Điều khiển định hướng từ thông rotor động cơ không đồng bộ 3 pha có xem xét ảnh hưởng của bão hòa từ

Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA LƯƠNG HOÀNG PHONG ĐIỀU KHIỂN ĐỊNH HƯỚNG TỪ THÔNG ROTOR ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA CĨ XEM XÉT ẢNH HƯỞNG CỦA BÃO HỊA TỪ Chun ngành: Thiết bị, Mạng Nhà Máy điện LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng năm 2009 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học: TS Phạm Đình Trực …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét 1:………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét 2:………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Luận văn thạc sĩ bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày ………… tháng……… năm ………… TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA TP HCM PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc Tp HCM, ngày tháng năm 2009 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Lương Hoàng Phong Ngày, tháng, năm sinh: Chuyên ngành: Phái: nam 10/10/1973 Nơi sinh: Vĩnh Long Thiết bị, Mạng Nhà máy điện MSHV: 01807727 I- TÊN ĐỀ TÀI: ĐIỀU KHIỂN ĐỊNH HƯỚNG TỪ THÔNG ROTOR ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA XEM XÉT ẢNH HƯỞNG CỦA BÃO HÒA TỪ II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: THỰC HIỆN PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN RFOC CHO ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA XEM XÉT ẢNH HƯỞNG CỦA BÃO HỊA TỪ BẰNG PHẦN MỀM MƠ PHỎNG MATLAB III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: …………………………………………………… IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: ………………………………………… V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS PHẠM ĐÌNH TRỰC CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Học hàm, học vị, họ tên chữ ký) CN BỘ MÔN QL CHUYÊN NGÀNH LỜI CẢM ƠN Tôi xin đặc biệt cảm ơn thầy TS Phạm Đình Trực tận tình giúp đỡ hướng dẫn học tập suốt trình thực luận văn, ý kiến q báu thầy giúp tơi học tập khắc phục nhiều thiếu sót để hồn thành luận văn Chân thành cảm ơn thầy, cô Khoa Điện – Điện tử Trường Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh tận tình truyền đạt kiến thức cho tơi suốt khóa học trường Cảm ơn bạn bè chia sẻ trao dồi kiến thức học tập trình thực luận văn, Cảm ơn Trường Đại học Trà Vinh tạo điều kiện tốt cho tơi hồn thành khóa học Xin chân thành cảm ơn gia đình người thân u ln tạo điều kiện, động viên, giúp đỡ chỗ vựa vững giúp an tâm học tập vượt qua khó khăn thời gian qua Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2009 Lương Hoàng Phong MỞ ĐẦU Cùng với phát triển ngành công nghiệp, động không đồng với ưu điểm gọn nhẹ, chi phí vận hành, bảo dưỡng giá thành thấp, không ô nhiễm môi trường ngày sử dụng rộng rãi Đặc biệt với phát triển công nghệ bán dẫn áp dụng kỹ thuật điều khiển phương pháp điều khiển động không đồng theo định hướng trường áp dụng vào thực tế, cho phép điều khiển xác moment tốc độ động cơ, động khơng đồng sử dụng hầu hết lĩnh vực khác công nghiệp, dây chuyền sản xuất thay cho động điện chiều Nhằm tìm hiểu cách đầy đủ dạng ảnh hưởng mặt điện từ tồn thực tế vận hành động không đồng bộ, luận văn tập trung nghiên cứu mơ hình động khơng đồng có xem xét ảnh hưởng tổn hao sắt từ bão hòa từ, phương pháp điều khiển định hướng từ thông rotor (RFOC) Với mục tiêu cấu trúc luận văn gồm chương cụ thể sau: - Chương 1: Tổng quan động không đồng phương pháp điều khiển - Chương 2: Mơ hình tốn động không đồng - Chương 3: Mô động không đồng - Chương 4: Lý thuyết điều khiển định hướng từ thông rotor (RFOC) - Chương 5: Mô điều khiển định hướng từ thông rotor (RFOC) động không đồng - Chương 6: Kết mô điều khiển định hướng từ thông rotor (RFOC) động không đồng - Chương 7: Mô RFOC kết hợp với điều khiển vận tốc fuzzy-PID cho mơ hình động KĐB - Chương 8: Kết luận - Chương 9: Tài liệu tham khảo HÌNH VÀ BẢNG BIỂU Hình 1.1: Động cảm ứng Feraris (1885) [1]……………………………………… Hình 1.2: Động cảm ứng Tesla (1886) [1]………………………………………… Hình 1.3: Động KĐB ba pha sử dụng phổ biến [1]………………………… Hình 1.4: Động KĐB pha khởi động làm việc tụ điện [1]………………… Hình 1.5: Động KĐB kết cấu khung nhơm [1]…………………………………… Hình 1.6: Động KĐB có hãm điện từ nhanh [1]…………………………….……… Hình 1.7: Động KĐB ứng dụng để bơm nước sản xuất bột giấy [1]……… Hình 1.8: Máy điện KĐB ứng dụng làm máy phát gió [1]…………………….…… Hình 2.1: Tiết diện mặt cắt ngang bố trí dây quấn đối xứng động [4] ………… 11 Hình 2.2: Sơ đồ thay tương đương động KĐB trường hợp lý tưởng [5]………… 12 Hình 2.3: Sơ đồ thay tương đương động KĐB có xem xét tổn hao sắt từ bão hịa từ [6]………………………………………………………………………………………… 14 Hình 3.1: Mơ hình động KĐB ba pha lý tưởng ………………………………………… 21 Hình 3.2: Sơ đồ khối nguồn ba pha lý tưởng………………………………………………… 21 Hình 3.3: Sơ đồ khối động KĐB ba pha lý tưởng ……………………………………… 22 Hình 3.4: Sơ đồ khối tính tốn từ thơng stator rotor…………………………………… 24 Hình 3.5: Sơ đồ khối chuyển trục……………………………………………………………… 25 Hình 3.6: Mơ hình động KĐB xem xét tổn hao sắt từ bão hịa từ ………………… 25 Hình 3.7: Sơ đồ khối mơ động KĐB ba pha có tổn hao sắt từ bão hịa từ 26 Hình 3.8: Khối tính từ thơng stator từ thơng rotor……………………………………… 27 Hình 3.9: Sơ đồ khối tính tần số……………………………………………………………… 28 Hình 3.10: Sơ đồ khối tính RFe………………………………………………………………… 29 Kết mơ động KĐB lý tưởng động KĐB xem xét ảnh hưởng tổn hao sắt từ bão hịa từ Hình 3.11: (a), (b) Quan hệ Lm, ψ m , im theo time………………………………… 30 Hình 3.12: (a), (b), (c), (d) Tốc độ không tải rotor………………………………………… 30 Hình 3.13: (a), (b), (c), (d) Dịng điện pha khơng tải …………………………………… 31 Hình 3.14: (a), (b), (c), (d) Moment điện từ khơng tải …………………………………… 32 Hình 3.15: (a), (b), (c), (d) Từ thông rotor không tải ……………………………………… 32 Hình 3.16: (a), (b), (c), (d) Từ thơng stator khơng tải ……………………………………… 33 Hình 3.17: (a), (b), (c), (d) Tốc độ rotor có tải định mức …………………………… 34 Hình 3.18: (a), (b), (c), (d) Dịng điện pha có tải định mức ………………………… 35 Hình 3.19: (a), (b), (c), (d) Moment điện từ có tải định mức ……………………………… 35 Hình 3.20: (a), (b), (c), (d) Từ thơng rotor có tải định mức ……………………………… 36 Hình 3.21: (a), (b), (c), (d) Từ thơng stator có tải định mức ……………………………… 37 Hình 4.1: Sơ đồ tương đương động DC kích từ độc lập [5]…………………………… 39 Hình 4.2: Mơ hình điều khiển động DC kích từ độc lập [5]…………………………… 40 Hình 4.3: Hệ tọa độ định hướng từ thơng rotor [5]………………………………………… 42 Hình 4.4: Sơ đồ điều khiển trực tiếp từ thơng rotor [5]…………………………………… 46 Hình 4.5: Sơ đồ điều khiển gián tiếp từ thông rotor [5]…………………………………… 46 Hình 4.6: Mơ hình hồn chỉnh điều khiển RFOC cho động KĐB ba pha………… 47 Hình 4.7: Mô tả chi tiết khối ước lượng từ thông rotor…………………………………… 48 Hình 4.8: Bộ hiệu PID Setpoint weighting Anti-Windup………………………… 49 Hình 4.9: Khối điều khiển RFOC …………………………………………………………… 51 Hình 4.10: Khối inverter……………………………………………………………………… 52 Hình 4.11: Bộ nghịch lưu áp ba pha [8]……………………………………………………… 54 Hình 4.12: Sơ đồ kích đóng cơng tắc [8]………………………………………………… 58 Hình 4.13: Điều khiển vịng trễ dịng điện [5]……………………………………………… 59 Hình 4.14: Sơ đồ nguyên lý đặc tuyến làm việc điều khiển vịng trễ [5]……………… 59 Hình 4.15: Đáp ứng điều khiển vịng trễ………………………………………………… 60 Hình 4.16: Sơ đồ ngun lý quy luật đóng cắt điều khiển so sánh [5]……………… 61 Hình 5.1: Sơ đồ tổng thể điều khiển RFOC động KĐB ba pha lý tưởng …………… 63 Hình 5.2: Mơ hình động lý tưởng tọa độ dq……………………………………… 63 Hình 5.3: Khối tính từ thơng stator rotor………………………………………………… 64 Hình 5.4: Sơ đồ mơ tả khối ước lượng từ thơng …………………………………………… 65 Hình 5.5: Bộ hiệu chỉnh PID Setpoint weighting Anti-Windup………………………… 66 Hình 5.6: Khối điều khiển RFOC……………………………………………………………… 66 Hình 5.7: Khối iverter…………………………………………………………………………… 67 Hình 5.8: Sơ đồ tổng thể điều khiển RFOC cho mô hình động xem xét tổn hao sắt từ bão hịa từ có (RFe =738.02 Ω, f=50Hz)……………………………………………… 68 Hình 5.9: Mơ hình động KĐB ba pha có xem xét ảnh hưởng tổn hao sắt từ bão hịa từ (RFe =738.02 Ω)…………………………………………………………………… 68 Hình 5.10: Khối tính từ thơng stator từ thơng rotor…………………………………… 70 Hình 5.11: Sơ đồ khối ước lượng từ thơng…………………………………………………… 70 Hình 5.12: Bộ hiệu chỉnh PID Setpoint weighting Anti-Windup……………………… 71 Hình 5.13: Khối điều khiển RFOC …………………………………………………………… 72 Hình 5.14: Khối inverter……………………………………………………………………… 73 Hình 5.15: Sơ đồ tổng thể điều khiển RFOC mơ hình động có xem xét tổn hao sắt từ bão hòa từ (RFe = (ωe ) …………………………………………………………………… 73 Hình 5.16: Mơ hình động KĐB ba pha có xem xét ảnh hưởng tổn hao sắt từ bão hòa từ (RFe = (ωe ) ………………………………………………………………………… 74 Hình 5.17: Khối tính từ thơng stator từ thơng rotor…………………………………… 75 Hình 5.18: Khối tính tần số …………………………………………………………………… 76 Hình 5.19: Sơ đồ khối tính RFe………………………………………………………………… 77 Hình 5.20: Sơ đồ mơ tả khối ước lượng từ thơng …………………………………………… 77 Hình 5.21: Bộ hiệu chỉnh PID Setpoint Weighting Anti-windup……………………… 78 Hình 5.22: Khối điều khiển RFOC…………………………………………………………… 79 Hình 5.23: Khối inverter……………………………………………………………………… 79 Kết mơ RFOC động KĐB lý tưởng động KĐB xem xét ảnh hưởng tổn hao sắt từ bão hịa từ (RFe =738.02 Ω, f=50Hz) Hình 6.1: (a), (b), (c), (d) Vận tốc rotor không tải………………………………………… 81 Hình 6.2: (a), (b), (c), (d) Dịng điện stator khơng tải …………………………………… 82 Hình 6.3: (a), (b), (c), (d) Moment điện từ khơng tải ……………………………………… 82 Hình 6.4: (a), (b), (c), (d) Từ thông rotor không tải ……………………………………… 83 Hình 6.5: (a), (b), (c), (d) Từ thơng stator khơng tải ……………………………………… 84 Hình 6.6: (a), (b), (c), (d) Vận tốc rotor có tải định mức ………………………………… 85 Hình 6.7: (a), (b), (c), (d) Dịng điện stator có tải định mức ……………………………… 85 Hình 6.8: (a), (b), (c), (d) Moment điện từ có tải định mức ……………………………… 86 Hình 6.9: (a), (b) Từ thơng rotor có tải định mức ………………………………………… 87 Hình 6.10: (a), (b) Từ thơng stator có tải định mức ……………………………………… 87 Hình 6.11: (a), (b) Vận tốc rotor không tải – động từ hóa ……………………… 88 Hình 6.12: (a), (b) Dịng điện stator khơng tải – động từ hóa ………………… 88 Hình 6.13: (a), (b) Moment điện từ khơng tải – động từ hóa…………………… 88 Hình 6.14: (a), (b) Từ thông rotor không tải – động từ hóa …………………… 89 Hình 6.15: (a), (b) Từ thơng stator khơng tải – động từ hóa ………………… 89 Hình 6.16: (a), (b) Vận tốc rotor tốc độ đồng - khơng tải ……………………… 90 Hình 6.17: (a), (b) Dòng điện stator tốc độ đồng - khơng tải…………………… 90 Hình 6.18: (a), (b) Mơment điện từ tốc độ đồng - không tải……………………… 90 Hình 6.19: (a), (b) Từ thơng rotor q tốc độ đồng - khơng tải ……………………… 91 Hình 6.20: (a), (b) Từ thông stator tốc độ đồng - không tải …………………… 91 Kết mô RFOC động KĐB lý tưởng động KĐB xem xét ảnh hưởng tổn hao sắt từ bão hịa từ (RFe = (ωe ) Hình 6.21: (a), (b) Vận tốc rotor khơng tải………………………………………………… 92 Hình 6.22: (a), (b) Dịng điện stator khơng tải …………………………………………… 92 Hình 6.23: (a), (b) Moment điện từ khơng tải ……………………………………………… 92 Hình 6.24: (a), (b) Từ thông rotor không tải ……………………………………………… 93 Hình 6.25: (a), (b) Từ thơng stator khơng tải ……………………………………………… 93 Hình 6.26: (a), (b), (c), (d) Vận tốc rotor có tải định mức ………………………………… 94 Hình 6.27: (a), (b) Dịng điện stator có tải định mức …………………………………… 94 Hình 6.28: (a), (b) Moment điện từ có tải định mức ……………………………………… 95 Hình 6.29: (a), (b) Từ thơng rotor có tải định mức ……………………………………… 95 Hình 6.30: (a), (b) Từ thơng stator có tải định mức ……………………………………… 95 Hình 6.31: (a), (b) Vận tốc rotor không tải – động từ hóa ……………………… 96 Hình 6.32: (a), (b) Dịng điện stator khơng tải – động từ hóa ………………… 96 Hình 6.33: (a), (b) Moment điện từ khơng tải – động từ hóa…………………… 97 Hình 6.34: (a), (b) Từ thông rotor không tải – động từ hóa …………………… 97 Hình 6.35: (a), (b) Từ thông stator không tải – động từ hóa ………………… 97 Hình 6.36: (a), (b) Vận tốc rotor tốc độ đồng - không tải ……………………… 98 Hình 6.37: (a), (b) Dịng điện stator q tốc độ đồng - khơng tải…………………… 98 Hình 6.38: (a), (b) Môment điện từ tốc độ đồng - khơng tải……………………… 99 Hình 6.39: (a), (b) Từ thơng rotor tốc độ đồng - không tải ……………………… 99 Hình 6.40: (a), (b) Từ thơng stator q tốc độ đồng - khơng tải …………………… 99 Hình 7.1: Sơ đồ mô RFOC kết hợp điều khiển tốc độ fuzzy-PID……………… 102 Hình 7.2: Khối PI sử dụng fuzzy logic………………………………………………………… 104 Hình 7.3: Giao diện soạn thảo logic mờ matlab……………………………………… 104 Hình 7.4: Hàm thành viên sai số tốc độ e…………………………………………………… 105 Hình 7.5: Hàm thành viên độ dốc sai số tốc độ de/dt………………………………… 105 Hình 7.6: Hàm thành viên KP…………………………………………………………… 105 Hình 7.7: Hàm thành viên TI……………………………………………………………… 105 Hình 7.8: Giao diện soạn thảo luật hợp thành matlab………………………………… 107 Kết mô RFOC có PI fuzzy logic động KĐB lý tưởng động KĐB có xem xét ảnh hưởng tổn hao sắt từ bão hòa từ Hình 7.9: (a), (b) Vận tốc rotor khơng tải – có PI fuzzy………………………………… 108 Hình 7.10: (a), (b) Dịng điện pha khơng tải – có PI fuzzy …………………………… 108 Hình 7.11: (a), (b) Moment điện từ khơng tải – có PI fuzzy…………………………… 108 Hình 7.12: (a), (b) Từ thơng rotor khơng tải – có PI fuzzy…………………………… 109 Hình 7.13: (a), (b) Từ thơng stator khơng tải – có PI fuzzy…………………………… 109 Hình 7.14: (a), (b), (c), (d) Vận tốc rotor có tải định mức – có PI fuzzy……………… 110 Hình 7.15: (a), (b), (c), (d) Dịng điện stator có tải định mức – có PI fuzzy………… 111 Hình 7.16: (a), (b), (c), (d) Moment điện từ có tải định mức – có PI fuzzy………… 112 Hình 7.17: (a), (b) Từ thơng rotor có tải định mức – có PI fuzzy…………………… 113 Hình 7.18: (a), (b) Từ thơng stator có tải định mức – có PI fuzzy…………………… 113 Hình 7.19: (a), (b) Tốc độ rotor khơng tải – từ hóa – có PI fuzzy……………… 114 Hình 7.20: (a), (b) Dịng điện stator khơng tải – từ hóa – có PI fuzzy……… 114 Hình 7.21: (a), (b) Moment điện từ khơng tải – từ hóa – có PI fuzzy………… 114 Hình 7.22: (a), (b) Từ thơng rotor khơng tải – từ hóa – có PI fuzzy…………… 115 Hình 7.23: (a), (b) Từ thơng stator khơng tải – từ hóa – có PI fuzzy………… 115 BẢNG BIỂU Bảng 7.1: Luật mờ KP……………………………………………………………………… 106 Bảng 7.2: Luật mờ TI……………………………………………………………………… 106 Chương Mô RFOC kết hợp với điều khiển vận tốc fuzzy-PID cho mơ hình động KĐB 7.4.1.1 Vận tốc rotor _ ω (rad/s) TOC DO DONG CO TOC DO DONG CO 350 350 300 300 ideal SaFe 250 200 Speed (rad/s) Speed (rad/s) 250 150 100 200 100 50 50 0 -50 0.2 0.4 0.6 0.8 1.2 time (s) 1.4 1.6 1.8 -50 ideal SaFe 150 0.1 0.2 0.3 time (s) 0.4 0.5 0.6 (a) (b) Hình 7.9: (a), (b) Vận tốc rotor khơng tải – có PI fuzzy 7.4.1.2 Dịng điện stator_ia (A) DONG DIEN PHA DONG DIEN PHA 20 20 15 ideal SaFe 10 10 5 Dong dien (A) Dong dien (A) 15 -5 -5 -10 -10 -15 -15 -20 0.2 0.4 0.6 0.8 1.2 time (s) 1.4 1.6 1.8 ideal SaFe -20 0.3 0.35 0.4 0.45 time (s) 0.5 0.55 0.6 (a) (b) Hình 7.10: (a), (b) Dịng điện pha khơng tải – có PI fuzzy 7.4.1.3 Moment điện từ _ Te (Nm) MOMENT DIEN TU MOMENT DIEN TU 40 40 35 35 30 25 20 Moment (Nm) Moment (Nm) 30 ideal SaFe 25 15 10 15 10 5 0 -5 -5 -10 -10 0.2 0.4 0.6 0.8 1.2 time (s) 1.4 1.6 1.8 ideal SaFe 20 0.1 0.2 0.3 time (s) 0.4 0.5 (a) (b) Hình 7.11: (a), (b) Moment điện từ khơng tải – có PI fuzzy 108 0.6 Chương Mơ RFOC kết hợp với điều khiển vận tốc fuzzy-PID cho mơ hình động KĐB 7.4.1.4 Từ thơng rotor _ψ r (Wb) ROTOR FLUX ROTOR FLUX 1 0.9 0.9 0.8 0.8 ideal SaFe 0.6 0.5 0.4 0.6 0.5 0.4 0.3 0.3 0.2 0.2 0.1 0.1 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.2 time (s) 1.4 1.6 ideal SaFe 0.7 Rotor flux (Wb) Rotor flux (Wb) 0.7 1.8 0.1 0.2 (a) 0.3 time (s) 0.4 0.5 0.6 (b) Hình 7.12: (a), (b) Từ thơng rotor khơng tải – có PI fuzzy 7.4.1.5 Từ thơng stator _ ψ s (Wb) STATOR FLUX 1.4 1.2 1.2 1 0.8 Stator flux (Wb) Stator flux (Wb) STATOR FLUX 1.4 ideal SaFe 0.6 0.8 0.4 0.4 0.2 0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.2 time (s) 1.4 1.6 1.8 ideal SaFe 0.6 0.1 0.2 (a) 0.3 time (s) 0.4 0.5 (b) Hình 7.13: (a), (b) Từ thơng stator khơng tải – có PI fuzzy 7.4.2 Động đưa tải vào thời gian 0.85s lấy tải thời gian 1.4s - Thời gian mô phỏng: time [0 0.015 0.015 2] (s); - Vận tốc lệnh: ω * [0 301.6 301.6] rad/s; - Từ thông rotor lệnh: ψ r* [0.954 0.954] Wb; - Thời gian mô phỏng: time [0 0.85 0.85 1.4 1.4 2] (s) - T_load [0 26.5 26.5 0] Nm Moment tải: 109 0.6 Chương Mô RFOC kết hợp với điều khiển vận tốc fuzzy-PID cho mơ hình động KĐB 7.4.2.1 Vận tốc rotor _ ω (rad/s) TOC DO DONG CO TOC DO DONG CO 350 302.2 300 302 ideal SaFe 200 150 100 301.6 301.4 301.2 50 301 -50 ideal SaFe 301.8 Speed (rad/s) Speed (rad/s) 250 0.2 0.4 0.6 0.8 1.2 time (s) 1.4 1.6 1.8 300.8 0.8 0.9 1.1 time (s) (a) 1.2 1.3 1.4 (b) TOC DO DONG CO TOC DO DONG CO 301.8 302.2 301.7 302.1 301.6 302 ideal SaFe Speed (rad/s) Speed (rad/s) 301.5 ideal SaFe 301.4 301.3 301.9 301.8 301.2 301.7 301.1 301.6 301 300.9 0.8 0.82 0.84 0.86 time (s) 0.88 0.9 301.5 1.36 0.92 (c) 1.37 1.38 1.39 1.4 time (s) 1.41 1.42 1.43 1.44 (d) Hình 7.14: (a), (b), (c), (d) Vận tốc rotor có tải định mức – có PI fuzzy 110 Chương Mơ RFOC kết hợp với điều khiển vận tốc fuzzy-PID cho mơ hình động KĐB 7.4.2.2 Dịng điện stator_ia (A) DONG DIEN PHA DONG DIEN PHA 20 15 ideal SaFe 15 ideal SaFe 10 10 Dong dien (A) Dong dien (A) 5 -5 -5 -10 -10 -15 -20 0.2 0.4 0.6 0.8 1.2 time (s) 1.4 1.6 1.8 -15 0.8 0.9 (a) 1.2 1.3 1.4 (b) DONG DIEN PHA DONG DIEN PHA 15 15 ideal SaFe 14 10 13 ideal SaFe 12 Dong dien (A) Dong dien (A) 1.1 time (s) -5 11 10 -10 -15 0.9 0.905 0.91 0.915 0.92 0.925 0.93 time (s) 0.935 0.94 0.9 0.945 (c) 0.905 0.91 0.915 0.92 time (s) 0.925 0.93 0.935 (d) Hình 7.15: (a), (b), (c), (d) Dịng điện stator có tải định mức – có PI fuzzy 111 Chương Mô RFOC kết hợp với điều khiển vận tốc fuzzy-PID cho mô hình động KĐB 7.4.2.3 Moment điện từ _ Te (Nm) MOMENT DIEN TU MOMENT DIEN TU 40 40 ideal SaFe 35 30 30 25 25 20 20 Moment (Nm) Moment (Nm) 35 15 10 15 10 0 -5 -5 -10 ideal SaFe 0.2 0.4 0.6 0.8 1.2 time (s) 1.4 1.6 1.8 -10 0.8 0.9 1.1 time (s) (a) 1.2 1.3 1.4 (b) MOMENT DIEN TU MOMENT DIEN TU 40 30 35 25 30 20 20 Moment (Nm) Moment (Nm) 25 ideal SaFe 15 15 ideal SaFe 10 10 -5 -5 0.82 0.83 0.84 0.85 0.86 time (s) 0.87 0.88 0.89 -10 1.36 0.9 (c) 1.37 1.38 1.39 1.4 time (s) 1.41 1.42 1.43 1.44 (d) Hình 7.16: (a), (b), (c), (d) Moment điện từ có tải định mức – có PI fuzzy 112 Chương Mơ RFOC kết hợp với điều khiển vận tốc fuzzy-PID cho mơ hình động KĐB 7.4.2.4 Từ thơng rotor _ψ r (Wb) ROTOR FLUX ROTOR FLUX 1 0.9 0.95 ideal SaFe 0.8 0.85 Rotor flux (Wb) Rotor flux (Wb) 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.8 0.75 0.7 0.65 0.2 0.6 0.1 0.55 ideal SaFe 0.9 0.2 0.4 0.6 0.8 1.2 time (s) 1.4 1.6 1.8 0.5 0.8 0.9 (a) 1.1 time (s) 1.2 1.3 1.4 (b) Hình 7.17: (a), (b) Từ thơng rotor có tải định mức – có PI fuzzy 7.4.2.5 Từ thông stator _ ψ s (Wb) STATOR FLUX STATOR FLUX 1.2 1.2 1 0.8 Stator flux (Wb) Stator flux (Wb) 1.4 ideal SaFe 0.6 0.8 0.6 0.4 0.4 0.2 0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.2 time (s) 1.4 1.6 1.8 0.8 ideal SaFe 0.9 (a) 1.1 time (s) 1.2 1.3 1.4 (b) Hình 7.18: (a), (b) Từ thơng stator có tải định mức – có PI fuzzy 7.4.3 Động từ hóa trước hoạt động khơng tải - Thời gian mô phỏng: time [0 0.25 0.25 2] (s); - Vận tốc lệnh: ω * [0 301.6 301.6] rad/s; - Từ thông rotor lệnh: ψ r* [0.954 0.954] Wb; - Thời gian mô phỏng: time [0 0.85 0.85 1.4 1.4 2] (s) - T_load [0 0 0 0] Nm Moment tải: 113 Chương Mô RFOC kết hợp với điều khiển vận tốc fuzzy-PID cho mơ hình động KĐB 7.4.3.1 Vận tốc rotor_ ω (rad/s) TOC DO DONG CO TOC DO DONG CO 350 350 300 300 250 ideal SaFe 200 Speed (rad/s) Speed (rad/s) 250 150 100 200 100 50 50 0 -50 0.2 0.4 0.6 0.8 1.2 time (s) 1.4 1.6 1.8 ideal SaFe 150 -50 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 time (s) 0.55 0.6 0.65 0.7 (a) (b) Hình 7.19: (a), (b) Tốc độ rotor khơng tải – từ hóa – có PI fuzzy 7.4.3.2 Dòng điện stator_ ia (A) DONG DIEN PHA DONG DIEN PHA 20 20 ideal SaFe 15 10 10 5 Dong dien (A) Dong dien (A) 15 -5 -5 -10 -10 -15 -15 -20 0.2 0.4 0.6 0.8 1.2 time (s) 1.4 1.6 1.8 -20 0.6 ideal SaFe 0.61 0.62 0.63 0.64 0.65 0.66 time (s) 0.67 0.68 0.69 0.7 (a) (b) Hình 7.20: (a), (b) Dịng điện stator khơng tải – từ hóa – có PI fuzzy 7.4.3.3 Moment điện từ_ Te (Nm) MOMENT DIEN TU MOMENT DIEN TU 50 50 40 40 ideal SaFe 30 Moment (Nm) Moment (Nm) 30 20 ideal SaFe 20 10 10 0 -10 0.2 0.4 0.6 0.8 1.2 time (s) 1.4 1.6 1.8 -10 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 time (s) 0.55 0.6 0.65 0.7 (a) (b) Hình 7.21: (a), (b) Moment điện từ khơng tải – từ hóa – có PI fuzzy 114 Chương Mô RFOC kết hợp với điều khiển vận tốc fuzzy-PID cho mơ hình động KĐB 7.4.3.4 Từ thông rotor ψ r (Wb) ROTOR FLUX ROTOR FLUX 1 0.9 ideal SaFe 0.8 0.9 0.8 Rotor flux (Wb) Rotor flux (Wb) 0.7 0.6 0.5 0.4 ideal SaFe 0.7 0.6 0.3 0.2 0.5 0.1 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.2 time (s) 1.4 1.6 1.8 0.4 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 (a) 0.35 0.4 time (s) 0.45 0.5 0.55 0.6 (b) Hình 7.22: (a), (b) Từ thơng rotor khơng tải – từ hóa – có PI fuzzy 7.4.3.5 Từ thơng stator ψ s (Wb) STATOR FLUX 1.2 1.2 1.1 1 Stator flux (Wb) Stator flux (Wb) STATOR FLUX 1.4 ideal SaFe 0.8 0.6 0.9 ideal SaFe 0.8 0.4 0.7 0.2 0.6 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.2 time (s) 1.4 1.6 1.8 0.5 0.1 (a) 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 time (s) 0.45 0.5 0.55 0.6 (b) Hình 7.23: (a), (b) Từ thông stator không tải – từ hóa – có PI fuzzy 115 Chương Mô RFOC kết hợp với điều khiển vận tốc fuzzy-PID cho mơ hình động KĐB 7.5 Nhận xét kết mô 7.5.1 Điều khiển RFOC chế độ hoạt động không tải - Tốc độ rotor ω : Trong giai đoạn khởi động, động có tổn hao đáp ứng tốc độ nhanh so với lý tưởng ít, đạt định mức tốc độ rotor hai động - Dòng điện pha ia: Q trình khởi động dịng điện có biên độ nhau, động có tổn hao đáp ứng định mức nhanh hơn, động đạt định mức dịng điện khơng đổi - Moment điện từ Te: Trong giai đoạn khởi động moment điện từ động có tổn hao đáp ứng nhanh trở định mức sớm so với động lý tưởng biên độ moment điện động tổn hao nhỏ so với động lý tưởng - Từ thông rotor ψ r từ thông stator ψ s : Từ thông động tổn hao đáp ứng đạt định mức nhanh so với động lý tưởng, biên độ dao động lớn nhiều so với động lý tưởng 7.5.2 Điều khiển RFOC đưa tải định mức - Khi đưa tải định mức TL=26.5 vào động động xét tổn hao dao động tốc độ lớn so với động lý tưởng - Dịng điện có tải động xét tổn hao cao so với dòng điện tải động lý tưởng, tổn hao công suất nhiều so với động lý tưởng - Moment điện từ có tải định mức động xét tổn hao vọt lố cao so với động lý tưởng - Từ thông rotor stator: Từ thông động xét tổn hao dao động cao nhiều so với động lý tưởng 116 Chương Kết luận CHƯƠNG KẾT LUẬN 8.1 Kết luận đề tài Đề tài luận văn mở hướng việc thiết kế hệ thống điều khiển ứng dụng lý thuyết vector Tạo tiền đề để tiếp tục tìm hiểu nghiên cứu giải pháp hạn chế ảnh hưởng dạng tổn hao mặt điện từ tác động lên trình hoạt động động điện Tổn hao sắt từ bão hòa từ hai dạng tổn hao tiêu biểu đầy đủ phương diện điện từ tác động đến đặc tính hoạt động động điện Luận văn khảo sát, phân tích chi tiết ảnh hưởng tổn hao sắt từ bão hòa từ chế độ hoạt động động KĐB ba pha rotor lồng sóc như: Chế độ khởi động, chế độ không tải, tải định mức, tốc độ đồng bộ… mục đích nghiên cứu đề tài nhằm tìm hệ thống điều khiển cho động KĐB đạt chất lượng dạng tổn hao điện từ gần giống động thực tế hoạt động 8.2 Phương pháp điều khiển RFOC - Phương pháp điều khiển định hướng từ thông rotor RFOC cho phép điều khiển độc lập từ thông moment động KĐB ba pha gần giống động DC - Định hướng từ thơng tối ưu moment - Moment điều khiển gián tiếp, đáp ứng moment nhanh - Điều khiển xác vận tốc, đảm bảo moment vận tốc thấp Tuy nhiên: - Phải có hồi tiếp tốc độ giải thuật điều khiển - Chuyển đổi hệ quy chiếu liên tục, cần phải điều chế độ rộng xung, phụ vào điều khiển dòng tham số động 117 Chương Kết luận 8.3 Kết mô RFOC với động KĐB Kết mô thể rõ nét động KĐB ba pha rotor lồng sóc với phương pháp định hướng từ thông rotor Với lý thuyết điều khiển RFOC động xoay chiều trở thành động chiều phương diện điều khiển, từ thông moment điều khiển độc lập với Kết mô RFOC động KĐB lý tưởng so sánh với kết mô RFOC động KĐB xét ảnh hưởng tổn hao sắt từ bão hòa từ (gọi động xét tổn hao) khác sau: - Ở chế độ khởi động: Tốc độ rotor động xét tổn hao đáp ứng định mức nhanh moment động xét tổn hao đáp ứng nhanh điều điện cảm từ hóa Lm có giá trị lớn so với động lý tưởng, moment động xét tổn hao không tăng động lý tưởng độ vọt lố moment tốc độ cao động lý tưởng - Từ thông stator rotor động xét tổn hao dao động nhiều trường hợp động hoạt động với tải định mức không tải, điều cho thấy động xét tổn hao tổn hao nhiều so với động lý tưởng - Ở chế độ hoạt động với tải định mức: Dịng điện định mức có tải động xét tổn hao cao dòng điện định mức động lý tưởng có tải định mức điều cho thấy động xét tổn hao tổn hao công suất nhiều so với động lý tưởng - Khi vận hành với tải định mức: Độ vọt lố tốc độ moment động xét tổn hao cao so với động lý tưởng cơng suất Đặc biệt dịng điện định mức có tải động xét tổn hao cao so với dòng điện định mức có tải động lý tưởng, điều cho thấy tổn hao công suất động xét tổn hao cao so với động lý tưởng có công suất 118 Chương Kết luận 8.4 Hướng phát triển đề tài Qua trình thực đề tài số ý tưởng sau mở rộng phát triển: • Để xem xét tồn diện phương pháp điều khiển áp dụng động có xem xét ảnh hưởng tổn hao sắt từ bão hòa từ nên đưa thêm phương pháp điều khiển DTC cho mơ hình động • 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 hịa từ • Nghiên cứu phương pháp cải thiện nâng cao đặc tính vận hành động KĐB giảm tổn thất công suất xét đến ảnh hưởng tổn hao sắt từ bão hòa từ 119 Chương Tài liệu tham khảo CHƯƠNG TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Ion boldea and Syed Nasar, the induction machine handbook, Baca Raton London, New York, Washington, DC [2] Phạm Đình Trực, tài liệu đúc kết [3] Nguyễn Phùng Quang, Điều khiển tự động truyền động điện xoay chiều pha _ NXBGD 1998 [4] Peter Vas, Sensorless vector and direct torque control, Oxford university press _ 1998 [5] E Levi, High performance drives, school of engineering, Liverpool John Moores University, Liverpool, UK_ 2001 [6] 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 [7] Nguyễn Đức Trí, Điều khiển động khơng đồng phương pháp RFOC/ SFOC fuzzy logic, Luận văn Thạc sĩ năm 2006 [8] Nguyễn Văn Nhờ, Điện tử công suất 1, NXB ĐHQG TP HCM _ 2005 [9] Nguyễn Hữu Phúc, Kỹ thuật điện 2, máy điện quay, NXB ĐHQG TP HCM _ 2003 [10] S.N Sivanandam, S Sumathi and Deepa, introduction to fuzzy logic using matlab, Department of computer science and Engineering PSG college of technogy Comimbatore 641004 Tamil Nadu, Indian [11] Nguyễn Phùng Quang - Andreas Dittrich, Truyền động điện thông minh, NXB KHKT_2006 [12] Chee Mun Ong, Dynamic Simulation of Electric Machinery using Matlab/Simulink, Prentice Hall, 1998 [13] Leonhard, Control of Electrical Drives, Springer, Berlin 1996 [14] Novotny, D.W.- Lipo,T.A, Vector Control and Dynamics of AC Drives, 120 Chương Tài liệu tham khảo [15] Boldea, I - Nasar, S A, Vector Control of AC Drives, CRC Press, Boca Oxford University Press Inc, New York 1996 [16] Valentine, R, Motor Control Electronics HandBook, McGraw-Hill, New York, 1998 [17] Literature Number: BPRA073, Texas Instruments Europe, Field Orientated Control of 3-Phase AC-Motors, February 1998 [18] A.D Karlis, K Kiriakopoulos, D.P Papadopoulos and E.L Bibeau, Comparison of the Field Oriented and Direct Torque Control Methods for Induction Motors used in Electric Vehicles, Laboratory of Electrical Machines, Department of Electrical and Computer Engineering, Democritus University of Thrace, Canada [19] J.W Finch Senior Member, IEEE, D Giaouris Member, IEEE, Controlled AC Electrical Drives [20] Baburaj Karanayil, Parameter indentification for vector controlled induction motor drives using artificial neural networks and fuzzy principles, 2005 [21] E Levi, Application of the current state space model in analyses of saturated induction machines, School of Electrical and Engineering, Liverpool john Moores University, 1994 [22] E Levi, Modeling of deep-bar and double-cage self-excited induction generators for wind-electriccity generation studies, 1993 [23] E Levi, Z Kzeminski, Main flux-saturation modeling in d-q Axis models of induction machines using mixed current-flux state-space models, 1996 [24] E Levi, A Unified approach to main flux saturation modelling in d-q axis models of induction machines, 1995 [25] E Levi, Impact of cross saturation on accuracy of saturated in duction machine models, 1997 [26] M.Popescu-Helsinki University of Technology, Laboratory of lectromechanics, V.Navrapescu -University Politehnica Bucharest, Department of Electrical Engineering, Modelling in stationary frame reference of single and twophase induction machines including the effect of iron loss and magnetising flux saturation [27] Horst Grotstollen, Member, ZEEE, and Josef Wiesing, Torque Capability and Control of a Saturated Induction Motor Over a Wide Range of Flux Weakening, IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL ELECTRONICS, VOL 42, NO 4, AUGUST 1995 121 Chương Tài liệu tham khảo [28] Aurel CAMPEANU, Augustin-Iulian IONESCU, Toma CAMPEANU, NUMERICAL TREATMENT OF SOME COMPLEX DYNAMIC PROCESSES OF SATURATED INDUCTION MACHINE, University of Craiova, Electromechanical Faculty, Romania [29] Doctoral thesis, Asmo Tenhunen, ELECTROMAGNETIC FORCES ACTING BETWEEN THE STATOR AND ECCENTRIC CAGE ROTOR, Helsinki University of Technology Department of Electrical and ommunications Engineering Laboratory of Electromechanics,2003 [30] F Almarshoud, M A Abdel-halim, A I Alolah, College of Technology Elec Power and Machines EE Dept.-College of Eng, INCLUDING EFFECTS OF CROSS-SATURATION AND LEAKAGE PATH SATURATION TOGETHER IN THE GENERALIZED MODEL OF THREE PHASE INDUCTION MACHINE [31] Mikko Valtonen, PERFORMANCE CHARACTERISTICS OF AN AXIALFLUX SOLID-ROTOR-CORE INDUCTION MOTOR, appeenrannan teknillinen yliopisto Lappeenranta University of Technology, 2007 [32] J.F Reynaud, P Pillay, Modeling of saturation in induction machines using EMTP PSpice and a dedicated computer program, Department of Electrical Engineering, University of New Orleans, New Orleans, LA 70148, USA,1994 122 ... (Nm)……………………………………… 3. 3.2.4 Từ thông rotor ψ r (Wb)……………………………………… 3. 3.2.5 Từ thông stator ψ s (Wb)……………………………………… 3. 3 .3 Nhận xét kết mô phỏng…………………………………… 34 34 35 35 36 37 37 3. 3 .3. 1 Chế độ không tải hai động. .. PHỎNG ĐIỀU KHIỂN ĐỊNH HƯỚNG TỪ THÔNG ROTOR (RFOC) ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA …… 81 6.1 So sánh kết điều khiển RFOC động KĐB ba pha lý tưởng với động KĐB ba pha có xem xét ảnh hưởng tổn hao sắt từ. .. cơ? ??………………………… 37 3. 3 .3. 2 Đưa tải định mức vào hai động cơ? ??………………………… 38 CHƯƠNG LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN ĐỊNH HƯỚNG TỪ THÔNG ROTOR 39 4.1 Nguyên lý điều khiển định hướng từ thơng Rotor? ??……………………… 39