bài tập dài Máy điện trong điều khiển tự động Triệu Việt Linh

ÊN LÍ HO ẠT ĐỘ NG CỦA ĐỘ NG CƠ PH ẢN KH ÁNG NGUY NGUYÊ HOẠ ĐỘNG ĐỘNG PHẢ KHÁ ỂN MẠCH(SRM) CHUY CHUYỂ 2.1 Gi ới thi Giớ thiệệu Động cơ phản kháng chuyển mạch có cấu trúc đơn giản hơn so với các đông cơ cảm ứng và động cơ đồng bộ . Sự kết hợp của chúng với các bộ điều khiển điện tử công suất có thể mang lại một giải pháp kinh tế. Cấu trúc của động cơ là đơn giản với cuộn dây tập trung trên stato và không có dây cuốn cũng như chổi than trên rotor . Điều này rõ ràng làm cho kết cấu của nó dễ bị nhầm lẫn . Động cơ phản kháng chuyển mạch hiện tại có nhiều ưu điểm như là hiệu quả sử dụng cao , tốc độ vận hành cao,hiệu suất của động cơ lớn ,momen xoắn lớn , cùng với việc hoạt động được ở 4 góc phần tư làm cho nó trở thành giải pháp hấp dẫn cho các ứng dụng về thay đổi tốc độ. Động cơ SRM với nhiều kích cỡ chủng loại , công suất, dải tốc độ và các khía cạnh kinh tế trong cấu trúc của chúng sẽ sớm được có mặt trong các hộ gia đình. Hiệu suất của động cơ phản kháng chuyển mạch phụ thuộc rất nhiều vào việc điều khiển ứng dụng. Hình 2.1 cho ta cấu trúc của một động cơ phản kháng chuyển mạch . Ba thành phần chính có thể xác định được là : Động cơ SRM , bộ biến đổi điện tử công suất và bộ điều khiển . Trong hệ thống điều khiển bao gồm xử lý tín hiệu , chuyển đổi điện và toàn bộ động cơ phải được thiết kế như một ứng dụng cụ thể . Có một bộ chuyển đổi giữa các pha . Một pin hoặc một bộ chỉnh lưu công suất nguồn một chiều . Các nguyên lý cơ bản đơn giản như là : mỗi pha được cung cấp điện áp một chiều bởi một bộ chuyển đổi điện tử công suất cũng như được điều khiển bởi bộ điều khiển đơn vị . Một điều quan trọng là việc tạo ra momen xoắn độc lập với hướng của dòng điện. Nguyên lí hoạt động này Hình 2.1 Cấu trúc của một động cơ phản kháng chuyển mạch góp phần vào việc giảm số lượng các thiết bị chuyển mạch cho mỗi pha . Chương này trình bày các cấu trúc liên kết chính của đông cơ phản kháng chuyển mạch , các dòng năng lượng và các biến điêu khiển . Các động cơ này hoạt động được trong các góc phần tư của nó , các momen xoán theo đặc điểm của tốc độ và được xây dựng công thức tính theo mô hình toán học của các mạch tương đương . Các mô hình từ tính tuyến tính được sử dụng để cung cấp một cấu trúc cho việc tìm hiểu và điều khiển động cơ SRM. Phần này mô tả về một động cơ SRM 4 pha và cơ chế điều khiển nó . Các phương pháp mô phỏng được đề suất để tìm ra bộ điều khiển tốc độ tối ưu . Các mô phỏng này đã được tiến hành và các kết quả quan trọng nhất của nó sẽ được mang ra thảo luận xem xét . úc li ng cơ 2.2 Cấu tr trú liêên kết của độ động Cũng giống như nhiều động cơ khác , cấu trúc của động cơ phản kháng chuyển mạch bao gồm stator và rotor. Cả stator và rotor được dát mỏng . Xếp chồng các lá thép kim loại với số lượng lớn và từ tính cao vào lõi của rotor. Stator được cấu tạo nên từ các lá thép mỏng ép sát nhau vào một lõi và các cuộn dây được đặt trên mỗi cực stator. Mỗi cực stator mang một cuôn dây kích thích và cuộn dây đối diện được nối với nhau để tạo thành một pha . Chúng không có dây cuốn nào trên rotor. Số cực của stator và rotor được lựa chọn bằng cách sủ dụng một loạt các chỉ tiêu đã được đưa ra tại chương IV. Trong phần này , người ta cho rằng số lượng cực của rotor là Nr và số cực của stator là Ns được biết đến như là đã thông qua các tiêu chí lựa chọn tại chương IV. Các máy phản kháng chuyển mạch có thể đưa ra một loạt các tỉ lệ khía cạnh và các cấu trúc cực lồi mà không ảnh hưởng đến hiệu suất quá nhiều . Điều này có nghĩa là mỗi ứng dụng có thể sẽ là phù hợp hơn cho một cấu trúc liên kết phản kháng chuyển mạch cụ thể . ng cơ một pha Độ Động Đây là động cơ phản kháng chuyển mạch đơn giản nhất có lợi thế về sự kết nối ít nhất giữa động cơ và mạch điện tử công suất . Tuy nhiên những gợn momen xoắn là rất lớn và không thể khởi động được ở tất cả các vị trí được đấy được coi là một mặt hạn chế. Hiện nay chúng chỉ được quan tâm ứng dụng cho các thiết bị tốc độ rất cao . Độ ng cơ 2 pha Động Đối với một động cơ phản kháng chuyển mạch thì gợn momen xoán cao là 1 nhược điểm vô cùng lớn . ng cơ 3 pha Độ Động Các cấu trúc liên kết phổ biến nhất của một SRM 3 pha là hình thức 6/4 ( Ns=6 và Nr=4) . Nó đại diện cho một sự thỏa hiệp tốt giữa điểm bắt đầu momen xoắn và số pha . Giải pháp thay thế máy điện 3 pha với số cực tăng lên gấp đôi có thể là một giải pháp tốt hơn cho các thiết bị chạy ở tốc độ thấp hơn . ng cơ 4 pha Độ Động Động cơ 4 pha được biết đến với việc giảm momen xoắn gợn . Một số lượng lớn các thiết bị điện tử công suất và việc kết nối được coi như là một nhược điểm lớn hạn chế động cơ 4 pha đến một ứng dụng cụ thể . Một hạn chế thực tế để xem xét số pha lớn hơn là việc tăng các thiết bị chuyển đổi dẫn theo tổng chi phí tăng lên ng cơ ph 2.3 Nguy Nguyêên lí cơ bản của độ động phảản kh khááng chuy chuyểển mạch Động cơ phản kháng chuyển mạch với rotor thụ động của nó có cấu tạo đơn giản . Tuy nhiên, các giải pháp mô hình toán học của nó là tương đối khó khăn do tính phi tuyến của nó chiếm ưu thế lớn . SRM được đặc trưng bởi tính hình học của nó , các đặc tính của vật liệu từ tính và các thông số điện. Các mặt cắt ngang của một SRM được thể hiện trong hình 2.2 Việc lựa chọn số cực của rotor và stator Nr và Ns được thực hiện với khía cạnh hạnh chế một số mặt như : Sự biến dạng của rotor , khả năng của momen xoắn sinh ra ở tất cả các vị trí rotor và việc hoặ động được ở cả 4 góc phần tư của một chu kì . Các mối quan hệ giữa tất cả những hạn chế này sẽ được trình bày tại chương IV. Số pha được xác định từ số cực của stator và rotor như sau : Khi số lượng cực được chọn , các thông số tiếp theo là statorβs và rotorβr các vòng cung cực để giảm thiểu điện cảm , tối đa hóa tỉ lệ độ từ cảm , tránh vùng chết và cho phép hoạt động được ở cả 4 góc phần tư. Góc quay của các cực Stator và rotor αs và αr : Hình 2.2 : Mặt cắt ngang của một SRM 4 Pha Momen xoắn được tạo ra khi một pha được cấp năng lượng và mạch từ có xu hướng chấp nhận một cấu hình của từ trở tối thiểu, i.e. Các cực của rotor phải nằm thẳng hàng với các cực kích thích của stator để mà tối đa hóa độ từ cảm các pha. Khi động cơ là đối xứng , nó có nghìa rằng chu kì độ tự cảm một pha là giữa các vị trí phù hợp và không phù hợp hoặc ngược lại ( Hình 2.3 ) Hình 2.3: Độ tự cảm của SRM ù hợp (La): Các vị tr tríí ph phù Hãy xem xét một cặc cực Rotor và Stator được cho là phù hợp .Cho một dòng điện đến pha được thiết lập thông qua các cực của stator và rotor . Nếu dòng điện tiếp tục chảy qua pha này thì rotor vẫn ở vị trí này , cực của rotor đang bị " mắc kẹt" hay là đối diện với cực của stator . Vị trí này gọi là vị trí phù hợp và độ tự cảm pha ở vị trí này là giá trị lớn nhất (Lmax hoặc La) có nghĩa là từ tính của từ trở của quang đường đi của thông lượng là ở mức tối thiểu. Các vi tr tríí trung bình (Lint): Tại các vị trí trung bình , cực rotor nằm ở giữa hai cực của stator . Trong trường hợp này sự cảm ứng là trung gian giữa các giá trị phù hợp và không phù hợp . Nếu có sự chồng chéo lên nhau ở tất cả , thông lượng sẽ được chuyển hướng hoàn toàn sang các cực rotor ở gần hơn và con đường rò rỉ thông lượng bắt đầu tăng tại các cực stator ở một phía . ông ph ù hợp (Lu): Các vị tr tríí kh khô phù Ở các vị trí không phù hợp , từ tính phản kháng của đường dẫn thông lượng đạt giá trị cao nhất là do khoảng cách không khí lớn giữa stator và rotor .Sự cảm ứng ở mức tối thiểu của nó (Lmin hoặc Lu) .Không sinh ra momen xoắn ở vị trí này khi đòng điện chảy ở một trong các pha liền kề .Tuy nhiên , vị trí không phù hợp là một trong những trạng thái cân bằng kém ổn định. Về mặt toán học , điện cảm ở giai đoạn này có thể được xấp xỉ bằng: Hình 2.3 cho thấy độ tự cảm lí tưởng của một pha là một hàm số của vị trí rotor cho một cặp cực của stator . Số lượng các chu kì của độ tự cảm biến đổi trên mỗi vòng quay tỉ lệ thuận với số cặp cực của rotor và độ dài của các chu kì bằng với chiều dài của mặt cực rotor .trong thực tế , cực của rotor hình cung cong βr luôn luôn lớn hơn cực của stator β s nếu Ns > Nr . Giá trị của các khoảng thời gian αr − βr ở giữa những răng rotor lớn hơnβs để có giá trị tối thiểu của độ từ cảm Lmin càng thấp càng tốt. Để tính toán , giá trị khoảng cách khe hở không khí được coi như là không đỏi trong khoảng thời gian mà các răng của rotor và stator là đối diện nhau. Phương trình của độ tự cảm có thể được viết lại như sau : k là độ dốc trong vùng tăng của độ tự cảm : Các momen xoắn được phát triển bởi một pha trong đó dòng điện có xu hướng di chuyển rotor theo một hướng để làm tăng độ tự cảm của pha ,i.e ở vị trí phù hợp nhất . Điều đó có nghĩa là các momen xoắn của động cơ chỉ có thể được tạo ra theo hướng tăng của độ tự cảm . Các momen xoắn tức thời rõ ràng là không liên tục , như được hiển thị thêm , tùy thuộc vào vị trí của rotor và dòng điện pha tức thời. Lưu ý rằng các momen xoắn là độc lập với hướng chạy của dòng điện. Trạng thái đặc biệt này của động cơ phản kháng chuyển mạch cần phải được thảo luận thêm . Phương án điểu khiển dựa trên đặc tính của momen xoắn-tốc độ (hình 2.4) . Lawrenson (luật 80) mô tả ba phương thức hoạt động cơ bản của động cơ phản kháng chuyển mạch dựa trên đặc tính tốc độ và momen xoắn . Dòng điện trong mạch stator được đóng và cắt sao cho phù hợp với vị trí của rotor . Với hình thức điều khiển đơn giản nhất này , các động cơ phản kháng chuyển mạch vốn dĩ phát triển các đặc điểm tốc độ momen xoắn đặc trưng của các máy một chiều Hình 2.4 :Đặc tính momen- tốc độ của SRM Chế độ đầu tiên này là một cái cơ bản với nguồn cấp điện áp cố định và các góc chuyển mạch cố định. Những vùng hoạt động là vùng momen xoắn không đổi dưới tốc độ định mức .Tốc độ cơ sở (ωb) được định nghĩa là tốc độ cao nhất mà tại đó dòng điện tối đa có thể được cung cấp cho động cơ (Imax) ở điện áp định mức với góc chuyển mạch cố định. Tất nhiên còn có một họ đặc tính của các điện áp cung cấp khác nhau . Ở tốc đọ nhất định thì thông lượng tỉ lệ thuận với điện áp U và momen xoắn thay đổi theo bình phương của dòng điện . Nếu góc chuyển mạch cố định được duy trì ở tốc độ ωb thì đọ giảm của momen xoán là 1/ω . Đây là chế độ hoạt động quan trọng thứ hai, khi máy hoạt động ở trên tốc độ cơ sở (ωb). Mỗi lựa chọn điều khiển cho động cơ phản kháng chuyển mạch là để giảm góc dẫn θc = θoff − θon ở điện áp không đổi. Trong chế độ này, máy phái điện được ứng dụng đầy đủ cho các pha cho đến θoff và giảm dòng điện . Có một giới hạn của việc tăng góc dẫn điện. Nếu nó là tăng sao cho góc đóng tương ứng với các góc mở của chu kì tiếp theo ,sao đó mức đọ thông lương sẽ không trở về không ở cuối mỗi xung , trong trường hợp này , thông lương trong pha sẽ tăng cho đến khi cuộn dây trong máy trở nên bão hòa. Điều này tương ứng với tốc độ của rotor là ωp. Chay trên tốc độ này thì độ giảm của việc tạo ra momen xoắn là 1/ ω^2. ươ ng ph áp to án học 2.4 Ph Phươ ương phá toá Điện áp tức thời tại điểm đầu và cuối một pha của cuộn dây động cơ SRM có liên quan đến thông lượng liên kết của cuộn dây đó. Theo Tomko [ Tom98] các mối liên hẹ với thông lượng là một hàm hai biến của dòng điện i và vị trí của rotor(góc θ). Mô hình toán học mô tả mạch tương đương cho một pha ( hình 2.5) Hình 2.5: Mạch tương đương cho một pha Với U là điện áp cung cấp , i là dòng điện pha , R là điện trở pha , Ψ là thông lượng liên kết và θ là các vị trí góc rotor. Biểu thức chung của momen xoắn là : Nói chung các mô hình động lực học của đông cơ SRM được đặc trưng bởi mối quan hệ vị trí góc của rotor và tốc độ góc : Nó là một tập hợp của bốn phuong trình vi phân phi tuyến . Giải pháp ở đây là bỏ qua sự phi tuyến do bão hòa từ tính là : Có thể được viết lại như là : Các momen xoắn trung bình có thể được viết tùy theo số lượng pha của SRM như sau: Trong phần này , giả sử vùng làm việc là tuyến tính , giới hạn bởi giá trị bão hòa của dòng điện Imax . 2.5 Mô hình hóa SRM Momen xoắn trong một động cơ phản kháng chuyển mạch có thể được biết đến như sự biến đổi năng lượng từ tính như là một hàm của vị trí rotor ( nguyên tắc làm việc ảo ). Mối quan hệ này cũng được dùng để phân tích rơ le điện từ , lực hút nam châm , thiết bị truyền động điện từ và thiết bị khác . ân tích ph ươ ng tr 2.5.1 Ph Phâ phươ ương trìình tuy tuyếến tính của điện áp và momen xo xoắắn Một phân tích tuyến tính giả định rằng độ từ cảm không bị ảnh hưởng bởi dòng điện , như vậy không có bão hòa từ xảy ra . Để đơn giản , nó cũng được giả định rằng tất cả các từ thông qua khe hở không khí là theo hướng xuyên tâm , các khớp nối giữa các pha có thể bỏ qua , và ảnh hưởng của từ thông chạy ở viền các cực cũng là không đáng kể. Trong vùng tuyến tính thì phương trình của từ thông có đặc điểm là : Trong đó L (θ) là độ tự cảm của một pha như là một hàm của góc θ. Điện áp Ui là : Phương trình này cho thấy rằng khi rotor làm việc ở góc phần tư đầu tiên , một phần điện đầu vào đã đi vào điện cảm và làm tăng năng lượng từ trường được lưu trữ trong điện cảm và các phần khác được biến đổi thành năng lượng cơ học. Như đã thấy trong hình 2.5 , mạch tương đương được trang bị một khóa chuyển mạch tương trưng cho các phần tử điện tử công suất . Khi khóa S được đóng lại ,một phần của năng lượng từ nguồn 1 (U) được chuyển đổi thành năng lượng cơ học đầu ra và một phần khác được tích trữ từ tính . Khi S mở , một phận năng lượng từ tính được tĩnh trữ chuyển sang nguồn thứ hai ( UR) ( Sạc , phục hồi năng lượng ) và một phần được biến đổi thành cơ năng . Khi một pha được cấp điện , một momen xoắn được sinh ra để giảm thiểu sự phản kháng của các pha bằng các cách kéo các cực của rotor gần sát với các cặp cực của stator tương ứng với pha đó . Cơ năng đầu ra được sinh ra bởi momen điện từ và tốc độ quay của rotor. Từ đó momen xoắn thu được : Ở công thức này cho thấy momen xoắn tỉ lệ thuận với bình phương của dòng điện , vì thế dòng điện có thể tạo ra momen xoắn theo một hướng. Độ dóc của điện cảm so với vị trí của rotor là đặc trưng cho hằng số momen xoắn. Khoảng (0, βs) và (βr, βs + βr) là khu vực có mô-men xoắn lớn. Những khoảng thời gian phải càng lớn càng tốt . Khoảng (βs, βr) là một vùng chết cần thiết để thông lượng giảm xuống bằng không. Khoảng (βs + βr, αr) đại diện cho khoảng cách giữa cực -góc rotor và stator ở vị trí không phù hợp. Khi đó ta có : Trên đồ thị , điều này có thể được hình dung như trong hình 2.6. Trong phân tích tuyến tính thì giá trị momen xoắn là một hàm bậc hai của dòng điện . Khi góc dẫn điện nằm trên điểm không độ dốc của điện cảm thì tạo ra một momen khác không . Momen này có thể được tăng lên cho đến khi điện áp pha đạt giá trị định mức UN , có nghĩa là đạt đến một tốc độ được định nghĩa là : Hình 2.6 :Biểu diễn sự lí tưởng hóa việc tạo ro momen ở SRM Tuân theo phương trình điện áp của một pha , đạo hàm của dòng điện pha có thể được viết lại như sau : Nó phụ thuộcvào dòng điện pha , vị trí của rotor, và tốc độ máy. Gọi dòng điện pha cực đại là Im, độ dốc tuyến tính của độ tự cảm là hằng số . Kết quả giá trị cực đại của back- EMF là hàm của tốc độ trục. Đặc tính tốc độ momen của động cơ phản kháng chuyển mạch có thể biểu diện toán học bằng cách xem xét phương thức hoạt động cơ bản. Hai chế đọ hoạt động cơ bản , được đặt tên là A và B có thể phụ thuộc vào tốc độ của máy . Chế độ A xảy ra khi điện áp cung cấp là lớn hơn back-EMF và chế độ B xảy ra trong trường hợp ngược lại ( trên tốc độ cơ sở ). Hình 2.7 trình bày điện áp ,dòng điện , điện cảm một pha của động cơ phản kháng chuyển mạch ở chế độ A và tương ứng hoạt động ở chế độ B . Trong chế độ A, điện áp sử dụng là lớn hơn sau đó bất kỳ giá trị nào của back-EMF cho phạm vi tốc độ trục cũng trong khoảng [0 - ωb], đó là tương đương với một dòng điện có thể được Hình 2.7 : Phương thức hoạt động cơ bản cua SRM thay đổi phụ thuộc vào điện áp băm xung mà ta áp dụng . Việc chuyển mạch các góc ( đóng hoặc mở ) được cố định ,phụ thuộc vào cấu hình của máy, và các điều khiển ràng buộc. Trong chế độ B , dòng điện bị giảm đi bởi vì điện áp của back-EMF là lớn hơn. Ở đây các biến điều khiển là đóng mở góc . Góc mở được điều khiển từ thời điểm dòng khởi động ( thời điểm khi điện áp là định mức ) cho đến giá trị cực đại . Góc đóng được điều khiển từ không đến giá trị tối đa ở tốc độ cao và dòng điện lớn nhất có thể. ân tích qu á tr 2.5.2 Ph Phâ quá trìình phi tuy tuyếến của Momen Việc nghiên cứu động cơ phản kháng chuyển mạch luôn lản tránh câu hỏi về sự ảnh hưởng của phi tuyến và các đặc điểm bão hòa từ của lõi thép . Tuy nhiên , một sự hiểu biết đúng đắn xử lí độ bão hòa từ la vô cùng cần thiết . Phân tích như vậy được dựa trên đường cong từ hóa. Một đường cong từ hóa là một đường cong của thông lượng liên kết Ψ với dòng điện i tại một vị trí rotor cụ thể ( hình 2.8). Sự khác biết giữa đặc tính và ý tưởng là rất rõ ràng. Hai đường cong từ hóa quan trọng nhất , " phù hợp " và " không phù hợp " có thể dễ dàng nhìn thấy trên hình 2.8. Ở vị trí phù hợp , đường cong tương tự như của cuộn cảm có lõi sắt với khe hở không khí . Ở mật độ thông lượng thấp , các đường cong là tuyến tính . Ảnh hưởng của bão hòa từ được quan sát thấy tại các mức độ của dòng điện mà thông thường nó khá cao đối với việc hoạt động bình thường và do vậy những đường cong không phù hợp được giả định là đường thẳng. Có hai hiệu ứng khác biệt của độ bão hòa . Một là liên quan đến các giá trị của dòng điện pha , tương tự như các hiệu ứng bão hòa trong các loại máy điện khác. Tác động thư hai thì phụ thuộc vào vị trí của rotor và được gọi là hiệu ứng " cục bộ " . Trong đông cơ phản kháng chuyển mạch cả hai hiệu ứng này đều hiện diện và tương tác lẫn nhau , nhưng nó Hình 2.8: Đường cong từ hóa của SRM tác động có thể riêng biệt bằng các quan sát góc độ rotor riêng .đầu tiên ảnh hưởng có thể quan sát tốt nhất cho vị trí phù hợp giữa các cực của stator và rotor nơi không có ảnh hưởng của bão hòa cục bộ . Tác động thứ hai là hiển nhiên cho các vị trí rotor tương ứng với một phần chồng chéo của các cực rotor và stator.Các hiệu ứng phi tuyến của mạch từ cũng được nhìn thấy trong hình 2.8.Trong phần tuyến tính ở bất kỳ vị trí đồng năng lượng, đại diện bởi các khu vực bên dưới đường cong từ hóa,là bằng với năng lượng được lưu trữ, Wf, đại diện bởi diện tích nằm trên đường cong từ hóa như ( hình 2.9 ) : Trong đó L (θ, i) đại diện cho điện cảm tại một giá trị dòng điện và một vị trí cụ thể của rotor. Hình 2.9: Các hiệu ứng phi tuyến của một mạch từ Cùng năng lượng được định nghĩa : Các biểu thức chung nhất cho việc tạo ra momen bởi một pha tại bất kì vịt rí nào của rotor được đua ra bởi sụ thay dổi từ tính của các đồng năng lượng ( nguyên tắc làm việc ảo ) : Thông thường , động cơ phản kháng chuyển mạch , có momen là cố định được tạo ra trực tiêp từ các khu vực kín bởi thông lượng kiên kết / dòng điện (Ψ / i) của mỗi pha . Các mô-men tức thời đại diện cho sự thay đổi công ΔWm tại dòng điện không đổi đói với một rotor dịch chuyển góc Δθ vô cùng nhỏ . Điều này được minh họa trọng hinhg 2.10. Trong dịch chuyển có một sự trao đổi năng lượng với nguồn cung cấp và đó cũng là một sự thay đổi trong tích trữ năng lượng từ tính . Dòng điện không đổi đảm bảo rằng trong việc dịch chuyển như vậy thì cơ năng thực hiện công là chính xác và bằng với sự thay đổi trong từ tính đồng năng lượng. Hình 2.10: Xác định momen điện từ Khi di chuyển rotor từ A đến B bằng một dịch chuyển nhỏ Δθ , ở dòng điện không đổi thì máy điện trao đổi năng lượng với nguồn cấp : Sự thay đổi lư trữ năng lương từ tính là : Một phần công suất điện đầu vào làm gia tăng năng lượng từ trương được lưu trữ trong điện cảm ( tự cảm ) .Một phần khác được biết thành công suất cơ đầu ra : Và công cơ học tính được bằng cách tìm ra diện tích được bao bọc bởi tất cả các đường cong thông lượng liên kết với nhau: Bằng cách áp dụng phương pháp đồng năng lượng với mỗi vị trí của rotor và cho toàn bộ phạm vi của dòng điên pha , các đường cong momen tức thời có thể được xây dựng. Một điều nhận thấy quan trọng là không phải tất cả các nguồn cung cấp năng lượng đều được chuyển thành công cơ học, một số được giữ lại trong từ trường. Điều này rất quan trọng , nó ảnh hưởng đến sự đánh giá các bộ điều khiển và sự cần thiết cho việc chọn tụ lọc[ MIL93]. Đường cong momen của một động cơ phản kháng chuyển mạch bốn pha 6/8 được thể hiện trong hình 2.11. Đường cong này nhận được bằng cách sử dụng phân tích các yếu tố hữu hạn và nó sẽ được tìm hiểu thêm ở trong chương IV. Hình 2.11 : Đường cong momen của một động cơ bốn pha 8/6 SRM Khi các cặp cực của rotor thẳng hàng chính xác với các cặp cực của stator đối với bất kì dòng điện nào chảy trong các pha thì cũng không có momen sinh ra bởi vì rotor nằm ở một vị trí mà độ từ cảm là tối đa. Như đã giải thích trước đó, để có momen thì phải tồn tại độ dốc của độ từ cảm. Hầu hết các lí thuyết cổ điển của việc điều khiển momen là đều dựa trên các máy một chiều kích từ độc lập , trong đó thì momen tỉ lệ thuậ với thông lượng và dòng điện sinh ra . Luật điều kiển các máy như vậy là dựa trên khả năng điều khiển độc lập từ thông và dòng điện. Nói chung , thông lương của các máy DC và AC cổ điển được duy trì liên tục ,trong khi dòng điện thì biến thiên để đáp ứng nhu cầu thay đổi momen . Động cơ phản kháng chuyển mạch là động cơ kích từ đơn và do đó "tính trực giao" của thông lượng và dòng điện là rất khó để nhìn thấy. Theo cách này , thì dòng điện phần ứng là không thể phân biệt được với dòng điện thực tế trong pha . Do đó , không có việc áp dụng tương đương lí thuyết trường định hướng trong động cơ phản kháng chuyển mạch . Momen của động cơ phản kháng chuyển mạch bao gồm một chuỗi các xung và thông lượng trong mỗi pha thường được xây dựng lên từ 0 và sau đó lại trở về 0. Để có thể điều khiển liên tục momen tức thời thì các sóng dòng điện phải được điều chỉnh theo một mô hình toán học phức tạp của máy, như sau : Đối với một pha q và số cực rotor Nr của SRM, momen trung bình trong một chu kì và hiệu suất sẽ là : Các gợn sóng momen ( Tr) là : Trong đó , Tmax ,Tmin, Tave lần lượi là giá trị lớn nhất , giá trị nhở nhất, giá trị trung bình của momen. ng của SRM 2.6 Bộ truy truyềền - chuy chuyểển đổ đổii và ho hoạạt độ động Từ khi phát triển đến nay, nguyên tắc hoạt SRM là khá đơn giản : dòng điện được truyền qua một cuộn dây stator , momen được tạo ra bởi xu hướng của rotor luôn muốn thẳng hàng với cực stator được kích thích . Hướng của những momen được tạo ra là một hàm vị trí của rotor với các pha có điện và độc lập với hướng chảy của dòng điện qua cuộn dây pha. Tiếp theo , momen có thể được tạo ra bằng cách đồng bộ mỗi pha kích thích vaosi vị trí của rotor . Lượng dòng điện chảy qua cuộn dây được điều khiển bởi việc đống cắt các thiết bị điện tử công suất như MOSFETs hoặc IGBTs. Cấu trúc liên kết của bộ chuyển đổi điện tử công suất là vấn đề quan trong trong việc điều khiển động cơ phản kháng chuyển mạch bởi vì nó chủ yếu là mệnh lệnh như thế nào để có thể điều khiển được động cơ . Trong những năm qua , các bộ chuyển đổi khác nhau được dùng trong bộ truyền của SRM đã được phát triển trong phòng thí nghiệm nghiên cứu. ảng th ời gian và góc chuy 2.6.1 Điều khi khiểển kho khoả thờ chuyểển mạch Như đã thấy trước đây, việc tạo ra momen của động cơ phản kháng chuyển mạch phụ thuộc nhiều vào vị trí của rotor và dòng điện pha . Trong phân tích tuyến tính , ảnh hưởng của phi tuyến bỏ qua tính chất bão hòa . Sự phụ thuộc này ảnh hưởng đến phương pháp điều khiển của máy. Trong thực tế , một nguồn điện áp DC cung cấp cho SRM,thường áp dụng cho động cơ hai cấp điện áp ( UN , -UN) . Để mà truyền động cho một động cơ SRM thì 3 góc đươc xác định để phân chia thời gian thành bốn khoảng thời gian : khởi động ,cắt , " tắt "và còn lại. Hình 2.12 cho thấy bốn khoảng thời gian (hoạt động góc phần tư đầu tiên) là một hàm của vị trí rotor. Bốn khoảng thời gian nằm giữa ba góc quan trọng là :θon,θoff,và θext. Sự chênh lệch giữa góc đóng và góc mở gọi là góc dừng. Khoảng thời gian điều khiển đầu ra cho bốn giá trị 1,2,3 và 4 như là một hàm của các vị trí rotor. Hình 2.12: Khoảng thời gian điều khiển SRM Dòng khởi động ( giá trị đầu ra 4) và cắt( giá trị đầu ra 1) khoảng thời gian nằm giữa θon và θoff. Tại θon, điện áp cung cấp là hoàn toàn trên các pha thúc đẩy sự gia tăng dòng điện pha. Khoảng thời gian cắt được được bắt đầu từ thời điểm dòng điện đạt đến giá trị định mức tôi đa của nó ( được tạo nên bởi việc điiều khiển hoặc theo cách tự nhiên là bão hòa dòng điện Im). Độ chênh lệch góc (θoff - θon) được gọi là khoảng dẫn của các pha và độ rộng của nó là từ 0 đến βs để ngăn chặn sự phân chia dòng điện giữa hai pha liền kề. Khi tăng tốc độ động cơ ,back-EMF trở nên quan trọng và nó là cần thiết để thúc đẩy các góc chuyển mạch nhằm đạt được các dòng điện tham chiếu ở cuộn dây pha trước khi các cực bắt đầu chồng lên nhau. Một thuật toán để tính chính xác góc pha đã được thực hiện , bỏ qua điện trở và điện áp rơi trên điện trở Ri của cuận dây stator và động cơ back-EMF trong (2.11).Các giá trị yêu cầu của dòng điện đạt được tại thời điểm βs bằng cách tính toán giá trị của θ1 sử dụng (2.11) trong đó i (βs) là giá trị của dòng điện βs và L là điện cảm (Lmin động cơ hoặc Lmax cho máy phát hoạt động ).Đây là khoảng thời gian khởi động. Các đầu ra của bộ điều khiển khoảng thời gian là 4. Để tránh các gợn momen, cho chế độ động cơ và chế độ máy phát, việc nâng cao góc mở có một giới hạn áp đặt bởi dạng hình học của động cơ. Trong chế độ động cơ , tăng góc mở tối đa bị hạn chế bởi kích thước góc của các vị trí không phù hợp . Trong chế độ máy phát, việc bị hán chế là do kích thước góc của các vị trí phù hợp. Khoảng thời gian tắt (đầu ra của bộ điều khiển khoảng thời gian là 2) kéo dài từ góc đóng, θoff, để góc tắt, θext.Tại θoff một điện áp ngược được đặt để loại bỏ dòng điện một cách nhanh chóng. Sự tồn tại của dòng điện trong các pha trong khoảng thời gian không tồn tại độ dốc của độ tự cảm nghĩa là không tồn tại momen θext ≤ βr. Hệ thống sẽ phát hiện ngay lập tức khi dòng điện đạt đến 0 và tự động chuyển đến khoảng thời gian tiếp theo ,thậm chí nếu khoảng thời gian θext vẫn chưa đạt được . Khoảng thời gian còn lại (giá trị đầu ra 3) kéo dài từ θext đến θon + αr. Chuyển mạch S sẽ mở và không có dòng điện chạy trong mạch của các pha. Một vấn đề lớn có thể ngay lập tức khi khoảng thời gian cắt( dòng điện lớn trong cuộn dây ) trở thành khoảng thời gian còn lại, lúc đó khóa chuyển mạch S được mở .Điều này có thể do sự thay đổi đột ngột trong chiều quay của cơ cấu truyền động làm cho momen biến mất. Trong trừng hợp này độ dốc của độ từ cảm là tồn tại , dòng điện không phải bằng không và điện áp thì cũng không phải bằng 0 , không thể điều khiển được độ tăng của dòng điện. Ở đây giải pháp là biến đổi phần tự nhiên còn lại thành khoảng thời gian tắt để không phụ thuộc vào vị trí của rotor. Quá trình này là không dễ. Trong khi động cơ phản kháng chuyển mạch tiếp tục quay, mà có thể kích thích thay đổi một khoảng thời gian. Một chu kì hoạt động của SRM bao gồm việc cung cấp năng lượng cho pha đó, mà không thay đổi dòng điện. Khi pha được cấp điện theo chiều kim đồng hồ, một momen bé ngược chiều kim đồng hồ được tạo ra bàng cách kéo các cặp cực của rotor sao cho tương thích với các pha của stator. Hướng ngược chiều kim đồng hồ được coi là tích cực. Hình 2.13: Momen của SRM ( phân tích tuyến tính) Hình 2.13a là trạng thái hoạt động lí tưởng Các dòng i, tăng trong khoảng thời gian không đổi, L = Lmin ,đạt giá trị tối đa trong suốt khoảng thời gian tăng L. Nó sẽ giảm và trở về 0 trong khoảng thời giai giá trị tối đa của L=Lmax. Hình 2.13b cho thấy một giai đoạn hoạt động không tốt : Dòng điện không đạt được giá trị tối đa của nó khi mà L bắt đầu tăng. Một momen ngược chiều được sinh ra nếu dòng điện không bằng 0 trong khi độ dốc của độ tự cảm cũng có giá trị âm . Một quá trình hãm được trình bày trong hình 2.13c : khóa chuyển mạch S đang được mở trong khoảng thời gian giảm của L. Các cuộc thảo luận cho đến nay đã chỉ ra sự tồn tại của ba góc mà chi phối việc điều khiển đông cơ phản kháng chuyển mạch : góc mở , góc đóng và góc tắt. Kể từ khi momen của SRM được coi là độc lập với sự phân cực của dòng điện kích thích thì SRM chỉ cần một chuyển mạch cho mỗi cuộn dây pha. Các cấu trúc chuyển đổi khác nhau tồn tại , và mỗi một cái lại có ưu nhược điểm riêng của nó. Trong một động cơ điển hình , tập quỹ tích các điểm hoạt động [i, Ψ] được thể hiện trên một đường cong tương tự như trong hình 2.14c( dòng điện đối với các vị trí của rotor ). Trong cùng một hình , các đường cong điện cảm cho một dòng điện không đổi được thể hiện sao cho toàn bộ quá trình rõ ràng hơn. Tại A khóa chuyển mạch điện tử công suất ở vị trí mở , dòng điện bắt đầu chảy vào cuộn day của các pha . Nó tăng đến góc B nơi nó đạt giá trị tham chiếu của nó. Thông thường góc này trùng với việc khởi đầu cho việc chồng lên nhau của các cực rotor và stator. Tại góc đóng C điện áp cung cấp được đảo ngược và dòng điện được thông qua một chiều qua các diode. Hình 2.14: Phân tích các vòng lặp biến đổi năng lượng Tại C năng lượng tích lũy từ việc cung cấp bằng với tổng diện tích W = Wm + Wsme ( hình 2.14a).Năng lượng từ tính được lưu trữ bằng Wsme.Các khu vực kín giữa đường cong ABC và đường cong từ hóa θC đại diện cho Wm công cơ học thực hiện trong khoảng thời gian dẫn của khóa chuyển mạch điện tử công suất. Khoảng thời gian trả năng lượng phản kháng bắt đầu sau điểm chuyển mạch C,và được biểu diễn bởi các khu vực kín giữa đường cong từ hóa θc và đường cong CD (hình 2.14b).Việc cung cấp điện áp được đảo ngược và năng lượng WD được giải phóng. Trong khoảng thời gian trả năng lượng phản kháng , dòng điện vẫn chảy vào các cuộn dây pha, điều đó rõ ràng là tạo ra momen. Trong trường hợp này, vùng WmD đang thể hiện khả năng thực hiện công cơ học.Về mặt toán học, điều này có thể được biểu diễn như sau: WmD = Wsme -WD. Một sự cân bằng năng lượng thô có thể được khấu trừ bằng đồ họa. Kết quả cho thấy rằng tại mỗi chu kì tổng công cơ học được thực hiện trong thiết bị điện tử công suất và thời gian diode trả năng lương phản kháng chiếm khoảng 2/3 năng lượng cung cấp, trong khi năng lượng còn lại được trả lại cho nguồn cung cấp. Như đã thấy, việc sử dụng góc trả năng lượng phản kháng là không cần thiết cho việc điều khiển động cơ phản kháng chuyển mạch. Lợi thế duy nhất của nó là cải thiện hiệu quả sử dụng năng lượng. Tuy nhiên, lợi thế này có những hạn chế của nó bởi các gợn momen được tạo ra trong thời gian trả năng lượng phản kháng.Nếu không có một điện áp đảo ngược hoàn toàn ngay sau khi đóng góc C, thì thời gian cần thiết cho dòng điện về 0 là cao hơn. Đối với tốc độ cao , điều này có thể kích thích tạo ra loại momen âm và cái giá phải trả là rất đáng kể . ạt độ ng ở bốn góc ph 2.6.2 Ho Hoạ động phầần tư Các ứng dụng đòi hỏi tốc độ thay đổi là một hoạt động bốn góc phần tư. Động cơ phản kháng chuyển mạch cho phép điều khiển theo kiểu này.Ưu điểm của SRM là động cơ quay thuận , quay nghịch lẫn hãm không phụ thuộc vào chiều của dòng điện chảy trong các cuộn dây pha , nhưng chỉ trên các vị trí của rotor ( hình 2.15). Động cơ liên tục đòi hỏi một momen điện từ dương trong quá trình vận động liên tục và được phát triển khi bốn cuộn dây pha của động cơ là chuyển mạch trong trình tự A, B, C, D trong vùng độ tự cảm tăng của chính nó. Đảo ngược động cơ , tương tự cần momen điện từ âm trong quá trình đảo ngược hướng quay và thu được bằng cách kích thích các pha cuộn dây trong đảo ngược chuyển mạch trình tự B, A, D, C, một lần nữa trong thời gian tăng của vùng độ tự cảm.Một hành động hãm đòi hỏi mômen điện ngược đối với hướng xoay thực tế . Liên tục hãm yêu cầu chuyển mạch trình tự để có A, B, C, D trong vùng giảm của độ tự cảm.Trong khi đảo ngược hãm được thực hiện bởi các trình tự B, A, D, C trong thời gian giảm vùng tự cảm của cuộn dây pha. ng lực ho ạt độ ng 2.6.3 Độ Động hoạ động Tóm tắt những cuộc thảo luận trước đó, điều khiển động cơ phản kháng chuyển mạch có thể dùng dòng điện pha một chiều, và quá trình làm việc bao gồm 4 khoảng thời gian: Khoảng thời gian đầu nơi điện áp dương lớn nhất ; nó kéo dài từ khoảng góc mở thêm đến góc mở ban đầu (θonadv - θon); Hình 2.15: Hoạt động trong bốn góc phần tư của SRM Khoảng thời gian cắt hoặc đơn xung nó kéo dài từ góc mở đển góc đóng (θon-θoff) , trong khoảng thời gian cắt , dòng điện pha được điều khiển bằng cách cắt các máy phát điện DC cung cấp, trong khoảng thời gian xung dương thì cung cấp các điện áp dương. Khoảng thời gian tắt , nơi mà điện áp DC hoàn toàn là điện áp ngược qua các pha để lọa bỏ dòng điện một cách nhanh chóng. Nó kéo dài từ góc đóng đến góc tắt (θoff - θext). Khoảng thời gian còn lại nơi mà các pha mở và không có dòng điện chạy qua. Tùy thuộc vào các lựu chọn, có thể có 5 khoảng thời gian được xem xét đó là thêm khoảng thời gian trả năng lượng phản kháng. Nó không góp phần vào việc điều khiển của máy và muc đích duy nhất của nó là tăng độ hiệu quả làm việc và nó được dùng để trả lại năng lượng cung cấp thông qua diode. Nó kéo dài từ góc trả năng lượng phản kháng đến góc đóng(θfrwheel- θoff). Thông lượng trong động cơ phản kháng chuyển mạch là thay đổi , nhưng nó phải bắt đầu từ 0 trong mỗi một chu kì . Chuyển mạch điện áp trên tại góc mở và góc đống ở góc độ điều khiển quá trình. Dòng điện điều khiển được tạo nên bởi điều khiển vòng kín bằng băm xung sử dụng PWM hoặc điều khiển hiện tương trễ chuyển mạch của bộ chuyển đổi. Các cấu trúc điều khiển dòng điện là khác nhau, tùy thuộc lựa chọn vào cách chuyển mạch. Điều khi khiểển dòng điện bằng PWM Việc lựa chọn phương pháp điều chế độ rộng xung là một vấn đề quan trọng trong điều khiển SRM vì nó sẽ ra lệnh như thế nào đó để động cơ có thể được điều khiển . Phương pháp điều chế độ rộng xung cũng liên quan trực tiếp đến cấu trúc bộ biến đổi điện tử công suất. Giả sử rằng mỗi pha của SRM có thể được điều khiển độc lập , như vậy sẽ cần là ba bộ PWM. Hoạt động của xung đơn Mỗi pha phải được nạp năng lượng tại góc mở và phải ngắt tại góc đóng của nó. Vì không có sự điều khiển của dòng điện và có sự gia tăng mạnh về tỉ lệ dòng điện biến thiên , thì các bộ PWM được sử dụng trong khoảng thời gian nhất định để có được dòng điện mong muốn là bé. Thông thường, hoạt động đơn xung được sử dụng ở tốc độ cao. Quá trình băm xung điện áp Quá trình băn xung điện áp được sử dụng cho việc điều khiển dòng điện ở tốc độ thấp. Phương pháp PWM hoạt động với một tần số băm xung cố định. Trong trường hợp này ,điện áp cung cấp là điện áp băm xung với tần số cố định, như vậy cả dòng điện và độ biến thiên dòng điện có thể được điều khiển. Quá trình băm xung điện áp có thể được tách thành hai chế độ : chế độ băm cứng và băm mềm . Đặt d = ton / T trong đó Ton là thời gian mở và T là chu kì của tần số băm điện áp. Độ rộng của PWM được xác định bằng cách so sánh dòng điện pha đo được và dòng điện dùng để tham chiếu ( hình 2.6). Hình 2.6 K là hệ số có lợi và phụ thuộc vào các thông số của động cơ . Nếu xem xét "S" là số bước cho phép trong một chu kì PWM thì hệ số độ lợi K có thể được xác định. Tham số Δi phụ thuộc vào động cơ và các loại bộ biến đổi . Khi đó hệ số có lợi K được xác định như sau : Krishnan trong [Kri 01] cho thấy rằng để có được một đáp ứng tốc độ cao thì giá trị của nó nằm trong khoảng từ 30 đến 70. Qu Quáá tr trìình băm xung dòng điện Băm xung dòng điện là một loại điều khiển dòng điện trễ mà trong đố điện á cung cấp được băm nhỏ tùy theo dòng điện là lớn hơn hay nhỏ hơn một giá trị được lấy làm tham chiếu. Ở tốc độ thấp dòng điện được điều khiển bằng việc sử dụng điều khiển băm xung. Để giữ cho dòng điện đủ gần với giá trị tham chiếu của nó thì hàm chuyển mạch được định nghĩa là : Các điiều kiện tồn tại của chế độ trượt là : và Điện áp pha được điều chế như sau : Băm cứng: Băm mềm : Các điện áp tương đương với dòng điện không đổi (dσi / = 0) là: Bộ điều khiển trễ được sử dụng đẻ hạn chế dòng điện pha trong một nhóm trễ có giá trị cho trước. Khi điện áp cung cấp là cố định, kết quả thu được là tần số chuyển mạch thay đổi cung như sai số dòng điện là thay đổi. Băm xung dòng điện là không cố định tần số. Phương pháp PWM này là thường được thực hiện trong các động cơ , nơi mà tốc độ động cơ và tải không thay đổi quá nhiều, do đó sự sai lệch khi chuyển mạch là bé. Như đã thấy trước đây, cả hai phương án chặt cứng và chặt mềm có thể thực hiện được. Bộ điều khiển trễ thực hiện các chuyển mạch logic cho từng pha một( hình 2.17). Lưu ý rằng các quá trình được miêu tả trong hình là băm mềm, điện áp đầu ra có hai giá trị + Udc và 0. Một quá trình tương tự có thể đạt được bằng cách chuyển điện áp đầu ra giữa + Udcvà -Udc Hình 2.17: Điều khiển dong điện sủ dụng hiện tượng trễ PWM Bộ điều khiển trễ đơn giản duy trì dòng điện ở giưa giới hạn trên và giới hạn dưới của nhóm trễ. Khi điện áp cung cấp là cố định thì các kết quả thu được là tần số chuyển mạch giảm khi tăng độ tự cảm của cạc cuộn dây pha.Kỹ thuật điều khiển này chỉ có giá trị cho một động cơ SRM hoạt động ở chế độ A,và điện áp dc là lớn hơn so với back-EMF. Điều khiển hiện tượng trễ cho phép nhanh chóng thay đổi dòng điện pha của động cơ và momen của động cơ . ặc băm mềm Băm cứng ho hoặ Băm xung là cần thiết để kiểm soát dòng điện tốc độ thấp. Đến nay nó đã được chứng minh rằng băm xung các nguồn cung cấp để sử dụng cho các PWM là khác nhau để có thể điều khiển dòng điện pha. Các điện áp có thể được băm nhỏ ở giưa ba giá trị xác định như : Độ ng cơ ph ản kh áng chuy Điều ch 2.6. 2.6.Độ Động phả khá chuyểển mạchch-Đ chỉỉnh và ch chếế độ làm vi việệc Chuyển đổi điện áp từ đủ điện áp dương và 0 được gọi là cắt mềm (Hình 2.18a.). Cắt cứng (hình 2.18b.) Bao gồm trong chuyển đổi cấp điện áp giữa điện áp dương và điện áp âm. Điều khiển này đặt nhiều gợn sóng vào liên kết dc tụ điện, do đó làm giảm tuổi thọ của nó và tăng tổn thất chuyển mạch của các thiết bị chuyển mạch điện do chuyển đổi thường xuyên cần thiết cho việc trao đổi năng lượng. Điều này có thể được cải thiện bằng cách thay thế một chiến lược chuyển đổi [Kir 01]. Khoảng thời gian cắt là tổng hợp giữa ba khoảng thời gian khác nhau Hình 2.18: Điều khiển dòn cắt cứng và mềm Nếu tần số chuyển mạch vẫn không đổi, băm xung làm tăng gợn hiện bởi một yếu tố lớn. Miller [Mil 93] cho thấy rằng sự gia tăng tiêu biểu là một yếu tố giữa 5 và 10. Đây là lý do phương pháp điều khiển này là không mong muốn cho hoạt động xe hơi. Tuy nhiên, trong việc tạo ra hay hoạt động phanh, nó có thể là cần thiết vì chỉ có các phương thức khả thi để kiểm soát dòng diện. Kinh nghiệm cho thấy, cắt mềm tạo ra âm thanh thấp hơn tiếng ồn ít EMI. Nó cũng làm giảm dc gợn dòng điện trong việc cung cấp và làm giảm đáng kể các yêu cầu cho bộ lọc điện dung. 2.4.6.Chuy 2.4.6.Chuyểển đổ đổii cấu tạo cho ĐCPKCM(SRM CPKCM(SRM) Các vấn đề của cấu trúc chuyển đổi cho SRM không được đề cập trong các tài liệu,tương đối ít được công bố về sự phát triển của họ. Hầu hết các tác giả tập trung vào việc phát triển các phương pháp điều chỉnh, xem xét việc chuyển đổi là lý tưởng, do đó thực tế bỏ qua nó trong quá trình phân tích của họ. Mục tiêu của việc này làm việc là để tổng hợp, từ những kiến thức của các thông số kỹ thuật, cấu trúc của một công cụ chuyển đổi năng lượng điện tử có phương pháp điều chỉnh các SRM phù hợp để các quy định, khoảng thời gian và góc độ chuyển đổi phát triển trước đây. Trong phần này,mục đích là để tìm cách đơn giản mà không sử dụng số liệu thực nghiệm, kết cấu của bộ chuyển đổi mà câu trả lời tốt nhất các yêu cầu đặt ra.Điều khiển dòng trễ được xem xét ở đây do sự đơn giản của nó trong khái niệm và thực hiện. Vì vậy, nó là cần thiết để xác định: • Cấu trúc của bộ chuyển đổi, tức là số lượng và vị trí của thiết bị chuyển mạch. • Các đặc tính tĩnh và động của các thiết bị chuyển mạch. Cần thiết để biết các đặc tính của các nguồn cung cấp dc và một số các loại thiết bị chuyển mạch điện tử công suất. Pin có thể cung cấp và nhận được năng lượng.Nó là một nguồn điện áp đảo chiều. Các cuộn dây của một pha động cơ điện là hồi phục dòng điện nguồn. Trong thời gian hoạt động, chuyển đổi kết nối thông qua các thiết bị chuyển mạch nguồn bảo đảm và kiểm soát sự trao đổi năng lượng.Để thực hiện những liên kết này, một số lượng nhất định các quy tắc đã được tuân thủ. • Nguồn điện áp không bao giờ để ngắn mạch, nhưng nó có thể được mở. • Ngắn mạch của một nguồn dòng không được hờ mạch, nhưng nó có thể được ngắn mạch. • Hai nguồn có cùng tính chất không bao giờ được kết nối • Chỉ có một nguồn dòng và một nguồn điện áp có thể được kết nối. Phù hợp với Foch et al. [FOC 88], các nguồn đầu vào và đầu ra của một Chuyển đổi được đặc trưng (điện áp hoặc nguồn dòng, sự đảo ngược) và quy tắc liên kết nối các nguồn đã biết, cấu trúc chuyển đổi có thể được khấu trừ. Nó được gọi là sơ đồ cấu hình cơ bản đó, không có giả định các đặc tính của các thiết bị chuyển mạch, cho phép tất cả các mối liên kết có thể có giữa một đầu vào cho sản lượng và nguồn. Trong trường hợp của một SRM, các nguồn đầu vào và đầu ra có tính chất khác nhau, do đó một kết nối trực tiếp cấu hình sẽ được sử dụng. Nối lại, vấn đề để giải quyết là: các nguồn đầu vào là một nguồn điện áp và các nguồn đầu ra một nguồn hiện tại, đó là các kết nối khác nhau khả năng của hai nguồn này và đó là cơ cấu mà làm cho nó có thể thực hiện tất cả các mối liên kết? Có hai nguồn và các quy tắc được trình bày trước đây, các kết nối của Hình 2.19 là thực hiện được: • để đấu trong một chiều đầu vào và nguồn đầu ra (hình I) • để đấu theo cách ngược lại các đầu vào và các nguồn đầu ra (hình II) • để tách cả hai bằng cách mở nguồn điện áp và bởi ngắn mạch các nguồn dòng (hình III) Hình 2.19: Khả năng kết nối của một điện áp và nguồn dòng. Cần lưu ý rằng, ba mối liên kết là cần thiết để cho phép tất cả các trao đổi và điều khiển các dòng chảy năng lượng giữa điện áp và nguồn dòng.Nếu cả phần tử phải được thực hiện mà không cần sử dụng một công cụ chuyển đổi điểm giữa topo, các giải pháp đơn giản nhất là sử dụng một bốn công tắc cầu topology (Hình 2.20). K1 và K3 đóng cho phần tử I; • K2 và K4 đóng cho phần tử II; • K1 và K4 đóng hoặc K2 và K3 đóng cho phần tử III Hình 2.20: Cấu hình cơ sở của một điện áp - Chuyển đổi dòng điện. Sơ đồ này sẽ được xem xét từ bây giờ như là cấu hình cơ bản cho bộ chuyển đổi động cơ từ trở chuyển. Như một quan sát, một công cụ chuyển đổi trực tiếplà một mạch điện được thực hiện duy nhất của thiết bị chuyển mạch. Nó là không thể lưu trữ năng lượng,chuyển giao năng lượng đang được thực hiện trực tiếp từ đầu vào đến đầu ra. Nếu lỗ trong bộ chuyển đổi đang bị bỏ quên, đầu vào và công suất ra đều bình đẳng tại mỗi.Việc kiểm soát hiện tại trong chuyển động cơ từ trở được thực hiện bằng cách cắt các đã cung cấp điện áp giữa ba giá trị: + UDC, 0, và -Udc. Kể từ khi mô-men xoắn động cơ từ trở chuyển độc lập với phân cực hiện kích thích,các hướng của dòng chảy vào các cuộn dây pha sẽ giống nhau ở tất cả các trường hợp. Động cơ và phanh hoạt động bốn góc phần tư được thực hiện trong cùng một cách, sự khác biệt được đưa ra bởi ngay lập tức khi điện áp được áp dụng,phù hợp với các khoảng thời gian và góc độ chuyển đổi phát triển trước đây. Các nguồn dc có lẽ pin nhưng thường là một sửa chữa cung cấp ac với một bộ lọc để cung cấp một nguồn đầu vào dc để chuyển đổi SRM [Kri 01]. Trình bày bốn trình tự kiểm soát của một sự cưỡng bức chuyển mạch của động cơ. Sự mô tả tương ứng với trình tự kiểm soát được trình bày trong hình 2.21a. Hình 2.21: Bốn dãy điều khiển của động cơ phản kháng Bằng cách đóng K1 và K3, và mở K2 và K4, giai đoạn SRM được cung cấp với điện áp hoàn toàn tích cực kích thích sự gia tăng của hiện tại, tương ứng với khoảng thời gian xâm nhập (1). Khoảng thời gian cắt bao gồm một, chặt cứng, tương ứng với một bộ chuyển mạch của điện áp giữa hoàn toàn tích cực (2) và hoàn toàn cung cấp điện áp ngược (2 "). Khoảng thời gian phụ (2) là đồng nhất với sự xâm nhập khoảng thời gian, và các tiểu khoảng thời gian (2 ") được thực hiện bằng cách đóng K 2 và K 4, và mở cửa K1 và K3. Khoảng thời gian phóng túng (3) thu được bằng cách đóng K1 và K4, và mở K2 và K3. Các điện áp đảo ngược hoàn toàn thu được trong một tương tự cách làm sub-interval (2 "), tương ứng với khoảng thời gian tuyệt chủng (4). Trước khi bắt đầu việc phân tích các trình tự điều khiển, một nhận xét quan trọng đã được thực hiện. Trong trạng thái ổn định, switch có thể được mô tả như là một kháng phi tuyến, rất nhỏ ở lượt về, rất cao ở turn-off. Xét Hình 2.22. Nếu các điểm hoạt động tĩnh của các trình tự trước và sau ân giảm là trên hai nửa trục của cùng một dấu hiệu, chuyển mạch này chỉ có thể được buộc (A ↔ B và C ↔ D). Nếu các điểm hoạt động tĩnh của các trình tự trước và sau khi ân giảm là trên hai nửa trục có dấu hiệu trái, điều này ân giảm chỉ có thể là tự phát (A ↔ D và B ↔ C) [FOC 88] chuyển đổi như là một tải. Hình 2.22: Đặc tính tĩnh của chuyển mạch Trình tự điều khiển SRM đề xuất là (1) → (2) →(2) → (3) →(4). Bây giờ, các điểm hoạt động cho mỗi chuyển mạch có thể được mô tả cho mỗi dãy điều khiển. Kiểm tra cho mỗi chuyển đổi các cách để đi qua từ một điểm hoạt động khác, các loại chuyển mạch có thể được giảm đi.Hình 2.23 cho thấy các điểm hoạt động cho công tắc K1, K2, K3, K4. Hình 2.23:Đặc điểm của các thiết bị chuyển mạch cho các trình tự điều khiển SRM Tóm lại, có thể thấy rằng các công tắc K1 và K3 hiện tại ở hai trạng thái, Đặc điểm của trình tự điều khiển SRM cho rằng K1 và K3 là của IGBT. Các đặc tính của K2 và K4 đề tự phát và tắt trạng thái. Điều này tương ứng để chuyển tiếp điốt. Phân tích dẫn đến sự chuyển đổi hình 2.24: Hình 2.24: Chuyển đổi bất đối xứng cho SRM với khoảng thời gian trả năng lượng phản kháng Hình 2.24 Cho thấy công cụ chuyển đổi cầu không đối xứng cho một giai đoạn của chuyển động cơ từ trở. Phần còn lại của giai đoạn này được kết nối tương tự như vậy.T1 và T2 cho các phương pháp được thể hiện trong hình 2.25. Đổi chiều trên T1 và T2 lưu thông dòng điện trong giai đoạn SRM. Nếu các tăng hiện trên các giá trị tham khảo, T1 và T2 tắt. năng lượng được lưu trữ trong cuộn dây sạc nguồn một chiều thông qua các điốt D1 và D2, đưa nhanh các hiện dưới giá trị tham khảo, các điện áp pha là tiêu cực. Trong khoảng thời gian này, có một trao đổi lặp đi lặp lại của năng lượng giữa nguồn và máy dc quanh co. Mở T1 và khóa T2, giai đoạn máy quay hai lần tốc độ thay đổi của điện áp một chiều liên kết, dẫn tới sự giảm nhanh của vật liệu cách nhiệt. Điều khiển này đặt nhiều gợn sóng vào liên kết tụ dòng môt chiều, do đó làm giảm tuổi thọ của pin và cũng làm tăng tổn thất chuyển mạch của các thiết bị chuyển mạch điện điện tử. Từ hình 2.18, có thể thấy rằng khoảng thời sự chảy qua và tự động áp đặt tuyệt chủng đồng thời T1 mở và T2 đóng.Cắt châm dẫn đến sự tồn tại của khoảng thời gian trả năng lượng phản kháng. do đó năng lượng được lưu trữ vào giai đoạn quanh co được không nữa trở về nguồn. Trong trường hợp này, thời gian cho cácgiai đoạn hiện tại để trở về dưới giá trị tham chiếu là cao hơn so với trước đó như nhìn thấy trong hình 2.18b. Ưu điểm của cắt chậm là làm giảm chuyển đổi tần số và do đó tổn thất chuyển mạch. Điều này được thực hiện bằng cách giữ T1 luôn mở, cắt, và khoảng thời gian trả năng lượng phản kháng.Trong khoảng thời gian trả năng lượng phản kháng, hiện nay vẫn tiếp tục chảy trong giai đoạn quanh co, chuyển đổi năng lượng dự trữ để công việc cơ khí hữu ích. Krishnan [Kri 01] mô tả phương pháp chuyển mạch đơn cực có nguồn gốc từ Phương pháp căt chậm được trình bày ở trên. Các sự xâm nhập, chặt mềm mại, và khoảng freewheel là giống hệt nhau như trình bày, nhưng thay vì một khoảng thời gian tắt mở rộng. Hình 2.25:Phương pháp băm xung Kết quả là một sự lựa chọn đúng về điện áp âm hoặc không có điện áp trên quanh co để có được một phản ứng dòng điện nhanh. Phương pháp băm xung sửa đổi nhẹ có thể được thực hiện bằng cách xen chu kỳ freewheeling qua phần trên và phần dưới diốt. Điều này được thực hiện bằng cách khác khóa T1 và T2 tương ứng trong khu vực cắt (θon – θfrwheel) (hình 2.26). Lợi thế của việc sử dụng phương pháp này cho xếp hạng bình đẳng cho các thiết bị điện và điốt trong mỗi dây pha.Mỗi chuyển mạch tiến hành cho hai lần bật và một lần tắt thời gian.Phương pháp chuyển đổi cho phép bằng rms dòng điện trong chuyển mạch và dòng điện trung bình như nhau trong các điốt. Trong khoảng thời gian cắt (θon - θfrwheel), chu kỳ làm việc trung bình là: Kết cấu chuyển đổi năng lượng khác nhau tồn tại để điều khiển động cơ phản kháng chuyển mạch: hai giai đoạn chuyển đổi chuyển đổi năng lượng, đảo pha mỗi lần,vv.... Mỗi loại đều có ưu và nhược điểm. Đối với chuyên đề hiện tại,Chuyển đổi bất đối xứng phát triển trước đây đã được xem xét. Trong mô phỏng chỉ các phương pháp điều khiển đã được giữ lại,chuyển đổi được. Hình 2.26:Sơ đồ thay đổi xung ng cơ ph ản kh áng chuy 2.7.M 2.7.Môô hình hê th thốống độ động phả khá chuyểển mạch Đóng vòng điều khiển động cơ có các thuộc tính hấp dẫn của phản ứng và tối ưu hiệu suất cho thay đổi điều kiện tải trọng .Công chuyển động cơ từ trở có tương đồng mạnh mẽ để dc và máy miễn cưỡng đồng bộ, nhưng trong điều khiển nó là rất quen thuộc với các máy này và do đó, phát triển vận hành tương tự là không thể [Kri 01]. Để khắc phục những gợn mô-men xoắn của động cơ và các phi tuyến của đặc tính mô-men xoắn, giải pháp điều khiển khác nhau đã được phát triển. Phần này đề với mô tả các chương trình vận hành và chính nó thành phần. Các ổ đĩa cưỡng bức chuyển là một đơn vị cơ điện, bao gồm một SRM, một công cụ chuyển đổi năng lượng điện tử và một bộ điều khiển, tất cả các thành phầnđược cùng Thời gian bắt đầu phát triển với các mô hình động cơ dựa trên mô tả toán học của một giai đoạn. Nó tiếp tục với mô tả điều khiển khoảng thời gian, điều khiển tốc độ và điều chỉnh các mức tăng điều khiển tốc độ sử dụng thuật toán mô phỏng luyện kim. ng cơ 2.7.1.Ch 2.7.1.Chếế độ độ động Các đường cong từ hóa cho phép mô tả toán học hoàn toàn của động cơ. Xem xét các mạch tương đương của một giai đoạn, phương trình điện áp là: Phương trình tương ứng với điện áp do các giai đoạn kháng R. Thứ hai là sự đóng góp của các điện áp cảm ứng, và các hạn cuối cùng tương ứng với back-EMF. Các dẫn xuất một phần của thông lượng với hiện tại (∂i, θ) và tương ứng với vị trí rotor (∂θi, θ) được dễ dàng tìm thấy từ từ hóa như đã thấy trong hình 2.27. Sự biến thiên theo thời gian của dòng điện được thể hiện bởi các điện áp phương trình: Hình 2.27: Dẫn một phần thông lượng đối với dòng điện và rotor vị trí Mô hình phi tuyến tính của các động cơ từ trở chuyển mạch (Hình 2.28) là rất tiện dụng và chỉ sử dụng các dẫn xuất một phần của thông-liên kết đối với vị trí rotor và giai đoạn hiện nay, các dẫn xuất được lưu trữ như các bảng. Hình 2.28:Động cơ phản kháng chuyển mạch phi tuyến Sản lượng điều khiển cho bốn giá trị như là chức năng của rotor vị trí và các dấu hiệu mô-men xoắn tham khảo. Các giá trị đầu ra tương ứng với các sự xâm nhập, cắt, khoảng thời gian nghỉ, và các giới hạn thời gian được đặt tên chuyển đổi góc độ, có thể được tìm thấy bằng cách sử dụng khác nhau phân tích hoặc mô phỏng các phương pháp, chức năng của các tiêu chí lựa chọn (tối đa hóa đầu ra mô-men xoắn trung bình, tối đa hóa hiệu quả máy, giảm mô-men xoắn gợn cấp, vv.). Điều này sẽ được phát triển cho một SRM 4 pha 8/6 trong tiết diện tiếp theo. Postulating một thời gian mẫu rất nhỏ, việc chuyển đổi từ sau thời gian liên tục để lần rời rạc không gian tate gây ra một lỗi không đáng kể. bằng cách này, chuyển đổi, phương trình cơ khí có thể được viết lại như được giải thích. Các hội nhập trong thời gian liên tục của một biến X được chuyển tới: Trong không gian thời gian rời rạc kết hớp cùng được viết như Hình 2.29, mà Có thể được viết theo toán học : Cân bằng, việc chuyển đổi từ thời gian liên tục để không gian thời gian rời rạc sản lượng: Các phương trình cơ bản trong không gian thời gian rời rạc được trình bày trong Hình 2.30. Chứa một lỗi discretisation nhỏ, việc chuyển đổi từ thời gian liên tục để không gian trạng thái thời gian rời rạc gây ra lỗi không đáng kể. Hình 2.30: Phương trình cơ 2.7.2 Sơ đồ chung. Các động cơ phản kháng điều khiển bao gồm một SRM, một công cụ chuyển đổi năng lượng điện tử và một bộ điều khiển, tất cả các thành phần được kết hợp. Một chuyển đổi năng lượng điện tử cụ thể cung cấp sự miễn cưỡng chuyển động cơ. Các bộ chuyển đổi turn-on và điều kiện turn-off có thể khác nhau theo đề án nhằm kiểm soát tốc độ động cơ. Bằng cách kết hợp các khối khác nhau về điều khiển hệ thống, phương trình hệ thống được lắp ráp chứa phân, đại số, phương trình và điều kiện. Các phương trình vi phân được giải quyết cho một khoảnh khắc nhất định của thời gian với một cách đầy đủ Hiện mẫu nhỏ bằng cách sử dụng Matlab / Simulink. Đề án chung của điều khiển được thể hiện trong hình 2.31. Biến đổi từ sơ đồ khối này có thể là nhỏ và thường được giới hạn trong phần điều khiển, được cụ thể cho các ứng dụng. Hình 2.31: Sơ đồ khối của bộ điều khiển SRM ảng th ời gian Điều khi khiểển kho khoả thờ Các góc chuyển mạch tối ưu và kiểm soát khoảng thời gian là rất quan trọng. Khoảng thời mô-đun điều khiển đảm bảo sự lựa chọn của các liền bên phải của mỗi khoảng chức năng của vị trí rotor, tham chiếu hiện tại, và góc phần tư hoạt động. Các module này có một loạt các chức năng logic và nhìn lên bảng, dữ liệu đầu ra là góc chuyển mạch tối ưu. Tìm các góc chuyển mạch tối ưu cho một ứng dụng cụ thể SRM, là một vấn đề tối ưu hóa. Những điểm lợi ích trong việc kiểm soát hệ thống SRM là đảm bảo các gợn mô-men xoắn thấp nhất, hiệu quả tối đa, mô-men xoắn tối đa trung bình, tiếng ồn tối thiểu acoustic, làm giảm lưu công suất phản kháng, vv Những mục tiêu này có thể được nhắm mục tiêu cùng nhau hoặc riêng là một chức năng của các ứng dụng cần thiết.Như đã mô tả ở trên, tối ưu góc độ chuyển mạch lựa chọn phụ thuộc rất nhiều vào tham chiếu tốc độ và dòng máy. Tính năng này được phát triển tại Chương IV. Điều khi 2.7.3. 2.7.3.Đ khiểển tốc độ Phương pháp vận hành khác nhau tồn tại trong vật liệu. Trong phần dưới đây, logic mờ và proportional- tích phân (PI) điều khiển được trình bày. Cuối cùng,Bộ điều khiển PI được lựa chọn cho các động cơ từ trở quy định chuyển sang vòng lặp tốc độ.Hiệu chỉnh tăng PI có thể được thực hiện bằng cách sử dụng các phương pháp khác nhau. Dòng bài này là các phương pháp mô phỏng luyện kim được sử dụng để xác định được tối ưu không có ý định trong bài này để ủng hộ một hoặc một tốc độ loại loại điều khiển cho SRM, để tìm thấycác phương pháp điều chỉnh tối ưu, butr ather để trình bày hiệu quả của việc sử dụng mô phỏng một luyện trong điều chỉnh bộ điều khiển PI. Nguy Nguyêên lý làm vi việệc Ứng dụng logic mờ trong điện điện tử và các ổ đĩa tương đối new.A.Zadeh đã phát triển lý thuyết tập hợp, ở giữa của thập kỷ thứ bảy [ZAD96]. Nó được dựa trên cơ sở toán học của những ý niệm không có thật, vì nó bắt chước con người nhận thức được thể hiện trong các từ như không thực sự, hầu như, vv Lý thuyết này xuất hiện là đối diện của logic hoá trị hai phổ biến hơn. Có một rất rộng phạm vi của các bộ điều khiển dựa trên logic mờ: Bộ điều khiển mờ của loại PID, bộ điều khiển mờ - chế độ trượt, bộ điều khiển mờ Sugeno gõ và Takagi, bộ điều khiển mờ thích nghi trực tiếp và gián tiếp, vv [Bir 99]. Những lợi thế của bộ điều khiển logic: • Không cần kiến thức chính xác của các mô hình toán học của các quy trình kiểm soát; • Kiểm soát hiệu quả hơn hệ thống phi tuyến do tính chất phi tuyến tính của bộ điều khiển; • Bộ điều khiển mờ là tương đối dễ thực hiện; • Chi phí thấp hơn so với các hệ thống điều khiển thông minh khác. Tuy nhiên, vấn đề chính của một bộ điều khiển mờ là sự ổn định của nó.Sự so sánh hiệu năng hệ thống fuzzy-kiểm soát với một bộ điều khiển PID là đưa ra trong [Li 89] chứng minh sự vượt trội của cựu. ân (PI) điều khi Tỷ lệ - tích ph phâ khiểển Tỷ lệ-tích phân (PI) bộ điều khiển được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp cho các điều khiển. Trong nhiều quá trình công nghiệp điều khiển tốc độ chính xác liên quan với tốc độ tốt giữ khả năng trong sự hiện diện của tải xáo trộn là điều cần thiết để đảm bảo chất lượng sản phẩm. Nhiều phi linearities phát sinh trong điều khiển.Bộ điều khiển tốc độ chuyển đổi các lỗi tốc độ trong một giá trị tham khảo mô-men xoắn(hoặc giá trị tham chiếu hiện tại). Giữ mô-men xoắn và hiện tại trong định trước ranh giới có thể đạt được bằng cách hạn chế đầu ra của bộ điều khiển tốc độ. Phổ biến nhất là sử dụng bộ điều khiển tốc độ cho các trình điều khiển chứa hai điều khiển vòng riêng biệt (hình 2.23). Các vòng lặp bên có nhiệm vụ kiểm soát dòng điện và kết hợp một bộ điều khiển PWM trễ, được kích hoạt bởi các lỗi giữa các thiết lập và đo dòng điện. Các tham chiếu dòng điện / mô-men xoắn được tạo ra bởi vòng điều khiển bên ngoài, trong đó các lỗi giữa tham chiếu và tốc độ thực tế kích hoạt (PI) điều khiển tốc độ tỷ lệ-tích phân Hình 2.32: Điều khiển Cascade của SRM Để đơn giản hóa việc tính toán, hệ thống có thể được tách riêng trong hai chế độ: chế độ nhanh (chế độ điện) và chế độ chậm (chế độ cơ khí). điều này Giả thuyết này gần như đúng là thời gian cơ học liên tục là lớn hơn nhiều so với các thiết bị điện. Bằng cách này, các vòng lặp điều khiển hiện nay có thể được coi như là thống nhất. Các phương trình mô hình phi tuyến tính, bởi vì dòng điện và điều khiển được thế vào phương trình tốc độ Điều khi khiểển tốc độ Các điều chỉnh của bộ điều khiển là một vấn đề phức tạp do có nhiều chi tiết của máy,chuyển đổi năng lượng điện và điều khiển. Các vốn có tính phi tuyến của SRM là khó khăn để xử lý cho một điều chỉnh thích hợp các thông số điều khiển. Bộ chuyển đổi sức người có chuyển phi tuyến tính đặc trưng vì áp đặt thời gian chuyển đổi đã chết. Một trở ngại nữa trong việc tìm kiếm các thiết lập tối ưu cho các thông số của một tỷ lệ-tích (PI) điều khiển tốc độ là khó khăn trong việc mô tả tải. nhiều phương pháp đã được công bố. Miller cho thấy rằng việc xác định tỷ lệ ζ giảm xóc, các ωn tần số tự nhiên và tối đa vượt qua ông mang PI-điều khiển thông số [Mil 01]. Đối với phân tích tín hiệu nhỏ lực lượng tải lò xo có thể đượccoi như không đổi. Hệ thống có thể được mô tả như một bậc hai tiêu chuẩn hệ thống với một số không: Điều chỉnh bộ điều khiển cho hiệu suất tối ưu trong một hệ thống phi tuyến tính (có thể cùng với một hệ thống chống windup) có thể trở thành một nhiệm vụ khó khăn, đặc biệt là khi nhiễu phụ tải có liên quan. Da Silva et al. [Sil 01] đề xuất trên dòng tối ưu hóa của một bộ điều khiển PI với mạch chống windup sử dụng thuật toán di truyền. ươ ng ph áp mô ph ỏng luy Ph Phươ ương phá phỏ luyệện kim Các phương pháp ủ mô phỏng là một kỹ thuật tối ưu hóa có thể được sử dụng để tìm cực tiểu toàn cục hoặc maxima. Những cảm hứng cho ủ mô phỏng đến từ các quá trình vật lý làm mát vật liệu nóng chảy xuống bang theirsolid. Khi thép nóng chảy được làm lạnh quá nhanh, các nguyên tử của nó không có timeto tìm vị trí cân bằng và các sản phẩm trình bày một sức bền cơ học thấp. Một lịch trình làm nguội chậm kết thúc với các sản phẩm cuối cùng tốt nhất, nâng thép đến một năng lượng thấp, trạng thái tối ưu. Việc áp dụng phương pháp ủ mô phỏng trong bộ điều khiển tốc độ điều chỉnh PI đã cho kết quả rất tốt [Aca 02]. Kỹ thuật tìm kiếm Stochastic tránh các yêu cầu về mô hình toán học của bộ chuyển đổi năng lượng điện tử, lái xe và tải, có thể đối phó với không linearities. Họ mô phỏng sự tiến hóa ngẫu nhiên của một hệ thống vật lý và đạt được trạng thái cân bằng là trạng thái ổn định ủ Simulated phân phối trên các trạng thái của một chuỗi Markov tương ứng. có thể được hiển thị để hội tụ về một giải pháp tối ưu trên toàn cầu. Tuy nhiên, nó có thể được cực kỳ tính toán đắt tiền.Một hệ thống vật lý, khi nó nguội xuống, tìm cách để đạt đến một năng lượng tối thiểu nhà nước. Đối với bất kỳ tập rời rạc của các hạt, giảm thiểu tổng số năng lượng là một vấn đề tối ưu hóa tổ hợp. Thông qua quá trình chuyển đổi ngẫu nhiên được tạo ra theo để phân phối xác suất trên, vật lý để giải quyết bài toán tối ưu tổ hợp tùy ý có thể được mô phỏng. Việc ủ chỉnh mô phỏng thuật toán cho tỷ lệ-tích phân (PI) có thể được xây dựng như sau: • Thiết lập các thông số độc lập với các giá trị ban đầu; • Thiết lập nhiệt độ đến một giá trị tương đối cao; • xáo trộn các thông số độc lập; • Tính toán các chi phí chức năng mới trong điều kiện mới; • So sánh mới nhất và tốt nhất cho đến bây giờ hàm chi phí: - Nếu hàm chi phí mới thấp hơn hoặc bằng tốt nhất, một trong những mới trở thành tốt nhất cho đến bây giờ; - Nếu không, hãy chọn một số ngẫu nhiên r thống nhất từ [0,1] Nếu r PA, đạt giải pháp tiềm năng bị từ chối, nếu không nó được chấp nhận.Nếu cả hai tăng giải pháp tiềm năng được chấp nhận, toàn bộ giải pháp tiềm năng, B, là chấp nhận cho bước thứ hai của thuật toán, nếu không các thuật toán đề xuất một giải pháp tiềm năng và các vòng lặp khởi động lại. Điều này ngăn cản việc tìm kiếm của một giải pháp tiềm năng xa các giải pháp thực tế.Xác suất chấp nhận, PA, là một chức năng phụ thuộc vào nhiệt độ tức thời, T, và tỷ lệ chuyển / bậc. Việc chấp nhận xác suất cao hơn đối với bất kỳ tỷ lệ chuyển / phạm vi ở đầu quá trình khi nhiệt độ cao hơn vào cuối của quá trình (Hình 2.33). Giải pháp B có xác suất cao hơn để có đánh giá tất cả cùng tiến trình, nếu nó gần với các giải pháp hiện có A. Một số giải pháp 500 mỗi mức nhiệt độ, B, được đề xuất để đánh giá trong bước đầu tiên cho mỗi nhiệt độ. Không phải tất cả trong số đó được chấp nhận, chỉ những người nằm ở gần nhau của các dung dịch A hiện có (đại diện là một vòng tròn trên Hình 2.34). Lúc đầu, các giải pháp đề xuất, B, được phân bố trong không gian giải pháp toàn bộ xung quanh A. Khi nhiệt độ giảm, Hình 2.33: Ảnh hưởng của nhiệt độ trên xác suất PA. Xác suất chấp nhận được nhiều hơn và nhạy hơn với sự dịch chuyển của B để A, các giải pháp được chấp nhận, B, được lựa chọn gần với A (Hình 2.34). Hình 2.34: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ di chuyển Hàm tổn hao Bước thứ hai của thuật toán bao gồm việc đánh giá các giải pháp đề xuất B, và tương ứng với điểm (5) của thuật toán mô phỏng luyện kim. Các tiến hóa của các tín hiệu lỗi trong chế độ chuyển tiếp là một tham số cần thiết trong đánh giá chất lượng của một hệ thống điều khiển tự động. Phổ biến nhất tiêu chí đánh giá một bộ điều khiển PI là IAE (sai số tuyệt đối không thể thiếu), ITSE (tách rời của lỗi vuông thời gian gấp nhiều lần), ISE (lỗi vuông tách rời) hoặc ITAE (tuyệt đối không thể thiếu của giá trị thời gian nhân của lỗi) [Mar 87]. Đối với hiện tại thuật toán, các tiêu chí IAE đã được lựa chọn để đánh giá. Gọi là hàm tổn hao: Sự thay đổi tương ứng trong hàm tổn hao ΔE được tính toán và đó là quyết định khi sự khác biệt này cho dù quá trình chuyển đổi được đề xuất được chấp nhận. Nế EB 0, các khối đảo góc độ có thể được thể hiện như: Thời gian dẫn truyền của một pha được giới hạn bởi các vùng mô-men xoắn hiệu quả (2.17). Giữa hai pha, các rotor di chuyển với khoảng cách góc của / q. Trước khi góc độ này, chỉ là giai đoạn đầu tiên (trong giai đoạn trường hợp này A) có thể sản xuất mô-men xoắn. Vùng mô-men xoắn tối đa hiệu quả của một pha được xác định theo chiều rộng stator cực-arc, βs. Do đó, các giới hạn của khoảng thời gian đảo mạch là [αrq, βs]. Góc đảo mạch ban đầu (θi) phải được nằm trong khoảng thời gian này. Đối với tốc độ cao hơn và dòng (vì nó sẽ được thể hiện trong Chương IV), nó là tốt để chọn θi càng gần càng tốt của cực tối thiểu của khoảng thời gian đảo mạch. Trong luận văn này, θi = αrq đã được xem xét. Tóm tắt,chức năng phân phối mô-men xoắn của pha A là: Phù hợp với (2.54), các hàm phân bố mô-men xoắn của giai đoạn B là FB (θ) = 1 - fA (θ). Sự lựa chọn của hàm phân bố trong khoảng thời gian chuyển mạch (FA (θ, θi)) có thể được thực hiện bằng cách sử dụng các tiêu chí khác nhau như tổn thất startor tối thiểu, vv [Kri 01]. Hình thức đơn giản là một hàm tuyến tính có độ dốc âm (giai đoạn A). Trong bài này, một hàm mũ tùy thuộc vào vị trí rotor đã được chọn. Chức năng này đáp ứng các điều kiện biên của khoảng thời gian chuyển mạch: FA (θi) = 1 và FA (αrq) ≈ 0 Không chú ý tới độ bão hòa, các mối quan hệ (2.16) cho phép để dịch các tài liệu tham khảo mô-men xoắn vào dòng tham chiếu. Trong trường hợp này, việc thực hiện các chức năng phân bố dòng là tương đối dễ dàng. Trong trường hợp phi tuyến tính, các mối quan hệ mô-men dòng là nhiều khó khăn hơn để được thể hiện trong một hàm toán học. Thông thường, điều này được thực hiện bằng cách sử dụng bảng look-up (vì nó sẽ được giải thích tại Chương III). Hình 2.38 cho thấy hành vi phân phối hàm được đề xuất trong việc tạo ra các khối đảo kết quả khoảng cách khe hở mô-men xoắn Hình 2.38: Mô-men xoắn (dòng điện) hàm phân bố Việc thực hiện các kỹ thuật hàm phân phối mô-men xoắn yêu cầu không có sự thay đổi trong cơ cấu chức năng chuyển đổi điện tử. Sự khác biệt duy nhất là giải thích ở trên là sự chuyển đổi của các khoảng thời gian xâm nhập và bị triệt tiêu trong khoảng thời gian cắt. Điều khi khiểển tốc độ Hình 2.39 trình bày các chương trình điều khiển tốc độ. Các tốc độ tham chiếu được so sánh với tốc độ máy, và các lỗi được chuyển qua một bộ điều khiển PI vào tham khảo mô-men xoắn. Trong phân tích tuyến tính, một hàm toán học dựa trên (2.18) được sử dụng để chuyển đổi mô-men xoắn tham chiếu vào tham chiếu dòng.Mô phỏng đã được sử dụng trong một nghiên cứu mô phỏng để điều chỉnh bộ điều khiển PI. Hàm tổn hao được giảm thiểu là bộ tốc độ tuyệt đối Hình 2.39: Tốc độ điều khiển PI Những lợi ích PI được điều chỉnh bằng cách kiểm tra các phản ứng trong vòng khép kín của Hệ thống SRM để một bước đầu vào lớn (0-150 rad / sec) trong một khoảng thời gian của 50 ms. Phạm vi không gian giải pháp của việc đạt được tỷ lệ thuận, Kp, là giữa 0 và 10 Nm / (rad / s), và cho các tích phân, Ki, giữa 0 và 20 Nm / rad. Trong mô phỏng, hình 2.40 cho thấy những lợi ích điều khiển được đề xuất trong ủ mô phỏng. Nó có thể được dễ dàng ghi nhận rằng họ trang trải tất cả các không gian. khôngtất cả trong số họ đã được chấp nhận để điều tra thêm.Hình 2.41 trình bày các lợi ích điều khiển điều tra trong quá trình mô phỏng luyện kim (KP và KI) cho mỗi cấp độ của nhiệt độ. Tối thiểu của E được tìm thấy là 1,9678 rad, tương ứng với các bộ điều khiển đạt KP = 9,44 A / rad / s và KI = 0,33 A / rad. Các phản ứng tốc độ thu được cho các cài đặt bộ điều khiển khác nhau trong quá trình mô phỏng được thể hiện trong Hình 2.42. ả mô ph ỏng Kết qu quả phỏ Đối với việc xác minh của các mô hình đề xuất, mô phỏng trong tất cả bốn góc phần tư được thực hiện. Các giai đoạn điển hình dạng sóng hiện tại tương đối so với góc rotor được trình bày trong Hình 2.43. Giai đoạn hiện tại đạt đến giá trị của mình bằng cách tham khảo thao tác với các điện áp theo kiểm soát trễ. Hình 2.43 trình bày cũng tự cảm giai đoạn như là một hàm của thời gian đối với một tốc độ không đổi của 130 rad /s và mô-men xoắn tải - 4 Nm. SRM chạy theo hướng tích cực (đồng hồ thông minh) trong điều kiện máy phát điện. Giai đoạn cảm được thể hiện bằng cách sử dụng một yếu tố quy mô 30 để chắc chắn là sự rõ ràng của hình. Bộ điều khiển tốc độ tỷ lệ gen các hiện tham chiếu cho mỗi pha động cơ, chuyển quyền ngay lập tức đang được đảm bảo bởi bộ điều khiển khoảng thời gian. Trên hình 2.43 phản ứng của bộ điều khiển khoảng thời gian để mang lại cho pha dòng diền có thể được nhìn thấy trong trật tự để giảm thiểu mô-men xoắn gợn. Hình 2.40: Cài đặt bộ điều khiển dự định Hình 2.41: Thiết lập bộ điều khiển điều tra đối với từng mức nhiệt độ Một trong những đặc điểm của một ổ đĩa hiệu suất cao là nó phải đảm bảo độ chắc chắn trong quá trình rối loạn mô-men xoắn tải. Các kết quả mô phỏng chứng minh rằng bộ điều khiển có khả năng theo dõi tốc độ tham khảo chặt chẽ mà không cần bất kỳ lỗi tĩnh và vượt qua rất nhỏ. Hình 2.44 trình bày đầu của SRM trong góc phần tư thứ tư với mô-men xoắn tải chiếm 77% của mô-men xoắn tối đa Hình 2.42: Tốc độ phản ứng cho các cài đặt bộ điều khiển khác nhau Hình 2.43: Pha dòng điện và pha cảm dạng sóng. Các phản ứng của các lái xe là tốt. SRM đạt đến tốc độ tham chiếu của 130 rad /s trong 0,1 s mà không có một vượt đáng kể. Tại 0.21 s, mômen tải trở thành số không đưa SRM trong góc phần tư thứ nhất. Tốc độ trình bày một xáo trộn nhỏ đó là một cách mau chóng tái lập bởi bộ điều khiển. Để mà đảm bảo sự rõ ràng của hình, mô-men xoắn tải được nhân với hệ số 100.Hình 2.45 trình bày những khởi đầu SRM trong góc phần tư thứ nhất. Các tốc độ tham chiếu của 131 rad / s đạt được mà không có bất kỳ vượt đáng kể. Áp dụng một mô-men xoắn tải âm mang thông điệp này đến góc phần tư thứ tư. Việc đối phó với một tốc độ tham chiếu tiêu cực theo mô-men xoắn tải, kích động SRM để hoạt động trong góc phần tư thứ ba là tốt, chứng minh hiệu quả của mô hình đề xuất. Cuối cùng, SRM là dừng lại dưới một mô-men xoắn của tải trọng 22% mô-men xoắn tối đa. Nó có thể phải kiểm tra một vấn đề với mô-men xoắn gợn tồn tại. Hình 2.44: SRM bắt đầu dưới mô-men tải Hình 2.45: Tốc độ phản ứng của SRM dưới mô-men tải Bốn pha là rất phổ biến để giảm mô-men hơn nữa. Điều quan trọng là phải nhớ rằng nó không phải là mô-men điện từ phát triển mà có thể là mối quan tâm chính cho người sử dụng, tốc độ gợn sóng.Figure 2.46 cho thấy các mô-men xoắn tức thời điển hình của một SRM. Bộ điều khiển áp đặt mô-men xoắn tối đa để tốc độ tham chiếu đạt được trong các thiết lập thời gian trễ.Sau khi tốc độ tham chiếu (ωref = 60 rad / s) là đạt, thác mômen động cơ đến một giá trị cụ thể (tải có mô men = 3 Nm) để đảm bảo liên tục tốc độ. Hệ thống này được mô phỏng trong cả hai trường hợp, mà không (trái) và (phải) Các kết quả cho việc giảm gợn mô-men xoắn được sản xuất bởiSRM sử dụng phân phối mô-men xoắn chức năng điều khiển. Các mô-men xoắn kết quả được đưa ra bằng tổng mômen xoắn tức thời của từng giai đoạn, như được giải thích trong (2.12). Phù hợp với (2.17), mô-men xoắn tức thời của một giai đoạn là một chức năng chủ yếu Hình 2.46: SRM hàm phân bố mô men TDF không có (trái) và có(bên phải) giá trị của dòng chảy. Vấn đề là dòng điện không giảm ngay lập tức đển không do điện cảm ngay cả khi điện áp đảo ngược áp dụng .Tổng của hai mô-men tức thời kích thích một vượt qua tổng số mô-men xoắn. Việc kiểm soát dòng bằng cách sử dụng kỹ thuật trễ là rất nhanh, nhưng vẫn không tức thời, mô-men tạo ra không đều (Hình 2.47) Hình 2.47: SRM mô-men xoắn gợn 2.8 Kết lu luậận Mục tiêu của chương này là giới thiệu các nguyên tắc cơ bản của chuyển động cơ từ trở, máy chính và cấu trúc liên kết chuyển đổi, phương pháp toán học,và bốn góc phần tư đầy đủ điều kiện hoạt động. Trọng tâm vào việc phát triển một chương trình điều khiển chung dựa trên các biến điều khiển tại các tuyến tính và phân tích phi tuyến tính Mô-men xoắn hay lực lượng sản xuất trong một động cơ từ trở được phát triển từ sự biến động của năng lượng từ tính được lưu trữ như là một hàm của vị trí rotor (nguyên tắc làm việc ảo). Sản xuất mô-men xoắn, kiểm soát khoảng thời gian, góc độ chuyển đổi và hoạt động năng động đã được mô tả. Phù hợp với các quy tắc, khoảng thời gian và góc độ chuyển đổi phân tích trước khi bắt tay làm, cấu trúc của bộ chuyển đổi mà câu trả lời tốt nhất các yêu cầu áp đặt được phát triển .Công trình chuyển đổi năng lượng đạt được các mục tiêu độc lập hoàn toàn cho từng giai đoạn quanh co để kiểm soát và hệ mô-men xoắn. Sử dụng cấu hình này, năng lượng có thể được freewheeled, một phần được chuyển đổi thành năng lượng cơ / điện và một phần trả lại cho nguồn một chiều. Mô hình năng động và mô phỏng đóng một vai trò rất quan trọng trong hệ thống điều khiển phân tích. Các mô hình sơ đồ điều khiển chung và hội nhập của nó được phát triển từng bước. Các điều chỉnh của bộ điều khiển điện là một vấn đề phức tạp do nhiều người không hiểu, chuyển đổi năng lượng và điều khiển. Đặc biệt chú ý đến tốc độ (PI) và dòng (hysteresis) điều khiển.Nhiều phương pháp tính toán các tỷ lệ-tích phân (PI) điều khiển tốc độ được trình bày. Một cách tiếp cận mới trong việc áp dụng phương pháp ủ mô phỏng trong việc tìm kiếm các lợi ích PI tối ưu được đưa ra. Phương pháp ngẫu nhiên điều chỉnh này tránh được không hiểu của hệ thống và các yêu cầu về mô hình toán học của các bộ phận khác nhau của hệ thống. Mô phỏng minh họa cho tính hiệu quả của các đề xuất và thực hiện các thuật toán điều chỉnh. Sự kiểm soát của một ổ đĩa 8/6 SRM trong tất cả bốn phần bằng cách sử dụng tuyến tính phân tích được mô tả. Một thuật toán đặc biệt được thiết kế và thực hiện đặt hàng để giảm thiểu các mô-men xoắn gợn. Một mô tả toàn diện và rõ ràng của chiến lược kiểm soát được đưa ra. Các mô phỏng được thực hiện trong bốn góc phần tư chứng minh hiệu quả của các mô hình đề xuất. Chương này cũng có thể được coi như giới thiệu thông minh vào động cơ phản kháng chuyển mạch. [...]... Lượng dòng điện chảy qua cuộn dây được điều khiển bởi việc đống cắt các thiết bị điện tử công suất như MOSFETs hoặc IGBTs Cấu trúc liên kết của bộ chuyển đổi điện tử công suất là vấn đề quan trong trong việc điều khiển động cơ phản kháng chuyển mạch bởi vì nó chủ yếu là mệnh lệnh như thế nào để có thể điều khiển được động cơ Trong những năm qua , các bộ chuyển đổi khác nhau được dùng trong bộ truyền... thực hiện , bỏ qua điện trở và điện áp rơi trên điện trở Ri của cuận dây stator và động cơ back-EMF trong (2.11).Các giá trị yêu cầu của dòng điện đạt được tại thời điểm βs bằng cách tính toán giá trị của θ1 sử dụng (2.11) trong đó i (βs) là giá trị của dòng điện βs và L là điện cảm (Lmin động cơ hoặc Lmax cho máy phát hoạt động ).Đây là khoảng thời gian khởi động Các đầu ra của bộ điều khiển khoảng thời... bốn cuộn dây pha của động cơ là chuyển mạch trong trình tự A, B, C, D trong vùng độ tự cảm tăng của chính nó Đảo ngược động cơ , tương tự cần momen điện từ âm trong quá trình đảo ngược hướng quay và thu được bằng cách kích thích các pha cuộn dây trong đảo ngược chuyển mạch trình tự B, A, D, C, một lần nữa trong thời gian tăng của vùng độ tự cảm.Một hành động hãm đòi hỏi mômen điện ngược đối với hướng... Krishnan trong [Kri 01] cho thấy rằng để có được một đáp ứng tốc độ cao thì giá trị của nó nằm trong khoảng từ 30 đến 70 Qu Quáá tr trìình băm xung dòng điện Băm xung dòng điện là một loại điều khiển dòng điện trễ mà trong đố điện á cung cấp được băm nhỏ tùy theo dòng điện là lớn hơn hay nhỏ hơn một giá trị được lấy làm tham chiếu Ở tốc độ thấp dòng điện được điều khiển bằng việc sử dụng điều khiển băm... cấp thông qua diode Nó kéo dài từ góc trả năng lượng phản kháng đến góc đóng(θfrwheel- θoff) Thông lượng trong động cơ phản kháng chuyển mạch là thay đổi , nhưng nó phải bắt đầu từ 0 trong mỗi một chu kì Chuyển mạch điện áp trên tại góc mở và góc đống ở góc độ điều khiển quá trình Dòng điện điều khiển được tạo nên bởi điều khiển vòng kín bằng băm xung sử dụng PWM hoặc điều khiển hiện tương trễ chuyển... chuyển đổi Các cấu trúc điều khiển dòng điện là khác nhau, tùy thuộc lựa chọn vào cách chuyển mạch Điều khi khiểển dòng điện bằng PWM Việc lựa chọn phương pháp điều chế độ rộng xung là một vấn đề quan trọng trong điều khiển SRM vì nó sẽ ra lệnh như thế nào đó để động cơ có thể được điều khiển Phương pháp điều chế độ rộng xung cũng liên quan trực tiếp đến cấu trúc bộ biến đổi điện tử công suất Giả sử... được sử dụng ở tốc độ cao Quá trình băm xung điện áp Quá trình băn xung điện áp được sử dụng cho việc điều khiển dòng điện ở tốc độ thấp Phương pháp PWM hoạt động với một tần số băm xung cố định Trong trường hợp này ,điện áp cung cấp là điện áp băm xung với tần số cố định, như vậy cả dòng điện và độ biến thiên dòng điện có thể được điều khiển Quá trình băm xung điện áp có thể được tách thành hai chế độ... điển của việc điều khiển momen là đều dựa trên các máy một chiều kích từ độc lập , trong đó thì momen tỉ lệ thuậ với thông lượng và dòng điện sinh ra Luật điều kiển các máy như vậy là dựa trên khả năng điều khiển độc lập từ thông và dòng điện Nói chung , thông lương của các máy DC và AC cổ điển được duy trì liên tục ,trong khi dòng điện thì biến thiên để đáp ứng nhu cầu thay đổi momen Động cơ phản... nhau để có thể điều khiển dòng điện pha Các điện áp có thể được băm nhỏ ở giưa ba giá trị xác định như : Độ ng cơ ph ản kh áng chuy Điều ch 2.6 2.6.Độ Động phả khá chuyểển mạchch-Đ chỉỉnh và ch chếế độ làm vi việệc Chuyển đổi điện áp từ đủ điện áp dương và 0 được gọi là cắt mềm (Hình 2.18a.) Cắt cứng (hình 2.18b.) Bao gồm trong chuyển đổi cấp điện áp giữa điện áp dương và điện áp âm Điều khiển này đặt... gian đầu nơi điện áp dương lớn nhất ; nó kéo dài từ khoảng góc mở thêm đến góc mở ban đầu (θonadv - θon); Hình 2.15: Hoạt động trong bốn góc phần tư của SRM Khoảng thời gian cắt hoặc đơn xung nó kéo dài từ góc mở đển góc đóng (θon-θoff) , trong khoảng thời gian cắt , dòng điện pha được điều khiển bằng cách cắt các máy phát điện DC cung cấp, trong khoảng thời gian xung dương thì cung cấp các điện áp dương ... mạch điện áp góc mở góc đống góc độ điều khiển trình Dòng điện điều khiển tạo nên điều khiển vòng kín băm xung sử dụng PWM điều khiển tương trễ chuyển mạch chuyển đổi Các cấu trúc điều khiển. .. vi điều khiển dựa logic mờ: Bộ điều khiển mờ loại PID, điều khiển mờ - chế độ trượt, điều khiển mờ Sugeno gõ Takagi, điều khiển mờ thích nghi trực tiếp gián tiếp, vv [Bir 99] Những lợi điều khiển. .. đầu điều khiển tốc độ Phổ biến sử dụng điều khiển tốc độ cho trình điều khiển chứa hai điều khiển vòng riêng biệt (hình 2.23) Các vòng lặp bên có nhiệm vụ kiểm soát dòng điện kết hợp điều khiển