TÀI LIỆU HỌC TẬP ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

BỘ CÔNG THƢƠNG ĐẠI HỌC KINH TẾ - KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP KHOA ĐIỆN Nguyễn Đức Dƣơng (chủ biên) Võ Thu Hà, Trần Ngọc Sơn TÀI LIỆU HỌC TẬP ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN (Lƣu hành nội bộ) hóa Số tín : 02 Đối tƣợng : Đại học Ngành : Công nghệ kỹ thuật ĐK Tự động Dƣơng Hà Nội – 2019 MỤC LỤC MỤC LỤC CHƢƠNG KHÁI NIỆM CHUNG Mục tiêu chƣơng 1.1 Khái niệm phân loại hệ thống truyền động điện 1.1.1 Cấu trúc chung phân loại hệ truyền động điện 1.1.2 Các khái niệm hệ thống truyền động điện 1.2 Độ xác tiêu chất lƣợng hệ thống TĐĐ tự động 10 1.2.1 Độ xác hệ thống TĐĐ tự động 10 1.2.2 Chỉ tiêu chất lƣợng hệ thống TĐĐ tự động 12 1.3 Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh kiểu nối cấp theo phƣơng pháp hàm chuẩn 16 1.3.1 Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh theo tiêu chuẩn module tối ƣu 17 1.3.2 Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh theo tiêu chuẩn tối ƣu đối xứng 18 1.4 Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh số TĐĐ 20 1.4.1 Khái niệm 20 1.3.2 Các phƣơng pháp tổng hợp mạch vòng điều chỉnh số 21 1.5 Mơ hình trạng thái hệ thống TĐĐ 21 1.5.1 Phƣơng trình trạng thái hệ đầu vào, đầu (hệ SISO) 21 1.5.2 Phƣơng trình trạng thái hệ nhiều chiều (hệ MIMO) 23 1.5.3 Phƣơng trình trạng thái hệ vế phải phƣơng trình có chứa đạo hàm kích thích 25 Nội dung thảo luận 27 Tóm tắt nội dung cốt lõi 27 Bài tập ứng dụng, liên hệ thực tế 27 Hƣớng dẫn tự học nhà 29 CHƢƠNG 30 CÁC PHẦN TỬ TỰ ĐỘNG 30 Mục tiêu chƣơng 30 Khái niệm chung hệ truyền động điện tự động 30 2.1 Các điều chỉnh thuật toán (OA) 30 2.1.1 Khái niệm khuếch đại thuật toán 30 2.1.2 Các điều chỉnh dùng khuếch đại thuật toán 31 2.2 Các thiết bị đo lƣờng 36 2.2.1 Đo lƣờng dịng điện, điện áp chiều có cách ly 37 2.2.2 Đo dòng xoay chiều 37 2.2.3 Đo lƣờng tốc độ 40 2.2.4 Đo lƣờng vị trí 43 2.3 Các chỉnh lƣu 44 2.3.1 Chỉnh lƣu không điều khiển 45 2.3.2 Chỉnh lƣu điều khiển 46 2.3.3 Chỉnh lƣu bán điều khiển 47 2.3.4 Quá trình chuyển mạch 49 2.3.5 Chế độ nghịch lƣu phụ thuộc 51 2.4 Biến tần nghịch lƣu độc lập 52 2.5 Mơ hình chỉnh lƣu có điều khiển 54 2.5.1 Mạch thay xung chỉnh lƣu 54 2.5.2 Mạch thay dạng liên tục chỉnh lƣu 56 Nội dung thảo luận 58 Tóm tắt nội dung cốt lõi 58 Bài tập ứng dụng, liên hệ thực tế 58 Hƣớng dẫn tự học nhà 59 CHƢƠNG 60 ĐIỀU CHỈNH TỰ ĐỘNG ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU 60 Mục tiêu chƣơng 60 3.1 Khái niệm chung 60 3.2 Mơ hình động chiều 60 3.3 Tổng hợp mạch vòng dòng điện 65 3.3.1 Khái niệm mạch vòng điều chỉnh dòng điện 65 3.3.2 Tổng hợp mạch vòng dòng điện bỏ qua sức điện động động 67 3.3.3 Tổng hợp mạch vịng dịng điện có tính đến ảnh hƣởng sức điện động động 74 3.3.4 Tổng hợp mạch vòng dịng điện có tính đến vùng gián đoạn dịng điện phần ứng 77 3.4 Tổng hợp mạch vòng tốc độ 80 3.4.1 Khái niệm mạch vòng điều chỉnh tốc độ 80 3.4.2 Hệ thống điều chỉnh tốc độ dùng điều chỉnh tỷ lệ 81 3.4.3 Hệ thống điều chỉnh dùng điều chỉnh tốc độ tích phân tỷ lệ PI 86 3.5 Tổng hợp mạch vịng tốc độ khơng có mạch vịng dịng điện 96 3.5.1 Triển khai sơ đồ nguyên lý mạch vòng tốc độ ĐCMC 96 3.5.2 Đơn giản hóa mơ hình động chiều kích từ độc lập 96 3.5.3 Tổng hợp mạch vòng tốc độ ĐCMC 98 3.6 Bài tập điều chỉnh tự động động chiều 103 Nội dung thảo luận 107 Tóm tắt nội dung cốt lõi 107 Bài tập ứng dụng, liên hệ thực tế 107 Hƣớng dẫn tự học nhà 109 CHƢƠNG 110 VECTOR KHÔNG GIAN CỦA CÁC ĐẠI LƢỢNG BA PHA 110 4.1 X y dựng vector không gian 110 4.2 Chuyển hệ tọa độ cho vector không gian 112 4.3 Khái quát ƣu việc mô tả động xoay chiều ba pha tr n hệ tọa độ từ thông rotor 114 CHƢƠNG 116 MƠ HÌNH LIÊN TỤC CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 116 BA PHA ROTOR LỒNG SÓC 116 5.1 Hệ phƣơng trình động khơng đồng 116 5.1.1 Phƣơng trình điện áp stator 118 5.1.2 Phƣơng trình điện áp rotor 119 5.2 Mơ hình trạng thái động khơng đồng tr n hệ tọa độ stator 120 5.3 Mơ hình trạng thái động khơng đồng tr n hệ tọa độ từ thông rotor 124 5.4 Các cấu tr c hệ truyền động dùng động không đồng điều khiển tựa từ thông rotor 128 Bài tập ứng dụng, liên hệ thực tế 130 CHƢƠNG 132 ĐIỀU CHỈNH TỰ ĐỘNG TRUYỀN ĐỘNG ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG Ộ 132 Mục tiêu 132 6.1 Phƣơng pháp điều chỉnh tần số điện áp không đổi 132 6.2 Phƣơng pháp điều chỉnh trực tiếp mômen để điều khiển tốc độ động không đồng 140 6.2.1 Nguy n lý phƣơng pháp điều chỉnh trực tiếp mômen 141 6.2.2 Sơ đồ cấu trúc phƣơng pháp điều chỉnh trực tiếp mômen 149 6.2.3 Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh tốc độ tiêu chuẩn tối ƣu đối xứng 155 6.2.4 Ví dụ 1(Ví dụ minh họa) 156 6.2.5 Ví dụ (thảo luận) 163 6.3 Phƣơng pháp điều chỉnh tựa từ thông rotor để điều khiển tốc độ động không đồng (T4R) 164 6.3.1 Nguy n lý phƣơng pháp điều chỉnh tựa từ thông rotor 164 6.3.2 Cấu trúc hệ thống điều khiển FOC 165 6.3.3 Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh tốc độ 166 Bài tập ứng dụng, liên hệ thực tế 180 CHƢƠNG 183 TỔNG QUAN ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ BA PHA 183 7.1 Khái quát chung 183 7.2 Cấu tạo động đồng 183 7.3 Mơ hình toán học động đồng hệ tọa độ dq 185 7.3.1 Hệ phƣơng trình vi ph n mơ tả động đồng hệ tọa độ dq 185 7.3.3 Hệ phƣơng trình laplace mơ tả động đồng hệ tọa độ dq 188 7.3.3 Sơ đồ cấu tr c mơ hình động đồng hệ trục tọa độ dq 189 7.4.Tổng quan điều chỉnh tốc độ động đồng phƣơng pháp điều chỉnh tựa từ thông rotor-FOC 192 7.4.1 Mạch vòng điều chỉnh dòng điện isd 192 7.4.2 Tổng hợp vòng điều chỉnh dòng isq 194 7.4.3 Thiết kế mạch vòng điều chỉnh tốc độ 195 7.4.4 Vùng tốc độ lớn tốc độ định mức 197 Bài tập ứng dụng, liên hệ thực tế 198 TÀI LIỆU THAM KHẢO 199 CHƢƠNG KHÁI NIỆM CHUNG Mục tiêu chƣơng Hiểu nắm vững đƣợc khái niệm hệ thống truyền động điện Cần biết đƣợc: độ xác tiêu chất lƣợng hệ thống truyền động điện tự động; tổng hợp mạch vòng điều chỉnh kiểu nối cấp theo phƣơng pháp hàm chuẩn; tổng hợp mạch vịng điều chỉnh số; mơ hình trạng thái hệ thống truyền động điện 1.1 Khái niệm phân loại hệ thống truyền động điện 1.1.1 Cấu trúc chung phân loại hệ truyền động điện a) Cấu trúc chung hệ truyền động điện Hệ truyền động điện tập hợp thiết bị nhƣ: thiết bị điện, thiết bị điện tử, phục vụ cho việc biến đổi lƣợng điện-cơ nhƣ gia cơng truyền tín hiệu thơng tin để điều khiển q trình biến đổi lƣợng Cấu trúc chung: BBÐ GN MSX ÐC R RT K KT VH Hình 1.1 Mơ tả cấu trúc chung hệ truyền động Đ- Bộ biến đổi; ĐC- Động truyền động; MSX- Máy sản xuất; RT- Bộ điều chỉnh cơng nghệ; KT – Các đóng ngắt phục vụ công nghệ; R – Các điều chỉnh Cấu trúc chung hệ truyền động điện bao gồm phần chính: - Phần lực biến đổi động truyền động Các biến đổi thƣờng dùng biến đổi máy điện (máy phát chiều, xoay chiều), biến đổi từ (khuếch đại từ, cuộn kháng bão hòa), biến đổi điện tử (chỉnh lƣu tiristo, biến tần tranzitor) Động điện có loại: động chiều, xoay chiều đồng bộ, không đồng loại động đặc biệt khác v.v - Phần điều khiển gồm cấu đo lƣờng, điều chỉnh truyền động cơng nghệ, ngồi cịn có thiết bị điều khiển, đóng cắt phục vụ cơng nghệ cho ngƣời vận hành Đồng thời số hệ truyền động có mạch ghép nối với thiết bị tự động khác dây chuyền sản xuất b) Phân loại hệ truyền động điện - Truyền động không điều chỉnh: thƣờng có động nối trực tiếp với lƣới điện, quay máy sản xuất với tốc độ định - Truyền động có điều chỉnh 1.1.2 Các khái niệm hệ thống truyền động điện a) Loại phụ tải Trong thực tế có loại bản: * Phụ tải phản kháng (mômen cản phản khảng): cấu ăn dao cắt gọt kim loại … * Phụ tải (mômen cản năng): cấu nâng hạ tải trọng … Trong thực tế làm việc thƣờng có loại phụ tải lớn tính cho loại tùy trƣờng hợp loại b) Tính chất phụ tải (đặc tính tải) Là quan hệ mômen tải với tốc độ quay c) Dải điều chỉnh Là tỷ số tốc độ cao thấp nhất, mặt lý thuyết tốc độ lấy tr n máy sản xuất Nếu động máy sản xuất ghép hộp giảm tốc có tỷ số truyền cố định lấy tốc độ tr n trục động D nmax ndm max  nmin ndm m in (1.1.1) Trong q trình tính tốn cần xác định tốc độ điểm tải định mức d) Độ trơn điều chỉnh  ni ni 1 ni (1.1.2) : giá trị tốc độ ổn định đạt đƣợc cấp i : giá trị tốc độ ổn định đạt đƣợc cấp i + ni 1 e) Sai lệch tĩnh St %  n0  n®m 100% n0 n®m : giá trị tốc độ định mức n0 : giá trị tốc độ không tải lý tƣởng (1.1.3) Nếu đƣờng đặc tính song song với thì: n0  n®m  n  const ⟹ St% max nằm tr n đƣờng đặc tính thấp Nếu đƣờng đặc tính khơng song song ⟹tính St% cho đƣờng cao thấp nhất, từ lấy St cao để tính tốn f) Quan hệ đại lƣợng St  n0  nyc (1.1.4) n0 n yc : giá trị tốc độ theo yêu cầu công nghệ St : sai lệch tĩnh cho phép công nghệ Với hệ truyền động, điều chỉnh tốc độ có đặc tính song song S t max nằm tr n đƣờng đặc tính thấp nhất, ta có: St max  n0min  ndm n   dm n0min n0min ⟹ n0min  mà St  (1.1.5) ndm ndm max (1.1.1)   n0min  D(1  St max )  St max n0min  ndm n  n0min n0min ⟹ n  n0min St  ndm max St D(1  St max ) Ta có St max  St Với hệ điều chỉnh tốc độ đặc tính khơng song song biểu thức tr n đƣợc áp dụng: n  n0min St tr n đƣờng đặc tính có Stmax 1.2 Độ xác tiêu chất lƣợng hệ thống TĐĐ tự động 1.2.1 Độ xác hệ thống TĐĐ tự động Yêu cầu: đại lƣợng điều chỉnh phải bám sát theo tín hiệu điều khiển chế độ xác lập, tựa xác lập, độ Độ xác đƣợc đánh giá tr n sở phân tích sai lệch điều chỉnh Các sai lệch phụ thuộc nhiều yếu tố: ma sát tĩnh, khe hở, trơi điểm, già hóa … Xét hệ thống tự động điều chỉnh có cấu tr c nhƣ sau: N1 Ni Nn R E C TM Fo(p) Hình 1.2 Sơ đồ cấu trúc hệ thống tự động Chú thích: Fo ( p) : hàm truyền đạt mạch hở TM : thiết bị công nghệ R, r(t) : tín hiệu điều khiển C, c(t) : tín hiệu E=R–C : giá trị sai lệch điều chỉnh e(t) = r(t)-c(t) Ni : tín hiệu nhiễu F ( p) : hàm truyền đạt hệ kín Fi ( p) : hàm truyền đạt nhiễu loạn Ta có: C ( p )  F ( p) R( p)  n  F ( p) N ( p) i 1 F ( p)  i Fo ( p)  Fo ( p) (1.2.1) i (1.2.2) 10 Hình 7.2 Kết cấu động đồng quan điểm hệ toạ độ Động đồng có hai loại kích từ nam ch m vĩnh cửu kích từ nam ch m điện nhƣng có điểm chung từ thơng rotor ln có phân cực, có hƣớng quán cố định Tính định hƣớng quán phụ thuộc vào cấu tr c học máy điện làm đơn giản nhiều việc xây dựng mơ hình điều khiển/ điều chỉnh động Nếu nhƣ động không đồng bộ, ta phải tìm cách tính góc pha từ thơng rotor để điều khiển/ điều chỉnh động đồng bộ, góc pha ban đầu đƣợc biết trƣớc liên tục đƣợc theo dõi xác máy đo tốc độ quay rotor Do đặc điểm trên, hệ toạ độ dq động đồng đƣợc coi xác định Điều cho phép áp dụng cách thuận lợi phƣơng pháp điều chỉnh hệ toạ độ dq mà không cần quan tâm tới hệ toạ độ αβ Mặt khác, hệ thống kích thích nam ch m vĩnh cửu đƣợc thay thể tính tốn hệ thống kích thích cuộn kích từ dịng kích thích tƣơng ứng Điều cho phép ta cần xét đến loại động đồng có kích thích vĩnh cửu kiểu cực ẩn đầy đủ 7.3 Mơ hình tốn học động đồng hệ tọa độ dq 7.3.1 Hệ phƣơng trình vi phân mơ tả động đồng hệ tọa độ dq Hệ phƣơng trình mơ tả động đồng hệ tọa độ dq f  f f f d s  us  Rs i s  +js s dt  f f f    i L   s s  s p (7.3.1a) (7.3.1b) Để đơn giản ta bỏ qua số f – đặc trƣng cho hệ tọa độ dq  d s +js s  u s  Rs i s  dt    s  i s Ls   p (7.3.2) (7.3.3) Phƣơng trình mơ men M pc  sd isq  sqisd   (7.3.4) Phƣơng trình chuyển động 185 M t   M C  J d pc dt (7.3.5) với Rs , Rr : lần lƣợt điện trở stator rotor Lsd : điện cảm stator đo đỉnh cực (vị trí trục d) Lsq : điện cảm stator đo ngang cực (vị trí trục q) pc : số cặp cực J : mômen quán tính Điểm khác biệt ĐCĐ ĐCKĐ qua hệ phương trình ĐCĐB: +Khác với ĐCKĐ , ĐCĐ , s   Nhờ phƣơng pháp điều khiển FOC, đặc điểm đồng tốc độ góc s vector điện tốc độ học  rotor đƣợc đảm bảo chế độ làm việc động + Trong ĐCKĐ , điện cảm stator Ls không đổi kết cấu tròn rotor, khoảng cách khe từ rotor stator đƣợc coi cố định Còn ĐCĐ , khe từ rotor stator đỉnh cực (vị trí trục d) bé nhiều so với khe vị tri trục q Do trị số điện cảm stator khác đo với vị trí khác rotor Lsd : điện cảm stator đo đỉnh cực (vị trí trục d) Lsq : điện cảm stator đo ngang cực (vị trí trục q) mà is  isd  jisq  s   sd  j sq (7.3.6) us  usd  jusq Từ (7.3.2) (7.3.6), ta có u s  Rs i s  d s +js s dt  usd  jusq  Rs  isd  jisq   d  sd  j sq   js  sd  j sq  dt 186 d  u    sd  s sq R i s sd  sd dt  u  R i  d     s sq  sq dt sq s sd (7.3.7a) (7.3.7b) Sau xét đến khác biệt điện cảm stator trục d q, từ (7.3.3) ta có  sd  isd Lsd  p   sq  isq Lsq (7.3.8a) (7.3.8b) Thay (7.3.8a) (7.3.8.b) vào (7.3.7a), ta có: usd  Rsisd  Lsd d isd  s Lsqisq dt (7.3.9) Thay (7.3.8a) (7.3.8.b) vào (7.3.7b), ta có usq  Rsisq  Lsq d isd  s Lsd isd  s p dt (7.3.10) Từ (7.3.9), ta có usd  Rsisd  Lsd d isd  s Lsqisq dt L disd R  usd  s isd  s sq isq Lsd Lsd dt Lsd L di 1  sd   isd  s sq isq  u Tsd Lsd Lsd sd dt  với Tsd  (7.3.11) Lsd số trục d mạch stator Rs Từ (7.3.10), ta có usq  Rsisq  Lsq d isd  s Lsd isd  s p dt   với Tsq  Lsq Rs disq dt disq dt  s  s  R Lsd isd  s isq  usq  s p Lsq Lsq Lsq Lsq  Lsd 1 isd  isq  usq  s p Lsq Tsq Lsq Lsq (7.3.12) số trục q mạch stator 187 Tóm lại, hệ phƣơng trình vi ph n mơ tả động đồng hệ trục dq Lsq  disd 1 i isq  usd     s sd  dt T L L  sd sd sd   disq   Lsd i  i  u    p s sd sq sq s  dt Lsq Tsq Lsq Lsq (7.3.13) Hệ phƣơng trình vi ph n mơ tả động đồng bộ: us 1 1  dis       '  '  i p    s r c r r  dt  Tr   Ls T '  us  dis 1 1    i p    '  '  s r c r r  dt  Tr   Ls T '   '  d r  i   '  p   ' s r c r r  dt Tr Tr  '  d r    'r    i p '   s c r r  dt T T  r r (7.3.14) So với ĐCKĐ , ƣu ĐCĐ : đặc điểm kích thích vĩnh cửu, hệ (7.3.13) bớt phƣơng trình từ thơng rotor vector trạng thái đơn giản chiều với ĐCKĐ 7.3.3 Hệ phƣơng trình laplace mơ tả động đồng hệ tọa độ dq a) Phƣơng trình laplace dịng điện isd Từ phƣơng trình vi ph n (7.3.11), ta có: L disd 1   isd  s sq isq  u dt Tsd Lsd Lsd sd  pisd ( p)   L 1 isd ( p)  s sq isq  u Tsd Lsd Lsd sd  isd ( p)   Tsd  Lsq isq  usd   s Lsd  pTsd  Lsd  (7.3.15) 188 usd Lsd isd Tsd  pTsd s Lsq Lsd isq Hình 7.3.3 Sơ đồ cấu trúc tương ứng công thức (7.3.15) b) Phƣơng trình laplace dịng điện isq disq dt  s  Lsd 1 isd  isq  usq  s p Lsq Tsq Lsq Lsq  pisq ( p )  s  Lsd 1 isd  isq ( p)  usq  s p Lsq Lsq Tsq Lsq  p L   isq ( p )  p   s sd isd  usq  s   Tsq  Lsq Lsq Lsq  isq ( p )     Lsd isd  usq  s p   s  pTsq  Lsq Lsq Lsq  Tsq  usq Lsq (7.3.16) s isd Lsd Lsq s isq Tsq  pTsq p s Lsq Hình 7.3.3 Sơ đồ cấu trúc tương ứng cơng thức (7.3.16) 7.3.3 Sơ đồ cấu tr c mơ hình động đồng hệ trục tọa độ dq 189 Thay (7.3.8) vào (7.3.4), ta có  pc (isd Lsd  p )isq  isq Lsqisd   M  pc  pisq  isd isq ( Lsd  Lsq ) M (7.3.17) Phƣơng trình laplace mômen điện từ: M ( p)   pc  pisq  isd isq ( Lsd  Lsq ) isd Lsd  Lsq i sq p (7.3.18) pc M Hình 7.3.4 Sơ đồ cấu trúc tương ứng cơng thức (7.3.18) Phƣơng trình chuyển động M t   M C  J d pc dt (7.3.19) Chuyển sang laplace, ta có: ( p)  pc  M ( p) - M C  Jp M pc Jp (7.3.20) ω MC Hình 7.3.5 Sơ đồ cấu trúc tương ứng cơng thức (7.3.20) Kết hợp hình từ hình 7.3.2 đến 7.3.5, ta có: 190 MC usd Lsd Tsd  pTsd  s  usq Lsq  isd Lsd Lsq Lsd  Lsq M pc pc Jp isq isd Lsq Lsd isq Tsq  pTsq p p s Lsq Hình 7.3.6 Mơ hình ĐCĐB hệ trục toạ độ dq 191 ω TỔNG KẾT - Sơ đồ cấu trúc thể xen kênh tín hiệu isd isq ĐCĐ - Mơ hình đƣợc sử dụng để tổng hợp điều khiển tốc độ phƣơng pháp điều chỉnh tựa từ thông rotor - FOC 7.4.Tổng quan điều chỉnh tốc độ động đồng phƣơng pháp điều chỉnh tựa từ thông rotor-FOC ĐCid MTu i*sd  * i k yd * sq Đciq  ĐCω CTĐu usd e js SVM usα usq yq 3~ usβ isd isq e  js s CTĐi Khâu tích phân Máy đo tốc độ quay Hình 7.4.1 Cấu trúc điều chỉnh tốc độ động đồng phương pháp FOC 7.4.1 Mạch vòng điều chỉnh dòng điện isd Từ mơ hình tr n, ta tách đƣợc đối tƣợng điều khiển vòng điều chỉnh dòng isd nhƣ hình dƣới đ y: Ic I d b Hình 7.4.1 Mạch điều chỉnh dòng isd 192 Nếu bỏ qua sức điện động cảm ứng dòng isq g y ra, ta có đƣợc mơ hình vịng điều chỉnh dịng isd giống nhƣ động chiều nhƣ hình dƣới đ y: isd ω usd is isd Đo lƣờ ng dị ng điệ n Hình 7.4.2 Mạch vịng điều chỉnh dịng isd Do nghịch lƣu có van transistor IG T kiểu MOSFET nên thời gian đóng cắt nhanh Vì vậy, thời gian TNL nhỏ bỏ qua Khi đó, nghịch lƣu đƣợc coi nhƣ khâu khuyếch đại ta có mơ hình vịng điều chỉnh dịng isd nhƣ hình dƣới đ y usd* isd* Risd Hình 7.4.3 Mạch vịng điều chỉnh dịng isd thu gọn Từ mơ hình tr n ta tính đƣợc đối tƣợng điều khiển Risd S0  K NL K si Rs (1  pTsd )(1  pTsi ) Dùng tiêu chuẩn tối ƣu module với Fch  1  p2T  p 2T2 Ta có: 193 Ri sd  Fch S0 (1  Fch ) 1  p 2T  p 2T2     K NL K si 1     2  R ( pT )( pT )   p T p T   s sd si      T  Tsi Rs  pTsd   K NL K si 2Tsi p  K NL K si 1  pT p 2T    (1  pTsd )(1  pTsi )   Rs Để nâng cao chất lƣợng điều khiển ta phải tiến hành bù sức điện động tác động dòng isq g y Mơ hình nhƣ sau: isd* usd Ris isd Wb isq ωs usd* d isq ωs usd Hình 7.4.4 Mơ hình vịng điều chỉnh isd hồn chỉnh Từ mơ hình tr n ta tính đƣợc hàm bù tác động dòng isq (với điều kiện bỏ qua số thời gian nghịch lƣu) : isq s Wb1 Lsq Lsq K NL  isq s  Wb1  Lsd Lsd K NL 7.4.2 Tổng hợp vòng điều chỉnh dịng isq Hồn tồn tƣơng tự nhƣ vòng điều chỉnh dòng điện isd ta xây dựng đƣợc điều khiển cho dòng isq bỏ qua sức điện động dòng isd từ trƣờng cảm ứng roto gây là: Ri sq  R s  pTsq K NL K si 2Tsi p 194 Vấn đề lại thiết kế kh u bù tác động dịng isd từ thơng roto cảm ứng Mơ hình tổng thể hệ thống mạch vịng điều chỉnh dòng điện isq nhƣ sau: usd* isd* isd Wb2 isd Ris d isd isq* usd usd* Hình 7.4.5 Mơ hình vịng điều chỉnh isq hồn chỉnh Theo mơ hình tr n ta tính đƣợc khâu bù sức điện động cho vòng điều chỉnh dòng điện isq (bỏ qua số thời gian khâu nghịch lƣu) isd s Wb2 K NL L L  isd s sd  Wb2  sd Lsq Lsq K NL  p s Wb3 K NL L L   p s sd  Wb3  sd Lsq Lsq K NL Theo thiết kế, nghịch lƣu có đầu lớn 220 V Tín hiệu đặt Usd Usq lớn 10 V Do đó, có KNL = 220/10 = 22 Tƣơng ứng, chọn hệ số khuếch đại cảm biến dòng điện điện trở Sun có thơng số 50A/100mV Thơng qua mạch khuếch chuyển mức điện áp chuẩn đầu 10V Do vậy, hệ số khuếch đại dòng điện Ksi = 7.4.3 Thiết kế mạch vòng điều chỉnh tốc độ Với vòng điều chỉnh tốc độ, theo tr n ph n tích, động đồng ln có thành phần mômen phản kháng sinh tác dụng việc điện cảm dọc trục Lsd ngang trục Lsq khơng thành phần mơmen Do vậy, ta thực tƣơng tự nhƣ với việc thiết kế điều chỉnh dòng điện Ta thực tính tốn điều khiển tốc độ với thành phần cịn thành 195 phần phản kháng ta thiết kế khâu bù sau Cấu tr c vịng điều chỉnh tốc độ nhƣ hình vẽ dƣới đ y Ris isq Wb q Lsd Lsq Wb4 ω = ωs isd mT isq isd isq* Hình 7.4.6 Mơ hình vịng điều chỉnh tốc độ Cấu hình vịng điều chỉnh tốc độ bỏ qua ảnh hƣởng momen phản kháng momen tải: isq* mM isq mM* mM isq Hình 7.4.7 Mơ hình vịng điều chỉnh tốc độ rút gọn Với vòng điều chỉnh tốc độ, ta coi nhƣ mômen tải mT = 0, thiết kế theo phƣơng pháp tối ƣu môdule ta nhận đƣợc điều khiển có dạng khâu khuyếch đại – cấu hình đơn giản nhƣng mT ≠ gây sai số tốc độ hệ thống trở thành hệ hữu sai cấp Do đó, ta thiết kế khâu điều chỉnh tốc độ quay theo phƣơng pháp tối ƣu đối xứng với hàm chuẩn Fch   p4T  p4T  p 8T2  p 8T3 196 Đối tƣợng điều khiển điều khiển tốc độ S0   p K K p 1 c   c  p2Tsi pJ  pT J (1  p2Tsi )(1  pT )p K p c J (1  pTs )p Bộ điều khiển tốc độ có dạng: Ri sd  Fch S0 (1  Fch )  p 4T  p 4T  p 8T2  p 8T3     K p c  p 4T     2 3  J ( pT ) p  p T p T p T    s      T  Ts  p 4T  p 4T J  p 4Ts s    K p c K  p c p8Ts2 K  p c p 8T2 (1  pT ) p8Ts2 J J (1  pT )p s Vấn đề lại thiết kế khâu bù mômen phản kháng khác điện cảm dọc trục ngang trục gây Theo mơ hình trên, bỏ qua số thời gian mạch vòng dòng điện, ta có Wb4  3pc (Lsd  Lsq) 7.4.4 Vùng tốc độ lớn tốc độ định mức Khi tốc độ hoạt động yêu cầu lớn tốc độ định mức, ta phải giảm từ thông rotor cách bơm lƣợng isd < vào mạch điều khiển Việc ta phải làm xác định giá trị isd cần Khi động hoạt động với tốc độ định mức, sức phản điện động động Emax  K E r dm  K E p dm Khi tăng tốc độ động l n lớn tốc độ định mức, ta phải giảm từ thông rotor lƣợng cho sức điện động động vƣợt Emax Hơn nữa, để đảm bảo lƣợng điều chỉnh tối ƣu tốc độ tăng l n bao nhi u lần, từ thông giảm nhiêu lần Ta có: r  p  isd Lsd Do ta có 197   E max  K E  p dm  K E  p  isd Lsd   isd   p  dm   Lsd    p  dm   1  Lsd    Vậy, hoạt động tốc độ đặt lớn tốc độ lƣợng đặt isd cần thiết đƣa vào trục d đƣợc tính tốn nhƣ công thức Bài tập ứng dụng, liên hệ thực tế Câu Thành lập hệ phƣơng trình vi ph n mô tả động đồng hệ tọa độ  0, d, q Câu Thành lập Hệ phƣơng trình laplace động đồng hệ tọa độ  0, d, q ? Câu Vẽ mơ hình động đồng hệ tọa độ  0, d, q ? Câu a) Vẽ sơ đồ phƣơng pháp điều chỉnh FOC cho động đồng ? b) Dựa tr n phƣơng pháp điều khiển FOC, tổng hợp mạch vòng điều chỉnh dòng điện isd tiêu chuẩn tối ƣu? Xác định khâu bù? Câu Dựa tr n phƣơng pháp điều khiển FOC, tổng hợp mạch vòng điều chỉnh dòng điện isq tiêu chuẩn tối ƣu? Xác định khâu bù? Câu Dựa tr n phƣơng pháp điều khiển FOC Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh tốc độ động đồng ? Xác định khâu bù? 198 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] PGS.TS Bùi Quốc Khánh (2008), Điều chỉnh tự động truyền động điện, NXB Bách Khoa GS.TS Nguyễn Phùng Quang (2016), Điều khiển tự động truyền động điện xoay chiều ba pha, NXB Bách Khoa Hà Nội [3] PGS.TS Bùi Quốc Khánh (2006) Cơ sở Truyền động điện, NXB Khoa học Kỹ thuật 199