Phương pháp điều khiển véctơ

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ

1.2. Các phương pháp điều khiển ĐCKĐB

1.2.2. Điều chỉnh tốc độ động cơ với tần số thay đổi

1.2.2.3. Phương pháp điều khiển véctơ

❖ Nguyên lý điều khiển vectơ

Nguyên lý điều khiển vectơ dựa trên ý tưởng điều khiển động cơ không đồng bộ tương tự như điều khiển động cơ một chiều. Sự tương tự của các phương pháp điều khiển đó được trình bày trên hình 1.8 :

I- Ikt +

U- §M CKT

_

M=KI- = K'IktI-

Ids*

Mạch ĐK ĐK Iqs

*

và NL

M=KmrIqs=Km'IdsIqs

a/ Hệ ĐK một chiều b/ Hệ ĐK véctơ Hình 1.8- Sự tương tự giữa phương pháp điều khiển động cơ một chiều

và điều khiển vectơ.

Ở động cơ một chiều, bỏ qua phản ứng phần ứng và giả thiết mạch từ không bão hoà , mômen động cơ một chiều được tính như sau:

M = KIu = K'IkIu (1-6) Trong đó: Ik, Iu – Tương ứng là dòng điện kích từ và dòng điện phần ứng.

 - Từ thông động cơ.

Dòng điện phần ứng và dòng điện kích từ hoặc từ thông không phụ thuộc nhau.

Do đó có thể điều khiển độc lập dòng điện kích từ và dòng điện phần ứng để đạt được đặc tính mômen tối ưu. Duy trì dòng điện kích từ không đổi, mômen được điều chỉnh bằng điều chỉnh dòng điện phần ứng .

Phương pháp điều khiển này có thể áp dụng cho động cơ không đồng bộ nếu sử dụng khái niệm vectơ không gian. Với ý tưởng định nghĩa vectơ không gian dòng điện của động cơ và mô tả động cơ ở hệ toạ độ quay với tốc độ đồng bộ s (hệ trục 0dq), các đại lượng dòng điện , điện áp , từ thông là các đại lượng một chiều. Vectơ dòng điện có thể tách ra hai thành phần trên hai trục vuông góc d và q : Ids và Iqs .

Tổng quan về các phương pháp điều khiển động cơ không đồng bộ

20

Bằng chọn trục d trùng với từ thông rôto, phương trình mômen động cơ sẽ viết như sau :

M = KM.r.Iqs = K'M.Ids.Iqs (1-7)

Như vậy nếu điều khiển độc lập các thành phần dòng điện trên hai trục vuông góc của hệ toạ độ quay đồng bộ với vectơ từ thông rôto thì vấn đề điều khiển động cơ không đồng bộ tương tự như điều khiển động cơ một chiều. ở đây thành phần dòng Ids đóng vai trò tương tự như dòng điện kích từ động cơ một chiều Ik và thành phần dòng Iqs tương tự như Iu . Phương pháp điều khiển tách rời hai thành phần dòng điện stato có thể được minh họa bằng các đồ thị pha như ở hình 1.9:

Iqs1 Iqs2 q Iqs q s1 Ids1 s1 is1

Ids s2 Ids2 s2

is1

is2

is2 r s r s d d

a. Điều chỉnh thành phần mô men b. Điều chỉnh thành phần từ thông Hình 1.9- Đồ thị pha của phương pháp điều khiển vectơ.

Thành phần dòng điện stato trên trục q (Iqs ) là thành phần sinh mômen và sẽ tương ứng với công suất tác dụng truyền qua khe hở Uqs .Iqs .

Thành phần dòng điện trên trục d (Ids ) là thành phần sinh từ thông và tương ứng với thành phần công suất phản kháng truyền qua khe hở Uqs .Ids .

Các thành phần dòng điện trên hai trục có thể thay đổi một cách độc lập nhau.

Với đồ thị hình 1.9a, thành phần Ids được duy trì không đổi tương ứng là từ thông rôto được duy trì không đổi, mômen động cơ sẽ thay đổi khi thay đổi thành phần Iqs ( từ Iqs1 đến Iqs2 ). Kết quả là vectơ dòng điện issẽ thay đổi từ is1 đến is2 . Rõ ràng là trong trường hợp này cả biên độ và góc của vectơ dòng điện stato được

Tổng quan về các phương pháp điều khiển động cơ không đồng bộ

21

thay đổi. Tương tự với sơ đồ hình 1.9 b, thành phần Iqs được duy trì không đổi , thay đổi thành phần Ids sẽ làm thay đổi độ lớn và góc của vectơ dòng điện stato.

Sơ đồ khối cơ bản của hệ thống điều khiển vectơ - động cơ không đồng bộ được trình bày trên hình 1.10. Bằng hai phép biến đổi toạ độ ( abc / ) và ( / dq ) với góc quay từ trường s , các thành phần I*qs và I*ds được biến đổi thành các thành phần đặt dòng 3 pha và điểu khiển BBT PWM .

Hình 1.10- Sơ đồ khối cơ bản của hệ điều khiển vectơ - động cơ không đồng bộ Như vậy để thực hiện điều khiển vectơ cần phải xác định chính xác góc quay của từ trường. Theo nguyên lý xác định góc quay từ trường phân làm hai phương pháp điều khiển vectơ :

* Phương pháp điều khiển trực tiếp , đề xuất bởi F. Blashke.

* Phương pháp điều khiển gián tiếp , đề xuất bởi K. Hasse.

a) Phương pháp xác định trực tiếp :

Nguyên lý ĐKVTTT dựa trên phương pháp xác định trực tiếp góc quay từ trường s từ các thành phần từ thông khe hở hoặc từ thông rôto trên hai trục của hệ toạ độ vuông góc của hai trục  :

r s

r

arctg 





 

 =   (1-8)

hoặc r =  + 2r 2r ; s r

r

cos 

 =  ; s r

r

sin 

 =  (1-9)

(d,q) (,)

(,) (a,b,c)

ĐK PWM

BBT PWM

ĐK

*

Ids

*

Iqs

*

is

*

is

*

ia

*

ic

s

BBT ĐKVT

Tổng quan về các phương pháp điều khiển động cơ không đồng bộ

22

Trong đó r, r - Các thành phần từ thông trên các trục của khung toạ độ tĩnh trên stato.

Có nhiều phương pháp xác định từ thông rôto : Dùng Cảm biến Hall; tính từ thông từ điện áp và dòng điện stato; từ dòng điện stato và tốc độ rôto và mô hình quan sát .

b) Phương pháp xác định gián tiếp :

Nguyên lý ĐKVTGT dựa trên phương pháp điều khiển gián tiếp góc s được tính toán gián tiếp thông qua dòng điện và tốc độ rôto :

0 t

s sdt o

 = + Với s : tốc độ góc quay của hệ trục toạ độ dq và cũng là tốc độ góc quay của vectơ dòng điện stato , từ thông rôto.

q

Iqs



s is Ids

dr = r

 d

Hình 1.11 -Đồ thị góc pha của phương pháp điều khiển gián tiếp

Điều kiện điều khiển tách rời hai thành phần dòng điện stato sẽ được thực hiện nếu đảm bảo điều kiện sau:

qr qr

d 0

dt

 =  = (1 - 10)

dr r const

 =  = (1 - 11)

d dr

dt 0

 = (1 -12) tốc độ trượt sl và từ thông rôto được xác định như sau :

m qs sL

r r

L i

 =T

 (1- 13)

Tổng quan về các phương pháp điều khiển động cơ không đồng bộ

23

r

r r m ds

T d L i

dt

 +  = (1 - 14) Tốc độ góc của hệ tọa độ quay đồng bộ : s = sl + r

Mô men động cơ sẽ được tính như sau:

3 2

m

p r qs

r

M P L i

L 

= (1-15)

Hệ điều khiển véctơ gián tiếp cần phải có tín hiệu vị trí rôto và chất lượng điều khiển phụ thuộc vào các thông số của động cơ không đồng bộ. Do đó, để đảm bảo điều kiện độc lập, các thông số bộ điều khiển cần thiết điều chỉnh phù hợp với các tham số động cơ, điều này là một vấn đề không dễ dàng. Thông số ảnh hưởng đến các đặc tính của hệ thống và cần phải tính toán trong quá trình làm việc là điện trở dây quấn rôto.

Mô tả toán học động cơ không đồng bộ

25