Bài giảng: Mô hình máy điện hai chiều trong hệ tọa độ hai pha

ề ề

ệ ệ

Chuong 5. Mô hình máy đi n xoay chi u trong Mô hình máy đi n xoay chi u trong Chuong 5. h t a đ hai pha ộ h t a đ hai pha ộ

ệ ọ ệ ọ

Những nội dung nghiên cứu Những nội dung nghiên cứu + Vì sao cần nghiên cứu mô hình máy điện xoay chiều trong + Vì sao cần nghiên cứu mô hình máy điện xoay chiều trong hệ tọa độ hai pha. hệ tọa độ hai pha. + Nhắc lại phương pháp kinh điển điều khiển động cơ xoay + Nhắc lại phương pháp kinh điển điều khiển động cơ xoay chiều không đồng bộ ba pha roto lồng sóc chiều không đồng bộ ba pha roto lồng sóc + Tiệm cận phương pháp điều khiển vec tơ + Tiệm cận phương pháp điều khiển vec tơ + Xây dựng vec tơ không gian của các đại lượng ba pha + Xây dựng vec tơ không gian của các đại lượng ba pha + Mô hình động cơ không đồng bộ ba pha trong hệ tọa độ từ + Mô hình động cơ không đồng bộ ba pha trong hệ tọa độ từ trường quay roto trường quay roto +Nguyên lý điều chế vec tơ không gian +Nguyên lý điều chế vec tơ không gian + Ứng dụng thực tiễn của phương pháp điều khiển vec tơ + Ứng dụng thực tiễn của phương pháp điều khiển vec tơ động cơ xoay chiều KĐB ba pha động cơ xoay chiều KĐB ba pha

5.1: Vì sao cần nghiên cứu mô hình máy điện xoay chiều trong hệ tọa 5.1: Vì sao cần nghiên cứu mô hình máy điện xoay chiều trong hệ tọa

độ hai pha. độ hai pha.

1. Mô hình máy điện một chiều kích từ độc lập 1. Mô hình máy điện một chiều kích từ độc lập Mô hình mạch Mô hình mạch

Nguồn

Nguồn KT

PƯ

2. Mô hình động học MĐMC điều khiển ĐA phần ứng 2. Mô hình động học MĐMC điều khiển ĐA phần ứng

= UEưư ; ;

/dt; M = CmmiiưưФФ; i; iưưrrưư = UE = Jdωω/dt /dt

U=iU=iưư r rưư + L + Lưưdidiưư/dt; M = C EEưư= C= CmmФ Ф ωω ; MM ; MMcc = Jd

1/Jp

MMcc Cm ФФ

1/(rư+pLư)

Nhận xét: + Phương pháp điều khiển; mô hình

Cm ФФ

3. Mô hình máy điện XC hai pha 3. Mô hình máy điện XC hai pha Mô hình mạch Mô hình mạch

Nguồn PƯ

Nguồn ĐK 4. Mô hình động học MĐXC hai pha 4. Mô hình động học MĐXC hai pha

U=iU=iưư r rưư + L + Lưưdidiưư/dt; M = C

/dt; M = CmmiiưưIIđkđk; ;

MMMMcc = Jd

1/Jp

= Jdωω/dt /dt MMcc Cm Iđk

1/(rư+pLư)

Nhận xét: + Phương pháp điều khiển; mô hình Nhận xét: + Phương pháp điều khiển; mô hình

5.2 Ph 5.2 Ph

ng pháp kinh đi n đi u khi n đ ng c xoay chi u ng pháp kinh đi n đi u khi n đ ng c xoay chi u

ươ ươ

ề ề

ơ ơ

ộ ộ

ể ể

ề ề KĐBBP roto l ng sóc KĐBBP roto l ng sóc

ồ ồ

1. Đặc điểm của động cơ không đồng bộ ba pha: 1. Đặc điểm của động cơ không đồng bộ ba pha:

+ Không tách biệt dòng từ hóa (dòng kích thích) và dòng + Không tách biệt dòng từ hóa (dòng kích thích) và dòng momen (dòng phần ứng). momen (dòng phần ứng). + Khi thay đổi điện áp hoặc dòng Stator sẽ làm cả hai thành + Khi thay đổi điện áp hoặc dòng Stator sẽ làm cả hai thành phần dòng này thay đổi. Đây là nguyên nhân chính làm phần dòng này thay đổi. Đây là nguyên nhân chính làm cho đặc tính của MĐKĐB có tính phi tuyến lớn; giải điều cho đặc tính của MĐKĐB có tính phi tuyến lớn; giải điều chỉnh hẹp; chỉnh hẹp; + Dòng từ hóa không khống chế có thể làm từ thông vượt + Dòng từ hóa không khống chế có thể làm từ thông vượt quá giá trị cho phép gây quá tải mạch từ. quá giá trị cho phép gây quá tải mạch từ. Đây là nguyên nhân máy XC có khả năng quá tải kém máy Đây là nguyên nhân máy XC có khả năng quá tải kém máy một chiều. một chiều. + Khả năng đổi chiều quay: kém linh động, gây đột biến tốc + Khả năng đổi chiều quay: kém linh động, gây đột biến tốc độ giữa hai chiều quay tại điểm đổi chiều độ giữa hai chiều quay tại điểm đổi chiều

2. Các phương pháp ĐK tốc độ ĐCXCKĐB 2. Các phương pháp ĐK tốc độ ĐCXCKĐB a. Điều khiển điện áp Stator a. Điều khiển điện áp Stator b. Điều khiển điện kháng nối tiếp trong mạch Stator b. Điều khiển điện kháng nối tiếp trong mạch Stator c. Điều khiển tần số f với các quy luật: c. Điều khiển tần số f với các quy luật: U/f = const: Quy luật dự trữ momen không đổi U/f = const: Quy luật dự trữ momen không đổi /M = const. Bảo đảm từ thông không đổi MMmaxmax/M = const. Bảo đảm từ thông không đổi

UU22/f = const : Quy luật giữ momen cực đại không đổi /f = const : Quy luật giữ momen cực đại không đổi Điểm chung của các phương pháp điều khiển: Tác Điểm chung của các phương pháp điều khiển: Tác động vào mạch Stator, thay đổi giá trị hiệu dụng của động vào mạch Stator, thay đổi giá trị hiệu dụng của điện áp hoặc dòng điện. điện áp hoặc dòng điện.

ng pháp vec t ng pháp vec t

5.3: Ti m c n c s ph ậ 5.3: Ti m c n c s ph ậ

ệ ệ

ươ ươ

ơ ơ

đi u khi n ĐCĐXC ba pha đi u khi n ĐCĐXC ba pha

ơ ở ơ ở ể ể

ề ề

1. Biểu diễn một vec tơ trong mặt phẳng 1. Biểu diễn một vec tơ trong mặt phẳng

Trong tọa độ Đề các: Trong tọa độ Đề các: V V = a= ai i + b+ bjj

Trong hệ tọa độ cực: Trong hệ tọa độ cực: = V θθ VV = V

Trong mặt phẳng phức: Trong mặt phẳng phức: VV = a= a + jb+ jb

2. Biểu diễn đại lượng điều hòa bằng số phức 2. Biểu diễn đại lượng điều hòa bằng số phức

quay với tốc độ góc ωω trong mp phức. Vec tơ được xác định trong mp phức. Vec tơ được xác định

Một vec tơ VV quay với tốc độ góc Một vec tơ bởi hai tham số: bởi hai tham số:

Modun vec tơ và tọa độ góc θθ= = ωωt.t. Modun vec tơ và tọa độ góc

Vec tơ biểu diến dưới dạng số phức: Vec tơ biểu diến dưới dạng số phức:

VV = = VeVejjθθ t+jVsin ωωtt = Vcos ωωt+jVsin = Vcos

Nhận xét thuần túy toán học: Muốn thay đổi các đại lượng điều hòa, ta Nhận xét thuần túy toán học: Muốn thay đổi các đại lượng điều hòa, ta thay đổi môdun hoặc vị trí của vec tơ. Thay đổi Modun liên quan tới biên thay đổi môdun hoặc vị trí của vec tơ. Thay đổi Modun liên quan tới biên độ; thay đổi vị trí liên quan tới tần số. Và ngược lai, muốn điều khiển vec độ; thay đổi vị trí liên quan tới tần số. Và ngược lai, muốn điều khiển vec tơ, ta thay đổi các thành phần (tọa độ) của nó. tơ, ta thay đổi các thành phần (tọa độ) của nó.

Nhận xét: Nhận xét:

1. Các đại lượng pha của MĐXCBP: uii , i 1. Các đại lượng pha của MĐXCBP: u

, iii, , ψψi i ( i chỉ số cuộn dây pha) là các đại ( i chỉ số cuộn dây pha) là các đại lượng điều hòa. Liệu có thể tìm được một vec tơ (gọi là vec tơ tổng – vec tơ lượng điều hòa. Liệu có thể tìm được một vec tơ (gọi là vec tơ tổng – vec tơ không gian) mà các giá trị tức thời trên các pha tại thời điểm quan sát là không gian) mà các giá trị tức thời trên các pha tại thời điểm quan sát là hình chiếu của vec tơ này trên các trục cuộn dây không? Nếu tìm và tổng hình chiếu của vec tơ này trên các trục cuộn dây không? Nếu tìm và tổng hợp được một vec tơ như vậy, thay vì điều khiển giá trị hiệu dụng của các hợp được một vec tơ như vậy, thay vì điều khiển giá trị hiệu dụng của các đại lượng pha, ta thực hiện điều khiển vec tơ này. đại lượng pha, ta thực hiện điều khiển vec tơ này.

2. Nếu có vec tơ tổng như vậy, ta thực hiện điều chế vec tơ này trong hệ tọa độ 2. Nếu có vec tơ tổng như vậy, ta thực hiện điều chế vec tơ này trong hệ tọa độ hai pha, sau đó thực hiện chiếu (quy đổi) vec tơ này lên hệ tọa độ ba pha hai pha, sau đó thực hiện chiếu (quy đổi) vec tơ này lên hệ tọa độ ba pha để xác định giá trị tưc thời của các đại lượng trong cuộn dây pha. để xác định giá trị tưc thời của các đại lượng trong cuộn dây pha.

Hai kết luận trên là cơ sở của phương pháp điều khiển vec tơ MĐXC ba Hai kết luận trên là cơ sở của phương pháp điều khiển vec tơ MĐXC ba pha. pha.

ơ ơ

không gian c a ủ không gian c a ủ ng trong MĐXC ba pha ng trong MĐXC ba pha

5.4:Xây d ng vec t ự 5.4:Xây d ng vec t ự các đ i l ạ ượ các đ i l ạ ượ

Ψc

Ψa

1. Xây dựng vec tơ không gian của các đại 1. Xây dựng vec tơ không gian của các đại lượng MĐXC ba pha lượng MĐXC ba pha a. Nhắc lại vec tơ từ thông tổng a. Nhắc lại vec tơ từ thông tổng Trong máy điện ba pha đối xứng, giả thiết Trong máy điện ba pha đối xứng, giả thiết biên độ từ thông mỗi pha không đổi: vec tơ biên độ từ thông mỗi pha không đổi: vec tơ từ thông tổng là tổng ba vec tơ từ thông tức từ thông tổng là tổng ba vec tơ từ thông tức thời của mỗi pha, có giá trị bằng 3/2ΨΨm; m; thời của mỗi pha, có giá trị bằng 3/2 quay với tốc độ góc ωω=2=2ππf.f. quay với tốc độ góc

+ + Từ sơ đồ vec tơ không gian của từ thông, ta thấy nếu chiếu vec tơ từ Từ sơ đồ vec tơ không gian của từ thông, ta thấy nếu chiếu vec tơ từ thông tổng lên các trục cuộn dây a, b, c sẽ được thành phần có độ lớn thông tổng lên các trục cuộn dây a, b, c sẽ được thành phần có độ lớn bằng 3/2 giá trị từ thông tức thời của mỗi pha. bằng 3/2 giá trị từ thông tức thời của mỗi pha.

+Nếu ta lập vec tơ không gian, +Nếu ta lập vec tơ không gian,

ψψss (t) = 2/3[

(t) = 2/3[ψψsasa (t) +

(t) + ψψsbsb (t)+

(t)+ ψψscsc(t)] (t)]

Thì khi chiếu vec tơ này lên các trục cuộn dây, ta được chính giá trị Thì khi chiếu vec tơ này lên các trục cuộn dây, ta được chính giá trị tức thời của từ thông các pha đó tại thời điểm xem xét. tức thời của từ thông các pha đó tại thời điểm xem xét.

Ψb

b. Xây dựng vec tơ không gian dòng ba pha b. Xây dựng vec tơ không gian dòng ba pha isa isb isc

pt cân bằng dòng ba pha pt cân bằng dòng ba pha

iisasa + i + isbsb + i + iscsc = 0 = 0

Trong đó: Trong đó:

iisasa = I = Immcoscosωωsstt

t12000)) iisbsb = I = Immcos(

t24000)) cos(ωωsst120 cos(ωωsst240 iiscsc = I = Immcos(

Trong không gian, trên mặt phẳng cắt ngang vuông góc với trục roto, ba cuộn Trong không gian, trên mặt phẳng cắt ngang vuông góc với trục roto, ba cuộn

dây stator lệch nhau một góc 12000. . dây stator lệch nhau một góc 120

THiết lập hệ tọa độ phức với trục thực trùng trục cuộn dây pha a, vec tơ dòng THiết lập hệ tọa độ phức với trục thực trùng trục cuộn dây pha a, vec tơ dòng

j120 +

j240] =

điện tổng xây dựng theo công thức: điện tổng xây dựng theo công thức:

(t) + iisbsb(t)e(t)ej120 + iiscsc(t)e(t)ej240 ] = iis s eejjθθss

iiss(t) = 2/3[ ΘΘss = t là góc lệch của vec tơ tổng với trục thực; iiss(t) là vec tơ quay với tốc độ (t) là vec tơ quay với tốc độ

(t) = 2/3[iisasa(t) + = ωωsst là góc lệch của vec tơ tổng với trục thực; ωωss=2=2ππf. f.

Giá trị tức thời của dòng điện trên mỗi pha chính là chiếu của vec tơ Giá trị tức thời của dòng điện trên mỗi pha chính là chiếu của vec tơ iiss(t) lên các trục pha a, b, c ( các tọa độ pha của vec tơ không gian) (t) lên các trục pha a, b, c ( các tọa độ pha của vec tơ không gian)

Minh họa trên hình vẽ  Minh họa trên hình vẽ vị trí vec tơ không gian tại vị trí vec tơ không gian tại ΘΘ =

= ωωsst =60 t =6000

iisasa = I

b ic =is

iisbsb = I

= Immcos(

)=1/2Imm t12000)=1/2I

)= Imm t24000)= I

= Immcos(

iiscsc = I

= Immcoscosωωsst = 1/2I t = 1/2Imm cos(ωωsst120 cos(ωωsst240 vị trí vec tơ không gian tại ΘΘ = vị trí vec tơ không gian tại

= ωωsst =120 t =12000

iisasa = I

a ia

iisbsb = I

= Immcos(

t12000)=I)=Imm

= Immcoscosωωsst = 1/2I t = 1/2Imm cos(ωωsst120 cos(ωωsst240

)= 1/2 Imm t24000)= 1/2 I

iiscsc = I = Immcos( Ib =is

Ia=is

c a

Ib a

Ic =is

Ia ωωstst =120 =12000 ωωstst =180 =18000 ωωstst =240 =24000

2. Các thành phần của vec tơ không gian dòng stator trên hệ 2. Các thành phần của vec tơ không gian dòng stator trên hệ

tọa độ hai pha (αα,,ββ).). tọa độ hai pha (

Thiết lập hệ toạ độ tĩnh gắn với stato, với trục αα trùng trục thưc; Thiết lập hệ toạ độ tĩnh gắn với stato, với trục

trùng trục thưc; ββ

trùng trục ảo trùng trục ảo

Các thành phần của vec tơ dòng trên trục αα,,ββ là i Các thành phần của vec tơ dòng trên trục

. Hai dòng là issαα và ivà issββ. Hai dòng

điện này là hình sin (chiếu vec tơ quay lên hệ trục cố định). điện này là hình sin (chiếu vec tơ quay lên hệ trục cố định). Đây là phép chuyển dòng ba pha về dòng hai pha ( mô hình hai Đây là phép chuyển dòng ba pha về dòng hai pha ( mô hình hai

+ 2isbsb))

= issαα = 1/ 3 (isasa + 2i

jβ

isc b is isβ

pha thay thế mô hình ba pha) pha thay thế mô hình ba pha) Theo phép chiếu trên: Theo phép chiếu trên: iisasa = i iissββ = 1/ 3 (i pt trên cho phép xác định pt trên cho phép xác định các thành phần của vec tơ dòng các thành phần của vec tơ dòng stato trong hệ tọa độ 2 pha cố stato trong hệ tọa độ 2 pha cố định từ các thành phần trong định từ các thành phần trong hệ tọa độ ba pha. hệ tọa độ ba pha.

isb α Isa=isα

Tương tự, ta biểu diễn các đại lượng khác trên hệ trục cố  Tương tự, ta biểu diễn các đại lượng khác trên hệ trục cố định (αα,,ββ).). định ( uuss = u = ussαα +ju+jussββ = ΨΨssαα +j+jΨΨssββ ΨΨss = iiss = i = issαα +ji+jissββ = ΨΨrrαα +j+jΨΨrrββ ΨΨrr = iirr= i= irrαα +ji+jirrββ Các biểu thức trên là các đại lượng stator và roto quan Các biểu thức trên là các đại lượng stator và roto quan sát trên hệ trục tọa độ cố định (αα,,ββ) ( hệ trục gắn với ) ( hệ trục gắn với sát trên hệ trục tọa độ cố định ( stator). stator).

*Ta tiếp tục nghiên cứu cách biểu diễn vec tơ trên hệ tọa độ *Ta tiếp tục nghiên cứu cách biểu diễn vec tơ trên hệ tọa độ quay để tiếp cận tới phép điều khiển vec tơ tựa từ trường quay để tiếp cận tới phép điều khiển vec tơ tựa từ trường quay rotor. quay rotor.

không gian dòng stator không gian dòng stator

ầ ầ

ơ ơ

3. Các thành ph n c a vec t 3. Các thành ph n c a vec t trên h t a đ quay (d,q). ộ trên h t a đ quay (d,q). ộ

ủ ủ ệ ọ ệ ọ

Nếu có một hệ trục (x,y) lệch so với hệ trục (αα,,ββ))

xyxy = i

jβ

αβαβ = i = issαα +ji+jissββ (1)(1) = isx sx +ji+jisy sy (2)(2)

jy Isβ is x

isx

+ issββsinsinθθ (3) (3) + issββ coscosθθ (4) (4)

isy θ

(cosθθ – jsin

αβαβ (cos

αβαβeejjθθ iiss

a. Phép chuyển vị vec tơ giữa hai hệ trục tọa độ cố định a. Phép chuyển vị vec tơ giữa hai hệ trục tọa độ cố định Nếu có một hệ trục (x,y) lệch so với hệ trục ( một góc θθ một góc Trên hệ (αα,,ββ): ): iiss Trên hệ ( Trên hệ (x,y): iiss Trên hệ (x,y): Quan hệ giữa chúng: Quan hệ giữa chúng: IIsx sx = i= issαα coscosθθ + i IIsy sy = i= issαα sinsinθθ + i Thay 3, 4 vào 2: Thay 3, 4 vào 2: – jsinθθ) = ) = iiss = iiss iiss xyxy = Nếu hệ trục (x,y) quay với tốc độ ωωxyxy Nếu hệ trục (x,y) quay với tốc độ

eejjθθ αβαβ = = iiss xyxy =d=dθθ/dt các biểu thức 3,4 là phép /dt các biểu thức 3,4 là phép

quy đổi từ hệ tọa độ cố định sang hệ tọa độ quay. quy đổi từ hệ tọa độ cố định sang hệ tọa độ quay.

α Isa=isα

b. Vec t b. Vec t

không gian trong h t a đ quay d,q không gian trong h t a đ quay d,q

ơ ơ

ệ ọ ệ ọ

ộ ộ

* Hệ tọa độ quay (d,q) * Hệ tọa độ quay (d,q) Gắn hệ trục (x,y) xét ở trên với trục từ thông rotor, ta có hệ tọa độ Gắn hệ trục (x,y) xét ở trên với trục từ thông rotor, ta có hệ tọa độ quay với tốc độ từ trường roto (ký hiệu f), với tốc dộ quay ωωss =2 =2ππffs.s. quay với tốc độ từ trường roto (ký hiệu f), với tốc dộ quay

= issαα +ji+jissββ (5)(5) ss = i = isd sd +ji+jisq sq (6)(6) ff = i

jβ

Trục Ψr

jq Isβ is d

isd

isq

+ issββsinsinθθss (7) (7) + issββ coscosθθss (8) (8) e e jjθθs s s s = i= iss ff

Trục roto

Trên hệ (αα,,ββ): ): iiss Trên hệ ( Trên hệ (d,q): iiss Trên hệ (d,q): Quan hệ giữa chúng: Quan hệ giữa chúng: iisd sd = i= issαα coscosθθss + i iisq sq = i= issαα sinsinθθss + i eejjθθs s iiss iiss = iss ss ff = i Nếu biết θθss, phép quy đổi từ hệ tọa độ cố định sang hệ tọa độ quay , phép quy đổi từ hệ tọa độ cố định sang hệ tọa độ quay Nếu biết

theo các biểu thức 7,8 . theo các biểu thức 7,8 .

Điều kiện cần để thực hiện phép quy đổi là biết tốc độ góc ωωss. Đây là . Đây là Điều kiện cần để thực hiện phép quy đổi là biết tốc độ góc nội dung cơ bản để thực hiện được phép điều khiển vec tơ tựa theo nội dung cơ bản để thực hiện được phép điều khiển vec tơ tựa theo từ thông roto. từ thông roto.

α θs Isa=isα θ

Tương tự, ta có thể biểu diễn các vec tơ khác trên hệ tọa độ d,q * * Tương tự, ta có thể biểu diễn các vec tơ khác trên hệ tọa độ d,q

= uusd sd +ju+jusqsq uuss ff = = ΨΨsd sd +j+jΨΨsqsq ΨΨss ff = ΨΨrr = ΨΨrd rd +j+jΨΨrqrq ff = = iird rd +ji+jirqrq iirr ff =

Trong phương trình thứ 3, vì trục d vuông góc với q nên thành phần ΨΨrqrq= 0= 0 Trong phương trình thứ 3, vì trục d vuông góc với q nên thành phần

Người ta quan niệm: ΨΨr r = = ΨΨrd rd do ido isdsd sinh ra (gọi là dòng từ thông – dòng kích sinh ra (gọi là dòng từ thông – dòng kích Người ta quan niệm: từ): từ):

ΨΨrd rd = L= Lmmiisd sd /(1+pT /(1+pTrr)) là thành phần dòng momen: iisqsq là thành phần dòng momen:

M=3/2*(Lmm/L/Lrr)) *p*pcc* * ΨΨrd rd *i*isqsq M=3/2*(L

Hai biểu thức trên cho ta mo hình máy điện xoay chiều tương tự mô hình • Hai biểu thức trên cho ta mo hình máy điện xoay chiều tương tự mô hình máy điện một chiều với momen phụ thuộc hai thành phần dòng kích từ và máy điện một chiều với momen phụ thuộc hai thành phần dòng kích từ và dòng phần ứng. dòng phần ứng. Nếu điều khiển giữ thành phần dòng kích từ không đổi, thì momen chỉ còn • Nếu điều khiển giữ thành phần dòng kích từ không đổi, thì momen chỉ còn . Đây chính là nguyên tắc điều khiển MĐXC bằng phụ thuộc dòng momen isqsq. Đây chính là nguyên tắc điều khiển MĐXC bằng phụ thuộc dòng momen i phương pháp điều khiển vec tơ tựa từ thông rotor. phương pháp điều khiển vec tơ tựa từ thông rotor.

ộ ộ

5.5 Mô hình đ ng c KĐB roto l ng sóc ồ ơ 5.5 Mô hình đ ng c KĐB roto l ng sóc ồ ơ trong h t a đ hai pha trong h t a đ hai pha

ệ ọ ệ ọ

ộ ộ

1. Ý nghĩa của việc xây dựng mô hình  1. Ý nghĩa của việc xây dựng mô hình Muốn xây dựng hệ điều khiển một đối tượng, cần phải biết mô hình Muốn xây dựng hệ điều khiển một đối tượng, cần phải biết mô hình

đối tượng. đối tượng.

Mô hình đối tượng được xây dựng trên cơ sở HPT mô tả quá trình Mô hình đối tượng được xây dựng trên cơ sở HPT mô tả quá trình

vật lý của đối tượng đó. vật lý của đối tượng đó.

Mô hình mạch của ĐCKĐB chúng ta đã xây dựng. Từ mô hình đó Mô hình mạch của ĐCKĐB chúng ta đã xây dựng. Từ mô hình đó

chúng ta đã biết các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ trên chúng ta đã biết các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ trên cơ sở tác động vào mạch Stato. cơ sở tác động vào mạch Stato.

Ở đây chúng ta triếp cận tới một mô hình khác: mô hình động cơ Ở đây chúng ta triếp cận tới một mô hình khác: mô hình động cơ

trong hệ tọa độ hai pha tĩnh (αα,,ββ) và hệ tọa độ quay (d,q). ) và hệ tọa độ quay (d,q). trong hệ tọa độ hai pha tĩnh (

Các giả thiết: Các giả thiết: Các cuộn dây phân bố đối xứng trong không gian Các cuộn dây phân bố đối xứng trong không gian Bỏ qua tổn hao sắt từ và bão hòa từ Bỏ qua tổn hao sắt từ và bão hòa từ Nguồn xoay chiều 3 pha đối xứng Nguồn xoay chiều 3 pha đối xứng

2. Hệ pt cơ bản của động cơ 2. Hệ pt cơ bản của động cơ a. PT trong hệ tọa độ tĩnh a. PT trong hệ tọa độ tĩnh Để thống nhất với các TL nước ngoài, ta ký hiệu 3 pha là u, v, w Để thống nhất với các TL nước ngoài, ta ký hiệu 3 pha là u, v, w

(1)(1) (2)(2)

(3)(3)

uususu(t) = R uusvsv(t) = R uuswsw(t) = R

(t) = Rssiisusu(t)+d (t) = Rssiisvsv(t)+d (t) = Rssiiswsw(t)+d

(t)+dΨΨsusu(t)/dt (t)/dt (t)+dΨΨsvsv(t)/dt (t)/dt (t)+dΨΨswsw(t)/dt (t)/dt

(4)(4)

* Ta xây dựng vec tơ không gian của điện áp stato * Ta xây dựng vec tơ không gian của điện áp stato (t)+usvsv(t)e(t)ej120

(t) = 2/3[ususu(t)+u

uuss (t) = 2/3[u

j240]] j120+u+uswsweej240

(5)(5)

Thay 3 pt trên vào (4), ta có pt vector sau Thay 3 pt trên vào (4), ta có pt vector sau ss(t) +(t) +ddΨΨss ss uuss (t)/dt (t)/dt

ss(t) = (t) = RRss iiss Đây là pt viết trong hệ tọa độ tĩnh stato nên ta thêm chỉ số Đây là pt viết trong hệ tọa độ tĩnh stato nên ta thêm chỉ số “s” để phân biệt với hệ tọa độ quay “s” để phân biệt với hệ tọa độ quay

* Tương tự, ta xây dựng pt vec tơ mạch roto trong hệ tọa độ roto * Tương tự, ta xây dựng pt vec tơ mạch roto trong hệ tọa độ roto ++ddΨΨr r (t)/dt (6) iirr 00= R= Rrr (t)/dt (6)

LLm:m: hỗ cảm giữa Stato và roto hỗ cảm giữa Stato và roto LLss;; L Lr r : : Điện cảm Stato và Roto Điện cảm Stato và Roto

) = 3/2(ΨΨr r x x iirr) (9) ) (9)

(10) (10)

k (11 a,b,c) (11 a,b,c)

kk e ejjθθk

k k eejjθθk

kk e ejjθθkk; i; iss

= uuss s s =

= iiss ss =

Quan hệ giữa từ thông và dòng điện  Quan hệ giữa từ thông và dòng điện ΨΨss= = LLssiis s + L+ Lmm iirr (7)(7) ΨΨrr= = LLmmiis s + L+ Lrr iirr (8)(8) Phương trình momen • Phương trình momen M = 3/2 pcc ( (ΨΨs s x x iiss) = 3/2( M = 3/2 p Phương trình cơ học • Phương trình cơ học = Jdωω/dt M MM Mcc = Jd /dt b. Phương trình điện áp Stato trong hệ tọa độ quay “k” b. Phương trình điện áp Stato trong hệ tọa độ quay “k” = = ΨΨss k ΨΨss ss uuss θθk k là góc giữa trục thực của hệ tọa độ k so với trục thực

k (11d) (11d)

kkeejjθθk

là góc giữa trục thực của hệ tọa độ k so với trục thực αα của hệ của hệ tọa độ tĩnh stato. Tốc độ góc của hệ k là ωωkk tọa độ tĩnh stato. Tốc độ góc của hệ k là Đạo hàm 11©, ta được: Đạo hàm 11©, ta được: /dt = dΨΨss ddΨΨss /dt.eejjθθkk + j kk/dt. ss /dt = d

+ jωωkkΨΨss

Thay 11 (a,b,d) vào 5 và biến đổi ta được pt tổng quát điện áp Thay 11 (a,b,d) vào 5 và biến đổi ta được pt tổng quát điện áp

(12) (12)

k k + + ddΨΨss

stato trong hệ toa độ k bất kỳ: stato trong hệ toa độ k bất kỳ: uuss

/dt + jωωkkΨΨss kk kk/dt + j

kk = R = Rssiiss

c. Pt điện áp stator trong hệ tọa độ quay (d,q) c. Pt điện áp stator trong hệ tọa độ quay (d,q)

(13) (13)

f f + + ddΨΨss

Từ (12) ta rút ra: nếu ωωkk= = ωωss, ta có pt điện áp stato trong hệ , ta có pt điện áp stato trong hệ Từ (12) ta rút ra: nếu tọa độ quay (d,q) tọa độ quay (d,q) uuss

ff = R = Rssiiss

(14) (14)

ss+ + ddΨΨrr

(15) (15)

f f + + ddΨΨrr

/dt + jωωssΨΨss ff ff/dt + j d. Pt điện áp rotor trong hệ tọa độ tĩnh (αα,,ββ)) d. Pt điện áp rotor trong hệ tọa độ tĩnh ( Thay ωωkk= = ωω ( coi stato quay ngược rotor) ( coi stato quay ngược rotor) Thay /dt jωωΨΨrr ss ss/dt j 00 = R = Rrriirr e. Pt điện áp rotor trong hệ tọa độ quay (d,q) e. Pt điện áp rotor trong hệ tọa độ quay (d,q) /dt + jωωssΨΨrr ff ff/dt + j 00 = R = Rrriirr

Các phương trình 7, 8, 13, 15 lập nên hệ phương trình động Các phương trình 7, 8, 13, 15 lập nên hệ phương trình động cơ mô tả trong hệ tọa độ quay (d,q). cơ mô tả trong hệ tọa độ quay (d,q). Từ các phương trình 7, 8, 12, 14 lập nên hệ phương trình động Từ các phương trình 7, 8, 12, 14 lập nên hệ phương trình động cơ mô tả trong hệ tọa độ tĩnh (αα,,ββ) ( thay ) ( thay cơ mô tả trong hệ tọa độ tĩnh ( ωωkk=0, thay chỉ số tọa độ f bằng chỉ số s) =0, thay chỉ số tọa độ f bằng chỉ số s)

1616

1717

1818

1919

f f + + ddΨΨrr

3. Mô hình động cơ trên hệ tọa độ từ thông roto (d,q) 3. Mô hình động cơ trên hệ tọa độ từ thông roto (d,q) Viết lại các pt 7, 8, 13, 15 Viết lại các pt 7, 8, 13, 15 ΨΨss ff= = LLssiiss ff ff + L+ Lmm iirr ΨΨrr ff ff ff= = LLmmiiss + L+ Lrr iir r /dt + jωωssΨΨss f f + + ddΨΨss ff ff/dt + j ff = R = Rssiiss uuss /dt + jωωssΨΨrr ff ff/dt + j 00 = R = Rrriirr

ff) 20 ) 20

ff – – LLmm iiss + L+ Lmm/L/Lr r ΨΨss ff ff= = LLσσeeiiss

ff= = ΨΨrr= = ΨΨrdrd ; ; ΨΨrqrq=0. Bổ sung pt momen =0. Bổ sung pt momen

=1/L=1/Lrr((ΨΨss ff Từ 17: iirr Từ 17: thế vào 16: ΨΨss ff 21 21 thế vào 16: LLss= L= Lmm+L+Lσσs;s; L Lrr= L= Lmm+L+Lσσrr; T; Tss=L=Lss/R/Rss; T; Trr=L=Lrr/R/Rrr LLσσee=(L=(LssLLrrLLmm)/L)/Lrr Thay 20,21 vào 18,19 và chiếu hai vec tơ 18, 19 lên hai trục d,q Thay 20,21 vào 18,19 và chiếu hai vec tơ 18, 19 lên hai trục d,q ta được hpt máy ba pha trên hệ tọa độ từ thông roto. Lưu ý kết ta được hpt máy ba pha trên hệ tọa độ từ thông roto. Lưu ý kết quả nhận được là do ΨΨrr quả nhận được là do và tốc độ và tốc độ

W+

;

sds

iL σe

σe

dψ dt

di sd dt

L m L r

(cid:236) - (cid:239)

(cid:239)

;

+(cid:247) u

sqs

iL σe

σe

sq dt

L m L r

(cid:239) (cid:246) (cid:230) (cid:247) (cid:231) W - (cid:239) (cid:231) ł Ł (cid:239)

(cid:239)

;

dψ dt

- (cid:239)

L T r

1 T r

(cid:239)

(cid:239) (cid:239)

(

W - W - (cid:237)

) ψ

;

L T r

(cid:239)

J d

(cid:239)

;

(cid:239)

ψ dt

(cid:239)

;ψi sq

3 2

(cid:215) (cid:215) (cid:239)

L m L r

(cid:239)

JMM

(cid:239) W - (cid:239) (cid:239) (cid:238)

Hpt trên là mô tả động cơ trong hệ tọa độ quay d,q

Ta thấy pt a, b có liên hệ chéo ở hai kênh. Nếu điều khiển cách ly hai kênh, sẽ đưa về mô hình động cơ một chiều với hai kênh từ thông và momen.

 NÕu ®¹i lîng ®iÒu khiÓn chän lµ

 Hai thµnh phÇn mét chiÒu trong hÖ to¹ ®é quay (

NÕu ®¹i lîng ®iÒu khiÓn chän lµ uu sdsd, u, u sqsq, ta cã thuËt to¸n ®iÒu , ta cã thuËt to¸n ®iÒu khiÓn tÇn sè- ®iÖn ¸p víi biÕn tÇn nguån ¸p. khiÓn tÇn sè- ®iÖn ¸p víi biÕn tÇn nguån ¸p. NÕu ®¹i lîng ®iÒu khiÓn chän lµ iisdsd, i, isqsq ta cã thuËt to¸n ®iÒu ta cã thuËt to¸n ®iÒu khiÓn tÇn sè – dßng ®iÖn víi biÕn tÇn nguån dßng. khiÓn tÇn sè – dßng ®iÖn víi biÕn tÇn nguån dßng. Hai thµnh phÇn mét chiÒu trong hÖ to¹ ®é quay (d,qd,q) qua ) qua phÐp chuyÓn to¹ ®é sÏ ®iÒu khiÓn biÕn tÇn t¹o nªn sù thay phÐp chuyÓn to¹ ®é sÏ ®iÒu khiÓn biÕn tÇn t¹o nªn sù thay ®æi biªn ®é dßng ®iÖn pha (hoÆc ®iÖn ¸p pha) vµ tÇn sè ®æi biªn ®é dßng ®iÖn pha (hoÆc ®iÖn ¸p pha) vµ tÇn sè ®Æt vµo cuén d©y m¸y ®iÖn ®Æt vµo cuén d©y m¸y ®iÖn C¸c gi¸ trị đã tÝnh như sau  C¸c gi¸ trị đã tÝnh như sau

Mô hình hệ TĐĐ XCBP tựa từ thông ro to

Cấu trúc động học kênh điều khiển từ thông Cấu trúc động học kênh điều khiển từ thông

W+

;

σe

sds

iL σe

di sd dt

dψ dt

(cid:236) - (cid:239) (cid:239) (cid:237)

dψ dt

L m L r L m T r