Điều khiển động cơ không đồng bộ bằng phương pháp rfoc

Chương 1: GIỚI THIỆU ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ VÀ CÁC PHƯƠNGPHÁP ĐIỀU KHIỂN .... Giới thiệu các phương pháp điều khiển động cơ không đồng bộ.... Chương 1 GIỚI THIỆU ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ VÀ

Chương 1: GIỚI THIỆU ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ VÀ CÁC PHƯƠNG

PHÁP ĐIỀU KHIỂN 1

1 Động cơ không đồng bộ 1

2 Giới thiệu các phương pháp điều khiển động cơ không đồng bộ 1

Chương 2: MÔ HÌNH ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3

1.1 Mô hình động cơ không đồng bộ 3

2.1.1 Các phương trình cơ bản mô tả động cơ 3

2.1.2 Các phương trình vector không gian trong hệ tọa độ stator 5

2.2 Mô phỏng động cơ không đồng bộ 8

2.2.1 Mô hình mô phỏng động cơ không đồng bộ 8

2.2.2 Kết quả mô phỏng 10

Chương 3: MÔ HÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰA HƯỚNG TỪ THÔNG 3.1 Lý thuyết về bộ nghịch lưu 16

3.1.1 Bộ nghịch lưu áp 16

3.1.1.1 Bộ nghịch lưu áp ba pha 17

3.1.1.2 Phương pháp điều khiển bộ nghịch lưu áp 19

3.1.2 Phương pháp điều khiển PWM dòng điện 20

3.2 Nguyên lý điều khiển định hướng tựa trường 22

3.3 Điều khiển định hướng từ thông 24

3.3.1 Điều khiển định hướng từ thông stator 24

3.3.1.1 Điều khiển định hướng từ thông stator gián tiếp 26

3.3.1.2 Điều khiển định hướng từ thông stator trực tiếp 26

3.3.2 Điều khiển định hướng từ thông rotor 27

3.3.2.1 Điều khiển định hướng từ thông rotor trực tiếp 28

3.3.2.2 Điều khiển định hướng từ thông rotor gián tiếp 31

3.4 Mô hình mô phỏng SFOC và RFOC 31

1 Mô hình mô phỏng động cơ không đồng bộ 31

2 Mô hình mô phỏng INVERTER 33

3.5 Ứng dụng bộ điều khiển PI mờ 41

3.5.1 Bộ điều khiển PID truyền thống 41

3.5.2 Bộ điều khiển PID mờ 41

Chương 4: SO SÁNH GIỮA CÁC PHƯƠNG PHÁP RFOC VÀ SFOC 47

4.1 So sánh RFOC-direct và RFOC-indirect 47

4.1.1 Động cơ không tải với vận tốc định mức 47

4.1.2 Động cơ với tải định mức 49

4.1.3 Động cơ không được từ hóa trước 51

4.1.4 Động cơ không tải với vận tốc 1/2 vận tốc định mức có đảo chiều 53 4.2 So sánh SFOC-indirect và RFOC-indirect 55

4.2.1 Động cơ không tải với vận tốc định mức 55

4.2.2 Động cơ với tải định mức 57

4.2.3 Động cơ không được từ hóa trước 59

4.2.4 Động cơ không tải với vận tốc 1/2 vận tốc định mức có đổi chiều 61

4.3 So sánh RFOC-direct và RFOC-direct-fuzzy 63

4.3.1 Động cơ không tải với vận tốc định mức 63

4.3.2 Động cơ với tải định mức 65

4.3.3 Động cơ không được từ hóa trước 67

4.3.4 Động cơ không tải với vận tốc 1/2 vận tốc định mức có đổi chiều 69

4.4 So sánh SFOC-indirect và SFOC-indirect-fuzzy 71

4.4.1 Động cơ không tải với vận tốc định mức 71

4.4.2 Động cơ với tải định mức 73

4.4.3 Động cơ không được từ hóa trước 75

4.4.4 Động cơ không tải với vận tốc 1/2 vận tốc định mức có đổi chiều 77

4.5 Phân tích kết quả 80

4.5.1 Phân tích kết quả mô phỏng RFOC-direct và RFOC-indirect 80

4.5.2 Phân tích kết quả mô phỏng SFOC-indirect và RFOC-indirect 81

4.5.3 Phân tích kết quả mô phỏng khi ứng dụng PI mờ 82

5.2 Ứng dụng thực tế trong công nghiệp 84 5.3 Kiến nghị, đề xuất mở rộng 84 Tài liệu tham khảo 85

Chương 1 GIỚI THIỆU ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ VÀ CÁC PHƯƠNG

PHÁP ĐIỀU KHIỂN

1 Động cơ không đồng bộ

Động cơ không đồng bộ (ĐCKĐB) đặt biệt là động cơ rotor lồng sóc ngàynay được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp do có nhiều ưu điểm hơn động cơ

DC như không đòi hỏi bảo trì thường xuyên, độ tin cậy cao, khối lượng và quántính nhỏ hơn, giá rẻ hơn và có khả năng làm việc trong môi trường độc hại hoặccó khả năng cháy nổ Do đó, ĐCKĐB được sử dụng rộng rãi trong công nghiệphơn so với tất cả các loại động cơ khác Tuy nhiên, cho đến gần đây, phần lớnĐCKĐB được sử dụng trong các ứng dụng với tốc độ không đổi, do các phươngpháp điều khiển tốc độ ĐCKĐB trước đây thường đắt hoặc có hiệu suất kém

Với sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật bán dẫn công suất cao và kỹ thuật

vi xử lý, hiện nay những bộ điều khiển ĐCKĐB đã được chế tạo với đáp ứng caohơn và giá thành rẻ hơn các bộ điều khiển động cơ DC Do đó, ĐCKĐB có thểthay thế được động cơ DC trong rất nhiều ứng dụng Dự kiến trong tương lai gần,ĐCKĐB sẽ được sử dụng rộng rãi trong hầu hết các hệ truyền động điều chỉnhtốc độ

2 Giới thiệu các phương pháp điều khiển động cơ không đồng bộ

a Phương pháp V/f = const (điều khiển vô hướng)

Các đặc trưng:

- Biến điều khiển là 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 = const

Ưu điểm:

- Đơn giản, không cần hồi tiếp

- Rẻ tiền

Nhược điểm:

- Không điều khiển tối ưu được moment

- Không điều khiển trực tiếp được moment và từ thông stator

- Độ chính xác không cao

- Đáp ứng chậm

b Phương pháp định hướng từ trường FOC

Các đặc trưng:

- Định hướng được từ thông do đó tối ưu được moment

- Điều khiển vòng kín

- Moment được điều khiển gián tiếp

Ưu điểm:

- Đáp ứng moment nhanh

- Điều khiển chính xác vận tốc

- Đảm bảo moment ở vận tốc zero.

- Tương tự như điều khiển động cơ DC

Nhược điểm:

- Phải có hồi tiếp tốc độ trong giải thuật điều khiển

- Chuyển đổi hệ quy chiếu liên tục

- Cần phải điều chế độ rộng xung, phụ thuộc vào bộ điều khiển dòng vàtham số động cơ

c Phương pháp điều khiển trực tiếp moment DTC

Các đặc trưng:

- Điều khiển độc lập giữa moment và từ thông

Ưu điểm:

- 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 quansát

- Không cần các bộ điều khiển dòng điện, các bộ điều chế độ rộng xung,khâu chuyển hệ tọa độ (biến đổi Park)

- Tính động cao

- Thời gian tính toán nhanh

- Ít phụ thuộc tham số động cơ

Nhược điểm:

- Khởi động không tốt

- Sự suy giảm kích từ và dao động của từ thông ở vùng vận tốc thấp vàmoment ở vùng vận tốc cao

- Tần số đóng cắt bộ nghịch lưu biến thiên theo điểm làm việc của động cơ

Ch n 2 MƠ HÌNH NG C KHƠNG NG B

2.1.1 Các phương trình cơ bản mô tả động cơ

Máy điện không đồng bộ được mô tả bởi hệ phương trình vi phân Cáccuộn dây của máy điện có cấu trúc phân bố phức tạp trong không gian Trong môhình hóa máy điện, ta chấp nhận các điều kiện sau đây:

- Các cuộn dây stator được bố trí đối xứng về mặt không gian

- Dây quấn rotor đã qui đổi sang dây quấn stator

- Bỏ qua các tổn hao sắt từ và sự bảo hòa của mạch từ

- Các giá trị điện trở và điện cảm được xem là không đổi

Xét máy điện không đồng bộ có p đôi cực Tại thời điểm đang xét, trụcpha a của rotor lệch một góc cơ γ R so với trục pha A của stator, tương ứng độlệch góc điện của rotor so với stator làθR=PγR

Hình 2.1

Phương trình điện áp phía stator

dt

d i

dt

d i

dt

d i

Phương trình điện áp phía rotor

dt

d i

dt

d i

dt

d i

Từ thông móc vòng ở stator

ra r sr sC s sB s sA s

rc r

sr rb r

M cos( θ + 2 π / 3 ) + cos( θ + 4 π / 3 )

ra r

sr sC s sA s sB s

rc r

sr rb r

M cos θ + cos( θ + 2 π / 3 )

ra r

sr sA s sB s sC s

rc r sr rb r

sC r

sr sB r

M cos( θ + 4 π / 3 ) + cos( θ + 2 π / 3 )

sA r

sr rc r ra r rb r

sC r

sr sB r

M cos θ + cos( θ + 4 π / 3 )

sA r

sr ra r rb r rc r

sC r sr sB r

M cos( θ + 2 π / 3 ) + cos θ

Kết hợp các phương trình từ (2.1) đến (2.12), phương trình điện áp stator và

rotor được viết lại như sau:

+ +

+ +

r r r

r sr

sr sr

r r

r r

sr sr

sr

r r

r r sr

sr sr

sr sr

sr s

s s

s

sr sr

sr s

s s s

sr sr

sr s

s s

L p R M

p M

p M

p M

p M

p

M p L

p R M

p M

p M

p M

p

M p M

p L

p R M

p M

p M

p

M p M

p M

p L p R M

p M

p

M p M

p M

p M

p L

p R M

p

M p M

p M

p M

p M

p L

p R

θ

θ θ

θ

θ θ

θ

θ θ

θ

θ θ

θ

θ θ

θ

cos cos

cos

cos cos

cos

cos cos

cos

cos cos

cos

cos cos

cos

cos cos

cos

1 2

2 1

1 2

2 1

1 2

2 1

(2.13)

2.1.2 Các phương trình vector không gian trong hệ tọa độ stator

Gi s cu n dây stator c c p ngu n t h th ng n áp xoay chi u bapha cân b ng v i t n s gĩc s. Ba dịng hình sin phía stator isA, isB, và isC c a ng

sB sA

) ( )

( ) ( 3 2

(2.15)

[cos( 4 3 ) sin( 4 3 ])

) 3 2 sin(

) 3 2 cos(

) 0 sin(

) 0 cos(

( 3 2

π π

π π

j i

j i

j i

i

sC

sB sA

s

+ +

+ +

2

1

isB2

1

isC ) + j( i sB i sC

2

32

s

s

i i i i

i

2

3 2

3 0

2

1 2

1 1 3

2 β

α

(2.16)Suy ra phép chuy n i ng c -> abc:

sC

sB

sA

i i i

i

i

2

3 2

1 2

3 2 1 0 1

(2.17)Vector không gian điện áp stator và rotor

dt

d i R v

s s s s s s

s

ψ+

=

(2.18)

dt

d i R v

r r r r r r

r

ψ+

=

(2.19)

Vector không gian từ thông stator

) ( )

( )

(

3

ψ ψ

ψ

sC j

sB sA

Thay (2.7), (2.8), (2.9) vào (2.20) ta được

s r m s s j r m

Khảo sát trong hệ tọa độ stator

Phương trình vector không gian điện áp stator

dt

d i

R

v

s s s

e

v

r r

r

j s r j

s r r j

r r

r

j s r j

s r j

r s r j

s r j

s

dt

d e

dt

d j e dt

d dt

e

ωψψ

θψψ

s r s

R

Vector không gian từ thông stator và rotor

s r m s

Phương trình điện áp stator

dt

di L dt

di L i R v

s r m

s s s s s s s s

α α

di L i R v

s r m

s s s s s s s s

β β

s r r s r r s s m

s s m s

dt

di L i R i L dt

di L

(2.29)

dt

di L i R i L dt

di L i L v

s r r s r r s r r

s s m s s m s

r

β β

α

β α

(2.30)Các ph ng trình i n áp cĩ th c vi t l i nh sau

s r

s s

s s

r r r m

m

r r

r m m

m s

s

m s

s

r r

s r

s s

s s

i i i i

dt

dL R L dt

dL L

L dt

dL R L

dt

dL dt

dL R

dt

dL dt

dL R

v v v v

β α β α

β α β α

ω ω

ω ω

0 0

0 0

s r

s s

s s

s m

s m

m r

m r

s r

s r

s s

s s

s r r

s m

s m s

r s s

r m

s m

s

m r m r r

s m

r r m

r m

r s

L L

L L

L L

L L

i i i i

L R L

L L

R L L

L L L

R L

L L

R

L R L L L

R L

L L L

R L

L R

β α β α

ω ω

ω ω

ω ω

0 0

0 0

0 0

0 0

J T

s s

s =L i +L i

)]

( ) (

[ 2

r m s s s s s s r m s s s s s

T = β α − α β

(2.36)2.2 Mô phỏng động cơ không đồng bộ

2.2.1 Mô hình mô phỏng động cơ không đồng bộ

Các phương trình mô phỏng động cơ không đồng bộ

s r

s s

s s

s m

s m

m r

m r

s r

s r

s s

s s

s r r

s m

s m s

r s s

r m s m

s

m r m r r

s m

r r m

r m

r s

L L

L L

L L

L L

i i i i

L R L

L L

R L L

L L L

R L

L L

R

L R L L L

R L

L L L

R L

L R

β α β α

ω ω

ω ω

ω ω

0 0

0 0

0 0

0 0

2

) (

2

r s s s r s s m

i P J

P

dt

d

) (

2

3

β α α β

Mô hình mô phỏng

6 Te

5 w

1 s

1 s

1 s

1 s

f(u) Fcn5

f(u) Fcn4

f(u) Fcn3

f(u) Fcn2

f(u) Fcn1

f(u) Fcn

1

In1

Hình 2.2 Mô phỏng hệ phương trình mô tả động cơ KĐB

Hinh 2.3 Mơ ph ng ng c K B s d ng Simulink

Thông số động cơ

ng c K B c kh o sát cĩ 4 c c, P = 2, n áp nh m c Udm = 380 V,

t n s nh m c fdm = 50 Hz, cơng su t P = 7993 W, v n t c nh m c nr = 1440rpm, moment quán tính J = 0.1kg.m2, moment t i nh m c TL = 26.5 N.m

Tính tốn các thơng s máy theo ph ng pháp khơng cĩ cos ta cĩ c cácthơng s chi ti t nh sau:

2.2.2Kết quả mô phỏng

V i b c th i gian mơ ph ng (step size) là 10µs Th c hi n ch y mơ ph ngtrong 1.0s t mơ hình ng c khơng ng b v i 2 tr ng h p: ng c ch ykhơng i và ng c ch y i nh m c, quan sát k t qu trên figure

Hình 2.4 Giao di n ch nh nh và nh p th i gian mơ ph ng

Hình 2.5 Giao di n nh p thông s cho moment i T L trong tr ng h p

ng c ho t ng không i

Hình 2.7 V n t c góc rotor theo th i gian.

Hình 2.8 Moment i n t T e theo th i gian

Hình 2.9 Dòng i n stator i a theo th i gian.

Hình 2.10 V n t c góc rotor theo th i gian.

Hình 2.11 Moment i n t T e theo th i gian

Hình 2.12 Dòng i n stator i a theo th i gian.

Nh n xét :

Ø Dòng i n kh i ng a ng c r t cao iakd= 80A

Ø Khi máy tr ng thái ng , ia, Te dao ng nh

Ø ch xác l p khi ng c ch y không i dòng i n stator ia= 6.5A ,

ng lên 12A khi mang i nh m c

Ø Moment i n t khi ng c không mang i xác l p Te= 0

Moment i n t khi ng c mang i nh m c xác l p Te= 26.5Nm

áp và b ngh ch l u dòng ngu n dòng ho c i t t là b ngh ch l u áp và b ngh ch

u dòng

Trong tr ng h p ngu n i n u vào và i l ng ngõ ra không gi ngnhau, ví d , b ngh ch l u cung c p dòng i n xoay chi u t ngu n i n áp m tchi u, ta i chúng là b ngh ch l u i u khi n dòng ngu n áp

ng ng quan tr ng và ng i r ng rãi a b ngh ch l u là nh m vào

nh v c truy n ng i n ng c xoay chi u v i chính xác cao Trong nh v c

t n s cao, b ngh ch l u c dùng trong các thi t lò c m ng trung t n, thi thàn trung t n B ngh ch l u còn c dùng làm ngu n i n xoay chi u cho nhu

c u gia ình, làm ngu n i n liên c UPS, i u khi n chi u sáng, b ngh ch l ucòn c ng ng vào bù nhuy n công su t ph n kháng

Các i xoay chi u th ng mang tính m ( ng c không ng b , lò c mng), dòng i n qua các linh ki n không th ng t b ng quá trình chuy n ch tnhiên Do ó, ch b ngh ch l u th ng ch a linh ki n t kích ng t có th i ukhi n quá trình quá trình ng t dòng i n

Trong tr ng h p c bi t nh ch i c ng h ng i mang tính ch t dungkháng ( ng c ng b kích t ), dòng i n qua các linh ki n có th ng t do quátrình chuy n ch t nhiên ph thu c vào i n áp ngu n ho c ph thu c vào i n

áp ch i Khi ó linh ki n bán d n có th ch n là thyristor (SCR)

3.1.1 B ngh ch l u áp.

B ngh ch l u áp cung c p và i u khi n i n áp xoay chi u ngõ ra Ta

kh o sát b ngh ch l u áp v i quá trình chuy n ch c ng b c và s d ng linh

ki n có kh ng i u khi n ng t dòng i n

Ngu n i n áp m t chi u có th d ng n gi n nh accu, pin i n ho c

ng ph c p g m i n áp xoay chi u c ch nh l u và l c ph ng Linh ki ntrong b ngh ch l u áp có kh ng kích óng và kích ng t dòng i n qua nó, t cóng vai trò m t công t c Trong các ng ng công su t v a và nh , có th s

ng transistor BJT, MOSFET, IGBT làm công t c và ph m vi công su t l n có

th s d ng GTO, IGCT ho c SCR k t h p v i b chuy n ch

V i i t ng quát, m i công t c còn trang m t diode m c i song v i nó.Các diode m c i song o thành ch ch nh l u c u không i u khi n có chi u

d n i n ng c i v i chi u d n i n a công t c Nhi m c a b ch nh l u c udiode là t o i u ki n thu n l i cho quá trình trao i công su t o gi a ngu n m tchi u và t i xoay chi u, qua ó h n ch quá i n áp phát sinh khi kích ng t các công

t c

3.1.1.1 B ngh ch l u áp ba pha

Trong th c t b ngh ch l u áp ba pha ch g p d ng ch c u (hình 3.1a)

ch ch a sáu công t c S1, S2, S3 S6 và sáu diode i song D1, D2,D3 D6

i ba pha có th m c hình sao ho c tam giác

i n áp u10, u20, u30 c i là các i n áp pha tâm ngu n a pha 1, 2, 3.Các i n áp ut1, ut2, ut3; u10, u20, u30 và uNO cĩ chi u d ng quy c trên hình(3.6a)

C ng các h th c trên và ý r ng: ut1 + ut2 + ut3 = 0

NO

u u u

10 u u u

u t = − −

;

3

2 20 30 102

u u u

;

3

2 30 20 103

u u u

(3.5)

i n áp dây trên i:

20 10

12 u u

u t = − ; u t23 =u20 −u30; u t31=u30−u10 (3.6)

Quá trình i n áp (và do ĩ quá trình dịng i n) ngõ ra a b ngh ch l u áp

ba pha c xác nh khi ta xác nh c các i n áp trung gian u10, u20, u30

Xác nh i n áp pha - tâm ngu n cho b ngh ch l u áp C p cơng t c cùng pha : g m hai cơng t c cùng m c chung vào m t pha i, ví d (S1, S4), (S3, S6), (S5,S2) là các c p cơng t c cùng pha

quy t c i ngh ch n u nh hai cơng t c trong c p luơn tr ng thái m t c kích

1+S =

Quy t c: gi thi t bộ ngh ch l u áp ba pha cĩ c u o ch và chi u i n th

a các ph n t trong ch cho nh hình (3.1) Gi thi t các cơng t c cùng pha

c kích ĩng theo quy t c i ngh ch và gi thi t dịng i n a các pha i cĩ

kh ng i d u

i n áp pha i n tâm ngu n a m t pha ngu n nào ĩ cĩ giá tr +U/2 n ucơng t c c a pha c kích ĩng và U/2 n u cơng t c ch n c kích khơng phthu c vào tr ng thái dịng i n

H qu :

1- i n áp trên i c xác nh hoàn toàn n u ta bi t c gi n kíchóng các công t c và i n áp ngu n Do ó ta có th i u khi n i n áp ngõ ra a

b ngh ch l u áp b ng cách i u khi n gi n xung kích óng các công t c

2- N u các c p công t c cùng pha không c kích óng theo quy t c ingh ch, ng i n áp i thay i ph thu c vào tr ng thái dòng i n i (và tham

t

t

1 1

dt

di L Ri

t t

2 2

dt

di L Ri

t t

3 3

Th i gian ch t (dead time) là kho ng th i gian c n thi t áp t trong gi nóng ng t c p linh ki n cùng pha i, trong kho ng th i gian này hai công t ccùng pha i b khoá kích (ví d S1, S4) Th i gian ch t b t u quá trình chuy n

ch a hai công t c cùng pha i tránh y ra hi n t ng ng n ch ngu n

Do th i gian ch t quá nh không áng k , trong quá trình phân tích ho t ng ch,

ta th ng gi thi t qua giai n này

3.1.1.2 Ph ng pháp i u khi n b ngh ch l u áp

Các b ngh ch l u áp th ng i u khi n d a theo thu t i u ch r ngxung PWM (Pulse Width Modulation) và quy t c kích óng i ngh ch Quy t ckích óng i ngh ch m o ng áp i c i u khi n tuân theo gi n kíchóng công t c và k thu t i u ch r ng xung có tác ng n ch t i a các nh

h ng b t l i a sóng hài b c cao xu t hi n phía i

Ph thu c vào ph ng pháp thi t l p gi n kích óng các công t c trong bngh ch l u áp, ta có th phân bi t các ng i u ch r ng xung khác nhau

- Công su t t n hao linh ki n t ng lên l v i t n s óng ng t

- Linh ki n công su t l n th ng gây ra công su t t n hao óng ng t

l n h n Do ó, t n s kích óng a nó ph i gi m cho phù, ví d các linh ki nGTO công su t MW ch có th óng ng t t n s kho ng 100 Hz

- Các quy nh v ng thích i n t (Electromagnet Compatibility EMC)quy nh khá nghiêm ng t i v i các b bi n i công su t óng ng t v i t n scao h n 9 kHz.

Các ph ng pháp i u khi n b ngh ch l u áp

• Ph ng pháp i u khi n theo biên

• Ph ng pháp i u ch r ng xung sin ( Sin PWM)

Ø i u khi n dòng i n trong h quy chi u c nh α-β

Ø i u khi n dòng trong h quy chi u quay

c i m chính a ph ng pháp i u khi n dòng trong h quy chi uα-β:

•Th ng c th c hi n theo ng analog k t h p v i digital do ph i pthu c vào m t s thi t analog

•Có chính xác cao khi máy ho t ng v n t c th p chính xác kémkhi máy ho t ng v n t c cao

•Có hai ng chính: i u khi n vòng tr (hysteresis current control) và i u khi n so sánh (ramp comparison current control).

• i u khi n vòng tr có c u trúc n gi n Nh ng t n s óng c t a bngh ch l u luôn bi n i

• i u khi n so sánh có t n s óng c t c nh Nh ng ph i dùng b i ukhi n PI h tr i u ch nh sai s

i u khi n vòng tr

inverter PWM

rectifier bridge Diode

DC

control current

+

SM SPM

Hình 3.2 i u khi n b ngh ch l u b ng i u khi n vòng tr

with

Comparator hysteresis

switch Lower

Hinh 3.3 ch lái v i i u khi n vòng tr

Dòng i n pha i c i u khi n theo dòng yêu c u hay dòng t v i sai bi t cho phép thi t l p trong ch tr u i m a ch i u ch nh dòng i ndùng ch tr là áp ng quá nhanh và có th th c hi n d dàng Tuy nhiên

nh c i m a nó là sai s trong quá có th t giá tr l n và t n s óng ng tthay i nhi u Sai s dòng i n c c i có th t hai l n giá tr sai s cho b i

ch tr Các nh c i m v a nêu làm cho kh ng ng ng a ph ng pháp

n ch i v i i công su t l n

Hình 3.4 Nguyên lý i u khi n vòng tr

T ng quát, m t ng c i n t ng t nh m t ngu n moment i u khi n

c Yêu c u i u khi n chính xác giá tr moment t c th i a ng c c t ratrong các h truy n ng có c tính ng cao và s d ng ph ng pháp i u khi n trí tr c rotor

Moment sinh ra trong ng c là k t qu ng tác gi a dòng trong cu n ng

và t thông sinh ra trong h th ng kích t ng c T thông ph i c gi m c

t i u nh m m o sinh ra momen t i a và gi m thi u m c bão hòa a ch

t V i t thông có giá tr không i, momen t l thu n v i dòng ng

i u khi n c l p t thông và dòng ng th c hi n d dàng i v i ng c

i n m t chi u kích t c l p ây, dòng trong cu n stator xác nh t thông,dòng rotor dùng i u khi n moment

ng t trong ng c không ng b , cu n ng là rotor và t thông sinh ra

b i dòng trong cu n stator Tuy nhiên, dòng rotor không c tr c ti p i u khi n

b i ngu n ngoài mà là h qu do s c i n ng m ng sinh ra do k t qu chuy n

ng a rotor so v i t tr ng stator Do v y, dòng stator là ngu n a t thông vàdòng ng

Trong ng c K B rotor l ng sóc, ch có dòng stator c i u khi n tr c

ti p, do ó vi c i u khi n moment t i u khó th c hi n vì không th b trí c nh

v m t v t lý gi a t thông stator và rotor c và ph ng trình moment là phituy n Vi c i u khi n moment xác l p có th m r ng cho quá c th c hi ntrong các h th ng i u khi n vector, d a theo nguyên lý nh h ng t a tr ng(field-oriented principle) Nguyên lý này xác nh i u ki n i u khi n c l p t

thông v i i u khi n moment ng c K B theo ph ng pháp i u khi n vector

mô ph ng ng c m t chi u theo hai ph ng di n

Ø T thông và moment có th i u khi n c l p

Ø Các i u ki n i u khi n moment t i u cho hai tr ng thái xác l p vàquá

i u ki n moment t i u t c khi cu n dây mang i n t trong t

tr ng v i m t ph ng cu n dây song song v i ng s c a t tr ng Khi ó,vector dòng i n a cu n dây vuông góc v i vector t thông

Ψ Ψ

Hình 3.5 i u ki n t moment không t i u (a), và t i u (b)

i v i ng c m t chi u, i u ki n t c moment t i u luôn th a

+ + + + + +

.

Ch i quét c p dịng ng cho cu n rotor thơng qua c gĩp c b trí sao chovector dịng ng luơn vuơng gĩc v i vector t thơng sinh ra trong cu n stator.Moment ng c l v i dịng ng và t thơng kích t :

u

kt i K

3.3 Điều khiển định hướng từ thông

D a trên thi t b ho t ng hai ch v n t c và moment, tín hi u vào i ukhi n h th ng là hai thành ph n riêng bi t, m t ph n là t thơng t ref và ph nkia là v n t c t ref ho c moment t Teref H tr c to c g n li n v ivector t thơng stator T c gĩc quay c a h tr c to b ng v i t c gĩc quay

c a vector khơng gian t thơng stator, s, và tr c d c a h tr c to trùng kh p

v i vector t thơng stator Các ph ng trình cho v n t c gĩc và v trí gĩc:

− +

−

=

s m s s s m

r

sl

s m s m

r s s m

r s m s m

s r

i L i L L

L

j

dt

di L dt

di L

L L dt

d L

L i L

L L

R

) (

) (

0

ψ ω

ψ ψ

Hình 3.8 Các vector không gian trong h to quay g n v i vector

=

s r

m r s ds s s r

dt

di L

L T L i L dt

m r s s r sl qs

dt

di R

L T L T

qs sl r s ds r ds s s r

dt

di T i L dt

L

T dt

di T

3.3.1.1 i u khi n nh h ng t thông stator gián ti p

T các ph ng trình (3.13), (3.14), (3.15), (3.16) giá tr tham chi u c a dòng

1

qs sl r s

s r r

L

pT T

qs r sl

i T L T

i T p

σ ψ

σ ω

p= là toán t Laplace, d u sao có ngh a là giá tr l nh

H ph ng trình (3.17) xác nh b u khi n gián ti p nh h ng t thôngstator và òi h i m t m ch tách ly Vì v y, khi thông s máy chính xác c dùngcho h ph ng trình này, giá tr úng c a *

ds

i t c t m t giá tr c a *

qs

i và tthôngψslà không thay i cho dù có b t c s thay i nào t moment dòng t

ho t ng trong vùng v n t c c b n, t thông stator l nh c gi không

L T p

qs r se

i T L T

i T p

σ ψ

σ ω

Trong ph ng pháp i u khi n vector tr c ti p, giá tr v trí vector t thơngkhơng gian c c l ng tr c ti p t các giá tr o c.

T các ph ng trình c a mơ hình máy, vi c c l ng v trí t thơng stator

3.3.2 Điều khiển định hướng từ thông rotor

ng t nh i u khi n vect nh h ng t thơng stator, u khi n nh

ng t thơng rotor dùng h qui chi u quay, nh ng g n li n v i vect t thơngrotorΨr

Moment i n t cĩ th c tính nh :

qs r r

m r

s r

m

L

L P i

L

L P

2

3 ) Im(

r r r

i L T

j dt

d T

1 ) (

1

Với: T r =L r/R r, hằng số thời gian rotor

Phương trình (3.22) có thể biểu diễn trong hệ quy chiếu d-q như sau:

ds m r r

r − ψ ω T =L i

Với: ωsl =ωr −ω, vận tốc góc trượt

3.3.2.1 Điều khiển định hướng từ thông rotor trực tiếp

Hình 3.10 Ph ng pháp c l ng t thơng rotor t áp và dịng h i ti p

Dịng và áp c chuy n sang h quy chi uα-β:

) 5 0 5 0 )(

3 / 2

)2/32/3)(

3/2

)5.05.0)(

3/2

/3)(

r s s r

L

L L

α α

s m

r s s r

L

L L

β β

2 2

r r

Ph ng pháp c l ng t thông rotor t dòng h i ti p vân t c quay c a rotor.

Hình 3.11 Ph ng pháp c l ng t thông rotor t dòng h i ti p vân t c quay c a

rotor.

§ Ph ng pháp này c dùng ph bi n hi n nay do không ph i dùng c m ng và

có th c l ng t thông rotor chính xác trong vùng v n t c th p

§ Ph ng pháp này x d ng mô hình máy trong h quy chi u quay nh h ng tthông rotor

Dòng c bi n i sang h quy chi u quay d-q nh sau:

)) 3 / 4 cos(

) 3 / 2 cos(

cos )(

3 / 2

) 3 / 2 sin(

sin )(

3 / 2

r − ψ ω T =L i

qs r r

m

L

L P

2

3

Hay các ph ng trình này cĩ th c vi t l i nh sau:

m r r r

dt

d T

m

L

L P

2

3

=

3.3.2.2 Điều khiển định hướng từ thông rotor gián tiếp

Các ph ng trình c l ng v trí vector t thơng rotor t các giá tr l nh c a

t thơng rotor và moment i n t nh sau:

m r r

e qs

L

L T P

=

dt

d T L

r r m

m sl

i T

3.4 Mô hình mô phỏng SFOC và RFOC

1 Mô hình mô phỏng động cơ không đồng bộ

Ch ng 2 ã mơ t chi ti t ng c K B v i ngu n cung c p ba pha sine t n

s 50Hz khơng u khi n Ch ng này mơ ph ng ng c c c p ngu n t bngh ch l u cĩ i u khi n v i ph ng pháp nh h ng t a t thơng stator Mơ hình

ng c trong ch ng này c s d ng l i t ch ng 2 do b n ch t c a ng c làkhơng i

Hình 3.12 Mô hình mô phỏng động cơ KĐB

2 Mô hình mô phỏng INVERTER

• Nhi m c a b INVERTER:

B i u khi n INVERTER tính tốn tín hi u pha cung c p cho ng c t

u vào là sai l ch gi a dịng l nh và dịng th c

Hình 3.14 Mơ hình mơ ph ng chi ti t kh i i u khi n dịng

Ph n chính a kh i i u khi n dịng là b ngh ch l u cung c p áp ngu n áp

c i u khi n dịng và ngu n kích cho b ngh ch l u hay b i u khi n ng i ukhi n dịng i n theo thu t dùng ch kích tr (hysteresis current control)

3 Mô hình mô phỏng SFOC

Mô hình mô phỏng tổng quan hệ thống điều khiển động cơ KĐB vớiphương pháp định hướng từ thông stator gián tiếp

0 Vdc0

600 Vdc

Va

Vb

Vc INVERTOR

INDUCTION MOTOR

-C-Flux_ref

Clock

Hình 3.16 Mô phỏng hệ thống tổng quan indirect-SFOC

• Khối định hướng từ thông stator

L T p

s

qs r sl

i T L T

i T p

σ ψ

σ ω

−

+

=

) sin(

)3/2cos(θ − π − θ − π

i

) 3 / 4 sin(

) 3 / 4

i

3 ic*

2 ib*

1 ia*

f(u) ic

f(u) ib

f(u) ia

a*Tr1

a*Tr

-K-1 den(s) Transfer Fcn

1 s -K-

Hình 3.17 Mô phỏng khối định hướng từ thông stator

B PID v i hai khâu setpoint weighting và anti-windup là m t b PID cĩ ng

ng t ng quát, trong ĩ tín hi u i u khi n (tín hi u ra a b PID) cĩ th c

t ng h p b i sai s c a 2 tín hi u - cung c p b i 2 i t ng khác nhau ( i t ng

c i u khi n và i t ng cung c p tín hi u t) B PID i thi n áp ng quá( gi m v t l , gi m th i gian quá và gi m sai s xác l p)

- N u giá tr ngõ ra a b PID l n h n so v i giá tr bão hịa (m t giá tr

nh m c ta nh cho h th ng), nĩ s c gi m xu ng m t cách nhanh chĩng nhkhâu anti-windup Khâu anti-windup là m t khâu l v i giá tr l i = 1/ Tt,trong ĩ giá tr Tt >=1

- N u tín hi u t là tín hi u t m t i t ng khác cung c p, cĩ giá tr r t bé,(ho c r t l n) nĩ s c t ng lên (ho c gi m xu ng) nh khâu setpoint weighting

mà th c ch t là m t khâu l v i l i b i u này nh m t ng t c ph n ngtrong quá trình l

Tín hi u ngõ ra a b PID là t h p a 3 l ng P, I, D d a trên h ph ngtrình:

P=K*(b*ysp-y)

1 ) / (

+

−

=

s N Td

s Td K

D

u=P+I+Dv=sat(P+I+D)Trong ó ysp : giá tr t.

y : giá tr th c a h th ng

B : l i a khâu weighting

K : h ng s c a thành ph n khuy ch i l K/Ti : h ng s c a thành ph n tích phân

KTd : h ng s c a thành ph n vi phân

u : tín hi u u ra a b PID

v : giá tr qua khâu bão hòa a u

Hình 3.18 Mô ph ng PID v i anti-windup and setpoint weighting

B PID c mô ph ng không có thành ph n vi phân D, cho Td=0, N=1000,lúc ó hàm truy n a b PID ch n gi n là :







+

s T

K

i

11Giá tr l i khâu weighting b=1

Ph ng trình liên h gi a sai s v n t c ngõ vào và moment i n t l nh ngõ

ra là

dt

dw P

J T

T e − L =

Nh v y vi c ta c p v n t c l nh cho b i u khi n ng t ng ng

v i vi c c p momen l nh

Hình 3.19 Giao dieän PID