Chiếu lên hai trục toạ ựộ α và β, ta có:
( ) ( 1) . ( 1) . ( 1)( ) ( 1) ( 1) . ( 1) ( ) ( 1) ( 1) . ( 1) Ψ − Ψ − = − − − Ψ − Ψ − = − − − r r s s s r r s s s k k Ts u k TsR i k k k Tsu k TsR i k α α α α β β β β (3.24)
Thành phần ựiện áp stator có thể có ựược từ trạng thái chuyển mạch của biến tần. điều này cho phép tránh việc ựo xung ựiện áp của biến tần. Trong thực tế, ta phải ựo ựiện áp một chiệu Vdc, ta phải tắnh ra các thành phần α và β của ựiện áp stator. Ở ựây ta cũng không cần thực hiện chuyển hệ trục toạ ựộ. Tuy nhiên, khi sử dụng bộ tắch phân vòng hở thì có thể gây sai số ước lượng từ thông là lớn.
3.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP CẢI TIẾN TRONG SƠ đỒ đIỀU KHIỂN MOMEN. 3.2.1 Giới thiệụ 3.2.1 Giới thiệụ
Trong phương pháp DTC cổ ựiển, ta gặp phải một số hạn chế sau:
- Trong quá trình khởi ựộng và thay ựổi thì cả momen và từ thông ựều ựáp ứng chậm.
- Sai số lớn hay bé của từ thông và momen không ựược phân biệt. Có nghĩa là ta sử dụng cùng một vector trong quá trình khởi ựộng, quá trình thay ựổi bước và quá trình dừng.
để khắc phục ựược nhữnh khó khăn trên, ta ựưa ra một số giải pháp ơ phần này, em xin trình bày các phương pháp như saụ
3.2.2 Bảng chọn khác nhaụ
3.2.2.1 Bảng chọn 6 sector nhưng chia khoảng khác nhaụ
Trong phương pháp này ta cải tiến phương pháp DTC bằng cách thay ựổi bảng chọn, cũng là 6 sector như sơ ựồ DTC cổ ựiển nhưng mà ựược chia khoảng khác nhaụ Thay vì chia khoảng ựầu tiên từ -300 ựến 300, ta chuyển khoảng từ 00 ựến 600.
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 60 Người ta quan sát thấy, các trạng thái ựược sử dụng trong khoảng ựầu tiên là V3 và V6 thay vì V1 và V4. Hình 3.3 trình bày cách chia các sector.
Hình 3.8 Trái: phương pháp DTC cổ ựiển và 6 sector của nó Phải: phương pháp DTC cải tiến và 6 sector mới
Ta thu ựược bảng 3.3 như sau:
Bảng 3.3 Tác ựộng của mỗi trạng thái trong 2 phương pháp TI/TD: tăng/giảm momen. FI/FD: tăng/giảm từ thông.
Phương pháp DTC cổ ựiển
-300 → 300 Phương pháp DTC cải tiến 00→ 600 V1 300 → -300 momen không xác ựịnh 0 0 → -600 TD, FI V2 900 → 300 TI, FI 60 0 → 00 TI, FI V3 1500 → 900 TI, FD 120 0 → 600 Từ thông không xác ựịnh V4 -1500 → 1500 momen không xác ựịnh 180 0 → 1200 TI, FD V5 -900 → -1500 TD, FD -120 0 → -1800 TD, FD V6 -300 → -900 TD, FI -60 0 → -1200 Từ thông không xác ựịnh
Ta nhận ra rằng các trạng thái V1 và V4 không ựược sử dụng trong sơ ựồ DTC cổ ựiển (c_DTC) vì chúng có thể tăng hoặc giảm momen tại cùng một sector phụ thuộc vào nó ở trong 30 ựộ ựầu tiên hay là ở 30 ựộ ựầu tiên. Trong sơ ựồ DTC
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 61 cải tiến (m_DTC), V3 và V6 không ựược sử dụng. Trong phương pháp này mục ựắch chắnh là ựểựiều khiển momen.
Bảng 3.4 là bảng chọn cải tiến mới cho phương pháp DTC.
Φ τ S1 S2 S3 S4 S5 S6 TI V2 V3 V4 V5 V6 V1 FI T= V0 V7 V0 V7 V0 V7 TD V1 V2 V3 V4 V5 V6 TI V4 V5 V6 V1 V2 V3 FD T= V7 V0 V7 V0 V7 V0 TD V5 V6 V1 V2 V3 V4
Bảng 3..4. Bảng chọn cho phương pháp DTC cải tiến.
3.2.2.2 Bảng chọn 12 sector.
a) đặt vấn ựề
Nội dung của phương pháp ựiều khiển ựiều khiển trực tiếp momen là ựiều khiển bất bền vững (robustness), biên ựộ của vector từ thông stator và momen ựược giữ trong phạm vi cho phép. Sai lệch giữa hai bước tắnh phụ thuộc nhiều vào tần số cắt mẫụ Giả thiết rằng giá trị momen ước lượng lớn hơn lượng ựặt, cần ựiều khiển ựể giảm bớt momen. Căn cứ vào vị trắ vector từ thông stator, một vector ựiện áp theo bảng 2.2 ựược chọn làm giảm momen. Nếu chu kỳ cắt mẫu lớn, ứng với vector ựiện áp vừa ựược chọn, kết quả momen giảm quá vùng giới hạn cho phép, momen cần tăng. Như vậy, yêu cầu giảm momen không ựạt ựược mà làm cho momen dao ựộng. Nhược ựiểm trên có thể khắc phục bằng cách tăng thêm tần số cắt mẫu hoặc thay ựổi cấu trúc mạch lực ựiều khiển. Tất cả các thay ựổi ựều gặp phải trở ngại kỹ thuật. Tăng tần số ựóng cắt ựể giảm sai lệch sẽ gây ra tổn hao lớn trên mạch lực. Mặt khác, tần số làm việc của bộ xử lý cũng phụ thuộc vào tần số làm việc của các bộ biến ựổi A/D, phạm vi tần số cho phép của thiết bị biến ựổi công suất. Thay ựổi cấu trúc mạch lực làm tăng tắnh phức tạp của cả cấu trúc mạch ựiều khiển.
Trong thực tế, tăng tần số bộ xử lý và tăng tắnh phức tạp của cấu trúc mạch lực là làm tăng chi phắ. Phương pháp cải tiến này chỉ cho phép trong một giới hạn nào ựó, mục tiêu chung vẫn là thay ựổi thuật toán ựiều khiển ựể nâng cao chất lượng
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 62 Ta tiếp tục phân tắch các hạn chế của quy luật chọn lựa vector ựiện áp tối ưu theo bảng 3.2 ( phương pháp Classic DTC ) và tìm ra thuật toán có chất lượng cao hơn cho phương pháp ựiều khiển DTC. đặt ∆TẼ=Tref −TẼ là sai lệch ước lượng,
band
T
∆ ựộ rộng vùng trễ cho phép.
Phương pháp Classic DTC chỉ tạo ra hai vùng ựiều khiển : Nếu ∆TẼ<∆Tband, vector ựiện áp không ựược sử dụng ựể giữ hệ thống ổn ựịnh. Nếu ∆TẼ>∆Tband, một vector ựiện áp tắch cực ựược chọn ựể thay ựổi momen. Quan hệ giữa ∆Tband và
TẼ
∆ còn ựơn giản, khi ∆TẼ−∆Tband khá lớn, momen cần thay ựổi lớn ựể nhanh chóng ựưa hệ thống về trạng thái ổn ựịnh. Ngược lại, khi ∆TẼ−∆Tband khá nhỏ, chỉ cần yêu cầu một lượng thay ựổi rất nhỏ ựưa hệ thống về ổn ựịnh. Cần có sự phân biệt rõ thêm về yêu cầu biến ựổi momen.
Vùng tác ựộng momen ựược chia lại :
dTe= 2 nếu Teref -Te > ∆ TsD
dTe= 1 nếu TsD > Teref -Te > ∆ Tband dTe= 0 nếu Teref - Te < ∆Te
dTe= -1 nếu TsI <Teref -Te < - ∆ Te dTe= -2 nếu TsD <Teref -Te
Khâu trễ mômen 4 vị trắ: ựầu ra của khâu có 4 giá trị Ờy2,-y1,y1,y2 tương ứng là giảm mạnh mômen, giảm nhỏ mômen,tăng nhỏ mô men,tăng mạnh mômen. đối với quá trình tăng mô men, khi sai lệch nằm trong khoảng (0->a) thì ta cần tăng nhỏ
SD
SI ∆Tband
D
I
Hình 3.9: Phân vùng ựiều khiển tác ựộng momen
I, D: Tăng, giảm mạnh momen SI,SD: Tăng, giảm nhẹ momen
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 63 mômen. Còn ở quá trình giảm mômen ta cần giảm nhỏ mômen khi sai lệch ở trong khoảng (-a->0).Như thế biên ựộ dao ựộng của mômen sẽ ựược giữ ở mức theo yêu cầu và quá trình ựiều khiển sẽ chắnh xác hơn.
-a a y2 y1 -y1 -y2 y x y1 = 1; y2 = 2
Cách phân chia không gian hệ toạ ựộ DQ thành sáu vùng sector vẫn chưa phát huy ựược hết khả năng sử dụng sáu vector ựiện áp khác không. Không gian vector tiếp tục ựược phân chia nhỏ hơn thành 12 vùng sector khác nhaụ Hình 3.11 thể hiện rõ qui luật phân chia mười hai vùng sector :
Hình 3.11. Phương pháp DTC 12 sector và các sector của nó.
FD/FI: giảm/ tăng từ thông. TD/TI: giảm/ tăng momen. TsD/TsI: giảm/ tăng ắt momen.
Hình 3.10 : đặc tắnh làm việc khâu so sánh momen có trễ bốn vị trắ
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 64 Bảng 3.5 trình bày bảng chọn khi ta sử dụng 12 sector. 12 S Tăng Giảm Từ thông stator V1, V2, V6 V3, V4, V5 Momen V1, V2, V3 V4, V5, V6 1 S Tăng Giảm Từ thông stator V1, V2, V6 V3, V4, V5 Momen V2, V3, V4 V5, V6, V1
Bảng 3.5 Bảng chọn cho sector 12 và 1 theo phương pháp 12_DTC.
Như ựã trình bày ở phần trước, ta cần phải phân chia khi sai số lớn hay nhỏ. Khi ựó, V1 sinh ra sự tăng lớn về từ thông và tăng nhỏ từ thông trong 12 sector. Ngược lại, V2 cho tăng momen lớn còn tăng từ thông nhỏ.
Vì sai số ựược chia làm 2 khoảng nên ở ựây ta sử dụng khối trễ 4 vị trắ (theo mô hình matlab như sau:)
Hình 3.12: Khâu rơle 4 vị trắ
Khi ảnh hưởng của từ thông và momen ựược chia ra làm tám nhóm, hình vẽ sau sẽ minh hoạ ựiều ựó.
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 65
Hình 3.13. Tám vùng không gian của sự biến thiên từ thông và momen.
Cuối cùng ta có bảng chọn như sau:
Bảng 3.6. Bảng chọn cho 12_DTC. Φ τ S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9 S10 S11 S12 TI V2 V3 V3 V4 V4 V5 V5 V6 V6 V1 V1 V2 FI TsI *V2 V2 *V3 V3 *V4 V4 *V5 V5 *V6 V6 *V1 V1 TsD V1 *V1 V2 *V2 V3 *V3 V4 *V4 V5 *V5 V6 *V6 TD V6 V1 V1 V2 V2 V3 V3 V4 V4 V5 V5 V6 TI V3 V4 V4 V5 V5 V6 V6 V1 V1 V2 V2 V3 FD TsI V4 *V4 V5 *V5 V6 *V6 V1 *V1 V2 *V2 V3 *V3 TsD V7 V5 V0 V6 V7 V1 V0 V2 V7 V3 V0 V4 TD V5 V6 V6 V1 V1 V2 V2 V3 V3 V4 V4 V5
(*: ở ựây không có trạng thái thắch hợp. Ta chọn trạng thái thứ hai thắch hợp nhất.)
3.2.2.2 Bảng chọn 12 sector.
Sau ựây em xin trình bày phương pháp tắnh tắch phân mới cho bộ ước lượng từ thông ựộng cơ. Thuật toán ựược thiết kế cho truyền ựộng cái ựòi hỏi bộ ước lượng với từ thông khe hở không khắ cố ựịnh trong quá trình vận hành. Thuật toán
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 66 này giúp tắnh toán có hiệu quả bài toán thuần thắch phân và có thể ựược dùng ựể ựo từ thông ựộng cơ, cả ựộ lớn và pha trong một giải rất rộng.
a) đặt vấn ựề
Ước lượng từ thông là vấn ựề quan trọng trong quá trình thực hiện truyền ựộng ựộng có công suất caọ Thông thường, có hai phương pháp ước lượng từ thông: một dựa trên dòng ựo ựược, hai là dựa trên áp ựo ựược. Trong phương pháp dựa trên ựo dòng, từ thông khe hở ựộng cơ ựược xác ựịnh bằng việc giải hệ phương trình, theo phương pháp này ta phải ựo các thông số ựộng cơ, các dòng ựiện ựộng cơ, tốc ựộ và vị trắ.
Phương pháp này có một nhược ựiểm là sự thay ựổi của các thông số khi ựộng cơ vận hành, vắ như sự thay ựổi khi nhiệt ựộ rotor tăng và khi bão hoà từ thông. để khắc phục nhược ựiểm này, ta phải thực hiện giản ựồ xác ựịnh các thông số ựộng cơ trực tuyến, ựiều này sẽ làm tăng ựộ phức tạp của hệ thống truyền ựộng. Hơn thế nữa, ta cũng cần biết tốc ựộ hay vị trắ ựộng cơ, ựiều này cũng không hề ựơn giản trong các ứng dụng công nghiệp.
Theo phương pháp dựa vào ựiện áp, từ thông ựộng cơ ựược tắnh bằng cách tắch phân sức ựiện ựộng phản hồị Thông số duy nhất cần phải xác ựịnh là ựiện trở cuộn dây stator, việc tắnh toán thông số này thì ựơn giản hơn nhiềụ Chắnh vì thế phương pháp sau ựược dùng nhiều hơn.
Tuy nhiên, việc thực hiện tắnh tắch phân cho bộ ước lượng từ thông ựộng cơ vẫn không phải là vấn ựề ựơn giản. Tắch phân thuần có thể bị bão hoà và trôi ựiểm không. Trong thực tế sức ựiện ựộng phản hồi ựược ựo về là ựiện áp một chiềụ Thành phần này có thể làm bão hoà tắch phân thuần. Còn vấn ựề ựiểm không có thể ựược giải thắch như saụ Khi ta tắnh tắch phân tắn hiệu sóng sin, ta mong chờ sẽ thu ựược tắn hiệu sóng cos ở ựầu rạ điều này chỉ có ựược khi tắn hiệu sin ựầu vào ựược tắnh tại ựiểm ựỉnh dương hoặc âm.
Giải pháp thông thường khắc phục hiện tượng này là thay bằng tắch phân thuần có bộ lọc thông thấp (LP). Hiển nhiên là bộ lọc LP sẽ gây sai số cả ựộ lớn và pha, ựặc biệt là khi ựộng cơ chạy ở tần số thấp hơn tần số cắt của bộ lọc. Do ựó, truyền ựộng sử dụng bộ lọc LP như là bộ ước lượng từ thông thường có giải tốc ựộ
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 67 giới hạn, thông thường là 1:10 (6-60Hz). Trong phần này, em sẽ trình bày ba phương pháp ựể giải quyết các vấn ựề nêu trên.
b) Bộ tắch phân cải tiến với bộ hạn chế biên ựộ.
Như ựã ựề cập ở phần trên, cả tắch phân thuần và bộ lọc thông thấp ựều gặp phải nhiều vấn ựề trong thực tế. để giải quyết vấn ựề này, ta sẽ sử dụng thuật toán saụ đầu ra của bột tắnh tắch phân có thể ựược biểu diễn theo cách khác như sau:
1 c c c y x z s s ω ω ω = + + + (3.25)
Trong ựó, x là tắn hiệu ựầu vào bộ tắch phân và z là tắn hiệu bù. Giả sử tắn hiệu bù ựược ựặt là không, bộ tắch phân này chắnh là bộ lọc thông thấp.
Nếu tắn hiệu bù này ựược lấy chắnh là tắn hiệu ựầu ra, phương pháp tắch phân này chắnh là tắch phân thuần. Từ các phân tắch trên ta có thể thấy rằng khi có bộ bù tốt thì bộ tắnh tắch phân này có thể tốt hơn nhiều bộ tắch phân thuần hay bộ lọc thông thấp.
Hình 3.14. Bộ tắch phân cải tiến với bộ hạn chế biên ựộ.
để tránh sự méo dạng sóng tắn hiệu ra như ựã trình bày trên, ta phát triển thuật toán tiếp theọ Thuật toán này ựược trình bày trên hình 3.14, ựược thiết kế riêng cho bộ ước lượng từ thông ựộng cơ.
Trong truyền ựộng xoay chiều, thông thường ta phải chuyển hệ các biến ba pha trong hệ toạ ựộ a-b-c thành biến hai pha trong hệ toạ ựộ α-β. Từ thông ựộng cơ Ψα
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 68 ựộng cơ trong hệ toạ ựộ α-β. Biên ựộ từ thông, ựược ựịnh nghĩa là Ψ = Ψ + Ψα2 2β
là tắn hiệu một chiều và cũng dùng làm mức giới hạn. Biên ựộ từ thông và góc pha ϕ ựược chuyển lại thành thành phần phức sau khi qua bộ hạn chế.
Tuy nhiên, sự chắnh xác của từ thông ước lượng phụ thuộc nhiều vào mức ựặt của bộ hạn chế. Trừ khi ựộng cơ hoạt ựộng mà từ thông thay ựổi, ta buộc phải ựiều chỉnh mức giới hạn. Do ựó, thuật toán này phù hợp cho các ứng dụng trong ựó từ thông là không ựổi trong quá trình hoạt ựộng của ựộng cơ.
3.2.4 Nâng cao chất lượng lượng ựiều khiển trực tiếp mômen
3.2.4.1 Phương pháp DTC SVM
Phương pháp DTC-SVM thực chất là phương pháp ựiều khiển tiếp momen và thực hiện phát xung bằng khối SVM. Ở ựây phương pháp ựiều chế vector không gian là cơ sở cho ta thực hiện khối phát xung này
Cấu trúc của phương pháp ựiều khiển DTC-SVM ựược trình bày trên hệ trục toạ ựộ gắn với từ thông stator. Từ thông stator quay với tốc ựộ ựồng bộ ws, ựồng thời là tốc ựộ từ thông rotor, và ựược tắnh như sau:
Từ ựồ thị góc pha ở hình vẽ, góc pha θs ựược tắnh theo công thức sau: θs=∫ώsdt + θ0
Hừnh 3.15: đồ thị góc pha của phương
pháp ựiều khiển vectỏ gián tiếp