Hệ thống điều khiển số -Giới thiệu về điều khiển vector -Giới thiệu pptx

Hệ thống điều khiển số
Bộ môn Thiết bị điện
Hệ thống điều khiển số
-Giới thiệu về điều khiển vector
-Giới thiệu RFOC
Hệ thống điều khiển số
Bộ môn Thiết bị điện
Ôn tập (1)
Chứng minh các công thức tính moment sau là
tương đương:
Hệ thống điều khiển số
Bộ môn Thiết bị điện
)cos(2 tVv
a


)
3
2
cos(2


 tVv
b
Một động cơ không đồng bộ có các tham số
sau (đã qui đổi về stator): Rs=10 ohm;
Rr=6,3 ohm ; L
γs
=L
γr
=0,04H ; L

m
=0,4H.
Máy vận hành ở 1425 vòng/phút và được
cung cấp bởi nguồn 380V/50Hz. Máy có 4
cực, nối Y và vận hành ở xác lập. Máy được
cấp nguồn, dạng hình sin, điện áp pha quy
định bởi:
)
3
4
cos(2


 tVv
c
Viết điện áp pha stator thành phần trục alpha-beta và điện áp pha vector không gian
trong hệ quy chiếu tĩnh.
Tính dòng điện stator vector không gian và các thành phần alpha-beta trên hệ tọa độ
alpha-beta.
Ôn tập (2)
Hệ thống điều khiển số
Bộ môn Thiết bị điện
Giới thiệu
Điều khiển V/f thích hợp cho các ứng dụng mà không đòi hỏi
sự đáp ứng nhanh về moment, từ trường hay tốc độ.
Một số ứng dụng đòi hỏi phải có đáp ứng quá độ nhanh, do
đó hệ thống điều khiển V/f không thích hợp.
Trước đây do sự hạn chế về kỹ thuật và thiết bị, hệ thống
dùng động cơ DC được sử dụng
Với sự phát triển về thiết bị và lý thuyết điều khiển vector

hiện nay, động cơ kđb được sử dụng để thay thế động cơ DC
cho các ứng dụng đòi hỏi đáp ứng nhanh.
Hệ thống điều khiển số
Bộ môn Thiết bị điện
Giới thiệu
–Mô hình ĐCKĐB ở trạng thái xác lập bỏ qua sự quá
độ khi thay đổi tải và thay đổi tần số stator. Những
đại lượng này sẽ tăng rất nhanh đối với ứng dụng
truyền động có tốc độ thay đổi.
–Với những ứng dụng có moment thay đổi nhanh,
điều khiển V/f hay nối nguồn trực tiếp sẽ không cho
chất lượng tốt. Khi đó cần thiết phải biết tốc độ hay từ
thông và bộ điều khiển có chất lượng cao  điều
khiển vector
Hệ thống điều khiển số
Bộ môn Thiết bị điện
Điều khiển định hướng trường
(FOC)
• Điều khiển định hướng trường (FOC) hay điều
khiển vector là phương pháp điều khiển dùng cho
động cơ kđb 3 pha, trong đó moment tạo ra và các
thành phần từ hóa của từ thông stator được điều
khiển độc lập
• Mô phỏng theo hoạt động của động cơ DC
• FOC cần các thông tin về: dòng điện, điện áp, từ
thông và tốc độ của động cơ.
Hệ thống điều khiển số
Bộ môn Thiết bị điện
Ứng dụng
Thích hợp cho tất cả các ứng dụng trước đây sử dụng động cơ DC

-Các hệ thống servo điều khiển tốc độ hay vị trí, các máy công cụ
và trục nâng, cần trục,…
Hệ thống điều khiển số
Bộ môn Thiết bị điện
Hệ thống điều khiển số
Bộ môn Thiết bị điện
So sánh điều khiển vector và V/f
Điều khiển vector có đáp ứng tốt hơn, chính xác hơn, đặc biệt ở vùng tốc độ thấp
Hệ thống điều khiển số
Bộ môn Thiết bị điện
Nguyên lý điều khiển Vector
Các đại lượng vô hướng (u, i, từ
thông) được chuyển thành dạng
vector không gian tương ứng.
Bằng cách điều khiển riêng biệt
các thành phần dòng điện d-q sẽ
gián tiếp điều khiển được từ thông
và moment.
Trong bộ điều khiển, hai phép biến
đổi ngược được thực hiện:
1) Từ hệ qui chiếu d-q về α-β;
2) Từ d
*
-q
*
về a
*
, b
*
, c

*
.
Hệ thống điều khiển số
Bộ môn Thiết bị điện
Vector - Phasor
Space vector (vector không gian):
chiều dài đặc trưng cho biên độ,
hướng chỉ vị trí trong không gian
của mmf hay từ trường gây bởi
điện áp (dòng điện) trong cuộn
dây.
Phasor (vector pha) dùng để đặc
trưng cho sự sai lệch góc pha của
các tín hiệu dạng sin.
Hệ thống điều khiển số
Bộ môn Thiết bị điện
Điều khiển vector hay định hướng
trường
Động cơ không đồng bộ có thể được điều khiển bằng cách
đưa về trạng thái như động cơ DC kích từ độc lập
Hệ thống điều khiển số
Bộ môn Thiết bị điện
Điều khiển vector hay định hướng
trường
• Với điều khiển vector:
– i
ds
(induction motor)  I
f
(dc motor)

– i
qs
(induction motor)  I
a
(dc motor)
– Momen cho bởi công thức sau:
– Trong đó , là giá trị đỉnh của biến vector không
gian từ thông.

'
e t qs t ds qs
r
T K i K i i

 

r r
 

Hệ thống điều khiển số
Bộ môn Thiết bị điện
Vector và Moment
Vector rotor từ thông rotor ψ
r
:
-Tương đương với ψ
f
của động
cơ DC
-Quay với tốc độ w

sl
so với rotor
-Quay với tốc độ w
r
+ w
sl
= w
e
so
với stator
Cả i
s
và ψ
r
đều quay với tốc độ
w
e
.
Khi xác lập, 2 vector này lệch
nhau một góc θ hằng số
Hệ thống điều khiển số
Bộ môn Thiết bị điện
Vector và Moment
Vector dòng stator i
s
có thể được
phân thành 2 thành phần:
-Thành phần i
sd
cùng phương với ψ

r
-Thành phần i
sq
vuông góc với ψ
r
Hệ tọa độ quay dq
Moment T = k(i
s
x ψ
r
) = k ψ
r
i
sq
Động cơ DC: T = k(i
a
x ψ
f
) = k i
a
ψ
f
Hệ thống điều khiển số
Bộ môn Thiết bị điện
Vector và Moment
-Thành phần i
sd
là thành phần tạo ra
từ thông
-Thành phần i

sq
gọi là dòng moment
của động cơ kđb
Khi ψ
r
nằm trên trục d, người ta
nói hệ thống được định hướng
trường
=> Ψ
r
= Ψ
rd
Hệ tọa độ quay dq
Hệ thống điều khiển số
Bộ môn Thiết bị điện
Qui đổi sang 2 pha
Dòng i
s
(màu đen) và từ
thông ψ
r
(màu xanh) trong
hệ tọa độ tĩnh αβ
Dòng i
s
(màu đen) và từ
thông ψ
r
(màu xanh) trong
hệ tọa độ quay dq

Việc qui đổi nhằm
làm đơn giản hóa
việc phân tích và
điều khiển
Hệ thống điều khiển số
Bộ môn Thiết bị điện
Qui đổi sang 2 pha
Nếu từ thông ψ
r
trùng với trục d
• Từ thông rotor ψ
r
= ψ
rd
• Thành phần ψ
rq
= 0
• Thành phần dòng stator i
sd
cùng phương với từ thông là
thành phần tạo ra từ thông
rotor
• Thành phần dòng stator i
sq
vuông góc với từ thông là
thành phần tạo ra moment
Hệ thống điều khiển số
Bộ môn Thiết bị điện
Các pp điều khiển động cơ
Điều khiển

vô hướng
Điều khiển
vector
Hệ thống điều khiển số
Bộ môn Thiết bị điện
Sơ đồ điều khiển FOC

PID
α, β
a,b,c
3-
Phase
Inverter
Space
Vector
PWM

V
α
V
β
V
q
V
d
i
a
i
b
I

α
I
β
I
q
I
d
I
q
I
d
+
+
+

r
θ
r
i
c
†
†: i
a
+ i
b
+ i
c
= 0
PWM1
d,q

α, β
Park T
Clarke T

θ
r
PWM2
PWM3
PWM5
PWM4
PWM6
Field Weakening
Controller
Speed
Calculator
Inverse Park
d,q
α, β
PID
PID
Hệ thống điều khiển số
Bộ môn Thiết bị điện
Nguyên lý điều khiển vector
Bài tập: Viết các phương trình chuyển đổi trong sơ đồ trên.