Khảo sát hiệu suất của cấu trúc DTC và DTC-SVM điều khiển động cơ không đồng bộ roto lồng sóc

Bài viết Khảo sát hiệu suất của cấu trúc DTC và DTC-SVM điều khiển động cơ không đồng bộ roto lồng sóc trình bày khảo sát hiệu suất của hai cấu trúc điều khiển DTC và DTC-SVM thông qua mô hình mô phỏng được thành lập trên Matlab/Simulink.

Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021 ISBN: 978-604-82-5957-0 KHẢO SÁT HIỆU SUẤT CỦA CẤU TRÚC DTC VÀ DTC-SVM ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ ROTO LỒNG SĨC Nguyễn Hồng Việt1, Phạm Đức Đại1, Nguyễn Thị Thúy Hằng1 Trường Đại học Thủy lợi GIỚI THIỆU CHUNG Động khơng đồng roto lồng sóc động sử dụng phổ biến cơng nghiệp, có cấu trúc chắn, bền, hiệu suất cao, giá thành rẻ Tuy nhiên việc điều khiển động khơng đồng gặp nhiều khó khăn phần cảm phần ứng không tách rời Điều khiển trực tiếp momen - DTC (Direct Torque Control) cấu trúc điều khiển phổ biến cho động có hiệu suất cao, bền vững đáp ứng momen nhanh Tuy nhiên, cấu trúc có nhược điểm đập mạch momen lớn tần số chuyển mạch thay đổi Nguyên nhân chủ yếu cấu trúc DTC sử dụng điều khiển bang-bang để điều khiển momen từ thông stato Nhằm khắc phục nhược điểm này, cấu trúc điều khiển DTC-SVM thay sử dụng điều khiển bang- bang điều khiển PI thuật toán điều chế SVM (Space Vector Modulation) sử dụng để đảm bảo tần số chuyển mạch không đổi đập mạch momen từ thông stato giảm ([2]) Bài báo khảo sát hiệu suất hai cấu trúc điều khiển DTC DTC-SVM thơng qua mơ hình mơ thành lập Matlab/Simulink d ψs dt d = Rr i r + ψ r - jwe ψ r dt ψ s = Ls is + Lm i r us = Rs i s + ψ r = Lm is + Lr i r Te = p Im {ψ*s is } dw J = Te - TL dt (1) Cấu trúc DTC, mô tả hình 1, đưa trạng thái chuyển mạch SA, SB SC để điều khiển biến đổi nguồn áp VSI (Voltage Source Inverter) Bộ điều khiển tốc độ tính tốn giá trị momen đặt cho vịng momen bên Hai đại lượng từ thông stato momen điện từ đo trực tiếp mà phải ước lượng thơng qua điện áp dịng điện stato Hai điều khiển từ thông momen điều khiển trễ hai mức ba mức Đầu điều khiển d dT đầu vào bảng chuyển mạch, có giá trị tương ứng 0, -1, 0, PHÂN TÍCH CẤU TRÚC DTC VÀ CẤU TRÚC DTC-SVM Hai cấu trúc DTC DTC-SVM sử dụng để điều khiển động khơng đồng roto lồng sóc với mơ hình tốn viết dạng vector giống hệ phương trình (1) Hình 2.1 Cấu trúc điều khiển DTC Dựa vào mơ hình tốn học động khơng đồng roto lồng sóc, giá trị ước lượng momen từ thông stato 243 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021 ISBN: 978-604-82-5957-0 dạng vector đưa phương trình (2) (3) Các phương trình chuyển sang hệ trục tọa độ tĩnh (αβ) để mô lập trình vi xử lý (2) ψ es = ị (us - Rs i s )dt Tee ( k ) = p Im {{ψ (k )} i (k )} e s * s (3) Phần quan trọng cấu trúc DTC bảng chuyển mạch, trình bày bảng 1, thành lập dựa nguyên lý điều khiển trực tiếp momen ([1]) Bảng chuyển mạch lựa chọn tám vector điện áp (v0,…,v7) biến đổi VSI theo yêu cầu tăng giảm momen, từ thông stato vị trị vector từ thông stato sector (SF1,…, SF6) chia vector điện áp đầu biến đổi thông stato Việc ước lượng giống hệt cấu trúc DTC biểu diễn phương trình (2) (3) Hai điều khiển từ thông momen sử dụng điều khiển PI Đầu hai điều khiển hai thành phần điện áp stator (usd , usq ) hệ trục tọa độ quay (dq), gắn với từ thơng stato Sau hai thành phần (usd , usq ) chuyển sang hệ trực tọa độ (αβ) thành (us , us ) hai thành phần sử dụng làm đầu vào khâu điều chế vector không gian SVM Bảng Bảng chuyển mạch cấu trúc điều khiển DTC Hình 2.3 Cấu trúc điều khiển DTC-SVM Hình 2.2 Các sector vector điện áp Vị trí vector từ thơng stato xác định thơng qua góc từ thơng  s tính tốn phương trình (3) ye j s = arctan( sea ) (4) y sb Trong  se ,  se thành phần từ thông stato hệ trục tọa độ (αβ) Cấu trúc điều khiển DTC-SVM mơ tả hình 2.3 ([2]) Cấu trúc thành lập hệ trục tọa độ quay gắn với từ thông stato Cũng giống cấu trúc DTC, cấu trúc DTC-SVM đòi hỏi ước lượng momen từ Rõ ràng, cấu trúc DTC-SVM phức tạp cấu trúc DTC địi hỏi phải tổng hợp hai mạch vịng điều khiển từ thơng stato, momen chuyển hệ trục tọa độ từ hệ trục tọa độ quay stato (dq) sang hệ trục tọa độ tĩnh (αβ) Tuy nhiên việc sử dụng hai điều khiển PI cho momen từ thông stato làm cho sai lệch từ thông statp momen tiến không hay đập mạch momen từ thông giảm xuống Ngoài việc sử dụng khâu điều chế SVM cấu trúc làm cho cấu trúc trở lên phức tạp hơn, điều lại giúp cho tần số chuyển mạch khơng đổi tối ưu trình trình chuyển mạch, giúp cho giảm tổn thất biến đổi KẾT QUẢ MƠ PHỎNG Mơ hình mơ cấu trúc DTC DTC-SVM khảo sát với động có thơng số sau: P dm = 200 HP, Udm = 460 V, Rs = 14.85mΩ, Ls = 10.7627 mH, Rr = 9.295 mΩ, Lr = 10.7627 mH, Lm = 10.46 mH Tốc độ đặt trì giá trị 600(rpm), lượng đặt từ thông stato 0.8(Wb) Momen tải ban đầu trì 0(Nm), thời điểm 1(s) momen tải tăng lên 800(Nm) thời điểm 1.5(s) momen tải giảm xuống 400(Nm) 244 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021 ISBN: 978-604-82-5957-0 Kết mô đáp ứng tốc độ hai cấu trúc DTC, DTC-SVM đưa hình 3.1 Kết mơ Hình 3.1 đáp ứng tốc độ hai cấu giống hệt Hình 3.1 Đáp ứng tốc độ (a) Cấu trúc DTC, (b) Cấu trúc DTC-SVM Hình 3.2 Đáp ứng momen cấu trúc DTC DTC-SVM Hình 3.3 Đáp ứng từ thơng stato cấu trúc DTC DTC-SVM Hình 3.4 Các dịng điện stato hai cấu trúc: (a) DTC, (b) DTC-SVM Kết mơ hình 3.2, cho thấy đáp ứng momen hai cấu trúc giống hệt Tuy nhiên đập mạch momen phương pháp DTC lớn đập mạch momen cấu trúc DTC-SVM Hình 3.2 cho thấy, đáp ứng từ thông stato hai cấu trúc giống đập mạch từ thông stato cấu trúc DTC-SVM nhỏ nhiều Một điều quan trọng moment hay đổi đáp ứng từ thông stato không bị ảnh hưởng Điều chứng tỏ hai cấu trúc thực điều khiển độc lập momen từ thơng stato Ngồi vấn đề độ đập mạch từ thông stato momen, chất lượng điều khiển hai cấu trúc phản ánh qua dòng điện stato đưa hình 3.4 Kết mơ cho thấy số THD dòng điện stato cấu trúc DTC 12.2 %, cấu trúc DTC-SVM 3.02 % Điều có nghĩa là, lượng sóng hài dòng điện stato cấu trúc DTC lớn so với cấu trúc DTC-SVM KẾT LUẬN Bài báo phân tích hai cấu trúc DTC DTC-SVM điều khiển động khơng đồng roto lồng sóc Cả hai cấu trúc mô Matlab/Simulink kết thu hoàn toàn phù hợp với lý thuyết Cấu trúc DTC tương đối đơn giản đập mạch momen từ thông lớn Mặc dù cấu trúc DTC-SVM khắc phục nhược điểm phải tăng tính phức tạp, tăng khối lượng tính tốn cấu trúc điều khiển cách thêm hai điều khiển PI khâu điều chế SVM TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Takahashi, T Noguchi, “A New QuickResponse and High-Efficiency Control Strategy of an Induction Motor”, IEEE Transactions on Industry Applications, Vol.22, pp 820-827, Sept./Oct 1986 [2] Ravi Hemantha Kumar, Atif Iqbal, Natesan Chokkalingam Lenin, “Review of recent advancements of direct torque control motor drives - a decade of progress,” IET Power Electronics, Vol 11, Issue 1, pp 1-15, 12 January, 2018 245 ... stato cấu trúc DTC 12.2 %, cấu trúc DTC- SVM 3.02 % Điều có nghĩa là, lượng sóng hài dòng điện stato cấu trúc DTC lớn so với cấu trúc DTC- SVM KẾT LUẬN Bài báo phân tích hai cấu trúc DTC DTC-SVM điều. .. hai cấu trúc DTC, DTC- SVM đưa hình 3.1 Kết mơ Hình 3.1 đáp ứng tốc độ hai cấu giống hệt Hình 3.1 Đáp ứng tốc độ (a) Cấu trúc DTC, (b) Cấu trúc DTC- SVM Hình 3.2 Đáp ứng momen cấu trúc DTC DTC-SVM. .. (αβ) Cấu trúc điều khiển DTC- SVM mơ tả hình 2.3 ([2]) Cấu trúc thành lập hệ trục tọa độ quay gắn với từ thông stato Cũng giống cấu trúc DTC, cấu trúc DTC- SVM đòi hỏi ước lượng momen từ Rõ ràng, cấu