Bài giảng điều khiển vector động cơ không đồng bộ

Chương 5

ĐiỀU KHIỂN VECTOR
ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ

1


Vector không gian – Hệ tọa độ abc và αβ
β
Trục pha B
A
C
B

α Trục pha A
B’
C’
A’
Trục pha C

Hệ trục tọa độ abc và hệ trục tọa độ αβ
2


Vector không gian – Hệ tọa độ abc và αβ
A

0

B

50

100

C

150

200

250

300

350

Sức từ động 3 pha

3


Vector không gian – Hệ tọa độ abc và αβ
β
Trục pha B

Các vector sức từ động trong trường hợp: θ = ω t = 0o

F cs
Fas

α

Trục pha A

Fbs

Trục pha C

β
Trục pha B

Fbs

Fcs

Fas

α

Trục pha A

Các vector sức từ động trong trường hợp: θ = ω t = 60o

Trục pha C

4


Vector không gian – Hệ tọa độ abc và αβ

β

FSS

FβSs

Vector sức từ động tổng Fss được định nghĩa là:
F = Fas e
s
s

j 0o

+ Fbs e

j120o

+ Fcs e

j 240o

θ s = ωt

FαSs

α

Vector sức từ động tổng

5

Vector không gian – Hệ tọa độ abc và αβ
A

0

B

50

100

C

150

200

250

300

350

Sức từ động 3 pha hình sin và cân bằng
Tín hiệu trong hệ trục tọa độ abc
6

Vector không gian – Hệ tọa độ abc và αβ
β

FSS
θ s = ωt

α

Trong trường hợp dòng xoay chiều ba pha cân bằng và hình sin,
vector Fss có biên độ khơng đổi và quay với vận tốc ω tương ứng
với tần số nguồn cung cấp.

7


Vector không gian – Hệ tọa độ abc và αβ
FαSs

0

FβSs

50

100

150

200

250

300

350

Sức từ động trong hệ trục αβ
Tín hiệu trong hệ trục αβ
8


Vector không gian – Hệ tọa độ abc và αβ
Fbs

Fas

0

50

100

Fcs

150

200

250

300

350

θ (ο )

Sức từ động 3 pha hình sin + sóng hài bậc 5 (5%)
Tín hiệu trong hệ trục tọa độ abc
9


Vector không gian – Hệ tọa độ abc và αβ
β

FSS

θ s = ωt

α

Trong trường hợp khác, ví dụ khi có hài bậc 5 (cỡ 5%) trong sóng
dịng điện, vector Fss có biên độ và vận tốc quay thay đổi.
10


Vector không gian – Hệ tọa độ abc và αβ
FαSs

0

FβSs

50

100

150

200

250

300

350

400

θ (ο )

Sức từ động trong hệ trục αβ
Tín hiệu trong hệ trục αβ

11


Vector không gian – Hệ tọa độ abc và αβ
Khái niệm vector khơng gian có thể mở rộng cho các đại lượng
khác.
Vector dòng stator: i = i e

s
s

s
as

j 0o

Vector dòng stator: v = v e
s
s

s
as

+i e

j 0o

s
bs

+v e
s
bs

Vector từ thông stator: Φ = Φ e
s
s

j120o

s
as

j 0o

+i e
s
cs

j120o

j 240o

+v e

+Φ e
s
bs

s
cs

j120o

j 240o

+Φ e
s

cs

j 240o

12


Phép chuyển đổi hệ tọa độ abc và αβ
Một vector, ví dụ vector dịng i ss có thể triển khai trong hệ tọa độ
abc hay hệ tọa độ αβ.
Trong hệ tọa độ abc: iass , ibss , icss
Trong hệ tọa độ αβ: iαs s , iβs s

Vậy:
s
s j 0o
s j120o
s j 240o
i s = ias e + ibs e
+ ics e
= iαs s + jiβs s
i =v e
s
s

s
as

j 0o

Φ =Φ e
s
s

s
as

+v e

j120o

j 0o

s
bs

s
bs

+Φ e

+v e
s
cs

j120o

j 240o

+Φ e

s
cs

= vαs s + jvβs s
j 240o

= Φαs s + jΦ βs s
13


Phép chuyển đổi hệ tọa độ abc và αβ
Các thành phần trong hệ trục tọa độ abc và hệ tọa độ αβ có thể quy
đổi qua lại với ma trận chuyển đổi tương ứng.
Ví dụ: chuyển các thành phần của i ss từ hệ tọa độ abc → αβ:
1
1  i s 

1
−
−
as

iαs s  
2
2 s
 ibs 
 s =
3
3 s 
iβ s  

0
−
i

2
2   cs 
Và chuyển các thành phần của i ss từ hệ tọa độ αβ → abc:
 2

0 

iass   3
 s
s  1
1  iα s 
s 
ibs  =  − 3

3  iβ s 
i s  
 cs   1
1 
− 3 − 3 



14


Phương trình dịng áp trong hệ tọa độ αβ

R

Phương trình điện áp stator:

i

s
d
Φ
s
v ss = Rs i ss +
dt

Phương trình điện áp rotor:

Ri
v

L

dΦ
e=
dt

dΦ rr
v =R i +
dt
r
r

r r
r r

15


Phương trình dịng áp trong hệ tọa độ αβ
Lưu ý là phương trình điện áp stator thành lập trong hệ tọa độ gắn
với stator (đứng n trong khơng gian), cịn phương trình điện áp
rotor thành lập trong hệ tọa độ gắn với rotor (quay trong không
gian với tốc độ của rotor).
β
v rr
H ệ trục t ọa
độ rotor

α

β

θ
H ệ trục tọa
độ stator

α
16


Phương trình dịng áp trong hệ tọa độ αβ
Các đại lượng rotor có thể quy đổi về stator như sau:

jθ
e
i rs =
i rr
a T1

Với:

v rs = a T1e jθ v rr
Φ rs = a T1e jθ Φ rr
Rr = a R
2
T1

r
r

Ns

•

a T1 =

•

θ = ωt : ω là tốc độ quay của rotor

Nr

: tỉ số vịng dây quấn stator/rotor,

Phương trình điện áp rotor quy đổi về stator:
s
d
Φ
s
r
v rs = Rr iΦ
+
− jω
r
dt

s
r

17


Phương trình dịng áp trong hệ tọa độ αβ
Phương trình điện áp mô tả động cơ:
s
v ss = Rs iΦ
s + p

s
s

s
v rs = Rr iΦ

r + ( p − jω )

s
r

Vector từ thông:

Φ ss   Ls
 s = 
Φ r   Lm

Lm   i ss 
 
Lr   i rs 

18


Phương trình dịng áp trong hệ tọa độ αβ
Phuơng trình điện áp cho động cơ được viết lại:

 v ss   Rs + pLs
 s=
 v r  ( p − jω ) Lm

pLm
 i ss 
 
Rr + ( p − jω ) Lr   i rs 

Trong đó:
Lm: điện cảm hỗ tuơng,
Ls: điện cảm stator = Lls + Lm,
Lr: điện cảm rotor = Llr + Lm,
Lls: điện cảm tản stator, Llr: điện cảm tản rotor,

Lưu ý: v = v + jv ; i = i + ji
s
s

s
αs

s
βs

s
s

s
αs

s
βs
19


Phương trình dịng áp trong hệ tọa độ αβ
Viết lại duới dạng các thành phần theo trục αβ :
 vαs s   Rs + pLs

 s  
 vβ s  =  0
 vαs r   pLm
 s  
vβ r   −ω Lm

0
Rs + pLs
ω Lm
pLm

pLm
o
Rr + pLr
−ω Lr

0  iαs s 
s 

pLm  iβ s 
ω Lr  iαs r 
 s 
Rr + pLr  iβ r 

Lưu ý là với động cơ không đồng bộ, thông thuờng rotor đuợc
ngắn mạch nên:

v rs = 0 ⇒ vαs r = 0; vβs r = 0
20

Phương trình momen động cơ
Momen động cơ tính theo cơng thức:
2
M = PLm ( iβs s iαs r − iαs s iβs r )
3

Hay:

2
M = PLm Im ( i ss i rs* )
3

21


Mơ hình động của động cơ KĐB
Phương trình biểu diễn điện áp động cơ trong hệ tọa độ αβ :
 v ss   Rs + pLs
 s=
 v r  ( p − jω ) Lm

 i ss 
 
Rr + ( p − jω ) Lr   i rs 
pLm

Phương trình biểu diễn từ thơng động cơ trong hệ tọa độ αβ :

Φ ss   Ls

 s = 
Φ r   Lm

Lm   i ss 
 
Lr  i rs 

22


Mơ hình động của động cơ KĐB
Các phương trình này có thểmơ tả bằng sơ đồ mạch điện như hình:

i SS

v

S
S

Rs

pΦ

Lls

S
S

Llr

Lm

i rS

Rr

pΦ

S
r

jωΦ rS

23


Mơ hình động của động cơ KĐB
Lưu ý đây là mạch tương đương mơ hình động của động cơ khơng
đồng bộ (có thể áp dụng để phân tích trạng thái quá độ hoặc xác
lập của động cơ).
Mạch tương đương của động cơ ở trạng thái xác lập có thể suy ra
từ mơ hình này với giả thiết là dịng, áp 3 pha trong động cơ ở chế
độ xác lập, có dạng hình sin và cân bằng.

24


Mạch tương đương xác lập của động cơ
KĐB suy ra từ mơ hình động

Khi dịng/áp 3 pha trong động cơ có dạng hình sin và cân bằng,
vector dịng/áp có thể biểu diễn bằng vector quay như sau:

v ss = 1.5 2Vˆs e jωS t
i ss = 1.5 2 Iˆs e jωS t

i rs = 1.5 2 Iˆr e jωS t

25