kớch từ động cơ. Vấn đề này đó được thực hiện dễ dàng và đó được ứng dụng trong cỏc hệ truyền động một chiều.
Đối với động cơ xoay chiều ba pha, khụng cú tương quan rừ ràng dũng ∼
từ thụng, dũng ∼ mụ men như động cơ một chiều, mà tồn tại một cấu trỳc mạch và cỏc đại lượng điện ba pha phức tạp. Giống như cỏc phương phỏp điều chỉnh truyền động xoay chiều hiện đại khỏc, phương phỏp điều chỉnh mụ men trực tiếp, giống như tờn gọi, tỡm cỏch mụ tả mụ hỡnh động cơ sao cho cú thể điều chỉnh được cả mụ men và từ thụng động cơ một cỏch trực tiếp để nhằm đạt được cỏc tớnh năng điều khiển/điều chỉnh tương tự với động cơ một chiều.∗
5.2.1 Nguyờn tắc điều chỉnh mụ men trực tiếp
Phương phỏp điều chỉnh mụ men trực tiếp là dựa trờn lý thuyết trường định hướng (Field Oriented Control _ FOC) và lý thuyết tự chỉnh trực tiếp (Direct Self Control _ DSC), việc trỡnh bày hai lý thuyết này là tương đối phức tạp nờn ta sẽ khụng đề cập đến chỳng.
Ta biết rằng, mụ men điện từ động cơ khụng đồng bộ cú dạng như sau: sinα | λ || λ | L L L p 2 3 T _r _s r ' s m em =
trong đú: Tem là mụ men điện từ động cơ p là số đụi cực từ động cơ Lm, Lr , '
s
L tương ứng là giỏ trị hỗ cảm, điện cảm rotor và điện cảm stator quy đổi về rotor:
r 2 m s ' s L L L
L = − với Ls là điện cảm stator
s r λ
λ và tương ứng là cỏc vector từ thụng rotor và stator
α là gúc lệch giữa λr và λs
Ta thấy mụ men điện từ Tem phụ thuộc vào cường độ vector từ thụng rotor
r
λ , từ thụng stator λ động cơ và phụ thuộc vào gúc lệch giữa chỳng. Vỡ s
hằng số thời gian rotor lớn hơn hằng số thời gian stator nờn sự thay đổi từ thụng rotor sẽ chậm hơn so với từ thụng stator, trong thực tế ta cú thể coi từ thụng rotor bằng hằng (điều này xảy ra khi thời gian đỏp ứng hệ điều khiển
Có nhiều phơng pháp điều chỉnh đạt đợc các đặc tính điều chỉnh giống nh động cơ một chiều. Tuy nhiên,
ở đây, trong khuôn khổ có hạn của một đồ án, ta không đi sâu phân tích các phơng án này mà chỉ tập trung chủ yếu vào phơng pháp điều chỉnh mô men trực tiếp.
nhanh hơn hằng số thời gian rotor (thường vào khoảng 0,04 ữ 0,1s)). Như vậy, nếu ta điều chỉnh từ thụng stator khụng đổi, sau đú thay đổi gúc lệch α
thỡ ta cú thể điều chỉnh được mụ men điện từ.
Mặt khỏc, phương trỡnh điện ỏp stator động cơ khụng đồng bộ xoay chiều ba pha cú dạng như sau:
s s _ _ s s _ R I dt λ d V = −
với: V là vector điện ỏp stators s
I là vector dũng điện stator
s
R là điện trở tản mạch stator
Khi bỏ qua điện trở stator và xột trong một khoảng thời gian ngắn, ta cú viết lại cụng thức trờn như sau:
Δt V λs = s
∆
Rừ ràng là vector từ thụng stator phụ thuộc vào điện ỏp nguồn cấp stator. Do vậy ta cú thể điều chỉnh từ thụng stator một cỏch trực tiếp thụng qua
điện ỏp stator.
Khi điện ỏp nguồn cấp đưa vào làm thay đổi từ thụng stator theo hướng làm tăng gúc giữa vector từ thụng rotor và vector từ thụng stator, thỡ cũng tương ứng sẽ làm tăng mụ men điện từ động cơ. Ngược lại, nếu điện ỏp nguồn làm thay đổi từ thụng stator theo hướng giảm gúc giữa vector từ thụng stator và rotor thỡ sẽ làm giảm mụ men động cơ.
Đến đõy, ta cú thể kỹ thuật điều chỉnh phương phỏp điều chỉnh mụ men trực tiếp như sau: Logic chuyển mạch của cỏc khoỏ bỏn dẫn lực thực hiện việc tăng hay giảm mụ men, cũn giỏ trị tức thời của từ thụng stator được điều chỉnh sao cho mụ men động cơ đạt được giỏ trị mong muốn. Vector từ thụng này lại được điều chỉnh nhờ điện ỏp cấp cho nghịch lưu. Hay núi cỏch khỏc là logớc chuyển mạch tối ưu xỏc định cho ta vector điện ỏp tối ưu tuỳ thuộc vào sai lệch mụ men. Biờn độ của vector từ thụng stator cũng được tớnh đến khi chọn logic chuyển mạch.
5.2.2 Sơ đồ cấu trỳc hệ truyền động theo phương phỏp điều chỉnh mụ
5. Truyền động điều chỉnh mụ men trực tiếp 5.2 Hệ truyền động DTC
Hỡnh 5-7 trỡnh bày cấu trỳc hệ truyền động theo phương phỏp điều chỉnh mụ men trực tiếp.
Cốt lừi của hệ điều chỉnh mụ men trực tiếp bao gồm cỏc thành phần: Cỏc bộ điều chỉnh trễ từ thụng stator và mụ men động cơ, bảng chuyển mạch tối ưu và mụ hỡnh động cơ.
- Mụ hỡnh động cơ sẽ tớnh toỏn cỏc thụng số thực tế của động cơ khi đang hoạt động là mụ men động cơ Tem, từ thụng stator λs và tốc độ động cơ
ω với cỏc đại lượng đầu vào là giỏ trị dũng điện hai pha (khụng cần phải đo cả ba pha vỡ từ hai pha ta cú thể suy ra pha thứ 3 như đó trỡnh bày ở phần trờn), điện ỏp chỉnh lưu một chiều và vị trớ chuyển mạch. Mụ hỡnh động cơ liờn quan chặt chẽ tới độ chớnh xỏc từ thụng, mụ men hay tốc độ động cơ, việc ước lượng chớnh xỏc cỏc đại lượng này sẽ quyết định đến chất lượng hệ thống. Chỉnh lưu = ~ Logic chuyển mạch tối ưu Bộ so sánh từ thông Bộ so sánh mô men Trạng thái mô men Trạng thái từ thông Tín hiệu điều khiển Điều chỉnh mô men đặt Điều chỉnh từ thông đặt U f U f Mô hình động cơ Điều chỉnh tốc độ PID Bù gia tốc ∗ em T em T ∗ s λ s λ ω - + ωref Tref Vị trí chuyển mạch Điện áp chỉnh lưu 2 dòng điện pha M 3~
Hình 5-7 Cấu trúc hệ truyền động điều chỉnh từ thông trực tiếp
Giá trị đặt từ thông
- Bộ so sỏnh cú trễ mụ men và từ thụng so sỏnh giỏ trị thực của mụ men và từ thụng với giỏ trị đặt đầu vào, sai số sẽ quyết định đến việc lựa chọn vector điện ỏp phự hợp.
- Bảng chuyển mạch tối ưu sẽ dựa vào cỏc đầu ra từ cỏc bộ so sỏnh cú trễ để lựa chọn vector điện ỏp thớch hợp. Bảng này được thực hiện dựa trờn cấu trỳc của mạch lực nghịch lưu (nghịch lưu hai mức, nghịch lưu ba mức...). Cỏc vector được lựa chọn trong bảng gồm 6 vector khỏc khụng và hai vector điện ỏp khụng đối với trường hợp hai mức.
Cấu trỳc của cỏc thành phần này ta sẽ núi rừ ở cỏc phần sau. Túm lại, ta cú thể túm tắt hoạt động của hệ thống như sau:
Mụ hỡnh động cơ sẽ ước lượng cỏc giỏ trị từ thụng stator, mụ men và tốc độ thực tế của động cơ tại thời điểm lấy mẫu. Giỏ trị tốc độ thực cựng với tốc độ đặt qua bộ điều chỉnh PID và bự gia tốc sẽ tớnh ra giỏ trị mụ men theo tốc độ. Mụ men tớnh theo tốc độ và mụ men đặt sẽ được hiệu chỉnh thụng qua bộ điều chỉnh mụ men, đõy là bộ điều chỉnh ngưỡng nhằm giới hạn giỏ trị mụ men đặt.
Đầu ra của bộ điều chỉnh ngưỡng cựng với giỏ trị đặt từ thụng sẽ được đưa vào cỏc bộ so sỏnh mụ men và từ thụng so sỏnh giỏ trị của chỳng với giỏ trị thực tế với thời gian lấy mẫu là 25às. Cỏc tớn hiệu trạng thỏi mụ men và từ thụng được tớnh toỏn theo phương phỏp điều chỉnh cú trễ hai mức. Cỏc tớn hiệu sau đú được đưa tới bộ lụgớc phỏt xung tối ưu.
Bộ lụgớc phỏt xung tối ưu, dựa trờn cỏc tớn hiệu so sỏnh đưa tới từ cỏc bộ so sỏnh mụ men và từ thụng sẽ quyết định vector điện ỏp phự hợp tức là lựa chọn trạng thỏi chuyển mạch cho cỏc van bỏn dẫn. Tớn hiệu lựa chọn này sẽ được đưa tới cực G của cỏc van.
Ở đõy, ta lưu ý với cỏc hệ truyền động hiện đại, chất lượng hệ thống phụ thuộc rất nhiều vào thời gian lấy mẫu, tần số lấy mẫu càng cao thỡ chất lượng hệ thống càng tốt, như đối với hệ truyền động điều chỉnh mụ men trực tiếp thỡ tần số lấy mẫu là 40 kHz. Như thế, ta thấy rằng, việc sử dụng cỏc van thyristor chuyển mạch là khụng thể vỡ thời gian chuyển mạch của cỏc van này là tương đối lớn, cỡ hàng trăm às. Vỡ vậy, cỏc van bỏn dẫn cú thể dựng