Các phương pháp điều khiển động cơ xoay chiều hiện đại

Chương 7 Các phương pháp điều khiển động cơ xoay chiều hiện đại 7.1 Cơ sở điều khiển động cơ xoay chiều hiện đại 7.2 Véctơ không gian 7.3 Hệ tọa độ trường và chuyển đổi giữa các hệ tọa đ

Trang 1

Chương 7 Các phương pháp điều khiển động cơ xoay

chiều hiện đại

7.1 Cơ sở điều khiển động cơ xoay chiều hiện đại

7.2 Véctơ không gian

7.3 Hệ tọa độ trường và chuyển đổi giữa các hệ tọa độ

7.4 Điều khiển động cơ một chiều kích từ độc lập

7.5 Mô hình động cơ KĐB ở hệ tọa độ trường

7.6 Mô hình động cơ Đồng bộ ở hệ tọa độ trường

Trang 2

Chương 7 Các phương pháp điều khiển động cơ xoay

chiều hiện đại

7.7 Một số vấn đề khi xây dựng cấu trúc hệ thống

điều khiển vectơ hay tựa theo từ trường

7.8 Phương pháp điều chế vectơ không gian

7.9 Chọn lựa bộ biến tần

7.10 Cài đặt hệ thống truyền động biến tần - động cơ

Trang 3

7.1 Cơ sở điều khiển động cơ xoay

chiều hiện đại

• Lý thuyết điều khiển động cơ một chiều

• Lý thuyết về vectơ không gian (space vector)

• Lý thuyết về chuyển đổi tọa độ (coordinates

transformation) → Phương pháp điều khiển hướng trường (tựa theo từ trường – Field Oriented Control – FOC, điều khiển vectơ (vector control) Tg:

Hasse, Blaschke,…

• Mục tiêu phân tách (decoupling) và tuyến tính hóa (linearization ) hệ phương trình mô tả động cơ → Phương pháp điều khiển phi tuyến hiện đại

(modern nonlinear control ) Tg: A Isdori,

H.Nijmeijer, Van de Schaft,

Trang 4

• Lý thuyết chuyển đổi phi tuyến các biến trạng thái động cơ (nonliear transformation of the motor ) → Phương pháp điều khiển tuyến

tính hóa phản hồi (feedback linearization

control, FLC) hoặc phương pháp phân tách đầu vào và đầu ra (Input-Output decoupling)

→ Mô hình đa vô hướng động cơ KĐB

(multiscalar model of the IM) Tg: Mario,

Krzeminski,…

Trang 5

Phân loại các phương pháp điều khiển hiện đại

Trang 6

• Phương pháp điều khiển dựa trên tính thụ động (Passivity-based control) Tg: R

Trang 7

So sánh chất lượng một số hệ TĐĐ

Trang 8

7.2 Véctơ không gian

s i (t) i (t)e i (t)e | i | e

3

2 )

t (

Trang 9

Trang 11

θ =60 o

θ

Trang 12

7.3 Các hệ tọa độ trường (từ thông) và

chuyển đổi giữa các hệ tọa độ

a) Hệ tọa độ cố định stato αβ:

Nếu ta gọi trục thực là trục α (trùng với trục pha a) và trục ảo là trục β (vuông góc ta sẽ

có một hệ trục toạ độ được gọi là hệ trục tọa

độ cố định stato Vectơ không gian is(t) biểu diễn ở hệ toạ độ αβ như sau:

Trang 13

7.3 Các hệ tọa độ trường và chuyển

đổi giữa các hệ tọa độa) Hệ tọa độ cố định stato αβ:

Trang 14

đổi giữa các hệ tọa độa) Hệ tọa độ cố định stato αβ:

Chuyển đổi hệ abc ↔ αβ:

Tương tự với các đại lượng u, ψ,…

a

i 2

i 3

1 i

i i

Trang 15

b) Hệ tọa độ từ thông roto dq:

Trang 16

đổi giữa các hệ tọa độb) Hệ tọa độ từ thông roto dq:

Nếu có một véctơ không gian is(t) ta có thểbiểu diễn nó ở hệ tọa độ dq:

Tương tự cho các đại lượng khác

sqsd

f

Trang 17

đổi giữa các hệ tọa độc) Chuyển đổi giữa αβ ↔ dq:

Tổng quát, giả sử có hai hệ trục tọa độ xy

và x*y* đặt trùng gốc nhưng lệch nhau một góc là θ* Giả sử có một vectơ V bất kỳ, ta

có công thức chuyển đổi giữa hai hệ tọa độ như sau:

*

j xy

* j

* xy

e V

V e

V

Trang 18

Như vậy, nếu biết góc θs-góc giữa vectơ từthông rôto ψr và trục pha a- trục chuẩn ta cóthể chuyển đổi một đại lượng vectơ không gian giữa hai hệ trục toạ độ αβ và dq như sau:

s

s s

j

s s

f

Trang 19

Trang 20

7.4 Điều khiển động cơ một chiều

Trang 21

7.5 Mô hình động cơ KĐB ở hệ tọa

=

ψ +

=

ψ +

=

dt

) t (

d )

t ( i

R )

t (

u

dt

) t (

d )

t ( i

R )

t (

u

dt

) t (

d )

t ( i

R )

t (

u

sc sc

s sc

sb sb

s sb

sa sa

s sa

=

ψ +

=

ψ +

=

dt

) t (

d )

t ( i

R

dt

) t (

d )

t ( i

R

dt

) t (

d )

t ( i

R

rc rc

r

rb rb

r

ra ra

r

0 0 0

Trang 22

7.5 Mô hình động cơ KĐB ở hệ tọa độ

trường

7.5.1 Hệ phương trình mô tả động cơ

Ở dạng vectơ không gian:

dt

d i

R u

s s

s s s

s s

ψ +

=

dt

d i

R 0

r r

r r r

ψ +

u

3 2

Trang 23

+

= ψ

r r m

s r

m r

s s s

L i L

i

L i L

i

Trang 24

• Phương trình momen:

• Phương trình chuyển động:

) i (

p 2

3 )

i (

p 2

3

r c

s s

c

dt

d p

J m

m

c

T M

ω +

=

• Ở hệ toạ độ hướng trường rôto dq, áp dụng công thức chuyển đổi tọa độ:

f s s

f s

f s s

f

dt

d i

R

f r r

f r

dt

d i

R

0 = + ψ + ω ψ

Trang 25

• Ở hệ toạ độ cố định stato αβ, hệ tọa độ đứng yên:

Trang 26

7.5.2 Mô hình động cơ mô tả trên

hệ tọa độ từ thông rôto

+

= ψ

ψ ω

+

ψ +

=

ψ ω

+

ψ +

=

r

f r m

f s

f r

m

f r s

f s

f r r

f r

f r r

f s s

f s

f s s

f s

L i

j dt

d i

R 0

j dt

d i

R u

Trang 27

+

= ψ

ψ ω

+

ψ +

=

ψ ω

+

ψ +

=

r

f r m

f s

f r

m

f r s

f s

f r r

f r

f r r

f s s

f s

f s s

f s

L i

j dt

d i

R 0

j dt

d i

R u

f r

i

f s

ψ

f r

i

Trang 28

Để đơn giản cho mô hình ta đặt có đơn vị là A, gọi

là dòng từ hóa sinh từ thông rôto m

f r /

f

ψ

= ψ

f s r

/

f r

s r

(

j T

1 dt

d

+ ψ

−

= ψ

f s s

/

f r r

f s

s r

1

1 j i

j T

1 T

1 dt

i

d

σ

+ ψ

σ

− +

σ

−

=

Trang 29

Khai triển theo hai trục tọa độ dq ta được hệ phương

ω

− ω

−

= ψ

ψ ω

− ω + ψ

−

= ψ

σ

+

ψ σ

σ

− +

ωψ σ

− ω

σ

− +

ψ σ

σ

− + ω

−

=

/ rq r

/ rd s

sq r

/

rq

/ rq s

/ rd r

sd r

/

rd

sq s

/ rq r

/ rd

sq r

s

sd s sq

sd s

/ rq

/ rd r

sq s

sd r

s sd

T

1 )

(

i T

1 dt

d

)

( T

1 i

T

1 dt

d

u L

1 T

1

1 i

T

1 T

1 i

dt

di

u L

1 1

T

1 i

i T

1 T

1 dt

di

pT

1

Trang 30

• Phương trình mômen trên hệ toạ độ dq:

s

f r r

m c

L

Lp

f

r = ψ + jψ ψ

sq

/ rd

c r

2 m

L

L 2 3

Trang 31

Chuyển đổi Laplace hệ phương trình mô tả động cơ:

σ

− +

ω +

=

σ

sd s

/ rd r

sq s

L

1 T

1 i

p T 1

T i

σ

−

− ω

− +

=

σ

sq s

/ rd sd

p T 1

T i

p T 1

sq r

) (

i T

1 T

1

σ

− + σ

=

σ

Tσ xác định từ phương trình:

Trang 32

Trang 33

• Viết theo dạng mô hình trạng thái:

s

f

f s

f f

f

x N u

B x

A dt

x

d

ω +

+

=

] u

, u

[ u

] ,

, i

[ x

sq sd

fT s

/ rq

/ rd sq

sd fT

=

ψ ψ

=

Trong đó:

Trang 34

−

ω σ

σ

− σ

−

=

r r

s

r r

s

f

T T

T

T T

T A

1

1 0

1

1 1

1

1 0

1

1 0

1 1

Trang 35

0 0

1 0

0 1

s

s f

L

L B

0 0

1 0

0 0

0 1

0 0

1 0

N

Trang 36

fB

usf

dt

) t ( x

d f

) t (

xf

Phi tuyến

Trang 37

7.5.2 Mô hình động cơ mô tả trên hệ tọa độ

từ thông rôtokhi Đ được cấp từ biến tần nguồn dòng

− ω

/ rd s

sq r

/ rd r

sd r

/ rd

) (

i T

T

i T dt

d

1 0

1 1

sq

/ rd

c r

2 m

L

L23

Trang 38

từ thông rôtokhi Đ được cấp từ biến tần nguồn dòng

αβ

dq

r

T s + 1

1

r

m c

L

L p 2

3 2

sJ

pc

s 1

Trang 39

So sánh với động cơ MC KTĐL

p T

I

T

p

c +

c r

2 m

L

L23

Trang 40

So sánh với động cơ MC KTĐL

Ikt

AC/DC converter Firing

Firing PI

Ikt

đặt

6,4

Trang 41

từ thông rôto

cấu trúc sơ bộ hệ điều khiển vectơ

Trang 42

Trang 43

Trang 44

p 2

3 )

i (

p 2

3

r c

s s

+

= ψ

r r m

s r

m r

s s s

L i L

i

L i L

i

Ta biết:

Trang 45

L

L p 2

1

s

L σ

1

r

T σ

σ

− 1

r

T s

σ

− 1

σ

+ T s

T 1

r

T s + 1 1

r

T s + 1 1

σ

− 1

ψ /

rββ

Trang 46

hệ tọa độ cố định stato αβ

Viết ở dạng vectơ không gian trạng thái:

s s

s

u B x

A dt

s

A

∫

) t (

) t ( x

d s

) t (

xs

Trang 47

uss

dt

) t ( i

d /s

s

ψ

Trang 48

hệ tọa độ cố định stato αβ

khi động cơ được cấp nguồn từ BT nguồn dòng

s s r

m

s r r

s

T

L T

j dt

d

+ ψ

− ωψ

= ψ

+ ωψ

− ψ

−

= ψ

β β

α β

α α

s r

/ r r

/ r

s r

/ r

/ r r

/ r

i T T

dt d

i T T

dt d

1 1

Trang 49

L

L p 2

T + 1

r

T s

T +

rββ

r

T 1

i sββ

Trang 50

7.6 Mô hình động cơ đồng bộ roto nam

châm vĩnh cửu

Đặc điểm:

• Phương thức sản sinh từ thông roto.

• Từ thông roto luôn phân cực, có hướng nhất quán

và cố định → không cần ước lượng biên độ từ

thông roto.

• Tốc độ trượt ωr = 0 → có thể dễ dàng tính góc từ thông.

Thuận tiện nhất ⇒ s dng h ta đ ta theo t

thông roto-h ta đ dq

Trang 51

châm vĩnh cửu

dt

d i

R u

s s

s s s

s s

ψ +

=

Hệ phương trình mô tả động cơ:

f s s

f s

f s s

f

dt

d i

f s s

f

s = L i + ψ

ψ

f p

ψ là vectơ từ thông roto, chỉ có thành phần thực.

Trang 52

ψ +

= ψ

sq sq

sq

p sd

sd sd

L i

+ +

=

ω

− +

=

p s sd

sd s

sq sq

sq s sq

sq sq s

sd sd

sd s sd

i

L dt

di L

i R u

i

L dt

di L

i R u

Trang 53

ψ

=

ψ

− ψ

=

× ψ

=

sq sd sq sq

sd

sd sd

p c

sq sd

sq sd sq

p c

sd sq

sq sd

c

s s

c M

i i L i

L

i L

p

) L L

( i i i

p

) i i

(

p

) i (

p m

2 3 2 3 2 3 2 3

dt

d p

J m

m

c

T M

ω

=

−

Trang 54

• Cấu trúc sơ bộ hệ thống điều khiển vectơ động cơ ĐB roto NCVC

(xem sách TĐĐ xoay chiều hiện đại/thông minh-Nguyễn Phùng Quang, rồi thảo luận tại lớp).

châm vĩnh cửu

Trang 55

7.7 Một số vấn đề liên quan cấu trúc hệ

thống điều khiển:

- Khử tác động ngang giữa các thành phần dọc trục d và ngang trục q

- Ước lượng biên độ từ thông ψ và góc từ

thông θ

- Ước lượng tốc độ quay động cơ.

- Hiệu chỉnh mô hình - vấn đề thông số mạch thay đổi (đặc biệt Tr)

- Khâu quan sát, bộ lọc Kalman.

(phần này sinh viên tự đọc ở nhà và giải đáp trên lớp)

Trang 56

7.8 Phương pháp điều chế vectơ không

gian cho bộ biến tần

• Xem file “PWM Methods.pdf” trong chương trình môn ĐTCS

• Thảo luận tại lớp.

Trang 57

7.9 Chọn lựa bộ biến tần

• Xem chương 7 “Selection of AC

Practical Variable Speed Drives and

• Thảo luận tại lớp nội dung

Trang 58

7.10 Cài đặt hệ thống biến tần-động cơ

• Xem chương 8 “Installation and

Commissioning” tài liệu [11] Malcolm

Barnes, Practical Variable Speed Drives

and Power Electronics, NXB Newnes,

2003.

• Thảo luận tại lớp nội dung

Định dạng
Số trang	58
Dung lượng	278,19 KB