Điều khiển động cơ không đồng bộ bằng phương pháp điều khiển moment trực tiếp không dùng cảm biến có xem xét tổn hao sắt từ

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

HUỲNH CÔNG KHÔI

ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ
BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN MOMENT
TRỰC TIẾP KHÔNG DÙNG CẢM BIẾN CÓ XEM
XÉT TỔN HAO SẮT TỪ
Chuyên ngành: Thiết bị, Mạng và Nhà Máy Điện

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 11 năm 2007


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học : …………………………………………...
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
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 sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN
VĂN THẠC SĨ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày . . . . tháng . . . năm 200...

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
Tp. HCM, ngày 05 tháng 7 năm 2007.

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên: Huỳnh Cơng Khơi

Giới tính : Nam

/ Nữ

Ngày, tháng, năm sinh : 30/12/1978

Nơi sinh : Cần Thơ

Chuyên ngành : Thiết bị, Mạng và Nhà máy điện
Khoá (Năm trúng tuyển) : 2005
1- TÊN ĐỀ TÀI: ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BẰNG PHƯƠNG
PHÁP ĐIỀU KHIỂN MOMENT TRỰC TIẾP KHÔNG DÙNG CẢM BIẾN CÓ
XEM XÉT TỔN HAO SẮT TỪ
2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
-

Mô phỏng điều khiển moment trực tiếp động cơ khơng đồng bộ có và khơng có
xem xét tổn hao sắt từ.

-

Mô phỏng điều khiển moment trực tiếp động cơ không đồng bộ bằng kỹ thuật
không cảm biến (MRAS) có và khơng có xem xét tổn hao sắt từ.

-

Mơ phỏng điều khiển moment trực tiếp động cơ không đồng bộ bằng kỹ thuật
không cảm biến (MRAS) cải thiện từ thông trong vùng vận tốc thấp trong
trường hợp lý tưởng.

3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 05/7/2007
4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 5/11/2007
5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ghi đầy đủ học hàm, học vị ): Tiến sĩ

Phạm Đình Trực
Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua.
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
(Họ tên và chữ ký)

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN
QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH
(Họ tên và chữ ký)


LỜI CẢM ƠN

Trước tiên, tôi xin chân thành cảm ơn sâu sắc đến thầy hướng dẫn tơi, Tiến sĩ Phạm
Đình Trực, người đã trực tiếp hướng dẫn, hỗ trợ và những lời động viên tơi trong suốt
q trình thực hiện luận văn này.
Tôi cũng xin cảm ơn đến các thầy cô trong Khoa Điện – Điện tử và những thầy cơ

hướng dẫn các mơn học khác trong khóa học đã hướng dẫn và cung cấp các kiến thức
chuyên ngành liên quan và tạo môi trường học tập chủ động trong q trình học. Xin
cảm ơn q anh chị Phịng Đào Tạo Sau Đại Học, Thư viện đã hướng dẫn và hỗ trợ
các thủ tục, tài liệu học tập trong khóa học. Xin cảm ơn các tác giả trong tài liệu tham
khảo đã cung cấp các kiến thức và thông tin khoa học hữu ích.
Tơi xin gửi lời cảm ơn đến các bạn học viên khóa 2005 cùng lớp đã hịa đồng và giúp
đỡ tơi trong khóa học.
Tơi cũng xin cảm ơn cơ quan chủ quản đã tạo điều kiện thuận lợi cho tơi trong q
trình học tập và cơng tác. Cảm ơn các bạn đồng nghiệp là cựu sinh viên và học viên
cao học của trường Đại học Bách Khoa TPHCM đã cho những lời khuyên và những
hỗ trợ về tài liệu hữu ích.
Cuối cùng, tơi xin cảm ơn đặc biệt đến cha mẹ và anh chị em trong gia đình đã thương
u, động viên và hỗ trợ tơi về tinh thần và vật chất trong học tập và cuộc sống.

Huỳnh Công Khôi


TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
Sự ra đời và phát triển của động cơ không đồng bộ cùng với sự phát triển của các kỹ
thuật điều khiển và những tiến bộ vượt bậc của công nghệ bán dẫn và điện tử cơng suất đã
góp phần vào sự phát triển các công nghệ sản xuất công nghiệp hiện đại.
Những thuận lợi của máy điện một chiều trong việc điều khiển như đáp ứng nhanh về
tốc độ và moment cũng như việc điều khiển chúng một cách độc lập đã có thể thực hiện
trên động cơ không đồng bộ, vốn điều khiển phức tạp, nhờ các phương pháp điều khiển
hiện đại như các phương pháp điều khiển tựa trường (FOC, RFOC), phương pháp điều
khiển moment trực tiếp (DTC) … Để đáp ứng các yêu cầu truyền động kỹ thuật cao (như
điều khiển trạm rada trong quân sự, điều khiển xe hơi điện, …), các phương pháp điều
khiển sao cho động cơ có đáp ứng và hiệu suất tốt nhất, một trong các phương pháp đó là
phương pháp điều khiển moment trực tiếp (DTC) với việc điều khiển trực tiếp moment và
từ thông một cách độc lập. Và để hệ thống làm việc tin cậy, việc điều khiển cần có thơng

tin phản hồi về bộ điều khiển, trong phương pháp DTC, việc điều khiển tốc độ thơng qua
tốc độ hồi tiếp có thể được thực hiện nhờ cảm biến tốc độ, tuy nhiên việc sử dụng cảm biến
tốc độ có thể làm giảm độ tin cậy do sai số thiết bị và giảm tốc độ xử lý. Với các kỹ thuật
ước lượng không cảm biến có thể giải quyết được vấn đề này, một trong các kỹ thuật ước
lượng khơng cảm biến đó là mơ hình thích nghi theo mẫu chuẩn (MRAS) có thể được sử
dụng thơng qua các phương trình tốn rõ ràng của động cơ.
Trong giới hạn của luận văn, kỹ thuật DTC và MRAS được sử dụng để điều khiển
động cơ không đồng bộ trong trường hợp giả định một số điều kiện lý tưởng và xem xét
trường hợp tổn hao sắt từ. Đặc biệt, với các ứng dụng điều khiển moment trực tiếp trong xe
hơi điện thì việc xem xét tổn hao có ý nghĩa lớn về giải thuật điều khiển và ý nghĩa về năng
lượng trong quá trình vận hành của động cơ. Qua đó trong giải thuật điều khiển DTC, việc
suy giảm từ thông trong vùng vận tốc thấp được cải thiện thông qua cải tiến bảng đóng cắt
sẽ được khảo sát. Tuy nhiên, trong giới hạn luận văn việc khảo sát tổn hao sắt từ chỉ dừng
lại ở việc xem xét các hiện tượng vật lý khi có mặt của tổn hao sắt từ với sóng hài cơ bản
mà việc phân tích sâu về mặt tốn học và sự thay đổi các thông số trong quá trình vận hành
chưa được thực hiện.
Các kết quả khảo sát sẽ được thực hiện thông qua mô phỏng bằng Matlab Simulink.


CÁC KÝ HIỆU DÙNG TRONG LUẬN VĂN
ψ i (i = x, y): vector từ thông trong hệ tọa độ xy bất kỳ
f

: tần số

i Fe

: vector khơng gian dịng điện tổn hao mạch từ

im

: vector khơng gian dịng điện mạch từ

us

: vector không gian áp trong hệ quy chiếu đứng yên stator

ur

: vector không gian áp trong hệ quy chiếu quay rotor

is

: vector khơng gian dịng trong hệ quy chiếu đứng n stator

ir

: vector khơng gian dịng trong hệ quy chiếu quay rotor

ψr

: vector không gian từ thông rotor trong hệ quy chiếu quay rotor

ψs

: vector không gian từ thông stator trong hệ quy chiếu đứng yên stator

γ

: góc giữa vector từ thơng stator và rotor

α

: góc giữa vector từ thơng và dịng stator

σ

: hệ số tiêu tán tổng

ε

: ký hiệu sai số

ωa

: tốc độ góc hệ quy chiếu bất kỳ

ρr

: góc của vector từ thơng rotor với trục α

ωr

: tốc độ góc rotor

αs

: góc của vector dịng điện stator với trục α

ρs

: góc của vector từ thơng stator với trục α

βs

: góc của vector từ thơng stator với trục α trong hệ tọa độ đứng yên (hay trục
d trong hệ tọa độ quay dq)

∆t

: biến thiên thời gian tức thời

fi (i = a, b, c): ký hiệu dùng trong biểu thức hệ tọa độ ABC
fj (j = α, β): ký hiệu dùng dùng trong hệ tọa độ đứng yên αβ
fx (x = d, q): ký hiệu dùng dùng trong hệ tọa độ quay dq


iαr

: thành phần dòng điện rotor trong hệ tọa độ đứng yên stator (αβ) trên trục α

iβr

: thành phần dòng điện rotor trong hệ tọa độ đứng yên stator (αβ) trên trục β

idr

: thành phần dòng điện rotor trong hệ quy chiếu quay dq trên trục d

ids

: thành phần dòng điện stator trong hệ tọa độ quay dq trên trục d

iqr

: thành phần dòng điện rotor trong hệ quy chiếu quay dq trên trục q

iqs

: thành phần dòng điện stator trong hệ tọa độ quay dq trên trục q

J

: moment quán tính

Lσr

: hỗ cảm dây quấn rotor

Lσs

: hỗ cảm dây quấn stator

Lm

: hỗ cảm tổng của động cơ

Lr

: điện tự cảm tổng rotor

Ls

: điện tự cảm tổng stator

P

: số đôi cực

RFe

: điện trở tổn hao

Rr

: điện trở dây quấn rotor

Rs

: điện trở dây quấn stator

te

: moment điện từ tức thời

Te

: moment lệnh dùng trong mô phỏng

TL

: moment tải

Tr

: hằng số thời gian rotor

uαs

: thành phần điện áp stator trong hệ tọa độ đứng yên stator (αβ) trên trục α

uβs

: thành phần điện áp stator trong hệ tọa độ đứng yên stator (αβ) trên trục β

uds

: thành phần điện áp stator trong hệ tọa độ quay dq trên trục d

uqs

: thành phần điện áp stator trong hệ tọa độ quay dq trên trục q

VDC

: điện áp nguồn một chiều bộ nghịch lưu


HÌNH VÀ BẢNG BIỂU
Hình 1-1 “Động cơ điện” đầu tiên và cải tiến của Faraday [30] .................................................................... 1

Hình 1-2 Động cơ Tesla 1883........................................................................................................................... 2
Hình 1-3 Các giai đoạn vận hành trong xe hơi điện của Toyota [Stéphan Astier, ESC 21/04/2006]............... 4
Hình 2-1 Tiết diện mặt cắt ngang bố trí dây quấn đối xứng của động cơ [25]................................................. 8
Hình 2-2 Sơ đồ thay thế tương đuơng động cơ trường hợp lý tưởng [9] .......................................................... 8
Hình 2-3 Sơ đồ thay thế tương đương động cơ có xem xét tổn hao sắt từ [26] .............................................. 11
Hình 2-4 Biểu đồ cơ bản về tổn thất cơng suất tính tốn và thực nghiệm [26] .............................................. 13
Hình 2-5 Mơ hình mơ phỏng lý tưởng động cơ khơng đồng bộ trong Matlab Simulink ................................. 16
Hình 2-6 Mơ hình mơ phỏng chi tiết động cơ khơng đồng bộ trong Matlab Simulink.................................... 17
Hình 2-7 Đáp ứng tốc độ và moment mơ hình máy lý tưởng khi khơng tải..................................................... 17
Hình 2-8 Dịng pha A stator mơ hình máy lý tưởng khi khơng tải .................................................................. 18
Hình 2-9 Moment tải và đáp ứng tốc độ mơ phỏng mơ hình máy lý tưởng khi đóng cắt tải ........................... 18
Hình 2-10 Đáp ứng moment điện từ và dịng pha A stator mơ hình máy lý tưởng khi đóng và cắt tải ........... 19
Hình 2-11 Mơ hình mơ phỏng động cơ có xem xét tổn hao sắt từ RFe trong Matlab Simulink ....................... 20
Hình 2-12 Mơ hình mơ phỏng chi tiết động cơ có xem xét tổn hao sắt từ RFe trong Matlab Simulink............ 21
Hình 2-13 Đáp ứng tốc độ rotor và moment trường hợp khơng tải có RFe ..................................................... 22
Hình 2-14 Dịng pha A stator và giá trị tổn hao R Fe trường hợp khơng tải .................................................... 22
Hình 2-15 Moment tải và đáp ứng tốc độ rotor có xem xét tổn hao RFe khi đóng cắt tải ............................... 22
Hình 2-16 Đáp ứng moment và dịng stator động cơ khi đóng cắt tải có xem xét R Fe .................................... 23
Hình 2-17 Giá trị RFe khi đóng và cắt tải trong mơ phỏng động cơ................................................................ 23
Hình 2-18 So sánh kết quả đáp ứng tốc độ mô hình động cơ khi có và khơng có RFe – TH khơng tải............ 24
Hình 2-19 So sánh kết quả đáp ứng moment mơ hình động cơ khi có và khơng có R Fe – TH khơng tải ......... 24
Hình 2-20 So sánh kết quả dịng pha stator mơ hình động cơ khi có và khơng có R Fe – TH khơng tải .......... 25
Hình 2-21 So sánh đáp ứng tốc độ rotor khi có và khơng có R Fe – TH đóng và cắt tải .................................. 25
Hình 3-1 Sơ đồ khối minh họa phương pháp điều khiển tần số sử dụng PWM – [2] ..................................... 26
Hình 3-2 Sơ đồ khối minh họa phương pháp điều khiển vector từ thông sử dụng PWM – [2]....................... 26
Hình 3-3 Sơ đồ khối minh họa phương pháp điều khiển moment trực tiếp – [2]............................................ 27
Hình 3-4 Vector khơng gian dịng và từ thơng stator [25][8] ........................................................................ 29
Hình 3-5 Vector khơng gian dịng, từ thơng stator và từ thơng rotor [25] ..................................................... 29
Hình 3-6 Sơ đồ điều khiển moment trực tiếp DTC – Chế độ điều khiển moment [25][10] ............................ 31
Hình 3-7 Sơ đồ điều khiển moment trực tiếp DTC – Chế độ điều khiển tốc độ [25] ...................................... 32

Hình 3-8 Tám trạng thái chuyển mạch vector không gian áp của bộ nghịch lưu ........................................... 33
Hình 3-9 Quỹ đạo vector từ thơng và vector chuyển mạch bộ nghịch lưu [25].............................................. 34
Hình 3-10 Vị trí vector từ thông stator và sự lựa chọn vector chuyển mạch tối ưu [3] .................................. 35
Hình 3-11 Mơ hình tra bảng điều khiển DTC trong Matlab Simulink ............................................................ 37
Hình 3-12 Sơ đồ bộ nghịch lưu nguồn áp ba pha [24] ................................................................................... 37
Hình 3-13 Mơ hình bộ nghịch lưu trong Matlab Simulink.............................................................................. 39


Hình 3-14 Mơ hình bộ ước lượng moment và từ thơng trong Matlab Simulink .............................................. 40
Hình 3-15 Mơ hình bộ so sánh từ thông và moment trong Matlab Simulink .................................................. 41
Hình 3-16 Mơ hình xác định vị trí vector từ thơng trong Matlab Simulink..................................................... 41
Hình 3-17 Mơ hình mơ phỏng DTC chế độ điều khiển moment trường hợp lý tưởng..................................... 42
Hình 3-18 Moment tải và moment đặt trong DTC – Chế độ điều khiển moment – TH lý tưởng..................... 43
Hình 3-19 Biên độ và vector từ thông stator quay trong DTC – Chế độ điều khiển moment – TH lý tưởng .. 43
Hình 3-20 Đáp ứng tốc độ rotor và moment điện từ trong DTC - Chế độ điều khiển moment – TH lý tưởng
......................................................................................................................................................................... 43
Hình 3-21 Dịng pha A stator trong DTC – Chế độ điều khiển moment – TH lý tưởng.................................. 44
Hình 3-22 Bộ bù PI khơng có Anti-Windup .................................................................................................... 45
Hình 3-23 Bộ bù PI có Anti-Windup ............................................................................................................... 45
Hình 3-24 Mơ hình mơ phỏng DTC lý tưởng – Chế độ điều khiển tốc độ....................................................... 46
Hình 3-25 Tốc độ đặt và moment tải trong mô phỏng DTC – Chế độ điều khiển tốc độ - TH lý tưởng.......... 46
Hình 3-26 Biên độ và vector từ thông quay trong DTC – Chế độ điều khiển tốc độ - TH lý tưởng................ 47
Hình 3-27 Đáp ứng moment điện từ và tốc độ rotor trong DTC – Chế độ điều khiển tốc độ - TH lý tưởng .. 47
Hình 3-28 Dịng pha A stator trong DTC – Chế độ điều khiển tốc độ - TH lý tưởng ..................................... 47
Hình 3-29 Moment tải và tốc độ đặt trong mô phỏng đảo chiều quay DTC – TH lý tưởng............................ 49
Hình 3-30 Biên độ và vector từ thông trong mô phỏng đảo chiều quay DTC – TH lý tưởng ......................... 49
Hình 3-31 Đáp ứng tốc độ rotor và moment điện từ trong mô phỏng đảo chiều quay DTC – TH lý tưởng ... 49
Hình 3-32 Dịng pha A stator trong mơ phỏng đảo chiều quay DTC – TH lý tưởng ...................................... 50
Hình 3-33 Mơ hình tính tổn hao sắt từ trong Matlab Simulink – mơ phỏng DTC .......................................... 50
Hình 3-34 Mơ hình mơ phỏng DTC có xem xét RFe chế độ moment trong Matlab Simulink .......................... 51

Hình 3-35 Moment tải và moment đặt trong DTC chế độ điều khiển moment có xem xét R Fe ........................ 52
Hình 3-36 Biên độ và vector từ thơng trong DTC chế độ điều khiển moment có xem xét R Fe ........................ 52
Hình 3-37 Đáp ứng tốc độ rotor và moment điện từ chế độ điều khiển moment có xem xét R Fe..................... 52
Hình 3-38 Dịng pha A stator và điện trở tổn hao R Fe trong DTC chế độ điều khiển moment ....................... 53
Hình 3-39 Mơ hình mơ phỏng DTC chế độ điều khiển tốc độ có xem xét RFe trong Matlab Simulink............ 53
Hình 3-40 Tốc độ đặt và moment tải trong DTC chế độ điều khiển tốc độ có xem xét RFe ............................. 54
Hình 3-41 Biên độ và vector từ thông quay trong DTC chế độ điều khiển tốc độ có xem xét R Fe .................. 54
Hình 3-42 Đáp ứng tốc độ và moment điện từ trong DTC chế độ điều khiển tốc độ có xem xét R Fe .............. 54
Hình 3-43 Dịng pha A stator và giá trị tổn hao R Fe trong DTC chế độ điều khiển tốc độ ............................. 55
Hình 3-44 Moment tải và tốc độ đặt trong mơ phỏng đảo chiều DTC có xem xét R Fe .................................... 56
Hình 3-45 Biên độ và vector từ thơng trong mơ phỏng đảo chiều DTC có xem xét R Fe ................................. 57
Hình 3-46 Đáp ứng tốc độ rotor và moment điện từ trong mô phỏng đảo chiều quay DTC có xem xét R Fe... 57
Hình 3-47 Dịng pha A stator và điện trở tổn hao R Fe trong mơ phỏng đảo chiều DTC ................................ 57
Hình 4-1 Hệ hồi tiếp khơng tuyến tính tương đương của MRAS [25] ............................................................ 62
Hình 4-2 Sơ đồ khối mơ hình MRAS [25] ....................................................................................................... 63
Hình 4-3 Mơ hình MRAS trong Matlab Simulink............................................................................................ 63


Hình 4-4 Mơ hình mẫu chuẩn MRAS trong Matlab Simulink ......................................................................... 64
Hình 4-5 Mơ hình thích nghi MRAS trong Matlab Simulink........................................................................... 65
Hình 4-6 Mơ hình mơ phỏng DTC bằng MRAS trong Matlab Simulink – TH lý tưởng .................................. 66
Hình 4-7 Tốc độ đặt và moment tải trong mô phỏng DTC-MRAS – TH lý tưởng........................................... 66
Hình 4-8 Biên độ và vector từ thông trong mô phỏng DTC - MRAS – TH lý tưởng ....................................... 67
Hình 4-9 Tốc độ thực và tốc độ ước lượng của rotor trong mô phỏng DTC - MRAS – TH lý tưởng.............. 67
Hình 4-10 Moment điện từ và dịng pha A stator trong mơ phỏng DTC - MRAS – TH lý tưởng .................... 67
Hình 4-11 Tốc độ đặt và moment tải mô phỏng đảo chiều quay trong DTC - MRAS – TH lý tưởng.............. 68
Hình 4-12 Biên độ và vector từ thông trong mô phỏng đảo chiều quay bằng DTC-MRAS – TH lý tưởng ..... 68
Hình 4-13 Tốc độ thực và ước lượng của rotor trong mô phỏng đảo chiều quay DTC - MRAS – TH lý tưởng
......................................................................................................................................................................... 68
Hình 4-14 Moment điện từ và dịng stator trong mô phỏng đảo chiều quay DTC-MRAS – TH lý tưởng ....... 69

Hình 4-15 Mơ hình mơ phỏng DTC bằng MRAS trong Matlab Simulink – TH có R Fe ................................... 70
Hình 4-16 Tốc độ đặt và moment tải trong mô phỏng DTC-MRAS – TH có tổn hao R Fe .............................. 71
Hình 4-17 Biên độ và vector từ thông trong mô phỏng DTC-MRAS – TH có tổn hao R Fe.............................. 71
Hình 4-18 Tốc độ thực và ước lượng của rotor trong mô phỏng DTC-MRAS – TH có tổn hao RFe ............... 71
Hình 4-19 Moment điện từ và dịng stator trong mơ phỏng DTC-MRAS – TH có tổn hao RFe ....................... 72
Hình 4-20 Điện trở tổn hao RFe trong DTC-MRAS......................................................................................... 72
Hình 4-21 Tốc độ đặt và moment tải trong đảo chiều quay DTC-MRAS – TH có tổn hao RFe ....................... 73
Hình 4-22 Biên độ và vector từ thông trong đảo chiều quay DTC-MRAS – TH có tổn hao RFe ..................... 73
Hình 4-23 Tốc độ rotor thực và ước lượng trong đảo chiều quay DTC-MRAS – TH có tổn hao RFe ............. 73
Hình 4-24 Dịng stator và moment điện từ trong mơ phỏng đảo chiều quay DTC-MRAS – TH có tổn hao RFe
......................................................................................................................................................................... 74
Hình 4-25 Giá trị điện trở RFe trong mô phỏng đảo chiều quay DTC-MRAS ................................................. 74
Hình 4-26 So sánh giá trị tốc độ thực và ước lượng của rotor khi xem xét R Fe trong DTC-MRAS ................ 75
Hình 5-1 Mơ hình bảng đóng cắt cải thiện từ thơng stator vùng vận tốc thấp trong Matlab Simulink........... 79
Hình 5-2 Moment tải và moment đặt trong mô phỏng DTC cải thiện từ thông stator vùng vận tốc thấp....... 80
Hình 5-3 Biên độ và vector từ thông quay trong mô phỏng DTC lý tưởng cải thiện từ thơng stator vùng vận
tốc thấp ............................................................................................................................................................ 80
Hình 5-4 Moment điện từ và tốc độ rotor trong mô phỏng DTC lý tưởng cải thiện từ thông stator vùng vận
tốc thấp ............................................................................................................................................................ 80
Hình 5-5 Dịng pha A stator trong mô phỏng DTC cải thiện từ thông stator vùng vận tốc thấp .................... 81
Hình 5-6 So sánh biên độ và vector từ thông quay trong DTC lý tưởng a) Chưa cải thiện b) Cải thiện ........ 82
Hình 5-7 So sánh đáp ứng moment điện từ và tốc độ trong DTC lý tưởng a) Chưa cải thiện b) Cải thiện .... 83
Hình 5-8 So sánh dịng pha A stator trong DTC lý tưởng a) Chưa cải thiện b) Cải thiện.............................. 83
Hình 5-9 Tốc độ đặt và moment tải trong mô phỏng DTC lý tưởng chế độ điều khiển tốc độ cải thiện từ
thông stator ...................................................................................................................................................... 84


Hình 5-10 Biên độ và vector từ thơng quay trong DTC lý tưởng chế độ điều khiển tốc độ cải thiện từ thơng
stator ................................................................................................................................................................ 84
Hình 5-11 Đáp ứng moment điện từ và tốc độ trong DTC lý tưởng chế độ điều khiển tốc độ cải thiện từ

thơng stator ...................................................................................................................................................... 85
Hình 5-12 Dòng pha A stator trong DTC chế độ điều khiển tốc độ cải thiện từ thơng stator ........................ 85
Hình 5-13 So sánh biên độ và vector từ thông trong DTC lý tưởng chế độ điều khiển tốc độ a) Chưa cải
thiện b) Cải thiện ............................................................................................................................................. 86
Hình 5-14 So sánh dòng pha A stator trong DTC LT chế độ điều khiển tốc độ a) Chưa cải thiện b) Cải thiện
......................................................................................................................................................................... 86
Hình 5-15 So sánh đáp ứng moment và tốc độ trong DTC lý tưởng chế độ điều khiển tốc độ a) Chưa cải
thiện b) Cải thiện ............................................................................................................................................. 87
Hình 5-16 Moment tải và tốc độ đặt trong đảo chiều quay DTC lý tưởng cải thiện từ thơng stator .............. 88
Hình 5-17 Biên độ và vector từ thông trong đảo chiều quay DTC lý tưởng cải thiện từ thơng stator ............ 88
Hình 5-18 Đáp ứng moment và tốc độ trong đảo chiều quay DTC lý tưởng cải thiện từ thông stator ........... 88
Hình 5-19 So sánh biên độ và vector từ thơng trong DTC lý tưởng đảo chiều quay a) Chưa cải thiện b) Cải
thiện ................................................................................................................................................................. 89
Hình 5-20 So sánh dịng pha A stator trong DTC lý tưởng mô phỏng đảo chiều a) Chưa cải thiện b) Cải
thiện ................................................................................................................................................................. 90
Hình 5-21 Tốc độ đặt và moment tải mô phỏng cải thiện từ thông stator vùng vận tốc thấp trong DTC MRAS ............................................................................................................................................................... 91
Hình 5-22 Biên độ và vector từ thơng trong mơ phỏng cải thiện từ thông stator vùng vận tốc thấp DTC MRAS ............................................................................................................................................................... 91
Hình 5-23 Đáp ứng moment điện từ và dịng điện stator cải thiện từ thơng stator vùng vận tốc thấp trong
DTC - MRAS .................................................................................................................................................... 92
Hình 5-24 Đáp ứng tốc độ thực rotor và tốc độ ước lượng cải thiện từ thông stator vùng vận tốc thấp trong
DTC - MRAS .................................................................................................................................................... 92
Hình 5-25 So sánh tốc độ thực và tốc độ ước lượng cải thiện từ thông stator vùng vận tốc thấp trong DTC MRAS ............................................................................................................................................................... 92
Hình 5-26 Moment tải và tốc độ đặt trong đảo chiều quay cải thiện từ thông stator vùng vận tốc thấp MRAS
......................................................................................................................................................................... 93
Hình 5-27 Biên độ và vector từ thơng stator trong đảo chiều quay cải thiện từ thông stator vùng vận tốc thấp
DTC - MRAS .................................................................................................................................................... 93
Hình 5-28 Đáp ứng moment điện từ và dịng stator cải thiện từ thơng stator trong MRAS – đảo chiều quay93
Hình 5-29 Đáp ứng tốc độ thực và ước lượng cải thiện từ thông stator trong MRAS - Đảo chiều quay........ 94
Hình 5-30 So sánh cải thiện từ thông stator trong MRAS–TH tốc độ đặt dương a) Chưa cải thiện b) Cải
thiện ................................................................................................................................................................. 94

Hình 5-31 So sánh cải thiện từ thông stator trong DTC - MRAS–TH đảo chiều quay a) Chưa cải thiện b) Cải
thiện ................................................................................................................................................................. 95


Hình 5-32 So sánh dịng stator trước và sau khi cải thiện bảng đóng cắt trong DTC - MRAS – TH tốc độ đặt
dương ............................................................................................................................................................... 96
Hình 5-33 So sánh dịng stator trước và sau khi cải thiện bảng đóng cắt trong DTC - MRAS – TH đảo chiều
quay.................................................................................................................................................................. 96

BẢNG BIỂU
Bảng 3-1 Bảng lựa chọn trạng thái chuyển mạch tổng quát trong điều khiển DTC ....................................... 35
Bảng 3-2 Bảng tra bảng vector điện áp tối ưu trong điều khiển DTC [25][8] ............................................... 36
Bảng 3-3 Điện áp pha ngõ ra bộ nghịch lưu [9]............................................................................................. 38
Bảng 3-4 Bảng thông số về tốc độ đặt và moment tải mô phỏng đảo chiều quay trong DTC – TH lý tưởng . 48
Bảng 5-1 Bảng đóng cắt cải thiện từ thông stator ở vùng vận tốc thấp [5].................................................... 78
Bảng 5-2 Thông số mô phỏng đảo chiều quay trong DTC cải thiện từ thông stator vùng vận tốc thấp ......... 87


MỤC LỤC
Các ký hiệu dùng trong luận văn.
Mục lục hình và bảng biểu trong luận văn.
Chương 1 GIỚI THIỆU................................................................................................... 1
1.1 Sơ lược lịch sử phát triển động cơ điện................................................................................ 1
1.2 Sự phát triển các kỹ thuật điều khiển động cơ.................................................................... 2
1.3 Ý nghĩa ứng dụng phương pháp điều khiển moment trực tiếp ......................................... 3
1.4 Cấu trúc và mục tiêu của luận văn....................................................................................... 5
1.4.1 Cấu trúc luận văn ............................................................................................................................ 5
1.4.2 Mục tiêu của luận văn..................................................................................................................... 6

Chương 2 MƠ HÌNH ĐỘNG CƠ KHƠNG ĐỒNG BỘ ................................................... 7

2.1 Mơ hình lý tưởng động cơ ..................................................................................................... 8
2.1.1 Trên hệ tọa độ cố định stator (hệ tọa độ αβ)................................................................................... 8
2.1.2 Trên hệ tọa độ quay rotor (hệ tọa độ dq) ...................................................................................... 10

2.2 Mơ hình động cơ xem xét tổn hao sắt từ ............................................................................ 11
2.3 Mô phỏng động cơ không đồng bộ ..................................................................................... 13
2.3.1 Các phương trình chuyển đổi hệ tọa độ ABC sang hệ tọa độ αβ ................................................. 13
2.3.2 Các phương trình chuyển đổi hệ tọa độ ABC sang hệ tọa độ dq .................................................. 14
2.3.3 Mô phỏng động cơ trường hợp máy lý tưởng ............................................................................... 14
2.3.3.1 Trong hệ tọa độ αβ ............................................................................................................... 15
2.3.3.2 Trong hệ tọa độ dq................................................................................................................ 15
2.3.3.3 Mơ hình mơ phỏng động cơ lý tưởng ................................................................................... 16
2.3.3.4 Kết quả mô phỏng trường hợp máy lý tưởng........................................................................ 17
2.3.4 Mơ phỏng động cơ có xem xét tổn hao sắt từ ............................................................................... 19
2.3.4.1 Phương trình mơ phỏng động cơ xem xét tổn hao RFe .......................................................... 19
2.3.4.2 Mơ hình mơ phỏng động cơ khơng đồng bộ có xem xét RFe ................................................ 20
2.3.4.3 Kết quả mô phỏng động cơ có xem xét tổn hao sắt từ RFe.................................................... 21

2.4 Kết luận chương hai............................................................................................................. 23

Chương 3 ĐIỀU KHIỂN MOMENT TRỰC TIẾP ........................................................ 25
3.1 Giới thiệu các phương pháp điều khiển ............................................................................. 25


3.1.1 Phương pháp điều khiển V/f (Voltage/frequency) ........................................................................ 25
3.1.2 Các phương pháp điều khiển vector ............................................................................................. 26
3.1.3 Phương pháp điều khiển moment trực tiếp ................................................................................... 26

3.2 Nguyên tắc điều khiển moment trực tiếp........................................................................... 27
3.2.1 Giới thiệu ...................................................................................................................................... 27

3.2.2 Điều khiển moment trực tiếp (DTC)............................................................................................. 30
3.2.3 Sơ đồ điều khiển moment trực tiếp (DTC) ................................................................................... 31
3.2.4 Bảng chuyển mạch bộ nghịch lưu................................................................................................. 32
3.2.5 Bộ nghịch lưu áp hai bậc .............................................................................................................. 37
3.2.6 Ước lượng từ thông và moment.................................................................................................... 39
3.2.7 Mô phỏng điều khiển moment trực tiếp trường hợp lý tưởng....................................................... 41
3.2.7.1 Hình ảnh một số mơ hình khác sử dụng trong Mơ hình mơ phỏng DTC.............................. 41
3.2.7.2 Mơ phỏng DTC lý tưởng chế độ điều khiển moment (Hình 3.6).......................................... 42
3.2.7.3 Mơ phỏng DTC lý tưởng chế độ điều khiển tốc độ (Hình 3.7)............................................. 44
3.2.7.4 Mô phỏng đảo chiều quay trong DTC trường hợp lý tưởng ................................................. 48
3.2.8 Mô phỏng DTC trường hợp xét tổn hao RFe ................................................................................. 50
3.2.8.1 Mô phỏng DTC chế độ điều khiển moment có xem xét tổn hao RFe .................................... 51
3.2.8.2 Mô phỏng DTC chế độ điều khiển tốc độ có xem xét tổn hao RFe ....................................... 53
3.2.8.3 Nhận xét chung về kết quả mô phỏng chế độ điều khiển moment và tốc độ trong DTC có
xem xét tổn hao RFe .......................................................................................................................... 55
3.2.8.4 Mô phỏng đảo chiều quay trong DTC có xem xét tổn hao RFe ............................................. 56
3.2.9 Kết luận chương ba....................................................................................................................... 58
3.2.9.1 Trường hợp mô phỏng DTC chế độ điều khiển moment ...................................................... 58
3.2.9.2 Trường hợp mô phỏng DTC chế độ điều khiển tốc độ ......................................................... 58
3.2.9.3 Trường hợp mô phỏng đảo chiều quay trong DTC............................................................... 59

Chương 4 ĐIỀU KHIỂN DTC KHÔNG CẢM BIẾN .................................................... 60
4.1 Giới thiệu về điều khiển khơng cảm biến........................................................................... 60
4.2 Mơ hình hệ thống thích nghi mẫu chuẩn ........................................................................... 61
4.2.1 Giới thiệu về mơ hình MRAS....................................................................................................... 61
4.2.2 Mơ hình tốn trong mơ hình MRAS ............................................................................................. 62
4.2.3 Mơ hình MRAS trong Matlab Simulink ....................................................................................... 63
4.2.3.1 Mơ hình mẫu chuẩn .............................................................................................................. 64
4.2.3.2 Mơ hình thích nghi ............................................................................................................... 64

4.3 Mô phỏng DTC không cảm biến bằng MRAS .................................................................. 65
4.3.1 Mô phỏng DTC-MRAS trường hợp lý tưởng ............................................................................... 65
4.3.1.1 Thơng số và mơ hình mơ phỏng trong Matlab Simulink ...................................................... 65


4.3.1.2 Kết quả mô phỏng DTC – MRAS trường hợp lý tưởng ....................................................... 66
4.3.1.3 Nhận xét kết quả mô phỏng DTC – MRAS trường hợp lý tưởng......................................... 69
4.3.2 Mô phỏng DTC-MRAS trường hợp xem xét RFe.......................................................................... 70
4.3.2.1 Thông số và mơ hình mơ phỏng trong Matlab Simulink ...................................................... 70
4.3.2.2 Kết quả mơ phỏng DTC – MRAS có xem xét tổn hao RFe ................................................... 70
4.3.2.3 Nhận xét kết quả mô phỏng DTC – MRAS có xem xét tổn hao RFe .................................... 74

4.4 Kết luận chương 4................................................................................................................ 76

Chương 5 BẢNG ĐÓNG CẮT CẢI THIỆN TỪ THÔNG STATOR VÙNG VẬN TỐC
THẤP ............................................................................................................................. 77
5.1 Bảng đóng cắt cải thiện........................................................................................................ 77
5.2 Mơ phỏng cải thiện từ thông vùng vận tốc thấp................................................................ 78
5.2.1 Mô phỏng cải thiện từ thông trong điều khiển DTC lý tưởng ...................................................... 78
5.2.1.1 Mô phỏng DTC cải thiện từ thông stator - Chế độ điều khiển moment................................ 78
5.2.1.2 Mô phỏng DTC cải thiện từ thông stator - Chế độ điều khiển tốc độ................................... 83
5.2.2 Mô phỏng cải thiện từ thông stator trong điều khiển DTC không cảm biến MRAS .................... 90
5.2.2.1 Thông số mô phỏng .............................................................................................................. 90
5.2.2.2 Kết quả mô phỏng cải thiện từ thông vùng vận tốc thấp – MRAS ....................................... 91
5.2.2.3 Nhận xét kết quả mô phỏng về cải thiện từ thông stator trong MRAS ................................. 94

5.3 Kết luận chương 5................................................................................................................ 96

Chương 6 KẾT LUẬN.................................................................................................... 98
6.1 Kết luận................................................................................................................................. 98

6.1.1 Điều khiển moment trực tiếp (DTC)............................................................................................. 98
6.1.2 Điều khiển không cảm biến (MRAS) ........................................................................................... 98
6.1.3 Cải thiện bảng đóng cắt cho từ thông stator trong vùng vận tốc thấp........................................... 99

6.2 Hướng phát triển đề tài ....................................................................................................... 99


Chương 1

Giới thiệu

Chương 1
GIỚI THIỆU
1.1 Sơ lược lịch sử phát triển động cơ điện
Sự phát triển của động cơ điện được bắt đầu từ sự phát minh của Hans Oersted
về hiện tượng điện từ (electromagnetism) năm 1820. Một năm sau, năm 1821,
Michael Faraday đã phát triển sự phát minh đó thành “động cơ điện” đầu tiên với
định nghĩa động cơ điện lúc đó là “bất kỳ một cơ cấu nào chuyển đổi năng lượng
điện thành sự chuyển động cơ học [30]” , vào những năm 1830 có nhiều “động cơ
điện” cải tiến của Faraday, tất cả các dạng động cơ phát minh là tiền thân của động
cơ DC. Nhưng tận đến năm 1883 Tesla mới phát minh ra động cơ điện không đồng
bộ xoay chiều, tiền thân của các động cơ khơng đồng bộ ngày nay.

Hình 1-1 “Động cơ điện” đầu tiên và cải tiến của Faraday [30]

-1-


Chương 1

Giới thiệu

Hình 1-2 Động cơ Tesla 1883

Ngày nay, những loại động cơ điện DC, động cơ xoay chiều không đồng bộ và
đồng bộ đều dựa trên các lý thuyết của Oerested, Faraday và Tesla đã xây dựng hơn
một trăm năm trước đây.

1.2 Sự phát triển các kỹ thuật điều khiển động cơ
Với sự ra đời của động cơ điện một chiều thật sự đã giải quyết được các bài
toán về truyền động cần thay đổi về tốc độ và moment, tốc độ và moment được điều
khiển hết sức dễ dàng nhờ cấu trúc đơn giản của mạch kích từ và mạch phần ứng
làm cho việc điều khiển từ thông và moment dễ dàng và độc lập.
Nhưng với các đặc điểm không thuận lợi của máy điện một chiều như kích
thước lớn, do kết cấu cổ góp – chổi than nên trong trong quá trình vận hành sinh ra
tia lửa điện, điều này là không thể sử dụng động cơ DC trong môi trường cháy nổ.
và do cấu trúc cổ góp như vậy nên địi hỏi việc bảo trì thường xuyên.
Với động cơ không đồng bộ, do không yêu cầu liên lạc về điện giữa rotor và
stator nên không cần cấu trúc cổ góp – chổi than, điều này cho phép động cơ không
đồng bộ làm việc trong môi trường cháy nổ. Mặt khác, động cơ khơng đồng bộ có

-2-


Chương 1

Giới thiệu

trọng lượng nhẹ và gọn hơn so với động cơ DC. Đặc biệt, với cấu trúc rotor lồng
sóc chắc chắn nên động cơ khơng đồng bộ có thể vận hành ở vận tốc cao [25].

Trước khi xuất hiện của điện tử cơng suất thì việc “thay đổi” tốc độ có thể
được thực hiện bằng cách đổi nối sao – tam giác hay thay đổi số đôi cực bằng cách
tăng số lượng dây quấn pha stator nhưng việc này cũng hạn chế do tăng giá thành và
chỉ áp dụng dãy tốc độ không cần sự liên tục.
Cùng với những đặc điểm thuận lợi của động cơ không đồng bộ và với sự phát
triển của công nghệ bán dẫn và điện tử công suất là sự ra đời của các kỹ thuật điều
khiển động cơ không đồng bộ từ đơn giản như điều khiển V/f (Voltage/frequency)
đến các kỹ thuật điều khiển hiện đại như điều khiển tựa trường (FOC – Field
Oriented Control), điều khiển moment trực tiếp (DTC – Direct Torque Control) hay
các sơ đồ điều khiển không cảm biến [15]. Tất cả những phương pháp điều khiển đó
nhằm mục đích tìm ra một phương pháp điều khiển tốc độ động cơ đơn giản nhất,
một trong những phương pháp đó là phương pháp điều khiển moment trực tiếp [25].
Mô tả đặc điểm các phương pháp này được trình bày trong chương 3.

1.3 Ý nghĩa ứng dụng phương pháp điều khiển
moment trực tiếp
Trong vài thập kỷ vừa qua, sự tăng các khí thải vào mơi trường q sự cho
phép của các động cơ truyền thống sử dụng xăng dầu và các giới hạn về khí thải cho
phép trong các đơ thị cũng như giảm sự phụ thuộc vào dầu mỏ đã tạo một xung lực
mạnh mẽ việc phát triển các hệ thống truyền động điện cho các ứng dụng trong ô tơ
điện [1].
Các phần chính của một hệ thống xe điện là động cơ, bộ điều khiển, nguồn
điện, bộ sạc và truyền động. Các xe điện có thể sử dụng các động cơ DC, động cơ
không đồng bộ hay động cơ điện nam châm vĩnh cữu [1]. Tuy nhiên, như đã biết
các điểm không thuận lợi của các máy điện DC nói chung là sinh tia lữa điện, việc
bảo trì các hệ thống chổi than cổ góp, kích thước, … hay các máy điện nam châm

-3-

Chương 1

Giới thiệu

vĩnh cữu là giá thành cao. Với máy điện khơng đồng bộ, động cơ khơng đồng bộ ít
bảo trì, giá thành thấp, vận hành tin cậy, kích cỡ và trọng lượng nhỏ gọn [15][25].
Đặc biệt, với động cơ lồng sóc với kết cấu chắc chắn và bền bỉ nên có thể hoạt động
ở tốc độ cao.
Trong các phương pháp điều khiển được sử dụng trong xe hơi điện như FOC,
DTC, vector control, … thì phương pháp điều khiển moment trực tiếp (DTC) được
nổi lên trong hơn một thập kỷ qua với cấu trúc và sơ đồ điều khiển đơn giản [5][22]
và được ứng dụng trong việc điều khiển moment trong xe hơi điện (Hình 1.3) , đặc
biệt là khi cần đáp ứng nhanh về moment.

Hình 1-3 Các giai đoạn vận hành trong xe hơi điện của Toyota [Stéphan Astier, ESC 21/04/2006]

Với các phương pháp điều khiển trên được sử dụng trong xe hơi, trong giới
hạn của đề tài, phương pháp điều khiển moment trực tiếp được chọn để mô phỏng
điều khiển động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc với các bảng đóng cắt truyền
thống của Takahashi, cơng việc này đã được nghiên cứu trong các luận văn khóa
trước và các bài báo khoa học nhưng việc xem xét yếu tố tổn hao sắt từ trong động
cơ khi điều khiển động cơ bằng phương pháp điều khiển moment trực tiếp chưa
được đề cập nhiều. Đặc biệt, khi động cơ được ni bằng biến tần thì việc xem xét
tổn hao sắt từ là rất có ý nghĩa trong việc đưa ra các giải thuật điều khiển thích nghi
tham số trong các điều kiện vận hành của động cơ [20].

-4-


Chương 1

Giới thiệu

1.4 Cấu trúc và mục tiêu của luận văn
1.4.1 Cấu trúc luận văn
Luận văn được thực hiện trong sáu chương với cấu trúc như sau.
Chương 1: GIỚI THIỆU, giới thiệu tổng quan về các vấn đề liên quan đến đề
tài như lịch sử phát triển của động cơ, sự phát triển các kỹ thuật điều khiển và ý
nghĩa của phương pháp điều khiển được sử dụng trong luận văn.
Chương 2: MƠ HÌNH ĐỘNG CƠ KHƠNG ĐỒNG BỘ, trình bày các phương
trình tốn mơ phỏng động cơ trong trường hợp lý tưởng và xem xét tổn hao sắt từ.
Xây dựng mơ hình mơ phỏng và trình bày kết quả mô phỏng động cơ cho hai
trường hợp lý tưởng và tổn hao, đưa ra nhận xét ban đầu khi có mặt của tổn hao sắt
từ.
Chương 3: ĐIỀU KHIỂN MOMENT TRỰC TIẾP, trong chương này nhìn lại
các phương pháp điều khiển động cơ khơng đồng bộ, sau đó trình bày nội dung
chính về điều khiển moment trực tiếp như nguyên tắc điều khiển, sơ đồ điều khiển,
giới thiệu mơ hình tốn của bộ nghịch lưu áp và bảng đóng cắt của Takahashi trong
điều khiển moment trực tiếp, đồng thời xây dựng các bộ ước lượng từ thông và
moment là hai yếu tố chính trong điều khiển moment trực tiếp.
Phần cuối của chương tiến hành mô phỏng điều khiển động cơ bằng phương
pháp điều khiển moment trực tiếp trong cả hai trường hợp lý tưởng và tổn hao, thực
hiện mô phỏng điều khiển moment trực tiếp ở chế độ điều khiển moment và tốc độ,
cụ thể được trình bày trong chương 3.
Chương 4: ĐIỀU KHIỂN KHÔNG CẢM BIẾN, chương 4 giới thiệu các dạng
điều khiển khơng cảm biến, trình bày ý nghĩa của việc điều khiển không cảm biến,
chọn một phương pháp điều khiển không cảm biến phù hợp với giải thuật điều
khiển, sau đó xây dựng các mơ hình tốn và thực hiện mô phỏng, kết quả mô phỏng
sẽ được nhận xét trong hai trường hợp lý tưởng và xem xét tổn hao sắt từ.

-5-


Chương 1

Giới thiệu

Chương 5: BẢNG ĐÓNG CẮT CẢI THIỆN TỪ THÔNG STATOR Ở VÙNG
VẬN TỐC THẤP, trong vùng vận tốc thấp và không tải từ thông stator suy giảm rất
nhiều do các vector zero (vector khơng) được chọn đóng trong giải thuật điều khiển
DTC thơng qua bảng đóng cắt do Takahashi và Noguchi đề xuất năm 1986. Chương
5 khảo sát bảng đóng cắt cải thiện từ thơng stator ở vùng vận tốc thấp do Casadei đề
xuất, kết quả khảo sát được thực hiện thông qua mô phỏng DTC lý tưởng và mơ
hình thích nghi mẫu chuẩn MRAS.
Chương 6: KẾT LUẬN, kết luận các cơng việc chính được thực hiện trong các
chương 2, 3, 4 và 5 đồng thời đưa ra một số đề nghị cho việc phát triển một số vấn
đề liên quan đến đề tài có thể thực hiện trong tương lai.
1.4.2 Mục tiêu của luận văn
Thực hiện mô phỏng điều khiển moment trực tiếp động cơ không đồng bộ ứng
với các chế độ trong điều khiển moment trực tiếp để mô phỏng xem xét tổn hao sắt
từ để so sánh kết quả.
Thực hiện mô phỏng điều khiển moment trực tiếp không cảm biến bằng
MRAS trong việc ước lượng tốc độ trong cả hai trường hợp lý tưởng và tổn hao.
Tất cả việc mô phỏng trong luận văn được thực hiện bằng Matlab Simulink.

-6-


Mơ hình động cơ khơng đồng bộ

Chương 2

Chương 2
MƠ HÌNH ĐỘNG CƠ KHƠNG ĐỒNG BỘ
Việc xây dựng một mơ hình tốn động cơ khơng đồng bộ trong thực tế để thiết
kế bộ điều khiển địi hỏi phải mơ tả rất chính xác mơ hình tốn và thể hiện rõ đặc
tính thời gian của đối tượng động cơ (đối tượng điều khiển), tức là các tham số của
động cơ sẽ thay đổi theo các điều kiện vận hành như nhiệt độ, chế độ tải, …
Mơ hình động cơ khơng đồng bộ xây dựng sau đây khơng mơ tả chính xác về
mặt toán học, chủ yếu là phục vụ cho việc xây dựng các thuật toán điều khiển. Điều
này dẫn đến việc giả thiết một số điều kiện trong mơ hình để đơn giản hóa mơ hình
nhưng đồng thời phải mơ tả được sự thay đổi chủ yếu của các đại lượng vật lý của
động cơ và các sai số gây ra bởi các giả thiết này nằm trong giới hạn cho phép. Các
phương trình mơ tả động cơ trong trường hợp lý tưởng, chúng ta chấp nhận các giả
thiết sau đây [19]:
• Các cuộn dây stator được bố trí đối xứng về mặt khơng gian.
• Bỏ qua tổn hao sắt từ và bảo hịa từ.
• Dịng từ hóa và từ trường trên bề mặt khe hở khơng khí được phân bố hình sin.
• Các giá trị điện trở và điện cảm xem như không đổi.

-7-


Mơ hình động cơ khơng đồng bộ

Chương 2

sA’

sC

sB
ra'

rb

rc
rc'
rb'

ra

sB’

sC’

sA

Hình 2-1 Tiết diện mặt cắt ngang bố trí dây quấn đối xứng của động cơ [25]

2.1 Mơ hình lý tưởng động cơ
Sơ đồ thay thế tương đương động cơ được thể hiện dưới dạng:

Hình 2-2 Sơ đồ thay thế tương đuơng động cơ trường hợp lý tưởng [9]

2.1.1 Trên hệ tọa độ cố định stator (hệ tọa độ αβ)
Phương trình điện áp stator và rotor:
u s = Rs i s +
0 = Rr i r +

dψ s
dt

(2.1)

dψ r
− jω r ψ r
dt

(2.2)

-8-


Mơ hình động cơ khơng đồng bộ

Chương 2

Phương trình từ thông:
ψ s = i s Ls + i r Lm

(2.3)

ψ r = i s Lm + i r Lr

(2.4)

Lấy đạo hàm (2.3) và (2.4) sau đó thay vào (2.1) và (2.2), được:
dis
dir

+ Lm
dt
dt

u s = R s i s + Ls
0 = R r i r + Lm

(2.5)

di
dis
+ Lr r − jω r (i s Lm + i r Lr )
dt
dt

(2.6)

Chiếu (2.5) lên trục hệ tọa độ αβ được hệ phương trình điện áp stator:

u αs = Rs iαs + Ls

diαs
di
+ Lm αr
dt
dt

u βs = Rs iβs + Ls

diβs

dt

+ Lm

(2.7)

diβr

(2.8)

dt

Chiếu (2.6) lên trục hệ tọa độ αβ và thực hiện các phép biến đổi tốn các
phương trình liên quan được hệ phương trình điện áp rotor:
0 = Lm

diαs
di
+ ω r Lm iβs + Rr iαr + Lr αr + ω r Lr iβr
dt
dt

0 = Lm

diβs
dt

− ω r Lm iαs + Rr iβr + Lr

diβr

dt

− ω r Lr iαr

(2.9)

(2.10)

Phương trình chuyển động:
te − t L =

J dω r
P dt

(2.11)

Suy ra phương trình vận tốc rotor:

-9-


Mơ hình động cơ khơng đồng bộ

Chương 2

[

]

J dωr 3

= P i βs (Ls iαs + Lm iαr ) − iαs (Ls i βs + Lm i βr ) − t L
P dt
2

(2.12)

2.1.2 Trên hệ tọa độ quay rotor (hệ tọa độ dq)
Phương trình tổng quát về điện áp stator và rotor:
u s = Rs i s +
0 = Rr i r +

dψ s
+ jω a ψ s
dt

(2.13)

dψ r
+ j (ω a − ω r )ψ r
dt

(2.14)

Chiếu phương trình (2.13) lên hệ tọa độ dq và thực hiện các phép biến đổi tốn
các phương trình liên quan, được hệ phương trình điện áp stator:
u ds = Rs ids + Ls
u qs = Rs iqs + Ls

dids
di

+ Lm dr − ωa (Ls iqs + Lm iqr )
dt
dt
diqs
dt

+ Lm

diqr
dt

+ ωa (Ls ids + Lm idr )

(2.15)

(2.16)

Chiếu phương trình (2.14) lên hệ tọa độ dq và thực hiện các phép biến đổi toán
các phương trình liên quan, được hệ phương trình điện áp rotor:
0 = Rr idr + Lr
0 = Rr iqr + Lr

didr
di
+ Lm ds − (ω a − ω r )(Lr iqr + Lm iqs )
dt
dt
diqr
dt

+ Lm

diqs
dt

+ (ω a − ω r )(Lr idr + Lm ids )

(2.17)

(2.18)

Phương trình moment điện từ:
te =

3
PLm (iqs idr − ids iqr )
2

(2.19)

Phương trình vận tốc rotor:

- 10 -