L ỜI CẢM ƠN
3.3.1. Kết quả mô phỏng với trường hợp không có lỗi van bán dẫn
Tối ưu sai lệch dòng điện
(3.11)
Tối ưu điện áp
common- mode (3.12) _ _ Trích mẫu Vi điều khiển dq abc Trích mẫu CHB - MLI { IM E Rѱ Rω
Hình 3. 6. Cấu trúc điều khiển của thuật toán MPC cải tiến cho hệ thống nghịch lưu đa mức nối tải động cơ.
Xác định tập hợp 19 vector g0 (3.11) g1 (3.12) g2 (3.13) g (3.15) Xác định giá trị cực tiểu ...... ... Kết thúc Bắt đầu
Hình 3. 7. Lưu đồ thuật toán triển khai phương pháp MPC đề xuất trên vi điều khiển.
3.3. Mô phỏng kiểm chứng
3.3.1. Kết quả mô phỏng với trường hợp không có lỗi van bán dẫn
Tính đúng đắn và hiệu quả của thuật toán MPC cải tiến cho nghịch lưu đa mức cầu H nối tầng nối tải động cơ được kiểm chứng bằng mô hình mô phỏng trên phần mềm MATLAB-Simulink. Cụ thể, thuật toán được áp dụng cho bộ nghịch lưu ba pha 11
mức cầu H nối tầng, với tải là động cơ trung thế, chu kỳ trích mẫu T 50s. Các thông số mô phỏng hệ thống được thể hiện trong Phụ lục 5. Các mạch vòng bên ngoài
80 thiết kếđầy đủđể phục vụ cho mô phỏng. Trong mô phỏng này để thể hiện được rõ
hơn các dạng dòng điện, điện áp nên chọn momen quán tính của động cơ j=10 (kg.m2)
a, Mô phỏng với tải quạt gió
Kịch bản mô phỏng bao gồm các giai đoạn là từhóa động cơ, tăng tốc, ổn định. Giá trịlượng đặt cho các bộđiều khiển từ thông và tốc độđược thể hiện trong Bảng 3. 2.
Bảng 3. 2. Giá trị đặt của các bộ điều khiển PI.
Thời điểm (s) 0 0,7
Từthông đặt (Wb) 7,4
Tốc độđặt (rpm) 0 1470 Với tải là quạt gió, momen tải sẽđược xác định như sau:
2 2dm . t dm M M n n (3. 16)
Trong đó, Mdmvà ndm lần lượt là momen định mức và tốc độđịnh mức của động
cơ, n là tốc độ tức thời của động cơ.
Do trong giai đoạn tăng tốc, giá trị sai lệch của dòng điện rất lớn, nên các thành phần trọng số tối ưu điện áp common-mode và tối ưu số lần đóng cắt van bán dẫn chỉ được sử dụng khi động cơ đã đạt tốc độ ổn định. Giá trị các trọng số trong từng giai
đoạn khảo sát được thể hiện chi tiết trong Bảng 3. 3.
Bảng 3. 3. Giá trị các trọng số trong các giai đoạn khảo sát.
Thời điểm (s) 0 – 0,9 0,9 – 1,3 1,3 – 1,5 1,5 – 1,9 Trọng số tối ưu điện áp
common-mode 0 50 0 50
Thời điểm (s) 0 – 1,1 1,1 – 1,3 1,3 – 1,7 1,7 – 1,9 Trọng số tối ưu đóng cắt 0 6 0 6
Kết quảđáp ứng của các bộđiều khiển từ thông và tốc độ được thể hiện trên các
Hình 3. 8, Hình 3. 9. Kết quả mô phỏng cho thấy thời gian quá độ của từthông động
cơ là 0,47 (s). Khi động cơ quay thuận, tốc độ động cơ không xuất hiện độquá điều chỉnh, thời gian quá độ là 0,1 (s), có thể thấy rằng tốc độ của động cơ đáp ứng rất nhanh.
Momen động cơ có đáp ứng rất tốt với độđập mạch lớn nhất bằng 1%.
81
Hình 3. 14, Hình 3. 13 cho thấy dòng điện bám giá trị đặt rất tốt. Dạng điện áp common-mode được thể hiện trên Hình 3. 13. Tại các thời điểm mà thành phần trọng số tối ưu điện áp common mode được sử dụng, điện áp common mode đã được triệt tiêu hoàn toàn.
Dạng điện áp trên pha A trước và sau thời điểm sử dụng trọng số tối ưu đóng cắt
được thể hiện trên Hình 3. 15. Có thể thấy rằng số lần đóng cắt van bán dẫn cũng đã
giảm đi đáng kể (độ dày của tín hiệu điện áp giảm rõ rệt). Cụ thể, khảo sát số lần chuyển mức pha A trong khoảng thời gian 0,02 s trước và sau khi áp dụng trọng số
tối ưu đóng cắt cho các trường hợp động cơ quay thuận và quay ngược, thu được kết quảnhư thể hiện trong Bảng 3. 4.
Hình 3. 8. Kết quả đáp ứng của bộ điều khiển từ thông.
Hình 3. 9. Kết quả đáp ứng của bộ điều khiển tốc độ.
82
Hình 3. 11. Dòng điện đầu ra ba pha nghịch lưu.
Hình 3. 12. Dạng dòng điện trên pha A.
83
Hình 3. 14. Dạng điện áp trên pha A.
(a)
(b)
Hình 3. 15. Dạng điện áp trên pha A trước (a) và sau (b) khi tối ưu đóng cắt. Bảng 3. 4. Khảo sát số lần chuyển mức của điện áp pha A.
Chiều quay
động cơ Thời điểm (s)
Trọng số tối ưu đóng cắt
Số lần chuyển mức của điện áp pha A
Quay thuận 0,07 – 1.09 0 188
84
b, Mô phỏng với tải có momen là hằng số
Kịch bản mô phỏng với tải hằng sốcũng bao gồm bốn giai đoạn là từhóa động cơ, tăng tốc, ổn định và đảo chiều quay. Các giá trị đặt cho các bộ điều khiển PI giống
như trongBảng 3. 2. Do trong giai đoạn tăng tốc, giá trị sai lệch của dòng điện rất lớn, nên các thành phần trọng số tối ưu điện áp common mode và tối ưu số lần đóng
cắt van bán dẫn chỉđược sử dụng khi động cơ đã đạt tốc độổn định. Giá trị các trọng số trong từng giai đoạn khảo sát cũng được đặt như trongBảng 3. 5. Momen tải của
động cơ được đặt bằng 0 cho tới thời điểm 0,5 s thì momen tải bằng giá trị momen
định mức của động cơ. Bên cạnh đó mô phỏng cũng được thực hiện cùng điều kiện cho thuật toán 7 vector điện áp liền kề để so sánh độ đập mạch momen, điện áp common mode.
Bảng 3. 5.Giá trị momen tải.
Thời điểm (s) 0 – 0,5 0,5 – 1,9
Momen tải (N.m) 0 6906
Kết quả đáp ứng của các bộđiều khiển từthông và dòng điện được thể hiện trên các Hình 3. 16, Hình 3. 17. Thời gian quá độ của từthông động cơ là 0,47 (s). Khi động cơ quay thuận, tốc độ động cơ có độ quá điều chỉnh là 2,1%, thời gian quá độ là 0,17 (s). Khi động cơ quay ngược, tốc độđộng cơ xuất hiện độquá điều chỉnh 3%, thời gian quá độ là 0,05 (s). Có thể thấy rằng tốc độ của động cơ đáp ứng rất nhanh.
Bảng 3. 6. Khảo sát số lần chuyển mức của điện áp pha A.
Chiều quay động cơ Thời điểm (s) Trọng số tối ưu đóng cắt Số lần chuyển mức của điện áp pha A Số lần chuyển mức của điện áp pha A Quay thuận 0,9 – 0,92 0 199 100 1,1 – 1,12 6 102 80 Quay ngược 1,5 – 1,52 0 171 90 1,7 – 1,72 6 89 67
85
Hình 3. 17. Đáp ứng của bộ điều khiển tốc độ.
Hình 3. 18. Dạng momen trên trục động cơ với thuật toán 19 vector liền kề đề xuất
86
Hình 3. 20. Dòng điện trên ba pha nghịch lưu.
Hình 3. 21. Dòng điện trên ba pha nghịch lưu.
87
Hình 3. 23. Dạng điện áp common mode với thuật toán 7 vector điện áp liền kề
Hình 3. 24. Dạng điện áp ba pha
88 (a)
Hình 3. 26. Điện áp trên pha A trước (a) và sau (b) khi tối ưu đóng cắt với thuật toán 7 vector điện áp liền kề
(a)
(b)
Hình 3. 27. Điện áp trên pha A trước (a) và sau (b) khi tối ưu đóng cắt thuật với toán 19 vector điện áp liền kề đề xuất
89
Momen động cơ của phương pháp đề xuất như Hình 3. 18có đáp ứng rất tốt với
độđập mạch lớn nhất bằng 1,2%. Đối với phương pháp 7 vector liền kềnhư Hình 3. 19 độđập mạch lớn nhất là 2,1%.
Điện áp và dòng điện trên ba pha nghịch lưu đều cân bằng thể hiện như Hình 3. 20, Hình 3. 21. Hình 3. 24, Bên cạnh đọHình 3.21 cho thấy dòng điện pha có dạng
hình sin và có độ bám giá trịđặt rất tốt.
Điện áp common mode của phương pháp đề xuất đã được triệt tiêu thể hiện như
Hình 3. 22.Đối với phương pháp 7 vector điện áp liền kềnhư Hình 3. 23, điện áp common mode không thể triệt tiêu do việc giới hạn trong một chu kỳ chỉ lựa chọn
trong 7 vector định sẵn mà các vector này đều có điện áp common mode khác không. Dạng điện áp pha thể hiện như Hình 3. 25 có dạng bậc và đạt 11 mức như lượng
đặt của tốc độ và thiết kế. Dạng điện áp trên pha A trước và sau thời điểm sử dụng trọng số tối ưu đóng cắt của thuật toán đề xuất được thể hiện trên Hình 3. 27, phương
pháp 7 vector điện áp liền kề thể hiện như Hình 3. 26. Có thể thấy rằng số lần đóng
cắt van bán dẫn của 2 thuật toán đã giảm đi đáng kể(độ dày của tín hiệu điện áp giảm rõ rệt). Cụ thể, khảo sát số lần chuyển mức pha A trong khoảng thời gian 0,02 s trước và sau khi áp dụng trọng số tối ưu đóng cắt cho các trường hợp động cơ quay thuận và quay ngược, thu được kết quảnhư thể hiện trong Bảng 3. 6. Có thể thấy rằng, với chỉ tiêu này thuật toán 7 vector liền kề do có số lần chuyển mức thấp hơn nên số lần
đóng cắt sẽ nhỏhơn.