CHƯƠNG 4: CÁC KHỐI MÔ PHỎNG TRONG MATLAB SIMULINK
4.1 ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA DỰA TRÊN PHƯƠNG PHÁP IRFOC
4.1.3. Xây dựng mô hình mô phỏng và kết quả mô phỏng IM 3 pha lý tưởng dựa trên phương pháp IRFOC
Hình 4.23: mô hình các khối trong phương pháp IRFOC điều khiển IM 3 pha lý tưởng
a. Khối chuyển đổi (αβ) (abc):
Hệ phương trình chuyển đổi (αβ) (abc):
= (4.3a)
= − +√ (4.3b)
= − −√ (4.3c)
Mô hình matlab simulink:
Hình 4.24: khối (αβ) (abc) b. Khối chuyển đổi (αβ) (dq):
Hệ phương trình chuyển đổi (αβ) (abc):
= cos . +sin . (4.4a)
= cos . +sin . (4.4b)
Mô hình matlab simulink:
Hình 4.25: khối (αβ) (dq) c. Khối chuyển đổi (dq) (αβ):
Hệ phương trình chuyển đổi (αβ) (abc):
= cos . -sin . (4.5a)
= cos . +sin . (4.5b)
Mô hình matlab simulink:
Hình 4.26: khối (dq) (αβ) d. Khối Slip estimation:
Hệ phương trình:
= ∗ ∗ = ∗∗ (4.6a)
= + = ∫ (4.6b)
Mô hình matlab simulink:
Hình 4.27: khối Slip Estimation – ước lượng vận tốc trượt e. Khối ước lượng từ thông:
Hệ phương trình:
= - - (4.7a)
= - + (4.7b)
| | = 2 + 2 (4.7c)
Mô hình matlab simulink:
Hình 4.28: khối Flux Estimation - ước lượng từ thông f. Khối speed and velocity regular:
Mô hình matlab simulink:
Hình 4.29: khối Flux and velocity regular Giá trị Kp, Ki bộ PID controller 4: =20 , =125 Giá trị Kp, Ki bộ PID controller 3: = 3 , = 15 g. Khối , regular:
Hình 4.30: khối Isd,Isq regular
Giá trị Kp, Ki bộ PID controller 1: = 60.66 , = 2500
Giá trị Kp, Ki bộ PID controller 2: = 60.66 , = 2500 h. Khối compensation:
Hệ phương trình:
^ = - (4.8a)
^ = + (4.8b)
Mô hình matlab simulink:
Hình 4.31: khối compensation i. Kết quả mô phỏng:
Động cơ hoạt động trong điều kiện vận tốc, moment thay đổi trong phạm vi định mức.
Hình 4.32: biểu đồ các đại lượng vận tốc, moment, từ thông đặt, công suất tổn hao tổng và điện trở sắt từ thay đổi.
Hình 4.33: biểu đồ các đại lượng moment điện từ, vận tốc Rotor, từ thông Rotor, điện áp và và dòng điện Stator thay đổi đáp ứng với các đại lượng vận tốc, moment,
từ thông đặt.
Hình 4.34: biểu đồ đại lượng điện áp Stator (giá trị biên độ luôn nhỏ hơn giá trị định mức 310V)
Hình 4.35: biểu đồ đại lượng dòng áp Stator (giá trị biên độ luôn nhỏ hơn giá trị định mức 26.5A)
Động cơ hoạt động trong điều kiện vận tốc lớn hơn 20% định mức , moment thay đổi trong phạm vi định mức.
Hình 4.36: biểu đồ các đại lượng vận tốc, moment, từ thông đặt , công suất tổn hao tổng và điện trở sắt từ thay đổi (khi vận tốc lớn hơn 20% định mức) – Để tránh quá
áp trên động cơ, từ thông đặt giảm tương ứng tỉ lệ (nghịch) với vận tốc đặt
Hình 4.37: biểu đồ các đại lượng moment điện từ, vận tốc Rotor, từ thông Rotor, điện áp và và dòng điện Stator thay đổi đáp ứng với các đại lượng vận tốc, moment,
từ thông đặt (khi vận tốc lớn hơn 20% định mức)
Hình 4.38: biểu đồ đại lượng điện áp Stator (khi vận tốc lớn hơn 20% định mức) - Giá trị biên độ của luôn nhỏ hơn giá trị định mức 310V
Hình 4.39: biểu đồ đại lượng dòng áp Stator (khi vận tốc lớn hơn 20% định mức) - Giá trị biên độ của luôn nhỏ hơn giá trị định mức 26.5A và nhỏ hơn giá trị
khi vận tốc bằng vận tốc định mức
Kiểm tra công suất tổn hao tổng bộ điều khiển trong điều kiện vận hành non tải: moment đặt trong khoảng (0.20.5) (moment định mức) vận tốc Rotor = _ (vận tốc định mức của động cơ) , lúc này điện trở sắt từ
= 650 ().Với mục đích khảo sát giá trị công suất tổn hao ở trạng thái xác lặp, việc chọn giá trị không đổi không ảnh hưởng đến kết quả mà chỉ làm nhanh xác lập cho giá trị công suất tổn hao.
Hình 4.40: biểu đồ các đại lượng vận tốc, moment, từ thông đặt và công suất tổn hao tổng thay đổi theo moment tải (khi vận tốc rotor bằng vận tốc định mức và non
tải) – Tổn hao tổng giảm tương ứng với tổn hao đồng.
Hình 4.41: biểu đồ các đại lượng moment điện từ, vận tốc Rotor, từ thông Rotor, điện áp và và dòng điện Stator thay đổi đáp ứng với các đại lượng vận tốc, moment,
từ thông đặt (khi vận tốc rotor bằng vận tốc định mức và non tải) – Khi từ thông Rotor không đổi thì tổn hao tổng giảm tương ứng với tổn hao đồng, điện áp gần
bằng giá trị định mức (thay đổi nhỏ) khi vận tốc bằng vận tốc định mức.
Hình 4.42: biểu đồ đại lượng vận tốc công suất tổn hao tổng thay đổi theo moment tải. (khi vận tốc bằng vận tốc định mức) – Tổn hao tổng thay đổi theo giá trị
moment điện từ.
Kiểm tra công suất tổn hao tổng bộ điều khiển trong điều kiện vận hành non tải: moment đặt trong khoảng (0.20.5) (moment định mức) vận tốc Rotor =0.5 _ , lúc này điện trở sắt từ = 260 ().
Hình 4.43: biểu đồ đại lượng vận tốc công suất tổn hao tổng thay đổi theo moment tải. (khi vận tốc bằng nửa vận tốc định mức) – Tổn hao tổng thay đổi theo giá trị
moment điện từ.
Kiểm tra công suất tổn hao tổng bộ điều khiển trong điều kiện vận hành non tải: moment đặt trong khoảng (0.20.5) (moment định mức) vận tốc Rotor =1.2 _ , lúc này điện trở sắt từ = 550 ().
Hình 4.44: biểu đồ đại lượng vận tốc công suất tổn hao tổng thay đổi theo moment tải. (khi vận tốc bằng 1.2 lần vận tốc định mức) – Tổn hao tổng thay đổi theo giá trị
moment điện từ.
Hình 4.45: So sánh các đại lượng công suất tổn hao theo cùng điều kiện tải nhưng vận tốc khác nhau – Tổn hao tổng thay đổi theo giá trị moment điện
từ, khi vận tốc tăng thì giá trị tổn hao tổng tăng (do tổn hao sắt từ tăng).
j. Nhận xét kết quả mô phỏng:
Theo kết quả mô phỏng ban đầu: phương pháp điều khiển động cơ không đồng bộ dựa trên định hướng từ thông Rotor gián tiếp IRFOC cho đáp ứng nhanh và độ chính xác cao. Tuy nhiên, khi động cơ vận hành non tải, công suất tổn hao tương đối lớn (do chỉ giảm tổn hao đồng, tổn hao sắt không đổi). Khi vận tốc tăng, tổn hao cũng tăng theo tương ứng (do tổn hao sắt từ tăng). Do đó phương pháp này có thể áp dụng phương pháp điều khiển giảm tổn hao để tăng hiệu suất hoạt động của động cơ khi non tải.
4.1.4. Xây dựng mô hình mô phỏng và kết quả mô phỏng IM 3pha lý tưởng dựa trên phương pháp IRFOC không dùng cảm biến tốc độ:
Hình 4.46: mô hình các khối trong điều khiển IM 3 pha lý tưởng dựa trên phương pháp IRFOC
a. Khối MRAS:
Hệ phương trình:
Mô hình tham chiếu:
= [∫ ( − ) − s ] (4.9a)
= [∫ − − s ] (4.9b)
Với:
′ = , ′ =
Mô hình thích nghi:
= ∫ − − (4.10a)
= ∫ − + (4.10b)
Với:
′ = , ′ =
⃗∗ = ′ -j ′ (4.11)
Mô hình điều chỉnh vận tốc:
ɛ = ⃗′ x ⃗ = Im ( ⃗′ ⃗ ∗ )= ′ ′ - ′ ′ (4.12a)
= (Kpɛ + Ki ∫ ɛ dt ) (4.12b)
Mô hình matlab simulink:
Hình 4.47: mô hình khối MRAS
Hình 4.48: mô hình khối Reference Model của MRAS
Hình 4.49: mô hình khối Adjustable Model của MRAS Giá trị Kp, Ki bộ PID controller của khối Adaptation mechanism: = 45,
=1400
b. Kết quả mô phỏng:
Động cơ hoạt động trong điều kiện vận tốc, moment thay đổi trong phạm vi định mức.
Hình 4.50:các đại lượng moment và vận tốc đặt
Hình 4.51: biểu đồ các đại lượng vận tốc, moment, từ thông đặt và công suất tổn hao tổng, điện trở sắt từ thay đổi
Hình 4.52: biểu đồ các đại lượng vận tốc Rotor và vận tốc đặt
Hình 53: biểu đồ các đại lượng moment điện từ, vận tốc Rotor, từ thông Rotor, điện áp và và dòng điện Stator thay đổi đáp ứng với các đại lượng vận tốc, moment, từ
thông đặt.
Hình 54: biểu đồ các đại lượng dòng và điện điện áp Stator.
c. Nhận xét kết quả mô phỏng:
Trong giai đoạn quá độ, vận tốc ước lượng dao động lớn ảnh hưởng đến độ chính xác của giá trị cũng như thời gian xác lập của từ thông Rotor.
Vận tốc ước lượng dao động lớn làm cho moment điện từ lâu xác lập, tuy nhiên vận tốc mô hình ước lượng chính xác so với vận tốc hoạt động của động cơ.
Các các đáp ứng khác như: từ thông Rotor, điện áp và dòng điện Stator cũng chính xác so với mô hình IRFOC.