Bài giảng Điều khiển máy điện: Giới thiệu về điều khiển vector & Giới thiệu RFOC - Nguyễn Ngọc Tú

Điều khiển máy điện
-Giới thiệu về điều khiển vector
-Giới thiệu RFOC

Bộ môn Thiết bị điện


Ơn tập (1)
Chứng minh các cơng thức tính moment sau là
tương đương:

Bộ môn Thiết bị điện


Ơn tập (2)
Một động cơ khơng đồng bộ có các tham số
sau (đã qui đổi về stator): Rs=10 ohm;
Rr=6,3 ohm ; Lγs=Lγr=0,04H ; Lm=0,4H.
Máy vận hành ở 1425 vòng/phút và được
cung cấp bởi nguồn 380V/50Hz. Máy có 4
cực, nối Y và vận hành ở xác lập. Máy được
cấp nguồn, dạng hình sin, điện áp pha quy
định bởi:
2
4
v

V
2

cos(


t

)
vc  V 2  cos(t 
)
va  V 2  cos(t )
b
3
3
Viết điện áp pha stator thành phần trục alpha-beta và điện áp pha vector khơng gian
trong hệ quy chiếu tĩnh.

Tính dịng điện stator vector không gian và các thành phần alpha-beta trên hệ tọa độ
alpha-beta.

Bộ môn Thiết bị điện


Giới thiệu
Điều khiển V/f thích hợp cho các ứng dụng mà khơng địi hỏi
sự đáp ứng nhanh về moment, từ trường hay tốc độ.
Một số ứng dụng đòi hỏi phải có đáp ứng quá độ nhanh, do
đó hệ thống điều khiển V/f khơng thích hợp.
Trước đây do sự hạn chế về kỹ thuật và thiết bị, hệ thống
dùng động cơ DC được sử dụng

Với sự phát triển về thiết bị và lý thuyết điều khiển vector
hiện nay, động cơ kđb được sử dụng để thay thế động cơ DC
cho các ứng dụng địi hỏi đáp ứng nhanh.

Bộ mơn Thiết bị điện


Giới thiệu
–Mơ hình ĐCKĐB ở trạng thái xác lập bỏ qua sự quá
độ khi thay đổi tải và thay đổi tần số stator. Những
đại lượng này sẽ tăng rất nhanh đối với ứng dụng
truyền động có tốc độ thay đổi.
–Với những ứng dụng có moment thay đổi nhanh,
điều khiển V/f hay nối nguồn trực tiếp sẽ không cho
chất lượng tốt. Khi đó cần thiết phải biết tốc độ hay từ
thơng và bộ điều khiển có chất lượng cao  điều
khiển vector
Bộ môn Thiết bị điện


Điều khiển định hướng trường
(FOC)
• Điều khiển định hướng trường (FOC) hay điều
khiển vector là phương pháp điều khiển dùng cho
động cơ kđb 3 pha, trong đó moment tạo ra và các
thành phần từ hóa của từ thơng stator được điều
khiển độc lập
• Mơ phỏng theo hoạt động của động cơ DC

• FOC cần các thơng tin về: dịng điện, điện áp, từ
thông và tốc độ của động cơ.
Bộ môn Thiết bị điện

Ứng dụng
Thích hợp cho tất cả các ứng dụng trước đây sử dụng động cơ DC

-Các hệ thống servo điều khiển tốc độ hay vị trí, các máy cơng cụ
và trục nâng, cần trục,…

Bộ môn Thiết bị điện


Bộ môn Thiết bị điện


So sánh điều khiển vector và V/f

Điều khiển vector có đáp ứng tốt hơn, chính xác hơn, đặc biệt ở vùng tốc độ thấp
Bộ môn Thiết bị điện


Nguyên lý điều khiển Vector
Các đại lượng vô hướng (u, i, từ
thông) được chuyển thành dạng
vector không gian tương ứng.
Bằng cách điều khiển riêng biệt
các thành phần dòng điện d-q sẽ
gián tiếp điều khiển được từ thông
và moment.
Trong bộ điều khiển, hai phép biến
đổi ngược được thực hiện:
1) Từ hệ qui chiếu d-q về α-β;
2) Từ d*-q* về a*, b*, c*.

Bộ môn Thiết bị điện


Vector - Phasor
Space vector (vector không gian):
chiều dài đặc trưng cho biên độ,
hướng chỉ vị trí trong khơng gian
của mmf hay từ trường gây bởi
điện áp (dòng điện) trong cuộn dây.

Phasor (vector pha) dùng để đặc
trưng cho sự sai lệch góc pha của
các tín hiệu dạng sin.

Bộ mơn Thiết bị điện


Điều khiển vector hay định hướng
trường

Động cơ không đồng bộ có thể được điều khiển bằng cách
đưa về trạng thái như động cơ DC kích từ độc lập
Bộ mơn Thiết bị điện


Điều khiển vector hay định hướng
trường

• Với điều khiển vector:
– ids (induction motor)  If (dc motor)

– iqs (induction motor)  Ia (dc motor)
– Momen cho bởi công thức sau: Te

 Kt r iqs  K t'ids iqs

– Trong đó  r   r , là giá trị đỉnh của biến vector không
gian từ thông.
Bộ môn Thiết bị điện


Vector và Moment
Vector rotor từ thông rotor ψr:

-Tương đương với ψf của động
cơ DC
-Quay với tốc độ wsl so với rotor

-Quay với tốc độ wr + wsl = we so
với stator
Cả is và ψr đều quay với tốc độ
we.
Khi xác lập, 2 vector này lệch
nhau một góc θ hằng số
Bộ môn Thiết bị điện


Vector và Moment
Vector dịng stator is có thể được
phân thành 2 thành phần:
-Thành phần isd cùng phương với ψr

-Thành phần isq vng góc với ψr
Moment T = k(is x ψr) = k ψr isq
Hệ tọa độ quay dq
Động cơ DC: T = k(ia x ψf) = k iaψf
Bộ môn Thiết bị điện


Vector và Moment
-Thành phần isd là thành phần tạo ra
từ thơng
-Thành phần isq gọi là dịng moment
của động cơ kđb
Khi ψr nằm trên trục d, người ta
nói hệ thống được định hướng
trường

Hệ tọa độ quay dq

=> Ψr = Ψrd
Bộ môn Thiết bị điện


Qui đổi sang 2 pha
Việc qui đổi nhằm
làm đơn giản hóa
việc phân tích và
điều khiển

Dịng is (màu đen) và từ
thơng ψr (màu xanh) trong

hệ tọa độ tĩnh αβ

Dòng is (màu đen) và từ
thông ψr (màu xanh) trong
hệ tọa độ quay dq
Bộ môn Thiết bị điện


Qui đổi sang 2 pha
Nếu từ thông ψr trùng với trục d

• Từ thơng rotor ψr = ψrd
• Thành phần ψrq = 0
• Thành phần dịng stator isd
cùng phương với từ thơng là
thành phần tạo ra từ thơng
rotor

• Thành phần dịng stator isq
vng góc với từ thơng là
thành phần tạo ra moment
Bộ môn Thiết bị điện


Các pp điều khiển động cơ

Điều khiển
vô hướng

Điều khiển

vector

Bộ môn Thiết bị điện


Sơ đồ điều khiển FOC

+



PID

Iq
+

Id
+
r





PID

Vq

Inverse Park
Vα

d,q

Vd

Vβ

PID

α, β

Field Weakening
Controller

PWM1
PWM2
PWM3
PWM4
PWM5
PWM6

3Phase
Inverter

θr
Iq

Iα
d,q

Id

α, β

Park T
Speed
Calculator

Space
Vector
PWM

Iβ

ia

α, β

ib
ic†

a,b,c
Clarke T

θr
†: ia + ib + ic = 0
Bộ môn Thiết bị điện


Nguyên lý điều khiển vector

Bài tập: Viết các phương trình chuyển đổi trong sơ đồ trên.
Bộ môn Thiết bị điện


Sơ đồ điều khiển FOC: tiếp dịng

Bộ mơn Thiết bị điện


PT động học của IM
d rd
urd  ird Rr  (e  r ) rq 
0
dt
1
 rd  Lr ird  L0isd  ird   rd  L0isd 
Lr


urq  irq Rr  (e  r ) rd 

 rq  Lr irq  L0isq  irq 

d rq
dt

0

1

 rq  L0isq 

Lr

Chú ý: L0=Lm

Bộ môn Thiết bị điện


PT động học của IM
Định hướng trường

Đặt ψrd=L0imrd với imrd là dịng
từ hóa tương đương

Các phương trình điều khiển vector
Bộ môn Thiết bị điện


Sự tương đồng với ĐC DC


Ở xác lập (từ thông là hằng
số), imrd=isd
PT từ trường của điều khiển vector
Bộ môn Thiết bị điện