Phương phỏp này là phương phỏp điều khiển vị trớ vector từ thụng stato
ψsđể điều khiển momen động cơ. Để thực hiện phương phỏp này ta cần dựa trờn phộp biến đổi vecto để xỏc định độ lớn và vị trớ cỏc vecto ψs,thay đổi vecto điện ỏp stato Usđể thay đổi vị trớ vecto ψs.
Ưu điểm: - Khụng cần thiết bị phản hồi. - Phụ thuộc rất ớt vào thụng sốđộng cơ. - Cú đầy đủưu điểm của động cơ một chiều. - Khụng cần thực hiện cỏc phộp quay trục tọa độ do đú thời gian tớnh toỏn rất nhanh.
- Độ chớnh xỏc điều chỉnh là tựy ý, phụ thuộc vào khả năng về tần số
chuyển mạch của biến tần.
- Mụ hỡnh ước lượng chỉ phụ thuộc vào tham số là điện trở dõy quấn stato là tham số dễ dàng nhận dạng sự biến thiờn theo nhiệt độ.
- Momen động cơ phỏt huy nhanh (gấp 4 – 5 lần so với điều khiển FOC). - Điều khiển momen chớnh xỏc ngay cảở tần số thấp.
Nhược điểm:
- Xuất hiện xung momen nờn hệ làm việc ở vựng tốc độ thấp khú ổn định. - Momen đập mạch lớn.
Từ cỏc phõn tớch trờn, do yờu cầu cụng nghệ của thang mỏy đũi hỏi đỏp
ứng momen nhanh, ổn định, dừng chớnh xỏc cũng như độ an tồn với đặc
điểm làm việc ngắn hạn lặp lại, phương phỏp được lựa chọn để điều khiển biến tần là phương phỏp DTC. Tần số đúng cắt hay làm việc của biến tần do ta tự quy định, đú là thời gian duy trỡ một sector Si.
2.5.Lý thuyết về DTC. 2.5.1 Nguyờn lý chung.
Hỡnh2.2: Điều khiển moomen bằng cỏch quay từ thụng stator
Mục đớch của phương phỏp DTC là điều khiển vị trớ của vộc tơ từ thụng sao cho biờn độ thay đổi khụng đỏng kể.
Ta cú M= . = . = . .sin
=
Do thành phần khụng đỏng kể nờn ta cú thể xem = Với
Dựa vào cụng thức ta thấy:để thay đổi vị trớ của thỡ ta thay đổi .
Hỡnh 2.3: Mụ tả hàm đúng cắt mạch lực biến tần
Cú tỏm trạng thỏi của , ,
Trong đú cú 2 vector khụng là và và 6 trạng thỏi tớch cực
, , , , ,
Sỏu trạng thỏi tớch cực chia mặt phẳng thành sỏu phần gọi là cỏc sector (mỗi sector 60 độ.
Hỡnh 2.5: Sỏu sector chia ra bởi sỏu vector điện ỏp
2.5.2.Cỏch thực hiện.
Ta điều chỉnh dựa trờn hai thụng số:
- Điều chỉnh :vị trớ như thế nào,thừa hay thiếu. - Điều chỉnh momen M :thừa hay thiếu.
Điều chỉnh :
=0 thỡ > + : vỡ vậy ta cần giảm . Điều chỉnh : Nếu: =1 thỡ < - :vỡ vậy ta cần tăng . =0 thỡ > + : vỡ vậy ta cần giảm . Khi =1 : =0 khi =0 : =1 =1 =0 Ta cú bảng đúng cắt 1 1 0 1 0 0 Bảng 2.1 Bảng đúng cắt
Cấu trỳc mạch điều khiển Hỡnh 2.6: Sơ đồ cấu trỳc điều khiển bằng phương phỏp DTC. = , = = = = M = = arcos
2.6.Chếđộ hĩm trong hệ truyền động biến tần- động cơ khụng đồng bộ.
Hệ truyền động biến tần động cơ KĐB: Khi làm việc với phụ tải thế năng cần làm việc ở cả bốn gúc phần tư, trong đú cần chếđộ hĩm tỏi sinh.
Do bộ chỉnh lưu của biến tần là điốt hoặc tiristo nờn để thực hiện hĩm tỏi sinh trả năng lượng về lưới là khụng dễ thực hiện.Cú ba loại biến tần:
- Biến tần nguồn dũng chỉnh lưu tiristo.
- Biến tần nguồn ỏp chỉnh lưu điốt và chỉnh lưu tiristo. - Biến tần nguồn ỏp chỉnh lưu tớch cực PWM dựng tranzito.
2.6.1.Chếđộ hĩm tỏi sinh trong hệ truyền động, biến tần nguồn dũng:
Hinh 2.7: Sơđồ biến tần nguồn dũng động cơ KĐB.
Đối với biến tần cú khõu trung gian một chiều trung gian, Id khụng đổi chiều. Do điện ỏp đầu ra, đầu vào của chỉnh lưu và ngịch lưu của biến tần thay
đổi được dấu nờn biến tần nguồn dũng dễ làm việc trong chếđộ hĩm tỏi sinh. 2.6.2.Chếđộ hĩm trong hệ biến tần nguồn ỏp chỉnh lưu điốt:
Đặc điểm của biến tần nguồn ỏp là điện ỏp một chiều luụn luụn giữ dấu khụng đổi, khi dũng Id cũng khụng đổi dấu.Do vậy khụng thực hiện trao đổi năng lượng từ tải về lưới.Trong trường hợp này phổ biến là dựng hĩm dập
động năng bằng điện trở hĩm ở mạch một chiều.Loại biến tần này phổ biến rộng rĩi nhất trong cụng nghiệp.
Tuy vậy nhưng khụng phải ứng dụng nào cũng cần điện trở hĩm một chiều, chỉ khi cú năng lượng thừa dội về lưới thỡ mới cần mạch hĩm. Đối với cụng suất lớn đưa vào mạch hĩm sẽ gõy tốn kộm.
2.6.3.Chếđộ hĩm tỏi sinh trong biến tần nguồn ỏp chỉnh lưu tiristo:
Hỡnh 2.9 Cấu trỳc biến tần nguồn ỏp động cơ KĐB chỉnh lưu tiristo
Đối với hệ truyền động biến tần nguồn ỏp cụng suất lớn (từ vài trăm kW đến MW ) thỡ khụng dựng mạch dập điện trở một chiều. Mà người ta dựng cấu trỳc trong đú nghịch lưu NL dựng tiristo GTO, chỉnh lưu CL gồm hai bộđấu song song ngược, một bộ làm việc chỉnh lưu và một bộ nghịch lưu (tương tự như truyền động T – Đ đảo chiều).Khi hĩm tỏi sinh bộ CL1 phải khúa chắc sau đú mở bộ NL1 để hĩm.Kết thỳc quỏ trỡnh hĩm, bộ NL1 khúa chắc thỡ bộ CL1 mới đưa vào làm việc.
2.6.4.Biến tần nguồn ỏp làm việc bốn gúc phần tư:
Từ phần trờn cho thấy biến tần nguồn ỏp dựng chỉnh lưu điốt hoặc tiristo khụng thể trao đổi cụng suất từ tải về lưới. Mặt khỏc dũng điện từđầu vào biến tần chứa nhiều song hài bậc cao làm mộo điện ỏp lưới đồng thời gõy nờn hệ số cos .
Biến tần làm việc với bốn gúc phần tưđảm bảo trao đổi cụng suất giữa tải và lưới đồng thời dũng đầu vào cú dạng hỡnh sin, nờn cú thểđiều chỉnh
cos = 1.
Dựa vào những yờu cầu cụng nghệ của những loại biến tần trờn và yờu cầu điều khiển của thang mỏy, với yờu cầu trả năng lượng từ tải về lưới để tận dụng tối ưu cụng suất thỡ ta chọn biến tần nguồn ỏp làm việc bốn gúc phần tư.
2.7.Chỉnh lưu PWM. 2.7.1.Nguyờn lý làm việc.
Chỉnh lưu làm việc trao đổi cụng suất hai chiều giữa lưới và tải,dũng
điện chỉnh lưu phải thay đổi được dấu.ta gọi cú dấu “+” khi nú cú chiều hướng về tải và ngược lại cú dấu “-” khi cú chiều hướng về lưới.
Vỡ dấu điện ỏp một chiều là cố định nờn cụng suất thay đổi hai chiều từ lưới về tải = . > 0 và từ tải về lưới = . < 0.
Để thực hiện được nguyờn lý này cần cú điều kiện: - Bắt buộc phải cú điện cảm đầu vào.
- Giỏ trị điện ỏp một chiều khụng đổi và phải cú điện ỏp lớn hơn
điện ỏp từ chỉnh lưu tự nhiờn lưới. Sơđồ nguyờn lý mạch lực:
Sơđồ thay thế một pha:
Hỡnh 2.11: Sơđồ thay thế một pha chỉnh lưu PWM và đồ thị vecter
a. Sơ đồ thay thế một pha bộ chỉnh lưu PWM. b. Đồ thị vector tổng quỏt của bộ chỉnh lưu .
c. Đồ thị vector bộ chỉnh lưu PWM với hệ số cụng suất bằng 1.
d. Đồ thị vector bộ chỉnh lưu PWM với hệ số cụng suất bằng -1 (nghich lưu).
Trong đú: L, R là điện trở và điện cảm đường dõy. là điện ỏp nguồn.
là điện ỏp của bộ biến đổi.
Do khúa đúng cắt hai chiều tranzitor và điốt ngược kết hợp với tụ điện C và cỏc điện cảm nguồn L hỡnh thành mạch vũng dao động cộng hưởng LC tạo nờn điện ỏp một chiều > .
2.7.2.Tổng quan vềĐiều khiển chỉnh lưu PWM.
Cấu trỳc chung điều khiển chỉnh lưu PWM về cơ bản cú cựng một mục
đớch chung nhưng lại dựa trờn hai nguyờn tăc khỏc nhau.Chỳng được phõn loại dựa trờn hai nguyờn tắc: điều khiển dựa trờn điện ỏp và điều khiển dựa trờn vector từ thụng ảo.
Điều khiển dựa trờn điện ỏp là ước lượng điện ỏp lưới và sẽ điều khiển bằng dũng điện hay cụng suất
Điện ỏp lưới nếu điều khiển bằng dũng điện thỡ gọi là phương phỏp VOC (Voltage Oriented Control),cũn theo cụng suất thỡ gọi là DPC (Direct Power Control).
Hỡnh2.12: Cỏc phương phỏp điều khiển chỉnh lưu PWM.
Điều khiển dựa trờn từ thụng ảo là phương phỏp điều khiển cần phải
ước lượng từ thụng ảo của lưới điệnvà ỏp dụng phương phỏp điều khiển từ
thụng stator của động cơ khụng đồng bộ cho lưới điện.nếu điều khiển bằng mạch vũng thỡ gọi là phương phỏp VFOC (Voltage Flux Oriented control),cũn khi điều khiển dựa theo cụng suất thỡ gọi là phương phỏp VF-DPC.
Cỏc cấu trỳc điều khiển chỉnh lưu PWM được minh họa như trờn.
Hệ điều khiển biến tần dung chỉnh lưu PWM với động cơ xoay chiều cú cỏc phương ỏn được trỡnh bày ở hỡnh 2.12
Hỡnh 2.13 : Hệđiều khiển biến tần dựng chỉnh lưu PWM.
2.7.3.Cấu trỳc điều khiển chỉnh lưu PWM theo định hướng vector điện ỏp dựa vào dũng điờn (VOC).
Đặc điểm của phương phỏp điều khiền dựa vào dũng điện là xử lý tớn hiệu trờn hai hệ tọa độ cốđịnh α-β và hệ tọa độ quay d-q.cỏc giỏ trị dũng điện
đo được trong hệ ba pha được biến đổi sang hệ tọa độ cố định α-β,sau đú
được biến đổi sang hệ tọa độ d-q.cấu trỳc điều khiển chỉnh lưu PWM theo VOC được trỡnh bày trờn hỡnh 2.13
Khi chọn trục d trựng với điện ỏp ,khi đú = cũn =0.ta cú hệ phương trỡnh:
0 =
Cấu trỳc cỏc mạch vũng điều khiển chỉnh lưu PWM được trỡnh bày trờn hỡnh 2.13 Trong đú lượng đặt dũng điện lượng đặt dũng =0 và đại lượng đặt dũng lấy ra từ bộđiều chỉnh điện ỏp một chiều.
Khi điều khiển vector dũng điện trựng với trục d thỡ = và . Do dũng điện và được ước lượng từ , qua khõu biến đổi tọa độ a,b,c
=> α,β => d-q. gúc của vector điện ỏp được xỏc định từ cụng thức: