Ở phần trên trình bày về thuật toán điều khiển tựa từ thông, vị trí và tốc độ của roto được xác định từ các bộ cảm biến tốc độ được đặt trên trục roto, nhưng sử dụng cảm biến có một số hạn chế đó là tăng chi phí, tăng kích thước hệ thống và ảnh hưởng tới độ tin cậy của hệ truyền động. Do đó, hướng quan tâm nghiên cứu mới là bỏ bộ cảm biến tốc độ gắn trên trục của roto.
Trong phần này, nối tiếp theo thuật toán điều khiển tựa từ thông là thuật toán ước lượng vị trí và tốc độ của roto mà không sử dụng bộ cảm biến được trình bày cụ thể. Để ước lượng được vị trí và tốc độ của roto, ta lựa chọn phương pháp điều
68
khiển không cảm biến tốc độ vì phương pháp điều khiển này đơn giản và cho kết quả chính xác, kết quả phần này và kết luận sẽ được trình bày trong phần mô phỏng ở chương sau.
Thuật toán điều khiển tựa từ thông sử dụng phương pháp ước lượng vị trí và tốc độ của roto được trình bày trên hình 3.13.
Hình 3.13. Sơ đồ thuật toán điều khiển momen tựa từ thông không cảm biến
Có nhiều phương pháp để xác định vị trí của roto, hầu hết các phương pháp đã được nghiên cứu và phát triển trong máy phát đồng bộ nam châm vĩnh cửu, bởi vì có sự biến thiên điện kháng dọc trục d và trục q, điều này làm cho việc kiểm soát vị trí của roto được xác định dễ dàng. Tuy nhiên cũng có khó khăn trong việc kiểm soát tốc độ chính xác, nhất là tại các điểm tốc độ bằng 0 và tốc độ quay rất thấp, tuy nhiên so sánh cân nhắc giữa các ưu điểm và khó khăn thì ta thấy phương pháp điều khiển không cảm biến này có ưu thế hơn về chi phí thấp hơn, kết cấu cơ khí đơn giản hơn.
69
Một trong các phương pháp được sử dụng để kiểm soát vị trí của roto là dựa vào cách tính toán sức phản điện động cảm ứng. Ý tưởng của phương pháp này là tính toán vector sức điện động E để từ đó tính được vị trí góc quay roto.
Hình 3.14. Vecto sức điện động cảm ứng (e) trong hệ tọa độ quy chiếu cố định
Theo đồ thị vecto hình 3.14 từ thông m của nam châm điện được gắn với trục d, do đó vecto sức điện động cảm ứng sẽ được gắn trên trục q và ta xác định được vị trí góc quay của roto là r. Sử dụng phương trình cân bằng điện áp và chiếu lên hệ trục tọa độ cố định (-), thì sức điện động cảm ứng được tính như sau:
(3.31)
(3.32)
70
(3.33)
Vấn đề chính của phương pháp này là ước lượng vị trí của roto tại vị trí tốc độ bằng 0 và tại điểm tốc độ rất thấp. Theo công thức 3.31 và 3.32 ta thấy tại tốc độ bằng 0 thì sức điện động cảm ứng cũng bằng 0, do đó việc kiểm soát vị trí roto tại tốc độ bằng 0 là không thể thực hiện được. Tại tốc độ thấp, sức điện động cảm ứng là rất nhỏ và do có các loại nhiễu làm sai số là rất lớn trong việc xác định vị trí roto tại tốc độ thấp này.
Phương pháp phổ biến khác để ước lượng vị trí của roto là dựa vào tín hiệu tần số cao. Phương pháp này có thể xác định được vị trí của roto tại điểm có tốc độ bằng 0 và tốc độ thấp. Tuy nhiên phương pháp này không phù hợp với loại tuabine gió điều khiển trực tiếp trong trường hợp ứng dụng hệ đang sử dụng do tần số chuyển mạch thấp.
Một phương pháp khác để ước lượng vị trí của roto là dựa vào tính toán ước lượng từ thông. Từ thông mạch từ được xác định theo phương trình cân bằng điện áp trong hệ tọa độ cố định (-) như sau:
(3.34)
(3.35)
Theo phương trình (3.34) và (3.35), điện áp pha, dòng điện và điện trở cần phải xác định để xác định được từ thông. Một vấn đề cần giải quyết ở phương pháp này là tồn tại sai số tích phân, điều này có thể được tránh bằng cách sử dụng công nghệ tính tích phân riêng. Tại vị trí ban đầu của roto không được ước lượng tính toán bằng phương pháp này.
Một phương pháp khác để kiểm soát vị trí của roto là sử dụng bộ quan sát dựa vào mô hình động cơ. Mục đích của việc sử dụng mô hình quan sát này là sử dụng một đầu vào ví dụ như sử dụng thiết bị truyền động, sự truyền động của thiết bị này được dùng để điều khiển các thông số trạng thái (như vị trí của roto, gia tốc). Bộ quan sát sử dụng độ sai lệch giữa các giá trị đo lường được (từ đầu ra của thiết
71
bị) và của mô hình để hiệu chỉnh sai số của các thông số đo. Đối với PMSG phương trình cân bằng từ thông được viết như sau: