nghiên cứu hệ điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha roto lồng...

89
GVHD:ThS.NGUYỂN ĐĂNG KHANG ĐỒ ÁN MÔN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN-CƠ TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HN BỘ MÔN TỰ ĐỘNG HÓA Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam Độc lập-Tự do-Hạnh phúc ĐỒ ÁN MÔN HỌC TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN - CƠ Giảng viên hướng dẫn : ThS.NGUYỄN ĐĂNG KHANG Nhóm Sinh viên thực hiện : TÔN QUANG TOÀN – VÕ VĂN TRIỀN NSVTH: TÔN QUANG TOÀN – VÕ VĂN TRIỀN- LỚP Đ1K3 Page 1

Upload: laytailieu2015

Post on 18-Jul-2016

87 views

Category:

Documents


37 download

TRANSCRIPT

Page 1: Nghiên cứu hệ điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha roto lồng sóc bằng phương pháp điều khiển vecto tựa từ thông roto.doc

GVHD:ThS.NGUYỂN ĐĂNG KHANG ĐỒ ÁN MÔN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN-CƠ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HN

BỘ MÔN TỰ ĐỘNG HÓA

Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam

Độc lập-Tự do-Hạnh phúc

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN - CƠ

Giảng viên hướng dẫn : ThS.NGUYỄN ĐĂNG KHANG

Nhóm Sinh viên thực hiện : TÔN QUANG TOÀN – VÕ VĂN TRIỀN

Lớp :ĐIỆN 1

Khóa :3

Khoa : CÔNG NGHỆ KỈ THUẬT ĐIỆN

Tên đề tàiNGHIÊN CỨU HỆ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA

ROTO LỒNG SÓC BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN VECTƠ TỰA TỪ

THÔNG ROTO (FOC)

NSVTH: TÔN QUANG TOÀN – VÕ VĂN TRIỀN- LỚP Đ1K3 Page 1

Page 2: Nghiên cứu hệ điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha roto lồng sóc bằng phương pháp điều khiển vecto tựa từ thông roto.doc

GVHD:ThS.NGUYỂN ĐĂNG KHANG ĐỒ ÁN MÔN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN-CƠ

Lời nói đầuLời nói đầu

Ngày nay,động cơ điện được sử dụng rộng rải trong mọi lỉnh vực của đời sống xã hội,đặc biệt là trong các ngành công nghiệp sản xuất hiện đại,và trong nhiều lỉnh vực đời sống không thể thiếu các động cơ điện,vì vậy các loại động cơ điện được chế tạo ngày càng hoàn thiện hơn,trong đó động cơ điện không đồng bộ 3 pha chiếm tỉ lệ lớn trong các ngành công nghiệp do động cơ không đồng bộ 3 pha có nhiều ưu điểm như việc khởi động dể dàng,giá thành rẻ,vận hành êm,kích thước nhỏ gọn,làm việc chắc chắn,đặc tính làm việc tố,bảo quản đơn giản,chi phí vận hành và bảo trì thấp.tuy vậy nó có nhược điểm đặc tính cơ phi tuyến mạnh nên trước đây, với các phương pháp điều khiển còn đơn giản, loại động cơ này phải nhường chỗ cho động cơ điện một chiều và không được ứng dụng nhiều.tuy nhiên với sự phát triển mạnh của ngành khoa học kỉ thuật ngày nay như ngành kỉ thuật vi xử lý,điện tử công suất cộng các lý thuyết điều khiển, truyền động thì việc ứng dụng động cơ không đồng bộ 3 pha là được ứng dụng rộng rải trong hệ thống truyền động điều chỉnh tốc độ của các máy sản xuất, thay thế dần động cơ một chiều.

Trước đây thường điều khiển động cơ bằng cách điều chỉnh điện áp. Đây là một phương pháp đơn giản nhưng chất lượng điều chỉnh kể cả tĩnh lẫn động đều không cao. Để điều khiển được chính xác và hiệu quả phải nói đến phương pháp thay đổi tần số điện áp nguồn cung cấp. Do tốc độ động cơ không đồng bộ xấp xỉ tốc độ đồng bộ nên động cơ làm việc với độ trượt nhỏ và tổn hao công suất trượt trong mạch rôto nhỏ. Tuy nhiên phương pháp này còn phức tạp và đắt tiền. thiết bị dùng để biến đổi tần số là các bộ nghịch lưu, có thể là nghịch lưu trực tiếp hoặc gián tiếp. Ta có thể sử dụng bộ biến tần là một thiết bị tích hợp cả chỉnh lưu, nghịch lưu lẫn điều khiển. Luật điều khiển trong mỗi biến tần tuỳ thuộc vào nhà sản xuất.

NSVTH: TÔN QUANG TOÀN – VÕ VĂN TRIỀN- LỚP Đ1K3 Page 2

Page 3: Nghiên cứu hệ điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha roto lồng sóc bằng phương pháp điều khiển vecto tựa từ thông roto.doc

GVHD:ThS.NGUYỂN ĐĂNG KHANG ĐỒ ÁN MÔN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN-CƠ

Hiện nay để điều khiển động cơ đã có nhiều biến tần bán sẵn trên thị trường, ít khi còn phải thiết kế theo phương pháp kinh điển nữa. Các nhà sản xuất lựa chọn biến tần nhiều hơn bảng điều khiển sao - tam giác hoặc điện trở phụ hoặc các thiết bị điều khiển khác vì nó gọn nhẹ, điều khiển chính xác, tin cậy, đáp ứng được nhu cầu tự động hoá và từng bước hiện đại hoá xí nghiệp của họ. Biến tần đơn giản thường điều khiển tốc độ theo luật U/f để đảm bảo động cơ sinh mômen tốt nhưng cho các hệ truyền động yêu cầu cao hơn thì có biến tần điều khiển theo vectơ tựa từ thông roto (foc).

Mục đích của đồ ánTuy hiện nay các loại biến tần đã được bày bán và sử dụng rộng rãi trên thị trường

của các hãng Toshiba, Omron, Siemens ... với nhiều phương pháp điều khiển khác

nhau như : theo luật U/f không đổi, điều khiển vectơ tựa từ thông roto.. nhưng việc

tìm hiểu để chọn ra một phương pháp thích hợp hoặc nghiên cứu tìm ra một

phương pháp điều khiển mới sao cho tối ưu về giá thành, độ chính xác, độ tin cậy

thì vẫn còn những tranh luận vì mỗi loại đều có ưu nhược khác nhau.Bản đồ án này

của chúng em xin được trình bày rỏ hơn về phương pháp biến tần sử dụng luật

FOC (điều khiển vecto tựa từ thông roto) bao gồm các phần chính sau:

- Xây dựng cơ sở lý thuyết thuật toán FOC

- Mô phỏng bằng Matlab đánh giá đáp ứng hệ thống biến tần dùng thuật toán

điều khiển FOC để chứng minh việc đúng đắn của công việc mình đang làm

- Đi đánh giá ưu nhược điểm biến tần sử dụng luật FOC và củng như vị trí

ứng dụng của nó.

NSVTH: TÔN QUANG TOÀN – VÕ VĂN TRIỀN- LỚP Đ1K3 Page 3

Page 4: Nghiên cứu hệ điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha roto lồng sóc bằng phương pháp điều khiển vecto tựa từ thông roto.doc

GVHD:ThS.NGUYỂN ĐĂNG KHANG ĐỒ ÁN MÔN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN-CƠ

LỜI CẢM ƠNĐầu tiên em xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc tới các thầy cô giáo trong

khoa điện đặc biệt là thầy giáo NGUYỄN ĐĂNG KHANG,giáo viên khoa điện

trường ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI người đả trực tiếp giảng dạy và

cho chúng em kiến thức để hoàn thành đồ án môn học này.

Là một kỉ sư điện tương lai chúng em hiểu rỏ tầm quan trọng của động cơ không đồng bộ 3 pha roto lồng sóc trong công nghiệp,quá trình sản xuất và củng như tầm quan trọng của việc điều khiển tốc độ nó,trong đó có phương pháp điều khiển theo vectơ tựa từ thông roto (foc).

Do kiến thức có hạn củng như chưa có kinh nghiệm thực tế nên bản đồ án này

của chúng em không tránh khỏi nhửng thiếu sót,em kính mong thầy giáo xem

xét và góp ý để chúng em hoàn thành đồ án này được tốt hơn sau này.

Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo!

Hà nội,ngày 23/12/2011.

Nhóm sinh viên thực hiện

TÔN QUANG TOÀN

VÕ VĂN TRIỀN

NSVTH: TÔN QUANG TOÀN – VÕ VĂN TRIỀN- LỚP Đ1K3 Page 4

Page 5: Nghiên cứu hệ điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha roto lồng sóc bằng phương pháp điều khiển vecto tựa từ thông roto.doc

GVHD:ThS.NGUYỂN ĐĂNG KHANG ĐỒ ÁN MÔN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN-CƠ

LỜI NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN

........................................................................................................................

........................................................................................................................

........................................................................................................................

........................................................................................................................

........................................................................................................................

........................................................................................................................

........................................................................................................................

........................................................................................................................

........................................................................................................................

........................................................................................................................

........................................................................................................................

........................................................................................................................

........................................................................................................................

........................................................................................................................

........................................................................................................................

........................................................................................................................

........................................................................................................................

........................................................................................................................

........................................................................................................................

........................................................................................................................

........................................................................................................................

........................................................................................................................

........................................................................................................................

........................................................................................................................

........................................................................................................................

NSVTH: TÔN QUANG TOÀN – VÕ VĂN TRIỀN- LỚP Đ1K3 Page 5

Page 6: Nghiên cứu hệ điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha roto lồng sóc bằng phương pháp điều khiển vecto tựa từ thông roto.doc

GVHD:ThS.NGUYỂN ĐĂNG KHANG ĐỒ ÁN MÔN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN-CƠ

........................................................................................................................

........................................................................................................................

........................................................................................................................

........................................................................................................................

........................................................................................................................

........................................................................................................................

........................................................................................................................

........................................................................................................................

........................................................................................................................

........................................................................................................................

........................................................................................................................

........................................................................................................................

........................................................................................................................

I. XÂY DỰNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT THUẬT TOÁN FOC

I.1. VÀI NÉT SƠ LƯỢC VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ ROTO LỒNG SÓC

I.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ

I.3. XÂY DỰNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT THUẬT TOÁN FOC

I.3.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ FOC

I.3.2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT THUẬT TOÁN FOC

I.3.2.1. MÔ TẢ TOÁN HỌC ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA

I.3.2.2. PHÉP BIẾN ĐỔI KHÔNG GIAN VECTO

NSVTH: TÔN QUANG TOÀN – VÕ VĂN TRIỀN- LỚP Đ1K3 Page 6

MỤC LỤC

Page 7: Nghiên cứu hệ điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha roto lồng sóc bằng phương pháp điều khiển vecto tựa từ thông roto.doc

GVHD:ThS.NGUYỂN ĐĂNG KHANG ĐỒ ÁN MÔN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN-CƠ

I.3.2.3. HỆ PHƯƠNG TRÌNH CƠ BẢN CỦA ĐỘNG CƠ TRONG KHÔNG GIAN VECTO

I.3.2.4. CẤU TRÚC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VECTO ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ

I.3.2.5. TỔNG HỢP CÁC BỘ ĐIỀU CHỈNH

I.3.2.6. QUAN SÁT TỪ THÔNG

1.3.3. CẤU HÌNH ĐIỀU KHIỂN FOC

II. MÔ PHỎNG BẰNG MATLAB ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG BIẾN TẦN DÙNG

THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN FOC

2.1. MÔ PHỎNG BẰNG MATLAB

2.2. ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG BIẾN TẦN DÙNG THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN FOC

III. ĐÁNH GIÁ ƯU NHƯỢC ĐIỂM BIẾN TẦN SỬ DỤNG LUẬT FOC VÀ VỊ TRÍ

ỨNG DỤNG

3.1. ƯU ĐIỂM CỦA FOC

3.2. NHƯỢC ĐIỂM CỦA FOC

3.3. VỊ TRÍ ỨNG DỤNG CỦA FOC

I. XÂY DỰNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT THUẬT TOÁN FOC

1.1. VÀI NÉT SƠ LƯỢC VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ ROTO LỒNG SÓC

Ta đi tổng quan về động cơ không đồng bộ là loại máy điện xoay chiều hai

dây quấn trong đó chỉ có dây quấn stato (dây quấn sơ cấp) nhận điện từ lưới

với tần số fs, dây quấn rôto (dây quấn thứ cấp) được nối ngắn mạch (hoặc được

khép kín qua điện trở). Dòng điện trong dây quấn rôto được lấy cảm ứng từ

phía dây quấn stato, có tần số fr và là hàm của tốc độ góc rôto r. So với động

cơ một chiều, động cơ không đồng bộ có ưu điểm về mặt cấu tạo và giá

thành,làm việc tin cậy và chắc chắn. Khuyết điểm chính cuả động cơ KĐB là

đặc tính mở máy xấu và khống chế các quá trình quá độ khó khăn hơn so với

động cơ một chiều. Trong thời gian gần đây, với sự hỗ trợ của một số nghành

khoa học khác như: Điện tử công suất, kỹ thuật vi xử lý ... đã làm tăng khả

năng sử dụng đối với động cơ không đồng bộ ngay cả trong những trường hợp

NSVTH: TÔN QUANG TOÀN – VÕ VĂN TRIỀN- LỚP Đ1K3 Page 7

NHÓM 35

Page 8: Nghiên cứu hệ điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha roto lồng sóc bằng phương pháp điều khiển vecto tựa từ thông roto.doc

GVHD:ThS.NGUYỂN ĐĂNG KHANG ĐỒ ÁN MÔN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN-CƠ

có yêu cầu điều chỉnh tự động tốc độ trong dải rộng với độ chính xác cao mà

trong các hệ truyền động trước đây vẫn thường phải sử dụng động cơ một

chiều.

Động cơ không đồng bộ 3 pha là máy điện xoay chiều,làm việc theo nguyên lý

cảm ứng điện từ,có tốc độ của roto khác với tốc độ từ trường quay trong máy.

Động cơ không đồng bộ 3 pha được dùng nhiều trong sản xuất và sinh hoạt vì

chế tạo đơn giản,giá rẻ,độ tin cậy cao,vận hành đơn giản,hiệu suất cao,và gần

như không bảo trì.dải công suất rất rộng.

NSVTH: TÔN QUANG TOÀN – VÕ VĂN TRIỀN- LỚP Đ1K3 Page 8

Page 9: Nghiên cứu hệ điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha roto lồng sóc bằng phương pháp điều khiển vecto tựa từ thông roto.doc

GVHD:ThS.NGUYỂN ĐĂNG KHANG ĐỒ ÁN MÔN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN-CƠ

Động cơ không đồng bộ 3 pha chia thành:

Động cơ không đồng bộ 3 pha roto lồng sóc

Động cơ không đồng bộ 3 pha roto dây quấn

ở đây ta tập trung vào nghiên cứu về động cơ 3 pha roto lồng sóc

Hình ảnh về rotor lồng sóc:

NSVTH: TÔN QUANG TOÀN – VÕ VĂN TRIỀN- LỚP Đ1K3 Page 9

Page 10: Nghiên cứu hệ điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha roto lồng sóc bằng phương pháp điều khiển vecto tựa từ thông roto.doc

GVHD:ThS.NGUYỂN ĐĂNG KHANG ĐỒ ÁN MÔN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN-CƠ

Lá thép của rotor và stator:

Các thanh nhôm được gắn trên rotor (thành dạng "cái lồng nhốt con sóc" nên

gọi là "lồng sóc"):

1.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ

Ta có từ phương trình momen của động cơ : ta có thể

dựa vào đó để điều khiển moomen bằng cách thay đổi các thông số như điện trở phụ,tốc độ trượt,và tần số nguồn cấp.

Điều khiển điện áp statorDo momen động cơ không đồng bộ tỷ lệ bình phương điện áp stato,do đó có thể điều chỉnh được momen và tốc độ không đồng bộ bằng cách điều chỉnh điện áp stato trong khi giử nguyên tần số.đây là phương pháp đơn giản nhất.chỉ sử dụng một bộ biến đổi điện năng (biến áp,triristor)để điều chỉnh điện áp đặt vào các cuộn stator.phương pháp này kinh tế nhưng đặc tính cơ thu được không tốt,thích hợp với phụ tải máy bơm,quạt gió.

Điều khiển điện trở rotoSử dụng trong cơ cấu dịch chuyển cầu trục,quạt gió,bơm nước;bằng việc điều khiển tiếp điểm hoặc trisistor làm ngắn mạch/hở mạch điện trở phụ

NSVTH: TÔN QUANG TOÀN – VÕ VĂN TRIỀN- LỚP Đ1K3 Page 10

Page 11: Nghiên cứu hệ điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha roto lồng sóc bằng phương pháp điều khiển vecto tựa từ thông roto.doc

GVHD:ThS.NGUYỂN ĐĂNG KHANG ĐỒ ÁN MÔN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN-CƠ

của roto ta điều khiển được tốc độ động cơ,phương pháp này có ưu điểm mạch điện an toàn,giá thành rẻ.nhược điểm:đặc tính điều chỉnh không tốt,hiệu suất thấp,vùng điều chỉnh không rộng.

Điều chỉnh công suất trượtTrong các trường hợp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng cách làm mềm đặc tính và để nguyên tốc độ không tải lý tưởng thì công suất trượt ps= pđt được tiêu tán trên điện trở mạch roto.ở các hệ thống truyền động điện công suất lớn,tổn hao này là đáng kể.vì thế để vừa điều chỉnh được tốc độ truyền động điện,vừa tận dụng được công suất trượt người ta sử dụng các sơ đồ công suất trượt (sơ đồ nối tầng / nối cấp)P1 = Pcơ + Ps = P1(1 –s) +sP1 = const.Nếu lấy Ps trả lại lưới thì tiết kiệm được năng lượng-khi điều chỉnh với < :được gọi là điều chỉnh nối cấp dưới đồng bộ (lấy năng lượng Ps ra phát lên lưới).- khi điều chỉnh với > (s<0):điều chỉnh công suất trượt trên đồng bộ (nhận năng lượng ps vào ) hay còn gọi là điều chỉnh nối cấp trên đồng bộ hai nguồn cung cấp.- nếu tái sử dụng năng lượng Ps để tạo Pcơ : được gọi là truyền động nối cấp cơ.phương pháp này không có nghỉa nhiều vì khi giảm còn 1/3 thì Ps = 2/3.P1 tức là công suất động cơ 1 chiều dùng để Ps phần gần đúng bằng động cơ chính xoay chiều.nếu không nên điều chỉnh xuống.trong thực tế ta không dùng phương pháp này.

Điều chỉnh tần số nguồn cấp stator Khi điều chỉnh tần số động cơ đồng bộ thường phải điều chỉnh cả điện áp,dòng điện,hoặc từ thông trong mạch stator do trở kháng,từ thông,dòng điện của động cơ bị thay đổi.-luật điều chỉnh tần số - điện ápở hệ thống điều khiển điện áp/tần số,sức điện động stator động cơ được điều chỉnh tỉ lệ với tần số đảm bảo duy trì từ thông khe hở không đổi.động cơ có khả năng sinh momen như nhau ở mọi tần số định mức.có thể điều chỉnh tốc độ ở 2 vùng:vùng dưới tốc độ cơ bản : giử từ thông không đổi qua điều khiển tỷ số sức điện động khe hở/tần số là hằng sốvùng trên tốc độ cơ bản :giử công suất động cơ không đổi,điện áp được duy trì không đổi,từ thông động cơ giảm theo tốc độ.

NSVTH: TÔN QUANG TOÀN – VÕ VĂN TRIỀN- LỚP Đ1K3 Page 11

Page 12: Nghiên cứu hệ điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha roto lồng sóc bằng phương pháp điều khiển vecto tựa từ thông roto.doc

GVHD:ThS.NGUYỂN ĐĂNG KHANG ĐỒ ÁN MÔN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN-CƠ

+theo khả năng quá tải :Để đảmbảo một số chỉ tiêu điều chỉnh mà không làm động cơ bị quá tải dòng thì cần phải điều chỉnh cả điện áp.đối với biến tần nguồn áp thường có yêu cầu giử cho khả năng quá tải về momen là không đổi trong suốt dải điều chỉnh tốc độ.luật điều chỉnh là Us = fs

(1+x/2) với x phụ thuộc tải.khi x = 0 (Mc = const,ví dụ cơ cấu nâng hạ )thì luật điều chỉnh us/fs không đổi.+điều chỉnh từ thông:Trong chế độ định mức,từ thông là định mức và mạch từ là tối đa.luật điều chỉnh tần số - điện áp là giử gần đúng từ thông không đổi trên toàn dải điều chỉnh.tuy từ thông động cơ trên mổi đặc tính cơ còn phụ thuộc rất nhiều vào độ trượt s,tức là phụ thuộc vào momen tải trên trục động cơ.vì vậy trong các hệ điều chỉnh yêu càu chất lượng cao cần tìm cách bù từ thông. Phương pháp này có nhược điểm là mổi đông cơ phải cài đặt một sensor do từ thông không thích hợp cho sản xuất đại trà và cơ cấu đó gắn liền trong đó bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ và nhiểu.Nếu điều chỉnh cả biên độ và pha của dòng điện thì có thể điều chỉnh được từ thông roto mà không cần cảm biến tốc độ.+ Điều chỉnh tần số nguồn dòng điện:Phương pháp điều chỉnh này sử dụng biến tần nguồn dòng. Biến tần nguồn dòng có ưu điểm là tăng được công suất đơn vị máy, mạch lực đơn giản mà vẫn thực hiện hãm tái sinh động cơ . Nguồn điện một chiều cấp cho nghịch lưu phải là nguồn dòng điện, tức là dòng điện không phụ thuộc vào tải mà chỉ phụ thuộc vào tín hiệu điều khiển . Để tạo nguồn điện một chiều thường dùng chỉnh lưu điều khiển hoặc băm xung áp một chiều có bộ điều chỉnh dòng điện có cấu trúc tỷ lệ - tích phân (PI), mạch lọc là điện kháng tuyến tính có trị số điện cảm đủ lớn.+ Điều chỉnh tần số - dòng điện:Việc điều chỉnh từ thông trong hệ thống biến tần nguồn dòng được thực hiện tương tự như hệ thống biến tần nguồn áp.

+ Điều chỉnh vectơ dòng điện:Tương tự như hệ thống biến tần nguồn áp ở hệ thống biến tần nguồn dòng cũng có thể thực hiện điều chỉnh từ thông bằng cách điều chỉnh vị trí vectơ

NSVTH: TÔN QUANG TOÀN – VÕ VĂN TRIỀN- LỚP Đ1K3 Page 12

Page 13: Nghiên cứu hệ điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha roto lồng sóc bằng phương pháp điều khiển vecto tựa từ thông roto.doc

GVHD:ThS.NGUYỂN ĐĂNG KHANG ĐỒ ÁN MÔN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN-CƠ

dòng điện không gian. Điều khác biệt là trong hệ thống biến tần nguồn dòng thì dòng điện là liên tục và việc chuyển mạch của các van phụ thuộc lẫn nhau.

Điều khiển trực tiếp mômenRa đời năm 1997, thực hiện được đáp ứng nhanh. Vì r có quán tính cơ nên không biến đổi nhanh được, do đó ta chú trọng thay đổi s không thay đổi r. Phương pháp này không điều khiển theo quá trình mà theo điểm làm việc. Nó khắc phục nhược điểm của điều khiển định hướng trường vectơ rôto r cấu trúc phức tạp, đắt tiền, độ tin cậy thấp (hiện nay đã có vi mạch tích hợp cao, độ chính xác cao), việc đo dòng điện qua cảm biến gây chậm trễ, đáp ứng momen của hệ điều khiển vectơ chậm (cỡ 10 ms) và ảnh hưởng của bão hoà mạch từ tới Rs lớn.Kết luận :trong hệ thống truyền động điều khiển tần số,phương pháp điều khiển theo từ thông roto có thể cho ta đặc tính tỉnh và động của động cơ tốt.

1.3.XÂY DỰNG CƠ SỞ THUẬT TOÁN FOC1.3.1 Tổng quan về FOCMoment sinh ra trong động cơ là kết quả tương tác giữa dòng trong cuộn ứng và từ thông sinh ra trong hệ thống kích từ động cơ .Từ thông phải được giữ ở mức tối ưu nhằm đảm bảo sinh ra moment tối đa và giảm tối thiểu mức độ bão hòa của mạch từ .Với từ thông có giá trị không đổi ,moment sẽ tỷ lệ với dòng phần ứng Động cơ điện tương tự như 1 nguồn moment điều khiển được . Yêu cầu điều khiển chính xác giá trị moment tức thời của động cơ đặt ra trong các hệ truyền động có đặc tính truyền động cao và sử dụng phương pháp điều khiển vị trí trục rotoViệc điều khiển moment ở xác lập có thể mở rộng cho quá độ được thực hiện trong các hệ thống điều khiển vecto dựa theo nguyên lý định hướng từ trường .Việc điều khiển động cơ theo nguyên lý định hướng từ trường có nhiều phương pháp khác nhau như : định hướng từ thông roto , định hướng từ thông stator ,

NSVTH: TÔN QUANG TOÀN – VÕ VĂN TRIỀN- LỚP Đ1K3 Page 13

Page 14: Nghiên cứu hệ điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha roto lồng sóc bằng phương pháp điều khiển vecto tựa từ thông roto.doc

GVHD:ThS.NGUYỂN ĐĂNG KHANG ĐỒ ÁN MÔN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN-CƠ

định hướng từ thông khe hở không khí . Trong đó việc điều khiển từ thông roto ( FOC ) đơn giản và được sử dụng rộng rãi .Nguyên lý điều khiển định hướng theo vecto từ thông dựa trên phương pháp phân tách phi tuyến được sử dụng trong điều khiển các hệ thống phi tuyến . Bản chất của phương pháp này là điều khiển các biến đã chọn sao cho chúng luôn bằng 0 . Như vậy mô hình toán học sẽ trở nên đơn giản hơn vì có thể loại bỏ 1 số nhánh trong mô hình tổng quát1.3.2. XÂY DỰNG CƠ SỞ THUẬT TOÁN FOC1.3.2.1.MÔ TẢ TOÁN HỌC ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA

Đối với các hệ truyền động điện đã được số hoá hoàn toàn, để điều khiển biến tần người ta sử dụng phương pháp điều chế vectơ không gian. Khâu điều khiển biến tần là khâu nghép nối quan trọng giữa thiết bị điều khiển/ điều chỉnh bằng số với khâu chấp hành. Như vậy cần mô tả động cơ thành các phương trình toán học.

Quy ước : A,B,C chỉ thứ tự pha các cuộn dây rotor và a,b,c chỉ thứ tự pha các cuộn dây stator.

Giả thiết : - Cuộn dây stato, roto đối xứng 3 pha, rôto vượt góc .- Tham số không đổi.- Mạch từ chưa bão hoà.- Khe hở không khí đồng đều.- Nguồn ba pha cấp hình sin và đối xứng (lệch nhau góc 2/3)

Phương trình cân bằng điện áp của mỗi cuộn dây k như sau:

Trong đó :k là thứ tự cuộn dây A,B,C rotor và a,b,c stator.:k là từ thông cuộn dây thứ k. k=Lkjij. Nếu i=k: tự cảm, jk: hỗ cảm.

Ví dụ:a =L a ai a+L abi b+L aci c+L aAi A+L aBi B+L aCi C

Vì ba pha đối xứng nên :Ra =Rb =Rc = Rs , RA =RB =RC =Rr L aa =L bb =L cc =L s1 , L AA =L BB =L CC =L r1 L ab =L ba =L bc ...=-M s , L AC =L BC =L AB ...=-M r L aA =L bB =L cC =L Aa = L Bb =L Cc =McosL aB =L bC =L cA =L Ba = L Cb =L Ac =Mcos(+2/3)

NSVTH: TÔN QUANG TOÀN – VÕ VĂN TRIỀN- LỚP Đ1K3 Page 14

Page 15: Nghiên cứu hệ điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha roto lồng sóc bằng phương pháp điều khiển vecto tựa từ thông roto.doc

GVHD:ThS.NGUYỂN ĐĂNG KHANG ĐỒ ÁN MÔN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN-CƠ

L aC =L bA =L cB =L Ca = L Ab =L Bc =Mcos( -2/3)

__ __ __ s = r = =

_ _ _ _is = , ir = , us = , ur =

[Rs] = [Rr] =

[Ls] = [Lr] =

[Lm()]=M.

= x

= x

NSVTH: TÔN QUANG TOÀN – VÕ VĂN TRIỀN- LỚP Đ1K3 Page 15

a b c A B C

A B C

i a i b i c

uA uB uC

ua ub u c

iA iB iC

RS 0 00 RS 00 0 R S

Rr 0 00 Rr 00 0 R r

LS1 -MS -MS -MS LS1 -MS -MS -MS LS1

Lr1 -Mr -Mr

-Mr Lr1 -Mr

-Mr -Mr Lr1

cos cos(+2/3) cos(-2/3)cos(-2/3) cos cos(+2/3)cos(+2/3) cos(-2/3) cos

is

ir

s

r

[LS] [Lm()][Lm()]t [Lr]

us

ur

is

ir

Page 16: Nghiên cứu hệ điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha roto lồng sóc bằng phương pháp điều khiển vecto tựa từ thông roto.doc

GVHD:ThS.NGUYỂN ĐĂNG KHANG ĐỒ ÁN MÔN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN-CƠ

})({ rmts iL

ddiM

Các hệ phương trình trên là các hệ phương trình vi phân phi tuyến có hệ số biến thiên theo thời gian vì góc quay phụ thuộc thời gian:

= 0+(t)dtKết luận : nếu mô tả toán học như trên thì rât phức tạp nên cần phải đơn giản bớt đi. Tới năm 1959 Kôvacs(Liên Xô) đề xuất phép biến đổi tuyến tính không gian vectơ và Park (Mỹ) đưa ra phép biến đổi d, q.

1.3.2.2 PHÉP BIẾN ĐỔI TUYẾN TÍNH KHÔNG GIAN VECTO

Trong máy điện ba pha thường dùng cách chuyển các giá trị tức thời của điện áp thành các véc tơ không gian. Lấy một mặt phẳng cắt môtơ theo hướng vuông góc với trục và biểu diễn từ không gian thành mặt phẳng. Chọn trục thực của mặt phẳng phức trùng với trục pha a.

Hình2-1: Tương quan giữa hệ toạ độ và toạ độ ba pha a,b,c

Ba véc tơ dòng điện stator ia, ib, ic tổng hợp lại và đại diện bởi một véc tơ quay tròn is . Véc tơ không gian của dòng điện stator:

)(32i 2

s cba iaaii

NSVTH: TÔN QUANG TOÀN – VÕ VĂN TRIỀN- LỚP Đ1K3 Page 16

is

+1()

+j()

is

a.ib

a2 .ic

Ia

is

is

Page 17: Nghiên cứu hệ điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha roto lồng sóc bằng phương pháp điều khiển vecto tựa từ thông roto.doc

is

a.ib a2 .ic

Ia

x

y

k

k

GVHD:ThS.NGUYỂN ĐĂNG KHANG ĐỒ ÁN MÔN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN-CƠ

Muốn biết is cần biết các hình chiếu của nó lên các trục toạ độ: is,is.

ss jii si

)2(31}Re{is cbas iiii

)(33}Im{is cbs iii

Hình 2-2: Cuộn dây 3 pha nhìn trên Theo cách thức trên có thể chuyển vị từ 6 phương trình (3 rôto, 3 stato) thành

nghiên cứu 4 phương trình .Phép biến đổi từ 3 pha (a,b,c) thành 2 pha (, ) được gọi là phép biến đổi thuận.

Còn phép biến đổi từ 2 pha thành 3 pha được gọi là phép biến đổi ngược.Đơn giản hơn, khi chiếu is lên một hệ trục xy bất kỳ quay với tốc độ k:k =0 + kt

Nếu k=0, 0=0 :đó là phép biến đổi với hệ trục , (biến đổi tĩnh) Nếu k=1, 0 tự chọn bất kỳ (để đơn giản một phương trình cho x trùng r để ry=0): phép biến đổi d,q. Nếu k= 1 - =r : hệ toạ độ cố định , đối với rôto (ít dùng).

Hìh 2-3: Chuyển sang hệ toạ độ quay bất kỳCác hệ toạ độ được mô tả như sau:

NSVTH: TÔN QUANG TOÀN – VÕ VĂN TRIỀN- LỚP Đ1K3 Page 17

u

u

pha C

S

dq

is

is

is

q

is

d

pha B

pha A

hướng trục rôto r

is

Page 18: Nghiên cứu hệ điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha roto lồng sóc bằng phương pháp điều khiển vecto tựa từ thông roto.doc

GVHD:ThS.NGUYỂN ĐĂNG KHANG ĐỒ ÁN MÔN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN-CƠ

Hình 2-4: Các đại lượng is , r của động cơ trên các hệ toạ độ

Các phương trình chuyển đổi hệ toạ độ:a,b,c :

)(3

1bas

as

iii

ii

d,qisd = iscos + issinisq = iscos - issin

a,b,c:

d,q is = isdcos - isqsinis = isdsin + isqcos

1.3.2.3.HỆ PHƯƠNG TRÌNH CƠ BẢN CỦA ĐỘNG CƠ TRONG KHÔNG GIAN VECTO

Để dễ theo dõi ta ký hiệu :

NSVTH: TÔN QUANG TOÀN – VÕ VĂN TRIỀN- LỚP Đ1K3 Page 18

Page 19: Nghiên cứu hệ điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha roto lồng sóc bằng phương pháp điều khiển vecto tựa từ thông roto.doc

GVHD:ThS.NGUYỂN ĐĂNG KHANG ĐỒ ÁN MÔN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN-CƠ

Chỉ số trên s: xét trong hệ toạ độ stato (toạ độ ,) f: trong toạ độ trường (field) từ thông rôto (toạ độ dq) r: toạ độ gắn với trục rôto.

Chỉ số dưới s: đại lượng mạch stator: đại lượng mạch rôto

Phương trình mômen :

).(.23).(.

23

rrsrM ipipm (2-1)

Phương trình chuyển động :

dtd

pJmm cM

(2-2)

Phương trình điện áp cho ba cuộn dây stato :

dttdtiRtu

dttdtiRtu

dttdtiRtu

scscssc

sbsbssb

sasassa

)()(.)(

)()(.)(

)()(.)(

(2-3)

Tương tự như vectơ dòng điện ta có vectơ điện áp:us(t)= 2/3.[usa(t) + usb(t).ej120 + usc(t).ej240]Sử dụng khái niệm vectơ tổng ta nhận được phương trình vectơ:

dtdiRu

sss

ssss

. (2-4)

Trong đó uss, is

s, ss là các vectơ điện áp, dòng điện, từ thông stato.

Khi quan sát ở hệ toạ độ ,:Đối với mạch rôto ta cũng có được phương trình như trên, chỉ khác là do cấu tạo

các lồng sóc là ngắn mạch nên ur=0 (quan sát trên toạ độ gắn với trục rôto)Từ thông stato và rôto được tính như sau:

dt

diRrrr

rr

.0

s = isLs+irLm (2-5)

NSVTH: TÔN QUANG TOÀN – VÕ VĂN TRIỀN- LỚP Đ1K3 Page 19

Page 20: Nghiên cứu hệ điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha roto lồng sóc bằng phương pháp điều khiển vecto tựa từ thông roto.doc

GVHD:ThS.NGUYỂN ĐĂNG KHANG ĐỒ ÁN MÔN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN-CƠ

r = isLm+irLr

Trong đó Ls : điện cảm stato Ls = Ls+ Lm (Lós : điện cảm tiêu tán phía stato)Lr : điện cảm rôto Lr = Lr+ Lm (Lór : điện cảm tiêu tán phía rôto)Ls : hỗ cảm giữa rôto và stato

(Phương trình từ thông không cần đến chỉ số hệ toạ độ vì các cuộn dây stato và rôto có cấu tạo đối xứng nên điện cảm không đổi trong mọi hệ toạ độ).

a) Phương trình trạng thái tính trên hệ toạ độ cố định Phương trình điện áp stato giữ nguyên, còn phương trình điện áp rôto có thay đổi

do rôto quay với tốc độ so với stato nên có thể nói hệ toạ độ quay tương đối với rôto tốc độ -

rsrm

ss

sr

msrs

ss

ss

sr

srs

rr

sss

ssss

LiLi

LiLi

jdt

diR

dtdiRu

________

________

________

__

________

.0

.

(2-6)

Tìm cách loại bỏ s và ir: ta rút từ phương trình thứ 3 và 4 trong hệ (2-6) được:

)(

)(1

mss

sr

r

ms

ss

ss

mss

sr

r

sr

LiLLLi

LiL

i

(2-7)

Đặt =1-Lm2/(LsLr)(hệ số tản từ), Ts=Ls/Rs , Tr=Lr/Rr và thay lại phương trình 1

và 2 trong hệ (2-6) :

dtdj

TTLi

dtd

LL

dtidLiRu

sr

r

sr

r

mss

sr

r

mss

s

sss

ss

)1(0

.

(2-8)

NSVTH: TÔN QUANG TOÀN – VÕ VĂN TRIỀN- LỚP Đ1K3 Page 20

Page 21: Nghiên cứu hệ điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha roto lồng sóc bằng phương pháp điều khiển vecto tựa từ thông roto.doc

GVHD:ThS.NGUYỂN ĐĂNG KHANG ĐỒ ÁN MÔN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN-CƠ

Biến đổi (2-8) sang dạng từng phần tử của vectơ :

rr

rsr

mr

rrr

sr

mr

ss

rmr

rm

srs

s

ss

rm

rmr

srs

s

Ti

TL

dtd

Ti

TL

dtd

uLLTL

iTTdt

di

uLLLT

iTTdt

di

1

1

111)11(

111)11(

(2-9)

Thay irs từ phương trình thứ 2 của (2-5) vào phương trình mômen (2-1):

)i(LL.p.)L)Li(.(p.)i.(p.m s

ssr

r

m

rm

ss

sr

sr

sr

srM

231

23

23

(2-10)

Thay các vectơ trong (2-10) bằng các phần tử tương ứng ta được :

)ii(LL.p.m srsr

r

mM

23

(2-11)

Từ hệ phương trình (2-9) và phương trình (2-11) ta có công thức mô tả động cơ

không đồng bộ trên hệ toạ độ , trong đó thay T theo công thức: rs TTT

111

rrsmrr

rrsmrr

ss

rrm

rm

s

ss

rm

rmr

s

TiLpT

TiLpT

uLTLL

iT

p

uLLLT

iT

p

)1(

)1(

111)1(

111)1(

(2-12)

Từ (2-13) ta lập được mô hình điện cơ của động cơ không đồng bộ trên hệ toạ độ như sau:

NSVTH: TÔN QUANG TOÀN – VÕ VĂN TRIỀN- LỚP Đ1K3 Page 21

1-LmTr

T

1+pT

1Ls

Pc

pJ

1-LmTr

T

1+pT

1Ls

1-Lm

Tr

3pcLm

2Lr

us

us

is

is

-

-

-

r

r

mM

mC

Lm

Lm

11+pTr

11+pTr

Page 22: Nghiên cứu hệ điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha roto lồng sóc bằng phương pháp điều khiển vecto tựa từ thông roto.doc

GVHD:ThS.NGUYỂN ĐĂNG KHANG ĐỒ ÁN MÔN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN-CƠ

Hình 2-5: Mô hình động cơ trên hệ toạ độ cố định

Đầu vào của mô hình là đại lượng điện áp. Do vậy mô hình chỉ đúng với biến tần nguồn áp. Còn khi sử dụng biến tần nguồn dòng (cho công suất truyền động rất lớn) thì phải biến đổi mô hình thành đầu vào là dòng stato is, is

Hệ phương trình (2-9) khi viết lại dưới dạng ma trận:

ss

ssss

uBxAdt

dx (2-13)

Trong đó:xs: ma trận trạng thái, xsT =[is, is, r, r]us

s: ma trận đầu vào, ussT =[us, us]

As: ma trận hệ thốngBs: ma trận đầu vào

As=

ss

ss

AA

AA

2221

1211

, với các phần tử như sau:

NSVTH: TÔN QUANG TOÀN – VÕ VĂN TRIỀN- LỚP Đ1K3 Page 22

Page 23: Nghiên cứu hệ điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha roto lồng sóc bằng phương pháp điều khiển vecto tựa từ thông roto.doc

GVHD:ThS.NGUYỂN ĐĂNG KHANG ĐỒ ÁN MÔN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN-CƠ

.J T1

T1

- T1

A

TL

TL 0

0 TL

A

T1

L1

T1-

T1

L1

LT1 L

-1-

L-1 LT

1

A

T1 0

0 T1

T1 0

0 T1

A

r

r

rs22

r

m

r

m

r

m

s21

rmr

r

m

mrm

mmrs12

s11

I

I

JI

I

.

.

)..(

σ

σ

σσω

σσ

ωσ

σσ

σ

.1

1

σσ

σ

σ

00 ; .I

0

0 khitrong ;

BBB s

2

s1s

001

1

1

21s

s

s

ss BL

L

LB

Lập mô hình của động cơ theo các ma trận : từ (12) : ss

ssss

uBxAdt

dx ta có

NSVTH: TÔN QUANG TOÀN – VÕ VĂN TRIỀN- LỚP Đ1K3 Page 23

Page 24: Nghiên cứu hệ điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha roto lồng sóc bằng phương pháp điều khiển vecto tựa từ thông roto.doc

GVHD:ThS.NGUYỂN ĐĂNG KHANG ĐỒ ÁN MÔN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN-CƠ

Hình 2-6: Mô hình động cơ dạng ma trận

Khi mô tả chi tiết bằng các phần tử ma trận:

b, Phương trình trạng thái trên hệ toạ độ tựa theo từ thông rôto dq:

Tương tự như trên, khi chiếu trên hệ toạ độ này thì các phương trình từ thông vẫn không đổi, chỉ có các phương trình điện áp thay đổi như sau: - Toạ độ từ thông rôto quay tốc độ s so với stato. - Hệ toạ độ chuyển động vượt trước so với rôto một tốc độ góc r = s -.Từ đó ta thu được hệ phương trình :

NSVTH: TÔN QUANG TOÀN – VÕ VĂN TRIỀN- LỚP Đ1K3 Page 24

Uss(t)

Bs

As11

As22

As12

As21

drs

dt

Iss(t)dIs

s

dt

rs(t)

Bs

As

xs(t)Uss(t)

dxs(t)dt

Page 25: Nghiên cứu hệ điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha roto lồng sóc bằng phương pháp điều khiển vecto tựa từ thông roto.doc

GVHD:ThS.NGUYỂN ĐĂNG KHANG ĐỒ ÁN MÔN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN-CƠ

rf

rmf

sf

r

mf

rsf

sf

r

frr

frf

rr

frs

frf

ssf

s

LiLi

LiLi

jdt

diR

jdt

diRu

________

________

________

__

_______

____

0

(2-14)

Tìm cách loại bỏ ifr và f

s : từ (2-14) có

)(

)(1

____________

________

mf

sf

rr

ms

fs

fs

mf

sf

rr

fr

LiLLLi

LiL

i

(2-15)

Thế trở lại phương trình thứ 3 và 4 của (2-14) ta được phương trình :

rqr

rdrsqr

mrq

rqrrdr

sdr

mrd

sqs

rqrm

rdm

sqrs

sdssq

sds

rqm

rdrm

sqssdrs

sd

Ti

TL

dtd

Ti

TL

dtd

uLTLL

iTT

idt

di

uLLTL

iiTTdt

di

1

1

111)11(

111)11(

(2-16)

Biến đổi tiếp hệ (2-16) với điều kiện chọn trục d trùng với vectơ r , tức là rq = 0:

NSVTH: TÔN QUANG TOÀN – VÕ VĂN TRIỀN- LỚP Đ1K3 Page 25

Page 26: Nghiên cứu hệ điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha roto lồng sóc bằng phương pháp điều khiển vecto tựa từ thông roto.doc

GVHD:ThS.NGUYỂN ĐĂNG KHANG ĐỒ ÁN MÔN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN-CƠ

rd

sqr

m

r

sdmrdr

sqs

rdm

sdssq

sds

rqm

rdrm

sqssd

iTL

iLpT

uLL

iipT

uLLTL

iipT

)1(

11)1(

111)1(

(2-17)

Thay T theo công thức: rs TTT

111

Tương tự như trên toạ độ ta cũng có phương trình mômen cho toạ độ dq:

)(..23 f

sf

rr

mcM i

LL

pm

Thay đại lượng vectơ bằng các phần tử của nó : isf = isd+jisq và s

f = sd+jrq ta có:

sqrdr

mcM i

LLpm ..

23

(2-18)

Từ (2-17) và (2-18) ta vẽ được sơ đồ toán học của động cơ trên hệ toạ độ từ thông rôto dq:

NSVTH: TÔN QUANG TOÀN – VÕ VĂN TRIỀN- LỚP Đ1K3 Page 26

Page 27: Nghiên cứu hệ điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha roto lồng sóc bằng phương pháp điều khiển vecto tựa từ thông roto.doc

GVHD:ThS.NGUYỂN ĐĂNG KHANG ĐỒ ÁN MÔN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN-CƠ

Hình 2-7: Mô hình động cơ trên hệ toạ độ quay dq

Sau này, khi đi sâu vào bài toán điều khiển ta sẽ sử dụng mô hình quay dq.Mô hình động cơ biểu diễn dưới dạng ma trận: hệ phương trình (2-16) sau khi tách r

= s - có thể viết lại dưới dạng mô hình trạng thái phi tuyến như sau:

sff

sfff

f

xNuBxAdtxd (2-19)

Trong đó: xf = [isd, isq, rd, rq] T

ufs = [usd, usq] T

rr

m

rr

m

rmm

mrm

f

TTL

TTL

TLLT

LTLT

A

10

10

1110

1101

;

0000

10

01

s

s

f

L

L

B

;

0100100000010010

N

NSVTH: TÔN QUANG TOÀN – VÕ VĂN TRIỀN- LỚP Đ1K3 Page 27

1p

Lm

Tr

T

1+pT

1Ls

Lm

1+pTr

Pc

pJ

T

1+pT

1Ls

1-Lm

Tr

Lm

3pcLm

2Lr

us

d

us

q

isd

isq

-

r

d

mM

mC

e-j s

:

us

us

-

s

r

s

Page 28: Nghiên cứu hệ điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha roto lồng sóc bằng phương pháp điều khiển vecto tựa từ thông roto.doc

GVHD:ThS.NGUYỂN ĐĂNG KHANG ĐỒ ÁN MÔN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN-CƠ

Hình minh hoạ cho mô hình (2-19) cho thấy đầu vào stato động cơ gồm thành phần vectơ điện áp us và tần số nguồn s. Như vậy so với mô hình trên hệ toạ độ tĩnh thì mô hình trên hệ toạ độ quay cần thêm tốc độ quay của hệ tọa độ đó. Điều đó có thể hiểu được vì vectơ us trên dq chỉ gồm hai thành phần một chiều usd, usq , còn trên toạ độ tĩnh thì tần số s đã chứa trong hai thành phần xoay chiều us us.

Hình 2-8: Mô hình ĐCKĐB trên toạ độ dq theo dạng vectơ

1.3.2.4.CẤU TRÚC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VECTO ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ

Trước đây ta đã đề cập đến vấn đề điều khiển động cơ không đồng bộ theo công

thức (2-18) : sqrdmM iKm để có thể điều khiển được chính xác tương tự như động

cơ một chiều (điều khiển độc lập thành phần kích từ r và thành phần dòng phần ứng is).

Như vậy hệ điều khiển cũng tương tự như hệ điều khiển động cơ một chiều.

NSVTH: TÔN QUANG TOÀN – VÕ VĂN TRIỀN- LỚP Đ1K3 Page 28

Bf

N

Af

s

ufs(t)

xf(t)dt(t)dx f

R Riư

Rikt

*

ik

t* i

ư*

Page 29: Nghiên cứu hệ điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha roto lồng sóc bằng phương pháp điều khiển vecto tựa từ thông roto.doc

GVHD:ThS.NGUYỂN ĐĂNG KHANG ĐỒ ÁN MÔN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN-CƠ

Hình 2-9: Mô hình điều khển động cơ một chiều.

Ta sẽ xây dựng một hệ điều khiển tương tự cho động cơ không đồng bộ nhưng trên toạ độ dq. Như vậy động cơ cũng phải biểu diễn trên dq (mục 2-3-2), lượng đặt là và isd :

Hình 2-10: Tư tưởng điều khiển ĐCKĐB.

Nhưng trong hệ thống thực, nguồn cung cấp cho động cơ là ba pha abc và các đại lượng dòng phản hồi đo về được cũng là trên toạ độ abc, vậy giữa hai hệ toạ độ đó phải có các bộ chuyển đổi toạ độ, cụ thể là từ bộ điều chỉnh lượng đặt để thành tín hiệu đưa vào biến tần nuôi động cơ phải có một bộ chuyển đổi dq/abc từ các đại lượng dòng đo được đem phản hồi có một bộ chuyển đổi ngược từ abc/dq.

Vấn đề nảy sinh là khi chuyển đổi giữa hai toạ độ cần phải có góc lệch giữa chúng (s). Từ đây có hai giải pháp:

NSVTH: TÔN QUANG TOÀN – VÕ VĂN TRIỀN- LỚP Đ1K3 Page 29

R Risq

Risd

*

Is

d* I

s

q*

Nhánh kích từ

Nhánh mômen

Page 30: Nghiên cứu hệ điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha roto lồng sóc bằng phương pháp điều khiển vecto tựa từ thông roto.doc

GVHD:ThS.NGUYỂN ĐĂNG KHANG ĐỒ ÁN MÔN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN-CƠ

- Lấy s bằng cách tích phân tốc độ quay s của dòng, áp stato hoặc của từ thông rôto.

- Vì hệ toạ độ quay dq có trục thực gắn với r nên góc s có thể xác định bằng cách tính góc của r trên hệ toạ độ

Từ phân tích trên ta có hệ thống điều khiển như hình vẽ:

Hình 2-11: Sơ đồ hệ thống điều chỉnh dòng điện và tốc độ của động cơ trên dq.

Góc s dùng để chuyển toạ độ từ tĩnh sang quay theo chiều thuận hoặc ngược (dq hoặc dq) . s có thể được tính trực tiếp s = arctg(r) hoặc gián tiếp : s

= s.t + 0 Tuỳ theo cách xác định góc quay từ trường s mà ta có hai phương pháp điều khiển

vectơ: phương pháp điều khiển trực tiếp và phương pháp điều khiển gián tiếp:Điều khiển vectơ gián tiếp

NSVTH: TÔN QUANG TOÀN – VÕ VĂN TRIỀN- LỚP Đ1K3 Page 30

a,b,c

d,q

a,b,c

d,q

Nghịch lưuđộc lậpPWM

ias

ibs

ics

ua

s*

ubs*

ucs*

q*

us

d*

*

isq*

isd*

Isqisd

Nguồnmột chiều

R Risq

Risd

a+1()

+j()

r

b c

r

r

=s.t

d

s

q

Page 31: Nghiên cứu hệ điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha roto lồng sóc bằng phương pháp điều khiển vecto tựa từ thông roto.doc

GVHD:ThS.NGUYỂN ĐĂNG KHANG ĐỒ ÁN MÔN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN-CƠ

Hình 2-12: Đồ thị góc pha của phương pháp điều khiển vectơ gián tiếp

Ở phương pháp này , góc s được tính toán dựa vào các đại lượng đầu cực của động cơ. từ đó tính ra các phần tử quay cos, sin .

Theo đồ thị trên, góc pha được tính như sau:s =sdt + o

s: tốc độ quay của vectơ dòng điện stato, từ thông rôto và là tốc độ quay của hệ trục toạ độ dq.

Từ phương trình cân bằng điện áp rôto (2-14) :f

rr

frsf

rr jdt

diR

0

Xét trên hai trục d và q tương ứng ta được:

rdrrq

rqr

rqrrd

rdr

dtd

iR

dtd

iR

0

0

(2-20)Từ công thức r = Lrir + Lmis ta suy ra :

m

sqmrqrq

m

sdmrdrd

LiL

i

LiL

i

(2-21)

NSVTH: TÔN QUANG TOÀN – VÕ VĂN TRIỀN- LỚP Đ1K3 Page 31

Page 32: Nghiên cứu hệ điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha roto lồng sóc bằng phương pháp điều khiển vecto tựa từ thông roto.doc

GVHD:ThS.NGUYỂN ĐĂNG KHANG ĐỒ ÁN MÔN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN-CƠ

Thay (2-21) vào (2-20) được

0

0

dqrsqrr

mrq

r

rrq

rqrsdrr

mrd

r

rrd

IRLL

LR

dtd

IRLL

LR

dtd

(2-22) Vì hệ toạ độ dq gắn vào vectơ từ thông rôto và các điều kiện sau giả sử được

đảm bảo:

constdt

d

rrd

rqrq

0

Thay các điều kiện đó vào (2-22) và biến đổi được:

sdmrr

r

rr

sqmr

iLdt

dT

TiL

(2-23)Khi đã tính được r ta có công thức tính góc quay s dựa vào isd, isq và tốc độ :

Hình 2-13: Sơ đồ tính toán góc quay từ trường theo phương pháp gián tiếp.

Điều khiển vectơ trực tiếp theo từ thông rôto

Phương pháp này xác định trực tiếp góc quay từ trường s từ từ thông rôto r

hoặc từ thông khe hở 0 trên hai trục của hệ toạ độ vuông góc:r có thể được xác định bằng cảm biến từ thông Hall hoặc bằng tính toán.

NSVTH: TÔN QUANG TOÀN – VÕ VĂN TRIỀN- LỚP Đ1K3 Page 32

Lm

Tr:

Lm

Trp+1

1p

r

r

is

d

is

q

s

+

+

Page 33: Nghiên cứu hệ điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha roto lồng sóc bằng phương pháp điều khiển vecto tựa từ thông roto.doc

GVHD:ThS.NGUYỂN ĐĂNG KHANG ĐỒ ÁN MÔN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN-CƠ

Việc dùng cảm biến thường tín hiệu thu được dễ bị nhiễu trong quá trình đọng cơ làm việc nên ta có thể xác định r bằng tính toán: Tính toán từ thông theo mô hình quan sát Mô hình quan sát từ thông đủ bậc trong đó tính toán cả dòng stato và từ thông rôto được xây dựng theo phương trình ở chương 2-7:

)(0

.

)(.

^

2

11^

^

2221

1211^

^

^^^.

sss

r

s

r

s

sss

iiGG

uBi

AAAAi

dtd

iiGuBXAX

Hay viết cách khác:

)(

)(

^

2

^

22

^

21

.^

^^

1112

^

11

.^

ssrsr

sssrss

iiGAiA

iiGuBAiAi

Hình 2-18: Tính toán r theo mô hình quan sát.

NSVTH: TÔN QUANG TOÀN – VÕ VĂN TRIỀN- LỚP Đ1K3 Page 33

Động cơ

G1

A11

A12

B1 1p

A21

A22

G2

1 p

is is

isus

r

+

-

Mô hình dòng điện Mô hình từ thông

Page 34: Nghiên cứu hệ điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha roto lồng sóc bằng phương pháp điều khiển vecto tựa từ thông roto.doc

GVHD:ThS.NGUYỂN ĐĂNG KHANG ĐỒ ÁN MÔN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN-CƠ

Sau khi đã có r , r ta tính góc quay từ trường bằng các công thức:

r

rs

r

rs

sin;cos

Từ đó ta có được mô hình toàn bộ hệ thống điều khiển trực tiếp như sau:Sơ đồ dưới dạng vectơ gồm hai nhánh song song : một là động cơ thực tế và

một là mô hình quan sát động cơ lấy thông số là dòng điện, điện áp stato, sau khi tính toán được vectơ dòng điện stato mẫu is đem so với dòng stato thực tế từ đó tính ra vectơ từ thông r .

Hình 2-19: Mô hình điều khiển vectơ kiểu trực tiếp lấy s từ bộ quan sát

1.3.2.5. Tổng hợp các bộ điều chỉnha. Tổng hợp hệ theo hàm chuẩn:

Cấu trúc hệ gồm các mạch vòng điều chỉnh lệ thuộc lẫn nhau (cấu trúc mạch vòng phù hợp với các hệ điều chỉnh công nghiệp)

NSVTH: TÔN QUANG TOÀN – VÕ VĂN TRIỀN- LỚP Đ1K3 Page 34

dq

abc

dq

Tính toán từ thông rôto

Nghịch lưuPWM

r*

Id

s*

Bộ đ/c R

Bộ đ/c Ri

Iq

sId

s

Iq

s* uds

*

uqs* ua

*

ub*

uc*

us

is

ĐK

abc

Bộ đ/c Ri

s

Page 35: Nghiên cứu hệ điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha roto lồng sóc bằng phương pháp điều khiển vecto tựa từ thông roto.doc

GVHD:ThS.NGUYỂN ĐĂNG KHANG ĐỒ ÁN MÔN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN-CƠ

Hình 2-20: Cấu trúc tổng quát một hệ điều chỉnh

*Đặc tính động của hệ: là đáp ứng của hệ khi lượng vào là hàm nhảy cấp 1(t).

- Tốc độ điều chỉnh: (gia tốc của hệ thống) =w/Tv

- Độ quá điều chỉnh: (mong muốn nhỏ): %=100(ym=w)/w

- Số lần dao động.- Thời gian điều chỉnh: Tđc , cần

nhỏ

Hình 2-21: Đặc tính quá độ của hệ thống .

Việc điều chỉnh các thông số trên phụ thuộc lẫn nhau. Ví dụ nếu giảm Tđc sẽ làm tăng %. Vậy phải đưa ra một sự dung hoà giữa các tiêu chuẩn để có được hệ thống tối ưu.

* Tiêu chuẩn môđun tối ưu:Đặc tính mođun của hàm truyền kín của hệ là một hàm không tăng, không cộng

hưởng và = 1 trong dải tần số sao cho rộng nhất.

- Hàm không tăng: 0)(2

2

H

NSVTH: TÔN QUANG TOÀN – VÕ VĂN TRIỀN- LỚP Đ1K3 Page 35

R1 R2 R3 Fs3Fs2Fs1 y

M

y

s%

%

y

Tđc

2%

Tv

w

H()

c=1/Tc

có cộng

hưởng

1

Page 36: Nghiên cứu hệ điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha roto lồng sóc bằng phương pháp điều khiển vecto tựa từ thông roto.doc

GVHD:ThS.NGUYỂN ĐĂNG KHANG ĐỒ ÁN MÔN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN-CƠ

- Không cộng hưởng: 0)(

)(22

2

H

- Bằng 1: limH(2) =1

Hình 2-22: Đặc tính tần của hàm truyền kín tối ưu

Từ tiêu chuẩn đó muốn môđun hệ kín là một khâu bậc hai thì hàm chuẩn bậc

hai có dạng: 222211

pTpTF

ccch

(tiêu chuẩn môđun tối ưu)

Nếu muốn môđun hệ kín là một khâu bậc ba thì hàm chuẩn bậc ba có dạng:

3322 884141

pTpTpTpT

Fccc

cch

(tiêu chuẩn môđun tối ưu đối xứng)

Trong đó Tc được chọn sao cho nhỏ nhất để c =1/Tc là lớn nhất.

Hàm truyền kín của mỗi môđun dạng: ss

ss

RFRF.1

. . Nếu đã biết hàm truyền hệ

thống Fs ta có thể dựa vào các tiêu chuẩn tối ưu để xác định hàm truyền bộ điều chỉnh Rs .b. Tuyến tính hoá mô hình động cơ

Hệ phương trình (2-17) mô tả động cơ hệ phương trình phức tạp, có độ phi tuyến cao dẫn đến một sơ đồ rất phức tạp và khó có thể tổng hợp mạch theo các phương pháp thông thường được. Do vậy ta phải dùng phương pháp tuyến tính hoá quanh điểm làm việc:

Gọi điểm làm việc ổn định của động cơ là điểm có tốc độ 0 ứng mômen tải m0

(và gọi tất cả các thông số tại điểm đó đều có chỉ số dưới là 0). Hệ thống xê dịch quanh điểm làm việc ổn định một lượng rất nhỏ kéo theo tất cả các đại lượng cũng đều bị thay đổi một lượng rất nhỏ nào đó, ví dụ = o +

Thay tất cả các đại lượng biến đổi được vào (2-17): i sq=isq0+isq , = o + , m=m0+m ... ta được:

NSVTH: TÔN QUANG TOÀN – VÕ VĂN TRIỀN- LỚP Đ1K3 Page 36

Page 37: Nghiên cứu hệ điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha roto lồng sóc bằng phương pháp điều khiển vecto tựa từ thông roto.doc

GVHD:ThS.NGUYỂN ĐĂNG KHANG ĐỒ ÁN MÔN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN-CƠ

)..(..23

..1

.).1(

.1.1.1...1

.1.1...1

00

00

0000

00

rdsqsqrdr

mM

rdrsqr

m

rdr

sdmrdr

sqs

rdm

rdm

ssdsdssq

sds

rdrm

ssqsqssd

iiLL

pm

iTL

iLpT

uLLL

iiiT

pT

uLTL

iiiT

pT

(2-28)

Từ đó ta có sơ đồ cấu trúc động cơ đã tuyến tính hoá:

NSVTH: TÔN QUANG TOÀN – VÕ VĂN TRIỀN- LỚP Đ1K3 Page 37

Lm .

1+Trp

usdisd

m

mc

-usq

rmTL1

LTrrd

0

isq0

s0

s0

isd0

rd0

--

-

isq

-

rd

s

r

r

rd0

rd0

0

s0

is

q

0

T 1+T

T 1+Tp

1 .Ls

1 .

Ls

Pc

pJ3L.pc

2Lr

Page 38: Nghiên cứu hệ điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha roto lồng sóc bằng phương pháp điều khiển vecto tựa từ thông roto.doc

GVHD:ThS.NGUYỂN ĐĂNG KHANG ĐỒ ÁN MÔN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN-CƠ

Hình 2-23: Sơ đồ mô tả động cơ trên hệ toạ độ dqđã tuyến tính hoá quanh điểm làm việc

c. Tổng hợp Risq và R

Sơ đồ trên còn nhiều phức tạp mặc dù đã bỏ bớt khâu nhân và chia. Ta còn phải tiếp tục làm đơn giản bớt bằng các giả thiết sau:

Giả thiết điều chỉnh tốc độ động cơ ở mức dưới tốc độ định mức. Khi đó giống như điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều, ta sẽ theo luật từ thông không đổi

nhánh từ hoá rd có rd = 0. Theo phương trình 2 của (2-17) ta suy ra isd = 0.Vậy (2-28) có dạng:

).(..23

.1

.1.1..1

0

0

00

sqrdr

mM

sqrdr

r

sqs

rdm

ssdmsq

iLL

pm

iT

uLL

iLiT

pT

NSVTH: TÔN QUANG TOÀN – VÕ VĂN TRIỀN- LỚP Đ1K3 Page 38isd0

rd0

Lm . Trrd0

3Lmpc

2Lr

Pc

pJ

usq isq

m

mc

--

T1+T

p

rd0

1 .Ls

Page 39: Nghiên cứu hệ điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha roto lồng sóc bằng phương pháp điều khiển vecto tựa từ thông roto.doc

GVHD:ThS.NGUYỂN ĐĂNG KHANG ĐỒ ÁN MÔN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN-CƠ

Hình 2-24: Sơ đồ cấu trúc khi r = const

Biến đổi sơ đồ :

Hình 2-25: Mô hình sau khi đã biến đổi.

Đặt rrd

m

T0

sd0iL A

B = mL1rd0 + isd0

NSVTH: TÔN QUANG TOÀN – VÕ VĂN TRIỀN- LỚP Đ1K3 Page 39

rd0 3Lmpc

2Lr

Pc

pJ

usqisq

m

mc

--

B

T Tp

Cp 1 .

p+D

Lmisd0

rd0

Tr

rd0+isd0

1 .Ls

A

Page 40: Nghiên cứu hệ điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha roto lồng sóc bằng phương pháp điều khiển vecto tựa từ thông roto.doc

GVHD:ThS.NGUYỂN ĐĂNG KHANG ĐỒ ÁN MÔN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN-CƠ

JLpL

Cr

cmrd

23 2

0

AT

D

pTATT

pTT

A

pTT

Dp

1

)1(1

.1

11

Tổng hợp mạch: mạch điều khiển gồm khâu điều chỉnh tốc độ và khâu điều chỉnh dòng điện. Coi khâu nghịch lưu có quán tính rất nhỏ, cỡ 1ms (Tnl = 0.001)

Hình 2-26: Tổng hợp các mạch vòng dòng điện và tốc độ.Nhận thấy tương tự như khi tổng hợp mô hình động cơ một chiều, khâu phản

hồi B giống khâu phản hồi sức điện động. Mà ta biết quán tính của khâu này thì rất nhỏ so với quán tính cơ nên một cách gần đúng có thể bỏ qua để tổng hợp được.

Fsi = )11)(1(

K))(1(

K nlnl

pD

pTLpDpTLnls

nls

Theo tiêu chuẩn tối ưu môđun ta có:

pTL

KDp

pTDL

K

pD

nls

nlnl

s

nl

22

11

Risq

NSVTH: TÔN QUANG TOÀN – VÕ VĂN TRIỀN- LỚP Đ1K3 Page 40

R Risq 1 .p+D

Cp

B

* usq*i

s

q*

isq

Knl

1+Tnlp1 .Ls

Page 41: Nghiên cứu hệ điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha roto lồng sóc bằng phương pháp điều khiển vecto tựa từ thông roto.doc

GVHD:ThS.NGUYỂN ĐĂNG KHANG ĐỒ ÁN MÔN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN-CƠ

Như vậy theo luật điều khiển môđun tối ưu hàm truyền kín của mạch vòng dòng điện là:

22 ..2..211

pTpTF

nlnlki

Để đơn giản bớt cho phần tổng hợp sau ta bỏ bớt thành phần bậc 2 của Fki:

pTF

nlki ..21

1

.

Hàm truyền đối tượng của mạch vòng tốc độ Rs : pC

pTF

nls .

.211

Đối với mạch điều chỉnh tốc độ, do quán tính của hệ thống lớn nên khi tổng hợp theo chuẩn tối ưu ta không thể đặt hằng số Tc cỡ miligiây như khi áp dụng cho mạch vòng dòng điện được.Nếu đặt Tc quá nhỏ sẽ gây hai bất lợi: thứ nhất để tốc độ ổn định từ 0 tới định mức trong khoảng thời gian miligiây thì dòng sinh mômen lúc đó phải có giá trị rất lớn, cỡ vài nghìn ampe, điều này không thể chấp nhận được. Thứ hai là tín hiệu đặt của mạch vòng dòng điện là tín hiệu đầu ra của mạch vòng tốc độ. Nếu tần số dao động của mạch vòng ngoài đưa vào cũng xấp xỉ tần số dao động của mạch vòng trong thì hệ thống dễ mất ổn định. Ta phải làm sao cho chu kỳ dao động của mạch vòng trong rất nhỏ so với mạch vòng ngoài thì hệ kín mới đảm bảo ổn định được.

Áp dụng tiêu chuẩn môđun tối ưu đối xứng ở (2-68) cho mạch vòng tốc độ ta được:

pTpT

pTpT

CpTpTCpTpT

R

pTpTpT

RpC

pT

FF

RF

FRF

RF

c

c

c

nl

cc

cnl

cc

c

nl

ch

chs

chs

s

141

.8

.21.1

)1(8.)41).(.21(

8841

...21

11

1

22

3322

Nếu đơn giản chỉ lấy R là khâu PI: pTCpTT

Rc

cnl28.

)2(21

NSVTH: TÔN QUANG TOÀN – VÕ VĂN TRIỀN- LỚP Đ1K3 Page 41

Page 42: Nghiên cứu hệ điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha roto lồng sóc bằng phương pháp điều khiển vecto tựa từ thông roto.doc

GVHD:ThS.NGUYỂN ĐĂNG KHANG ĐỒ ÁN MÔN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN-CƠ

d. Tổng hợp Risd: Để giảm bớt phức tạp trong việc tổng hợp ta dựa vào lý luận sau: Khi khởi động

ta làm theo quy trình như máy điện một chiều: sau khi ổn định việc cấp nguồn phía kích từ isd xong mới cấp mômen quay isq nên có thể coi khi đưa isd vào thì mạch phía phần ứng chưa có hoạt động. Nhờ vậy ta có thể bỏ qua ảnh hưởng của phía phần ứng trong quá trình khởi động .

Lúc đó mạch (2-23) có dạng:

Hình 2-27: Nhánh kích từ của mô hình động cơ trên hệ toạ độ dq.

NSVTH: TÔN QUANG TOÀN – VÕ VĂN TRIỀN- LỚP Đ1K3 Page 42

usd

isd

m

mc

isq0

r0r

d0

isq0-

Risd

rmTL1

1 .Ls

T 1+Tp

Knl

1+Tnl

p

3Lm.pc

2Lr

Pc

pJ Lm .

1+Trp

usd

isd

isq0

00

01sq

rd

r

rm

iTL

Risd1 .

Ls

Knl

1+Tnlp T .

1+Tp Lm .

1+Trp

isq0 3Lmpc2

2Lr J.p

Page 43: Nghiên cứu hệ điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha roto lồng sóc bằng phương pháp điều khiển vecto tựa từ thông roto.doc

GVHD:ThS.NGUYỂN ĐĂNG KHANG ĐỒ ÁN MÔN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN-CƠ

Hình 2-28: Biến đổi nhánh kích từ.

Đơn giản bớt và lấy )1)(1(1.

1.1.

1.

pTpTLTK

pTT

LpTK

Fnls

nl

snl

nlsi

Suy ra pTL

TK

pTRi

nls

nl

sd

2

1

theo hàm chuẩn bậc hai.

1.3.2.6 Bộ quan sát từ thông

Trong phần này ta sẽ xây dựng bộ quan sát từ thông thích nghi mới của động cơ không đồng bộ cho điều khiển trong dải tốc độ rộng.

Một ĐC KĐB được mô tả bằng phương trình trạng thái như sau:

__1

___

__

2221

1211___

__

0. s

r

s

r

s uBi

AAAAi

dtd

(2-29)

viết gọn:

CXiBuAXX

s

trong đó:

NSVTH: TÔN QUANG TOÀN – VÕ VĂN TRIỀN- LỚP Đ1K3 Page 43

Page 44: Nghiên cứu hệ điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha roto lồng sóc bằng phương pháp điều khiển vecto tựa từ thông roto.doc

GVHD:ThS.NGUYỂN ĐĂNG KHANG ĐỒ ÁN MÔN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN-CƠ

0

1

1

11

11

u , ,

11

1222222

2121

1121212

1111

__

s

_____

IC

IbIL

B

JaIaJIT

A

IaITL

A

JaIaJITL

A

IaTT

A

uu

ii

i

s

rrr

rr

m

rrrm

rrs

s

s

r

rr

s

ss

2212221

1222221

1212211

1121211

2221

1211

00

00

rr

rr

rr

rr

aaaaaa

aaaaaa

AAAA

A

0110

1001

J

I

Mô hình quan sát đủ bậc trong đó tính toán cả dòng stato và từ thông rôto được xây dựng theo phương trình sau:

)(0

.

)(.

____^

2

1__

1___

^

__^

2221

1211___

^

__^

____^__

___^

^___

.

sss

r

s

r

s

sss

iiGG

uBi

AAAAi

dtd

iiGuBXAX

(2-30)

Trong đó ^ nghĩa là giá trị tính toán được.Chất lượng tính toán từ thông rôto bao gồm độ chính xác tĩnh và thời gian hội

từt thông tính toán về giá trị thực (chế độ động). Chất lượng này sẽ góp phần quan

NSVTH: TÔN QUANG TOÀN – VÕ VĂN TRIỀN- LỚP Đ1K3 Page 44

Page 45: Nghiên cứu hệ điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha roto lồng sóc bằng phương pháp điều khiển vecto tựa từ thông roto.doc

GVHD:ThS.NGUYỂN ĐĂNG KHANG ĐỒ ÁN MÔN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN-CƠ

trọng nâng cao chất lượng điều chỉnh của hệ thống truyền động điện biến tần - động cơ không đồng bộ không dùng cảm biến tốc độ. Mô hình quan át được thiết kế thoả mãn hai chỉ tiêu: độ chính xác tĩnh cao và thời gian hội tụ đủ bé. Chỉ tiêu thứ hai có nghĩa là các thông số sẽhội tụ về giá trị thực của động cơ trong thời gian đủ nhỏ mà không làm ảnh hưởng đến chất lượng động của toàn hệ thống.

Trong phương trình (2-30), có G là một ma trận trọng số dùng để bù sai lệch giữa các thông số thực của động cơ và các thông số trong mô hình quan sát sao cho mô hình quan sát mô tả các thông số động cơ giống thực tế nhất.

Phương pháp lựa chọn G: vì động cơ là đối tượng ổn định, nghiệm cực của phương trình mô tả động cơ luôn nằm ở phía trái mặt phẳng phức nên để mô hình quan sát hoạt động ổn định ta phải lựa chọn G như sau: chọn G sao cho nghiệm cực của phương trình quan sát tỷ lệ với nghiệm cực của phương trình trạng thái mô tả động cơ theo một hệ số dương. Nếu mô hình quan sát có nghiệm cực tỷ lệ như vậy với nghiệm cực của động cơ thì có nghĩa là mô hình quan sát có nghiệm cực cũng nằm ở phía bên trái trục ảo của mặt phẳng phức (phần thực của nghiệm có giá trị âm). Như vậy mô hình quan sát làm việc ổn định.

Các bước tính toán để xác định các phần tử của ma trận G:- Tìm các nghiệm cực của phương trình trạng thái biểu diễn động cơ.- Giải phương trình trạng thái của khâu quan sát để tìm nghiệm cực của mô hình,

trong đó có chứa các phần tử của ma trận G như là các ẩn số.- Cho nghiệm cực của mô hình quan sát tỷ lệ với nghiệm cực của động cơ theo

một hệ số tỷ lệ k dương bất kỳ. Từ đó tính ra từng phần tử ma trận G theo k.Sau khi đã tìm được G ta sẽ tiến hành hiệu chỉnh hệ số k sao cho các đại lượng

quan sát được ở mô hình quan sát là is , is , r , r có giá trị gần đúng với các đại lượng của động cơ, sai lệch giữa chúng ở cả chế độ tĩnh và chế độ động là nhỏ nhất. Việc tìm hệ số tỷ lệ k sao cho phù hợp nhất sẽ được thực hiện ở chương 4 khi sử dụng phần mềm mô phỏng Simulink MATLAB.

Mô hình quan sát đã nêu ở trên có cấu trúc như hình vẽ, trong đó G đóng vai trò ma trận hiệu chỉnh:

NSVTH: TÔN QUANG TOÀN – VÕ VĂN TRIỀN- LỚP Đ1K3 Page 45

Page 46: Nghiên cứu hệ điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha roto lồng sóc bằng phương pháp điều khiển vecto tựa từ thông roto.doc

GVHD:ThS.NGUYỂN ĐĂNG KHANG ĐỒ ÁN MÔN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN-CƠ

Hình 2-29: Mô hình tổng quát bộ quan sát từ thông rôto.Nếu tách riêng mô hình quan sát thành hai khâu: khâu quan sát dòng điện và

khâu quan sát từ thông thì bộ quan sát sẽ có cấu trúc như hình 2-30:

Hình 2-30: Mô hình dòng điện stato và từ thông rôto trong bộ quan sát.

NSVTH: TÔN QUANG TOÀN – VÕ VĂN TRIỀN- LỚP Đ1K3 Page 46

Động cơ

G1

A11

A12

B1 1 p

A21

A22

G2

1 p

is is

isus

r

+

-

Mô hình dòng điện Mô hình từ thông

ĐC KĐB

B

C(-)

is

si^

us

G

Page 47: Nghiên cứu hệ điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha roto lồng sóc bằng phương pháp điều khiển vecto tựa từ thông roto.doc

GVHD:ThS.NGUYỂN ĐĂNG KHANG ĐỒ ÁN MÔN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN-CƠ

Theo (3-20), G là một ma trận độ rộng 4 x 2 trong đó ta giả thiết các phần tử của nó như sau:

84

73

62

51

gggggggg

G

Tới đây ta phải giải tìm G : theo phân tích đã nói ở trên ta lần lượt giải tìm nghiệm cực của động cơ và mô hình.

Phương trình trạng thái mô tả động cơ như sau:pX=AX+Bu(pI-A)X=BuTừ đó rút ra phương trình đặc tính: pI -A= 0 (2-31)

0)(

0))((

0

00

0

2112221122112

21122211

2221

1211

2221

1211

aaaapaap

aaapapapa

aap

aaaa

pp

Phương trình đặc tính này có 2 ma trận nghiệm p1 và p2 thoả mãn điều kiện sau: p1+p2=a11+a22 và p1.p2=a11.a22+a12.a21 (2-32)Tìm nghiệm cực của mô hình quan sát :Lấy (2-2) -(2-30) được:

0)]([

G.C. A. p.

)X-XG.C( A. p.

)iiG.( A. p.

)i-iG.( A. p.

)i-iG.( )X-XA.( )X-Xp.(

__

______

__^______

__^

s

__

s

____

__

s

__^

s

____

__

s

__^

s

__^__

__^__

EGCApI

EEE

EE

EE

EE

NSVTH: TÔN QUANG TOÀN – VÕ VĂN TRIỀN- LỚP Đ1K3 Page 47

Page 48: Nghiên cứu hệ điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha roto lồng sóc bằng phương pháp điều khiển vecto tựa từ thông roto.doc

GVHD:ThS.NGUYỂN ĐĂNG KHANG ĐỒ ÁN MÔN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN-CƠ

Phương trình đặc tính của nó có dạng: pI - (A+GC) =0 trong đó:

221228214

122227321

121126112

112125111

2221

1211

''''

rr

rr

rr

rr

aagagaagga

aagagaagga

aaaa

GCA

Khi đem giải như giải phương trình (2-31) được p2 -[a’11+a’22].p + a’11. a’22 - a’12. a’21 =0Giả sử phương trình này cũng có 2 nghiệm cực p1’, p2’ tỷ lệ dương với nghiệm

cực của phương trình trạng thái mô tả động cơ p1 , p2 như sau:p1’=k.p1 và p2’=k.p2 (k > 0)Tổng và tích hai nghiệm p1’, p2’ được rút ra từ phương trình trên:

p1’+p2’= a’11+ a’22 và p1’.p2’= a’11. a’22 - a’12. a’21 (2-33)Có thể suy ra được p1’+p2’=k(p1+p2) và p1’+p2’=k2(p1.p2)Từ (2-32) và (2-33) suy ra: a’11+ a’22 =k.(a11+a22)

a’11.a’22 =k2.(a11.a22) (2-34)Phương trình thứ nhất của (2-34) tương đương:

2211122

1222211

226112122

512222111 .rr

rr

rr

rr

aaaaaa

kagaga

gaaga

Đồng nhất từng phần tử của hai ma trận ở hai vế ta được:ar11 +g1+ ar22 = k(ar11 + ar22)-a122 +g5 = k(-a122) a122 +g2 = k(a122) ar11 +g6+ ar22 = k(ar11 + ar22)

Từ 4 phương trình đó rút ra kết quả:g1= g6 = (k-1)(ar11+ar22) (2-35)g2 = -g5 = (k-1)(-a122)

Phương trình 2 của (2-34) tương đương:

NSVTH: TÔN QUANG TOÀN – VÕ VĂN TRIỀN- LỚP Đ1K3 Page 48

Page 49: Nghiên cứu hệ điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha roto lồng sóc bằng phương pháp điều khiển vecto tựa từ thông roto.doc

GVHD:ThS.NGUYỂN ĐĂNG KHANG ĐỒ ÁN MÔN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN-CƠ

211222112111212211

2111212211211222112

821127112226112122412321112122611222

821112712522122111411232112122522111

.

)()()()(

)()()()(

rrrrrr

rrrrrr

rrrrrrrr

rrrrrrrr

aaaaaaaaaaaaaaaa

k

gaagaagagagagaaagaga

gaagagaagagagaaagaga

Đến đây lại sử dụng phương pháp đồng nhất ma trận như đã làm ở trên ta được:

)()()(

)()()(

21112122112

412321112122611222

211222112

411232112122522111

74

83

52

61

rrrrrr

rrrrrrrr

aaaakgagaaagaga

aaaakgagaaagaga

gggg

gggg

(2-36)

Kết hợp (2-35) trong khi giải hệ gồm phương trình 3 và 4 của (2-36):

)()()])(1([)1(

)()()1()])(1([

21112122112

41232111212222111122122

211222112

411232112212222221111

rrrrrrrr

rrrrrrrrrr

aaaakgagaaaaakaaak

aaaakgagaaakaaaka

Hệ trên tương đương:

)()1()1(

)()1()1(

21112122112

412311221112122221221122122

211222112

411231221122122

2222211

rrrrrrr

rrrrrrrrrr

aaaakgagaaaaakakaaak

aaaakgagaaaakakaka

Rút gọn:

1222221112

212211

24123112

2122

2222112

22211

24112312

)1(2)1()(

))(1()1()(

aakaakaakkgaga

aakaakaakkgaga

rrrr

rrrrrr

(2-37)

Từ (2-37) lấy (pt 1)*ar12 +(pt 2)*a112 được phương trình :

)()1(

)2)(1()()()(2112

21221

2

1121222212212212

222122112122211

23

2112

212

aaak

aaaaaaakaaaaakkgaa

rr

rrrrrrrr

Xét các định nghĩa:

JaIaJI

TA

JaIaJITL

A

rrr

rrrm

1222222

1121212

1

11

Nhận thấy nếu đặt c = Lm/(1-) thì ar22 = - c.ar12, a122 = - c.a112 Thay vào phương trình trên được:

NSVTH: TÔN QUANG TOÀN – VÕ VĂN TRIỀN- LỚP Đ1K3 Page 49

Page 50: Nghiên cứu hệ điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha roto lồng sóc bằng phương pháp điều khiển vecto tựa từ thông roto.doc

GVHD:ThS.NGUYỂN ĐĂNG KHANG ĐỒ ÁN MÔN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN-CƠ

))(1())(1(

)1()1()(

)()1(

)2()1()()()(

)()1(

)2()1())()(()()(

221121112

3

212

122

112

3

2112

21221

2

2122

2122

22212

2112

21211

23

2112

212

2112

21221

2

1121222122

22212112112121211

23

2112

212

rrrr

rrr

rr

rrrrr

rr

rrrrrr

aakcacakg

akackcakkg

aaak

aaaakaaakkcgaa

aaak

acaaaakcaaacaakkgaa

Thay trở lại g3 vào phương trình thứ 2 của (2-37) được:

1224

211122

122112

412212

122

112

112

)1(

)1()(])1()1()([

cakg

aakaakkgaakackcakka rrrrrr

Vậy ta đã tìm được ma trận GT

gggggggg

G

3412

4321

Trong đó:g1 = (k-1)(ar11+ar22)g2 = (k-1).a122

g3 = (k2-1)(c.ar11+ ar21) -(k-1)c(ar11+ ar22)g4= - c(k-1)a122

NSVTH: TÔN QUANG TOÀN – VÕ VĂN TRIỀN- LỚP Đ1K3 Page 50

Page 51: Nghiên cứu hệ điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha roto lồng sóc bằng phương pháp điều khiển vecto tựa từ thông roto.doc

GVHD:ThS.NGUYỂN ĐĂNG KHANG ĐỒ ÁN MÔN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN-CƠ

XÂY DỰNG CẤU HÌNH ĐIỀU KHIỂN FOC

Đầu tiên, ta có một cái động cơ không đồng bộ, một bộ biến đổi điện tử công suất (nghịch lưu sử dụng IGBT hoặc MOSFET) và khâu điều chế xung PWM.

Ta tiến hành đo dòng điện isa, isb, isc, cho qua khâu biến đổi (ma trận Clack transform) abc/α-β để tạo thành 2 dòng isα và isβ.

Sau đó cho qua khâu quay trục tọa độ (ma trận Park transform) α-β /d-q để tạo ra 2 dòng isd và isq.

NSVTH: TÔN QUANG TOÀN – VÕ VĂN TRIỀN- LỚP Đ1K3 Page 51

Page 52: Nghiên cứu hệ điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha roto lồng sóc bằng phương pháp điều khiển vecto tựa từ thông roto.doc

GVHD:ThS.NGUYỂN ĐĂNG KHANG ĐỒ ÁN MÔN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN-CƠ

Bây giờ, ta tạm để vòng dòng điện ở đó mà đi ra vòng ngoài cùng: vòng điều khiển tốc độ và vòng điều khiển từ thông. . Ta sẽ có cảm biến tốc độ đưa về tín hiệu phản hồi tốc độ động cơ, có lượng đặt tốc độ ω*, có khâu giảm từ thông với nhiệm vụ giữ nguyên từ thông định mức ở dải tốc độ cơ bản và giảm từ thông ở dải tốc độ cao, đầu ra là lượng đặt từ thông φr*.

Lượng đặt tốc độ ω* và lượng đặt từ thông φr* so sánh với tốc độ phản hồi ω và từ thông φr, qua bộ điều khiển tốc độ và điều khiển từ thông (thường là các bộ PI) để tạo thành lượng đặt dòng điện isd* và isq*. (ω phản hồi từ cảm biến tốc độ, còn φr được lấy từ khâu ước lượng từ thông sẽ nói sau).

NSVTH: TÔN QUANG TOÀN – VÕ VĂN TRIỀN- LỚP Đ1K3 Page 52

Page 53: Nghiên cứu hệ điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha roto lồng sóc bằng phương pháp điều khiển vecto tựa từ thông roto.doc

GVHD:ThS.NGUYỂN ĐĂNG KHANG ĐỒ ÁN MÔN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN-CƠ

Lượng đặt dòng isd* và isq* được so sánh với dòng phản hồi isd và isq mà ta đã có được, cho qua bộ điều khiển dòng điện (thường là PI) tạo ra tín hiệu điện áp đặt usd* và usq*.

NSVTH: TÔN QUANG TOÀN – VÕ VĂN TRIỀN- LỚP Đ1K3 Page 53

Page 54: Nghiên cứu hệ điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha roto lồng sóc bằng phương pháp điều khiển vecto tựa từ thông roto.doc

GVHD:ThS.NGUYỂN ĐĂNG KHANG ĐỒ ÁN MÔN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN-CƠ

Tín hiệu điện áp đặt usd* và usq* này được cho qua hệ thống chuyển tọa độ ngược d-q/α-β rồi α-β /abc để tạo ra tín hiệu đặt usa*, usb*, usc* đưa vào khâu điều khiển điện tử công suất PWM (điều chế sóng mang tam giác hoặc điều biến không gian vector) phát xung cho mạch lực nghịch lưu, cấp điện cho động cơ quay.

Nếu bộ điều khiển dòng điện ta không dùng PI mà dùng điều khiển dải trễ (Hysteresis Current Control - HCC) thì tín hiệu sau bộ điều khiển được đưa thẳng vào nghịch lưu để đóng cắt van. Thực tế thì HCC cũng là một phương pháp PWM chứ không chỉ có điều chế sóng tam giác và điều biến không gian vector.Để có từ thông rotor ta không đo được mà cần phải ước lượng nó sử dụng một bộ ước lượng từ thông. Công thức cụ thể các anh xem trong tài liệu.

Để có được góc theta (sin cos của nó) sẽ có 2 phương pháp, từ đó chia FOC thành 2 loại: Điều khiển FOC trực tiếp (Direct Vector Control) và gián tiếp (Indirect Vector Control).

NSVTH: TÔN QUANG TOÀN – VÕ VĂN TRIỀN- LỚP Đ1K3 Page 54

Page 55: Nghiên cứu hệ điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha roto lồng sóc bằng phương pháp điều khiển vecto tựa từ thông roto.doc

GVHD:ThS.NGUYỂN ĐĂNG KHANG ĐỒ ÁN MÔN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN-CƠ

Điều khiển FOC trực tiếp

Điều khiển FOC gián tiếp

NSVTH: TÔN QUANG TOÀN – VÕ VĂN TRIỀN- LỚP Đ1K3 Page 55

Page 56: Nghiên cứu hệ điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha roto lồng sóc bằng phương pháp điều khiển vecto tựa từ thông roto.doc

GVHD:ThS.NGUYỂN ĐĂNG KHANG ĐỒ ÁN MÔN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN-CƠ

II. MÔ PHỎNG BẰNG MATLAB ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG BIẾN TẦN DÙNG

THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN FOC

II.1. MÔ PHỎNG BẰNG MATLAB

Ta sử dụng mô SimpowerSyrtem với các sản phản MathWorks khác cùng với hướng dẫn có sẵn trong phần mềm m

Ta vào matlap rồi mở simulink chọn simpowersystem lấy các khối vào nối chúng atlap để mô phỏng đáp ứng của hệ thống biến tần thuật toán điều khiển FOC. lại như hình :

Các đầu vào thuật toán được mô phỏng sử dụng khối nguồn Simulink. Để thay thế cho các tín hiệu đầu vào trong thuật toán này, chúng ta sử dụng các biến số điểm cố định lấy trong thư viện c28xdmlib của simulink với các thông số bình thường, như khối DMC chờ đợi tín hiệu thay đổi từ 0-1 là góc mở của điện thay đổi từ 0 đến 2 *pi. Vì vậy , tín hiệu vị trí là một chuyển đổi bình thường mà chúng ta có thể

NSVTH: TÔN QUANG TOÀN – VÕ VĂN TRIỀN- LỚP Đ1K3 Page 56

Page 57: Nghiên cứu hệ điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha roto lồng sóc bằng phương pháp điều khiển vecto tựa từ thông roto.doc

GVHD:ThS.NGUYỂN ĐĂNG KHANG ĐỒ ÁN MÔN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN-CƠ

chứng tỏ bằng cách sử dụng Q17 định dạng cố định điểm. Các đầu vào Ia và Ib đại diện cho các dòng giai đoạn A và B.

Khối pass Thought Control là một subsysterm được xây dựng với mô hình.

NSVTH: TÔN QUANG TOÀN – VÕ VĂN TRIỀN- LỚP Đ1K3 Page 57

Page 58: Nghiên cứu hệ điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha roto lồng sóc bằng phương pháp điều khiển vecto tựa từ thông roto.doc

GVHD:ThS.NGUYỂN ĐĂNG KHANG ĐỒ ÁN MÔN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN-CƠ

Với các thông số cài đặt đầu vào như sau:

Khối nguồn Ia:

NSVTH: TÔN QUANG TOÀN – VÕ VĂN TRIỀN- LỚP Đ1K3 Page 58

Page 59: Nghiên cứu hệ điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha roto lồng sóc bằng phương pháp điều khiển vecto tựa từ thông roto.doc

GVHD:ThS.NGUYỂN ĐĂNG KHANG ĐỒ ÁN MÔN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN-CƠ

Khối nguồn Ib:

NSVTH: TÔN QUANG TOÀN – VÕ VĂN TRIỀN- LỚP Đ1K3 Page 59

Page 60: Nghiên cứu hệ điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha roto lồng sóc bằng phương pháp điều khiển vecto tựa từ thông roto.doc

GVHD:ThS.NGUYỂN ĐĂNG KHANG ĐỒ ÁN MÔN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN-CƠ

Kết quả mô phỏng ta thu được các dạng song với các thông số trên như sau.

Dạng sóng đầu ra.

NSVTH: TÔN QUANG TOÀN – VÕ VĂN TRIỀN- LỚP Đ1K3 Page 60

Page 61: Nghiên cứu hệ điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha roto lồng sóc bằng phương pháp điều khiển vecto tựa từ thông roto.doc

GVHD:ThS.NGUYỂN ĐĂNG KHANG ĐỒ ÁN MÔN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN-CƠ

Dòng theo trục Q,D

NSVTH: TÔN QUANG TOÀN – VÕ VĂN TRIỀN- LỚP Đ1K3 Page 61

Page 62: Nghiên cứu hệ điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha roto lồng sóc bằng phương pháp điều khiển vecto tựa từ thông roto.doc

GVHD:ThS.NGUYỂN ĐĂNG KHANG ĐỒ ÁN MÔN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN-CƠ

Dạng sóng đầu vào:

NSVTH: TÔN QUANG TOÀN – VÕ VĂN TRIỀN- LỚP Đ1K3 Page 62

Page 63: Nghiên cứu hệ điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha roto lồng sóc bằng phương pháp điều khiển vecto tựa từ thông roto.doc

GVHD:ThS.NGUYỂN ĐĂNG KHANG ĐỒ ÁN MÔN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN-CƠ

Bây giờ ta có thể quan sát sự thay đổi của dạng sóng khi thay đổi các yếu tố đầu vào mô phỏng trên hệ thống PMSM kiểm soát. Tăng biên độ của Ia và Ib lên. Cụ thể tăng giá trị “Number of offset samples” của Ia lên 12500,tăng giá trị “Number of offset samples” của Ib lên 12500-20000/3.

NSVTH: TÔN QUANG TOÀN – VÕ VĂN TRIỀN- LỚP Đ1K3 Page 63

Page 64: Nghiên cứu hệ điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha roto lồng sóc bằng phương pháp điều khiển vecto tựa từ thông roto.doc

GVHD:ThS.NGUYỂN ĐĂNG KHANG ĐỒ ÁN MÔN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN-CƠ

Các dạng sóng thu được lần lượt là.

Dạng sóng đầu vào

NSVTH: TÔN QUANG TOÀN – VÕ VĂN TRIỀN- LỚP Đ1K3 Page 64

Page 65: Nghiên cứu hệ điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha roto lồng sóc bằng phương pháp điều khiển vecto tựa từ thông roto.doc

GVHD:ThS.NGUYỂN ĐĂNG KHANG ĐỒ ÁN MÔN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN-CƠ

Dạng đầu ra.

NSVTH: TÔN QUANG TOÀN – VÕ VĂN TRIỀN- LỚP Đ1K3 Page 65

Page 66: Nghiên cứu hệ điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha roto lồng sóc bằng phương pháp điều khiển vecto tựa từ thông roto.doc

GVHD:ThS.NGUYỂN ĐĂNG KHANG ĐỒ ÁN MÔN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN-CƠ

Dạng sóng theo truc Q,D.

Đánh giá đáp ứng của thuật toán điều khiển FOC.

Hệ thống ổn định. Sai số xác lập tốc độ nhỏ, sai số xác lập của từ thông rôto lớn. Thời gian đáp ứng của hệ thống tương đối nhanh. Mômenet tải không tác động nhiều đến đáp ứng của tốc độ, và đáp ứng của

từ thông roto. Chất lượng đáp ứng suy giảm khi bị nhiễu tác động lên tín hiệu hồi tiếp. Hệ thống dễ mất ổn định khi có sai số mô hình hay bị tác động của nhiễu. Dòng điện khởi động lớn so với dòng làm việc, dòng khởi động tăng lên khi

có sai số mô hình.

NSVTH: TÔN QUANG TOÀN – VÕ VĂN TRIỀN- LỚP Đ1K3 Page 66

Page 67: Nghiên cứu hệ điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha roto lồng sóc bằng phương pháp điều khiển vecto tựa từ thông roto.doc

GVHD:ThS.NGUYỂN ĐĂNG KHANG ĐỒ ÁN MÔN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN-CƠ

3. Kết luận.

Về cơ bản đồ án của ta đã hoàn thành: Đã giải quyết được khâu then chốt của đồ án, khâu then chốt thiết kế thuật toán điều chỉnh dòng trong hệ TĐĐXCBP theo nguyên lý điều chỉnh tựa từ theo từ thông rotor T4R. Về cơ bản khâu điều chỉnh dòng được chia làm 2 họ chính.

+ Một họ hoạt động trên cơ sở xử lý vector sai lệch điều chỉnh (mục 7.1) và (mục 7.2) .

+ Một họ hoạt động trên cơ sở hồi tiếp vector trạng thái.

Kinh nghiệm thực tế cho thấy: Khâu điều chỉnh dòng hoạt động trên cơsở điều chỉnh vector sai lệch điều chỉnh hoạt động với độ tin cậy rất cao, ngay cả khi các thông số điều chỉnh kém chính xác (ví dụ như: tham số chỉ được tính từ nhán máy chứ không được xác định thông qua đo lường).

Ưu điểm có thể cho khâu trở thành giải pháp chuẩn cho loại biến tần van năng phải hoạt động tốt ở điều kiện động cơ “ ít quen biết “. Ngược lại khâu điều chỉnh trạng thái (không phân tích trong đồ án) khá nhậy với sai lệch tham số điều chỉnh. Nếu được cung tham số một cách chính xác khâu cho phép đạt được một vài chỉ tiêu chất lượng cao hơn khâu trên và vì thế có thể sử dụng có lợi trong hệ thống chất lượng cao nơi mà phí tổn phụ không đáng kể.

Trong hệ TĐĐXCBP có các khâu điều chỉnh vòng trong và vòng ngoài khâu điều chỉnh vòng trong ta đã sử dụng song. Sau đây ta xây dựng các bộ điều chỉnh vòng ngoài cùng các giải pháp đi theo dựa trên cơ sở điều chỉnh vòng trong - điều chỉnh dòng (ĐCD).

NSVTH: TÔN QUANG TOÀN – VÕ VĂN TRIỀN- LỚP Đ1K3 Page 67