Điều khiển véctơ tựa từ thông rôto động cơ không đồng bộ

B GIO DC V O TO TRNG I HC NễNG NGHIP H NI NGUYN QUC TM IU KHIN VẫCT TA T THễNG RễTO NG C KHễNG NG B LUN VN THC S K THUT Chuyờn ngnh: in khớ húa sn xut nụng nghip v nụng thụn Mó s: 60 52 54 Ngi hng dn khoa hc: PGS.TS: NGUYN VN LIN H Ni 2012 LI CAM OAN Tụi xin cam ủoan bn ủ lun tt nghip: iu khin vộct ta t thụng rụto ủng c khụng ủng b tụi t thc hin di s hng dn ca thy giỏo PGS.TS: Nguyn Vn Lin hon thnh lun ny, tụi ch s dng nhng ti liu ủc ghi danh mc ti liu tham kho v khụng chộp s dng bt k ti liu no khỏc Nu phỏt hin cú s chộp tụi xin hon ton chu trỏch nhim H Ni, ngy thỏng nm 2012 Hc viờn thc hin Nguyn Quc Tõm Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun thc s khoa hc k thut i LI CM N Tụi xin trõn trng cm n sõu sc PGS.TS Nguyn Vn Lin ngi ủó trc tip hng dn tụi sut quỏ trỡnh nghiờn cu v hon thnh lun ca mỡnh Xin trõn trng cm n cỏc thy giỏo, cụ giỏo b mụn T ủng hoỏ, khoa C in, cỏc thy giỏo, cụ giỏo Vin ủo to sau ủi hc trng HNN H Ni ủó hng dn v giỳp ủ tụi quỏ trỡnh thc hin lun Xin trõn trng cm n gia ủỡnh, bn bố, ủng nghip ủó to ủiu kin quỏ trỡnh thc hin v hon thnh lun H ni, ngy.thỏng.nm 2012 Tỏc gi Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun thc s khoa hc k thut ii MC LC LI CAM OAN i LI CM N ii MC LC iii DANH MC VIT TT v DANH MC CC BNG vi DANH MC CC HèNH V .vii M U CHNG 1: XY DNG Mễ HèNH NG C KHễNG NG B TRONG TA KHễNG GIAN KHC NHAU 1.1 Mụ t chung v ủng c khụng ủng b (K) 1.1.1 Mụ hỡnh ba pha ca ủng c khụng ủng b 1.1.2 i lng vộc t khụng gian 10 1.2 Mụ hỡnh ủng c khụng ủng b cỏc h ta ủ trc giao 13 1.2.1 Mụ hỡnh h ta ủ gn vi stato (, , 0) 13 1.2.2 Mụ hỡnh h ta ủ quay ủng b (d, q, 0) .16 1.2.3 Mụ hỡnh h ta ủ gn vi rụto (D, Q, 0) 21 1.3 iu khin vộc t ta t thụng rụto K, nghch lu ngun ỏp (FOC) 24 1.3.1 Nguyờn lý ủiu khin 24 1.3.2 Mụ hỡnh tớnh toỏn c lng cỏc ủi lng phn hi 30 1.3.3 Hiu chnh tc ủ trt 32 CHNG 2: THIT LP H IU KHIN VẫCT TA T THễNG RễTO NG C KHễNG NG B 34 2.1 Thit k ủiu khin dũng ủin h thng ủiu khin vộc t ta t thụng rụto ca ủng c khụng ủng b 34 2.1.1 Mụ hỡnh gn ủỳng ca ủng c khụng ủng b h ta ủ d, q ta t thụng rụto h ta ủ d, q ta t thụng rụto 35 2.1.2 Tng hp b ủiu khin dũng ủin tớch kờnh trc tip .36 2.1.3 Tng hp hai b ủiu khin dũng ủin riờng s cú bự tỏch kờnh 38 Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun thc s khoa hc k thut iii 2.2 Thit k ủiu khin t thụng 41 2.3 iu khin trc tip t thụng stator v mụ men ủin t (DTC) .42 2.3.1 Nguyờn lý ủiu khin .42 2.3.2 K thut ủiu khin 44 2.3.3 Mụ hỡnh tớnh toỏn cỏc ủi lng phn hi 48 CHNG THIT K MCH VềNG IU KHIN VẫCT TA T THễNG RễTO NG C KHễNG NG B 52 3.1 iu khin ta t thụng rụtor 52 3.1.1 Tinh thn ca phng phỏp 52 3.1.2 Cu trỳc tng th ca phng phỏp FOC .54 3.1.3 Mụ hỡnh tớnh toỏn t thụng .55 3.2 ng hp cỏc b ủiu chnh 55 3.2.1 Mụ hỡnh gn ủỳng h ta ủ dq 55 3.2.2 B ủiu chnh dũng ủin 57 3.2.3 B ủiu chnh t thụng .59 3.2.4 B ủiu chnh tc ủ .60 3.2.5 Mụ hỡnh tng th 61 CHNG 4: Mễ PHNG V PHN TCH NH GI H THNG 62 4.1 Cỏc ch tiờu cht lng ca h truyn ủng ủin 62 4.2 Nõng cao cht lng ủiu chnh truyn ủng ủin ni cp mch vũng 4.3 Mch vũng ủiu chnh dũng ủin 4.3.1 Mch vũng ủiu chnh dũng ủin .64 4.3.2 B ủiu chnh t thụng .67 4.3.3 Mch vũng ủiu chnh tc ủ 67 4.3.4 Mụ hỡnh mụ phng tng quỏt 68 4.4 Kt qu mụ phng 69 KT LUN 72 TI LIU THAM KHO .74 Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun thc s khoa hc k thut iv DANH MC VIT TT Ch vit tt í ngha K ng c khụng ủng b DSP X lý tớn hiu s DTT Dn t thụng FOC Nghch lu ngun ỏp MP Vi x lý NL Nghch lu ST Sc t ủng ST Sc t ủng Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun thc s khoa hc k thut v DANH MC CC BNG Bng 2.1 Bng chn vộc t ủin ỏp ca nghch lu 48 Bng 2.2 Bin thiờn t thụng v mụ men ng vi cỏc vộc t ủin ỏp s dng vộc t t thụng v trớ nh H.2.9,b 48 Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun thc s khoa hc k thut vi DANH MC CC HèNH Hỡnh 1.1 S ủ dõy qun trung ca K = d m dt Hỡnh 1.2 S ủ pha quy ủi v stato ca K Hỡnh 1.3 Mụ hỡnh gii thớch cỏch tớnh sủủ rụto Hỡnh 1.4 (a) Mụ hỡnh ca K h ta ủ cc (b) Cỏc ủi lng vộc t Hỡnh 1.5 Phõn b mt ủ dũng ủin ch cú pha a cú dũng 10 Hỡnh 1.6 Phõn b mt ủ dũng ủin tng t cỏc dũng ủin 11 Hỡnh 1.7 Phõn b mt ủ t thụng tng t cỏc dũng stato H.1.6 12 Hỡnh 1.8 Biu din vộc t trờn h trc , 14 Hỡnh 1.9 S ủ thay th ca ủng c khụng ủng b h trc , 14 Hỡnh 1.10 S ủ cu trc ca K h ta ủ , 16 Hỡnh 1.11 Biu din vộc t khụng gian h trc d, q 17 Hỡnh 1.12 S ủ thay th K h trc ta ủ d, q 18 Hỡnh 1.13 S ủ cu trỳc ca K h ta ủ d, q 20 Hỡnh 1.14 Biu din vộc t khụng gian tng trc gn vi rụto (D, Q) 21 Hỡnh 1.15 S ủ thay th K h ta ủ gn vi rụto 22 Hỡnh 1.16 S ủ cu trỳc ca K h ta ủ gn vi rụto 23 Hỡnh 1.17 th vộc t cho trng hp h trc d, q v vộc t t thụng rụ to 24 Hỡnh 1.18 S tng ủng gia K h ta ủ ta t thụng rụto (b) v ủng c mt chiu kớch t ủc lp (a) 26 Hỡnh 1.19 S ủ h thng ủiu khin vộc t ta t thụng rụto 28 Hỡnh 1.20 Mụ hỡnh dũng ủin c lng tớn hiu 31 Hỡnh 1.21 nh hng ca s thay ủi ủin tr rụto ủn ủ chớnh xỏc ca mụ hỡnh ủiu khin 32 Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun thc s khoa hc k thut vii Hỡnh 2.1 Dũng ủin ủng c trờn trc d, q 34 Hỡnh 2.2 S ủ thay th gn ủỳng ca ủng c khụng ủng b 35 Hỡnh 2.3 Mụ hỡnh gn ủỳng ca ủng c khụng ủng b h ta ủ d, q ta t thụng rụto 35 Hỡnh 2.4 Cu trỳc ủiu khin tỏch kờnh 37 Hỡnh 2.5 Cu trỳc hai b ủiu khin dũng riờng r v hai tỏch kờnh bng dũng ủin 39 Hỡnh 2.6 iu khin dũng riờng r cú bự sc ủin ủng esd v esq, R11 v R12 ủc ly theo (2.3) 40 Hỡnh 2.7 Mụ hỡnh mch vũng ủiu khin t thụng 41 Hỡnh 2.8 S ủ kh hm tuyn h FOC-1M 42 Hỡnh 2.9 Biu din cỏc ủi lng h trc gn vi stato 43 Hỡnh 2.10 S ủ ca DTC 45 Hỡnh 2.11 Qu ủo vộc t t thụng stato (a) v vộc t ủin ỏp s dng thi gian t v t thụng tng ng (b) 47 Hỡnh 2.12 Mụ hỡnh tớnh toỏn t thụng stato v v trớ gúc phn sỏu S(x) 50 Hỡnh 3.1 th vector 52 Hỡnh 3.2 Cu trỳc tng quỏt ca phng phỏp ủiu chnh FOC 54 Hỡnh 3.3 Mụ hỡnh tớnh toỏn t thụng trờn h ta ủ , 55 Hỡnh 3.4 S ủ thay th ủng c h ta ủ d-q 56 Hỡnh 3.5 Mụ hỡnh ủiu khin ủng c di dng hm truyn 56 Hỡnh 3.6 Mụ hỡnh hm truyn ủt ca vũng ủiu chnh dũng ủin theo trc d 57 Hỡnh 3.7 Mụ hỡnh hm truyn ủt ca vũng ủiu chnh dũng ủin theo trc q 57 Hỡnh 3.8 Mụ hỡnh ủiu chnh dũng ủin cú bự sc ủin ủng 58 Hỡnh 3.9 Mụ hỡnh hm truyn ca mch vũng ủiu chnh t thụng 59 Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun thc s khoa hc k thut viii Hỡnh 3.10 Mụ hỡnh hm truyn ca mch vũng ủiu chnh tc ủ 60 Hỡnh 3.11 Mụ hỡnh hm truyn ca mch vũng ủiu chnh tc ủ ủó thờm khõu lc 60 Hỡnh 3.12 Mụ hỡnh tng th ủiu khin ủng c khụng ủng b pha 61 Hỡnh 4.1 B ủiu chnh dũng ủin cú bự sc ủin ủng 65 Hỡnh 4.2 B ủiu chnh dũng ủin Isd 66 Hỡnh 4.3 B ủiu chnh dũng ủin Isq 66 Hỡnh 4.4 B ủiu chnh t thụng 67 Hỡnh 4.5 B ủiu chnh tc ủ.67 Hỡnh 4.6 ỏp ng ca mch vũng dũng ủin Isd 70 Hỡnh 4.7 ỏp ng ca mch vũng t thụng 71 Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun thc s khoa hc k thut ix CHNG 4: Mễ PHNG V PHN TCH NH GI H THNG 4.1 Cỏc ch tiờu cht lng ca h truyn ủng ủin: 4.1.1 Cỏc ch tiờu chung ủỏnh giỏ cỏc h ủiu chnh t ủng truyn ủng ủin ngi ta thng da vo mt s ch tiờu chung nh sau: c tớnh ph ti Phm vi ủiu chnh tc ủ trn (ủ bng phng) ủiu chnh Sai lch tnh 4.1.2 chớnh xỏc ca h thng CTT ch ủ xỏc lp v ta xỏc lp a H s sai lch N1 N2 Nn R(t), e(t), C(t) C(t ) R(t) R(s) E(s) F0(s) C(s) TM (-) t e(t) a b Hỡnh 4.1: S ủ (a) v ủc tớnh quỏ ủ (b) C( s) = F( s) R( s) + Fi ( s) Ni ( s) C ( s ) = F ( s ) R ( s ) + Fi ( s ) Ni ( s ) Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun thc s khoa hc k thut 62 - F(S) l hm truyn kớn ca h truyn ủng v ủc xỏc ủnh theo biu thc sau: C ( s ) = F ( s ) R ( s ) + Fi ( s ) Ni ( s ) F (s ) = e ( t ) = R ( t ) C ( t ) = C0 R ( t ) + C1 F0 ( s ) + F0 ( s ) dR ( t ) dt +C0 N1 N1 ( t ) + C1 N1 + + Ci dN1 ( t ) dt di R ( t ) dt + + + Ci N1 d i N1 ( t ) dt + + +C0 Nn N n ( t ) + C1 Nn dN n ( t ) dt + + Ci Nn di N n ( t ) dt + + ( t ) Fe ( s ) = C0 + C1s + C2s + + Ci si + b Cỏc tiờu chun sai lch * Tiờu chun tớch phõn bỡnh phng sai lch (ISE) Theo tiờu chun ny, cht lng ca h ủc ủỏnh giỏ bi tớch phõn sau: T I = e ( t ) dt e ( t ) dt 0 * Tiờu chun tớch phõn tớch thi gian vi giỏ tr tuyt ủi ca sai lch (ITAE) Theo tiờu chun ny, cht lng ca h ủc ủỏnh giỏ bi tớch phõn T sau:phõn sau: I = t e ( t ) dt = t e ( t ) dt 0 * Tiờu chun tớch phõn tớch thi gian vi bỡnh phng sai lch (ITSE) Theo tiờu chun ny, cht lng ca h ủc ủỏnh giỏ bi tớch phõn sau: T I = te ( t ) dt te ( t ) dt 0 Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun thc s khoa hc k thut 63 4.2 Nõng cao cht lng ủiu chnh truyn ủng ủin ni cp mch vũng Do h s trt ủc tớnh tnh ca h thng ủiu tc ni cp l khỏ ln, cho nờn h thng ủiu khin mch h ch ủc dựng vo trng hp ủ chớnh xỏc ủiu tc yờu cu khụng cao nõng cao ủ chớnh xỏc ủiu tc trng thỏi tnh v ủ nhn ủc ủc tớnh ủng tt hn, cú th dựng ủiu khin phn hi Cng ging nh h thng ủiu tc mt chiu, thng dựng phng thc ủiu khin hai mch vũng kớn l mch vũng dũng ủin v mch vũng tc ủ quay 4.3 Mch vũng ủiu chnh dũng ủin Ta chn ủi tng ủiu khin l ủng c khụng ủng b rụto lng súc cú thụng s nh sau: Cụng sut ủnh mc 160 KW in ỏp dõy ủnh mc: 400V S ủụi cc: p = 4/2 = Tc ủ ủnh mc: nủm = 1488v/ph Hiu sut: = 96,9% H s cụng sut: cos = 0,86 => sin = 0,51 Dũng stator ủnh mc: I1ủm = 277 A Dũng ủng: Is = 7,9 ì 277 =2188 A Momen ủnh mc: Mủm = 1068 Nm Momen ủng ủnh mc Ms = 2,7 ì 1068 = 2883 Nm Momen ti hn: Mth = ì 1068 = 3024Nm Momen quỏn tớnh: J = 4,1 kgm2 Khi lng: m = 1220 kg Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun thc s khoa hc k thut 64 Hỡnh 4.1 B ủiu chnh dũng ủin cú bự sc ủin ủng Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun thc s khoa hc k thut 65 * B ủiu chnh dũng ủin Isd Hm truyn Isd : G Isd = Hm truyn khõu phn hi dũng ủin: G = Hm truyn b ủiu khin: G PI = Hỡnh 4.2 B ủiu chnh dũng ủin Isd * B ủiu chnh dũng ủin Isq Hm truyn Isd : G Isq = Hm truyn khõu phn hi dũng ủin: G = Hm truyn b ủiu khin: G PI = Hỡnh 4.3 B ủiu chnh dũng ủin Isq Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun thc s khoa hc k thut 66 4.3.1 B ủiu chnh t thụng Hm truyn t thụng : G = Hm truyn khõu phn hi: G = Hm truyn b ủiu khin: G PI = Hỡnh 4.4 B ủiu chnh t thụng 4.3.2 Mch vũng ủiu chnh tc ủ Hm truyn tc ủ: G = Hm truyn khõu phn hi: G = Hm truyn b ủiu khin: G PI = Hỡnh 4.5 B ủiu chnh tc ủ Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun thc s khoa hc k thut 67 4.3.4 Mụ hỡnh mụ phng tng quỏt Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun thc s khoa hc k thut 68 4.4 Kt qu mụ phng Mômen Biên độ từ thông Stator Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun thc s khoa hc k thut 69 Tốc độ Nhn xột: V mt lý thuyt, dao ủng momen ủin t ủc gim thiu ti nh k thut ủiu khin sõu, u th vector ủc phỏp huy ti Cỏc hn ch k thut (tc ủ x lý, tớnh phc ca cu trỳc phn cụng sut) ủc khc phc Hỡnh 4.6 ỏp ng ca mch vũng dũng ủin Isd Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun thc s khoa hc k thut 70 Nhn xột: T ủ th thu ủc ta thy thi gian ủ Isd ủt giỏ tr n ủnh l khỏ nhanh 0.012(s), ủỏp ng ủc yờu cu ủt Hỡnh 4.7 ỏp ng ca mch vũng t thụng Nhn xột: Thi gian ủ t thụng n ủnh nhanh, ủỏp ng ủc yờu cu ủt ra: t = 0.02(s) Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun thc s khoa hc k thut 71 KT LUN V NHNG XUT * KT LUN: Trong lun ny, tụi ủó c gng hon thin theo ủỳng ủ cng m ging viờn hng dn v b mụn giao cho ti ủó chỳ trng mng nghiờn cu: - Xõy dng mụ hỡnh ủng c khụng ủng b khụng gian khỏc - Thit lp h ủiu khin vộc t ta t thụng rụto ủng c khụng ủng b - Thit k mch vũng ủiu khin vộc t ta t thụng rụto ủng c khụng ủng b - Kho sỏt v ủỏnh giỏ cht lng h truyn ủng hai mch vũng ủiu khin vộc t ta t thụng rụto ủng c khụng ủng b bng phn mm Matlab v simulink - Tụi ủó tỡm hiu ủc v mụ hỡnh toỏn hc, vt lý ca ủng c khụng ủng b rụto lng súc v trờn c s hiu bit ủú tụi xõy dng ủc mt cu trỳc ủin hỡnh ủiu khin mch vũng ủiu chnh dũng ủin ủ ủiu chnh ủc t thụng thụng qua hỡnh thc ta t thụng rụto Vi nhng kt qu cú ủc mụ phng s dng phn mm Matlab Simulink sỏt vi thc t, tụi khng ủnh cu trỳc ủiu khin trờn ủỏp ng ủc nhng yờu cu ủt cho b ủiu khin, cỏc kt qu mụ phng chng t cỏc ch tiờu cht lng nh: Thi gian quỏ ủ, sai lch tnh, ủ quỏ ủiu chnh ủm bo, gim ủ giao ủng ca t thụng v mụmen, tng tc ủ ủỏp ng mụmen v cht lng ủiu khin rt tt * NHNG XUT HNG NGHIấN CU TIP THEO: - Với xuất phát triển xử lý tín hiệu số (DSP) tốc độ ngày cao phơng pháp điều khiển trực tiếp mômen (DTC - direct torque control) cho hệ truyền động điện động không đồng - S dng thờm cỏc b ủiu khin cú nhng thut toỏn nh: ủiu khin thớch nghi, logic m hay n ron ủ nõng cao cht lng ủiu khin Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun thc s khoa hc k thut 72 - S dng ủiu khin trt ủ ủiu ủiu khin tc ủ ủng c khụng ủng b Tuy nhiờn ủiu kin thit b v thi gian nghiờn cu hn ch nờn mt h thớ nghim truyn ủng cha ủc xõy dng Do ủú, tụi hy vng rng mt tng lai khụng xa, s xut hin nhng h thng ủú cụng nghip Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun thc s khoa hc k thut 73 TI LIU THAM KHO I Ting vit Bựi Quc Khỏnh, Phm Quc Hi, Nguyn Vn Lin, Dng Vn Nghi iu chnh t ủng truyn ủng ủin - Nh xut bn Khoa hc k thut H Ni 1999 Bựi Quc Khỏnh, Nguyn Vn Lin, Nguyn Th Hin Truyn ủng ủin - Nh Xut Bn Khoa Hc K Thut H Ni 1998 Nguyn Vn Lin, Nguyn Mnh Tin, on Quang Vinh-iu khin ủng c xoay chiu cp t bin tn bỏn dn - NXB Khoa hc v K thut 2005 Nguyn Phựng Quang-iu khin t ủng truyn ủng ủin xoay chiu ba pha NXB Giỏo dc 1998 Nguyn Phựng Quang, Matlab v Simulink, Nh Xut Bn Khoa hc v k thut 2004 TS Nguyn Phựng Quang- Andreas Dittrich Truyn ủng ủin thụng minh Nh xut bn khoa hc v k thut H Ni;2004 Lờ Vn Doanh - Sỏch dch - in t cụng sut v iu khin ủng c ủin HBK HN;1997 Trn Th, Vừ Quang Lp (biờn kho); C s ủiu khin t ủng truyn ủng ủin; NXB Khoa hc v K thut; 2004 Nguyn Vn Lin, Bi ging mụn hc iu khin Truyn ủng ủin, H Ni 2012 II Ting nc ngoi Robert H Bishop, Modern Control Systems Analysis and Design Using Matlab and Simulink, The University of Texas at Austin, 1997 Y.P Landau-Adaptive Control: The Model Reference Aproach Macrel Dekker New York - 1979 H Tajima, Y Hori-"Speed sensorless field-orientation control of the induction machine" - IEEE Trans Ind Applicat., vol.29, no.1 Jan./Fed.1993, pp.175-180 Li Zhen, Longya Xu-"Sensorless Field Orientation Control of Induction Machines Based on a Mutual MRAS Scheme" IEEE Trans Ind Applicat Shiu- Yung Lin, Hwa Wu, Ying- Yu Tzou-"Sensorless Control of Induction Motors with On-line Rotor Time Constant Adaptation" IEEE Trans Ind Application 1998 Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun thc s khoa hc k thut 74 Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun thc s khoa hc k thut 75 Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun thc s khoa hc k thut i [...]... so vi tn s ca súng hi c bn ca ủin ỏp v dũng ủin ủu ra Cỏc phng phỏp ủiu khin vector c ủin núi chung cha ủm bo bn cht lng ủiu khin l trong quá trình khởi động và thay đổi thì cả momen và từ thông đều đáp ứng chậm Sai số lớn hay bé của từ thông và momen không đợc phân biệt Vỡ vy ủ gii quyt nhc ủim ca cỏc phng phỏp trờn nhm nõng cao cht lng truyn ủng ủin thỡ cn phi nghiờn cu ủiu khin vộct ta t thụng rụto ... c ủin núi chung cha ủm bo bn cht lng ủiu khin l trình khởi động thay đổi momen từ thông đáp ứng chậm Sai số lớn hay bé từ thông momen không đợc phân biệt Vỡ vy ủ gii quyt nhc ủim ca cỏc phng phỏp