ỨNG DỤNG PLC VÀ BIẾN TẦN VÀO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THANG MÁY

Thuyt Minh ỏn Tt Nghip



ng Dng PLC Vo iu Khin Thang Mỏy



4.1 IU CHNH TC NG C

XOAY CHIU 3 PHA BNG PHNG

PHP IU CH VECTOR KHễNG

GIAN

4.1.1. Vector khụng gian ca cỏc i lng 3 pha.

4.1.1.1. Xõy dng vector khụng gian:

ng c ng b hay khụng ng b u cú ba cun dõy vi dũng in

ba pha b trớ nh sau:

isa



isb



isc



Trong ú 3 dũng in isa, i sb, i sc l 3 dũng chy t li qua u ni vo

ng

c. Khi chy ng c bng bin tn thỡ ú l 3 dũng u ra ca bin tn, ba

dũng ú tho món phng trỡnh:

isa(t) + isb(t) + isc(t) = 0

(3.1)

V tng dũng in ú tho món cụng thc sau:

isa =| is| . cos( t)

isb =| is| . cos( t +1200)

(3.2

0

isc =| is| . cos( t +240 )

Trờn mt phng c hc ng c xoay chiu 3 pha cú 3 cun dõy t lch

nhau mt gúc 1200. Nu trờn mt phng ct ú ta thit lp mt h to phc

vi trc thc i qua cun dõy a ca ng c ta cú th xõy dng vector khụng

gian sau õy:

is(t) =



2

.[isa(t) + isb(t).ej120 + isc(t).ej240] = | is|.ej

3



SVTK: Lờ Hu Thnh



- 62 -



(3.3)



GVHD: T.S Trung Hi



Trng HKT Cụng Nghip Thỏi Nguyờn



Thuyt Minh ỏn Tt Nghip







ng Dng PLC Vo iu Khin Thang Mỏy



Theo cụng thc trờn thỡ vector i s(t) l mt vector cú modul khụng i

quay trờn mt phng phc vi tc gúc = 2 . fs v to vi trc thc mt

gúc pha = s(t). Trong ú fs l tn s mch stator. Vic xõy dng vộc t i s(t)

c mụ t trong hỡnh sau.

Im

ej120

b

a



Re



c

ej240



Hỡnh 3.1: Thit lp cỏc vector khụng gian t cỏc i lng pha.

Qua hỡnh v ta thy dũng in ca tng pha chớnh l hỡnh chiu ca

vector mi thu c lờn trc ca cun dõy pha tng ng. Ta t tờn cho trc

thc cú mt phng phc l v trc o l , hỡnh chiu ca vector dũng

xung hai trc ú l is , v is :

j

cuộn dây

pha b



Isc

Is



Is

cuộn dây pha a



120

Isb



Isa = Is



cuộn dây

pha c



Hỡnh 3.2: Biu din dũng stator di dng vector khụng gian vi cỏc phn t

is , is , v thuc h to stator c nh.



SVTK: Lờ Hu Thnh



- 63 -



GVHD: T.S Trung Hi



Trng HKT Cụng Nghip Thỏi Nguyờn



Thuyt Minh ỏn Tt Nghip







ng Dng PLC Vo iu Khin Thang Mỏy



D dng nhn thy rng i s v i s l hai dũng hỡnh sin do ú ta cú th

hỡnh dung ra mt ng c in tng ng vi hai cun dõy c nh ,

thay th cho 3 cun dõy a, b, c. H to ny l h to stator c nh ta cú:



i s = i sa



i + 2i sc



i s = sb



3





(3.4)



Trờn c s cụng thc (3.1) kốm theo iu kin im trung tớnh ca 3

cun dõy khụng ni t ta ch cn o 2 trong 3 dũng in stator l ó cú y

thụng tin v is(t) vi cỏc thnh phn trong cụng thc (3.4).

Tng t vi cỏc vector dũng stator, cỏc vector in ỏp stator u s, dũng

rotor ir, t thụng stator s , t thụng rotor r u cú th biu din bng cỏc

phn t thuc h to stator c nh.

is = is +i s



u s = u s + ju s



ir = ir + jir

= +

s

s

s

r = r + jr





(3.5)



3.1.1.2. Chuyn h to cho vector khụng gian.

Mc ớch ca ta õy l a cỏch quan sỏt cỏc i lng vector trờn h

to stator c nh , sang h to xy no ú quay ng b vi t

thụng stator.

Ta xột h to tng quỏt xy v h to x *y* cú chung im gc v

nm lch i 1 gúc * so vi h xy.

Quan sỏt vộc t bt k ta thu c:

- Trờn h xy : xy = x + jy

- Trờn h x*y* : = x + jy



SVTK: Lờ Hu Thnh



- 64 -



GVHD: T.S Trung Hi



Trng HKT Cụng Nghip Thỏi Nguyờn







Thuyt Minh ỏn Tt Nghip



ng Dng PLC Vo iu Khin Thang Mỏy



jy



jy*



X*



Y



*



X*



*



Y*



X



X



Hỡnh 3.3: Chuyn h to cho vector khụng gian bt k.

T hỡnh v v qua vi bin i ta cú cụng thc chuyn i h to nh sau:

*



xy = * .e j . * = xy .e j .



*



(3.6)



T ú ta thy hai h to x *y* v xy c coi l hai h to c nh

hay núi cỏch khỏc gúc * c coi l khụng i. Nhng trong thc t * cú

th l mt gúc bin thiờn vi tc gúc * =



d *

. Trong trng hp y h to

dt



x*y* l h to quay trũn vi tc gúc l * xung quanh gc ca h to

xy .

Gi s ta quan sỏt mt ng c khụng ng b rotor lng súc ang quay

vi vn tc gúc =



d

trong ú l gúc to bi trc rotor v trc quay cun

dt



dõy pha a. Hỡnh v biu din hai vector dũng stator i s v t thụng rotor r

vi modul v mt gúc pha bt k.



SVTK: Lờ Hu Thnh



- 65 -



GVHD: T.S Trung Hi



Trng HKT Cụng Nghip Thỏi Nguyờn







Thuyt Minh ỏn Tt Nghip



ng Dng PLC Vo iu Khin Thang Mỏy

trục từ thông rotor

d



j



s



isò



cuộn dây pha b



is



trục rotor



isd



jq



*

isq



cuộn dây pha a



rotor



cuộn dây pha c



Hỡnh 3.4: Biu din vector khụng gian trờn h to t thụng

rotor.

Vector t thụng r quay vi tc gúc s = 2.f s =



d s

dt



Trong ú fs l tn s mch in stator.

T hỡnh v (3.5) ta thy s s chờnh lch ú to nờn dũng in rotor

vi tn s fr, dũng in ú cng cú th biu din di dng vector i r vi tc

gúc = 2.. f r v gc trựng vi gc ca h to , v t tờn cho trc

ca h mi l d v q ta d dng nhn thy rng h to mi nh ngha l

mt h to quay xung quanh im gc chung vi tc gúc s vi vector

is cú cỏc phn t mi l isd v isq.

d nhn bit c vector ang quan sỏt h to no ta quy c

thờm hai ch s mi c vit bờn phi trờn cao: f thay cho h to dq v s

thay cho h to , ta s cú:

i ss = i s + ji s



s

i s = i sd + ji sq





(3.7)



Nu bit c s ta cú th d dng tớnh c j sf theo cụng thc.

i sf = i ss .e j s



hay



(3.8).





i sd = i s . sin s + i s . cos s



i sq = i s . cos s i s . sin s





(3.9)



Quỏ trỡnh trờn c tng hp y trong hỡnh v sau.

SVTK: Lờ Hu Thnh



- 66 -



GVHD: T.S Trung Hi



Trng HKT Cụng Nghip Thỏi Nguyờn



Thuyt Minh ỏn Tt Nghip







ng Dng PLC Vo iu Khin Thang Mỏy



Điều khiển

biến tần



biến tần



3~

isd



is



a



b



c



3

is



isq



2



ĐC



Hỡnh 3.5: Thu thp giỏ tr thc ca vector dũng stator trờn h trc to

t thụng rotor( cũn gi l h to dq ).

u im ca h to mi l do cỏc vector i s v r cng nh bn thõn

h to dq quay ng b vi nhau vi tc gúc s quanh im gc, cỏc

phn t ca vector (isd, isq) l cỏc i lng mt chiu. Trong ch vn hnh

xỏc lp cỏc phn t ú thm chớ cú th l khụng i. Quỏ trỡnh quỏ chỳng

cú th bin thiờn theo mt thut toỏn ó nh trc.

Khú khn thc tin ca vic tớnh i sdv isq l vic xỏc nh gúc s , trong

trng hp ng c ng b gúc ú c xỏc nh d dng bng thit b o

tc vũng quay(mỏy phỏt xung kốm vch o, resolver). Trng hp ng c

khụng ng b gúc s c to nờn bi tc gúc s = + r , trong ú ch

cú l cú th o c, ngc li r = 2.. f r vi fr l tn s mch rotor ta

cha bit. Vy phng phỏp mụ t trờn h to dq ũi hi phi tớnh c r

mt cỏch chớnh xỏc ú l c s ca h thng iu khin / iu chnh kiu ta

theo t thụng rotor (T4R).

Mt cỏch tng t nh i vi vector dũng stator ta cú th biu din tt

c cỏc vector cũn li trờn h to dq.

u sf = u sd + ju sq

f

i r = ird + ji rq



f

s = sd + j sq

f

r = rd + j rq



SVTK: Lờ Hu Thnh



- 67 -



(3.10).



GVHD: T.S Trung Hi



Trng HKT Cụng Nghip Thỏi Nguyờn







Thuyt Minh ỏn Tt Nghip



ng Dng PLC Vo iu Khin Thang Mỏy



f

Ta thy trong phng trỡnh r = rd + j rq cú rq = 0 do trc q bn thõn



ng vuụng gúc vi r tuy nhiờn trờn thc t ta rt khú tớnh chớnh xỏc gúc s

do ú ta vn gi rq m bo tớnh khỏch quan khi quan sỏt.

3.1.2. Nguyờn tc iu ch vector:

Phng phỏp iu ch vector khụng gian l phng phỏp mnh ph cp

trong cỏc h truyn ó hoỏ s ton phn dựng iu khin bin tn. Khõu

iu khin bin tn l khõu ghộp ni quan trng gia thit b iu khin / iu

chnh bng s vi khõu chp hnh: bin tn / ng c. Trong h thng ny s

nguyờn lý ca ng c khụng ng b 3 pha rotor lng súc c nuụi bi

bin tn dựng van bỏn dn, hot ng theo kiu ct xung vi tn s cao, cỏc

van bỏn dn õy ch yu l tranzitor(IGBT, MOSFET). Thụng thng cỏc

ụi van c vi x lý vi tớnh iu khin sao cho in ỏp xoay chiu 3 pha vi

biờn cho trc, vi tn s cng nh gúc pha cho trc c t lờn 3 cc

ca ng c theo ỳng yờu cu bin tn c nuụi bi in ỏp mt chiu UMC:

0



1



2



3



4



5



6



7



Cuụn

dõy pha

Pha a



0



1



1



0



0



0



1



1



Pha b



0



0



1



1



1



0



0



1



Pha c



0



0



0



0



1



1



1



1



STT



UMC



a

b

c



+

-



Chùm xung kích thích do vi xử lý gửi đến



SVTK: Lờ Hu Thnh



- 68 -



GVHD: T.S Trung Hi



Trng HKT Cụng Nghip Thỏi Nguyờn







Thuyt Minh ỏn Tt Nghip



ng Dng PLC Vo iu Khin Thang Mỏy



Hỡnh 3.6: S nguyờn lý ca ng c khụng ng b rotor lng súc

nuụi bi bin tn ngun ỏp.

Ta thy mi pha ca ng c cú th nhn mt trong hai trng thỏi 1(ni

vi cc dng ca UMC) hoc 0 (ni vi cc õm ca UMC) do ú cỏc van bỏn

dn s cú 23 = 8 trng thỏi, kh nng ni pha ca ng c vi UMC.

Nh trong bng sau:

Pha a



0



1



1



0



0



0



1



1



Pha b



0



0



1



1



1



0



0



1



Pha c



0



0



0



0



1



1



1



1



Bng 3.1. Cỏc kh nng ni pha ng c

tỡm c vector in ỏp chun cho cỏc cp van bỏn dn ca bin tn

to nờn, ta xột k mt kh nng trong tỏm kh nng trờn, vớ d nh kh nng

th t trong bng 1 vi s ni dõy nh hỡnh v sau:

(a)

(b)

+UMC

Usc



cuộn dây

pha b



Usb

cuộn dây

pha a

Us



Usa



cuộn dây

pha c



-UMC



Usa = -2UMC/3

Usb = Usc = UMC/3



Us = 2UMC/3



Hỡnh 3.7 : a. S 3 cun dõy theo kh nng th 4 ca bng 3.1

b. Vector khụng gian ng vi kh nng th 4 ca bng 3.1

T hỡnh v trờn ta cú th tớnh c in ỏp ri trờn tng qun dõy pha a, b, c.

2U MC



u sa =



3



u = U = U MC

sc

sb

3





Xột b trớ hỡnh hc ca ba qun dõy trờn mt phng tng t nh i vi

kh nng th t, ta d dng xõy dng c vector in ỏp tng ng cho tt

c cỏc trng hp cũn li (Hỡnh 3.9) cỏc vect ú c ỏnh s t 0 ữ 7 nh

s th t ca bng 3.1. õy cũn lu ý n hai trng hp c bit.

SVTK: Lờ Hu Thnh



- 69 -



GVHD: T.S Trung Hi



Trng HKT Cụng Nghip Thỏi Nguyờn







Thuyt Minh ỏn Tt Nghip



ng Dng PLC Vo iu Khin Thang Mỏy



u0: C ba pha u ni vi cc (-) ca UMC

u7: C ba pha u ni vi cc (+) ca UM.

C hai vector ny cú moul = 0 v cú ý ngha rt quan trng sau ny.



cuận dây

pha b

U



S



3



2



U



2



S



3



Q



Q



2



U



S



1



cuận dây

pha a



1



4



S



Q



Q



3



U



1



4



S



4



U



U



5



S



cuận dây

pha c



6



6



5



Hỡnh 3.8: Vector in ỏp ca cun dõy a, b, c

T trờn hỡnh cho thy rừ rng v trớ ca tng vector chun trong h to

, ta ghi nh rng modul ca tng vector ú luụn cú giỏ tr =



2.U MC

.

3



Ngoi quy c thụng thng v cỏc gúc phn t Q 1 n Q4 phõn chia bi

2 trc h to , . Cỏc vector chun chia ton b khụng gian thnh cỏc

gúc phn 6 S1 n S6 ch bng 8 vector chun (Hỡnh 3.9) ta phi to nờn in

ỏp stator vi biờn gúc pha bt k m khõu CD sau ny yờu cu.

3.1.3. Nguyờn lý ca phng phỏp iu ch vector khụng gian.

Gi s ta phi thc hin vector us bt k nh trong hỡnh 3.10 vector ú

cú th nm gúc phn 6 bt k no ú. Trong vớ d ny us nm S1. us cú th

thnh tng ca hai vector up,ut ta theo hai hng ca vector chun u1,u2 cỏc

ch vit bờn phi (thp) cú ngha nh sau.

t: vect biờn trỏi.

p: vect biờn phi.

U2

Ut



US



Up

SVTK: Lờ Hu Thnh



- 70 -



U1

GVHD: T.S Trung Hi



Trng HKT Cụng Nghip Thỏi Nguyờn







Thuyt Minh ỏn Tt Nghip



ng Dng PLC Vo iu Khin Thang Mỏy



Hỡnh3.9: Thc hin vector us bt k bng 2 vector chun.

Ta ó bit rng in ỏp s c quy i bng thi gian úng ngt xung

trong mt chu k no ú, gi thit ton b chu k ú l chu k cú ớch c

phộp dựng thc hin vector khi ny modul ti a cng khụng th vt quỏ

2/3 UMC do vy ta cú cụng thc.

u s max = u 1 = ..... = u 6 =



2U MC

.

3



(3.11)



Thi gian ti a l t ta cú cỏc nhn xột u tiờn nh sau:

+ us l tng vector ca 2 vector biờn up, ut: us = up + ut

+ Hai vector biờn cú th thc hin bng cỏch thc hin u1 (cho up) v u2 (cho

ut) trong khong thi gian sau:

Tp =

Tt =



up

u s max

ut

u s max



(3.12)



.T

.T



Vn õy l ta phi tớnh c cỏc khong thi gian T p, Tt tớnh

c Tp, Tt ta phi bit c modul ca vector biờn phi up v modul ca

vector biờn trỏi ut . Xut phỏt im tớnh modul ca vector us l do khõu iu

chnh dũng yờu cu.

Ta ó xột n thi gian thc hin cỏc vector T p, Tt trong khong thi

gian cũn li T (Tp + Tt) bin tn s thc hin 1 trong 2 vector cú modul = 0,

u0 v u7 bng cỏch ú trờn thc t ta thc hin phộp cng vector sau:

u s = u p + ut + u0 (u7 ) =



Tp

T



.u 1 +



T (T p +Tt )

Tt

.u 2 +u 0 ( u 7 ).

T

T



(3.13)



n õy ta phi xem xột trỡnh t thc hin 3 vector u1,u2,u7 (u0). Ta cú

bng xung mu ca 4 vector trờn nh bng 3.1. Thụng qua bng xung mu ta

thy trỡnh t s l cú li nht nu trong mt chu k cỏc cp van phi chuyn

mch ớt nht. C th õy cỏc cp van s phi chuyn mch mt ln.

- Nu nh trng thỏi cui cựng l u0 trỡnh t thc hin s l:

u1 u 2 u 7



- Nu nh trng thỏi cui cựng l u7 trỡnh t thc hin s l:

u 2 u1 u 0



SVTK: Lờ Hu Thnh



- 71 -



GVHD: T.S Trung Hi



Trng HKT Cụng Nghip Thỏi Nguyờn



Thuyt Minh ỏn Tt Nghip







ng Dng PLC Vo iu Khin Thang Mỏy



Bng cỏch thc hin nh vy ta s gõy tn hao úng ct cỏc van ca bin

tn mc thp nht. Nu ta v ghộp tng trng 2 chu k ni tip nhau thuc

gúc phn 6 th nht S1 ta s thu c biu xung nh sau.



Tp



Tt

Tx/2



T7



Tt



Tp



T0



Tx/2



Hỡnh3.10: Biu xung in ỏp

Bng cỏch thc hin hon ton tng t nh gúc phn 6 th nht S 1 cho

cỏc gúc phn 6 cũn li S 2 ữ S 6 ta cú biu xung cỏc vector in ỏp ú.



SVTK: Lờ Hu Thnh



- 72 -



GVHD: T.S Trung Hi



Trng HKT Cụng Nghip Thỏi Nguyờn