Điều khiển dtc của máy điện không đồng bộ có tính đến tổn hao sắt từ và bão hòa từ với các bảng đóng cắt khác nhau

Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - UÔNG DƯƠNG MINH ĐIỀU KHIỂN DTC CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ CĨ TÍNH ĐẾN TỔN HAO SẮT TỪ VÀ BÃO HỊA TỪ VỚI CÁC BẢNG ĐĨNG CẮT KHÁC NHAU Chun ngành: Thiết bị, mạng nhà máy điện LUẬN VĂN THẠC SĨ TP Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2010 LỜI CẢM ƠN Luận văn tốt nghiệp sản phẩm q trình học tập, rèn luyện Tơi xin kính gửi lời cảm ơn chân thành đến tất thầy cô khoa Điện – Điện tử tận tình giảng dạy, truyền đạt cho tơi kiến thức tảng vững suốt thời gian học tập trường Tơi xin kính gửi lịng biết ơn vơ bờ đến thầy Phạm Đình Trực, người tận tình bảo, hướng dẫn tạo điều kiện tốt để tơi hồn thành Luận văn tốt nghiệp Cuối lời cảm ơn đến gia đình, người thân bè bạn động viên, giúp đỡ suốt trình làm việc, học tập nghiên cứu TPHCM, ngày 06 tháng 07 năm 2010 Uông Dương Minh TÓM TẮT LUẬN VĂN Trong năm gần đây, với tiến khoa học kỹ thuật, phương pháp điều khiển không cảm ứng máy điện ngày trở nên hoàn thiện Một phương pháp điều khiển đơn giản hiệu quả, ứng dụng nhiều phương pháp Điều khiển trực tiếp moment – DTC, Takahashi phát minh từ năm 1984 Để hiểu rõ điều khiển DTC, trước tiên tìm hiểu sơ lược máy điện, mơ hình tốn học, đặc tính hoạt động máy điện trường hợp: lý tưởng có tổn hao (tổn hao sắt từ, tổn hao sắt từ bão hịa từ) Từ đó, tiến hành mơ phân tích máy điện ứng dụng phương pháp điều khiển DTC, nhận xét rút kết luận Bên cạnh đó, luận văn đề phương hướng phát triển, sâu nghiên cứu nhằm đáp ứng nhu cầu mà thực tế cơng nghiệp nước giới địi hỏi Các phần luận văn trình bày gồm có: Chương 1: Tổng quan động KĐB – Giới thiệu lịch sử phát triển Chương 2: Mơ hình động KĐB – Các công thức dùng để xây dựng mô hình động KĐB Matlab Chương 3: Mơ động KĐB – Mô phỏng, so sánh đưa nhận xét mơ hình xây dựng Matlab Chương 4: Điều khiển trực tiếp moment – DTC – Lý thuyết điều khiển DTC Chương 5: DTC với đóng cắt Takahashi – Mơ phỏng, so sánh đưa nhận xét với mơ hình điều khiển sử dụng bảng đóng cắt Takahashi Chương 6: DTC với đóng cắt Casadei – Mơ phỏng, so sánh đưa nhận xét với mơ hình điều khiển sử dụng bảng đóng cắt Casadei, sau so sánh hai bảng đóng cắt Casadei Takahashi Chương 7: Kết luận – Kết luận đề tài, đề phương hướng phát triển cho luận văn ii MỤC LỤC Trang bìa i Nhiệm vụ luận văn Lời cám ơn Tóm tắt luận văn thạc sĩ ii Mục lục iii Danh sách hình vẽ vii Danh sách bảng biểu viii Bảng ký hiệu chữ viết tắt dùng luận văn ix CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN 1 Lịch sử phát triển động không đồng Các phương pháp điều khiển động điện không đồng 2.1 Điều khiển vô hướng (V/f) 2.2 Điều khiển định hướng từ trường FOC 2.3 Điều khiển trực tiếp moment DTC Kết luận CHƯƠNG 2: MƠ HÌNH ĐỘNG CƠ KHƠNG ĐỒNG BỘ Động không đồng lý tưởng 1.1 Trên hệ tọa độ cố định stator (hệ tọa độ β) 1.2 Trên hệ tọa độ quay rotor (hệ tọa độ dq) 10 Động không đồng có tổn hao sắt từ bão hịa từ 11 2.1 Trên tọa độ cố định stator (hệ tọa độ β) 11 2.2 Trên hệ tọa độ quay rotor (hệ tọa độ dq) 13 Kết luận 14 CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 15 Động không đồng lý tưởng 15 1.1 Mơ hình chung 15 1.2 Khối nguồn ba pha 16 1.3 Khối chuyển hệ trục tọa độ từ ABC sang dq 17 1.4 Khối chuyển hệ trục tọa độ từ dq sang ABC 17 iii 1.5 Khối động không đồng lý tưởng 17 1.6 Khối tính từ thơng 19 Động khơng đồng có tổn hao sắt từ 20 2.1 Khối tính tốn Rfe 21 2.2 Khối động khơng đồng có tính đến tổn hao sắt từ 22 2.3 Khối tính tần số f: 22 Động không đồng có tổn hao sắt từ bão hịa từ: 23 3.1 Khối tính tốn Lm 24 3.2 Khối động KĐB có tính đến tổn hao sắt từ bão hòa từ 25 Kết mô 26 4.1 Trường hợp động hoạt động không tải .26 4.2 Trường hợp động mang tải 29 Nhận xét 32 5.1 Trường hợp động hoạt động không tải .32 5.2 Trường hợp động hoạt động có tải 33 CHƯƠNG 4: ĐIỀU KHIỂN TRỰC TIẾP MOMENT – DTC 34 Tổng quan 34 Một số khái niệm chung 35 2.1 Biến thiên từ thông stator 35 2.2 Biến thiên từ thông rotor 35 2.3 Biến thiên moment 36 Nguyên lý điều khiển DTC 38 3.1 Nguyên lý .38 3.2 Bảng đóng cắt .38 3.3 Ước lượng moment từ thông stator 41 Kết luận 42 CHƯƠNG 5: DTC VỚI BẢNG ĐÓNG CẮT TAKAHASHI 43 Bảng đóng cắt 43 1.1 Giới thiệu 43 1.2 Bảng đóng cắt Takahashi .43 Các khối mơ hình mơ 44 2.1 Khối mơ hình DTC 44 2.2 Khối nghịch lưu 48 2.3 Khối tính tốn từ thơng 52 2.4 Khối PID với Anti-Windup 52 Khảo sát mô hình động KĐB điều khiển từ thơng moment 54 3.1 Mơ hình 54 3.2 So sánh 56 3.3 Kết luận 58 Khảo sát mơ hình động KĐB điều khiển từ thông vận tốc 60 4.1 Mơ hình 60 iv 4.2 So sánh 62 4.3 Kết luận 64 CHƯƠNG 6: DTC VỚI BẢNG ĐÓNG CẮT CASADEI 68 Bảng đóng cắt Casadei 68 Các khối mơ hình mô 69 Khảo sát mơ hình động KĐB điều khiển từ thông moment 71 3.1 Mơ hình 71 3.2 So sánh 72 3.3 Kết luận 75 Khảo sát mơ hình động KĐB điều khiển từ thông vận tốc 77 4.1 Mơ hình 77 4.2 So sánh 78 4.3 Kết luận 81 Khảo sát mơ hình động khơng đồng với bảng đóng cắt Takahashi Casadei 84 5.1 Động KĐB lý tưởng (mơ hình 1) .85 5.2 Động KĐB có tổn hao sắt từ (mơ hình 2) 88 5.3 Động KĐB có tổn hao sắt từ bão hịa từ (mơ hình 3) .90 5.4 Kết luận 93 CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN 96 Kết luận đề tài 96 Hướng phát triển đề tài 96 Tài liệu tham khảo 97 v DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 1.1: Hình ảnh số động điện không đồng thực tế Hình 2.1: Sơ đồ thay tương đương động không đồng lý tưởng Hình 2.2: Sơ đồ tương đương động KĐB có tổn hao sắt từ bão hịa từ 11 Hình 3.1: Mơ hình động không đồng lý tưởng 15 Hình 3.2: Mơ hình khối nguồn ba pha 16 Hình 3.3: Mơ hình khối chuyển hệ trục tọa độ từ ABC sang dq 17 Hình 3.4: Mơ hình khối chuyển hệ trục tọa độ từ dq sang ABC 17 Hình 3.5: Sơ đồ khối động KĐB ba pha lý tưởng 19 Hình 3.6: Sơ đồ khối tính tốn từ thơng Stato Ѱ 20 Hình 3.7: Mơ hình động không đồng xét tổn hao sắt từ bão hịa từ 21 Hình 3.8: Mơ hình khối tính tốn Rfe 22 Hình 3.9: Mơ hình khối tính tần số f 23 Hình 3.10: Mơ hình động khơng đồng xét tổn hao sắt từ bão hòa từ 24 Hình 3.11: Mơ hình khối tính tốn Lm 25 Hình 3.12: Sơ đồ khối động KĐB ba pha có tính đến tổn hao sắt từ bão hịa từ 26 Hình 3.13: So sánh tốc độ động ba mơ hình (khơng tải) 27 Hình 3.14: So sánh moment điện từ ba mơ hình (khơng tải) 28 Hình 3.15: So sánh dịng điện pha ba mơ hình (khơng tải) 28 Hình 3.16: So sánh từ thơng stator ba mơ hình (khơng tải) 29 Hình 3.17: So sánh tốc độ động ba mơ hình (có tải) 30 Hình 3.18: So sánh moment điện từ ba mơ hình (có tải) 31 Hình 3.19: So sánh dịng điện pha ba mơ hình (có tải) 31 Hình 3.20: So sánh từ thơng stator ba mơ hình (có tải) 32 Hình 4.1: Vị trí tương đối vector khơng gian từ thơng stator rotor 37 Hình 4.2: Các sector vector không gian điện áp 38 Hình 4.3: Điều khiển vector không gian từ thông stator theo vector điện áp tương ứng 40 Hình 4.4: Sự lựa chọn vector điện áp từ thông stator moment thay đổi 40 Hình 5.1: Khối mơ hình DTC với bảng đóng cắt Takahashi 45 Hình 5.2: Khối xác định vị trí từ thơng stator 46 Hình 5.3: Khối so sánh 47 Hình 5.4: Khối đóng cắt 47 Hình 5.5: Khối nghịch lưu 48 Hình 5.6: Bộ nghịch lưu áp 49 Hình 5.7: Vị trí vector điện áp 51 Hình 5.8: Khối tính tốn từ thơng 52 Hình 5.9: Khối PID 53 Hình 5.10: Mơ hình Matlab/Simulink động KĐB điều khiển từ thơng moment 55 Hình 5.11: Tốc độ rotor (điều khiển từ thông, moment) - Takahashi 56 Hình 5.12: Moment điện từ (điều khiển từ thông, moment) – Takahashi 57 Hình 5.13: Dịng điện pha (điều khiển từ thơng, moment) – Takahashi 57 Hình 5.14: Từ thông stator (điều khiển từ thông, moment) – Takahashi 58 Hình 5.15: Mơ hình động KĐB điều khiển từ thông vận tốc – Takahashi 61 Hình 5.16: Tốc độ rotor (điều khiển từ thông, vận tốc) – Takahashi 62 Hình 5.17: Moment điện từ (điều khiển từ thông, vận tốc) – Takahashi 63 Hình 5.18: Dịng điện pha (điều khiển từ thông, vận tốc) – Takahashi 64 vi Hình 5.19: Từ thơng stator (điều khiển từ thơng, vận tốc) – Takahashi 64 Hình 6.1: Khối mơ hình DTC 70 Hình 6.2: Khối so sánh từ thông moment 70 Hình 6.3: Mơ hình Matlab/Simulink động KĐB điều khiển từ thông moment – Casadei 72 Hình 6.4: Tốc độ rotor (điều khiển từ thông, moment) - Casadei 73 Hình 6.5: Moment điện từ (điều khiển từ thơng, moment) - Casadei 73 Hình 6.6: Dịng điện pha (điều khiển từ thơng, moment) - Casadei 74 Hình 6.7: Từ thơng stator (điều khiển từ thông, moment) - Casadei 75 Hình 6.8: Mơ hình động KĐB điều khiển từ thông vận tốc - Casadei 78 Hình 6.9: Tốc độ rotor (điều khiển từ thông, vận tốc) - Casadei 79 Hình 6.10: Moment điện từ (điều khiển từ thông, vận tốc) - Casadei 80 Hình 6.11: Dịng điện pha (điều khiển từ thơng, vận tốc) - Casadei 80 Hình 6.12: Từ thơng stator (điều khiển từ thơng, vận tốc) – Casadei 81 Hình 6.13: So sánh tốc độ rotor mơ hình 85 Hình 6.14: So sánh moment điện từ mơ hình 86 Hình 6.15: sánh dịng điện pha mơ hình 87 Hình 6.16: So sánh từ thơng mơ hình 87 Hình 6.17: So sánh tốc độ rotor mơ hình 88 Hình 6.18: So sánh moment điện từ mơ hình 89 Hình 6.19: So sánh dịng điện pha mơ hình 89 Hình 6.20: So sánh từ thơng mơ hình 90 Hình 6.21: So sánh tốc độ rotor mơ hình 91 Hình 6.22: So sánh moment điện từ mơ hình 91 Hình 6.23: So sánh dịng điện pha mơ hình 92 Hình 6.24: So sánh từ thơng mơ hình 93 vii DANH SÁCH BẢNG BIỂU Bảng 4.1: Bảng lựa chọn vector điện áp Takahashi 41 Bảng 5.1: Bảng lựa chọn vector điện áp Takahashi 44 Bảng 5.2: Bảng trạng thái nghịch lưu áp 50 Bảng 5.3: Điện áp nghịch lưu áp với trạng thái đóng cắt khác 52 Bảng 6.1: Bảng lựa chọn vector điện áp cho vùng hai phần tư 68 Bảng 6.2: Bảng lựa chọn vector điện áp cho vùng bốn phần tư 68 Bảng 6.3: Bảng lựa chọn vector điện áp theo vận tốc 69 viii BẢNG KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT DÙNG TRONG LUẬN VĂN KĐB : không đồng f : tần số i : vector khơng gian dịng điện tổn hao mạch từ i : vector không gian dịng điện mạch từ u : vector khơng gian điện áp stator u : vector không gian điện áp rotor i : vector khơng gian dịng điện stator i: : vector khơng gian dịng điện rotor Ψ : vector khơng gian từ thông stator Ψ : vector không gian từ thơng rotor ω : tốc độ góc hệ quy chiếu ω : tốc độ góc rotor Δt : biến thiên thời gian tức thời i : thành phần dòng điện stator hệ quy chiếu quay dq trục d i : thành phần dòng điện stator hệ quy chiếu quay dq trục q i : thành phần dòng điện rotor hệ quy chiếu quay dq trục d i : thành phần dòng điện rotor hệ quy chiếu quay dq trục q u : thành phần điện áp stator hệ quy chiếu quay dq trục d u : thành phần điện áp stator hệ quy chiếu quay dq trục q u : thành phần điện áp rotor hệ quy chiếu quay dq trục d u : thành phần điện áp rotor hệ quy chiếu quay dq trục q J : moment quán tính ix Điều khiển DTC máy điện KĐB có tính đến tổn hao sắt từ bão hòa từ với bảng đóng cắt khác Trong giai đoạn t = 1.8s đến t = 2s (giai đoạn không tải vận tốc đặt ω* = 10rad/s):  Vận tốc ω: ổn định ω = 10rad/s, Cả mơ hình cho đáp ứng  Moment điện từ Te: Te = Cả mơ hình có dạng gần giống  Dịng điện pha ia: dao động khơng theo quy luật hình sin từ thơng stator Cả mơ hình có dạng gần giống  Từ thông stator Ѱs: từ thông dao động ổn định xuang quanh giá trị từ thông đặt Ѱ* = 0.9889Wb Cả mơ hình có dạng gần giống Nhận xét chung:  Do PID nên giảm độ vọt lố động  Te dao động vùng giới hạn moment DTC so sánh độ lệch Teref Te động  Từ thông Ѱs dao động vùng giới hạn từ thông DTC so sánh độ lệch Ѱref Ѱs động Khảo sát mơ hình động khơng đồng với bảng đóng cắt Takahashi Casadei Các thơng số máy mơ phỏng: Điện cảm rị stator: Lσs = 0.00487 H; Điện cảm rò rotor: Lσr = 0.00796 H; Điện trở stator: Rs=1.37Ω; Điện trở rotor: Rr=1.1 Ω; Số đơi cực P = 2; Moment qn tính: J = 0.1 kg.N/m; Điện áp pha định mức: 220 VAC Từ thông tham chiếu t = [0 2] s (6.13) Ѱ* = [0.9889 0.9889] Wb (6.14) Vận tốc động tham chiếu t = [0 1.4 1.4 2] s (6.15) Trang 84 Điều khiển DTC máy điện KĐB có tính đến tổn hao sắt từ bão hịa từ với bảng đóng cắt khác ω* = [301.6 301.6 10 10] rad/s (6.16) t = [0 0.8 0.8 1 2.0] s (6.17) TL = [0 26.5 26.5 0] N.m (6.18) Moment tải: Vào thời điểm t = 0.8s, ta đóng tải định mức TL = 26.5N.m vào, đến thời điểm t = 1s, ta giảm tải xuống TL = 0N.m Từ đó, ta khảo sát đồ thị vận tốc động cơ, moment điện từ Te, dịng điện ia, từ thơng stator Ψ qua lần đóng cắt tải cho trường hợp: động KĐB lý tưởng, động KĐB có tổn hao sắt từ, động KĐB có tổn hao sắt từ bão hòa từ 5.1 Động KĐB lý tưởng (mơ hình 1) 5.1.1 Vận tốc động ω 350 304 w TAKAHASHI w TAKAHASHI w CASADEI w CASADEI 300 302 250 300 200 298 150 296 100 294 50 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.2 1.4 1.6 1.8 303.5 292 0.38 0.39 0.4 0.41 0.42 0.43 0.44 0.45 12 w TAKAHASHI w TAKAHASHI w CASADEI w CASADEI 303 11.5 302.5 11 302 10.5 301.5 10 301 9.5 300.5 300 299.5 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9 0.95 1.05 1.1 1.15 1.2 8.5 1.76 1.77 1.78 1.79 1.8 Hình 6.13: So sánh tốc độ rotor mơ hình Trang 85 1.81 1.82 1.83 1.84 1.85 Điều khiển DTC máy điện KĐB có tính đến tổn hao sắt từ bão hòa từ với bảng đóng cắt khác 5.1.2 Moment điện từ Te 50 45 Te TAKAHASHI Te TAKAHASHI Te CASADEI 40 30 35 20 30 10 25 20 -10 15 -20 10 -30 -40 -50 -5 0.2 0.4 0.6 0.8 1.2 1.4 1.6 Te CASADEI 40 1.8 35 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 Te TAKAHASHI Te CASADEI 30 -5 25 -10 20 -15 15 Te TAKAHASHI Te CASADEI -20 10 -25 -30 -35 -5 -40 -10 0.75 0.8 0.85 0.9 0.95 1.05 1.1 -45 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 Hình 6.14: So sánh moment điện từ mơ hình 5.1.3 Dịng điện pha ia 70 70 ia TAKAHASHI ia TAKAHASHI ia CASADEI 60 50 50 40 40 30 30 20 20 10 10 0 -10 -10 -20 -20 -30 0.2 0.4 0.6 0.8 1.2 1.4 1.6 1.8 ia CASADEI 60 Trang 86 -30 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 Điều khiển DTC máy điện KĐB có tính đến tổn hao sắt từ bão hịa từ với bảng đóng cắt khác 15 20 ia TAKAHASHI ia TAKAHASHI ia CASADEI ia CASADEI 15 10 10 5 0 -5 -5 -10 -10 -15 -15 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9 0.95 1.05 1.1 -20 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 Hình 6.15: sánh dịng điện pha mơ hình 5.1.4 Từ thông stator Ψ 1 0.8 0.8 0.6 0.6 SFlux TAKAHASHI SFlux CASADEI SFlux TAKAHASHI SFlux CASADEI 0.4 0.4 0.2 0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.2 1.4 1.6 1.8 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.8 0.6 SFlux TAKAHASHI SFlux CASADEI 0.4 0.2 1.6 1.65 1.7 1.75 1.8 1.85 1.9 1.95 Hình 6.16: So sánh từ thơng mơ hình Trang 87 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2 Điều khiển DTC máy điện KĐB có tính đến tổn hao sắt từ bão hịa từ với bảng đóng cắt khác 5.2 Động KĐB có tổn hao sắt từ (mơ hình 2) 5.2.1 Vận tốc động ω 350 304 w TAKAHASHI w TAKAHASHI w CASADEI w CASADEI 300 302 250 300 200 298 150 296 100 294 50 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.2 1.4 1.6 1.8 303.5 292 0.38 0.39 0.4 0.41 0.42 0.43 0.44 0.45 12.5 w TAKAHASHI w TAKAHASHI w CASADEI w CASADEI 303 12 302.5 11.5 302 11 301.5 10.5 301 10 300.5 9.5 300 299.5 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9 0.95 1.05 1.1 1.15 1.2 8.5 1.76 1.77 1.78 1.79 1.8 1.81 1.82 1.83 1.84 1.85 Hình 6.17: So sánh tốc độ rotor mơ hình 5.2.2 Moment điện từ Te 50 45 Te TAKAHASHI Te TAKAHASHI Te CASADEI 40 30 35 20 30 10 25 20 -10 15 -20 10 -30 -40 -50 0.2 0.4 0.6 0.8 1.2 1.4 1.6 1.8 Te CASADEI 40 Trang 88 -5 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 Điều khiển DTC máy điện KĐB có tính đến tổn hao sắt từ bão hịa từ với bảng đóng cắt khác 35 Te TAKAHASHI Te CASADEI 30 -5 25 -10 20 -15 15 Te TAKAHASHI Te CASADEI -20 10 -25 -30 -35 -5 -40 -10 0.75 0.8 0.85 0.9 0.95 1.05 1.1 -45 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 Hình 6.18: So sánh moment điện từ mơ hình 5.2.3 Dịng điện pha ia 70 70 ia TAKAHASHI ia TAKAHASHI ia CASADEI 60 50 50 40 40 30 30 20 20 10 10 0 -10 -10 -20 -30 ia CASADEI 60 -20 0.2 0.4 0.6 0.8 1.2 1.4 1.6 1.8 15 -30 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 20 ia TAKAHASHI ia TAKAHASHI ia CASADEI ia CASADEI 15 10 10 5 0 -5 -5 -10 -10 -15 -15 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9 0.95 1.05 1.1 -20 1.3 1.4 1.5 1.6 Hình 6.19: So sánh dịng điện pha mơ hình Trang 89 1.7 1.8 1.9 Điều khiển DTC máy điện KĐB có tính đến tổn hao sắt từ bão hòa từ với bảng đóng cắt khác 5.2.4 Từ thơng stator Ψ 1 0.8 0.8 0.6 0.6 SFlux TAKAHASHI SFlux CASADEI SFlux TAKAHASHI SFlux CASADEI 0.4 0.4 0.2 0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.2 1.4 1.6 1.8 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2 0.8 0.6 SFlux TAKAHASHI SFlux CASADEI 0.4 0.2 1.6 1.65 1.7 1.75 1.8 1.85 1.9 1.95 Hình 6.20: So sánh từ thơng mơ hình 5.3 Động KĐB có tổn hao sắt từ bão hịa từ (mơ hình 3) 5.3.1 Vận tốc động ω 350 304 w TAKAHASHI w TAKAHASHI w CASADEI w CASADEI 300 302 250 300 200 298 150 296 100 294 50 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.2 1.4 1.6 1.8 Trang 90 292 0.38 0.39 0.4 0.41 0.42 0.43 0.44 0.45 Điều khiển DTC máy điện KĐB có tính đến tổn hao sắt từ bão hịa từ với bảng đóng cắt khác 303.5 12.5 w TAKAHASHI w TAKAHASHI w CASADEI w CASADEI 303 12 302.5 11.5 302 11 301.5 10.5 301 10 300.5 9.5 300 299.5 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9 0.95 1.05 1.1 1.15 1.2 8.5 1.76 1.77 1.78 1.79 1.8 1.81 1.82 1.83 1.84 1.85 Hình 6.21: So sánh tốc độ rotor mơ hình 5.3.2 Moment điện từ Te 50 45 Te TAKAHASHI Te TAKAHASHI Te CASADEI 40 30 35 20 30 10 25 20 -10 15 -20 10 -30 -40 -50 Te CASADEI 40 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.2 1.4 1.6 1.8 35 -5 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 Te TAKAHASHI Te CASADEI 30 -5 25 -10 20 -15 15 Te TAKAHASHI Te CASADEI -20 10 -25 -30 -35 -5 -10 0.75 -40 0.8 0.85 0.9 0.95 1.05 1.1 -45 1.4 1.5 1.6 Hình 6.22: So sánh moment điện từ mơ hình Trang 91 1.7 1.8 1.9 Điều khiển DTC máy điện KĐB có tính đến tổn hao sắt từ bão hòa từ với bảng đóng cắt khác 5.3.3 Dịng điện pha ia 70 70 ia TAKAHASHI ia TAKAHASHI ia CASADEI 60 50 50 40 40 30 30 20 20 10 10 0 -10 -10 -20 -20 -30 0.2 0.4 0.6 0.8 1.2 1.4 1.6 ia CASADEI 60 1.8 15 -30 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 20 ia TAKAHASHI ia TAKAHASHI ia CASADEI ia CASADEI 15 10 10 5 0 -5 -5 -10 -10 -15 -15 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9 0.95 1.05 1.1 -20 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 Hình 6.23: So sánh dịng điện pha mơ hình 5.3.4 Từ thông stator Ψ 1 0.8 0.8 0.6 0.6 SFlux TAKAHASHI SFlux CASADEI SFlux TAKAHASHI SFlux CASADEI 0.4 0.4 0.2 0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.2 1.4 1.6 1.8 Trang 92 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2 Điều khiển DTC máy điện KĐB có tính đến tổn hao sắt từ bão hịa từ với bảng đóng cắt khác 0.8 0.6 SFlux TAKAHASHI SFlux CASADEI 0.4 0.2 1.6 1.65 1.7 1.75 1.8 1.85 1.9 1.95 Hình 6.24: So sánh từ thơng mơ hình 5.4 Kết luận Trong giai đoạn t = 0s đến t = 0.4s (giai đoạn khởi động không tải):  Vận tốc ω: bảng đóng cắt Từ đồ thị ta dễ dàng nhận thấy, khoảng thời gian khởi động động cơ, sau có xảy vọt lố trở lại vận tốc định mức ω = 301.6 rad/s Tuy nhiên biên độ vọt lố không cao diễn thời gian ngắn Chính nhờ PID mà thời gian để đạt vận tốc định mức động nhanh nhiều so với khơng có PID  Moment điện từ Te: khoảng thời gian này, tải TL = Nm, thêm vào vận tốc ω tăng, theo mối quan hệ vận tốc – moment điện từ Te – moment tải TL, ta thấy moment Te nhanh chóng đạt đến giá trị gần 40Nm Tuy moment điện từ Casadei dao động lớn so với Takahashi khoảng vận tốc thấp  Dòng điện pha ia: bảng đóng cắt dịng điện vọt lên cao khoảng gần 70A khởi động động cơ, khoảng 0.01s, sau trì biên độ gần 20A suốt thời gian khởi động  Từ thông stator Ѱs: từ thông Takahashi dao động nhiều khoảng từ 0s đến 0.1s, nhiên sau dần men theo giá trị từ thơng đặt *= 0.9889Wb Cịn từ thơng Casadei, lên đỉnh nhanh dần men theo giá trị từ thông đặt Ѱ* = 0.9889Wb Trang 93 Điều khiển DTC máy điện KĐB có tính đến tổn hao sắt từ bão hịa từ với bảng đóng cắt khác Trong giai đoạn t = 0.4s đến t = 0.8s (giai đoạn ổn định không tải):  Vận tốc ω: lúc động đạt trạng thái định mức ω = 301.6 rad/s bảng đóng cắt  Moment điện từ Te: khoảng thời gian này, tải TL = Nm, vận tốc ω không tăng mà đạt trạng thái ổn định, theo mối quan hệ vận tốc – moment điện từ Te – moment tải TL, ta thấy moment Te = 0Nm phù hợp Cả bảng đóng cắt  Dịng điện pha ia: dòng điện trở vể giá trị ổn định, dao động xung quanh giá trị 10A Cả bảng đóng cắt  Từ thông stator Ѱs: từ thông dao động ổn định xung quanh giá trị từ thơng đặt Ѱ* = 0.9889Wb Cả bảng đóng cắt Trong giai đoạn t = 0.8s đến t = 1s (giai đoạn đóng tải vào lấy tải ra):  Vận tốc ω: vào lúc t=0.8s đóng tải, vận tốc bị giảm xuống sau nhờ có PID với giá trị vận tốc đặt ω* = 301.6rad/s giúp cho động quay trở lại tốc độ định mức Sau đó, vào lúc t = 1s lấy tải khiến cho tốc độ động lại vọt lên cao, nhiên nhờ có PID với giá trị vận tốc đặt ω* = 301.6rad/s giúp cho động quay trở lại tốc độ định mức Cả bảng đóng cắt  Moment điện từ Te: vào lúc t = 0.8s đóng tải, moment điện từ Te đáp ứng theo tăng lên Từ lúc t = 0.8s lấy tải t = 1s, moment điện từ Te giữ giá trị không đổi vào khoảng 30Nm Sau đó, lấy tải TL = Nm, vận tốc ω không đạt trạng thái ổn định, theo mối quan hệ vận tốc – moment điện từ Te – moment tải TL, ta thấy moment Te = 0Nm Cả bảng đóng cắt  Dịng điện pha ia: có tải, dịng điện tăng cao, dao động xung quanh giá trị 15A Cả bảng đóng cắt  Từ thơng stator Ѱs: từ thông không thay đổi, dao động ổn định xung quanh giá trị từ thông đặt Ѱ* = 0.9889Wb Cả bảng đóng cắt Trang 94 Điều khiển DTC máy điện KĐB có tính đến tổn hao sắt từ bão hòa từ với bảng đóng cắt khác Trong giai đoạn t = 1.4s đến t = 1.8s (giai đoạn không tải giảm vận tốc đặt ω*):  Vận tốc ω: bắt dầu giá trị vận tốc đặt ω* = 301.6rad/s xuống ω* = 10rad/s, vận tốc động giảm từ từ theo đường xiên không trở giá trị đặt mà vọt xuống khoảng thời gian ngắn, sau ổn định thoe vận tốc đặt 10rad/s Cả bảng đóng cắt  Moment điện từ Te: vào lúc vận tốc ω bắt đầu giảm, tải TL = Nm, moment điện từ Te giảm xuống theo mối quan hệ vận tốc – moment điện từ Te – moment tải TL Khi vận tốc ω đạt giá trị ổn định ω = 10rad/s, theo mối quan hệ vận tốc – moment điện từ Te – moment tải TL, Te lại trở giá trị Cả bảng đóng cắt  Dịng điện pha ia: có moment điện từ Te tăng, làm cho dòng điện tăng cao dao động xung quanh giá trị 15A Cả bảng đóng cắt  Từ thông stator Ѱs: từ thông không thay đổi, dao động ổn định xung quanh giá trị từ thông đặt Ѱ* = 0.9889Wb Đến khoảng t = 1.6s, vận tốc ngưỡng định, từ thông Takahashi bắt đầu suy yếu trở nên dao động mạnh, cịn từ thơng Casadei bám giá trị từ thông đặt Ѱ* = 0.9889Wb Trong giai đoạn t = 1.8s đến t = 2s (giai đoạn không tải vận tốc đặt ω* = 10rad/s):  Vận tốc ω: ổn định ω = 10rad/s Cả bảng đóng cắt  Moment điện từ Te: Te = Cả bảng đóng cắt  Dịng điện pha ia: dao động khơng theo quy luật hình sin Cả bảng đóng cắt  Từ thông stator Ѱs: từ thông Takahashi dao động mạnh, từ thông Casadei bám giá trị từ thông đặt Ѱ* = 0.9889Wb Trang 95 Điều khiển DTC máy điện KĐB có tính đến tổn hao sắt từ bão hòa từ với bảng đóng cắt khác CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN Kết luận đề tài Nhiệm vụ luận văn xây dựng mơ hình Matlab/Simulink điều khiển trực tiếp moment (DTC), mơ hình máy điện lý tưởng lẫn mơ hình máy điện có tính đến tổn hao sắt từ bão hịa từ Và từ đó, ứng dụng vào thực tế Sử dụng bảng đóng cắt Takahashi Casadei, tiến hành mơ hình hóa, so sánh đưa kết khảo sát với Matlab, nhằm hiểu rõ ưu nhược điểm ảnh hưởng mơ hình điều khiển lên máy điện khơng đồng Trong trường hợp sử dụng bảng đóng cắt Takahashi, có vector zero nên khởi động máy vận hành máy vùng vận tốc thấp, xảy tượng khử từ, dẫn đến từ thông stator bị lệch khỏi giá trị tham chiếu Đây mặt hạn chế sử dụng phương pháp Tuy nhiên, sử dụng bảng đóng cắt Takahashi vùng vận tốc cao, ưu điểm có biên độ dao động nhỏ có tham gia vector zero Casadei cải tiến bảng đóng cắt Takahashi cách đề nghị bỏ vector zero vùng vận tốc thấp Phương pháp giúp tránh tượng khử từ, biên độ dao động moment điện từ tăng lên Tuy vậy, Casadei khắc phục nhược điểm Takahashi, đề phương pháp điều khiển xác cho máy điện Hướng phát triển đề tài Cần nghiên cứu đối chiếu thêm nhiều bảng đóng cắt khác để đưa thêm nhiều phương pháp điều khiển DTC tối ưu Kết hợp điều khiển DTC với điều khiển không cảm biến MRAS phương pháp điều khiển đại như: Fuzzy logic, Adaptive control, Neural network…cho mơ hình động có xem xét ảnh hưởng tổn hao sắt từ bão hòa từ Trang 96 Điều khiển DTC máy điện KĐB có tính đến tổn hao sắt từ bão hịa từ với bảng đóng cắt khác TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] ABB Sistemas Industriales, S.A Control Directo de Par Technical Guide [2] Alfonso, D.; Gianluca, G.; Ignazio,M ; Aldo, P An improved Look-up table for Zero Speed Control in DTC Drives, Proceedings EPE'99, 8th European Conference on Power Electronics and Applications Lausanne September /1999 [3] Ion boldea and Syed Nasar, The induction machine handbook, Baca Raton London, New York, Washington, DC [4] Nguyễn Phùng Quang, Điều khiển tự động truyền động điện xoay chiều pha, NXBGD 1998 [5] Peter Vas, Sensorless vector and direct torque control, Oxford university press 1998 [6] E Levi, High performance drives, school of engineering, Liverpool John Moores University, Liverpool, UK_ 2001 [7] M Sokola anh E Levi, A novel induction machine model anh its aplication in the development of an advanced vector control scheme, School of engineering, Liverpool John Moores University, Liverpool, UK [8] Buja, G.; Casadei, D.; Serra, G Direct Torque Control of Induction Motor Drives ISIE 97 Guimaraes Portugal IEEE Catalog Number: 97TH8280 [9] Buja, Giuseppe A New Control Strategy of the Induction Motor Drives: The Direct Flux and Torque Control IEEE Industrial Electronics Society Newsletter December 1998 [10] Casadei, D.; Serra G.; Tani A.; Improvement of Direct Torque Control Performance by using a Discrete SVM Technique ISBN 0-7803-4489-8 1998 IEEE [11] Casadei, D.; Serra G.; Tani A.; Implementation of a Direct Torque Control Algorithm for Induction Motors Based on Discrete Space Vector Modulation; IEEE Trans on Power Electronics, Vol 15, No 4; July 2000 Trang 97 Điều khiển DTC máy điện KĐB có tính đến tổn hao sắt từ bão hòa từ với bảng đóng cắt khác [12] Habelter, G.; Profumo, F.; Pastorelli, M.; Tolbert, L Direct Torque Control of Induction Machines Using Space Vector Modulation; IEEE Trans on Industry Applications, Vol 28, No 5; September/October 1992 [13] Nguyễn Hữu Phúc, Kỹ thuật điện 2, máy điện quay, NXB ĐHQG TP HCM_ 2003 [14] Valentine, R, Motor Control Electronics HandBook, McGraw-Hill, New York, 1998 [15] J.W Finch Senior Member, IEEE, D Giaouris Member, IEEE, Controlled AC Electrical Drives [16] Kang, J.; Sul, S.; New Direct Torque Control of Induction Motor for Minimum Torque Ripple and Constant Switching Frequency, IEEE Trans on Industry Applications, Vol 35, No 5; September/October 1999 [17] Lascu, C.; Boldea, I.; Blaabjerg, F A Modified Direct Torque Control for Induction Motor Sensorless Drive, IEEE Trans on Industry Applications, Vol.36, No 1; January/February 2000 [18] Leonhard, W.; Control of Electrical Drives Springler-Verlag 1990 [19] Ludtke, I The Direct Control of Induction Motors Thesis Department of Electronics and Information Technology University of Glamorgan May 1998 [20] Ludtke, I.; Arias, A.; Jayne M.G Improvement Direct Torque Control of Induction Motors, 8thEuropean Conference on Power Electronics and Applications EPE'99 ISBN: 90-75815-04-2 September 1999 Lausanne Switzerland [21] Nash, J.; Direct Torque Control, Induction Motor Vector Control without an Encode", IEEE Trans on Ind Applications, Vol 33, No 2; March/April 1997 [22] Takahashi, I and Nogushi, T A New Quick-Response and High-Efficiency Control Strategy of an Induction Motor, IEEE Trans Industry Applications, Vol.1A-22, October 1986 Trang 98 ... Trang Điều khiển DTC máy điện KĐB có tính đến tổn hao sắt từ bão hòa từ với bảng đóng cắt khác Trang Điều khiển DTC máy điện KĐB có tính đến tổn hao sắt từ bão hịa từ với bảng đóng cắt khác Hình... KĐB có xét đến tổn hao sắt từ bão hòa từ Các công thức đưa vào Matlab/Simulink, từ hình thành nên mơ hình mơ Trang 14 Điều khiển DTC máy điện KĐB có tính đến tổn hao sắt từ bão hòa từ với bảng đóng. .. Lr idr dt dt (2.56) Trang 13 Điều khiển DTC máy điện KĐB có tính đến tổn hao sắt từ bão hịa từ với bảng đóng cắt khác  Phương trình mạch tổn hao sắt từ bão hòa từ: 0 0 d dm R  RFeids  RFe