CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP INSTASPIN
3.2. Các bộ điều chỉnh [7]
3.2.8. Xem xét khi thiết các bộ điều khiển PI cho các hệ thống FOC
Ta nghiên cứu cách điều chỉnh bộ PI áp dụng cho hệ thống điều khiển kích từ (FOC). Hình 3.17 biểu diễn hệ thống kích từ sử dụng ba bộ điều khiển PI: hai bộ để điều khiển các thành phần vuông góc của dòng điện và một bộ điều khiển tốc độ.
Thiết kế của bộ điều khiển tốc độ không thay đổi nhiều trong hệ thống kích từ so với các thuật toán điều khiển khác, chỉ cần sử dụng các giá trị bộ điều khiển dòng điện trục q khi tính toán các hệ số cho bộ điều khiển tốc độ.
Hình 3.17: Hệ thống kích từ sử dụng ba bộ điều khiển PI 3.2.8.1. Sự khác FOC giữa các động cơ
Mạch RL tương đương của động cơ được xem xét bởi bộ điều khiển sẽ thay đổi tùy thuộc vào loại động cơ. Đối với BLDC và động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu (PMSMs), R chỉ đơn giản là điện trở stato, và L là độ tự cảm stator. Nhưng với các động cơ cảm ứng AC (ACIMs), giá trị điện cảm tương đương sử dụng cho cả hai trục không phải là giá trị điện cảm stator, mà là điện cảm "nối tiếp" được định nghĩa như sau:
series
Kp
series
Kp series
Ki
series
Ki series
spdKi series
spdKP
Tín hiệu điều khiển
Tín hiệu đặt
v e r s e C la r e - P a r k Transfor
m Phản hồi
Clare- Park Transfor
m
Khâu tính dòng điện calculatio
n
Khâu quan sát
θd ω
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
2
1 m
s s
s r
L L L L
L L (3.38)
Trong đó:
• L là điện cảm nối tiếp tương đương
• Ls là điện cảm stator
• Lm là điện cảm từ hóa
• Lr là điện cảm rotor
• σ là "hệ số rò rỉ" của động cơ cảm ứng
Ngoài ra, giá trị điện trở xác định bởi các bộ điều khiển dòng điện cho một ACIM sẽ khác giữa các trục d và q. Đối với bộ điều khiển trục - d, điện trở tương đương là trở kháng stator Rs. Với trục q, điện trở tương đương là tổng các điện trở stato cộng với sức đề kháng rotor (Rs + Rr).
3.2.8.2. Xen kênh giữa trục q và trục d
Ta biết rằng điều khiển các dòng điện trục d và trục q phụ thuộc nhau. Trong động cơ, dòng điện trục q có ảnh hưởng đến dòng điện trục d và ngược lại. Điều này được thể hiện bằng các phương trình vi phân sau:
( )
d s d s q
i R DL V L i
(3.39)
( ) ( )
q s q s q e
i R DL V L i K
(3.40) Trong đó:
• R là điện trở stator
• Ls là điện cảm stator
• D là các toán tử vi phân
• ω là tần số điện
• Ke là hằng số sức phản điện động
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
Từ phương trình (3.39) ta thấy rằng dòng điện trục d không chỉ bị ảnh hưởng bởi điện áp đầu ra của bộ điều chỉnh trục d (Vd), cũng là điện áp mà là một hàm của iq. Từ phương trình (3.40), Vq cũng đang xung khắc với điện áp "ω (Ls id + Ke)" để điều khiển iq. Với cả hai bộ điều chỉnh, ảnh hưởng xen kênh này được xem như là một nhiễu không mong muốn nổi bật nhất trong các điều kiện quá độ ở tốc độ cao. Để khắc phục tình trạng này, tách kênh truyền thẳng được áp dụng cho mỗi trục để loại bỏ các thành phần điện áp xung khắc. Các kết quả điều chỉnh trong từng bộ điều chỉnh tương đương với một mạch RL đơn giản, giống như với một động cơ một chiều. Ta có các kết quả mô phỏng hình 3.18 thể hiện một đáp ứng bước dòng điện trục q và làm thế nào nó ảnh hưởng đến dòng điện trục d, có và không có bù tách kênh.
series
Kp
series
Ki
series
Kp
series
Ki
Tín hiệu đặt
Tín hiệu đặt
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
Hình 3.18: Sơ đồ cấu trúc điều chỉnh động cơ
Đối với các động cơ xoay chiều cảm ứng, việc này trở nên phức tạp hơn. Các phương trình vi phân xác định hoạt động động cơ xoay chiều cảm ứng như sau:
( ) m
d s s d s q rd
r
i R DL V L i L D
L (3.41)
( ) m
q s s q s d rd
r
i R DL V L i L D
L (3.42) Trong đó:
• Rs là điện trở stator
• Ls là điện cảm stator
• σ là hệ số rò rỉ được xác định trong phương trình (3.38)
• D là toán tử vi phân
• ω là tần số điện
• Lm là điện cảm từ hóa
• Lr là điện cảm rotor
• λrd là từ thông rotor trục d
Tương tự như với một máy PMSM, ta thấy có các điện áp khác Vd và Vq xung khắc để điều khiển id và iq tương ứng. Kết quả là các điện áp bù được thêm vào Vd và
Vô hiệu hóa sự khử Kích hoạt sự khử
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/
Vq để loại bỏ các thành phần điện áp khác. Điều này dẫn đến mỗi trục tác động tương ứng lên một mạch RL đơn giản giống như một động cơ một chiều. Nhưng với một ACIM, giá trị điện cảm sử dụng cho tính toán Ks iesper và Kis ieser là độ tự cảm stator nhân với hệ số rò rỉ σ. Khối bù được sử dụng để cung cấp điện áp điều chỉnh cho đầu ra của các bộ điều chỉnh Id và Id được thể hiện trong hình 3.19.