Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha cấp nguồn bởi biến tần đa bậc dùng phương pháp mô hình nội

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM

---------------------------

NGUYỄN NHẬT THÔNG

ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA

PHA CẤP NGUỒN BỞI BIẾN TẦN ĐA BẬC

DÙNG PHƢƠNG PHÁP MÔ HÌNH NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Chuyên ngành : KỸ THUẬT ĐIỆN

Mã số ngành: 60520202

TP. HỒ CHÍ MINH, ngày.... tháng ... năm 2015

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM

---------------------------

NGUYỄN NHẬT THÔNG

ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA

PHA CẤP NGUỒN BỞI BIẾN TẦN ĐA BẬC

DÙNG PHƢƠNG PHÁP MÔ HÌNH NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Chuyên ngành : KỸ THUẬT ĐIỆN

Mã số ngành: 60520202

CÁN BỘ HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS – TS DƢƠNG HOÀI NGHĨA

TP. HỒ CHÍ MINH, ngày.... tháng ... năm 2015

TRƢỜNG ĐH CÔNG NGHỆ TP. HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

PHÒNG QLKH – ĐTSĐH Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

TP. HCM, ngày..… tháng….. năm 2015

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: Nguyễn Nhật Thông Giới tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 01/11/1976 Nơi sinh: Tiền Giang

Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện MSHV: 1341830037

I- Tên đề tài:

Điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha cấp nguồn bởi biến tần đa bậc

dùng phƣơng pháp mô hình nội

II- Nhiệm vụ và nội dung:

- Xây dựng giải thuật và mô hình toán học động cơ không đồng bộ ba pha.

- Mô tả cấu trúc biến tần đa bậc.

- Mô phỏng hệ thống điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha cấp nguồn bởi biến tần

đa bậc dùng phƣơng pháp mô hình nội trên phần mềm Matlab

- Thử nghiệm một số phƣơng pháp điều khiển khác điều khiển động cơ không đồng bộ

ba pha trên hệ thực để đánh giá, so sánh và đƣa ra kết luận.

III- Ngày giao nhiệm vụ: Ngày 18 tháng 8 năm 2014

IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ: Ngày 15 tháng 01 năm 2015

V- Cán bộ hƣớng dẫn: PGS – TS Dƣơng Hoài Nghĩa

CÁN BỘ HƢỚNG DẪN KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

PGS.TS. DƢƠNG HOÀI NGHĨA

CÔNG TRÌNH ĐƢỢC HOÀN THÀNH TẠI

TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM

Cán bộ hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS. DƢƠNG HOÀI NGHĨA

( Ký ghi rõ họ tên, học hàm, học vị )

Luận văn Thạc sĩ đƣợc bảo vệ tại Trƣờng Đại Học Công Nghệ TP. HCM

ngày 21 tháng 03 năm 2015

Thành phần Hội Đồng đánh giá luận văn Thạc sĩ gồm:

( Ghi rõ họ tên, học hàm , học vị của Hội Đồng chấm bảo vệ Luận văn Thạc sĩ )

TT Họ và tên Chức Danh Hội Đồng

1 PGS.TS. Trần Thu Hà Chủ tịch

2 TS. Nguyễn Thanh Phƣơng Phản biện 1

3 TS. Nguyễn Minh Tâm Phản biện 2

4 TS. Đinh Hoàng Bách Ủy viên

5 TS. Phạm Đình Anh Khôi Thƣ ký

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận văn sau khi luận văn đã đƣợc sửa chữa

( nếu có )

Chủ Tịch Hội Đồng Đánh Giá Luận Văn

PGS. TS. Trần Thu Hà

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết

quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ

công trình nào khác.

Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này

đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã được chỉ rõ nguồn

gốc.

Học viên thực hiện Luận văn

Nguyễn Nhật Thông

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin gởi lời biết ơn chân thành sâu sắc đến PGS – TS Dương Hoài Nghĩa là

người đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo động viên giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực

hiện luận văn này.

Tôi xin chân thành cảm ơn toàn thể quý thầy cô trường Đại học Công Nghệ

Tp.Hồ Chí Minh, Phòng Đào Tạo Sau Đại Học, đã hỗ trợ và tạo điều kiện thuận lợi

trong quá trình học tập cũng như quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp.

Tôi xin cảm ơn gia đình cùng những người thân đã động viên giúp đỡ tôi trong

suốt khóa học cũng như trong thời gian tôi thực hiện luận văn này.

TP. Hồ Chí Minh, ngày 30 tháng 12 Năm 2014

Nguyễn Nhật Thông

iii

TÓM TẮT

Đề tài đã xây dựng giải thuật điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha dùng

nguồn là bộ nghịch lưu áp ba bậc . Giải thuật điều khiển được thiết lập và mô phỏng

minh hoạ trên phần mềm Matlab bằng công cụ Simulink. Bộ nghịch lưu áp ba bậc

trong đề tài này cung cấp nguồn áp ba pha với hoạ tần thấp ở dòng điện tải. Kết quả mô

phỏng cho thấy chất lượng tốt, không dao động, tính bền vững rất cao, không có vọt lố

tốc độ.

Ngoài việc thực nghiệm phương pháp mô hình nội, đề tài cũng thực nghiệm và

mô phỏng với một phương pháp khác như: Điều khiển định hướng trường (FOC). Các

kết quả mô phỏng của mỗi phương pháp rút ra kết luận về ưu điểm và nhược điểm của

mỗi phương pháp nhằm phát huy các ưu điểm, đồng thời hạn chế những nhược điểm

của mỗi phương pháp để nâng cao chất lượng điều khiển động cơ không đồng bộ.

ABSTRACT

The theme was built motor control algorithms asynchronous three-phase power

is used inverters three steps. Control algorithms and simulation is set illustration on

software tools Matlab Simulink using. Three level inverters in this topic provide

three-phase voltage source with low solubility in load current. Simulation results show

good quality, not fluctuating, sustainability very high speed without overshooting.

In addition to the empirical method internal model, topics and experiments and

simulations with other methods such as field oriented control (FOC). The simulation

results of each method to draw conclusions about the advantages and disadvantages of

each method in order to promote the advantages, limitations and disadvantages of each

method to improve the quality of motor control asynchronously.

MỤC LỤC

Lời cam đoan ..................................................................................................................... i

Lời cảm ơn . ........................................................................................................................ii

Tóm tắt luận văn Thạc sĩ . ................................................................................................. iii

Abstract .. ............................................................................................................................iv

Mục lục . ............................................................................................................................. v

Danh mục các từ viết tắt .........................................................................................viii

Danh mục các bảng, hình .......................................................................................... ix

Chương 1: Tổng quan ...............................................................................................1

1.1 Đặt vấn đề . ..........................................................................................................1

1.2 Tính cấp thiết của đề tài ........................................................................................ 1

Chương 2: Động cơ không đồng bộ ba pha ................................................................ 3

2.1 Cấu tạo động cơ không đồng bộ ba pha ............................................................... 3

2.1.1 Nguyên tắt hoạt động của ĐCKĐB ba pha ....................................................... 3

2.1.2 Từ trường quay của động cơ không đồng bộ ba pha......................................... 3

2.1.3 Cấu tạo của động cơ không đồng bộ ba pha ..................................................... 4

2.2 Vector không gian của các đại lượng ba pha ....................................................... 5

2.2.1 Một số ký hiệu dùng cho ĐCKĐB ba pha ........................................................ 5

2.2.2 Xây dựng vector không gian ............................................................................. 8

2.2.3 Hệ quy chiếu quay ........................................................................................... 13

Chương 3: Biến tần ................................................................................................... 17

3.1. Bộ nghịch lưu áp ba bậc và ứng dụng trong điều khiển động cơ không đồng bộ

................................................................................................................................... 17

3.2 Một số cấu trúc phổ biến của bộ nghịch lưu đa bậc ........................................... 17

3.2.1 Bộ nghịch lưu đa bậc dạng diode kẹp .............................................................. 17

3.2.2 Bộ nghịch lưu đa bậc dạng tụ kẹp .................................................................... 19

3.2.3 Bộ nghịch lưu đa bậc dạng cascaded ............................................................... 20

3.2.4 Dạng sóng điện áp ngõ ra của biến tần hai bậc ............................................... 21

3.2.4 Dạng sóng điện áp ngõ ra của biến tần ba bậc ................................................. 22

Chương 4 : Các phương pháp điều khiển động cơ không đồng bộ ........................... 23

4.1.Điều khiển điện áp stator..................................................................................... 23

4.2. Điều khiển tần số động cơ không đồng bộ với biến tần nguồn áp ..................... 23

4.3. Điều khiển động cơ không đồng bộ với biến tần nguồn dòng .......................... 24

4.4. Điều khiển định hướng tựa theo trường ............................................................. 24

Chương 5: Điều khiển định hướng từ thông rotor đckđb ......................................... 27

5.1 Khả năng định hướng trường trong ĐCKĐB ..................................................... 27

5.2 Điều khiển định hướng từ thông rotor ............................................................... 28

5.2.1 Động cơ không đồng bộ được tiếp dòng .......................................................... 28

5.2.2. Động cơ không đồng bộ được tiếp áp ............................................................. 37

5.2.3 Ước lượng từ thông rotor bằng khâu quan sát ................................................. 43

5.2.4 Mô phỏng FOC với bộ quan sát từ thông trên Matlab – Simulink .................. 45

5.2.5 Kết quả mô phỏng phương pháp FOC trong Matlab – Simulink .................... 46

Chương6: Nguyên lý điều khiển dùng mô hình nội và áp dụng vào động cơ không

đồng bộ ..................................................................................................................... 49

6.1 Nguyên lý điều khiển dùng mô hình nội ............................................................. 49

6.1.1 Cấu trúc hệ thống dùng mô hình nội ............................................................... 49

6.1.2 Mô hình thuận .................................................................................................. 52

6.1.3 Mô hình ngược ................................................................................................. 55

6.1.4 Bộ lọc IMC ...................................................................................................... 57

6.1.5 Bộ quan sát từ thông rotor ............................................................................... 58

6.16 Biến tần ba bậc .................................................................................................. 58

6.2 Mô phỏng IMC với phần mềm Matlab – Simulink............................................. 59

Kết luận và kiến nghị về những nghiên cứu tiếp theo............................................... 71

13. Tài liệu tham khảo ............................................................................................... 73

vii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

STT Ký hiệu Tên tiếng Anh Tên tiếng Việt

ĐCKĐB Induction Motor Động cơ không đồng bộ 1

IMC Internal Model Control Điều khiển mô hình nội 2

Điều khiển tính thụ PBC Passivity Based Control 3 động

Điều khiển trực tiếp mo- DTC Direct Torque Control 4 men

Điều khiển định hướng FOC Field Oriented Control 5 từ thông

Input Output Linearization Điều khiển tuyến tính IOLC 6 Control vào ra

PWM Pulse Width Modulation Điều chế độ rộng xung 7

Sine Pulse Width Điều chế độ rộng xung SPWM 8 Modulation sin

Space Vector Pulse Width Điều chế vector không SVPWM 9 Modulation gian

SMC Sliding Mode Control Điều khiển trượt 10

Diode kẹp trung tính NPC Neutral Point Clamped 11 nguồn

[ … ] Được trích dẫn từ nguồn tài liệu 12

viii

DANH MỤC CÁC BẢNG, HÌNH

Bảng 1: Bảng trạng thái đóng cắt của các khóa công suất ....................................... 19

Hình 2.1 Cấu tạo ĐCKĐB 3 pha ................................................................................ 4

Hình 2.2: Mô hình ĐCKĐB ....................................................................................... 7

Hình 2.3 Sơ đồ cuộn dây stator của động cơ điện xoay chiều ba pha ........................ 9

Hình 2.4 Thiết lập vector không gian từ các đại lượng pha ...................................... 10

Hình 2.5 Biểu diễn điện áp stator dưới dạng vector không gian với các phần tử

Usα và Usβ thuộc hệ toạ độ stator cố định ................................................................ 11

Hình 2.6: Chuyển hệ toạ độ cho vector không gian V bất kỳ ................................... 13

Hình 2.7 Biểu diễn vector không gian trên hệ toạ độ từ thông rotor – hệ toạ độ dq...

................................................................................................................................... 15

Hình 2.8: Thu thập giá trị thực của vector dòng stator trên hệ tọa độ dq ................ 16

Hình 3.1: Cấu trúc bộ nghịch lưu ba pha dạng diode kẹp………………………….18

Hình 3.2: Cấu trúc bộ nghịch lưu dạng tụ kẹp…………………………………….. 20

Hình 3.3: Cấu trúc bộ nghịch lưu một pha dạng cascaded ………………………... 21

Hình 4.1: Nguyên lý điều khiển FOC……………………………………………... 25

Hình 5.1 Biểu diễn các vector không gian trong hệ quy chiếu chung gắn với vector

từ thông rotor ……………………………………………..…..……….…… .......... 30

Hình 5.2 Sơ đồ khối của động cơ được tiếp dòng điều khiển định hướng từ thông

rotor lý tưởng .............. …………………………………………………….....….…32

Hình 5.3: Điều khiển trực tiếp định hướng từ thông rotor động cơ được tiếp dòng:

sơ đồ vận hành trong cả hai vùng tốc độ cơ sở và vùng trường suy yếu

............. …...........................................................................................................…..33

Hình 5.4: Một dạng thay thế của điều khiển định hướng từ thông rotor trực tiếp

động cơ được tiếp dòng( chỉ vận hành trong vùng cơ sở)....... …..............................34

Hình 5.5: Mạch khử ghép của một động cơ được tiếp áp với điều khiển định hướng

từ thông rotor ........... ………………………………………………………...…….39

Hình 5.6: Động cơ được tiếp áp với điều khiển định hướng từ thông rotor chủ yếu

vận hành trong vùng cơ sở ..............……………………………………….….……40

Hình 5.7: Sơ đồ bộ quan sát từ thông rotor ...................................................................... 43

Hình 5.8: Sơ đồ khối mô phỏng Matlab – Simulink ĐCKĐB ba pha theo

phương pháp FOC với bộ quan sát từ thông …………………………...………..…44

Hình 5.9: Dòng từ hóa FOC trong mô phỏng Matlab – Simulink ……...…….… ..44

Hình 5.10:Từ thông rotor FOC trong mô phỏng Matlab – Simulink .......................45

Hình 5.11 Tốc độ động cơ FOC trong mô phỏng Matlab – Simulink ………....….45

Hình 5.12: Moment động cơ FOC trong mô phỏng Matlab – Simulink …….….…45

Hình 5.13: Dòng điện ba pha FOC trong mô phỏng Matlab – Simulink ................. 46

Hình 6.1 Sơ đồ điều khiển mô hình nội .................................................................. 47

Hình 6.2 Biến đổi sơ đồ điều khiển mô hình nội (hình 6.1) thành sơ đồ kiểu truyền

thống .......................................................................................................................... 48

Hình 6.3: Sơ đồ điều khiển truyền thống (H.a) thành sơ đồ điều khiển mô hình nội

(H.b) .......................................................................................................................... 48

Hình 6.4: Sơ đồ khối hệ thống dùng mô hình nội ..................................................... 49

Hình 6.5: Mô hình động cơ không đồng bộ ba pha mô phỏng trong Matlab –

Simulink .................................................................................................................... 51

Hình 6.6: Mô hình thuận trong mô phỏng Matlab – Simulink ............................. 52

Hình 6.7: Mô hình ngược trong mô phỏng Matlab – Simulink .............................. 54

Hình 6.8: Bộ lọc IMC ................................................................................................ 55

Hình 6.9: Chuyển trục dq/abc trong Matlab – Simulink ......................................... 55

Hình 6.10: Chuyển trục αβ/abc trong Matlab – Simulink ....................................... 56

Hình 6.11: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển mô hình nội với bộ quan sát từ thông

Rotor .......................................................................................................................... 56

Hình6.12: Bộ ước lượng từ thông trong Matlab – Simulink..................................... 57

Hình 6.13: Biến tần ba bậc ba pha mô phỏng bằng Matlab – Simulink của IMC .. 57

Hình 6.14: Bộ nghịch lưu của biến tần ba bậc ba pha mô phỏng bằng Matlab –

Simulink của IMC .................................................................................................... 58

Hình:6.15 Sơ đồ mô phỏng điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha trong

Matlab- Simulink dùng mô hình nội ......................................................................... 59

Hình:6.16 Điều khiển mô hình nội ........................................................................... 61

Hình 6.17: Mô phỏng đáp ứng nấc tốc độ của bộ điều khiển IMC với thông số Rs = 2R s, Rr = 2R r . ............................................................................................... 62 Hình 6.18: Mô phỏng đáp ứng nấc tốc độ của bộ điều khiển IMC với thông số Ls = 0.8L s, Lr = 0.8L r, Lm = 0.8L m . .................................................................... 63 Hình 6.19: Mô phỏng đáp ứng nấc tốc độ IMC với thông số 5J = J ....................... 64 Hình 6.20: Mô phỏng điều khiển IMC với thông số Rs = 1.5R s, Rr = 1.5R r, Ls = 1.5L s, Lr = 1.5L r, Lm = 1.5L m , J = 1.5J ...................................65 Hình 6.21: Kết quả mô phỏng khi thay đổi tốc độ đặt ωref = 160 rad/s................66

Hình 6.22: Kết quả mô phỏng khi thay đổi tốc độ đặt ωref = 140 rad/s................67

Hình 6.23: Kết quả mô phỏng khi thay đổi tốc độ đặt ωref = 145 rad/s................68

Hình 6.24: Kết quả mô phỏng khi thay đổi tốc độ đặt ωref = 155 rad/s................69

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN

1. Tính cấp thiết của đề tài.

Động cơ không đồng bộ (ĐCKĐB) hiện nay có cấu tạo và vận hành tương

đối đơn giản, giá thành thấp hơn so với các loại động cơ khác. Hoạt động đáng tin

cậy, được sử dụng nhiều trong công nghiệp và hầu hết các ứng dụng trong đời sống

như máy bơm, máy quạt, máy khoan, máy mài, động cơ kéo các dây chuyền, băng

tải …. Tuy nhiên điều khiển hoạt động của động cơ không đồng bộ tương đối khó

do mô hình toán phức tạp và đặc tính phi tuyến của động cơ. Vì thế đề xuất ra

những phương pháp tối ưu để điều khiển động cơ không đồng bộ luôn là đề tài hấp

dẫn cho các nhà khoa học chuyên ngành. Với sự phát triển nhanh của kỹ thuật điện

tử hiện nay, đặc biệt là hệ thống xử lý tín hiệu số đã cho phép thực hiện các giải

thuật phức tạp để điều khiển động cơ không đồng bộ. Nhiều giải thuật đã được

nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trong điều khiển động cơ không đồng bộ. Ta có

thể kể ra một số công trình như sau:

- Điều khiển trực tiếp mô-men (DTC) [V3]

- Điều khiển định hướng trường (FOC), [B1]

- Điều khiển vectơ không gian (SVPWM) [P1]

- Điều khiển mạng neural và logic mờ [M2]

- Điều khiển tuyến tính hoá vào ra [M1]

- Điều khiển dựa vào tính thụ động (PBC) [L1]

- Điều khiển trượt (SMC) [D4],[V1], [B2]

- Điều khiển mô hình nội (IMC) [D1], [D2], [T1], [D3]

Mỗi phương pháp đều đưa ra những kết quả nhất định nhưng đa số đều có

khuyết điểm riêng và cần khắc phục hơn nữa nhằm nâng cao chất lượng điều khiển.

Mục tiêu của đề tài xây dựng giải thuật điều khiển mô hình nội (IMC) điều khiển

động cơ không đồng bộ ba pha dùng nguồn bởi biến tần đa bậc.

Điều khiển dùng mô hình nội là một trong những phương pháp điều khiển

phi tuyến được dùng cho điều khiển động cơ không đồng bộ (ĐCKĐB). Ưu điểm

của phương pháp này là dễ dàng đạt được các tiêu chí về chất lượng như đáp ứng

quá độ, sai số xác lập...và tính bền vững với sự thay đổi các tham số động cơ như

𝑅𝑠,𝑅𝑟 ,𝐿𝑠, 𝐿𝑟 ,𝐿𝑚 , J.

Nghiên cứu kỹ thuật mô hình nội điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha

trên biến tần đa bậc là bước đầu cho các nghiên cứu chuyên sâu điều khiển máy

điện xoay chiều sử dụng các bộ biến đổi công suất nhằm nâng cao chất lượng điều

khiển và nâng cao hiệu quả sử dụng điện là một nhu cầu thiết yếu trong đời sống.

CHƢƠNG 2: ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA

2.1 Cấu tạo động cơ không đồng bộ ba pha

2.1.1 Nguyên tắc hoạt động của ĐCKĐB ba pha

Khi từ trường quay, từ thông qua khung dây biến thiên làm xuất hiện dòng

điện cảm ứng. Khung dây có dòng điện chạy qua đặt trong từ trường sẽ chịu tác

dụng của lực điện từ với chiều được xác định bằng quy tắc bàn tay phải. Tác dụng

của dòng điện cảm ứng là chống lại sự biến thiên của từ thông qua khung dây, lực

điện từ do nó sinh ra cũng có xu hướng chống lại sự biến thiên của từ thông. Lực

điện từ tác dụng lên khung dây làm giảm sự thay đổi vị trí tương đối của khung dây

với từ trường. Khi vận tốc quay của khung dây bằng với vận tốc quay của từ trường,

dòng điện cảm ứng mất đi, lực điện từ cũng mất theo làm khung dây quay chậm lại

nên vận tốc của động cơ luôn nhỏ hơn vận tốc của từ trường quay. Động cơ hoạt

động theo nguyên tắc trên gọi là động cơ không đồng bộ.

2.1.2 Từ trƣờng quay của động cơ không đồng bộ ba pha

Để tạo ra từ trường quay bằng cách cho dòng điện ba pha chạy vào ba cuộn

dây đặt lệch nhau một góc 1200. Từ trường tạo ra cũng dao động điều hoà như

dòng điện.

Giả sử tại một thời điểm nào đó, từ trường cuộn 1 là cực đại, dương và

hướng từ trong ra ngoài, từ trường các cuộn 2 và 3 bằng 0.5 giá trị cực đại âm và

hướng từ ngoài vào trong cuộn dây. Như vậy, từ trường tổng cộng của 3 cuộn dây

có chiều trùng với từ trường cuộn 1

Tương tự cách lập luận như trên, sau chu kỳ, từ trường của cuộn dây 2 đạt cực đại

và từ trường tổng hướng từ trong ra ngoài cuộn 2, và sau chu kỳ tiếp theo, từ

trường cuộn 3 đạt cực đại, từ trường tổng hướng từ trong ra ngoài cuộn 3. Như vậy,

từ trường tổng được tạo ra từ dòng điện 3 pha quay quanh tâm O với tần số bằng

với tần số dòng điện.

2.1.3 Cấu tạo của động cơ không đồng bộ ba pha.

Theo nguyên tắc hoạt động và cách tạo ra từ trường quay bằng dòng điện 3

pha. Ta thấy động cơ điện ba pha cấu tạo gồm 2 bộ phận chính là stator và rotor.

Stator có tác dụng như 1 bộ khung, trên đó có các cực từ để quấn các cuộn

dây dùng tạo ra từ trường quay.

Rotor có dạng như 1 lõi hình trụ có thể nằm trong lòng stator, không tiếp xúc

với stator nhưng càng sát nhau càng tốt. Trên rotor có các rãnh để quấn dây, có

cùng số cực với dây quấn stator. Các đầu dây ra được nối với vành trượt được cách

điện với trục rotor. Việc tiếp điện được thông qua các chổi than đặt trong các bộ giá

đỡ chổi than. Rotor lồng sóc có dây quấn rotor là các thanh dẫn (nhôm hoặc đồng)

trong các rãnh rotor, chúng được nối tắt nhờ hai đầu ngắn mạch. Do kết cấu rất đơn

giản và chắc chắn, động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc được sử dụng rộng rãi

trong nhiều lĩnh vực công nghiệp cũng như sinh hoạt.

Hình 2.1 Cấu tạo ĐCKĐB 3 pha

Các thanh dẫn thường được bố trí nghiên 1 bước rãnh nhằm giảm ảnh hưởng của

moment phụ cũng như giảm tiếng ồn và rung trong khi động cơ làm việc.

2.2 Vector không gian của các đại lƣợng ba pha.

2.2.1 Một số ký hiệu dùng cho ĐCKĐB ba pha.

Chỉ số nhỏ góc phải trên.

s: đại lượng quan sát trên hệ quy chiếu stator (hệ tọa độ αβ).

f: đại lượng quan sát trên hệ quy chiếu từ thông rotor (hệ tọa độ αβ).

r: đại lượng quan sát trên hệ tọa độ rotor với trục thực là trục của rotor.

*: giá trị đặt.

e: là giá trị ước lượng.

Chỉ số nhỏ góc phải dưới

Chữ cái đầu tiên

s: đại lượng của mạch stator.

r: đại lượng của mạch rotor.

Chữ cái thứ hai

d,q: phần tử của hệ tọa độ d,q.

αβ: phần tử của hệ tọa độ αβ.

a,b,c: đại lượng ba pha của rotor.

Hình(→) trên đầu: ý hiệu vector hai chiều.

Độ lớn |modul| của đại lượng: ý hiệu giữa hai dấu gạch đứng ||.

Các đại lượng của ĐCKĐB ba pha.

u: điện áp.

i: dòng điện.

𝛹: từ thông.

𝑇𝑒: moment điện từ.

𝑇𝐿: moment tải (moment cản – torque) nhay còn ký hiệu là 𝑀𝑇 (Nm).

𝜔: tốc độ góc của rotor so với stator (rad/s).

𝜔𝑎 : tốc độ góc của hệ tọa độ bất kỳ (rad/s).

𝜔𝑠: tốc độ góc của từ thông stator so với stator (𝜔𝑠 = 𝜔 + 𝜔𝑠𝑙 ) (rad/s).

𝜔𝑟 : tốc độ góc của từ thông rotor so với stator (𝜔𝑟 ≈ 𝜔𝑠) (rad/s).

𝜔𝑠𝑙 : tốc độ góc của từ thông rotor so với rotor (tốc độ trượt) (rad/s).

𝜃: góc của trục rotor (cuộn dây pha A) trong hệ tọa độ αβ (rad/s).

𝜃𝑠: góc của trục d (hệ tọa độ bất kỳ) trong hệ tọa độ αβ (rad/s).

𝜃𝑟: góc của trục d (hệ tọa độ bất kỳ so với trục rotor) (rad/s).

∅𝑠: góc của từ thông stator trong hệ tọa độ αβ (rad/s).

𝑒: góc của từ thông rotor ước lượng trong hệ tọa độ αβ (rad/s).

∅𝑟 : góc của từ thông rotor trong hệ tọa độ αβ (rad/s).

∅𝑟

𝜑: góc pha giữa điện áp so với dòng điện

Các thông số của ĐCKĐB ba pha.

𝑅𝑠: điện trở cuộn dây pha stator (𝛺).

𝑅𝑟 : điện trở cuộn dây rotor đã quy đổi về stator (𝛺).

𝐿𝑚 : hỗ cảm giữa stator và rotor (𝛺).

𝐿𝛿𝑠 : điện kháng tản của cuộn dây stator (H).

𝐿𝛿𝑟 : điện kháng tản của cuộn dây rotor đã quy đổi về stator (H).

P: là số đôi cực của động cơ

J: moment quán tính cơ.

Các thông số thêm vào

𝐿𝑠= 𝐿𝑚 + 𝐿𝛿𝑠 : điện cảm stator.

𝐿𝑟 = 𝐿𝑚 + 𝐿𝛿𝑟 : điện cảm rotor.

𝐿𝑠 𝑅 𝑠

: hằng số thời gian stator. 𝑇𝑠 =

𝐿𝑟 𝑅 𝑟

: hằng số thời gian rotor. 𝑇𝑟 =

2 𝐿𝑚 𝐿𝑠𝐿𝑟

: hệ số từ tản tổng. 𝛿 = 1 −

𝑇𝑠𝑎𝑚𝑝 : chu kỳ lấy mẫu.

Mô hình toán của động cơ không đồng bộ ở chế độ xác lập

Hình 2.2: Mô hình ĐCKĐB

Sơ đồ mạch tương đương

Để thuận lợi cho việc tính toán, ta khảo sát các hiện tượng ở chế độ xác lập, từ hình

2.1 ta có các công thức sau:

𝑈

′ = 𝐼𝑟

𝑅𝑠+

′ + 𝑋𝑠+𝑋𝑟

′ 𝑅𝑟 𝑆

Dòng điện rotor

Công suất truyền qua khe hở không khí giữa stator và rotor:

′ ′ 2 𝑅𝑟 𝑆

𝑃𝑔 = 3𝐼𝑟

Công suất tổn hao:

′ ′ 2𝑅𝑟

𝑃𝑐𝑢 = 3𝐼𝑟

Công suất cơ năng

′ 2𝑅𝑟

′ 1−𝑆 𝑆

𝑃𝑚 = 𝑃𝑔 = 𝑃𝑐𝑢 = 3𝐼𝑟

Moment cực đại:

′ 2

2 + 𝑋𝑆 + 𝑋𝑟

𝑉2 𝑀𝑚𝑎𝑥 = 3 2𝜔đ𝑏 𝑅𝑠 ± 𝑅𝑠

′ 𝑅𝑟

Độ trượt tại moment cực đại:

′ 2

2 + 𝑋𝑆 + 𝑋𝑟

𝑆𝑚𝑎𝑥 = ± 𝑅𝑠 ± 𝑅𝑠

2.2.2 Xây dựng vector không gian.

Động cơ xoay chiều ba pha, dù là động cơ đồng bộ hay không đồng bộ đều

có ba cuộn dây stator với dòng điện ba pha, bố trí trong không gian như hình 2.2

Hình 2.3 Sơ đồ cuộn dây stator của động cơ điện xoay chiều ba pha

Trong sơ đồ, 𝑈𝑠𝑎 , 𝑈𝑠𝑏 , 𝑈𝑠𝑐 là điện áp cung cấp cho động cơ. Với hệ thống

thứ tự thuận ta có:

𝑈𝑠𝑎 (t) + 𝑈𝑠𝑏 (t) + 𝑈𝑠𝑐 (t) = 0 (2.1)

Trong đó

(2.2)

𝑈𝑠𝑎 = 𝑈𝑠cos⁡(𝜔𝑠𝑡) 𝑈𝑠𝑏 = 𝑈𝑠cos⁡(𝜔𝑠𝑡 − 1200) 𝑈𝑠𝑐 = 𝑈𝑠cos⁡(𝜔𝑠𝑡 + 1200)

Về phương diện mặt phẳng cơ học (mặt cắt ngang), động cơ xoay chiều ba

pha có 3 cuộn dây lệch nhau một góc 1200. Nếu trên mặt cắt đó, ta thiết lập một

hệ toạ độ phức với trục thực đi qua trục cuộn dây pha a của động cơ. Ta có thể xây

dựng vector không gian sau đây:

𝑒𝑗𝜔 𝑠𝑡 + 𝑒−𝑗𝜔 𝑠𝑡

𝑈𝑚 2 𝑒𝑗 (𝜔 𝑠𝑡−1200) + 𝑒−𝑗 (𝜔 𝑠𝑡−1200) 𝑈𝑠𝑏 = 𝑈𝑠cos⁡(𝜔𝑠𝑡 − 1200) =

𝑒𝑗 (𝜔 𝑠𝑡+1200) + 𝑒−𝑗 (𝜔 𝑠𝑡+1200) 𝑈𝑠𝑐 = 𝑈𝑠 cos 𝜔𝑠𝑡 + 1200 = 𝑈𝑠𝑎 = 𝑈𝑠 cos 𝜔𝑠𝑡 = 𝑈𝑚 2 𝑈𝑚 2

Đặt:

𝑈𝑚 2

𝑒𝑗𝜔 𝑠𝑡 + 𝑒−𝑗𝜔 𝑠𝑡 + 𝑒𝑗 (𝜔 𝑠𝑡−1200) + 𝑒−𝑗 (𝜔 𝑠𝑡−1200) + 𝑈𝑠 = 𝑈𝑚 2

𝑈𝑚 2

𝑒𝑗 (𝜔 𝑠𝑡+1200) + 𝑒−𝑗 (𝜔 𝑠𝑡+1200)

Hay 𝑈𝑠 (t) = 𝑈𝑚 𝑒𝑗𝛾 (2.3)

Theo biểu thức trên, vector 𝑈𝑠 là một vector có modul không đổi, quay trên mặt phẳng phức với tốc độ 𝜔𝑠 = 2𝜋𝑓𝑠 và tạo với trục thực (trục cuộn dây pha a) 1 góc quay 𝛾 = 𝜔𝑠𝑡. Trong đó 𝑓𝑠 là tần số mạch stator. Việc xây dựng vector 𝑈𝑠 (t) được mô tả như hình dưới đây (Hình 2.4)

Hình 2.4 Thiết lập vector không gian từ các đại lượng pha

Trên hình vẽ, ta dễ dàng nhận thấy điện áp từng pha chính là hình chiếu của

vector 𝑈𝑠 mới xây dựng lên các trục của cuộn dây pha tương ứng. Đối với các đại lượng khác của động cơ như: dòng điện startor, rotor, từ thông stator, rotor. Ta đều

có thể xây dựng vector không gian tương ứng như điện áp.

Hình 2.5 Biểu diễn điện áp stator dưới dạng vector không gian với các phần tử 𝑈𝑠𝛼

và 𝑈𝑠𝛽 thuộc hệ toạ độ stator cố định.

Ta đặt tên cho hệ toạ độ mặt phẳng phức nói trên, trục thực là α và trục ảo là

β. Quan sát hình chiếu của vector điện áp 𝑈𝑠 lên trục thực và trục ảo. Hai hình chiếu đó có tên là 𝑈𝑠𝛼 và 𝑈𝑠𝛽 .

Nhận thấy rằng hai thành phần điện áp 𝑈𝑠𝛼 và 𝑈𝑠𝛽 là hai thành phần hình sin.

Ta có thể hình dung ra một động cơ điện với 3 cuộn dây a, b, c được thay thế bằng 2

cuộn dây cố định α và β. Điều chú ý ở đây là đề cập trên hệ toạ độ stator cố định để

có thể phân biệt với các hệ toạ độ quay khác.

Theo hình 2.4, bằng cách tính hình chiếu các thành phần của vector không

gian điện áp stator lên hai trục A và B. Ta có thể xác định các thành phần theo các

phép toán hình học

𝑈𝑠𝑎 = 𝑈𝑠𝛼 (2.4) 𝑈𝑠𝑏 = − 𝑈𝑠𝛼 + 3 𝑈𝑠𝛽

𝑈𝑠𝛼 = 𝑈𝑠𝑎 (2.5) ⇒ 𝑈𝑠𝛽 = (𝑈𝑠𝛼 + 2𝑈𝑠𝑏 )

Theo phương trình (2.1) và (2.5), ta chỉ cần đo 2 trong số 3 điện áp pha là có

thể xác định được vector 𝑈𝑠 . Chú ý rằng công thức (2.5) chỉ đúng khi trục thực (𝛼) của mặt phẳng phức được chọn trùng với trục của cuộn dây pha A.

Bằng cách tương tự như đối với vector điện áp stator dòng stator 𝐼𝑠, dòng

rotor 𝐼𝑟, từ thông stator 𝛹𝑠 hoặc từ thông rotor 𝛹𝑟 đều có thể biểu diễn bởi các phần

tử thuộc hệ toạ độ stator (hệ toạ độ 𝛼 𝛽)

𝑢𝑠 = 𝑢𝑠𝛼 + 𝑗𝑢𝑠𝛽

𝑢𝑠 = 𝑢𝑠𝛼 + 𝑗𝑢𝑠𝛽 (2.6𝑎) 𝑖𝑠 = 𝑖𝑠𝛼 + 𝑗𝑖𝑠𝛽 (2.6𝑏) 𝑖𝑟 = 𝑖𝑟𝛼 + 𝑗𝑖𝑟𝛽 (2.6𝑐) 𝛹𝑠 = 𝛹𝑠𝛼 + 𝑗𝛹𝑠𝛽 (2.6𝑑) 𝛹𝑟 = 𝛹𝑟𝛼 + 𝑗𝛹𝑟𝛽 (2.6𝑒)

2.2.3 Hệ quy chiếu quay

Tạm thời ta không xét hệ trục toạ độ 𝛽. Ta quay trở về với một trục tổng

quát XY. Ngoài ra, ta cũng hình dung thêm một hệ toạ độ thứ hai

Hình 2.6: Chuyển hệ toạ độ cho vector không gian bất kỳ V

Quan sát một vector bất kỳ V ta được:

Trên hệ toạ độ xy:

(2.7) 𝐕𝑥𝑦 = x +jy

Trên hệ toạ độ 𝑥∗𝑦∗:

𝐕∗ =𝑥∗ + 𝑗𝑦∗ (2.8)

Từ hình 1.5 ta có thể rút ra kết luận sau:

𝑥∗ = 𝑥𝑐𝑜𝑠𝜃𝑠 + 𝑦𝑠𝑖𝑛 𝜃𝑠 (2.9𝑎) 𝑦∗ = −𝑥𝑠𝑖𝑛𝜃𝑠 + 𝑦𝑐𝑜𝑠𝜃𝑠 (2.9𝑏)

Thay (2.9a) và (2.9b) ta có:

𝐕∗ = (xcos𝜃𝑠 + 𝑦𝑠𝑖𝑛𝜃𝑠) + 𝑗 𝑦𝑐𝑜𝑠𝜃𝑠 − 𝑥𝑠𝑖𝑛𝜃𝑠 (2.10a)

= 𝑥 + 𝑗𝑦 (𝑐𝑜𝑠𝜃𝑠 − 𝑗𝑠𝑖𝑛𝜃𝑠)

= 𝐕𝑥𝑦 𝑒−𝑗𝜃 ∗ (1.10b)

Một cách tổng quát ta thu được từ (2.10a) và (2.10b) công thức chuyển hệ

toạ độ sau đây:

𝑉𝑥𝑦 = 𝑉∗ 𝑒𝑗𝜃 ∗ ⇔ 𝑉∗ = 𝑉𝑥𝑦 𝑒−𝑗𝜃 ∗ (2.11)

Đến đây, hai hệ toạ độ xy và 𝑥∗𝑦∗ được coi là hai hệ toạ độ cố định, hay nói

cách khác góc lệch 𝜃𝑠 là không đổi. Trên thực tế, 𝜃𝑠 có thể là 1 góc biến thiên với

𝑑𝜃 𝑠 𝑑𝑡

. tốc độ góc 𝜔∗ =

Trong trường hợp đó, hệ toạ độ quay với tốc độ góc 𝜔∗ xung quanh điểm gốc

của toạ độ xy. Bây giờ, ta quay lại với vector điện áp đang xét trên hình 2.4. Trong

𝑑𝜃

đó, hệ trục toạ độ 𝛼𝛽 tương ứng với tỷ lệ xy trong hình 2.5. Giả thiết ta quan sát

𝑑𝑡

một động cơ xoay chiều ba pha đang quay với tốc độ 𝜔 = trong đó 𝜃 là góc

tạo bởi trục rotor và trục chuẩn (được quy ước là trục đi qua tâm cuộn dây pha a).

modul và góc pha bất kỳ. Vector từ thông 𝛹𝑟 quay với vận tốc góc 𝜔𝑠 = 2𝜋𝑓 = Hình 2.6 mô tả quan sát trên, trong hình còn biểu diễn vector từ thông rotor 𝛹𝑟 với 𝑑𝜃 𝑠 𝑑𝑡

. Trong đó 𝑓𝑠 là tần số của mạch điện stator

Hình 2.7 Biểu diễn vector không gian trên hệ toạ độ từ thông rotor – hệ toạ độ dq

Trên hình 2.6, nếu động cơ xoay chiều ba pha là động cơ không đồng bộ thì

sự chênh lệch giữa 𝜃 và 𝜃𝑠 sẽ tạo nên dòng điện rotor với tần số 𝑓𝑟 , dòng điện đó

cũng có thể biểu diễn dưới dạng vector quay với tốc độ góc 𝜔𝑟 = 2𝜋𝑓𝑟

Nếu ta xây dựng một hệ toạ độ mới với trục thực có hướng trùng với hướng

của vector 𝛹𝑟 và góc toạ độ trùng với góc 𝛼𝛽 và đặt tên cho các hệ trục mới là d và

q. Ta thấy rằng hệ toạ độ mới định nghĩa là một hệ quay xung quanh điểm góc

chung với tốc độ góc 𝜔𝑠 và vector 𝑈𝑠 được biểu diễn bởi các thành phần mới là 𝑈𝑠𝑑

và 𝑈𝑠𝑞 . Để nhận biết được vector đang được quan sát trên hệ toạ độ nào, ta quy ước

thêm hai chữ số được viết bên trên phía tay phải: f thay cho hệ toạ độ dq và s thay

cho toạ độ 𝛼𝛽.

𝑠 : vector điện áp stator quan sát trên hệ toạ độ 𝛼𝛽

Ví dụ:

𝑠 : vector điện áp stator quan sát trên hệ toạ độ dq

𝑈𝑠

𝑠 = 𝑈𝑠𝛼 + 𝑗𝑈𝑠𝛽 (2.12𝑎) 𝑈𝑠 𝑓 = 𝑈𝑠𝑑 + 𝑗𝑈𝑠𝑞 (2.12𝑏) 𝑈𝑠

𝑓 bằng công thức (2.11)

Từ đó ta có:

𝑠𝑒𝑗𝜃 𝑠 (2.13)

𝑓 = 𝑈𝑠

Nếu biết góc 𝜃𝑠 ta có thể tính được 𝑈𝑠

𝑈𝑠

Hoặc một cách cụ thể hơn:

𝑈𝑠𝑑 = 𝑈𝑠𝛽 𝑠𝑖𝑛𝜃𝑠 + 𝑈𝑠𝛼 𝑐𝑜𝑠𝜃𝑠 (2.14𝑎) 𝑈𝑠𝑞 = 𝑈𝑠𝛽 𝑐𝑜𝑠𝜃𝑠 − 𝑈𝑠𝛼 𝑠𝑖𝑛𝜃𝑠 (2.14𝑏)

Trong đó các phần tử 𝑈𝑠𝛽 , 𝑈𝑠𝛼 được tính bằng các phương trình (2.5) trên cơ sở các

điện áp pha đo được.

Hình 2.8: Thu thập giá trị thực của vector dòng stator trên hệ tọa độ dq

CHƢƠNG 3: BIẾN TẦN ĐA BẬC

3.1. Bộ nghịch lƣu áp ba bậc và ứng dụng trong điều khiển động cơ

không đồng bộ

Điều khiển động cơ không đồng bộ truyền thống sử dụng bộ nghịch lưu 2 bậc có

đặc điểm hạn chế là thành phần sóng hài bậc cao xuất hiện trên dòng điện và điện

áp tải với tỉ lệ cao, gây ra một số hiệu ứng không mong muốn làm giảm tuổi thọ

động cơ. Để khắc phục hạn chế này ta sử dụng bộ nghịch lưu đa bậc thay cho bộ

nghịch lưu 2 bậc truyền thống.

Bộ nghịch lưu đa bậc ngày càng được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng công

suất lớn bởi những ưu điểm rõ rệt của nó so với bộ nghịch lưu 2 bậc như: điện áp

common- mode thấp hơn, tỉ lệ dv/dt thấp hơn, thành phần hài ngõ ra của áp và dòng

tải thấp hơn, có nhiều mức hơn ở dạng sóng điện áp ngõ ra, giảm điện áp chịu đựng

trên mỗi linh kiện công suất.

Một số biến tần sử dụng bộ nghịch lưu ba bậc với công suất lên đến vài MW đã

được chế tạo và sử dụng hiệu quả trong thời gian gần đây chứng tỏ được ưu điểm

trên.

Nhược điểm là cần nhiều linh kiện trong lắp đặt, điều khiển khó hơn và giá thành

cao hơn.

3.2 Một số cấu trúc phổ biến của bộ nghịch lƣu đa bậc

3.2.1 Bộ nghịch lưu đa bậc dạng diode kẹp

Bộ nghịch lưu đa bậc chứa các cặp diode có một mạch nguồn một chiều được phân

chia thành một số cấp điện áp nhỏ hơn nhờ chuỗi các tụ điện mắc nối tiếp. Để tạo ra

n cấp độ cho một nhánh điện áp, n cấp độ diode clamped thì cần n-1 tụ điện trên

một chiều bus.

Hình 3.1: Cấu trúc bộ nghịch lưu ba pha dạng diode kẹp

Ƣu điểm:

Các pha có chung một chiều bus, điều khiển được dòng công suất, hiệu suất cao, ở

tần số đóng ngắt cơ bản, điều khiển tương đối đơn giản.

Nhƣợc điểm:

Khó có được dòng công suất thực.

Switch state

Voltage

𝑉𝑎0

𝑆𝑎5

𝑆𝑎4

𝑆𝑎3

𝑆𝑎2

𝑆𝑎1

𝑆𝑎′ 5

𝑆𝑎′ 4

𝑆𝑎′ 3

𝑆𝑎′ 2

𝑆𝑎′ 1

𝑉5 = 5 𝑉𝑑𝑐

𝑉4 = 4 𝑉𝑑𝑐

𝑉3 = 3 𝑉𝑑𝑐

𝑉2 = 2 𝑉𝑑𝑐

𝑉1 = 𝑉𝑑𝑐

𝑉0 = 0

Trạng thái đóng cắt của các khóa công suất

Bảng 1: Bảng trạng thái đóng cắt của các khóa công suất

Trạng thái đóng ngắt:

Ở bộ nghịch lưu n bậc ứng với mỗi nhánh pha ta sẽ có n trạng thái đóng ngắt.Tổng

hợp trong bộ nghịch lưu ta có 𝑛3 trạng thái đóng ngắt. Thí dụ ta có bộ nghịch lưu ba

bậc thì có 33 = 27 trạng thái đóng ngắt, năm bậc thì có 53 = 125 trạng thái đóng

ngắt. Trạng thái đóng ngắt tăng thì điện áp common- mode thấp hơn, tỉ lệ dv/dt thấp

hơn, thành phần hài ngõ ra của áp và dòng tải thấp hơn, có nhiều mức hơn ở dạng

sóng điện áp ngõ ra, giảm điện áp chịu đựng trên mỗi linh kiện công suất.

3.2.2 Bộ nghịch lưu đa bậc dạng tụ kẹp

Cấu trúc bộ nghịch lưu này tương tự bộ nghịch lưu diode kẹp, thay vì sử dụng diode

kẹp, biến tần sử dụng tụ điện thay thế vị trí diode. Đây là cấu trúc bậc thang của tụ

điện một chiều, điện áp trên mỗi tụ điện khác nhau so với tụ điện tiếp theo. Tăng

điện áp giữa hai chân lân cận của tụ điện sẽ làm tăng kích thước điện áp trong các

dạng sóng đầu ra.

Ƣu điểm:

Có dự phòng sẳn cho cân bằng các bậc điện áp tụ, có thể điều khiển được

công suất tác dụng và công suất phản kháng, số lượng lớn tụ điện cho phép biến tần

bù áp, làm giảm thời gian mất điện và điện áp sụt sâu.

Nhƣợc điểm:

Điều khiển cho các bậc điện áp tụ phức tạp, hiệu suất đóng ngắt thấp, cồng

kềnh, giá thành đắt hơn bộ nghịch lưu diode kẹp.

Hình 3.2: Cấu trúc bộ nghịch lưu dạng tụ kẹp

3.2.3 Bộ nghịch lưu đa bậc dạng cascaded

Bộ nghịch lưu này sử dụng nguồn một chiều riêng nên thích hợp trong trường hợp

nguồn một chiều có sẳn như là nguồn acquy, pin, tấm pin năng lượng mặt trời …

Cấu trúc bộ nghịch lưu này gồm nhiều bộ nghịch lưu cầu một pha ghép nối tiếp

nhau và có nguồn một chiều riêng. Tùy theo số bậc mà bộ nghịch lưu cầu một pha

tăng hay giảm.

Hình 3.3: Cấu trúc bộ nghịch lưu một pha dạng cascaded

Ƣu điểm

Số bậc điện áp ngõ ra gấp đôi điện áp ngõ vào, sử dụng nguồn cấp cho biến tần này

đa dạng.

Nhƣợc điểm:

Mỗi bộ nghịch lưu cầu một pha cần có nguồn một chiều riêng nên không thuận lợi

cho việc hệ thống có sẳn nguồn một chiều.

3.2.4 Dạng sóng điện áp ngõ ra của biến tần hai bậc

Hình 3.4 Biểu đồ sóng điện áp ngõ ra của biến tần hai bậc

3.2.5 Dạng sóng điện áp ngõ ra của biến tần ba bậc

Hình 3.5 Biểu đồ sóng điện áp ngõ ra của biến tần ba bậc

Chƣơng 4 : CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ

KHÔNG ĐỒNG BỘ

4.1.Điều khiển điện áp stator

Giả thiết điện áp ba pha đặt lên động cơ là hình sin, đặt tính cơ của động cơ

không đồng bộ thay đổi theo điện áp stator (giữ nguyên tần số). Ở đây, tốc độ ứng

với moment Mmax của động cơ là không đổi, tuy nhiên giá trị Mmax giảm tỉ lệ với

bình phương điện áp stator

Hệ thống điều khiển này thường được dùng cho hệ thống với tải là máy bơm

hay quạt gió, sử dụng động cơ có độ trượt định mức cao, sđm cỡ 0.1 -> 0.2.

4.2. Điều khiển tần số động cơ không đồng bộ với biến tần nguồn áp

Tốc độ đồng bộ của động cơ không đồng bộ tỉ lệ trực tiếp với nguồn cung

cấp. Do đó, thay đổi tần số cung cấp cho động cơ sẽ làm thay đổi tốc độ đồng bộ

của động cơ, tương ứng với nó, tốc độ động cơ sẽ thay đổi theo.

Sức điện động cảm ứng trong stator E tỉ lệ với tích tần số cung cấp và từ

thông trong khe hở không khí. Nếu bỏ qua điện áp rơi trên stator, có thể xem sức

điện động cảm ứng E ≈ điện áp nguồn cung cấp. Nếu giảm tần số nguồn nhưng giữ

nguyên điện áp cung cấp sẽ dẫn đến việc tăng từ thông trong khe hở không khí.

Động cơ thường được làm việc định mức tại điểm giới hạn của đặc tuyến từ hoá,

nên sự gia tăng của từ thông sẽ dẫn đến bão hoà mạch từ. Điều khiển dòng từ hoá

tăng, méo dạng dòng và áp sẽ làm gia tăng tổn hao lõi và gây tiếng ồn ở tần số cao.

Ngược lại, từ thông khe hở không khí giảm xuống dưới định mức sẽ làm giảm khả

năng tải của động cơ. Vì vậy việc giảm tần số của động cơ thường đi liền với việc

giảm điện áp pha sao cho từ thông trong khe hở không khí được giữ không đổi. Khi

động cơ làm việc với tần số cung cấp lớn hơn định mức, điện áp thường được giữ

bằng định mức và không đổi do giới hạn của vật liệu cách điện stator hoặc của điện

áp nguồn.

4.3. Điều khiển động cơ không đồng bộ với biến tần nguồn dòng

Chế độ hoạt động của động cơ với biến tần nguồn dòng cũng tương tự như

hệ thống với biến tần nguồn áp, động cơ được điều khiển, hoạt động với từ thông

không đổi ở tần số nhỏ hơn định mức. khi hoạt động với tần số cao hơn định mức,

hệ thống sẽ hoạt động với chế độ điện áp không đổi.

Khi hoạt động với tần số dưới định mức, từ thông được giữ không đổi nếu

quan hệ giữa dòng stator I và tốc độ trược 𝝎s được duy trì. Vì dòng Id của bộ chỉnh

lưu trong biến tần tỉ lệ với dòng stator, từ đó ta có thể tìm ra quan hệ tương tự giữa

Id và 𝝎sl

4.4. Điều khiển định hƣớng tựa theo trƣờng

Tổng quát, một động cơ điện tương tự như một nguồn moment điều khiển

được yêu cầu điều khiển chính xác giá trị moment tức thời của động cơ được đặt ra

trong các hệ truyền động có đặc tính động cao và sử dụng phương pháp điều khiển

vị trí trục rotor.

Moment sinh ra trong động cơ là kết quả tương tác giữa dòng trong cuộn ứng

và từ thông sinh ra do hệ thống kích từ của động cơ. Từ thông phải được giữ ở mức

tối ưu nhằm đảm bảo sinh ra moment tối đa và giảm tối thiểu mức độ bão hoà của

mạch từ. Với từ thông không đổi, moment sẽ tỉ lệ thuận với dòng phần ứng.

Điều khiển độc lập từ thông và dòng phần ứng được thực hiện dễ dàng đối

với động cơ một chiều kích từ độc lập. Ở đây, dòng trong các cuộn stator xác định

từ thông, dòng trong rotor dùng để điều khiển moment.

Tương tự trong động cơ không đồng bộ, cuộn ứng là rotor và từ thông sinh ra

bởi dòng trong cuộn stator. Tuy nhiên, dòng rotor lại không được điều khiển trực

tiếp bởi nguồn ngoài mà là hệ quả của sức điện động cảm ứng sinh ra do kết quả

chuyển động của rotor với từ trường stator. Do vậy, dòng stator vừa là nguồn của từ

thông, vừa là nguồn dòng phần ứng.

Trong động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc, chỉ có dòng stator được điều

khiển trực tiếp. Do đó, việc điều khiển moment tối ưu khó lòng thực hiện được vì

không thể bố trí cố định về mặt vật lý giữa từ thông stator và rotor được và phương

trình moment lại là phi tuyến.

Việc điều khiển moment ở chế độ xác lập có thể mở rộng cho chế độ quá độ

được thực hiện trong các hệ thống điều khiển vector, dựa theo nguyên lý tựa trường.

Nguyên lý này xác định điều kiện để điều khiển độc lập từ thông với moment.

Điều khiển động cơ không đồng bộ theo phương pháp điều khiển vector mô

phỏng động cơ theo mô hình động cơ theo 2 phương diện:

- Từ thông và moment có thể điều khiển độc lập.

- Các điều kiện để điều khiển moment tối ưu cho cả hai trạng thái: xác lập và quá độ

Cụ thể, ta có thể thấy được điều này qua ưu thế của việc mô tả động cơ xoay

chiều trên hệ toạ độ từ thông rotor đã được đề cập ở chương trước. Các đại lượng

moment và từ thông được điều khiển độc lập với nhau.

Điều kiện để moment tối ưu khi cuộn dây mang điện đặt trong từ trường với

mặt phẳng cuộn dây song song với đường sức của từ trường. Khi đó vector dòng

điện trong cuộn dây i sẽ vuông góc với vector từ thông 

Phƣơng pháp điều khiển định hƣớng từ thông rotor: FOC

Tóm tắt các bước trong thuật toán FOC

1. Đo các dòng điện pha stator ia, ib

2. Biến đổi các dòng điện ba pha thành các giá trị iα và iβ. Bước biến đổi này còn được

gọi là biến đổi Clark

3. Quay hệ toạ độ hai trục tựa theo từ thông rotor, sử dụng các góc chuyển đổi để tính

thành phần id, iq từ iα và iβ trên hệ toạ độ quay đó. Trạng thái tĩnh id và iq là các hằng

số. Bước này gọi là biến đổi Park

4. Tính sai số tín hiệu id và iq so với giá trị đặt của chúng, id là thành phần điều khiển

từ thông rotor, iq là thành phần điều chỉnh moment đầu ra của động cơ. Các sai lệch

sẽ được đưa đến các bộ điều khiển PI. Sau đó, các bộ điều khiển PI sẽ đưa ra các giá

trị đặt của điện áp vd, vq

5. Ước lượng góc biến đổi toạ độ mới với vα, vβ, iα và iβ là các đầu vào. Góc mới này

sẽ chỉ cho thuật toán FOC vị trí tiếp theo của vector điện áp.

6. Các giá trị ra vd, vq từ các bộ điều khiển PI trở lại hệ toạ độ cố định, sử dụng góc

vừa mới tính để có giá trị điện áp vuông góc với vα và vβ

7. Biến đổi các giá trị vα và vβ về các giá trị ba pha va, vb và vc . Các giá trị ba pha

dùng để tính các giá trị chu kỳ PWM đóng ngắt để tạo ra các vector điện áp mong

muốn

Toàn bộ quá trình trên được mô tả tóm tắt ở hình 4.1

Hình 4.1: Nguyên lý điều khiển FOC

CHƢƠNG 5: ĐIỀU KHIỂN ĐỊNH HƢỚNG TỪ THÔNG

ROTOR ĐCKĐB

5.1 Khả năng định hƣớng trƣờng trong ĐCKĐB

Điều khiển tách biệt từ thông và momen ĐCKĐB có thể được thực hiện bằng

cách điều khiển giá trị tức thời của dòng điện mỗi pha, có thể lần lượt đạt được bởi

việc điều chế vectơ dòng stator và vị trí vector từ thông. Một vector là tổng hợp của

những thành phần trên hệ trục d-q, thành phần trục d là là phần thực và thành phần

trục q là phần ảo của vectơ (nghĩa là hệ trục d-q là hệ trục thẳng góc). Vectơ dòng

stator có thể được định hướng về vector từ thông rotor, từ thông stator hay từ thông

khe hở không khí và máy điện có thể được nuôi từ nguồn áp hoặc nguồn dòng. So

sánh phân tích những khả năng định hướng khác nhau để thấy những lý do chính

cho việc phổ biến ứng dụng của những động cơ được tiếp dòng với điều khiển định

hướng từ thông rotor. Nếu điều khiển tách biệt từ thông và moment trong ĐCKĐB

bằng phương pháp điều khiển định hướng từ thông stator hoặc từ thông khe hở

không khí, thì một mạch khử ghép tương thích phải được chèn vào trong phần điều

khiển của hệ thống, bất kể máy điện được nuôi bằng nguồn áp hoặc dòng. Một kết

luận tương tự cho động cơ tiếp áp với điều khiển hướng từ thông rotor.

Định hướng dọc theo vector từ thông hiếm khi được thảo luận và áp dụng khả năng

định hướng cho đến gần đây. Định hướng dọc theo từ thông stator cũng không được

quan tâm trong một thời gian dài. Tiến bộ gần đây trong việc phát triển những bộ vi

xử lý và card tín hiệu số (Digital Signal Processing: DSP) cho phép thi công khử

ghép cũng rất dễ dàng. Số lượng nghiên cứu dành cho hai phương pháp này gần đây

tăng lên, nhất là với định hướng dọc theo từ thông stator. Nếu vector từ thông được

ước lượng từ giá trị đo được của dòng và áp stator thì từ thông stator có thể được

ước lượng chính xác hơn so với từ thông rotor, do việc thay đổi tất yếu các tham số

trong máy. Đây chính xác là hệ thống điều khiển vector mà việc định hướng dọc

theo từ thông stator được đề xuất là một giải pháp tốt hơn so với định hướng từ

thông rotor. Nếu máy điện được thiết kế với các rãnh rotor được đóng, việc định

hướng dọc theo từ thông stator trở nên đặc biệt có lợi. Thay đổi điện cảm rò rotor

trong những máy điện với những rãnh rotor được đóng có thể rất quan trọng và có

thể gây ra mất ổn định tĩnh nếu điều khiển định hướng từ thông rotor được áp dụng.

Ngoài moment kéo trên lý thuyết thì vô hạn nếu không có thay đổi tham số, là một

hàm của điện cảm rotor và nếu nó giảm bớt tới một mức lớn nhất cho phép momen

vượt qua giá trị của nó, do mất ổn định tĩnh. Ngược lại, với định hướng dọc theo từ

thông stator moment kéo luôn luôn có giá trị hữu hạn không chịu ảnh hưởng của

biến thiên điện cảm rò rotor. Vì thế vấn đề ổn định có thể được tránh bởi thiết kế

phù hợp của việc giới hạn bộ điều khiển moment. Nếu không có việc thay đổi tham

số, định hướng dọc theo từ thông stator với mạch khử ghép thích hợp có thể cho

cùng chất lượng đáp ứng động như điều khiển định hướng từ thông rotor. Tuy

nhiên, nếu có thay đổi tham số thì điều khiển định hướng từ thông stator tốt hơn.

Tất cả nhận xét trên đều bị hạn chế đối với trường hợp ước lượng từ thông bằng

phương pháp đo áp và dòng stator.

5.2 Điều khiển định hƣớng từ thông rotor

5.2.1 Động cơ không đồng bộ đƣợc tiếp dòng

Nếu động cơ được xem như là tiếp dòng thì dòng stator có thể được xem và đã biết,

∗ = 𝑖𝑏 𝑖𝑐

∗ = 𝑖𝑐 ( 5.1)

∗ = 𝑖𝑎 𝑖𝑏 𝑖𝑎

dưới những điều kiện lý tưởng, bằng với giá trị dòng yêu cầu.

Nói cách khác ở đây dấu (*) biểu thị giá trị dòng pha yêu cầu được phát ra bởi hệ

thống điều khiển, trong khi những giá trị dòng không có dấu (*) là dòng trong máy

điện. Phương trình (5.1) áp dụng ngay tức thời và không thể đáp ứng được hoàn

toàn trên thực tế. Tuy nhiên, bằng cách sử dụng điều khiển dòng của bộ nghịch lưu

nguồn áp, có thể đạt đến trạng thái lý tưởng này.

Từ những thảo luận ở trên thì đầu ra hệ thống điều khiển là dòng pha yêu cầu từ

những dòng stator được biết, không cần những phương trình điện áp stator để thực

hiện mô hình điều khiển.

Trường hợp đơn giản hơn so với phương trình điện áp stator được xem xét, như

trường hợp với điều khiển định hướng từ thông rotor ĐCKĐB tiếp áp.

𝑣𝑠 = 𝑅𝑠𝑖𝑠 + + 𝑗𝜔𝑎 𝛹𝑠 𝑑𝛹𝑠 𝑑𝑡

0 = 𝑅𝑟 𝑖𝑟 + + 𝑗𝜔𝑎 𝛹𝑟 𝑑𝛹𝑟 𝑑𝑡

𝛹𝑠 = 𝐿𝑠𝑖𝑠 + 𝐿𝑚 𝑖𝑠

𝛹𝑟 = 𝐿𝑟 𝑖𝑟 + 𝐿𝑚 𝑖𝑟 (5.2)

𝑃 𝑇𝑒 = 𝐼𝑚 𝑖𝑠𝛹𝑟 3 2 𝐿𝑚 𝐿𝑟

𝑣𝑠 = 𝑣𝑑𝑠 + 𝑗𝑣𝑞𝑠 = 𝑣𝑠𝑒𝑗 𝛽𝑠−𝜃𝑠

𝑖𝑠 = 𝑖𝑑𝑠 + 𝑗𝑣𝑞𝑠 = 𝑖𝑠𝑒𝑗 𝛽𝑠−𝜃𝑠

Xuất phát điểm của việc điều khiển vector là ở việc chọn tốc độ quay của hệ quy

chiếu chung. Để điều khiển định hướng từ thông rotor tốc độ quay của hệ quy chiếu

được chọn bằng với tốc độ quay của vector không gian từ thông rotor tại mọi thời

điểm. Trục thực của hệ quy chiếu, trục d, thẳng hàng với vector từ thông rotor tại

mọi thời điểm, khi trục q thẳng góc với nó, trong khi hệ quy chiếu chung cố định

với vector từ thông rotor vì trục d ( trục thực) hệ quy chiếu chung trùng với vector

từ thông rotor, nên

𝜃𝑠 = ∅𝑟 𝜃𝑟 = ∅𝑟 − 𝜃

𝑑𝜃𝑟 𝑑𝑡

(5.3) 𝜔𝑎 = 𝜔𝑟 𝜔𝑟 =

Vector từ thông rotor, trở thành một biến thực hoàn toàn trong hệ quy chiếu đặc biệt

này

Ψr = 𝛹𝑑𝑟 + 𝑗𝛹𝑞𝑟 = 𝛹𝑟 (5.4a)

Nghĩa là ta có phương trình sau:

𝑑𝛹𝑞𝑟 𝑑𝑡

= 0 (5.4b) 𝛹𝑑𝑟 = 𝛹𝑟 𝛹𝑑𝑟 = 0

Những vector không gian từ thông rotor và dòng stator trong hệ quy chiếu chung cố

định với vector từ thông được thể hiện trong hình (5.1).

Từ biểu thức (5.4), phương trình moment trong (5.2), sử dụng phương trình vector

dòng stator trong (5.2) ta được phương trình sau:

𝑃 𝑃 𝑇𝑒 = 𝛹𝑟 𝐼𝑚 𝑖𝑠 = 𝛹𝑟 𝐼𝑞𝑠 (5.5) 3 2 3 2 𝐿𝑚 𝐿𝑟 𝐿𝑚 𝐿𝑟

Phương trình moment (5.5) cùng dạng với phương trình moment của máy điện một

chiều và chỉ ra rằng, nếu đại lượng từ thông rotor được giữ bằng hằng số, moment

có thể được điều khiển độc lập bởi thành phần trục q của dòng stator.

Để điều tiết phương trình điện áp rotor trong (5.2) với hệ quy chiếu được chọn,

vector dòng rotor phải được biểu diễn từ phương trình liên kết từ thông rotor trong

(5.2) (và từ đây phương trình (5.4) với vector từ thông rotor là một đại lượng số

thực vì vậy không còn gạch dưới nữa).

𝛹𝑟 − 𝐿𝑚 𝐿𝑚 𝑖𝑠 𝐿𝑟

(5.6) 𝑖𝑟 =

Thay phương trình (5.6) vào phương trình điện áp rotor của phương trình (5.2) và

(5.3) ta có phương trình điện áp rotor :

𝑑𝛹𝑟 𝑑𝑡

𝑇𝑟

0 = 𝛹𝑟 + + 𝑗(𝜔𝑟 − 𝜔)𝛹𝑟 − 𝐿𝑚 𝑖𝑠 (5.7)

𝐿𝑟 𝑅𝑟

là hằng số thời gian rotor. Với 𝑇𝑟 =

Hình 5.1 Biểu diễn các vector không gian trong hệ quy chiếu chung gắn với vector

từ thông rotor

Tách phương trình (5.6) thành các thành phần trục thực và trục ảo, ta có

𝑑𝛹𝑟 𝑑𝑡

𝛹𝑟 + 𝑇𝑟 = 𝐿𝑚 𝑖𝑠 (5.8)

(𝜔𝑟 − 𝜔)𝛹𝑟 𝑇𝑟 = 𝐿𝑚 𝑖𝑎𝑠 (5.9)

Phương trình (5.9) chỉ ra rằng, trong hệ quy chiếu chung này gắn với vector từ

thông rotor có thể điều khiển bởi thành phần trục d của dòng stator và đại lượng từ

thông bằng hằng số nếu thành phần trục d của dòng stator bằng hằng số. Theo

phương trình (5.9) tốc độ trượt 𝜔𝑠𝑙 = 𝜔𝑟 − 𝜔 phụ thuộc tuyến tính với thành phần

trục q dòng stator nếu đại lượng từ thông rotor bằng hằng số. Vậy thì, moment được

sinh ra tỷ lệ với tốc độ trượt. Nếu thành phần trục q dòng stator được giữ bằng hằng

số, moment có thể thay đổi ngay tức thì nếu thành phần trục q dòng stator thay đổi.

Chú ý rằng không có moment kéo (nghĩa là, moment kéo lý thuyết là vô hạn) và bất

kỳ giá trị mong muốn nào của moment có thể đạt được bằng cách áp dụng giá trị

thích hợp của thành phần trục q dòng stator, trong khi vẫn duy trì từ thông rotor

được tiếp dòng ở hình 5.2. Từ hình 5.2 ta thấy ngay biên độ từ thông rotor chỉ có thể

được điều khiển bởi thành phần trục d dòng stator (như từ thông kích từ có thể được

điều khiển trong máy điện một chiều bởi dòng điện trong cuộn kích từ) trong khi

để từ thông bằng hằng số moment làm việc chỉ phụ thuộc vào thành phần trục q

dòng stator (tương ứng với dòng phần ứng trong máy điện một chiều). Nguyên lý

khác nhau mặc dù trong ĐCKĐB cả hai thành phần trục d và q đều là những thành

phần thực sự cùng vector dòng stator, trong khi ở máy điện một chiều dòng kích

thích và dòng phần ứng hoàn toàn độc lập với nhau.

Nếu máy điện được tiếp dòng, các phương trình điện áp stator có thể không cần

xét đến và những phương trình được dẫn xuất quá xa cấu tạo mô hình đầy đủ của

ĐCKĐB định hướng từ thông rotor. Các phương trình (5.3), (5.8) và (5.9) chỉ ra

rằng có thể điều khiển moment và dòng tách biệt với một động cơ được tiếp dòng

trong hệ quy chiếu định hướng từ thông rotor. Những khó khăn được trải qua trong

thực hành tương tự trong thực tế, trước thời đại bộ vi xử lý, là hệ quả của nhu cầu

thực hiện chuyển đổi tọa độ từ hệ quy chiếu quay sang đứng yên. Hệ thống điều

khiển phải vận hành trong hệ quy chiếu định hướng từ thông rotor liệu có đạt được

điều khiển tách biệt, trong khi máy điện thực tế vận hành trong miền pha tĩnh. Sơ đồ

biển diễn động cơ được tiếp dòng với điều khiển định hướng từ thông rotor được

cho trong hình 5.3. Khối CRPWM có nghĩa là bộ nghịch lưu PWM (điều rộng

xung) điều chỉnh dòng, bộ điều khiển tốc độ được biểu diễn, và cũng bao gồm dự

trữ để vận hành trong vùng trường suy yếu. Vòng kín điều khiển dòng không thể

hiện rõ ràng trong hình 5.3: tuy nhiên, nó được chứa đựng bên trong khối CRPWM,

điều đó bảo đảm phương trình (5.2) (xấp xỉ) được thỏa mãn. Vòng kín điều khiển

tốc độ tất nhiên là được biểu diễn. Từ đó có cùng trạng thái như trong máy điện một

chiều kích từ độc lập: vòng điều khiển dòng điện bên trong được chứa ở trong vòng

điều khiển tốc độ phía ngoài và các giá trị d được của dòng điện và tốc độ yêu cầu.

Ghi chú tất cả những biến liên quan đến hệ thống điều khiển có một dấu sao, trong

khi những biến không có dấu sao là những biến bên trong máy điện. Cấu hình của

hệ truyền động được trình bày trong hình 5.3 tương ứng tới loại sơ đồ định hướng

trực tiếp (chỉ số trên ‘e’ trong khối chuyển đổi là ký hiệu ước lượng của vị trí vectơ

từ thông rotor được sử dụng để chuyển đổi tọa độ).

Hình 5.2 Sơ đồ khối của động cơ được tiếp dòng điều khiển định hướng từ thông

rotor lý tưởng.

Trong hình trên, thành phần trục d dòng stator bằng hằng số thì từ thông rotor

bằng hằng số và moment phụ thuộc vào thành phần trục q dòng stator. Moment ma

sát được bỏ qua và s là ký hiệu toán tử Laplace

Hình 5.3: Điều khiển trực tiếp định hướng từ thông rotor động cơ được tiếp dòng:

sơ đồ vận hành trong cả hai vùng tốc độ cơ sở và vùng trường suy yếu.

Hệ thống điều khiển trong hình 5.3 bao gồm 2 kênh song song, một cho điều khiển

từ thông và một cho điều khiển mômen. Đó chính là một trong những phương án có

thể xảy ra của hệ thống điều khiển trực tiếp định hướng từ thông rotor. Ví dụ, nếu

hệ truyền động được yêu cầu chỉ vận hành trong vùng tốc độ cơ sở, từ thông rôtor

yêu cầu là một đầu vào hằng số độc lập. Nếu từ thông rôto yêu cầu bằng hằng số,

theo (5.8) ta có 𝛹r = Lmids và bộ điều khiển từ thông thường được bỏ qua. Thành

phần trục d dòng yêu cầu stator trong trường hợp như vậy là ids = 𝛹r / Lm. Tiếp theo,

dưới việc vận hành với từ thông yêu cầu rotor suy ra từ (5.5) thì thành phần trục q

dòng stator tỷ lệ với mômen. Vì vậy bộ điều khiển mômen có thể được bỏ qua và

đầu ra bộ điều khiển tốc độ bằng với thành phần trục q dòng yêu cầu stator. Từ đó ta

có sơ đồ trong hình 5.4 thay cho sơ đồ trong hình 5.3.

Hình 5.4: Một dạng thay thế của điều khiển định hướng từ thông rotor trực tiếp

động cơ được tiếp dòng( chỉ vận hành trong vùng cơ sở).

Hệ thống điều khiển trong hình 5.4 chắc chắn đơn giản hơn nhiều hệ thống

điều khiển trong hình 5.3, từ đó chỉ cần bộ điều khiển tốc độ hơn là cần tới những

bộ điều khiển tốc độ, mômen và từ thông rotor. Những bộ điều khiển dòng lại ẩn

một lần nữa bên trong khối CRPWM mà vẫn đảm bảo thỏa mãn phương trình (5.1).

Hình 5.4 về bản chất hoàn toàn tương đương với hệ thống điều khiển của một động

cơ một chiều. Đầu ra bộ điều khiển tốc độ là thành phần trục q dòng yêu cầu stato

tương ứng với đầu ra bộ điều khiển tốc độ động cơ một chiều là dòng yêu cầu phần

ứng (tỷ lệ giữa mômen yêu cầu và dòng yêu cầu phần ứng trong hệ thống điều khiển

động cơ một chiều có thể được chứa trong các thông số của bộ điều khiển tốc độ với

cùng cách mà nó được thực hiện trong hình 5.4). Nhánh thứ hai của hệ thống điều

khiển trong hình 5.4 thiết lập thành phần trục d dòng yêu cầu stator bằng hằng số sẽ

cho vận hành với từ thông rotor bằng hằng số; tương ứng với dòng điện kích từ thiết

lập trong máy một chiều. Khác nhau quan trọng giữa hệ thống điều khiển động cơ

một chiều và hệ thống điều khiển trong hình 5.4 trong trường hợp của máy một

chiều không cần đến dạng nào của bộ chuyển đổi tọa độ. Bộ chuyển mạch bảo đảm

cho việc điều khiển mômen và từ thông vốn đã tách biệt. Trong ĐCKĐB điều khiển

tách biệt từ thông rôto và mômen dẫn đến hệ quy chiếu định hướng từ thông rotor.

Từ đây hệ thống điều khiển vận hành trong hệ tọa độ đó. Vì máy điện phải được

cung cấp với dòng pha vật lý, cần thực hiện chuyển đổi tọa độ để liên hệ giữa thành

phần trục d-q ảo với dòng pha vật lý. Như vậy bộ chuyển đổi tọa độ trong một hệ

thống điều khiển ĐCKĐB thực hiện vai trò của bộ chuyển mạch trong một bộ điều

khiển máy một chiều. Chuyển đổi tọa độ yêu cầu phải biết vị trí tức thời vectơ

không gian từ thông rotor.

e) và ‘2/3’). Hai khối này mô tả sự biến

Chú ý bộ chuyển đổi tọa độ trong hình 5.3 và 5.4 được biểu diễn như bộ

chuyển đổi hai bước (những khối exp (jr

đổi từ hệ quy chiếu d-q sang hệ quy chiếu ba pha.

Tổng kết mục này. Mô hình động cơ được tiếp dòng định hướng từ thông rotor hoàn

toàn giống với mô hình máy một chiều kích từ độc lập. Tuy nhiên, từ lúc các thành

phần trục d-q dòng stator là những dòng điện ảo, cần chuyển đổi những dòng yêu

cầu này (tạo ra bởi hệ thống điều khiển) thành những dòng yêu cầu ba pha thực sự

sử dụng một bộ chuyển đổi tọa độ. Những phương trình mà cấu thành mô hình một

động cơ được tiếp dòng định hướng từ thông rotor là (5.5), (5.8) và (5.9):

𝛹𝑟 + 𝑇𝑟

= 𝐿𝑚 𝑖𝑑𝑠

𝑑𝛹𝑟 dt

(𝑤𝑟 − 𝑤) 𝛹𝑟𝑇𝑟 = 𝐿𝑚 𝑖𝑞𝑠

𝑃

𝑇𝑒 =

𝛹𝑟 𝑖𝑞𝑠

3 2

𝐿𝑚 𝐿𝑟

Hệ thống điều khiển tạo ra các thành phần trục d-q dòng stator dựa trên cơ sở

của những phương trình này

𝑖𝑎

∗ = 𝑖𝑑𝑠

∗ cos 𝛹𝑟 − 𝑖𝑞𝑠

∗ sin 𝛹𝑟

(5.11)

𝑖𝑏

∗ = 𝑖𝑑𝑠

∗ cos(𝑟 − 2/3) − 𝑖𝑞𝑠

∗ sin(𝑟 − 2/3)

𝑖𝑐

∗ = 𝑖𝑑𝑠

∗ cos(𝑟 − 4/3) − 𝑖𝑞𝑠

∗ sin(𝑟 − 4/3)

Và yêu cầu phải biết vị trí góc tức thời trong không gian của từ thông rotor.

Tính toán vị trí góc tức thời không phụ thuộc vào liệu có phải động cơ được tiếp

dòng hay được tiếp áp.

5.2.2. Động cơ không đồng bộ đƣợc tiếp áp

Nếu máy điện không được chế tạo theo kiểu tiếp dòng, thì những kết quả của

tiếp áp và các phương trình điện áp stator trong (5.2) sẽ được xét đến. Chú ý quan

trọng những phương trình (5.10), mô tả động cơ được tiếp dòng định hướng từ

thông rotor, vẫn còn đúng và bây giờ cấu thành nên một bộ phận của mô hình, hơn

nữa là mô hình hoàn chỉnh. Mục đích cuối cùng vẫn là định hướng vectơ dòng

stator dọc theo vectơ từ thông rotor, tuy nhiên vectơ điện áp stator thích hợp để có

thể đạt được mục đích phải được xác định. Nói cách khác, vectơ điện áp stator phải

có độ lớn và phải được đặt vào một vị trí dẫn đến vectơ dòng stator đạt được độ lớn

và vị trí chính xác đối với vectơ từ thông rotor được dùng để thực hiện điều khiển

tách biệt từ thông và mômen; nghĩa là, vectơ dòng stator được điều khiển gián tiếp

bởi bộ điều khiển trực tiếp vectơ điện áp stator.

Điều khiển dòng vẫn được biểu diễn bên trong cấu trúc điều khiển của hệ

truyền động. Tuy nhiên, ngược lại với trường hợp động cơ được tiếp dòng, điều

khiển dòng được thực hiện bằng cách sử dụng những dòng pha và vì vậy có thể coi

CRPWM như một nguồn dòng lý tưởng, điều khiển dòng bây giờ thực hiện bằng

cách sử dụng các thành phần trục d-q dòng stator. Đầu ra cuối cùng của hệ thống

điều khiển bây giờ điện áp yêu cầu stator ba pha, chứ không còn là dòng điện stator.

Từ đó điều khiển dòng được thực hiện trong hệ quy chiếu quay, cần chuyển đổi

những giá trị dòng pha stator đo được thành các thành phần trục d-q. Vì vậy bây giờ

cần hai bộ chuyển đổi tọa độ: một để chuyển đổi thành phần trục d-q điện áp yêu

cầu stator thành điện áp yêu cầu ba pha, trong khi bộ kia (ngược lại) chuyển đổi

những dòng pha đo được thành các thành phần trục d-q. Vì vậy hệ thống điều khiển

phức tạp toàn diện đáng kể hơn so với trường hợp động cơ được tiếp dòng. Lý do

tại sao khái niệm động cơ được tiếp áp, với điều khiển dòng trong hệ quy chiếu

quay, được ứng dụng thường xuyên là nó rất thích hợp để thực hiện hoàn toàn bằng

kỹ thuật số (trái ngược với trường hợp của động cơ được tiếp dòng, thường được

xây dựng bằng cách sử dụng kết hợp kỹ thuật số - tương tự, điều khiển dòng thường

là kỹ thuật tương tự, trong khi phần còn lại của hệ thống điều khiển là kỹ thuật số).

Vectơ từ thông stator có thể được cho từ những phương trình liên hệ từ thông

(5.2), dưới những điều kiện của việc định hướng từ thông rotor (5.3) – (5.4), như

𝛹𝑠 =

𝛹𝑟 + 𝜎𝐿𝑠𝑖𝑠

𝐿𝑚 𝐿𝑟

2 /(𝐿𝑠𝐿𝑟 ) là hệ số rò tổng. Thay thế (4.12) vào phương trình điện áp stator trong (5.2) và đưa về các thành phần trục d-q nhận được phương trình

Với 𝜎 = 1- 𝐿𝑚

thành phần trục d-q điện áp stator trong hệ quy chiếu gắn với từ thông rotor

𝑑𝑖 𝑑𝑠 𝑑𝑡

𝑑𝛹𝑟 𝑑𝑡

𝐿𝑚 𝐿𝑟

+ 𝑣𝑑𝑠 = 𝑅𝑠𝑖𝑑𝑠 + 𝜎𝐿𝑠 − 𝜔𝑟 𝜎𝐿𝑠𝑖𝑞𝑠

𝑑𝑖 𝑞𝑠 𝑑𝑡

𝐿𝑚 𝐿𝑟

, = 𝜎𝑇𝑠 = 𝜎𝐿𝑠/𝑅𝑠 được định nghĩa, phương

(5.13) 𝑣𝑞𝑠 = 𝑅𝑠𝑖𝑞𝑠 + 𝜎𝐿𝑠 + 𝜔𝑟 𝛹𝑟 + 𝜔𝑟 𝜎𝐿𝑠𝑖𝑑𝑠

Nếu hằng số thời gian quá độ 𝑇𝑠

trình (5.12) trở thành

,𝑖𝑞𝑠

, 𝑑𝑖 𝑑𝑠 𝑑𝑡

𝑑𝛹𝑟 𝑑𝑡

𝑅𝑠

= 𝑣𝑑𝑠 - 𝑖𝑑𝑠 + 𝑇𝑠 + 𝜔𝑟 𝑇𝑠 1+ 𝜎𝑟

,𝑖𝑑𝑠

, 𝑑𝑖 𝑞𝑠 𝑑𝑡

𝑅𝑠

= (5.14) 𝑣𝑞𝑠 - 𝜔𝑟 𝑖𝑞𝑠 + 𝑇𝑠 𝛹𝑟 - 𝜔𝑟 𝑇𝑠 1+ 𝜎𝑟

Những phương trình (5.14) cho thấy rằng các thành phần trục d và q điện áp

và dòng điện stator không độc lập. Nói cách khác, mỗi thành phần điện áp là một

hàm của cả hai thành phần dòng stator. Để điều khiển tách biệt các thành phần trục

d và q dòng điện, cần có mạch khử ghép tương thích trong hệ thống điều khiển. Nếu

các biến đầu ra của bộ điều khiển dòng được định nghĩa như sau:

, , = 𝑅𝑠 𝑖𝑞𝑠 + 𝑇𝑠

, , = 𝑅𝑠 𝑖𝑑𝑠 + 𝑇𝑠 𝑣𝑑𝑠

𝑑𝑖 𝑑𝑠 𝑑𝑡

𝑑𝑖 𝑞𝑠 𝑑𝑡

(5.15) 𝑣𝑞𝑠

∗ và

∗ được tính như sau:

Những giá trị yêu cầu được yêu cầu của thành phần điện áp các trục 𝑣𝑑𝑠

𝑣𝑞𝑠

, ∗ = 𝑣𝑞𝑠

, ∗ = 𝑣𝑑𝑠 𝑣𝑑𝑠

(5.16) + 𝑒𝑑 𝑣𝑞𝑠 + 𝑒𝑞

,𝑖𝑞𝑠

Với các biến phụ 𝑒𝑑 và 𝑒𝑞 được tính toán theo công thức:

𝑑𝛹𝑟 𝑑𝑡

1+ 𝜎𝑟

− 𝜔𝑟 𝑇𝑠 𝑒𝑑 = 𝑅𝑠 1 𝑅𝑠

,𝑖𝑑𝑠

𝑑𝛹𝑟 𝑑𝑡

1+ 𝜎𝑟

(5.17) 𝑒𝑞 = 𝑅𝑠 𝜔𝑟 + 𝜔𝑟 𝑇𝑠

Các phương trình (5.17) mô tả mạch khử ghép phải có trong hệ thống điều

khiển của động cơ được tiếp áp định hướng từ thông rotor, nếu muốn điều khiển

tách biệt từ thông và mômen. Mạch khử ghép được biểu diễn trong hình 5.5.

Sơ đồ khối của một động cơ được tiếp áp định hướng từ thông rotor được

biểu diễn trong hình 5.6. Ứng dụng của dạng nguồn áp gần như cho chất lượng đáp

ứng động giống như với nguồn dòng, miễn là có mạch khử ghép trong hệ thống điều

khiển. Những đại lượng yêu cầu trong mạch khử ghép trong hình 5.5 (đại lượng từ

thông rotor và tốc độ gốc từ thông rotor) được ước lượng cùng với vị trí từ thông

rotor, sử dụng những nguyên lý của điều khiển định hướng từ thông rotor gián tiếp

hay trực tiếp. Những tín hiệu cần trong mạch khử ghép là những đại lượng đo được

hay yêu cầu, phù hợp với phương pháp ứng dụng định hướng.

Số hạng 𝑑𝛹𝑟 /𝑑𝑡 thường được bỏ qua trong phương trình (5.17), do vận hành trong

vùng từ thông bằng hằng số nó luôn luôn bằng 0. Từ đó phương trình (4.17) trở nên

đơn giản

𝑒𝑑 = − 𝜔𝑟 𝜎𝐿𝑠𝑖𝑞𝑠

(5.18)

𝑒𝑞 = 𝜔𝑟

𝛹𝑟

𝐿𝑠 𝐿𝑚

Hình 5.5: Mạch khử ghép của một động cơ được tiếp áp với điều khiển định

hướng từ thông rotor

Các giá trị biên độ và tốc độ góc từ thông rotor được yêu cầu có được từ

phép đo hay sử dụng những giá trị yêu cầu.

Hình 5.6: Động cơ được tiếp áp với điều khiển định hướng từ thông rotor

chủ yếu vận hành trong vùng cơ sở.

Có thể bỏ mạch khử ghép khỏi hệ thống điều khiển mà không có ảnh hưởng

đáng kể lên đáp ứng động, nếu tầng số lấy mẫu và tầng số đóng cắt bộ nghịch lưu

đủ lớn, thông thường ít nhất trên 1 kHz. Nếu tần số đóng cắt bộ nghịch lưu dưới

1kHz, cần phải có mạch khử ghép. Tuy nhiên, ứng dụng mạch khử ghép cho phép

cải thiện về động lực ngay cả khi tần số đóng cắt trên 1kHz. Trong những bộ điều

khiển dòng có tần số đóng cắt cao hơn có khả năng khử tương tác giữa các thành

phần trục d và q và mạch khử ghép trong đa số trường hợp được bỏ qua. Một ưu

điểm của động cơ được tiếp áp định hướng từ thông rotor được giảm bớt tính nhạy

đối với việc thay đổi tham số rotor so với động cơ được tiếp dòng.

Tóm lượt động cơ được tiếp áp định hướng từ thông rotor. Thành phần trục

d-q điện áp yêu cầu được xây dựng như là tổng những đầu ra của các bộ điều khiển

dòng (vận hành trong hệ quy chiếu quay) và đại lượng được gọi là điện áp khử ghép

(có dạng đơn giản hơn nếu từ thông rotor coi như bằng hằng số). Những phương

trình được dẫn xuất cho động cơ được tiếp dòng vẫn còn đúng. Cần có hai bộ

chuyển đổi tọa độ: một chuyển đổi các thành phần trục d-q điện áp yêu cầu stator

thành điện áp yêu cầu ba pha, trong khi bộ kia chuyển đổi dòng pha đo được thành

các thành phần trục d-q. Từ đó ta có những phương trình liên quan đến động cơ

được tiếp áp định hướng từ thông rotor sau:

+ 𝑒𝑑

𝑣𝑞𝑠

+ 𝑒𝑞

, ∗ = 𝑣𝑞𝑠

𝑣𝑑𝑠

, ∗ = 𝑣𝑑𝑠

𝑒𝑑 = − 𝜔𝑟 𝜎𝐿𝑠𝑖𝑞𝑠

𝑒𝑞 = 𝜔𝑟

𝛹𝑟

𝐿𝑠 𝐿𝑚

𝛹𝑟 + 𝑇𝑟

= 𝐿𝑚 𝑖𝑑𝑠

𝑑𝛹𝑟 dt

(𝑤𝑟 − 𝑤) 𝛹𝑟 𝑇𝑟 = 𝐿𝑚 𝑖𝑞𝑠

(5.19)

𝑃

𝑇𝑒 =

𝛹𝑟 𝑖𝑞𝑠

𝐿𝑚 𝐿𝑟

∗ cos𝑟 − 𝑣𝑞𝑠

∗ sin𝑟

∗ = 𝑣𝑑𝑠 𝑣𝑎

∗ cos(𝑟 − 2/3) − 𝑣𝑞𝑠

∗ sin(𝑟 − 2/3)

∗ = 𝑣𝑑𝑠 𝑣𝑏

∗ cos(𝑟 − 4/3) − 𝑣𝑞𝑠

∗ = 𝑣𝑑𝑠 𝑣𝑐

∗ sin(𝑟 − 4/3)

𝑖𝑑𝑠 = (2/3)( 𝑖𝑎 cos𝑟 + 𝑖𝑏 cos(𝑟 - 2/3) + 𝑖𝑐 cos(𝑟 − 4/ 3))

𝑖𝑞𝑠 = - (2/3)( 𝑖𝑎 sin𝑟 + 𝑖𝑏 sin(𝑟 - 2/3) + 𝑖𝑐 sin(𝑟 − 4/3))

Chú ý rằng hệ thống điều khiển trong cả hai hệ truyền động được tiếp áp lẫn

tiếp dòng đều xử lý các đại lượng một chiều và hoàn toàn tương ứng với các đại

lượng gặp ở máy một chiều. Khác nhau chủ yếu là cần phải có bộ chuyển đổi tọa độ

trong trường hợp ĐCKĐB.

5.2.3 Ƣớc lƣợng từ thông rotor bằng khâu quan sát

Thuật toán bộ quan sát từ thông rotor động cơ không đồng bộ ba pha

𝑖𝑠𝑑 =𝑖𝑠𝛼 cos𝜃𝑟 + 𝑖𝑠𝛽 𝑠𝑖𝑛𝜃𝑟 (5.20)

𝑑𝛹𝑟𝑑 𝑑𝑡

𝐿𝑚 𝑇𝑚

𝑇𝑟

= 𝑖𝑠𝑑 − 𝛹𝑟𝑑 (5.21)

𝛹𝑟𝛼 = 𝛹𝑟𝑑 cos𝜃𝑠 (5.22)

𝑠 (5.24)

𝛹𝑟𝛽 = 𝛹𝑟𝑑 sin𝜃𝑠 (5.23)

𝑠 = 𝑠

𝑠 + 𝑖 𝑠

2 𝐿𝑠𝐿𝑟 −𝐿𝑚 𝐿𝑟

𝐿𝑚 𝐿𝑟

𝛹 𝛹 𝑟

𝑠 − 𝑅𝑠𝑖 𝑠

𝑠 +𝑢𝑐𝑜𝑚𝑝 (5.25)

𝑑𝛹 𝑠 𝑠 𝑑𝑡

𝑠 (5.26)

= 𝑢 𝑠

𝑠𝛹 𝑠 𝑠

𝐾𝑖 𝑠

𝑠 =

𝑠 −

𝛹 𝑢𝑐𝑜𝑚𝑝 = 𝐾𝑝 +

𝑠 (5.27) 𝑖 𝑠

𝐿𝑚 𝐿𝑟

2 𝐿𝑟 𝐿𝑠−𝐿𝑚 𝐿𝑚

𝛹 𝑟 𝛹 𝑠

Hình 5.7: Sơ đồ bộ quan sát từ thông rotor

5.2.4 Mô phỏng FOC với bộ quan sát từ thông trên Matlab – Simulink

Mô phỏng với các thông số thường gặp như sau:

Công suất động cơ: 10HP

Điện trở stator: 𝑅𝑠 = 1.177 𝛺.

Điện trở rotor: 𝑅𝑟 = 1.382 𝛺

Điện cảm stator: 𝐿𝑠 = 0.118 𝛺

Điện trở rotor: 𝐿𝑟 = 0.113 𝛺

Moment tải: 𝑀𝑇 = 3.5 (N)

Moment quán tính: 𝐽𝑚 =0.00126 (Kg/𝑚2)

Hỗ cảm: 𝐿𝑚 = 0.113 (H)

Số đôi cực: P = 2

Điện áp cung cấp cho bộ nghịch lưu 𝑈𝐷𝐶 = 220∗𝑠𝑞𝑟𝑡 (2)

Hình 5.8: Sơ đồ khối mô phỏng Matlab – Simulink ĐCKĐB ba pha theo phương

pháp FOC với bộ quan sát từ thông.

5.2.5 Kết quả mô phỏng phƣơng pháp FOC trong Matlab - Simulink

Hình 5.9: Dòng từ hóa FOC trong mô phỏng Matlab - Simulink

Hình 5.10:Từ thông rotor FOC trong mô phỏng Matlab - Simulink

Hình 5.11 Tốc độ động cơ FOC trong mô phỏng Matlab - Simulink

Hình 5.12: Moment động cơ FOC trong mô phỏng Matlab – Simulink

Hình 5.13: Dòng điện ba pha FOC trong mô phỏng Matlab – Simulink

Nhận xét:

Ta thấy từ thông và tốc độ bám sát giá trị tốc độ đặt.

Dòng điện ba pha trong động cơ cân bằng pha và có dao động lúc đóng tải vào động

cơ từ 1,5 giây đến 3 giây.

CHƢNG 6: NGUYÊN LÝ ĐIỀU KHIỂN DÙNG MÔ HÌNH

NỘI VÀ ÁP DỤNG VÀO ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ

Nguyên lý điều khiển dùng mô hình nội (Internal model control) được Morari

đề xuất năm 1985 và áp dụng cho các đối tượng ổn định. Năm 1987 Zafiriou va

Morari đã hoàn thiện nguyên lý IMC áp dụng cho các đối tượng ổn định và bất ổn.

Phương pháp này có các ưu điểm là các điều kiện về ổn định nội và tính bền vững

được diễn tả một cách đơn giản thông qua các hàm truyền đạt của hệ thống nên dễ

sử dụng trong thiết kế. Dựa trên cơ sở của nguyên lý IMC áp dụng với hệ tuyến

tính, luận văn thử nghiệm trên hệ phi tuyến là động cơ không đồng bộ ba pha.

6.1 NGUYÊN LÝ ĐIỀU KHIỂN DÙNG MÔ HÌNH NỘI [D2]

6.1.1 Cấu trúc hệ thống dùng mô hình nội:

Nguyên lý hệ thống điều khiển dùng mô hình nội (Internal Model Control: IMC)

được Morari đề xuất như hình 6.1.

Hình 6.1 Sơ đồ điều khiển mô hình nội

Ta có sơ đồ điều khiển truyền thống như hình 6.2 và bằng các phép biến đổi đơn

giản ta có thể chuyển sơ đồ mô hình nội thành sơ đồ điều khiển truyền thống như

−1

hình 6.3 với bộ điều khiển truyền thống tương đương.

K = I − PG P = P I − G P

Hình 6.2 Biến đổi sơ đồ điều khiển mô hình nội (hình 6.1) thành sơ đồ kiểu truyền

thống

Ngược lại ta cũng có thể chuyển sơ đồ điều khiển truyền thống thành sơ đồ điều

−1

khiển mô hình nội (hình 6.3) với bộ điều khiển mô hình nội tương đương.

P = I + KG K = K I + KG

( a)

(b)

Hình 6.3: sơ đồ điều khiển truyền thống (H.a) thành sơ đồ điều khiển mô hình nội

(H.b)

Hình 6.4: Sơ đồ khối hệ thống dùng mô hình nội

Trong đó mô hình thuận là mô hình toán học của hệ thống bao gồm bộ nghịch lưu

và động cơ không đồng bộ ba pha. Các tín hiệu vào của mô hình thuận là 𝑢𝑠𝑑 , 𝑢𝑠𝑞 , 𝜔𝑠. Các tín hiệu ra của mô hình thuận là 𝛹 𝑟 và 𝜔 . Nếu mô hình thuận chính

xác và động cơ làm việc không tải (𝑇𝐿 ≡ 0) thì tín hiệu ra của mô hình thuận trùng

với tín hiệu ra của động cơ.

𝛹 𝑟 = 𝛹𝑟 và 𝜔 = 𝜔 (6.1)

Mô hình ngược (Inverse Model) là nghịch đảo của mô hình thuận. Các tín hiệu vào điều khiển của mô hình ngược là 𝛹 𝑟 và 𝜔 . Các tín hiệu ra của mô hình ngược là 𝑢𝑠𝑑 , 𝑢𝑠𝑞 và 𝜔𝑠. Nếu mô hình ngược chính xác, tín hiệu vào của mô hình ngược sẽ

trùng với tín hiệu ra của mô hình thuận.

𝛹 𝑟 = 𝛹 𝑟 và 𝜔 = 𝜔 (6.2)

Nếu mô hình thuận và mô hình ngược chính xác và động cơ làm việc không

tải (T ≡ 0), ta có

Khi ( 6.1) thỏa mãn, tín hiệu hồi tiếp trên hình 6.1 bằng 0. Ta có:

𝛹 𝑟 = 𝛹𝑟 và 𝜔 = 𝜔 (6.3)

𝛹𝑟𝑒𝑓 = 𝑒𝛹 và 𝜔𝑟𝑒𝑓 = 𝑒𝜔 (6.4)

Từ (6.1), (6.2), (6.3), (6.4) ta thấy hàm truyền đạt từ các tín hiệu đặt 𝑟𝛹 , 𝑟𝜔 đến các

tín hiệu ra 𝛹𝑟 và 𝝎 được xác định bởi các bộ lọc IMC. Bằng cách chọn các bộ lọc

IMC, ta thiết lập được các hàm truyền đạt mong muốn.

G: là đối tượng điều khiển

𝐺 : là mô hình điều khiển

𝐺 −1: Mô hình ngược của đối tượng.

F: Bộ lọc thông thấp.

r: tín hiệu đặt.

d: nhiễu ngõ ra.

y: tín hiệu đáp ứng ngõ ra.

𝑦 : tín hiệu ngõ ra của mô hình.

e: sai số ngõ ra của mô hình so với ngõ ra thực của đối tượng.

6.1.2 Mô hình thuận [B2]

Mô hình thuận là mô hình phi tuyến của động cơ không đồng bộ trong hệ tọa độ từ

thông rotor (tọa độ dq) với các tín hiệu vào là các thành phần điện áp ( 𝑢𝑠𝑑 , 𝑢𝑠𝑞 , 𝜔𝑠)

và các tín hiệu ra là các thành phần của từ thông rotor trong hệ tọa độ dq và tốc độ

động cơ tính bằng rad/s

Mô hình trạng thái của động cơ không đồng bộ trong hệ tọa độ dq được dẫn ra như

𝑑𝑖𝑠𝑑 𝑑𝑡

= −𝑎1𝑖𝑠𝑑 + 𝜔𝑠𝑖𝑠𝑞 + 𝑎2𝛹𝑟𝑑 + 𝑎3𝜔𝛹𝑟𝑞 + 𝑎4𝑢𝑠𝑑 (6.5)

𝑑𝑖𝑠𝑞 𝑑𝑡

= −𝜔𝑠𝑖𝑠𝑑 − 𝑎1𝑖𝑠𝑞 + 𝑎2𝛹𝑟𝑑 − 𝑎3𝜔𝛹𝑟𝑑 + 𝑎4𝑢𝑠𝑞 (6.6)

𝑑𝛹𝑟𝑑 𝑑𝑡

= 𝑎5𝑖𝑠𝑑 − 𝑎5𝛹𝑟𝑑 + (𝜔𝑠 − 𝜔)𝛹𝑟𝑞 (6.7)

𝑑𝛹𝑟𝑞 𝑑𝑡

= 𝑎5𝑖𝑠𝑞 − 𝑎5𝛹𝑟𝑞 + (𝜔𝑠 − 𝜔)𝛹𝑟𝑑 (6.8)

𝑑𝜔

𝑑𝑡

= 𝑎7 𝑇𝑒 − 𝑇𝐿 (6.9)

2 (6.11)

2 + 𝛹𝑟𝑞

𝑇𝑒 = 𝑎6 𝛹𝑟𝑑 𝑖𝑠𝑞 − 𝛹𝑟𝑞 𝑖𝑠𝑑 (6.10)

𝛹𝑟 = 𝛹𝑟𝑑

Hình 6.5: Mô hình động cơ không đồng bộ ba pha mô phỏng Matlab - Simulink

Mô hình thuận được dẫn ra từ công thức (6.5) đến công thức (6.11) với 𝑇𝐿= 0

𝑑𝑖 𝑠𝑑 𝑑𝑡

= −𝑎 1𝑖 𝑠𝑑 + 𝜔𝑠𝑖 𝑠𝑞 + 𝑎 2𝛹 𝑟𝑑 + 𝑎 3𝜔𝛹 𝑟𝑞 + 𝑎 4𝑢𝑠𝑑 (6.12)

𝑑𝑖 𝑠𝑞 𝑑𝑡

= −𝜔𝑠𝑖 𝑠𝑑 − 𝑎 1𝑖 𝑠𝑞 + 𝑎 2𝛹 𝑟𝑑 − 𝑎 3𝜔𝛹 𝑟𝑑 + 𝑎 4𝑢𝑠𝑞 (6.13)

𝑑𝛹 𝑟𝑑 𝑑𝑡

= 𝑎 5𝑖 𝑠𝑑 − 𝑎 5𝛹 𝑟𝑑 + (𝜔𝑠 − 𝜔)𝛹 𝑟 (6.14 )

𝑑𝛹 𝑟𝑞 𝑑𝑡

= 𝑎 5𝑖 𝑠𝑞 − 𝑎 5𝛹 𝑟𝑞 + (𝜔𝑠 − 𝜔)𝛹 𝑟𝑑 (6.15)

𝑑𝜔

𝑇 𝑒 = 𝑎 6 𝛹 𝑟𝑑 𝑖 𝑠𝑞 − 𝛹 𝑟𝑞 𝑖 𝑠𝑑 (6.16)

𝑑𝑡

2 (6.18)

2 + 𝛹 𝑟𝑞 𝛹 𝑟 = 𝛹 𝑟𝑑

= 𝑎 7𝑇 𝑒 (6.17)

Trong đó từ 𝑎 1 đến 𝑎 7 được định nghĩa tương tự như như 𝑎1 đến 𝑎7 trong (6.5) đến

(6.11) với các thông số mô hình.

Sơ đồ khối của mô hình thuận trong Matlab - Simulink

Hình 6.6: Mô hình thuận trong mô phỏng Matlab - Simulink

6.1.3 Mô hình ngƣợc [B2]

𝑑𝑖 𝑠𝑑 𝑑𝑡

= −𝑎 1𝑖 𝑠𝑑 + 𝜔𝑠𝑖 𝑠𝑞 + 𝑎 2𝛹 𝑟𝑑 + 𝑎 3𝜔𝛹 𝑟𝑞 + 𝑎 4𝑢𝑠𝑑 (6.19)

𝑑𝑖 𝑠𝑞 𝑑𝑡

= −𝜔𝑠𝑖 𝑠𝑑 − 𝑎 1𝑖 𝑠𝑞 + 𝑎 2𝛹 𝑟𝑑 − 𝑎 3𝜔𝛹 𝑟𝑑 + 𝑎 4𝑢𝑠𝑞 (6.20)

𝑑𝛹 𝑟𝑑 𝑑𝑡

= 𝑎 5𝑖 𝑠𝑑 − 𝑎 5𝛹 𝑟𝑑 + (𝜔𝑠 − 𝜔)𝛹 𝑟 (6.21 )

𝑑𝛹 𝑟𝑞 𝑑𝑡

= 𝑎 5𝑖 𝑠𝑞 − 𝑎 5𝛹 𝑟𝑞 + (𝜔𝑠 − 𝜔)𝛹 𝑟𝑑 (6.22)

𝑑𝜔

𝑇 𝑒 = 𝑎 6 𝛹 𝑟𝑑 𝑖 𝑠𝑞 − 𝛹 𝑟𝑞 𝑖 𝑠𝑑 (6.23)

𝑑𝑡

2 (6.25)

2 + 𝛹 𝑟𝑞 𝛹 𝑟 = 𝛹 𝑟𝑑

= 𝑎 7𝑇 𝑒 (6.24)

Trong đó các hệ số từ 𝑎 1 đến 𝑎 7 là các thông số của mô hình thuận. Nếu trục hoành

𝛹 𝑟𝑞 = 0 và 𝛹 𝑟𝑑 = 𝛹 𝑟

của hệ tọa độ dq trùng với vector từ thông rotor, ta có:

Từ (6.23), (6.24) ta có:

(6.26)

×

1 𝑎 6𝑎 7𝛹 𝑟

𝑠𝜔 𝑇𝑑 𝑠+1

𝑖 𝑠𝑞 =

Sơ đồ khối mô hình ngƣợc trong mô phỏng Matlab – Simulink

Hình 6.7: Mô hình ngược trong mô phỏng Matlab – Simulink

𝑠 𝑇𝑑 𝑠+1

Trong đó s là toán tử Laplace hàm truyền đạt được sử dụng để xấp xỉ toán tử

đạo hàm d/dt (hằng số thời gian được chọn đủ bé) từ (6.21)

𝑠𝛹 𝑟 𝑇𝑑 𝑠+1

𝑖 𝑠𝑑 = 𝑇 𝑟 + 𝛹 𝑟 (6.27)

1 𝑎 5

từ (6.22) ta có: Với 𝑇 𝑟 =

𝑖 𝑠𝑞 𝑇 𝑟 𝛹 𝑟

(6.28) 𝜔𝑠 = 𝜔 +

Từ (6.19) và (6.20) ta có:

+ 𝑎 1𝑖 𝑠𝑑 − 𝜔𝑠𝑖 𝑠𝑞 − 𝑎 2𝛹 𝑟 (6.29)

𝑢𝑠𝑑 =

1 𝑎 4

𝑠𝑖 𝑠𝑑 𝑇𝑑 𝑠+1

1 𝑎 4

𝑠𝑖 𝑠𝑞 𝑇𝑑𝑠+1

+ 𝑎 1𝑖 𝑠𝑞 + 𝜔𝑠𝑖 𝑠𝑑 − 𝑎 3𝜔 𝛹 𝑟 (6.30) 𝑢𝑠𝑞 =

Mô hình ngược được xác định bởi (6.23) đến (6.30)

6.1.4 Bộ lọc IMC.

Bộ lọc IMC là bộ lọc thông thấp với độ lợi tĩnh bằng 1 (để triệt tiêu sai số xác lập

đối với bước nhảy đơn vị)

𝜏𝜔 𝑠+1

(6.31) 𝐹𝜔 (𝑠) =

𝜏𝛹 𝑠+1

(6.32) 𝐹𝛹 (𝑠) =

Trong đó các hằng số thời gian 𝜏𝜔 , 𝜏𝛹 được xác định bởi thời gian đáp ứng mong

muốn của hệ thống hồi tiếp.

Hình 6.8: Bộ lọc IMC

Sơ đồ khối chuyển trục từ hệ dq/abc trong Matlab- simulink

Hình 6.9: Chuyển trục dq/abc trong Matlab – Simulink

Sơ đồ khối chuyển trục từ hệ αβ/abc trong Matlab- simulink

Hình 6.10: Chuyển trục αβ/abc trong Matlab – Simulink

6.1.5 Bộ quan sát từ thông rotor

Hình 6.11: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển mô hình nội với bộ quan sát từ thông

Rotor

Hình 6.12: Bộ ước lượng từ thông trong Matlab – Simulink

6.1.6 Bộ biến tần ba bậc trong Matlab – simulink

Hình: 6.13 Biến tần ba bậc ba pha mô phỏng bằng Matlab – Simulink của IMC

Hình: 6.14 Bộ nghịch lưu của biến tần ba bậc ba pha mô phỏng bằng Matlab –

Simulink của IMC

Hình:6.15 Sơ đồ mô phỏng điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha trong

Matlab- Simulink dùng mô hình nội

6.2 Mô phỏng IMC với phần mềm Matlab – Simulink

Với động cơ không đồng bộ ba pha ta sẽ chấp nhận một số điều kiện sau để đơn

giản hóa mô hình:

1. Có thể bỏ qua các tổn hao sắt từ và bão hòa từ.

2. Bỏ qua dòng từ hóa và từ trường phân bố hình sin trong khe hở không khí.

3. Các giá trị điện trở và điện kháng xem như không đổi.

4. Các cuộn dây stator được bố trí đối xứng bề mặt không gian.

Mô phỏng với các thông số thường gặp như sau:

Công suất động cơ: 10HP

Điện trở stator: 𝑅𝑠 = 1.177 𝛺.

Điện trở rotor: 𝑅𝑟 = 1.382 𝛺

Điện cảm stator: 𝐿𝑠 = 0.118 𝛺

Điện trở rotor: 𝐿𝑟 = 0.113 𝛺

Moment tải: 𝑀𝑇 = 3.5 (N)

Moment quán tính: 𝐽𝑚 =0.00126 (Kg/𝑚2)

Hỗ cảm: 𝐿𝑚 = 0.113 (H)

Số đôi cực: P = 2

Thời ngian mô phỏng: 𝑇𝑠𝑖𝑚 = 4 (s)

Chu kỳ lấy mẫu 𝑇𝑠𝑎𝑚𝑝 = 0.001 (s)

Thời hằng khâu đạo hàm 𝑇𝑑 = 0.0001 (s)

Tốc độ đặt, tốc độ điện: 𝑊𝑟𝑒𝑓 = 150 (rad/s)

Từ thông đặt: 𝐹𝑖𝑟𝑒𝑓 = 1

Mô men tải 𝑇𝐿= 10 (Nm)

Mô men tải 𝑇𝐿= 20 (Nm)

Mô men tải 𝑇𝐿= 3.5 (Nm)

Các hằng số thời gian của bộ lọc IMC được chọn như sau:

𝜏𝜔 = 0.3s và 𝜏𝛹= 0.05s

Kết quả mô phỏng của động cơ không đồng bộ thường gặp trong thực tế là khởi

động, không tải, có tải, tăng tốc, giảm tốc, đảo chiều

Hình:6.16 Điều khiển mô hình nội

Nhận xét kết quả mô phỏng

a) Đáp ứng danh định: thông số trùng với thông số động cơ

Kết quả mô phỏng IMC được trình bày trên hình (6.14). Các thông số đã được

chỉnh định sao cho hệ thống hồi tiếp có thời gian đáp ứng tốc độ khoảng 1s và thời

gian đáp ứng từ thông khoảng 0.15s. Ta thấy việc đóng cắt tải (moment tải) không

ảnh hưởng đáng kể đến tốc độ và từ thông động cơ

b) Tính bền vững với sự thay đổi thông số mô hình 𝐑𝐬, 𝐑𝐫 Mô phỏng IMC với thông số Rs = 2R s, Rr = 2R r

Hình 6.17: Mô phỏng đáp ứng nấc tốc độ của bộ điều khiển IMC với thông số

𝑅𝑠 = 2𝑅 𝑠, 𝑅𝑟 = 2𝑅 𝑟

c) Tính bền vững với sự thay đổi 𝑳𝒔, 𝑳𝒓, 𝑳𝒎

Mô phỏng IMC với thông số 𝑳𝒔 = 𝟎. 𝟖𝐋 𝐬, 𝑳𝒓 = 𝟎. 𝟖𝐋 𝐫, 𝑳𝒎 = 𝟎. 𝟖𝐋 𝐦

Hình 6.18: Mô phỏng đáp ứng nấc tốc độ của bộ điều khiển IMC với thông số 𝐿𝑠 = 0.8L s, 𝐿𝑟 = 0.8L r, 𝐿𝑚 = 0.8L m

d) Tính bền vững đối với sự thay đổi J

Mô phỏng IMC với thông số 𝟓𝑱 = 𝑱

Hình 6.19: Mô phỏng đáp ứng nấc tốc độ của bộ điều khiển IMC với thông số

5𝐽 = 𝐽

e)Tính bền vững đối với sự thay đổi các thông số 𝐑𝐬, 𝐑𝐫, 𝑳𝒔, 𝑳𝒓, 𝑳𝒎, J

Mô phỏng IMC với thông số Rs = 1.5R s, Rr = 1.5R r, Ls = 1.5L s, Lr = 1.5L r, Lm = 1.5L m , 𝐽 = 1.5𝐽

Hình 6.20 Mô phỏng điều khiển IMC với thông số 𝑅𝑠 = 1.5𝑅 𝑠, 𝑅𝑟 = 1.5𝑅 𝑟 , 𝐿𝑠 = 1.5𝐿 𝑠, 𝐿𝑟 = 1.5𝐿 𝑟, 𝐿𝑚 = 1.5𝐿 𝑚 , 𝐽 = 1.5𝐽

f)Thay đổi tốc độ đặt 𝝎𝒓𝒆𝒇 = 𝟏𝟔𝟎 𝒓𝒂𝒅/𝒔

Hình 6.21: Kết quả mô phỏng khi thay đổi tốc độ đặt 𝝎𝒓𝒆𝒇 = 𝟏𝟔𝟎 𝒓𝒂𝒅/𝒔

g)Thay đổi tốc độ đặt 𝝎𝒓𝒆𝒇 = 𝟏𝟒𝟎 𝒓𝒂𝒅𝒊𝒂𝒏/𝒔

Hình 6.22: Kết quả mô phỏng khi thay đổi tốc độ đặt 𝝎𝒓𝒆𝒇 = 𝟏𝟒𝟎 𝒓𝒂𝒅/𝒔

h)Thay đổi tốc độ đặt 𝝎𝒓𝒆𝒇 = 𝟏𝟒𝟓 𝒓𝒂𝒅/𝒔

Hình 6.23: Kết quả mô phỏng khi thay đổi tốc độ đặt 𝝎𝒓𝒆𝒇 = 𝟏𝟒𝟓 𝒓𝒂𝒅/𝒔

m)Thay đổi tốc độ đặt 𝝎𝒓𝒆𝒇 = 𝟏𝟓𝟓 𝒓𝒂𝒅/𝒔

Hình 6.24: Kết quả mô phỏng khi thay đổi tốc độ đặt 𝝎𝒓𝒆𝒇 = 𝟏𝟓𝟓 𝒓𝒂𝒅/𝒔

Nhận xét:

Thực hiện phương pháp mô phỏng điều khiển mô hình nội áp dụng cho động cơ

không đồng bộ ba pha bằng công cụ Simulink của phần mềm Matlab ta được kết

quả sau:

- Hệ thống có đáp ứng danh định rất tốt như là đáp ứng nhanh, không vọt lố tốc độ,

không dao động.

- Hệ thống có tính bền vững cao khi thay đổi các thông số R, L, J của động cơ.

- Khi thực hiện khởi động, tăng tốc, không tải, có tải, đảo chiều thì đáp ứng ngõ ra

của hệ thống vẫn tốt.

- Có thể thay đổi đáp ứng ngõ ra của hệ thống bằng việc thay đổi thông số bộ lọc.

KẾT LUẬN

Luận văn đã thực hiện một số nội dung sau:

 Xây dựng mô hình toán học mô tả động cơ không đồng bộ ba pha.

 Tìm hiểu về biến tần đa bậc điều khiển động cơ xoay chiều ba pha.

 Tìm hiểu điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha bằng phương pháp định hướng

trường (FOC).

 Tìm hiểu nguyên lý điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha dùng nguồn biến tần

đa bậc bằng phương pháp mô hình nội (IMC)

Qua khảo sát lý thuyết và thực hiện mô phỏng hai phƣơng pháp cho thấy

rằng:

 Phương pháp điều khiển dùng mô hình nội áp dụng cho đối tượng phi tuyến là

động cơ không đồng bộ ba pha có kết quả rất tốt, đáp ứng nhanh, không vọt lố tốc

độ, không dao động, tính bền vững với sai số mô hình.

 Khối lượng xử lý không nhiều.

 Chất lượng dòng điện được nâng cao so với việc sử dụng bộ nghịch lưu hai bậc.

 Phương pháp mô hình nội cho phép thiết kế hệ thống đơn giản và hiệu quả, tuy

nhiên kết quả mô phỏng chỉ mang tính chất định tính, chưa xác định giới hạn sự

thay đổi của các thông số đối tượng điều khiển trên cơ sở toán học.

 Phương pháp điều khiển định hướng trường (FOC) thì từ thông hơi nhiễu và méo

dạng, đáp ứng chậm, có sự vọt lố tốc độ cao hơn phương pháp dùng mô hình nội

(IMC)

Hƣớng phát triển của đề tài:

Có thể dùng mạng neural để huấn luyện mô hình thuận và mô hình ngược trong

sơ đồ điều khiển IMC, sau đó thay thế mô hình thuận và ngược bằng mạng neural

vừa huấn luyện. Cũng có thể thay bộ lọc IMC bằng bộ lọc mờ hoặc ước lượng tốc

độ dùng mạng neural, điều khiển thích nghi (tự tổ chức hoặc tự xử lý) trong ước

lượng và điều khiển nhằm nâng cao hơn nữa tính bền vững của bộ điều khiển.

Một hướng khác để nghiên cứu là làm như thế nào để nâng cao hơn nữa các bộ điều

khiển động cơ không đồng bộ bằng cách sử dụng bộ nghịch lưu đa bậc với số bậc

cao hơn. Lúc đó chất lượng sóng hài cũng sẽ được cải thiện

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[B1] Bùi Hữu Hạnh. Điều khiển động cơ không đồng bộ tựa theo từ thông rotor

- RFOC. Luận văn tốt nghiệp đại học chuyên ngành Điện năng. Đại học Bách

Khoa tp. Hồ Chí Minh, 2006.

[B2] Nguyễn Xuân Bắc. Điều khiển trượt động cơ không đồng bộ ba pha trên biến

tần đa bậc. Luận văn thạc sĩ chuyên ngành Thiết bị, mạng và nhà máy điện. Đại

học Bách Khoa tp. Hồ Chí Minh, 2009.

[C1] C. Canudas de Wit (ed.), Modelisation, controle vectoriel et DTC.

Hermes Science.

[C2] Châu Chí Đức, Dương Hoài Nghĩa. Ước lượng từ thông và tốc độ động cơ

không đồng bộ dùng mạng neuron. Tạp chí Khoa học Công nghệ, số 42+43, pp.

75-79, 2003.

[D1] Dương Hoài Nghĩa, Nguyễn Văn Nhờ, Hong-Hee Lee. Control of induction

motor using IMC approach. 2007. ICPE’07 Conference in Daegu, Korea.

[D2] Dương Hoài Nghĩa. Điều khiển hệ thống đa biến. NXB Đại học Quốc gia

tp. Hồ Chí Minh, 2007.

[D3] Dương Hoài Nghĩa, Trương Văn Hiền. Điều khiển tốc độ động cơ đồng bộ

dùng mô hình nội. Tạp chí Khoa học Công Nghệ, pp 42 – 46, số 38+39, 2002.

[D4] Đỗ Thị Hồng Thắm. Điều khiển trượt momen động cơ không đồng bộ. Luận

văn thạc sĩ chuyên ngành Thiết bị, mạng, và nhà máy điện. Đại học Bách Khoa

tp. Hồ Chí Minh, 2006.

[D5] Đỗ Thị Hồng Thắm, Dương Hoài Nghĩa. Sliding mode control of induction

motor. 2007. The 2007 International Symposium on Advanced Science and

Engineering, Đại học Bách Khoa tp. HCM.

[E1] C. Edwards, S.K. Spurgeon. Sliding mode control. Theory and applications.

Taylor & Francis, 1998.

[K1] H.K. Khalil. Nonlinear systems. Prentice-Hall, 2002.

[L1] Lê Việt Sơn. Điều khiển động cơ không đồng bộ dùng phương pháp điều

khiển thụ động. Luận văn thạc sĩ chuyên ngành Thiết bị, mạng, và nhà máy

điện. Đại học Bách Khoa tp. Hồ Chí Minh, 2006.

[M1] Mai Thế Phát. Điều khiển động cơ không đồng bộ dùng phương pháp

tuyến tính hóa truyền đạt vào ra. Luận văn thạc sĩ chuyên ngành Thiết bị, mạng,

và nhà máy điện. Đại học Bách Khoa tp. Hồ Chí Minh, 2005.

[M2] M. Morari, E. Zafiriou. Robust process control. Prentice Hall, 1997.

[N1] Ngô Quang Vũ. Điều khiển động cơ không đồng bộ dùng phương pháp

momen trực tiếp với bộ biến tần năm bậc. Ứng dụng truyền động xe. Luận văn tốt

nghiệp đại học chuyên ngành Điện năng. Đại học Bách Khoa tp. Hồ Chí Minh,

2008.

[N2] Nguyễn Phùng Quang. Điều khiển tự động truyền động điện xoay chiều ba

pha. NXB GD. 1996.

[P1] D.Ponce Cruz, J.J.R. Rivas; Induction motor space vector control using

adaptive reference model direct and indirect methods; IEEE Press, 2000.

[T1] Trần Công Binh, Dương Hoài Nghĩa. Điều khiển động cơ không đồng bộ

dùng mô hình nội. Tạp chí Khoa học Công nghệ, số 54, pp. 64-67, 2005.

[V1] Văn Thị Kiều Nhi. Điều khiển và quan sát trượt động cơ không đồng bộ

trong hệ toạ độ stator. Luận văn thạc sĩ chuyên ngành Thiết bị, mạng, và nhà

máy điện. Đại học Bách Khoa tp. Hồ Chí Minh, 2007.

[V3] Võ Minh Luật. Điều khiển động cơ không đồng bộ dùng phương pháp

momen trực tiếp với bộ biến tần ba bậc. Ứng dụng truyền động cầu trục. Luận

văn tốt nghiệp đại học chuyên ngành Điện năng. Đại học Bách Khoa tp. Hồ Chí

Minh, 2008.

Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha cấp nguồn bởi biến tần đa bậc dùng phương pháp mô hình nội

---------------------------

NGUYỄN NHẬT THÔNG

ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA

PHA CẤP NGUỒN BỞI BIẾN TẦN ĐA BẬC

DÙNG PHƢƠNG PHÁP MÔ HÌNH NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Chuyên ngành : KỸ THUẬT ĐIỆN

Mã số ngành: 60520202

---------------------------

NGUYỄN NHẬT THÔNG

ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA

PHA CẤP NGUỒN BỞI BIẾN TẦN ĐA BẬC

DÙNG PHƢƠNG PHÁP MÔ HÌNH NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Chuyên ngành : KỸ THUẬT ĐIỆN

Mã số ngành: 60520202

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

TÓM TẮT

ABSTRACT

MỤC LỤC

5.2.2. Động cơ không đồng bộ được tiếp áp ............................................................. 37

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC BẢNG, HÌNH

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN

CHƢƠNG 2: ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA

CHƢƠNG 3: BIẾN TẦN ĐA BẬC

Chƣơng 4 : CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ

KHÔNG ĐỒNG BỘ

CHƢƠNG 5: ĐIỀU KHIỂN ĐỊNH HƢỚNG TỪ THÔNG

ROTOR ĐCKĐB

𝛹𝑟 + 𝑇𝑟

= 𝐿𝑚 𝑖𝑑𝑠

𝑑𝛹𝑟 dt

(𝑤𝑟 − 𝑤) 𝛹𝑟𝑇𝑟 = 𝐿𝑚 𝑖𝑞𝑠

𝑃

𝑇𝑒 =

𝛹𝑟 𝑖𝑞𝑠

3 2

𝐿𝑚 𝐿𝑟

𝑖𝑎

(5.11)

𝑖𝑏

𝑖𝑐

5.2.2. Động cơ không đồng bộ đƣợc tiếp áp

stator dọc theo vectơ từ thông rotor, tuy nhiên vectơ điện áp stator thích hợp để có

(5.12)

𝛹𝑠 =

𝛹𝑟 + 𝜎𝐿𝑠𝑖𝑠

𝑒𝑑 = − 𝜔𝑟 𝜎𝐿𝑠𝑖𝑞𝑠

(5.18)

𝑒𝑞 = 𝜔𝑟

𝛹𝑟

+ 𝑒𝑑

𝑣𝑞𝑠

+ 𝑒𝑞

𝑣𝑑𝑠

𝑒𝑑 = − 𝜔𝑟 𝜎𝐿𝑠𝑖𝑞𝑠

𝑒𝑞 = 𝜔𝑟

𝛹𝑟

𝛹𝑟 + 𝑇𝑟

= 𝐿𝑚 𝑖𝑑𝑠

(𝑤𝑟 − 𝑤) 𝛹𝑟 𝑇𝑟 = 𝐿𝑚 𝑖𝑞𝑠

(5.19)

𝑃

𝑇𝑒 =

𝛹𝑟 𝑖𝑞𝑠

∗ = 𝑣𝑑𝑠 𝑣𝑎

𝑖𝑑𝑠 = (2/3)( 𝑖𝑎 cos𝑟 + 𝑖𝑏 cos(𝑟 - 2/3) + 𝑖𝑐 cos(𝑟 − 4/ 3))

𝑖𝑞𝑠 = - (2/3)( 𝑖𝑎 sin𝑟 + 𝑖𝑏 sin(𝑟 - 2/3) + 𝑖𝑐 sin(𝑟 − 4/3))

CHƢNG 6: NGUYÊN LÝ ĐIỀU KHIỂN DÙNG MÔ HÌNH

NỘI VÀ ÁP DỤNG VÀO ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ

×

+ 𝑎 1𝑖 𝑠𝑑 − 𝜔𝑠𝑖 𝑠𝑞 − 𝑎 2𝛹 𝑟 (6.29)

𝑢𝑠𝑑 =

KẾT LUẬN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Có thể bạn quan tâm