Nghiên cứu ảnh hưởng của thông số động cơ trong điều khiển véc tơ động cơ không đồng bộ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Đinh Văn Hai NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA THÔNG SỐ ĐỘNG CƠ TRONG ĐIỀU KHIỂN VEC TƠ ĐCKĐB Chuyên ngành : Kỹ Thuật Điện LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT ĐIỆN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : TS.PHẠM HÙNG PHI Hà Nội – Năm 2014 GVHD: TS Phạm Hùng Phi LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Tôi xin cam đoan thông tin trích dẫn luận văn rõ nguồn gốc Học viên thực luận văn Đinh Văn Hai Học viên: Đinh Văn Hai Trang GVHD: TS Phạm Hùng Phi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT x(t), x Giá trị tức thời X*, x* Giá trị đặt X, x Giá trị vector  Tốc độ quay động s Độ trượt động f Tần số nguồn cung cấp M Mômen quay động Mc Mômen cản tải m Từ thông động s Từ thông stator động r Từ thông rotor động Is Dòng điện stator Ir Dòng điện rotor Iư Dòng điện phần ứng Ik Dòng điện kích từ dr Hình chiếu vector từ thông rotor trục d qr Hình chiếu vector từ thông rotor trục q αr Hình chiếu vector từ thông rotor trục α βr Hình chiếu vector từ thông rotor trục β Ids, Hình thiếu vector dòng điện stator hai trục d Iqs Hình thiếu vector dòng điện stator hai trục q Iαs, Hình thiếu vector dòng điện stator hai trục α Iβs Hình thiếu vector dòng điện stator hai trục β Ls Điện cảm stator Lr Điện cảm rotor Lm Hỗ cảm stator rotor Rs Điện trở dây quấn stator Học viên: Đinh Văn Hai Trang GVHD: TS Phạm Hùng Phi Rr Điện trở dây dẫn rotor s Tần số góc nguồn stator ,  Các thành phần thuộc hệ tạo độ  d,q Các thành phần thuộc hệ tạo độ dq J Mômen quán tính CL Chỉnh lưu PLC Program Logic Controller P Bộ điều chỉnh tỉ lệ PI Bộ điều chỉnh tích phân tỉ lệ PD Bộ điều chỉnh vi phân tỉ lệ PID Bộ điều chỉnh vi tích phân tỉ lệ TĐĐ Truyền động điện ĐCKĐB Động không đồng TĐĐXCBP Truyền động điện xoay chiều ba pha ĐKVTKG Điều khiển vector không gian DTC Điều khiển trực tiếp mômen (Direct Toque Control) FOC Điều khiển tựa từ trường (Field Oriented Control) DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1: Các khả nối với nguồn cuộn dây Bảng 3.2: Trình tự thực vector U1 , U2 U0 U7 Bảng 3.3: Module vector biên trái biên phải tính thành phần điện áp usα, usβ Học viên: Đinh Văn Hai Trang GVHD: TS Phạm Hùng Phi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Sơ đồ thay pha động không đồng 10 Hình 1.2: Đường đặc tính động không đồng ba pha 11 Hình 1.3: Đặc tính ĐCKĐB giảm điện áp cấp cho động 13 Hình 1.4: Động KĐB với R1f X1f mạch stator 14 Hình 1.5: Đặc tính thay đổi số đôi cực động không đồng 15 Hình 1.6: Ảnh hưởng điện trở mạch rotor đến đặc tính 16 Hình 1.7: Đặc tính thay đổi tần số lưới điện f1 cấp cho động 17 Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý biến tần trực tiếp 21 Hình 2.2: Sơ đồ cấu trúc biến tần gián tiếp 21 Hình 2.3: Sơ đồ nghịch lưu dòng pha 23 Hình 2.4: Sơ đồ nghịch lưu nguồn áp pha 24 Hình 2.5: Phân loại phương pháp điều khiển ĐCKĐB biến tần 26 Hình 2.6: Các dạng đặc tính động không đồng 30 ta thay đổi tần số theo quy luật điều chỉnh Us U s2  const  const 30 fs fs Hình 2.7: Các dạng đặc tính động không đồng ta thay đổi tần số theo quy luật điều chỉnh từ thông không đổi ( hay Us  const ) 31 fs Hình 3.1: Các hệ trục tọa độ 34 Hình 3.2: Mối liên hệ hệ tọa độ  dq .36 Hình 3.3: Sơ đồ khối phép biến đổi tọa độ 38 Hình 3.4: Các dạng mô hình ĐCĐXCBP 38 Hình 3.5: Mô hình không gian trạng thái ĐCĐKĐB .41 Hình 3.6: Sơ đồ nguyên lý ĐCXCBP nuôi biến tần nguồn áp 46 Hình 3.7: a) Sơ đồ nối ba cuộn dây pha theo khả thứ bảng 3.1 47 b) Vector không gian ứng với khả thứ bảng 3.1 47 Hình 3.8: Tám vector ba cặp van bán dẫn biến tần tạo nên 48 Hình 3.9: Vector us phân tích thành hai vector ut up 49 Hình 3.10: Biểu đồ xung vector điện áp thuộc góc phần sáu thứ S1 51 Hình 3.11: Các khả cho biết trước vector điện áp stator us 53 Hình 3.12: Vector từ thông Ψs liên quan đến vector từ thông rotor Ψr tác dụng vector điện áp 57 Học viên: Đinh Văn Hai Trang GVHD: TS Phạm Hùng Phi Hình 3.13: Sơ đồ khối phương pháp điều khiển DTC 58 Hình 3.14: Cấu trúc phương pháp FOC 60 Hình 3.15: Phương pháp điều khiển tựa từ thông rotor trực tiếp 61 Hình 3.16: phương pháp điều khiển tựa từ thông rotor gián tiếp 62 Hình 4.1: Đồ thị điện trở stator thay đổi thực tế vận hành 66 Hình 4.2: Đồ thị minh họa ảnh hưởng Rs 68 Hình 4.3: Cấu trúc bù thay đổi điện trở 69 Hình 4.4: Đồ thị điện trở rotor thay đổi thực tế vận hành 71 Hình 4.5: Sai số góc s 72 Hình 4.6: nhận dạng tham số Tr khâu bù san phẳng 75 Hình 4.7: Sơ đồ khối điều khiển tựa từ thông rotor động không đồng 78 Hình 4.8: Sơ đồ mạch dòng điện pha A qua vị trí 79 Hình 4.9: Kéo dài khoảng thời gian dòng điện pha A qua vị trí 80 Hình 4.10: Dòng điện pha B C không đổi dòng điện pha A có giá trị 81 Hình 4.11: Điện áp cảm ứng pha A 81 Hình 4.12: Hằng số thời gian rotor ước lượng thực tế 83 Hình 4.13: Từ thông rotor tính toán thực tế 83 Hình 4.14: Momen tính toán momen thực tế 84 Hình 4.15: Ước lượng tốc độ 84 Hình 4.16: Nhận dạng thông số sơ đồ mạng thông minh 86 Hình 4.17: Sơ đồ mạng thông minh ước lượng Rr 88 Hình 4.18: Sơ đồ mạng thông minh hai lớp dùng để ước lượng từ thông rotor 88 Hình 4.19: Quan hệ dòng điện stator điện trở stator Rs 90 Hình 4.20: Ước lượng dòng điện stator trục D dựa theo (55) 91 Hình 4.21: Ước lượng dòng điện stator trục Q dựa theo (59) 91 Hình 4.22: Ước lượng Rs cách sử dụng ANN 91 Hình 4.23: Sơ đồ khối điều khiển gián tiếp vector động không đồng với ước lượng online điện trở stator rotor 93 Hình 4.24: Điện trở rotor điện trở stator sử dụng điều khiển bù có bù có thay đổi đột ngột đến 40% 95 Hình 4.25: Điện trở rotor điện trở stator sử dụng điều khiển có RRE SRE có thay đổi từ từ 96 Học viên: Đinh Văn Hai Trang GVHD: TS Phạm Hùng Phi Mở đầu Động không đồng có cấu trúc đơn giản, chắn, giá thành hạ, vận hành bảo dưỡng dễ dàng Tuy nhiên cấu trúc phi tuyến đa thông số, nên việc điều khiển đông không đồng gặp nhiều khó khăn Những năm gần đây, với phát triển mạnh mẽ khoa học kỹ thuật, công nghệ vi điện tử, khoa học máy tính, công nghệ bán dẫn công suất kỹ thuật điều khiển tạo chuyển biến hướng cho giải pháp tự động hoá công nghiệp, nhiều phương pháp điều khiển đại, hiệu đề xuất cho việc điều khiển động không đồng Đặc biệt, phương pháp điều khiển vector phương pháp tin cậy hiệu để điều khiển hệ động không đồng nhờ việc ứng dụng động không đồng ngày rộng rãi Tuy nhiên phương pháp điều khiển vector tồn vấn đề cần phải giải để phương pháp hoàn thiện như: vấn đề giải nhiễu hệ thống, xác định giá trị thực ước lượng giá trị cần trình điều khiển Việc ước lượng phụ thuộc vào số thông số động thông số thường thay đổi trình vận hành máy Ước lượng giá trị cần tiệp cận với giá trị thực động giá trị cần điều khiển momen, tốc độ, công suất điều chỉnh cách xác Do vậy, đề tài em vào nghiên cứu vấn đề ảnh hưởng thông số động không đồng đến ước lượng giá trị cần phương pháp điều khiển vector Từ đưa hướng để loại bỏ giảm thiểu ảnh hưởng thông số động đến trình điều khiển Cấu trúc luận văn gồm: phần mở đầu; chương 1, 2, 4; phần kết luận chung; tài liệu tham khảo; phụ lục Nội dung luận văn: Chương 1: giới thiệu phương pháp điều khiển động không đồng ba pha Chương 2: giới thiệu phương pháp điều khiển biến tần động không đồng ba pha Học viên: Đinh Văn Hai Trang GVHD: TS Phạm Hùng Phi Chương 3: nghiên cứu phương pháp điều khiển tựa từ thông rotor động không đồng Chương 4: nghiên cứu ảnh hưởng tham số đến phương pháp điều khiển vector đưa hướng để khắc phục ảnh hưởng tham số Trong trình làm luận văn, nhận giúp đỡ tận tình thầy giáo hướng dẫn TS Phạm Hùng Phi thầy giáo môn Thiết Bị Điện – Điện Tử, viện Điện Đến nay, luận văn hoàn thành với đầy đủ nội dung, yêu cầu đề Tuy nhiên cố gắng khả kiến thức thân hạn chế, thời gian có hạn nên luận văn không tránh khỏi thiếu sót Rất mong giúp đỡ, bảo thầy giáo, góp ý chân thành bạn đồng nghiệp để luận văn hoàn thiện Trước hết, tác giả luận văn xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới giúp đỡ bảo, hướng dẫn tận tình Tiến sĩ Phạm Hùng Phi Thầy gợi mở hướng nghiên cứu tận tình hướng dẫn với ý kiến cụ thể, sâu sắc, tạo điều kiện giúp bước hoàn thiện, nâng cao khả nghiên cứu trình thực luận văn Tôi xin trân trọng cảm ơn thầy giáo cán bộ, nhân viên thuộc môn Thiết Bị Điện – Điện Tử, Viện Điện, Trường đại học Bách Khoa Hà Nội giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho thời gian thực luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn số đồng nghiệp, bạn lớp có đóng góp định công việc học tập, nghiên cứu thời gian qua Học viên: Đinh Văn Hai Trang GVHD: TS Phạm Hùng Phi Chương 1: Các phương pháp điều khiển tốc độ động không đồng 1.1 Giới thiệu động điện không đồng Ngày nay, động không đồng xoay chiều ba pha sử dụng rộng rãi công nghiệp chiếm tỉ lệ lớn so với động khác Ưu điểm loại động cấu tạo đơn giản, làm việc chắn, giá thành hạ, vận hành an toàn, chịu điều kiện làm việc môi trường khắc nhiệt, nối trực tiếp với lưới điện áp xoay chiều ba pha nên không cần dùng đến biến đổi Tuy nhiên nhược điểm động hệ số cos không cao, đặc tính điều chỉnh (khi mở, điều chỉnh tần số, ổn định khống chế tốc độ) phức tạp nên gặp khó khăn trình điều chỉnh Trong năm gần đây, với phát triển mạnh mẽ điện tử công suất, vi xử lý, tin học, cho phép giải toán phức tạp vấn đề điều khiển động xoay chiều ba pha, đáp ứng thời gian thực với chất lượng điều khiển cao, khắc phục hạn chế trước (mở rộng dải điều chỉnh, điều chỉnh với độ xác cao) thay hệ truyền động chiều 1.1.1 Cấu tạo động không đồng ( tài liệu số [5]) Động không đồng gồm phần stator (phần tĩnh) rotor (phần quay) Stator: Gồm vỏ máy, lõi sắt, dây quấn a Vỏ máy : Thường làm gang Đối với máy công suất lớn (>1000kW) thường dùng thép hàn lại thành vỏ Vỏ máy có tác dụng cố định không dùng để dẫn từ b Lõi sắt : Được làm thép kỹ thuật điện dày 0,35mm-0,5mm ghép lại Lõi sắt phần dẫn từ Vì từ trường qua lõi sắt từ trường xoay chiều, nhằm giảm tổn hao dòng xoáy gây nên thép kỹ thuật điện có sơn cách điện Mặt lõi thép có xẻ rãnh để đặt dây quấn c Dây quấn : Dây quấn đặt vào rãnh lõi sắt cách điện với lõi sắt Dây quấn stator gồm cuộn dây đặt lệch 1200 Rotor: Gồm trục, lõi sắt dây quấn a Trục: Làm thép để đỡ lõi sắt rotor Học viên: Đinh Văn Hai Trang GVHD: TS Phạm Hùng Phi b Lõi sắt: Gồm thép kỹ thuật điện giống stator Lõi sắt ép trực tiếp lên trục Bên lõi sắt có xẻ rãnh để đặt dây quấn c Dây quấn : Gồm loại rotor dây quấn rotor lồng sóc - Rotor dây quấn: dây quấn giống dây quấn stator Dây quấn pha rotor thường đấu sao, đầu nối vào vành trượt làm đồng đạt cố định đầu trục Có thể thông qua chổi than đưa điện trở phụ hay suất điện động phụ vào mạch rotor để cải thiện mở máy, điều chỉnh tốc độ, hệ số công suất Bình thường làm việc dây quấn rotor nối ngắn mạch - Rotor lồng sóc: Mỗi rãnh lõi đặt dẫn đồng nhôm nối tắt đầu vòng ngắn mạch đồng nhôm thành lồng người ta gọi lồng sóc Dây quấn rotor lồng sóc không cần cách điện với lõi sắt Khe hở Khe hở động không đồng nhỏ (0,2mm-1mm) 1.1.2 Nguyên lý hoạt động động không đồng xoay chiều ba pha Động không đồng làm việc dựa tượng cảm ứng điện từ Khi đặt điện áp pha vào ba dây quấn pha đặt đối xứng lõi thép stator, khe hở không khí xuất từ trường quay mà thành phần bậc từ trường quay với tốc độ góc là: 1  2f p đó: f tần số dòng điện cấp cho stator p số đôi cực dây quấn stator Đồng thời từ trường stator làm cảm ứng dòng điện vòng dẫn rotor (đối với loại rotor lồng sóc) cuộn dây rotor (đối với loại rotor dây quấn) Các dòng điện rotor đặt từ trường stator quay nên sinh lực điện từ (lực Lorentz) Tổng lực tạo mômen quay rotor, rotor quay hướng với từ trường stator quay Học viên: Đinh Văn Hai Trang GVHD: TS Phạm Hùng Phi Hình 4.17: Sơ đồ mạng thông minh ước lượng Rr Khâu phản hồi sau sử dụng tạo thành chuỗi mạng thông minh Các trọng số mạng, W1 W2 thành lập từ chuỗi, để giảm thiểu sai số E1   s vm s im E1   (k )   r (k )  r (k ) 2 (47) Và sai số trọng số là: T s s s W1 (k )   r (k )  r (k )  I r (k  1)   vm nm nm (48) Hình4.18: Sơ đồ mạng thông minh hai lớp dùng để ước lượng từ thông rotor Để làm cho sai số phản hồi mau chóng hội tụ, trọng số dòng điện điều chỉnh cách thêm vi sai trọng số điều chỉnh: Học viên: Đinh Văn Hai Trang 88 GVHD: TS Phạm Hùng Phi W1 (k )  W1 (k 1) 1 X  1W1 (k 1) (49) Trong đó: η1 hệ số chuỗi α1 số chọn  E s s   r (k )  r (k )  s nm   r (k )  vm nm T Tương tự, thay đổi W3 xác định theo biểu thức sau: W3 (k )  W3 (k 1) 1 X  1W3 (k 1) (50) Điện trở rotor R r tính từ W3 biểu thức (51) từ W1 biểu thức (52) Rr  Lr W3 LmTs (51) Rr  Lr (1-W1 ) Ts (52) Bộ ước lượng điện trở rotor (RRE) trình bày phần sử dụng từ thông rotor  drs vm , qrs vm xuất phát từ mô hình điện áp động không đồng Các từ thông phụ thuộc vào điện trở stator Rs động Để làm giảm sai số ước lượng điện trở rotor thay đổi điện trở stator gây ra, ước lượng điện trở stator tích hợp 4.4.2 Ước lượng điện trở stator với ANN Các phương trình mô hình điện áp dòng điện động không đồng (42) (43) viết lại sau: didss Lm s im Lm L2m s s im  Ls   dr  r qr  ids  udss  Rs idss dt LrTr Lr LrTr  Ls diqss dt  Lm s im Lm L2  qr  r drs im  m iqss  uqss  Rsiqss LrTr Lr LrTr (53) (54) Rời rạc hóa biểu thức (53): idss * (k )  W4idss * (k 1)  W5 drs im (k 1)  W6r qrs im (k 1)  W7udss (k 1) Trong đó: Học viên: Đinh Văn Hai Trang 89 (55) GVHD: TS Phạm Hùng Phi W4   (Ts /  Ls )( L2m / LrTr )  (Ts /  Ls ) Rs W5  (Ts /  Ls )( Lm / LrTr ) W6  (Ts /  Ls )( Lm / Lr )r W7  Ts /  Ls Các trọng số W5, W6, W7 tính từ thông số động cơ, tốc độ rotor ωr chu kỳ lấy mẫu Ts Để kiểm tra tác động thay đổi điện trở stator đến biên độ dòng điện stator, mô hình nghiên cứu tiến hành với thay đổi từ từ điện trở stator phương pháp điều khiển tựa từ thông rotor (RFOC) Đồ thị dòng điện stator hình vẽ số 4.19 Ban đầu, điện trở stator tăng từ giá trị định mức 6,03Ω từ từ lên 8,0Ω dòng điện stator bắt đầu giảm, chiều mũi tên hình 4.19 Sau đó, điện trở stator giảm từ 8,0Ω xuống 6,03Ω dòng điện stator tăng đường khác so với lúc tăng Rs Quan hệ dòng điện stator điện trở stator quan hệ phi tuyến dễ dàng ứng dụng mô hình mạng thông minh Hình 4.19: Quan hệ dòng điện stator điện trở stator Rs Học viên: Đinh Văn Hai Trang 90 GVHD: TS Phạm Hùng Phi Hình 4.20: Ước lượng dòng điện stator trục D dựa theo (55) Hình 4.21: Ước lượng dòng điện stator trục Q dựa theo (59) Hình 4.22: Ước lượng Rs cách sử dụng ANN Học viên: Đinh Văn Hai Trang 91 GVHD: TS Phạm Hùng Phi Biểu thức (55) mô tả mô hình thông minh hồi quy hình vẽ số 4.20 Trọng số W4 kết biến đổi dùng để để giảm thiểu sai số E2 2 E2   (k )  idss (k )  idss * (k ) 2 (56) Điều chỉnh trọng số W4 là: W4 (k )   idss (k )  idss * (k )  idss * (k  1) (57) Để làm cho sai số phản hồi mau chóng hội tụ, trọng số dòng điện điều chỉnh cách thêm vi sai trọng số điều chỉnh: W4 (k )  W4 (k 1)  2 W4 (k )   2W4 (k  1) (58) Trong đó: η2 hệ số chuỗi α1 số chọn Tương tự, rời rạc hóa (54) ta có iqss * (k )  W4iqss * (k 1)  W5 qrs im (k 1)  W6r drs im (k 1)  W7uqss (k 1) (59) Phương trình (59) mô tả mạng thông minh hình số 4.21 Điện trở stator tính theo công thức (60)  Ts L2m Rr     Ls Rs  1  W4    Ls Lr  Ts   (60) Ta thấy điện trở stator động không đồng ước lượng từ dòng điện stator sử dụng mạng thông minh hình vẽ số 4.22 Ước lượng hai thông số quan trọng Rs Rr, tốc độ động không đồng dễ dàng ước lượng với phương trình trạng thái với độ xác cao 4.4.3 Phân tích số kết mô hình ANN Sơ đồ khối phương pháp điều khiển tựa từ thông rotor với nhận dạng điện trở stator điện trở rotor hình vẽ số 4.23 Trong mô hình điện áp, từ thông ước lượng từ dòng điện điện áp đo stator cách sử dụng lọc thông thấp Điện áp stator điện áp điều chế lọc Điện trở rotor ước lượng cách sử dụng phương pháp ANNs khối RRE Điện trở stator ước lượng khối SRE Điện trở stator phụ thuộc vào điện Học viên: Đinh Văn Hai Trang 92 GVHD: TS Phạm Hùng Phi trở rotor Từ thông rotor  drs vm ,  qrs vm sử dụng điện trở stator ước lượng bù khối RRE, sai số điện trở stator ngăn ngừa Hình 4.23: Sơ đồ khối điều khiển gián tiếp vector động không đồng với ước lượng online điện trở stator rotor Để kiểm tra khả thích nghi phương pháp điều khiển thay đổi điện trở rotor Rr, chuỗi mô thực với khác biệt giá trị điện trở rotor thực tế Rr giá trị sử dụng mạch điều khiển Rr’ Tương tự, chỗi mô thực với khác biệt điện trở stator thực tế Rs giá trị điện trở stator sử dụng mô hình điều khiển Rs’ Tất mô thực tốc độ 1000 vòng/phút với mô men tải không đổi 7,4Nm Học viên: Đinh Văn Hai Trang 93 GVHD: TS Phạm Hùng Phi 4.4.3.1 Mô hình không bật RRE SRE Ban đầu, khác biệt đến 40% Rr Rr’, Rs Rs’ đưa thời điểm 1,5 giây sau tắt khối RRE khối SRE Kết mô mô men từ thông tản rotor thể hình 4.24(a) Mô men ước lượng nhỏ 4% so với mô men thực tế hình 4.24(a) (ii) Từ thông tản rotor động tăng 21% so với giá trị ước lượng, mà thay đổi điện trở rotor đưa vào 4.4.3.2 Mô hình có bật RRE không bật SRE Mô hình lại thực sau bật RRE SRE tắt, thay đổi điện trở tương tự trường hợp Điện trở rotor ước lượng Rr’ cao giá trị thực tế Rr đến 1,7% hình 4.24(b) (i) Mô men ước lượng cao mô men thực tế 1,35% Còn từ thông tản rotor lại thấp từ thông tản thực tế 1,5% 4.4.3.3 Mô hình bật RRE SRE Cuối cùng, mô thực với khối RRE khối SRE bật Mô men từ thông tản rotor thể hình 4.24(b) Sai số lơn mô men từ thông tản rotor không trường hợp Điện trở rotor ước lượng sát với điện trở rotor thực tế, sai số 0,3% hình 4.24(b) (i) Nhưng sai số ước lượng điện trở stator lớn đến 4,4% hình 4.24(b) (iv) Học viên: Đinh Văn Hai Trang 94 GVHD: TS Phạm Hùng Phi Hình 4.24: Điện trở rotor điện trở stator sử dụng điều khiển bù có bù có thay đổi đột ngột đến 40% Học viên: Đinh Văn Hai Trang 95 GVHD: TS Phạm Hùng Phi Hình 4.24(a) (b) mô tả sai số kết có thay đổi đột ngột điện trở với mục đích kiểm chứng kỹ thuật vừa nêu Nhưng thực tế, điện trở thay đổi chậm, kết tương ứng trình bày hình 4.25 Những mô tiến hành theo ba bước Đầu tiên, hệ thống điều khiển tắt RRE SRE Tiếp tục mô bật RRE tắt SRE Điện trở rotor ước lượng R r cao điện trở thực tế Rr đến 1,1% hình 4.25(i) Momen ước lượng cao momen thực tế 1,3% hình 4.25(ii) Nhưn từ thông tản rotor lại thấp từ thông tản thực tế 1,5% hình 4.25(iii) Hình 4.25: Điện trở rotor điện trở stator sử dụng điều khiển có RRE SRE có thay đổi từ từ Học viên: Đinh Văn Hai Trang 96 GVHD: TS Phạm Hùng Phi Cuối cùng, ước lượng điện trở rotor điện trở stator bật Điện trở rotor ước lượng bám sát giá trị thực tế, sai số giảm 0,3% hình 4.25(i) Tuy nhiên, có sai số nhỏ ước lượng điện trở stator, sai số lên đến 5%, nhiên ảnh hưởng phương pháp điều khiển tựa từ thông rotor không đáng kể, sai số từ thông rotor sai số momen gần bị loại trừ Phần trình bày kỹ thuật ước lượng online điện trở rotor Rr với diện thay đổi điện trở stator dùng điều khiển động không đồng mà không cần dùng cảm biến Những nghiên cứu tiến hành rõ mạng ANNs sử dụng để ước lượng Rr phương pháp điều khiển tựa từ thông rotor RFOC với thay đổi Rs Cả thay đổi điện trở rotor điện trở stator ước lượng thành công cách sử dụng mô hình mạng thông minh Học viên: Đinh Văn Hai Trang 97 GVHD: TS Phạm Hùng Phi Kết luận chung Sau thời gian nghiên cứu luận văn mình, với nội dung "Nghiên cứu ảnh hưởng thông số động điều khiển véc tơ ĐCKĐB", em hoàn thành nội dung luận văn với kết đạt sau: - Mô tả phương pháp điều khiển, xây dựng phương trình toán học phương pháp điều khiển vector động điện xoay chiều ba pha - Xây dựng động học hệ điều khiển vector động điện xoay chiều ba pha, phương pháp điều khiển vector - Đánh giá ảnh hưởng thông số động : điện trở stator, số thời gian rotor đến phương pháp điều khiển vector nêu hướng khắc phục Những kết đạt giúp cho em có nhìn tổng quan hệ thống truyền động điện công nghiệp, yếu tố động ảnh hưởng đến trình điều khiển hệ thống Tuy nhiên, trình hoàn thành luận văn tồn số sai sót, mong góp ý thầy giáo bạn đồng nghiệp Qua em xin chân thành cảm ơn Thầy giáo - TS Phạm Hùng Phi, thầy cô giáo môn Thiết Bị Điện – Điện Tử nhiệt tình tạo điều kiện cho em hoàn thành luận văn tốt nghiệp Học viên thực Đinh Văn Hai Học viên: Đinh Văn Hai Trang 98 GVHD: TS Phạm Hùng Phi TÀI LIỆU THAM KHẢO Bùi Quốc Khánh (2009), truyền động điện, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội Bùi Quốc Khánh (1999), Điều chỉnh tự động truyền động điện, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội Nguyễn Phùng Quang (2006), Truyền động điện thông minh, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội Nguyễn Phùng Quang (1998), Điều khiển tự động truyền động điện xoay chiều ba pha, Nhà xuất giáo dục, Hà nội Vũ Gia Hanh (2006), Máy điện I, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội Baburaj Karanayil, Muhammed Fazlur Rahman, and Colin Grantham (2007), “Online Stator and Rotor Resistance Estimation Scheme Using Artificial Neural Networks for Vector Controlled Speed Sensorless Induction Motor Drive”, The University of New South Wales, Sydney NSW 2052, Australia Hamid A Toliyat, Mohammed S Arefeen, Khwaja M Rahman, and David Figoli (1999), “Rotor Time Constant Updating Scheme for a Rotor Flux-Oriented Induction Motor Drive”, pp 850-857 Haque M E and Rahman M F (2001), “Influence of Stator Resistance Variation on Direct Torque Controlled Interior Permanent Magnet Synchronous Motor Drive Performance and Its Compensation”, The University of New South Wales, Sydney NSW 2052, Australia Học viên: Đinh Văn Hai Trang 99 GVHD: TS Phạm Hùng Phi MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt Danh mục bảng Danh mục hình vẽ Mở đầu Chương 1: Các phương pháp điều khiển tốc độ động không đồng 1.1 Giới thiệu động điện không đồng 1.1.1 Cấu tạo động không đồng 1.1.2 Nguyên lý hoạt động động không đồng xoay chiều ba pha 1.2 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động điện không đồng 10 1.2.1 Đặc tính động điện không đồng ba pha 10 1.2.2 Ảnh hưởng thông số đến đặc tính 12 1.2.2.1 Ảnh hưởng điện áp nguồn cung cấp cho động cơ: 13 1.2.2.2 Ảnh hưởng điện trở, điện kháng stator: 14 1.2.2.3 Ảnh hưởng số đôi cực p: 15 1.2.2.4 Ảnh hưởng điện trở, điện kháng phụ mạch Rotor: 15 1.2.2.5 Ảnh hưởng tần số lưới điện f1 cấp cho động cơ: 16 1.2.3 Khái quát chung điều chỉnh tần số động điện không đồng 18 Chương 2: Phương pháp điều khiển tần số động không đồng 19 2.1 Giới thiệu biến tần 19 2.1.1 Biến tần trực tiếp 21 2.1.2 Biến tần gián tiếp 21 2.1.2.1 Nghịch lưu dòng điện 22 2.1.2.2 Nghịch lưu nguồn áp 24 2.2 Điều chỉnh tần số động không đồng 25 2.2.1 Phương pháp điều khiển vô hướng: 28 2.2.1.1 Điều chỉnh điện áp - tần số với từ thông hàm momen tải 28 2.2.1.2 Điều khiển điện áp - tần số giữ từ thông động không đổi 30 2.2.2 Phương pháp điều khiển vector 32 Chương 3: Phương pháp điều khiển vector ĐCKĐB 33 3.1 Vector không gian 33 3.1.1 Khái niệm vector không gian ĐCKĐB 33 3.1.2 Các phép biến đổi tọa độ 34 Học viên: Đinh Văn Hai Trang 100 GVHD: TS Phạm Hùng Phi 3.1.2.1 Các hệ tọa độ 34 3.1.2.2 Phép biến đổi abc↔αβ 35 3.1.2.3 Phép biến đổi αβ↔dq 36 3.1.2.4 Biến đổi tọa độ a, b, c  dq 37 3.1.2.5 Sơ đồ khối phép chuyển đổi 37 3.2 Mô hình toán học động không đồng 38 3.2.1 Mô hình liên tục ĐCĐKĐB 39 3.2.1.1 Mô hình trạng thái ĐCĐKĐB hệ tọa độ stator ( - ) 39 3.2.1.2 Mô hình trạng thái ĐCĐKĐB hệ tọa độ từ thông rotor (d-q) 42 3.2.2 Mô hình gián đoạn ĐCĐKĐB 43 3.2.2.1 Mô hình gián đoạn ĐCĐKĐB hệ trục αβ 43 3.2.2.2 Mô hình gián đoạn ĐCĐKĐB hệ trục dq 44 3.3 Phương pháp điều khiển vector 45 3.3.1 Nội dung phương pháp điều chế vector không gian 48 3.3.1.1 Nguyên lý phương pháp điều chế vector không gian 48 3.3.1.2 Cách tính thực thời gian đóng ngắt van bán dẫn biến tần 51 3.3.2 Phương pháp điều khiển trực tiếp momen (DTC): 54 3.3.3 Điều khiển tựa từ thông rotor 59 3.3.3.1 Nguyên lý phương pháp điều khiển tựa từ thông rotor 59 3.3.3.2 Điều khiển tựa từ thông trực tiếp: 60 3.3.3.3 Phương pháp điều khiển từ thông gián tiếp: 61 3.3.3.4 Các phương pháp ước lượng từ thông rotor 63 Chương 4: Nghiên cứu ảnh hưởng thông số ĐCKĐB đến phương pháp điều khiển vector 64 4.1 Khái quát ảnh hưởng thông số ĐCKĐB đến phương pháp điều khiển vector 64 4.2 Ảnh hưởng điện trở stator 64 4.2.1 Đánh giá ảnh hưởng thay đổi điện trở stator 66 4.2.2 Nhận dạng phương pháp bù ảnh hưởng thay đổi điện trở stator 69 4.3 Ảnh hưởng số thời gian rotor 70 4.3.1 Đánh giá ảnh hưởng số thời gian rotor Tr 71 4.3.2 Các phương pháp nhận dạng khử ảnh hưởng Tr 73 4.3.2.1 Phương pháp công suất vô công : 73 Học viên: Đinh Văn Hai Trang 101 GVHD: TS Phạm Hùng Phi 4.3.2.2 Phương pháp dùng sơ đồ cập nhật online Tr 76 4.4 Phương pháp dùng mô hình mạng thông minh 85 4.4.1 Ước lượng điện trở rotor cách sử dụng ANNS 86 4.4.2 Ước lượng điện trở stator với ANN 89 4.4.3 Phân tích số kết mô hình ANN 92 4.4.3.1 Mô hình không bật RRE SRE 94 4.4.3.2 Mô hình có bật RRE không bật SRE 94 4.4.3.3 Mô hình bật RRE SRE 94 TÀI LIỆU THAM KHẢO 99 MỤC LỤC 100 Học viên: Đinh Văn Hai Trang 102 ... cứu phương pháp điều khiển tựa từ thông rotor động không đồng Chương 4: nghiên cứu ảnh hưởng tham số đến phương pháp điều khiển vector đưa hướng để khắc phục ảnh hưởng tham số Trong trình làm luận... độ đồng bộ: o  2f1 p (1.6) 1.2.2: Ảnh hưởng thông số đến đặc tính Từ phương trình đặc tính 1.1 động không đồng bộ, ta thấy thông số ảnh hưởng đặc tính bao gồm: - Điện áp lưới U1 - Tần số lưới... tính động không đồng Us U s2  const ta thay đổi tần số theo quy luật điều chỉnh  const fs fs 2.2.1.2 Điều khiển điện áp - tần số giữ từ thông động không đổi Điều khiển từ thông khe hở không