CHƯƠNG 1: XÂY DỰNG MÔ HÌNH ðỘNG CƠ KHÔNG ðỒNG BỘ TRONG TỌA ðỘ KHÔNG GIAN KHÁC NHAU
1.3.1. Nguyờn lý ủiều khiển
ðể diễn giải phương phỏp, ta hóy vẽ lại H.1.12, trong ủú hệ trục tọa ủộ d, q ủược tựa vào vectơ từ thụng rụto H.1.17.
iqs 0 jq
Uqs
Us is
ωs
ψr d θsl ω
ar θm
θs γs
α=as is quỹ đạo
Hình 1.17. ðồ thị véc tơ cho trường hợp hệ trục d, q và véc tơ từ thông rô to
i s
sd i
i = .cosγ
i s
sq i
i = .cosγ
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……….. 25 Ở chế ủộ tựa xỏc lập tất cả cỏc vộc tơ từ khụng gian ủều quay với tốc ủộ ủồng bộ nờn gúc γi biến thiờn rất chậm nờn cỏc thành phần chiều của vộc tơ dũng ủiện lờn cỏc trục sẽ giống như cỏc ủại lượng một chiều, ủiều này cho phộp cú thể tổng hợp ủược cỏc bộ ủiều khiển vụ hướng cho từng thành phần
Bởi vì trục 0d trùng với véc tơ từ thông rôto, nên
r
rd ψ
ψ = và ψrq =0 (1.20)
Thành phần dọc trục của dũng ủiện stato isd trựng phương với vộc tơ từ thụng nờn ta gọi nú là "thành phần dũng ủiện sinh ra từ thụng rụto". Khi cần giữ từ thụng rụto là hằng ta chỉ cần ủiều chỉnh.
Dựa theo biểu thức cuối cựng của hệ (3.18), ta viết ủược mụ men ủiện từ
( ) r sq
r M sd
rq sq rd r
M i
L L i p
L i L
M p .
2 ' 3 2
'
3 ψ −ψ = ψ
= (1.21)
Sao cho ủầu mỳt vộc tơ dũng ủiện stato di chuyển trờn một ủoạn quỹ ủạo vuông góc với trục 0d.
Nếu giữ ủược biờn ủộ vộc tơ từ thụng rụto là khụng ủổi và luụn tựa vào trục 0d (bằng cỏc bộ ủiều chỉnh tương ứng) thỡ mụ men, ủiện từ của ủộng cơ sẽ tỷ lệ thuận với thành phần dũng ủiện stato chiếu lờn trục 0q và iqs ủược gọi là "thành phần dũng ủiện sinh ra mụ men".
Bằng nguyờn lý ủiều khiển trờn ủõy ta ủó "biến ủổi" ủộng cơ khụng ủồng bộ rụto lồng súc về mụ hỡnh tương ủương với ủộng cơ ủiện một chiều kớch từ ủộc lập.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……….. 26
ik
Uk φ
U
M a)
ids
Uds ψ
U
M b)
r
qs
I Iqs
Hỡnh 1.18. Sự tương ủồng giữa ðK trong hệ tọa ủộ tựa từ thụng rụto (b) và ủộng cơ một chiều kớch từ ủộc lập (a)
Trong phương phỏp này cần phải xỏc ủịnh ủược vị trớ gúc của vộc tơ từ thụng rụto ủể cú thể tựa hệ trục d, q vào ủú; từ H.1.17 thấy rằng:
θs = θm + θsl;
sl sl m
s s
dt d dt
d dt
d θ ω
θ ω θ ω
=
=
= ; ;
ωsl = ωs – ω
Từ cỏc phương trỡnh từ thụng trong hệ (1.18) cú thể rỳt ra ủược dũng ủiện rôto:
qs r M ar r qr ds r M dr r
dr i
L L i L
L i L
i = L1ψ − ; = 1ψ −
Và do ủú cú thể viết lại ủược hai phương trỡnh ủiện ỏp rụto của (1.18) cho ủộng cơ khụng ủồng bộ rụto lồng súc.
0 0
=
−
− +
=
−
− +
dr sl qs r r M qr r qr r
qr sl ds r r M dr r r dr
i L R L L
R dt d
i L R L L
R dt d
ψ ω ψ ψ
ψ ω ψ ψ
(1.22)
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……….. 27 Bởi vỡ ψqr =0và do ủú =0
dt dψqr
nờn ta cú ủược hai biểu thức quan trọng sau ủõy ủược tớnh từ hệ (3.22)
ds M r r r
r L i
dt d R
L ψ +ψ =
(1.23)
qs r r r M
sl i
L R
L .
ω =ψ (1.24)
Tổng hợp cỏc phõn tớch trờn ủõy, ta cú thể dựng ủược sơ ủồ khối của hệ thống ủiều khiển vộc tơ tựa từ thụng rụto như trờn H.1.19
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……….. 28 Hỡnh 1.19. Sơ ủồ khối hệ thống ủiều khiển vộc tơ tựa từ thụng rụto
UasUbsUcs,,
ias ibs ics e jθsisd isq Ri
isq *
ψr
Km M *Rωω ω
Ksψr 2Rs3p'rψ*ω
+sθ Cos ( ) Sin ( )+ seθ M Mô hình tính rse *ψ
e jθs ids iqs θm SP §K
∫ ω DTTψ
r *
Rψ
ψr i
ds *
Táchkênh U
U ds *
qs *
ds α β U
s *α
Us *
β PWMhoặcSVM +Udc
NL
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……….. 29 Cú thể phõn chia sơ ủồ khối H.1.19 ra làm ba phần (bởi cỏc ủường nột ủứt).
Phần bờn trỏi của sơ ủồ là phần cỏc thuật ủiều khiển, ủược xõy dựng trờn hệ tọa ủộ dq gắn với từ thụng rụto, do cỏc ủại lượng ủiện cơ là biến thiờn chậm (một chiều) nờn cú thể xõy dựng cỏc mạch vũng ủiều khiển ủơn biến (siso) phần gúc trờn bờn phải chớnh là ủối tượng ủiềug khiển bao gồm nghịch lưu và ủộng cơ khụng ủồng bộ (NL – ðK). Phần gúc dưới bờn trỏi là phần ủo lường và tớnh toỏn cỏc giỏ trị phản hồi, trong ủú SP là thiết bị ủo vị trớ gúc dõy quấn rụto θm.
Mạch lực của sơ ủồ bao gồm nghịch lưu nguồn ỏp cú ủiều chế PWM hoặc SVM cung cấp cho ủộng cơ ðK nguồn ủiện ỏp ba pha ủược coi là hỡnh sin: Uas, Ubs, Ucs. Mạch vũng ủiều khiển tốc ủộ cho ủầu ra là giỏ trị mụ men ủặt M* và thụng qua hệ số mụ men km ta ủược giỏ trị ủặt của thành phần dũng ủiện ngang trục i*sq, quan hệ giữa mụ men và thành phần dũng ủiện ngang trục ủược biểu diễn bởi phương trình (1.21)
r M sq r
m p L
L M
K i
.ψ '.
3 2
*
*
=
= (1.25)
Thành phần dũng ủiện dọc trục (sinh ra từ thụng rụto) ủược xuất ra bởi bộ ủiều khiển từ thụng Rψ, quan hệ giữa i*sd và ψ*r ủược biểu diễn bởi phương trỡnh vi phõn (1.23), tần số trượt ωsl* ủược tớnh toỏn bởi phương trỡnh (1.24) ủể thỏa món tớnh chớnh xỏc của ủồ thị H.1.17
r r
r M sq
sl
s L
R L K i
ψ
ω .
*
*
=
= (1.26)
Giỏ trị từ thụng ủặt ủược xỏc ủịnh bởi ủặc tớnh của khõu dẫn từ thụng (DTT), ủảm bảo ủộng cơ cú thể làm việc với tốc ủộ trờn tốc ủộ ủịnh mức, tức là trong vựng giảm từ thụng. Trong trường hợp từ thụng là khụng ủổi và bằng giỏ trị ủịnh mức thỡ khụng cần khõu DTT và do ủú cũng cú thể khụng cần bộ ủiều chỉnh từ thụng Rψ.
Trong trường hợp chung, bộ ủiều chỉnh từ thụng là cần thiết bởi vỡ từ thụng tỉ lệ với thành phần dọc trục của dũng ủiện qua một khõu quỏn tớnh, với hằng số thời gian quán tính là Tr = Lr/Rr, xem (1.23)