nghiên cứu, thiết kế kỹ thuật và công nghệ chế tạo các hệ thống điều khiển truyền động điện cho máy móc và các thiết bị tàu thủy 2

BỘ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ CƠNG TY CƠ KHÍ - ĐIỆN - ĐIỆN TỬ TÀU THUỶ o0o - BÁO CÁO TỔNG KẾT CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU “CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIỆN BẰNG ỨNG DỤNG ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT” Thuộc đề tài cấp nhà nước “NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN CHO MÁY MÓC VÀ CÁC THIẾT BỊ TÀU THUỶ” (Ứng dụng điện tử công suất lớn) Mã số: KC.06.23.CN Chủ nhiệm Đề tài: Th.s Nguyễn Văn Thắng Thực chuyên đề: KS PHẠM THU PHƯƠNG 6981-3 08/9/2008 Hà nội, tháng 05/2008 Môc lôc Lêi Më ®Çu I Động công suất lớn phơng pháp điều khiển: 1.1 Động chiều 1.1.1 Mô hình toán học 1.1.1.1 §éng điện chiều chế độ xác lập 1.1.1.2 Động điện chiều chế độ độ: 1.1.2 Các phơng pháp điều khiển động chiều 1.1.2.1 Sư dơng bé ®iỊu chØnh tèc ®é tû lÖ: 1.1.2.2 Sử dụng điều chỉnh tốc độ tích phân tû lÖ PI: 1.1.2.3 Hệ thống điều chỉnh tốc độ mạch vòng dòng điện: 1.1.2.4 Hệ thống điều chỉnh tốc độ điều chỉnh thông số: 10 1.1.3 øng dơng trun ®éng kÐo 12 1.2 Động đồng 13 1.2.1 Mô hình toán học động đồng 13 1.2.2 Động ®ång bé chÕ ®é x¸c lËp 15 1.2.3 Phân loại hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động đồng 17 1.2.4 Hệ truyền động động đồng với biến đổi tần số nguồn dòng chuyển mạch tự nhiên 17 1.2.4.1 Quá trình chun m¹ch 18 1.2.4.2 Mômen động 20 1.2.4.3 Giíi hạn chuyển mạch tự nhiên vấn đề khởi ®éng 21 a) Khëi ®éng dïng chuyÓn m¹ch c−ìng bøc 21 b) Khởi động dùng phơng pháp dòng gián đoạn 21 c) Khëi ®éng b»ng phơng pháp khởi động không đồng 21 1.2.5 Cấu trúc mạch điều chỉnh tốc độ truyền động động đồng dùng biến tần nguån dßng 22 1.3 Động không ®ång bé r« to ruét quÊn 23 1.3.1 Mô tả toán học động không đồng rô to ruột quấn 23 1.3.2 Vec tơ không gian hệ toạ độ biểu diễn ĐCKĐB rô to ruột quấn 26 1.3.3 Mô hình trạng thái ĐCKĐB rô to ruột quấn hệ toạ độ 27 1.3.4 Điều khiển động KĐB rô to d©y quÊn 30 1.3.4.1 Phơng pháp điều chỉnh điện áp stator động điều áp xoay chiều 30 1.3.4.2 Điều chỉnh điện trở mạch rotor 32 1.3.4.3 Điều chỉnh công st tr−ỵt 34 1.3.4.4 Điều chỉnh tần số nguồn cung cấp cho động 37 1.4 Động không đồng rô to lồng sóc 37 1.4.1 Vector không gian hệ toạ độ từ thông 37 1.4.2 Mô hình toán học động KĐB rotor lồng sóc 39 1.4.3 Các phơng pháp điều khiển động KĐB rô to lồng sóc 42 II Phơng pháp điều khiển động KĐB rôto lồng sóc thiết bị điện tư c«ng st lín 42 2.1 Nhắc lại mô hình toán häc 42 2.1.1 Xây dựng vector không gian 45 2.1.2 Chuyển vị tuyến tính hệ toạ độ 46 2.1.3 Mô hình động hệ toạ độ cố định gắn với stator ( ) 48 2.1.4.Mô hình động hệ toạ độ gắn với từ thông rotor 51 2.1.5 Mô hình động hệ toạ độ gắn với trục rôtor xy 54 2.2 Các phơng pháp điều khiển 56 2.2.1 Phơng pháp điều khiển vô hớng (điều chỉnh tần số - điện áp) 56 2.2.1.1 Luật điều chỉnh tần số điện áp theo khả tải không đổi 56 2.2.1.2 Luật điều chỉnh từ thông không đổi 58 2.2.1.3 Luật điều chỉnh tần số trợt không đổi 59 2.2 Phơng pháp điều khiển vector (điều khiển tựa theo từ trờng) 59 2.2.3 Phơng pháp điều khiển trùc tiÕp m«men (DTC) 64 2.2.3.1 Nguyên lý điều khiển trực tiếp mômen 64 2.2.3.2 §iỊu khiĨn trực tiếp mômen theo bảng chọn 66 a Sơ đồ nguyên lý : 66 b Ước lợng từ thông stator mômen sử dụng tốc độ dòng điện : 67 c Ước lợng từ thông stator mômen sử dụng điện áp dòng điện : 68 d Xây dựng b¶ng chän : 68 2.3 M« pháng b»ng Matlab Simulink phơng pháp điều khiển trực tiếp mômen động không đồng 70 2.3.1 M« hình mô phỏng: 70 2.3.1.1 Mô hình tổng thể: 70 2.3.1.2 Mô hình bảng chọn : 70 2.3.1.3 Mô hình khối tính dòng điện: 72 2.3.1.4 Mô hình khối tính điện áp: 73 2.3.1.5 Mô hình khối ớc lợng từ thông stator: 73 2.3.1.6 Mô hình khối ớc lợng mômen: 74 2.3.2 Kết mô phỏng: 74 2.3.3 NhËn xÐt, ®¸nh gi¸ 77 Lời Mở đầu Trong công nghiệp nói chung tàu thuỷ nói riêng, hầu nh máy móc thiết bị đợc dẫn động động điện Với phát triển không ngừng tự động hoá, việc truyền động động ®iƯn lµ chđ u ë mäi lÜnh vùc cđa ngành công nghiệp Do yêu cầu hệ thống truyền động điện, việc điều khiển động cơ, điều khiển truyền động đợc thực với nhiều phơng pháp khác Tuy nhiên, việc điều khiển động công suất lớn vấn đề quan tâm hàng đầu Trên tàu thuỷ với nguồn điện trạm phát điện có công suất hữu hạn phù hợp với không gian, tích chất hoạt động tàu, việc khởi động, điều khiển thiết bị công suất lớn, động công suất lớn đòi hỏi cấp thiết chức điều khiển, không gian, trọng lợng, độ bền độ tin cậy thiết bị điều khiển Ngày nay, việc ngày nghiên cứu cải tiến phơng pháp điều khiển tối u cho thiết bị, động cơ, máy móc tàu thuỷ ứng dụng phần tử điện tử công suất lớn nhằm giải yêu cầu I Động công suất lớn phơng pháp điều khiển: 1.1 Động chiều 1.1.1 Mô hình toán học Hiện nay, động chiều (Đ) đợc sử dụng phổ biến hệ thống truyền động điện chất lợng cao, có dải công suất rộng Hình 1.1 sơ đồ kết cấu chung Đ, phần ứng đợc biểu diễn vòng tròn bên có sức điện động E, phần stato có dây quấn kích từ: dây quấn kích từ độc lập, dây quấn kích từ nối tiếp, dây quấn cực từ phụ dây quấn bù Hệ thống phơng trình mô tả Đ thờng phi tuyến, đại lợng đầu vào (tín hiệu điều khiển) thờng điện áp phần ứng U, điện áp kích thích Uk, tín hiệu thờng tốc độ góc động w, mô men quay M, dòng điện phần ứng I, số trờng hợp vị trí rô to Mô men tải Mc mô men cấu làm việc truyền trục động cơ, mô men tải nhiễu loạn quan trọng hệ truyền động điện tự động 1.1.1.1 Động điện chiều chế độ xác lập Khi đặt lên dây quấn kích từ điện áp uk dây quấn kích từ có dòng điện ik mạch từ máy có từ thông Đặt giá trị U lên mạch phần ứng dây quấn phần ứng có dòng điện I chạy qua Tơng tác dòng điện phần ứng từ thông kích từ tạo thành mô men điện từ, giá trị mô men điện từ đợc tính theo công thức: M = đó: p'N I = kI 2a (1.1); p số đôi cực động N số mạch nhánh song song dây quấn phÇn øng K = pN/2πa – hƯ sè kÕt cÊu máy Mô men điện từ kéo cho phần ứng quay quanh trục, dây quấn phần ứng quét qua từ thông dây quấn cảm ứng søc ®iƯn ®éng: E= p'N Φω = kΦω 2πa (1.2); đó: - tốc độ góc rô to Trong chế độ xác lập, tính đợc tốc độ góc qua phơng trình cân điện áp phần øng: ω= U − Ru I kΦ (1.3); đó: R - điện trở mạch phần ứng động 1.1.1.2 Động điện chiều chế độ độ: Giữ nguyên thông số động cơ, mạch kích từ có biến dòng điện kích từ ik từ thông máy phụ thuộc phi tuyến đờng cong từ hoá lõi sắt: Uk(p) = RkIk (p) + Nk P.Φ(p) ®ã: Nk số vòng dây cuộn kích từ Rk - điện trở cuộn dây kích từ Mạch phần ứng : U(p) = R−I(p) + L−I(p) ± NN p I(p) + E(p) (1.4); (1.5) Hoặc dạng dòng điện: I ( p) = / Ru [U ( p ) ± N N pΦ ( p ) − E ( p )] (1.6); + pTu L - điện cảm mạch phần ứng NN số vòng dây cuộn kích từ nối tiếp T L/R thời gian mạch phần ứng Phơng trình chuyển động hệ thống: (1.7); M(p) Mc (p) =Jpw J mô men quán tính phần chuyển động quy đổi trục động Thông qua phơng trình, thành lập sơ ®å cÊu tróc cđa ®éng c¬ chiỊu ®ã: X - U / Ru + pτ u M Jp X MC NN NK UK K pN K PK NK Hình 1.1- Sơ đồ cấu trúc động chiều Đối với động chiều kích từ độc lập (NN = 0) viết phơng trình: Mạch phần ứng: U = ∆U ( p ) = Ru [ I + ∆I ( p )] + pLu [ I + ∆I ( p )] + K [Φ + ∆Φ ( p )].[ω B + ∆ω ( p )] (1.8) M¹ch kÝch tõ: U k + ∆U k ( p ) = Rk [ I k + ∆I k ( p )] + pLk [ I k + ∆I k ( p )] (1.9) Ph−¬ng trình chuyển động học: K [ o + ( p)][ I + ∆I ( p)] − [ M B + ∆M c ( p)] = J p [ω B + ∆ω ( B)] (1.10) Tr−êng hỵp tõ thông kích từ không đổi Khi dòng điện kích từ động không đổi động đợc kích thích nam châm vĩnh cứu từ thông kích tõ lµ h»ng sè KΦ = const = C u (1.11) U ( p) = Ru I ( p)(1 + pTu ) + C u ω ( p) (1.12) Cu I ( p) − M c ( p) = Jpω ( p) (1.13) Điều chỉnh hai thông số: từ thông suất điện động cấp cho mạch kích từ động Dới ta lần lợt xét phơng pháp điều khiển 1.1.2.1 Sử dụng điều chỉnh tốc độ tỷ lệ: Bỏ qua ảnh hởng suất ®iƯn ®éng cđa ®éng c¬ I ( p) 1 = U id ( p ) K i + 2Ts p (1 + Ts p ) (1.17) Thay biểu thức tính gần hàm truyền mạch vòng dòng điện I ( p) 1 = U id ( p) K i + 2Ts p (1.18) Nếu mạch vòng dòng điện đợc tổng hợp theo tiêu chuẩn tối u đối xứng: MC E HCD UW® / Kφ -IC 1/ K i + 2Ts p Rω UW Ru KφTc p Kω + pT SW Hình 1.4 Sơ đồ khối hƯ thèng ®iỊu chØnh tèc ®é I ( p) 1 = U id ( p) K i + 4Ts p (1.19) Với Sw sen sơ tốc độ có hàm truyền khâu quán tính với hệ sè trun Kw vµ h»ng sè thêi gian (läc) Tw Thờng Tw có giá trị nhỏ, đặt 2Ts = 2Ts + Tw, đối tợng điều chỉnh có hàm truyÒn: S 02 ( p) = Ru K ω K i KΦTc P(2T ' s p + 1) (1.20) Theo tiêu chuẩn tối u module, xác định đợc hàm truyền điều chỉnh tốc độ khâu tỉ lệ: R = K i KTc = K P' Ru Kω 2T ' s a (1.21) 1.1.2.2 Sư dơng bé ®iỊu chØnh tèc độ tích phân tỷ lệ PI: Trong nhiều thiết bị công nghệ thờng có yêu cầu hệ thống điều hỉnh vô sai cấp cao, thể sử dụng phơng pháp tối u đối xứng để tổng hợp điều chỉnh Với mạch vòng điều chỉnh tốc độ hàm truyền điều chỉnh có dạng: R ( p ) = + T0 p KT0 p (1.22) Và hàm truyền mạch hở là: + T0 p Ru Kω F0 ( p ) = KT0 p K i KΦ.Tc p (2T ' s p + 1) (1.23) Thông qua hàm truyền mạch hở tìm đợc hàm truyền mạch kín F(p), đồng F(p) với hàm chuẩn tối u đối xứng ta tìm đợc tham số điều chỉnh Nếu chọn T’s = Ts th×: T0 = 8Ts K = Ru Kω 8(2T ' s ) Ru Kω = 4T ' s ' K i KΦ.Tc 8T ' s K i KΦ.Tc Rω ( p ) = K i KΦ.Tc 1 (1 + ) Ru Kω 4T ' s 8T ' s p (1.24) (1.25) Tæng hợp hệ thống theo phơng pháp tối u đối xứng thờng phải dùng thêm khâu tạo tín hiệu đặt để tránh điều chỉnh Khâu tạo tín hiệu đặt thờng có hàm truyền khâu lọc thông thấp bậc nhÊt, cã h»ng thêi gian läc thuú thuéc vµo gia tốc cho phép hệ thống Hàm truyền mạch kín cđa hƯ thèng: Fω ( p ) = U ω ( p) + 8T ' s p = U ωd ( p ) 8T ' s p[4T ' s p (1 + 2T ' s p ) + 1] + (1.26) Căn vào biểu thức tính đợc hàm truyền tín hiệu nhiễu loạn dòng điện tải: Fi ( p) = + 8T ' s p ∆I ( p) = ∆I c ( p) 8T ' s p[4T ' s p(1 + 2T ' s p) + 1] + (1.27) tính đợc sai số tơng ứng nhiễu tải có dạng sè: ∆ω ( p ) = [ I ( p ) − I c ( p )] 4T ' s Ru I c 8T ' s P(1 + 2T ' s p ) Ru = − (1.28) KΦ.Tc p KΦ.Tc 8T ' s p[4T ' s p (1 + 2T ' s p ) + 1] + 1.1.2.3 Hệ thống điều chỉnh tốc độ mạch vòng dòng điện: Khi biến đổi động có khả dòng lớn lại yêu cầu cao điều chỉnh gia tốc, sử dụng truyền động công suất nhỏ dùng băm xung áp có tần số làm việc lớn đến mức không xuất vùng dòng điện gián đoạn không cần xây dựng mạch vòng điều chỉnh dòng điện Trong trờng hợp Tc > 4T hàm truyền đối tợng là: Hình 2.11 - Sơ đồ cấu trúc hệ truyền động BT- ĐKB theo phơng pháp tự theo từ thông rotor Trong động đợc nuôi biến tần nguồn áp Tức đại lợng điều khiển điện áp, điện áp đợc đặt lên stator động thông qua khâu điều chế vector không gian (SVPWM) biến tần Điện áp cung cấp dới dạng usd, usq s phải qua khâu chuyển trục toạ độ từ dq sang thành điện áp dạng u u trớc đa tới khâu SVPWM Cấu trúc hình mô tả chiến lợc điều khiển tựa theo từ thông rotor sở điều khiển tựa theo từ trờng Thông qua việc tính toán dòng điện hai pha qua phép chuyển toạ độ, đo tốc độ động cơ, tính toán vị trí vectơ từ thông điều chỉnh PI mà momen từ thông đợc điều khiển tức gián tiếp qua điện áp dòng điện Việc tính toán vị trí từ thông rotor dựa vào mô hình dòng điện với đầu vào hai dòng điện đà đợc chuyển đổi toạ độ tốc độ rotor Về tổng thể hệ thống điều khiển tựa theo từ trờng vòng kín bao gồm thành phần sau : + Bộ điều khiển PID cho từ thông momen động + Mô hình tách bạch điện áp dòng điện + Phép chuyển đổi toạ độ phức + Chuyển đổi từ hệ toạ độ hai trục sang hệ toạ độ ba trục + Bộ điều chỉnh điện áp dòng điện 63 + Bộ ớc lợng từ thông momen + Bộ điều chỉnh tốc độ (chế độ trợt) 2.2.3 Phơng pháp điều khiển trực tiếp mômen (DTC) 2.2.3.1 Nguyên lý điều khiển trực tiếp mômen Mômen điện từ tích vectơ vectơ từ thông stator vectơ từ thông rotor, vectơ dòng điện stator vectơ từ thông: M = p' → → 1− σ → 1− σ → Ψ r ∧ Ψ s = p' | Ψ r | | Ψ s | sinγ σL M σL M (2-73) Biên độ vectơ từ thông stator thờng đợc giữ không đổi mômen đợc điều chỉnh góc vectơ từ thông Các động bình thờng có số thời gian điện từ mạch rotor cỡ hàng trăm miligiây, nh coi từ thông rotor ổn định biến đổi chậm từ thông stator Vì đạt đợc mômen yêu cầu cách quay vectơ từ thông stator theo hớng nhanh có hiệu Sơ đồ nguyên lý điều gồm khối sau : Bộ so sánh mômen từ thông, khối lôgic chuyển mạch tối u mô hình động Hình 2.12 - Sơ đồ nguyên lý điều khiển trực tiếp mômen Bộ so sánh từ thông mômen khối điều khiển có trễ Chúng đảm nhiệm vai trò so sánh giá trị từ thông đặt giá trị từ thông thực, giá trị mômen đặt giá trị mômen thực Từ thông thực mômen thực thu đợc từ mô hình toán học động Đối với so sánh mômen sai lệch mômen nhỏ dới mức hạn chế dới có trễ trạng thái mômen đầu cần cao nhằm tăng mômen, ngợc lại Tơng tự cho so sánh từ thông có trạng thái từ thông cao nhằm tăng từ thông lên trạng thái từ thông thấp nhằm giảm từ thông Các điểm chuyển mạch hạn chế sai lệch cao thấp đợc xác định nhờ đầu vào thay đổi khoảng trễ (hysteresis window), đầu vào định tới tần số chuyển mạch thiết bị công suất, tần số cỡ Khz 64 Mô hình toán học động làm nhiệm vụ tính tín hiệu phản hồi bên nh từ thông stator thực, mômen thực, tốc độ thực tần sô thực Các đầu vào mô hình dòng điện hai pha, điện áp chiều đầu vào nghịch lu trạng thái chuyển mạch Ngoài có tham số động ®Ĩ phơc vơ cho viƯc tÝnh to¸n, c¸c tham sè gồm tham số ngời sử dụng đà biết tham số khác thu đợc từ thuật toán nhận dạng Dữ liệu ngời sử dụng thờng giá trị danh định nh dòng điện, điện áp , tần số, tốc độ công suất danh định Việc xử lý trạng thái mômen trạng thái từ thông đợc thực nhờ lôgic chuyển mạch tối u Lôgic chuyển mạch tối u cho nghịch lu đợc xác định chu kỳ điều khiển (25 às ) đợc thực mạch điện tử chuyên dụng (ASIC) Chức để chọn vectơ điện áp stator thích hợp làm thoả mÃn đầu trạng thái mômen đầu trạng thái từ thông Nhiệm vụ khối lôgic chuyển mạch đợc dựa mối quan hệ toán học vectơ không gian từ thông stator, từ thông rotor, dòng điện stator điện áp stator Mômen ®éng c¬ tû lƯ víi tÝch cã h−íng vect¬ tõ thông stator vectơ từ thông rotor nh công thức (2-55) Biên độ vectơ từ thông stator thờng đợc giữ số để điều khiển mômen theo góc ( ) vectơ từ thông stator vectơ từ thông rotor Phơng pháp đợ thực dễ dàng số thời gian rotor lớn nhiều số thời gian stator Do từ thông rotor tơng đối ổn định thay đổi tơng đối chậm so sánh với từ thông stator Khi cần tăng mômen khối lôgic chuyển mạch tối u chọn vectơ điện áp stator Ux có phơng tiếp tuyến so với vectơ từ thông stator, có xu hớng làm quay chiều quay với vectơ từ thông rotor Góc lớn đợc tạo làm mômen tăng lên Khi cần yêu cầu giảm mômen lôgic chuyển mạch chọn vectơ điện áp không, làm cho từ thông stator mômen suy giảm tự nhiên Nếu từ thông giảm , sai lệch giảm dới giá trị giới hạn dới đầu trạng thái từ thông mức cao nhằm yêu cầu tăng từ thông Nếu đầu trạng thái mômen tiếp tục thấp vectơ điện áp đợc chọn để tăng từ thông stator lên Để minh hoạ cho hoạt động hệ thống, ta lấy hình 3.9 làm thí dụ, vectơ điện áp V4 làm giảm thành phần hớng kính từ thông đồng thời làm cho vectơ từ thông quay theo hớng quay từ trờng, chuyển động làm tăng góc làm tăng mômen động đồng thời làm thay đổi trạng thái từ hoá động Mục đích điều khiển bắt ép vectơ từ thông stator quay theo hớng cho đạt đợc hai giá trị mong muốn từ thông mômen động Lôgic chuyển mạch thay đổi giá trị thực từ thông stator mômen động vợt khỏi vùng giá trị đặt với ng−ìng sai lƯch cho phÐp , h×nh 2.13 65 H×nh 2.13 - Quỹ đạo vectơ từ thông stator vectơ từ thông rotor Vùng T+ vùng mômen tăng vectơ điện áp tích cực stator đà đợc chọn làm tăng mômen, vùng T0 vùng mômen giảm vectơ điện áp đợc chọn vectơ điện áp không vùng có vectơ điện áp đợc chọn làm thoả mÃn từ thông mômen Vùng Te mômen đợc tăng lên hai lần, khoảng đầu vectơ điện áp tích cực đà đợc chọn làm tăng mômen, đến khoảng thứ hai vectơ điện áp tích cực khác đợc chọn thoả mÃn yêu cầu tăng mômen (do đầu trạng thái mômen cha thoả mÃn), nhng vectơ điện áp đợc chọn nhằm thoả mÃn yêu cầu từ thông Việc chuyển mạch bình thờng mà mômen dới (TrefT1) vợt (Tref+ T1) Trong trờng hợp đặc biệt mômen vợt giá trị (Tref+ T2) lôgic chuyển mạch chọn vectơ điện áp stator làm giảm mômen nhờ làm giảm góc hai vectơ từ thông stator rotor Do điều khiển có trễ nên mômen sinh có dạng sóng nhấp nhô, điều không thành vấn đề mà chu kỳ dạng sóng nhỏ nhiều so với số thời gian động Hình 2.14 - Mômen đợc ớc lợng với điều khiển có trễ 2.2.3.2 Điều khiển trực tiếp mômen theo bảng chọn a Sơ đồ nguyên lý : Sơ đồ nguyên lý DTC có hai vòng điều chỉnh khác tơng ứng với biên độ từ thông stator mômen Các giá trị đặt biên độ từ thông biên độ mômen đợc so sánh với giá trị thực, cho sai lệch từ thông sai lệch mômen Sai lệch từ 66 thông đợc đa vào điều chỉnh từ thông trạng thái, sai lệch mômen đợc đa vào điều chỉnh mômen trạng thái Đầu điều chỉnh với vị trí từ thông stator đầu vào bảng tra Kết đầu bảng tra vectơ trạng thái điện áp định việc chuyển mạch nghịch lu nguồn áp tơng ứng Sơ đồ nguyên lý có ớc lợng từ thông mômen hình 2.15 có đầu vào ớc lợng hai dòng điện pha trạng thái chuyển mạch nghịch lu Ngoài ớc lợng đợc thực nhờ sử dụng hai dòng điện stator tốc độ cơ, hai dòng điện stator vị trí trục động Hình 2.15 - Sơ đồ nguyên lý điều khiển trực tiếp mômen theo bảng chọn b Ước lợng từ thông stator mômen sử dụng tốc độ dòng điện : Bộ ớc lợng không cần phép chuyển hệ trục toạ độ mà sử dụng mô hình toán học động hệ trục toạ độ tĩnh gắn với stator Ta có : Công thức chuyển trục từ hệ toạ độ pha (a,b,c) sang hệ toạ độ pha ( , ) : i sα = i sA (2-74) i sβ = (2i sB + i sA ) (2-75) ir α = Ψr α − L m i s α Lr (2-76) ir β = Ψr β − L m i s β Lr (2-77) Tõ (2-48) ta cã : ThÕ vào phơng trình cân điện áp rotor từ th«ng stator (2-57) ta cã : (2-78) (Rr+pLr) Ψrα + Lrp’ Ψrβ ω = i sα RrLm 67 (Rr+pLr) Ψrβ + Lrp’ Ψrα ω = i sβ RrLm (2-79) L2m L )i sα + m Ψrα Lr Lr (2-80) L2m L Ψsβ = (L s − )i sβ + m Ψrβ Lr Lr (2-81) Ψsα = (L s − Ph−¬ng trình mômen thu đợc : m = p' (s i sβ − Ψsβ i sα ) (2-82) c Ước lợng từ thông stator mômen sử dụng điện áp dòng điện : Khi phơng pháp điều khiển trực tiếp mômen không cần cảm biến tốc độ lúc việc đo giá trị tốc độ rotor vitrí rotor không cần thiết Do việc ớc lợng vectơ từ thông stator dựa hai phơng pháp : - Có thể sử dụng ớc lợng không cần tín hiệu tốc độ vị trí - Tốc độ động đợc ớc lợng đa vào ớc lợng từ thông Khi dùng ớc lợng từ thông mômen sở phơng trình điện áp không cần thông tin tốc độ vị trí rotor, hệ toạ độ tĩnh từ trạng thái biến tần giá trị điện áp VDC ta có giá trị điện áp cho pha Các giá trị dòng điện đợc đo lờng tơng ứng lúc thành phần trục toạ độ đợc chuyển đổi thông qua phép chuyển đổi tun tÝnh Park BiĨu thøc tõ th«ng stator : Ψs = ∫ (u s − R s i s )dt (2-83) z −1 (2-84) Ts (u s − R s i s ) − z −1 BiĨu diƠn thành phần hệ trục toạ độ tơng øng, ta cã : BiĨu diƠn d¹ng biĨu thøc gián đoạn: s = s (k) s (k − 1) = Ts u sα (k − 1) − Ts R s i sα (k − 1) (2-85) ⎨Ψ (k) − Ψ (k − 1) = T u (k − 1) − T R i (k − 1) sβ s sβ s s sβ ⎩ sβ Nh− vËy c¸c thành phần điện áp stator thu đợc thông qua trạng thái chuyển mạch bên biến tần, tránh đợc việc phải đo lờng xung điện áp Trong ứng dụng thực tế điện áp nguồn DC cho nghịch lu đợc đo về, thành phần điện áp theo trục thu đợc không cần phép chuyển hệ toạ độ Nhng độ xác phép ớc lợng bị hạn chế phép tích phân vòng hở d Xây dựng bảng chọn : 68 Hình 2.16 - Quỹ đạo vectơ từ thông stator vectơ điện áp chuyển mạch thích hợp Trên hình 2.16 mô tả việc chọn sector, sector từ -30 đến +30, mô tả quỹ đạo từ thông stator vectơ điện áp tích cực đợc sử dụng sector Trong sector thứ k vectơ điện áp Vk Vk+3 không đợc xem xét chúng vừa làm tăng mômen (trong 300 đầu) làm giảm mômen (trong 300 tiếp theo), tơng ứng với vị trí từ thông stator Dựa vào sơ đồ nguyên lý hình 2.15, quỹ đạo vectơ từ thông stator vectơ điện áp chuyển mạch thích hợp đợc vẽ hình 2.16 Ta gọi: - S1 ữ S6 sector vectơ không gian từ thông stator tơng ứng - Từ thông có hai giá trị làm trạng thái từ thông tăng (FI) từ thông giảm (FD) Chúng đầu điều khiển từ thông stator có trễ với đàu vào sai lệch biên độ từ thông stator - Bộ điều khiển mômen có trễ với đầu vào sai lệch mômen đầu có giá trị, tăng mômen (TI), giảm mômen (TD) mômen cân (T=) - Các vectơ điện áp V0 V7 đợc chọn mà giá trị sai lệch mômen giới hạn cho phép cần giữ mômen không đổi Bảng 2.1 Bảng tra ¸p dơng cho ph−¬ng ph¸p DTC Φ FI FD τ TI T= TD TI T= TD S1 V2 V0 V6 V3 V7 V5 S2 V3 V7 V1 V4 V0 V6 69 S3 V4 V0 V2 V5 V7 V1 S4 V5 V7 V3 V6 V0 V2 S5 V6 V0 V4 V1 V7 V3 S6 V1 V7 V5 V2 V0 V4 2.3 Mô Matlab Simulink phơng pháp điều khiển trực tiếp mômen động không đồng 2.3.1 Mô hình mô phỏng: 2.3.1.1 Mô hình tổng thể: Hình 2.17 Mô hình mô phơng pháp DTC 2.3.1.2 Mô hình bảng chọn : Hình 2.18 Mô hình bảng chọn vectơ để đa vào biến tần * dp.dm : Đây khối Look up 2D , đầu vào có thành phần dp (hàng) dm (cột), đầu kết hợp đầu vào theo bảng 5.1 Ví dụ nh trạng thái đầu kết hợp dp = dm = -1 có nghĩa thể trạng thái giảm mômen giảm từ thông Các trạng thái khác tơng tự 70 Bảng 2.2 Bảng kết hợp dm dp -1 * Tính n : Từ đầu vào góc pha từ thông stator qua khối Tính n tính đợc vectơ từ thông sector thứ (1 ữ 6) Phơng trình tính toán nh khối ph_adj , kết n >= kết đầu sau đợc làm tròn, ngợc lại n