Tổng quát một động cơ điện tƣơng tự nhƣ một nguồn momen điều khiển đƣợc. Yêu cầu điều khiển chính xác giá trị momen tức thời của động cơ đƣợc đặt ra trong hệ truyền động có đặc tính động cao và sử dụng phƣơng pháp điều khiển vị trí trục rotor.
Momen sinh ra trong động cơ là kết quả tƣơng tác giữa dòng trong cuộn ứng và từ thông sinh ra trong hệ thống kích từ của động cơ. Từ thông phải đƣợc giữ tối ƣu nhằm đảm bảo momen sinh ra tối đa và giảm tối thiểu độ bão hòa của mạch từ. Với từ thông có giá trị không đổi, momen sẽ tỉ lệ thuận với dòng ứng. Trong động cơ không đồng bộ, dòng ứng là dòng rotor và từ thông đƣợc sinh ra bởi dòng stator.
x u y Bộ điều khiển n Bộ điều khiển 1 BĐK MỜ Đối tƣợng x u u + y BĐK MỜ BĐK
Tuy nhiên, dòng rotor không đƣợc trực tiếp điều khiển bởi nguồn ngoài mà là hệ quả do sức điện động cảm ứng sinh ra do kết quả chuyển động của rotor so với từ trƣờng stator. Do đó, dòng stator là nguồn của từ thông và dòng ứng.
Trong động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc, chỉ có dòng stator đƣợc điều khiển trực tiếp, do đó việc điều khiển momen tối ƣu khó thực hiện vì không thể bố trí cố định về mặt vật lý giữa từ thông stator và rotor đƣợc và phƣơng trình momen là phi tuyến.
Để giải quyết vấn đề này, các nhà khoa học đã đƣa ra nguyên lý định hƣớng theo trƣờng (FOC). Nguyên lý này xác định điều kiện để điều khiển độc lập từ thông và momen, nó dựa trên phƣơng pháp phân tách phi tuyến đƣợc sử dụng trong điều khiển các hệ thống phi tuyến. Bản chất của phƣơng pháp này là điều khiển các biến đã chọn sao cho chúng luôn bằng 0. Điều này làm cho mô hình toán trở nên đơn giản hơn rất nhiều vì có thể loại bỏ một số nhánh trong mô hình tổng quát.
Phƣơng pháp điều khiển định hƣớng theo trƣờng bao gồm:
+ Điều khiển định hƣớng theo vector từ thông stator (trực tiếp, gián tiếp). + Điều khiển định hƣớng theo vector từ thông rotor (trực tiếp, gián tiếp).
+ Điều khiển định hƣớng theo vector từ thông khe hở không khí (trực tiếp, gián tiếp).
Hệ thống định hƣớng trƣờng (từ thông) tổng quát đƣợc cho nhƣ trong hình
bên dƣới, tạo ra các tín hiệu điện áp đặt ở ngõ ra * * *
, , b c
a U U
U dựa trên tín hiệu đặt ở
ngõ vào là từ thông rotor *
r
và momen M*(tốc độ *). Bộ nghịch lƣu có nhiệm vụ
Udc Bộ nghịch lưu PWM 3 pha Hệ thống định hướng trường
Tín hiệu hồi tiếp
Ua* Ub* Uc* Ua Ub Uc R * ω* (M*) IM 3~
Hình 2.12: Sơ đồ tổng quát của hệ thống điều khiển định hƣớng trƣờng.
Trong phần này, ta chỉ đề cập đến phƣơng pháp điều khiển định hƣớng từ thông rotor do nó có thể điều khiển độc lập từ thông và momen. Còn phƣơng pháp điều khiển định hƣớng từ thông stator và từ thông khe hở không khí không thể điều khiển độc lập hai thành phần này.
Trong phƣơng pháp điều khiển định hƣớng từ thông rotor, mô hình động cơ không đồng bộ đƣợc biểu diễn trên hệ tọa độ d-q bởi nó những ƣu điểm sau:
Trong hệ từ thông rotor (d-q), các vector dòng stator ifs
và vector từ thông
rotor f
r
, cùng với hệ tọa độ (d-q) quay gần đồng bộ với nhau với tốc độ s
quanh điểm gốc, do đó các phần tử của vector ifs
(i ,isd sq) là các đại lƣợng một chiều.
Trong chế độ xác lập, các giá trị này gần nhƣ không đổi; trong quá trình quá
độ, các giá trị này có thể biến thiên theo một thuật toán đã đƣợc định trƣớc.