Tóm tắt luận văn điều khiển trực tiếp mô men động cơ không đồng bộ

1

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP



NGUYỄN THỊ THU



ĐIỀU KHIỂN TRỰC TIẾP MÔMEN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ






TÓM TẮT LUẬN VĂN

THÁI NGUYÊN - 2014

2

LỜI NÓI ĐẦU
Đối với đề tài đƣợc đăt ra là nghiên cứu phƣơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng
cách điều khiển trực tiếp mômen động cơ thì ta có
1. Tính cấp thiết của đề tài:
Mặc dù phƣơng pháp điều khiển trực tiếp mômen (DTC) đã đƣợc phát hiện từ vài chục năm về trƣớc,
song do hạn chế về mặt thiết bị nên các ứng dụng thực tế mới đƣợc phát triển chục năm trở lại đây. Lợi thế
của DTC là rất thuận tiện cho việc thiết kế các hệ thống không dùng cảm biến tốc độ (Sensor less System).
Tuy nhiên, vấn đề đập mạch mômen điện từ lại gây ra một số nhƣợc điểm nhất định. Hƣớng nghiên cứu của
đề tài nhằm nghiêm cứu, phân tích kỹ về nguyên lý và mô phỏng hệ thống cũng nằm trong xu hƣớng nghiên
cứu chung, do đó đề tài có tính cấp thiết. Kết quả thực hiện đề tài góp phần nâng cao năng lực năng lực và
nghiên cứu khoa học của học viên.
2. Mục tiêu của đề tài:
Trong luận văn này đề cập đến hệ thống điều khiển động cơ không đồng bộ bằng phƣơng pháp điều
khiển trực tiếp mômen (DTC).
Luận văn sẽ phân tích và giải thích ngắn gọn về nguyên lý DTC. Thiết lập các bộ điều khiển chính (Từ
thông stator và mômen động cơ) và lập các mô hình ƣớc lƣợng các biến đầu ra nhằm tạo thành một phần “lõi
DTC” (DTC core). Các mô phỏng và thực nghiệm sẽ đƣợc thực hiện để đánh giá tính đúng đắn của luận văn.
Trong khuôn khổ thời gian cho phép luận văn đã đề cập đến các vấn đề sau:
Chương 1 : Mô hình động cơ không đồng bộ trong các không gian véctơ
Chương 2: Nguyên lý điều khiển trực tiếp mô men.
Chương 3: Thiết kế điều khiển
Chương 4: Mô phỏng và thực nghiệm

3

CHƢƠNG 1
MÔ HÌNH ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ TRONG CÁC KHÔNG GIAN VÉCTƠ
1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ
1.1.1 Lịch sử ra đời của động cơ không đồng bộ
- Động cơ không đồng bộ xoay chiều đƣợc Faraday phát minh ra năm 1833.
- Ngày nay động cơ xoay chiều đƣợc chia làm hai loại động cơ đồng bộ và động cơ không đồng bộ.
- Một trong những vấn đề quan trọng trong dây truyền tự động hóa là việc điều chỉnh tốc độ của động. Đặc
biệt là động cơ xoay chiều rôto lồng sóc.
- Điều khiển động cơ không đồng bộ với hƣớng điều khiển U/f, điều khiển trực tiếp mômen động cơ.
1.1.2 Cấu tạo động cơ không đồng bộ
Động cơ không đồng bộ gồm 2 phần stator (phần tĩnh) và rôto (phần quay) .
1. Stator:Gồm vỏ máy, lõi sắt, dây quấn.
2. Rôto: Trục, lõi sắt và dây quấn
1.1.3 Nguyên lý hoạt động của động cơ không đồng bộ xoay chiều ba pha
Động cơ không đồng bộ làm việc dựa trên hiện tƣợng cảm ứng điện từ. Khi đặt điện áp 3 pha vào ba
dây quấn 3 pha đạt đối xứng trong lõi thép stator, khi đó trong khe hở không khí xuất hiện từ trƣờng quay mà
thành phần bậc 1 của từ truờng này quay với tốc độ góc là:

1

2 f
p



(1.1)
trong đó: f là tần số dòng điện cáp cho stator
p là số đôi cực của dây quấn stator
1.1.4 Ứng dụng, ƣu và nhƣợc điểm của động cơ không đồng bộ xoay chiều ba pha.
* Ƣu điểm:
- Giá thành hạ.
- Bảo dƣỡng nhanh.
- Vận Hành tin cậy, chắc chắn.
- Có thể dùng trực tiếp lƣới điện xoay chiều ba pha nên không cần thêm trang thiết bị biến đổi.
- Có khả năng làm trong môi trƣờng khắc nghiệt.
* Nhƣợc điểm:
- Điều chỉnh tốc độ và khống chế các quá trình quá độ khó khăn.
- Có các chỉ tiêu khởi động xấu so với động cơ một chiều.
- Trong công nghiệp động cơ không đồng bộ thƣờng đƣợc dùng làm nguồn động lực cho máy cán thép
loại vừa và nhỏ, cho các máy công nghiệp nhẹ,
4

1.1.5 Mô hình toán học động cơ không đồng bộ xoay chiều ba pha
Để hiểu và thiết kế điều khiển một động cơ trƣớc hết ta phải hiểu rõ mô hình động học của nó. Một
phƣơng pháp điều khiển tốt phải đáp ứng đƣợc sự thay đổi của công nghệ, nên ta có thể nói một mô hình
động học tốt cho động cơ sẽ đáp ứng đƣợc vấn đề đó. Thêm vào nữa, mô hình động học phải đáp ứng đủ các
hiệu ứng động học quan trọng xảy ra trong cả quá trình dừng và quá trình quá độ. Nó cũng phải đáp ứng
đƣợc cho bất cứ sự thay đổi nào của nguồn cấp biến tần nhƣ là điện áp hay dòng điện.
Để cho đơn giản, ta coi động cơ không đông bộ có những đặc điểm sau:
 Ba cuộn dây cuốn đối xứng nhau.

 Bỏ qua ảnh hƣởng của khe hơ không khí.
 Độ từ thẩm của phần sắt là cao.
 Mật độ từ thông trong khe hở không khí là hƣớng tâm.
 Bỏ qua tổn hao sắt.
a, Sơ đồ thay thế















Hình 1.1. Sơ đồ thay thế đông cơ không đồng bộ(ĐK)
b, Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ
Ở đây ta nghiên cứu mô hình động cơ không đồng bộ ở chế độ xác lập
Từ điều kiện cân bằng công suất của động cơ ta có phƣơng trình mômen động cơ có dạng nhƣ sau:

22
12
2
3
2

11
3'
'
nm
UR
M
R
R X s
s











1.2 MÔ HÌNH ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ TRONG CÁC KHÔNG GIAN VÉCTƠ:
1.2.1 Mô hình ba pha của động cơ không đồng bộ:
x1 x'2
xo
10k
ro
r1
I
o


I
1

I
2

r’
2
/s
o
o
U
1




o


r
f

ĐK
o

o
U
1
~

I
1

I
2







5

Động cơ không đồng bộ có các dây quấn ba pha ở rôto và stator, các dây quấn là đối xứng và đƣợc
bố trí sao cho từ thông dọc theo chu vi khe hở không khí có dạng hình sin, gọi k là tên dây quấn thì ta có
phƣơng trình điện áp nhƣ sau:
k
k
kkk
e
dt
d
iRu 


Từ thông móc vòng của mỗi dây quấn


k

kjkk
iL


Mômen điện trở của động cơ :
m
k
k
k
d
d
iM


.
2
1



Đặt a
s
, b
s
, c
s
, a
r
, b
r

, c
r
là tên gọi của dây quấn stator và rôto:
k=a
s
/b
s
/c
s
/a
r
/b
r
/c
r

j= a
s
/b
s
/c
s
/a
r
/b
r
/c
r

Đặt L: điện cảm chính của các dây quấn pha stator

L

: điện cảm tản
N
s
: số vòng dây một pha stator
N
r
: số vòng dây một pha rôto

m
: vị trí góc của dây quấn rôto
Thì có thể viết đƣợc 6 phƣơng trình điện áp cho ĐK nhƣ sau nếu mạch từ còn chƣa bão hòa (điện
cảm là hằng)
i
as
i
cs
i
bs
ω

θ
m
U
bs
U
cs
U
as

R
e
i
ar
i
br
i
cr
U
ar
U
cr
U
br

Hình 1.4.Sơ đồ dây quấn tập trung của ĐK
6


Hình 1.5. Sơ đồ 3 pha quy đổi về stato của ĐK.
Căn cứ vào sơ đồ quy đổi và các ký hiệu quy ƣớc, có thể dễ dàng viết ra đƣợc hệ các phƣơng trình cơ bản
của điều khiển trong không gian 3 pha quy đổi về stato:

' ' ' '
.
.
s
ss
s
r

r r r
r
d
u R i
dt
d
u R i e
dt

  




   


(1.23)
''
' ' ' ' ' '
. . . ( )
. . . ( )
s
s
sm
s m m
s r s s s r
rm
mm
s r r r r s r

L i L i L i L i i
L i L i L i L i i





         


         


(1.24)

'
' ' '
ar br cr
. ( ). .( )
3
mb mc ma
p
M i i i

      

(1.25)
1.2.2 Đại lƣợng véctơ không gian:
e
αr

R
s
R
r
L
ϭs
L
ϭr
i
αs
i
αr
L
m
Ψ
αr
u
αs
u
αr
e
βr
R
s
R
r
L
ϭs
L
ϭr

i
βs
i
βr
L
m
Ψ
βr
u
βs
u
βr
Ψ
αs
Ψ
βs

Hình 1.12. Sơ đồ thay thế của động cơ không đồng bộ trong hệ trục , 
Các phƣơng trình mô tả động cơ:

SSSS
dt
d
iRu


;
rrrrr
dt
d

iRu


 .


SSSS
dt
d
iRu


;
rrrrS
dt
d
iRu


 .

(1.30)
7


rMSSS
iLiL


;

rMrrr
iLiL




   
SSSSSrSrM
ii
P
iiiiL
P
M


2
3
.
2
3
'`


R
s
R
r
1
L
s

1
s
1
L
r
XX X X X
L
m
X
X
X
3p’
2
R
r
R
s
1
s
1
L
r
1
s
1
L
s
XX X X X
L
m

p’
J.s
X
X
X
1
s
u
sα

u
sβ
ψ
αs
ψ
βs
ψ
αs
ψ
βs
i
βs
i
αs
i
αr
i
βr
M
M

c
ψ
βr
ψ
αr
u
βr
u
αr
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-

Hình 1.13. Sơ đồ cấu trúc của động cơ trong hệ tọa độ , 
b, Mô hình trong hệ tọa độ quay đồng bộ (d, q, 0)
Các đại lƣợng véctơ không gian cũng có thể đƣợc biểu diễn trong hệ tọa độ trực giao d, q quay với tốc độ s
e
dr
R
s
R
r

L
ϭs
L
ϭr
i
ds
i
dr
L
m
Ψ
dr
u
ds
u
dr
e
ds
e
qr
R
s
R
r
L
ϭs
L
ϭr
i
qs

i
qr
L
m
Ψ
qr
u
qs
u
qr
e
qs
Ψ
ds
Ψ
qs

Hình 1.16. Sơ đồ thay thế điều khiển trong hệ trục tọa độ d, q
Từ các phân tích và sơ dồ thay thế có thể dẫn ra đƣợc hệ phƣơng trình (1.34) với

 
 
T
ss
j
T
ass
uueuu
s




,, 


qss
ds
dssds
dt
d
iRU





dss
qs
qssqs
dt
d
iRU




8


qrsl

dr
drrrs
dt
d
iRU



(1.34)

drsl
qr
qrrqr
dt
d
iRU





drMdssds
iLiL 

;
drrdsMdr
iLiL
.



.
qs s qs M qr
L i L i


;
qrrqsMqr
iLiL 


R
s
R
r
1
L
s
1
s
1
L
r
L
M
X
X
3p’L
m

2L
r
R
r
R
s
1
s
1
L
r
1
s
1
L
s
L
m
p’
J.s
X
X
1
s
u
ds
u
qs
ψ
ds

ψ
qs
ψ
Md
ψ
βs
i
qs
i
ds
i
dr
i
qr
M
Mc
ψ
qr
ψ
dr
u
qr
u
dr
-
-
-
-
-
-

-
-
-
-
-
X
X
-
ω

ω
s
ω
sl
-
ω
s

Hình 1.17. Sơ đồ cấu trúc của ĐK trong hệ trục tọa độ dq
c, Mô hình trong hệ tọa độ gắn với roto (D, Q, O)

Hình 1.19. Sơ đồ thay thế điều khiển trong hệ tọa độ gắn với rôto
e
Ds
= -.ψ
Qs

e
Qs
= -.ψ

Ds

Q
dt
d
iRU
s
SD
SDSSD


 .

D
dt
d
iRU
s
SQ
sQSSQ


 .

(1.35)
9

dt
d
iRU

rD
rDrrD


.

dt
d
iRU
rQ
rQrrQ




Hình 1.20. Sơ đồ cấu trúc của điều khiển trong hệ tọa độ gắn với rôto

10

CHƢƠNG 2
NGUYÊN LÝ ĐIỀU KHIỂN TRỰC TIẾP MÔMEN
2.1 NGUYÊN LÝ ĐIỀU KHIỂN:
Phƣơng pháp điều khiển véctơ tựa từ thông rôto, ngoài những ƣu điểm nổi bật còn tồn tại một nhƣợc điểm
quan trọng là độ tác động nhanh không cao do mô hình phức tạp, phải thực hiện phép quay toạ độ và vẫn
phải điều khiển mômen gián tiếp qua điều khiển các thành phần dòng điện.

jβs
ψ
βs
ψ
αs
αs
i
s
ΔΨ
s
Ψ
s
ϭ
Δϭ
ψ

r
θ
sψ
ω
s
Ψ
s
+ΔΨ
s


Hình 2.1. Biểu diễn các đại lƣợng trong hệ trục  gắn với stato
Mômen động cơ là biến thiên điều khiển cần phải điều khiển bám theo mômen tải Mc yêu cầu, có
ba khả năng
- Mđ > Mc cần phải giảm mômen,tức là đẩy lùi véc tơ
s


- Mđ < Mc cần phải tăng mômen, tức là đẩy tiến véctơ
s


- Mđ =Mc giữ nguyên
Trong điều khiển trực tiếp mômen, ngƣời ta thiết kế bộ điều khiển trực tiếp mômen theo kiểu đóng
cắt ba vị trí, đầu vào có lƣợng đặt mômen là mômen cản (Mc) và lƣợng thực mômen là mômen động cơ (
Mđ) đầu ra tín hiệu điều khiển dm
Khi Mđ > Mc + ∆m, dm = -1 (giảm mômen)
Khi Mđ < Mc - ∆m, dm = +1 (tăng mômen)
Khi Mđ - ∆m,< Mđ < Mc+ ∆m, dm = 0 (giữ nguyên mômen). Trong đó ∆m là bằng trễ.
Từ thông stato có thể tính toán đƣợc bằng cách tích phân phƣơng trình điện áp stato trong (1.7):

s
0
()
t
s s s
u R i dt








2
3
sin
2
m
rs s
sr
L
p
M
LL
  


 


2
3
sin
2
m
rs s
sr
L
p
M
LL
  


 


11

2.2 CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN
2.2.1 Sơ đồ DTC:
Bảng
chọn
véctơ
điện
áp
+ -
Mô hình
động cơ

ĐK
SP
Udc
NL
M
Ψ
s

R
ω
- -
-
ω
M
e
ψ
Ψ
*
s
ψ
s
d
ψ
i
s
S(x)
2BT
ψ
BT
M

Sa
Sb
Sc
ω
*

ω
e
M
d
M

Hình 2.3. Sơ đồ khối của DTC
2.2.2 Các bộ điều khiển trong sơ đồ
1- Đo điện áp và dòng điện:
Dòng điện các pha của động cơ không đồng bộ và điện áp một chiều của biến tần và Switch chuyển
mạch của nghịch lƣa đƣợc đƣa vào khâu ƣớc lƣợng từ thông, mômen động cơ. Ở khâu này sẽ dự báo chính
xác các thông số.
2- Mô hình động cơ
Sẽ tính toán chính xác biên độ và góc quay từ thông. Tính toán mômen động cơ các giá trị này sẽ
đƣợc đƣa đến bộ so sánh từ thông và mômen.
3- Bộ so sánh từ thông và mômen:
Giá trị đặt của độ lớn từ thông stator và mômen đƣợc so sánh với giá trị thực và sai số thu đƣợc sẽ là
đầu vào cho hai khối trễ 2 và 3 vị trí tƣơng ứng.
Đầu ra của 2 khối trễ này, cùng với vị trí của từ thông stato đƣợc sử dụng làm đầu vào của bảng
chọn. Vị trí của từ thông stato đƣợc chia ra làm 6 séctơ riêng biệt. Sai số độ lớn từ thông stato và mômen
đƣợc hạn chế trong các dải trễ tƣơng ứng. Ngƣời ta chứng minh đƣợc dải trễ từ thông tác động mạnh đến sự
méo dòng điện stator trong vùng sóng hài thấp còn dải trễ mômen tác động mạnh đến tần số chuyển mạch.
4- Khối bảng chọn các véctơ điện áp tối ƣu:
Bao gồm bộ xử lý tín hiệu số (DSP) với bo mạch sẽ đóng vai trò đóng mở các van. Tần số đóng cắt

sẽ quyết định thành công của DTC.
2.3 KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN

12

Hình 2.3 và hình 2.4 diễn giải kỹ thuật điều khiển DTC. Tín hiệu đặt của từ thông stato và mômen
đƣợc so sánh với các giá trị thực tƣơng ứng, sai lệch của chúng đƣợc xử lý theo kiểu bộ điều khiển dải trễ.
Bộ điều khiển của mạch vòng từ thông có hai mức đầu ra tùy thuộc sai lệch từ thông.
d = 1 khi e > +BT : d = -1 khi e < - BT
trong đó 2BT = độ rộng của băng trễ của bộ điều khiển từ thông. Quỹ đạo của đầu mút véctơ từ thông là
đƣờng zig – zăc quay ngƣợc chiều kim đồng hồ nhƣ trên hình 2.4a. Nhƣ vậy, từ thông thực sẽ đƣợc kẹp giữa
băng trễ. Bộ điều khiển mômen có ba mức đầu ra, tùy thuộc vào sai lệch mômen.

(a)

(b)
Hình 2.4. Quỹ đạo véctơ từ thông Stator (a) và véctơ điện áp sử dụng trong thời gian ∆t và từ thông
tƣơng ứng (b)
dM = 1 khi eM > +BTM
dM = - 1 khi eM < -BTM
13

dM = 0 khi –BTM < eM < +BTM
Các tín hiệu phản hồi đƣợc tính toán bởi mô hình động cơ thông qua điện áp đầu cực và dòng điện
stator. Mô hình động cơ cũng tính toán đƣợc số hiệu sector s(x) (x=1/2/3/4/5/6) là góc phần sáu của hình
tròn nơi mà véctơ từ thông nằm vào. Hình 2.4a Bảng chọn véctơ điện áp nhận các tín hiệu vào d, dM và
s(x) và chỉ ra trạng thái chuyển mạch của nghịch lƣu (sa sb sc) sao cho đạt đƣợc 1 trong 8 véctơ của hình sao
điện áp nghịch lƣu, trong đó 6 véctơ tích cực (từ
V
1 -

V
6) tạo ra sự thay đổi gián đoạn của véctơ từ thông
cả về biên độ và góc pha hình 2.4b. Ứng với một từ thông xác định tín hiệu điều khiển mômen đƣợc tính
toán và làm cho véctơ từ thông bắt đầu quay, bảng 2.2. liệt kê các véctơ điện áp sẽ đƣợc chọn và tác động
của chúng đến đồng thời cả từ thông và mômen. Các đoạn quỹ đạo AB, BC, CD, DE, … tƣơng ứng với gia
số véctơ từ thông
ψ
s
Δ
với mỗi chu kỳ tính toán của bộ điều khiển. Véctơ từ thông rôto
ψ
r
sẽ quay đều với
tốc độ s tƣơng ứng với hằng số thời gian khá lớn của mạch rôto Tr. Bảng 2.3 tổng hợp các sự thay đổi của
từ thông stator và mômen, nếu véctơ từ thông nằm ở vị trí nhƣ hình 2.4b, theo đó biên độ của từ thông sẽ
tăng rất nhanh nếu ta áp dụng véctơ
V
1 tăng vừa nếu áp dụng
V
2 và tăng ít nếu áp dụng
V
6 và giảm
nhiều, vửa và ít nếu áp dụng tƣơng ứng
V
4,
V
5 và
V
3. Tƣơng tự nhƣ vậy mômen sẽ tăng mạnh, vừa và ít
nếu áp dụng

V
3,
V
2,
V
4 và giảm nhiều nếu áp dụng
V
5,
V
6,
V
1 do ảnh hƣởng của các véctơ vừa, ít
tƣơng ứng tới góc mômen (t ). Các véctơ zê-rô
V
0 và
V
7 tƣơng ứng với các dây quấn stato đƣợc nối
ngắn mạch với nhau và do quán tính của mạch stato mà từ thông giữ nguyên, còn mômen thì hơi giảm.
2.4 LẬP BẢNG CHỌN VÉCTƠ
Kết quả đạt đƣợc ở phần trên có thể đƣợc lập thành bảng và đƣợc gọi là bảng chọn véctơ
chuyển mạch tối ƣu. Bảng đƣa ra việc chọn tối ƣu các véctơ chuyển mạch cho tất cả các vị trí của
véctơ từ thông stator.
Bảng chuyển mạch tối ƣu cần biết vị trí của véctơ từ thông stator ngay sau khi biết đƣợc vị trí sẽ
tính ra séctơ cho véctơ từ thông stator.
Bảng 2.1. Bảng chọn chung cho phƣơng pháp điều khiển trực tiếp mômen
"k" là thứ tự séctơ

Chọn véctơ điện áp
Tăng
Giảm
Từ thông Stator
V
k
, V
k+1
, V
k-1

V
k+2
, V
k-2
, V
k+3

Mômen
V
k+1
, V
k+2

V

k-1
, V
k-2

14

Bảng 2.2. Bảng chọn véctơ điện áp của nghịch lƣu

Dψ
dM
S(1)
S(2)
S(3)
S(4)
S(5)
S(6)
1
1
V
2

V
3

V
4

V
5
V

6

V
1

0
V
0

V
7

V
0

V
7

V
0

V
7

-1
V
6

V
1

V
2

V
3

V
4

V
5

-1
1
V
3

V
4

V
5

V
6

V
1

V
2

0
V
7

V
0

V
7

V
0

V
7

V
0

-1
V
5

V
6

V

1

V
2

V
3

V
4

Bảng 2.3. Biến thiên từ thông và mômen ứng với các véctơ điện áp sử dụng khi véctơ từ thông ở vị
trí nhƣ hình 2.4b.
Véctơ
điện áp
V
1

V
2

V
3

V
4

V
5

V
6

V
7
/V
0

∆ψs
↑
↑
↓
↓
↓
↑
0
∆M
↓
↑
↑
↑
↓
↓
↓

15


CHƢƠNG 3
THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN
3.1. THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN TỪ THÔNG STATOR
Bộ điều khiển của mạch vòng từ thông có hai mức đầu ra tùy thuộc sai lệch từ thông.
d = 1 khi e > +BT
d = -1 khi e < - BT







3.2. THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MÔMEN
Bộ điều khiển mômen có ba mức đầu ra, tùy thuộc vào sai lệch mômen. Đây là mô hình đơn giản nhất của
điều khiển trực tiếp mômen. Các giá trị đặt của biên độ mômen, các giá trị thực đƣợc đƣa vào các khối
trạng thái có trễ tƣơng ứng ba mức.
d
M

= 1 khi eM > +BT
M

d
M
= - 1 khi eM < -BT
M

d
M
= 0 khi –BT
M
< e
M
< +BT
M








3.3 MÔ HÌNH TOÁN HỌC ƢỚC LƢỢNG CÁC ĐẠI LƢỢNG PHẢN HỒI
Mô hình động cơ dùng để tính toán
ψ
s
và M làm các đại lƣợng phản hồi, việc tính mômen có thể sử
dụng sơ đồ trên hình 3.1.

X
X
3p’
2
X
ψ
rβ
ψ
rα
i
sβ
i
sα
-
M


e


2BT


d


Hình 3.1. Bộ điều khiển dải trễ hai mức

M
d

M
e

M
BT

Hình 3.2. Bộ điều khiển dải trễ ba mức

16


Hình 3.3. Mô hình dòng điện ƣớc lƣợng tín hiệu mômen điện từ
3
ˆ
()
2


   

m
r s r s
r
L
p
M i i
L

Nên có thể tính đƣợc điện áp thông qua việc đo điện áp mạch một chiều và biết trạng thái chuyển

mạch tức thời của nghịch lƣu, cụ thể:
2 1 2
( ) .
3 2 3
s dc c b c dc
u U S S S U S


   



 
11
).
22
s dc b c dc
u U S S U S

  

sin
s
s
s








Vị trí góc của véctơ từ thông có thể xác định đƣợc theo hình 3.2
X ∫
X

R
s
R
s
1/2
∫
÷
U
dc
S
a
S
b
S
c
i
as
i
bs
i
cs
abc
+
-

+
+
+
-
αβ
S
β
S
α
-
-
ψ
αs
ψ
s
ψ
βs
sinθ
sψ
2
1
3
2
22
()() 

Hình 3.4. Mô hình tính toán từ thông stato và vị trí góc phần sáu s(x)

(3.1)
17

CHƢƠNG 4
MÔ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM
4.1. MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG HỆ THỐNG:
4.1.1 Mô hình mô phỏng
angle
dTe/1
XY Graph
v
+
-
Te (N.m)
TU THONG DAT
F_d
F_q
Is_d
Is_q
Te
TINH MOMEN1
Is_abc
Is_d
Is_q

Subsystem3
Us
Is
F_d
F_q
Subsystem1
Vdc
SABC
U_ab
Subsystem
Re
Im
Momen
m
is_abc
Te
Machines
Measurement
Demux
MOMEN TAI
MOMEN DAT
anglesector
Khoi tinh Sector
g
A
B
C
+
-
Tm

m
A
B
C
Induction
machine
Err_phi1
DC
Voltage
Source
|u|
u
Err_ Te
Err_ Phi
Sector
Gates
Bang chon
-dTe/1

Hình 4.1. Mô hình mô phỏng ƣớc lƣợng từ thông stator và mômen điện từ
- Biên độ từ thông đặt (Wb) và mômen đặt (N.m) sẽ là những giá trị đặt trực tiếp vào mô hình
mô phỏng (sơ đồ hình 4.1)
- DTC dựa trên bảng tra 2.2 mômen ƣớc lƣợng theo công thức 3.2
- Bộ điều chỉnh mômen là bộ điều chỉnh ba trạng thái có trễ theo bảng 2.2. Bộ điều chỉnh từ
thông là hai trạng thái có trễ theo bảng 3.3. Sai lệch từ thông và mômen mong muốn là ±5%
- 4.1.2 Cấu trúc các khối chi tiết trong sơ đồ
- Thông số động cơ
Bảng 4.1. Thông số động cơ
Thông số
Giá trị

Công suất danh định P
N

3kW
Điện áp danh định U
N

220V
Tần số danh định f
N
50Hz
Số đôi cực p
c

2
Điện trở stator R
s

2.89 
Điện trở rôto R
r

2.39
Điện cảm từ hoá L
m

0.214H
Mômen quán tính J
0.005 kgm
2

18

Điện cảm stator L
s

0,225H
Điện cảm rôto L
r

0,225H
-
Kết quả mô phỏng:
Đáp ứng mômen











Hình 4.16. Đáp ứng mômen

Đáp ứng từ thông

Hình 4.17. Đáp ứng từ thông
Quỹ đạo từ thông Stator


19



Hình 4.18. Quỹ đạo từ thông Stator

Đáp ứng Tốc độ



Hình 4.19. Đáp ứng tốc độ
*Thực hiện việc thay đổi mômen đặt
20


Hình 4.20. Đáp ứng mômen khi thay đổi mômen đặt


4.2. ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG QUA THÍ NGHIỆM:
4.2.1. Các trang thiết bị trong phần thực nghiệm:
+ Bộ biến tần nguồn áp ba pha
+Hệ thống dùng để thí nghiệm biến tần (các đèn tín hiệu, các đồng hồ do vôn kế, ămpe kế, Các nút điều
chỉnh, các đèn báo)
+Động cơ không đồng bộ ba pha rô to lồng sóc với thông số động cơ:

U
đm
= 220/380 (V)
I
đm
= 5,4 (A)
P
đm
= 2,4 (KW)
Cosφ = 0,83
f = 50 Hz
n = 1450 (v/ph)
+ Tải sử dụng: Máy phát một chiều, hệ thống tải trở.
+PLC S7 300 thu thập tín hiệu
+Máy tính dùng Win CC để vẽ đặc tính.
* Các trang thiết bị đƣợc thể hiện trong các hình dƣới đây:


21



Hình 4.21. Hệ thống thí nghiệm

4.2.1. Kết quả thí nghiệm:
Sau khi thí nghiệm sử dụng biến tần điều khiển trực tiếp mômen động cơ không đồng bộ ta có đƣợc kết quả
của đáp ứng tốc độ nhƣ hình 4.28.

Hình 4.28. Đáp ứng tốc độ
Để có đƣợc đáp ứng tốc độ nhƣ hình 4.28 ta đặt tốc độ động cơ n

đ
=875 (v/ph).
Đƣờng đặc tính tốc độ với động cơ thực khi đƣợc điều khiển trực tiếp mômen bằng biến tần đƣợc lấy ra nhờ
sự hỗ trợ của PLC S7 300 và máy tính sử dụng Win CC.
Ta so sánh gữa đƣờng đặc tính tốc độ thƣc tế và đƣờng đặc tính lấy đƣợc trong mô phỏng matlab là tƣơng
đƣơng nhau. Tuy nhiên đƣờng đặc tính có đƣợc khi thực hiện mô phỏng đẹp hơn, thời gian quá độ ít hơn và
đƣờng đặc tính bám với tốc độ đặt hơn vì trong mô phỏng ta đã lý tƣởng hóa động cơ và các thiết bị do đó
đƣờng đặc tính không bị chịu ảnh hƣởng của các tác động cơ học nhƣ ( ma sát của vòng bi, v v )
4.2.2. Đánh giá các kết quả
Các kết quả mô phỏng đã chứng tỏ đƣợc tính đúng đắn của phân tích lý luận và các bƣớc thiết kế.
Hình 4.18, đã chứng tỏ đƣợc từ thông stator là quỹ đạo tiệm cận với đƣờng tròn, điều này chứng tỏ sự đúng
đắn của phân tích lý luận trong chƣơng 2, với khẳng định tính chính xác của mô hình ƣớc lƣợng trong
chƣơng 3, hình 3.4. Kết quả mô phỏng trong hình 4.20, chứng tỏ đƣợc các dự đoán đã đặt ra từ đầu là:
- Mômen thay đổi tức thời theo lƣợng đặt.
- Đập mạch mômen là có thực.
- Mô hình ƣớc lƣợng mômen điện từ của động cơ là chính xác.
22

Mặc dù có hạn chế về thiết bị, nhƣng các thiết bị đƣợc tiến hành tại trung tâm thực nghiệm của trƣờng đại
học Kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên, hình 4.28, đã cũng chứng tỏ đƣợc sự phù hợp giữa lý thuyết và thực
nghiệm.
- Tốc độ thay đổi tuyến tính theo thời gian chứng tỏ mômen trong quá trình quá độ là hằng (so
sánh với hình 4.16)
- Hệ thống là vi sai tĩnh, tốc độ xác lập đúng bằng giá trị tốc độ đặt.

23

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ
1. Kết luận:
Trong khuôn khổ luận văn này, kết quả Tôi đã thực hiện đƣợc việc nghiên cứu và thực nghiện một
phƣơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ đó là phƣơng pháp điều chỉnh trực tiếp mômen với

các nôi dung nhƣ sau:
+ Đã thực hiện nghiên cứu và tính toán điều khiển DTC bao gồm thuật toán điều khiển DTC, tạo ra một “lõi
DTC” trong đó các bộ điều khiển mômen và từ thông stator có đặc tính dạng rơle có trễ với 3 và 2 vị trí.
+ Đã thiết lập đƣợc các mô hình ƣớc lƣợng các đại lƣợng phản hồi (mômen và từ thông stator).
+ Đã tiến hành mô phỏng để kiểm chứng tính đúng đắn của phân tích, tổng hợp lý thuyết.
+ Các thực nghiệm tại trung tâm thực nghiệm trƣờng đại học Kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên cũng đã
chứng tỏ đƣợc sự phù hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm.
2. ĐỀ nghị:
Nhƣợc điểm lớn của phƣơng pháp DTC là đập mạch mômen điện từ, mặc dù đập mạch này sẽ đƣợc
“lọc” bởi quán tính cơ học của truyền động điện. Tuy nhiên cũng cần nghiên cứu, phát triển các thuật toán
nâng cao để giảm thiểu biên độ đập mạch mômen này.
Trong điều khiển DTC kinh điển không có các bộ điều khiển dòng điện điều này có thể gây nguy hiểm cho
các bộ biến tần, do đó cần bổ sung nghiên cứu thiết lập các bộ điều khiển dòng điện phù hợp

24

TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Nguyễn Bính: Điện tử công suất, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội, 1994.
[2]. Nguyễn Văn Liễn, Bùi Quốc Khánh, Cơ sở truyền động điện, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội,
2009
[3]. Nguyễn Phùng Quang, Andreas Ditrich, truyền động điện thông minh, Nhà xuất bản khoa học kỹ
thuật, 2004.
[4]. Nguyễn Phùng Quang: MATLAB & Simulink dành cho kỹ sư điều khiển tự động, NXB Khoa học
& kỹ thuật, 2006.
[5]. Nguyễn Phùng Quang: Điều khiển tự động truyền động điện xoay chiều 3 pha , NXB Giáo dục
1996.
[6]. Võ Nhƣ Tiến, Điều khiển động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu không cần cảm biến, Tạp chí
Khoa học và Công nghệ, Đại học Đà Nẵng – Số 4/2005.
[7]. Võ Nhƣ Tiến, Nghiên cứu ứng dụng vi xử lý tín hiệu số (DSP) điều khiển tốc độ động cơ không
đồng bộ, Đề tài NCKH cấp Bộ mã số B2008-ĐN 06-05.
[8]. Võ Nhƣ Tiến, Bùi Quốc Khánh, Điều khiển trực tiếp mô men động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu
bằng phương pháp logic mờ, Hội Nghị toàn quốc lần thứ VI(VICA 6), Hà nội 12-14/4/2005.
[9]. M.R. Zolghadri, C. Pelisson, D. Poye (1996), Star Up of a Global Torque Control Systerm, IEEE
Trans. on Power Electronics, pp.370-374.
[10]. Nash J. (1997), Direct Torque Control, Induction Motor Vector Control without an Encoder, IEEE
Trans. on Ind. Applications, Vol.33, No.2 pages 333-341.