Ứng dụng nghịch lưu áp sơ đồ cầu H nối tầng để điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha rotor lồng sóc

Header Page of 126 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG HOÀNG TRỌNG ĐỨC ỨNG DỤNG NGHỊCH LƯU ÁP SƠ ĐỒ CẦU H NỐI TẦNG ĐỂ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA ROTOR LỒNG SÓC Chuyên ngành : Tự động hóa Mã số: 60.52.60 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng - Năm 2013 Footer Page of 126 Header Page of 126 Công trình hoàn thành ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN ANH DUY Phản biện 1: PGS.TS NGUYỄN DOÃN PHƯỚC Phản biện 2: TS NGUYỄN HOÀNG MAI Luận văn bảo vệ Hội đồng chấm luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ kỹ thuật họp Đại học Đà Nẵng vào ngày 25 tháng 05 năm 2013 * Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng - Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng Footer Page of 126 Header Page of 126 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Gần đây, nghịch lưu nguồn áp đa mức ứng dụng nhiều công nghiệp Ưu điểm nghịch lưu đa mức: điện áp đặt lên linh kiện giảm xuống nên công suất nghịch lưu tăng lên, đồng thời công suất tổn hao trình đóng cắt linh kiện giảm theo, với tần số đóng cắt thành phần sóng hài bậc cao điện áp nhỏ so với trường hợp nghịch lưu hai mức nên chất lượng điện áp tốt Vì vậy, chọn đề tài “Ứng dụng nghịch lưu áp sơ đồ cầu H nối tầng để điều khiển động không đồng ba pha rotor lồng sóc” Mục tiêu nghiên cứu Mục đích nghiên cứu đề tài phân tích trình chuyển mạch khóa nghịch lưu áp sơ đồ cầu H nối tầng; phân tích xây dựng thuật toán phương pháp điều chế cho nghịch lưu áp; điều khiển động không đồng ba pha rotor lồng sóc (ĐCKĐB-RLS) sử dụng nghịch lưu áp đa mức Đối tượng phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu cấu trúc nghịch lưu áp mức cầu H nối tầng (five level cascaded H-brigde inverter) phương pháp điều khiển tựa theo từ thông rotor (rotor flux oriented vector control) để điều khiển động không đồng ba pha rotor lồng sóc Phương pháp nghiên cứu Để thực đề tài này, cần kết hợp phương pháp sau: - Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: nghiên cứu trình chuyển mạch khóa cấu trúc nghịch lưu áp đa bậc như: nghịch lưu dạng nối tầng (cascaded inverter), nghịch lưu dạng Footer Page of 126 Header Page of 126 điôt kẹp (diode clamped inverter), nghịch lưu dạng flying capacitor; phương pháp điều chế cho nghịch lưu áp điều khiển động theo phương pháp điều khiển tựa theo từ thông rotor - Phương pháp mô phỏng: mô thuật toán trình điều chế nghịch lưu áp mức sơ đồ cầu H nối tầng; mô cấu trúc điều khiển động không đồng ba pha rotor lồng sóc theo phương pháp điều khiển tựa theo từ thông rotor sử dụng nghịch lưu đa mức phần mềm PSIM Bố cục đề tài Đề tài trình bày theo bố cục sau: Mở đầu Chương Bộ nghịch lưu áp đa mức - Tổng quan nghịch lưu áp đa mức - Trạng thái trình chuyển mạch khóa bán dẫn nghịch lưu đa mức Chương Phương pháp điều khiển cho nghịch lưu áp - Tìm hiểu phương pháp điều chế vector không gian phương pháp điều chế độ rộng xung - Thực mô PSIM cho cấu trúc nghịch lưu áp hai bậc, năm bậc với tải LR sử dụng phương pháp điều chế độ rộng xung Chương Điều khiển động không đồng rotor ba pha lồng sóc sử dụng nghịch lưu áp đa mức - Thực mô PSIM cho cấu trúc nghịch lưu áp hai bậc, năm bậc với tải động sử dụng phương pháp điều chế độ rộng xung - Giới thiệu phương pháp điều khiển tựa theo từ thông rotor Footer Page of 126 Header Page of 126 - Cấu trúc điều khiển động không đồng ba pha rotor lồng sóc theo phương pháp điều khiển tựa theo từ thông rotor sử dụng nghịch lưu đa mức Kết luận kiến nghị Tổng quan tài liệu nghiên cứu Tài liệu nghiên cứu luận văn tập trung vào lĩnh vực điều khiển động không đồng ba pha rotor lồng sóc, bao gồm: - Các tài liệu nghịch lưu áp hai bậc đa bậc - Các tài liệu phương pháp điều khiển cho nghịch lưu áp như: phương pháp điều chế vector không gian phương pháp điều chế độ rộng xung - Các tài liệu điều khiển động không đồng ba pha rotor lồng sóc như: cấu trúc điều khiển tựa theo từ thông rotor CHƯƠNG BỘ NGHỊCH LƯU ÁP ĐA MỨC 1.1 GIỚI THIỆU VỀ BỘ NGHỊCH LƯU ÁP 1.1.1 Khái niệm 1.1.2 Phân loại 1.1.3 Các phương pháp điều khiển nghịch lưu áp 1.2 CÁC CẤU TRÚC CƠ BẢN CỦA BỘ NGHỊCH LƯU ÁP ĐA MỨC 1.2.1 Bộ nghịch lưu áp đa mức sơ đồ cầu H nối tầng a Cấu trúc Bộ nghịch lưu cấu thành từ nhiều cầu H pha mắc nối tiếp, cầu H gồm khóa bán dẫn mắc theo sơ đồ cầu, cung cấp nguồn chiều Hoạt động n nghịch lưu áp nhánh pha tải tạo nên n khả mức điện áp theo Footer Page of 126 Header Page of 126 chiều âm, n khả mức điện áp theo chiều dương mức điện áp Trong chương này, ta nghiên cứu cấu trúc nghịch lưu áp sơ đồ cầu H nối tầng mức (Five level cascaded H-bridge multilevel inverter: 5L-CHB) Hình 1.1 Bộ nghịch lưu đa mức sơ đồ cầu H nối tầng b Trạng thái khóa chuyển mạch Để tạo điện áp mức thời điểm có khóa cầu H dẫn Khi S11, S21, S12, S22 dẫn U h1 U h2 nên U AN U h1 U h2 E 2E Tương tự, S31, S41, S32, S42 dẫn 2E Ba mức điện áp lại E, 0, – E bảng 1.1 U AN Bảng 1.1 Trạng thái khóa chuyển mạch (pha A) 5L-CHB Trạng thái Trạng thái khóa chuyển mạch S11 S31 S12 S32 ( S41 ) ( S21 ) ( S42 ) ( S22 ) Đóng Đóng Ngắt Đóng Đóng Ngắt Đóng Ngắt Đóng Ngắt Ngắt Ngắt Ngắt Đóng Đóng Đóng Đóng Đóng Ngắt Đóng Đóng Ngắt Ngắt Ngắt Đóng Ngắt Đóng Đóng Footer Page of 126 Uh1 Uh2 UAN E 0 E E 0 E E E 0 0 2E E Header Page of 126 Đóng Đóng Ngắt Ngắt Ngắt Ngắt 10 Đóng Ngắt Ngắt 11 Ngắt Đóng Đóng 12 Đóng Đóng Ngắt 13 Ngắt Ngắt Ngắt 14 Ngắt Đóng Đóng 15 Ngắt Đóng Ngắt 16 Ngắt Đóng Ngắt c Quá trình chuyển mạch Ngắt Ngắt Đóng Ngắt Đóng Đóng Đóng Ngắt Đóng 0 –E E 0 –E –E –E 0 E –E –E –E 0 –E –E –2E 1.2.2 Bộ nghịch lưu điôt kẹp (diode clamped multilevel inverters) a Cấu trúc b Trạng thái khóa chuyển mạch c Quá trình chuyển mạch 1.2.3 Bộ nghịch lưu dạng flying capacitor a Cấu trúc b Trạng thái khóa chuyển mạch c Quá trình chuyển mạch 1.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG Trong cấu trúc nghịch lưu đa mức, cấu trúc dạng flying capacitor (FLC) khó thực tụ điện nạp với điện áp khác số mức điện áp tăng lên Bộ nghịch lưu cầu H nối tầng (CHB) có khả mođun hóa, vấn đề không cân điện áp liên lạc chiều không xảy ra, dễ mở rộng nhiều mức, cần phân tách nguồn chiều Cấu trúc có điôt kẹp (NPC) khó mở rộng sang nhiều mức vấn đề liên lạc chiều không cân bằng, số điôt chốt tăng lên Footer Page of 126 Header Page of 126 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN CHO BỘ NGHỊCH LƯU ÁP 2.1 PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ VECTOR KHÔNG GIAN 2.1.1 Khái niệm 2.1.2 Nguyên lý điều chế 2.1.3 Cách tính thực thời gian đóng cắt van 2.2 PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ ĐỘ RỘNG XUNG 2.2.1 Nguyên lý điều chế Để tạo xung kích đóng khóa bán dẫn nghịch lưu, ta thực so sánh hai tín hiệu bản: sóng mang ucr tần số cao dạng tam giác sine điện áp điều khiển (hoặc điện áp điều chế) ur dạng sine hình thang Sóng điều khiển mang thông tin độ lớn giá trị hiệu dụng tần số sóng hài điện áp đầu Tần số sóng mang lớn lượng sóng hài bậc cao bị khử nhiều, làm tần số đóng ngắt thiết bị tăng cao, tổn thất phát sinh trình đóng ngắt khóa bán dẫn tăng Ngoài ra, linh kiện có thời gian đóng ton thời gian khóa toff giới hạn Vì vậy, làm hạn chế việc chọn tần số sóng mang Một nghịch lưu áp n bậc, cần dùng (n-1) sóng mang tần số fcr biên độ Acr Sóng điều khiển có biên độ Ar tần số fr, bố trí thay đổi xung quanh trục tâm (n-1) sóng mang Nếu sóng điều khiển lớn sóng mang khóa bán dẫn ứng với sóng mang kích đóng, ngược lại sóng điều khiển nhỏ sóng mang khóa bán dẫn bị kích khóa 2.2.2 Một số tiêu kỹ thuật phương pháp PWM a Phạm vi điều chế tuyến tính Trong vùng điều chế tuyến tính, giá trị điện áp đầu tỉ lệ với điện áp điều khiển Ngoài vùng điều chế tuyến tính vùng điều Footer Page of 126 Header Page of 126 chế, quan hệ điện áp đầu điện áp điều khiển trở nên phi tuyến, làm xuất sóng hài tần số thấp đầu ra, dẫn đến giảm chất lượng điện áp dòng điện Phạm vi điều chế tuyến tính lớn, điện áp thu đầu lớn b Tổng độ méo dạng sóng hài THD Sự méo dạng dòng điện đầu gây nên thành phần sóng hài bậc cao phát sinh trình đóng cắt khóa bán dẫn Tổng độ méo dạng hài THD (Total Harmonics Distortion) số đánh giá độ méo thành phần hiều hòa sóng bị méo so với thành phần c Tần số đóng ngắt công suất tổn hao đóng ngắt d Vấn đề Common Mode 2.2.3 Các dạng sóng mang dùng phương pháp PWM a Điều chế dịch pha nhiều sóng mang Độ dịch pha hai sóng mang kế cận là: cr 360 / (n 1) (2.21) Chỉ số điều chế tần số: mf = fcr/fr (2.22) Chỉ số điều chế biên độ: ma = Ur/Ucr (2.23) Tần số sóng hài điện áp nghịch lưu biểu thị cho tần số đóng cắt nghịch lưu (fsw,inv) Tần số đóng cắt linh kiện nghịch lưu: fsw,dev = fcr = fr.mf (2.24) Tần số đóng cắt nghịch lưu sử dụng điều chế dịch pha là: fsw,inv = (n – 1)fsw,dev = (n – 1)fcr (2.25) Điện áp lớn tần số ứng với số điều chế biên độ ma = là: UAB(1),max = 0,612(n – 1) E (2.26) b Điều chế dịch mức nhiều sóng mang Chỉ số điều chế biên độ: ma = Ur/[Ucr(n-1)] (2.28) Tần số đóng cắt nghịch lưu: fsw,inv = fcr (2.29) Footer Page of 126 Header Page 10 of 126 Tần số đóng cắt linh kiện: fsw,dev = fcr/(n-1) (2.30) Có kiểu bố trí sóng mang: Bố trí pha (In-Phase Disposition: IPD): tất sóng mang pha Bố trí ngược pha luân phiên (Alternative Phaseopposite Disposition: APOD): Hai sóng mang kế cận liên tiếp dịch pha 1800 Bố trí ngược pha đối xứng qua trục zero (Phase Opposite Disposition: POD): sóng mang kế cận liên tiếp nằm bên bên trục zero pha với nhau, hai sóng mang nằm trục zero ngược pha với Phương pháp bố trí pha (IPD) cho độ méo dạng áp dây nhỏ [7] c Điều chế dịch mức nhiều sóng mang xếp chồng Có dạng COPWM [8], [11]: COPWM-A, COPWM-B and COPWM-C, xuất phát từ cải biến kiểu IPD, POD APOD Khoảng cách đỉnh sóng mang Acr/2 2.2.4 Phương pháp điều chế độ rộng xung cải biến Mỗi tín hiệu điều khiển bị trừ thành phần thứ tự không gọi điện áp offset (sóng hài bội ba: có tần số 3fr) Tín hiệu thứ tự không chọn giá trị trung bình giá trị tín hiệu lớn ba tín hiệu điều khiển với tín hiệu nhỏ ba tín hiệu điều khiển (kiểu 1) Biểu diễn dạng toán học [17]: max(U , U rb , U rc ) min(U , U rb , U rc ) U offset U xSFO U rx U offset x (2.33) a,b,c Việc trừ hàm offset tín hiệu điều khiển làm cho giá trị lớn điện áp điều khiển nhỏ so với trường hợp điện áp sine phương pháp SH-PWM Footer Page 10 of 126 10 Dong dien (A) Dien ap (V) Header Page 12 of 126 Hình 2.42 Dòng điện ba pha; Hình 2.45 Điện áp dây ứng với ma=1,0; SHPWM; tải LR; mức ma=1,0; SHPWM; tải LR; mức b Phương pháp PWM cải biến (SFO-PWM) Mô nghịch lưu áp 5L-CHB có E = 156 V Thông số mạch tạo xung: fr = 50 Hz, fcr = 4050 Hz, Acr = 0,5 V; tải LR: R = , L = 0,001 H Các số điều chế ma = 1,0; 0,9, 0,8 Dien ap (V) Dong dien (A) + Kiểu 1: Hình 2.48 Dòng điện pha ứng với ma=1,0; SFO-PWM kiểu 1; tải LR; 5mức Hình 2.51 Điện áp dây ứng với ma=1,0; SFO-PWM kiểu 1; tải LR; mức Dien ap (V) Dong dien (A) + Kiểu 2: Hình 2.54 Dòng điện pha; Hình 2.57 Điện áp dây; ma=1,0; ma=1,0; SFOPWM kiểu2; tải LR; SFOPWM kiểu 2; tải LR; mức 5mức Footer Page 12 of 126 Header Page 13 of 126 11 Bảng 2.9 Chỉ số THD điện áp dây với tải LR Chỉ số mức mức mức mức điều chế thông cải biến cải biến biên độ ma thường kiểu kiểu 1,0 68,49% 17,02% 14,02% 13,90% 0,9 79,57% 17,42% 16,72% 16,70% 0,8 91,30% 21,78% 17,32% 17,26% Bảng 2.10 Chỉ số THD dòng điện pha với tải LR Chỉ số mức mức mức mức điều chế thông cải biến cải biến biên độ ma thường kiểu kiểu 1,0 3,81% 0,83% 0,66% 0,80% 0,9 5,24% 0,77% 0,67% 0,71% 0,8 6,17% 1,07% 0,77% 0,79% Từ kết mô với tải LR, ta nhận thấy rằng: Dạng sóng dòng điện pha nghịch lưu năm mức có dạng sine mịn nghịch lưu hai mức Khi số bậc điện áp tăng, dạng sóng điện áp dây gần dạng sine Chỉ số THD dòng điện pha điện áp dây nghịch lưu đa mức nhỏ nhiều so với nghịch lưu hai mức Khi số điều chế biên độ ma giảm số bậc điện áp dây giảm theo Chỉ số THD phương pháp SFOPWM có nhỏ so với phương pháp SHPWM Độ méo dạng dòng điện pha số THD điện áp dây SFOPWM kiểu kiểu tương đương nhau, số THD dòng điện pha SFOPWM kiểu có thấp 2.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG Phương pháp PWM có thuật toán đơn giản so với phương pháp SVM, nên phù hợp với cấu trúc cầu H nối tầng có số van bán Footer Page 13 of 126 Header Page 14 of 126 12 dẫn lớn Kết mô với tải RL cho trường hợp nghịch lưu hai mức năm mức, cho thấy: chất lượng điện áp dòng điện nghịch lưu năm mức cải thiện đáng kể Đồng thời, thể ưu điểm chủ yếu SFO-PWM so với SH-PWM khả mở rộng vùng điều chế tuyến tính CHƯƠNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA ROTOR LỒNG SÓC SỬ DỤNG NGHỊCH LƯU ÁP ĐA MỨC 3.1 ĐỘNG CƠ NỐI TRỰC TIẾP VỚI BỘ NGHỊCH LƯU ÁP Thông số động cơ: Ud = 380 V, f = 50 Hz, Zp = 3, J = 0,002 kgm , Rs = 0,294 , Rr = 0,156 , Lls = 0,00139 H, Llr = 0,00074H, Lm = 0,041H Động hoạt động tốc độ 1000 vòng/phút 3.1.1 Động nối trực tiếp với nghịch lưu áp hai mức Dien ap (V) Dong dien Nguồn chiều UDC = 624 V Hình 3.3 Điện áp dây; không điều khiển; mức Toc (vg/ph) Momen (Nm) Hình 3.2 Dòng điện stator; không điều khiển; mức Hình 3.4 Mômen động cơ; không điều khiển; mức Footer Page 14 of 126 Hình 3.5 Tốc độ động cơ; không điều khiển; mức Header Page 15 of 126 13 Điện áp dây biến đổi đặn; dòng điện stator bị méo dạng lớn, đặc biệt vị trí đỉnh sóng sine, với biên độ gần 10 A Ở chế độ có tải, mômen động bám theo giá trị mômen tải 20 Nm ổn định xung quanh giá trị Mômen chế độ không tải có tải có độ nhấp nhô lớn với biên độ dao động xung quanh giá trị mômen tải gần 20 Nm Tốc độ không tải 1000 vòng/phút Sau đóng tải khoảng 0,05 giây, tốc độ giảm ổn định quanh giá trị 998 vòng/phút 3.1.2 Động nối trực tiếp với nghịch lưu áp 5L-CHB a Phương pháp PWM thông thường (SH-PWM) Sơ đồ nghịch lưu áp 5L-CHB có E = 156 V cho cầu H, Dien ap (V) Dong dien (A) sóng mang bố trí theo kiểu IPD (Acr=0,5 V) Hình 3.6 Dòng điện stator; không điều khiển; SH-PWM; mức Momen (Nm) Toc (vg/ph) Hình 3.7 Điện áp dây; không điều khiển; SH-PWM; mức Hình 3.8 Mômen động cơ; không điều khiển; SH-PWM; mức Footer Page 15 of 126 Hình 3.9 Tốc độ động cơ; không điều khiển; SH-PWM; mức Header Page 16 of 126 14 Dòng điện stator có dạng sine rõ nét, độ méo dạng nhỏ cải thiện đáng kể so với nghịch lưu mức; điện áp dây dạng đa mức đặn bám theo đường bao dạng sine Sau khởi động, mômen nhanh chóng vào trạng thái xác lập Ở chế độ có tải, mômen bám theo giá trị mômen tải 20 Nm ổn định xung quanh giá trị Độ nhấp mô mômen chế độ không tải có tải 20 Nm có biên độ dao động xung quanh giá trị mômen tải Nm, giảm lần so với nghịch lưu hai mức Sau đóng tải khoảng 0,05 giây, tốc độ giảm ổn định quanh giá trị 997,5 vòng/phút b Phương pháp PWM cải biến (SFO-PWM) Dien ap (V) Dong dien (A) Hình 3.10 Sơ đồ mô mạch tạo điện áp điều khiển cải biến Hình 3.11 Dòng điện stator; không điều khiển; SFO-PWM; mức Hình 3.12 Điện áp dây; không điều khiển; SFO-PWM; mức Dòng điện stator có dạng sine rõ nét, có độ méo dạng nhỏ cải thiện đáng kể so với nghịch lưu mức; điện áp dây có dạng đa mức bám theo đường bao dạng sine Footer Page 16 of 126 15 Momen (Nm) Toc (vg/ph) Header Page 17 of 126 Hình 3.13 Mômen động cơ; không điều khiển; SFO-PWM; mức Hình 3.14 Tốc độ động cơ; SFO-PWM; mức Mômen xác lập sau khoảng 0,05 giây Ở chế độ có tải, mômen bám theo giá trị mômen tải 20 Nm Độ nhấp nhô mômen chế độ không tải có tải 20 Nm với biên độ dao động xung quanh giá trị mômen tải 3,5 Nm, giảm 5,7 lần so với nghịch lưu hai mức Sau đóng tải khoảng 0,05 giây, tốc độ giảm ổn định quanh giá trị 997,5 vòng/phút Như vậy, sử dụng nghịch lưu áp đa mức, chất lượng điện áp dòng điện cung cấp cho động cải thiện, độ nhấp nhô mômen giảm nhỏ Vì vậy, động hoạt động êm dịu Căn vào ưu điểm nghịch áp đa mức thu từ mô trên, phần xét việc điều khiển động có sử dụng nghịch lưu đa mức 3.2 ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TỰA THEO TỪ THÔNG ROTOR 3.2.1 Nguyên lý phương pháp Người ta cố gắng để điều khiển động xoay chiều pha giống động chiều Đó tư tưởng FOC Footer Page 17 of 126 Header Page 18 of 126 16 Mục đích phương pháp là: tạo công cụ cho phép tách thành phần dòng tạo từ thông dòng tạo mômen quay từ dòng điện xoay chiều pha chảy cuộn dây stator động Đây phép mô tả dẫn tới tương quan giống động chiều, nhằm đạt tính điều khiển nhanh, xác không tương tác ►Động chiều, ta có: k i kt M Te k1 Phương trình 3.1 cho thấy, từ thông M iu M (3.1) phụ thuộc vào dòng kích từ ikt nên từ dòng ikt điều khiển khống chế M Thông thường, phạm vi dải tốc độ quay bé tốc độ quay định mức, M giữ ổn định giá trị định mức Ở dải tốc độ lớn tốc độ định mức, tuỳ thuộc vào tốc độ quay cụ thể ta phải giảm bớt M cách giảm ikt để giữ cho sức từ động cảm ứng không lớn Mặt khác, thời điểm công tác động cơ, từ thông điều chỉnh ổn định giá trị không đổi, mômen quay Te tỷ lệ thuận với dòng phần ứng iu Vậy, hai dòng ikt iu sử dụng để điều khiển từ thông mômen động ►Xét động không đồng pha rotor lồng sóc, ta có quan hệ mômen quay, từ thông phần tử vector dòng stator quan sát hệ tọa độ từ thông rotor (tọa độ Hình 3.15 Hệ tọa độ từ thông rotor dq): dr Lm ids Te p r Footer Page 18 of 126 Lm Zp Lr dr iqs (3.2) Header Page 19 of 126 17 Phương trình 3.2 cho thấy, từ thông rotor tăng giảm gián tiếp thông qua tăng giảm ids, dr ids có quan hệ trễ bậc với số thời gian Tr Nếu áp đặt nhanh xác dòng ids xem ids đại lượng điều khiển từ thông rotor (ids giữ vai trò tương tự ikt) Nếu điều chỉnh ổn định dr điểm công tác động cơ, áp đặt nhanh xác dòng iqs iqs đại lượng điều khiển mômen động Hình 3.16 Cấu trúc hệ thống điều khiển ĐCKĐB-RLS theo IFOC Góc từ thông rotor: f hay f ( r (3.3) sl ) dt r   sl  Tốc độ trượt sl: p r R r ir j sl r (3.4)    Dòng rotor cho bởi: i r L m is / L r (3.5) r    Thay 3.5 vào 3.4, ta có: p r R L m is / L r j sl r (3.6)   r r hay r r p j sl L m is (3.7) Viết lại 3.6 hệ tọa độ dq ( j r p Khi giữ r * r L m ids sl r * r không đổi ( p qr dr r ), ta được: (3.9) Lm iqs r ) i * ds là: i * ds * r / Lm (3.11) Dòng điện trục q tính từ công thức 3.2: i*qs Te* / (K T * r ) (3.12) 3.2.2 Kết mô điều khiển động theo phương pháp tựa theo từ thông rotor a Xét động hoạt động tốc độ 1000 vòng/phút Footer Page 19 of 126 Header Page 20 of 126 18 ► Phương pháp PWM thông thường (SH-PWM) Hình 3.20 Điện áp pha; có điều khiển; SH-PWM; mức Toc (vg/ph) Dien ap (V) Hình 3.19 Dòng điện stator; có điều khiển; SH-PWM; mức Momen (Nm) Dong dien (A) Hình 3.18 Sơ đồ mô cấu trúc điều khiển IFOC Hình 3.21 Mômen động cơ; có điều khiển; SH-PWM; mức Footer Page 20 of 126 Hình 3.22 Tốc độ động cơ; có điều khiển; SH-PWM; mức Header Page 21 of 126 19 Hình 3.19 hình 3.20 cho thấy: thời gian độ khoảng 0,2 giây, mô tả đầy đủ dòng điện stator điện áp pha trình độ trạng thái xác lập Ở chế độ không tải, dòng điện stator xác lập giá trị 15,8 A Sau đóng tải, dòng điện stator ổn định giá trị Mômen động đạt trạng thái xác lập sau khởi động khoảng 0,05 giây Ở chế độ không tải, mômen động bám theo giá trị Nm Ở chế độ có tải, mômen động bám theo giá trị mômen tải 20 Nm ổn định xung quanh giá trị Sau đóng tải, nhờ có điều khiển tốc độ bám theo giá trị đặt 1000 vòng/phút Momen (Nm) Hình 3.23 Dòng điện stator; có điều khiển; SFO-PWM; mức Hình 3.25 Mômen động cơ; có điều khiển; SFO-PWM; mức Footer Page 21 of 126 Dien ap (V) Hình 3.24 Điện áp pha; có điều khiển; SFO-PWM; mức Toc (vg/ph) Dong dien (A) ► Phương pháp PWM cải biến (SFO-PWM) Hình 3.26 Tốc độ động cơ; có điều khiển; SFO-PWM; mức Header Page 22 of 126 20 Hình 3.23 hình 3.24 cho thấy thời gian độ khoảng 0,2 giây, mô tả đầy đủ dòng điện stator điện áp pha trình độ trạng thái xác lập Ở chế độ không tải, dòng điện stator xác lập giá trị 15,8 A Sau đóng tải, dòng điện stator ổn định giá trị Ở chế độ không tải, mômen động bám theo giá trị Nm Ở chế độ có tải, mômen động ổn định xung quanh giá trị 20 Nm với biên độ dao động Nm Độ nhấp nhô mômen giảm so với phương pháp PWM thông thường Thời gian mô dài cho thấy độ nhấp nhô cải thiện so với phương pháp PWM thông thường b Xét động hoạt động tốc độ 1651 vòng/phút Tiến hành mô hoạt động với tốc độ đặt 1651 vòng/phút để thấy rõ tác dụng việc sử dụng tín hiệu điều khiển cải biến Hình 3.27 Điện áp điều khiển; SH-PWM; 1651 vg/ph Footer Page 22 of 126 Dong dien (A) Dien ap (V) ► Phương pháp PWM thông thường (SH-PWM) Hình 3.28 Dòng điện stator; có điều khiển; SH-PWM; 1651 vg/ph 21 Momen (Nm) Toc (vg/ph) Header Page 23 of 126 Hình 3.29 Mômen động cơ; có điều khiển; SH-PWM; 1651 vg/ph Hình 3.30 Tốc độ động cơ; có điều khiển; SH-PWM; 1651 vg/ph Nếu cho động hoạt động với tốc độ 1651 vòng/phút, ta thấy điện áp điều khiển vượt khỏi vùng sóng mang, số điều chế biên độ ma > Kết quả, làm dòng điện stator bị méo dạng, không đảm bảo dạng sine theo yêu cầu; mômen tốc độ động có độ nhấp nhô lớn Hình 3.31 Điện áp điều khiển; SFO-PWM; 1651 vg/ph Footer Page 23 of 126 Dong dien (A) Dien ap (V) ► Phương pháp PWM cải biến (SFO-PWM) Hình 3.32 Dòng điện stator; có điều khiển; SFO-PWM; 1651 vg/ph Header Page 24 of 126 22 Khi hoạt động với tốc độ 1651 vòng/phút, ta thấy: dòng điện stator chế độ không tải xác lập giá trị 15,8 A Sau đóng tải, Momen (Nm) Toc (vg/ph) dòng điện tăng xác lập giá trị khoảng 17 A Hình 3.33 Mômen động cơ; có điều khiển; SFO-PWM; 1651 vg/ph Hình 3.34 Tốc độ động cơ; có điều khiển; SFO-PWM; 1651 vg/ph Ở chế độ không tải, mômen Nm, tốc độ 1651 vòng/phút Sau đóng tải, mômen tốc độ bám theo giá trị đặt 3.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG So với cấu trúc không điều khiển, sử dụng nghịch lưu áp đa mức cấu trúc điều khiển động theo phương pháp tựa theo từ thông rotor cải thiện độ méo dạng dòng điện stator, độ nhấp nhô mômen tốc độ Đồng thời, có tải, tốc độ bám theo giá trị đặt Thời gian mô dài, phương pháp SFOPWM có độ nhấp nhô mômen tốc độ nhỏ phương pháp SHPWM Tuy điện áp điều khiển phương pháp SHPWM vượt khỏi vùng sóng mang điện áp điều khiển cải biến nằm vùng Footer Page 24 of 126 Header Page 25 of 126 23 giới hạn hệ thống sóng mang Vì vậy, giúp mở rộng phạm vi điều chế tuyến tính đề cập chương KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Sau thời gian làm việc nghiêm túc, với giúp đỡ tận tình thầy giáo TS Nguyễn Anh Duy thầy giáo môn luận văn hoàn thành thời gian Luận văn giải nội dung yêu cầu ban đầu gồm: Chương 1: Chương giới thiệu nghịch lưu áp đa mức, phân tích cấu trúc, trạng thái trình chuyển mạch khóa bán dẫn cấu trúc nghịch lưu áp đa mức CHB, NPC, FLC Chương 2: Phân tích phương pháp điều chế vector không gian phương pháp điều chế độ rộng xung (bao gồm phương pháp PWM thông thường PWM cải biến) Mô PSIM cho nghịch lưu áp hai bậc, năm bậc với tải LR sử dụng phương pháp điều chế độ rộng xung Chương 3: Giới thiệu phương pháp điều khiển tựa theo từ thông rotor Sử dụng PSIM để mô cấu trúc điều khiển động không đồng ba pha rotor lồng sóc theo phương pháp điều khiển tựa theo từ thông rotor sử dụng nghịch lưu đa mức điều khiển theo phương pháp PWM thông thường PWM cải biến có đối chứng với trường hợp không điều khiển Footer Page 25 of 126 Header Page 26 of 126 24 Như vậy, luận văn giải yêu cầu đặt là: - Phân tích mô ưu điểm cấu trúc nghịch lưu áp đa bậc sơ đồ cầu H nối tầng việc cải thiện chất lượng dòng điện điện áp cung cấp cho động cơ, - Mô thể ưu điểm phương pháp PWM cải biến so với phương pháp PWM thông thường việc mở rộng phạm vi điều chế tuyến tính, - Mô thể ưu điểm việc sử dụng nghịch lưu áp đa mức cấu trúc điều khiển động không đồng ba pha rotor lồng sóc so với cấu trúc không điều khiển, là: giảm độ nhấp nhô mômen chế độ xác lập có tải giúp tốc độ động bám nhanh giá trị đặt có áp đặt tải Vì điều kiện thời gian, nên luận văn chưa xét đến vấn đề chọn lọc sóng hài vấn đề điều khiển từ thông cấu trúc điều khiển động theo phương pháp tựa từ thông rotor Trong thời gian tới, tác giả tiếp tục nghiên cứu để xây dựng mô thuật toán điều chế độ rộng xung có chọn lọc sóng hài (Selective Harmonic Elimination PWM: SHE-PWM) nhằm cải thiện chất lượng điện áp dòng điện cung cấp cho động cơ, đồng thời sử dụng PSIM để mô việc điều khiển từ thông cấu trúc điều khiển động theo phương pháp tựa từ thông rotor Footer Page 26 of 126 ... đích nghiên cứu đề tài phân tích trình chuyển mạch khóa nghịch lưu áp sơ đồ cầu H nối tầng; phân tích xây dựng thuật toán phương pháp điều chế cho nghịch lưu áp; điều khiển động không đồng ba pha. .. điều chế nghịch lưu áp mức sơ đồ cầu H nối tầng; mô cấu trúc điều khiển động không đồng ba pha rotor lồng sóc theo phương pháp điều khiển tựa theo từ thông rotor sử dụng nghịch lưu đa mức phần... trường h p nghịch lưu hai mức nên chất lượng điện áp tốt Vì vậy, chọn đề tài Ứng dụng nghịch lưu áp sơ đồ cầu H nối tầng để điều khiển động không đồng ba pha rotor lồng sóc Mục tiêu nghiên cứu