Hệ thống điều khiển trực tiếp moment (dtc) cho động cơ không đồng bộ ba pha dùng một cảm biến dòng

Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
-----o0o-----

LÊ NGUYÊN TRÌNH

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRỰC TIẾP
MOMENT (DTC) CHO ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG
BỘ BA PHA DÙNG MỘT CẢM BIẾN DÒNG

CHUYÊN NGÀNH
MÃ SỐ NGÀNH

: KỸ THUẬT ĐIỆN
: 2.02.01

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Tp. Hồø Chí Minh, tháng 07 năm 2007


NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................

........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................

Tp. Hồ Chí Minh, ngày 6 tháng 7 năm 2007
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

TS. LÊ MINH PHƯƠNG


NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN 2
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................

........................................................................................................................................

Tp. Hồ Chí Minh, ngày …… tháng 7 năm 2007
GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

.............................................................


NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN 1
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................

Tp. Hồ Chí Minh, ngày …… tháng 7 năm 2007
GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

.............................................................

CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH
Cán bộ hướng dẫn khoa học: T.S LÊ MINH PHƯƠNG
.................................................................................................................................

Cán bộ chấm nhận xét
1:……………………………………………………………………………………
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)

.............................................................................................................................
Cán bộ chấm nhận xét
2:……………………………………………………………………………………
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)

...............................................................................................................................
Luận văn thạc só được bảo vệ tại:…………………………………………. ........................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày………tháng……năm 2007



Đại Học Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

---------------------------

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc
--------------------------------

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên: LÊ NGUYÊN TRÌNH
Ngày sinh:10 – 03 – 1978
Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện

Phái : Nam
Nơi sinh: BÌNH THUẬN
Mã số: 2.02.01

I- TÊN ĐỀ TÀI:
HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRỰC TIẾP MOMENT CHO ĐỘNG CƠ
KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA DÙNG MỘT CẢM BIẾN DÒNG
II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
1. Tổng quan về động cơ không đồng bộ 3 pha.
2. Khảo sát kỹ thuật DTC 3 và 2 cảm biến với bảng đóng cắt truyền thống 6
sector.
3. Kỹ thuật DTC chỉ sử dụng 1 cảm biến dòng với bảng đóng cắt truyền thống
6 sector.
4. Khảo sát các kỹ thuật DTC khác .
III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:
06 - 02 - 2007
IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 06 - 07 - 2007
V- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: T.S LÊ MINH PHƯƠNG
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

BỘ MÔN QUẢN LÝ NGÀNH

TS. Lê Minh Phương

T.S Nguyễn Hoàng Việt

Nội dung và đề cương luận văn thạc só đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày…… tháng….. năm 2007
TRƯỞNG PHÒNG ĐT - SĐH

TRƯỞNG KHOA QL NGAØNH


LỜI CẢM ƠN
Xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy Lê Minh
Phương, người đã tận tình hướng dẫn và cung cấp nhiều tài
liệu q giá để tôi thực hiện luận văn này. Đồng thời em xin
chân thành cảm ơn thầy Phan Quốc Dũng và thầy Nguyễn
Thế Kiệt đã cung cấp cho em kiến thức và tài liệu q giá
về máy điện cũng như các kỹ thuật điều khiển tiên tiến mà
em đã ứng dụng trong luận văn này.
Xin chân thành cảm ơn các thầy cô, bạn bè đồng
nghiệp ở Trường Đại Học Công Nghệ Sài Gòn đã luôn
quan tâm, tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi có thể tham
gia và hoàn thành khóa học này.
Xin chân thành cảm ơn các anh chị học viên cao học
ngành Kỹ Thuật Điện và Hệ Thống Điện khóa 15 đã đóng
góp những ý kiến q báu trong quá trình thực hiện luận
văn.

Cuối cùng, con xin bày tỏ lòng biết ơn sâu nặng đến
Bố Mẹ đã sinh thành và nuôi con khôn lớn, luôn là chỗ dựa
vững chắc về tinh thần và vật chất, tạo mọi điều kiện thuận
lợi để con được học tập, trưởng thành như ngày hôm nay.

Lê Nguyên Trình


Trang
CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN
I. Giới thiệu chung về động cơ không đồng bộ 3 pha 2
1. Tổng quan về động cơ điện ...........................................................................2
2. Cấu tạo của động cơ không đồng bộ (động cơ cảm ứng) ..............................4
3. Khái niệm về từ trường quay tròn..................................................................6
4. Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ ..........................................9
5. Mạch điện tương đương của động cơ không đồng bộ ................................. 10
6. Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ..................................................... 11
II. Giới thiệu chung về các phương pháp điều khiển ........................................ 12
1. Phương pháp điều khiển định hướng tựa trường FOC ................................ 13
2. Phương pháp điều khiển trực tiếp moment DTC ........................................ 18
3. Phương pháp điều khiển trượt .................................................................... 21
CHƯƠNG II : MÔ HÌNH ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ
I. Các phương trình cơ bản ................................................................................ 24
1. Phương trình cân bằng điện ........................................................................ 24
2. Phương trình cân bằng cơ :.......................................................................... 26
II. Tính toán các trị số điện cảm dây quấn ........................................................ 26
III. Khái niệm về vectơ không gian .................................................................... 29
IV. nh hưởng của thành phần thứ tự không..................................................... 30
V. Chuyển hệ tọa độ ........................................................................................... 31
VI. p dụng vào các phương trình máy điện ...................................................... 32

VII. Khảo sát trong hệ tọa độ rotor ..................................................................... 34
VIII. Khảo sát trong hệ tọa độ stator .................................................................... 34
1. Mô hình tổng quát ....................................................................................... 34


2. Mô hình trong hệ tọa độ hai pha stator – hệ αβ ......................................... 36
3. Ma trận biến đổi.......................................................................................... 36
IX. Khảo sát trong hệ tọa độ từ thông rotor...................................................... 37
1. Mô hình tổng quát ....................................................................................... 37
2. Mô hình trong hệ tọa độ 2 pha từ thông rotor – hệ dq............................... 39
3. Ma trận biến đổi.......................................................................................... 40
4. Từ thông và moment trong hệ tọa độ từ thông dq ...................................... 41
X. Tóm tắt ............................................................................................................ 43
CHƯƠNG III : XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG
BỘ BẰNG MATLAB SIMULINK
I. Phương pháp xây dựng mô hình .................................................................... 46
II. Hệ phươn g trình mô tả động cơ trong hệ (α, β) .......................................... 46
1. Chuyển các điện áp từ abc → αβ.............................................................. 47
2. Xây dựng mô hình động cơ ......................................................................... 47
III. Kết quả mô phỏng trên Simulink.................................................................. 50
IV. Xây dựng khâu ước lượng moment và từ thông ........................................... 56
1. Khâu ước lượng từ thông stator................................................................... 56
2. Khâu ước lượng moment ........................................................................... 56
3. Khâu xác định giá trị từ thông và vị trí từ thông ....................................... 57
V. Xây dựng bộ nghịch lưu áp ............................................................................. 60
1. Vai trò và ứng dụng của bộ nghịch lưu....................................................... 60
2. Phân tích điều khiển bộ nghịch lưu áp ........................................................ 61
3. Xây dựng mô hình bộ nghịch lưu áp .......................................................... 64
CHƯƠNG IV : KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN TRỰC TIẾP MOMENT ĐỘNG CƠ
(DIRECT TORQUE CONTROL)

I. Tổng quan về phương pháp điều khiển trực tiếp moment (DTC).............. 65
II. Phân tích kỹ thuật điều khiển trực tiếp moment động cơ (DTC). ............. 67
1. Khi vectơ từ thông stator nằm trong sector thứ nhất (I).............................. 67


2. Khi vectơ từ thông stator nằm trong sector thứ hai (II)............................... 69
3. Khi vectơ từ thông stator nằm trong sector thứ (III) ................................... 70
4. Nhận xét về biến thiên của vectơ từ thông và moment ............................. 71
III. Giải thuật điều khiển DTC của giáo sư Takahashi và Noguchi.................. 73
1. Bộ so sánh từ thông hai bậc ........................................................................ 74
2. Bộ so sánh moment ba bậc với đầu ra là dTe ............................................. 74
3. Bảng đóng cắt tối ưu ................................................................................... 75
IV. Mô hình mô phỏng.......................................................................................... 78
1. Xây dựng mô hình mô phỏng...................................................................... 78
2. Kết quả thu được ......................................................................................... 80
3. Nhận xét kết quả mô phỏng ....................................................................... 85
V. Khảo sát khi thay đổi thời gian lấy mẫu ....................................................... 86
1. Khảo sát tại thời gian lấy mẫu là 10μs và 50μs ......................................... 86
2. Nhận xét kết quả mô phỏng ....................................................................... 88
VI. Khảo sát khi thay đổi hysteresis band của moment .................................... 89
1. Khi hysteresis band của moment bằng Htd = 1% ....................................... 89
2. Khi hysteresis band của moment bằng Htd = 2% ....................................... 90
3. Khi hysteresis band của moment bằng Htd = 10% ..................................... 91
VII. Khảo sát khi động cơ hoạt động không tải ................................................... 92
VIII. Nhận xét chung về phương pháp DTC.......................................................... 94


MỤC LỤC HÌNH
CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN
HÌNH 1.1 : ........................................................................................................................... 2

Phân bố đường sức từ thông trong các mạch từ động cơ 2p = 2 cực và 2p = 4 cực.
HÌNH 1.2 : .......................................................................................................................... 3
Hình vẽ phối cảnh, đường sức từ thông tạo bởi dây quấn stator trên mạch từ động cơ có
số cực 2p = 2.
HÌNH 1.3 : ........................................................................................................................... 3
Phân bố từ trường khai triển theo vị trí, trình bày theo dạng khai triển trên mặt phẳng.
HÌNH 1.4 : ........................................................................................................................... 4
Hình vẽ trình bày cấu tạo của động cơ cảm ứng (không đồng bộ 3 pha)
HÌNH 1.5 : .......................................................................................................................... 4
Cấu tạo của stator động cơ cảm ứng (không đồng bộ 3 pha)
HÌNH 1.6 : ........................................................................................................................... 5
Cấu tạo của rotor động cơ cảm ứng (không đồng bộ 3 pha)
HÌNH 1.7 : .......................................................................................................................... 5
Cấu tạo rotor lồng sóc sau khi đã đúc nhôm, chưa ép trục vào rotor.
HÌNH 1.8(a) : ..................................................................................................................... 7
Khảo sát từ trường tổng tại các thời điểm wt = π/6 ; π/2 ; 5π/6
HÌNH 1.8(b) : ..................................................................................................................... 8
Khảo sát từ trường tổng tại các thời điểm wt = 7π/6 ; 3π/2 ; 11π/6 .
HÌNH 1.11 : ......................................................................................................................10
Mạch điện tương đương động cơ không đồng bộ (vẽû cho 1 pha) mạch trình bày lúc
rotor quay, tần số phía stator và rotor không bằng nhau.
HÌNH 1.12 : ......................................................................................................................10
Mạch tương đương của động cơ khi qui đổi rotor về stator
HÌNH 1.13 : ......................................................................................................................12
Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ.
CHƯƠNG II : MÔ HÌNH ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ
CHƯƠNG III : XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG
BỘ BẰNG MATLAB SIMULINK
Hình 3.1: ...........................................................................................................................47
Mô hình chuyển trục điện áp (abc) -> (α,β).

Hình 3.2 : ..........................................................................................................................49
Mô hình tính các thông số dòng điện, tốc độ và moment cua động cơ.
Hình 3.3 : ..........................................................................................................................49


Mô hình chuyển trục dòng điện (α,β) -> (abc).
Hình 3.4 : ..........................................................................................................................50
Mô hình tính từ thông stator.
Hình 3.5 : ..........................................................................................................................50
Mô hình tổng thể của động cơ.
Hình 3.6: ...........................................................................................................................51
Mô hình khối mô phỏng động cơ.
Hình 3.7 : ..........................................................................................................................51
Chỉnh thông số điện áp pha A.
Hình 3.8: ...........................................................................................................................52
Chỉnh thông số điện áp pha B.
Hình 3.9 : ..........................................................................................................................52
hỉnh thông số điện áp pha C.
Hình 3.10 : ........................................................................................................................52
Điện áp mô phỏng pha A.
Hình 3.11: .........................................................................................................................53
Dòng điện mô phỏng pha A, khi khởi động và đóng tải tại thời điểm t = 0.5 s.
Hình 3.12 : ........................................................................................................................53
Dòng điện mô phỏng pha A, khi đóng tải tại thời điểm t = 0.5 s.
Hình 3.13: .........................................................................................................................54
Đáp ứng moment tải và moment động cơ tại thời điểm khởi động và thời điểm đóng tải
t= 0.5 s.
Hình 3.14 : ........................................................................................................................ 54
Đáp ứng moment tải và moment động cơ tại thời điểm đóng tải t= 0.5 s
Hình 3.15 : ........................................................................................................................ 55

Đáp ứng tốc độ động cơ khi khởi động và đóng tải t= 0.5 s.
Hình 3.16 : ........................................................................................................................55
Đáp ứng từ thông stator động cơ khi khởi động và đóng tải t= 0.5 s.
Hình 3.17 : ........................................................................................................................56
Mô hình ước tính từ thông.
Hình 3.18 : ........................................................................................................................57
Mô hình ước tính moment.
Hình 3.19 : ........................................................................................................................57
Mô hình tính giá trị và vị trí góc từ thông.
Hình 3.20 : ........................................................................................................................ 58
Mô hình ước tính giá trị từ thông và moment.
Hình 3.21: .........................................................................................................................59
Mô hình khối động cơ và khâu ước tính giá trị từ thông và moment.
Hình 3.22 : ........................................................................................................................59
Quỹ đạo từ thông stator.
Hình 3.23 : ........................................................................................................................ 60
Các sector vị trí từ thông được xuất ra.


Hình 3.24 : ........................................................................................................................61
Cấu hình bộ nghịch lưu áp ba pha.
CHƯƠNG IV : KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN TRỰC TIẾP MOMENT ĐỘNG CƠ
(DIRECT TORQUE CONTROL)
Hình 4.1 : ..........................................................................................................................65
Sơ đồ khối phương pháp điều khiển DTC –nguồn ABB
Hình 4.2 : ..........................................................................................................................66
Các vectơ điện áp trong phương pháp DTC
Hình 4.3 : ..........................................................................................................................67
Sơ đồ khối điều khiển DTC
Hình 4.4 : ..........................................................................................................................68

Vectơ từ thông trong trong sector I
Hình 4.5 : ..........................................................................................................................75
Khâu so sánh từ thông 2 bật và torque 3 bật
Hình 4.6 : ..........................................................................................................................78
Mô hình khối mô phỏng DTC
Hình 4.7 : ..........................................................................................................................79
Mô hình bộ cảm biến dòng
Hình 4.8 : ..........................................................................................................................79
Mô hình tra bảng tham chiếu đóng cắt
Hình 4.9 : ..........................................................................................................................81
Quỹ đạo từ thông stator động cơ
Hình 4.10 : ........................................................................................................................82
Vị trí từ thông theo Sector
Hình 4.11 : ........................................................................................................................82
Dòng điện pha A của stator
Hình 4.12 : ........................................................................................................................83
Từ thông stator
Hình 4.13 : ........................................................................................................................83
Moment đặt và moment tải
Hình 4.14 : ........................................................................................................................84
Moment đặt, moment động cơ và tốc động cơ (ωm/4 rad/s)
Hình 4.15 : ........................................................................................................................84
Moment động cơ tại thời điểm chuyển tải
Hình 4.16a : ......................................................................................................................86
Dòng điện stator khi Ts = 10μs
Hình 4.16b : ......................................................................................................................86
Dòng điện stator khi Ts = 50μs
Hình 4.17a : ......................................................................................................................86
Moment đặt và moment tải khi Ts = 10μs

Hình 4.17b : ......................................................................................................................86
Moment đặt và moment tải khi Ts = 50μs
Hình 4.18a : ......................................................................................................................87
Moment đặt, moment động cơ và tốc độ động cơ chia 4 khi Ts = 10μs
Hình 4.18b : ......................................................................................................................87
Moment đặt, moment động cơ và tốc độ động cơ chia 4 khi Ts = 50μs
Hình 4.19a : ......................................................................................................................87
Từ thông động cơ khi Ts = 10μs
Hình 4.19b : ......................................................................................................................87
Từ thông động cơ khi Ts = 50μs
Hình 4.20a : ......................................................................................................................87
Moment động cơ tại thời điểm chuyển tải khi Ts = 10μs
Hình 4.20b : ......................................................................................................................87
Moment động cơ tại thời điểm chuyển tải khi Ts = 50μs
Hình 4.21a : ......................................................................................................................87
Đáp ứng tốc độ động cơ khi Ts = 10μs
Hình 4.21b : ......................................................................................................................88
Đáp ứng tốc độ động cơ khi Ts = 50μs
Hình 4.22 : ........................................................................................................................88
Đáp ứng moment và tốc độ động cơ khi Htd = 1%Tđịnh mức
Hình 4.23 : ........................................................................................................................89
Đáp ứng moment động cơ khi Htd = 1%Tđịnh mức
Hình 4.24 : ........................................................................................................................90
Đáp ứng moment động cơ khi Htd = 2%Tđịnh mức
Hình 4.25 : ........................................................................................................................90
Đáp ứng moment động cơ khi Htd = 10%Tđịnh mức
Hình 4.26a : ......................................................................................................................91
Đáp ứng moment động cơ khi Htd = 10%Tđịnh mức
Hình 4.26b : ......................................................................................................................91

Đáp ứng moment động cơ khi Htd = 1%Tđịnh mức
Hình 4.26c : ......................................................................................................................91
Đáp ứng moment động cơ khi Htd = 2%Tđịnh mức
Hình 4.27 : ........................................................................................................................92
Dòng điện stator động cơ khi hoạt động không tải và đảo chiều
Hình 4.28 : ........................................................................................................................92
Từ thông stator động cơ khi hoạt động không tải và đảo chiều
Hình 4.29 : ........................................................................................................................93
Moment đặt khi động cơ hoạt động không tải và đảo chiều
Hình 4.30 : ........................................................................................................................93
Moment đặt, moment động cơ và tốc độ động cơ (ωm/4 rad/s) khi động cơ hoạt động
không tải và đảo chiều
Hình 4.31 : ........................................................................................................................94


Tốc độ động cơ khi động cơ hoạt động không tải và đảo chiều.

MỤC LỤC BẢNG
CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN
CHƯƠNG II : MÔ HÌNH ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ
CHƯƠNG III : XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG
BỘ BẰNG MATLAB SIMULINK
Bảng (3.1) : Bảng trạng thái điện áp của bộ nghịch lưu áp ..............................................63
CHƯƠNG IV : KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN TRỰC TIẾP MOMENT ĐỘNG CƠ
(DIRECT TORQUE CONTROL)
Bảng (4.1) : phân tích cho vectơ từ thông stator ở sector I ...............................................69
Bảng (4.2) :phân tích cho vectơ từ thông stator ở sector II...............................................70
Bảng (4.3) : phân tích cho vectơ từ thông stator ở sector III.............................................70
Bảng (4.5) : phân tích cho vectơ từ thông stator ở sector V..............................................71
Bảng (4.6) : phân tích cho vectơ từ thông stator ở sector VI ............................................71

Bảng (4.7) : tổng kết cho sáu trường hợp (không xét các vectơ hướng tâm Vk và Vk+3 do
khả năng tác động không thống nhất của các vectơ này).................................................73
Bảng (4.8) : đóng cắt tối ưu theo Takahashi.....................................................................75
Bảng (4.9) : đóng cắt cụ thể cho các sector ......................................................................76
Bảng (4.10) : tham chiếu bảng cho các pha......................................................................76
Bảng (4.11) : tham chiếu bảng cho các pha bằng Vectơ ..................................................77
Bảng (4.12) : phân tích cụ thể cho bảng đóng cắt pha A (6x6) ........................................77
Bảng (4.13) : phân tích cụ thể cho bảng đóng cắt pha B (6x6) ........................................78
Bảng (4.14) : phân tích cụ thể cho bảng đóng cắt pha C (6x6) ........................................78


Lời mở đầu

Luận văn thạc só

LỜI MỞ ĐẦU
Trong những thập niên gần đây, động cơ không đồng bộ (KĐB) được sử
dụng rộng rải trong các lĩnh vực công nghiệp. Với các ưu điểm như đơn giản, dể chế
tạo và bảo trì, hiệu suất cao, hoạt động ổn định… động cơ KĐB đã dần thay thế vị
trí của động cơ DC. Tuy nhiên, trước đây động cơ KĐB thường chỉ được dùng
trong các ứng dụng có tốc độ hoạt động ổn định.
Các phương pháp điều khiển động cơ KĐB được đưa ra làm cho động cơ
KĐB được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực hơn. Trong các phương pháp điều khiển
tốc độ động cơ KĐB có các phương pháp như điều khiển V/f, điều khiển tựa từ thông
FOC (Field- Oriented Control) và điều khiển trực tiếp moment DTC ( Direct Torque
Control ), …
DTC là một công nghệ điều khiển truyền động động cơ xoay chiều. Nó
được xây dựng dựa trên lý thuyết điều khiển bám sát từ trường của các máy cảm
ứng do hai nhà khoa học người Đức là Blaschke và Depenbrock phát minh trong
khoảng thời gian từ năm 1971 đến 1985. Vào giữa thập niên 80, phương pháp

điều khiển trực tiếp moment DTC được giới thiệu trên tạp chí IEEE Vol.IA- 22,
số 5, trang 820 – 827 tháng 10 năm 1986 bởi giáo sư Takahashi. Hiện nay trên
thế giới phương pháp DTC đã được triển khai vào thực tế với sự hổ trợ mạnh mẽ
từ các công nghệ bán dẫn và Microcontrol. Các CPU hiện nay hổ trợ mạnh hơn
và nhanh hơn, với các thanh ghi 16 bit và 32 bit giúp cho việc lấy dữ liệu về và
chuyển đổi A/D và D/A có sai số thấp hơn, làm tăng khả năng đáp ứng.
Trong giới hạn đề tài này, phương pháp điều khiển trực tiếp moment
(DTC) động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc được chọn để nghiên cứu. Nội dung
nghiên cứu tập trung vào hai giải pháp DTC dùng hai cảm biến dòng và DTC
dùng một cảm biến dòng. Đồng thời kết hợp hai giải pháp trên với các kỹ thuật
DTC dùng các bảng đóng cắt 6 sector và 12 sector.

HVTH: LÊ NGUYÊN TRÌNH

GVHD: TS. LÊ MINH PHƯƠNG


Chương 1: Giới Thiệu Các Phương Pháp Điều Khiển

Luận văn thạc só

CHƯƠNG I
GIỚI THIỆU CÁC PHƯƠNG
PHÁP ĐIỀU KHIỂN

NỘI DUNG:

I. Giới thiệu chung về động cơ không đồng bộ 3 pha.
II. Giới thiệu chung về các phương pháp điều khiển.
1. Phương pháp điều khiển định hướng tựa trường FOC.

2. Phương pháp điều khiển trực tiếp moment DTC.
3. Phương pháp điều khiển trượt.

Trang 1


Chương 1: Giới Thiệu Các Phương Pháp Điều Khiển

Luận văn thạc só

CHƯƠNG I
GIỚI THIỆU CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN
I. GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ :
1. Tổng quan về động cơ điện :
Đối với động cơ cảm ứng, cũng như các dạng động cơ khác, mạch từ
thường gồm hai thành phần :
Stator : phần đứng yên không quay.
Rotor: phần quay của động cơ.
Trên stator chúng ta bố trí dây quấn để hình thành hệ thống đường sức từ
trường (hay từ thông) khi cho dòng điện qua các dây quấn nói trên . Hệ thống
đường sức từ trường đi qua mạch từ của động cơ tuân theo qui luật như sau:
Hệ thống đường sức từ trường định hướng và khép kín trên mạch từ .
Một hệ thống đường sức từ khép kín được gọi là múi đường sức.
Số múi đường sức bằng với số cực từ hình thành trong động cơ.
Số cực từ luôn luôn là số chẳn (ký hiệu là 2p), và các cực từ đối tính
luôn luôn xếp liên tiếp xen kẻ nhau trong không gian của rotor và stator .

STATOR

CỰC TỪ BẮC

BƯỚC CỰC TỪ

STATOR
BẮC
TỪ
THÔN G

TỪ
THÔN G
NAM

ROTOR

ROTOR

NAM

BẮC

MÔ HÌNH 2p = 2

CỰC TỪ NAM

MÔ HÌNH 2p = 4

HÌNH 1.1 : Phân bố đường sức từ thông trong các mạch từ động cơ 2p = 2 cực và
2p = 4 cực.

Trang 2

Chương 1: Giới Thiệu Các Phương Pháp Điều Khiển

DÂY QUẤN STATOR

Luận văn thạc só

CỰC TỪ BẮC

TRUNG TÍNH
HÌNH HỌC

CỰC TỪ NAM

TỪ THÔNG

STATOR

HÌNH 1.2 : Hình vẽ phối cảnh, đường sức từ thông tạo bởi dây quấn stator trên
mạch từ động cơ có số cực 2p = 2.
C Ư ÏC T Ư Ø
STATOR

D O Ø N G Ñ I E ÄN
I QUA
D A ÂY Q U A ÁN
STATOR

B

N

C Ö ÏC T Ö Ø B A ÉC

+

C Ö ÏC T Ö Ø N A M

Đ Ư Ơ Ø N G S Ư ÙC T Ư Ø T H O ÂN G Đ I T Ö Ø S T A T O R Q U A R O T O R T R E Â N M O Ä T C A ËP C Ö ÏC T Ö Ø

B
T R U ÏC V Ò T R Í K H O ÂN G G I A N

B I E ÅU D IE ÃN T Ö Ø C A ÛM ( M A ÄT Ñ O Ä T Ö Ø T H O ÂN G ) T R E ÂN M O ÄT C A ËP C Ư ÏC T Ư Ø

HÌNH 1.3 : Phân bố từ trường khai triển theo vị trí , trình bày theo dạng khai triển
trên mặt phẳng.

Trang 3


Chương 1: Giới Thiệu Các Phương Pháp Điều Khiển

Luận văn thạc só

2. Cấu tạo của động cơ không đồng bộ (động cơ cảm ứng) :

HÌNH 1.4: Hình vẽ trình bày cấu tạo
của động cơ cảm ứng (không đồng bộ 3

pha)
Động cơ không đồng bộ (hay cảm
ứng) gồm có hai thành phần chính:

HÌNH 1.5: Cấu tạo của stator động cơ cảm
ứng (không đồng bộ 3 pha)

STATOR: phần đứng yên của
động cơ, stator được tạo thành từ nhiều
lá thép kỹ thuật điện ghép lại thành
hình trụ vành khăn.Trên stator , chúng
ta dập các rảnh phân bố đều theo vòng
tròn trong của stator.
Với động cơ không đồng bộ 3
pha, trên stator chúng ta bố trí 3 bộ dây
độc lập nhau, ba bộ dây này tuân theo
một số qui luật để hình thành từ trường
quay cảm ứng làm quay rotor.

Trang 4


Chương 1: Giới Thiệu Các Phương Pháp Điều Khiển

Luận văn thạc só

HÌNH 1.6: Cấu tạo của rotor động cơ cảm ứng (không đồng bộ 3 pha)
ROTOR: là phần quay của động cơ. Với động cơ cảm ứng, rotor thường
được chế tạo theo một trong hai dạng : rotor lồng sóc (hình 1.6, hình 1.7); và rotor
dây quấn .

HÌNH 1.7: Cấu tạo rotor lồng sóc sau khi đã đúc nhôm, chưa ép trục vào rotor.
Với yêu cầu vận hành bình thường, động cơ thường có dạng rotor lồng sóc,
trong trường hợp cần điều chỉnh thay đổi tốc độ động cơ chúng ta mới chọn và sử
dụng động cơ rotor dây quấn. Rotor lồng sóc gồm các thanh đồng hay nhôm ,
Trang 5


Chương 1: Giới Thiệu Các Phương Pháp Điều Khiển

Luận văn thạc só

được đúc xuyên qua các rảnh của rotor, các thanh này được hàn nối tắt bởi hai
vành ngắn mạch ở hai đầu rotor. Trên các vành ngắn mạch người ta thường đức
thêm các cánh khuấy để trộn gió , giải nhiệt cho động cơ trong quá trình vận
hành. Ngòai ra chúng ta có thể lợi dụng các cánh khuấy này để thêm các đối
trọng cân bằng động cho rotor trong quá trình quay.
Với rotor dây quấn, ngøi ta quấn dây trên các rảnh rotor, dây quấn bao gồm
3 bộ dây 3 pha độc lập nhau (bố trí tương tự như dây quấn trên stator. Dây quấn
trên rotor được đấu thành hình Y, tòan bộ 3 đầu dây ra của dây quấn rotor được
nối đến 3 vành trượt bố trí trên trục của rotor . Khi vận hành động cơ, người ta
phải dùng 3 chổi than để nối tắt 3 vành trượt này với nhau, hai nối 3 vành trượt
này đến 3 đầu của bộ biến trở đấu Y bố trí bên ngòai.
3. Khái niệm về từ trường quay tròn :
Trong động cơ không đồng bộ ba pha, muốn hình thành từ trường quay
tròn, chúng ta cần các điều kiện sau :
• Trên stator bố trí 3 bộ dây quấn độc lập. Các bộ dây nói trên được lắp đặt
lệch vị trí không gian 1200 (xét cho từng cặp bộ dây)
• Cấp dòng điện xoay chiều qua 3 bộ dây lệch pha thời gian từng đôi 1200.
Điều kiện bố trí lệch vị trí không gian của các bộ dây quấn được thực hiện

trong quá trình chế tạo, khi quấn dây cho stator. Với ba bộ dây chế tạo giống hệt
nhau, ta xem như ba bộ dây là hệ thống tải 3 pha cân bằng . Như vậy, muốn tạo
dòng điện hình sin lệch pha thời gian từng đôi 120o qua ba bộ dây, chúng ta chỉ
cần đấu 3 bộ dây theo dạng hình Y hay Δ ; sau đó cấp nguồn ba pha vào hệ thống
dây quấn (đã được đấu nối).
Với bố trí của dây quấn trên stator, muốn khảo sát sự hình thành từ
trường quay: chúng ta dựa theo giá trị tức thời của dòng điện 3 pha (qua 3 bộ dây
trên stator) suy ra các vector từ trường B tạo bởi mỗi bộ dây quấn tại từng thời
điểm rồi xác định vector từ trường tổng tại thời điểm khảo sát bằng phép tổng
hợp vector.
Thực hiện biện pháp nêu trên để khảo sát tại vài thời điểm liên tiếp ; ta có
thể thấy được hình ảnh từ trường tổng là từ trường quay. Trên hình 1.8, ta có đồ
thị biểu diển giá trị tức thời của các dòng điện 3 pha qua dây quấn.

Trang 6


Chương 1: Giới Thiệu Các Phương Pháp Điều Khiển

Luận văn thạc só

iA= Im

A
A

BA
BC

C

BB

BC

BB

C

B

B

- 0,5.I m

iC=

iB=
TỪ TRƯỜN G TỔN G TẠI LÚC

TỪ TRƯỜN G
TỔN G

A
A

BA

- 0,5.I m

B

π

ωt =

2

i A = 0.5I m
BA

BC

BB

i B = 0,5.I m

BB

C
C

B

B

iC=
TỪ TRƯỜN G
TỔN G

-Im

TỪ TRƯỜN G TỔN G TẠI LÚC ω t =

5π
6

B

BC

HÌNH 1.8(a) :Khảo sát từ trường tổng tại các thời điểm wt = π/6 ; π/2 ; 5π/6 .

Trang 7

BA


Chương 1: Giới Thiệu Các Phương Pháp Điều Khiển

TỪ TRƯỜN G
TỔN G

i

A

A

Luận văn thạc só

=

A

-

0,5 I

m

BA
i

C

C

- 0,5 I m

=

B

B

BC

BB

BA

C

B

i

= I

B

BB
m

ωt =

TỪ TRƯỜN G TỔN G TẠI LÚC

7π
6

BC

TỪ TRƯỜN G
TỔN G

A

i

A

A

= -I

B
m

BA
BA
BC

C

B

BB
BB

C

i

C

= 0,5.I

m

i

A

TỪ TRƯỜN G
TỔN G

A

B

= 0,5.I

ωt =

TỪ TRƯỜN G TỔN G TẠI LÚC

i

A

=

m

3π
2

- 0,5I m

BA
BC

C

BC

B

B

B

=

- 0,5.I m

B

B

C

i

i

BB

C

=I

BA

m

TỪ TRƯỜN G TỔN G TẠI LÚC ω t =

11π
6

BC
BB

HÌNH 1.8(b) :Khảo sát từ trường tổng tại các thời điểm wt = 7π/6 ; 3π/2 ; 11π/6 .

Trang 8