Bài giảng cũng khảo sát các phương pháp điều khiển dòng điện cung cấp cho động cơ thông qua bộ nghịch lưu... Chú ý rằng một thay đổi đột ngột của mômen sẽ dẫn đến thay đổi đột ngột của d
Trang 11 Bài giảng 7
Bài gi ả ng
Đ i ề u Khi ể n Máy Đ i ệ n Nâng Cao
Ướ c l ượ ng t ừ thông và điề u khi ể n dòng trong FOC
TS Nguyễn Quang Nam
2013 – 2014, HK 2
http://www4.hcmut.edu.vn/~nqnam/lecture.php
nqnam@hcmut.edu.vn
Trước hết, các phương pháp ước lượng từ thông rôto sẽ được khảo sát
Ước lượng từ thông rôto thường chỉ cần thiết với động cơ
KĐB
Bài giảng này khảo sát sâu hơn về các phương pháp ước
lượng từ thông rô to đã được giới thiệu ở bài giảng 5
Bài giảng cũng khảo sát các phương pháp điều khiển
dòng điện cung cấp cho động cơ thông qua bộ nghịch lưu
Gi ớ i thi ệ u
Trang 23 Bài giảng 7
Phương pháp đã giới thiệu ở bài giảng 5, được lặp lại
để đảm bảo tính hệ thống:
Ướ c l ượ ng gián ti ế p v ớ i c ả m bi ế n t ố c độ /v ị trí
∫ +
Với cảm biến vị trí
Với cảm biến tốc độ
( )sl m
M ω dt θ
θ* = ∫ * +
Trong thực tế, vị trí của trục máy có thể được tính toán từ
một cảm biến tốc độ tương đối (incremental encoder)
Phương án này có ưu điểm là bộ điều khiển gián tiếp có
thể hoạt động chính xác ngay cả khi tốc độ trục máy bằng 0 Chú ý rằng một thay đổi đột ngột của mômen sẽ dẫn đến thay đổi đột ngột của dòng điện isq, đồng thời dẫn đến một giá trị cực lớn của độ trượt ωsl
Do đó, cần có thêm khâu giới hạn tốc độ thay đổi của isq Các tham số LM, LσR, và Rr ảnh hưởng đến độ chính xác
Ướ c l ượ ng gián ti ế p v ớ i c ả m bi ế n t ố c độ /v ị trí (tt)
Trang 35 Bài giảng 7
Ướ c l ượ ng tr ự c ti ế p v ớ i c ả m bi ế n t ừ trườ ng
Từ thông tổng đo được:
Ướ c l ượ ng tr ự c ti ế p v ớ i c ả m bi ế n t ừ trườ ng (tt)
β
ψ
ψ rm = m + j m
Từ thông rôto có thể ước lượng:
( S s) s m
r r
r
σ σ
ψ
Việc ước lượng vị trí từ thông có phức tạp hơn so với
trường hợp chọn a = 1, nhưng bộ điều khiển lại được đơn
giản hóa (nhờ Lσr = 0)
Sử dụng cảm biến từ trường dẫn đến cấu hình máy phi tiêu chuẩn, và vấn đề về độ tin cậy của cảm biến
Trang 47 Bài giảng 7
Ướ c l ượ ng tr ự c ti ế p v ớ i cu ộ n dây stato
Cần tích phân các điện áp cảm ứng để có từ thông stato
ψs Từ đó có thể ước lượng từ thông rôto:
Ướ c l ượ ng tr ự c ti ế p v ớ i cu ộ n dây stato (tt)
s S s
r r
r
σ ψ
Chọn a = Ls/Lm sẽ dẫn đến Lσs = 0, do đó ψM sẽ bằng ψs,
như vậy tránh được việc phải đo dòng điện stato
Sử dụng cuộn dây stato dẫn đến cấu hình máy phi tiêu chuẩn
Việc cần tính tích phân điện áp dẫn đến hạn chế của
phương pháp đối với các ứng dụng tần số thấp (đến 0)
Trang 59 Bài giảng 7
Ướ c l ượ ng tr ự c ti ế p v ớ i c ả m bi ế n dòng và áp
Cần liên tục xử lý dạng sóng điện áp (từ bộ nghịch lưu PWM) để ước lượng từ thông
Điện trở stato thay đổi theo nhiệt độ làm việc gây sai số
ước lượng, đặc biệt ở tốc độ thấp, khi điện áp ngõ ra của bộ
nghịch lưu có mức xấp xỉ điện áp rơi trên Rs
Phương pháp cũng không phù hợp với tần số stato = 0
Ướ c l ượ ng tr ự c ti ế p v ớ i c ả m bi ế n dòng và t ố c độ
Sai lệch giá trị của RR, thay đổi của LM do bão hòa, và sai
số đo tốc độ sẽ ảnh hưởng đến độ chính xác, đặc biệt ở tần
số trượt nhỏ, ứng với độ lợi tích phân lớn
Trang 611 Bài giảng 7
Ướ c l ượ ng tr ự c ti ế p v ớ i c ả m bi ế n dòng và t ố c độ
Ưu điểm chính của bộ quan sát này là tránh phải đo điện
áp ngõ ra bộ biến đổi
Phương án này đặc biệt có ưu thế ở tốc độ thấp, độ trượt
lớn (sai số đo tốc độ/điện trở rôto không ảnh hưởng lớn) Trong một số trường hợp, người ta kết hợp 2 bộ quan sát
dựa vào cảm biến dòng điện (ứng với tốc độ thấp) và dựa vào cảm biến điện áp (ứng với tốc độ cao)
Cần chú ý đảm bảo sự chuyển đổi trơn tru giữa hai bộ
quan sát (dòng điện/tốc độ và điện áp/dòng điện)
K ỹ thu ậ t đ i ề u khi ể n dòng
Điều khiển dòng thường được đặt ra với các bộ nghịch
lưu nguồn áp (dạng phổ biến) để tạo ra hệ dòng điện cần thiết nhằm điều khiển máy điện
Bài giảng sẽ giới thiệu các kỹ thuật đối với tải 1 pha, sau
đó sẽ đề cập các kỹ thuật tương ứng cho tải 3 pha
Trang 713 Bài giảng 7
Gi ớ i thi ệ u khâu tr ễ
Ký hiệu và đáp ứng của khâu trễ được thể hiện dưới đây
Ngõ ra thay đổi giữa hai trạng thái 1 và -1 tùy theo ngõ vào, với độ trễ đáp ứng được xác định là ε Khi x ≥ ε/2, y =
1, và khi x ≤ -ε/2, y = -1
Khi -ε/2 ≤ x ≤ ε/2, y sẽ không thay đổi (đáp ứng trễ)
Đ i ề u khi ể n tr ễ
Sơ đồ khối của bộ điều khiển trễ (còn gọi là điều khiển bang-bang) cho dòng điện được thể hiện dưới đây, trong đó
mục tiêu là giữ cho dòng điện i nằm trong giới hạn i*± ∆i/2
Bộ so sánh A cùng với khâu hồi tiếp với độ lợi ∆i/2 hiện
thực khâu trễ, còn bộ so sánh B tạo tín hiệu điều khiển khóa công suất của bộ nghịch lưu
Trang 815 Bài giảng 7
Đ i ề u khi ể n tr ễ (tt)
Dạng sóng điển hình khi điều khiển trễ dòng điện
Đ i ề u khi ể n tr ễ (tt)
Phương pháp điều khiển dòng đơn giản nhất
Vì phương pháp này chỉ quan tâm đến sai lệch dòng điện
so với giá trị tham chiếu, nên tần số chuyển mạch sẽ thay
đổi trong một dải nào đó (có thể dẫn đến các vấn đề về
tương thích điện từ)
Có thể khắc phục nhược điểm trên bằng phương pháp
điều chế sóng mang (so sánh sai lệch dòng điện với sóng tham chiếu)
Trang 917 Bài giảng 7
Đ i ề u khi ể n so sánh sóng mang
Sai lệch giữa giá trị tham chiếu và giá trị thực của dòng
điện được hiệu chỉnh bởi bộ điều khiển PI, sao cho khi so sánh với sóng mang tam giác sẽ tạo ra tín hiệu điều khiển thích hợp cho bộ nghịch lưu
Single phase inverter
PI controller i*
i
Đ i ề u khi ể n theo mô hình
Giả sử bản chất của tải là đã biết Có thể thiết kế bộ điều khiển để từ sai lệch dòng điện, tính toán điện áp yêu cầu ở
mỗi khoảng lấy mẫu, để giảm sai lệch về 0
Trong sơ đồ khối dưới đây, ue là sức phản điện động
(EMF) của tải
Trang 1019 Bài giảng 7
Đ i ề u khi ể n theo mô hình (tt)
Dạng sóng điển hình của bộ điều khiển số theo mô hình,
để ý rằng ở mỗi thời điểm lấy mẫu, sai lệch dòng điện là 0
Đ i ề u khi ể n theo mô hình r ờ i r ạ c hóa
Mô hình của tải được rời rạc hóa, dẫn đến cấu trúc bộ
điều khiển dưới đây
Chú ý: các khâu vi phân trong mô hình rời rạc gây ảnh
hưởng xấu khi bị nhiễu
Trang 1121 Bài giảng 7
Đ i ề u khi ể n dòng c ủ a t ả i 3 pha
Việc mở rộng các phương pháp điều khiển vừa đề cập cho tải 3 pha thường được thực hiện với sự hỗ trợ của
vectơ không gian, nhờ đó giảm số bậc tự do xuống còn 2
Bộ điều khiển cũng được hiện thực trong một hệ quy
chiếu quay đồng bộ, để đơn giản hóa các yêu cầu tính toán
Có hai kỹ thuật điều khiển dòng 3 pha Thứ nhất, dò tìm
quỹ đạo của dòng điện thực và so sánh nó với quỹ đạo
dòng điện tham chiếu Vectơ sai lệch dòng điện kết hợp
điều kiện biên để chọn vectơ điện áp
Thứ hai, mở rộng khái niệm điều khiển theo mô hình
Đ i ề u khi ể n tr ễ h ệ dòng điệ n 3 pha
Tải bao gồm tổng trở tản và sức điện động 3 pha Bộ điều khiển so sánh các vectơ dòng điện và điều khiển trạng thái
đóng ngắt của bộ nghịch lưu
Trang 1223 Bài giảng 7
Đ i ề u khi ể n tr ễ h ệ dòng điệ n 3 pha (tt)
Một phương án hiện thực bộ điều khiển được thể hiện
dưới đây Vị trí của vectơ từ thông được xác định từ vectơ
sức điện động u e
Đ i ề u khi ể n tr ễ h ệ dòng điệ n 3 pha (tt)
Một “hộp” giới hạn được
áp đặt đối với vectơ dòng
điện thực, so với vectơ
dòng điện tham chiếu
Nếu đầu mút của vectơ
sai lệch điện áp vi phạm
các biên được đánh số, sẽ
có các thao tác cụ thể
được tiến hành (xem slide
sau)
Trang 1325 Bài giảng 7
Đ i ề u khi ể n tr ễ h ệ dòng điệ n 3 pha (tt)
Biên 1: Nếu vectơ tích cực hiện dùng trễ hơn ue, chọn vectơ tích cực ngược chiều kim đồng hồ kế tiếp
Biên 2: Kiểm tra vectơ tích cực nào đang dùng và chuyển sang vectơ 0 gần nhất
Biên 3: Nếu vectơ tích cực hiện dùng sớm hơn ue, chọn vectơ tích cực theo chiều kim đồng hồ kế tiếp
Biên 4: Kiểm tra vectơ tích cực nào vừa được dùng và tái kích hoạt vectơ đó
Đ i ề u khi ể n tr ễ h ệ dòng điệ n 3 pha (tt)
Ví dụ của phương pháp dùng hộp giới hạn dòng điện
Trang 1427 Bài giảng 7
Đ i ề u khi ể n theo mô hình h ệ dòng điệ n 3 pha
Cấu trúc của bộ điều khiển
Đ i ề u khi ể n theo mô hình h ệ dòng điệ n 3 pha (tt)
Cấu trúc của bộ điều khiển định hướng trường
Trang 1529 Bài giảng 7
Đ i ề u khi ể n theo mô hình h ệ dòng điệ n 3 pha (tt)
Ví dụ đáp ứng của bộ điều khiển theo mô hình
Đ i ề u khi ể n dòng 3 pha theo mô hình r ờ i r ạ c hóa
Cấu trúc của bộ điều khiển