MỤC LỤC MỤC LỤC 1 LỜI MỞ ĐẦU 2 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG BIẾN TẦN ĐỘNG CƠ 4 1.1. Các hệ thống truyền động điện dùng động cơ xoay chiều 4 1.1.1. Giới thiệu chung 4 1.1.2. Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ 4 1.1.3. Hệ truyền động biến tần động cơ xoay chiều 5 1.2. Sơ lược về các bộ biến tần dùng dụng cụ bán dẫn công suất 6 1.2.1. Biến tần trực tiếp (xoay chiều xoay chiều) 6 1.2.2. Bộ biến tần gián tiếp 9 1.3. Điều khiển hệ biến tần – động cơ không đồng bộ (BT – ĐCKĐB) 12 1.3.1. Điều khiển vô hướng 13 1.3.2. Điều khiển định hướng theo từ trường 14 1.3.3. Điều khiển trực tiếp mômen 16 CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN BIẾN TẦN ĐỘNG CƠ THEO PHƯƠNG PHÁP Uf = const 17 2.1. Cấu trúc hệ điều khiển biến tần động cơ 17 2.1.1. Giới thiệu chung 17 2.1.2. Điều chỉnh điện áp tần số với từ thông là hàm của mômen tải 18 2.1.3. Điều khiển điện áp tần số giữ từ thông động cơ không đổi 19 2.1.4. Điều chỉnh dòng điện – tần số giữ từ thông động cơ không đổi 21 2.2. Xây dựng cấu trúc bộ điều khiển 21 2.2.1. Phép biến đổi hệ tọa độ abc αβ 22 2.2.2. Sơ đồ vòng hở điều khiển Vf cho bộ nghịch lưu: 23 2.2.3. Phương pháp điều chế véc tơ không gian (SVM) 24 2.2.4. Điều khiển tựa từ thông rô to (Field Oriented Control FOC) 24 2.2.5. Sơ đồ vòng hở điều khiển Vf cho bộ nghịch lưu 33 2.2.6. Mô hình toán học của động cơ 34 2.2.7. Mô hình toán học các khâu trong hệ thống 35 CHƯƠNG 3: TÍNH TOÀN VÀ LỰA CHỌN CÁC PHẦN TỬ MẠCH LỰC 38 3.1. Sơ đồ khối của hệ thống 38 3.2. Lựa chọn các phần tử mạch lực 38 3.2.1. Tính toán bộ nghịch lưu 38 3.2.2. Tính toán bộ chỉnh lưu 39 3.3. Mạch điều khiển 41 3.3.1. Sơ đồ khối mạch điều khiển 41 3.3.2. Mạch điều khiển 42 CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG HỆ TRUYỀN ĐỘNG BẰNG PHẦN MỀM MATLABSIMULINK 44 4.1. Tổng quan về phần mềm Matlab và Simulink 44 4.2. Mô hình mô phỏng MatlabSimulink 45 4.3. Kết quả mô phỏng 46 KẾT LUẬN 48 LỜI MỞ ĐẦU Đối với một Quốc gia nói chung và nước ta nói riêng thì những ngành đóng vai trò then chốt của nền kinh tế là: Điện, than, dầu khí...và ngành công nghiệp luyện kim loại cũng không nằm ngoài chiến lược phát triển kinh tế. Để nâng cao chất lượng sản phẩm, số lượng sản phẩm cũng như hổ trợ cho con người những công việc phức tạp, quá trình tự động hoá đã ra đời và mang lại hiệu quả rất cao đáp ứng hoàn toàn những yêu cầu đó của con người. Ở nước ta, lĩnh vực tự động hoá đã được Đảng và Nhà nước quan tâm và đầu tư rất lớn, cùng với các lĩnh vực công nghiệp chuyển dịch nền kinh tế theo định hướng công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước. Ngày nay, khi công nghệ điện tử công suất, vi xử lý và công nghệ máy tính phát triển mạnh mẽ thì các hệ thống tự động hóa sản xuất thường gặp trong thực tế chủ yếu là các hệ truyền động sử dụng biến tần. Thực hiện đồ án tự động hóa quá trình em đã được thầy giao cho đề tài như sau: “Thiết kế hệ thống điều khiển cho hệ truyền động Biến tần động cơ theo phương pháp Uf=const”. Trong quá trình thực hiện đồ án mặc dù bản thân em đã rất cố gắng song không thể tránh khỏi những sai sót, em kính mong nhận được ý kiến đóng góp của thầy cô và các bạn để bản đồ án hoàn thiện hơn. Để hoàn thành chương trình đại học và thực hiện đồ án này, em đã nhận được sự hướng dẫn, giúp đỡ và góp ý nhiệt tình của các quý thầy cô Khoa Điện Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Vinh. Em xin gửi lời cảm ơn đến thầy giáo TS. Trần Duy Trinh đã dành thời gian hướng dẫn tận tình, xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trong Khoa điện Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Vinh. Sinh viên CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG BIẾN TẦN ĐỘNG CƠ 1.1. Các hệ thống truyền động điện dùng động cơ xoay chiều 1.1.1. Giới thiệu chung Các hệ thống truyền động điện được sử dụng rất rộng rãi trong các lĩnh vực khác nhau, chúng được dùng để cung cấp động lực cho phần lớn các cơ cấu sản xuất. Trong thế kỷ XIX đã lần lượt xuất hiện truyền động điện động cơ một chiều và động cơ xoay chiều. Trong nhiều năm của thế kỷ XX, khoảng 80% các hệ thống truyền động điện không yêu cầu điều chỉnh tốc độ đều dùng động cơ xoay chiều, còn khoảng 20% truyền động điện có yêu cầu cao về điều chỉnh tốc độ dùng động cơ một chiều. Điều này hầu như đã được thế giới coi như là một quy luật phân bổ hiển nhiên. Phương án điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều mặc dù đã được phát minh và đưa vào ứng dụng khá sớm, nhưng chất lượng của nó lại khó sánh kịp với hệ thống truyền động điện một chiều. Mãi tận tới thập kỷ 70 của thế kỷ XX, khi thế giới bị cuốn hút vào nguy cơ khan hiếm dầu mỏ, các nước công nghiệp tiên tiến mới tập trung vào việc nghiên cứu hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều hiệu suất cao, hy vọng coi đó là con đường tiết kiệm nguồn năng lượng. Qua hơn 10 năm cố gắng nỗ lực, đến thập kỷ 80 hướng nghiên cứu ấy đã đạt được thành tựu lớn, và đã được coi là bước đột phá thần kỳ trong truyền động điện xoay chiều, và từ đó tỷ lệ ứng dụng hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ điện xoay chiều ngày một tăng lên. Trong các ngành công nghiệp đã có trào lưu thay thế hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều bằng hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều. 1.1.2. Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ Động cơ xoay chiều không đồng bộ có kết cấu đơn giản, chắc chắn, làm việc tin cậy và giá thành rẻ nhất. Điều chỉnh tốc độ (điều tốc) động cơ không đồng bộ có rất nhiều phương pháp, có thể kể đến như: (1) Điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp điều chỉnh điện áp đặt vào cuộn dây stator động cơ. (2) Điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp dùng bộ ly hợp trượt điện từ. (3) Điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp dùng điện trở phụ nối tiếp với cuộn dây rotor đối với động cơ không đồng bộ rotor dây quấn. (4) Điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp nối cấp động cơ không đồng bộ rotor dây quấn. (5) Điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp thay đổi số đôi cực. (6) Điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp thay đổi tần số nhờ bộ biến đổi tần số (phương pháp biến tần)…v.v Dựa vào cách xử lý công suất trượt trong máy điện, các hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ được phân ra 3 loại là hệ thống điều tốc tiêu hao công suất trượt, hệ thống điều tốc kiểu tái sinh và hệ thống điều tốc công suất trượt không thay đổi. Hiệu suất của 3 kiểu này được tăng lên theo thứ tự trên. Hệ thống điều tốc tiêu hao công suất trượt: toàn bộ công suất trượt chuyển thành nhiệt năng tiêu hao mất. Ba phương pháp điều tốc (1), (2), (3) kể trên đều thuộc về loại này. Hiệu suất hệ thống điều tốc của các loại này là thấp nhất và chấp nhận tổn thất công suất để đổi lấy việc giảm tốc độ quay (lúc mômen phụ tải không đổi), tốc độ càng xuống thấp thì hiệu suất càng giảm. Nhưng cấu trúc của hệ thống này là đơn giản nhất, vì thế nó vẫn được dùng trong một số trường hợp, ví dụ trong các hệ thống cầu trục. Hệ thống điều tốc kiểu tái sinh: một bộ phận của công suất trượt bị tiêu hao đi, phần lớn còn lại nhờ có thiết bị chỉnh lưu nghịch lưu được trả về lưới điện xoay chiều hoặc chuyển hoá thành dạng cơ năng để dùng vào việc có ích khác, khi tốc độ quay càng thấp công suất thu hồi cũng càng nhiều, phương pháp điều tốc thứ (4) đã kể trên là thuộc loại này. Hiệu suất của hệ thống điều tốc loại này rõ ràng là cao hơn loại hệ thống điều tốc tiêu hao công suất trượt nhưng phải thêm thiết bị chỉnh lưu nghịch lưu nên lại phải tiêu hao một phần công suất. Hệ thống điều tốc công suất trượt không thay đổi: trong hệ thống này không tránh khỏi tiêu hao công suất trên dây dẫn rotor, nhưng sự tiêu hao công suất trượt hầu như không phụ thuộc vào tốc độ cao hay thấp, vì thế hiệu suất khá cao. Phương pháp điều tốc thứ (5), (6) thuộc loại này. Phương pháp điều tốc thay đổi số đôi cực là phương pháp điều chỉnh có cấp, phạm vi điều chỉnh hẹp, ít dùng. Phương pháp điều tốc biến tần được ứng dụng rộng rãi nhất vì nó cho phép điều chỉnh trơn với phạm vi rộng, có khả năng xây dựng được các hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều có chất lượng cao, có thể thay thế hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều và do đó có xu hướng phát triển hơn cả. Hệ thống điều tốc biến tần động cơ không đồng bộ có phạm vi ứng dụng rộng cả về lĩnh vực và công suất, từ công suất cực nhỏ đến công suất rất lớn (hàng MW). 1.1.3. Hệ truyền động biến tần động cơ xoay chiều Trong hệ truyền động biến tần cho cả 2 loại động cơ xoay chiều đồng bộ và không đồng bộ thì bộ biến tần là khâu quan trọng quyết định đến chất lượng của hệ thống truyền động. Phụ thuộc vào phạm vi điều chỉnh, vào phạm vi công suất truyền động, vào hướng điều chỉnh mà có các loại biến tần và phương pháp khống chế biến tần khác nhau. Trước đây việc điều khiển tốc độ động cơ xoay chiều không đồng bộ gặp khó khăn khi điều khiển ở vùng tốc độ thấp. Ngày nay động cơ không đồng bộ được điều chỉnh bằng các bộ biến tần bán dẫn đã và đang được hoàn thiện và có khả năng cạnh tranh lớp với điều khiển một chiều, nhất là ở vùng công suất truyền động lớn hoặc tốc độ thấp. Ưu điểm nổi bật của phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ 3 pha rôto lồng sóc bằng phương pháp sử dụng bộ biến tần là: Điều chỉnh vô cấp. Cho phép mở rộng dải điều chỉnh và nâng cao tính chất động học của hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều. Hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ bằng biến tấn có kết cấu đơn giản, làm việc được trong nhiều môi trường khác nhau. Khả năng điều chỉnh tốc độ động cơ dễ dàng, có khả năng đáp ứng cho nhiều ứng dụng khác nhau: các thiết bị cần thay đổi tốc độ nhiều động cơ cùng một lúc (máy dệt, băng tải, băng chuyền,…); các thiết bị yêu cầu tốc độ làm việc cao (máy ly tâm, máy mài,…); các thiết bị yêu cầu chỉ tiêu điều chỉnh tốc độ cao (máy cắt gọt kim loại, máy gia công chính xác...) Trong thực tế các bộ biến tần được chia làm hai nhóm: các bộ biến tần là biến tần trực tiếp và các bộ biến tần gián tiếp có khâu trung gian một chiều. 1.2. Sơ lược về các bộ biến tần dùng dụng cụ bán dẫn công suất 1.2.1. Biến tần trực tiếp (xoay chiều xoay chiều) Cấu trúc của thiết bị biến tần trực tiếp như trên hình 1.1. Bộ biến đổi này chỉ dùng một khâu biến đổi là có thể biến đổi nguồn điện xoay chiều có điện áp và tần số không đổi thành điện áp xoay chiều có điện áp và tần số điều chỉnh được. Do quá trình biến đổi không phải qua khâu trung gian nên được gọi là bộ biến tần trực tiếp, còn được gọi là bộ biến đổi sóng cố định (Cycloconverter).
GIỚI THIỆU VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG BIẾN TẦN ĐỘNG CƠ
Các hệ thống truyền động điện dùng động cơ xoay chiều
Hệ thống truyền động điện đã trở thành một phần quan trọng trong nhiều lĩnh vực sản xuất, với sự ra đời của động cơ một chiều và động cơ xoay chiều từ thế kỷ XIX Trong thế kỷ XX, khoảng 80% hệ thống truyền động điện không cần điều chỉnh tốc độ sử dụng động cơ xoay chiều, trong khi 20% còn lại yêu cầu điều chỉnh tốc độ cao hơn với động cơ một chiều Mặc dù phương án điều chỉnh tốc độ cho động cơ xoay chiều đã được phát triển sớm, nhưng chất lượng vẫn không thể so sánh với động cơ một chiều Đến thập kỷ 70, khi khủng hoảng dầu mỏ xảy ra, các quốc gia công nghiệp bắt đầu nghiên cứu hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều hiệu suất cao nhằm tiết kiệm năng lượng Sau hơn 10 năm nỗ lực, vào thập kỷ 80, những nghiên cứu này đã đạt được thành tựu lớn, đánh dấu bước đột phá trong truyền động điện xoay chiều, dẫn đến việc gia tăng ứng dụng hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ điện xoay chiều trong các ngành công nghiệp, thay thế cho động cơ một chiều.
1.1.2 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ Động cơ xoay chiều không đồng bộ có kết cấu đơn giản, chắc chắn, làm việc tin cậy và giá thành rẻ nhất Điều chỉnh tốc độ (điều tốc) động cơ không đồng bộ có rất nhiều phương pháp, có thể kể đến như:
(1) Điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp điều chỉnh điện áp đặt vào cuộn dây stator động cơ.
(2) Điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp dùng bộ ly hợp trượt điện từ.
(3) Điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp dùng điện trở phụ nối tiếp với cuộn dây rotor đối với động cơ không đồng bộ rotor dây quấn
(4) Điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp nối cấp động cơ không đồng bộ rotor dây quấn
(5) Điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp thay đổi số đôi cực
(6) Điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp thay đổi tần số nhờ bộ biến đổi tần số (phương pháp biến tần)…v.v
Các hệ thống điều chỉnh tốc độ cho động cơ không đồng bộ được phân loại thành ba loại dựa trên cách xử lý công suất trượt: hệ thống điều tốc tiêu hao công suất trượt, hệ thống điều tốc kiểu tái sinh và hệ thống điều tốc công suất trượt không thay đổi Hiệu suất của ba loại hệ thống này được cải thiện theo thứ tự từ loại đầu tiên đến loại cuối cùng.
Hệ thống điều tốc tiêu hao công suất trượt chuyển toàn bộ công suất trượt thành nhiệt năng, dẫn đến hiệu suất thấp nhất trong ba phương pháp điều tốc Mặc dù chấp nhận tổn thất công suất để giảm tốc độ quay khi mômen phụ tải không đổi, hiệu suất càng giảm khi tốc độ càng thấp Tuy nhiên, do cấu trúc đơn giản, hệ thống này vẫn được sử dụng trong một số ứng dụng, như trong các hệ thống cầu trục.
Hệ thống điều tốc kiểu tái sinh cho phép thu hồi một phần lớn công suất trượt bị tiêu hao nhờ vào thiết bị chỉnh lưu - nghịch lưu, giúp trả về lưới điện xoay chiều hoặc chuyển đổi thành cơ năng để sử dụng cho các mục đích khác Khi tốc độ quay giảm, công suất thu hồi tăng lên, cho thấy hiệu suất của hệ thống này cao hơn so với hệ thống điều tốc tiêu hao công suất trượt Tuy nhiên, việc sử dụng thiết bị chỉnh lưu - nghịch lưu cũng dẫn đến việc tiêu hao một phần công suất.
Hệ thống điều tốc công suất trượt không thay đổi có hiệu suất cao do sự tiêu hao công suất trên dây dẫn rotor không phụ thuộc vào tốc độ Phương pháp điều tốc thay đổi số đôi cực ít được sử dụng vì phạm vi điều chỉnh hẹp Trong khi đó, phương pháp điều tốc biến tần được ưa chuộng nhất nhờ khả năng điều chỉnh mượt mà và phạm vi rộng, cho phép xây dựng các hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều chất lượng cao, thay thế cho động cơ một chiều Hệ thống điều tốc biến tần cho động cơ không đồng bộ có ứng dụng rộng rãi, từ công suất nhỏ đến rất lớn (hàng MW).
1.1.3 Hệ truyền động biến tần - động cơ xoay chiều
Trong hệ truyền động biến tần cho động cơ xoay chiều đồng bộ và không đồng bộ, bộ biến tần đóng vai trò quyết định đến chất lượng hệ thống Tùy thuộc vào phạm vi điều chỉnh và công suất truyền động, có nhiều loại biến tần và phương pháp khống chế khác nhau Trước đây, việc điều khiển tốc độ động cơ xoay chiều không đồng bộ gặp khó khăn ở vùng tốc độ thấp Hiện nay, động cơ không đồng bộ được điều chỉnh bằng bộ biến tần bán dẫn ngày càng hoàn thiện, cạnh tranh tốt với điều khiển một chiều, đặc biệt ở vùng công suất lớn hoặc tốc độ thấp Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ 3 pha rôto lồng sóc bằng bộ biến tần mang lại nhiều ưu điểm nổi bật.
- Cho phép mở rộng dải điều chỉnh và nâng cao tính chất động học của hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều.
- Hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ bằng biến tấn có kết cấu đơn giản, làm việc được trong nhiều môi trường khác nhau.
Khả năng điều chỉnh tốc độ động cơ linh hoạt giúp đáp ứng nhu cầu cho nhiều ứng dụng khác nhau, từ các thiết bị cần thay đổi tốc độ nhiều động cơ cùng lúc như máy dệt, băng tải, băng chuyền, đến các thiết bị yêu cầu tốc độ làm việc cao như máy ly tâm, máy mài Ngoài ra, còn có các thiết bị yêu cầu chỉ tiêu điều chỉnh tốc độ cao như máy cắt gọt kim loại và máy gia công chính xác.
Các bộ biến tần được phân loại thành hai nhóm chính: biến tần trực tiếp và biến tần gián tiếp, trong đó biến tần gián tiếp có khâu trung gian một chiều.
Sơ lược về các bộ biến tần dùng dụng cụ bán dẫn công suất
1.2.1 Biến tần trực tiếp (xoay chiều - xoay chiều)
Cấu trúc của thiết bị biến tần trực tiếp như trên hình 1.1.
Bộ biến đổi này sử dụng một khâu biến đổi duy nhất để chuyển đổi nguồn điện xoay chiều với điện áp và tần số cố định thành điện áp xoay chiều có điện áp và tần số có thể điều chỉnh Vì quá trình biến đổi không trải qua khâu trung gian, nó được gọi là bộ biến tần trực tiếp, hay còn gọi là bộ biến đổi sóng cố định (Cycloconverter).
Hình 1.1: Thiết bị biến tần trực tiếp (xoay chiều – xoay chiều)
Mỗi pha đầu ra của bộ biến tần trực tiếp được tạo ra từ mạch điện song song ngược của hai sơ đồ chỉnh lưu tiristor Hai sơ đồ chỉnh lưu này được điều khiển theo chu kỳ nhất định, tạo ra điện áp xoay chiều ut cho phụ tải Biên độ điện áp này phụ thuộc vào góc điều khiển α, trong khi tần số của nó phụ thuộc vào tần số điều khiển quá trình chuyển đổi giữa hai sơ đồ chỉnh lưu.
Hình 1.2: Sơ đồ nguyên lý bộ biến tần trực tiếp
Khi góc điều khiển α không thay đổi, điện áp trung bình đầu ra giữ giá trị ổn định trong mỗi nửa chu kỳ Để đạt được điện áp đầu ra gần giống hình sin hơn, cần thay đổi liên tục góc điều khiển của các van trong mỗi nửa chu kỳ làm việc Cụ thể, trong nửa chu kỳ làm việc của sơ đồ thuận, góc α sẽ giảm từ α/2 (điện áp trung bình bằng 0) xuống 0 (điện áp trung bình cực đại), rồi sau đó tăng từ 0 lên α/2, khiến điện áp trung bình đầu ra giảm từ cực đại về 0 Quá trình này giúp điện áp biến đổi theo quy luật gần hình sin Tại điểm A, khi α = 0, điện áp chỉnh lưu trung bình đạt cực đại, sau đó tại các điểm B, C, D, E, góc α tăng dần và điện áp trung bình giảm dần.
Khi F với α = α/2, điện áp trung bình là 0 Trong nửa chu kỳ, điện áp trung bình có dạng hình sin, được minh họa bằng nét đứt trong hình vẽ Sự điều khiển sơ đồ ngược trong nửa chu kỳ âm của điện áp ra cũng diễn ra tương tự.
Hình 1.3: Đồ thị điện áp đầu ra của thiết bị biến tần xoay chiều - xoay chiều hình sin
Bài viết phân tích về đầu ra của bộ biến tần xoay chiều – xoay chiều (trực tiếp) cho phụ tải ba pha, với điện áp trung bình đầu ra có góc pha lệch nhau 120 độ Mỗi sơ đồ chỉnh lưu ba pha yêu cầu tổng cộng 36 tiristor, trong khi sơ đồ tia ba pha cần 18 tiristor, dẫn đến việc tăng số lượng linh kiện và kích thước thiết bị Mặc dù bộ biến tần trực tiếp chỉ sử dụng một khâu biến đổi, nhưng số lượng linh kiện lớn làm giảm tần số đầu ra, giới hạn phạm vi thay đổi tần số Do đó, thiết bị này thường chỉ được sử dụng trong các lĩnh vực công suất lớn như máy cán thép hay lò xi măng, nơi cần động cơ tốc độ thấp Mặc dù có nhược điểm về số lượng phần tử và chất lượng điện áp ra, bộ biến tần trực tiếp vẫn có ưu điểm về hiệu suất cao, đặc biệt trong các hệ thống điều tốc có công suất lớn lên đến 16.000 kW.
Trên đồ thị dạng sóng, công suất tức thời của biến tần được chia thành bốn giai đoạn Trong hai giai đoạn đầu, biến tần nhận công suất từ lưới để cung cấp cho tải, khi điện áp và dòng điện đều dương Ngược lại, trong hai giai đoạn còn lại, khi điện áp và dòng điện âm, biến tần sẽ cung cấp lại công suất cho lưới.
Hình 1.4: Sóng hài bậc nhất dòng, áp trên tải và các chế độ làm việc của các khâu trong biến tần trực tiếp.
1.2.2 Bộ biến tần gián tiếp
Bộ biến tần trực tiếp có khả năng thiết kế với công suất đầu ra lớn và hiệu suất cao, tuy nhiên, cũng tồn tại một số nhược điểm cần lưu ý.
- Chỉ có tạo ra điện áp xoay chiều đầu ra với tần số thấp hơn tần số điện áp lưới.
- Khó điều khiển ở tần số cận không vì khi đó tổn hao sóng hài trong động cơ khá lớn.
- Độ tinh và độ chính xác trong điều khiển không cao.
- Sóng điện áp đầu ra khác xa hình sin.
Biến tần gián tiếp được phát triển nhằm cải thiện chất lượng hệ truyền động biến tần - động cơ xoay chiều, khắc phục những nhược điểm của biến tần trực tiếp.
Hình 1.5: Thiết bị biến tần gián tiếp.
Bộ biến tần gián tiếp với khâu trung gian một chiều có các cấu trúc khác nhau, trong đó cấu trúc chung được mô tả như hình 1.5 Ba khâu chính của bộ biến tần bao gồm chỉnh lưu, lọc và nghịch lưu Tùy thuộc vào cách điều chỉnh điện áp đầu ra, có ba dạng bộ biến tần: bộ biến tần sử dụng chỉnh lưu có điều khiển, bộ biến tần sử dụng chỉnh lưu không điều khiển kèm theo bộ biến đổi xung áp một chiều, và bộ biến tần sử dụng chỉnh lưu không điều khiển với nghịch lưu thực hiện điều chế độ rộng xung (PWM).
Bộ biến tần gián tiếp có khâu trung gian một chiều bao gồm ba loại chính: biến tần sử dụng chỉnh lưu điều khiển bằng tiristor, biến tần với chỉnh lưu không điều khiển kèm bộ biến đổi xung điện áp, và biến tần sử dụng chỉnh lưu không điều khiển kết hợp với nghịch lưu điều chế PWM Thiết bị biến tần gián tiếp này thường được áp dụng trong các hệ thống điều khiển động cơ để cải thiện hiệu suất và độ chính xác.
Bộ biến tần có cấu trúc như hình 1.6a, chuyển đổi điện áp xoay chiều lưới thành điện áp một chiều có điều chỉnh nhờ chỉnh lưu điều khiển tiristor Khâu lọc có thể là bộ lọc điện dung hoặc điện cảm tùy thuộc vào dạng nghịch lưu yêu cầu Việc điều chỉnh điện áp ra U2 được thực hiện bằng cách điều khiển góc chỉnh lưu, trong khi tần số được điều chỉnh bởi khâu nghịch lưu, tất cả trên cùng một mạch điện điều khiển Mặc dù cấu trúc đơn giản và dễ điều khiển, nhưng do sử dụng chỉnh lưu điều khiển tiristor, hệ số công suất giảm khi điện áp ra thấp Hơn nữa, khâu biến đổi điện áp hoặc dòng điện một chiều thành xoay chiều thường sử dụng nghịch áp 3 pha bằng tiristor, dẫn đến sóng hài bậc cao trong điện áp xoay chiều đầu ra có biên độ lớn, đây là nhược điểm chính của bộ biến tần này Biến tần sử dụng chỉnh lưu không điều khiển còn có thêm bộ biến đổi xung điện áp.
Bộ biến tần xoay gián tiếp sử dụng bộ chỉnh lưu không điều khiển kết hợp với bộ biến đổi xung điện áp một chiều để điều chỉnh điện áp đầu vào cho khối nghịch lưu, như minh họa trong hình 1.6b.
Việc chuyển đổi điện áp xoay chiều thành điện áp một chiều để cấp cho khối nghịch lưu được thực hiện bằng bộ chỉnh lưu điôt không điều khiển Khối nghịch lưu chỉ có chức năng biến đổi điện áp một chiều thành xoay chiều với tần số điều chỉnh được, nhưng không thể điều chỉnh điện áp ra Do đó, cần thêm bộ biến đổi xung điện áp một chiều giữa hai khối này để điều chỉnh giá trị điện áp cấp cho nghịch lưu, từ đó điều chỉnh giá trị hiệu dụng điện áp xoay chiều đầu ra U2 Mặc dù bộ biến tần này yêu cầu thêm một khâu và có thể cần thêm khâu lọc, nhưng hệ số công suất đầu vào vẫn cao, khắc phục nhược điểm của bộ biến tần đầu tiên Tuy nhiên, khối nghịch lưu đầu ra vẫn tồn tại nhược điểm là các sóng hài bậc cao với biên độ lớn.
Trong hệ thống điều tốc biến tần sử dụng phương pháp điều chỉnh tỷ số điện áp - tần số không đổi với biến tần gián tiếp dùng tiristor, việc điều chỉnh điện áp và tần số được thực hiện tách biệt, với tần số được điều chỉnh ở khâu nghịch lưu và điện áp ở khâu chỉnh lưu Sự tách biệt này dẫn đến nhiều vấn đề cần được giải quyết.
(1) Mạch điện chính có 2 khâu công suất điều khiển được, nghĩa là khá phức tạp.
Khâu một chiều trung gian có bộ lọc bằng tụ lọc hoặc điện kháng với quán tính lớn thường làm chậm quá trình thích nghi trạng thái động của hệ thống.
Điều khiển hệ biến tần – động cơ không đồng bộ (BT – ĐCKĐB)
Hệ BT – ĐCKĐB động cơ điện không đồng bộ cần được điều khiển để đáp ứng yêu cầu của phụ tải, trong đó tần số nguồn cung cấp là thông số điều khiển quan trọng nhất Phương pháp điều chỉnh tần số giúp đạt được chỉ tiêu điều chỉnh cao cho tốc độ và mômen của động cơ Hệ thống Biến tần - Động cơ không đồng bộ (BT – ĐCKĐB) hiện đang thay thế các hệ truyền động điện một chiều nhờ vào hiệu quả kinh tế và khả năng đáp ứng các chỉ tiêu kỹ thuật Điều khiển hệ BĐTS - ĐCKĐB có ba phương pháp chủ yếu.
- Điều khiển vô hướng (SFC: Scalar Frequency Control).
- Điều khiển định hướng theo từ trường (FOC: Field Oriented Control)
- Điều khiển trực tiếp mômen (DTC: Direct Toque Control)
Phương pháp điều khiển vô hướng (U/f bằng hằng số) giữ cho từ thông stator (ψs) không đổi trong quá trình điều chỉnh, giúp động cơ hoạt động hiệu quả nhất khi điều chỉnh tần số Bằng cách duy trì từ thông khe hở ổn định, động cơ có khả năng sinh mômen lớn nhất Nhờ những ưu điểm của động cơ không đồng bộ, các hệ truyền động của chúng cũng mang lại tính kinh tế và độ tin cậy cao.
Phương pháp này dễ thực hiện nhưng có nhược điểm như tổn thất công suất ΔP và lượng tiêu thụ công suất phản kháng Q không nhỏ, gây khó khăn trong việc ổn định tốc độ Mặc dù hệ truyền động đơn giản, nhưng nó có hạn chế về độ chính xác tốc độ và khả năng đáp ứng mômen kém Hệ thống này không đảm bảo điều khiển tốt các đáp ứng về mômen và từ thông, do đó, điều khiển vô hướng chỉ được ứng dụng trong công nghiệp khi yêu cầu điều chỉnh tốc độ không quá cao.
Cấu trúc cơ bản của hệ truyền động theo phương pháp điều khiển vô hướng được biểu diễn trên hình 1.7.
Hình 1.7: Cấu trúc điều khiển vô hướng hệ BĐTS - ĐCKĐB
1.3.2 Điều khiển định hướng theo từ trường
Phép biến đổi tuyến tính không gian vector, được áp dụng cho động cơ không đồng bộ (KĐB) theo đề xuất của Kovács và Park, đã mở ra hướng mới cho việc điều khiển vector động cơ Năm 1971, Siemens đã giới thiệu phương pháp điều khiển vector theo từ thông rotor (ψr), với mục tiêu sử dụng công cụ biến đổi vector để ước lượng đại lượng vector từ thông.
r và điều chỉnh nó Còn mômen động cơ điều chỉnh qua thành phần vector dòng stato
Phương pháp điều khiển vector định hướng theo trường roto (FOC) coi roto là phần cảm và stato là phần ứng, được phân ly tương tự như máy điện một chiều kích từ độc lập Phương pháp này giúp ổn định hiệu quả ở tốc độ cận không, cạnh tranh tốt với các hệ thống truyền động động cơ một chiều.
Thông qua các phép biến đổi của Kovács và Park, các đại lượng vô hướng như điện áp, dòng điện và từ thông được chuyển đổi thành dạng vector không gian tương ứng Việc điều khiển riêng biệt các thành phần dòng điện d-q cho phép điều chỉnh gián tiếp từ thông và momen Trong bộ điều khiển, hai phép biến đổi ngược được thực hiện: từ hệ quy chiếu d-q về α-β và từ d*-q* về a*, b*, c* Nhờ đó, động cơ không đồng bộ có thể được điều khiển giống như động cơ một chiều kích từ độc lập.
Xét hệ truyền động điện 1 chiều kích từ độc lập, có các phương trình cơ bản: M=KΦI (1.1) Φ = KΦ.IK (1.2)
M: là mômen quay của động cơ. Φ:là từ thông của động cơ.
I:là dòng điện phần ứng của động cơ.
IK:là dòng kích từ động cơ.
K,KΦ: là các hằng số của động cơ
Từ phương trình (1.2), ta thấy rằng từ thông của động cơ Φ chỉ phụ thuộc vào dòng kích từ IK, cho phép điều khiển Φ một cách dễ dàng Ở mỗi điểm làm việc của động cơ, từ thông được duy trì ổn định ở một giá trị không đổi, do đó mômen quay M tỷ lệ thuận với dòng phần ứng I.
Đối với động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập, từ thông (Φ) tỷ lệ thuận với dòng điện kích từ (IK) và mômen quay (M) tỷ lệ thuận với dòng điện (I) Hai đại lượng I và IK có thể được sử dụng trực tiếp để điều khiển từ thông và mômen quay của động cơ Trong hệ thống điện một chiều ba pha, sau khi xây dựng vector không gian cho dòng, áp và từ thông, và chuyển đổi sang hệ tọa độ từ thông rotor (tọa độ dq), ta thu được các mối quan hệ quan trọng giữa các đại lượng này.
�� (1.3) Với: ψrd: là phần tử d của vector từ thông rotor.
Isd,Idq: là phần tử d và q của vector dòng stator mM: là momen quay của động cơ.
Lr, Lm: là điện cảm rotor, hỗ cảm giữa stator và rotor. pp: số đôi cực của động cơ.
Tr: hằng số thời gian của rotor.
Từ hệ phương trình (1.3), ta thấy rằng từ thông rotor có thể được điều chỉnh gián tiếp qua dòng Isd, đây là dòng kích từ và tương đương với IK của ĐCMC Mômen động cơ được kiểm soát thông qua dòng Isq, được gọi là dòng tạo mômen quay, tương tự như dòng phần ứng I của ĐCMC.
Để điều chỉnh mômen quay của động cơ, cần hiểu rằng thành phần dòng điện U*sdIs2 cùng phương với từ thông rotor, trong khi thành phần U*sqIs1 vuông góc với từ thông và tạo ra mômen Bằng cách điều chỉnh độc lập các thành phần dòng điện trên hai trục vuông góc của hệ tọa độ quay đồng bộ với vector từ thông rotor, chúng ta có thể kiểm soát hiệu quả mômen quay.
Hình 1.8 Điều khiển độc lập hai thành phần dòng điện mômen và kích từ.
1.3.3 Điều khiển trực tiếp mômen
Phương pháp “Điều khiển trực tiếp mômen” tập trung vào việc điều chỉnh mômen điện từ của động cơ một cách trực tiếp, trong khi tốc độ được điều khiển gián tiếp Cốt lõi của phương pháp này là điều khiển vị trí vectơ từ thông stato nhằm kiểm soát mômen động cơ, thông qua tác động trực tiếp của các vectơ điện áp lên vectơ từ thông của stato Các vectơ điện áp được lựa chọn dựa trên sai lệch giữa từ thông stato và mômen điện từ so với giá trị đặt Tùy thuộc vào trạng thái sai lệch, một vectơ điện áp tối ưu sẽ được chọn để điều chỉnh các đại lượng về đúng với giá trị mong muốn Ưu điểm của phương pháp này là chỉ cần quan tâm đến các vectơ đại lượng stato mà không cần xác định vị trí roto, giúp đơn giản hóa quá trình điều khiển, giảm thiểu sự phụ thuộc vào thông số động cơ và tăng cường khả năng đáp ứng mômen một cách nhanh chóng và linh hoạt.
Phương pháp “Điều khiển trực tiếp mômen” gặp nhược điểm do bộ điều chỉnh từ thông chỉ có hai hoặc ba vị trí ON/OFF, dẫn đến việc phát sinh các xung mômen động cơ Điều này làm cho quá trình hoạt động ở tốc độ thấp trở nên khó ổn định.
Hệ truyền động Biến tần - Động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc hiện nay đang trở thành lựa chọn tối ưu nhờ vào sự phát triển vượt bậc của công nghệ điện tử công suất, vi xử lý và công nghệ máy tính Việc áp dụng hệ truyền động này không chỉ mang lại hiệu quả cao mà còn đảm bảo chất lượng điều chỉnh tốt hơn trong các ứng dụng công nghiệp.
Trong chương 1, chúng tôi đã tiến hành phân tích và lựa chọn biến tần gián tiếp, sử dụng bộ chỉnh lưu không điều khiển kết hợp với bộ nghịch lưu PWM Phương pháp điều khiển được áp dụng cho biến tần là phương pháp vô hướng với tỉ lệ U/f=const.
XÂY DỰNG CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN BIẾN TẦN ĐỘNG CƠ THEO PHƯƠNG PHÁP U/f = const
Cấu trúc hệ điều khiển biến tần động cơ
2.1.1 Giới thiệu chung Điều khiển vô hướng là một khái niệm được sử dụng để mô tả một dạng đơn giản của điều khiển động cơ, sử dụng sơ đồ điều khiển không vector Một động cơ cảm ứng có thể được đưa tới trạng thái ổn định bởi một điện áp, dòng điều khiển hoặc một sơ đồ điều khiển tốc độ Các biến vô hướng có thể được điều khiển sau khi biết được giá trị của nó bằng việc đo lường lẫn tính toán và có thể được sử dụng trong cả dạng vòng hở lẫn vòng kín phản hồi Cho dù đáp ứng nhất thời của nó chưa lý tưởng, nhưng một hệ thống vẫn đưa tới đáp ứng ổn định thỏa mãn.
Cấu trúc hệ truyền động biến tần – động cơ không đồng bộ theo nguyên lý điều khiển vô hướng:
Hình 2.1 Cấu trúc điều chỉnh từ thông và tốc độ của ĐCKĐB
Sơ đồ cấu trúc gồm hai phần:
Phần lực bao gồm các thành phần chính: CL là khối chỉnh lưu chuyển đổi điện áp xoay chiều từ mạng điện công nghiệp thành điện áp một chiều cho khối nghịch lưu; NL là khối nghịch lưu sử dụng các khoá IGBT để biến đổi điện áp một chiều Udc từ khối CL thành điện áp xoay chiều cung cấp cho động cơ; ASM là động cơ không đồng bộ ba pha rotor lồng sóc; và C là tụ lọc.
Phần điều khiển của hệ thống bao gồm khâu tạo tín hiệu khống chế nghịch lưu theo nguyên lý điều chỉnh độ rộng xung (Driver NL PWM), bộ điều chỉnh biên độ điện áp ra nghịch lưu (ĐCA), các sensor đo dòng (SI) và đo tốc độ (TG), cùng với khâu biến đổi dòng ba pha của động cơ thành điện áp một chiều tương ứng với giá trị hiệu dụng dòng điện một pha (BĐD).
XL là quá trình gia công tín hiệu dòng điện và tốc độ động cơ để ổn định hệ thống Tín hiệu đặt tốc độ (THĐ) được truyền đến khối đặt tần số, nơi quyết định tần số ra của năng lượng (NL) Đồng thời, THĐ cũng được tổng hợp với tín hiệu đầu ra.
XL điều chỉnh biên độ điện áp ra của biến tần, trong khi các tín hiệu Sa, Sb, Sc là chuỗi xung điều khiển các khoá IGBT trong ba pha của nghịch lưu Quy luật thay đổi tần số trong giai đoạn khởi động do ĐTS quyết định, và điện áp được điều chỉnh bởi ĐCA.
2.1.2 Điều chỉnh điện áp - tần số với từ thông là hàm của mômen tải Điều chỉnh điện áp - tần số hay còn gọi là điều chỉnh vô hướng hệ thống biến tần động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc Nếu giả thiết điện áp và dòng điện đầu ra của các bộ biến tần là hình sin, có biên độ và tần số điều khiển được thì nhìn vào các sơ đồ thay thế và biểu thức tính dòng điện và mômen có thể thấy rằng: Khi điều chỉnh tần số thì trở kháng của động cơ thay đổi, dẫn đến dòng điện, từ thông và mômen… thay đổi.
Khi điều chỉnh tần số, cần điều chỉnh điện áp động cơ để tránh quá dòng và đảm bảo khả năng sinh mômen theo đặc tính mômen tải Đối với hệ biến tần nguồn áp, yêu cầu giữ khả năng quá tải về mômen của động cơ không đổi trong suốt dải điều chỉnh tốc độ Mômen lớn nhất mà động cơ không đồng bộ có thể sinh ra, tương ứng với điện áp và tần số nhất định, được gọi là mômen tới hạn, từ đó xác định khả năng quá tải về mômen.
Nếu bỏ qua điện trở dây quấn stator thì biểu thức mômen tới hạn của động cơ không đồng bộ có thể tính như sau:
� � Trong đó: Kth là hằng số, phụ thuộc vào thông số của động cơ Điều kiện để giữ hệ số quá tải về mômen không đổi là: th thdm
Động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc có đặc tính cơ rất cứng, nghĩa là có thể coi
1 và nếu bỏ qua Mco trong biểu thức tính mômen tải thì ta có:
Nếu gần đúng, ta có
U f � nên có thể coi luật điều khiển này chính là luật từ thông hàm của mômen phụ tải:
Hình 2.2 Đặc tính cơ ĐCKĐB khi xét khả năng quá tải
2.1.3 Điều khiển điện áp - tần số giữ từ thông động cơ không đổi
Từ thông móc vòng qua khe hở không khí được tính:
Trong đó: C1 hệ số phụ thuộc vào kết cấu máy điện; f1đm tần số định mức; f1 tần số đơn vị tương đối.
Nếu bỏ qua thành phần sụt áp trên điện trở stator ta có
Để giữ từ thông động cơ không đổi thì
Khi động cơ hoạt động ở tần số thấp, sụt áp trên dây quấn stator tương đương với điện áp U1, dẫn đến sự suy giảm của từ thông Hệ quả là mômen động cơ giảm theo tần số Để duy trì từ thông ổn định, cần bù đắp lượng điện áp rơi trên điện trở stator.
Giải pháp thực tế thường áp dụng là phát hàm U (f 1) trong điều kiện dòng điện không tải Khi động cơ hoạt động với tải, cần bù thêm điện áp tương ứng với mức sụt áp trên điện trở stator.
Tại tần số đầu vào f1, điện áp U1 bao gồm hai thành phần: thành phần đầu tiên U(f1) và thành phần thứ hai tỷ lệ với dòng điện tải U12 : I1 Sơ đồ cấu trúc được thể hiện trong hình minh họa.
Hình 2.3 Cấu trúc điều khiển điện áp - tần số giữ từ thông động cơ không đổi
Dạng đặc tính cơ theo luật điều khiển điện áp - tần số giữ từ thông động cơ không đổi.
Hình 2.4 Dạng đặc tính cơ khi điều khiển điện áp - tần số giữ từ thông động cơ không đổi
Phương pháp điều khiển điện áp - tần số giúp duy trì từ thông của động cơ ổn định, đơn giản và dễ thực hiện Do đó, phương pháp này được áp dụng rộng rãi trong các biến tần công nghiệp.
2.1.4 Điều chỉnh dòng điện – tần số giữ từ thông động cơ không đổi
Khi cung cấp nguồn dòng cho động cơ từ biến tần, đầu vào chính là dòng điện stator I1 và tần số f1 Để xây dựng đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ với nguồn dòng, ta áp dụng sơ đồ thay thế hình cho nguồn cấp.
Hình 2.5 Sơ đồ thay thế động cơ không đồng bộ khi cấp bởi nguồn dòng
Xây dựng cấu trúc bộ điều khiển
Giả sử hệ tọa độ gắn với vector dòng điện stator, vì vậy ta có được:
MERGEFO RMAT () Ở trạng thái xác lập (ổn định):
33\* sx sx s sx s sy sy sy s sy s sx u R i d dt u R i d dt
Do đó: sx s sx sy s sy s sx u R i u R i
2 2 2 2 2 2 s sx sy s sx s sy s sx s sy s sx u u u (R i ) (R i ) ( ) R i 55\*
MERGEFO RMAT () Nếu bỏ qua điện trở stator, ta được: s s sx 2 s s u f 66\*
MERGEFO RMAT () Ở chế độ xác lập, từ thông ψ s là hằng số Do vậy: s 2 s s u cons tant f 77\*
Kết luận: Trong chế độ xác lập của động cơ điện, từ thông stator hầu như không thay đổi trong quá trình hoạt động Nếu bỏ qua điện trở của stator, ta có thể xác định rằng s = 2s / (u constant f) = πψ.
, hay điện áp tỉ lệ với tần số dòng điện stator Đây chính là cơ sở lý luận của phương pháp điều khiển vô hướng V/f= constant.
2.2.1 Phép biến đổi hệ tọa độ a-b-c � α-β
Hệ tọa độ a-b-c và α-β được gắn cố định với stator, trong đó trục α trùng với trục pha a Biến đổi điện áp stator từ hệ tọa độ a-b-c sang hệ tọa độ α-β (biến đổi Clark) được thể hiện trong hình 2.6 Phép biến đổi tọa độ này áp dụng cho cả điện áp và dòng điện stator, giúp cải thiện khả năng phân tích và điều khiển hệ thống.
Biến đổi ngược Clark được biểu diễn như sau:
2.2.2 Sơ đồ vòng hở điều khiển V/f cho bộ nghịch lưu: Ở đây:
. Biến đổi Clark giống nhau cho cả dòng và áp:
3 3 sB m s m s x X sin ��� t ��� X sin ��� t ���; với s � s dt
Hình 2.7 Sơ đồ khối của phương pháp điều khiển vô hướng vòng hở cho bộ nghịch lưu.
2.2.3 Phương pháp điều chế véc tơ không gian (SVM)
* Phương pháp điều chế véc tơ không gian SVM chính là SVPWM
2.2.4 Điều khiển tựa từ thông rô to (Field Oriented Control- FOC)
Hình 1.1 Sơ đồ tổng quát của FOC
Các phương pháp thực hiện mặc dù khác nhau nhưng đều hướng tới một giải pháp chung là SVM-FOC Một trong những phương pháp nổi bật là DFOC, hay còn gọi là Điều khiển tựa từ thông trực tiếp.
Góc từ thông rô to f được xác định thông qua thiết bị đo từ thông rô to lắp đặt trong động cơ, hoặc bằng cách sử dụng dòng điện và điện áp đo được để tính toán giá trị của góc này.
Tính toán cho khâu ước lượng từ thông và tính góc của từ thông rô to
(u R i ) dt L (u R i ) dt L rd r sd s sd s sd m rq r sq s sq s sq m
2 2 tan 1 r rd rq rq rd
Cấu trúc điều khiển véc tơ DFOC b IFOC – Indirect field oriented control (Điều khiển tựa từ thông gián tiếp)
Góc từ thông rô to f thu được từ góc vị trí rô to r và góc trượt được tính toán sl : f r sl
; Được tính toán như sau: f � ( r p sl ) dt
Với r - dùng cảm biến tốc độ để đo, hoặc có thể dùng bộ quan sát để ước lượng.
sl được tính như sau:
Đây là một cách thực hiện IFOC-PWM
Trong tài liệu này, tác giả thực hiện điều chế véc tơ không gian cho tựa từ thông gián tiếp (SVM-IFOC) theo sơ đồ sau:
Khâu trễ: y(t)= x(t-Td); Td thời gian trễ.
Do đó hàm truyền trễ có dạng: d d
Các hàm toán dùng cho simulink-Mathlab :
Thông số của động cơ không đồng bộ 3 pha rô to lồng sóc như sau:
Công suất của động cơ: 3kW
Mô men quán tính: J=0,089 (kg.m 2 )
Ls=M+Lls: % Stator self inductance (H)
Lr=M+Llr; % Rotor self inductance (H) p=2; % Số đôi cực của máy điện tr=Lr/Rr; % Hằng số thời gian của rô to sigma=1-M^2/(Ls*Lr): % Hệ số
PI PI dq dq abc dq
1 Chuyển đổi hệ toạ độ dòng điện:
1.1 Biến đổi hệ trục toạ độ 3 pha sang 2 pha (Biến đổi Clark):
1.2 Biến đổi hệ trục toạ độ sang hệ trục d q (Biến đổi Park): cos sin sin cos sd s s sq s s i i i i i i
2 Chuyển đổi hệ toạ độ điện áp:
2.1 Biến đổi hệ trục toạ độ d q sang hệ trục (Biến đổi Park ngược): cos sin sin cos
3 Tính toán i sd ref và i sq ref
R : hằng số thời gian rô to.
P là số đôi cực của máy điện.
4 Tính toán V sd ref và V sq ref
s : Tốc độ đồng bộ ( ra d / s ).
S1, S3, S5: là các nhóm transistor nhóm trên;
S2, S4, S6: là các nhóm transistor nhóm dưới;
*) Có 6 vùng séc tơ, đặc trưng bởi 8 véc tơ (trong đó có 6 véc tơ tích cực và 2 véc tơ không).
+ 2 véc tơ không: V (0,0,0);V (1,1,1) uur 0 uur 7
.+ 6 véc tơ tích cực: V (1,0,0);V (1,1,0);V (0,1,0);V (0,1,1);V (0, 0,1);V (1,0,1) uur 1 uur 2 uur 3 uur 4 uur 5 uur 6 Đây chính là biến đổi Clark thuận:
* Bước 2: Xác định thời gian T 1 , T 2 , T 0 :
V dt V dt V dt V dt V dt (1)
� uuur � uur � uur � uuur � uur
Chiếu phương trình (1) lên hai trục / , ta có: k s d k k 1 d k 1
Từ (2) suy ra: k s k 1 d k k sin cos V
T0 là thời gian phát xung cho véc tơ không (1/2T0 cho véc tơ V 0 uur , 1/2T0 cho véc tơ V 7 uur
T0= Ts- (Tk+Tk+1). Ở đây k là vùng séc tơ, được xác định qua góc của véc tơ không gian V ref uuur: actg V
Tám véc tơ điện áp của bộ nghịch lưu:
+ Vref được tạo ra bằng cách kết hợp hai véc tơ tích cực và hai véc tơ không.
*) Xác định thời gian chuyển mạch của mỗi transistor (S1 -> S6) cho mỗi vùng séc tơ:
+ Chọn séc tơ: function Sn = S(Ux,Uy) theta=atan2(Uy,Ux)*180/pi; if theta>=0&&theta