I. Lý do chọn đề tài
3.2. Nguyên lý điều khiển tối ƣu hiệu suất
Quy luật điều khiển điện áp - tần số đảm bảo duy trì từ thông khe hở không đổi, khi động cơ làm việc gần hoặc ở từ thông khe hở định mức sẽ cho phép sử dụng tốt nhất lõi thép của động cơ và đạt được tỉ số momen/ampe cao, đồng thời động cơ có khả năng sinh momen lớn ở mọi tần số nguồn. Do đó chế độ làm việc với điện áp tần số không đổi và từ thông khe hở không đổi có thể được xem như kỹ thuật điều khiển tối ưu. Tuy nhiên, khi động cơ làm việc non tải, từ thông khe hở có thể lớn hơn mức cần để sinh ra momen yêu cầu, tổn hao sẽ lớn và hiệu suất sẽ thấp hơn trị số tối ưu. Để đạt được hiệu suất cao nhất, tỉ số điện áp/tần số cần được hiệu chỉnh là hàm của phụ tải động cơ. Chế độ làm việc non tải, hiệu suất lớn nhất có thể đạt được bằng cách giảm điện áp và độ trượt tăng so với chế độ làm việc điện áp/tần số không đổi.
Hình 3.3. Các đặc tính động cơ cho điểm làm việc P
Ở hệ thống động cơ KĐB điều chỉnh tần số - điện áp và tần số nguồn là các biến độc lập và điểm làm việc ứng với giá trị momen - tốc độ nhất định tương ứng với các giá trị điện áp/tần số khác nhau như minh họa điểm P trên hình 3.3.
Động cơ làm việc tại điểm P sẽ tương ứng với các tỉ số điện áp/tần số khác nhau, hiệu suất động cơ tại điểm P cũng khác nhau. Nếu tỉ số điện áp/tần số quá cao, dòng từ hóa và tổn hao sắt từ sẽ lớn. Ngược lại nếu tỉ số điện áp/tần số quá thấp, dòng điện roto sẽ tăng theo tần số trượt và tổn hao đồng sẽ quá lớn. Do đó cần thiết xác định tỉ số điện áp/tần số tối ưu đảm bảo cho động cơ làm việc với hiệu suất cao nhất nhưng vẫn có khả năng sinh monen yêu cầu ở một tốc độ nhất định. 0 M(N.m) W(rad/s) U/f nhỏ P U/f lớn
Hiệu suất của động cơ được tính theo công thức:
00 1 t 1 100 P P P η%
Trong đó: P1 là tổng công suất lưới điện đưa vào động cơ. Pt là tổng tổn hao trên động cơ
Với công suất nguồn vào P1 không đổi, hiệu suất động cơ đạt giá trị lớn nhất khi tổng tổn hao Pt là nhỏ nhất. Như vậy, bản chất của việc điều khiển tối ưu hiệu suất là điều chỉnh sao cho tổng tổn thất trên động cơ là nhỏ nhất. Vì tổng tổn hao bao gồm tổn hao không điều chỉnh được và tổn hao điều chỉnh được nên việc xác định tổng tổn hao nhỏ nhất được đưa vào việc tìm tổn hao có thể điều chỉnh nhỏ nhất, tức là tại điểm làm việc tối ưu. Ở trên đã có công thức tính tổng tổn hao có thể điều chỉnh được như sau:
ΔPt = 3. (I’2r . R’r + I2s . Rs + E2s/Rm)
Trên hình 3.4 biểu diễn đồ thì các dạng tổn thất có thể điều chỉnh được ΔPt
Để động cơ sinh momen đáp ứng yêu cầu phụ tải,có thể điều khiển giảm từ thông tối thiểu xuống dòng điện động cơ sẽ tăng lên. Kết quả tổn hao sắt (ΔPFe) giảm,tổn hao đồng (ΔPcu) tăng.Bài toán điều khiển tối ưu hệ số sẽ xác định điểm làm việc với tổn thất nhỏ nhất.
Tổng tổn thất sẽ đạt giá trị nhỏ nhất tải điểm làm việc P với độ trượt tối ưu stư. Bài toán điều khiển tối ưu hiệu suất trở thành bài toán đi tìm hiểm lõm P của đường cong biểu diễn tổng tổn thất ΔPt.
Hình 3.4. Đồ thị tổn thất trong động cơ KĐB theo độ trƣợt
ΔPt ΔPt ΔPtmin O stư s P ΔPt ΔPcn1 ΔPcn2 ΔP ΔPt Fe