Hệ thống điều khiển vector động cơ không đồng bộ không dùng cảm biến tốc độ

Chính vì vậy, trong đồ án tốt nghiệp của mình, em được giao đề tài “Hệ thống điều khiển vector - động cơ không đồng bộ không dùng cảm biến tốc độ” để hiểu biết rõ ràng về phương pháp đi

Trang 1

LỜI CAM ĐOAN

Em xin cam đoan bản đồ án tốt nghiệp: Hệ thống điều khiển vector - động cơ không đồng bộ không dùng cảm biến tốc độ do em tự thiết kế dưới sự hướng dẫn

của thầy giáo TS Nguyễn Mạnh Tiến Các số liệu và kết quả là hoàn toàn đúng với thực tế

Để hoàn thành đồ án này em chỉ sử dụng những tài liệu được ghi trong danh mục tài liệu tham khảo và không sao chép hay sử dụng bất kì tài liệu nào khác Nếu cóphát hiện sự sao chép, em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm

Hà Nội, ngày tháng 05 năm 2018

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Hồng Diện

Trang 2

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH VẼ i

DANH MỤC BẢNG SỐ LIỆU iii

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT iv

LỜI NÓI ĐẦU 1

Chương 1 ĐIỀU KHIỂN VECTOR ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA 2

1.1 Động cơ không đồng bộ 2

1.1.1 Giới thiệu 2

1.1.2 Cấu tạo 2

1.1.3 Nguyên lý làm việc 4

1.2 Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ 4

1.2.1 Điều chỉnh điện áp stator 5

1.2.2 Điều khiển tần số nguồn cấp stator 5

1.3 Hệ thống điều khiển vector 6

1.3.1 Nguyên lý tựa theo từ thông rotor 6

1.3.2 Cấu trúc của hệ điều khiển tựa theo từ thông rotor 11

Chương 2 MÔ HÌNH TOÁN HỌC ĐỘNG CƠ VÀ TỔNG HỢP CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN 13

2.1 Các phương trình cơ bản mô tả động cơ không đồng bộ ba pha 13

2.2 Mô hình trạng thái liên tục của động cơ trên hệ tọa độ cố định  15

2.3 Mô hình trạng thái liên tục của động cơ trên hệ tọa độ dq 18

2.5 Tổng hợp bộ điều khiển dòng điện 20

2.5.1 Thiết kế bộ điều khiển dòng điện sinh từ thôngIsd 20

Trang 3

2.5.2 Thiết kế bộ điều khiển dòng điện sinh mô menI 23sq

2.6 Tổng hợp bộ điều khiển tốc độ 25

Chương 3 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VECTOR ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ KHÔNG DÙNG CẢM BIẾN TỐC ĐỘ 28

3.1 Tổng quan 28

3.2 Phương pháp quan sát từ thông thích nghi tốc độ (Luenberger observer) 29

3.2.1 Bộ quan sát Luenberger 29

3.2.2 Thuật toán ước lượng tốc độ, điện trở rotor và điện trở stator 31

Chương 4 MÔ PHỎNG - KIỂM NGHIỆM 36

4.1 Tính toán tham số 36

4.1.1 Thông số động cơ 36

4.1.2 Tính toán tham số động cơ 37

4.1.3 Thông số bộ điều khiển, thông số bộ quan sát 38

4.1.4 Tính toán dòng tạo từ thông ở vùng tốc độ cơ bản 38

4.2 Mô phỏng hệ thống 39

4.2.1 Sơ đồ mô phỏng 39

4.2.2 Kết quả mô phỏng 41

4.2.3 Đánh giá kết quả mô phỏng 53

KẾT LUẬN 54

TÀI LIỆU THAM KHẢO 55

PHỤ LỤC 56

Trang 4

Danh mục hình vẽ

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Cấu tạo động cơ không đồng bộ 2

Hình 1.2 Stator động cơ không đồng bộ 3

Hình 1.3 Rotor động cơ 3

Hình 1.4 Biểu diễn vector điện áp stator từ ba pha điện áp 7

Hình 1.5 Vector dòng stator trên hệ tọa độ cố định  và hệ tọa độ quay dq 8

Hình 1.6 Cấu trúc hệ điều khiển tựa theo từ thông rotor 11Y Hình 2.1 Sơ đồ cấu trúc mô tả động cơ trên hệ tọa độ  17

Hình 2.2 Sơ đồ khối mô hình trạng thái động cơ trên hệ tọa độ  18

Hình 2.3 Sơ đồ cấu trúc của mô hình liên tục của động cơ trên hệ dq 19

Hình 2.4 Mô hình trạng thái của động cơ không đồng bộ trên hệ dq 20

Hình 2.6 Mạch vòng điều chỉnh dòng điện 22

Hình 2.7 Mạch vòng điều chỉnh dòng điện 24

Hình 2.11 Mạch vòng điều chỉnh tốc độ 2 Hình 3.1 Cấu trúc điều khiển không dùng cảm biến 29

Hình 3.2 Cấu trúc mô hình quan sát từ thông thích nghi tốc độ quay 3 Hình 4.1 Hệ thống sử dụng cảm biến tốc độ 39

Hình 4.2 Hệ thống không sử dụng cảm biến tốc độ 39

Hình 4.3 Khối tính toán tốc độ 40

Hình 4.4 Khối tính toán Rs 40

Trang 5

Danh mục hình vẽ

Hình 4.5 Khối tính toán Rr 40

Hình 4.6 Đáp ứng tốc độ ở hệ thống sử dụng cảm biến tốc độ 42

Hình 4.7 Đáp ứng tốc độ ở hệ thống không có cảm biến tốc độ 42

Hình 4.8 Đáp ứng mô men ở hệ thống sử dụng cảm biến tốc độ 43

Hình 4.9 Đáp ứng mô men ở hệ thống không sử dụng cảm biến 43

Hình 4.10 Đáp ứng từ thông ở hệ thống sử dụng cảm biến tốc độ 45

Hình 4.11 Đáp ứng từ thông ở hệ thống không sử dụng cảm biến tốc độ 45

Hình 4.12 Đáp ứng dòng điện I , I ở hệ thống sử dụng cảm biến tốc độ 46sd sq Hình 4.13 Đáp ứng dòng điện I , I ở hệ thống không sử dụng cảm biến tốc độ 46sd sq Hình 4.14 Đáp ứng dòng điện isabc ở hệ thống sử dụng cảm biến tốc độ 47

Hình 4.15 Đáp ứng dòng điện isabc ở hệ thống không sử dụng cảm biến tốc độ 47

Hình 4.16 Giá trị Rsước lượng 48

Hình 4.17 Giá trị Rrước lượng 48

Hình 4.18 Đáp ứng từ thông 50

Hình 4.19 Đáp ứng tốc độ 50

Hình 4.20 Đáp ứng mô men 51

Hình 4.21 Đáp ứng dòng Isd I 51sq Hình 4.22 Đáp ứng dòng isabc 52

Hình 4.23 Giá trị Rs 52

Hình 4.24 Giá trị Rr 53

Trang 6

Danh mục bảng số liệu

DANH MỤC BẢNG SỐ LIỆU

Bảng 1.1 Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ 5

Bảng 4.1 Bảng thông số động cơ 36

Bảng 4.2 Thông số bộ điều khiển PI 38

Bảng 4.3 Thông số bộ quan sát 38

Trang 8

Lời nói đầu

LỜI NÓI ĐẦU

Động cơ không đồng bộ ba pha là đối tượng điều khiển phần lớn trong truyền động điện xoay chiều cũng như trong công nghiệp hiện nay Lý do chính vẫn là những

ưu điểm mà nó mang lại Tuy nhiên, việc điều khiển động cơ không đồng bộ là một vấn đề khó khăn và rất phức tạp Đến khi các phương pháp điều khiển vector ra đời thìvấn đề điều khiển động cơ không đồng bộ cơ bản là hoàn chỉnh và thực hiện dễ dàng

Việc nghiên cứu hệ thống điều khiển động cơ không đồng bộ không dùng cảm biến tốc độ có ý nghĩa quan trọng trong thực tiễn công nghiệp Hệ thống này cho phép đơn giản hệ thống truyền động sử dụng động cơ không đồng bộ Khắc phục được những khó khăn mà hệ thống truyền động truyền thống mắc phải

Chính vì vậy, trong đồ án tốt nghiệp của mình, em được giao đề tài “Hệ thống điều khiển vector - động cơ không đồng bộ không dùng cảm biến tốc độ” để hiểu

biết rõ ràng về phương pháp điều khiển không dùng cảm biến tốc độ Do thực hiện trong thời gian ngắn cũng như hạn chế về mặt kiến thức nên đồ án của em không tránhkhói những sai sót Em mong nhận được những đóng góp của các thầy cô để em có thểhoàn thiện hơn đồ án của mình

Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn chi tiết và tận tình của thầy giáo TS Nguyễn Mạnh Tiến Chính sự hướng dẫn của thầy đã giúp em hoàn thành đồ

án này

Hà Nội, ngày tháng 05 năm 2018

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Hồng Diện

Trang 9

Chương 1 Điều khiển vector động cơ không đồng bộ ba pha

Chương 1 ĐIỀU KHIỂN VECTOR ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA

1.1 Động cơ không đồng bộ

1.1.1 Giới thiệu

Ước tính 55% năng lượng điện được tiêu thụ bởi động cơ, hơn nữa động cơ không đồng bộ (ĐC KĐB) chiếm tới 70% số động cơ được sản xuất Vì vậy ĐC KĐB đóng vai trò rất quan trọng trọng thực tiễn, được sử dụng rộng rãi trong thực tế sản xuất Ưu điểm nổi bật của loại động cơ này là dễ chế tạo, dễ vận hành, bảo quản chi phí thấp Nó có cấu tạo đơn giản và đặc biệt có thể lấy điện trực tiếp từ lưới điện xoay chiều ba pha mà không cần thông qua bất kì bộ biến đổi nào

Tuy nhiên, vào thời điểm ban đầu, động cơ không đồng bộ rất khó điều khiển tốc độ và khống chế các quá trình quá độ Ngày nay, với sự phát triển của lĩnh vực điều khiển tự động và lĩnh vực công suất bán dẫn, dẫn đến bước tiến lớn trong việc điều khiển động cơ không đồng bộ

Trang 10

a) Phần tĩnh (Stator)

Stator gồm: Vỏ máy, lõi sắt và dây quấn

- Vỏ máy: Dùng để cố định lõi sắt và dây quấn, định hình cho động cơ Vỏ máy

thưởng được làm bằng gang

- Lõi sắt: là phần dẫn từ Để giảm tổn hao của dòng Fuco, lõi sắt được làm từ những lá thép kỹ thuật điện ghép lại

- Dây quấn: Dùng để dẫn điện sinh ra từ trường Dây quấn được đặt vào rãnh của lõi sắt và được cách điện tốt với lõi sắt

Hình 1.2 Stator động cơ không đồng bộ

b) Phần quay (Rotor)

Rotor có hai lại chính: Rotor dây quấn và rotor lồng sóc

a) Rotor dây quấn b) Rotor lồng sóc

Hình 1.3 Rotor động cơ

- Rotor kiểu dây quấn: Có dây quấn giống như của stator Dây quấn ba pha của rotor thường đấu sao, ba đầu còn lại được nối với ba vành trượt lằm bằng đồng gắn ở một đầu trục, cách điện với nhau và với trục Thông qua chổi than và vành trượt, có thể nối dây quấn rotor với điện trở phụ bên ngoài để cải thiện tính năng mở máy, điều chỉnh

Trang 11

tốc độ hoặc cải thiện hệ số công suất của máy Khi làm việc thì dây quấn rotor nối ngắn mạch, chính vì vậy nó khó sử dụng ở môi trường khắc nghiệt và dễ cháy nổ Hơnnữa giá của loại động cơ này đắt hơn loại có rotor lồng sóc

- Rotor kiều lồng sóc: Kết cấu dây quấn khác hẳn so với stator Trong các rãnh của lõi thép đặt các thanh đồng, hai đầu nối ngắn mạch bằng hai vòng đồng tạo thành lồng sóc

60fn

p

Từ trường quay này quét qua mạch rotor tạo nên một suất điện động e2, vì dây quấn rotor khép kín mạch nên trong dây quấn sinh ra dòng điện i2 và tạo ra lực điện từ, lực này làm cho rotor quay với tốc độ n (n<n1) và cùng chiều với từ trường Hệ số trượt:

1 1

sn



1.2 Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ

Phương trình đặc tính cơ động cơ không đồng bộ theo tài liệu [2] có dạng:

'

2 21 '

2 2 2

R3UsM

Trang 12

Dựa vào phương trình đặc tính cơ, ta có thể thay đổi mô men bằng cách thay đổi điện áp cung cấp, điện trở phụ, tốc độ trượt và tần số nguồn Hiện nay hệ thống truyền động điện điều chỉnh tần số được sử dụng rộng rãi nhất

Bảng 1.1 Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ

1.2.1 Điều chỉnh điện áp stator

Từ phương trình đặc tính cơ, mô men động cơ không đồng bộ tỉ lệ với bình phương điện áp stator Chính vì vậy có thể điều chỉnh được mô men cũng như tốc độ thông qua điều chỉnh điện áp trong khi giữ nguyên tần số Việc thay đổi điện áp được thay đổi rất dễ dàng dựa vào việc sử dụng các bộ biến đổi công suất

CLPs

Pcơ

Điều chỉnhtần số nguồn cấpstato

Điều chỉnh điện

áp stato

Điều chỉnh bằngphương phápxung điện trởrôto

Điều chỉnh công suất trượt

Trang 13

1.2.2 Điều khiển tần số nguồn cấp stator

Khi giảm tần số thì điện trở tổng giảm, nếu điện áp giữ nguyên thì dòng điện sẽ tăng lên có thể gây phát nóng động cơ Vì vậy, khi điều chỉnh tần số động cơ không đồng bộ phải điều chỉnh cả điện áp

Luật điều chỉnh giữ tỷ số điện áp tần số không đổi U / f ở hệ thống điều khiển điện áp/ tần số, sức điện động stator động cơ được điều chỉnh tỷ lệ với tần số

Ngoài ra còn có các phương pháp điều khiển trực tiếp mô men (DTC) và điều khiển vector tựa theo từ thông rotor (FOC) Phương pháp điều khiển vector sẽ được tìm hiểu kỹ ở phần 1.3

1.3 Hệ thống điều khiển vector

1.3.1 Nguyên lý tựa theo từ thông rotor

Mục đích của phương pháp tựa theo từ thông rotor là: Tạo ra một công cụ cho phép tách các thành phần dòng tạo từ thông và dòng tạo mô men quay từ dòng điện xoay chiều ba pha chảy trong cuộn dây stator của động cơ Hệ truyền động điều khiển theo kiểu tựa theo từ thông rotor chính là hệ hoạt động dựa trên nguyên tắc điều khiển cách ly các thành phần dòng kể trên nhờ mạch vòng điều chỉnh dòng stator Phương pháp điều khiển kiểu tựa theo từ thông rotor thuộc lớp các phương pháp điều khiển vector đối với máy điện

a) Biểu diễn các đại lượng xoay chiều ba pha dưới dạng vector phức

Động cơ không đồng bộ ba pha có ba cuộn dây stator bố trí trong không gian cách đều nhau 1200, ba điện áp cho ba đầu dây của động cơ từ lưới ba pha hay từ bộ

nghịch lưu, biến tần; ba điện áp này thỏa mãn:

u

với   2 / 3 (1.5)

Trang 14

Điện áp của từng pha chính là hình chiếu của vector điện áp us lên trục các cuộn dây tương ứng Một cách tương tự, ta có thể biểu diễn các đại lượng ba pha khác như dòng điện stotor, từ thông stator và từ thông rotor dưới dạng vector is, ψs và ψr.

Tất cả các vector đều quay quanh gốc tọa độ với tốc độ góc s Đây là hệ tọa độ abc.

Hình 1.4 Biểu diễn vector điện áp stator từ ba pha điện ápGiả sử bây giờ có một hệ tọa độ có hai trục d và q, quay đồng bộ với vector ở hình 1.4, từ đó ta có thể viết lại dạng biểu diễn của các vector:

(1.6)

Do hệ tọa độ có tính chất quay đồng bộ với vector ở hình 1.4 nên các đại lượng biểu diễn trên hệ dq là đại lượng không đổi

Đặt tên trục đi qua pha A là trục  , trục vuông góc với nó là trục  Khi đó, hệ

tọa độ mới nhận được là hệ tọa độ , hệ tọa độ cố định với stator.

Trang 15

Hình 1.5 Vector dòng stator trên hệ tọa độ cố định  và hệ tọa độ quay dq

b) Hệ tọa độ quay đồng bộ (dq):

Khi mô hình hóa động cơ trên hệ tọa độ dq thì các tín hiệu trên hai trục d và trục q là tín hiệu một chiều Từ đó giúp thiết kế các bộ điều khiển dễ dàng hơn Hệ dq quay với tốc độ từ trường quay và trục d được gắn trùng với vector từ thông rotor nên thành phần từ thông trên trục q bằng không

Xem xét đến hai đại lượng từ thông với mô men quay trên hệ dq:

Từ thông rotor được biểu diễn ở dạng:

m

r

LI

LTR

 Biểu thức từ thông rotor ĐC KĐB có dạng tương tự như biểu thức từ thông

Trang 16

k

Li

Khi biểu diễn ĐC KĐB ba pha trên hệ tọa độ dq, biểu thức xác định từ thông và

mô men có sự tương đồng so với động cơ một chiều

c) Chuyển hệ trục tọa độ

Phép chuyển từ hệ tọa độ ba pha (abc) sang hệ tọa độ cố định với stator ()

được định nghĩa như sau:

sa s

sb s

Trang 17

Phép chuyển đổi từ hệ tọa độ  sang hệ tọa độ abc có dạng:

sa

s sb

s sc

Trang 18

1.3.2 Cấu trúc của hệ điều khiển tựa theo từ thông rotor

Hình 1.6 Cấu trúc hệ điều khiển tựa theo từ thông rotor

Sơ đồ khối hệ thống điều khiển tựa theo vector từ thông rotor như hình 1.6 Vòng điều khiển bên ngoài với bộ điều khiển từ thông và bộ điều khiển tốc độ quay

Bộ điều khiển vòng trong bao gồm hai bộ điều khiển độc lập theo luật PI, điều khiển hai thành phần dòng một chiều Isd(Thành phần dòng điện sinh từ thông) và Isq(Thành phần dòng điện sinh mô men) Các đại lượng Usd và Usq được tính toán thông qua các

bộ điều khiển dòng, là các thành phần đầu vào của khâu phát xung Khối “Mô hình từ thông” có nhiệm vụ tính toán từ thông và tính góc pha s của từ thông, góc xen giữa trục d của vector từ thông rotor và trục  trong hệ tọa độ  Góc pha này được sử

dụng cho chuyển đổi giữa các hệ tọa độ Mục đích điều khiển của hệ là: điều khiển saocho rd là hằng số và isnhanh, chính xác, không tương tác Ở đây ta thấy rõ đại lượng

tốc độ được đo trực tiếp từ trục động cơ để dùng đại lượng phản hồi về bộ điều khiển tốc độ Trong phạm vi đồ án này, đại lượng tốc độ sẽ được ước lượng thông qua các đại lượng đầu cực động cơ

Kết luận: Chương 1 đã giới thiệu tổng quan về hệ điều khiển vector, với đối tượng là động cơ không đồng bộ ba pha Trong cấu trúc của hệ điều khiển vector có

Trang 19

các bộ điều khiển dòng điện, điều khiển tốc độ Các bộ điều khiển này được thiết kế trên tọa độ dq, vì vậy cần mô hình của động cơ trên hệ dq, từ đó dùng các phương pháp đã biết để thiết kế các bộ điều khiển Phần mô hình hóa động cơ và thiết kế các

bộ điều khiển sẽ được trình bày rõ ở chương 2

Chương 2 sẽ trình bày về mô hình động cơ trên hệ dq (Mục đích để thiết kế các

bộ điều khiển), mô hình động cơ trên hệ (dùng để thiết kế bộ quan sát), thiết kế các

bộ điều khiển dòng điện và tốc độ

Trang 20

Chương 2 Mô hình toán học động cơ và tổng hợp các bộ điều khiển

Chương 2

MÔ HÌNH TOÁN HỌC ĐỘNG CƠ

VÀ TỔNG HỢP CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN

2.1 Các phương trình cơ bản mô tả động cơ không đồng bộ ba pha

Để thiết lập mô hình mô tả động cơ, dùng một số quy ước các đại lượng thông

số của động cơ như sau:

 Chỉ số viết bên phải, trên cao:

f đại lượng mô tả trên hệ tọa độ tựa từ thông (Hệ tọa độ dq)

s đại lượng mô tả trên hệ tọa độ  cố định với stator

 Chỉ số viết bên phải, phía dưới:

Chữ cái thứ nhất: s đại lượng mạch stator

r đại lượng mạch rotor Chứ cái thứ hai: d, q các thành phần thuộc hệ tọa độ dq

,

  các thành phần thuộc hệ tọa độ 

 Các đại lượng viết đậm: vector (chữ thường), ma trận (chữ hoa)

Để có được mô hình của động cơ, ta cần quan tâm đến hai phương trình điện ápstator và điện áp rotor viết trên hệ tọa độ cố định với stator và trên rotor

 Phương trình vector điện áp stator [1]:

s

s s s

dR

dt

(2.1)Với: Rs- điện trở stator

dt

Với: Rr- điện trở rotor;

Trang 21

r r

L , Lr - điện cảm tổng stator, rotor

Bởi vì các cuộn dây stator và rotor có cấu tạo đối xứng về mặt cơ học nên các giá trị điện cảm trên các hệ tọa độ là như nhau, do đó hệ (2.3) được áp dụng cho cả hai tọa

độ  và dq, và ta không phải viết các chỉ số viết bên phải trên cao nữa.

 Phương trình mô men quay [1]:

Trong đó: Tích � giữa hai vector.

 là góc xen giữa vector từ thông và dòng điện

Im  : phần ảo của biểu thức

Trang 22

J-mô men quán tính p-số đôi cực

Do điều khiển theo nguyên lý tựa theo từ thông rotor và điều khiển vector dòng điện isnên hai đại lượng ir và ψs là các đại lượng không quan trọng, từ đó tìm cách

khử hai đại lượng này Từ hai phương trình từ thông (2.3) rút ra được:

r r m s r

2.2 Mô hình trạng thái liên tục của động cơ trên hệ tọa độ cố định αβ

Trên hệ tọa độ , phương trình điện áp stator có dạng như (2.1), còn phương

trình điện áp rotor có thay đổi do rotor quay so với stator

Phương trình điện áp stator và điện áp rotor trên hệ  như sau [1]:

dtd

Trang 23

Ts L / Rs s; Tr L / Rr r- hằng số thời gian stator, rotor

Từ hệ phương trình (2.10), chuyển các thành phần vi phân sang vế trái, cân bằng phần thực và phần ảo của mỗi phương trình được hệ phương trình sau đây:

u vector trạng thái, vector đầu vào trên hệ 

Mô hình (2.13) được sử dụng cho xây dựng mô hình quan sát từ thông ở chương 3

Trang 24

Hình 2.1 Sơ đồ cấu trúc mô tả động cơ trên hệ tọa độ

mô hình điện nên ta coi  là tham số thay đổi, có thể đo đạc được Trên hệ tọa độ

các thành phần của xs có dạng hình sin.

Trang 25

Hình 2.2 Sơ đồ khối mô hình trạng thái động cơ trên hệ tọa độ 

2.3 Mô hình trạng thái liên tục của động cơ trên hệ tọa độ dq

Bằng cách làm tương tự như trên hệ tọa độ , có thể xây dựng được mô hình

trạng thái liên tục của động cơ trên hệ dq Trên hệ dq thì các phương trình từ thông vẫnkhông đổi Phương trình điện áp stator, phương trình điện áp stator trên hệ dq như sau:

Tương tự xử lý như hệ tọa độ , khử dòng rotor và từ thông stator thu được

hệ phương trình vi phân mô tả ĐC KĐB trong hệ tọa độ d, q như sau:

Trang 26

Với:   'rd rd / Lm

    s r

Hình 2.3 Sơ đồ cấu trúc của mô hình liên tục của động cơ trên hệ dq

Phương trình mô men: Lấy ifr từ (2.16) và thay vào phương trình mô men (Với điều kiện là  rq 0):

Hệ (2.17) và phương trình (2.18) kết hợp tạo thành mô hình liên tục của động

cơ không đồng bộ trên hệ dq (hình 2.3) Hệ phương trình (2.17) được viết lại dưới dạng mô hình trạng thái:

Trang 27

Đây là điểm khác biệt của mô hình trên hệ dq so với mô hình trên hệ tọa độ 

Hình 2.4 Mô hình trạng thái của động cơ không đồng bộ trên hệ dq

2.5 Tổng hợp bộ điều khiển dòng điện

2.5.1 Thiết kế bộ điều khiển dòng điện sinh từ thông I sd

Xuất phát điểm để thiết kế bộ điều khiển chính là phương trình dòng điện :

Trang 28

Do điều khiển tựa theo từ thông rotor nên  'rq 0 Để khử tương tác giữa hai trục d và trục q thì tạm thời bỏ qua thành phần s sqI (Thành phần này sẽ được bù sau), phương trình (2.21) trở thành:

' sd

KKR



Sơ đồ mạch vòng điều khiển dòng điện , được xây dựng trên cơ sở cấu hình hệ điều khiển vector và phương trình (2.25) như ở hình 2.5

Trang 29

Hình 2.5 Mạch vòng điều chỉnh dòng điện Chọn bộ điều khiển dòng dạng PI:

k.s 1

b i1

kTk1Tk

a kisd isd isd

T s 1K

Trang 30

chid 2 2

cd cd

1F

2.5.2 Thiết kế bộ điều khiển dòng điện sinh mô men I sq

Xuất phát điểm vẫn là dựa trên phương trình mô tả Isq

Trang 31

Với:

bd 1

s

K TK

d i2

kTk1Tk

hisq isq isq

T s 1K

Trang 32

Từ đó suy ra được hàm truyền hệ kín của mạch vòng dòng điện :

2

bd d d hisq bd d d 1

c1 1

Trang 33

Hình 2.5 Mạch vòng điều chỉnh tốc độĐối tượng mạch vòng điều khiển tốc độ mô tả bởi hàm truyền:

2 kisq rd m r

3.F L pP

2.L J.s





Với Fkisqlà hàm truyền hệ kín của mạch vòng dòng điện I , để đơn giản hóa ta sq

sẽ xấp xỉ hàm truyền này về dạng bậc nhất như sau:

r

L p I3

Trang 34

Với:

p 1 i

2 i

kTk1Tk

h

2 2

c1 2

c1 1 2

2.K T1k

Trang 35

Chương 3 Hệ thống điều khiển vector ĐCKĐB không dùng cảm biến tốc độ

độ gắn trên trục động cơ Khi gắn cảm biến tốc độ trên trục động cơ có một số khó khăn nhất định: khó khăn ngay ở khâu phải lắp thêm trên trục động cơ máy phát tốc hay cảm biến tốc độ Không phải lúc nào mà hệ truyền động cũng có thể gắn được cảmbiến tốc độ được, điển hình như hệ truyền động tốc độ cao, động cơ làm việc ở môi trường khắc nghiệt, động cơ làm việc ở xa trung tâm điều khiển…

Từ những khó khăn nên trên, cần có nghiên cứu về hệ truyền động động cơ không đồng bộ không dùng cảm biến tốc độ để giải quyết dứt điểm khó khăn Hệ thống này giúp động cơ hoạt động hiệu quả hơn trong các máy công nghiệp, giảm độ phức tạp của hệ thống, giảm giá thành bảo dưỡng và chi phí vận hành Thay vì đo đạc trực tiếp tốc độ từ trục động cơ thì sẽ tính toán, ước lượng tốc độ động cơ thông qua đại lượng đầu cực động cơ

Các phương pháp tính toán, ước lượng tốc độ đã được nghiên cứu [1]:

 Tính toán tốc độ trực tiếp từ tốc độ trượt

 Tổng hợp trực tiếp từ hệ phương trình trạng thái

 Hệ thống thích nghi theo mô hình mẫu (MRAS)

 Quan sát từ thông thích nghi tốc độ (Luenberger observer)

 Hệ thống sử dụng bộ lọc Kalman mở rộng (EKF)

 Đưa tín hiệu phụ có tần số cao

Đồ án này sẽ tìm hiểu chính về phương pháp quan sát từ thông thích nghi tốc độ

Định dạng
Số trang	70
Dung lượng	2,67 MB