Điều khiển SENSORLESS động cơ không đồng bộ ba pha

H C Đề tài: H U TE ĐIỀU KHIỂN SENSORLESS ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA HVTH: HUỲNH VIẾT THỂ GVHD: PGS.TS LÊ MINH PHƯƠNG H C TE U • Tìm hiểu phương pháp điều khiển Sensorless động không đồng ba pha So sánh hai phương pháp điều khiển Foc Sensorless H • 1/44 Tổng quan U TE C H Mơ hình tốn Động không đồng Các phương pháp điều khiển Điều khiển Sensorless Mô Kết luận hướng phát triển H 2/44 H U TE C H Động không đồng (ĐCKĐB) sử dụng rộng rãi sản xuất đời sống Các phương pháp điều khiển tốc độ ĐCKĐB phân thành nhóm:  Điều khiển vơ hướng  Điều khiển vecto  Điều khiển trực tiếp moment 3/44 H 2.1 Phương trình trạng thái ĐCKĐB 2.1.1 Ở chế độ xác lập: H U TE C & U&s = Rs I&s + jωs Ψ s  & 0= Rs I& + jω Ψ r s r s  &= L I& + L I& Ψ s s m r  s &= L I& + L I& Ψ r r r m s 4/44 (1) (2) (3) (4) 2.1.2 Trên hệ tọa độ stator: H U TE C H s  s d Ψs s u s Rs i s + = dt  s  d Ψr s s 0 = Rr i r + dt − jω Ψ r  s s s i L i + Ψ= s s s r Lm  s s s i s Lm + i r Lr Ψ= r 5/44 (5) (6) (7) (8) 2.1.3 Trên hệ tọa độ từ thông rotor: H U TE C H f  f d Ψs f f + jωs Ψ r u s = Rs i s + dt  f  d Ψr f f 0 = Rr i r + dt − jωr Ψ r  f f f Ψ s= i s Ls + i r Lm  f f f i s Lm + i r Lr Ψ= r 6/44 (9) (10) (11) (12) H 2.2 Mơ hình ĐCKĐB hệ tọa độ stator: (13) (14) H U TE C  1−σ  disα 1−σ ' 1−σ ' = − + + Ψ + Ψ + i ω usα  sα rα rβ dt σ Tr σ Tr σ Ls  σ Ts σ Tr  disβ  1−σ  1−σ 1−σ ' ' = − + Ψ rβ + usβ ωΨ rα +  isβ − dt σ Tr σ Tr σ Ls  σ Ts σ Tr  d Ψ 'rα 1 = isα − Ψ 'rα − ωΨ 'r β dt Tr Tr d Ψ 'r β 1 ' = − Ψ r β + ωΨ 'rα isβ dt Tr Tr (15) (16) 7/44 H 2.3 Mơ hình ĐCKĐB hệ tọa độ từ thông rotor: (17) (18) H U TE C  1−σ  disd 1−σ ' 1−σ ' =−  + + + Ψ + Ψ + ω ω i i usd  sd s sq rd rq σ Tr σ σ Ls dt  σ Ts σ Tr  disq  1−σ  1−σ ' 1−σ ' =−  + Ψ rq + ωΨ rd + usq  isβ − ωs isd + σ Tr σ σ Ls dt  σ Ts σ Tr  d Ψ 'rd 1 = isd − Ψ 'rα + (ωs − ω ) Ψ 'rq dt Tr Tr d Ψ 'rq 1 ' = isq − Ψ rq − (ωs − ω ) Ψ 'rd dt Tr Tr 8/44 (19) (20) H U TE C H 3.1 Phương pháp điều khiển vô hướng: - Điều chỉnh cách thay đổi điện trở phụ - Điều chỉnh cách thay đổi điện áp stator - Điều chỉnh cách thay đổi số đôi cực - Điều chỉnh cách thay đổi tần số 9/44 126  Khối ước lượng: sử dụng cơng thức (1.34.2) Hình 5.24: Khối ước lượng U TE C H  Khối so sánh: sử dụng cơng thức (4.12) Hình 5.25: Khối so sánh H  Khâu PI Hình 5.26: Khâu PI 127 5.2.3 Mơ 5.2.3.1 Mô động thay đổi tốc độ - TL=0Nm Động mô không tải theo thay đổi tốc độ theo giản đồ hình bên Đáp ứng ngõ phương pháp điều H U TE C H khiển FOC SENSORLESS sau: Hình 5.27: Đáp ứng ngõ ĐCKĐB ba pha điều khiển phương pháp SENSORLESS khơng tải TL=0Nm có thay đổi tốc độ H U TE C H 128 Hình 5.28: Đáp ứng ngõ ĐCKĐB ba pha điều khiển phương pháp FOC khơng tải TL=0Nm có thay đổi tốc độ 129 Nhận xét: Trong hai phương pháp FOC SENSORLESS, mô trạng thái không tải TL=0Nm theo thay đổi tốc độ, ta có giá trị sau: Đáp ứng ngõ Momen khởi động (Nm) Tốc độ (rad/s) Từ thông SENSORLESS FOC 41.08 34.65 297.5 297.4 Dao động theo biến Luôn ổn định thiên tốc độ Dòng điện khởi động (A) 48.59 52.32 - Có đáp ứng chậm momen thời điểm thay đổi tốc độ từ thông SENSORLESS H dao động theo biến thiên momen mô động phương pháp U TE SENSORLESS C - Dòng điện khởi động nhỏ mô động phương pháp - TL=50.4Nm Động mô tải định mức theo thay đổi tốc độ theo giản đồ H hình bên Đáp ứng ngõ phương pháp điều khiển FOC SENSORLESS sau: H U TE C H 130 Hình 5.29: Đáp ứng ngõ ĐCKĐB ba pha điều khiển phương pháp SENSORLESS tải TL=50.4Nm có thay đổi tốc độ H U TE C H 131 Hình 5.30: Đáp ứng ngõ ĐCKĐB ba pha điều khiển phương pháp FOC tải TL=50.4Nm có thay đổi tốc độ 132 Nhận xét: Trong hai phương pháp FOC SENSORLESS, mô với momen định mức TL=50.4Nm theo thay đổ tốc độ, ta có giá trị sau: Đáp ứng ngõ Momen khởi động (Nm) Tốc độ (rad/s) Từ thông SENSORLESS 113 296.2 Dao động theo biến thiên tốc độ 55.18 Dịng điện khởi động (A) FOC 129.8 295.9 Ln ổn định 53.68 H - Có đáp ứng chậm momen thời điểm thay đổi tốc độ từ thông SENSORLESS C dao động theo biến thiên tốc độ mô động phương pháp U TE - Dòng điện khởi động lớn mô động phương pháp SENSORLESS 5.2.3.2 Mô động thay đổi đồng thời tải tốc độ - Khi ω=59.5rad/s (tần số 10Hz) Động mô theo thay H đổi tải ta tăngốct động c đến ω=59.5rad/s (tần số 10Hz) sau thời gian 0.5s theo giản đồ hình bên Đáp ứng ngõ phương phápều khiển SENSORLESS sau: FOC H U TE C H 133 Hình 5.31: Đáp ứng ngõ ĐCKĐB ba pha điều khiển phương pháp SENSORLESS thay đổi tải có thay đổi tốc độ tần số 10 Hz H U TE C H 134 Hình 5.32: Đáp ứng ngõ ĐCKĐB ba pha điều khiển phương pháp FOC thay đổi tải có thay đổi tốc độ tần số 10 Hz 135 Nhận xét: Trong hai phương pháp FOC SENSORLESS, mô theo thay đổi tải ta tăng tốc động đến ω=59.5rad/s (tần số 10Hz) sau thời gian 0.5s theo giản đồ hình trên, đáp ứng ngõ có giá trị sau: Đáp ứng ngõ Momen khởi động (Nm) Tốc độ (rad/s) SENSORLESS FOC H Đáp ứng chậm có Đáp ứng tức thời thay đổi momen Từ thông Dao động theo biến Luôn ổn định thiên momen Dòng điện khởi động (A) 22.28 25.28 - Có đáp ứng chậm momen so với tín hiệu điều khiển từ thông dao U TE SENSORLESS C động theo biến thiên momen mô động phương pháp - Đáp ứng tốc độ ln chậm có thay đổi tốc độ mô động phương pháp SENSORLESS H - Khi ω=297.5rad/s (tần số 50Hz) Động mô theo thay đổi tải ta tăng tốc động đến ω=297.5rad/s (tần số 50Hz) sau thời gian 0.5s theo giản đồ hình bên Đáp ứng ngõ phương pháp ều khiển FOC SENSORLESS sau: H U TE C H 136 Hình 5.33: Đáp ứng ngõ ĐCKĐB ba pha điều khiển phương pháp SENSORLESS thay đổi tải có thay đổi tốc độ tần số 50 Hz H U TE C H 137 Hình 5.34: Đáp ứng ngõ ĐCKĐB ba pha điều khiển phương pháp FOC thay đổi tải có thay đổi tốc độ tần số 50 Hz Nhận xét: Trong hai phương pháp FOC SENSORLESS, mô theo thay đổi tải ta tăng tốc động đến ω=297.5rad/s (tần số 50Hz) sau thời gian 0.5s theo giản đồ hình trên, đáp ứng ngõ có giá trị sau: 138 Đáp ứng ngõ Momen khởi động (Nm) Tốc độ (rad/s) SENSORLESS FOC 46.41 39.87 Đáp ứng chậm có Đáp ứng tức thời thay đổi momen Từ thông Dao động theo biến Luôn ổn định thiên momen Dòng điện khởi động (A) 49.09 52.07 - Momen khởi động lớn đáp ứng chậm so với tín hiệu điều khiển, từ thơng ln dao động theo biến thiên momen mô động phương pháp H SENSORLESS - Đáp ứng tốc độ ln chậm có thay đổi tốc độ mô động C phương pháp SENSORLESS - Dịng điện khởi động nhỏ mơ động phương pháp U TE SENSORLESS 5.3 Kết luận: Dựa vào kết mơ trên, ta có số kết luận sau: - Sự đáp ứng đại lượng ngõ mô hệ tọa độ xem (sai số thời gian khoảng phần ngàn phần trăm cho giá trị H đại lượng) Điều chứng tỏ rằng, mơ hình tốn ĐCKĐB ba pha mơ hệ tọa độ hồn tồn xác Đặc trưng phương pháp điều khiển SENSORLESS đáp ứng không tức thời momen tốc độ Thêm vào dao động từ thông theo momen (khi không tải) tốc độ (khi tải định mức) Khi mô phương pháp SENSORLESS, có đáp ứng chậm sai lệch tốc độ nhỏ phương pháp FOC tín hiệu ω từ trục động phải qua nhiều bước tính tốn 139 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ NHỮNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO Kết luận Điều khiển Sensorless động khơng đồng ba pha có nhiều ưu điểm so với hệ thống điều khiển kinh điển khác vể mặt kinh tế lẫn kỹ thuật Việc nghiên cứu cải tiến phát triển hệ thống có tính thời sự, khoa học góp phần giải H vấn đề kỹ thuật cho hệ thống truyền động điện làm việc điều kiện làm việc đặc biệt góp phần vào việc làm giảm giá thành hệ thống C truyền động điện động xoay chiều Trên sở sử dụng mơ hình tốn kiểm nghiện lý thuyết để xây U TE dựng khối tính tốn tốc độ từ thơng mơ Matlab-Simulink, ta khẳng định việc điều khiển Sensorless động khơng đồng ba pha với thuật tốn tính tốn từ thơng ước lượng tốc độ, sử dụng luận văn hồn tồn áp dụng thực tế có độ xác giống phương pháp kinh điển có hồi tiếp tốc độ H Bản luận văn chứng tỏ xác mơ ảt ĐCKĐB ba pha hệ trục tọa độ, đồng thời rõ điểm khác biệt phương pháp qua việc mô Matlab-Simulink, dùng làm sở để chọn lựa phương pháp điều khiển động thực tế phương pháp điều khiển ĐCKĐB ba pha giá trị cụ thể mô Matlab-Simulink Kiến nghị nghiên cứu Cần tiếp tục nghiên cứu để xây dựng thuật toán nhận dạng thích nghi thơng số động cơ, điện trở stato roto thay đổi theo nhiệt độ động cơ, khó sử dụng giá trị xác tính tốn 140 TÀI LIỆU THAM KHẢO H U TE C H [1] Lê Minh Phương Bài giảng tiết kiệm điện công nghiệp, (2011) [2] Phan Quốc Dũng Bài giảng điều khiển máy điện truyền động điện, (2011) [3] Trần Công Bỉnh Bài giảng hệ thống điểu khiển số điều khiển máy điện, (2010) [4] Phan Quốc Dũng Tô Hữu Phúc: Truyền động điện., Nhà Xuất Bản ĐHQG TP.HCM, (2008) [5] Nguyễn Phùng Quang: Truyền động điện thông minh., Nhà Xuất Bản KHKT HN, (2004) [6] Phạm Văn Bình: Máy điện tổng quát., Nhà Xuất Bàn Giáo Dục, (2008) [7] Bimal K.Bose Modern: Power Electronic and AC Driver., Prentice Hall PTR Upper Saddle Rive, NJ 07458, pp 333-438 [8] Diễn đàn biến tần Viêt Nam (2011) [online], viewed 15 septemper 2011, from: ... pháp điều khiển Sensorless động không đồng ba pha So sánh hai phương pháp điều khiển Foc Sensorless H • 1/44 Tổng quan U TE C H Mô hình tốn Động khơng đồng Các phương pháp điều khiển Điều khiển Sensorless. .. pháp điều khiển tốc độ động chia thành ba nhóm chính: - Điều khiển vecto - Điều khiển trực tiếp momen H - Điều khiển vô hướng C Trong phương pháp điều khiển vecto (hay gọi phươ ng pháp điều khiển. .. 2/44 H U TE C H Động không đồng (ĐCKĐB) sử dụng rộng rãi sản xuất đời sống Các phương pháp điều khiển tốc độ ĐCKĐB phân thành nhóm:  Điều khiển vơ hướng  Điều khiển vecto  Điều khiển trực tiếp