PHẠM THANH TIẾN ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ THEO PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH HƯỚNG TỪ THÔNG ROTOR TRỰC TIẾP DÙNG MÔ HÌNH ƯỚC LƯỢNG TỐC ĐỘ ROTOR... PHẠM THANH TIẾN ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒN
Giới thiệu chung
Nhiệm vụ và mục tiêu nghiên cứu của luận văn
Nhiệm vụ và mục tiêu nghiên cứu của luận văn bao gồm:
+ Tổng quan các nghiên cứu liên quan đến điều khiển động cơ không đồng bộ;
+ Nghiên cứu cơ sở lý thuyết các kỹ thuật điều khiển động cơ không đồng bộ;
+ Nghiên cứu kỹ thuật điều khiển động cơ không đồng bộ theo phương pháp định hướng từ thông rotor trực tiếp dùng mô hình ước lượng rotor;
Nghiên cứu và mô hình hóa kỹ thuật điều khiển động cơ không đồng bộ theo phương pháp định hướng từ thông rotor trực tiếp sử dụng mô hình ước lượng rotor.
+ Phạm vi nghiên cứu của luận văn là nghiên cứu kỹ thuật điều khiển động cơ không đồng bộ theo phương pháp định hướng từ thông rotor trực tiếp
1.4 Tổng quan các nghiên cứu liên quan
Tác giả Nguyễn Đức Trí đã nghiên cứu điều khiển động cơ không đồng bộ bằng phương pháp RFOC/SFOC kết hợp với kỹ thuật logic mờ trong Luận văn Thạc sĩ tại Trường Đại học Bách Khoa Tp HCM năm 2008 Ông đã tập trung vào mô hình hóa động cơ không đồng bộ lý tưởng và thực hiện mô phỏng điều khiển động cơ này sử dụng kỹ thuật FOC và logic mờ qua phần mềm Simulink/Matlab.
Tác giả Hồ Viết Phát đã nghiên cứu và thực hiện điều khiển động cơ không đồng bộ bằng phương pháp RFOC, đồng thời bù tổn hao sắt từ trong luận văn tốt nghiệp tại Trường Đại học Bách Khoa Tp HCM vào năm 2009 Nghiên cứu này bao gồm mô phỏng điều khiển cho cả động cơ không đồng bộ lý tưởng và động cơ có tính đến tổn hao sắt từ.
Tác giả Hồ Thiện Lợi đã nghiên cứu và thực hiện điều khiển động cơ không đồng bộ bằng phương pháp FOC dựa trên dsPACE 1104 trong luận văn tốt nghiệp tại Trường Đại học Bách Khoa Tp HCM vào năm 2010 Trong quá trình nghiên cứu, tác giả đã tìm hiểu về card dsPACE 1104 và tiến hành thực nghiệm điều khiển động cơ không đồng bộ bằng phương pháp RFOC gián tiếp.
Các tác giả C Patel, R Ramchand, K Sivakumar, A Das và K Gopakumar đã thực hiện mô phỏng và thực nghiệm điều khiển động cơ không đồng bộ bằng card xử lý tín hiệu số TM320F2812 DSP trong công bố “A simple DSP based speed sensorless field oriented control of induction motor” Họ đã sử dụng card DSP TMS320F2407 để so sánh kết quả tốc độ hồi tiếp và tốc độ ước lượng, cho thấy độ chính xác cao Nghiên cứu cũng chỉ ra mối quan hệ giữa từ thông rotor và điện trở stator, cũng như giữa tốc độ trượt và điện trở rotor.
Các tác giả W B Mabrouk, J Belhadj và M Pietrzak-David đã nghiên cứu phương pháp điều khiển hai hoặc nhiều động cơ không đồng bộ thông qua điều khiển hướng từ rotor trung bình (MRFOC) trong công trình khoa học “Electromechanical multi-machine system for railway: modelling, analysis and control” [6].
1.5 Bố cục dự kiến của luận văn
Luận văn nghiên cứu về điều khiển động cơ không đồng bộ bằng phương pháp định hướng từ thông rotor trực tiếp, sử dụng mô hình ước lượng tốc độ rotor Nội dung cụ thể của nghiên cứu bao gồm các vấn đề liên quan đến hiệu suất và ứng dụng của phương pháp này trong thực tiễn.
Chương này trình bày về chức năng và ứng dụng của động cơ không đồng bộ trong các hệ thống truyền động điện trong ngành công nghiệp.
Chương này cung cấp cái nhìn tổng quan về các kết quả nghiên cứu gần đây của các tác giả khác liên quan đến điều khiển động cơ không đồng bộ, đặc biệt là việc sử dụng mô hình ước lượng tốc độ rotor với từ thông rotor trực tiếp.
Chương này giới thiệu kỹ thuật điều khiển động cơ không đồng bộ bằng phương pháp định hướng từ thông rotor trực tiếp, sử dụng mô hình ước lượng tốc độ rotor.
Chương 4 trình bày mô phỏng điều khiển động cơ không đồng bộ bằng phương pháp định hướng từ thông rotor trực tiếp, sử dụng mô hình ước lượng tốc độ rotor Nội dung chương này bao gồm các mô phỏng và kết quả đạt được tương ứng với các kịch bản khác nhau.
- Động cơ chạy không tải với vận tốc định mức chưa từ hóa;
- Động cơ chạy không tải với vận tốc định mức từ hóa trước;
- Động cơ chạy vận tốc định mức từ hóa trước, tải định mức;
- Động cơ chạy không tải với vận tốc bằng 1/2 vận tốc định mức rồi đổi chiều
Chương 5: Kết luận và hướng phát triển tương lai Động cơ không chổi than (ĐCKĐB) ngày càng được ưa chuộng trong ngành công nghiệp nhờ vào những ưu điểm vượt trội so với động cơ DC, bao gồm độ tin cậy cao, không cần bảo trì thường xuyên, khối lượng nhẹ và giá thành hợp lý ĐCKĐB đặc biệt hiệu quả trong môi trường độc hại, tuy nhiên, hiện tại chủ yếu được sử dụng trong các ứng dụng với tốc độ không đổi do hiệu suất điều khiển tốc độ còn hạn chế Với sự phát triển của công nghệ bán dẫn công suất cao và kỹ thuật vi xử lý, các bộ điều khiển ĐCKĐB đã được cải tiến về hiệu suất và giảm giá thành, dự kiến sẽ trở thành lựa chọn phổ biến trong các hệ truyền động điều chỉnh tốc độ trong tương lai gần.
Các phương pháp điều khiển ĐCKĐB có thể được liệt kê như sau
2.2 Các phương pháp điều khiển động cơ không đồng bộ
2.2.1 Phương pháp điều khiển V/f (điều khiển vô hướng)
Tốc độ đồng bộ của ĐCKĐB tỷ lệ trực tiếp với tần số nguồn cung cấp
Do đó, khi thay đổi tần số nguồn cung cấp cho động cơ, tốc độ đồng bộ và tương ứng là tốc độ của động cơ sẽ thay đổi
* Các đặc trưng của kỹ thuật điều khiển:
+ Biến điều khiển là biến điện áp và tần số;
+ Sử dụng bộ điều chế độ rộng xung;
+ Thông thường, điều khiển dạng vòng hở;
+ Từ thông được giữ không đổi bằng cách giữ V/f = hằng số
* Ưu điểm của kỹ thuật điều khiển:
+ Đơn giản và không cần hồi tiếp;
* Nhược điểm của kỹ thuật điều khiển:
+ Không điều khiển tối ưu được moment;
+ Không điều khiển trực tiếp được moment và từ thông;
+ Độ chính xác không cao;
2.2.2 Phương pháp định hướng từ trường FOC
* Các đặc trưng của kỹ thuật điều khiển:
+ Định hướng được từ thông nên tối ưu được moment;
+ Moment được điều khiển gián tiếp
* Ưu điểm của kỹ thuật điều khiển:
+ Điều khiển chính xác vận tốc;
+ Đảm bảo moment ở vận tốc bằng 0;
+ Tương tự như điều khiển DC
* Nhược điểm của kỹ thuật điều khiển:
+ Phải có hồi tiếp tốc độ trong giải thuật điều khiển;
+ Chuyển đổi hệ quy chiếu liên tục;
+ Cần phải điều khiển độ rông xung, phụ thuộc vào bộ điều khiển dòng và tham số động cơ
2.2.3 Phương pháp điều khiển trực tiếp moment DTC
* Các đặc trưng của kỹ thuật điều khiển:
+ Điều khiển độc lập giữa moment và từ thông
* Ưu điểm của kỹ thuật điều khiển:
+ Định hướng được từ thông do đó tối ưu được moment;
+ Điều khiển trực tiếp moment và từ thông;
+ Không cần hồi tiếp tốc độ, moment, từ thông được lấy trực tiếp từ hệ quan sát;
+ Không cần các bộ điều khiển dòng điện, các bộ điều chế độ rộng xung, khâu chuyển hệ tọa độ (biến đổi Park);
+ Thời gian tính toán nhanh;
+ Ít phụ thuộc tham số động cơ
* Nhược điểm của kỹ thuật điều khiển:
+ Sự suy giảm kích từ và dao động của từ thông ở vùng vận tốc thấp và moment ở vùng vận tốc cao
Tần số đóng cắt bộ nghịch lưu biến đổi theo điểm làm việc của động cơ
2.3 Mô hình động của động cơ không đồng bộ lý tưởng 2.3.1 Phương trình toán học mô tả động cơ không đồng bộ lý tưởng
Máy điện không đồng bộ được mô tả qua hệ phương trình vi phân, với các cuộn dây có cấu trúc phân bố phức tạp trong không gian Trong quá trình mô hình hóa động cơ điện, một số điều kiện giả định được thiết lập.
+ Các cuộn dây stator được bố trí đối xứng về mặt không gian;
+ Dây quấn rotor đã quy đổi sang dây quấn stator;
+ Bỏ qua các tổn hao sắt từ và sự bão hoà của mạch từ;
+ Các giá trị điện trở và điện cảm được xem là không đổi
Máy điện không đồng bộ có p đôi cặp cực, trong đó trục pha A của rotor lệch một góc cơ γR so với trục pha A của stator Sự lệch này tương ứng với độ lệch góc điện của rotor so với stator, ký hiệu là θr.
Hình 2.1 Mô hình cấu trúc động cơ không đồng bộ
Phương trình điện áp phía stator: sA sA sA sA v R i d dt
= + Ψ (2.1) sB sB sB sB v R i d dt
= + Ψ (2.2) sC sC sC sC v R i d dt
Phương trình điện áp phía rotor: ra ra ra ra v R i d dt
= + Ψ (2.4) rb rb rb rb v R i d dt
= + Ψ (2.5) rc rc rc rc v R i d dt
Từ thông móc vòng của stator:
( 4 / 3) ( 2 / 3) sA L i s sA M i s sB M i s sC M cos i sr θ r ra M cos sr θ r π i rc M cos sr θ r π i rb Ψ = + + + + + + +
( 4 / 3) ( 2 / 3) sB L i s sB M i s sA M i s sC M cos i sr θ r rb M cos sr θ r π i ra M cos sr θ r π i rc Ψ = + + + + + + +
( 4 / 3) ( 2 / 3) sC L i s sC M i s sB M i s sA M cos i sr θ r rc M cos sr θ r π i rb M cos sr θ r π i ra Ψ = + + + + + + +
Từ thông móc vòng của rotor:
( 4 / 3) ( 2 / 3) sa L i s sa M i s sb M i s sc M cos i sr θ r rA M cos sr θ r π i rC M cos sr θ r π i rB Ψ = + + + + + + +
( 4 / 3) ( 2 / 3) sb L i s sb M i s sa M i s sc M cos i sr θ r rB M cos sr θ r π i rA M cos sr θ r π i rC Ψ = + + + + + + +
( 4 / 3) ( 2 / 3) sc L i s sc M i s sb M i s sa M cos i sr θ r rC M cos sr θ r π i rB M cos sr θ r π i rA Ψ = + + + + + + +
Kết hợp các phương trình (2.1) đến (2.12), phương trình điện áp stator và rotor được viết lại như sau:
The article discusses the relationships between various cosine functions and their implications in mathematical contexts It highlights the significance of angles and their respective cosine values, emphasizing the role of these functions in solving problems related to trigonometry The content also touches on the applications of cosine in different scenarios, showcasing its importance in both theoretical and practical aspects of mathematics.
R pL pM pM pM pM v pM R pL pM pM v v pM pM R pL pM v pM pM pM R pL v pM pM pM pM v pM pM pM pM θ θ θ θ θ θ θ θ θ θ θ θ θ
1 2 cos cos cos cos cos sr sr sr sr sr r r s r r r s r pM pM pM pM pM pM pM
2.3.2 Phương trình vector không gian trong hệ tọa độ stator
Tổng quan các nghiên cứu liên quan
Tác giả Nguyễn Đức Trí đã nghiên cứu điều khiển động cơ không đồng bộ bằng phương pháp RFOC/SFOC kết hợp với kỹ thuật logic mờ trong Luận văn Thạc sĩ tại Trường Đại học Bách Khoa Tp HCM năm 2008 Ông đã tập trung vào mô hình hóa động cơ không đồng bộ lý tưởng và thực hiện mô phỏng điều khiển động cơ này sử dụng kỹ thuật FOC và logic mờ thông qua phần mềm Simulink/Matlab.
Tác giả Hồ Viết Phát đã nghiên cứu và thực hiện điều khiển động cơ không đồng bộ bằng phương pháp RFOC, đồng thời bù tổn hao sắt từ trong Luận văn tốt nghiệp tại Trường Đại học Bách Khoa Tp HCM vào năm 2009 Nghiên cứu này bao gồm mô phỏng điều khiển cho cả động cơ không đồng bộ lý tưởng và động cơ có tính đến tổn hao sắt từ.
Tác giả Hồ Thiện Lợi đã nghiên cứu và thực hiện điều khiển động cơ không đồng bộ bằng phương pháp FOC dựa trên nền tảng dsPACE 1104 trong luận văn tốt nghiệp tại Trường Đại học Bách Khoa Tp HCM vào năm 2010 Trong quá trình nghiên cứu, tác giả đã tìm hiểu về card dsPACE 1104 và tiến hành thực nghiệm điều khiển động cơ không đồng bộ bằng phương pháp RFOC gián tiếp.
Các tác giả C Patel, R Ramchand, K Sivakumar, A Das và K Gopakumar đã thực hiện mô phỏng và thực nghiệm điều khiển động cơ không đồng bộ bằng card xử lý tín hiệu số TM320F2812 DSP trong công bố “A simple DSP based speed sensorless field oriented control of induction motor” Họ đã so sánh kết quả tốc độ hồi tiếp và tốc độ ước lượng với độ chính xác cao Nghiên cứu cũng chỉ ra mối quan hệ giữa từ thông rotor và điện trở stator, cũng như giữa tốc độ trượt và điện trở rotor.
Các tác giả W B Mabrouk, J Belhadj và M Pietrzak-David đã nghiên cứu phương pháp điều khiển hướng từ rotor trung bình (MRFOC) để điều khiển hai hoặc nhiều động cơ không đồng bộ Nghiên cứu này được trình bày trong công bố khoa học mang tên “Electromechanical multi-machine system for railway: modelling, analysis and control” [6].
Bố cục dự kiến của luận văn
Luận văn tập trung vào nghiên cứu điều khiển động cơ không đồng bộ bằng phương pháp định hướng từ thông rotor trực tiếp, sử dụng mô hình ước lượng tốc độ rotor Nội dung chính bao gồm các vấn đề liên quan đến kỹ thuật điều khiển và ứng dụng của nó trong thực tiễn.
Chương này trình bày về chức năng và ứng dụng của động cơ không đồng bộ trong các hệ thống truyền động điện trong ngành công nghiệp.
Chương này cung cấp cái nhìn tổng quan về các kết quả nghiên cứu gần đây của các tác giả khác liên quan đến điều khiển động cơ không đồng bộ, đặc biệt là việc sử dụng mô hình ước lượng tốc độ rotor với từ thông rotor trực tiếp.
Chương này giới thiệu kỹ thuật điều khiển động cơ không đồng bộ bằng phương pháp định hướng từ thông rotor trực tiếp, sử dụng mô hình ước lượng tốc độ rotor.
Chương 4 trình bày mô phỏng điều khiển động cơ không đồng bộ bằng phương pháp định hướng từ thông rotor trực tiếp, sử dụng mô hình ước lượng tốc độ rotor Nội dung chương này bao gồm các mô phỏng và kết quả đạt được tương ứng với các kịch bản khác nhau.
- Động cơ chạy không tải với vận tốc định mức chưa từ hóa;
- Động cơ chạy không tải với vận tốc định mức từ hóa trước;
- Động cơ chạy vận tốc định mức từ hóa trước, tải định mức;
- Động cơ chạy không tải với vận tốc bằng 1/2 vận tốc định mức rồi đổi chiều
Chương 5: Kết luận và hướng phát triển tương lai Động cơ không chổi than (ĐCKĐB) đang ngày càng được ưa chuộng trong ngành công nghiệp nhờ vào những ưu điểm vượt trội so với động cơ DC, bao gồm độ tin cậy cao, không cần bảo trì thường xuyên, khối lượng và quán tính nhỏ, giá thành hợp lý, và hiệu suất làm việc tốt trong môi trường độc hại Mặc dù hiện tại ĐCKĐB chủ yếu được sử dụng trong các ứng dụng với tốc độ không đổi do hiệu suất điều khiển tốc độ còn hạn chế, nhưng sự phát triển của công nghệ bán dẫn công suất cao và kỹ thuật vi xử lý đã giúp cải thiện đáng kể các bộ điều khiển ĐCKĐB Dự kiến, trong tương lai gần, ĐCKĐB sẽ trở thành lựa chọn phổ biến cho hầu hết các hệ truyền động điều chỉnh tốc độ.
Các phương pháp điều khiển ĐCKĐB có thể được liệt kê như sau
2.2 Các phương pháp điều khiển động cơ không đồng bộ
2.2.1 Phương pháp điều khiển V/f (điều khiển vô hướng)
Tốc độ đồng bộ của ĐCKĐB tỷ lệ trực tiếp với tần số nguồn cung cấp
Do đó, khi thay đổi tần số nguồn cung cấp cho động cơ, tốc độ đồng bộ và tương ứng là tốc độ của động cơ sẽ thay đổi
* Các đặc trưng của kỹ thuật điều khiển:
+ Biến điều khiển là biến điện áp và tần số;
+ Sử dụng bộ điều chế độ rộng xung;
+ Thông thường, điều khiển dạng vòng hở;
+ Từ thông được giữ không đổi bằng cách giữ V/f = hằng số
* Ưu điểm của kỹ thuật điều khiển:
+ Đơn giản và không cần hồi tiếp;
* Nhược điểm của kỹ thuật điều khiển:
+ Không điều khiển tối ưu được moment;
+ Không điều khiển trực tiếp được moment và từ thông;
+ Độ chính xác không cao;
2.2.2 Phương pháp định hướng từ trường FOC
* Các đặc trưng của kỹ thuật điều khiển:
+ Định hướng được từ thông nên tối ưu được moment;
+ Moment được điều khiển gián tiếp
* Ưu điểm của kỹ thuật điều khiển:
+ Điều khiển chính xác vận tốc;
+ Đảm bảo moment ở vận tốc bằng 0;
+ Tương tự như điều khiển DC
* Nhược điểm của kỹ thuật điều khiển:
+ Phải có hồi tiếp tốc độ trong giải thuật điều khiển;
+ Chuyển đổi hệ quy chiếu liên tục;
+ Cần phải điều khiển độ rông xung, phụ thuộc vào bộ điều khiển dòng và tham số động cơ
2.2.3 Phương pháp điều khiển trực tiếp moment DTC
* Các đặc trưng của kỹ thuật điều khiển:
+ Điều khiển độc lập giữa moment và từ thông
* Ưu điểm của kỹ thuật điều khiển:
+ Định hướng được từ thông do đó tối ưu được moment;
+ Điều khiển trực tiếp moment và từ thông;
+ Không cần hồi tiếp tốc độ, moment, từ thông được lấy trực tiếp từ hệ quan sát;
+ Không cần các bộ điều khiển dòng điện, các bộ điều chế độ rộng xung, khâu chuyển hệ tọa độ (biến đổi Park);
+ Thời gian tính toán nhanh;
+ Ít phụ thuộc tham số động cơ
* Nhược điểm của kỹ thuật điều khiển:
+ Sự suy giảm kích từ và dao động của từ thông ở vùng vận tốc thấp và moment ở vùng vận tốc cao
Tần số đóng cắt bộ nghịch lưu biến đổi theo điểm làm việc của động cơ
2.3 Mô hình động của động cơ không đồng bộ lý tưởng 2.3.1 Phương trình toán học mô tả động cơ không đồng bộ lý tưởng
Máy điện không đồng bộ được mô tả qua hệ phương trình vi phân, với các cuộn dây có cấu trúc phân bố phức tạp trong không gian Trong quá trình mô hình hóa động cơ điện, một số điều kiện giả định được thiết lập.
+ Các cuộn dây stator được bố trí đối xứng về mặt không gian;
+ Dây quấn rotor đã quy đổi sang dây quấn stator;
+ Bỏ qua các tổn hao sắt từ và sự bão hoà của mạch từ;
+ Các giá trị điện trở và điện cảm được xem là không đổi
Máy điện không đồng bộ có p đôi cặp cực, trong đó trục pha A của rotor lệch một góc cơ γR so với trục pha A của stator Sự lệch này tương ứng với độ lệch góc điện của rotor so với stator, ký hiệu là θr.
Hình 2.1 Mô hình cấu trúc động cơ không đồng bộ
Phương trình điện áp phía stator: sA sA sA sA v R i d dt
= + Ψ (2.1) sB sB sB sB v R i d dt
= + Ψ (2.2) sC sC sC sC v R i d dt
Phương trình điện áp phía rotor: ra ra ra ra v R i d dt
= + Ψ (2.4) rb rb rb rb v R i d dt
= + Ψ (2.5) rc rc rc rc v R i d dt
Từ thông móc vòng của stator:
( 4 / 3) ( 2 / 3) sA L i s sA M i s sB M i s sC M cos i sr θ r ra M cos sr θ r π i rc M cos sr θ r π i rb Ψ = + + + + + + +
( 4 / 3) ( 2 / 3) sB L i s sB M i s sA M i s sC M cos i sr θ r rb M cos sr θ r π i ra M cos sr θ r π i rc Ψ = + + + + + + +
( 4 / 3) ( 2 / 3) sC L i s sC M i s sB M i s sA M cos i sr θ r rc M cos sr θ r π i rb M cos sr θ r π i ra Ψ = + + + + + + +
Từ thông móc vòng của rotor:
( 4 / 3) ( 2 / 3) sa L i s sa M i s sb M i s sc M cos i sr θ r rA M cos sr θ r π i rC M cos sr θ r π i rB Ψ = + + + + + + +
( 4 / 3) ( 2 / 3) sb L i s sb M i s sa M i s sc M cos i sr θ r rB M cos sr θ r π i rA M cos sr θ r π i rC Ψ = + + + + + + +
( 4 / 3) ( 2 / 3) sc L i s sc M i s sb M i s sa M cos i sr θ r rC M cos sr θ r π i rB M cos sr θ r π i rA Ψ = + + + + + + +
Kết hợp các phương trình (2.1) đến (2.12), phương trình điện áp stator và rotor được viết lại như sau:
The article discusses the relationships between various cosine functions and their implications in mathematical contexts It highlights the significance of angles and their respective cosine values, emphasizing the interconnectedness of these functions in trigonometry The content also touches on the applications of cosine in solving problems related to angles A, B, and C, as well as their respective relationships in different scenarios.
R pL pM pM pM pM v pM R pL pM pM v v pM pM R pL pM v pM pM pM R pL v pM pM pM pM v pM pM pM pM θ θ θ θ θ θ θ θ θ θ θ θ θ
1 2 cos cos cos cos cos sr sr sr sr sr r r s r r r s r pM pM pM pM pM pM pM
2.3.2 Phương trình vector không gian trong hệ tọa độ stator
Giả sử cuộn dây stator nhận nguồn từ hệ thống điện áp xoay chiều ba pha cân bằng với tần số góc \$\omega_s\$ Ba dòng hình sin tại rotor là \$i_{sA}\$, \$i_{sB}\$, và \$i_{sC}\$ của ĐCKĐB không nối điểm trung tính.
Có thể viết lại dưới dạng vector i s quay trong không gian với tần số fs:
2( [cos(0) sin(0)] [cos(2 / 3) sin(2 / 3)] [cos(4 / 3) sin(4 / 3)]) s 3 sA sB sC i = i +j +i π +j π +i π + j π
3 2 2 2 2 s sA sB sC sB sC i = i − i − i + j i − i (2.15)
Khi ấy, ma trận chuyển đổi trục abc thành αβ sẽ là:
Suy ra, phép chuyển đổi ma trận ngược của trục αβ thành abc sẽ là:
Vector không gian điện áp stator và rotor: s s s s s s s v R i d dt
Vector không gian từ thông stator:
Tương tự, với vector không gian từ thông rotor là: j r r r L i r r L i e m s θ L i r r L i m s Ψ = + = + (2.22)
* Khảo sát trong hệ tọa độ stator:
Phương trình vector không gian điện áp stator: s s s s s s s v R i d dt
Phương trình vector không gian điện áp rotor:
Thay vào (2.19) thu được vector không gian điện áp rotor trong hệ tọa độ stator là: s s s r s s s s r v R i d j dt Ψ ω
Vector không gian từ thông rotor và stator: s s s s L i s s L i m r Ψ = + (2.25) j r s s s r r e θ L i r r L i m s Ψ = Ψ = + (2.26)
Các phương trình (2.18) và (2.24) không phù hợp cho việc mô phỏng các đặc tính động của máy tính số Do đó, cần thiết phải triển khai các vector điện áp theo các thành phần αβ.
Phương trình điện áp stator: s s s s s s s s s s m di di v R i L L dt dt α α α = α + + (2.27) s s s s s s s s s s m di di v R i L L dt dt β β β = β + + (2.28)
Tương tự, cho điện áp rotor: s s s s s s s s r m m s r s r r s di di v L L i R i L L i dt dt α α α = +ω β + α + +ω β (2.29) s s s s s s s s r m m s r s r r s di di v L L i R i L L i dt dt β β β = −ω α + β + −ω α (2.30)
Các phương trình điện áp có thể viết lại như sau:
R dt dt v dL dL i v R dt dt i v dL dL i
Hoặc có thể biến đổi thành:
T e : Moment điện từ do động cơ sinh ra [N.m];
T L : Moment cản quy đổi về trục động cơ [N.m];
J: Moment quán tinh của hệ thống quy đổi về trục động cơ [kgm 2 ];
P: Số cặp cực của động cơ; ω: Vận tốc rotor [rad/s] Ở chế độ xác lập, thành phần d dt ω gọi là moment động của hệ thống và chỉ xuất hiện ở chế độ quá độ
2.4 Phương pháp ước lượng từ thông rotor 2.4.1 Phương pháp ước lượng từ thông rotor trong điều khiển trực tiếp
Các giá trị tức thời chính xác của vị trí và độ dài của vector từ thông rotor là cần thiết để chuyển đổi hệ quy chiếu trong điều khiển định hướng vector từ thông rotor Phương pháp ước lượng từ thông rotor có thể được thực hiện từ dòng hồi tiếp và từ thông khe hở không khí.
Phương pháp này được sử dụng rộng rãi trước đây và cảm ứng Hall được dùng để đo từ thông khe hở không khí
Hình 2.2 Mô hình ước lượng từ thông rotor từ dòng hồi tiếp và từ thông khe hở không khí
* Dòng hồi tiếp được chuyển sang hệ quy chiếu αβ:
* Dòng “tương ứng” trong khe hở không khí:
* Từ thông rotor được tính theo từ thông khe hở không khí:
Do đó, phương trình ước lượng từ thông rotor theo dòng hồi tiếp và từ thông khe hở không khí như sau:
* Moment điện từ được ước lượng như sau:
3 (2.41) b Phương pháp ước lượng từ thông rotor từ áp và dòng hồi tiếp
Hình 2.3 Mô hình ước lượng từ thông rotor từ áp và dòng hồi tiếp
* Dòng và áp được chuyển sang hệ quy chiếu αβ:
* Từ thông stator được ước lượng từ dòng và áp như sau:
* Từ thông rotor được ước lượng từ từ thông stator và dòng stator:
* Moment điện từ được ước lượng như sau:
3 (2.45) c Phương pháp ước lượng từ thông rotor từ dòng hồi tiếp vân tốc quay của rotor
Phương pháp này hiện đang được ưa chuộng vì không cần sử dụng cảm biến và có khả năng ước lượng chính xác từ thông rotor trong vùng vận tốc thấp Nó áp dụng mô hình máy trong hệ quy chiếu quay để định hướng từ thông rotor.
* Dòng được biến đổi sang hệ quy chiếu quay dq như sau:
* Các phương trình sau được dùng để ước lượng từ thông rotor:
Hay các phương trình này có thể được viết lại như sau:
Hình 2.4 Mô hình ước lượng từ thông rotor từ dòng hồi tiếp vân tốc quay của rotor
* Vị trí tức thời của vector từ thông rotor được xác định như sau:
* Moment được ước lượng như sau: qs r r m e i
2.4.2 Phương pháp ước lượng từ thông rotor trong điều khiển gián tiếp
Các phương trình ước lượng vị trí vector từ thông rotor từ các giá trị đặt của từ thông rotor và moment điện từ như sau:
T i P sl r r qs r m sl r r r m ds m r r e qs ω ω ϕ ω ψ ψ ψ ψ
Hình 2.5 Nguyên lý điều khiển RFOC gián tiếp
Hình 2.6 Mô hình ước lượng từ thông rotor trong điều khiển gián tiếp
2.5 Phương pháp ước lượng tốc độ rotor 2.5.1 Phương pháp 1
Từ phương trình điện áp rotor, suy ra: r r r r r r r r i i dt i d dt i d β β α α β α α β ψ ψ ψ ψ ω +
Thay thế dòng rotor bằng từ thông stator và dòng stator, vận tốc được xác định như sau:
Trong đó, từ thông stator và rotor được xác định như sau:
Hình 2.7 Mô hình ước lượng tốc độ
Chương 3 Điều khiển động cơ không đồng bộ theo phương pháp định hướng từ thông rotor trực tiếp dùng mô hình ước lượng tốc độ rotor
Động cơ điện có thể được coi là một nguồn moment điều khiển được, với yêu cầu điều khiển chính xác giá trị moment tức thời Điều này đặc biệt quan trọng trong các hệ truyền động có đặc tính động cao và khi áp dụng phương pháp điều khiển vị trí.
