Bài giảng Điều khiển máy điện nâng cao - Chương 1: Tổng quan về truyền động điện hiện đại

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)