Một số vấn đề về phương pháp điều khiển trực tiếp momen động cơ không đồng bộ ba pha rotor lồng sóc Một số vấn đề về phương pháp điều khiển trực tiếp momen động cơ không đồng bộ ba pha rotor lồng sóc Một số vấn đề về phương pháp điều khiển trực tiếp momen động cơ không đồng bộ ba pha rotor lồng sóc luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - TRƯƠNG MINH TẤN MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ ĐIỀU KHIỂN PHƯƠNG PHÁP TRỰC TIẾP MOMEN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA ROTOR LỒNG SÓC LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: THIẾT BỊ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Hà Nội – 2004 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - TRƯƠNG MINH TẤN MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ ĐIỀU KHIỂN PHƯƠNG PHÁP TRỰC TIẾP MOMEN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA ROTOR LỒNG SÓC LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: THIẾT BỊ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN THẾ CÔNG Hà Ni 2004 Luận văn tốt nghiệp cao học Môc lôc Trang Môc lôc - Lời nói đầu - Ch-¬ng 1: Tỉng quan hệ thống điều khiển chuyển động ĐCKĐB pha - 1.1 Tỉng quan vỊ hƯ thèng ®iỊu khiĨn chun ®éng - 1.1.1 CÊu tróc hƯ ®iỊu khiĨn chun ®éng 1.1.2 Phân loại hệ thống ®iỊu khiĨn chun ®éng 1.1.3 Hệ thống điều khiển chuyển động sử dụng ĐCKĐB 1.1.4 Phân tích sai số điều khiển - 10 1.1.5 Sai số l-ợng nhiễu loạn khác 13 1.1.6 Mét số mô hình điều khiển chuyển động - 14 1.2 Thiết bị biến tần - 14 1.2.1 Nguyên lý điều chỉnh điện áp tần số đầu - 16 1.2.2 NghÞch l-u ®éc lËp nguån dßng 17 1.2.3 Nghịch l-u độc lËp nguån ¸p 18 1.2.4 Ph-ơng pháp ®iÒu biÕn ®é réng xung PWM 20 Ch-ơng 2: Mô hình toán học động ®iƯn kh«ng ®ång bé ba pha - 25 2.1 Hệ ph-ơng trình động không đồng pha rotor lồng sóc - 25 2.2 Biểu diễn vectơ không gian đại l-ợng ba pha động không đồng - 30 2.3 Chuyển hệ toạ độ cho vectơ không gian - 31 2.4 Một số hệ toạ độ sử dụng nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều khiển - 32 2.4.1 Hệ toạ độ cố định với stator (hệ toạ độ ) 32 2.4.2 Hệ toạ độ cố định với từ tr-ờng quay (hệ toạ độ dq) 32 2.5 Mô hình liên tục động không đồng pha - 33 LuËn văn tốt nghiệp cao học 2.5.1 Mô hình ĐCKĐB hệ toạ độ cố định stator () - 33 2.5.2 Mô hình động không đồng hệ toạ độ từ thông rotor (hệ toạ độ dq) - 38 2.6 Mô hình gián đoạn động không đồng ba pha - 41 2.6.1 Mô hình gián đoạn động hệ toạ độ 41 2.6.2 Mô hình gián đoạn động hệ toạ độ từ thông rotor (dq) - 43 Ch-ơng 3: Các ph-ơng pháp điều khiển động điện xoay chiều không đồng ba pha - 45 3.1 Đặc tính động không đồng bé - 45 3.2 Các ph-ơng pháp điều khiển động không ®ång bé - 46 3.2.1 Luật điều chỉnh tần số - 48 3.2.2 Lt ®iỊu chØnh tõ th«ng 49 3.2.3 Ph-ơng pháp điều khiẻn vect¬ 50 3.2.2.1 Ph-ơng pháp tựa theo từ thông rotor RFO (Rotor Flux Orientation) -51 3.2.2.2 Ph-ơng pháp điều khển trực tiếp momen DTC (Direct Torque Control) 54 3.2.2.3 So sánh hai ph-ơng ph-ơng pháp ®iỊu khiĨn RFO vµ DTC - 57 Ch-ơng 4: Điều khiển trực tiếp momen động không đồng - 58 4.1 Điều chế vectơ điện áp kh«ng gian - 58 4.2 Quan hệ vectơ từ thông stator vectơ điện áp stator 62 4.3 Quan hệ thành phần tạo nên momen -63 4.4 Mô hình tổng quát ph-ơng pháp điều khiển trực tiếp momen - 64 4.4.1 Mô hình tổng quát - 64 4.4.2 Xây dựng tổng hợp hệ điều khiển trực tiếp momen Luận văn tốt nghiệp cao học động không đồng -65 4.4.2.1Mô hình ĐCKĐB ph-ơng pháp điều khiÓn trùc tiÕp momen - 65 4.4.2.2 Mô hình khâu quan sát 66 4.4.2.3 Khâu nhận dạng vị trí sector - 67 4.4.2.4 Bộ điều chỉnh momen từ th«ng - 67 4.4.2.5 B¶ng chän Lookup - 69 4.4.2.6 Khâu điều chế áp 72 4.4.2.7 Kh©u chuyển đổi toạ độ - 72 4.4.2.8 Mô hệ thống sè kÕt qu¶ 72 Ch-ơng 5: Tổng hợp hệ thống điều khiển số động không đồng dùng ph-ơng pháp điều khiển trực tiếp momen 80 5.1 HƯ thèng ®iỊu khiĨn sè ®éng không đồng dùng ph-ơng pháp điều khiển trực tiÕp momen - 83 5.2 Mô hình tổng hợp mạch vòng tốc độ - 85 5.3 Mô hình tổng hợp mạch vòng vị trí - 89 KÕt luËn 94 Tài liệu tham khảo - 97 Phô lôc1 98 Phô lôc - 107 Luận văn tốt nghiệp cao học Lời nói đầu Ngày động không đồng đặc biệt động pha rotor lồng sóc đà chiếm -u đặc biệt thị tr-ờng n-ớc nh- giới Sản l-ợng nhà máy chế tạo động điện n-ớc ta chủ yếu động không đồng Động có -u điểm bậc nh- kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, kích th-ớt nhỏ gọn so với loại động khác có công suất, làm việc tin cậy, đơn giản an toàn vận hành, giá thành hạ ., đặc biệt năm gần đây, ứng dụng tiến kỹ thuật điện tử tin học mà hệ thống điều khiển tự động đ-ợc phát triển có đổi thay lớn Công nghệ vi mạch phát triển khiến cho việc sản xuất thiết bị điện tử ngày hoàn thiện biến đổi điện tử công suất hệ thống điều khiển đáp ứng đ-ợc khả tác động nhanh, độ xác cao mà góp phần giảm kích th-ớt hạ giá thành hệ thống Đặc biệt thập kỷ gần tr-ớc phát triển mạnh mẽ ngày hoàn thiện ph-ơng pháp điều khiển chuyển động động không đồng bộ, hàng loạt ứng dụng động không đồng đà mở kỷ nguyên điều khiển học kỹ thuật Thông th-ờng động xoay chiều nói chung, động không đồng nói riêng đ-ợc điều khiển thiết bị biến đổi tần số Các điều chỉnh tần số đà đ-ợc sử dụng rộng rÃi mang lại hiệu kinh tế cao Để điều khiển động xoay chiều có nhiều ph-ơng pháp đ-ợc đề xuất nh-ng ph-ơng pháp điều khiển vectơ (ph-ơng pháp điều khiển tựa theo từ thông rotor, ph-ơng pháp điều khiển trực tiếp momen) đà tạo nên thành công sản phẩm th-ơng mại Hai ph-ơng pháp có chung nguyên lý áp đặt nhanh momen từ thông có chung đối t-ợng điều khiển động điện xoay chiều ba pha Về cách thức xây dựng hai ph-ơng pháp khác Có thể nói rằng, mô hình điều khiển thuật toán theo ph-ơng pháp tựa theo theo từ thông rotor phức tạp, ng-ợc lại với ph-ơng pháp điều khiển trực tiếp momen có thuật toán đơn giản nh-ng cho hiệu điều khiển hệ thống cao, cụ thể đáp ứng momen nhanh 5 Luận văn tốt nghiệp cao học Xuất phát từ vấn đề mà thực tiễn đặt đây, đ-ợc đồng ý tr-ờng ĐH Bách khoa Hà nội, Bộ môn Thiết bị điện - điện tử Thầy giáo h-ớng dẫn TS Nguyễn Thế Công, tác giả đà chọn đề tài: Một số vấn đề ph-ơng pháp điều khiển trực tiếp momen động không đồng ba pha rotor lồng sóc Mục đích đề tài: Luận văn áp dụng lý thuyết điều khiển đại vào hệ thống điều khiển động không đồng để nâng cao chất l-ợng điều khiển theo qui luật tác động nhanh nhằm tăng suất gia công chất l-ợng sản phẩm Ph-ơng pháp nghiên cứu: -Nghiên cứu lý thuyết để xây dựng thuật toán điều khiển; -Mô hình hoá mô máy tính để kiểm nghiệm kết nghiên cứu lý thuyết Nội dung luận văn đ-ợc chia làm ch-ơng với nội dung tóm tắt nh- sau: Ch-ơng thứ trình bày tổng quan hệ thống điều khiển chuyển động công nghiệp, phân tích sai số hệ thống điều khiển này, khái quát biến tần cụ thể biến tần có khâu trung gian chiều Ch-ơng thứ hai trình bày việc thết lập mô hình toán động không đồng pha rotor lồng sóc, ch-ơng đề cập đến cách tóm tắt lý thuyết máy điện tổng quát hai pha, việc biểu diễn đại l-ợng ba pha d-ới dạng vectơ không gian, việc chuyển toạ độ cho vectơ không gian nghiên cứu mối quan hệ điện cảm hỗ cảm với tham số tính toán th-ờng đ-ợc sử dụng lý thuyết máy điện đ-a hệ ph-ơng trình động không đồng hệ toạ độ pha (), (dq) mô hình liên tục, gián đoạn mô tả hệ thống Ch-ơng thứ ba trình bày ph-ơng pháp điều khiển động xoay chiều không đồng ba pha nh-ng chủ yếu đề cập đến ph-ơng pháp điều khiển tần số ph-ơng pháp điều khiển vectơ Ch-ơng thứ t- trình bày ph-ơng pháp điều khiển trực tiếp momen, có xét đến mối quan hệ vectơ từ thông stator vectơ điện áp stator, thành phần tạo nên momen Ch-ơng đ-a mô hình tổng quát ph-ơng pháp điều khiển trực tiếp momen sử dụng phần mềm mô Simulink- Matlab thiết lập mô hình giải ph-ơng pháp số 6 Luận văn tốt nghiệp cao học Ch-ơng thứ năm trình bày cách thức xây dựng hệ thống điều khiển số động không đồng sở điều khiển trực tiếp momen ch-ơng này, để tổng hợp điều chỉnh (tốc độ, vị trí), tác giả sử dụng phần mềm Matlab d-ới dạng m-file mô tả hệ thống d-ạ vào qũy đạo cực để chọn điều chỉnh Phần kết luận khái quát lại kết đà đạt đ-ợc trình nghiên cứu, tồn h-ớng phát triển đề tài Để đạt đ-ợc kết tác giả đà nhận đ-ợc giúp đỡ nhiệt tình Thầy cô đồng nghiệp Tác giả vô biết ơn giúp đỡ tận tình Thầy giáo h-ớng dẫn TS Nguyễn Thế Công, Thầy cô Bộ môn Thiết bị điện - điện tử tr-ờng Đại học Bách khoa Hà nội, Thầy cô có liên quan đến lĩnh vực chuyên môn tr-ờng, bạn bè ng-ời thân đà hết lòng giúp đỡ, động viên tạo điều kiện thuận lợi để tác giả hoàn thành luận văn Do thời gian dành cho luận văn trình độ thân có hạn nên luận văn tránh đ-ợc thiếu sót Tác giả biết ơn trân trọng ý kiến góp ý, xây dựng Thầy cô đồng nghiệp để luận văn đ-ợc hoàn thiện Hà nội, ngày 20 tháng năm 2004 Tác giả : Tr-ơng Minh Tấn Luận văn tốt nghiệp cao học Ch-ơng Tổng quan hệ thống điều khiển chuyển động động không ®ång bé ba pha 1.1.Tỉng quan vỊ hƯ thèng ®iỊu khiển chuyển động: Điều khiển chuyển động (Motion Control) tập hợp tri thức thuộc lĩnh vực điều khiển phối hợp nhiều hệ truyền động tạo thành chuyển động đà định theo yêu cầu công nghệ Thật vậy, máy móc công nghiệp phục vụ dây chuyền công nghệ, muốn tạo thành chi tiết hay sản phẩm, phải có chuyển động cần thiết, chí chuyển động lại liên động chặt chẽ với Chẳng hạn, máy cắt kim loại, muốn gia công đ-ợc chi tiết phải có chuyển động chính, chuyển động ăn dao chuyển động phụ, chuyển động phối hợp với theo yêu cầu trình công nghệ, nh-ng mặt khác chuyển động lại có yêu cầu riêng ví dụ nh- : phạm vi điều chỉnh tốc độ, độ trơn điều chỉnh, tính chất momen cản Trong thực tế hệ thống điều khiển chuyển động (ĐKCĐ) phải tạo chuyển dịch học quay tròn hay tịnh tiến vừa quay tròn vừa tịnh tiến (song phẳng) Nguồn động lực cho chuyển động nhiệt, thuỷ lực, khí nén, điện Đối với hệ thống ĐKCĐ lĩnh vực truyền động điện mục tiêu phải đảm bảo giá trị yêu cầu đại l-ợng điều chỉnh mà không phụ thuộc vào tác động nhiễu lên hệ thống 1.1.1 Cấu trúc hệ điều khiển chuyển động : NL THĐ R BĐ M Mx ĐL Hình 1.1: Cấu trúc chung hệ ĐKCĐ - truyền động điện Luận văn tốt nghiệp cao học Hệ thống ĐKCĐ cần phải tin cậy, xác, giá thành rẻ tiết kiệm l-ợng, th-ờng gồm phần sau: Nguồn l-ợng điện (NL) với điện áp tần số ổn định Bộ biến đổi điều khiển _ Drives (BĐ) có điện áp thay đổi điện áp tần số thay đổi, biến đổi đà đ-ợc cấu tạo từ Thyristor, đến Tranzistor, đến MOSFET, IGBT, đến điều khiển véc tơ biến đổi điều khiển tiết kiệm l-ợng với hiƯu st cao HƯ thèng ®iỊu khiĨn SERVO mét chiều, xoay chiều t-ơng tự, SERVO số nối mạng (Network SERVO) theo hệ kín cấu trúc nhiều vòng đ-ợc sử dụng liên hệ phản hồi - điện thích hợp mạch vòng Động điện (M) gồm loại chiều, xoay chiều với dải công suất nhỏ từ 0,003 đến 0,75 KW, loại trung bình từ 0,75 đến 15 KW, loại lớn từ 15 KW trở lên đến 55 KW, điện áp 24V, 48V chiều 100V, 200V, 400V xoay chiều, động tuyÕn tÝnh cã lùc kÐo tõ 140N ®Õn 6000N, ®éng b-ớc với b-ớc thay đổi giới hạn từ 1800 đến 10 nhỏ Các truyền khí Phụ tải (Mx) CAD Điện tử t-ơng tự số Máy tính Thiết bị bán dẫn công suất Hệ thống ĐKCĐ Bộ biến đổi Máy điện Lý thuyết điều khiển VLSI Hình 1-2:Các lĩnh vực liên quan đến điều khiển chuyển động Hệ ĐKCĐ yêu cầu sử dụng kỹ thuật nhiều lĩnh vực nh- hình 1-2, máy tính mạch tích hợp cỡ lớn VLSI (Verry Large Scale Intergration), tự động hoá Luận văn tốt nghiệp cao học thiết kế CAD (Computer Aided Design), lý thut ®iỊu khiĨn, kü tht điện tử t-ơng tự điện tử số, thiết bị bán dẫn công suất, biến đổi l-ợng loại máy điện Ba lĩnh vực chủ yếu liên quan đến phát triển hệ thống ĐKCĐ : Điện tử công suất (bao gồm thiết bị mạch điện), máy điện(chủ yếu loại động điện) kỹ thuật điều khiển (bao gåm c¶ kü tht xư lý tÝn hiƯu) Khã cã thể nói lĩnh vực quan trọng Tuy vậy, đóng góp ba lĩnh vực vào phát triển ĐKCĐ to lớn Do đòi hỏi việc tăng hiệu cải tiến chất l-ợng sản phẩm, thiết bị kỹ thuật việc giảm giá thành phải tăng hiệu suất, giảm sóng hài cđa ngn, kÕt cÊu gän nhĐ, sư dơng thn tiƯn tiêu chuẩn hoá cao Trong xu nay, hệ ĐKCĐ ngày tin cậy, xác hơn, dễ sử dụng giá thành rẻ vì: - Sử dụng thiết bị bán dẫn công suất có tần số hiệu suất cao - Sự phát triển kết cấu máy điện - Sử dụng algorithm điều khiển đại trực tiếp, tinh xảo 1.1.2 Phân loại hệ thống điều khiển chuyển động: -Nếu quan tâm đến tín hiệu điều khiển ta có điều chỉnh t-ơng tự (analog) điều chỉnh số (digital) -Nếu quan tâm đến cấu trúc thuật điều khiĨn ta cã : ®iỊu khiĨn thÝch nghi, ®iỊu khiĨn véctơ -Nếu quan tâm đến số trục truyền động hệ thống có hệ trục (hệ SISO_ Single Input, Single Output), c¸c hƯ nhiỊu trơc (hƯ MIMO_ Multi Input, Multi Output) -NÕu xÐt nhiƯm vơ chung cđa hệ thống chia làm loại: +Hệ ĐKCĐ phẳng +Hệ ĐKCĐ không gian 1.1.3 Hệ thống điều khiển chuyển động sử dụng động điện không đồng bộ: Động điện xoay chiều không đồng có kết cấu đơn giản, làm việc tin cậy giá thành rẻ so với động điện chiều Mặt khác thiết bị biến tần với kỹ thuật 10 Luận văn tốt nghiệp cao học điều khiển cao chiếm -u ứng dụng điều khiển hiệu suất cao Để thúc đẩy phát triển truyền động xoay chiều tr-ớc hết phải phát triển điện tử công suất, mạch tích hợp, mạch vi xử lý để tạo nên biến đổi công suất điều khiển Điều khiển động xoay chiều phức tạp động chiều phức tạp đòi hỏi hiệu suất cao Nguyên nhân lµ nhiỊu quan hƯ phi tun (n,M, I), xư lý phức tạp tín hiệu hồi tiếp, điều khiển phức tạp nguồn cung cấp có điện áp tần số biến thiên Ph-ơng pháp điều khiển truyền thống ví dụ phụ tải có momen không đổi sử dụng biến đổi với U f =const, nhiên hiệu suất thấp công suất bị hạn chế Trong tr-ờng hợp yêu cầu cao ng-ời ta sử dụng điều khiển vô h-ớng liên quan đến phản hồi hệ số tr-ợt, điều khiển momen từ thông với qui luật tr-ợt, điều khiển véctơ, điều khiển mờ 1.1.4 Phân tích sai số điều khiển: Độ xác điều chỉnh hệ lúc đ-ợc xác định đại l-ợng tỷ lệ nghịch với sai lệch đại l-ợng điều chỉnh trạng thái xác lập tựa xác lập Các sai lệch th-ờng gặp sai lệch tuyệt đối (có thứ nguyên) sai lệch t-ơng đối (%) Độ xác tỷ lệ nghịch với sai lệch t-ơng đối độ xác, sai lệch t-ơng đối Để tăng độ xác nghĩa tìm ph-ơng pháp giảm sai lệch điều chỉnh hệ thống, điều quan trọng cần hiểu rõ sai lệch chúng kết hợp với nh- để tạo sai số lớn hệ thống truyền động điện tự động Mặt dù số tr-ờng hợp, sai số triệt tiêu lẫn gần nh- hoàn toàn, song luôn phải giả định tổ hợp sai số xấu Ngoài sai số thiết bị hệ, tránh khỏi sai số ng-ời điều khiển, ng-ời thao tác quan sát gây Để thuận tiện cho việc khảo 11 Luận văn tốt nghiệp cao học xác, loại bỏ sai số gây yếu tố ng-ời, mà đề cập đến sai số gây thiết bị Xét hình 1-3, ta có: Hàm truyền hệ thống hở cã d¹ng: Wh ( p) Y ( p) k b p m b p m1 v nv nv1 (1-1) E ( p) p a0 p a1 p x E Wh(p) y (-) Hµm trun hƯ thèng kÝn cã d¹ng Wh ( p) Y ( p) Wk ( p) X ( p) Wh ( p) Hình 1-3:Cấu trúc hệ điều khiển tự động (1-2) Ta tÝnh sai lƯch E(p) cđa hƯ biÕt X(p) Y(p) = Wh(p) E(p) (1-3) Thay(1-3) vµo (1-2) ta cã : Wh ( p).E ( p) Wh ( p) X ( p) Wh ( p) Hay E(p) = X ( p) Wh ( p) (1-4) St = lim (t ) Sai sè tÜnh ký hiƯu lµ St: t Víi (t) lµ hàm gốc sai số ứng với ảnh Laplace E(p) Dựa vào định lý tiến đến giới hạn ảnh gốc biến đổi Laplace lim (t ) lim E ( p) t p (1-5) Vì sai số St là: St = lim (t ) = lim t p 0 p X ( p) Wh ( p) (1-6) Công thức (1-6) đà thể sai số hệ thống quan hệ chặt chẽ với tín hiệu đầu vào X(p), đồng thời quan hệ với hàm số truyền Wh(p) thân hệ thống, tức cấu trúc hệ thống Với trạng thái cấu trúc hệ thống đà định, tín hiệu đầu vào mặt chủ yếu ảnh h-ởng đến sai số hệ thống Các dạng tín hiệu đầu vào th-ờng đ-ợc sử dụng 12 Luận văn tốt nghiệp cao học : hàm nhảy bậc đơn vị (W = 1(t)), hàm tuyến tính (W = W0.t), hàm parabol (W = W0.t2), hàm điều hoà (W = W0 sint)và hàm ngẫu nhiên (về toán học phân tích hàm ngẫu nhiên thành hàm dạng chuẩn nói trên) Ví dụ ta xét hệ cấp sau, hình 1-4 Hàm truyền đạt hệ hë cã d¹ng : Wh(p)=W1(p).W2(p).W3(p) k1k p(T1 p 1)(T2 p T3 p 1) Wh(p) = NÕu x(t) = 1(t) ta cã x(p) = , thay vµo (1-6) p St = lim p k1k /[ p(T1 p 1)(T2 p T3 p 1)] p St = lim p(T1 p 1)(T2 p T3 p 1) =0 p(T1 p 1)(T2 p T3 p 1) k1k p0 p 0 W1(p) X E (-) k1 T1 p W2(p) k2 T2 p T2 p W3(p) p Y Hình 1-4:Hệ điều khiển tự động cấp Cũng với hệ thống ta bỏ khâu tích phân thì: Wh(p) = k1k (T1 p 1)(T2 p T3 p 1) Sai lÖch tÜnh St = lim p0 p 1 Wh ( p) p k1k NÕu giữ hệ thống nh- hình 1-4 nghĩa khâu tích phân, nh-ng với hàm tác động đầu vµo lµ x(t) = k0 t x(p) = k0/p2 13 Luận văn tốt nghiệp cao học k p 02 p 0 k k /[ p(T p 1)(T p T p 1)] p 2 St = lim St = lim p 0 p p(T1 p 1)(T2 p T3 p 1) k k 02 k1k p(T1 p 1)(T2 p T3 p 1) k1k p Trong ®ã k0 biên độ tín hiệu vào Nh- dù có khâu tích phân nh-ng với tác động đầu vào khác (x(t) = k0.1(t)) hệ tồn sai lệch tĩnh 1.1.5 Sai số l-ợng nhiễu loạn khác: Tác động nhiễu th-ờng thấy nh- hình 1-5 Trong x tín hiệu đặt (điều khiển), y đáp ứng đầu ra, E sai lệch điều khiển, k(p) hàm số truyền điều khiển đối t-ợng điều khiển, nhiễu tác động vào hệ bao gồm: x Z1 Z3 E Z4 k(p) y (-) Z2 Hình 1-5 : Hệ điều chỉnh tự động truyền động điện với nhiễu +Nhiễu tác động đầu vào Z1 (sự thay đổi điện áp, không tuyến tính chiết áp điều chỉnh l-ợng đặt ) tạo nên sai số l-ợng đặt +Nhiễu tác động vào cấu đo l-ờng Z2 (ảnh h-ởng nhiệt độ độ ẩm đến cảm biến nh- máy phát tốc, máy biến dòng điện ) tạo nên sai số nhiễu đại l-ợng đo l-ờng +Nhiễu tác động vào điều chỉnh Z3 (làm trôi điểm không) tạo nên sai số điều chỉnh +Các nhiễu loạn phụ tải Z4 (sự thay đổi thông số hình học chuyển động làm momen quán tính thay đổi, lực ma sát lực cản phát sinh phụ thuộc vào vận tốc gia tốc .) tạo nên sai số đại l-ợng điều chỉnh ë chÕ ®é tÜnh k(p) = k0 14 y= LuËn văn tốt nghiệp cao học k0 Z ( x Z1 Z Z ) Z x Z1 Z Z k0 k0 k0 (1-7) Tõ (1-7) rót nhËn xÐt : NÕu nh- hệ số khuếch đại k0 đủ lớn nhiễu loạn Z4 (phụ tải) bù đ-ợc, nhiễu loạn Z1, Z2, Z3 khắc phục đ-ợc, làm giảm độ xác tĩnh hệ Nh- thiết bị hệ điều chỉnh tự ®éng trun ®éng ®iƯn nh- c¸c bé biÕn ®ỉi, c¸c loại động cảm biến đo l-ờng tạo nên sai số khắc phục đ-ợc, mà hạn chế cách lựa chọn thiết bị loại tốt hơn, chất l-ợng cao cho hệ 1.1.6 Một số mô hình điều khiển chuyển động: Hình 1-6a: Chuyển động quay Hình 1-6b: Chuyển động tuyến tính Hình 1-6c: Chuyển động đặc biệt 1.2 Thiết bị biến tần: Thiết bị biến tần (BT) thiết bị biến đổi điện chiều xoay chiều có tần số cố định f1 (th-ờng 50 Hz) thành dòng điện xoay chiều có tần số điều khiển đ-ợc f2 nhờ khoá điện tử BT chia làm loại nh- biểu đồ sau: 15 Luận văn tốt nghiệp cao học Thiết bị biến tần Biến tần máy điện Biến tần van Biến tần trực tiếp Biến tần gián tiếp Biến tần nguồn áp Nghịch l-u th-ờng Biến tần nguồn dòng Nghịch l-u PWM Đối với biến tần máy điện: Có khả điều chỉnh điện áp tần số cách độc lập; hiệu suất chung biến đổi thấp; quán tính điều chỉnh tần số lớn; khối l-ợng giá thành caocho nên khả ứng dụng bị hạn chế Đối với biến tần trực tiếp dùng van bán dẫn: Có sơ đồ cấu trúc đơn giản; hiệu suất biến đổi l-ợng cao; việc thay đổi tần số (f2) khó khăn phụ thuộc vào tần số đầu vào (f1); phạm vi ứng dụng biến đổi bị hạn chế giới hạn d-ới tần sè kho¶ng 10 HZ ( f1 = 50Hz ) giới hạn không v-ợt f1 Đối với biến tần gián tiếp: Việc phải biến l-ợng hai lần làm giảm hiệu suất biến tần, song bù lại loại biến tần cho phép thay đổi dễ dàng f không phụ thuộc f1 dải rộng d-ới f1 tần số phụ thuộc vào mạch điều khiển Hơn với sù øng dơng hƯ ®iỊu khiĨn sè nhê kü tht vi xử lý dùng van bán bán dẫn công nghệ cao đà cho phép phát huy tối đa -u điểm biến tần loại Biến tần gián tiếp (biến tần có khâu trung gian chiều): U1 ; f U2; f2var ~ CL + - KTG chiều + NL - Khâu ĐK Hình 1-7: Cấu trúc biến tần ĐC 16 Luận văn tốt nghiệp cao học -Khâu chỉnh l-u (CL): nhằm để biến đổi điện áp tần số l-ới điện thành nguồn chiều nhờ thiết bị chỉnh l-u có điều khiển điều khiển -Khâu trung gian chiều (bộ lọc): dùng để lọc giữ cho điện áp dòng điện khâu CL số tuỳ vào mục đích sử dụng nghịch l-u -Khâu nghịch l-u (NL): dùng để biến nguồn chiều thành nguồn xoay chiều có điện áp tần số thay đổi dùng cho tải -Khâu điều khiển điện áp tần số dùng cho tải 1.2.1 Nguyên lý điều chỉnh điện áp tần số đầu ra: T: b-ớc l-ợng tư theo thêi gian U:b-íc l-ỵng tư theo møc NT = T/T: sè b-íc l-ỵng tư theo thêi gian mét chu kú T u(t) U 2 T Mạch tạo xung cho dịch xung điều khiển nghịch l-u có tần số thay đổi (f x = var), b-ớc l-ợng tử thay đổi (T = var), số b-ớc l-ợng tử theo thời gian giữ không đổi (NT = const) Nh- muốn thay đổi tần số điện áp f2 cần phải thay đổi tần số phát xung fx biên độ điện áp U2 đ-ợc thay đổi cách thay ®ỉi b-íc l-ỵng tư theo møc U Trong tr-êng hỵp đặc biệt nghịch l-u ứng dụng qui luật điều khiển van mà b-ớc l-ợng tử U tự hình thành, muốn điều chỉnh điện áp cần thay đổi nguồn chiều đ-a vào nghịch l-u Nguyên lý điều chỉnh tần số: *T = var; NT = const f2 1 var T NT T *T = const; NT = var f2 1 var T NT T 17 Luận văn tốt nghiệp cao học 1.2.2 Nghịch l-u độc lập nguồn dòng: Sơ đồ nguyên lý hình 1-8, gồm cầu chỉnh l-u cầu nghịch l-u, cầu nghịch l-u Thyristor đ-ợc nối tiếp thêm diod, gọi diod chặn, nửa cầu có tụ điện, diod D1D6 nhằm cách ly tụ điện chuyển mạch dây quấn pha động không đồng (tải ĐCKĐB) để chúng không tạo thành mạch cộng h-ởng làm ảnh h-ởng đến trình chuyển mạch Nguồn cung cấp chiều đ-ợc lấy từ nguồn chỉnh l-u có điều khiển thông qua cuộn dây Ld có điện cảm đủ lớn để cung cấp cho biến tần nguồn dòng điện Id Bộ nghịch l-u dùng nhóm van đấu theo sơ đồ cầu, nhóm anot chung (T1, T3, T5) nhóm catot chung (T2, T4, T6), góc dẫn van 1200 điện Thứ tự dẫn van theo thứ tù tõng cỈp nh- sau: T1-T2; T2-T3; T3-T4; T4-T5; T5-T6; T6-T1, trình tự mở van theo thứ tự 1, 2, 3, 4, 5, 6, 1… Ld Id T1 T3 C2 C1 D1 ~ D4 C3 C4 T5 D3 D5 D6 C5 D2 a b c §C C6 T4 T6 T2 Hình 1-8 : Sơ đồ nguyên lý nghịch l-u độc lập nguồn dòng Theo thứ tự điều khiển më c¸c van ta nhËn thÊy r»ng c¸c van sÏ cắt dòng Id thành khối hình chữ nhật khối âm khối d-ơng kéo dài 1200 điện, khối cách khối 600 điện Nh- cách điều khiển mở van đà tạo dòng điện lệch pha thời gian 1200 nh- hình 1-9 Giá trị hiệu dụng dòng tải I s I d Giá trị hiệu dụng dòng phân tích chuỗi Fourier I s1 I d 18 Luận văn tốt nghiÖp cao häc Id 600 600 600 600 600 600 600 T1 T2 t isa Id t isb T3 T4 T5 T6 t isc t H×nh 1-9:Giản đồ phân phối xung dòng điện đầu nghịch l-u dòng Nếu bỏ qua tổn hao van tổn hao thành phần sóng hài bậc cao Từ điều kiện cân công suất nguồn tải UdId = 3.Us1Is1cos : Ud; Id dòng áp đầu vào nghịch l-u Us1; Is1 trị hiệu dụng áp dòng pha thành phần phân tích Fourier góc lệch pha dòng áp bậc U s1 Ud Id U d 3I s1 cos cos 1.2.3Nghịch l-u độc lập nguån ¸p: I III T3 II Ld Id T1 C1 T5 C2 C3 ~ a b c C C4 C5 ĐC C6 T4 T6 T2 Hình 1-10: Sơ đồ nguyên lý biến tần nghịch l-u độc lập nguồn áp 19 Luận văn tốt nghiệp cao học Nhóm chỉnh l-u I vừa làm chức biến đổi điện áp từ xoay chiều thành chiều, vừa có nhiệm vụ điều chỉnh điện áp Ud Bộ lọc phẳng gồm Ld C Phần nhóm nghịch l-u van từ T1T6, chúng đ-ợc mở theo thứ tự van 1, 2, 3, 4, 5, 6, 1…, c¸ch 1/6 chu kỳ áp Nh- thời điểm có hai van thông, nối với cực d-ơng nối với cực âm điện áp Ud Bằng cách thay đổi thời gian thông van ta thay đổi đ-ợc thời gian chu kỳ áp nghĩa điều chỉnh đ-ợc tần số C1 C6 dùng để chuyển mạch van, diod nhóm nghịch l-u III có tác dụng ngăn tách tụ chuyển mạch với phụ tải, không cho tụ 600 1200 1800 2400 3000 3600 T1 T2 T3 T4 T5 T6 Ua 2Ud/3 phãng ®iƯn qua tải, diod nhóm II tạo thành cầu ng-ợc có tác dụng mở đ-ờng cho dòng điện phản kháng từ phía Hình 1-11: Đồ thị điện áp đầu nghịch l-u góc dẫn 1800 tải chảy tụ C, dòng điện xuất lệch pha dòng áp tải Khi tải đấu sao, giá trị hiệu dụng điện áp pha đ-ợc xác định nh- sau: U pha u 1 d 2 pha 2 Ud 2Ud U ( ) d ( ) d ( d )2 d 3 2 3 NhËn xÐt chung: -Dạng điện áp có dạng xung chữ nhật theo hai møc (+Ud , -Ud) hc møc (+Ud , 0, -Ud) Khi phân tích theo Fourier thành phần sóng (sin mong muốn) chứa nhiều sóng hài bậc cao, ảnh h-ởng xấu đến làm việc tải -Khi sử dụng lọc để giảm sóng hài bậc cao làm cho kích th-ớt, giá thành biến tần tăng lên đáng kể Để giải vấn đề này, ng-ời ta sử dụng ph-ơng pháp điều biến độ rộng xung PWM (Pusle Width Modulation) 20 Luận văn tốt nghiệp cao học 1.2.4 Ph-ơng pháp điều biến độ rộng xung PWM: -Tạo sóng hình sin có tần số tần số nghịch l-u, ta gọi sóng điều biên ur (reference) với tần số fr biên độ Ur -Tạo sóng tam giác có tần số lớn nhiều so với sóng điều biên, ta gọi sóng mang uc(carier) với tần số fc biên độ Uc -So sánh uc ur, giao điểm hai sóng xác định góc chuyển mạch van công suất nghịch l-u Gọi M u Mf Ur ; M u lµ tû số điều biến biên độ Uc fr ; Mf fc tỷ số điều biến tần số Từ hình 1-12 ta nhận thấy rằng: Giá trị điện áp có biên độ không đổi ( Ud); Khi thay đổi Mu Mf ta có độ rộng xung thay đổi, điện áp thay đổi Hình1-12: Biểu đồ thời gian minh hoạ ph-ơng pháp PWM 21 Luận văn tốt nghiệp cao học Để hiểu rõ ta xét sơ đồ biến tần pha sau: + D1 T1 it T2 D2 T¶i T4 u(t) T3 D3 Ud D4 - *PWM đơn cực (Unipolar): Trong ph-ơng pháp điều biến này, hai Transistor thẳng hàng luân phiên đóng cắt thời điểm mà điện áp sóng mang điện áp sóng điều biên Điện áp nghịch l-u chuỗi xung có giá trị + Ud nửa chu kỳ d-ơng có giá trị -Ud nửa chu kỳ âm, hình 1-13 *PWM l-ỡng cực (Bipolar): Các Transistor đ-ợc điều khiển cặp T1, T3 T2, T4 Điện áp nghịch l-u chuỗi xung có giá trị +Ud -Ud chu kỳ sóng điều biên, hình 1-14 Hình1-13:Dạng sóng ur uc u(t) thực PWM đơncực 22 Luận văn tốt nghiệp cao học Hình1-14:Dạng sóng ur uc u(t) thùc hiƯn PWM l-ìng cùc PWM l-ìng cùc ba pha: Đối với biến tần ba pha ng-ời ta thực đ-ợc PWM l-ỡng cực, ng-ời ta dùng ba điện áp điều biến (urA, urB, urC) đối xứng lệch phần ba chu kỳ sóng biến điệu dùng sóng mang (uc) cho ba pha, hình 1-15 + T1 D1 T D3 T5 Ud T4 D T D6 T2 D5 a b c D2 - *PWM víi ur sóng sóng hài bặc bội 3: Về nguyên tắc dạng sóng theo kiểu PWM đơn cực, nh-ng để giải vấn đề nh-: Cải thiện chế độ điện áp với biên độ sóng hài nhất; Khả tận dụng công suất nguồn Ud; Điều chỉnh dễ dàng điện áp - PWM hài bậc ( Third Harmonic PWM) 23 Luận văn tốt nghiệp cao học ur = U1[sint + U3sin3t] ; víi = 2fr Dạng sóng ur, uc nh- hình 1-16a Hình1-15: Dạng sóng ur uc điện áp tải - PWM phân cực: ur đ-ợc thực cách tạo hai sóng điều biên có biên độ tần số fr, 3fr nh-ng sóng đ-ợc cộng thêm bớt giá trị chiều có giá trị 0,5 ur1 = +0,5 + U1[sint + U3sin3t] ur2 = -0,5 + U1[sint + U3sin3t] ; Víi U1 0,5 Dạng sóng ur, uc nh- hình 1-16b - PWM phân cực có cải thiện dải điều chỉnh: ur1 = +0,5 + U1[sint + U3sin3t] + uo ur2 = -0,5 + U1[sint + U3sin3t] + uo ; 24 Với u0 đ-ợc xác định theo biểu thức: u0 = Luận văn tốt nghiÖp cao häc max(ua , ub , uc ) min(ua , ub , uc ) ua, ub, uc lµ biĨu thøc tøc thêi cđa ur cđa ba pha Dạng sóng ur, uc nh- hình 1-16c a) b) c) Hình1-16: Các dạng sóng khác ur uc Ngày nay, với ứng dụng hệ điều khiển sè nhê kü tht vi xư lý vµ dïng van lực thiết bị bán dẫn công nghệ cao ®· cho phÐp ph¸t huy tèi ®a c¸c -u ®iĨm biến tần Cho nên hệ truyền động biến tần - động điện xoay chiều thay hƯ trun ®éng ®iƯn mét chiỊu ThËt vËy, víi sù xâm nhập kỹ thuật vi xử lý kỹ thuật điều khiển đà cho phép giải thuật toán phức tạp điều khiển động điện xoay chiều ba pha thời gian thực với chất l-ợng điều khiển cao Mặt khác, truyền động điện xoay chiều có kích th-ớc nhỏ, tỷ lệ giá thành công suất nhỏ, dễ vận hành, bảo d-ỡng vành góp Việc điều khiển hệ thống trở nên thuận tiện việc phân cấp chức điều khiển từ trung tâm xuống phần tử ghép nối với qua bus tiêu chuẩn hoá Chính vậy, luận văn đề cập đến hệ trun ®éng xoay chiỊu hƯ thèng ®iỊu khiĨn chun động Cụ thể điều khiển chuyển động động không đồng ba pha rotor lồng sóc 25 Luận văn tốt nhiệp cao học Chng Mễ HèNH TON HỌC CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA 2.1 Hệ phương trình động khơng đồng pha rotor lồng sóc Cuộn dây pha B uB iB Rotor ib ia ic uC iC Cuộn dây pha C iA Trục chuẩn uA Cuộn dây pha A Stato r Hình 2.1:Mơ hình đơn giản động không đồng ba pha rotor lồng sóc Để mơ tả q trình điện từ máy điện khơng đồng bộ, q trình biến đổi lượng biến đổi lượng, cần thiết phải thiết lập hệ phương trình biến đổi điện Có ba loại phương trình mơ tả tốn học cho động không đồng (ĐCKĐB): Loại phương thứ theo kirchop viết cho mạch cuộn dây; loại phương trình thứ hai viết cho dẫn động; loại phương trình thứ ba mơ tả mối quan hệ đặc trưng cho qúa trình chuyển đổi điện ngược lại Về phương diện động, ĐCKĐB mơ tả hệ phương trình vi phân bậc cao Vì cấu trúc phân bố cuộn dây phức tạp mặt không gian (do cấu tạo răng, rãnh), phân bố từ thơng móc vịng vị trí mạch từ phận dây quấn nên phải chấp nhận số điều kiện sau thiết lập hệ phương trình mơ tả máy 1.Các cuộn dây stator bố trí cách đối xứng mặt khơng gian 2.Các tổn hao sắt từ bão hoà từ bỏ qua 3.Dịng từ hố từ trường phân bố hình sin bề mặt khe t 26 Luận văn tốt nhiệp cao học 4.Cỏc giỏ trị điện trở điện cảm tạm coi không đổi Máy điện không đồng sau xem hệ thống cuộn dây loại thép bố trí stator rotor Khảo sát mối quan hệ cuộn dây pha A stator cuộn dây pha a rotor Cần phải nhấn mạnh vị trí tương hổ chúng khơng gian rotor quay liên tục khơng đổi Trong tính tốn thơng thường người ta giả thiết cho phép biểu diễn mối quan hệ cuộn dây pha A a theo phương trình: MAa = McosAa (2-1) Trong đó: M hỗ cảm lớn vị tí trùng hợp trục pha A a , Henri Aa góc trục cuộn dây A a, Radian Đối với ba pha stator, hệ phương trình điện áp viết sau: d A Rs i A dt d B uB Rs iB dt d C uC Rs iC dt uA (2-2) Dưới dạng véctơ: us d s Rs is dt (2-3) Tương tự ba pha rotor: d a Rr ia dt d b 0 Rr ib dt d c 0 Rr ic dt 0 Dưới dng vộct: (2-4) 27 Luận văn tốt nhiệp cao häc d r Rr ir dt (2-5) uA, uB, uC : Giá trị tức thời điện áp pha stator; A,B, C: Từ thơng móc vịng pha A, B, C stator; iA, iB, iC : Dòng điện pha A, B, C stator; a,b, c: Từ thơng móc vòng pha a, b, c rotor; ia, ib, ic : Dòng điện pha a, b, c rotor; s , ( r ) : Vectơ từ thông sator (rotor); Rs: Điện trở pha sator; Rr: Điện trở pha rotor qui đổi stator; us : Vectơ điện áp sator ; is , (ir ) : Vectơ dòng điện stator (rotor) Từ thơng móc vịng, ví dụ pha A stator xác định từ độ lớn thực điện cảm cuộn dây stator pha A (LA) hỗ cảm pha A với cuộn dây khác máy Từ quan hệ (2-1) ta viết cho từ thơng móc vịng stator rotor Đối với pha A a sau: A = LAiA + MABiB + MACiC + MAacosAaia + MAbcosAbib + MAccosAcic (2-6) a = Laia + Mabib + Macic + MaAcosaAiA + MaBcosaBiB + MaCcosaCiC (2-7) Đặt LA = LB = LC = L1: Điện cảm tiêu tán phía cuộn dây stator; La = Lb = Lc = L2 : Điện cảm tiêu tán phía cuộn dây rotor (đã qui đổi stator); MAB = MAC = MBC = M1: Hỗ cảm cuộn dây stator; Mab = Mac = Mbc = M2: Hỗ cảm cuộn dây rotor; MAa = MaA = MBa = = M: Hỗ cảm cực đại cuộn dây stator rotor 28 Luận văn tốt nhiệp cao học T hỡnh 2-1 ta có quan hệ : aA= Aa= bB= Bb= cC= Cc = bA= Ab= cB= Bc= aC= Ca = + 2 cA= Ac= aB= Ba= aC= Ca = - 2 Biểu thức điện cảm hỗ cảm viết dạng ma trân ta 2 cos( ) cos Lm ( ) M cos( 2 ) cos cos( 2 ) cos( 2 ) 3 L1 Ls M M M Rs Rs 1 M1 L1 M1 2 ) 2 cos( ) cos cos( M1 L2 M ; Lr M M M L1 M2 L2 M2 M2 M L2 ; Rr Rr 1 u A U s u B ; U r 0 uC Với Lm () : Ma trận hỗ cảm stator rotor (đây hỗ cảm rotor stator); Ls ; Lr : Ma trận điện cảm hỗ cảm stator (rotor); Rs ;Rr : Ma trận điện trở stator (rotor); U s ;Ur : Ma trận điện áp stator (rotor); Hệ phương trình (2-2), (2-4), với (2-6), (2-7) phương trình từ thơng móc vòng stator rotor pha B b; C c tạo nên hệ phương trình dạng hệ phương trình vi phân máy điện khơng đồng bộ, ta viết gọn dạng ma trn nh sau: 29 Luận văn tốt nhiệp cao học U s Rs is Ls d is Lm () d ir dt dt 0 Rr ir Lr d ir Lm () d is dt dt (2-8) Phương trình momen máy điện không đồng [4]: M= 3 pc ( s is ) pc ( r ir ) 2 (2-9) pc số đơi cực động Phương trình dẫn động có dạng M - Mc = J d pc dt (2-10) Với : Tốc độ góc quay rotor, rad/s; J : Momen quán tính tác động lên trục động cơ; Mc: Momen cản trục động Trong đó: J = JR + Jt Mc = Mc(0) + Mc(1) JR: Momen quán tính rotor động cơ; Jt: Momen quán tính tải quy đổi trục động cơ; Mc(0): Mô momen cản thân trục động (ma sát + quạt gió); Mc(1): Mơ momen cản tải quy đổi trục động Từ (2-8), (2-9), (2-10) ta viết gọn hệ phương trình máy in khụng ng b nh sau: 30 Luận văn tốt nhiÖp cao häc U s Rs is Ls d is Lm ( ) d ir dt dt 0 Rr ir Lr d ir Lm () d is dt dt M pc ( s is ) J d M Mc pc dt (2-11) Momen điện từ tốc độ quay hay góc quay liên quan tới tốc độ góc theo biểu thức: d dt hay (2-12) 0 (t)dt 0 vị trí ban đầu rotor 2.2 Biểu diễn vectơ không gian đại lượng ba pha động khơng đồng bộ: Trên hình 2-2 biểu diễn cách tóm tắt sơ đồ cấu tạo động không đồng ba pha rotor lồng sóc Ta khơng quan tâm đến cuộn dây stator động đấu () hay đấu tam giác (), song ba dòng điện iA, iB, iC chảy từ lưới vào động với giả thiết máy đối xứng iA + iB + iC = (2-13) Trong dịng điện pha tính theo cơng thức : i A is cos( s t ) i B is cos( s t 1200 ) iC is cos( s t 2400 ) C A B iA iB iC (2-14) Im iC ej120 B Rotor Stato r Hình 2-2: Sơ đồ động C ej240 is A iB (2/3)iA Re (2/3)iCej240 (2/3)iBej120 Hình 2-3 : Vectơ khơng gian i lng pha 31 Luận văn tốt nhiệp cao học Trên mặt phẳng cắt ngang động (ta gọi mặt phẳng học), có ba cuộn dây đặc lệch 1200 Nếu mặt phẳng ta thiết lập mặt phẳng phức với trục thực qua trục cuộn dây pha A ta xây dựng véctơ không gian sau đây: is (t ) 0 i A iB ei120 ic ei 240 is e j (2-15) Việc xây dựng vectơ is (t ) từ vectơ dịng điện ba pha thể hình 23 Như vectơ is vectơ có modul khơng đổi quay mặt phẳng phức với tốc độ s = 2fs (fs tần số dòng điện stator) tạo với trục thực (trục trùng với trục cuộn dây pha A) góc = s t Ta nhận thấy dòng điện pha hình chiếu vectơ thu lên trục cuộn dây tương ứng Bằng cách tương tự ta xây dựng vectơ khơng gian cho đại lượng khác điện áp, từ thơng, dịng điện rotor 2.3 Chuyển hệ toạ độ cho vectơ không gian: Ta xét hệ toạ độ tổng quát xy hệ x*y* có chung điểm gốc với xy nằm lệch góc * so với xy Quan sát vectơ F ta có: Trên hệ xy: F Fx jFy (2-16) 32 Luận văn tốt nhiệp cao học * Trờn h x*y*: F Fx * jFy * (2-17) jy jy* Fy x* F Fy* * Fx Fx * x Hình 2-4: Chuyển hệ toạ độ cho vectơ không gian Từ hình 2-4 ta nhận thấy : Fx* Fx cos * Fy sin * Fy* Fx sin * Fy cos * (2-18) Từ (2-17) (2-18) ta có * F ( Fx jFy )(cos * j sin * ) Fe j * F F e j * (2-19) * (2-20) Đến đây, hai hệ toạ độ xy x*y* coi cố định với hay nói cách khác góc * coi không đổi, ta gắn vào hệ toạ độ stator rotor máy đảm bảo cố định với cách tương đối Trong thực tế * góc biến thiên với tốc độ góc d* dt Trong trường hợp ấy, hệ toạ độ x*y* hệ toạ độ quay tròn với tốc độ góc xung quanh điểm gốc toạ độ xy 2.4 Một số hệ toạ độ sử dụng nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều khiển: 2.4.1 Hệ toạ độ cố định với stator (hệ toạ độ ) Trên hình 2-3 ta đặt lên cho trục thực mặt phẳng phức , trục ảo quan sát hình chiếu vectơ dịng điện stator is lên hai trục, ta gọi hai hình chiếu is is, hình 2-5 j Cuộn dây pha B is is Hình 2-5: Biểu diễn vectơ dịng điện hệ toạ độ cố định với stator 120 is Cun dõy pha A 33 Luận văn tèt nhiƯp cao häc Ta nhận thấy hai dịng điện hai dịng điện hình sin ba cuộn dây ĐCKĐB pha thay hai cuộn dây cố định đặt hai trục Trên hình ta dễ nhận thấy dịng điện is dịng điện thực pha A máy điện pha thực Điều có ý nghĩa cho cơng việc nghiên cứu tính tốn sau xét động làm việc với điều khiển bán dẫn có điện áp khơng sin 2.4.2 Hệ toạ độ cố định với từ trường quay (hệ toạ độ dq) Giả sử ta quan sát ĐCKĐB quay với tốc độ góc d Trong dt góc tạo bỡi trục rotor trục chuẩn (trục qua trục cuộn dây pha A), hình 2-6 Trên hình biểu diễn hai vectơ dịng điện stator is vectơ từ thơng r với modul góc pha Vectơ từ thơng rotor r quay với tốc độ góc s 2f s ds dt Nếu ta xây dựng hệ toạ độ có trục thực trùng với hướng vectơ r có gốc trùng với gốc hệ (hình 2-6), đặt tên cho hệ toạ độ dq, ta thấy hệ toạ độ quay xung quanh điểm gốc chung với tốc độ góc s Vectơ is toạ độ có phần tử tương ứng isd, isq, áp dụng công thức (2-18) cho hệ toạ độ cố định hệ toạ độ quay dq ta viết: isd is sin s is coss isq is coss is sin s Trục từ thông Rotor Cuộn dây (trục gắn với điện áp pha B d Stator) j jq Trục Rotor s is isd r (2-21) 34 Luận văn tốt nhiệp cao học 2.5 Mụ hỡnh liên tục động không đồng pha 2.5.1 Mơ hình ĐCKĐB hệ toạ độ cố định stator (hệ toạ độ): Ưu điểm bật hệ toạ độ chỗ dịng điện i dòng điện pha máy thực Nếu quan sát từ stator rotor quay với tốc độ so với stator cách tương đối, ta nói: quan sát từ rotor, chuyển động quay stator với tốc độ góc - , ngược chiều quay với chiều quay rotor điều cho phếp kết luận rằng, hệ toạ độ nằm cố định stator, chuyển động tương đối so với rotor bỡi tốc độ góc - Từ (2-3), (2-5) phương trình từ thơng stator từ thơng rotor, ta có fhệ phương trình động hệ toạ độ sau [4]: s d s u R i dt s s s s s (2-22) s d r 0R i j rs dt s r r s s s s i s Ls i r Lm (2-23) (2-24) 35 s s s r i s Lm i r Lr Luận văn tốt nhiệp cao học (2-25) T (2-24), (2-25) ta rút s s ( r i s Lm ) Lr s ir s s (2-26a) Lm s s ( r i s Lm ) Lr (2-26b) Thay (2-26) vào (2-23), (2-24) ta s d i s Lm d r u R i Ls dt Lr dt s s s s s s (2-27a) s s d r L i m r ( j ) Tr Tr dt s s (2-27b) Ở đây: Ls = Lm + Ls: Điện cảm stator Lr = Lm + Lr : Điện cảm rotor Ts Ls : Hằng số thời gian stator Rs Tr Lr : Hằng số thời gian rotor Rr L2m 1 : Hệ số tiêu tán tổng Ls Lr Đặt r, r Lm ; r, r Lm Thay vào (2-27), đồng thơi chuyển sang viết đưới dạng phần tử vectơ ta cú h phng trỡnh 36 Luận văn tốt nhiệp cao häc dis 1 1 , 1 ( )is r r, u s dt Ts Tr Tr Ls dis 1 1 ( )is r, r, u s dt Ts Tr Tr Ls , d r 1 , , is r r dt Tr Tr , d r 1 is r, r, dt Tr Tr (2-28) Phương trình momen động có dạng: hay M Lm s s pc ( r i s ) Lr M L2m , pc ( r is r, is ) Lr (2-29) Hệ phương trình (2-28), (2-29) mơ hình động điện đầy đủ ĐCKĐB hệ toạ độ , hình 2-7, với số thời gian T suy từ công thức 1 1 T Ts Tr Mơ hình với trường hợp sử dụng biến tần nguồn áp, biến tần nguồn dịng mơ hình dịng động khơng đồng hình 2-8, tương ứng với hệ phương trình: d r, 1 r, r, is dt Tr Tr d r, , , r r is dt Tr Tr L M pc m ( r, is r, is ) Lr us L s is T pT (-) ’r 1 pTr (2-30) p c Lm Lr 1 Tr Tr 1 M Mc (-) pc pJ 37 Luận văn tốt nhiệp cao học H phương trình (2-28) ta viết lại dạng phương trình trạng thái s s s s dx A x B u ss dt Trong đó: s u s vectơ đại lượng đầu vào với phần tử số thực s x vectơ trạng thái với cỏc phn t l s thc (2-31) 38 Luận văn tèt nhiÖp cao häc s A ma trận hệ thống s B ma trận đầu vào s s A11 A12 A s s A21 A22 s ; B1s B s B s 1 1 ( ) T Ts Tr s s ; A12 r A11 1 1 ( ) 0 Ts Tr 0 T s ; A22 r 1 Tr 1 T s A21 r 0 sT u s u s u s us s ; x s B sT L s ; B1 s 1 0 Tr is is r, r, dx dt 1 1 Tr 0 s ; B 0 Ls 0 0 s xs As Hình 2-9: Mơ hình tổng quan ĐCKĐB khơng gian trạng thái 2.5.2 Mơ hình động không đồng hệ toạ độ từ thông rotor (hệ toạ độ dq): Do hệ toạ độ từ thông rotor (hệ toạ độ dq) quay so với hệ toạ độ stator (hệ toạ độ ) với tốc độ s nên phương trình điện áp stator rotor ta phải thêm thành phần phụ thuộc vào tốc độ Mặt khác hệ toạ độ có trục thực d trùng với trục từ thông r khơng tồn thành phần trục q vectơ r trường hợp định hướng cách lý tưởng Hệ phương trình mơ tả mơ hình in y ca ng c 39 Luận văn tốt nhiƯp cao häc khơng đồng trường hợp động ni bỡi biến tần nguồn áp có dạng (2-32) mơ hình động khơng đồng ba pha rotor lồng sóc hệ toạ độ dq biểu diễn hình 2-10 disd 1 1 , 1 ( )isd s isq rd rq, u sd dt Ts Tr Tr Ls disq 1 1 1 , s isd ( )isq rd, rq u sq dt Ts Tr Tr Ls , d rd 1 isd rd, ( s ) rq, dt Tr Tr 1 isq ( s ) rd, rq, Tr Tr L M pc m rd, isq Lr rd, Với rd Lm ; rq, (2-32) rq Lm s - = r ; r = 2fr ; fr tần số mạch điện rotor Hệ phương trình mơ tả mơ hình ĐCKĐB trường hợp biến tần có mạch chiều trung gian nguồn dịng dạng (2-33) mơ hình động khơng đồng ba pha rotor lồng sóc hệ toạ độ dq biểu diễn hình 2-11 d rd, 1 rd, isd dt Tr Tr ( s ) rd, isq Tr L M pc m rd, isq Lr us T pT L s usd e isd (2-33) ’rd 1 pTr 1 Tr Tr -js (-) us p c Lm Lr L s usq (-) T pT isq r s M M c (-) pc pJ 40 Luận văn tốt nhiệp cao học H phng trình (2-32) viết lại dạng mơ hình trạng thái phi tuyến: f f f f f dxf A x B u s N x s dt f Trong đó: u s : Vectơ đại lượng đầu vào f x : Vectơ đại lượng đầu f A : Ma trận hệ thống f B : Ma trận đầu N : Ma trn ghộp phi tuyn (2-34) 41 Luận văn tốt nhiÖp cao häc f s : Đại lượng vào thứ ba hai phần tử u s A11f A12f A f A21 A22f f ; B1f B f B f 1 1 ( ) T T Tr f f s ; A12 r A11 1 1 ( ) 0 Ts Tr T f ; A22 r 1 T f A21 r 0 0 1 Tr L f B1 s 0 0 f ; B 0 Ls s us f 0 ; 0 Phần phi tuyến Bf 1 1 Tr Tr 0 0 0 N 0 1 0 0 N dxf dt xf Af Hình 2-12: Mơ hình tổng quan ĐCKĐB khơng gian sở hệ toạ độ 2.6 Mơ hình gián đoạntrạng thái độngtrên không đồng dq ba pha Đối với mơ hình liên tục, ta nhận kết tốt mơ hình tuyến tính mơ hình chứa thành phần phi tuyến với biến thiên nhỏ Trong ĐCKĐB, tính chất phi tuyến số đại lượng momen, từ thông rotor, … gây sai số q trình tính tốn hệ thống Để khắc phục nhược điểm việc mô tả 42 LuËn văn tốt nhiệp cao học CKB ta cn phi giỏn đoạn hố mơ hình liên tục tức chia q trình hoạt động động thành khoảng thời gian nhỏ Trong khoảng thời gian ta phép tuyến tính hố tham số động Mơ hình gián đoạn thu mơ hình tuyến tính song giữ ngun tính chất hệ số hàm hệ thống, mơ hình có hiệu lực phạm vi công tác động 2.6.1 Mơ hình gián đoạn động hệ toạ độ Sau tích phân phương trình (2-31) phạm vi hai thời điểm trích mẫu, ta thu mơ hình gián đoạn tương ứng s s s s s x (k 1) ( , T ).x (k ) H ( , T ).u s (k ) (2-35) k=0, 1, 2, ., bước qúa trình T chu kỳ trích mẫu s ma trận độ trạng thái, phụ thuộc vào T tốc độ góc s H ma trận đầu vào, phụ thuộc vào T tốc độ góc ( , T ) exp A ( ).T ( A ) v s s H ( , T ) ( k 1)T kT s s v 0 Tv v! (2-36a) s ( A ) 1 s ( , )d B T B ! 0 s s s (2-36b) s Đối với hệ thống có T 400s , , H cần khai triển đến bậc đủ s s 12 ( , T ) 11s s 21 22 s T 1 s 11 ( 1 T s T r ; 12 1 T 1 1 ( ) T Ts Tr 1 ) Ts Tr ; H 1s H ( , T ) s H s 1 T 1 T Tr 43 s 21 T T r Luận văn tốt nhiệp cao häc 0 T Tr s ; 22 T L s H1 s 0 0 s ; H T 0 Ls T 1 T r T T T 1 Tr 0 ; I ma trận đơn vị 0 s Ta thấy H ma trận rỗng, ta viết lại phương trình (2-35) sau s s s s ,s s s i s (k 1) 11 i s (k ) 12 r (k ) H u s (k ) ,s s s s ,s s (k 1) 21 i s (k ) 22 r (k ) (2-37) Dựa vào phương trình mơ tả (2-37) theo biến đổi hàm rời rạc z, ta có mơ hình gián đoạn ĐCKĐB hệ toạ độ , hình 2-13 11s uss(k ) s H1 iss(k+1) -1 z I iss(k) 21s Mơ hình dịng 12s Mơ hình từ thơng r’s(k+1) z-1I r’s(k) 22s 2.6.2 Mơ hình gián đoạn động hệ toạ độ từ thơng rotor (dq) Hình 2-13: Mơ hình gián đoạn ĐCKĐB hệ toạ độ Sau tích phân phương trình (2-34) phạm vi hai thời điểm trích mẫu, ta thu mơ hình gián on tng ng 44 f f f Luận văn tốt nhiÖp cao häc f f x (k 1) ( , s , T ).x (k ) H ( , s , T ).u s (k ) (2-38) k=0, 1, 2, ., bước qúa trình T chu kỳ trích mẫu f f Các ma trận H tính s f ( , s , T ) exp ( A N.s )T f H (, s , T ) ( k 1)T (2-39a) f exp ( A N s ) d B f (2-39b) kT Đối với hệ thống có T 400s , giải tích chuỗi hai hàm mũ số e, lấy gần bậc f f 12 ( , s , T ) 11f f 21 22 f T 1 f 11 f 21 T T r 0 ( 1 ) Ts Tr sT ; 1 T T f r ; 12 T 1 1 1 ( ) T Ts Tr sT 0 T Tr T L f H1 s 0 H 1f H ( , s , T ) f H f f ; 22 0 f ; H T 0 Ls 1 1 T Tr T 1 ( s )T Tr T 1 ( s ) T Tr 0 ; I ma trận đơn vị 0 Tương tự hệ , ta biểu diễn (2-38) sau f f f f ,f f f i s (k 1) 11 i s (k ) 12 r (k ) H u s (k ) ,f f f f ,f s (k 1) 21 i s (k ) 22 r (k ) T (2-40) 45 Luận văn tốt nhiệp cao học Da vo phng trình mơ tả (2-40) theo biến đổi hàm rời rạc z, ta có mơ hình gián đoạn ĐCKĐB hệ toạ độ từ thơng (dq), hình 2-14 11F USF( K) H1F ISF(K+1 ) Z-1I ISF(K ) 21F Mơ hình dịng 12F Mơ hình từ thơng R’F(K+1 Z-1I ) R’F(K ) 22F Hình 2-14: Mơ hình gián đoạn ĐCKĐB hệ toạ độ từ thông (dq) Qua hai mô hình 2-13 2-14 ta thấy giống mặt hình thức hai mơ hình hệ toạ độ dq Điều cho phép xây dựng khâu điều chỉnh dòng (dù toạ độ nào) theo phương pháp luận thống Các thành phần vectơ đầu vào (điện áp stator), vectơ trạng thái (gồm có dịng stator từ thơng rotor) hệ toạ độ dq đại lượng chiều biến thiên động làm việc trình độ (chế độ động) Ngược lại, hệ đại lượng đại lượng hình sin Chính điều dẫn đến khác chất lượng truyền động hai phương án điều chỉnh f s Ta thấy có chứa s, cịn khơng, yếu tố gây nên tác động qua lại hai dòng isd isq 45 Luận văn tốt nghiệp cao học Chng CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU KHƠNG ĐỒNG BỘ BA PHA 3.1 Đặc tính động không đồng bộ: I1 x1 R1 x’2 I2 Uf1 I x R2' s R Hình 3-1: Sơ đồ thay pha động không đồng Khi thànhbộlập sơ đồ thay đồ thay trên, ta đưa số giả thiết: - Dây quấn pha động đối xứng - Các thông số mạch khơng đổi - Tổng trở mạch từ hố không đổi, I không phụ thuộc vào phụ tải mà phụ thuộc vào điện áp đặt vào stator động - Bỏ qua tổn hao ma sát, tổn hao lõi sắt - Điện áp lưới hồn tồn hình sin đối xứng Từ hình 3-1 ta có: Uf1: Trị số hiệu dụng điện áp pha stator I1, I, I2: Các dòng điện stator, từ hoá, rotor qui đổi stator x1, x, x’2: Các điện kháng mạch stator, mạch từ hoá, rotor qui đổi stator R1, R, R’2: Các điện trở tác dụng cuộn dây stator, mạch từ hoá, cuộn dây rotor qui đổi stator s: độ trượt động s 0 0 0 2f1 : Tốc độ góc từ trường quay, rad/s pc 46 Luận văn tốt nghiệp cao học : Tốc độ góc rotor, rad/s f1: Tần số điện áp đặt vào stator, hz Trị hiệu dụng dòng điện stator 1 I1 U f 2 ' R x ( R1 R2 s ) xnm (3-1) Trong đó: xnm = x1 + x2’: Điện kháng ngắn mạch Trị hiệu dụng dòng điện rotor qui đổi stator I 2' U f ' ( R R2 ) x nm s (3-2) Từ điều kiện cân công suất động ta có phương trình momen động có dạng M 3U ï21 R2' ' s ( R1 R2 s ) xnm M (3-3) Mth Độ trượt tới hạn: sth -s R2' 3U 0 +sth +s (3-4) R12 xnm -Mth Thay (3-4) vào (3-3) ta có momen tới hạn M th -sth f1 2 ( R1 R12 xnm ) Hình 3-2: Đặc tính động không đồng (3-5) Dấu “+” ứng với trạng thái động dấu “-” ứng với trạng thái máy phát 3.2 Các phương pháp điều khiển động không đồng bộ: Ngày với phát triển mạnh mẽ kỹ thuật điện tử tin học, công nghệ chế tạo bán dẫn công suất, ĐCKĐB khai thác nhiều ưu điểm mình, cạnh tranh 47 LuËn văn tốt nghiệp cao học cú hiu qu vi h truyền động - động chiều Người ta điều chỉnh tốc độ ĐCKĐB dải rộng khơng khó khăn Để điều chỉnh động khơng đồng bộ, người ta dùng phương pháp sau: - Điều chỉnh điện áp ĐCKĐB biến đổi bán dẫn ; - Điều chỉnh điện trở rotor biến đổi xung bán dẫn; - Điều chỉnh công suất trượt hệ nối tầng điện đồng bộ; - Điều chỉnh tần số ĐCKĐB biến tần Trong phương pháp trên, phương pháp điều chỉnh tần số coi trội, bỡi thơng qua biến tần, động điện xoay chiều điều chỉnh với dải điều chỉnh rộng có tính chất động học cao Yêu cầu đặc tính truyền động tần số đảm bảo độ cứng đặc tính khả tải toàn dải điều chỉnh tần số phụ tải Ngồi cịn có vài yêu cầu điều chỉnh tối ưu chế độ tĩnh (như đảm bảo momen lớn ứng với dòng điện cho .) *Nguyên tắc điều chỉnh tốc độ tần số: Như ta biết, tần số lưới điện định giá trị tốc độ góc từ trường quay máy điện, cách thay đổi tần số dịng stator (f 1) ta điều chỉnh tốc độ động Ta có tốc độ góc từ trường quay : 2f1 ; pc Tốc độ động : = 0(1-s); s hệ số trượt Khi bỏ qua sụt áp dây quấn stator, ta có U1 E1 = k1 f1 Như điều chỉnh tần số giữ nguyên U1 khơng đổi từ thơng động biến đổi, f1 giảm , lớn lên, làm cho mạch từ động bão hồ dịng điện từ hố tăng lên, tiêu lượng xấu Khi f1 tăng, giảm, M = k2I2cos2 khơng đổi I2 phải tăng lên, trường hợp dây quấn động phải chịu ti, 48 Luận văn tốt nghiệp cao học cũn lừi thép non tải Vì điều chỉnh f1 phải kết hợp điều chỉnh U1 theo luật định phụ thuộc tính chất tải 3.2.1 Luật điều chỉnh tần số: Thuật toán điều chỉnh tần số lẫn điện áp phải thực cho hệ số tải M th const động làm việc chế độ tốt Mc Từ (3-5), ta coi điện trở dây quấn stator nhỏ (R1 0) 2f1 ;xnm = x1 + pc x2’ biểu thức tính momen tới hạn tính sau: M th 3.U 2f pc (3-6) 4 f1 ( x1 x2' ) Do x1 x2’ phụ thuộc vào tần số nên M th A U 2f f1 Với A hệ số phụ thuộc vào pc, x1, x2’ Vậy U 2f U 2f 1dm M A A f1 M c f1dm M c (3-7) Mặt khác, ta có momen cản cấu sản xuất sau: k f M c M cdm M cdm 0dm f1dm k (3-8) Thay (3-80 vào (3-7) ta quan hệ sau: U f f1 U f 1dm f1dm Hay U f1 k 1 f U f 1dm k 1 1dm k const (3-9) f Từ (3-9) ta rút qui luật điều chỉnh tần số điện áp bảng 3-1 Đặc tính hệ truyền động thay đổi tần số, điện áp giữ tải khác nhau, hình 3-3 M th const với Mc 49 LuËn văn tốt nghiệp cao học Bng 3-1 S m c trưng cho tải Qui luật điều chỉnh tần số điện áp U const f U const f3 Mc Loại tải Mc = const Cơ cấu máy nâng(cần trục, thang máy, cấu ăn dao ) Mc Máy phát chiều, tải R, ma sát nhớt Mc 2 Máy thuỷ khí, quạt, bơm, chân vịt tàu thuỷ Truyền động xác, máy quấn dây U const f2 U const f -1 Mc Nhận xét: Nếu dải điều chỉnh lớn mà sử dụng qui luật phạm phải sai số đặt biệt tần số thấp Điều hồn tồn dễ hiểu, vùng tần số làm việc thấp sụt áp điện trở stator so sánh sụt áp điện kháng tản mạch stator, đồng thời từ thông giảm momen tới hạn giảm Để khắc phục nhược điểm bù từ thông vùng tần số thấp người ta thiết lập chiến lược điều chỉnh để giữ cho từ thông rotor không đổi gọi “luật điều chỉnh từ thông không đổi” Mc f1>f2>f3 Mc f1>f2>f3 f1>f2>f3 f1 f1 f1 f2 f3 f2 f3 f3 f2 M M M Mđm k = -1 k=0 k=2 Hình 3-3:Đặc tính hệ truyền động thay đổi tần số 3.2.2 Luật điều chỉnh từ thông: Muốn giữ cho từ thơng rotor khơng đổi tồn dải điều chỉnh đặc biệt vùng làm việc thấp, ta phải điều chỉnh dòng điện stator theo tần số trượt theo qui luật sau: Is r Lm (Tr r ) (3-10) 50 LuËn văn tốt nghiệp cao học r : Tốc độ trượt Ta có sơ đồ nguyên lý điều chỉnh hệ thống kín, hình 3-4 Việc điều chỉnh thô điện áp theo tần số (3-9) Is/Isđm điều chỉnh modul dịng điện theo luật (3-10) Nói tóm lại hệ điều chỉnh từ thông cách gián tiếp, thông qua điều chỉnh điện áp động sơ đồ cho ta thấy chất lượng điêu chỉnh kém, độ xác thấp Ngày rth r nhờ phát triển vượt bậc tin học, với đời kỹ thuật vi xử lý, vi điều khiển tốc độ tính tốn cực nhanh người ta đưa phương pháp điều khiển đại cho động không đồng để điều chỉnh tần số phương pháp điều khiển vectơ RI 0 + r = ~ + ~ = R đ ĐCKĐB Hình 3-4:Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh tần số 3.2.3 Phương pháp điều khiển vectơ: Trong phương pháp người ta mô tả đại lượng vật lý điện áp stator, dịng điện stator, từ thơng rotor…bằng véc tơ không gian us ; is ; r , tiến hành khảo sát chúng toạ độ hai pha (u,jv) quay với tốc độ k Thực khảo sát hệ toạ độ hai pha sau kết trình điều khiển (điều chỉnh) biến đổi ngược lại thành tín hiệu chuẩn đưa vào điều khiển nghịch lưu biến tần Thực tế cho thấy điều chỉnh tần số ĐCKĐB phng phỏp iu khin 51 Luận văn tốt nghiệp cao häc vectơ phép điều chỉnh phạm vi rộng, điều chỉnh trơn tốc độ cách tuỳ ý, có khả cạnh tranh có hiệu với truyền động chiều 3.2.3.1Phương pháp tựa theo từ thông rotor RFO (Rotor Flux Orientation) Từ hình (2-6) ta có: rd = rrmax ; rq = Vectơ dịng stator RFO với góc lệch viết hệ toạ độ Ta có r r maxe jst i s I s e jst (3-11a) (3-11b) Từ phương trình 3, 4, hệ 2-32 mơ hình trạng thái động toạ độ từ thông rotor (Tr p 1) r max Lm L isq r r max ( s ) Rr Lm L M pc m r maxisq Lr isd (3-12) Mặt khác từ biểu thức : r Lr i r Lm is Hay ir ( r is Lm ) Lr ( rd Lm isd ) Lr Lm irq ( rq Lm isq ) isq Lr Lr ird (3-13) Điều chứng tỏ vectơ dòng điện rotor vng góc với vectơ từ thơng rotor Vậy vectơ từ thông rotor trùng với trục d hệ toạ độ dq có modul khơng đổi (3-12), (3-13) ta rút số đặc điểm sau - Thành phần isd có giá trị khơng đổi đóng vai trị dịng từ hố - Thành phần isq to momen quay cho CKB 52 - Luận văn tèt nghiÖp cao häc Các thành phần isq, irq momen tỷ lệ với tỷ lệ với tần số trượt r = s - - Vectơ dòng điện rotor ln vng góc với vectơ từ thơng rotor Như vây, điều khiển ĐCKĐB phương pháp RFO mạch điều khiển khơng sử dụng biến thực động mà sử dụng biến qui đổi hệ toạ độ từ thơng rotor, lúc điều khiển độc lập từ thơng momen quay Hơn ta làm việc với đại lượng chiều đại lượng biến thiên hình sin cụ thể là: - Để điều chỉnh từ thông rotor ta điều chỉnh dòng chiều isd - Để điều chỉnh momen quay ta điều chỉnh dòng chiều isq Điều cho phép xây dựng hệ thống điều khiển ĐCKĐB tương tự hệ thống điều khiển động chiều (isd tương đương với dịng điện kích từ, isq tương đương dòng điện phần ứng tạo momen quay động điện chiều) Cơ sở để xây dựng hệ điều khiển cần phải xác định giá trị tức thời vị trí khơng gian vectơ từ thơng để làm tín hiệu phản hồi Trước hết ta xét hệ thống điều khiển ĐCKĐB phương pháp tần số theo nguyên lý RFO cổ điển mà tín hiệu từ thơng xác định cảm biến Holl sau, hình 3-5 + rmax* * isd* T2 isq u1a u1b T3 * = ~ u1c sins coss isd is BĐT isq rmax isa BĐF2 is isb r BLVT r T1 BĐF1 a b Hình3-5:Nguyên lý RFO c in CKB 53 Luận văn tốt nghiệp cao häc Hệ điều khiển xây dựng từ ba điều khiển lớn - Bộ tính tốn giá trị tức thời biến, T1 - Bộ điều chỉnh biến, T2 - Bộ tính tốn giá trị cho trước tín hiệu điều khiển, T3 Xem xét khảo sát mục đích, phần tử đặc điểm T1 Để tính tốn biên độ pha biến động ba pha ta cần đo giá trị tức thời biến hai pha động Bộ T1 biến đổi giá trị tức thời từ thơng khe hở khơng khí a, b (đo cảm biến Holl) giá trị thực dòng ba pha isa, isb (đo cảm biến dòng điện) trị số từ thơng móc vịng rotor rmax, dịng từ hố isd dịng tác dụng isq T1 tạo thành từ thành phần - Bộ biến đổi pha BĐF1 BĐF2 - Bộ lọc vectơ BLVT - Bộ biến đổi toạ độ BĐT Các hàm coss sins nhận từ đầu lọc vectơ BLVT sử dụng cho bbộ BĐT để biến đổi toạ độ dòng điện is, is sang isd isq Các giá trị isd isq giá trị tức thời từ thơng móc vịng rmax, tốc độ đưa vào điều chỉnh biến T2 sử dụng để điều chỉnh sai lệch so với giá trị thực cho trước Các tín hiệu đặt rmax, với giá trị tức thời biến đưa vào điều chỉnh T2 để tính tốn trị số đặt isd*, isq* nhờ tính tốn tín hiệu T3 tạo tín hiệu điều khiển hình sin u1a, u1b, u1c để điều khiển biến đổi tần số Ngày nhờ thành tựu điện tử tin học người ta khơng cịn xác định từ thơng rotor thơng qua việc đo từ thơng khe hở khơng khí cm bin Holl na m ngi ta 54 Luận văn tèt nghiƯp cao häc dùng “ mơ hình từ thơng - MHTT” thực ước lượng cách xác giá trị tức thời góc pha từ thông rotor sở đại lượng đo i sq, isd, Trên sở người ta xây dựng cấu trúc đại hệ thống diều khiển ĐCKĐB theo nguyên lý RFO mà khơng cần phải đo từ thơng senxơ Cấu trúc đại hệ truyền động dùng động không đồng nuôi bỡi biến tần nguồn áp điều chỉnh theo RFO Từ mơ hình trạng thái (2-34) ma trận trạng thái rút nhận xét sau đây: Hai đại lượng isd isq hai đại lượng không độc lập, mà phụ thuộc lẫn thông qua thành phần phi tuyến khâu điều chỉnh dòng phải thiết kế giác độ coi ĐCKĐB đối tượng điều chỉnh đa thơng số khâu điều chỉnh dịng lúc khâu điều chỉnh đa thơng số, hình 3-6 DTT: Khâu dẫn từ thông DCTT: Khâu điều chỉnh từ thơng MHTT: Mơ hình từ thơng ĐCTĐQ: Khâu điều chỉnh tốc độ quay ĐCC: Khâu điều chỉnh dòng ĐCVTKG: Khâu điều chỉnh vectơ không gian ĐTT rd* ĐCTT + isd* ĐCD CTĐu ĐCVTKG usd us usq ejs us rd’ = ~ a b c s is * MHTT isq isd ejs is isq CTĐi * - isa isb MFT Hình 3-6: Cấu trúc đại hệ truyền động dùng ĐCKĐB nuôi bỡi biến tần nguồn áp điều chỉnh theo RFO ĐCKĐB 55 Luận văn tốt nghiệp cao học 3.2.3.2Phng phỏp iu khển trực tiếp momen DTC(Direct Torque Control) Điều chỉnh trực tiếp momen ĐCKĐB phương pháp xem việc phối hợp điều khiển biến tần ĐCKĐB chặt chẽ Logic chuyển mạch biến tần dựa trạng thái điện từ động mà không cần đến điều chế độ rộng xung biến tần Do sử dụng công nghệ bán dẫn tiên tiến phần tử tính tốn có tốc độ cao mà phương pháp DTC cho đáp ứng đầu thay đổi nhanh Phần cốt lõi phương pháp mơ tả hình 3-7, gồm khối sau: điều chỉnh có trễ với logic chuyển mạch tối ưu, mơ hình động cho phép tính tốn nhanh xác giá trị thực momen động tốc độ quay rotor từ thơng stator với tín hiệu vào dịng điện pha động giá trị tức thời điện áp mạch chiều Các giá trị thực so sánh với giá trị đặt để tạo tác động điều khiển bỡi điều chỉnh momen mạch vịng bên ngồi Mđ đ Điều khiển , M có trễ e Bit Bit đk M Bit M ASIC Logic chuyển mạch tối ưu = ~ BT M Mơ hình động -Tính đại lượng -Nhận dạng thông số Ui S1, S2, S2 IS ĐCKĐB Hình 3-7: Điều khiển trực tiếp momen Logic chuyển mạch tối ưu cho nghịch lưu xác định chu kỳ điều khiển (25 s) thực bỡi mạch điện tử chuyên dụng (ASIC) Thụng 56 Luận văn tốt nghiệp cao học tin trạng thái khoá bán dẫn lực (S1,S2, S3) dùng để tính vectơ điện áp stator Điều khiển trực tiếp momen dựa lý thuyết điều khiển trường định hướng máy điện khơng đồng bộ, đại lượng điện từ mô tả bỡi vectơ: vectơ từ thơng, vectơ dịng điện, vectơ điện áp biểu diễn hệ toạ độ stator, hình 3-8 Hình điện áp có sáu vectơ thành phần có hai vectơ điện áp zero tương ứng với nghịch lưu nguồn áp hai mức Momen điện từ [3] tích vectơ vectơ từ thơng stator vectơ từ thơng rotor vectơ dịng điện stator vectơ từ thông M L pc m s r sin Ls Lr (3-14) Biên độ vectơ từ thông stator thường giữ không đổi momen điều chỉnh bỡi góc vectơ từ thơng Các động bình thường có số thời gian điện từ mạch rotor nhỏ, coi từ thơng rotor ổn định biến đổi chậm từ thơng stator Vì đạt momen yêu cầu cách quay vectơ từ thơng stator theo hướng nhanh có hiệu u3 u2 Chiều quay u0 u7 u4 is s u1 r u5 u6 Hình 3-8: Điều chỉnh vectơ từ thơng stator trực sai lệch momen 3.2.3.3So sánh hai phương phng phỏp iu khin RFO v DTC 57 Luận văn tèt nghiÖp cao häc Khác với phương pháp tựa theo từ thơng rotor RFO hoạt động dựa vịng điều chỉnh dòng stator (mục 3.2.3.1), áp đặt hai thành phần dịng tạo từ thơng isd dịng tạo momen quay isq Xung kích thích van tạo từ giá trị điện áp khâu điều chỉnh dòng đưa tới khâu điều chế vectơ Tư tưởng phương pháp DTC (mục 3.2.3.2) tạo xung kích thích van trực tiếp sở sai lệch từ thông stator sai lệch momen quay hay nói cách khác phương pháp RFO, điện áp us tác động trực tiếp tới dòng is để dòng tác động đến từ thơng rotor r với qn tính thể bỡi số thời gian rotor Tr, phương pháp DTC vectơ s đáp lại trực tiếp thay đổi điện áp us Bảng so sánh chung Phương pháp điều khiển RFO Hệ toạ độ Thông số điều chỉnh Thông số cần đo Thơng số tính tốn Phương pháp điều khiển DTC Hệ toạ độ dq Hệ toạ độ Momen Momen Từ thơng rotor Từ thơng stator Dịng điện stator Vectơ điện áp stator Tốc độ quay rotor Điện áp stator Dòng điện stator Dòng điện stator Tần số trượt Momen Vị trí từ thơng rotor Từ thơng stator Momen điều chỉnh gián Momen điều chỉnh trực Momen tiếp thơng qua dịng điện tiếp khâu điều chỉnh stator Từ thông Thông số thay đổi Thực Được điều chỉnh gián tiếp thơng qua dịng điện stator phi tuyến 2, trạng thái Được điều chỉnh trực tiếp khâu điều chỉnh phi tuyến 2, trạng thái Bộ điều chỉnh thay đổi theo Bộ điều chỉnh thay đổi theo giá số thời gian rotor trị momen Phức tạp Độ phức tạp trung bình u cầu khối lượng tính tốn u cầu tính tốn khụng nhiu 58 ln Luận văn tốt nghiệp cao học 58 Luận văn tốt nghiệp cao học Chng IU KHIỂN TRỰC TIẾP MOMEN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ So với loại động khác, cấu tạo ĐCKĐB rotor lồng sóc tương đối đơn giản Tuy nhiên việc điều khiển tốc độ lại phức tạp Trên thực tế, điều khiển ĐCKĐB chủ yếu dựa vào khả biến đổi tần số thay đổi điện áp sử dụng thiết bị biến tần, mặt dù có nhiều dạng điêu khiển ĐCKĐB biến đổi điện áp xoay chiều ba pha thông dụng cấu trúc biến đổi AC - DC - AC hình 4-1 Nguồn cung cấp DC (ắc quy ) Nghịch lưu Chỉnh lưu DC AC AC DC Bus DC UDC + 3~ Đầu o AC ĐCKĐB iA Rs,L uA - uB uC ca ca’ cb cb’ cc cc’ iB un iC Đầu AC Điều khiển đóng, ngắt Hình 4-1: Sơ đồ tiêu biểu hệ biến tần nguồn áp Nguyên tắc cấu trúc biến đổi điện áp xoay chiều chỉnh lưu thành điện áp chiều, điện áp chiều qua nghịch lưu thành điện áp xoay chiều có tần số, điện áp thay đổi cấp cho động Với đặc điểm biến đổi AC - DC - AC hình vẽ Việc điều khiển ĐCKĐB pha trở nên linh hoạt dễ dàng thích nghi với loại nguồn cấp khác Chẳng hạng nguồn pha, nguồn ba pha nguồn chiều từ ắc quy, ví dụ nơi có nguồn cấp pha, ta dùng ĐCKĐB pha, cách chỉnh lưu điện áp pha thông qua biến đổi nghịch lưu tạo điện áp ba pha mong muốn 4.1 iu ch vect in ỏp khụng gian: 59 Luận văn tèt nghiƯp cao häc Mỗi pha động nhận hai trạng thái: nối với cực “ +” UDC nối với cực “ -” UDC Do có cặp van bán dẫn nên tồn tạo 23 = khả nối pha động với UDC bảng 4-1 Bảng 4-1: Các khả nối pha đông với UDC STT Pha A 1 0 1 Pha B 0 1 0 Pha C 0 0 1 1 Điện áp pha động cơ: usA,usB, usC tính tốn theo bus DC (UDC) ba khố chuyển mạch Ca, Cb, Cc usA = uA - un = RsiA + L diA + EA dt (4-1) usB = uB - un = RsiA + L diB + EB dt (4-2) usC = uC - un = RsiC + L diC + EC dt (4-3) Rs, L điện trở, điện cảm cuộn dây EA, EB, EC sức điện động cuộn dây Cộng ba phương trình (4-1), (4-2), (4-3) vế theo vế uA + uB + uC -3un = (iA + iB + iC)Rs + L d (i A iB iC ) +EA + EB + EC (4-4) dt Xem hệ thống đối xứng iA + iB + iC = EA + E B + E C = Ta có usA + usB + usC = (4-5) 60 un = Luận văn tốt nghiệp cao học (uA + uB + uC) (4- 6) Như usA = uA - 1 (uA + uB + uC) = u A u B uC 3 3 (4-7) usB = uB - 1 (uA + uB + uC) = u A u B uC 3 3 (4-8) usC = uC - 1 (uA + uB + uC) = u A u B uC 3 3 (4-9) Điện áp ba pha uA, uB, uC có quan hệ với UDC Ca, Cb, Cc uA = Ca UDC (4-10) uB = Cb UDC (4-11) uC = Cc UDC (4-12) Trong Ca, Cb, Cc = Ca’ = - Ca ; Cb’ = -Cb ; Cc’ = - Cc (4-13) Từ quan hệ ta có 1 usA = U DC ( Ca Cb Cc ) 3 (4-14) usB = U DC ( Ca Cb Cc ) 3 (4-15) 1 usC = U DC ( Ca Cb Cc ) 3 (4-16) Giả sử xét khả thứ tư bảng 4-1 Ca = 0; Cb = 1; Cc = Ta có usA = U DC usB = usC = U DC 61 Luận văn tốt nghiệp cao học Ta nhận thấy tổ hợp thứ tương đương với trường hợp ta đặt lên ba cuộn pha vectơ điện áp u s với modul 2.UDC/3 hình 4-2 Để tìm điện áp thực rơi pha, ta việc tìm hình chiếu vectơ u s lên trục cuộn dây Tương tự khả ta tập hợp gía trị điện áp theo giá trị biến logic xây dựng vectơ điện áp tương ứng cho tấc vectơ lại, bảng 4-2 Cuộn dây pha B + usC usB us = 2.UDC/3 usA - us Cuộn dây pha A Cuộn dây pha C Hình 4-2: Sơ đồ nối cuộn dây pha vectơ không gian ứng với khả thứ Bảng 4-2: Giá trị điện áp nguồn UDC theo giá trị biến logic Biến logic Điện áp dây Điện áp pha Ca Cb Cc uAB uBC uCA usA 0 0 0 0 UDC -UDC 2UDC/3 1 0 UDC -UDC -UDC UDC 1 UDC 0 1 1 Vectơ usB usC 0 u0 -UDC/3 -UDC/3 u1 UDC/3 UDC/3 -2UDC/3 u2 -UDC/3 2UDC/3 -UDC/3 u3 -UDC -2UDC/3 UDC/3 UDC/3 u4 -UDC UDC -UDC/3 -UDC/3 2UDC/3 u5 UDC -UDC UDC/3 -2UDC/3 UDC/3 u6 0 0 u7 Các vectơ chuẩn đánh số u0, u1, ., u7 Trong hai vectơ u0 (cả ba cuộn dây nối với cực âm “ -”) u7 (cả ba cuộn dây nối với cực dương “ +”) vect cú 62 Luận văn tốt nghiệp cao học modul khơng Vị trí tương đối vectơ chuẩn so với trục minh hoạ hình 4-3 Vectơ chuẩn chia khơng gian vectơ thành góc phần sau S S6 (gọi sector) góc phần tư Q1 Q4 Chỉ tám vectơ chuẩn ta xây dựng vectơ điện áp với biên độ góc pha yêu cầu S2 u3 S3 Q1 S1 Q2 u0 u7 u4 S4 u1 Q4 Q3 u5 u2 S6 S5 u6 Hình 4-3: Các vectơ điện áp chuẩn u0, , u7 tạo bỡi ba nhánh van 4.2 Quan hệ vectơ từ thông stator vectơ điện áp stator Khi chọn hệ toạ độ cố định làm hệ toạ độ tựa hướng xem điện áp sụt điện trở Rs (2-22) khơng đáng kể, ta thu quan hệ tích phân điện áp stator us từ thông stator s us Hay d s dt s u s dt s s s s s t 0 t 0 t 0 (4-17) u s t s (4-18) từ thơng stator thời điểm ban đầu Điều có ý nghĩa : Vectơ s chuyển động theo hướng vectơ điện áp chọn hay nói cách khác vectơ s đáp ứng lại trực tiếp thay đổi in ỏp us 63 Luận văn tốt nghiệp cao học Với vectơ điện áp chuẩn, hình 4-4a ( có vectơ có modul khác khơng vectơ có modul khơng) ta có khả tác động tới s, hình 4-4b Bằng cách chọn vectơ điện áp thích hợp ta đồng thời tác động tới modul s góc xen s r Khi ta đặt lên động vectơ điện áp chuẩn phù hợp, vectơ s chuyển động qũy đạo với gia tốc tối đa dấu gia tốc trùng với dấu chiều chuyển động, góc tăng lên, bỡi r bám theo quán tính Tr Nếu vectơ điện áp chọn có modul khơng, gia tốc s gần khơng nhờ góc bé r tiếp tục quay theo hướng cũ Nếu thời gian T0 thực vectơ điện áp u0 u7 đủ lớn r vượt qua s , kết góc đảo dấu u(110) u(010) u(010) u(110) u(abc) u(000) u(011) u(000) u(100) u(111) u(011) S u(111) u(100) u(001) u(001) u(abc) u(101) u(101 ) r M sin a) b) Hình4-4: Các vectơ điện áp stator chuẩn a), vectơ từ thông stator ứng với vectơ điện áp chuẩn b) 4.3 Quan hệ thành phần tạo nên momen Tư tưởng phương pháp điều khiển trực tiếp momen DTC (Direct Torque Control): Tạo xung kích thích van trực tiếp sở sai lệch từ thông stator sai lệch momen quay Momen nội động chịu ảnh hưởng giá trị modul hai từ thơng s, r góc xen chúng [3]: M L pc m s r sin Ls Lr (4-19) 64 Luận văn tốt nghiệp cao học Biờn t thụng stator thường giữ khơng đổi momen điều chỉnh bỡi góc góc vectơ từ thông stator rotor, gọi góc momen Các động bình thường có số thời gian điện từ mạch rotor Tr cỡ hàng trăm miligiây Như coi từ thơng rotor ổn định biến đổi chậm từ thơng stator, dạt momen u cầu cách quay vectơ từ thông stator theo hướng nhanh có hiệu Như phân tích mục 4-2, momen dảo chiều đảo dấu, trường hợp xảy T0 đủ lớn hay nói cách khác, có mối quan hệ trực tiếp trạng thái momen thời gian T0 Vì ta cần xác định trước độ rộng M giới hạn momen để xác định thời gian T0, hình 4-5 M Mref+M t Mref Mref-M t0 t+ Hình 4-5: Điều khiển momen có trễ Mref :momen đặt ; M : momen điện từ động cơ; M : ngưỡng trễ Thời điểm t0 lúc không cần tăng momen vectơ điện áp không, giá trị thực momen giảm xuống bắt đầu nhỏ ngưỡng sai lệch Mref - M, lúc xảy trình chọn lại vectơ điện áp để tăng momen (đoạn t+) Vì đạo hàm momen phụ thuộc vào tính chất động cơ, tần số dòng điện rotor vectơ điện áp chọn Tốc độ tăng momen động xác định bỡi điều chỉnh từ thơng có ngưỡng 4.4 Mơ hình tổng qt phương pháp điều khiển trực tiếp momen: 4.4.1 Mơ hình tổng qt Mơ hình tổng quát phương pháp điều khiển trực tiếp momen trình bày hình 4-6 đây: 65 Luận văn tốt nghiệp cao học ^ ^ T mụ hình ta thấy, giá trị thực từ thơng momen ( s M ) nhận từ khâu quan sát (tính từ us, is, ) so sánh với giá trị định mức chúng, giá trị sai lệch s M đưa vào hai điều chỉnh từ thông stator momen, tuỳ thuộc vào algorithm hai điều chỉnh mà giá trị đưa đến khối bảng chọn Lookup, đầu khối bảng chọn logic điều khiển biến tần để có điện áp thích hợp đặt vào động để có momen mong muốn + UDC - Sref S (-) Mref ^S M (-) ^^ M Bộ điều chỉnh từ thông Bảng chọn Lookup = 3~ Bộ điều chỉnh momen Nhận dạng Sector S Vị trí S Khâu quan sát us Tín hiệu is đo lường ĐCKĐB Hình 4-6: Mơ hình tổng quát phương pháp điều khiển trực tiếp momen 4.4.2 Xây dựng tổng hợp hệ điều khiển trực tiếp momen động không đồng ba pha rotor lồng sóc: 4.4.2.1Mơ hình ĐCKĐB phương pháp điều khiển trực tiếp momen: Khi thiết kế hệ thống điều khiển/ điều chỉnh truyền động ba pha sở vi xử lý/ vi tính cần phải có mơ hình mơ tả cách xác đối tượng điều khiển/ điều chỉnh thời điểm gián đoạn cách đều, mục đích để thiết kế khâu điều chỉnh, khâu nhận dạng tham số …Điều cho phép đơn giản hố chừng mực đó, tránh vượt q khả tính tốn vi xử lý / vi tớnh 66 Luận văn tốt nghiệp cao häc Trong mơ hình gián đoạn, khoảng thời gian gián đoạn nhỏ việc tính tốn hệ thống xác điều phải u cầu tính tốn xử lý có tốc độ tính tốn cao Với công nghệ phát triển kỹ thuật vi xử lý ngày ta hồn tồn áp dụng mơ hình gián đoạn để mô tả ĐCKĐB vào ứng dụng thực tế điều nâng cao chất lượng điều khiển ĐCKĐB lên nhiều Từ mục 2.6.1 chương 2, ta viết lại hệ phương trình 2-37 s s s s ,s s s i s (k 1) 11 i s (k ) 12 r (k ) H u s (k ) ,s s s s ,s s (k 1) 21 i s (k ) 22 r (k ) Hay T 1 is (k 1) i (k 1) s , (k 1) r r, (k 1) ( 1 ) Ts Tr 0 T 1 1 ( ) Ts Tr T Tr 0 T Tr T is (k ) Ls i (k ) s 0 , (k ) r r, (k ) 0 0 T u s (k ) x Ls u s (k ) 1 T Tr 1 T 1 T Tr T 1 T 1 T Tr x T T 1 Tr (4-20) Hệ phương trình (4-20) kết hợp với phương trình momen gián đoạn hố ta mơ hình gián đoạn mơ tả đầy đủ ĐCKĐB hệ toạ độ sau: T 1 1 T , 1 T is (k 1) 1 ( ) is (k ) r (k ) T r, (k ) us (k ) (4-21a) T T T L s r r s T 1 1 1 T , T is (k 1) 1 ( ) is (k ) T r, (k ) r (k ) u (k ) (4-21b) Tr Tr Ls s Ts 67 Luận văn tốt nghiệp cao học r, (k 1) T T is (k ) (1 ) r, (k ) T r, (k ) Tr Tr (4-21c) r, (k 1) T T is (k ) T r, (k ) (1 ) r, (k ) Tr Tr (4-21d) M L2m pc r, (k )is (k ) r, (k )is (k ) Lr (k 1) (M M c ) (4-21e) pcT (k ) J (4-21g) Cấu trúc mơ hình ĐCKĐB toạ độ , hình 4-6 4.4.2.2 Mơ hình khâu quan sát: Các giá trị thực từ thông momen tính nhờ khâu quan sát Tích phân phương trình (2-21) phạm vi hai thời điểm trích mẫu, ta thu mơ hình gián đoạn tương ứng s (k 1) RsT i s (k ) T u s hay s (k 1) RsTis (k ) Tus (k ) s (k 1) RsTis (k ) Tus (k ) (4-22) Kết hợp với phương tình (4-21d, e, g) ta xây dựng mơ hình khâu quan sát với biến vào đặt bảng 4-3 cấu trúc mơ hình 4-7 Bảng 4-3: Các biến vào khâu quan sát us Ký hiệu usal Điện áp pha trục us usbe Điện áp pha trục is isal Dòng điện pha trục is isbe ome Dòng điện pha trục Tốc độ ^ Từ thông stator đo Tên Inputs Outputs ^ s ^ s Psal ^ Psbe ^ ^ M M Chú thích Từ thơng stator đo Momen đo 68 ^ Luận văn tốt nghiệp cao học T thụng rotor đo ^ r Pral ^ Từ thông rotor đo ^ r Prbe 4.4.2.3 Khâu nhận dạng vị trí sector: Khâu nhận dạng vị trí sector có nhiệm vụ xác định sector tại, phục vụ cho việc chọn trạng thái đóng cắt Ca, Cb, Cc Thuật tốn xác định vị trí sector mơ tả hình 4-8 4.4.2.4 Bộ điều chỉnh momen từ thơng: Bộ điều chỉnh momen(TM1)và từ thông (TM2) hai khâu trễ ba trạng thái, hình 49 -Khâu TM1: Nếu M < M = -1 Nếu M = M = Nếu M > M = -Khâu TM2: Nếu s < s = -1 Nếu s = s = Nếu s > s = uS(k) T (-) z-1 ^S(k) RS T uS(k) z-1 T ^S(k) (-) RS T iS(k) T Tr z ^ r(k) ’ -1 (-) 1 T Tr 1 T Tr T iS(k) T z-1 (-) L2 m pc Lr ^ M 69 TM1 M Luận văn tốt nghiệp cao häc M =[-1;0;1] Bảng chọn Lookup s s =[-1;0;1] Ca Cb Cc TM2 Sector i [i= 1;2;3;4;5;6] Hình 4-9: Bộ điều chỉnh momen, từ thông, bảng chọn lookup s s sai s >0 i=1 hoặc i=2 sai đúng i =1 sai s >0 i=1 s - i=4 hoặc s 0 s a1 a1 > a2 5.1 Hệ thống điều khiển số động không đồng dùng phương pháp điều khiển trực tiếp momen: Sơ đồ cấu trúc điều khiển số hai mạch vịng nối tầng, hình 5-2 Tốc độ (vị trí) động phản hồi qua đo tốc độ (đo vị trí) xử lý chuyển thành tín hiệu số để đưa vào điều khiển số tốc độ (vị trí) Tín hiệu điều khiển số chuyển đổi thành tín hiệu tương tự tác động lên hệ truyền động nhằm điều khiển tốc độ (vị trớ) ca ng c 84 Luận văn tốt nghiệp cao häc Ở ta xét mơ hình tốn học hệ thống theo hàm truyền đạt rời rạc Để làm điều ta phải xét hàm truyền đạt phần tử hệ thống làm sở cho việc xác định hàm truyền đạt cho toàn hệ Theo kết chương ta có đặc tính đáp ứng momen hệ thống ta sử dụng phương pháp điều khiển trực tiếp momen Ta thấy momen đáp ứng nhanh, momen hệ thống đạt đến momen đặt với thời gian trễ nhỏ Do ta coi hàm truyền khối DTC khâu quán tính bậc với số thời gain Tm Dạng hàm truyền WDTC ( p) 1 Tm p (5-10) Hệ truyền động ĐCKĐB dùng phương pháp điều chỉnh trực tiếp momen Mc Khâu điều khiển số ref (-) Vòng điều ref chỉnh vị trí (-) Mref Vịng điều chỉnh tốc độ D D D A A A DTC Mđm (-) 1 Jp T p Đo tốc độ Đo vị trí Hình 5-2 Ta gọi điều chỉnh tốc độ R điều chỉnh vị trí R, từ ta có sơ đồ cấu trúc hệ thống truyền động, hình 5-3 ref T R(z) (-) T BN(z) R(z) WZOH(p) (-) W1(p) T k NT k Hình 5-3: Sơ đồ tương đương: mạch vịng tốc độ v v trớ W2(p) 85 Luận văn tốt nghiệp cao häc Trong đó: k: Hệ số khuyếch đại cảm biến tốc độ k: Hệ số khuyếch đại cảm biến vị trí T: Chu kỳ lấy mẫu (tương ứng với z) mạch vòng tốc độ NT: Chu kỳ lấy mẫu (tương ứng với z) mạch vịng vị trí BN(z):Bộ lưu trữ hiệu chỉnh vị trí làm việc với chu kỳ lấy mẫu NT trì tín hiệu điều khiển (là hình ảnh tốc độ yêu cầu) không đổi chu kỳ đầu vào điều chỉnh tốc độ làm việc với chu kỳ T WZOH ( p) e pT : Hàm truyền khâu lưu giữ giá trị cấp không ZOH p (Zero Order Hold) W1 ( p) WDTC ( p) W2 ( p) Jp : Hàm truyền chuyển đổi tốc độ sang vị trí p 5.2 Mơ hình tổng hợp mạch vòng tốc độ: Cấu trúc mạch vòng tốc độ, hình 5-4 T ref R(z) WZOH(p) (-) WDTC(p ) Jp T k Hình5-4: Sơ đồ tương đương mạch vịng tốc độ Ta có: W3(p) = WZOH(p).WDTC(p) Jp 86 W3(p) = Luận văn tốt nghiệp cao học e pT 1 p Tm p Jp (5-11) 1 1 W3(z) = Z{W3(p)} = (1 z ).Z JTm p ( p 1T ) m Mẫu số 1 p2 ( p ) Tm có ba nghiệm 0; 0; - (5-12) Tm 2 Tm z Tm z 1 TmTz W3(z) = (1 z ). T JTm z Tm ( z ) z e W3(z) = Với b1 b1 z b2 ( z 1)(z z1 ) (5-13) (T Tm z1 Tm ) J b2 T (Tm Tm z1 Tz1 ) ; z1 e Tm J Trong mạch vòng điều khiển tốc độ, đối tượng W3(z) tồn thành phần (z-1) nên điều chỉnh R(z) khâu tỷ lệ P R(z) = kp1 (5-14) Hàm truyền hệ hở mạch vòng điều khiển tốc độ: Whở(z) = kp1 b1 z b2 ( z 1)(z z1 ) (5-15) Khi cho hệ số kp1 luật điều khiển thay đổi nghiệm số vẽ lên mặt phẳng z quỹ đạo nghiệm số Căn vào qũy đạo nghiệm số vòng tròn đơn vị mặt phảng z ta xác định phạm vi biến đổi hệ số tỷ lệ kp1mà phạm vi hệ thống làm vic n nh 87 Luận văn tốt nghiệp cao học Ứng với động không đồng xét chương 4, ta chọn T m = 0,02s, J = 0,225 kg.m2 Kết chạy m-file phần mền Matlab (theo phụ lục 2) ta qũy đạo cực, hình 5-5 Hàm truyền hệ hở mạch vịng tốc độ Zero/pole/gain: 0.8 (z+0.1111) kp1 (z-1) (z-4.54e-005) Sampling time: 0.2s Chọn k = 1, hàm truyền hệ kín mạch vịng tốc độ Wkín(z) = Who ( z ) Who ( z ) (5-15a) b1 z b2 ( z 1)(z z1 ) Wkín(z) = b1 z b2 k p1 ( z 1)(z z1 ) k p1 (5-15b) Đáp ứng đầu mạch vòng tốc độ tương ứng với giá trị k p1 biểu diễn hình 5-6a,b,c,d,e,f Hình 5-5 88 Luận văn tốt nghiệp cao học Hỡnh 5-6a: Khi kp1=0,2 Hình 5-6b: Khi kp1=0,649 Hình 5-6c: Khi kp1 = 0,99 Hình 5-6d: Khi kp1 = Hình 5-6e:Khi kp1 =2,81 Hình 5-6f: Khi kp1 = 2,84 Từ đáp ứng ta nhận thấy rằng: Khi kp1 = 0.99, hàm truyền hệ kín mạch vịng tốc độ Zero/pole/gain: 89 Luận văn tốt nghiệp cao học 0.792 (z+0.1111) -(z^2 - 0.208z + 0.088) Sampling time: 0.2s Đáp ứng đầu mạch vòng tốc độ tốt theo tiêu chuẩn modul tối ưu - Thời gian đạt đến giá trị đặt: 0.3s - Thời gian độ: 0,7s - Lượng q điều chỉnh: 4,3% 5.3 Mơ hình tổng hợp mạch vịng vị trí: Khi k = 1, biến đổi tương đương sơ đồ hình 5-3 ta hình 5-7 W3(p) = WZOH(p).WDTC(p) Jp W4(p) = WZOH(p).WDTC(p) W2(p) Jp ref T R(z) T BN(z) (-) R(z) W4(p) (-) T T W3(p) NT k Hình 5-7:Mạch vịng vị trí: sơ đồ tương đương sau phép biến đổi W5 ( z) R ( z ) R ( z)W3 ( z) Sơ đồ hình 5-7 tương đương hình 5-8 ref T R(z) (-) BN(z) T W5(z W4(p) ) NT k Hình 5-7-:Mạch vịng vị trí: sơ đồ tương đương sau phép biến đổi th hai 90 Luận văn tốt nghiệp cao học e pT 1 1 e pT p Tm p Jp p p Jp (1 Tm p) W4(p) = (5-16) 1 1 W4(z) = (1 z )Z JTm p ( p T ) m Mẫu số p ( p 1T ) có nghiệm: 0, 0, 0, - 1T m m Tm2 Tm Tm 1 W4(z) = (1 z ).Z J p p p p 1T m T ( z 1) TmTz Tm2 z Tm2 ( z 1) (1 z 1 ).Z (5-17) J z z1 ( z 1) z ( z 1) W4(z) = Đơn giản biểu thức (5-17), ta W4 ( z ) Với c1 z c2 z c3 z c4 ( z 1)2 ( z z1 ) (5-18) T T z1 e m c1 = Tm2 c2 T TmT Tm2 z1 3Tm2 c3 T (1 z1 ) TmT (1 z1 ) 2Tm2 z1 3Tm2 c4 = c4 ( T z1 TmTz1 Tm2 z1 Tm2 ) Để đơn giản toán, chọn N = 1, tức chu kỳ trích mẫu mạch vịng tốc độ mạch vịng vị trí Hệ thống tương đương hình 5-9 ref T R(z) (-) W5(z W4(z ) ) T k Hình 5-9: Mạch vịng vị trí: sơ đồ tương đương tần s ly 91 Luận văn tốt nghiệp cao học Hm truyền hệ hở mạch vịng điều khiển vị trí: Whở(z) = R(z) W5(z).W4(z) Hay Whở(z) = R(z) c z c z c3 z c R ( z) (5-19) b1 z b2 ( z 1) ( z z1 ) R ( z) ( z 1)(z z1 ) Theo kết tổng hợp phần 5.2, ta có R(z) = kp1 = 0,99 Whở(z) = R(z) k p1 (c1 z c2 z c3 z c4 ) ( z 1)[(z 1)(z z1 ) k p1 (b1 z b2 )] (5-20) Ta nhận thấy Whở(z) tồn thành phần (z-1), điều chỉnh vị trí khâu tỷ lệ P R(z) = kp2 Dựa vào kết chạy chương trình m-file phần mền Matlab (theo phụ lục 2) ta qũy đạo cực hình 5-10 Hàm truyền hệ hở mạch vịng vị trí Zero/pole/gain: 0.000396 (z+35.21) (z+1.806) (z-0.01577) kp2 -(z-1) (z^2 - 0.208z + 0.088) Sampling time: 0.2s 92 Luận văn tèt nghiƯp cao häc Hình 5-10 Chọn k = 1, ta có hàm truyền hệ kín: Wkín(z) = Who ( z ) Who ( z ) (5-21) Đáp ứng đầu mạch vịng vị trí tương ứng với giá trị kp2 biểu diễn hình 5-11a,b,c,d,e,f Hình 5-11a: Khi kp2 = 3,5 Hình 5-11b: Khi kp2 =8,01 93 Luận văn tốt nghiệp cao học Hình 5-11c: Khi kp2 = 9,85 Hình 5-11d: Khi kp2 =14 Hình 5-11e: Khi kp2 = 31,2 Hình 5-11f: Khi kp2 =33 Từ đáp ứng ta nhận thấy rằng: Khi kp2 = 9,85, hàm truyền hệ kín mạch vịng vị trí Zero/pole/gain: 0.0038854 (z+35.21) (z+1.806) (z-0.01577) (z-0.2887) (z^2 - 0.7709z + 0.3171) Sampling time: 0.2s Đáp ứng đầu mạch vịng vị trí tốt theo tiêu chuẩn modul tối ưu - Thời gian đạt đến giá trị đặt: 0.7s - Thời gian độ: 1,25s - Lng quỏ iu chnh: 4,3% 94 Luận văn tèt nghiƯp cao häc Dựa kết mơ hệ, ta nhận thấy để đáp ứng tiêu chuẩn modul tối ưu khâu hiệu chỉnh tốc độ vị trí hai khâu tỷ lệ k p1, kp2 với hệ số tỷ lệ tương ứng: kp1 = 0,99 kp2 = 9,85 Sau tổng hợp hệ thống điều khiển ĐCKĐB theo phương pháp điều khiển trực tiếp momen, với điều kiện giả thiết ban đầu tốn, ta thu đặc tính có chất lượng cao cụ thể là: - Đặc tính momen khơng có lượng q điều chỉnh thời gian để đạt giá trị momen đặt nhỏ, khoảng 0,005s Điều cho ta thấy rõ tính ưu việt phương pháp DTC - Đáp ứng tốc độ bị dao động, sau nhịp dao động tiến đến ổn định Hệ thống có tính ổn định cao Từ đặc điểm giúp ta có đủ sở kết luận hệ thống điều khiển trực tiếp momen ĐCKĐB đạt tiêu chất lượng cao thay hệ điều khiển truyền động điện động chiều KẾT LUẬN Đề tài nghiên cứu “ Một số vấn đề phương pháp điều khiển trực tiếp momen động khơng đồng ba pha rotor lồng sóc” vấn đề mang tính thời sự, xuất phát từ nhu cầu thực tiễn truyền động điện xoay chiều ngành điều khiển học đại Hệ điều khiển tốc độ (vị trí) có ứng dụng rộng rãi công nghiệp đặc biệt điều khiển Robot (AC servo motor) Do ứng dụng hiệu tin học kỹ thuật điện tử vào truyền động điện mà ngày ta có hệ chấp hành cú 95 Luận văn tốt nghiệp cao học th thoó mãn yêu cầu độ xác cao, thời gian tác động nhanh điều khiển đại Trong phạm vi luận văn trình bày số vấn đề: - Hệ thống lại hệ thống điều khiển chuyển động công nghiệp Nó có mặt dây chuyền công nghệ phức tạp đại, đồng thời có mặt thiết bị đơn lẻ tay máy, cấu ăn dao máy cắt kim loại mục tiêu điều khiển chuyển động tăng dần tỷ trọng sử dụng truyền động điện xoay chiều, nhờ việc tạo biến đổi công suất lớn, tần số chuyển mạch cao, ứng dụng vi xử lý cỡ lớn điều khiển chẳng hạn biến tần Các thiết bị xoay chiều ngày gọn hơn, hiệu cao hơn, làm việc tin cậy để so sánh với truyền động điện chiều thay dần hệ truyền động chiều với giá thành rẻ - Hệ thống hoá sở lý thuyết máy điện không đồng bộ, xuất phát từ hệ phương trình vi phân động ba pha, sử dụng lý thuyết máy điện tổng quát hai pha phép biến đổi toạ độ để nhận mơ hình tốn học thuận tiện cho việc giải máy tính Xây dựng mơ hình liên tục mơ hình gián đoạn động không đồng hệ trục (,) (d,q) nhằm phục vụ cho việc nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều khiển - Tổng hợp phương pháp điều khiển động không đồng bộ, chủ yếu đề cập đến phương pháp biến đổi tần số, phương pháp điều khiển vectơ Nội dung phương pháp điều khiển vectơ dẫn dắt từ chỗ điều khiển dùng senxơ cảm biến Holl đến hình thức dùng mơ hình từ thơng - Đề cập tương đối kỹ phương pháp điều khiển trực tiếp momen Tư tưởng phương pháp lưạ chọn vectơ điện áp thích hợp để sinh từ thơng momen mong muốn Cụ thể algorithm phương pháp lựa chọn vectơ khơng gian điện áp thích hợp từ bảng chọn dựa giá trị thực từ thông momen Kết hợp với phần mềm mô Simulink - Matlab xây dựng hệ thống điều khiển động không đồng pha rotor lồng sóc theo phương pháp điều khiển trực 96 LuËn văn tốt nghiệp cao học tip momen Cụng c Simulink - Matlab cho phép thể cách hoàn chỉnh trực quan mơ hình tốn, tận dụng mạnh phương pháp mô máy tính tương tự thường sử dụng trước để giải toán điện cơ, đồng thời phối hợp phương pháp số đại với độ xác cao - Điều khiển số phương pháp đảm bảo độ xác cao hệ thống điều khiển có khả chống nhiễu cao, mềm dẻo linh hoạt điều khiển nhờ có máy tính trợ giúp Khi thực điều khiển số khối lượng tính tốn giảm đáng kể mà chất lượng điều khiển lại tăng lên Chính điều này, luận văn xây dựng hai điều chỉnh (tốc độ vị trí) cho động khơng đồng dựa sở điều khiển trực tiếp momen Về tổng thể, nhận thấy luận văn chứa đựng nội dung đề Đó đóng góp nhỏ luận văn vào lý thuyết chuyên môn khả ứng dụng động không đồng Tuy nhiên, luận văn đề cập đến mơ hình điều khiển động không đồng giới hạn số điều kiện như: Các cuộn dây máy bố trí đối xứng khơng gian; khơng kể đến tổn hao lõi thép ; tác động pha khe hở khơng khí đều; giá trị điện trở điện cảm coi không đổi Với phương pháp nghiên cứu mở rộng nghiên cứu để mơ hình tổng quát Hướng phát triển đề tài: - Xây dựng, nghiên cứu mơ hình thực nghiệm phương pháp điều khiển trực tiếp momen DTC động không đồng để kiểm định lại kết nghiên cứu lý thuyết - Hồn thiện thuật tốn phương pháp điều khiển trực tiếp momen, viết phần mềm cài đặt thiết bị chuyên dụng - Nghiên cứu vấn đề giảm biên p mch ca momen 97 Luận văn tốt nghiệp cao häc -Xây dựng hệ thống điều khiển tối ưu, điều khiển thích nghi, điều khiển mờ cho hệ truyền động xoay chiều -Từ kết nghiên cứu phương pháp điều khiển trực tiếp momen động khơng đồng ta áp dụng nghiên cứu cho động đồng Các hướng phát triển đề tài cao học cao cho luận văn cao học Khi cần có đầu tư thời gian cơng sức tài thích hợp Tác giả mong góp ý Thầy bạn đồng nghiệp TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bùi Đình Tiếu, Phạm Duy Nhi Cơ sở truyền động điện tự động-Nhà xuất ĐH 1983 [2].Lê Văn Doanh, Nguyễn Thế Công, Nguyễn Trung Sơn, Cao Văn Thành Điều khiển số máy điện-Nhà xuất KHKT 1999 [3].Bùi Quốc Khánh, Phạm Quốc Hải, Nguyễn Văn Liễn, Dương Văn Nghi Điều chỉnh tự động truyền động điện-Nhà xuất KHKT 1999 [4] Nguyn Phựng Quang 98 Luận văn tốt nghiÖp cao häc Điều khiển tự động truyền động điện xoay chiều ba pha- Nhà xuất GD 1996 [5] Nguyễn Văn Hoà Cơ sở lý thuyết điều khiển tự động- Nhà xuất KHKT 1998 [6] Nguyễn Phùng Quang Matlab and simulink- Nhà xuất KHKT 2004 [7] A vandenput Motion control systems- 1993 [8] Gene F.Franklin, J.David Powell, Michael L.Workman Digital control of dynamic systems-Addison wesley publishing company 1990 [9] Digital control systems (DCS) group Sensorless variable speed 3- phase AC induction motor with closed loop speed control- Texas instruments 2000 [10] Katuji Shinohara, Eiichi Sakasegawa A new PWM method with suppressed neutral point potential variation of three level inverter for AC servo motor drive-Kagoshima university 1999 [11] Heath Hofmann, Seth R Sanders Speed sensorless vector torque control of induction machines using a two time scale approach- IEEE 1998 [12] Robet H, Bishop Modern control systems anslysis and design using matlab and simulinkThe university of texas at Austin 1997 98 Luận văn tốt nghiệp cao học PHụ LụC Phụ lục 1.Code ch-ơng trình khâu nhận dạng sector function [sys,x0,str,ts] = Sector(t,x,u,flag) switch flag, case 0, [sys,x0,str,ts]=mdlInitializeSizes; case 3, sys=mdlOutputs(t,x,u); case {1,2,4,9}, sys=[]; otherwise error(['Unhandled flag = ',num2str(flag)]); end % -function [sys,x0,str,ts]=mdlInitializeSizes(t,x,u,f) sizes = simsizes; sizes.NumContStates = 0; sizes.NumDiscStates = 0; sizes.NumOutputs = 1; sizes.NumInputs = 2; sizes.DirFeedthrough = 1; sizes.NumSampleTimes = 1; sys = simsizes(sizes); x0 = []; str = []; ts = [0 0]; % function sys = mdlOutputs(t,x,u) Psal = u(1); Psbe = u(2); t = Psal*sqrt(3); if (Psbe > 0) if (Psal > 0) if(Psbe-t < 0) sys = 1; else sys = 2; end; else if(Psbe+t < 0) sys = 3; else sys = 2; end; end; 99 Luận văn tốt nghiệp cao học else if (Psal > 0) if(Psbe+t < 0) sys = 5; else sys = 6; end; else if(Psbe-t < 0) sys = 5; else sys = 4; end; end; end 2.Code ch-ơng trình khâu điều chế áp: function [sys,x0,str,ts] = DieucheV(t,x,u,flag) switch flag, case 0, [sys,x0,str,ts]=mdlInitializeSizes; case 3, sys=mdlOutputs(t,x,u); case {1,2,4,9}, sys=[]; otherwise error(['Unhandled flag = ',num2str(flag)]); end % -function [sys,x0,str,ts]=mdlInitializeSizes(t,x,u) sizes = simsizes; sizes.NumContStates = 0; sizes.NumDiscStates = 0; sizes.NumOutputs = 3; sizes.NumInputs = 4; sizes.DirFeedthrough = 1; sizes.NumSampleTimes = 1; sys = simsizes(sizes); x0 = []; str = []; ts = [0 0]; % function sys = mdlOutputs(t,x,u) if (u(1) ==0)&(u(2) ==0)&(u(3) ==0) sys(1)=0; sys(2)=0; sys(3)=0; elseif(u(1) ==1)&(u(2) ==0)&(u(3) ==0) 100 sys(1)=(2*u(4))/3; sys(2)=-u(4)/3; sys(3)=-u(4)/3; elseif (u(1) ==1)&(u(2) sys(1)=u(4)/3; sys(2)=u(4)/3; sys(3)=-(2*u(4))/3; elseif (u(1) ==0)&(u(2) sys(1)=-u(4)/3; sys(2)=(2*u(4))/3; sys(3)=-u(4)/3; elseif (u(1) ==0)&(u(2) sys(1)=-(2*u(4))/3; sys(2)=u(4)/3; sys(3)=u(4)/3; elseif (u(1) ==0)&(u(2) sys(1)=-u(4)/3; sys(2)=-u(4)/3; sys(3)=(2*u(4))/3; elseif (u(1) ==1)&(u(2) sys(1)=u(4)/3; sys(2)=-(2*u(4))/3; sys(3)=u(4)/3; elseif (u(1) ==1)&(u(2) sys(1)=0; sys(2)=0; sys(3)=0; end Luận văn tốt nghiệp cao häc ==1)&(u(3) ==0) ==1)&(u(3) ==0) ==1)&(u(3) ==1) ==0)&(u(3) ==1) ==0)&(u(3) ==1) ==1)&(u(3) ==1) 3.Code ch-ơng trình khâu mà hoá: function [sys,x0,str,ts] = Mahoa(t,x,u,flag) switch flag, case 0, [sys,x0,str,ts]=mdlInitializeSizes; case 3, sys=mdlOutputs(t,x,u); case {1,2,4,9}, sys=[]; otherwise error(['Unhandled flag = ',num2str(flag)]); end % -function [sys,x0,str,ts]=mdlInitializeSizes(t,x,u) sizes = simsizes; sizes.NumContStates = 0; sizes.NumDiscStates = 0; sizes.NumOutputs = 2; %cac muc cua detaM : -1;0;1 101 Luận văn tốt nghiệp cao häc %cac muc cua detaP : -1;0;1 sizes.NumInputs = 2;% sai lech momen va tu thong :detaM, detaP sizes.DirFeedthrough = 1; sizes.NumSampleTimes = 1; sys = simsizes(sizes); x0 = []; str = []; ts = [0 0]; % function sys = mdlOutputs(t,x,u) % Ma hoa detaM % if (u(1) 0) sys(1)=1; end % Ma hoa detaP % if (u(2) 0) sys(2)=1; end 4.Code ch-ơng trình khâu Lookup1: function [sys,x0,str,ts] = Lookup1(t,x,u,flag) switch flag, case 0, [sys,x0,str,ts]=mdlInitializeSizes; case 3, sys=mdlOutputs(t,x,u); case {1,2,4,9}, sys=[]; otherwise error(['Unhandled flag = ',num2str(flag)]); end % -function [sys,x0,str,ts]=mdlInitializeSizes(t,x,u) sizes = simsizes; sizes.NumContStates = 0; 102 Luận văn tốt nghiệp cao häc sizes.NumDiscStates = 0; sizes.NumOutputs = 3; sizes.NumInputs = 3; % sai lech momen:u(1)=-1;0;1 % sai lech tu thong:u(2)=-1;0;1 % Sector hien tai u(3)i; i = sizes.DirFeedthrough = 1; sizes.NumSampleTimes = 1; sys = simsizes(sizes); x0 = []; str = []; ts = [0 0]; % function sys = mdlOutputs(t,x,u) ar=[1 0 1 0 0 1 0 1 %hang 110010011001101100 %hang 010011001101100110 %hang 011001101100110010 %hang 001101100110010011 %hang 101100110010011001 %hang 1 1 1 1 1 1 1 1 1]; %hang % -if u(3) ==1 if (u(1) ==-1)&(u(2) ==-1) sys(1)=ar(5,1); sys(2)=ar(5,2); sys(3)=ar(5,3); elseif (u(1) ==1)&(u(2) ==-1) sys(1)=ar(3,1); sys(2)=ar(3,2); sys(3)=ar(3,3); elseif (u(1) ==-1)&(u(2) ==0) sys(1)=ar(1,1); sys(2)=ar(1,2); sys(3)=ar(1,3); elseif (u(1) ==1)&(u(2) ==0) sys(1)=ar(4,1); sys(2)=ar(4,2); sys(3)=ar(4,3); elseif (u(1) ==-1)&(u(2) ==1) sys(1)=ar(6,1); sys(2)=ar(6,2); sys(3)=ar(6,3); elseif (u(1) ==1)&(u(2) ==1) sys(1)=ar(2,1); sys(2)=ar(2,2); sys(3)=ar(2,3); elseif (u(1) ==0) 103 Luận văn tốt nghiệp cao học sys(1)=ar(7,1); sys(2)=ar(7,2); sys(3)=ar(7,3); end end % if u(3) ==2 if (u(1) ==-1)&(u(2) ==-1) sys(1)=ar(5,4); sys(2)=ar(5,5); sys(3)=ar(5,6); elseif (u(1) ==1)&(u(2) ==-1) sys(1)=ar(3,4); sys(2)=ar(3,5); sys(3)=ar(3,6); elseif (u(1) ==-1)&(u(2) ==0) sys(1)=ar(1,4); sys(2)=ar(1,5); sys(3)=ar(1,6); elseif (u(1) ==1)&(u(2) ==0) sys(1)=ar(4,4); sys(2)=ar(4,5); sys(3)=ar(4,6); elseif (u(1) ==-1)&(u(2) ==1) sys(1)=ar(6,4); sys(2)=ar(6,5); sys(3)=ar(6,6); elseif (u(1) ==1)&(u(2) ==1) sys(1)=ar(2,4); sys(2)=ar(2,5); sys(3)=ar(2,6); elseif (u(1)==0) sys(1)=ar(7,4); sys(2)=ar(7,5); sys(3)=ar(7,6); end end % -if u(3) ==3 if (u(1) ==-1)&(u(2) ==-1) sys(1)=ar(5,7); sys(2)=ar(5,8); sys(3)=ar(5,9); elseif (u(1) ==1)&(u(2) ==-1) sys(1)=ar(3,7); sys(2)=ar(3,8); sys(3)=ar(3,9); elseif (u(1) ==-1)&(u(2) ==0) 104 Luận văn tốt nghiệp cao häc sys(1)=ar(1,7); sys(2)=ar(1,8); sys(3)=ar(1,9); elseif (u(1) ==1)&(u(2) ==0) sys(1)=ar(4,7); sys(2)=ar(4,8); sys(3)=ar(4,9); elseif (u(1) ==-1)&(u(2) ==1) sys(1)=ar(6,7); sys(2)=ar(6,8); sys(3)=ar(6,9); elseif (u(1) ==1)&(u(2) ==1) sys(1)=ar(2,7); sys(2)=ar(2,8); sys(3)=ar(2,9); elseif (u(1)==0) sys(1)=ar(7,7); sys(2)=ar(7,8); sys(3)=ar(7,9); end end % -if u(3) ==4 if (u(1) ==-1)&(u(2) ==-1) sys(1)=ar(5,10); sys(2)=ar(5,11); sys(3)=ar(5,12); elseif (u(1) ==1)&(u(2) ==-1) sys(1)=ar(3,10); sys(2)=ar(3,11); sys(3)=ar(3,12); elseif (u(1) ==-1)&(u(2) ==0) sys(1)=ar(1,10); sys(2)=ar(1,11); sys(3)=ar(1,12); elseif (u(1) ==1)&(u(2) ==0) sys(1)=ar(4,10); sys(2)=ar(4,11); sys(3)=ar(4,12); elseif (u(1) ==-1)&(u(2) ==1) sys(1)=ar(6,10); sys(2)=ar(6,11); sys(3)=ar(6,12); elseif (u(1) ==1)&(u(2) ==1) sys(1)=ar(2,10); sys(2)=ar(2,11); sys(3)=ar(2,12); elseif (u(1)==0) 105 Luận văn tốt nghiệp cao học sys(1)=ar(7,10); sys(2)=ar(7,11); sys(3)=ar(7,12); end end % -if u(3) ==5 if (u(1) ==-1)&(u(2) ==-1) sys(1)=ar(5,13); sys(2)=ar(5,14); sys(3)=ar(5,15); elseif (u(1) ==1)&(u(2) ==-1) sys(1)=ar(3,13); sys(2)=ar(3,14); sys(3)=ar(3,15); elseif (u(1) ==-1)&(u(2) ==0) sys(1)=ar(1,13); sys(2)=ar(1,14); sys(3)=ar(1,15); elseif (u(1) ==1)&(u(2) ==0) sys(1)=ar(4,13); sys(2)=ar(4,14); sys(3)=ar(4,15); elseif (u(1) ==-1)&(u(2) ==1) sys(1)=ar(6,13); sys(2)=ar(6,14); sys(3)=ar(6,15); elseif (u(1) ==1)&(u(2) ==1) sys(1)=ar(2,13); sys(2)=ar(2,14); sys(3)=ar(2,15); elseif (u(1)==0) sys(1)=ar(7,13); sys(2)=ar(7,14); sys(3)=ar(7,15); end end if u(3) ==6 if (u(1) ==-1)&(u(2) ==-1) sys(1)=ar(5,16); sys(2)=ar(5,17); sys(3)=ar(5,18); elseif (u(1) ==1)&(u(2) ==-1) sys(1)=ar(3,16); sys(2)=ar(3,17); sys(3)=ar(3,18); elseif (u(1) ==-1)&(u(2) ==0) sys(1)=ar(1,16); 106 Luận văn tốt nghiệp cao học sys(2)=ar(1,17); sys(3)=ar(1,18); elseif (u(1) ==1)&(u(2) ==0) sys(1)=ar(4,16); sys(2)=ar(4,17); sys(3)=ar(4,18); elseif (u(1) ==-1)&(u(2) ==1) sys(1)=ar(6,16); sys(2)=ar(6,17); sys(3)=ar(6,18); elseif (u(1) ==1)&(u(2) ==1) sys(1)=ar(2,16); sys(2)=ar(2,17); sys(3)=ar(2,18); elseif (u(1)==0) sys(1)=ar(7,16); sys(2)=ar(7,17); sys(3)=ar(7,18); end end 5.Code ch-ơng trình khâu chuyển đổi CD3_2: function [sys,x0,str,ts] = CD3_2(t,x,u,flag) switch flag, case 0, [sys,x0,str,ts]=mdlInitializeSizes; case 3, sys=mdlOutputs(t,x,u); case {1,2,4,9}, sys=[]; otherwise error(['Unhandled flag = ',num2str(flag)]); end function [sys,x0,str,ts]=mdlInitializeSizes(t,x,u) sizes = simsizes; sizes.NumContStates = 0; sizes.NumDiscStates = 0; sizes.NumOutputs = 2; sizes.NumInputs = 3; sizes.DirFeedthrough = 1; sizes.NumSampleTimes = 1; sys = simsizes(sizes); x0 = []; str = []; ts = [0 0]; function sys = mdlOutputs(t,x,u) sys(1)=u(1); sys(2)=(u(1)+2*u(2))/sqrt(3); 107 Luận văn tốt nghiệp cao học Phụ lục Ch-ơng trình vẽ qũy đạo cực mạch vòng tèc ®é %Chuong trinh ve quy dao cuc mach vong toc T=0.2;% Thoi gian trich mau, s J = 0.225 ; % Momen quan tinh cua DCKDB, kg.m^2 Tm=0.02; z1=exp(-T/Tm); b1=(1/J)*(T+Tm*z1-Tm); b2=(1/J)*(Tm-Tm*z1-T*z1); sys=tf([b1 b2],[1 -(1+z1) z1],T) sys1=zpk(sys) rlocus(sys1) 2.Ch-¬ng trình đáp ứng đầu mạch vòng tốc độ % Dap ung cua vong toc chon BDC la khau ty le P J = 0.225 ; Tm=0.02; disp('Nhap kp1:') kp1=input(''); disp('Nhap T:') T=input(''); Period=[0:T:10]; z1=exp(-T/Tm); b1=(1/J)*(T+Tm*z1-Tm); b2=(1/J)*(Tm-Tm*z1-T*z1); sys1=tf([b1 b2],[1 -(1+z1) z1],T) sys2=kp1; G0=series(sys2,sys1) F1=feedback(G0,1) sys1=zpk(F1) [y1,t1]=step(F1,Period); plot(t1,y1,'b') axis([0 -0.5 1.5]) grid Ch-ơng trình vẽ qũy đạo cực mạch vòng vị trí % Chuong trinh ve quy dao cuc mach vong vi tri T=0.2; J = 0.225 ; kp1=0.99; Tm=0.02; z1=exp(-T/Tm); b1=(1/J)*(T+Tm*z1-Tm); b2=(1/J)*(Tm-Tm*z1-T*z1); b1p=b1*kp1; b2p=b2*kp1; 108 Luận văn tốt nghiệp cao học c1=Tm^2; c2=0.5*(T^2)-Tm*T-(Tm^2)*z1-3*(Tm^2); c3=0.5*(T^2)*(1-z1)+Tm*T*(1+z1)+2*(Tm^2)*z1+3*(Tm^2); c4=-(0.5*(T^2)*z1+Tm*T*z1+(Tm^2)*z1+Tm^2); c1p=c1*kp1;c2p=c2*kp1;c3p=c3*kp1;c4p=c4*kp1; d1=1; d2=-(2+z1-b1p); d3=(2*z1+b2p-b1p+1); d4=-(z1+b2p); sys=tf([c1p c2p c3p c4p],[d1 d2 d3 d4],T) sys1=zpk(sys) rlocus(sys1) 4.Ch-ơng trình đáp ứng đầu mạch vòng vị trí % Dap ung cua vong vi trikhichon BDC vitrila khau ty le P kp1=0.99; disp('Nhap kp2:') kp2=input(''); disp('Nhap T:') T=input(''); % -Period=[0:T:10]; Tm=0.02; J = 0.225 ; % Momen quan tinh cua DCKDB Tm=0.02; z1=exp(-T/Tm); b1=(1/J)*(T+Tm*z1-Tm); b2=(1/J)*(Tm-Tm*z1-T*z1); b1p=b1*kp1; b2p=b2*kp1; c1=Tm^2; c2=0.5*(T^2)-Tm*T-(Tm^2)*z1-3*(Tm^2); c3=0.5*(T^2)*(1-z1)+Tm*T*(1+z1)+2*(Tm^2)*z1+3*(Tm^2); c4=-(0.5*(T^2)*z1+Tm*T*z1+(Tm^2)*z1+Tm^2); c1p=c1*kp1;c2p=c2*kp1;c3p=c3*kp1;c4p=c4*kp1; d1=1; d2=-(2+z1-b1p); d3=(2*z1+b2p-b1p+1); d4=-(z1+b2p); sys1=tf([c1p c2p c3p c4p],[d1 d2 d3 d4],T) sys2=kp2; G0=series(sys2,sys1); F1=feedback(G0,1); sys1=zpk(F1) [y1,t1]=step(F1,Period); plot(t1,y1,'b') axis([0 -1 3]) grid ...BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - TRƯƠNG MINH TẤN MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ ĐIỀU KHIỂN PHƯƠNG PHÁP TRỰC TIẾP MOMEN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA ROTOR LỒNG SÓC... động động không đồng ba pha rotor lồng sóc 25 Luận văn tốt nhiƯp cao häc Chương MƠ HÌNH TỐN HỌC CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA 2.1 Hệ phương trình động khơng đồng pha rotor lồng sóc ... điều khiển động xoay chiều không đồng ba pha nh-ng chủ yếu đề cập đến ph-ơng pháp điều khiển tần số ph-ơng pháp điều khiển vectơ Ch-ơng thứ t- trình bày ph-ơng pháp điều khiển trực tiếp momen,