Bài giảng điều khiển máy điện nâng cao bài giảng 4 TS nguyễn quang nam

Bài giảng
Điều Khiển Máy Điện Nâng Cao
Mô hình động của động cơ KĐB
TS. Nguyễn Quang Nam
2013 – 2014, HK 2

/>
Bài giảng 4

1

Giới thiệu
Cách tiếp cận dựa trên các khái niệm ITF và IRTF để
xây dựng mô hình động của động cơ KĐB.
Mô hình động của động cơ KĐB không có từ tản.
Mô hình động của động cơ KĐB có từ tản, định hướng
theo từ thông rôto hoặc từ thông stato.
Mô hình tổng quát của động cơ KĐB, định hướng theo
từ thông.

Bài giảng 4

2


Cấu trúc động cơ KĐB rôto lồng sóc 4 cực

Bài giảng 4

3

Mô hình động của động cơ KĐB không có từ tản
Khi không xét từ thông tản trong các dây quấn, mô hình
dưới đây được rút ra từ quá trình vật lý trong máy.
Máy biến áp quay lý tưởng (IRTF) được dùng để thể hiện
sự khác biệt điện áp lẫn tần số ở phía stato và phía rôto của
động cơ.

Bài giảng 4

4


Mô hình động không có từ tản (tt)
Mô hình động có thể hiện thực.

Bài giảng 4

5

Mô hình định hướng trường không có từ tản
Dựa vào giản đồ vectơ ở
hình bên, có thể rút ra các
phương trình mô tả động cơ
như sau:

r
u sdq
r

ψ mdq

Lm
r dq

r dq dψr mdq
r
= Rs is +
+ jωψ mdq
dt
r dq r dq
= is − ir

r dq
r dq
dψ m
(
)
= Rr ir − j ω s − ωm ψ m
dt
Bài giảng 4

6


Mô hình định hướng trường không có từ tản (tt)
Đồng nhất phần thực của hai vế, ta rút ra được mô hình
của động cơ trên trục d, thỏa mãn các pt sau:

u sd = Rs isd +

ψm

Lm

dψ m
dt

= isd − ird

dψ m
= Rr ird
dt
Bài giảng 4

7

Mô hình định hướng trường không có từ tản (tt)
Đồng nhất phần ảo của hai vế, ta rút ra được mô hình của
động cơ trên trục q, thỏa mãn các pt sau, và được biểu diễn
như sơ đồ dưới đây:

u sq = Rs isq + ω sψ m
isq = irq

ω sψ m = Rr irq + ωmψ m

Bài giảng 4

8


Mô hình định hướng trường không có từ tản (tt)

Từ đó rút ra mô hình định hướng trường của động cơ,
được cấp nguồn dòng is.

Bài giảng 4

9

Mô hình IRTF cơ bản có từ tản
Khi xét từ thông tản trong các dây quấn, mô hình dưới
đây được rút ra từ quá trình vật lý trong máy.
Sự có mặt của các điện cảm tản có thể dẫn đến các khó
khăn khi mô phỏng động cơ, vì sự xuất hiện của các vòng
đại số trong mô hình hiện thực.

Bài giảng 4

10


Mô hình IRTF tổng quát
Mô hình tổng quát được xây dựng dựa trên mô hình 3
điện cảm, với sự có mặt của máy biến áp lý tưởng (ITF) để
thể hiện sự khác biệt cấp điện áp giữa stato và rôto.
Chú ý các đại lượng có chỉ số R là các đại lượng quy đổi
về mạch stato.

Bài giảng 4

11

Mô hình IRTF tổng quát (tt)
Tham số a được xác định thỏa mãn các giới hạn sau:

Lm
L
≤a≤ s
Lr
Lm
Các điện cảm trong mô hình được định nghĩa

 Ls

− a 
LσS = Lm 
 Lm


Lm 


LσR = aLr  a −
Lr 

LM = aLm
Bài giảng 4

12


Mô hình IRTF tổng quát (tt)

Thứ tự bố trí của ITF và IRTF có thể được hoán đổi mà
không ảnh hưởng đến hoạt động của mô hình, dẫn đến mô
hình tổng quát dưới đây.
Chú ý các đại lượng có chỉ số R là các đại lượng quy đổi
về mạch stato.

Bài giảng 4

13

Mô hình IRTF tổng quát (tt)
Các phương trình biểu diễn mô hình:

r
us
r

ψs
r

ψR
r
ψM
LM

r dψr s
= Rs is +
dt
r
r

= ψ M + LσS is
r
r
= ψ M − LσR iR
r r
= is − iR

r xy dψr Rxy
0 = − RR iR +
dt
Bài giảng 4

14


Mô hình IRTF tổng quát (tt)
Tính tổng quát của mô hình được thể hiện bởi hệ số a.
a = Lm/Lr: khi đó LσR = 0 và từ thông từ hóa bằng với từ
thông rôto. Mô hình này chính là mô hình IRTF định hướng
theo từ thông rôto.
a = 1: Đây là mô hình gốc có 5 tham số.
a = Ls/Lm: khi đó LσS = 0 và từ thông từ hóa bằng với từ
thông stato. Mô hình này chính là mô hình IRTF định hướng
theo từ thông stato.

Bài giảng 4

15

Mô hình IRTF tổng quát (tt)

L−1 là ma trận điện cảm nghịch đảo.

Bài giảng 4

16


Mô hình IRTF định hướng từ thông rôto

Bài giảng 4

17

Mô hình IRTF định hướng từ thông stato

r dψr s
r
u s = Rs is +
dt
r
r
r
ψ s = ψ R + LσR is
r
ψs r r
= is − iR
LM
r xy dψr Rxy
0 = − RR iR +
dt

Bài giảng 4

18


Mô hình định hướng trường tổng quát
Sử dụng giản đồ vectơ dưới đây, có thể biểu diễn hệ pt
mô tả động cơ như trong slide tiếp theo.

Bài giảng 4

19

Mô hình định hướng trường tổng quát (tt)
Sử dụng từ thông từ hóa làm biến trung gian:

r
u sdq
r

ψ sdq
r dq

ψR
ψM

LM
r dq

r dq dψr sdq

r dq
= Rs is +
+ jω sψ s
dt
r dq
= ψ M + LσS is
r dq
= ψ M − LσR iR
r dq r dq
= is − iR

r dq
r dq
dψ R
= RR iR − j (ω s − ωm )ψ R
dt
Bài giảng 4

20


Mô hình định hướng trường tổng quát (tt)
Mô hình của máy theo trục d

disd dψ M
u sd = Rs isd − ω s Lσs isq + Lσs
+
dt
dt

ψM
LM

= isd − iRd

dψ m
diRd
= LσR
− (ω s − ωm )LσR iRq + RR iRd
dt
dt
Bài giảng 4

21

Mô hình định hướng trường tổng quát (tt)
Mô hình của máy theo trục q

u sq = Rs isq + Lσs

disq
dt

+ ω s Lσs isd + eq

isq = iRq
eq = LσR

diRq
dt

+ (ω s − ωm )LσR iRd + RR iRq + ωmψ M

Bài giảng 4

22


Mô hình định hướng trường tổng quát (tt)
Kết hợp mô hình trên cả hai trục d và q.

Bài giảng 4

23

Mô hình định hướng từ thông rôto
Xét a = Lm/Lr, dẫn đến LσR = 0.

Bài giảng 4

24


Mô hình định hướng từ thông stato
Xét a = Ls/Lm, dẫn đến Lσs = 0.

Bài giảng 4

25