Có nhiều phương pháp khác nhau để điều khiển cho động cơ không đồng bộ, như là hệ thống điều khiển định hướng theo từ trường còn gọi là điều khiển vectơ, có thể đáp ứng các yêu cầu điều chỉnh trong chế độ tĩnh và động. Nguyên lý điều khiển vectơ dựa trên ý tưởng điều khiển vectơ động cơ không đồng bộ tương tự như điều khiển động cơ một chiều. Bên cạnh đó còn có 1 phương pháp khác để điều khiển là phương pháp điều khiển trực tiếp momen.
Điều khiển trực tiếp momen cho động cơ không đồng ba pha là phương pháp điều khiển trực tiếp lên momen điện từ, tốc độ là đại lượng điều khiển gián tiếp. Nội dung phương pháp dựa trên tác động trực tiếp của các vec tơ điện áp lên vectơ từ thông móc vòng stator. Thay đổi trạng thái của vectơ từ thông stator dẫn đến thay đổi trực tiếp tới momen điện từ của động cơ. Các vec tơ điện áp được chọn lựa dựa trên sai lệch của từ thông stator và momen điện từ với các giá trị đặt. Tuỳ thuộc vào trạng thái sai lệch của từ thông và momen điện từ, một vectơ điện áp tối ưu đã định trước được chọn để điều chỉnh đại lượng về đúng với lượng đặt. Đây là phương pháp điều khiển đơn giản, ít phụ thuộc vào các thông số động cơ, đáp ứng momen nhanh, linh hoạt.
Bộ điều khiển điện áp PI
Bộ điều khiển dòng điện PI
Bộ điều khiển dòng điện PI
- 74 -
Ta có thể sử dụng bất kỳ thuật toán nào áp dụng cho việc điều khiển động cơ áp dụng cho phía nghịch lưu kết hợp với phương pháp chỉnh lưu PWM đã nói ở trên cho phép ta dịch chuyển năng lượng theo hai chiều. Việc áp dụng này cho phép trả năng lượng về nguồn trong chế độ hãm tái sinh động cơ.
Hình sau là mô hình biến tần kết nối động cơ không đồng bộ áp dụng hai thuật toán VF-DPC (Virtual Flux – Direct Power Control) áp dụng cho khối chỉnh lưu và thuật toán DTC áp dụng cho khối nghịch lưu cung cấp nguồn cho động cơ không đồng bộ.
- 75 -
Hình 3.32.Sơđồ cấu trúc mạch lực của biến tần chỉnh lưu PWM
- 76 -
Hình 3.33. Tthuật toán VF-DPC áp dụng cho khối chỉnh lưu và thuật toán DTC áp dụng cho khối nghịch lưu cung cấp nguồn cho động cơ không đồng bộ
Hình 3.34. Thuật toán VF-DPC (Virtual Flux – Direct Power Control) áp dụng cho khối chỉnh lưu
- 77 -
Các sơ đồ trên áp dụng thuật toán VF-PDC cho khối chỉnh lưu PWM và thuật toán DTC cho khối nghịch lưu cung cấp nguồn cho động cơ không đồng bộ. Cơ sở lý thuyết của hai phương pháp này đã được đề cập đến ở các phần trên, sau đây là diễn giải chi tiết khi thực hiện mô hình mô phỏng trên Matlab Simulink của từng phương pháp.
3.3.1. Xây dựng thuật toán VF-DPC trên Simulink
Cấu trúc các khối trong sơ đồ được xây dựng như sau:
* Khối cầu chỉnh lưu dùng IGBT:
f
@ A B
*
, OV L Qdbshehdq
Hình 3.36. Khối cầu chỉnh lưu PWM
Khối có nhiệm vụ tạo dòng điện một chiều khi hoạt động ở chế độ chỉnh lưu và tạo điện áp xoay chiều 3 pha khi hoạt động ở chế độ nghịch lưu tuỳ theo chế độ hoạt động của tải.
* Khối chuyển đổi hệ tọa độ ba pha sang hệ trục toạ độ tĩnh α-β
Hình 3.37. Khối chuyển đổi hệ tọa độ ba pha sang hệ trục toạ độ tĩnh α-β
- 78 -
Khối có nhiệm vụ chuyển đổi từ giá trị dòng điện pha A và B sang giá trị dòng điện trong hệ tọa độ α-β.
* Khối ước lượng từ thông ảo (Virtual Flux Estimator)
Hình 3.38. Khối ước lượng từ thông ảo
Khối ước lượng từ thông ảo nhận tín hiệu đầu vào là điện áp một chiều UDC, trạng thái chuyển mạch của các transistor và dòng điện để ước lượng từ thông, dùng để tính toán sector, ước lượng công suất thực và công suất phản kháng.
* Khối ước lượng công suất
Hình 3.39. Khối ước lượng công suất
- 79 -
Tính công suất tác dụng và công suất phản kháng từ các thông số đầu vào là dòng điện ba pha và từ thông.
* Khối tính 12 sector:
Hình 3.40. Khâu tính 12 sector
Cấu trúc chi tiết khối tính 12 sector
Hình 3.41. Cấu trúc chi tiết khối tính sector
- 80 -
* Bảng chọn (Switching Table)
Từ các giá trị dp, dq và sector đưa vào, đầu ra là Sa, Sb, Sc để điều khiển đóng mở.
Hình 3.42. Khối switching table
Hình 3.43. Cấu trúc chi tiết khối Switching Table
- 81 -
Hình 3.44. Bảng tra trong trường hợp dq=0
Hình 3.45. Bảng tra trong trường hợp dq=1
3.3.2. Xây dựng thuật toán DTC trên Simulink
Thuật toán DTC được xây dựng trên Simulink như sau:
Hình 3.46. Thuật toán DTC (Direct Torque Control) áp dụng cho khối nghịch lưu
- 82 -
Hình 3.47. Khối điều chỉnh mômen trực tiếp
- 83 -
Hình 3.48. Khối điều chỉnh tốc độ
Hình 3.49. Khối chuyển đổi điện áp từ hệ tọa độ ba pha sang hệ trục toạ độ tĩnh α-β
Chức năng của khối là chuyển đổi điện áp stator từ hệ trục toạ độ abc sang hệ trục toạ độ α-β.
Hình 3.50. Khối hàm tính usa
- 84 -
Hình 3.51. Khối hàm tính usb
Hình 3.52. Khối chuyển đổi dòng điện từ hệ tọa độ ba pha sang hệ trục toạ độ tĩnh α-β