Kết quả mô phỏng bộ điều khiển V/f vòng hở
Do điều khiển V/f có cấu trúc đơn giản, không nhiều khâu điều chỉnh như mô phỏng FOC. Nên khi chạy theo mô hình tham chiếu tốc độ thay đổi liên tục như mô phỏng FOC thì đáp ứng đầu ra của bộ V/F sẽ kém hơn. Do đó điều khiển V/f thường dùng để điều khiển động cơ với tốc độ không đổi hoặc thay đổi ít, ứng dụng trong các dây chuyển sản xuất hoạt động theo một quy trình với các thông số định sẵn. Vì vậy trong mô phỏng V/f ta sẽ đặt dải tín hiệu tham chiếu tăng giảm nhưng trong những khoảng thời gian dài để xem đáp ứng tốc độ của động cơ khi hoạt động không tải và mang tải định mức. Đầu tiên là khi hoạt động không tải
Hình 3-13: Đáp ứng tốc độ của động cơ so với tham chiếu và momen Te của động cơ ở không tải
42
Ở điều kiện hoạt động không tải tốc độ cao động cơ đáp ứng chậm nhưng hoạt động ổn định ở những dải tốc độ không đổi.Tăng tốc từ 01000RPM trong tầm 1.2s. Đáp ứng giá trị tốc độ khớp với đường đặc tính tham chiếu.
Momen điện từ Te bị ảnh hưởng bới sóng hài, trong các khoảng tốc độ thay đổi momen cũng bị vọt lố nhưng không đến mức gây hại cho hệ thống do vọt lố không quá giá trị tải định mức.
Hình 3-14: Dòng điện 3 pha stator
Dòng điện 3 pha khi hoạt động không tải bị ảnh hưởng bởi sóng hài. Trị hiệu dụng dòng điện 0.645 A.
Trường hợp tiếp theo ta cấp tải cho động cơ với giá trị tải định mức. Trong 2s đầu động cơ hoạt động không tải, 8s sau sẽ mang tải.
43
Hình 3-15: Tốc độ đáp ứng và momen của động cơ khi mang tải
Cho động cơ chạy không tải trong 2s đầu, sau đó cấp tải với giá trị định mức trong 8s còn lại. Ban đầu hoạt động không tải đáp ứng động cơ giống như ở tình huống đầu tiên. Ở thời điểm mang tải tốc độ động cơ giảm nhiều( từ 1000RPM xuống 930RPM, hệ số trượt s tại thời điểm mang tải định mức s=0.07), nhờ có khâu điều chế lại tỉ số V/f khi động cơ hoạt động ở chế độ mang tải nên đã ổn định lại không để tình trạng bị sụt tốc quá lớn, dải tốc độ của động cơ về sau không đáp ứng sát với giá trị tham chiếu nhưng vẫn hoạt động ổn với đặc tính tăng giảm, không bị hiện tượng sụt tốc lệch quỹ đạo tham chiếu.
44
Đáp ứng momen điện từ Te khớp với thời gian động cơ bắt đầu mang tải (0N.m trong 2s đầu, 1.325N.m trong 8s còn lại. vọt lố lớn xuất hiện ở những khoảng thời gian tốc độ động cơ tăng hoặc giảm mạnh (thời điểm 3s và 8s).
Hình 3-17: Dòng điện 3 pha stator
Trị hiệu dụng dòng mang tải là 1.032 A.
Kết quả mô phỏng bộ điều khiển V/f vòng kín
Tương tự như ở mô phỏng bộ điều khiển V/f vòng hở, ta cũng khảo sát động cơ chạy ở 2 tình huống là không tải và mang tải định mức, hoạt động với tải định mức sau 2s đầu chạy không tải. Đường tham chiếu tốc độ như ở bộ điều khiển vòng hở.Đầu tiên khảo sát động cơ chạy không tải, ta thu được kết quả sau:
45
Hình 3-18: Đáp ứng tốc độ động cơ hoạt động không tải
Đáp ứng tốc độ ở bộ điều khiển vòng kín giống với bộ điều khiển vòng hở tuy nhiên do tốc độ đặt được lấy giá trị phản hồi sau đó qua bộ điều khiển PID nên đáp ứng đầu ra tốc độ theo sát với tín hiệu tham chiếu, không vọt lố.
Tuy nhiên vọt lố lớn xuất hiện ở momen Te của động cơ những giai đoạn tốc độ thay đổi cũng là do ảnh hưởng đầu ra bộ điều khiển PID.
46 Tiếp đến ta sẽ cấp tải để động cơ hoạt động
Hình 3-20: Đáp ứng tốc độ và momen của động cơ khi hoạt động với tải
Khi nhìn vào đáp ứng tốc độ, ta hầu như không nhìn thấy vị trí mà động cơ bị tải tác động như ở bộ V/f vòng hở, thực chất vẫn có tải ở thời điểm 2.5s nhưng hệ thống bị ảnh hưởng rất ít, do có khâu phản hồi tốc độ và qua bộ điều khiển PID nên đáp ứng đầu ra của bộ điều khiển chính xác hơn nhiều so với mạch V/f vòng hở chỉ có mỗi trị đặt tần số.
Khi mang tải momen ít bị ảnh hưởng bởi sóng hài hơn, tuy nhiên vọt lố vẫn còn xuất hiện ở những đoạn động cơ tăng tốc và do tốc độ thay đổi quá nhanh dẫn đến vọt lố diễn ra tức thời. Trong bộ điều khiển V/f theo nguyên tắc chúng ta không tác động vào momen Te nên việc khắc phục những dao động mạnh ở momen yêu cầu phải hiệu chỉnh một số khâu từ trị đặt ban đầu.
47
Hình 3-19: Dòng điện các pha của động cơ
Hình 3-20: Thời điểm tốc độ động cơ bị tải ảnh hưởng
Hình trên cho thấy thời điểm bắt đầu mang tải tốc độ động cơ hầu như không hề bị sụt giảm nếu như ta không nhìn cận vào biểu đồ. Kết quả thể hiện đáp ứng của bộ điều khiển V/f rất tốt trong mọi điều kiện nhờ có khâu phản hồi tốc độ và khâu điều chỉnh PID.
48