Nối tiếp phần 1, phần 2 của tài liệu Điều khiển truyền động điện thông minh tiếp tục trình bày các nội dung chính sau: Sơ đồ thay thế và các phương pháp thu thập tham số hệ thống; Thích nghi trục tuyến hằng số thời gian rotor của động cơ dị bộ; Điều khiển tối ưu trạng thái của hệ thống truyền động điện dị bộ. Mời các bạn cùng tham khảo để nắm nội dung chi tiết.
6 Sơ đồ thay phương pháp thu thập tham sô hệ thông Sơ đồ thay (SĐTT) công cụ hay sử dụng để mô tả trình điện từ máy điện xoay chiều ba pha làm xuất phát điếm để thiết kế khâu ĐC Trước hết, sở SĐTT phương thức mô tả đại lượng xoay chiều ba pha dạng vector hệ tọa độ cô định stator Nhờ đó, ta có thê tính tốn giống cách tính tốn đại lượng phức kỹ thuật điện xoay chiều thông thường Trong nỗ lực mô hình hóa quan hệ vật lý máy điện, minh họa quan hệ dạng phương trình, mặt ta coi tất thành phần điện cảm - điện trở phần tử tham sô tập trung Mặt khác, ta giả thiết: Các cuộn dãy ba pha bố tri đối xứng lý tưởng Đế bảo đảm chắn khâu ĐC thiết kế sở SĐTT có đặc tính trơng đợi, ta cần có thơng tin đủ xác tham số SĐTT Ngồi ra, đơì với hệ thơng TĐĐXCBP đại người sử dụng cịn trơng đợi chúng tham số chất lứợng cao bền vững, đồng thời lại không muôn công hiệu chỉnh (khả tự đưa vào vận hành) Vì biến tần - đặc biệt dải công suất vừa nhỏ thường chào bán dạng thiết bị độc lập không kèm theo động cơ, việc đo đạc động theo phương pháp kinh điển (đo ngắn mạch, đo hở mạch) đế thu thập tham sô' điều không thuận tiện, chí khơng thể Vì vậy, phần chương đề cập đến khả tự động thu thập tham sô~ điện động cơ, vô'n bạn đọc biết đến thuật ngữ nhận dạng không trực tuyến' (nhận dạng Off-line) Mọi phương pháp nhận dạng Off-line xác cần tham sơ' xuất phát ban đầu, tính từ nhã n máy, tức từ thông số danh định động Chương đề cập đến thuật toán Off-line, cho phép nhận dạng xác tham sơ' điện động Thơng thường, thuật tốn nhận dạng Off-line kích hoạt đóng mạch nguồn thiết bị lần đầu điều kiện động'Cơ đứng im để tránh ảnh hưởng bất lợi tới dây chuyền công nghệ Các tham số thu sau nhận dạng sử dụng để tham sơ' hóa lại hệ thơng, thê chỗ tham sô thu từ nhã n máy Phép nhận dạng Off-line điều kiện cần thiết để tạo cho thiết bị khả tự đưa vào vận hành1 mà người sử dụng trông dợi Off-line Identification ■ Self-Tuning Self-Commissioning 158 6.1 Sơ đồ thay phương pháp thu thập tham số hệ thống Sơ đổ thay thê với tham số 6.1.1 Sơ đồ thay máy điện dị rotor lổng sóc (MĐDB) 6.1.1.1 Sơ đồ thay dạng chữ T Phương trình điện áp từ thơng móc vịng MĐDB hệ tọa độ stator cố định dạng tổng quát (chương 3) =/ỉsi5 + iị>s (6.1) urr = Rrrir +iị»r-jơnpr (6-2) n>s= Lsỉs + Lmir (6.3) ưrỉr + LrmVs (6.4) mô tả biến có nguồn điện phụ phía thứ cấp (phía rotor) hình 6.1 Chỉ sơ' “r“ viết cao (bên phải) nói rõ rằng: Đó tham sơ', đại lượng (chưa quy đổi) phía rotor, tức ứng với trường hợp ta đo trực tiếp chúng từ hai cực nối cuộn dây rotor Các tham sơ', đại lượng khơng có sơ' “r“ thuộc phía cuộn dây stator j(^r Hình 6.1 Sơ đồ thay dạng biến thể máy điện dị rotor lồng sóc Ký hiệu thực biến thê' SĐTT thể qua phần tử biến áp lý tưởng với tỷ sô' truyền ủ, tỷ lệ sơ' vịng kèm thêm hệ sơ' phụ hai cuộn dây sơ/thứ cấp Có tính tỷ sô' truyền ủ từ hai giá trị điện áp biến thê' hỏ mạch sau (6.5) UsN Về nguyên tắc, đưa điện áp ni tới MĐDB từ hai phía stator rotor Vì vậy, hợp lý ta quy đổi tất tham sơ' phía stator rotor Tiếp theo, ta sử dụng quán phương thức quan sát, tính tốn tham sơ', đại lượng quy ủ= 159 6.1 Sơ đồ thay với tham số đổi phía stator Việc tính quy đổi đại lượng rotor phía stator thực sở tỷ số truyền (6.5) theo công thức sau: u( ur = —ủ ir = ủirr (6.6) % ủ R'=^ (6.7) = L™ — -77ủ Dòng điện quạ hỗ cảm (cuộn cảm chính) Lm (dịng từ hóa i;,) viết sau: - is + *r (6.8) Việc quy đổi phía stator có ý nghĩa xử lý quan hệ phía rotor bị ngắn mạch (ur=0) túy thủ tục toán học, khơng hạn chế tính tổng quát cách đặt vấn đề Nếu hai phương trình (6.1) (6.2) ta thay vector từ thơng (6.3) (6.4), ta đưa hai phương trình điện áp stator rotor dạng sau: ỉ, u = d" L dí +L (6.9) dí = l?rir + Lr„ + Lm (6.10) di dí Hai phương trình mói xuất (6.9) (6.10) minh họa sơ đồ thay thê hình chữ T hình 6.2a Sau chuyển sang miền ảnh Laplace ta dễ dàng thu hai phương trình điện áp chế độ xác lập (s ja>s) us = T?sis + jcus(Ls„is+ (6.11) = -y-i, + j^s (Ln,ìr + £„,!„) (6.12) vói hệ số’ trượt s = (u>s - w)/u»s Sơ đồ thay dạng chữ T chế độ xác lập theo (6.11) (6.12) minh họa hình 6.2b Chú ý phân biệt với toán tử Laplace s 160 Sơ đồ thay phương pháp thu thập tham số hệ thống ,/««Pr a b Hình 6.2 Sơ đổ thay thê dạng chữT máy diện dị rotor lổng sóc: ta) chê độ động, (b) chế độ xác lập Với Rs, L„„ Ls„, Lra Rr, SĐTT chữ T có chứa tới tham số Mặt khác, điện kháng phức stator (thu nhờ đo đại lượng stator) có chứa lũy thừa bậc tới bậc tần số mạch stator tham số’ định (xem mục 6.4.3) Các kết đo dẫn tới hệ phương trình với ẩn số, hệ có (nếu tồn tại) vơ số nghiệm Vì lý trên, sơ đồ chữ T khơng thể nhận dạng hoàn toàn phép đo đại lượng stator Đế nhận dạng được, ta thường phải giả thiết Lr„ - Ls„= L„ Tuy nhiên, nhằm giải nhiều toán kỹ thuật, việc tìm SĐTT giảm lượng tham sơ' có lợi Hai giải pháp sau đạt mục đích giảm lượng tham sơ cách chun điện cảm tản phía: mạch stator mạch rotor, định nghĩa tham sô' mới: tống điện cảm tản Điều sê dẫn tới hệ quả: Phải định nghĩa lại dịng từ hóa hỗ cảm (điện cảm chính) có chất vật lý khác với chất nguyên thủy Tuy nhiên, chừng cịn có thê’ giả thiết tham sơ' tuyến tính, thay đổi chất mang ý nghĩa thứ yếu 6.1.1.2 Sơ đổ thay thê dạng chữ r dảo Có thê thu SĐTT với tổng điện cảm tản phía mạch stator cách định nghĩa dòng nhánh ngang i„, sau: =-~ = \ +r V (6.13) Sau vài biến đổi nhằm triệt tiêu iz, (6.9) (6.10), đồng thời sử dụng hệ sô' tản "= ta thu hai phương trình điện áp mới: us = 7?js + aLx 4^- + (1 -ơ)Lx(6.15) dí dí = ^* Kil + tl-^L^-^l-^i,,, (6.16) 6.1 Sd đồ thay với tham sơ' 161 Hai phương trình (6.15), (6.16) biểu diễn SĐTT thường gọi tên “có dạng chữ r đảo“ (hình 6.3) Dịng nhánh ngang định nghĩa i„, theo (6.13) đồng với từ thơng móc vịng phía rotor Chính vậy, SĐTT đặc biệt thích hợp xử lý hệ thống ĐC sở nguyên lý T'R Tại ta có thê thu SĐTT cho chế độ xác lập (hình 6.3b) có dạng tương tự sơ đồ hình 6.2b Hình 6.3 Sơ đổ thay thê dạng chữ rđáo máy điện dị rotor lồng sóc: (a) chê độ động, (b) chê độ xác lập 6.1.1.3 Sơ đổ thay thê dạng chữr Tương tự SĐTT dạng chữ r đảo, để chuyển tổng điện cảm tản phía mạch rotor ta định nghĩa dòng nhánh ngang mới: s=-^ ti) = i.,+^h L i,„ (6.17) Sau triệt tiêu i,, ta thu hệ phương trình SĐTT dạng chữ r, cho hai trường hợp: chế độ động chế độ xác lập hình 6.4: u = Ri + Ls O= L„, Ị L, (6.18) dt + - Ls d t + dt Lm (619) Hệ sô' tản ơđược định nghĩa theo (6.14) Tương tự SĐTT dạng chữ 1' đảo: đại lượng phía rotor sơ đồ đại lượng quy đôi vê' phía mạch stator Như ta dễ dàng nhận thấy: Trong sơ đồ mói, điện cảm stator trở thành điện cảm nhánh ngang (điện cảm từ hóa) từ thơng móc vịng phía stator lúc giữ vai trị từ thơng móc vịng Sơ đồ thay chữ r đặc biệt thích hợp cần xử lý hệ ĐC hoạt động theo nguyên lý tựa theo từ thông stator' Stator Flux Orientation: SFO 162 Sơ đồ thay phương pháp thu thập tham sơ’ hệ thơng L a b Hình 6.4 Sơ đồ thay thê dạng chữ rcủa máy điện dị rotor lồng sóc: (a) chê' độ động, (b) chê độ xác lập 6.1.2 Sơ đồ thay thè máy điện (MĐĐB) Do từ thông cực tồn sở kích thích vĩnh cửu, quan hệ trường hợp đơn giản Để tìm SĐTT chung cho hai trục dọc ngang (trục d vầq), thường ta giả thiết giá trị điện cảm hai trục Phương trình điện áp stator có dạng: + J^p us = -R.3.S + dí Từ ta thu SĐTT hình 6.5 I (6-20) Ls Hình 6.5 Sơ đồ thay máy điện đồng 6.2 Mơ hình hóa phần tử phi tuyến máy điện dị rotor lồng sóc Trong nhiều trường hợp, việc giả thiết tham sô’ máy điện không phụ thuộc trạng thái trở thành phép xấp xỉ thô thiển, gây nên - đặc biệt khảo sát trình độ - sai lệch đáng kê mơ hình thực tế Vì vậy, trọng tâm mục là: Phụ thuộc vào trạng thái vận hành, bơ xung vào mơ hình SĐTT phần tử phi tuyến trọng yếu Dựa bẳn chất vật lý 6.2 Mơ hình hóa phần tử phi tuyến máy điện dị rotor lồng sóc 163 máy điện, tượng bão hịa từ, dãn dòng tổn hao sắt từ khảo sát sở giả thiết mơ hình riêng biệt Tuy nhiên, để có thề khảo sát, ta tiếp tục phải giả thiết máy điện có cấu trúc hồn tồn đơ'i xứng cuộn dây pha phân bơ' dạng sin tồn cung trịn vỏ máy Ta biết, mặt tốn học, quan hệ phi tuyến đặc trưng chăt: không thê áp dụng nguyên lý xếp chổng chúng Vì lẽ đó, phát biếu cách chặt chẽ: Việc xử lý hay khảo sát riêng biệt phần tử phi tuyến không phép Tuy nhiên, đôi vối người kỹ sư hoạt động thực tế, vấn đề tìm — kê cho quan hệ phi tuyến — xuất phát điếm rõ ràng, bao quát có thê vận dụng Trong trường hợp ĐCXCBP, có điểm thuận lợi cho người kỹ sư, là: Các phần tử phi tuyến quan trọng mơ tả dạng tham sô' phụ thuộc trạng thái, tham sô' hàm phụ thuộc vào biến trạng thái khác Đây đặc điểm biện hộ có chừng mực cho phương thức xử lý riêng rẽ 6.2.1 Tổn hao sắt từ Tổn hao sắt từ tổn hao dịng quấn, tổn hao tư trễ Vì tần sô' mạch rotor nhỏ so với tần sô' mạch stator (kể tô'c độ quay thâ'p) ta bỏ qua tổn hao sắt từ phía rotor, so với tổn hao sắt từ phía stator Tổn hao từ trễ xuất trình sản sinh từ năng, đáp ứng địi hỏi từ hóa sắt từ động có biến thiên động học như: Khi từ hóa quay trịn (vector từ thơng quay) từ hóa xoay chiều (từ thơng biến thiên theo dạng hình sin) Vì vậy, tổn hao từ trễ tỷ lệ thuận với diện tích đường từ trễ có dạng vặn vỏ đỗ1 (~| Ip.t I2), đồng thời tỷ lệ thuận với số lần biến thiên từ hóa đơn vị thời gian (~(OS) [6.6], [6.8] Tổn hao dịng quẩn tỷ lệ thuận với bình phương điện áp cảm ứng săt từ (~(cus I ĩị>;/ I) ) vối điện trơ tôn sử dụng làm lõi sắt Tổn hao dòng quẩn tăng lên cách đáng kể ta sử dụng biến tần đề tạo điện áp nuôi động cơ, điện áp dịng có chứa nhiều thành phần hài bậc cao Việc khơng thể xếp chồng hiệu ứng có nguồn gơ'c dịng quẩn hay nguồn gơ'c từ trễ, hiệu ứng có nguồn gốc từ hóa xoay chiều hay từ hóa quay trịn gây khó khăn lổn cho việc mơ hình hóa Thêm vào đó, kết cấu khí, vị trí khe gối sắt từ lõi động có đặc điểm từ tính khác Tổn hao từ trễ cịn phụ thuộc Đường Hysteresis 164 Sd dồ thay thê phương pháp thu thập tham sô hệ thống vào số từ thẩm', tức phụ thuộc vào giá trị tức thời từ thông Tổn hao từ trễ biến mất, động rời khỏi phạm vi bã o hòa sắt từ (miền suy giảm từ thơng phía cao) Mơ hình tốn hao lý tương sau (theo tài liệu [6.7]) bao gồm thành phần tổn hao từ trễ tồn hao dịng quẩn thơng qua hai hệ sơ' kh> kU! Mơ hình có chứa tần sơ' mạch rotor Mr, cho phép bao trạng thái vận hành gây nên tổn hao sắt từ phía rotor đáng kể so với tần sơ phía stator