đồ án ii nghiên cứu thiết kế biến tần cho xe điện mini phương pháp điều chế pwm tối ưu đồng bộ cho cấu trúc điều khiển foc

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘITRƯỜNG ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

Ngành Kỹ thuật Điều Khiển-Tự động hóa

Giảng viên hướng dẫn: PGS TS Vũ Hoàng PhươngPGS TS Trần Trọng Minh

Chữ ký của GVHD

HÀ NỘI 8/2023Lời cảm ơn

Chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Vũ Hoàng Phương và thầy Trần Trọng Minh về sự hướng dẫn và định hướng trong quá trình thực hiện đề tài “Nghiên cứu thiết kế biến tần cho xe điện mini & Phương pháp điều chế tối ưu đồng bộ cho cấu trúc điều khiển FOC” Nhờ sự chỉ bảo tận tâm, lời động viên của các thầy mà chúng em đã có cơ hội nắm vững kiến thức, tiếp cận sâu vào lĩnhvực điện tử công suất, phát triển được kỹ năng nghiên cứu và thực hiện thành công đồ án.

Tóm tắt nội dung đồ án

Trong nội dung đề tài này, nhóm đã tìm hiểu, tính chọn thiết kế cho biến tần xeđiện mini; trình bày lý thuyết và mô phỏng của phương pháp điều khiển tựa từthông rotor FOC kết hợp với cấu trúc MTPA, Field Weakening; trình bàyphương pháp điều chế PWM tối ưu đồng bộ SOPWM cho cấu trúc điều khiểnFOC và thực hiện đánh giá tính khả thi của phương pháp.

Sinh viên thực hiện

Ký và ghi rõ họ tên

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG 1

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ BIẾN TẦN CHO XE ĐIỆN MINI 3

2.1 Lựa chọn công suất biến tần 3

2.2 Lựa chọn cấu trúc biến tần 4

2.2.1 Một số cấu trúc nghịch lưu được đề xuất để làm việc ở tần số cao 4

2.2.2 Cấu trúc mạch lực 4

2.3 Lựa chọn van bán dẫn 6

2.4 Lựa chọn động cơ 6

2.5 Tổng kết lựa chọn thiết kế 8

2.6 Cấu trúc điều khiển 9

2.6.1 Mô hình hóa động cơ IPM 9

2.6.2 Phương pháp điều khiển tựa từ thông rotor FOC 16

2.6.3 Mô phỏng cấu trúc điều khiển FOC trên Matlab – Simulink 22

CHƯƠNG 3 PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ PWM TỐI ƯU ĐỒNG BỘ CHOCẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN FOC 32

3.6 Mô phỏng SOPWM trên Matlab – Simulink 38

3.6.1 Kịch bản 1: Mô phỏng với tải RL 40

CHƯƠNG 4 TÀI LIỆU THAM KHẢO 48

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1-1 Xe điện mini hãng HongGuang 1

Hình 1-2 Vai trò của biến tần trong một cấu trúc xe điện 1

Hình 2-1 Biểu đồ so sánh một số loại ô tô mini bán chạy nhất thế giới 3

Hình 2-2 Cấu trúc nghịch lưu nguồn áp 2 mức 5

Hình 2-3 Cấu trúc nghịch lưu nguồn áp 3 mức NPC 5

Hình 2-4 So sánh hiệu suất theo phương pháp phát xung của 2 cấu trúc 5

Hình 2-5 Bảng thông số một vài xe điện nổi bật 6

Hình 2-6 Biểu đồ so sánh hiệu suất của 2 loại van bán dẫn trong dải tần số đóngcắt 6

Hình 2-7 Động cơ (a) Surface Mounted PM (SMPM), (b) Surface Inset PM(SIPM) 7

Hình 2-8 Động cơ Interior PM (IPM) 8

Hình 2-9 Biểu diễn ba dòng pha dưới dạng vector phức 9

Hình 2-10 Biểu diễn vector dòng điện stator trên hệ tọa độ cố định và hệ tọa độquay 10

Hình 2-11 Các vùng làm việc của động cơ chia theo sự tăng dần của tốc độ 11

Hình 2-12 Mô hình khối tính toán MTPA 12

Hình 2-13 Nguyên lý của phương pháp MTPA 12

Hình 2-14 Phương pháp Field Weakening sử dụng Lookup Table 14

Hình 2-15 Ứng dụng MTPA và FW theo sự tăng của tốc độ 15

Hình 2-16 Cấu trúc điều khiển FOC có sử dụng thuật toán MTPA và FieldWeakening 16

Hình 2-17 Vào ra khối chuyển tọa độ abc-αβ 17

Hình 2-18 Vào ra khối chuyển tọa độ αβ - dq 17

Hình 2-19 Vào ra của khối chuyển tọa độ dq – αβ 17

Hình 2-20 Vào ra của khối điều chỉnh dòng điện 18

Hình 2-21 Cấu trúc bộ điều khiển dòng điện 19

Hình 2-22 Bộ điều khiển PI cho dòng điện 19

Hình 2-23 Mô hình cấu trúc điều khiển có Ri 19

Hình 2-24 Vào ra của khâu SVM 20

Hình 2-25 Cấu trúc bộ điều khiển tốc độ 21

Hình 2-26 Tham số mô phỏng 23

Hình 2-27 Sơ đồ cấu trúc FOC trên Matlab – Simulink 23

Hình 2-28 Cấu trúc chi tiết khối điều khiển 24

Hình 2-29 Cấu trúc bộ điều chỉnh dòng điện 24

Hình 2-30 Chương trình tính toán cho khối điều khiển cực đại moment MTPA.24Hình 2-31 Sơ đồ mô phỏng khâu điều chế SVM và mạch van công suất 25

Hình 2-32 Đặc tính moment tải theo lý thuyết 25

Hình 2-33 Đặc tính moment tải mô phỏng 25

Hình 2-34 Dạng dòng điện trên hệ tọa độ dq 26

Hình 2-35 Đáp ứng moment của động cơ 26

Hình 2-36 Dạng dòng điện ở 3 pha của stator 27

Hình 2-37 Dòng điện stator trên tọa độ dq khi bộ điều khiển dòng điện không cótách kênh 27

Hình 2-38 Dòng điện stator trên tọa độ dq khi bộ điều khiển dòng điện có táchkênh 28

Hình 2-39 Đáp ứng tốc độ của động cơ theo kịch bản 1 28

Hình 2-40 Đáp ứng momen của động cơ 29

Hình 2-41 Dòng điện ba pha stator 29

Hình 2-42 Đáp ứng tốc độ của động cơ theo Kịch bản 2 30

Hình 2-43 Dạng dòng điện trên hệ dq của động cơ 30

Hình 2-44 Đáp ứng moment của động cơ 30

Hình 2-45 Đáp ứng tốc độ của động cơ theo Kịch bản 3 31

Hình 3-1 Cấu trúc thực hiện SOPWMM 33

Hình 3-2 Minh họa về tín hiệu có tính chất QWS và HWS 34

Hình 3-3 Dạng điện đầu ra (type A bên trái, type B bên phải) 36

Hình 3-4 Cấu trúc mô phỏng SOPWM theo phương pháp SHE 39

Hình 3-5 Cấu trúc mô phỏng SOPWM trong Simulink 39

Hình 3-6 Cấu trúc khối SOPWM với góc tối ưu nhập thủ công 40

Hình 3-7 Ứng dụng Lookup Table để nhập góc tối ưu 40

Hình 3-8 Dạng dòng điện của SVM 41

Hình 3-9 Dạng điện áp băm xung đầu ra của SVM 42

Hình 3-10 Dạng dòng điện của SOM 42

Hình 3-11 Dạng điện áp băm xung của SOM 42

Hình 3-12 Dạng dòng điện của SVM 43

Hình 3-13 Dạng điện áp băm xung của SVM 43

Hình 3-14 Dạng dòng điện của SOM 43

Hình 3-15 Dạng điện áp băm xung của SOM 44

Hình 3-16 Dạng dòng điện của SVM 44

Hình 3-17 Dạng điện áp băm xung của SVM 45

Hình 3-18 Dạng dòng điện của SOM 45

Hình 3-19 Dạng điện áp băm xung của SOM 45

Hình 3-20 Dạng dòng điện SOM khi N=7 và hệ số điều chế là 0.57 46

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2-1 Tổng hợp thông số của một vài xe điện mini sản xuất gần đây 3

Bảng 2-2 Thông số thiết kế biến tần 4

Bảng 2-3 Bảng so sánh ưu/nhược điểm động cơ IM và PMSM 7

Bảng 2-4 Thông số động cơ đã có phù hợp với yêu cầu thiết kế 8

Bảng 2-5 Tổng kết lựa chọn thiết kế 8

Bảng 3-1 Thông số mô phỏng SOPWM với tải RL 40

Bảng 3-2 Thông số về tần số mô phỏng 41

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG

1.1 Xe điện mini và biến tần cho xe điện mini

Ngày nay, khi môi trường sống của chúng ta đang ngày càng chịu áp lựctừ vấn đề ô nhiễm không khí và giảm nguồn năng lượng không tái tạo, việc pháttriển và áp dụng công nghệ xe điện mini trở nên cực kỳ quan trọng Điều nàykhông chỉ giúp giảm phát thải khí nhà kính mà còn đáp ứng nhu cầu ngày càngtăng về phương tiện di chuyển cá nhân hiệu quả và bền vững.

Hình 1-1 Xe điện mini hãng HongGuang

Biến tần đóng một vai trò quan trọng trong ứng dụng xe điện Biến tần chophép kiểm soát tốc độ, công suất của động cơ điện Yêu cầu về biến tần của xeđiện mini sẽ khác với biến tần xe điện thông thường: công suất phù hợp, mật độnăng lượng lớn, nhỏ gọn, hiệu suất cao, tiết kiệm, giá thành hợp lý,…

Hình 1-2 Vai trò của biến tần trong một cấu trúc xe điện

Đặc biệt, với một số đặc điểm trên của biến tần xe điện mini, cần phảinghiên cứu, và phát triển thiết kế cấu trúc điều khiển nghịch lưu, các chỉ tiêu chấtlượng nghịch lưu làm việc ở tần số cơ bản cao, trên 400 Hz Do tại tần số cơ bảncao, có thể giảm được kích thước linh kiện như cuộn cảm, tụ điện,…; tăng hiệu

điện mini tối ưu về giá và hiệu suất, Đồ án sẽ nghiên cứu thiết kế biến tần với tầnsố cơ bản cỡ 650 Hz.

1.2 Phương pháp điều chế PWM tối ưu đồng bộ cho cấu trúc điều khiển FOCPhương pháp điều chế PWM tối ưu đồng bộ, viết tắt là phương pháp SOM(Synchronous Optimal Pulse Width Modulation) Đây là một giải pháp phầmmềm được đề xuất để giải quyết vấn đề sau: khi cần động cơ vận hành ở tốc độcao thì cần nguồn cấp có tần số cao tương ứng, tuy nhiên để đảm bảo chất lượng,các giải pháp thông thường đó là tăng tần số băm xung sau đó sử dụng các bộ lọcđể loại bỏ các thành phần sóng hài không mong muốn làm tăng chất lượng dòngđiện động cơ Tuy nhiên việc tăng tần só phát xung sẽ có giới hạn vì còn phảiphụ thuộc vào công nghệ van bán dẫn, nếu sử dụng các loại van công nghệ cao,có tần số đóng cắt siêu cao thì dẫn tới chi phí tăng theo Để hài hòa giữa yếu tốkỹ thuật và yếu tố kinh tế, giải pháp sử dụng thuật toán SOM được đề xuất.Phương án này phù hợp với các ứng dụng yêu cầu chi phí thấp Đối với phươngán này, tỷ lệ giữa tần số cơ bản và tần số phát xung được giữ cố định, độ rộngxung sẽ được tính dựa trên các góc chuyển mạch, các góc chuyển mạch được xácđịnh dựa trên lý thuyết SHE (Selected Harmonic Emilination) Kết quả thu đượcđó là các sóng hài bậc cao sẽ được loại bỏ có chọn lọc Nhược điểm của phươngpháp SOM đó là khối lượng tính toán lớn, yêu cầu phần cứng của mạch điềukhiển phải mạnh.

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ BIẾN TẦN CHO XE ĐIỆN MINI

2.1 Lựa chọn công suất biến tần

Hình 2-3 Biểu đồ so sánh một số loại ô tô mini bán chạy nhất thế giới

- Ưu điểm của xe điện mini đời mới là nhỏ gọn, dễ di chuyển, hiệu suất tốt, tốcđộ cao và đặc biệt là giá rẻ, phù hợp với nhiều tầng lớp trong xã hội

- Phù hợp với mọi ưu điểm trên và có lượng bán ra nhiều nhất thế giới, xe điệnWuling Hongguang Mini EV sẽ là tiêu chuẩn thiết kế của đề tài.

- Ngoài ra, một số xe như Microlino 2.0 2022, CEVO C-SE cũng có thông sốtương tự nhưng chưa được tối ưu về giá Một số thông số về các loại xe được đưadưới bảng 2.1.

Bảng 2-1 Tổng hợp thông số của một vài xe điện mini sản xuất gần đây

ChevySpark EV

Mitsubishi MiEV

100

Microlino2.0 2022

91 - 230km

6.0 - 14.0 kWhLi-ion

10.16 kWh ion

80 km/h

14.85kW

2.2 Lựa chọn cấu trúc biến tần

2.2.1Một số cấu trúc nghịch lưu được đề xuất để làm việc ở tần sốcao

- Nghịch lưu nguồn áp (VSI): Ưu điểm là dễ kiểm soát, hiệu suất cao và phù hợpvới nhiều ứng dụng trong xe điện bao gồm điều khiển tốc độ động cơ, quản lýnăng lượng,

- Nghịch lưu nguồn dòng (CSI): Thường được dùng trong các cài đặt công suấtrất cao vì khả năng làm méo dòng thấp hơn.

- Nghịch lưu có điểm kẹp trung tính (NPC): Thường được sử dụng trong ứngdụng đòi hỏi hiệu suất và chất lượng nguồn điện cao.

Thiết kế cho động cơ công suất ≈ 15kW trong Đồ án sẽ ứng dụng cấu trúc nghịchlưu nguồn áp (VSI)

2.2.2Cấu trúc mạch lực

Bảng 2-2 Thông số thiết kế biến tần

- Hai loại cấu trúc nghịch lưu nguồn áp phổ biến là cấu trúc nghịch lưu 2 mức vàcấu trúc nghịch lưu 3 mức NPC

Hình 2-4 Cấu trúc nghịch lưu nguồn áp 2 mức

Hình 2-5 Cấu trúc nghịch lưu nguồn áp 3 mức NPC

Hình 2-6 So sánh hiệu suất theo phương pháp phát xung của 2 cấu trúc

- Có thể thấy rằng, ưu điểm của cấu trúc nghịch lưu 2 mức là đơn giản, nhỏ gọnvới ít linh kiện, dễ điều khiển, giá thành rẻ và có độ tin cậy cao Mặc dù hiệu suấtcủa cấu trúc nghịch lưu 2 mức thấp hơn cấu trúc nghịch lưu 3 mức NPC nhưng

Do những lý do kể trên, Đồ án chọn cấu trúc nghịch lưu 2 mức để nghiên cứuđiều khiển.

2.3 Lựa chọn van bán dẫn

Hình 2-7 Bảng thông số một vài xe điện nổi bật

- Van Si IGBT với ưu điểm nổi bật là giá thành rẻ, độ phổ biến cao cũng như đápứng được phần lớn yêu cầu về kĩ thuật Van SiC MOSFET toàn diện hơn nhưngchưa phổ biến do đắt đỏ và cần được thử nghiệm thêm.

Hình 2-8 Biểu đồ so sánh hiệu suất của 2 loại van bán dẫn trong dải tần số đóng cắt

- Để đạt hiệu suất tối đa, tần số đóng cắt của van thường phải bị giới hạn nhỏ hơn20 kHz Theo Hình 2.6, hiệu suất của van Si IGBT và SiC MOSFET có sự chênhlệch không đáng kể

Xét trên phương diện kinh tế và kĩ thuật, van Si IGBT sẽ được ứng dụng trongnghiên cứu biến tần cho xe điện mini của Đồ án.

2.4 Lựa chọn động cơ

Hiện nay, hai sự lựa chọn phổ biến cho ứng dụng xe điện là động cơ IM(Induction Motor) và động cơ PMSM (Permanent Magnet Synchronous Motor)

Bảng 2-3 Bảng so sánh ưu/nhược điểm động cơ IM và PMSM

Ưu điểm

- Chi phí sản xuất thấp- Dễ chế tạo

- Khả năng chịu tải cao ở mức tốc độthấp

- Hiệu suất cao ở mọi mức tốcđộ, công suất

- Kích thước nhỏ, nhẹ- Khả năng điều khiển tốt, đáp

ứng nhanhNhược

- Hiệu suất giảm ở mức tốc độ thấp- Moment khởi động nhỏ, không tốt

khi phải khởi động nhiều

- Chi phí sản xuất có thể caohơn

Độ phổbiến

Phổ biến hơn ở Mỹ, Châu Âu do xechủ yếu chạy trên cao tốc, đường

- Động cơ PMSM được phân loại theo kết cấu rotor

Hình 2-9 Động cơ (a) Surface Mounted PM (SMPM), (b) Surface Inset PM (SIPM)

Đặc điểm:

• Kết cấu đơn giản, mật độ từ thông khe hở không khí cao hơn

• SMPM và SIPM không phù hợp ứng dụng tốc độ cao do lực ly tâm lớn cóthể làm “văng” nam châm vĩnh cửu khỏi motor

Hình 2-10 Động cơ Interior PM (IPM)

Đặc điểm:

• IPM có kết cấu rotor bền vững, phù hợp với vùng tốc độ cao• Có thêm thành phần moment từ trở

• Điều khiển phức tạp hơn do có thêm thành phần moment từ trở

Như vậy, động cơ IPM có tính năng vượt trội hơn trong ứng dụng tốc độ cao yêucầu độ chính xác cao, moment ổn định Lựa chọn động cơ IPM là tối ưu cho ứngdụng xe điện của Đề tài.

Bảng 2-4 Thông số động cơ đã có phù hợp với yêu cầu thiết kế

2.5 Tổng kết lựa chọn thiết kế

Như vậy, tổng kết một số tính toán lựa chọn cho Đồ án như bảng dưới đây

Bảng 2-5 Tổng kết lựa chọn thiết kế

Lựa chọn thiếtkế

2.6 Cấu trúc điều khiển

2.6.1Mô hình hóa động cơ IPM

2( )3

i t e

2( )3

i t ea

R e

Hình 2-11 Biểu diễn ba dòng pha dưới dạng vector phức

Ba dòng pha hình sin phía stator không nối điểm trung tính có thể được mô tảdưới dạng vector is(t) quay trên không gian với tần số statorfs

is(t )=2

3(isa(t)+isb(t )ejγγ+isc(t )ejγ 2 γ);γ=2 π

3 2-1Eq.

Hình 2-12 Biểu diễn vector dòng điện stator trên hệ tọa độ cố định và hệ tọa độ quay

Khi động cơ hoạt động ở chế độ xác lập, các vector từ thông, điện áp, dòng điệnđều quay với tốc độ ωs Vì vậy các thành phần chiếu lên 2 trục d và q là các thànhphần 1 chiều.

Chọn trục d trùng với trục từ thông rotor thì: Ψrd=¿⃗ΨPM|; Ψrq=0

Tách được dòng điện stator thành 2 thành phần sinh từ thông và moment là dòng

id và dòng iq.

Trong hệ tọa độ dq:- Phương trình điện áp

{ usd=Lsdd isd

dt +Rsisd−ωeLsqisqusq=Lsqd isq

dt +Rsisq+ωeLsdisd+ωeψr

- Phương trình moment và tốc độ động cơ

{T =3

2 p(ψriq+(Ld−Lq)iqid)Jdω

dt =T −TL

Động cơ được chia 3 vùng làm việc theo sự tăng dần của tốc độ:

- Vùng moment không đổi- Vùng công suất không đổi

- Vùng tích công suất và tốc độ không đổi

Hình 2-13 Các vùng làm việc của động cơ chia theo sự tăng dần của tốc độ

2.6.1.1 Vùng moment không đổi

- Là vùng tốc độ cơ bản của động cơ, tốc độ động cơ thuộc (0; ωbase)

- Trong vùng này, muốn tăng tốc độ động cơ ω, ta điều chỉnh giữ nguyên dòng is

tại giá trị lớn nhất imax, điều chỉnh điện áp Us tăng từ 0 đến Usmax Khi đó công suấtđộng cơ tăng từ 0 đến Pmax, moment động cơ được giữ nguyên tại Tmax.

- Phương pháp kinh điển: Điều chỉnh thành phần id = 0, moment phụ thuộc iq

Ưu điểm: Đơn giản, dễ thực hiện, đáp ứng tốt

Nhược điểm: moment sinh ra bị triệt tiêu mất thành phần moment từ trở do id = 0

Từ phương trình moment trên, có nhiều tổ hợp isd, isq tạo ra cùng một giá trị T.Vậy bài toán MTPA được đặt ra là xác định tổ hợp isd, isq sao cho dòng điện đặtlên stator is là nhỏ nhất.

- Tính toán theo phương pháp MTPA

Hình 2-14 Mô hình khối tính toán MTPA

Hình 2-15 Nguyên lý của phương pháp MTPA

Mà lại có:

⇔isd= −ψrLd−Lq

±√ ψr2

4¿ ¿¿

2.6.1.2 Vùng công suất không đổi

- Là vùng tốc độ trên cơ bản (tốc độ động cơ từ cơ bản đến tới hạn).

- Điện áp phụ thuộc bộ biến đổi không thể thay đổi, công suất động cơ đã tới hạn.Muốn tăng tốc động cơ cần có biện pháp điều khiển phù hợp: Field WeakeningControl

- Field Weakening Control (Điều khiển suy giảm từ thông)Phương trình điện áp trục d và q của động cơ:

{ Usd=Lsdd isd

dt +R isd−ωeLsqisqUsq=Lsqd isq

PP1: Sử dụng LUT (Look-up Table) có sẵn để tính toán lượng đặt

Số liệu dựa vào từng loại động cơ, tùy theo tốc độ mà lượng đặt vào thay đổi theodạng trên biểu đồ cho sẵn

Hình 2-16 Phương pháp Field Weakening sử dụng Lookup Table

PP2: Dựa trên giá trị giới hạn điện áp để tính toán lượng đặt

Mô-men xoắn và tốc độ của hệ truyền động bị giới hạn bởi dòng điện pha max vàđiện áp tối đa lấy từ nguồn DC.

Hình 2-17 Ứng dụng MTPA và FW theo sự tăng của tốc độ

imaxbiên độ dòng pha max

umax biên độ điện áp pha max với SVM Udc

2.6.1.3 Vùng tích công suất và tốc độ không đổi

- Là vùng tốc độ siêu cao (tốc độ động cơ từ tốc độ tới hạn đến tốc độ cực hạn)- Vùng khó điều chỉnh do phải điều chỉnh:

• Điện áp đầu ra BBĐ giữ nguyên giá trị định mức• Dòng điện và công suất giảm tỷ lệ nghịch tốc độ• Moment giảm tỷ lệ với nghịch đảo bình phương tốc độ

Kết luận: Đối với động cơ IPM hiện nay có 2 phương pháp điều khiển chủ yếu: - Điều khiển tựa từ thông rotor FOC

- Điều khiển trực tiếp moment DTC

Theo các phân tích, động cơ IPM có yêu cầu rất cao về điều chỉnh tốc độ trên cả3 vùng, cộng thêm việc lĩnh vực điện tử công suất và vi xử lý phát triển mạnh, xuthế điều khiển vector ngày càng phổ biến với đặc điểm kích thước biến tần gọnnhẹ, chất lượng điều khiển tốt.

Do đó, phương án lựa chọn tối ưu để điều khiển động cơ IPM là phương phápđiều khiển tựa từ thông rotor FOC và phương pháp điều khiển FOC sẽ được ứngdụng nghiên cứu cho Đề tài.

2.6.2Phương pháp điều khiển tựa từ thông rotor FOC

ct

2.6.2.1 Các khối chuyển tọa độ

 

Hình 2-19 Vào ra khối chuyển tọa độ abc-αβ

Sử dụng phép biến đổi Clarke

{ iα=iaiβ= 1

Hình 2-20 Vào ra khối chuyển tọa độ αβ - dq

Sử dụng phép biến đổi Park

Sử dụng phép biến đổi Park ngược

Hình 2-22 Vào ra của khối điều chỉnh dòng điện

Bộ điều chỉnh Ri làm tăng chất lượng dòng điện stator bằng việc điều chỉnh haidòng điện quy đổi isd và isq.

- Nếu ta giữ nguyên được isd và isq thì Moment động cơ sinh ra ổn định.- Đầu ra của Ri là usd và usq, được sử dụng để phục vụ khâu điều chế SVM.- Lượng đặt cho dòng điện là isd¿

vàisq¿

được tính toán từ bộ điều chỉnh tốc độ và

khối MTPA, Field Weakening Control.

Ta có hệ phương trình của động cơ:

{ usd=Rs(1+s Tsd)isd−ωsLsqisq

usq=Rs(1+ s Tsq)isq+ωsLsdisd+ωsψpEq 2-18

Để đảm bảo không tương tác giữa 2 thành phần trục d và trục q thì ta có cấu trúccủa bộ điều khiển dòng điện có dạng như sau:

Hình 2-23 Cấu trúc bộ điều khiển dòng điện

- Từ mô hình dòng điện ta thấy có thành phần xen kênh Vì vậy khi thiết kế bộ điều khiển ta phải khử thành phần xen kênh này.

- Sau cùng, ta thấy quan hệ giữa isdvà usd, isq và usq là khâu quán tính bậc nhất Ta thiết kế bộ điều khiển PI dựa theo mô hình sau:

Hình 2-24 Bộ điều khiển PI cho dòng điện

Để đơn giản cho cách thiết kế bộ PI, ta thực hiện như sau:- Bỏ qua thành phần đan kênh

- Coi SVM là khâu có hàm truyền bằng 1

(1 )

T s

RsT 

Chọn Tid=Tsd để triệt tiêu hằng số thời gian của đối tượng, khi đó ta có hàmtruyền hệ hở có dạng:

Ghd(s)=GRisd(s) Gisd(s)=kpdRsTsd.

Hình 2-26 Vào ra của khâu SVM

Khối SVM sử dụng phương pháp điều chế SVM để phát xung điều khiển van bándẫn của mạch nghịch lưu nguồn áp.

Đầu vào của khối SVM là điện áp usα và usβ được tính toán từ đầu ra của bộ điềuchỉnh dòng điện.

Đầu ra là duty cycle rồi so sánh với khâu răng cưa để phát xung cho van.

2.6.2.4 Bộ điều chỉnh tốc độ

Xuất phát từ phương trình chuyển động

4 Pcψpisp=Jdωdt

Laplace 2 về:

4Pcψpisp(s)=Jsω(s)Eq 2-26

⇒ω(s )isq(s )=

Trong đó:

Cấu trúc bộ điều khiển tốc độ:

Hình 2-27 Cấu trúc bộ điều khiển tốc độ

Hàm truyền hệ hở:

Ghω(s )=GRω(s )Gdtω(s )=Kpω(1+ 1

34 Pcψp

Eq 2-29

Hàm truyền hệ kín theo dạng chuẩn hàm bậc hai: