Ứng dụng cộng nghệ tính toán mềm trong hệ thống điều khiển trực tiếp mô men động cơ không đồng bộ 3 pha

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (5.1 MB, 87 trang )

vii

MC LC
TRANG
TRANG TA
QUYT ĐNH GIAO Đ TÀI
LÝ LCH KHOA HC i
LI ωAM ĐOAN iii
LI CM N iv
TÓM TT v
ABSTRACT vi
MC LC vii
DANH SÁCH CÁC CH VIT TT xi
DANH SÁCH BNG xiv
DANH SÁCH CÁC HÌNH xv
ωhng 1: TNG QUAN 1
1.1. Đặt vn đ 1
1.2. S phát trin ca kỹ thut điu khin đng c 2
1.3. ωác phng pháp điu khin đng c KĐψ 3
1.3.1. Phng pháp V/f = const (điu khin vô hng) 3
1.3.2. Phng pháp điu khin đnh hng trng (FOC) 4
1.3.3. Phng pháp điu khin trc tip mô men (DTC) 4
1.4. Nhim v và phm vi nghiên cu 5
1.5. Phng pháp nghiên cu 5
1.6. Ni dung ca lun văn 5
1.7. ụ nghĩa thc tin ca lun văn 6
ωhng 2: MỌ HỊNH ĐNG ω KHỌNG ĐNG B BA PHA 7
2.1. Khái quát. 7
2.2. Xây dng vec t không gian. 7

viii

2.2.1. Mô t vec t trên h ta đ c đnh stator (h ta đ αβ). 9
2.2.2. Mô t vec t trên ta đ quay rotor (h ta đ dq). 11
2.3. Mô hình ca đng c KĐψ 3 pha. 12
2.3.1. H phng trình trng thái ca đng c KĐψ 3 pha trên h ta đ stator
(αβ). 13
2.3.2. H phng trình trng thái ca đng c KĐψ 3 pha trên h ta đ từ
thông rotor (dq). 17
2.4. Phép chuyn h trc ta đ. 19
2.4.1. Phép chuyn h trc ta đ abc sang h trc ta đ αβ vƠ ngc li. 19
2.4.2. Phép chuyn h trc ta đ abc sang h ta đ dq vƠ ngc li. 19
2.4.3. Phép chuyn h trc ta đ αβ sang h ta đ dq vƠ ngc li. 20
2.5. Kt lun. 20
ωhng 3: ω S LÝ THUYT 21
3.1. Điu khin trc tip mô men 21
3.1.1. Gii thiu v phng pháp điu khin trc tip mô men (DTω) đng c
không đng b 21
3.1.2. Gii thut điu khin DTC. 22
3.1.3. Các công thc tính toán trong phng pháp. 23
3.1.4. Điu khin các tín hiu trong h thng. 28
3.1.5. Chn la vec t đin áp thích hp 35
3.2. Công ngh tính toán mm 37
3.2.1. Tp hp m (Fuzzy set) 37
3.2.1.1. Tp hp ro
̃
(crisp set) 37
3.2.1.2. Tp hp m 39
3.2.1.3. Các phép toán trên tp hp m 40
3.1.1.4. Bin ngôn ng 45

3.2.2. Suy diê
̃
n m 46
3.2.3. H thng x lý m 47
3.2.3.1. Khi m hóa (fuzzifier) 47

ix

3.2.3.2. Suy diê
̃
n m (fuzzy inference engine) 47
3.2.3.3. Khi gii m (defuzzifier) 51
3.2.3.4. Tính phi tuyn ca hê
̣
thông x lý m 53
3.2.4. Điu khin m 54
3.2.5. S dng phần mm Matlab/Fuzzy Toolbox 54
ωhng 4: XỂY DNG CU TRÚC CÁC KHI ĐIU KHIN VÀ PHÂN TÍCH
KT QU MÔ PHNG 59
4.1. Xây dng cu trúc các khi điu khin 59
4.1.1. S đ mô phng DTC ng dng b điu khin PD c đin 59
4.1.1.1. S đ khi c lng từ thông stator và mô men 59
4.1.1.2. S đ khi b điu khin PD c đin 60
4.1.1.3. S đ khi so sánh từ thông và mô men 60
4.1.1.4. S đ khi xác đnh góc sector 61
4.1.1.5. S đ khi đóng ct đin áp trong b nghch lu 61
4.1.1.6. S đ khi đng c không đng b 3 pha trong h ta đ αβ 62
4.1.1.7. Khi chuyn ta đ abc sang αβ vƠ αβ sang abc 63
4.1.2. S đ mô phng DTC ng dng b điu khin PD m 63
4.1.2.1. B điu khin PD m 64

4.1.2.2. Các hàm thành viên 64
4.1.2.3. Lut m 65
4.2. Phân tích kt qu mô phng 67
4.2.1. Thông s đng c KĐψ 3 pha 67
4.2.2. Phân tích kt qu mô phng 67
4.2.2.1. Đáp ng từ thông stator và rotor lúc khi đng 67
4.2.2.2. Đin áp vƠ dòng đin lúc khi đng 68
4.2.2.3. Đáp ng từ thông stator và rotor 69
4.2.2.4. Quan h gia tc đ rotor vƠ mô men đin từ theo thi gian 70
4.2.2.5. Đáp ng từ thông đng c 71
4.2.2.6. Đáp ng tc đ đng c 71

x

4.2.2.7. Đáp ng mô men ca đng c 72
4.2.2.8. Đáp ng dòng đin ca đng c 72
ωhng 5: KT LUN VÀ HNG PHÁT TRIN CA Đ TÀI 74
5.1. Kt lun 74
5.2. Hng phát trin ca đ tài 74
TÀI LIU THAM KHO 75

xi

DANH SÁCH CÁC CH VIT TT

FOC : Điu khin đnh hng trng
DTC : Điu khin trc tip mômen
KĐψ : Không đng b
DC : Mt chiu
GA : Thut toán di truyn
ANN : Mng nron nhơn to
FLC : B điu khin m
PD : B điu khin PD
f : Tần s
p : S đôi cc

s

s
i
:
Vec t dòng stator quan sát trên h ta đ αβ

s
r
i
:
Vec t dòng rotor quan sát trên h ta đ αβ

f
s
i
:
Vec t dòng stator quan sát trên h ta đ dq

f
r
i
:
Vec t dòng rotor quan sát trên h ta đ dq

s
s
u
:
Vec t áp stator quan sát trên h ta đ αβ

s

r
u
:
Vec t áp rotor quan sát trên h ta đ αβ

f
s
u
:
Vec t áp stator quan sát trên h ta đ dq

f
r
u
:
Vec t áp rotor quan sát trên h ta đ dq

s
s

:
Vec t từ thông stator quan sát trên h ta đ αβ

s
r

:
Vec t từ thông rotor quan sát trên h ta đ αβ

f

s

:
Vec t từ thông stator quan sát trên h ta đ dq

f
r

:
Vec t từ thông rotor quan sát trên h ta đ dq

xii

i
sα
: Thành phần dòng đin stator trong h ta đ αβ - trên trc α
i
sβ
: Thành phần dòng đin stator trong h ta đ αβ - trên trc β
i
rα
: Thành phần dòng đin rotor trong h ta đ αβ - trên trc α
i
rβ
: Thành phần dòng đin rotor trong h ta đ αβ - trên trc β
i
sd
: Thành phần dòng đin stator trong h ta đ dq - trên trc d
i
sq

: Thành phần dòng đin stator trong h ta đ dq - trên trc q
i
rd
: Thành phần dòng đin rotor trong h ta đ dq - trên trc d
i
rq
: Thành phần dòng đin rotor trong h ta đ dq - trên trc q
u
sα
: Thành phần đin áp stator trong h ta đ αβ - trên trc α
u
sβ
: Thành phần đin áp stator trong h ta đ αβ - trên trc β
u
rd
: Thành phần đin áp rotor trong h ta đ dq - trên trc d
u
rq
: Thành phần đin áp rotor trong h ta đ dq - trên trc q
R
s
: Đin tr stator
R
r
: Đin tr rotor đƣ quy đi v stator
L
s
: Đin cm stator
L
r

: Đin cm rotor
L
m
: H cm gia rotor và stator
 : Góc to bi gia rotor và trc chuẩn
 : Vn tc góc rotor

s
: Vn tc góc ca h quy chiu bt kỳ

r
: Vn tc góc ca từ thông rotor
T
e
: Mômen đin từ đng c
T
L
: Mômen ti
J : Mômen quán tính
 : H s tiêu tán tng
L
s
: Đin cm tiêu tán cun dây stator
L
r
: Đin cm tiêu tán cun dây rotor
T
s
: Hằng s thi gian stator
T

r
: Hằng s thi gian rotor

xiii

MTi : Khi mng tính dòng
Mtu : Khi mng tính áp
CTDi : Khi chuyn ta đ dòng
CTDu : Khi chuyn ta đ áp

xiv

DANH SÁCH BNG
BNG Trang
Bng 3.1: Bng tham chiu vec t không gian đin áp 36
Bng 3.2: Hi ca hai tp m A và B dùng lut SUM và lut MAX 41
Bng 3.3: Tp m m rng A,

A
(x,y) = 
A
(x), y 42
Bng 3.4: Tp m m rng B,

B
(x,y) = 
B
(y), x 42
Bng 3.5: Hi ca A và B dùng lut SUM,

AUB
(x,y) = 
AUB
(x,y) 42
Bng 3.6: Hi ca A và B dùng lut MAX,


AUB
(x,y) = 
AUB
(x,y) 43
Bng 3.7: Giao ca hai tp m A vƠ ψ cùng c s dùng lut PROD và lut MIN 44
Bng 3.8: Giao ca hai tp m A vƠ ψ khác c s dùng lut PROD,

A
B
(x,y) =

A
B
(x,y) 44
Bng 3.9: Giao ca hai tp m A vƠ ψ khác c s dùng lut MIN,

A
B
(x,y) =

A
B
(x,y) 45
Bng 3.10: Các hàm thành viên 46
Bng 3.11: Hàm thành viên dùng lut MIN,

A
B
(x,y) 49

Bng 3.12: Hàm thành viên dùng lut PROD,

A
B
(x,y) 49
Bng 3.13: Hàm thành viên ca mnh đ hp thành 50
Bng 3.14: Hàm thành viên

(A
C) U (BC)
(z) ca các mnh đ hp thành 51
Bng 3.15: Quan h phi tuyn gia y và x 53
Bng 4.1: Thông s đng c KĐψ 3 pha 67

xv

DANH SÁCH CÁC HÌNH

HÌNH Trang
Hình 1.1: Đng c đin mt chiu kích từ đc lp 2
Hình 2.1: S đ đin áp stator và cun dây ca đng c KĐψ 3 pha. 7
Hình 2.2: Thit lp vec t không gian từ các đi lng pha. 9
Hình 2.3: Vec t không gian vi dòng i

sα
và i
sβ
h ta đ stator c đnh. 10
Hình 2.4: Vec t không gian trên h ta đ từ thông rotor (h ta đ dq) 11
Hình 2.5: S đ thay th tng đng đng c KĐψ 3 pha lỦ tng. 13
Hình 3.1: S đ điu khin trc tip mô men 22
Hình 3.2: S đ điu khin véc t đin áp 27
Hình 3.3: B nghch lu áp ba pha mch cầu, gin đ kích đóng vƠ dng áp ti 30
Hình 3.4: Quỹ đo vect từ thông Stator. 33
Hình 3.5: V trí từ thông stator và chn các vect đin áp chuyn mch ti u 34
Hình 3.6: A = [1, 3] 38
Hình 3.7: B = {1, 2, 3} 38
Hình 3.8: Tp hp m

A
(x) 39
Hình 3.9: Tp hp m

B
(x) 39
Hình 3.10: Hi ca hai tp m A và B dùng lut SUM và lut MAX 40
Hình 3.11: Hai tp m A và B 41
Hình 3.12: Giao ca hai tp m A vƠ ψ cùng c s dùng lut PROD và lut MIN . 44
Hình 3.13: Bù ca tp m 45
Hình 3.14: Các tp m ca tc đ xe 45
Hình 3.15: S đ khi ca h thng x lý m 47
Hình 3.16: Các tp m ca nhit đ 47
Hình 3.17: Tp m A va


ψ 48
Hình 3.18: Tơ
̣
p m



A
B
(y) khi x = 1 48
Hình 3.19: Cho 3 tp m A, B và C 50

xvi

Hình 3.20: Cho 3 tp m A, B và C 51
Hình 3.21: Cho 1 tp m A 52
Hình 3.22: Cho 1 tp m B 52
Hình 3.23: Các bin x vƠ y đc m hóa 53
Hình 3.24: Gii m dùng phng pháp đim trng tâm 53
Hình 3.25: Điu khin PID truyên thông 54
Hình 3.26: Điu khin PID m 54
Hình 4.1: S đ mô phng DTC ng dng b điu khin PD c đin 59
Hình 4.2: S đ khi c lng từ thông stator và mô men 59
Hình 4.3: S đ b điu khin PD c đin 60
Hình 4.4: Khi so sánh từ thông 2 bc 60
Hình 4.5: Khi so sánh mô men 3 bc 60
Hình 4.6: S đ khi xác đnh góc sector 61
Hình 4.7: Khi xác đnh góc sector 1 61
Hình 4.8: S đ khi đóng ct đin áp trong b nghch lu 61
Hình 4.9: S đ b nghch lu PWM 62

Hình 4.10: S đ khi đng c không đng b 3 pha trong h ta đ αβ 62
Hình 4.11: Khi chuyn ta đ abc sang αβ 63
Hình 4.12: Khi chuyn ta đ từ αβ sang abc 63
Hình 4.13: S đ mô phng DTC ng dng b điu khin PD m 63
Hình 4.14: B điu khin PD m 64
Hình 4.15: Các hàm thành viên ca b điu khin PD m 64
Hình 4.16: Lut m ca b điu khin PD m 66
Hình 4.17: Đáp ng từ thông stator lúc khi đng 67
Hình 4.18: Đáp ng từ thông rotor lúc khi đng 68
Hình 4.19: Đin áp lúc khi đng 68
Hình 4.20: Dòng đin lúc khi đng 69
Hình 4.21: Đáp ng từ thông stator 69
Hình 4.22: Đáp ng từ thông rotor 70

xvii

Hình 4.23: Quan h gia tc đ rotor vƠ mô men đin từ theo thi gian 70
Hình 4.24: Đáp ng từ thông đng c 71
Hình 4.25: Đáp ng tc đ đng c 71
Hình 4.26: Đáp ng mô men ca đng c 72
Hình 4.27: Đáp ng dòng đin ca đng c 72
ωhng 1 Tng quan
HVTH: Nguyễn Minh Sĩ 1 GVHD: PGS. TS Dương Hoài Nghĩa

Chngă1: TNG QUAN
1.1. Đặt vnăđ
Trong khoa hc kỹ thut, các h thng phc tp trên thc t thng không th
mô t đầy đ và chính xác bi các phng trình toán hc truyn thng. Kt qu là
nhng cách tip cn kinh đin da trên kỹ thut phơn tích vƠ các phng trình toán
hc nhanh chóng t ra không còn phù hp. Vì th công ngh tính toán mm chính là

mt gii pháp.
Đặc đim ca công ngh tính toán mm là:
- Tính toán mm căn c trên đặc đim, hành vi ca con ngi và t nhiên đ
đa ra quyt đnh hp lỦ trong điu kin không chính xác và không chc chn.
- Các thành phần ca tính toán mm có s b sung h tr ln nhau.
- Tính toán mm là mt hng nghiên cu m, bt kỳ mt kỹ thut mi nào
đc to ra từ vic bt chc trí thông minh ca con ngi đu có th tr thành mt
phần mi ca tính toán mm.
Công ngh tính toán mm bao gm:
- B điu khin PD m.
Ngày nay khoa hc kỹ thut trên th gii đang phát trin rt nhanh, luôn đt
đn nhng yêu cầu kỹ thut mi. Đa s các thit b trong h thng đin công
nghip, các dây chuyn sn xut trong nhƠ máy đc điu khin từ đng c cm
ng KĐψ vi các chi phí hp lỦ vƠ đ bn cu trúc. Hiu qu kinh t trong sn xut
ph thuc vào vic s dng hp lý các thit b đin trong sn xut. Điu khin phi
đt hiu sut ti u nht.
Hầu ht các đng c đin KĐψ đu đc cung cp ngun từ li đin xoay
chiu 3 pha. Các h thng cần điu khin tc đ đng c theo yêu cầu chính xác,
mô men n đnh, chúng phi đc cung cp ngun thông qua b bin tần đ điu
khin đng c. NgƠy nay bin tần là thit b có vai trò rt quan trng trong điu
khin đng c KĐψ, đc ng dng đa dng trong các lĩnh vc đin công nghip
và dân dng nh: NhƠ máy sn xut, h thng cp thoát nc, h thng giao thông
vn ti, h thng năng lng xanh, và các ngành phc v cho máy công c.
ωhng 1 Tng quan
HVTH: Nguyễn Minh Sĩ 2 GVHD: PGS. TS Dương Hoài Nghĩa

ω s điu khin máy đin KĐψ 3 pha hin đi lƠ phng pháp điu khin vec
t đƣ phát trin rt ph bin trong nhng năm qua. Phng din đng lc hc truyn
đng, vic điu chnh tc đ quay đng c dùng đng c KĐψ ba pha rotor ngn
mch đc nuôi bằng bin tần ngun áp hoặc ngun dòng. Phng pháp điu khin

đƣ đc đ xut chia thành hai loi: Điu khin trc tip và gián tip. Tuy nhiên, c
hai phng pháp đòi hi các kin thc v thông s máy.

Phng pháp điu khin đng c KĐψ 3 pha theo trc tip mô men đc áp
dng vào thc t, cho phép điu khin chính xác mô men và tc đ đng c. Ngày
nay đng c KψĐ đc s dng trong nhà máy, s dng cho các dây chuyn sn
xut thay th các đng c mt chiu.
1.2. S phát trin ca k thutăđiu khinăđngăc
S xut hin đng c đin mt chiu đƣ gii quyt đc các bài toán v truyn
đng. Khi cần thay đi tc đ vƠ mô men thì đc điu khin d dàng nh cu trúc
đn gin ca mch kích từ và mch phần ng làm cho vic điu khin từ thông và
mô men d dƠng vƠ đc lp.

Hình 1.1: Đng c đin mt chiu kích từ đc lp
Ta xét hai phng trình sau

m 1 m m
M = k i
(1.1)

m 2 k
 = k i
(1.2)
M
m
: Mô men ca đng c
Ψ
m
: Từ thông ca đng c
i

m
: dòng phần ng
i
k
: dòng kích từ
ωhng 1 Tng quan
HVTH: Nguyễn Minh Sĩ 3 GVHD: PGS. TS Dương Hoài Nghĩa

k
1
, k
2
: hằng s đng c
Tuy nhiên nhc đim ca máy đin mt chiu lƠ: kích thc ln, do kt cu
c góp - chi than nên trong quá trình vn hành sinh ra tia la đin.
Đng c KĐψ không cần cu trúc c góp ậ chi than, điu này cho phép làm
vic trong môi trng cháy n. Mặt khác, đng c KĐψ có trng lng nhẹ và gn
hn so vi đng c Dω. ωu trúc rotor lng sóc chc chn nên có th vn hành  tc
đ cao. Trc khi xut hin các linh kin đin t công sut thì vic thay đi tc đ
có th đc thc hin bằng cách sa đi s đôi cc bằng cách tăng s lng dây
qun pha stator nhng vic nƠy cũng hn ch do tăng giá thƠnh hoặc thay đi đin
áp ngun và ch áp dng dãy tc đ không cần s liên tc.
Cùng vi nhng u đim ca đng c KĐψ vƠ vi s phát trin ca công ngh
bán dn. Đin t công sut tin thân ca các kỹ thut điu khin đng c KĐψ 3
pha từ đn gin nh điu khin V/f (Voltage/frequency), đn các kỹ thut điu
khin hin đi nh điu khin đnh hng trng (FOC ậ Field oriented control),
điu khin trc tip mô men (DTC ậ Direct Torque control) hay các điu khin
thông minh. Tt c nhng phng pháp điu khin đó nhằm mc đích tìm ra mt
phng pháp điu khin tc đ đng c đn gin nht.
1.3. Cácăphngăphápăđiu khinăđngăcăKĐB

1.3.1.ăPhngăphápăV/fă=ăconstă(điuăkhinăvôăhng)
ψiên đ đin áp stator đc điu chnh t l vi tần s nhằm duy trì từ thông
không thay đi. Phng pháp nƠy thay đi từ trng quay ca stator bằng cách thay
đi tần s ngun đin cung cp, mô men đc ci thin ph thuc vào s khác bit
gia từ trng quay và tc đ rotor.
Điu khin vô hng có các đặc đim sau:
- Bin điu khin lƠ đin áp và tần s.
- S dng b điu ch đ rng xung.
- Thông thng điu khin  dng vòng h.
- Từ thông đc gi không đi bằng cách gi V/f = const.
u đim:
ωhng 1 Tng quan
HVTH: Nguyễn Minh Sĩ 4 GVHD: PGS. TS Dương Hoài Nghĩa

- Đn gin, không cần hi tip.
- Rẻ tin.
Nhc đim:
- Không điu khin ti u đc mô men.
- Không điu khin đc trc tip mô men và từ thông Stator.
- Đ chính xác không cao.
- Đáp ng chm.
1.3.2.ăPhngăphápăđiuăkhinăđnhăhngătrngă(FOC)
Điu khin đnh hng trng (FOω) đt đc vic thay đi mô men và từ
thông dn đn vic điu khin đc từ thông vƠ mô men tng t nh đng c Dω
kích từ đc lp.
Điu khin đnh hng trng FOω có các đặc đim sau:
- Đnh hng đc từ thông, ti u đc mô men.
- Điu khin vòng kín, mô men đc điu khin gián tip.
u đim:
- Điu khin chính xác vn tc.

- Đáp ng mô men nhanh.
- Nguyên lỦ điu khin tng t đng c Dω.
Nhc đim:
- Phi có hi tip từ thông trong gii thut điu khin.
- Quá trình điu khin phi chuyn đi h quy chiu liên tc.
- Cần phi điu ch đ rng xung, ph thuc vào b điu khin dòng hay áp và
thông s đầy đ ca đng c.
1.3.3. Phngăphápăđiuăkhinătrcătipămôămenă(DTC)
Điu khin trc tip mô men có các đặc đim sau:
- Điu khin đc lp gia mô men và từ thông.
u đim:
- Đnh hng đc từ thông do đó ti u đc mô men.
- Điu khin trc tip mô men và từ thông.
ωhng 1 Tng quan
HVTH: Nguyễn Minh Sĩ 5 GVHD: PGS. TS Dương Hoài Nghĩa

- Không cần b hi tip tc đ, mô men, từ thông ly trc tip từ h quan sát.
- Không cần các b điu khin dòng đin, các b điu ch đ rng xung, khâu
chuyn h ta đ (bin đi Park).
- Ít ph thuc vào tham s ca đng c.
Nhc đim:
- Dòng khi đng không tt.
- S suy gim kích từ vƠ dao đng ca từ thông  vùng vn tc thp và mô
men  vùng vn tc cao.
1.4. Nhim v và phm vi nghiên cu
Tìm hiu lý thuyt v công ngh tính toán mm (b điu khin PD m), điu
khin trc tip mô men, phng pháp c lng từ thông.
Xây dng mô hình đng c KĐψ 3 pha, DTω vi b điu khin PD c đin,
DTC vi b điu khin PD m.
Mô phng và phân tích kt qu bằng phần mm Matlab Simulink

1.5. Phngăphápănghiênăcu
Tham kho tài liu: Sách trong nc vƠ nc ngoài, các công trình nghiên cu
khoa hc đƣ đc công b, báo và tp trí khoa hc trên internet.
Kho sát, phân tích tng hp, mô hình hóa và mô phng các phần t trên máy
tính dùng chng trình Matlab Simulink.
Đánh giá kt qu da trên kt qu mô phng.
1.6. Ni dung ca lunăvĕn
Ni dung thc hin lun văn gm 5 chng
ωhng 1: Tng quan.
ωhng 2: Mô hình đng c không đng b ba pha.
ωhng 3: ω s lý thuyt.
ωhng 4: Xây dng cu trúc các khi điu khin và phân tích kt qu mô
phng.
ωhng 5: Kt lun vƠ hng phát trin đ tài.
ωhng 1 Tng quan
HVTH: Nguyễn Minh Sĩ 6 GVHD: PGS. TS Dương Hoài Nghĩa

1.7. ụănghƿaăthc tin ca lunăvĕn
Đ tài là tài liu tham kho hu ích cho sinh viên, kỹ s v lĩnh vc điu
khin máy đin, quan tơm đn phng pháp điu khin trc tip mô men đ điu
khin đng c KĐψ, cung cp nhng kin thc v cách thc tip cn lý thuyt điu
khin trc tip mô men. ng dng công ngh tính toán mm trong điu khin trc
tip mô men đ điu khin đng c KĐψ. Xơy dng các mô hình đng c đin, thit
k các thành phần ca b điu khin và mô hình hóa bằng các công c trong
Simulink và Control System Toolbox dùng phần mm Matlab ca công ty
MathWorks. ωác đc gi, sinh viên và kỹ s có quan tơm s phát trin thêm các
kin thc v kỹ thut điu khin đng c vƠ các thut toán điu khin v lĩnh vc
điu khin thông minh nh: Logic m đ làm thc nghim điu khin đng c KĐψ
đt hiu sut ti u nht.

ωhng 2 Mô hình đng c không đng b 3 pha
HVTH: Nguyễn Minh Sĩ 7 GVHD: PGS. TS Dương Hoài Nghĩa

Chngă2: MỌăHỊNHăĐNGăCăKHỌNGăĐNG B
BA PHA
Xây dng mt mô hình toán đng c KĐψ 3 pha đòi hi phi mô t chính xác
mô hình toán và th hin rõ đặc tính thi gian ca đi tng điu khin, tc là các
tham s ca đng c s thay đi theo các điu kin vn hƠnh nh nhit đ, ch đ
ti, tần s.
Trong chng nƠy ta s đa ra mt s ni dung c bn đ xây dng các vec t
trên h trc ta đ c đnh stator (h ta đ αβ) vƠ trên ta đ quay rotor (h ta đ
dq). Từ đó ta xơy dng các mô hình toán ca đng c KĐψ.
2.1. Khái quát.
Trong mt s lĩnh vc điu khin h thng cần đáp ng nhanh, vì th mc đích
ca điu khin trc tip mô men lƠ điu khin tc thi, đc lp các giá tr mômen và
từ thông. Đ điu khin trc tip mô men đc d dàng, các vec t pha phi đc
thit lp di dng mô hình toán, các vec t nƠy đc biu din trong h quy chiu
3 pha vƠ sau đó chuyn sang các h quy chiu (αβ) hay h quy chiu quay (dq).
2.2. Xây dng vecăt không gian.
Đng c KĐψ 3 pha có ba cun dây stator b trí trong không gian lch nhau
120
0
đin nh hình 2.1

Hình 2.1: S đ đin áp stator và cun dây ca đng c KĐψ 3 pha

ωhng 2 Mô hình đng c không đng b 3 pha
HVTH: Nguyễn Minh Sĩ 8 GVHD: PGS. TS Dương Hoài Nghĩa

Trong hình bên trên ta không quan tơm đn vic đng c đu sao hay tam giác.
Dòng đin i
su
, i
sv
,i
sw
lƠ ba dòng đin chy từ li qua hp ni vƠo đng c.
Khi vn hƠnh đng c bằng bin tần, đó chính lƠ dòng đầu ra ca bin tần.

     
su sv sw
i t +i t +i t = 0
(2.1)
Trong đó:

   
 
 
 
 
su s s
0
sv s s
0
sw s s
i t = i cos t
i t = i cos  t +120
i t = i cos  t -120








(2.2)
Vi
ss
 = 2πf

f
s
là tần s ca mch stator

s
i
lƠ biên đ ca dòng đin pha
V phng din mặt phẳng c hc, đng c đin KĐψ xoay chiu 3 pha có ba
cun dây lch nhau mt góc 120 đ đin. Nu trên mặt ct ta thit lp mt h ta đ
phc vi trc thc đi qua cun dây U ca đng c, ta xơy dng đc vec t không
gian nh sau:

       
oo
j120 j240
s su sv sw
2
i t = i t +i t e +i t e
3



(2.3)
Hay
 
 
s su sv sw sv sw
2 3 3
i t = i - 0.5i -0.5i + j i - i
3 2 2







(2.4)
Theo công thc (2.3), vec t i
s
(t) là vec t có môđun không đi quay trên mặt
phẳng phc vi tc đ 
s
và to vi trc thc mt góc θ = 
s
t.
Xây dng vec t i
s
(t) đc th hin nh hình 2.2. [4]
Theo hình v, dòng đin ca từng pha chính là hình chiu ca vec t dòng đin

stator i
s
(t) trên trc ca cun dơy tng ng.
Đi vi các đi lng khác ca đng c nh: đin áp stator, dòng rotor, từ
thông stator và từ thông rotor đu có th đc xây dng các vec t tng ng ging
nh dòng đin k trên.
ωhng 2 Mô hình đng c không đng b 3 pha
HVTH: Nguyễn Minh Sĩ 9 GVHD: PGS. TS Dương Hoài Nghĩa

Hình 2.2: Thit lp vec t không gian từ các đi lng pha

2.2.1.ăMôătăvec t trênăhătaăđăcăđnhăstatoră(hătaăđăαβ).
Vec t không gian dòng đin là mt vec t có môđun xác đnh
s
i
quay trên
mặt phẳng phc vi tc đ góc 
s
và to vi trc thc mt góc 
s
t (trùng vi cun
dơy pha U). Đặt tên cho trc thc lƠ α vƠ trc o lƠ β, hai thƠnh phần ca vec t
đc mô t tng ng i
sα
và i
sβ
. H ta đ này là h ta đ stator c đnh, gi tt là
h ta đ αβ.
ωhng 2 Mô hình đng c không đng b 3 pha

HVTH: Nguyễn Minh Sĩ 10 GVHD: PGS. TS Dương Hoài Nghĩa

Hình 2.3: Vec t không gian vi dòng i
sα
và i
sβ
h ta đ stator c đnh
D dàng nhn thy hai dòng đin i
sα
và i
sβ
là hai dòng hình sin. Ta hình dung
mt đng c đin KĐψ 3 pha có ba cun dây U,V vƠ W, đc thay bi hai cun
dây c đnh α vƠ β.
Bằng cách chiu các thành phần ca vec t không gian dòng đin stator lên
trc pha α, β ta có.

 
sα su
sβ su sv
i = i
1
i = i + 2i
3






(2.5)
Tng t nh đi vi vec t dòng đin stator, các vec t đin áp stator, dòng
đin rotor, từ thông stator và từ thông rotor đu có th biu din trong h ta đ
stator c đnh (h ta đ αβ) nh sau:



















ji
i
i
ju
u
u

ji
i
i
rβrα
r
sβsα
s
rβ
rα
r
sβ
sα
s
sβ
sα
s
(2.6)
ωhng 2 Mô hình đng c không đng b 3 pha
HVTH: Nguyễn Minh Sĩ 11 GVHD: PGS. TS Dương Hoài Nghĩa

2.2.2. Môătăvec t trênătaăđăquayărotoră(hătaăđădq).
Ta xây dng mt h ta đ mi dq có chung đim gc vi h ta đ αβ vƠ nằm
lch đi mt góc θ
s
. Mi liên h đc th hin nh hình 2.4.
Gi thuyt ta quan sát đng c KĐψ3 pha đang quay vi vn tc góc
dθ
=
dt
,

trong đó θ lƠ góc to bi rotor và trc chuẩn. Vec t từ thông
r

quay vi tc đ góc
s
ss
dθ
 = 2πf =
dt
. Trong đó
s
f
là tần s mch stator.
Từ hình 2.4 ta nhn thy, đi vi trng hp đng c đng b trc từ thông
rotor cũng chính lƠ trc ca rotor (cho dù đng c kích thích ngoƠi hay kích thích
vĩnh cu), trong trng hp y  = 
s
. Nu đng c KĐψ thì lch gia  vƠ 
s
s
to nên dòng đin rotor vi tần s f
r
, dòng nƠy đc biu din di dng vec t
r
i
quay vi tc đ góc 
r
= 2πf
r
.

Hình 2.4: Vec t không gian trên h ta đ từ thông rotor (h ta đ dq)
Đ nhn bit vec t quan sát trên h ta đ nƠo ta quy c thêm hai ch s mi
đc vit là s (stator coordinates_ ta đ αβ) vƠ f (field coordinates_ta đ dq).
Gi
s
s
i
: là vec t dòng stator quan sát trên h ta đ αβ.
ωhng 2 Mô hình đng c không đng b 3 pha
HVTH: Nguyễn Minh Sĩ 12 GVHD: PGS. TS Dương Hoài Nghĩa

f
s
i
: là vec t dòng stator quan sát trên h ta đ dq.
Ta có:
s
s
sα sβ
f
s
sd sq
i = i + ji
i = i + ji






(2.7)
Nu bit θ
s
ta tính đc
f
s
i
bằng công thc

s
f
-jθ
s
s
s
i = i e
(2.8)
Mt cách chi tit hn

sd sα s sβ s
sq sα s sβ s
i = i cosθ +i sinθ
i = -i sinθ +i cosθ





(2.9)

Ta biu din tt c các vec t còn li trên h ta đ dq nh sau:












j

j

ji
i
i
ju
u
u
rqrd
f
r
sqsd
f
s
rq

rd
f
r
sq
sd
f
s
(2.10)
2.3. Mô hình caăđngăcăKĐB 3 pha.
Mô hình toán ca máy đin xoay chiu ph thuc vào mt s gi thit ban đầu
vi điu kin lỦ tng c th là:
- Dây qun stator  các pha đc gi đnh hoàn toàn ging nhau, đc b trí
đi xng nhau 120
0
đin trong không gian.
- B qua tn hao st từ, dòng đin xoáy và bão hòa từ (mô hình lỦ tng).
- Dòng từ hóa và từ trng phân b hình sin trong khe h không khí.
- Các giá tr đin tr vƠ đin kháng xem nh không đi trong sut quá trình
vn hành.
S đ thay th tng đng đng c KĐψ 3 pha lỦ tng hình 2.5
ωhng 2 Mô hình đng c không đng b 3 pha
HVTH: Nguyễn Minh Sĩ 13 GVHD: PGS. TS Dương Hoài Nghĩa

Hình 2.5: S đ thay th tng đng đng c KĐψ 3 pha lỦ tng
Trong đó: L
σs
= L
s
- L

m
và L
σr
= L
r
- L
m

Trc chuẩn ca mi quan sát đc quy c là trc đi qua tơm cun dây pha U.
Ta s s dng các phng trình đ xây dng mô hình trng thái ca đng c.
2.3.1. Hăphngătrình trngătháiăcaăđngăcăKĐB 3ăphaătrênăhătaăđă
statoră(αβ).
H phng trình đin áp, từ thông stator vƠ rotor đng c KĐψ đc mô t
đầy đ nh sau:

s
ss
s
s
s
s
d
u = R i +
dt
(2.11a)

s
ss
r
r

r
r
d
0 = R i + - j
dt
(2.11b)

s s s
sr
sm
s
 = L i + L i
(2.11c)

s s s
sr
mr
r
 = L i + L i
(2.11d)
Từ phng trình (2.11c) vƠ (2.11d) ta có.

 
i
L

L
1
i
s

s
m
s
r
r
s
r

(2.11c‟)

s s s s
m
ss
sm
sr
r
L
 = L i + ( - L i )
L
(2.11d‟)

ωhng 2 Mô hình đng c không đng b 3 pha
HVTH: Nguyễn Minh Sĩ 14 GVHD: PGS. TS Dương Hoài Nghĩa

Thay phng trình (2.11c‟) vƠ (2.11d‟) vƠo (2.11a) vƠ (2.11b) ta đc.

 
dt