CHƯƠNG 5 điều KHIỂN VECTOR ĐỘNG cơ KHÔNG ĐỒNG bộ

Vector không gian – Hệ tọa độ abc và  Sức từ động 3 pha hình sin và cân bằng Tín hiệu trong hệ trục tọa độ abc... Phép chuyển đổi hệ tọa độ abc và  Các thành phần trong hệ trục tọa

Chương 5

ĐiỀU KHIỂN VECTOR

ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ

Vector không gian – Hệ tọa độ abc và 

Sức từ động 3 pha

Các vector sức từ động trong trường hợp:    t 0o

Các vector sức từ động trong trường hợp:    t 60o

Vector không gian – Hệ tọa độ abc và 





S S

F

S s

F

Vector không gian – Hệ tọa độ abc và 

Sức từ động 3 pha hình sin và cân bằng

Tín hiệu trong hệ trục tọa độ abc

Vector không gian – Hệ tọa độ abc và 





S S

Vector không gian – Hệ tọa độ abc và 

S s

Vector không gian – Hệ tọa độ abc và 

Sức từ động 3 pha hình sin + sóng hài bậc 5 (5%)

Tín hiệu trong hệ trục tọa độ abc

 ( o )

Fas Fbs Fcs

Vector không gian – Hệ tọa độ abc và 

Trong trường hợp khác, ví dụ khi có hài bậc 5 (cỡ 5%) trong sóng

F

s t

  

Vector không gian – Hệ tọa độ abc và 

Sức từ động trong hệ trục 

 ( o )

S s

s

F

Vector không gian – Hệ tọa độ abc và 

Khái niệm vector không gian có thể mở rộng cho các đại lượng

khác

s i

s v

s s Φ

Phép chuyển đổi hệ tọa độ abc và 

Một vector, ví dụ vector dòng s

s

i có thể triển khai trong hệ tọa độ

abc hay hệ tọa độ 

Trong hệ tọa độ abc: , , s s s

Phép chuyển đổi hệ tọa độ abc và 

Các thành phần trong hệ trục tọa độ abc và hệ tọa độ  có thể quy đổi qua lại với ma trận chuyển đổi tương ứng

bs s

cs

i i

i i

s s

cs

i

i i

i i

Phương trình dòng áp trong hệ tọa độ 

Phương trình điện áp stator:

s

s s s

d R

e

Ri

Phương trình dòng áp trong hệ tọa độ 

Lưu ý là phương trình điện áp stator thành lập trong hệ tọa độ gắn

với stator (đứng yên trong không gian), còn phương trình điện áp

rotor thành lập trong hệ tọa độ gắn với rotor (quay trong không

gian với tốc độ của rotor)

Phương trình dòng áp trong hệ tọa độ 

Các đại lượng rotor có thể quy đổi về stator như sau:

T1

T1

T1 2

 : tỉ số vòng dây quấn stator/rotor,

   t :  là tốc độ quay của rotor

Phương trình điện áp rotor quy đổi về stator:

Phương trình dòng áp trong hệ tọa độ 

Phương trình điện áp mô tả động cơ:

Phương trình dòng áp trong hệ tọa độ 

Phuơng trình điện áp cho động cơ được viết lại:

s

i

Phương trình dòng áp trong hệ tọa độ 

Viết lại duới dạng các thành phần theo trục  :

Phương trình momen động cơ

Momen động cơ tính theo công thức:

s s

Mô hình động của động cơ KĐB

Phương trình biểu diễn điện áp động cơ trong hệ tọa độ  :

Mô hình động của động cơ KĐB

Các phương trình này có thể mô tả bằng sơ đồ mạch điện như hình:

Lm

S r

i

S r

j  Φ

Mô hình động của động cơ KĐB

Lưu ý đây là mạch tương đương mô hình động của động cơ không đồng bộ (có thể áp dụng để phân tích trạng thái quá độ hoặc xác lập của động cơ)

Mạch tương đương của động cơ ở trạng thái xác lập có thể suy ra

từ mô hình này với giả thiết là dòng, áp 3 pha trong động cơ ở chế

độ xác lập, có dạng hình sin và cân bằng

Mạch tương đương xác lập của động cơ

Mạch tương đương xác lập của động cơ KĐB suy

ra từ mô hình động

Ta suy ra hệ phương trình mô tả động cơ ở trạng thái xác lập:

ˆ ˆ

ˆ 0

s S

Phương trình động cơ trong hệ tọa độ xoay dq

 Trong điều kiện vận hành xác lập, các thành phần của vector

dòng/áp biểu thị trong hệ tọa độ  có dạng xoay chiều với

tần số s

 Các hệ thống điều khiển thường dùng các tín hiệu đặt có

dạng một chiều thay đổi theo thời gian

 Vì vậy, các đại lượng dòng/áp xoay chiều này không thích

hợp khi điều khiển

 Tuy nhiên, nếu biểu diễn các vector dòng/áp này trong hệ

trục tọa độ quay đồng bộ với vector (vận tốc quay s), ở chế

độ xác lập, các thành phần của vector dòng/áp trong hệ trục

Phương trình động cơ trong hệ tọa độ xoay dq

Gọi vector điện áp trong hệ trục tọa độ xoay dq là e

Phương trình động cơ trong hệ tọa độ xoay dq

s

e S

Phương trình động cơ trong hệ tọa độ xoay dq

Phương trình biểu diễn điện áp động cơ trong hệ tọa độ dq:

Nguyên lý điều khiển vector ĐC KĐB

Với động cơ DC:

u

và từ trường sinh ra trong phần kích từ của động cơ

dòng phần ứng của động cơ  Có thể điều khiển độc lập từ thông và momen động cơ Vì vậy, động cơ DC có chất lượng đáp ứng rất cao

Nguyên lý điều khiển vector ĐC KĐB

Tương tự động cơ DC, động cơ KĐB cũng có:

Tuy vậy, do cấu trúc của động cơ KĐB, dòng rotor thường không thể điều khiển trực tiếp Hơn nữa, phương trình momen của động cơ là phi tuyến

Điều khiển vector nhằm điều khiển động cơ KĐB như một động cơ DC, nghĩa là từ thông và momen động cơ có thể điều khiển độc lập với nhau

Nguyên lý điều khiển vector ĐC KĐB

Phương trình momen động cơ KĐB (biểu thị qua dòng stator và từ thông rotor):

Nguyên lý điều khiển vector ĐC KĐB

khiển động cơ vì mô hình động cơ là phi tuyến và các biến có quan hệ lẫn nhau (cross coupling)

hình động cơ có thể trở nên tuyến tính và dễ điều khiển hơn

Nguyên lý điều khiển vector ĐC KĐB

Nếu có thể điều khiển sao cho:

e e e e m

x +



e qs

i

M

Nguyên lý điều khiển vector ĐC KĐB

Hơn nữa, nếu có thể điều khiển sao cho:

e

 

 Động cơ KĐB có thể điều khiển tương tự như động cơ DC với chế độ

từ thông không đổi

e ds

i

G(p)

e dr

Nguyên lý điều khiển vector ĐC KĐB

Tóm lại, nếu có thể điều khiển sao cho: e

Nguyên lý điều khiển vector ĐC KĐB

Hai phương pháp kinh điển thường dùng trong điều khiển vector (điều khiển định hướng trường) động cơ KĐB:

rotor

Điều khiển vector ĐC KĐB kiểu trực tiếp

Nguyên lý:

r   r r

Φ

ngược lại Như vậy, hệ trục tọa độ xoay dq quay đồng bộ với vector từ

Điều khiển vector ĐC KĐB kiểu trực tiếp

Tính vector từ thông rotor Φ từ vector từ thông khe hở không khí e r S

S S

v

S S

i

S S

i

S r

S m

pΦ

Điều khiển vector ĐC KĐB kiểu trực tiếp

 Từ đây, suy ra các thành phần của S

L

L i L

Φ tính được, bằng phép chuyển hệ tọa độ vuông góc sang

hệ tọa độ cực, có thể tính được các thành phần r và r của e

r

Φ

*

e s

Điều khiển vector ĐC KĐB kiểu trực tiếp

Điều khiển vector ĐC KĐB kiểu gián tiếp

Điều khiển vector ĐC KĐB kiểu gián tiếp

Điều khiển vector ĐC KĐB kiểu gián tiếp

i

*

e ds

Điều khiển vector ĐC KĐB kiểu gián tiếp

So sánh với phương pháp điều khiển trực tiếp:

 Phương pháp điều khiển gián tiếp đơn giản hơn vì vị trí rotor có thể đo bằng cảm biến gắn ngoài

 Tuy nhiên, độ trượt cần thiết *

sl

 phụ thuộc vào thông số động cơ

m r

r

L R

  Thông số này biến thiên đáng kể trong quá trình vận hành động cơ