Nghiên cứu giải thuật điều khiển giảm tổn hao động cơ không đồng bộ ba pha theo mô hình ước lượng tốc độ và điện trở stator (MRAS)

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM

ded 465

HUTECH

University

NGUYEN VAN XUNG

NGHIEN CUU GIAI THUAT DIEU KHIEN GIAM TON HAO DONG CO KHONG DONG BO

Trang 2

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS.TS Lê Minh Phương

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ky)

—

Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Công nghệ TP HCM

ngày 4Í tháng 2 năm⁄945

Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm:

(Ghi rõ họ, tên, hoc ham, hoc vi cua H6i dong cham bảo vệ Luận văn Thạc sĩ) TT Họ và tên Chức danh Hội đồng 1 | TS Nguyễn Hùng Chủ tịch

2 | TS Võ Hoàng Duy Phản biện 1 3 | TS Dang Xuân Kiên Phan bién 2

4 | TS Võ Đình Tùng Ủy viên

5 | TS Duong Thanh Long Uy vién, Thu ky

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau khi Luận văn đã được

sửa chữa (nếu có)

Chú tịch Hội đồng đánh giá LÝ

qM —

Trang 3

PHONG QLKH - DTSDH

TP HCM, ngàỵ4Q tháng J nam 201S

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên : Nguyễn Văn Xủng Giới tính : Nam

Ngày sinh : 12/07/1979 Noi sinh : Long An

Chuyên ngành : Kỹ thuật điện MSHV : 1341830048

I- Tên đề tài:

NGHIÊN CỨU GIẢI THUẬT ĐIÊU KHIỂN GIẢM TÓN HAO DONG CO

KHÔNG ĐÒNG BỘ BA PHA THEO MÔ HÌNH ƯỚC LƯỢNG TÓC ĐỘ VÀ

ĐIỆN TRỞ STATOR (MRAS)

II- Nhiệm vụ và nội dung:

- Nghiên cứu tổng quan về hệ thống điều khiển động cơ không đồng bộ ba phạ - Nghiên cứu mô hình tốn động cơ khơng đồng bộ ba phạ

- Nghiên cứu và đề xuất giải thuật điều khiển để tiết kiệm năng lượng cho động

cơ không đồng bộ ba phạ

- Mô phỏng giải thuật điều khiển trên phần mềm matlab IH- Ngày giao nhiệm vụ: 18/8/2014

IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 20/01/2015

V- Cán bộ hướng dẫn: PGS.TS LÊ MINH PHƯƠNG

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

(Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký)

Trang 4

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôị Các số liệu, kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã được chỉ rõ nguồn

gốc

Học viên thực hiện Luận văn

Trang 5

LOI CAM ON

Đầu tiên, xin cám ơn PGS.TS LÊ MINH PHƯƠNG đã tận tình giúp đỡ đóng góp

những ý kiến quý báo và hướng dẫn em hoành thành luận văn nàỵ

Xin cảm ơn quý Thây, Cô đã trang bị cho em những nền tản kiến thức quý báo

trong quá trình học tập giúp em đủ kiến thức hoành thành luận văn

Xin Cảm ơn tập thể lớp 13SMĐI11 đã động viên và giúp đỡ tôi trong quá trình

thực hiện luận văn

Cuối cùng xin cảm ơn Trường Đại học Công nghệ TP.HCM; Khoa Điện điện tử;

Phòng Quản lý khoa học - Đào tạo sau Đại học; Cơ quan công tác đã tạo điều kiện tốt

cho tôi hoành thành luận văn nàỵ

Trang 6

TOM TAT

Tiết kiệm năng lượng nói chung và tiết kiệm điện năng nói riêng đang là mỗi

quan tâm đặc biệt của xã hội, đặc biệt trong bối cảnh hiện nay của Việt Nam khi mà

nền công nghiệp đang trên đà phát triển mạnh cũng như thực trạng thiếu nguồn phát

Động cơ không đồng bộ chiếm tỷ trọng rất lớn trong công nghiệp (75%-

80%), trong đó phần lớn động cơ công suất từ 0.75-75 kW là đa phần Các động cơ

này thường không được trang bị thiết bị điều khiển nên rất lãng phí điện năng Việc áp dụng các phương pháp điều khiển tiết kiệm điện năng cho các động cơ không

đồng bộ là rất cấp thiết và có thể đem lại nguồn lợi lớn về mặt kinh tế

Đối với những hệ thống yêu cầu chính xác cao về tốc độ người ta buộc dùng cảm biến tốc độ (encoder) hồi tiếp tốc độ Vì thế, việc loại bỏ cảm biến tốc độ

(sensorless) góp phần giảm chỉ phí cũng như đơn giản hoá việc lắp đặt, bảo trì cho

hệ thống động cơ không đồng bộ 3 phạ Đây là xu hướng phát triển chung của các

bộ điều khiển động cơ cao cấp hiện naỵ

Một số công trình nghiên cứu trên thế giới đã đề cập ứng dụng điều khiển

giảm tổn hao động cơ đồng thời không dùng cảm biến tốc độ, nhưng còn hạn chế thí nghiệm ở trạng thái lý tưởng động cơ hoạt động với thông số không thay đổi theo thời gian Trên thực tế khi làm việc lâu dài nhiệt độ động cơ tăng, điện trở và điện

cảm cuộn dây thay đổi đáng kể ảnh hưởng đến bộ ước lượng tốc độ và tính toán từ thông, gây sai lệch đáng kể về tính toán giảm tổn hao cũng như điều khiển tốc độ

Luận văn nghiên cứu tập trung ứng dụng giảm tổn hao sắt từ trong động cơ cũng như điều khiển sensorless với thông số điện trở stator được quan sát theo thời

gian Điều này đảm bảo động cơ hoạt động ốn định, vì điện trở stator ảnh hưởng

Trang 7

ABSTRACT

Saving energy in general and in particular energy savings are special concerns of society, especially in the current context of Vietnam where the industry is on track to thrive as well as to lack of sources

Asynchronous motors are very large proportion of the industry (75% -80%), the

majority of power from the engine is the most 0.75-75 kW These engines are often not

equipped with control devices should be a waste of energỵ The application of the method of energy saving control for asynchronous motors is very urgent and can bring great benefit economicallỵ

For systems that require high precision in speed they had used speed sensor

(encoder) speed feedback Therefore, the removal of speed sensor (sensorless)

contribute to reducing costs and simplifying the installation and maintenance of motor system 3-phase asynchronous This is the general trend of the development of advanced engine control now

Several studies have ađressed the world control applications reduce losses and unused engine speed sensor, but limited experiments in the ideal state engine operating parameters remained change over timẹ In fact as long as the engine temperature increases, the resistance and inductance coil changes significantly affect the estimates of the speed and flux calculations, causing significant deviations calculated heat losses as well as speed control

Thesis research focused applications decreased iron loss from the engine as well as sensorless control parameters stator resistance was observed over timẹ This ensures stable operation motor, the stator resistance as the major influence on the calculation of

Trang 8

0902.166) i 909.0 0 .Ô ii ¡900 .L iii P1 an — 1\),) iv DANH MUC CAC BANG wiscsssssssssssessssecsnsecseesscrsnessesssesessesavsessecssseesnesanessnasenes viii DANH MỤC CÁC BIỀU ĐỎ, ĐỎ THỊ, SƠ ĐỎ, HÌNH ẢNH ix CHƯƠNG 1: TÍNH CÁP THIẾT CỦA ĐÈ TÀI . -. -cc ccxvsee l 1.1 Tổng quan về tình hình nghiên cứụ . cs-c5c+sctserrrrtrrrtrrriieerrrrrie 1

1.2 Phạm vi nghiên cứu luận văn -+s sằsetehhhhrrHerrriee 4

CHƯƠNG2: VECTOR KHÔNG GIAN VÀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐÔNG BỘ BA PHA 01 ,ÔỎ 5

2.1 Vector không gian vét nHữhhhHhhHh k1 t1 5 2.1.1 Biểu diễn vector không gian cho các đại lượng ba phạ 5

2.1.2 Hệ tọa độ d- chàng HH Hi HH HH1 7011111 1x6 5

PA No con nạ 7

2.2_ Tổng quan về động cơ không đồng bộ ba phạ co co crrrerreee 7

2.2.1 Mơ hình tốn trên hệ tọa độ d-[ Ăn 10

2.2.2 Mơ hình tốn trên hệ tọa độ d-q - ccccsesetireirerrerie 12 CHƯƠNG 3: CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIÊU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ?9)Ie:s mm l6

3.1 Tổng quan về bộ nghịch lưu áp . -csccnsreerrerrrttrttrirrrerririieririe 16

3.2 Nguyên lý điều chế vector không gian - c:c2seetissrrrrrrrireeriie 17

3.3 Phương pháp điều khiển động cơ không đồng bộ -.cccnteeeeeoee 24

3.4 Phương pháp điều khiển định hướng trường - -+vvscccrrrrree 25 3.4.1 Phương pháp điều khiển định hướng từ thông rotor trực tiếp-DREOC 30

3.4.2 Phương pháp điều khiển định hướng từ thông rotor gián tiếp-IRFOC 34 3.5 Phương pháp điều khiển trực tiếp momen DTC - -‹-ss+cccvssvv: 35

3.6 c( ion 44

CHUONG 4: CAC PHUONG PHAP DIEU KHIEN SENSORLESS 45

Trang 9

4.2 Một số mô hình sensorl€ss - 2-2 tk xE9kxEEEtSEESrkrrrkrrrrrrrrrrrrrres 47 4.1.1 Ước lượng tốc độ vòng hở sử dụng mô hình động cơ 47 4.1.2 Ước lượng tốc độ dùng mô hình Kalman Filter - 48

4.13 Ước lượng tốc độ dùng mô hình tham chiếu thích nghi (MRAS) 49

4.3 Mô hình MRAS ước lượng tốc độ, điện trở statOr css-cccccccrccee 50

4.3.1 Phương trình tham chiếu . - c2 +sev2xxtScxxrtkrkrrrkkrrrrcee 51 4.3.1 Phương trình hiệu chỉnh 0.0 cesssesecseessessessseevsesesssssecsesvansesavensens 51 4.3.2 Bộ quan sát từ thông vòng kinLuenberger [26], {3 !] 51

4.3.3 Luật hiệu chỉnh trên cơ sở lý thuyết ổn dinh Popov 52

4.4.2 Mô hình nội ước lượng song song tốc độ rotor va điện trở stator 53 4.4 Kết luận ch n0 11g 54 CHƯƠNG 5: CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIÊU KHIỂN TIẾT KIỆM NĂNG 9/9 cn : 35 5.1L Cơ sở lý thuyết ứng dụng giải thuật điều khiển tối ưu công suất trong động CO ee HăĂẶ Ặ.(4ỤA1 Ố.Ố.Ố.Ố.Ố.Ố.Ố.Ố.Ố.Ố 35

5.2 Mô hình tương đương tổn haọ - c+ccc+12912211111122121122228125eccxce 61

5.2.1 Các giá trị qui đổi trên sơ đồ 5- 55c ng tre 63 5.2.2 Tổn hao tương đương động cơ không đồng bộ .- -75-cccăc 64

5.3 Các phương pháp điều khiển giảm tổn haọ s6 csev 2t cvEveterrersrred 65

5.3.1 Phương pháp điều khiển LMA (Loss minimization algorithms) 65 5.3.2 Phương pháp tim kiém (Search Control) .c.csccescssssssseessecsesesecseesseesseee 67

5.3 Giải thuật giảm tổn hao dé xudt 2 eccecscssscccssssseecseessecerecesecesvesstesssressesens 69

5.4 Kết luận ch HH n0 0n HH0 nen ca 73 CHƯƠNG 6: MÔ PHỎNG TRÊN MATLAB SIMULINK 74

6.1 Mô hình tổng thể tt cv 11 1211121121121121111111EEEEExE1aeEEErreer 74

6.2 Phương pháp mô phỏng óc tt 2121 tt ng ra rưyc 75

6.3 Mô hình điều khiển định hướng trường trực tiếp DFOC 75 6.4 Mô hình điều khiển tiết kiệm năng lượng 25s-ccccnctcserrkerree 76

6.4.1 Tổn hao đồng stafor s2 c1 2E 1Ẹ 77 6.4.2 Tén hao đng rotor .cccccccssssssescssssscsssessssssessssecssseseesseeessueesssesesssseseesseess 78

Trang 10

6.5 Mô hình MRAS ước lượng song song tốc độ rotor, điện trở stator 80

6.5.1 Mô hình tham chiếu và bộ quan sát từ thông vòng kín Luenberger 8Ì 6.5.2 Mơ hình thích nghỉ tốc độ rotor -ccs+ceerterrtrrirrrrirrririee 82 CHƯƠNG 7 KÉT QUẢ MÔ PHỎNG cccsceerieererrriierrre 85 7.1 Khảo sát kết quả mô phỏng - 5+: 552©5+tSttSttettrtrrrrtrirerirrriree 85 7.2 So sánh kết quả mô phỏng giải thuật tiết kiệm vơi DFOC truyền thống 94

7.2.1 Trường hop n= 500 (v/p), điện trở Rs là định mức - 94

Trang 11

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 3.1 - Điện áp ngõ ra của bộ nghịch lưu ứng với mỗi trạng thái đóng ngắt

¬ .ốỐ 17

Bảng 3.2 - GOC CUA CAC SOCIOP .oescccsecccssesnseenensne terete teen ne ne Lene nen Eee ee nee eee eens 19

Bang 3.3 - Trang thai Vj, V2, Vo, V7 -sessssesscsessereessessenssessesseenseessseneensnecesanensens 20

Bảng 3.4 - Thời gian đóng ngắt của các khóạ cccccceeeeetrerrerrerrrrrrie 22

Bang 3.5 - Lua chon dién dp theo su tang gidm tie théng stator va momen 39

Bảng 3.6 - Bảng lựa chọn điện áp theo bộ so sánh HFỂ cu tennis 42

Bang 7.1 Thong 86 AG CO sseccsssssssscsvsscsssesseesssessesseessecannecssnectsnecanectnarenseetenss 85

Bảng 7.2 So sánh hiệu qua kinh té scsseessesssseseseeesseeessecessseeeneeecnneeenmeeesneees 92

Bảng 7.3 — So sánh tổn bao và hiệu suất trường hợp tốc độ 500 (w⁄?) 102

Bảng 7.4 — So sánh tôn bao và hiệu suất trường hợp tốc độ 1000 (w/p) 102

Trang 12

DANH MỤC CÁC BIỂU BO, DO THI, SO DO, HINH ANH

Hình 2 1 - Vector không gian điện áp stator trên hệ d- -. ceneneieenheee 6

Hình 2.2 - Phép chuyển trục dÑ-dÙc -eceeeerreerrerrererriririrrrrirrrrrrriirirr 6

Hình 2.3 - Vector không gian điện áp stator trên hệ tọa độ đ-d 7

Hình 2.4- Động cơ không đồng bộ và sơ đê đấu dâỵ -ce«ccccceereenree 8 Hình 2 5- Rotor Ay Quan vccsesssesssseccssessssssssssssssseessecsueesneenaneeneeneesareoaieeseecasensnas 8 Hinh 2 6- Rotor 1ONg SOC sessssessssssssssesssesecrssssssesssessseesnssseneeesaseeeneessucsenneeegneessaerss 9 Hình 2.7- Hệ trục 0-f và đ-4 òccceccenhhrhrihrhtrrireirrerrrrrrrrriiiiredirrrre 12 Hình 3.1- Sơ đô nguyên lý bộ nghịch lưu 6 khóạ .-«. ecceeneeeenerreee 16 Hinh 3.2- Trang thai dong ngắt của các khóa bán dẫh cccccscceieereriiriee 17 Hình 3.3- Các vector điện áp chuẩn và các S€CÍOF - ccesereeerrerierrrrrrriee 18 Hình 3.4- Vector Vref nằm trong secfor Ì - -55c series 19 Hình 3 5- Vector không gian S-F@ƒ ccìằnằehhehhhehherrirrrrnrirre 20 Hình 3.6- Giản đề đóng ngắt của các khóạ - -eeeerrserrrererreerrerrrrrrr 23 Hình 3.7- Dạng điện áp pha tải ở tần số 50Hö cceeheeteerererrrrrrree 23 Hình 3.8- Dang điện áp dây ở tần số 50Hz :-+cticerririerrriee 24 Hình 3.9- Dạng dòng điện pha ở tần số 50Hö e co centrhieerrrrrerrreee 24 Hình 3.10 - Các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ không đông bộ 25

Hình 3.11- Sơ đề tổng quát của hệ thông điều khiển định hướng trưỜng 26

Hình 3.12- Quan hệ giữa các hệ ÍFC ccceeeeeeerrrrrrrrrrirrrrrrrrereririre 28 Hình 3.13- Hệ tọa độ từ thông rOlOF eccceiheehhhhhhhhHhrnirnkererreririe 29 Hình 3.14- Sơ đô điều khiển định hướng từ thông rotor trực tiẾp 30

Hình 3.15- Sơ đề điều khién dinh hướng từ thông rotor gián tiếp 34

Hình 3.16 - Đồ thị tác động của điện áp lên từ thông sfalOF 37

Trang 13

Hình 4 2- Sơ đô khối MRAS ước tính tốc dé rotor trên cơ sở hiệu chỉnh từ thông Z771/1770P—— 30 Hình 4 3 - Sơ đề khối MRAS trên cơ sở ước tính tốc độ rotor hiệu chỉnh dòng Ö 028878 50 Hình 4.4 - Mô hình nội ước lượng song song tốc độ rotor và điện trở siator Z27102717P 54 0 n1 57 Hình 5.1.1- Dòng điện stator theo thành phần isd . -c -rxe 57

Hình 5.1.2 - Tén hao déng theo thành phân isd . -5-55ccccsecseeee 57

Hình 5.1.3 - Tôn hao đông và lõi sắt theo thành phân isd ceerce 58

Hình 5 14 -Sự phụ thuộc của dòng điện stator và tổn hq0 ccccccceccecces 58

Hình 5 2- Hiệu suất của động cơ theo thanh phan isd khi tải thay đốị 59

Hình 5 3 -Tổng tốn hao của động cơ theo thành phan isd khi téc độ thay đổi

(M=0 SMM) voccsccsessecccsscenscsssetsescecccesensveesenseaseeescnecasaeesesessessenssessensentansensseesentaenes 60

Hình 5 4 - Hiệu suất của động cơ theo thành phân isd khi tốc độ thay đổi

/077./.0888nnn07.Ậ 60

Hình 5 5- Giản đồ vector mạch tương đỘng CƠ e cà cằecnreeerierierirrrrrre 62 Hình 5 6- Vector không gian và góc từ HƯỚNG FOÍOF ị.c cceceằKhehHerieeereire 62 Hình 5 7- Mạch tương đương của động cơ bao gồm tốn hao trên điện trở sắt từ

— 63

Hình 5.8 - Mạch tương đương ôn định tĩnh của động cơ: (a) trục d, (b) trục q 64

Hình 5.9 - Mô hình mô phỏng phương pháp LÀÁẠ renters 65

Hình 5 10- Điều khiển search comtrol kết hợp với định hướng từ thông 68

Hình 5 12- Lưu đỗ giải thuật đỀ xuất co coneeienrrreierrerereeirrree 72

Hình 5 13- Mô hình điều khiển theo giải thuật đỀ xuất - cceeeccee 73

Hình 6 1- Mô hình mô phóng tổng thể eeietrieeiiiiierrree 74

Hình 6.2- Mô hình điều khiển điều khiển định hướng trường trực tiếp RFOC T5

Hình 6.3 - Khối DRFOC coccoerHHeHrrririiirrie 75

Hình 6.4 - Khối Tranƒ0FIMAÍÍOH chén Hee 76

Trang 14

Hình 6.6 - Mô hình khối Optimization Algorilh -eeceeeeeeereererrree 77 Hình 6 7 - Mô hình tôn hao động cơ không đông bộ chi T7

Hình 6.8- Mô hình tính toán tổn hao đồng siAfOF -.e cccceeeeerereierrreriee 78

Hình 6.9- Mô hình tính toán tốn hao đồng rOfOF -c-cceceerrreerrerrrerrerrrien 78

Hình 6.10 - Mô hình tương đương tốn hao sắt từ ccceceeereieerrrserrire 78 Hình 6.11- Mô hình tương ẩương công suất CƠ cccccreeeerreerrrirrriiee 79

Hình 6.12 - Mô hình MRAS quan sát tốc độ rotor va điện trở s†afỌ 80 Hình 6 13 - Mô hình tham chiếu với bộ quan sát từ thông vòng kin Luenberger

" ./ 81

Hình 6.14 - Mô hình thích nghi toc AG rotor eccssecsscesssesreeressissssesaeesseeseessenneens §2

Hình 6 l5 - Mô hình hiệu chỉnh điện trở SÍQÍOF ăcằ cành 83 Hình 6 l6 - Mô hình ước tính điện IrỞ $ÍQÍOF cĂ Sàn nseh hinh hư 84

Hình 7.1 - So sánh điện trở stator, tốc độ thực và ước lượng - 86

Hình 7.2 - Đáp ứng của hệ thống (mô men dat, tốc độ, từ thông và hiệu suất) khi

D8.8 02/, 1000050055877 87

Hình 7.3 - Đáp ứng của hệ thỐngg ccce net 88

Hình 7.4 - Đáp ứng của hệ thông (mô men động cơ, tốc độ, từ thông và hiệu

suất, tốn hao) khi Rs=1.5R,auvà tốc độ là định mứC ẹceeeerensrerriee 89

Hinh 7.6 - Dap ung cua hé thong (mô men động cơ, tốc độ, từ thông, hiệu suốt,

tốn hao) khi Rs=Ryamva tốc độ thay đổi và tải bằng 15% định mức 91 Hình 7.7 Tổn hao công suất của hai mô hình khi tốc độ là định mức 92 Hình 7.8- Kết quả so sánh tốn thất hai mô hình occcceieerrierrrrrrreee 93

Hình 7.9- Đáp ứng hệ thống điều khiển DRFOC khi tốc độ 500 vòng/phút 94

Hình 7.10 - Đáp ứng tốc độ, momen, dòng điện, từ thông, tồn hao, giải thuật đề

xuất với tốc độ đặt hàm dốc 500 víÐ c-cccccssttsrrrerrrrrtrieiiriiiirrio 95

Hình 7.11 - Đáp ứng hệ thống điều khiển DRFOC khi tốc độ 1000 vòng/phúi 96

Hình 7 12 - Đáp ứng tốc độ, momen, dòng điện, từ thông, ton hao, giải thuật đề

xuất với tốc độ đặt hàm dốc 1000 víp -ccscccerhrrieriteeirierieiririre 97

Hình 7.13 - Đáp ứng hệ thông điều khiển DRFOC khi tốc độ 1390 vòng/pháit 98

Hình 7.14 - Đáp ứng tốc độ, momen, dòng điện, từ thông, tổn hao, giải thuật đê

Trang 15

Hình 7 15 - Giá trị dién tro quan sat qua b6 MRAS screenees 100

Hinh 7 16 - Đáp ứng từ thông, tổn hao, hiéu sudt khi dién tré stator thay đổi 101 Hình 7 17 - So sánh hiệu suất 3 giải thuật ở vấn tốc 500 wíp - 103

Trang 16

Tiết kiệm năng lượng nói chung và tiết kiệm điện năng nói riêng đang là mối

quan tâm đặc biệt của xã hội, đặc biệt trong bối cảnh hiện nay của Việt Nam khi mà nền công nghiệp đang trên đà phát triển mạnh cũng như thực trạng thiểu nguồn phát

Động cơ không đồng bộ chiếm tỷ trọng rất lớn trong công nghiệp (75%-

80%), trong đó phần lớn động cơ công suất từ 0.75-75 kW là đa phần Các động cơ này thường không được trang bị thiết bị điều khiển nên rất lãng phí điện năng Việc

áp dụng các phương pháp điều khiển tiết kiệm điện năng cho các động cơ không

đồng bộ là rất cấp thiết và có thể đem lại nguồn lợi lớn về mặt kinh tế

Đối với những hệ thống yêu cầu chính xác cao vẻ tốc độ người ta buộc dùng cảm biến tốc độ (encoder) hồi tiếp tốc độ Vì thế, việc loại bỏ cảm biến tốc độ

(sensorless) góp phần giảm chỉ phí cũng như đơn giản hoá việc lắp đặt, bảo trì cho hệ thống động cơ không đồng bộ 3 phạ Đây là xu hướng phát triển chung của các bộ điều khiển động cơ cao cấp hiện naỵ

Một số công trình nghiên cứu trên thế giới đã đề cập ứng dụng điều khiển giảm tổn hao động cơ đồng thời không dùng cảm biến tốc độ, nhưng còn hạn chế thí

nghiệm ở trạng thái lý tưởng động cơ hoạt động với thông số không thay đổi theo

thời gian Trên thực tế khi làm việc lâu đài nhiệt độ động cơ tăng, điện trở và điện cảm cuộn dây thay đổi đáng kể ảnh hưởng đến bộ ước lượng tốc độ và tính toán từ

thông, gây sai lệch đáng kẻ vẻ tính toán giảm tốn hao cũng như điều khiển tốc độ

Luận văn nghiên cứu tập trung ứng dụng giảm tổn hao sắt từ trong động cơ cũng như điều khiển sensorless với thông số điện trở stator được quan sát theo thời

gian Điều này đảm bảo động cơ hoạt động ổn định, khi điện trở stator thay đổi ảnh

hưởng chính đến việc tính tốn từ thơng

1.1 Tổng quan vẻ tình hình nghiên cứu

Ý tưởng nghiên cứu các giải thuật giảm tổn hao cong suất đã xuất hiện từ

những năm 1983 với các phương pháp điều khiển đơn giản đễ thực hiện như điều khiển theo hệ số công suất [1].[2] Phương pháp điều khiển này mặc dù đơn giản

trong thực hiện, nhưng lại khó khăn trong việc xác định hệ số công suất yêu cầu vì

Trang 17

năm 1996-2000 như phương pháp điều khiển tần số trượt [3].[4] phương pháp hiệu

chỉnh trực tiếp từ thông tối ưu thông qua các thông số thực nghiệm

Hiệu suất của các hệ truyền động được nâng cao nhưng thực hiện hệ thống

điều khiển khá khó khăn do hệ số trong các biểu thức tính từ thông được xác định

băng thực nghiệm

Trong thời gian sau, nhờ khả năng và tốc độ tính toán nhanh của vi điều

khiển, các nhà nghiên cứu đã triển khai các giải thuật điều khiển theo mô hình tổn

hao của động cơ chỉ trong trường hợp có tính đến tổn hao trong lõi sắt từ [51.[6].[7].[8] Các mô hình tổn hao này được xây dựng dựa trên thông số của động

cơ, như điện trở, điện kháng cua stator va cua rotor, tổn haọ Lợi ích kinh tế đem

lại khá cao so với các phương pháp điều khiển truyền thống Tuy nhiên, chất lượng điều khiển dựa theo phương pháp này bị ảnh hưởng nhiều nếu thông số của động cơ

không chính xác hoặc thay đổi liên tục

Hướng nghiên cứu mới dựa trên nguyên tắc tìm kiếm cực trị tổn hao công suất hoặc công suất tiêu thụ được đề xuất để khắc phục nhược điểm của phương pháp dựa trên mô hình động cơ [9],[10] Tuy nhiên, phương pháp này phức tạp và

khó thực hiện trong điều kiện cảm biến không chính xác

Nhiều phương pháp và giải thuật điều khiển tiết kiệm năng lượng cho động cơ không đồng bộ 3 pha được nghiên cứu và đề xuất, tuy nhiên chúng có một số

nhược điểm sau:

Phương pháp điều khiển theo hệ số công suất có thể thực hiện đơn giản,

nhưng mỗi động cơ có hệ số công suất khác nhau, nên không thẻ tổng hợp mô hình

thống nhất Ngoài ra, người điều khiển phải có kiến thức nhất định về động cơ và

lợi ích kinh tế đem lại không lớn đặc biệt đối với các động cơ loại nhỏ

Với phương pháp hiệu chỉnh trực tiếp từ thông tối ưu từ các biểu thức đòi hỏi phải có thông số thực nghiệm động cơ chính xác đồng thời phải ước lượng chính

xác mô men và tốc độ động cơ mới có thể đạt chất lượng điều khiển cũng như hiệu

suất caọ

Trang 18

Điều khiến từ thông động cơ sẽ ảnh hưởng nhiều đến thông số cũng như đặc tính của động cơ và vì vậy có thể gây ra tổn hao công suất trong lõi sắt cũng như tổn hao

phụ do hiện tượng sóng hai dong điện gây rạ Cần phải có các giải thuật điều khiển

tối ưu tìm từ thông hay dòng điện từ hóa để giảm thiểu các tổn hao nàỵ

Nhiều giải thuật điều khiển đề xuất mới chỉ dừng lại ở mức mô phỏng, chỉ có

một số được thực nghiệm sử dụng DSPACE, vi điều khiến và áp dụng cho tải dạng

tỷ lệ thuận với tốc độ và bình phương của tốc độ

Bên cạnh đó những năm gần đây việc điều khiển động cơ không đồng bộ không dùng cảm biến tốc độ (sensorless) phát triển mạnh vì những ưu điểm vượt trội của nó như: giảm giá thành, đơn giản hoá hệ thống cơ khí v.v Một trong những

phương pháp điều khiển hay được sử dụng là phương pháp điều khiển định hướng

trường FOC (Field Oriented Control) được phát triển bởi blaschke[32] Phương pháp FOC được đánh giá có khả năng đáp ứng tốt hơn phương pháp so với phương pháp hay được sử dụng thứ 2 là phương pháp điều khiển trực tiếp momen DTC(Direct Torque Control) được phát triển bởi Takahashi[33]

Phương pháp FOC thường được dùng trong điều khiển sensorless Tuy nhiên, việc điều khiển sensorless phụ thuộc nhiều vào thông số động cơ đặc biệt ở vùng

tốc độ thấp[35, 36].Một số bộ quan sát tốc độ vòng hở hay được sử dụng như:

Current model Voltage model Full-order observer

Các bộ quan sát vòng hở dựa trên mô hình động cơ Điều này dẫn đến mắt chính

xác khi thông số động cơ thay đổi cũng như sai số tín hiệu hồi tiếp [37], [38], [39]

Để cải thiện chính xác người ta dùng một số bộ quan sát vòng kín ước tính tốc

độ như:

Model Reference Adaptive Systems (MRAS) Kalman filter techniques

Trang 19

Vấn đề khó khăn khi thiết kế các bộ quan sát ước tính tốc độ rotor bao gồm 3 yếu tố chính đó là sự nhạy cảm các thông số động cơ, khâu hiệu chỉnh PID đáp ứng tuyến tính trong vùng có giới hạn và sự trùng lặp các vòng điều khiến

Các bộ quan sát vòng kín có ưu điểm là không phụ thuộc nhiều vào thông số

động cơ Người ta dùng các bộ hiệu chỉnh thông minh Neural network, Kalman filter, Sliding modẹ xây dựng giải thuật điều chỉnh tối ưa dựa trên mô hình động

cơ và mô hình toán, các phương pháp này có ưu điểm là có thể ước lượng chính xác

sai số hệ thống từ đó ước tính chính xác tốc độ rotor, nhưng nhược điểm tính toán khá phức tạp, sử dụng chỉ hiệu quả trên các bộ tính toán tốc độ caọ

Trong khuôn khổ luận văn trình bày bộ ước tính tốc độ rotor trên mô hình tham chiếu thích nghi (MRAS) trên cơ sở quan sát từ thông hệ thống Ưu điểm, bộ quan sát MRAS là đơn giản tuy nhiên sai số lớn khi từ thông quan sát đâu vào sai số, Để cải thiện chính xác bộ quan sát từ thông, trong đề tài dùng song song thêm mô hình tham chiếu thích nghỉ ước tính điện trở stator

1.2 Phạm vi nghiên cứu luận văn

Nghiên cứu xây dựng giải thuật điều khiển tiết kiệm điện năng cho động cơ

không đồng bộ 3 pha có tính đến sự thay đổi của đặc tính năng lượng của động cơ phụ thuộc vào tần số của điện dp stator

Nghiên cứu xây dựng bộ quan sát tốc độ vòng kín trên cơ sở mô hình tham chiếu

thích nghi cho động cơ không đồng bộ 3 pha, ước tính thông số điện trở stator nhằm

đảm bảo mô hình chạy ốn định khi điện trở stator thay đổi, đều này có ý nghĩa thực

tế vì khi làm việc động cơ nóng dần lên điện tro stator sé thay đổi khá lớn ảnh

hưởng đến bộ quan sát tốc độ

Nghiên cứu xây dựng mô hình thực nghiệm điều khiển tiết kiệm điện năng cho

Trang 20

KHONG DONG BO BA PHA

2.1 Vector không gian

2.1.1 Biểu diễn vector không gian cho các đại lượng ba pha

Trong phần này, ta chỉ xét vector không gian điện áp stator cấp cho động cơ không đồng bộ (ĐCKĐB) ba pha, các vector không gian dòng điện và từ thông được tính tương tự Vector không gian điện áp stator được định nghĩa như sau: is (1) =F ()+z2()+-()] — @Ð u „(+ u,,(t)+ u,.(t)=0 (2.4) @, = 2nf, : tan sé mach stator u, : biên độ áp phạ 2.1.2 Hệ tọa độ ơ-B

Hệ tọa độ a-B con gọi là hệ tọa độ cé dinh stator gồm: trục thực ơ trùng với trục cuộn dây pha A, trục ảo ÿ

Trang 21

„ >

Usa=Usa A,ơ Cc

Hình 2 1 - Vector không gian điện áp stator trên hé a-B

Ta có thể chuyển đổi vector không gian điện áp stator từ hệ tọa độ ơ-B sang

hệ tọa độ ø-B và ngược lại bằng phép chuyển trục: œ-abc và abc-dB

Phép chuyển trục ơÿ-abc: bằng cách tính chiếu các thành phần của vector

Trang 22

u,, = =(u, —0.5u,, -0.5u,,) Hoặc: 2(8 v3 = > Za ———U, 2 2 tạp 3 (2.7) 2.1.3 Hệ tọa độ d-q

Hệ tọa độ d-q còn được gọi là hệ tọa quay (hệ tọa độ từ thông rotor), cd

chung gốc tọa độ với hệ toa độ a- và quay với vận tốc œ,

Hệ tọa độ d-q lệch một góc o,so với hệ tọa độ ø-B như trong hình 2.3

Usa=Usa a

Hình 2.3 - Vector không gian điện áp stator trén hé toa a6 d-q

Mối liên hệ giữa vector không gian điện áp stator trên hệ œ- và hệ d-q được

cho như sau:

Ẳ =u,, cos, +u,, sind, u,, =—U,, Sin8, + U,, cos®, (2.8)

U,, =U,, C0S9, —u,, sin,

Hay (2.9)

Ug = U,, 8inO, +u,, cosd,

2.2 Tông quan về động cơ không đồng bộ ba pha

Hiện nay, động cơ không đồng bộ được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp

(chiếm hơn 90%) đo nó có những thuận lợi sau: dễ sản xuất, giá thành rẻ, dễ vận

Trang 23

được sức điện động cảm ứng và dòng điện bên trong dây quấn rotor Dòng điện ba pha đối xứng chạy trong dây quấn ba pha sẽ tạo ra từ trường quay với tốc độ

` f

đông b6 ny, = S9 cự /ph), p

Hình 2.4- Động cơ không đồng bộ và sơ đồ đấu dâỵ

Rotor động cơ không đồng bộ gồm hai loại:

= Rotor day quan véi day quấn ba pha trong các rãnh rotor, có cùng số cực với dây quấn stator với các đầu dây ra nối với vành trượt được

cách điện với trục rotor Việc tiếp điện được thông qua các chéi than

đặt trong các bộ giá đỡ chổi than Do kết cấu khá phức tạp và giá

thành cao, hiện nay động cơ không đồng bộ rotor dây quấn rất ít được

sử dụng

Hình 2 5- Rotor dây quấn

“ Rotor lồng sóc gồm các thanh dẫn (nhôm, đồng) trong rãnh rotor,

chúng được nối tắt hai đầu nhờ hai vành ngắn mạch Do kết cấu đơn

Trang 24

Hình 2 6- Rotor lẳng sóc

Rotor của động cơ không đồng bộ quay với tố độ n khác với tốc độ của từ trường quay đồng bộ của sfator nị = nạy và độ trượt s được định nghĩa như sau:

sen (2.10)

ny

Hay: n=n,(1-s) (2.11)

Khi mở máy, rotor đứng yên, s = 1, tan số đòng rotor bằng tần số lưới điện f Từ trường quay rotor sẽ quay cùng tốc độ với từ trường quay stator, tạo ra moment mé may lam quay rotor theo chiều của từ trường stator

Trang 25

2.2.1 Mơ hình tốn trên hệ tọa độ ø-B

= (Ac thông số cơ bản của động cơ không đồng bộ:

R,(Q) : điện tro stator

R, (Q) : dién tré rotor

L„(H) : hỗ cảm giữa stator và rotOr

Lụ, (H) : điện kháng tán của cuộn dây stafor

Le (H) : điện kháng tản của cuộn day rotor p : số đôi cực của động cơ

J (kg.m?) : moment quan tính cơ L,=L,, +L,, : điện cảm stator (2.12) L,=Lạ+L„ — : điện cảm rotor (2.13) L, ¬¬ 1 = R : hăng sô thời gian stator (2.14) L, Sg, T, = RR : hăng số thời gian rofor (2.15) 1L P 2 =l—-— : hệ số từ tân tông 2.16 thun: : g (2.16)

" Phuong trinh co ban cla DCKDB:

Các phương trình toán học của động cơ cần phải thể hiện rõ các đặc tính thời

gian của đối tượng Việc xây dựng mô hình động cơ không đồng bộ (ĐCKĐB) ba pha ở đây chỉ nhằm mụch đích phục vụ cho việc xây dựng các thuật toán điều

chỉnh Điều đó cho phép chấp nhận một số điều kiện giả định trong quá trình

thiết lập mô hình, tắt nhiên sẽ tạo ra một số sai lệch nhất định giữa đối tượng và

mô hình trong phạm vi cho phép Các sai lệch này đượcloại trừ bằng kĩ thuật

điều chỉnh

Đặc tính động của ĐCKĐB ba pha được mô tả với một hệ phương trình vi

phân Để xây dựng phương trìnnh cho ĐCKĐB ba pha, cần phải chấp nhận một số giả thiết sau :

Trang 26

= Bỏ qua tổn hao sắt từ và sự bão hòa mạch từ

"_ Dòng từ hóa và từ trường phân bố hình sin trong khe hở không khí

" Cac gid tri điện trở và điện kháng không thay đổị ~— đự, us =R Is + s 2.18 ° at 18) - = oo dy, ur =0=R,i, at +—- (2.19) 2.19 WV, =Lis+L,, tr (2.20) y, =L,ist Lis (2.21) 3 /(— ~- 3 /— - T1, =5Pp(V.xị)= =5 p(V,xi) (2.22) 7.=T,+ 229 #0 _ P(r ~T,) pa a J (2.23)

Dòng điện và từ thông được quy đổi từ hệ quy chiếu rotor sang hệ quy chiếu stator theo các phương trình sau :

i, =ie* (2.24)

w,=We" (2.25)

Với : đ8 — „

dt

@ : tốc độ góc của rotor so với stator

8: góc lệch giữa trục rotor và trục œ (cuộn dây pha A)

r (chỉ số trên): hệ quy chiếu trục rotor r (chỉ số dưới): đại lượng rotor

s (chỉ số trên): hệ quy chiếu stator (hệ tọa độ ơ-)

s (chỉ số dưới): đại lượng stator

Kết hợp hai phương trình này với các phương trình cơ bản của ĐCKĐB,

Trang 27

4 đi r 1, (2.26) => p==(ỵxi] e 2 , res do p —=#(.-T,) ldt J

di, {1 lo}, l-o oo ov + 1 u

dt lot, of, )/* ofl," ol,” ol, ™

di, (1 1-o}, l-o 1-5 ow 4 ly

dt oT, oT, )* oT.L, ” Lạ Ve OL, 9 dự, Lin d Ti ls —~ Yw ~@Wm > < t r r (2.27) dW 4p L 1 =—*i¿=—Vạ+0 dt T, sỹ nal Via 3_L,, e = 507 Wools —Wgi„) do p —=+(T,-T dt Tứ: d)

Hệ phương trình (2.26) hoặc (2.27) đặc trưng cho mô hình tốn của động cơ khơng đồng bộ trên hệ tọa độ -B

Trục rotor

Hình 2.7- Hệ trục œ-8 và d-q

2.2.2 Mơ hình tốn trên hệ tọa độ d-q

Mối quan hệ của các đại lượng trong hệ trục œ-B và d-q được xác định như

Trang 28

is -7! eh i, =Ĩ e1 ự,=W,e% 5,-8/2" us = ei Với:

œ, : tốc độ góc của từ thông rotor so véi stator (rad/s)

Trang 29

di x1 Ø ~~ l-oj 1 \j-s 1 ~s Ts - jo, 1s + —- ja YW, + us oL oL ; mF, , dự, Law {1 —/ =——“i;T— ~+t/0„ Y, {dt T, T, (2.33) 3 OL {ot of T= = =( „xi | e 271 V đo _p —=+(7,-T, dt ;ứ i) _ “¬ +o,i,, + ——ự *~5 nụ +—u

dt of, ơT J* oT.L, “ ol, "

di, Í I I-ơ| sq Os ico _ivc ty

dt lot, of, v4 ORL," ol,“ ol, 8 dựa _Lặ, _ 1 Fs pM Fae 71 r r (2.34) as = Uni, TW ig 7 Oa doT * Ts 8 rd 3_L, T1 = 5 Ppt Wai —W„ia) do p ——=Èt(T,-T Ldt 7 (le L) —f Trong hệ tọa độ (d-q), Wig = 0 do vuông góc với vector W_ nên lv, =Wrả r

thay W„ = 0 vào hệ phương trình trên, ta được mơ hình tốn ĐCKĐB ba pha

Trang 30

đu = _ 1 leo} oi +e ty

dt oT, oT)“ ** oTL,, Va ơL, °

dig ( 1 IrớI cai leo 4 ty dt oT, Gơ ; sq sˆ”sd " Wea oL, sd dựa _ Lạ 1 —S = rtig SV dt T, T, (2.35) dy,, L, a “Ts OgVa =0 3 Lạ T1, =2P1” Waia) dw p — =+{T, -T, dt ( e L)

= Uu diém cia mô hình ĐCKĐB trên hệ tọa độ (d-q)

Trong hé tir théng rotor (d-q), cac vector dong stator in va vector tir théng —f x x : + „Ấ ^ rotor WY, cung với hệ tọa độ (d-q) quay gân đồng bộ với nhau với tốc độ 0; Ak Ặ Zz , A + sf : ˆ ` z : ^ quanh điểm gốc, do đó các phân tử của vector ¡, (124 › ga ) là các đại lượng một chiềụ

Trong chế độ xác lập, các giá trị này gần như không đổi; trong quá trình quá

Trang 31

CHƯƠNG 3: CAC PHUONG PHAP DIEU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHONG DONG BO

3.1 Tổng quan về bộ nghịch lưu áp

Chức năng chính của bộ nghịch lưu áp là chuyển đổi điện áp DC ở ngõ vào thành điện áp AC ở ngõ rạ Đây là dạng điện áp yêu cầu trong điều khiển động

cơ AC, trong các bộ lưu điện, bộ lọc tích cực, thiết bị bù tĩnh công suất phản

kháng Biên độ và tần số điện áp ngõ ra được điều khiển được Bộ nghịch lưu áp

được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng công nghiệp như điều khiển động cơ

không đồng bộ-là một ứng dụng phổ biến nhất Phương pháp điều khiển thường

được sử dụng nhất là các kỹ thuật điều chế độ rộng xung PWM (SINPWM), kỹ

thuật điều chế vector không gian (Space Vector)

Cấu tạo của bộ biến tần nguồn áp bao gồm bộ: bộ chỉnh lưu với chức năng

chỉnh lưu điện áp AC tần số cố định thành điện áp DC, bộ nghịch lưu với chức

năng biến đổi điện áp DC thành điện áp AC ở ngõ rạ Với cấu trúc này, ta có thể

điêu khiên tân sô ngõ ra độc lập với tân sô ngõ vàọ Jh‡ Jh‡ 4Rị JE} 4E} 4E} 4E] >t \|

Hình 3.1- Sơ đồ nguyên lý bộ nghịch lưu 6 khóạ

Bộ chính lưu: có chức năng biến đổi điện áp AC 1 pha hoặc 3 pha thành điện áp DC để nạp vào tụ C Thông thường bộ chỉnh lưu có dạng không điều

khiển, bao gồm các diode mắc dang mạch cầụ Để tránh quá áp trên tụ C, ta có thé xả tụ qua điện trở thông qua khóa S¿

Mạch DC-link: bao gồm một tụ C mắc vào ngõ vào của bộ nghịch lưu, đóng

Trang 32

thêm cuộn dây L

Bộ nghịch lưu: bao gồm 6 khóa bán dẫn (MOSTFET hoặc IGBT), có chức năng biến đổi điện áp DC ở ngõ vào thành điện áp xoay chiều ba pha ở ngõ rạ Các khóa (S1, S2), (S3, S4 ), (S5, S6) được kích đối nghịch và tạo một khoảng thời gian trễ để tránh ngắn mạch nguồn DC Ba cặp khóa này tạo ra 8 trạng thái đóng ngắt, ứng với mỗi trạng thái, ta tính được điện áp ngõ ra của bộ nghịch lưụ Vọạ=[0 00] V;=[t00] 7] LÏ Ï FT" & a S - & "7 V;=[1 10] | | V¿=[011] tb Vạ=[001] ¬ + 1 [lf TP — Ắ Á Ệ Vạ=[1 01] ' ¬ H V;=[f 11] h h h ` Ỉ

Hình 3.2- Trạng thái đóng ngắt của các khóa bán dan

Bảng 3.1 - Điện áp ngõ ra của bộ nghịch lưu ứng với mỗi trang thái đóng ngắt V1 1 0 0 2/3 -1⁄3 -1/3 1 0 -1 V2 1 1 0 1⁄3 1⁄3 -2/3 0 1 -1 V3 0 1 0 -1/3 2/3 -1/3 -1 1 0 v4 0 1 1 -2/3 1/3 1/3 -1 0 1 V5 0 0 1 -1/3 -1⁄3 2/3 0 + 1 V6 1 0 1 1/3 -2/3 -1⁄3 1 -1 0 V7 1 ] 1 0 0 0 0 0 0

3.2 Nguyên lý điều chế vector không gian

Trang 33

điện áp có biên độ và tần số mong muốn cấp cho động cơ Trong đó, phương pháp điều chế vector không gian được xem là phương pháp chính xác và hiện

đại nhất

Mục đích của kỹ thuật điều chế độ rộng xung theo vector không gian

(SVPWM) là xấp xỉ vector điện áp đặt sử dụng tám mẫu đóng ngắt của 3 khóa S1, S3, S5 Một phương pháp xấp xỉ đơn giản là lấy trung bình ngõ ra của bộ

nghịch lưu trong chu kì nhỏ

Tám tổ hợp trạng thái đóng ngắt được trình bày ở phần trên là tám vector

chuẩn (Vọạ V¿) Trong đó, Vọ và V; là hai vector không vì điện áp ngõ ra của bộ nghịch lưu bằng không Tám vector này chia mặt phẳng thành 6 phần bằng

Trang 34

Bảng 3.2 - Góc cua cde sector 1 0<ø<z⁄3 2 4t <S œ< 27/3 3 273 << 4S œ<41/3 ‘ Hoặc - £ < œ< -27/3 4/3 < œ< 5m3 ° Hoặc -2m /3 < œ< - 1⁄3 37/3 < œ< 2m 6 Hoac -2 /3 < a<0

Tùy vào vị trí của vector điện áp tham khảo nam trong sector nao, hai vector điện áp chuẩn liền kè sẽ được chọn để thực hiện vector điện áp đó Đề chuyền từ vector này sang vector khác chỉ nên thay đổi trạng thái của một khóa, điều này

tránh được sự đóng ngắt quá nhiều của các khóa, từ đó giảm được tốn hao do

đóng ngắt và đặc biệt là giảm được tổn hao do sóng hài bậc cao được tạo ra trong quá trình đóng ngắt tần số caọ

Xét vector dién ap Vier nam trong sector lL Bq Hinh 3.4- Vector Vref nằm trong sector 1 V6i Veer = Va + Vo (3.1)

Bằng cách chuyển đổi vector điện áp dạng thời gian đóng ngắt trong nữa chu

Trang 35

vector V; là Tạ Ngoài thời gian thực hiện Vị, Vạ; thời gian còn lại (To) biến tần

thực hiện vector Vạ hoặc Vị

T, Veer = T, Vi +T, V2 +T, Vo (3.2)

T, =T, -(T,+T,)20 (3.3)

Xét riêng trạng thái Vị, Vạ, Vọ, V; ta được:

Bảng 3.3- Trạng thái Vị, Vo, Vo, V7 To 0 D oe To VỊ 1 0 0 V2 l 1 0 V7 1 1 ] Từ bảng trênta thấy trình tự đóng ngặt có lợi nhất: V, V, = V, hoặc V, >V,= Vụ Điều chế độ rộng xung theo vector không gian có thể thực hiện theo các bước sau:

Trang 36

Với : =.JV2 +Vệ (3.4) =#nn Y9 | -c œ = tan vy = ot = 2nft(3.5) Vs_ref Vv sả Vy được chuyển đổi tir V Sabe bằng phép chuyển trục abc—>ơj Vig = 2Á, -0.5V,, -0.5V,,) (3.6) V 5 v3 sp a v, —Bv, 2 2 Dựa vào góc œ để xác định sector của vector không gian điện áp Bước 2: Xác định Tị,T2, Tọ Tinh cho sector 1: r= = Ra + Wad + ‘oat (3.7) T, Tị +Tạ =>T.Ver=T,Vi+T, V2 (3.8) coe =T 2 voli [+ T 2v - | (3.9) T,|Vie > ‘I sina 3 “| sin(x/3) Vet |Y« sin(r/3~œ) T, =T =T, /3- is 2y _ sin(x/3) v3 Vụ, sn(/3~ø) de 3 Viet sin(œ) Veet T, =T, ———4 = T v3 — si |?” *2v sin(n/3) NB Vy sin() (3.10) 3.10 3 dc Với: n: sector (1-6) 0<ơ<z⁄3

Các sector khác được tính tương tự như công thức (3.10) Bước 3: Xác định thời gian đóng ngắt của các khóa S1-S6

Trang 38

Hình 3.6- Giản đồ đóng ngắt của các khóạ

Dạng điện áp và dòng pha tải của bộ nghịch lưu áp mô phỏng

Trang 39

Trên thực tế, có nhiều phương pháp điều khiển tốc độ động cơ không đồng

bộ, có thê chia làm hai loại:

"_ Điều khiển vô hướng:

+ Điều khiển điện p stator

Điều khiên tân sô + Điêu khiên điện trở rotor + Điều khiển công suất trượt rotor + + Thay đổi số cực =_ Điều khiển vector:

+ Điều khiển định hướng theo trường (FOC Field Oriented

Control)

Trang 40

Hình 3.10 - Các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ không đông bộ

3.4 Phương pháp điều khiển định hướng trường

Tổng quát, một động cơ điện tương tự như một nguồn moment điều khiển

được Yêu cầu điều khiển chính xã giá trị moment tức thời của động cơ được đặt

ra trong hệ truyền động có đặc tính động cao và sử dụng phương pháp điều khiển vị trí trục rotor

Moment sinh ra trong động cơ là kết quả tương tác giữa dòng trong cuộn ứng và từ thông sinh ra trong hệ thống kích từ của động cơ Từ thông phải được giữ

tối ưu nhằm đảm bảo moment sinh ra tối đa và giảm tối thiểu độ bão hòa của

mạch từ Với từ thông có giá trị không đổi, moment sẽ tỉ lệ thuận với dòng ứng Trong động cơ không đồng bộ, dòng ứng là dong rotor va tir théng duoc sinh ra

bởi dòng stator Tuy nhiên, dòng rotor không được trực tiếp điều khiển bởi

nguồn ngoài mà là hệ quả do sức điện động cảm ứng sinh ra do kết quả chuyên động của rotor so với từ trường stator Do đó, đòng stator là nguồn của từ thông và dòng ứng

Trong động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc, chỉ có dòng stator được điều

khiển trực tiếp, do đó việc điều khiển moment tối ưu khó thực hiện vì không thé

Định dạng
Số trang	124
Dung lượng	3,68 MB