Động cơ không đồng bộ (KĐB) là đối tượng phi tuyến khá phức tạp với nhiều đầu vào, nhiều đầu ra. Trong các cách mô tả toán học động cơ KĐB, mô hình trạng thái có những ưu thế nổi bật như cung cấp cho ta hiểu biết chi tiết về bản chất bên trong của đối tượng cũng như là cơ sở thuận lợi để thiết kế các khâu điều chỉnh, quan sát. Việc ứng dụng bộ điều khiển tựa từ thông Rotor với mục đích là để hệ thống đạt được sự ổn định nhanh và sai lệch bám nhỏ với sự biến đổi tham số động cơ, tham số tải cũng như nhiễu bên ngoài tác động. Nước ta hiện nay đang trong quá trình công nghiệp hoá, hiện đại hoá. Vì thế, tự động hoá đóng vai trò quan trọng, tự động hoá giúp tăng năng suất, tăng độ chính xác và do đó tăng hiệu quả quá trình sản xuất. Việc điều khiển động cơ theo nguyên lý định hướng từ trường có nhiều phương pháp khác nhau như: Định hướng từ thông Roto, định hướng từ thông Stator, định hướng từ thông khe hở không khí… Trong đó việc điều khiển từ thông Roto (RFOC: Rotor Field Oriented Control) đơn giản và được sử dụng rộng rãi. Nguyên lý điều khiển định hướng theo vector từ thông dựa trên phương pháp phân tách phi tuyến được sử dụng trong điều khiển các hệ thống phi tuyến. Bản chất của phương pháp này là điều khiển các biến đã chọn sao cho chúng luôn bằng không. Như vậy mô hình toán học sẽ trở nên đơn giản hơn vì có thể loại bỏ một số nhánh trong mô hình tổng quát.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN THIẾT BỊ ĐIỆN - BÀI TIỂU LUẬN ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN VECTOR TỰA TỪ THÔNG ROTOR CHO ĐỘNG CƠ KHƠNG ĐỒNG BỘ Mơn học: (EE5127) - Điều khiển máy điện nâng cao GVHD: TS Nguyễn Ngọc Tú Thực hiện: Nhóm (Lớp 9, khóa 2021 – 2023) TT Họ tên Mã số HV Nguyễn Hữu Phước 2170671 La Phan Lạc 2170657 Thành phố Hồ Chí Minh, tháng năm 2022 Ghi TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HCM KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN THIẾT BỊ ĐIỆN BÁO CÁO KẾT QUẢ LÀM VIỆC NHÓM VÀ BẢNG ĐIỂM BÀI TIỂU LUẬN Học phần: Điều khiển máy điện nâng cao (EE5127) Lớp: - Nhóm: TT Mã số HV Họ 2170671 Nguyễn Hữu 2170657 La Phan Tên Nhiệm vụ phân công (gồm file Word, Powerpoint) I PHẦN MỞ ĐẦU II PHẦN NỘI DUNG Phước III KẾT LUẬN IV TÀI LIỆU THAM KHẢO I PHẦN MỞ ĐẦU II PHẦN NỘI DUNG Lạc III KẾT LUẬN IV TÀI LIỆU THAM KHẢO Nhóm đánh giá Điểm (GV chấm) Ký tên 100% 100% Họ tên nhóm trưởng: Nguyễn Hữu Phước, ĐT: 0962 064 360, Email: nhphuoc.sdh212@hcmut.edu.vn Nhận xét GV: NHÓM TRƯỞNG GIẢNG VIÊN Nguyễn Hữu Phước TS Nguyễn Ngọc Tú MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU PHẦN NỘI DUNG CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN MÁY ĐIỆN 1.1 Hệ thống điều khiển động điện 1.2 Giới thiệu điều khiển máy điện 1.3 Ứng dụng điều khiển máy điện 1.4 Các phương pháp điều khiển động CHƯƠNG 2: MƠ HÌNH ĐỘNG CƠ KHƠNG ĐỒNG BỘ BA PHA 2.1 Biểu diễn vector không gian cho đại lượng ba pha 2.2 Hệ trục tọa độ cố định Stator (d - q) 2.3 Điều khiển vector tựa từ thông Rotor CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA 13 3.1 Thiết kế mô 13 3.2 Kết mô 13 ✓ Động khởi động không tải 13 ✓ Động khởi động khơng tải, sau đóng tải 14 3.3 Nhận xét 15 KẾT LUẬN 16 TÀI LIỆU THAM KHẢO 17 PHẦN MỞ ĐẦU Bài báo khoa học trình bày đề tài “Ứng dụng điều khiển vector tựa từ thông rotor cho động không đồng bộ”, gồm vấn đề sau: 1) Tính cấp thiết đề tài ý nghĩa việc nghiên cứu đề tài thực tiễn: Động không đồng (KĐB) đối tượng phi tuyến phức tạp với nhiều đầu vào, nhiều đầu Trong cách mơ tả tốn học động KĐB, mơ hình trạng thái có ưu bật cung cấp cho ta hiểu biết chi tiết chất bên đối tượng sở thuận lợi để thiết kế khâu điều chỉnh, quan sát Việc ứng dụng điều khiển tựa từ thông Rotor với mục đích để hệ thống đạt ổn định nhanh sai lệch bám nhỏ với biến đổi tham số động cơ, tham số tải nhiễu bên tác động Nước ta q trình cơng nghiệp hố, đại hố Vì thế, tự động hố đóng vai trị quan trọng, tự động hoá giúp tăng suất, tăng độ xác tăng hiệu q trình sản xuất Việc điều khiển động theo nguyên lý định hướng từ trường có nhiều phương pháp khác như: Định hướng từ thông Roto, định hướng từ thông Stator, định hướng từ thơng khe hở khơng khí… Trong việc điều khiển từ thơng Roto (RFOC: Rotor Field Oriented Control) đơn giản sử dụng rộng rãi Nguyên lý điều khiển định hướng theo vector từ thông dựa phương pháp phân tách phi tuyến sử dụng điều khiển hệ thống phi tuyến Bản chất phương pháp điều khiển biến chọn cho chúng không Như mơ hình tốn học trở nên đơn giản loại bỏ số nhánh mơ hình tổng qt 2) Mục đích phương pháp nghiên cứu: Đọc hiểu báo khoa học viết báo cáo trình bày 3) Kết cấu đề tài: Ngồi phần mở đầu, kết luận tài liệu tham khảo, nội dung đề tài gồm 03 Chương 4) Bài báo đăng Tạp chí Khoa học Cơng nghệ - Đại học Thái Nguyên nhóm tác giả: Lê Thị Thu Phương, Lê Thị Thu Huyền, Phạm Thị Hồng Anh, Trường Đại học Công nghệ thông tin & Truyền thông – Đại học Thái Nguyên (Ngày nhận bài: 01/9/2017; Ngày phản biện: 21/9/2017; Ngày duyệt đăng: 16/10/2017): có gửi đính kèm file → Về phần giới thiệu: Nhóm tác giả nghiên cứu điều khiển động KĐB theo nguyên lý định hướng từ trường phương pháp điều khiển từ thông Roto (RFOC: Rotor Field Oriented Control) với mong muốn giải vấn đề đạt kết : điều khiển tốc độ động không đồng chạy êm hơn, điều khiển mượt hoạt động đạt ổn định nhanh sai lệch bám nhỏ với biến đổi tham số động cơ, tham số tải nhiễu bên tác động… PHẦN NỘI DUNG CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN MÁY ĐIỆN 1.1 Hệ thống điều khiển động điện Bao gồm thành phần chính: - Động điện - Bộ biến đổi công suất - Bộ điều khiển Hình 1.1 Hệ thống điều khiển động điện Vai trò hệ thống truyền động động điện chuyển đổi hiệu công suất từ điện → Hình 1.2 Ví dụ hệ thống điều khiển động điện 1.2 Giới thiệu điều khiển máy điện Điều khiển vector: - Điều khiển V/f thích hợp cho ứng dụng mà khơng địi hỏi đáp ứng nhanh moment, từ trường hay tốc độ Một số ứng dụng địi hỏi phải có đáp ứng q độ nhanh, hệ thống điều khiển V/f khơng thích hợp - Trước hạn chế kỹ thuật thiết bị, hệ thống dùng động DC sử dụng Với phát triển thiết bị lý thuyết điều khiển vector nay, động KĐB sử dụng để thay động DC cho ứng dụng đòi hỏi đáp ứng nhanh - Mơ hình động KĐB trạng thái xác lập bỏ qua độ thay đổi tải thay đổi tần số stator Những đại lượng tăng nhanh ứng dụng truyền động có tốc độ thay đổi Với ứng dụng có moment thay đổi nhanh, điều khiển V/f hay nối nguồn trực tiếp khơng cho chất lượng tốt Khi cần thiết phải biết tốc độ hay từ thông điều khiển có chất lượng cao → điều khiển vector Điều khiển định hướng trường (FOC: Field Oriented Control): - Điều khiển định hướng trường (FOC) hay điều khiển vector phương pháp điều khiển dùng cho động KĐB pha, moment tạo thành phần từ hóa từ thơng stator điều khiển độc lập - Mô theo hoạt động động DC - FOC cần thông tin về: dịng điện, điện áp, từ thơng tốc độ động 1.3 Ứng dụng điều khiển máy điện Thích hợp cho tất ứng dụng trước sử dụng động DC, hệ thống servo điều khiển tốc độ hay vị trí, máy cơng cụ trục nâng, cần trục… Nguyên lý điều khiển vector: Các đại lượng vô hướng (u, i, từ thông) chuyển thành dạng vector không gian tương ứng Bằng cách điều khiển riêng biệt thành phần dòng điện d-q gián tiếp điều khiển từ thông moment Trong điều khiển, hai phép biến đổi ngược thực hiện: i) Từ hệ qui chiếu d-q α-β ii) Từ d*-q* a*, b*, c* Space vector (vector không gian): chiều dài đặc trưng cho biên độ, hướng vị trí khơng gian hay từ trường gây điện áp (dòng điện) cuộn dây Phasor (vector pha) dùng để đặc trưng cho sai lệch góc pha tín hiệu dạng sin Điều khiển vector hay định hướng trường: Hình 1.3 Điều khiển vector hay định hướng trường Động KĐB điều khiển cách đưa trạng thái động DC kích từ độc lập Với điều khiển vector: – ids (induction motor) # If (dc motor) – iqs (induction motor) # Ia (dc motor) – Momen cho công thức sau: – Trong Ψr = |Ψr|, giá trị đỉnh biến vector không gian từ thông Vector rotor từ thông rotor ψr: - Tương đương với ψf động DC - Quay với tốc độ ωsl so với Rotor - Quay với tốc độ ωr + ωsl = ωe so với Stator Cả is ψr quay với tốc độ ωe Khi xác lập, vector lệch góc θ số 1.4 Các phương pháp điều khiển động Hình 1.4 Các phương pháp điều khiển động → Phần giới thiệu: Báo cáo tham khảo, khai thác nội dung kiến thức lý thuyết từ Bài giảng môn học điều khiển máy điện nâng cao, TS Nguyễn Ngọc Tú, Trường Đại học Bách Khoa – Đại học Quốc Gia thành phố Hồ Chí Minh CHƯƠNG 2: MƠ HÌNH ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA 2.1 Biểu diễn vector không gian cho đại lượng ba pha Trong mặt phẳng cắt ngang trục động cơ, động không đồng có cuộn dây lệch góc 120 Nếu mặt cắt ta thiết lập hệ tọa độ phức với trục ảo qua trục cuộn dây pha A động cơ, ta định nghĩa vectơ không gian cho điện áp Stator (1) Theo cơng thức (1), vector us(t) vector có modul khơng đổi quay mặt phẳng phức với tốc độ góc ωs = 2πfs tạo với trục thực góc pha γ = ωst Hình 2.1 Xây dựng vector khơng gian A, B, C Hình 2.2 Hệ tọa độ stator (α - β) Vector không gian điện áp Stator có modul |us| quay mặt phẳng phức với tốc độ góc ωs tạo với trục cuộn dây A góc ωst đặt tên trục cuộn dây A trục thực α trục vơng góc với trục ảo β Khi ta có hệ tọa độ hệ tọa độ cố định Stator (α - β) vector khơng gian mô tả thông qua thành phần trục thực trục ảo 2.2 Hệ trục tọa độ cố định Stator (d - q) Vector không gian điện áp Stator có modul |us| quay mặt phẳng phức với tốc độ góc ωs tạo với trục cuộn dây A góc ωst đặt tên trục cuộn dây A trục thực α trục vng góc với trục ảo β Trong mặt phẳng hệ tọa độ (α - β) ta xét thêm hệ tọa độ thứ hai có trục hồnh d trục tung q, hệ tọa độ quay với tốc độ đồng có chung điểm gốc nằm lệch góc øs so với hệ tọa độ Stator Khi tồn hai tọa độ vector khơng gian biểu diễn hai tọa độ Hình 2.3 Mối liên hệ hệ tọa độ (α-β) hệ tọa độ (d-q) Đặt vector hệ tọa độ trực giao (d, q) quay với tốc độ đồng ωs = 2πf / pp (2) Phương trình điện áp từ thơng động khơng đồng hệ dq: (3) Trong đó: ωsl = ωs - ppω tốc độ trượt động cơ; isd, isq dòng điện Stator hệ tọa độ cố định Stator; ird, irq dòng điện Rotor hệ tọa độ cố định Startor Phương trình từ thơng: 2.3 Điều khiển vector tựa từ thông Rotor Vector Moment: - Thành phần isd thành phần tạo từ thơng - Thành phần isq gọi dịng moment động KĐB - Khi ψr nằm trục d, người ta nói hệ thống định hướng trường → Ψr = Ψrd Hình 2.4 Hệ tọa độ quay dq Nếu từ thơng ψr trùng với trục d: • Từ thơng Rotor ψr = ψrd • Thành phần ψrq = • Thành phần dịng Stator isd phương với từ thông thành phần tạo từ thông Rotor • Thành phần dịng Stator isq vng góc với từ thông thành phần tạo moment Trong không gian d, q tựa từ thông Rotor, đại lượng điện từ biến thiên chậm coi đại lượng chiều Ψrd = ψr = - Lrird + Lrσirq (4) Ψrq = = - Lrirq + Lrσisq Từ tính được: isq = Lrσirq / LM (5) Từ ta thấy dịng điện Rotor trục oq ngược chiều với dòng điện từ hóa Lrσ