truyền động điện

Câu 1: Trình bày cấu trúc điều khiển động cơ KĐB-RLS trên cơ sở nguyên lý tựa từ thông ro to và nêu chức năng của các khối trong sơ đồ.. Khối 2 : Điều khiển từ thông R ψ, đầu vào là sai

Câu 1: Trình bày cấu trúc điều khiển động cơ KĐB-RLS trên cơ sở nguyên lý tựa từ thông ro to và nêu chức năng của các khối trong sơ đồ.

I M 3˜

* s

u

* s

u

dc u

a t b t c t

SVM

* sd

u

* sq

u





dq Ri

* sd

i





* rd



*



MHTT

abc





dq

IE

sa

i

sb

i

s

i

s

i

sd

i

sq

i

3˜





DTT

R

R

3

7

10 11



Khối 1 : DTT là khối dẫn từ thông, từ thông quyết định ω∗¿ trong vùng tốc độ định mức [-ω∗¿,

ω∗¿] từ thông không đổi Ngoài vùng định mức, suy giảm từ thông theo đường hypebol để tránh

sự tăng vọt điện áp E = k*ψ *ω

Khối 2 : Điều khiển từ thông R ψ, đầu vào là sai lệch từ thông roto đặt và giá trị thực tính toán qua i sd , i sq , ω, giữ từ thông bám vào giá trị đặt

Khối 3 : Điều khiển tốc độ R ω, đầu vào là sai lệch giữa giá trị đặt vận tốc góc ω∗¿và giá trị vận tốc đo được ω, đầu ra là giá trị đặt i sq¿

Khối 4 : Điều khiển dòng điện R i, khử đan kênh và áp đặt nhanh 2 dòng i sd , i sq biến chúng thành

2 đại lượng điều khiển từ thông roto và moment quay

Khối 5+8 : Khâu tọa độ, chuyển hệ tọa độ giữa dq và αβ Để chuyển được ta cần xác định được

góc lệch ϑ s của hệ tọa độ trục theo từ thông roto

Khối 6 : Khối SVM điều chế vecto điện áp, tính toán xung điều khiển đóng mở các van nghịch

lưu

Khối 7 : Mô hình từ thông tính toán ϑ s và giá trị từ thông ψ rd trên cơ sở các đại lượng đo được

i sd , i sq , ω

Khâu 9 : Khâu chuyển tọa độ, chuyển các tọa độ (u ,v,w ) sang αβ.

Khâu 10 : Động cơ không đồng bộ roto lồng sóc.

Khâu 11: IE : sử dụng encoder đo tốc độ trực tiếp trên động cơ phản hồi

Câu 2: Hãy trình bày nguyên lý điều chế vector điện áp u s và cách tính thời gian chuyển mạch van

Ta xét trong Sector 1 Us có thể tách thành tổng của hai Vector con up (Vector bên phải) và

ut (Vector bên trái) tựa theo hướng của hai Vector chuẩn u1 và u2

Để thực hiện hai Vector up, ut ta thực hiện tương ứng hai Vector chuẩn u1, u2 trong một khoảng thời gian nào đó trong phạm vi một chu kì cắt xung Giả thiết, toàn bộ chu kỳ đó là chu kỳ có ích được dùng để thực hiện Vector, khi này module tối đa của Vector us không vượt quá usmax = 2UMC/3 Từ những điều trên ta có thể rút ra nhận xét:

- us là tổng của hai Vector biên up và ut: us = up + ut

- Hai Vector biên có thể được thực hiện bằng cách thực hiện u1 (cho up) và u2 (cho ut) trong hai khoảng thời gian sau:

T p= u p

u smax T x ;T t= u t

u s max T x

Trong đó:

Tx là chu kỳ cắt xung

usmax là giá trị điện áp lớn nhất có thể thực hiện

Khi đã biết được khoảng thời gian cần thực hiện để tạo ra up, ut thì ta phải giải quyết hai vấn

đề tiếp theo sau:

+) Khoảng thời gian còn lại T0 = Tx – (Tp + Tt) ta thực hiện Vector nào?

Xuất hiện khoảng thời gian T0 là do: Module điện áp yêu cầu thực hiện nhỏ hơn usmax vì vậy

Tp + Tt < Tx Theo nguyên tắc chuyển mạch thì không được phép hở mạch đầu ra nên ta cần thực hiện một trong hai Vector không là u0 hoặc u7 Bằng cách này, trên thực tế ta đã thực hiện phép cộng Vector sau đây:

Us = up + ut + u0(u7)

¿T p

T x u1 +T t

T x u2 +T −(T p+T t)

T x u0(u7)

+) Trình tự thực hiện các Vector:

Trình tự thực hiện các Vector phải đảm bảo trong phạm vi một chu kỳ cắt xung thì các cặp van ít phải chuyển mạch nhất nhằm tránh gây tổn hao đóng ngắt van Vì vậy trong từng góc phần 6 thì thứ tự chuyển mạch cũng khác nhau và tuân theo bảng sau

Sector

Tính thời gian chuyển mạch van

Theo nguyên lý của phương pháp điều chế Vector không gian, để thực hiện một Vector bất

kỳ trong không gian thì ta phải thực hiện hai Vector up và ut, Về hình học, có thể tính độ dài các vectơ phải, trái như sau:

U p= 2

√3|u s|sin(π3−θ);U t= 2

√3|u s|sin θ

θ là góc chỉ ra vị trí tương đối của vectơ u trong góc phần sáu, tính theo chiều ngược kim đồng hồ Thực ra, phép điều chế vectơ không gian tạo ra các vectơ up, ut trong mỗi chu kỳ tính toán, hay còn gọi là mỗi chu kỳ cắt mẫu Tx, như là giá trị trung bình theo thời gian tồn tại của các vectơ U2, U3 như sau:

U p=T p

T x|U 1|;U t=T t

T x|U 2|

Độ dài của các vectơ biên chuẩn có giá trị là Ui = 2/3Ud, còn độ dài của 3

Vector us là Vector ra mong muốn |us| = U0, từ công thức trên suy ra biểu thức tính toán các giá trị thời gian điều chế như công thức

T p=T x U0

U i

2

√3sin(π3−θ);T t=T x U0

U i

2

√3sin θ

Gọi q = U0/Ui là hệ số biến điệu, 0 ≤ q ≤1, ta có thể viết lại như sau

T p=T x q 2

√3sin(π3−θ);T t=T x q 2

√3sin θ

Để phép biến điệu thực hiện được, các thời gian phải, trái phải thoả mãn điều kiện: T p+T t ≤ T x

Khoảng thời gian còn lại trong chu kỳ cắt mẫu T0 = Tx – (Tp + Tt) phải áp dụng vectơ không, U0 hoặc U7 Điều kiện trên nói lên rằng vectơ điện áp ra phải nằm trong vòng tròn tiếp xúc với các cạnh của lục giác đều có các đường chéo là các Vector cơ bản

Câu 3: Hãy trình bày cấu trúc điều khiển động cơ KĐB-RLS trên cơ sở nguyên lý DTC và phân tích chức năng các khối trong sơ đồ.

1- Khối tính điện áp:

Dòng điện 3 pha A, B, C (u, v,w) và điện áp 1 chiều của biến tần được đo thông qua khối

2- Khâu ước lượng từ thông và tính toán mômen

Các thông số trên được đưa vào khối để tính toán mômen và ước lượng từ thông Có thể gọi đây

là khâu ước lượng từ thông, mô men động cơ

3- Bộ so sánh từ thông và mômen:

Giá trị đặt của độ lớn từ thông stator và momen được so sánh với giá trị thực, và sai số thu được

sẽ là đầu vào cho hai khối trễ 2 và 3 vị trí tương ứng

Đầu ra của 2 khối trễ này, cùng với vị trí của từ thông stator được sử dụng làm đầu

vào của bảng chọn Vị trí của từ thông stator được chia ra làm 6 sector riêng biệt Sai số độ lớn

từ thông stator và momen được hạn chế trong các dải trễ tương ứng Người ta chứng minh được dải trễ từ thông tác động mạnh đến sự méo dòng điện stator trong vùng sóng hài thấp còn dải trễ momen tác động mạnh đến tần số chuyển mạch

4- Khối bảng chuyển mạch tối ưu

Bài Tập

1 Hãy thiết kế bộ điều khiển dòng điện Ri theo phương pháp tựa từ thông ro to Biết phương trình

d i sd

dt =−(

1

σ T s+

1−σ

σ T r )i sd+1−σ

σ T r ψ rd

'

σ ω ψ

'

rd+ 1

σ L s u sd

Bỏ qua thành phần đan kênh và Laplace hóa 2 vế:

Có d i sd

dt =−(

1

σ T s+

1−σ

σ T r )i sd+1−σ

σ T r ψ rd

'

σ L s u sd ψ rd '

=ψ rd

Lm ,ψ rd=Lm∗i sd

→ I sd s=−( 1

σ T s+

1−σ

σ T r )I sd+1−σ

σ T r I sd+ 1

σ L s u sd → I sd(s + 1

σ T s)=

1

σ L s u sd → i sd

u sd=

σ T s

σ L s .(σ T s+ 1)=

T s

L s .(σ T s+1)

Có: R S=L S

T S

⇒ i sd

u sd=

1/ R s

1+s T σs

- Sơ đồ cấu trúc bộ điều khiển

s s

1/ R

1 sT  

i

R

i p

K K s



i

* s

i

nl

1

1 sT 

Cấu trúc bộ điểu khiển Ri

Từ cấu trúc bộ điều khiển ta tổng hợp được hàm truyền hở:

F h(s)=(K p+K i

s )(

1

1+s T nl)(

1

R s

1+s T σs)=

(K p s+ K i) 1

R s

(1+Tnl s)(1+T σs s ) s

- Tổng hợp hàm truyên kín

→ F k= F h(s)

1+F h(s )=

(K p s +K i) 1

R s

(1+Tnl s)(1+T σs s) s

1+

(K p s+K i) 1

R s

(1+Tnl s )(1+T σs s) s

=

(K p s +K i) 1

R s

(1+Tnl s)(1+T σs s ) s +(K p s+K i) 1

R s

Đặt T i=K p

K i

Chia cả 2 vế cho Ki ta được hàm truyền kín:

⇒ F k(s)=

(T i s+1) 1

R s

(1+Tnl s)(1+T σs s) T i s

k p +(T i s +1) 1

R s

Từ cấu trúc bộ điều khiển ta tổng hợp được đối tượng điều khiển:

⇒ F k(s)=

(T i s+1) 1

R s

(1+Tnl s)(1+T σs s) T i s

k p +(T i s +1) 1

R s

Đặt T i=σ T s

→ F k(s)=

(T i s +1) 1

R s

(1+T nl s)(1+T i s) T i s

k p +(T i s+1) 1

R s

→ F k(s)=

1

R s

(1+T nl s) T i s

k p +

1

R s

R s T i s

k p +R s T nl s T i s

k p +1

Sử dụng phương pháp tối ưu độ lớn cho đối tượng quán tính bậc 1:

Có:

|G( jωω)|= k

√ ¿ ¿ ¿

Và để điều kiện |G( jωω)|≈ 1được thỏa mãn trong một dải tần số thấp có độ rộng lớn,

chọn Tp sao cho:

T2p−2 k Tp T =0 ⇔T p=R s T I

k p

=2 kT

Có T=Tnl → k p= R s T i

2 k T nl

⇒{T i=T σs

K p=R s T σs

2 T nl

Bù thành phần đan kênh tạ được mạch vòng điều khiển dòng điện

PI-isd

PI-isq

















1 



sd

i

*

sd

i

s



sq

i

*

sq

i

d

u

q

u

rd



2 Thiết kế mô hình tính toán từ thông (viết phương trình và vẽ sơ đồ khối tổng hợp mô hình tính toán từ thông)

1

r

1

sT 1

R

p

i

1

T s







i



' rd



'

rd *

ψ rd ' =i m ;i m=ψ rd

L m

0=i m+T r . d i m

dt −i sd

→ I m (s )=T r s I m (s )−I sd (s )

I m ( s )[1+T r s]=I sd (s )

→ I m (s )

I sd(s )=

1

1+T r s

T r=L r

i m=ψ rd

L m=ψ rd '

i md+T r d i md

dt −i sd=0

d i md

dt =

i sd−i md

T r

d ϑ s

dt =ω s=ω+ω r=ω+ i sq

T r i md

3 Thiết kế bộ điều khiển tốc độ R ω

Xuất phát từ phương trình momen:

m M=m T+ J

p c

dω dt

Laplace hóa 2 vế ta được:

m M=m T+ J

p c ωs→ω=(m M−m T)p c

jω s → ω=

p c

jω s

- Sơ đồ cấu trúc bộ điều khiển

- Tổng hợp hàm truyền hở

Từ cấu trúc bộ điều khiển ta tổng hợp được hàm truyền hệ hở:

F h ω(s)=K pω(1+ 1

T iω s)(

p c

jω s)=

(K pω+K pω s) p c

T iω jω s2

- Tổng hợp hàm truyên kín:

F kω(s)= F h ω(s )

1+F h ω(s)=

k11+T iω s

s2

1+k11+T iω s

s2

→ F kω(s)= k1(1+T iω s)

S2+k (1+T iω s )=

k1.T iω s+k1

s2+k1 T iω s+k1

- Thiết kế BĐK tốc độ theo chuẩn tối ưu đối xứng với hàm chuẩn:

G k(s)= 2 ξ ω n s+ω n

2

s2+2 ξ ωn s +ω n2

⇒{ k1=ω n2

k1.T iω=2 ξ ωn ⇔{ k1=k pω p c

T iω J =ω n

2

T iω=2 ξ ω n

ω n2 =2 ξ

ω n

⇔{k pω=ω n2 T iω J

p c

T iω=2 ξ

ω n

- Tổng hợp ta xây dựng được mạch vòng điều khiển

1 p J.sc

R

p

i

1

T s







i





*

4 Thiết kế bộ điều khiển từ thông Rψ

- Xuất phát từ phương trình.𝟁rd

ψ rd '

=i sd L m

s T r+ 1

- Sơ đồ cấu trúc bộ điều khiển

Cấu trúc bộ điều khiển từ thông roto

- Tổng hợp hàm truyền hở

K h(s)=K pψ(1+ 1

T iψ)(

1

s T r+1)=

K pψ+K pψ .T iψ

T iψ .

1

s T r+ 1=

K pψ(1+Tiψ)

T iψ(s T r+1)

- Từ hàm truyền hở ta tổng hợp hàm truyền hệ kín:

K k(s)= K h(s )

1+K h(s)=

K pψ(1+Tiψ)

T iψ(s T r+1) 1+K pψ+K pψ .T iψ

T iψ(s T r+ 1)

=

K pψ(1+Tiψ)

T iψ(s T r+1)

T iψ(s T r+1)+Kpψ(1+Tiψ)

T iψ(s T r+1)

→ K k(s)= K pψ(1+Tiψ)

T iψ(s T r+1)+Kpψ(1+Tiψ)=

(1+Tiψ)

T iψ

K pψ(s T r+1)+(1+Tiψ)

⇒ F k(s)= (Ti s+1)

(T r s+1) T iψ

k iψ L m s+(T i s +1)

- Chọn hằng số thời gian hàm truyền hệ kín bộ R bằng số nguyên lần hằng số thời gian bộ Ri

⇒{T iψ=T r

T kψ=5.Tki ⇔{ T iψ=T r

T iψ

k iψ L m=5.Tσs

⇔{ T iψ=T r

k iψ= T r

5.T σs L m

1

r

1

sT 1

R

p

i

1

T s







i



' rd



'

rd *