Bài giảng điều khiển máy điện nâng cao bài giảng 3 TS nguyễn quang nam

Bài giảng
Điều Khiển Máy Điện Nâng Cao
Điều khiển vô hướng động cơ KĐB
TS. Nguyễn Quang Nam
2013 – 2014, HK 2

/>
Bài giảng 3

1

Giới thiệu
Các phương pháp điều khiển vô hướng được đề cập:
điều khiển V/f và điều khiển vectơ không gian.
Cả hai phương pháp trên đều yêu cầu khả năng điều
chỉnh điện áp đặt vào động cơ, do đó thường được hiện
thực thông qua kỹ thuật điều chế độ rộng xung (PWM).
Bài giảng sẽ ôn lại kỹ thuật PWM, sau đó giới thiệu lần
lượt phương pháp điều khiển V/f và vectơ không gian.

Bài giảng 3

2


Nhắc lại kỹ thuật PWM
Xét một bộ nghịch lưu nguồn áp 3 pha, các sóng sin tham
chiếu có thể được so sánh với một sóng mang, để tạo ra hệ
điện áp 3 pha ngõ ra với dạng sóng có ít họa tần bậc cao.

Bài giảng 3

3

Nhắc lại kỹ thuật PWM (tt)
Dạng sóng điều
thấy được như hình

VA0

chế điển hình có thể

như các mạch lọc RL, khiến cho dòng

VC0
VAB

cơ KĐB đóng vai trò

VBC

Các dây quấn động

VB0

bên.

gần với hình sin.

VCA

điện của động cơ khá
t

Bài giảng 3

4


Điều khiển V/f
Khi đặc tính động học trong điều khiển mômen hoặc tốc
độ không thực sự cần thiết, phương pháp điều khiển V/f có
thể được áp dụng, với giải thuật rất đơn giản.
Phương pháp điều khiển đơn giản đến mức có thể hiện
thực bằng phần cứng tương tự, do đó được dùng rộng rãi
khi chưa có mặt phần cứng tương tự.
Cấu trúc truyền động trong phương pháp này không yêu
cầu một mạch vòng điều khiển dòng điện, mà chỉ yêu cầu
điều khiển điện áp và tần số stato, sao cho từ thông stato là
một hằng số.
Bài giảng 3

5

Điều khiển V/f (tt)
Đặc tính cơ của động cơ KĐB

Bài giảng 3

6

Điều khiển V/f (tt)
Có thể thấy mặc dù phương pháp thay đổi điện trở mạch
rôto để điều chỉnh tốc độ cho phép đạt được mục tiêu thay
đổi tốc độ, nhưng hiệu suất sẽ càng giảm nếu điểm làm việc
càng cách xa điểm làm việc định mức.
Giả sử bỏ qua điện áp rơi trên tổng trở tản stato, điện áp
đặt vào 1 pha stato sẽ thỏa mãn:

V1 = 4,44 fN1Φ m
Do đó, khi giảm tần số stato (để giảm tốc độ) thì điện áp
cũng phải giảm một cách tỷ lệ để giữ từ thông không đổi,
hay nói cách khác V/f = const => pp điều khiển V/f.
Bài giảng 3

7

Bộ điều khiển tốc độ theo V/f
Trong sơ đồ điều khiển dưới đây, tốc độ xác lập của máy
được điều khiển thông qua việc thay đổi tần số (tỷ lệ với tốc
độ đặt) và điện áp (có kể đến thành phần điện áp rơi trên
tổng trở tản của dây quấn stato).
Cấu trúc chỉ có thể đảm bảo điều khiển được tốc độ đồng
bộ của động cơ, vì không có cảm biến tốc độ rôto.

Bài giảng 3

8

Bộ điều khiển tốc độ theo V/f (tt)
Mô phỏng bộ điều khiển V/f đơn giản

Bài giảng 3

9

Bộ điều khiển tốc độ theo V/f (tt)
Mô phỏng bộ điều khiển V/f đơn giản

Bài giảng 3

10


Bộ điều khiển V/f có cảm biến tốc độ
Trong sơ đồ điều khiển dưới đây, cảm biến tốc độ được
dùng để xác định tốc độ rô to, từ đó có thể xác định tần số
trượt, và xác định được các thành phần điện áp stato một
cách chính xác hơn.

Bài giảng 3

11

Bộ điều khiển V/f có cảm biến tốc độ (tt)
Mô phỏng bộ điều khiển V/f có cảm biến tốc độ

Bài giảng 3

12


Bộ điều khiển V/f có cảm biến tốc độ (tt)
Mô phỏng bộ điều khiển V/f có cảm biến tốc độ

Bài giảng 3

13

Điều khiển vectơ không gian
Xét sơ đồ mạch nghịch lưu nguồn áp 3 pha. Trạng thái
điện áp của mạch được ký hiệu u[abc] (gọi là vectơ điện áp),
với a = ‘1’ khi khóa trên đóng, và a = ‘0’ khi khóa dưới đóng.

Bài giảng 3

14


Điều khiển vectơ không gian (tt)
Có tổng cộng 8 tổ hợp (trạng thái) điện áp, trong đó có 6
trạng thái điện áp xảy ra truyền công suất, và 2 trạng thái
không truyền công suất.
Vector

S1

S3

S5

S2

S4

S6

VAB

VBC

VCA

V0 = {000}

OFF

OFF

OFF

ON

ON

ON

0

0

0

V1 = {100}

ON

OFF

OFF

OFF

ON

ON

+Vdc

0

−Vdc

active vector

V2 = {110}

ON

ON

OFF

OFF

OFF

ON

0

+Vdc

−Vdc

active vector

V3 = {010}

OFF

ON

OFF

ON

OFF

ON

−Vdc

+Vdc

0

active vector

V4 = {011}

OFF

ON

ON

ON

OFF

OFF

−Vdc

0

+Vdc

active vector

V5 = {001}

OFF

OFF

ON

ON

ON

OFF

0

−Vdc

+Vdc

active vector

V6 = {101}

ON

OFF

ON

OFF

ON

OFF

+Vdc

−Vdc

0

active vector

V7 = {111}

ON

ON

ON

OFF

OFF

OFF

0

0

0

zero vector

zero vector

Bài giảng 3

15

Điều khiển vectơ không gian (tt)
Vectơ không gian tổng hợp từ 3 vectơ không gian thành
phần của 3 pha.

Bài giảng 3

16


Điều khiển vectơ không gian (tt)
Trong các máy điện AC, vectơ không gian tổng hợp quay
tròn đều. Phương pháp điều khiển vectơ không gian hiện
thực điều này theo nghĩa trung bình: giá trị trung bình của
vectơ không gian bám theo quỹ đạo cần thiết.
Sáu trạng thái tích cực (truyền công suất) cơ bản chia
mặt phẳng thành 6 vùng (sector) đều nhau. Một vectơ

không gian nằm trong vùng nào sẽ được hiện thực bởi hai
vectơ cơ bản nằm gần nhất, với thời gian tương ứng cho
mỗi vectơ được chọn thích hợp.

Bài giảng 3

17

Điều khiển vectơ không gian (tt)
Hiện thực vectơ không gian dựa vào các vectơ cơ bản.

II
III
I

IV

VI
V

Bài giảng 3

18


Điều khiển vectơ không gian (tt)
Thời gian của mỗi trạng thái cơ bản, khi vectơ không gian
tham chiếu Vref nằm ở sector n, với Ts là chu kỳ điều chế độ
rộng xung.

T1 =

T2 =

3 ⋅ Ts ⋅Vref
Vdc

3 ⋅ Ts ⋅ Vref
Vdc


 nπ
sin 
−α 

 3

(
n − 1)π 

sin  α −

3 


T0 = Ts − T1 − T2
Bài giảng 3

19

Điều khiển vectơ không gian (tt)
Ví dụ một cách phân bố thời gian tương ứng của các
vectơ cơ bản trong sector 1 và sector 2.

Sector 1

Sector 2

Bài giảng 3

20