Điều khiển động cơ IPM sử dụng pp cực đại tỉ số momendòng điện

Trong những hệ thống điều khiển TĐĐ cần sự chính xác về vị trí cũng như tốc độ ví dụ như điều khiển robot, cơ cấu nâng hạ, dây chuyền sản xuất,… thì việc sửdụng hệ truyền động servo là p

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ IPM SỬ DỤNG PHƯƠNG

PHÁP MOMEN TRÊN DÒNG ĐIỆN CỰC ĐẠI

Trưởng bộ môn : TS Trần Trọng MinhGiáo viên hướng dẫn : ThS Lê Minh HàSinh viên thực hiện : Đỗ Văn Trường

Hà Nội, 6-2015

LỜI CAM ĐOAN

Em xin cam đoan bản đồ án tốt nghiệp: Tên đề tài: ” Thiết kế điều khiển động cơ IPM sử dụng phương pháp momen trên dòng điện cực đại” do em tự thiết

kế dưới sự hướng dẫn của thầy giáo ThS Lê Minh Hà Các số liệu và kết quả là hoàntoàn đúng với thực tế

Để hoàn thành đồ án này em chỉ sử dụng những tài liệu được ghi trong danhmục tài liệu tham khảo và không sao chép hay sử dụng bất kỳ tài liệu nào khác Nếuphát hiện có sự sao chép em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm

Hà Nội, ngày 17 tháng 06 năm 2015

Sinh viên thực hiện

Đỗ Văn Trường

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH VẼ i

DANH MỤC BẢNG SỐ LIỆU ii

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT iii

iii

LỜI NÓI ĐẦU 4

Chương 1 5

TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ NAM CHÂM VĨNH CỬU CỰC CHÌM 5

1.1.Sơ lược về các loại động cơ đồng bộ 5

1.1.1.Khái quát về động cơ xoay chiều đồng bộ 3 pha 5

1.1.2.Phân loại động cơ đồng bộ 5

1.2.Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu 6

1.2.1.Cấu tạo động cơ IPM 7

1.2.2.Sơ đồ thay thế của động cơ đồng bộ 8

1.2.3.Đặc tính cơ của động cơ IPM 9

1.2.4.Ứng dụng cho động cơ IPM 11

VECTOR KHÔNG GIAN - MÔ HÌNH HÓA ĐỘNG CƠ 12

2.1.Vector không gian của các dại lượng xoay chiều ba pha 12

2.1.1.Xây dựng vector không gian 12

2.1.2.Chuyển hệ tọa độ cho các vector không gian 15

2.2.Mô hình toán học của động cơ IPM 17

2.2.1.Đặt vấn đề 17

2.2.2.Mô hình hóa động cơ IPM trên hệ tọa độ d-q 19

CÁC CHIẾN LƯỢC ĐIỀU KHIỂN CHO ĐỘNG CƠ 23

3.1.Tổng hợp các phương pháp điều khiển cho động cơ 23

3.2.Chiến lược điều khiển MTPA 24

THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN VÀ KẾT QUẢ MÔ PHỎNG CHO ĐỘNG CƠ 33

4.1.Thiết kế bộ điều khiển cho động cơ 33

4.1.1.Mạch vòng dòng điện 34

4.1.2.Mạch vòng tốc độ 38

4.2.Kết quả mô phỏng 40

KẾT LUẬN 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO 50 PHỤ LỤC 51

Danh mục hình vẽ

DANH MỤC HÌNH VẼ

Danh mục bảng số liệu

DANH MỤC BẢNG SỐ LIỆU

Danh mục từ viết tắt

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

ĐB NCVC Đồng bộ nam châm vĩnh cửu

SPM Surface Permanent-Magnet Động cơ nam châm vĩnh cửu bề mặtMTPA Maximun torque per amp Cực đại momen trên dòng

FOC Field Orientated Control Điều khiển định hướng từ thông FOCDTC Direct Torque Control Điều khiển mô men trực tiếp

Lời nói đầu

LỜI NÓI ĐẦU

Những năm gần đây cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ, vi

sử lý, công nghệ bán dẫn và kĩ thuật điều khiển đã tạo nên sự chuyển biến cơ bản tronghướng đi cho giải pháp tự động hóa công nghiệp

Trong những hệ thống điều khiển TĐĐ cần sự chính xác về vị trí cũng như tốc

độ ví dụ như điều khiển robot, cơ cấu nâng hạ, dây chuyền sản xuất,… thì việc sửdụng hệ truyền động servo là phù hợp những yêu cầu này.Với những ưu điểm vượt trội

so với các động cơ khác cùng với việc sử dụng cấu trúc điều khiển hiện đại thì động cơđồng bộ kích thích nam châm vĩnh cửu được sử dụng ngày càng nhiều trong các lĩnh vực

Vì vậy có nhiều phương pháp điều khiển hiện đại được đề xuất cho việc điều khiển các

hệ truyền động

Trong các phương pháp điều khiển đó em được giao đề tài đồ án tốt nghiệp với nội

dung: ” Thiết kế điều khiển động cơ IPM sử dụng phương pháp momen trên dòng điện cực đại” Nội dung gồm các chương :

• Chương 1 : Tổng quan về động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu cực chìm

• Chương 2 : Không gian vector - Mô hình hóa động cơ IPM

• Chương 3 : Các chiến lược điều khiển cho động cơ IPM

• Chương 4 : Thiết kế bộ điều khiển và kết quả mô phỏng cho động cơ

Trong quá trình làm đồ án, được sự giúp đỡ tận tình của thầy ThS Lê Minh Hàđến nay em đã hoàn thành được đồ án tốt nghiệp với đầy đủ nội dung yêu cầu Tuy nhiên

do khả năng kiến thức bản thân còn hạn chế, thời gian có hạn nên đồ án còn nhiều thiếusót Rất mong sự góp ý của thầy cô và các bạn để bổ xung những phần thiếu sót trong đềtài này

Hà Nội, ngày 17 tháng 06 năm 2015

Sinh viên thực hiện

Đỗ Văn Trường

Chương 1:Tổng quan về động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu cực chìm

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ NAM CHÂM

VĨNH CỬU CỰC CHÌM

1.1 Sơ lược về các loại động cơ đồng bộ

1.1.1 Khái quát về động cơ xoay chiều đồng bộ 3 pha

Động cơ đồng bộ 3 pha có tốc độ quay của roto (n) bằng tốc độ quay của từ trường(n1) Ở chế độ xác lập động cơ điện đồng bộ có tốc độ quay của roto luôn luôn không đổikhi tải thay đổi, tùy thuộc vào tần số của nguồn và số đôi cặp cực

Tốc độ quay động cơ được tính bằng biểu thức sau:

2 s

s c

f p

π

Trong đó: f s là tần số nguồn cung cấp, p c là số đôi cặp cực của động cơ.

Động cơ đồng bộ nói chung, động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu nói riêng là những máy phát điện xoay chiều gồm hai phần stator và rotor, phần cảm đặt ở rotor

và phần ứng đặt ở stator Với động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu thì phần cảm ứng được kích thích bằng những phiến nam châm bố trí trên bề mặt hoặc dưới bề mặt phần cảm ứng Các thanh nam châm được làm bằng đất hiếm ví dụ như Samariu-

cobalt(SmCO5, SmCO7) hoặc Neodymium-iron-boron (NdFeB), là các nam châm cónăng suất năng lượng cao và tránh được khử từ, thường được gắn trên về mặt hoặc bêntrong lõi thép rotor để đạt được độ bền cơ khí cao, nhất là khi tốc độ làm việc cao thìkhe hở giữa các nam châm có thể đắp bằng vật liệu từ sau đó bọc bằng vật liệu có độbền cao , ví dụ như sợi thủy tinh hoặc bắt bu lông vít lên các thanh nam châm

1.1.2 Phân loại động cơ đồng bộ

Động cơ đồng bộ xoay chiều 3 pha có thể phân loại làm hai loại chính:

-Loại roto có kích từ bằng điện với dải công suất lớn từ vài trăm tới vài MW Cuộnkích từ được cuốn theo cực ẩn hay cực lồi

Loại roto nam châm vĩnh cửu với dải công suất nhỏ

Chương 1:Tổng quan về động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu cực chìm

Hiện nay còn có động cơ đặc biệt( động cơ bước)

1.2 Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu

Dựa vào loại sức phản điện động trên stator động cơ đồng bộ xoay chiều bapha(PMAC) có thể chia làm 2 loại dạng hình sin (PMSM) và dạng hình thang (BLDC)

Hình 1.1: Phân loại động cơ nam châm vĩnh cửuLoại động cơ có sức phản điện động hình thang (PMAC) còn được gọi là động cơmột chiều không chổi than(BLDC) Điểm khác biệt cơ bản so với những động cơ đồng

bộ khác là sức phản điện động (back-EMF) của động cơ có dạng hình thang do cấu trúcdây quấn tập trung (các loại khác có dạng hình sin do cấu trúc dây quấn phân tán) Dạngsóng sức phản điện động hình thang khiến cho động cơ BLDC có đặc tính cơ giống động

cơ một chiều, mật độ công suất, khả năng sinh mômen cao, hiệu suất cao

Dựa vào vị trí nam châm trong rotor người ta phân động cơ có sức phản điệnđộng hình sin(PMAC) thành 2 loại động cơ đồng bộ nam châm bề mặt (SPMSM) vàđộng cơ đồng bộ nam châm chìm (IPMSM)

-Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu có từ thông dạng hình sin, cực từ bố trí mặtngoài ( SPM: Simusoidal Surface Magnet Machine)

Chương 1:Tổng quan về động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu cực chìm

-Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu có từ thông dạng hình sin, cực từ bố trí chìmbên trong (IPM: Simusoidal Interior Magnet Machine)

1.2.1 Cấu tạo động cơ IPM

Hình 1.2: Động cơ nam châm vĩnh cửu cực chìm (IPM)Động cơ xoay chiều đồng bộ nam châm vĩnh cửu (ĐB NCVC) có rotor là NCVC

và dây quấn 3 pha ở stator Trong động cơ đồng bộ NCVC thường kèm theo các cảmbiến vị trí và cảm biến tốc độ sử dụng cho hệ truyền động servo ĐB NCVC thường đượccấp hoặc điều khiển từ một biến tần nguồn áp hoặc nguồn dòng với điều khiển tần số vàđiện áp theo quy luật yêu cầu

Động cơ IPM ( Interior Permanent Magnet), còn gọi là động cơ đồng bộ namchâm vĩnh cửu cực chìm, thuộc loại động cơ đồng bộ ba pha kích từ nam châm vĩnh cửu.Trong đó phần cảm được kích thích bằng những phiến nam châm bố trí dưới bề mặtrotor Các thanh nam châm thường được làm bằng đất hiếm, là các nam châm có suấtnăng lượng cao và giảm tối đa hiệu ứng khử từ Rotor của động cơ IPM thường làm bằngthép hợp kim chất lượng cao, được rèn thành khối trụ sau đó gia cong phay rãnh để đặtcác thanh nam châm Khi các thanh nam châm ẩn trong rotor thì có thể đạt được cấu trúc

cơ học bền vững hơn, kiểu này thường được sử dụng trong các động cơ cao tốc Tốc độloại này thường cao nên để hạn chế lực li tâm rotor thường có dạng hình trống với tỉ số

Nam châm

vĩnh cửu

Miếng đệm không có

từ tính

Chương 1:Tổng quan về động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu cực chìm

Cấu trúc nam châm vĩnh cửu cực chìm các thanh nam châm được lắp bên trong lõithép rotor về mặt vật lý không có sự thay đổi nào của bề mặt hình học các thanh namchâm Mỗi thanh nam châm được bọc bởi một mảng thép nên nó làm mạch từ của máythay đổi mạnh, vì do các mảnh thép này tạo ra các đường dẫn từ thông cắt ngang các cựcnày và cả không gian vuông góc với từ thông nam châm Do đó hiệu ứng lồi là rất rõ ràng

và nó làm thay đổi cơ chế sinh momen của động cơ

Hình 1.3:Thành phần ngang trục và dọc trục động cơ IPM

1.2.2 Sơ đồ thay thế của động cơ đồng bộ

Để nghiên cứu, phân tích các quá trình điện từ xảy ra bên trong động cơ và xâydựng đặc tính của chúng người ta thường sử dụng sơ đồ thay thế một pha với các giả thiếtnhư sau:

- Ba pha của động cơ là đối xứng, điện áp nguồn hình sin đối xứng

- Các thông số của động cơ không đổi

- Dòng điện một chiều kích từ không thay đổi

- Bỏ qua các hao tổn về cơ và hao tổn phụ

- Bỏ qua các ảnh hưởng của từ trường bậc cao trong máy

Trục dTrục d

Chương 1:Tổng quan về động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu cực chìm

Ta mô tả đại lượng điện áp và dòng điện ở các dạng vector phức, ta có phươngtrình điện áp cho mỗi pha của động cơ như sau:

Từ phương trình 1.2 ta có sơ đồ thay thế một pha của động cơ như sau:

Hình 1.4: Sơ đồ thay thế của động cơ đồng bộ

1.2.3 Đặc tính cơ của động cơ IPM

Khi đóng stator động cơ đồng bộ vào nguồn điện có tần số fs không đổi, động cơ

sẽ quay với tốc độ đồng bộ là:

1 1

2

c

f p

π

Trong phạm vi momen cho phép M≤Mmax, đặc tính cơ là cứng tuyệt đối, đặc tính

cơ của động cơ đồng bộ như sau:

Chương 1:Tổng quan về động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu cực chìm

Hình 1.5:Đặc tính cơ của động cơ IPMKhi momen vượt qua giá trị Mmax tốc độ động cơ sẽ mất dần tính đồng bộ Trong

hệ truyền động dùng động cơ đồng bộ người ta còn sử dụng đặc tính góc: M = f( )θ .

Hình 1.6: Đồ thị vector của động cơ IPM

Chương 1:Tổng quan về động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu cực chìm

Thế các biểu thức (1.6) vào (1.7) ta thu được phương trình

2 ( )3

Với Xd, Xq là điện kháng dọc trục và điện kháng ngang trục

Đường cong biểu diễn M là tổng của 2 thành phần:

1 3 sin

d

EU M

ω

2 2

3 1 1( )sin 2

2 q d

U M

ω

1.2.4 Ứng dụng cho động cơ IPM

Gần đây động cơ đồng bộ ngày càng ứng dụng rộng rãi trong các ứng dụng thực tếnhư trong các phương tiện giao thông các máy công cụ như máy nén khí, máy nghiền vàmáy kéo tàu

Về động cơ IPM có những ưu thế gần như tuyệt đối trong ứng dụng cho ô tô điện.Động cơ nam châm vĩnh cửu thông thường có nam châm được gắn trên bề mặt rotor(SPM) vốn đã có đặc tính điều khiển rất tốt Động cơ IPM có nam châm được gắn chìmbên trong rotor (hình 1.2), dẫn tới sự khác biệt giữa điện cảm dọc trục và điện cảm ngangtrục (hình 1.3), từ đó tạo khả năng sinh mômen từ trở (Reluctance Torque) cộng thêm vàomômen vốn có do nam châm sinh ra (Magnet Torque) như (hình 3.2) Đặc tính này khiếnđộng cơ IPM có khả năng sinh mômen rất cao, đặc biệt phù hợp cho ô tô điện Mặt khác,động cơ IPM có phản ứng phần ứng mạnh, dẫn tới khả năng giảm từ thông mạnh, chophép nâng cao vùng điều chỉnh tốc độ, làm việc tốt ở vùng công suất không đổi

Chương 2: Vector không gian –Mô hình hóa động cơ IPM

Chương 2

VECTOR KHÔNG GIAN - MÔ HÌNH HÓA ĐỘNG CƠ

2.1 Vector không gian của các dại lượng xoay chiều ba pha

2.1.1 Xây dựng vector không gian

Động cơ xoay chiều ba pha nói chung, động cơ đồng bộ nói riêng trên stato đềuđược đặt 3 cuộn dây có dòng điện 3 pha chạy qua

Hình 2.1:Sơ đồ cuộn dây và dòng stato của động cơDòng điện 3 pha từ lưới chảy vào 3 cuộn dây stato của động cơ là isa(t), isb(t),isc(t)chúng phải thỏa mãn phương trình sau:

( ) cos( )( ) cos( 120 )( ) cos( 240 )

=

(2.2)

Chương 2: Vector không gian –Mô hình hóa động cơ IPM

Về phương diện mặt phẳng cơ học trên stato của động cơ xoay chiều ba pha có 3cuộn dây đặt lệch nhau một góc 120o Nếu trên mặt cắt thiết lập 1 hệ tọa độ phức có trụctrùng với trục cuộn dây pha A Ta xây dựng không gian vector như sau

2 2

3

i t = i t +ai t +a i t  (2.3)

Trong công thức trên : a= ej120 , a2=ej240 là toán tử quay

Hình 2.2 : thiết lập vector không gian đại lượng 3 phaVector is(t) là vector có modun không đổi và quay trên mặt phẳng phức với mộttốc độ góc ωs =2π f s và tạo với trục thực một góc γ ω= s t (trong đó fs là tần số mạch

stato) Việc xây dựng mô hình is(t) được mô tả trên hình 2.2

Qua hình 2.2 dễ dàng nhận thấy các dòng điện từng pha chính là hình chiếu củavector is mới thu được trên các cuộn dây pha tương ứng

Các đại lượng khác như điện áp, từ thông ta đều có thể xây dựng được vectorkhông gian tương ứng với các dòng điện trên Trong hệ tọa độ trục thực(Re) là trục α,trục ảo (Im) là trục β và hệ tọa độ gọi là hệ tọa độ cố định stator Chiếu vector is(t) lênhai trục (αβ ) ta thu được hai dòng i sα và i sβ tương ứng là 2 dòng điện hình sin Ta có thể

Chương 2: Vector không gian –Mô hình hóa động cơ IPM

hình dung ra 1 động cơ tương ứng vơi hai cuộn dây cố định α và β thay cho 3 cuộn dâyA,B,C và dòng chảy qua 2 cuộn dây là i sα và i sβ

Xét khi biết dòng isa, isb và trục A trùng với trục thực α ta có

1 ( 2 ) 3

Chương 2: Vector không gian –Mô hình hóa động cơ IPM

2.1.2 Chuyển hệ tọa độ cho các vector không gian

Xét hệ tọa độ tổng quát x,y và hệ tọa độ thứ 2 x*y* điểm chung là gốc tọa độ 0nằm lệch so với hệ tọa độ xy một góc Quan sát 1 vector bất kì ta có

Hình 2.4: chuyển hệ tọa độ vector không gian bất kì v

Từ hình 2.4 ta có kết quả như sau:

Thay (2.8) vào (2.7) ta thu được

* ( cos sin ) j( sin cos )( )(cos sin ) j

Chương 2: Vector không gian –Mô hình hóa động cơ IPM

Hai hệ tọa độ xy và x*y* ở 2 hệ trục tọa độ lệch nhau một góc θ là không đổi Nhưngthực tế góc θ biến thiên với vận tốc góc k

d dt

θ

ω = π = với fs là tần số của nguồn điện đưa vào mạch stator.Trên hình 2.5 là động cơ xoay chiều 3 pha đồng bộ thì trục từ thông rotor cũng là trụcrotor Trong trường hợp này ω ωr = s

Hình 2.5:biểu diễn vector không gian trên hệ tọa độ tựa từ thông

Nếu ta xây dựng một hệ tọa độ αβ có trục thực trùng với trục của rotor và gốc tọa độtrùng với gốc tọa độ hệ trục gọi là hệ tọa độ d-q như vậy hệ tọa độ d-q quay xung quanhđiểm gốc chung với vận tốc góc là ωs và vector is có các thành phần mới theo các hệ tọa

Chương 2: Vector không gian –Mô hình hóa động cơ IPM

độ d-q là isd và isq Để có thể nhận biết các vector đang quan sát trên hệ tọa độ nào ta quyước

iss là vector dòng điện quan sát trên hệ trục tọa độ αβ

isf là vector dòng điện quan sát trên hệ trục tọa độ d-q

Tương tự các đại lượng khác cũng được quy ước như vậy từ đó ta có:

2.2 Mô hình toán học của động cơ IPM

2.2.1 Đặt vấn đề

Để xây dựng , thiết kế bộ điều chỉnh cần phải có mô hình mô tả chính xác đếnmức tối đa đối tượng cần điều chỉnh Mô hình toán học thu được cần phải thể hiện rõ đặc

Chương 2: Vector không gian –Mô hình hóa động cơ IPM

để phục vụ cho xây dựng các thuật toán điều chỉnh chứ không phải mô tả chính xác vềmặt toán học đối tượng động cơ Điều đó dẫn đến các điều kiện được giả thiết khi thiếtlập mô hình Các điều kiện nhằm đơn giản hóa mô hình có lợi cho việc thiết kế saunày ,mặt khác nó gây nên sai lệch cho phép nhất định giữa đối tượng và mô hình Saunày các sai lệch đó phải được loại trừ bằng các phương pháp thuộc về kỹ thuật điềuchỉnh

Về phương diện động động cơ đồng bộ được mô tả bởi hệ phương trình vi phânbậc cao Vì cấu trúc phân bố các cuộn dây phức tạp về mặt không gian , vì các mạch từmóc vòng ta phải chấp nhận các điều kiện sau đây khi mô hình hóa động cơ

- Các cuộn dây stator được bố trí một cách đối xứng về mặt không gian

-Các tổn hao sắt từ và bão hòa từ có thể bỏ qua

-Các giá trị điện trở và điện cảm được coi là không đổi

Phương trình điện áp cho 3 cuộn dây stator của động cơ

( )( )( )

dt d

ψ ψ ψ : là từ thông stator của cuộn dây

Usa, Usb, Usc: điện áp pha a,b,c

Để đơn giản hóa mô hình động cơ dùng phép chuyển đổi của hệ tọa độ đưa hệ thống từ 3pha từ ( a,b,c) sang hệ tọa độ dq Hệ tọa độ dq là hệ tọa độ tựa từ thông roto

Ma trận chuyển đổi

cos( ) cos( )cos( )

sin( ) 2 43

sin( ) sin( )

sa sd

sb sq

sc

U U

U U

Chương 2: Vector không gian –Mô hình hóa động cơ IPM

θ là góc giữa trục chuẩn (quy ước là trục đi qua cuộn dây pha a) và trục rotor

2.2.2 Mô hình hóa động cơ IPM trên hệ tọa độ d-q

Sơ đồ thay thế động cơ IPM:

Hình 2.6:Sơ đồ thay thế cho động cơ IPM

Ta có phương trình điện áp stator:

Trong đó ψp là vector từ thông cực Vì trục d của tọa độ trùng với trục của từ thông cực,

thành phần vuông góc ( thành phần trục q ) của ψp sẽ bằng 0 Vậy là vector từ thông cực

Chương 2: Vector không gian –Mô hình hóa động cơ IPM

0 0

U U

Chương 2: Vector không gian –Mô hình hóa động cơ IPM

Lsq: điện cảm stator đo ở vị trí ngang cực( vị trí trục q)

sd sd s

L T R

= : Hằng số thời gian trục d của mạch stator

s

L T R

= : Hằng số thời gian trục q của mạch stator

Hình 2.7: Mô hình động cơ IPM trong hệ tọa độ tựa từ thông rotor

Nhận xét cho mô hình động cơ:

-Mô hình phi tuyến do thay đổi trong quá trình làm việc

Chương 2: Vector không gian –Mô hình hóa động cơ IPM

Chúng ta cần xây dựng bộ điều khiển tách kênh để khử sự tương tác giữa 2 thành phầndòng điện trên

Chương 3: Các chiến lược điều khiển cho động cơ

Chương 3

CÁC CHIẾN LƯỢC ĐIỀU KHIỂN CHO ĐỘNG CƠ

3.1 Tổng hợp các phương pháp điều khiển cho động cơ

Ngày nay động cơ điện đồng bộ được sử dụng nhiều trong lĩnh vực điều khiểntrong công nghiệp vì nó có những đặc điểm vượt trội như hiệu suất, cosϕ cao, tốc độ ítphụ thuộc vào điện áp

Cũng như các hệ thống điều khiển khác, chất lượng các hệ điều khiển truyền độngđiện phụ thuộc rất nhiều vào chất lượng của các bộ điều khiển, ở đó hệ thống phải tạo rađược khả năng thay đổi tốc độ trơn, mịn với phạm vi điều chỉnh rộng

Có nhiều giải thuật điều khiển động cơ đồng bộ đã được nghiên cứu và ứng dụngtrong lĩnh vực truyền động điện như:

- Phương pháp điều khiển vô hướng (U f )

- Phương pháp điều khiển trực tiếp DTC

- Phương pháp điều khiển vector FOC

Phương pháp điều khiển trực tiếp mô men (DCT) là dựa trên tác động trực tiếp củacác véc tơ điện áp lên véc tơ từ thông móc vòng stator, làm thay đổi trạng thái của vec tơ

từ thông stator dẫn đến thay đổi trực tiếp tới mô men điện từ của động cơ Đây là phươngpháp điều khiển đơn giản, ít phụ thuộc vào các thông số động cơ, đáp ứng mô mennhanh, linh hoạt

Phương pháp FOC gồm có các loại sau: điều khiển định hướng theo từ thôngstator và điều khiển định hướng theo từ thông rotor Tuy nhiên phương pháp điều khiểnđịnh hướng theo từ thông rotor có nhiều ưu điểm vượt trội: ứng dụng phương pháp vectorkhông gian ta có thể dễ dàng xây dựng mô hình động cơ và các phương trình trên

hệ tọa độ (dq) ,triệt tiêu thành phần từ thông rotor trên trục q, còn thành phần từ thôngtrên trục d có thể xem như một đại lượng một chiều, các đại lượng dòng điện điện áp khichiếu lên hai trục tọa độ d,q cũng là thành phần một chiều

Với những ưu điểm trên trong đề tài này em sử dụng phương pháp điều khiển động cơ

Chương 3: Các chiến lược điều khiển cho động cơ

3.2 Chiến lược điều khiển MTPA

Ta có phương trình momen của động cơ:

Từ phương trình momen ta thấy MM gồm 2 thành phần:

- Thành phần momen do từ thông nam châm sinh ra: 1

Sử dụng phương pháp MTPA sẽ tối ưu được momen đạt cực đại trong khi giá trị củadòng qua động cơ là nhỏ nhất

Khi điều khiển Isd 0, ta có vector đồ thị như hình sau:

Hình 3.1: Đồ thị vector dòng Is

Đặt :