a) Nội dung phương pháp
Điều chỉnh trực tiếp mômen động cơ không đòng bộ là phương pháp rất mới, trong đó vi?c phổi hợp điều khiển bộ biến tàn và động cơ khõng đồng bộ là rất chặt chẽ. Lôgic chuyển mạch của biến tăn dựa trên trạng thái điện từ của động cơ mà khồng càn đến điều chế độ rộng xung áp của biến tàn. Do sử dụng công nghệ bán dản tiên tiến và các phần tử tính toán có tốc độ cao mà phương pháp điều chỉnh trực tiếp mômen cho cốc đáp ứng đầu ra thay đổi rãt nhanh, cỡ vài phần nghìn giây.
Phàn cốt lõi của phương pháp được mô tả trên hình 5-56, gồm các khổi sau : bộ điều chinh có trễ với lôgic chuyển mạch tối ưu, mô hình động cơ cho phép tỉnh toán nhanh và chính xác các giá trị thực của mômen động cơ tốc độ quay của rôto và từ thông stato vởi tín hiệu vào là dòng điện các pha động cơ và giá trị tức thời của điện áp mạch một chiều. Các giá trị thực này được so sánh với các giá trị đặt để tạo ra tác động điều khiển bài các bộ điều chình mômen và các mạch vòng bẽn ngoài.
Lôgic chuyển mạch tối ưu cho nghịch lưu sẽ được xác định trong từng chu kỳ điều khiển (25 ps) và được thực hiện bởi các mạch điện tử chuyên dụng (ASIC).
Thông tin vfe trạng thái củâ các khóa bán dẫn lực (Sj, s^, Sạ) được dùng đê’ tính vectơ điện áp stato.
Điều khiển trực tiếp mõm en dựa trên lý thuyết điều khiển trường định hướng máy diện khống đồng bộ, trong đó các đại lượng điện tư được mô tả bởi các vectơ:
vectơ từ thông, vectơ dòng điện và vectơ điện áp được biểu diễn trong hệ tọa độ stato, hình 5-57.
Hỉnh sao điện áp có sáu vectơ thành phần và co' hai loại vectơ điện áp zêrô tương ứng với nghịch lưu nguồn áp hai mức.
Môinen điện từ là tích vectơ giữa vectơ tù thông stato và vectơ từ thông rôto, hoặc giũa vectơ dòng diện state và vectơ tìí thông (xem phần mô tả toán học của động cơ không đồng bô):
1-ơ__ _ 1 - ơ
M = p’ — V’r A lí’s- = (5-167)
ơLm
Biên độ vectơ từ thống stato thưởng được giữ không đổi và do đó mômen được điều chỉnh bởi góc y giữa các vẹctơ từ thông. Các động cơ bình thường có hàng số thời gian điện từ của mạch rôto cỡ hàng trăm miligiây, như vậy có thể coi từ th&ng rôto là ổn định và biến đổi chậm hơn từ thông state. VI thế có thể đạt được mômen yêu cầu bằng cách quay vectơ từ thông stato theo hướng nào đó càng nhanh càng có hiệu quả.
Kỹ thuật điều khiển trực tiếp mômen như sau :
Lôgic chuyển mạch của các khóa bán dẫn lực thực hiện việc tăng hay giàm mômen còn giá trị tức thời của từ thông stato được điều chinh sao cho mômen động cơ đạt được giá trị mong muốn. Vectơ từ thông stato này lại được điỄu chỉnh nhờ điện áp cung cấp cho nghịch lưu. Hay nói cách khác là logic chuyển mạch tối ưu xác định cho ta vectơ điện áp tối ưu tùy thuộc vào sai lệch mômen. Biên độ của vectơ tử thông stato cũng được tỉnh đến khi chọn lôgic chuyển mạch.
Để minh họa cho hoạt động cúa hệ thống, ta lấy hình 5-57 làm thí dụ, vectơ điện áp tz4 làm gìàm thành phần hướng kính của từ thông đồng thời làm cho vectơ tù thông quay theo hướng quay của tù trường, chuyển động này làm tăng
góc ỵ và làm táng mồmen động cơ đồng thời cũng làm thay đổi trạng thái tù hóa động cơ. Mục đích của điều khiển là bắt ép vectơ tíí thông state quay theo hướng sao cho đạt được cả haỉ giá trị mong muốn của tù thông và của mômen động cơ.
Lôgic chuyển mạch chỉ thay đổi khi các giá trị thực của tìí thông stato và mômen động cơ vượt khỏi vùng giá trị đặt vôi ngưỡng sại lệch cho phép, hình 5-59. Thời điểm ín là lâc khồng càn tăng mômen nữa và do đó vectơ điện áp là bầng không, gí á trị thực của mômen giảm xuổng cho tới khi nó bắt đầu nhò hơn ngưỡng sai lệch Afj - AAfj. Lúc này xảy ra quá trình chọn lại vectơ điện áp để làm tăng mô men (đoạn t+). Để ý ràng đạo hàm của mômen phụ thuộc vào tính chãt cùa động cơ, tần số dòng điện rôto và vectơ điện áp đã chọn. Tổc độ tăng mômen động cơ được xác định bời bộ điều chỉnh tù thõng có ngưỡng.
b) Mõ hình dộng cơ
Mô hình động cơ thành lạp theo các phương trình cơ bản đã nêu trong phần mô tả toán học của động cơ khống đồng bộ và sử dụng các phần tử có tốc độ tính toán cao. Mô hình động cơ tính toán ra các giá trị thực của mômen và từ thông dùng cho việc điều chế, nó cũng tính ra được tổc độ quay của rôto và tần số dòng điện stato để dùng cho các mạch vòng điều chỉnh bên ngoài Mô hỉnh động cơ còn co' chức nàng nhận dạng thông só của động cơ dùng cho việc tính toán, hiệu chỉnh.
Dộ chính xác của mô hình là rất quan trọng, bởi vì trong hệ thống không dũng thiết bị đo tốc độ trục động cơ, tín hiệu đo lường chỉ g&m dòng điện hai pha của động cơ và giá trị tức thời cùa điện áp mạch một chỉều
Chức năng chính của mô hình là tính ra được giá trị chỉnh xác của từ thông stato trong mỗi một chu kỳ điều khiển (25//S):
ụ" = J(ũg - R^dt, (5-168)
Hình 5-5 7. Đièu chình vectơ từ thông stato trực tiếp theo sai lệch mômen.
Vectơ điên áp stato được tính toán, tù giá trị điện áp một chiều và trạng thái túc thời của các khóa chuyển mạch s và điện trở stato Jĩs được nhận dạng bởi mô hình. Mômen động cơ được tính bàng tích vectơ giữa tìí thống stato và dòng điện stato.
Hình 5-58. Hình sao điện áp cùa nghịch lira.
Tần sổ dòng điện ỉà đạo hàm của góc quay từ thông rô to:
der ỡr(í2)- ỡr(íi)
"(■ =—— =--- —- ---
di (5-169)
Hinh 5-50. Điều khiên mômen có trê : Mđ - môrnen đạt; M - mômcn điện từ đông CO". AM - ngưrỸng trễ .
Thời gian tính toón là Ims, cho phép tính được đến tần sâ 400 Hz. Góc quay của từ thông rôto được xác định bởi các phương trình sau:
_ Lr
V'r = —— (yrs - ơLsis) = + jVrr (5-170)
ỡr = arctg(yiry/V'ra). (5-171)
Tổc độ quay cùa rôto được tính bối hiệu số giữa tốc độ tù trường quay và độ sụt tốc tương ứng:
M
w = p’(we - fir — ), (5-172)
¥>r2
CHƯƠNG 6
HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỀU CHỈNH Tốc DỘ ĐỘNG có ĐỒNG BỘ BA PHA