000 800 600 Speed Speed (rpm) 400 200 0 -200 0 1 2 3 4 5 Time (s) Hình 20. Tốc độ động cơ theo thời gian. 3.3. Động cơ làm việc với bộ nghịch lưu SPWM Hình 21 là sơ đồ mô phỏng động cơ với nguồn cấp là một bộ nghịch lưu ba pha SPWM. Hình 22 là dòng điện stato theo theo thời gian. Hình 23 là dòng điện stato ở chế độ xác lập. Hình 24 là dòng điện stato theo tần số qua biến đổi Fourier nhanh (FFT). Ta có nhận xét thành phần sóng bậc hài bậc 4 (200 Hz) là đáng kể. 20
  21. Hình 25 là mô men điện từ của động cơ theo thời gian. Hình 26 là mô men điện từ ở chế độ xác lập có dạng nhấp nhô và hình 27 là mô men điện từ theo tần số qua biến đổi Fourier nhanh với thành phần hài bậc 5 (250 Hz) là đáng kể. Hình 28 là tốc độ của động cơ theo thời gian. Hình 21. Mô phỏng động cơ với bộ nghịch lưu SPWM. 25 20 15 10 5 0 -5 Amplitude Amplitude (A) -10 -15 -20 -25 0 1 2 3 4 Time (s) Hình 22. Dòng điện stato theo thời gian. 21
  22. 6 4 2 0 Amplitude Amplitude (A) -2 -4 -6 4.91 4.92 4.93 4.94 4.95 4.96 4.97 4.98 Time (s) Hình 23. Dòng điện stato ở chế độ xác lập. 4 3.5 3 2.5 2 Amplitude Amplitude (A) 1.5 1 0.5 0 0 200 400 600 800 1000 f (Hz) Hình 24. Biên độ dòng điện stato theo tần số. 22
  23. 35 30 25 20 15 10 Amplitude Amplitude (N.m) 5 0 -5 -10 0 1 2 3 4 5 Time (s) Hình 25. Mô men điện từ theo thời gian. 12 10 8 6 Amplitude Amplitude (N.m) 4 2 0 4.91 4.92 4.93 4.94 4.95 4.96 4.97 4.98 Time (s) Hình 26. Mô men điện từ ở chế độ xác lập. 23
  24. 10 9 8 7 6 5 4 Amplitude Amplitude (N.m) 3 2 1 0 0 200 400 600 800 1000 f (Hz) Hình 27. Biên độ mô men điện từ theo tần số. 1600 1400 1200 1000 800 600 Speed Speed (rpm) 400 200 0 -200 0 1 2 3 4 5 Time (s) Hình 28. Tốc độ động cơ theo thời gian. 4. Giám sát điều kiện làm việc của động cơ trong phòng thí nghiệm Để giám sát điều kiện làm việc của động cơ trong phòng thí nghiệm, các thông sau đây sẽ được theo dõi và phân tích: Điện áp dây của động cơ Dòng điện dây của động cơ Tín hiệu rung động của động cơ 24
  25. Hình 29 là hệ thống giám sát điều kiện làm việc của động cơ không đồng bộ trong phòng thí nghiệm. Hình 30 là giao diện phần mềm quan sát và thu thập điện áp và dòng điện của động cơ. Hình 31 là vị trí gắn cảm biến gia tốc ADXL335 để giám sát và thu thập dữ liệu rung động của động cơ (gần với ổ bi). Hình 32 là giao diện phần mềm giám sát và thu thập dữ liệu rung động của động cơ. Hình 29. Hệ thống giám sát điều kiện làm việc của động cơ không đồng bộ trong phòng thí nghiệm. Hình 30. Giao diện phần mềm giám sát và thu thập điện áp và dòng điện của động cơ. 25
  26. Hình 31. Vị trí gắn cảm biến gia tốc ADXL335 trên stato. Hình 32. Giao diện phần mềm giám sát và thu thập tín hiệu rung động của động cơ. 4.1. Động cơ làm việc với nguồn cấp hình sin Động cơ được cấp bởi nguồn điện hình sin có điện áp 380/220V. Hình 33 là dạng sóng của điện áp dây của động cơ. Hình 34 là điện áp dây theo tần số. Hình 35 là dạng sóng dòng điện dây và hình 36 là biên độ dòng điện dây theo tần số. Hình 37 là tín hiệu rung động theo thời gian. Hình 38 là biên độ tín hiệu rung động theo tần số. 26
  27. 600 400 200 0 Amplitude Amplitude (V) -200 -400 -600 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 Time (s) Hình 33. Điện áp dây của động cơ. 600 500 400 300 Amplitude Amplitude (V) 200 100 0 0 100 200 300 400 500 f (Hz) Hình 34. Điện áp dây theo tần số. 27
  28. 0.6 0.4 0.2 0 Amplitude Amplitude (A) -0.2 -0.4 -0.6 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 Time (s) Hình 35. Dòng điện dây theo thời gian. 0.6 0.5 0.4 0.3 Amplitude Amplitude (A) 0.2 0.1 0 0 100 200 300 400 500 f (Hz) Hình 36. Điện áp dây theo tần số. 28
  29. 2 1.5 1 0.5 0 Amplitude Amplitude (V) -0.5 -1 -1.5 -2 0 5 10 15 20 25 30 Time (s) Hình 37. Tín hiệu rung động của động cơ. 0.02 0.018 0.016 0.014 0.012 0.01 0.008 Amplitude Amplitude (V) 0.006 0.004 0.002 0 0 100 200 300 400 500 f (Hz) Hình 38. Biên độ của tín hiệu rung động theo tần số. 4.2. Động cơ làm việc với nguồn cấp là bộ nghịch lưu sáu bước Động cơ được cấp bởi nguồn bởi một bộ nghịch lưu sáu bước. Hình 39 là dạng sóng của điện áp dây của động cơ. Hình 40 là biên độ của điện áp dây theo tần số. Hình 41 là dạng sóng dòng điện dây và hình 42 là biên độ dòng điện dây theo tần số. Hình 43 là tín hiệu rung động theo thời gian. Hình 44 là biên độ tín hiệu rung động theo tần số. 29
  30. 300 200 100 0 Amplitude Amplitude (V) -100 -200 -300 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 Time (s) Hình 39. Dạng sóng của điện áp dây động cơ. 350 300 250 200 150 Amplitude Amplitude (V) 100 50 0 0 100 200 300 400 500 f (Hz) Hình 40. Biên độ của điện áp dây theo tần số. 30
  31. 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 -0.2 Amplitude Amplitude (A) -0.4 -0.6 -0.8 -1 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 Time (s) Hình 41. Dạng sóng của dòng điện dây. 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 Amplitude Amplitude (A) 0.3 0.2 0.1 0 0 100 200 300 400 500 f (Hz) Hình 42. Biên độ của dòng điện dây theo tần số. 31
  32. 2 1.5 1 0.5 0 Amplitude Amplitude (V) -0.5 -1 -1.5 -2 0 5 10 15 20 25 30 Time (s) Hình 43. Tín hiệu rung động theo thời gian. 0.02 0.018 0.016 0.014 0.012 0.01 0.008 Amplitude Amplitude (V) 0.006 0.004 0.002 0 0 100 200 300 400 500 f (Hz) Hình 44. Biên độ của tín hiệu rung động theo tần số. 4.3. Động cơ làm việc với nguồn cấp là bộ nghịch SPWM (P1) Động cơ được cấp bởi nguồn bởi một bộ nghịch SPWM (P1). Hình 45 là dạng sóng của điện áp dây của động cơ. Hình 46 là biên độ của điện áp dây theo tần số. Hình 47 là dạng sóng dòng điện dây và hình 48 là biên độ dòng điện dây theo tần số. Hình 49 là tín hiệu rung động theo thời gian. Hình 50 là biên độ tín hiệu rung động theo tần số. 32
  33. 300 200 100 0 Amplitude Amplitude (V) -100 -200 -300 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 Time (s) Hình 45. Dạng sóng điện áp dây của động cơ. 350 300 250 200 150 Amplitude Amplitude (V) 100 50 0 0 100 200 300 400 500 f (Hz) Hình 46. Biên độ của điện áp dây theo tần số. 33
  34. 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 -0.2 Amplitude Amplitude (A) -0.4 -0.6 -0.8 -1 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 Time (s) Hình 47. Dạng sóng điện áp dây của động cơ. 1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 Amplitude Amplitude (A) 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0 100 200 300 400 500 f (Hz) Hình 48. Biên độ dòng điện dây theo tần số. 34
  35. 2 1.5 1 0.5 0 Amplitude Amplitude (V) -0.5 -1 -1.5 -2 0 5 10 15 20 25 30 Time (s) Hình 49. Tín hiệu rung động theo thời gian. 0.02 0.018 0.016 0.014 0.012 0.01 0.008 Amplitude Amplitude (V) 0.006 0.004 0.002 0 0 100 200 300 400 500 f (Hz) Hình 50. Biên độ của tín hiệu rung động theo tần số. 4.4. Động cơ làm việc với nguồn cấp là bộ nghịch SPWM (P2) Động cơ được cấp bởi nguồn bởi một bộ nghịch SPWM (P2). Hình 51 là dạng sóng của điện áp dây động cơ. Hình 52 là biên độ của điện áp dây theo tần số. Hình 53 là dạng sóng dòng điện dây và hình 54 là biên độ dòng điện dây theo tần số. Hình 55 là tín hiệu rung động theo thời gian. Hình 56 là biên độ tín hiệu rung động theo tần số. 35
  36. 300 200 100 0 Amplitude Amplitude (V) -100 -200 -300 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 Time (s) Hình 51. Dạng sóng của điện áp dây động cơ. 350 300 250 200 150 Amplitude Amplitude (V) 100 50 0 0 100 200 300 400 500 f (Hz) Hình 52. Biên độ của điện áp dây theo tần số. 36
  37. 1 0.5 0 Amplitude Amplitude (A) -0.5 -1 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 Time (s) Hình 53. Dạng sóng của dòng điện dây động cơ. 1 0.8 0.6 Amplitude Amplitude (A) 0.4 0.2 0 0 100 200 300 400 500 f (Hz) Hình 54. Biên độ của dòng điện dây theo tần số. 37
  38. 2 1.5 1 0.5 0 Amplitude Amplitude (V) -0.5 -1 -1.5 -2 0 5 10 15 20 25 30 Time (s) Hình 55. Tín hiệu rung động theo thời gian. 0.02 0.018 0.016 0.014 0.012 0.01 0.008 Amplitude Amplitude (V) 0.006 0.004 0.002 0 0 100 200 300 400 500 f (Hz) Hình 56. Biên độ của tín hiệu rung động theo tần số. Kết luận Thông số của động cơ không đồng bộ có thể được ước lượng bằng cách sử dụng mô hình mạch đơn giản kết hợp với phân tích phần tử hữu hạn với sự kết hợp của hai phần mềm là FEMM và MATLAB. Điện cảm của động cơ phụ thuộc vào tần số trượt và có thể được xác định bằng phân tích phần tử hữu hạn. Phần ảo của điện cảm phụ thuộc tần số trượt được sử dụng để xây dựng một hệ phương trình tuyến tính cho quá trình xác định hằng số thời gian, hỗ cảm và điện 38
  39. trở roto. Phần thực của điện cảm phụ thuộc tần số trượt được sử dụng để tính điện cảm quy đổi về phía stato. Quá trình phân tích các điều kiện làm việc của động cơ với các loại nguồn cấp khác nhau được thực hiện bằng cách sử dụng công cụ MATLAB/Simulink. Báo cáo này trình bày một hệ thống giám sát điều kiện làm việc của động cơ trong phòng thí nghiệm bao gồm giám sát điện áp, dòng điện và rung động của động cơ. Biến đổi Fourrier nhanh (FFT) có thể được sử dụng để chuyển các thông số của động cơ từ miền thời gian sang miền tần số. Phương pháp phân tích có thể được áp dụng cho các loại máy điện quay khác. Hướng nghiên cứu trong tương lai là sử dụng các lý thuyết về xử lý tín hiệu và trí tuệ nhân tạo cho quá trình phân tích các chế độ làm việc khác nhau và các loại lỗi của động cơ. 39