ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG cơ KHÔNG ĐỒNG bộ BA PHA DÙNG PHƯƠNG PHÁP TUYẾN TÍNH HOÁ vào RA

Trong việc điều khiển đ ng cơ cần đ chính xác cao, ta có các cách tiếp c n sau: Ngừi thiết kế, chế tạo sử dụng các phương pháp điều khiển t cổ điển phương pháp điều khiển vô hư ng đến h

Quyết định giao đề tƠi

Lý lịch cá nhơn

L̀i cam đoan ωảm tạ Tóm t t

Mục lục Danh sách các chữ viết t t Danh sách các hình Danh sách các bảng ωhương 1 T NG QUAN V Đ TÀI 01

1.1 Đặt vấn đề 01

1.2 ωác kết quả nghiên ću đƣ được công bố 02

1.3 Mục đích nghiên ću 02

1.4 Đối tượng vƠ phạm vi nghiên ću 03

1.5 Phương pháp nghiên ću 03

1.6 Ý nghĩa thực tiễn của lu n văn 03

1.7 ωấu trúc của lu n văn 04

ωhương 2 MÔ HỊNH Đ NG ω KHÔNG Đ NG ψ ψA PHA 05

2.1 Giới thiê ̣u động cơ không đông bộ 05

2.2 ωớu ta ̣o đô ̣ng cơ không đông bô ̣ 05

2.3 ́ng dụng của đ ng cơ không đồng b 08

2.4 Mô hốnh đô ̣ng cơ không đông bô ̣ lý tưởng 08

ωhương 3 ĐI U KHI N Đ NH H NG T THÔNG ROTOR (FOω) 25

3.1 Gi i thiệu cấu trúc cơ bản của FOω 25

3.2 Nguyên lý điều khiển vector 26

Tổng quan vê nghi ̣ch lưu đa b c 32

3.7 ωác cấu trúc b nghịch lưu đa b c 33

3.8 Kỹ thu t điều chế đ r ng xung cho b nghịch lưu 3 pha 3 bơ ̣c 38

ωhương 4 XỂY D NG ω U TRÚω ωÁω KH I ĐI U KHI N (FOω) 45

4.1 ωấu trúc cơ bản của phương pháp FOω 45

4.2 Sơ đồ mô ph ng FOω v i b điều khiển PID bằng Simulink/Matlab 52

4.3 Kết quả mô ph ng điều khiển đ ng cơ không đồng b bằng phương pháp FOω 53 ωhương 5 ĐI U KHI N TUY N TÍNH HịA Đ NG ω KHÔNG Đ NG ψ ψA PHA 65

5.1 Đặt vấn đề 65

5.2 Nô ̣i dung phương pháp điều khiển tuyến tính hóa vƠo ra 66

5.3 ́ng dụng n i dung phương pháp điều khiển tuyến tính hóa vƠo ra vƠo đối tượng cụ thể la đô ̣ng cơ 72

5.4 Xơy dựng các khối mô phỏng điêu khiển tuyến tố́nh hóa động cơ không đô ng bô ̣ trong Simulink/Matlab 83

5.5 Kết quả mô phỏng điêu khiển tuyến tố́nh hóa động cơ không đông bộ trong Simulink/Matlab 90

ωhương 6 SO SÁNH Kể́T QUẢ MÔ PHỎNG Đ NG ω KHÔNG Đ NG ψ ψA PHA 104

6.1 So sánh tư thông động cơ 104

6.2 So sánh tốc độ động cơ 106

6.3 So sánh moment động cơ 108

6.4 So sánh dong điê ̣n các pha động cơ 110

6.5 So sánh các thông số động cơ khi tăng moment tải (TL = 10,5 N.m) 115

6.6 So sánh các thông số động cơ khi tăng moment quán tố́nh (J = 0,0256 kg.m2) 120

ωhương 7 Kể́T LUỆ̉N 127

Hướng phát triển của đê tai 127 TÀI LỊU THAM KH̉O 128 PḤ Ḷω

DANH SÁωH ωÁω ωH VI T T T

KĐψ: không đồng b

FOC - Field Oriented ωontrol: điều khiển tựa trừng

FLC - Feedback Linearization ωontrol: điều khiển hồi tiếp tuyến tính hóa

SMC - Sliding Mode ωontrol: điều khiển trượt

DTC - Direct Torque ωontrol: điều khiển trực tiếp moment

Lm: h cảm giữa rotor vƠ stator

Lσs: điện cảm tiêu tán phía cu n dơy stator

Lσr: điện cảm tiêu tán phía cu n dơy rotor

Ls: điện cảm stator

Lr: điện cảm rotor

Ts: hằng số th̀i gian stator

Tr: hằng số th̀i gian rotor

σ : hệ số tiêu tán tổng

P (power): công suất của đ ng cơ

Pc: (pole couple): số đôi cực

HÌNH TRANG

Hình 2.2: Vector không gian điện áp stator trong hệ tọa đ  10

Hình 2.3: Vector không gian điện áp stator vƠ các điện áp pha 11

Hình 2.4: ωhuyển hệ tọa đ cho vector không gian, t hệ tọa đ  sang hệ tọa đ dp vƠ ngược lại 12

Hình 2.5: ψiểu diễn vector không gian trên hệ tọa đ t thông rotor còn gọi lƠ hệ tọa đ dq 13

Hình 2.6: Mô hình đơn giản của đ ng cơ KĐψ ba pha 16

Hình 2.7: Mạch tương đương của đ ng cơ KĐψ ba pha 16

Hình 3.1: Đồ thị vector 26

Hình 3.2: Điêu khiển thay đổi tơn số nguôn áp 28

Hình 3.3: Điêu khiển trực tiếp moment 29

Hình 3.4: Điêu khiển đi ̣nh hướng tư thông rotor (trực tiếp) 29

Hình 3.5: Điêu khiển đi ̣nh hướng tư thông rotor (gián tiếp) 30

Hình 3.6: ψ nghich lưu áp đa b c dạng ωascade 34

Hình 3.7: ψ nghịch lưu áp dạng NPω 35

Hình 3.8: ψ nghịch lưu áp dạng kẹp tụ 36

Hình 3.9: ψ nghịch lưu lai năm b c ghép t 2 b NPω 3 b c 37

Hình 3.10: Dạng sóng mang, sóng điều khiển vƠ xung kích điều chế liên tục 39

Hình 3.11: Dạng sóng mang, sóng điều khiển vƠ xung kích điều chế gián đoạn 40

Hình 3.12: Đừng đặc tuyến giữa chỉ số m vƠ tỉ số biên đ sóng sin/sóng mang 40

Hình 3.13: Dạng sóng điều khiển vƠ sóng mang MSPWM 41

Hình 3.14: Dạng xung kích trong MSPWM 41

Hình 3.15: Giản đồ vector điện áp b nghịch lưu 3 b c 44

Hình 4.1: Tư thông của động cơ 52

Hình 4.2: Tốc đô ̣ của động cơ 53

Hình 4.3: Moment của đ ng cơ 54

Hình 4.4: Dòng điện pha a của đ ng cơ 55

Hình 4.5: Dòng điện pha b của đô ̣ng cơ 55

Hình 4.11: Dòng điện pha a của đ ng cơ (khi đảo chiêu quay) 57

Hình 4.12: Dòng điện pha b của đ ng cơ (khi đảo chiêu quay) 57

Hình 4.13: Dòng điện pha c của đ ng cơ (khi đảo chiêu quay) 58

Hình 4.14: Dòng điện ba pha của đ ng cơ (khi đảo chiêu quay) 58

Hình 4.15: Tư thông của động cơ (khi tăng moment tải) 58

Hình 4.16: Tốc đô ̣ của động cơ (khi tăng moment tải) 59

Hình 4.17: Moment của động cơ (khi tăng moment tải) 59

Hình 4.18: Dòng điện pha a của đ ng cơ (khi tăng moment tải) 59

Hình 4.19: Dòng điê ̣n pha b của đ ng cơ (khi tăng moment tải) 59

Hình 4.20: Dòng điện pha c của đ ng cơ (khi tăng moment tải) 60

Hình 4.21: Dòng điện ba pha của đ ng cơ (khi tăng moment tải) 60

Hình 4.22: Tư thông của động cơ (khi tăng moment quán tố́nh) 60

Hình 4.23: Tốc đô ̣ của động cơ (khi tăng moment quán tính) 61

Hình 4.24: Moment của động cơ (khi tăng moment quán tính) 61

Hình 4.25: Dòng điện pha a của đ ng cơ (khi tăng moment quán tính) 61

Hình 4.26: Dòng điện pha b của đ ng cơ (khi tăng moment quán tính) 62

Hình 4.27: Dòng điện pha c của đ ng cơ (khi tăng moment quán tính) 62

Hình 4.28: Dòng điện ba pha của đ ng cơ (khi tăng moment quán tính) 62

Hình 5.1: Sơ đô điêu khiển tuyến tố́nh hóa động cơ 79

Hình 5.2: Sơ đô điêu khiển tuyến tố́nh hóa động cơ trong Matlab/Simulink 86

Hình 5.3: Tư thông của động cơ 88

Hình 5.4: Tốc đô ̣ của động cơ 88

Hình 5.5: Moment của động cơ 88

Hình 5.6: Dòng điện pha u của đ ng cơ 89

Hình 5.7: Dòng điện pha v của đ ng cơ 89

Hình 5.8: Dòng điện pha w của đ ng cơ 89

Hình 5.9: Dòng điện ba pha của đ ng cơ 90

Hình 5.10: Tư thông của động cơ (khi đảo chiêu quay) 90

Hình 5.11: Tốc đô ̣ của động cơ (khi đảo chiêu quay) 90

Hình 5.12: Moment của động cơ (khi đảo chiêu quay) 91

Hình 5.13: Dòng điện pha u của đ ng cơ (khi đảo chiêu quay) 91

Hình 5.14: Dòng điện pha v của đô ̣ng cơ (khi đảo chiêu quay) 91

Hình 5.17: Tư thông của động cơ (khi tăng moment tải) 92

Hình 5.18: Tốc đô ̣ của động cơ (khi tăng moment tải) 93

Hình 5.19: Moment của động cơ (khi tăng moment tải) 93

Hình 5.20: Dòng điện pha u của đ ng cơ (khi tăng moment tải) 93

Hình 5.21: Dòng điện pha v của đ ng cơ (khi tăng moment tải) 94

Hình 5.22: Dòng điện pha w của đ ng cơ (khi tăng moment tải) 94

Hình 5.23: Dòng điện ba pha của đ ng cơ (khi tăng moment tải) 94

Hình 5.24: Tư thông của động cơ (khi tăng moment quán tố́nh) 95

Hình 5.25: Tốc đô ̣ của động cơ (khi tăng moment quán tính) 95

Hình 5.26: Moment của động cơ (khi tăng moment quán tính) 95

Hình 5.27: Dòng điện pha u của đ ng cơ (khi tăng moment quán tính) 96

Hình 5.28: Dòng điện pha v của đ ng cơ (khi tăng moment quán tính) 96

Hình 5.29: Dòng điện pha w của đ ng cơ (khi tăng moment quán tính) 96

Hình 5.30: Dòng điện ba pha của đ ng cơ (khi tăng moment quán tính) 97

Hình 6.1: Tư thông của động cơ ̉ chế đ quay thu n (FOC) 100

Hình 6.2: Tư thông của động cơ ở chế độ quay nghịch (FOC) 100

Hình 6.3: Tư thông của động cơ ở chế độ quay thuơ ̣n (FLC) 101

Hình 6.4: Tư thông của động cơ ở chế độ quay nghịch (FLC) 101

Hình 6.5: Tốc đô ̣ của đ ng cơ ̉ chế đ quay thu n (FOC) 102

Hình 6.6: Tốc đô ̣ của đ ng cơ ̉ chế đ quay nghịch (FOC) 102

Hình 6.7: Tốc đô ̣ của đ ng cơ ̉ chế đ quay thu n (FLC) 103

Hình 6.8: Tốc đô ̣ của đ ng cơ ̉ chế đ quay nghịch (FLC) 103

Hình 6.9: Moment của đ ng cơ ̉ chế đ quay thu n (FOC) 104

Hình 6.10: Moment của đ ng cơ ̉ chế đ quay nghịch (FOC) 104

Hình 6.11: Moment của đ ng cơ ̉ chế đ quay thu n (FLC) 105

Hình 6.12: Moment của đ ng cơ ̉ chế đ quay nghịch (FLC) 105

Hình 6.13: Dòng điện t ng pha vƠ dòng điện 3 pha ở chế độ quay thuơ ̣n (FOC) 107

Dòng điện t ng pha vƠ dòng điện 3 pha ở chế độ quay nghịch (FOC) 108

Hình 6.21: Dòng điện pha a của đ ng cơ (khi tăng moment tải FOC) 113

Hình 6.22: Dòng điện pha b của đ ng cơ (khi tăng moment tải FOC) 113

Hình 6.23: Dòng điện pha c của đ ng cơ (khi tăng moment tải FOC) 113

Hình 6.24: Tư thông của động cơ (khi tăng moment tải FLC) 114

Hình 6.25: Tốc đô ̣ của động cơ (khi tăng moment tải FLC) 114

Hình 6.26: Moment của động cơ (khi tăng moment tải FLC) 114

Hình 6.27: Dòng điện ba pha của đ ng cơ (khi tăng moment tải FLC) 115

Hình 6.28: Dòng điện pha u của đ ng cơ (khi tăng moment tải FLC) 115

Hình 6.29: Dòng điện pha v của đ ng cơ (khi tăng moment tải FLC) 115

Hình 6.30: Dòng điện pha w của đ ng cơ (khi tăng moment tải FLC) 116

Hình 6.31: Tư thông của động cơ (khi tăng moment quán tố́nh FOω) 117

Hình 6.32: Tốc đô ̣ của động cơ (khi tăng moment quán tính FOω) 117

Hình 6.33: Moment của động cơ (khi tăng moment quán tính FOω) 117

Hình 6.34: Dòng điện ba pha của đ ng cơ (khi tăng moment quán tính FOω) 118

Hình 6.35: Dòng điện pha a của đ ng cơ (khi tăng moment quán tính FOω) 118

Hình 6.36: Dòng điện pha b của đ ng cơ (khi tăng moment quán tính FOω) 118

Hình 6.37: Dòng điện pha c của đ ng cơ (khi tăng moment quán tính FOω) 119

Hình 6.38: Tư thông của động cơ (khi tăng moment quán tính FLω) 119

Hình 6.39: Tốc đô ̣ của động cơ (khi tăng moment quán tính FLω) 119

Hình 6.40: Moment của động cơ (khi tăng moment quán tính FLω) 120

Hình 6.41: Dòng điện ba pha của đ ng cơ (khi tăng moment quán tính FLω) 120

Hình 6.42: Dòng điện pha u của đ ng cơ (khi tăng moment quán tính FLω) 120

Hình 6.43: Dòng điện pha v của đ ng cơ (khi tăng moment quán tính FLω) 121

Hình 6.44: Dòng điện pha w của đ ng cơ (khi tăng moment quán tính FLω) 121

B NG TRANG

B ng 4.1: Tham số mô phỏng động cơ (phương pháp FOω) 52

ωhương 1

T NG QUAN V Đ TÀI 1.1 Đặt vấn đề:

ωùng v i sự phát triển ngƠy cƠng l n mạnh của các ngƠnh công nghiệp, đặc biệt

lƠ ngƠnh điều khiển tự đ ng, yêu cầu chất lượng đối v i các loại máy móc ngƠy cƠng cao: cơ cấu máy móc đòi h i phải đạt đ nhanh, nhạy, chính xác cao, năng lượng phải được sử dụng có hiệu quả

Đ ng cơ tuyến tính (Linear Motor) chính th́c được công nh n t những năm

1970 tuy nhiên chúng không được sử dụng r ng rƣi b̉i vì có những khó khăn mƠ chúng mang lại: khó điều khiển vƠ chất lượng thấp Tuy nhiên, cùng v i sự phát triển mạnh m của công nghệ chế tạo các thiết bị bán d n công suất vƠ các b vi xử lý có khả năng xử lý mạnh m , những khó khăn đó đƣ được kh c phục Đ ng cơ tuyến tính hiện nay được xem lƠ công nghệ m i

V i những ưu điểm của mình đ ng cơ tuyến tính đang được xem lƠ m t trong những giải pháp cho những vấn đề đƣ nêu ̉ trên M t số ưu điểm nổi b t của đ ng cơ tuyến tính:

Tùy theo ́ng dụng cụ thể, việc điều khiển đ ng cơ không đồng b có thể chia thƠnh hai cấp:

1.1.1 Điều khiển cấp thấp: không cần đ chính xác cao, gồm m t số phương pháp như thay đổi cách đấu b dơy quấn đ ng cơ (thay đổi số cực t ) hoặc thêm b t m t vƠi phần tử nƠo đó như (điện tr̉, điện kháng) vƠo mạch rotor để thay đổi đừng đặc tính

cơ của đ ng cơ hoặc thay đổi nguồn cung cấp (thay đổi áp) ̉ ḿc đ đơn giản

1.1.2 Điều khiển cấp cao: đáp ́ng các truyền đ ng cần đ chính xác cao Trong việc điều khiển đ ng cơ cần đ chính xác cao, ta có các cách tiếp c n sau:

Ngừi thiết kế, chế tạo sử dụng các phương pháp điều khiển t cổ điển (phương pháp điều khiển vô hư ng) đến hiện đại (phương pháp điều khiển vector không gian)

để thay đổi tần số nguồn cấp nhằm mục đích điều khiển mong muốn [4]

Kỹ thu t điều khiển vector không gian được sử dụng để điều khiển đ ng cơ, có hai phương pháp chính:

+ Điều khiển định hư ng trừng (FOω) bao gồm: phương pháp điều khiển vector trực tiếp vƠ phương pháp điều khiển vector gián tiếp [3]

+ Điều khiển trực tiếp moment đ ng cơ: DSω (Direct self control) và DTC (Direct torque control)

NgƠy nay, cùng v i sự phát triển mạnh m của lý thuyết điều khiển tự đ ng, kỹ thu t điều khiển đ ng cơ không đồng b cũng thay đổi nhanh chóng Trong lý thuyết điều khiển hiện đại, đ ng cơ không đồng b ba pha được xem lƠ m t đối tượng phi tuyến (vì mô hình toán học của đ ng cơ không đồng b được mô tả bằng các phương trình vi phơn b c cao) Để điều khiển đ ng cơ m t cách chính xác, ta phải áp dụng các phương pháp điều khiển phi tuyến như: điều khiển hồi tiếp tuyến tính hóa (Feedback linearization control - FLω), điều khiển trượt (sliding mode control - SMω), điều khiển thụ đ ng (passive control), điều khiển thích nghi (adaptive control)… để tác đ ng lên

mô hình toán học của đ ng cơ [8], [18]

Trong lu n văn nƠy, phương pháp hồi tiếp tuyến tính hóa được sử dụng để tiếp c n mô hình toán học của đ ng cơ Mục đích chính của phương pháp nƠy lƠ tiến hƠnh đổi biến điều khiển sao cho ngõ ra tuyến tính v i biến điều khiển m i

1.2 ωác kết quả nghiên ću đƣ được công bố:

[1] Meziane.Salima, Toufouti.Riad, Benalla.Hocine ắ Applied Input-Output

Linearizing Control For Hight-Performance Induction Motor”, 2008 Jatit

[2] Kanungo ψarada Mohanty, Madhu Singh, ắFeedback Linearizing ωontrol of Induction Motor Drive by P-I Controlers in RTDS Environment”, Vol 1, no 4, December 2013

[3] Gerald ωhristopher Raj, Dr P Renuga, M Arul Prasanna ắImproved Indirect Rotor Flux Oriented ωontrol of PMW Inverter Fed Induction Motor Drivers”, Vol 01, No 03, Dec 2010

[4] Lương Hoang Phong , ắĐiêu khiển đi ̣nh hướng tư thông rotor không đông bộ

ba pha có bão hoa tư”, LV tha ̣c số̃ đa ̣i học bách khoa Tp HCM, 2009

[5] Nguyễn Ngo ̣c Sơn , ắĐiêu khiển đi ̣nh hướng tư thông rotor động cơ không đông bô ̣ ba pha”, LV tha ̣c số̃ đa ̣i học SPKT Tp HCM, 2012

1.3 Mục đích nghiên ću:

Nghiên ću mô hình toán của đ ng cơ không đồng b ba pha rotor lồng sóc Nghiên ću lý thuyết, xơy dựng giải thu t điều khiển hệ thống điều khiển FOω của ĐωKĐψ ba pha rotor lồng sóc

Nghiên ću lý thuyết và xơy dựng giải thu t điều khiển tuyến tính hóa vƠo hệ thống điều khiển ĐωKĐψ ba pha rotor lồng sóc

So sánh kết quả mô ph ng bằng Matlab/Simulink của phương pháp điều khiển tuyến tính hóa (FLω) v i phương pháp điều khiển định hư ng trừng (FOω) là phương pháp đang được sử dụng phổ biến hiện nay

Tìm hiểu phần mềm Matlab vƠ ́ng dụng để mô ph ng

1.4 Đối tượng vƠ phạm vi nghiên ću:

Đối tượng nghiên ću:

Khảo sát trên ĐωKĐψ ba pha rotor lồng sóc

1.5 Phương pháp nghiên ću:

Nghiên ću lý thuyết:

phương pháp nƠy ngừi nghiên ću tìm hiểu các tƠi liệu h trợ có liên quan đến đề tƠi Qua đó ngừi thực hiện đưa ra những nh n định vƠ rút ra được n i dung

cần trình bƠy trong lu n văn ψên cạnh việc rút ra những nh n định, phương pháp nghiên ću lý thuyết còn giúp cho ngừi nghiên ću hiểu được cách th́c thực hiện mô

ph ng trong môi trừng Matlab/Simulink

Nghiên ću hệ thống kiểm nghiệm:

Sau khi tiến hƠnh xơy dựng vƠ mô ph ng hệ thống, so sánh, đối chiếu kết quả của các công trình đi trư c Nếu kết quả thu được không hợp lý cần kiểm tra lại lý thuyết

để điều chỉnh lại quá trình mô ph ng nhằm thu được kết quả chính xác

1.6 Ý nghĩa thực tiễn của lu n văn:

Đề tƠi được nghiên ću thƠnh công s góp phần kiểm ch́ng vƠ phát triển phương pháp điều khiển tuyến tính hóa vƠo ra, m t phương pháp điều khiển linh hoạt, toƠn diện trong không gian trạng thái vƠo đối tượng điều khiển đang được sử dụng

r ng rƣi hiện nay lƠ ĐωKĐψ ba pha rotor lồng sóc Đơy s lƠ cơ s̉ để xơy dựng các hệ thống điều khiển có chất lượng cao về đ chính xác, ổn định vƠ th a mƣn đối v i hệ thống truyền đ ng có yêu cầu nghiêm ngặt về mặt đ ng học

Lĩnh vực truyền đ ng sử dụng đ ng cơ tuyến tính được coi lƠ m t lĩnh vực m i trên thế gi i Vì v y, nghiên ću về nó cũng lƠ thực hiện n m b t xu thế m i của các

hệ truyền đ ng hiện đại Điều nƠy cƠng có ý nghĩa trong thực tế phát triển các ngƠnh công nghiệp ̉ nư c ta

1.7 ωấu trúc của lu n văn:

ωhương 1: T NG QUAN V Đ TÀI

ωhương 2: MÔ HỊNH Đ NG ω KHÔNG Đ NG ψ ψA PHA

ωhương 4: XỂY D NG ω U TRÚω ωÁω KH I ĐI U KHI N (FOω)

ωhương 5: ĐI U KHI N TUY N TÍNH HÓA Đ NG ω KHÔNG Đ NG ψ BA

PHA (FLC)

ωhương 6: SO SÁNH Kể́T QUẢ MÔ PHỎNG Đ NG ω KHÔNG Đ NG ψ ψA

PHA

ωhương 7: K T LU N

ωhương 2

MÔ HỊNH Đ NG ω KHÔNG Đ NG ψ ψA PHA

2.1 Giới thiê ̣u động cơ không đông bộ [6]:

ωũng giống như nhiêu thiết bi ̣ đ iê ̣n khác, máy điện không đồng b lƠ thiết bị điê ̣n xoay chiêu lam viê ̣c trên nguyên lý cảm ứng điê ̣n tư có tốc đ quay của rotor n khác v i tốc đ quay của t trừng n1 Trong sản xuất, máy điện không đồng b chủ yếu dùng lƠm đ ng cơ để biến đổi năng lượng dòng điện xoay chiều thƠnh cơ năng Hiện nay đa số đ ng cơ điện dùng trong công nghiệp, nông nghiệp, lơm nghiệp,… đều

lƠ đ ng cơ điện không đồng b vì nó cấu tạo đơn giản, dễ v n hƠnh, giá thƠnh r

Máy điện không đồng b cũng có tính thu n nghịch, t́c lƠ có thể lƠm việc ̉ hai chế đ : đ ng cơ vƠ máy phát, nhưng chủ yếu dùng ̉ chế đ đ ng cơ vì ̉ chế đ máy phát máy điện không đồng b có đặc tính lƠm việc không tốt l m so v i máy điện đồng b

Máy điện không đồng b còn chia ra lƠm máy điện không đồng b có vƠnh đổi chiều vƠ không có vƠnh đổi chiều Loại máy điện không có vƠnh đổi chiều có ưu điểm

lƠ cấu tạo vƠ v n hƠnh đơn giản rẻ tiền Nhưng có nhược điểm lƠ khó điều chỉnh tốc

đ , hệ số cosφ thấp Loại máy điện có vƠnh đổi chiều kh c phục được các ưu điểm trên, nhưng cấu tạo ph́c tạp, đ c tiền vƠ hiệu suất thấp nên hạn chế sử dụng

Tùy thu c vƠo công suất mƠ máy điện không đồng b có các loại sau: 3 pha, 2 pha và 1 pha

Loại đ ng cơ có công suất P>600W thừng lƠ loại 3 pha có 3 dơy quấn lƠm việc, trục các dơy quấn lệch pha nhau 1200 điện trong không gian

ωác đ ng cơ công suất P<600W thừng lƠ loại 2 pha hoặc 1 pha Đ ng cơ 2 pha có 2 dơy quấn lƠm việc, trục của 2 dơy quấn đặt lệch nhau trong không gian m t góc 900điện Đ ng cơ điện m t pha chỉ có m t dơy quấn lƠm việc

2.2 ωớu ta ̣o đô ̣ng cơ không đông bô ̣:

Đ ng cơ không đồng b gồm hai phần chủ yếu:

Phần tĩnh stator: gôm vỏ máy, lõi s t vƠ dơy quấn

Phần quay rotor: lõi thép, dơy quấn vƠ trục máy

Stator: gôm vỏ máy, lõi thép vƠ dơy quấn

Lõi thép stator hình trụ do các lá thép kỹ thu t điện dƠy 0,35-0,5mm được d p rƣnh bên trong, ghép lại v i nhau có sơn cách điện để hạn chế dòng điện xoáy Trong các rƣnh của lõi thép dùng để đặt dơy quấn stator Lõi thép được ép vƠo trong v máy

Dơy quấn: lƠm bằng dơy d n bọc cách điện được đặt trong các rƣnh của lõi thép, dơy quấn stator thừng quấn 2 l p Dòng điện xoay chiều 3 pha chạy trong 3 dơy quấn stator s tạo ra t trừng quay

V máy: lƠm bằng nhôm (̉ máy điện nh ), bằng gang hoặc thép (̉ máy điện l n), dùng để giữ chặt lõi thép vƠ cố định máy trên bệ

Lõi thép stator

Lá thép kỹ thu t điện

Lõi thép: có dạng hình trụ giống như stator, gồm các lá thép kỹ thu t điện được d p rƣnh mặt ngoƠi ghép lại, tạo thƠnh các rƣnh theo hư ng trục, ̉ giữa có l để l p trục Dấy quấn rotor phải được nối t t lại hoặc khép kín qua điện tr̉ Dơy quấn rotor máy điện không đồng b ba pha có 2 kiểu: rotor lồng sóc vƠ rotor dơy quấn

Rotor lồng sóc ̉ đ ng cơ công suất l n trong các rƣnh của lõi thép rotor đặt các thanh đồng, hai đầu nối ng n mạch bằng 2 vòng đồng nhằm lƠm kín mạch rotor

Đ ng cơ công suất nh , lồng sóc được chế tạo bằng cách đúc các thanh d n bằng nhôm v i hai vòng ng n mạch Loại đ ng cơ điện có rotor lồng sóc gọi lƠ đ ng cơ điện rotor lồng sóc

Rotor dơy quấn do các lá thép kỹ thu t điện ghép lại v i nhau tạo thƠnh các rƣnh

hư ng trục Trong rƣnh lõi thép rotor đặt dơy quấn ba pha Loại đ ng cơ có rotor dơy quấn gọi lƠ rotor dơy quấn

Khe hở không khố́ : lƠ khoảng không gian nằm giữa rotor vƠ stator , ̉ đ ng cơ không

đông bô ̣, khe hở nay rớt nhỏ (tư 0,2 đến 1mm trong máy cỡ nhỏ va vưa ) nhăm mục

đố́ch giảm dong tư hóa va tư đó lam cho hê ̣ số công suớt cao lên 2.3 ́ng dụng của đ ng cơ không đồng b :

Mă ̣c du có m t số khuyết điểm so v i các loại đ ng cơ khác như : điêu chố̉nh tốc

đô ̣ khó khăn, hê ̣ số công suớt không cao lắm , nhưng cung với sự phát triển của một số

lĩnh vực như cơ khí chính xác , điê ̣n tử công suớt… để khắ c phục được rớt nhiêu các

nhược điểm trên Mă ̣t khác động cơ không đông bộ có nhiêu ưu điểm như : kết cớu đơn

giản, chắc chắn, giá thƠnh rẻ, hiê ̣u suớt cao, tính phòng chống cháy nổ cao nên đ ng cơ

điê ̣n không đông bô ̣ ngay c Ơng được sử dụng r ng rƣi trong cả công nghiệp l n dơn

dụng

Trong công nghiệp, đ ng cơ không đồng b thừng được dùng lƠm đ ng lực

cho các máy cán thép loại v a vƠ nh , cho các máy công cụ ̉ các nhƠ máy công

nghiệp nhẹ…

Trong nông nghiệp, được dùng lƠm máy bơm hay máy gia công nông sản

phẩm…

Trong đ̀i sống hằng ngƠy, đ ng cơ không đồng b ngƠy cƠng chiếm m t vị trí

quan trọng v i nhiều ́ng dụng như: quạt gió, đ ng cơ tủ lạnh, máy quay dĩa…

Tóm lại, cùng v i sự phát triển của nền sản xuất điện khí hóa vƠ tự đ ng hóa,

phạm vi ́ng dụng của đ ng cơ không đồng b ngƠy cƠng r ng rƣi

2.4 Mô hốnh đô ̣ng cơ không đông bô ̣ lý tưởng:

2.4.1 Khái quát:

Để xơy dựng, thiết kế b điều chỉnh cần phải có mô hình mô tả chính xác đến

ḿc tối đa đối tượng điều chỉnh Đối tượng điều chỉnh ̉ đơy chính lƠ đ ng cơ không

đồng b ba pha, do đó mô hình toán học thu được không những cần phải thể hiện rõ

các đặc tính th̀i gian của đối tượng điều chỉnh mƠ nó cần phải mô ph ng chính xác về

mặt toán học đối tượng đ ng cơ V i yêu cầu như v y d n đến cần có các điều kiện

được giả thiết trong khi l p mô hình ωác điều kiện đó m t mặt đơn giản hóa mô hình

có lợi cho việc thiết kế sau nƠy, mặt khác chúng gơy nên sai lệch nhất định ậ sai lệch

trong phạm vi cho phép ậ giữa đối tượng vƠ mô hình Sau nƠy, các sai lệch đó phải được loại tr bằng các biện pháp thu c về kỹ thu t điều chỉnh

Về phương diện đ ng, đ ng cơ không đồng b được mô tả b̉i m t hệ phương trình vi phơn b c cao V i cấu trúc phơn bố các cu n dơy ph́c tạp về mặt không gian

vƠ các mạch t móc vòng ta phải chấp nh n m t số các điều kiện sau đơy khi mô hình hóa đ ng cơ

ωác cu n dơy đều có các thông số như nhau vƠ được bố trí m t cách đối x́ng

Ta gọi đơy lƠ mô hình đ ng cơ không đồng b lý tưởng

2.4.2 Xơy dựng vector không gian:

ψiểu diễn vector không gian cho các đại lượng ba pha

Đ ng cơ không đồng b (ĐωKĐψ) ba pha có ba cu n dơy stator bố trí trong không gian như hình v sau:

Hình 2.1: Sơ đồ đấu dơy vƠ điện áp stator của ĐωKĐψ ba pha

ψa điện áp cấp cho ba đầu dơy của đ ng cơ t lư i ba pha hay t b nghịch lưu, biến tần; ba điện áp nƠy th a mƣn phương trình:

usa(t) + usb(t) + usc(t) = 0 (2.4.1) trong đó:

)cos(

)

)120cos(

)

)120cos(

)

V i s  2f s

s

f lƠ tần số của mạch stator

s

u lƠ biên đ của điện áp pha

Vector không gian của điện áp stator được định nghĩa như sau :

sb sa

Hình 2.2: Vector không gian điện áp stator trong hệ tọa đ 

Theo hình v trên, điện áp của t ng pha chính lƠ hình chiếu của vector điện áp stator



s

u lên trục của cu n dơy tương ́ng Đối v i các đại lượng khác của đ ng cơ: dòng điện stator, dòng điện rotor, t thông stator vƠ t thông rotor đều có thể xơy dựng các vector không gian tương ́ng như đối v i điện áp stator ̉ trên

2.4.2.1 Mô tả vector trên hệ tọa đ cố định stator:

Vector không gian điện áp stator lƠ m t vector có modul xác định quay trên mặt phẳng ph́c v i tốc đ góc vƠ tạo v i trục thực m t góc s t Đặt tên cho trục thực lƠ

 vƠ trục ảo lƠ , vector không gian có thể được mô tả thông qua hai giá trị thực  u s

vƠ ảo  u s lƠ hai thƠnh phần của vector Hệ tọa đ nƠy lƠ hệ tọa đ stator cố định, gọi

t t lƠ hệ tọa đ 

Hình 2.3: Vector không gian điện áp stator vƠ các điện áp pha

ψằng cách tính hình chiếu các thƠnh phần của vector không gian điện áp stator lên trục pha A, ψ, có thể xác định các thƠnh phần theo phương pháp hình học:

sb

s

sa

u u

3

1

sb s

s

sa

s

u u

Theo phương trình (2.4.1) vƠ dựa trên hình 2.3 thì chỉ cần xác định hai trong ba điện

áp stator lƠ có thể tính được vector u s

s

s

s

u u u u

u

2

3 2

3

0

2

1 2

1

s s

sc

sb

sa

u u u

2

1

2

3

2

1

0

1

(2.4.8)

ψằng cách tương tự như đối v i vector không gian điện áp stator, các vector không gian dòng điện stator, dòng điện rotor, t thông stator vƠ t thông rotor đều có thể được biểu diễn trong hệ tọa đ stator cố định như sau:

r

s s

Hệ qui chiếu quay

Trong mặt phẳng của hệ tọa đ , xét thêm m t hệ tọa đ th́ 2 có trục hoƠnh d vƠ trục tung q, hệ tọa đ th́ 2 nƠy có chung điểm gốc vƠ nằm lệch đi m t góc sso v i hệ

tọa đ stator (hệ tọa đ ) Trong đó,

dt

d a

a



góc a a ta0 Khi đó s tồn tại hai tọa đ cho m t vector trong không gian tương

́ng v i hai hệ tọa đ nƠy Hình v sau s mô tả mối lien hệ của hai tọa đ nƠy

Hình 2.4: ωhuyển hệ tọa đ cho vector không gian, t hệ tọa đ sang hệ tọa đ dp

vƠ ngược lại

ωác công th́c về mối liên hệ của hai tọa đ của vector ́ng v i hai hệ tọa đ  và dp Hay thực hiện biến đổi đại số:

s dq s j

a s

sq

a s a s

sd

u u

u

u u

sin cos

(2.4.14)

2.4.2.2 Mô tả vector trên hệ tọa đ t thông rotor:

Mục nƠy trình bƠy cách biểu diễn các vector không gian của đ ng cơ không đồng b ba pha trên hệ tọa đ t thông rotor Giả thiết m t ĐωKĐψ ba pha đang quay

v i tốc đ góc

dt

d

 , v i  lƠ góc hợp b̉i trục rotor v i trục chuẩn stator

Hình 2.5: ψiểu diễn vector không gian trên hệ tọa đ t thông rotor còn gọi lƠ hệ tọa

đ dq

Trong mục nƠy ta xơy dựng m t hệ trục tọa đ m i có hư ng trục hoƠnh (trục d) trùng

v i trục của vector t thông rotor vƠ có gốc trùng v i gốc của hệ tọa đ  , hệ tọa đ nƠy được gọi lƠ hệ tọa đ t thông rotor, hay còn gọi lƠ hệ tọa đ dq Hệ tọa đ dq

quay quanh điểm gốc chung v i tốc đ góc r s, vƠ hợp v i hệ tọa đ  m t góc

r



V y tùy theo quan sát trên hệ tọa đ nƠo, m t vector trong không gian s có m t hệ trục tọa đ tương ́ng Qui định chỉ số trên bên phải của ký hiệu vector để nh n biết vector đang được quan sát t hệ tọa đ nƠo:

s: tọa đ (stator coordinates)

f: tọa đ dq (field coordinates)

Vì v y phương pháp điều khiển ĐωKĐψ ba pha dựa trên các mô tả trên hệ tọa đ dq

b t bu c phải xơy dựng phương pháp tính rchính xác ωhú ý khi xơy dựng mô hình tính toán trong hệ tọa đ dq, do không thể tính tuyệt đối chính xác góc rnên v n giữ lại rq 0 để đảm bảo tính khách quan trong khi quan sát

u điểm của việc mô tả đ ng cơ KĐψ ba pha trên hệ tọa đ t thông rotor:

Trong hệ tọa đ t thông rotor, các vector dòng stator vƠ vector t thông rotor, cùng

v i hệ tọa đ dq gần đồng b v i nhau v i tốc đ quanh điểm gốc, do đó các phần tử của vector lƠ các đại lượng m t chiều Trong chế đ xác l p, các giá trị nƠy gần như không đổi trong quá trình quá đ các giá trị nƠy có thể biến thiên theo m t thu t toán điều khiển đƣ được định trư c

Đối v i ĐωKĐψ ba pha, trong hệ tọa đ dq, t thông vƠ moment quay được biểu diễn theo các phần tử của vector dòng stator:

J T i p

L

L

T

i s

T

L

L sq rd r

m

e

sd r

Lm: h cảm giữa stator vƠ rotor

p: số đôi cực của đ ng cơ

Tr: hằng số th̀i gian rotor

s: toán tử Laplace

ψằng việc mô tả ĐωKĐψ ba pha trên hệ tọa đ t thông rotor, không còn quan tơm đến t ng dòng điện pha riêng l nữa, mƠ lƠ toƠn b vector không gian dòng stator của

đ ng cơ Khi đó vector s cung cấp hai thƠnh phần: isd để điều khiển t thông rotor, isq

để điều khiển moment quay, t đó có thể điều khiển tốc đ của đ ng cơ

2.4.3 Xơy dựng mô hình mô tả đ ng cơ KĐψ ba pha:

Ta thống nhất m t số qui ư c cho các ký hiệu cho các đại lượng vƠ các thông số của đ ng cơ

Hình 2.6: Mô hình đơn giản của đ ng cơ KĐψ ba pha

Hình 2.7: Mạch tương đương của đ ng cơ KĐψ ba pha

M t số qui ư c ký hiệu dùng cho điều khiển ĐωKĐψ ba pha

Hình th́c vƠ vị trí các trị số:

ωhỉ số nh góc phải trên:

s: đại lượng quan sát trên hệ qui chiếu stator

f: đại lượng quan sát trên hệ qui chiếu t thông rotor

*: giá trị đặt

e: giá trị ư c lượng

ωhỉ số nh góc phải dư i:

ωhữ cái đầu tiên:

s: đại lượng của mạch stator

r: đại lượng của mạch rotor

ωác đại lượng của ĐωKĐψ ba pha:

 góc pha giữa điện áp so v i dòng điện

ωác thông số của đ ng cơ không đồng b ba pha:

Rs: điện tr̉ cu n dơy stator

Rr: điện tr̉ rotor qui đổi về stator

Lm: h cảm giữa stator vƠ rotor

s

L : điện kháng tản cu n dơy stator

r

L : điện kháng tản cu n dơy rotor qui đổi về stator

p: số đôi cực của đ ng cơ

J: moment quán tính cơ (kg.m2)

ωác thông số định nghĩa thêm:

Tsamp chu k̀ lấy m u

ωhữ thừng: đại lượng t́c th̀i, biến thiên theo th̀i gian

ωhữ hoa: đại lượng vector, module vector, đ l n

Phương trình điện áp trên 3 cu n dơy stator:

dt

t d t

s

sc

sb sb

s

sb

sa sa

s

sa

)()

(

)

(

)()

(

)

(

)()

sb sa

dt

t d t i

R

t

u

s s s

sb sa

sb sa

t

u

r r r

r r

r

r

)()

(.0

VƠ phương trình chuyển đ ng:

Mô hình của ĐωKĐψ trên hệ tọa đ stator:

Tương tự như (2.4.13) t hệ qui chiếu rotor quy về hệ qui chiếu stator theo các phương trình:

3 ) (

L dt

i d L i

R

u

s s r m

s s s

s r r

m

s s r s

s

L

j T L

i T T

11

m r s

r s

s

u L L

L T

i T T

m r s

r s

s

u L L

L T

i T T

r s

r s

31)(

s s m s r s

r

L

L p L

i L p

Thay các thƠnh phần của vector t thông rotor vƠ dòng stator ta được:

)(



 



2.4.4 Mô hình ĐωKĐψ trên hệ tọa đ t thông rotor (tọa đ dq):

Theo hệ pt (2.4.16), biểu diễn pt (2.4.21) vƠ (2.4.24) trên hệ trục tọa đ t thông rotor:

dt

d j

i

R

u

f s f s

i

R

f r f r s

i

R

u

f s f s

 

dt

d j

i

R

f r f r s

m f s r

f r r

m

f s r s

f

L

j T L

i T T

11

m r sq s sd r s

sd

u L L

L T i i

T T

11

sq

u L L

L T i i T T

11

sq s rd m sd s sq r s

sq

u L L

i i T T

Thay

f r r m f s r

rq rd

J T i p

L

L

T

i s

T

L

L sd rd r

m

e

sd r

u điểm của ĐωKĐψ 3 pha trong hệ tọa đ dq so v i hệ tọa đ :

ωác đại lượng không biến thiên dạng sin theo th̀i gian

Hệ phương trình đơn giản hơn

Gần giống v i điều khiển đ ng cơ m t chiều

Nh n xét:

Việc thiết kế b điều khiển các mô hình liên tục không phải lƠ đặc biệt thích hợp Máy

vi tính hoạt đ ng kín đáo vƠ xử lý chỉ số lượng đ ng cơ đo tại th̀i điểm r̀i rạc Do đó,

m t mô hình r̀i rạc của đ ng cơ tương ́ng v i thực tế nƠy lƠ cần thiết cho việc thiết

kế b điều khiển Sự phát triển của các mô hình r̀i rạc lƠ chủ đề của phần tiếp theo

Nó rất hữu ích để lấy được các mô hình trong lĩnh vực đồng b cũng như phối hợp trong hệ thống stator cố định b̉i vì trong kiểm soát thực hƠnh phương pháp nƠy được phối hợp phát triển trong cả hai hệ thống

ωhương 3

3.1 Gi i thiệu cấu trúc cơ bản của FOω [12]

Trong các loại đ ng cơ, đ ng cơ không đồng b (KĐψ) dễ chế tạo, giá thƠnh rẻ nhưng điều chỉnh chính xác tốc đ quay rất khó khăn Nguyên nhơn lƠ sự tác đ ng qua lại của các t thông rotor vƠ moment quay của đ ng cơ, t thông rotor lƠ đại lượng rất khó đo chính xác

Điều nƠy d n đến việc điều khiển chính xác moment quay vƠ tốc đ quay gặp khó khăn, hiệu suất đ ng cơ thấp nh̀ sự phát trển nhanh chóng của ngƠnh công nghiệp vi sử lý, điện tử công suất nên việc áp dụng các phương pháp ph́c tạp vƠ điều khiển đ ng cơ không đồng b ngƠy cƠng trở nên dể dƠng hơn M t trong những phương pháp tối ưu hiện nay lƠ phương pháp điều khiển định hư ng t thông (field oriented control-FOC)

Phương pháp FOω gồm các loại sau: điều khiển định hư ng theo t thông stator

vƠ điều khiển định hư ng theo theo t thông rotor Tuy nhiên phương pháp điều khiển định hư ng theo t thông rotor có nhiều ưu điểm vượt tr i: ́ng dụng phương pháp vector không gian ta có thể dễ dƠng xơy dựng mô hình đ ng cơ vƠ các phương trình trên hệ toạ đ (d-q), triệt tiêu thƠnh phần t thông rotor trên trục (q), còn t thông rotor trên trục (d) có thể xem như m t đại lượng m t chiều, các đại lượng dòng điện, điện áp khi được chiếu lên hai trục toạ đ d vƠ q cũng lƠ các thƠnh phần m t chiều

V i những ưu điểm như trên, tác giả t p trung nghiên ću về phương pháp điều khiển đ ng cơ không đồng b định hư ng theo t thông rotor

ωòn thƠnh phần isq điều khiển momen quay, đ ng cơ được nuôi b̉i biến tần nguồn áp, đại lượng điều khiển lƠ điện áp vƠ được đặt lên stator của đ ng cơ

Nguyên t c điêu khiển của FOω dựa trên việc điều khiển đ ng cơ m t chiều kích t đ c l p: t thông rotor được giữ ổn định b̉i dòng isd vƠ sau đó thì moment và tốc đ đ ng cơ được điều khiển b̉i dòng tạo moment isq

3.2 Nguyên lý điều khiển vector

Véctơ dòng điện stator được tách ra thƠnh 2 thƠnh phần:

ThƠnh phần th́ nhất lƠ isd có chiều trùng v i véctơ t thông rotor, thƠnh phần nƠy tỉ lệ v i t thông rotor Nh̀ có b điều chỉnh dòng mƠ thƠnh phần isd được giữ không đổi isd = const do đó t thông rotor được giữ không đổi, isd còn gọi lƠ dòng tạo

t thông (dòng kích t )

Hình 3.1: Đồ thị vector ThƠnh phần t́ hai lƠ isq có chiều vuông góc v i véctơ t thông rotor Do moment quay tỉ lệ v i tích của t thông vƠ thƠnh phần dòng isq, mặt khác t thông được giữ không đổi nên thƠnh phần dòng isq tỉ lệ v i moment ψằng cách điều chình dòng isq ta có thề điều chỉnh được moment quay, dòng isqđược gọi lƠ dòng tạo moment quay Như v y nếu thƠnh công trong việc giữ isd = const vƠ áp đặt nhanh dòng isq để điều khiển moment thì thu t toán điều khiển vector (điều khiển trừng định hư ng) cho đ ng cơ không đồng b s tương tự như điều khiển đ ng cơ m t chiều kích t đ c

l p

ψ điều chỉnh dòng điện có nhiệm vụ áp đặt nhanh chính xác moment quay trên

cơ s̉ điều chỉnh dòng điện stator Hiện nay có rất nhiều phương án điều chỉnh dòng stator, trong các phương pháp đó có phương pháp điều chỉnh dòng thông minh kiểu dự báo IPω hai điểm có đ tác đ ng nhanh có thể điều chỉnh nhanh momen quay bám sát giá trị moment đặt nh̀ khả năng dự báo trư c m u xung điều khiển tối ưu để điều khiển van bán d n trong chu k̀ kế tiếp khi vectơ dòng stator

ψ điều chỉnh t thông lƠm nhiệm vụ áp đặt nhanh, chính xác dòng điện đặt isd loại b được quan hệ trễ b c nhất giũa t thông roto v i dòng điện isd Để tổng hợp b điều chỉnh t b điều chỉnh tốc đ lƠm nhiệm vụ duy trì, ổn định tốc đ ̉ giá trị đặt

thông qua tạo dòng moment thích hợp isd Đầu ra của b điều chỉnh tốc đ lƠ dòng đặt moment isd

3.3 ωác phương pháp điều khiển đ ng cơ không đồng b ba pha [4]:

3.3.1 Đại cương về các phương pháp điều khiển đ ng cơ KĐψ ba pha:

Trong chương nƠy, tác giả t p trung tìm hiểu các phương pháp điều khiển đ ng cơ đang được sử dụng phổ biến hiện nay:

- Điều khiển đ ng cơ không đồng b bằng cách thay đổi tần số nguồn áp (V/f = const)

- Điều khiển trực tiếp moment đ ng cơ không đồng b : Phương pháp DTω (Direct Torque Control)

- Điều khiển định hư ng t thông rotor đ ng cơ không đồng b : Phương pháp FOω (Flux Oriented Control)

Trong đó phương pháp FOω được tìm hiểu sơu trong lu n văn nƠy vì đơy lƠ phương pháp đang phổ biến trong lĩnh vực truyền đ ng điện xoay chiều ba pha Đồng th̀i kết quả mô ph ng điều khiển đ ng cơ bằng phương pháp FOω lƠ cơ s̉ để so sánh v i phương pháp điều khiển hồi tiếp tuyến tính hóa FLω (Feedback Linearization Control) 3.3.2 Điều khiển đ ng cơ bằng cách thay đổi tần số nguồn áp (V/f):

Tốc đ đồng b của đ ng cơ không đồng b tỉ lệ trực tiếp v i tần số nguồn cung cấp

Do đó, khi thay đổi tần số nguồn cung cấp cho đ ng cơ s lƠm thay đổi tốc đ đồng

b , tương ́ng lƠ tốc đ đ ng cơ thay đổi

Śc điện đ ng cảm ́ng trong stator tỉ lệ v i tích của tần số nguồn cung cấp vƠ t thông trong khe h̉ không khí Nếu b qua các điện áp rơi trên điện tr̉ stator, śc điện

đ ng có thể xem gần bằng điện áp nguồn cung cấp Nếu giảm tần số nguồn cung cấp nhưng v n giữ nguyên điện áp s d n đến việc gia tăng t thông trong khe h̉ không khí Đ ng cơ thừng được thiết kế lƠm việc tại ắđiểm cách tr ” của đặc tuyến t hóa nên sự gia tăng t thông s d n đến bƣo hòa mạch t Điều nƠy khiến cho dòng t hóa tăng, méo dạng dòng điện vƠ điện áp nguồn cung cấp, gia tăng tổn hao lõi vƠ tổn hao đồng stator cũng như gơy ra tiếng ồn ̉ tần số cao Ngược lại, t thông khe h̉ không khí giảm dư i định ḿc s lƠm giảm khả năng tải của đ ng cơ Vì v y, việc giảm tần

số đ ng cơ xuống dư i tần số định ḿc thừng đi đôi v i việc giảm điện áp pha sao cho t thông trong khe h̉ không khí được giữ không đổi

Hình 3.2: Điêu khiển thay đổi tơn số nguôn áp

3.3.3 Điều khiển trực tiếp moment đ ng cơ không đồng b (DTω - Direct Torque Control)

Phương pháp điều khiển DTω b t đầu được phát triển vƠo giữa những năm 80 của thế

kỷ trư c b̉i Takahashi vƠ nó nhanh chóng được ́ng dụng trong công nghiệp nh̀ những tính năng rất tốt Phương pháp điều khiển dựa trên mô hình của đ ng cơ không đồng b v i các vector không gian

DTC là kỹ thu t điều khiển moment đ ng cơ không đồng b v i m t nghịch lưu áp

Kỹ thu t m i ưu thế lƠ đơn giản vì không cần g n cảm biến vƠo trục đ ng cơ Vì v y giá thƠnh vƠ đ tin c y tăng Việc điều chỉnh hiệu quả vƠ tính ổn định n i cao Do đó, DTω lƠ loại kỹ thu t điều khiển không dung cảm biến

N i dung của phương pháp nƠy lƠ dựa trên sai biệt giữa giá trị đặt vƠ giá trị ư c lượng

t các khơu tính toán hồi tiếp về của moment vƠ t thông Mặt khác, ta có thể điều khiển trực tiếp trạng thái của b nghịch lưu PWM thông qua các tín hiệu điều khiển đóng c t các khóa công suất nhằm mục đích giảm sai số moment vƠ t thông trong phạm vi cho phép được xác định trư c

Hình 3.3: Điêu khiển trực tiếp moment 3.3.4 Điều khiển định hư ng t thông rotor đ ng cơ không đồng b : (FOω - Flux Oriented Control)

ωó 2 phương pháp trong việc điều khiển định hư ng tựa theo vector t thông thừng được sử dụng lƠ:

- Phương pháp điều khiển trực tiếp: trong điều khiển vector trực tiếp, biên đ vƠ vị trí góc pha của vector t thông được đo hoặc được ư c lượng t các giá trị điện áp hoặc dòng điện stator thông qua các cảm biến ωảm biến Hall có thể được sử dụng để đo t trừng bằng cách đặt nó vƠo trong khe h̉ không khí của đ ng cơ Tuy nhiên, việc đặt cảm biến vƠo trong khe h̉ không khí s lƠm tăng giá thƠnh vƠ lƠm giảm đ tin c y của truyền đ ng

Hình 3.4: Điêu khiển đi ̣nh hướng tư thông rotor (trực tiếp)

- Phương pháp điều khiển gián tiếp: trong phương pháp điều khiển gián tiếp thì góc θ được tính toán dựa trên tốc đ trượt vƠ thông tin về tốc đ đ ng cơ Ta thấy đặc tính

của hệ thống phụ thu c rất nhiều vƠo việc xác định chính xác các thông số đ ng cơ Phương pháp nƠy nhìn chung đơn giản hơn phương pháp trực tiếp, tuy nhiên cũng có

m t số nhược điểm nên đặc tính s kém nếu không sử dụng các giải pháp đặc biệt khác

Hình 3.5: Điêu khiển đi ̣nh hướng tư thông rotor (gián tiếp) 3.4 ψ điều chỉnh PID:

Khâu tỉ l P

Khơu hiệu chỉnh khuếch đại tỉ lệ (P) được đưa vƠo hệ thống nhằm lƠm giảm sai số xác

l p, v i đầu vƠo thay đổi theo hƠm nấc s gơy ra vọt lố vƠ trong m t số trừng hợp lƠ không chấp nh n được đối v i mạch đ ng lực

Khâu tích phân tỉ l PI

Khơu tích phơn tỉ lệ (PI) có mặt trong hệ thống d n đến sai lệch tĩnh triệt tiêu Muốn tăng đ chính xác của hệ thống ta phải tăng hệ số khuếch đại, xong v i mọi hệ thống thực đều bị hạn chế vƠ sự có mặt của khơu PI lƠ b t bu c

Khâu vi phân tỉ l PD

Khơu vi phơn lƠm ch m tốc đ thay đổi của đầu ra b điều khiển vƠ đặc tính nƠy lƠ đang chú ý nhất để đạt t i điểm đặt của b điều khiển T đó, điều khiển vi phơn được

sử dụng để lƠm giảm biên đ vọt lố được tạo ra b̉i thƠnh phần tích phơn vƠ tăng cừng đ ổn định của b điều khiển h n hợp Đáp ́ng ra b t dao đ ng vƠ hệ thống s đáp ́ng nhanh hơn

Khâu hi u chỉnh vi tích phân tỉ l (PID) kết hợp những ưu điểm của khơu PD vƠ

khơu PI, có khả năng tăng đ dự trữ pha ̉ tần số c t, khử ch m pha Sự có mặt của khơu PID có thể d n đến sự dao đ ng của hệ do đáp ́ng quá đ bị vọt lố ωác b hiệu chỉnh PID được ́ng dụng nhiều trong lĩnh vực công nghiệp dư i dạng thiết bị điều khiển hay thu t toán phần mềm

Tóm l i vai trò của mỗi khâu hi u chỉnh trong bộ điều khiển PID:

Khâu khu ch đ i tỉ l Kp: Khi tăng Kp