Đang tải... (xem toàn văn)
Xây dựng cơ sở lý thuyết vector động cơ KĐB;Sơ đồ nguyên lý biến tần điều khiển vector;Thuật toán DTC; Mô phỏng trên Simulink
CHNG I : CC VN V Lí THUYT LIấN QUAN N PHNG PHP IU KHIN TRC TIP MOMEN 1.1 Phng phỏp iu khin trc tip momen: iu khin trc tip momen cho ng c khụng ng ba pha l phng phỏp iu khin trc tip lờn momen in t, tc l i lng iu khin giỏn tip Ni dung phng phỏp da trờn tỏc ng trc tip ca cỏc vect in ỏp lờn vect t thụng múc vũng stator Thay i trng thỏi ca vect t thụng stator dn n thay i trc tip ti momen in t ca ng c Cỏc vect in ỏp c chn la da trờn sai lch ca t thụng stator v momen in t vi cỏc giỏ tr t Tu thuc vo trng thỏi sai lch ca t thụng v momen in t, mt vect in ỏp ti u ó nh trc c chn iu chnh i lng v ỳng vi lng t õy l phng phỏp iu khin n gin, ớt ph thuc vo cỏc thụng s ng c, ỏp ng momen nhanh, linh hot 1.2 iu khin trc tip momen (DTC) cho ng c khụng ng b ba pha roto lng súc (IM) bng b bin tn ngun ỏp: Gi thit ng c IM i xng ba pha Momen in t cỏc cun dõy stator sinh c xỏc nh theo cụng thc: Te = p s ì is (1.2.1) Trong ú: p : s ụi cc s : vect t thụng stator i s : vect dũng in stator Te : Momen in t cun dõy stator sinh Trong h to c nh DQ, cỏc vect s v i s l cỏc vect quay Biu din trng phc: s = s exp( j s ) (1.2.2) i s = i s exp( j s ) (1.2.3) Trong o : s , s : gúc lch ca vect t thụng stator v vect dũng in stator so vi trc thc D Thay (1.2.2) v (1.2.3) vo (1.2.1) : Te = p s i s sin( s s ) (1.2.4) t = s s ,ta c : p s i s sin (1.2.5) Quan sỏt biu thc (1.2.5) rỳt nhn xột: bng cỏch gi nguyờn giỏ tr vect Te = t thụng múc vũng stator s , thay i tht nhanh gúc lch s ta cú th iu khin c giỏ tr momen in t Bng cỏch biu din khỏc : Te = L p m ' r' ì s Lr L s (1.2.6) Vi : L's = Ls (1 r' = Lm ) = Ls (in cm tn stator) (1.2.7) Lr L s Lr ( s L's i s ) (T thụng qui i roto v stator) Lm (1.2.8) Hay : Te = L p m ' r' s sin( s r ) Lr L s Te = L p m ' r' s sin Lr L s (1.2.9) (1.2.10) ( = s r ) Thụng thng, hng s thi gian c (T c > 0.1 s) ca ng c ln hn rt nhiu so vi hng s thi gian in t Núi cỏch khỏc, s thay i ca t thụng roto chm hn rt nhiu so vi t thụng múc vũng stator, cú th coi l hng s Theo cụng thc tớnh momen (1.2.10) giỏ tr t thụng stator v t thụng roto l hng s, momen in t cú th c iu chnh linh hot bng cỏch thay i gúc lch õy chớnh l nguyờn lý c bn ca phng phỏp iu khin trc tip momen ng c: S dng vect t thụng stato l i lng iu khin, thay i gúc lch tng i gia vect t thụng stator v vect t thụng roto thay i momen in t iu ny khỏc vi phng phỏp iu khin vect l s dng bin dũng in stator l i lng iu khin Nh ó phõn tớch trờn, phng phỏp DTC s dng vect t thụng stator l bin iu khin Ta cú th chng minh c rng s dng cỏc vect in ỏp hp lý cú th iu khin c vect t thụng stator Phng trỡnh in ỏp stator h to c nh DQ : d s (1.2.11) dt Vi ng c khụng ng b, nh hng ca cm khỏng ln hn rt nhiu so vi nh hng tr khỏng cỏc ng c cụng sut ln, giỏ tr in tr ca cỏc u s = i s Rs + cun dõy thng khỏ nh (c m ) B qua in ỏp ri trờn thnh phn in tr, coi nh in ỏp phn ng ch sinh thnh phn t thụng stator : us = d s dt (1.2.12) Biu din dng giỏn on: us = s s = u s t t (1.2.13) Trong khong thi gian t, vect t thụng stator bin i lng s : theo hng vect in ỏp, t l vi biờn vect in ỏp v thi gian tỏc ng (Hỡnh 1.2.1) sQ k+1 k sD Hỡnh 1.2.1: Trng thỏi thay i vect t thụng stator ỏp t vect in ỏp Sỏu vect in ỏp v hai vect in ỏp khụng c s dng bng b bin tn ngun ỏp Cỏc vect in ỏp cú giỏ tr : us = uk = U d exp[ j (k 1) )] ( k= 1, 2, 6) 3 u0 = u7 = Vi : Ud - in ỏp mt chiu cung cp cho b nghch lu Cỏc vect in ỏp khỏc khụng (u1, u2, u7) lm thay i biờn vect t thụng stator phm vi sai lch cho phộp 2( ref - ữ ref + ) v thay i gúc lch Ngc li, vect in ỏp khụng u0 v u7 lm n nh momen in t Gi thit vect t thụng stator ang im P , quay theo chiu dng (ngc chiu kim ng h), cn tng gúc lch thay i momen Cn c vo trng thỏi sai lch t thụng v momen, vect u c chn theo s nh sn Mt cỏch nhanh chúng, u mỳt vect s dch chuyn ti P1 Nu gi nguyờn vect u3 , biờn vect s s vt quỏ phm vi sai s cho phộp Cn gim biờn s v gi nguyờn yờu cu tng gúc lch , vect u4 c chn gim biờn vect m m tip tc tng gúc lch Cú th thy rng, cỏc vect in ỏp khỏc khụng cú u im lm thay i trng thỏi vect s nhanh chúng nhng li d gõy thay i biờn khụng mong mun a biờn vect s v lng t cn cỏc vect in ỏp khỏc khụng khỏc v li cú th gõy cỏc sai lch Vỡ vy, vai trũ s dng hai vect in ỏp khụng u v u7 cũn cú mc ớch gim thiu ti a s ln úng ct, gi n nh h thng t trng thỏi cõn bng Cn chỳ ý thờm rng: vector khụng c chn la, khụng th gi nguyờn momen k c khụng ti lý tng Momen liờn tc gim vect t thụng roto tip tc quay tin dn ti vect t thụng stator, gúc lch lm gim dn Hỡnh 1.2: qu o vect t thụng stator 1.3 Kt lun : Phng phỏp iu khin trc tip momen l phng phỏp iu khin khỏ hiu qu: Momen c iu khin trc tip nh tỏc ng ca cỏc vect in ỏp ti vect t thụng stator ỏp ng momen theo ti tt Thut toỏn iu khin khụng quỏ phc Khụng cn phộp chuyn i to cỏc phng trỡnh c kho sỏt trờn h to DQ CHNG II:TNG HP H THNG THEO PHNG PHP IU KHIN TRC TIP MOMEN 2.1 S cu trỳc kinh in phng phỏp iu khin trc tip momen : Phng phỏp iu khin trc tip momen ( DTC) cho ng c khụng ng b ba pha cú cu trỳc mch vũng iu khin kớn cú phn hi t thụng stator v momen Bảng chọn lựa vectơ điện áp tối ưu ref ref vị trí vectơ từ thông stator Mô hình động vectơ điện áp điện áp DC dòng pha A dòng pha B Hỡnh 2.1.1: S cu trỳc iu khin phng phỏp DTC cho ng c khụng ng b D 2.2 Mụ hỡnh c lng t thụng : Phng phỏp iu khin trc tip momen s dng vect t thụng stator l nhõn t iu khin chớnh Cỏc thnh phn to ca vect t thụng stator h ta tnh D -Q ch cú th xỏc nh giỏn tip theo giỏ tr dũng in v in ỏp pha Quan h t thụng stator, in ỏp pha v dũng in pha : u s = i s Rs + d s dt => s = (u s i s Rs )dt (2.2.1) (2.2.2) Cụng thc (2.2.2) cú v khỏ thun tin v n gin vic c lng t thụng stator vỡ ch cn nht in tr pha stator v phộp tớnh tớch phõn thc Tuy nhiờn, kt qu luụn gõy sai lch ln gia giỏ tr c lng vi giỏ tr thc s dng phng phỏp s thc hin cỏc phộp toỏn chớnh xỏc ca phộp tớch phõn s ph thuc nhiu vo ln ca chu k tớnh, sai lch tớch lu sau mi chu k tớnh ng thi, giỏ tr dũng in v in ỏp o cng ph thuc vo chớnh xỏc phộp o v t thụng stator l i lng phi tuyn, ph thuc nhiu vo s bóo ho mch t chớnh xỏc ca kt qu c lng t thụng stator quyt nh cht lng ca thut toỏn iu khin Cú nhiu gii phỏp nõng cao chớnh xỏc phộp c lng t thụng : Xõy dng khõu sỏt tc thi bng thut toỏn Luenberger Xõy dng hm xỏc nh thay th phộp tớnh phõn thc theo mc tiờu kt qu gn vi giỏ tr thc v khụng chu nh hng nhiu ca cỏc tham s phi tuyn Phng phỏp c lng t thụng stator theo mụ hỡnh quan sỏt Luenberger cú u im cho chớnh xỏc cao Ni dung phng phỏp l xõy dng thut toỏn c lng cú s dng cỏc tham s: R s , Ls, Lm , Lr Kt qu c lng chớnh xỏc cn s dng thờm cỏc mụ hỡnh nhit ca in tr theo c tớnh ti hoc ch lm vic, s nh hng ca bóo ho t lừi thộp ti L s, Lm , Lr Khú cú th xỏc nh chớnh xỏc cỏc tham s nu khụng s dng cỏc thut toỏn nhn dng tham s ng c phc gim thiu ti a tớnh phc cng nh tng n nh ca kt qu c lng, phộp tớch phõn thc c thay th bng khõu quỏn tớnh bc nht : T p + pT (2.2.3) Khõu quỏn tớnh bc nht cho kt qu khỏ tt phm vi tn s nh hn tn s ct ( ws=1/T) Tuy nhiờn, nu tn s tớn hiu ln hn tn s ct ca khõu quỏn tớnh, biờn v gúc pha ca giỏ tr c lng xut hin sai lch Cú rt nhiu phng phỏp ci thin c tớnh lm vic ca khõu quỏn tớnh bc nht ó c a ra, in hỡnh nht l phng phỏp cú s dng hi tip bự nõng cao chớnh xỏc vựng tn s cao ca hai tỏc gi Hu v Wu [9] Cụng thc tng quỏt xỏc nh giỏ tr c lng : y= T x+ z + Tp + pT (2.2.4) Trong ú: x : giỏ tr vo y: giỏ tr c lng c z : lng tớn hiu hi tip bự S hoỏ hm c lng ( p=/t) : y n +1 = y n + xt + x t (z y n ) T + T + pT (2.2.5) + 1 + pT y z Hỡnh 2.2.1: S cu trỳc phng phỏp c lng theo thut toỏn ca Hu v Wu Tớn hiu hi tip bự z c hn ch phm vi: z= 2 2 sD + sQ + sQ nu sD < ref z = ref 2 ref + sQ nu sD Trong ú: ref : giỏ tr biờn t thụng stator t 2 sD , sQ : giỏ tr c lng Da trờn thut toỏn c lng ca hai tỏc gi Hu v Wu, xõy dng thut toỏn c lng cỏc thnh phn to ca vect t thụng stator: Hỡnh2.2.2: S thut toỏn c lng cỏc thnh phn to vector t thụng stator Biờn v gúc pha ca giỏ tr vect t thụng stator c lng: 2 s = sD + sQ tan s = sQ sD (2.2.6) (2.2.7) Trong ú s : gúc lch gia vect t thụng stator v trc sD 2.3 Mụ hỡnh c lng momen in t : Giỏ tr c lng momen in t c xỏc nh theo cụng thc : Te = p ( sD i sQ sQ i sD ) (2.3.1) 10 CHNG III : XY DNG Mễ HèNH Mễ PHNG PHNG PHP DTC BNG CHNG TRèNH MATLAB SIMULINK Trong chng ny chỳng ta i xõy dng mụ hỡnh thc nghip thc t phng phỏp iu khin trc tip momen cho ng c khụng ng b Kt qu mụ phng giỳp chỳng ta ỏnh giỏ tt hn v phng phỏp ny Cõu truc h thng iu khin trc tiờp momen : Hinh S ụ cõu truc cua hờ iờu chinh trc tiờp momen Hinh Bụ iờu khiờn trc tiờp momen DTC _Bụ iờu khiờn DTC bao gụm cac phõn sau : +)Nguụn cõp +)Chinh lu (Three-phase diode rectifier) +)Bụ loc (Branking chopper) +)Biờn tõn pha (Three-phase inverter) +)Cac gia tri t tục ụ va momen (Speed controller) +)Cam biờn tục ụ (Speed sensor) +)ụng c cam biờn, khụng ụng bụ pha Co thờ biờu diờn qua s ụ khụi Mụ phong Simulink nh sau : 16 Hinh 3.S ụ cac khụi cua bụ iờu khiờn DTC Simulink Trong o, bụ t tục ụ iờu khiờn va momen co s ụ cõu truc nh sau : Hinh S ụ cõu truc Speed controller Hinh S ụ cõu truc bụ t momen iờu khiờn Trong o, khõu iờu khiờn tục ụ thc hiờn qua bụ iờu chinh PI, gụm cac khõu nho nh sau: 17 +) Speed ramp: ụ dục tục ụ +) Intergral gain: Khụi tich phõn +) Proportional gain: Khõu ti lờ +) Limited intergrator: Khõu gii han tich phõn +) Torque limiter: Khõu gii han momen +) Flux funtion: Khõu t thụng Va khõu iờu khiờn momen DCFC bao gụm cac khõu nho sau : +) Torque hysteresis: Tao trờ momen +) Flux hysteresis: Tao trờ t thụng +) Switching table: Khụi ong ngt +) Torque and Flux calculator: Tinh toan t thụng va momen +) Magnetization control: iờu khiờn t trng Trong viờc xõy dng mụ phong iờu khiờn momen ụng c khụng ụng bụ pha, nhom s dung mụ hinh iờu khiờn DTC sau : AC4 - Space Vector PWMDTC Induction 200 HP Motor Drive, co mụ hinh nh sau: Hinh AC4 - Space Vector PWM-DTC Induction 200 HP Motor Drive 3.1 Cu trỳc cỏc s : a Mụ hỡnh ng c: Mc ớch: Da vo giỏ tr in ỏp pha, dũng in pha o c thc hin tớnh toỏn, c lng giỏ tr, v trớ ca vect t thụng stator v momen 18 Hỡnh 3.1.2: Khi mụ hỡnh ng c Cu trỳc chi tit: Hỡnh 3.1.3: S chi tit mụ hỡnh ng c Khi o lng: Tớnh toỏn chuyn i cỏc i lng dũng in, in ỏp t h to ba pha (A, B, C) sang h to hai pha vuụng gúc DQ Hỡnh 3.1.4: S o chuyn h to Giỏ tr dũng in chuyn sang h to DQ theo cụng thc: ID =Ia IQ = I A + 2I B 19 Hỡnh 3.1.5: S chi tit o chuyn h to Khi c lng t thụng : Hỡnh 3.1.6: Khi c lng t thụng u vo l in ỏp ng c ó chuyn i sang h DQ u l t thụng stator (quy i h DQ) Hỡnh 3.1.7: Mụ hỡnh chi tit c lng t thụng Khi chuyn to : Chuyn i t thụng stator h DQ sang biờn v gúc pha 20 Hỡnh 3.1.8: Khi chuyn to Hỡnh 3.1.9: Mụ hỡnh chi tit chuyn to Khi tớnh toỏn mụmen : Hỡnh 3.1.10: Khi tớnh toỏn mụmen Cn c vo biu thc tớnh mụmen: p ( sD i sQ sQ i sD ) Tớnh toỏn giỏ tr thc mụmen t cỏc giỏ tr thc o c mch vũng phn hi, sau ú giỏ tr mụmen ny s c so sỏnh vi giỏ tr mụmen t a vo khõu so sỏnh tr v trớ u vo l cỏc tớn hiu t thụng stator, dũng in ( h DQ) v s ụi cc ca ng c u l giỏ tr mụmen c lng Te = Hỡnh 3.1.11: Mụ hỡnh chi tit tớnh toỏn mụmen 21 Hỡnh 3.1.12: Cụng thc quy i Fcn b B iu khin PI : Hỡnh 3.1.13: B PI Hỡnh 3.1.14: Mụ hỡnh chi tit PI c Cỏc khõu thay ụi tham sụ : Hỡnh 3.1.15: Mụ hỡnh Speed controller va momen 22 Hỡnh 3.1.16: Bng thụng s t tục ụ Hỡnh 3.1.17: Bng thụng s t momen d.Bụ iờu chinh tụng hp : 23 Hỡnh 3.1.18: Bụ iờu chinh tụng hp Demux Bụ iờu chinh tụng hp nhn tớn hiu t u ca khõu so sỏnh tr da trờn sai lch gia i lng t v i lng thc t ca t thụng v mụmen u vo th ba l mt bụn vựng sector t thụng stator u l bụn xung iu khin úng m bụn van ca bin tn Hỡnh 3.1.19: Mụ hỡnh chi tit ca bng chuyn mch b Tham sụ ng c : 24 Hỡnh 3.1.20: Thụng s ng c 3.2 Kt qu mụ phng : _Trng hp : Cac gia tri t nh hinh : 25 26 Hinh 3.2.1 ap ng cua ụng c sau iờu khiờn trng hp _Trng hp : 27 Hinh 3.2.2 ap ng cua ụng c sau iờu khiờn trng hp _Trng hp : 28 Hinh 3.2.1 ap ng cua ụng c sau iờu khiờn trng hp Nhn xột: Phng phỏp iu khin trc tip momen cú c im chung: - iu khin trc tip mụmen v t thụng (bng cỏch chn la cỏc vect chuyn mch ti u) - iu khin giỏn tip dũng in stator - ỏp ng cho cht lng ca dũng in v t thụng stator l hỡnh sin 29 - Gim thiu c nhiu ca t thụng stator v mụmen in t so vi cỏc phng phỏp khỏc - Tỏc ng nhanh - Tn s chuyn mch ph thuc vo rng gii tr mụmen v t thụng u im: - ỏp ng nhanh mụmen, iờu khiờn kha chinh xac Nhc im: - Yờu cu b c lng t thụng v mụmen - Thay i tn s chuyn mch - p mch mụmen cao - Trong thi gian qua ụ, dong Stato va momen khụng ụn inh - Tục ụ ụng c khụng ap ng c nhng kha ụn inh 30 [...]... momen DTC _Bụ iờu khiờn DTC bao gụm cac thanh phõn sau : +)Nguụn cõp +)Chinh lu (Three-phase diode rectifier) +)Bụ loc (Branking chopper) +)Biờn tõn 3 pha (Three-phase inverter) +)Cac gia tri t tục ụ va momen (Speed controller) +)Cam biờn tục ụ (Speed sensor) +)ụng c cam biờn, khụng ụng bụ 3 pha Co thờ biờu diờn qua s ụ khụi trong Mụ phong Simulink nh sau : 16 Hinh 3. S ụ cac khụi cua bụ iờu khiờn DTC. .. L p m Ls ( s ) 2 ' Lr 2 (2.4 .3. 1) Trong ú: => s = 4Teref L'r Ls 3 Lm 2 = K Teref (2.4 .3. 2) 13 ref Bảng chọn lựa vectơ điện áp tối ưu f tối ưu ref vị trí vectơ từ thông stator Mô hình động cơ vectơ điện áp điện áp DC dòng pha A dòng pha B Hỡnh 2.4 .3: S iu khin kinh in iu khin trc tip momen theo quan h ti u 2.5 Xõy dng mụ hỡnh iu khin CKB theo phng phỏp DTC cú mch vũng iu khin tc : Mụ... momen ụng c khụng ụng bụ 3 pha, nhom s dung mụ hinh iờu khiờn DTC sau : AC4 - Space Vector PWMDTC Induction 200 HP Motor Drive, co mụ hinh nh sau: Hinh 6 AC4 - Space Vector PWM -DTC Induction 200 HP Motor Drive 3. 1 Cu trỳc cỏc khi trong s : a Mụ hỡnh ng c: Mc ớch: Da vo giỏ tr in ỏp pha, dũng in pha o c thc hin tớnh toỏn, c lng giỏ tr, v trớ ca vect t thụng stator v momen 18 Hỡnh 3. 1.2: Khi mụ hỡnh ng... so sỏnh tr 3 v trớ u vo l cỏc tớn hiu t thụng stator, dũng in ( h DQ) v s ụi cc ca ng c u ra l giỏ tr mụmen c lng Te = Hỡnh 3. 1.11: Mụ hỡnh chi tit khi tớnh toỏn mụmen 21 Hỡnh 3. 1.12: Cụng thc quy i Fcn b B iu khin PI : Hỡnh 3. 1. 13: B PI Hỡnh 3. 1.14: Mụ hỡnh chi tit khi PI c Cỏc khõu thay ụi tham sụ : Hỡnh 3. 1.15: Mụ hỡnh Speed controller va momen 22 Hỡnh 3. 1.16: Bng thụng s t tục ụ Hỡnh 3. 1.17: Bng... Khi mụ hỡnh ng c Cu trỳc chi tit: Hỡnh 3. 1 .3: S chi tit khi mụ hỡnh ng c Khi o lng: Tớnh toỏn chuyn i cỏc i lng dũng in, in ỏp t h to ba pha (A, B, C) sang h to hai pha vuụng gúc DQ Hỡnh 3. 1.4: S o chuyn h to Giỏ tr dũng in chuyn sang h to DQ theo cụng thc: ID =Ia IQ = I A + 2I B 3 19 Hỡnh 3. 1.5: S chi tit khi o chuyn h to Khi c lng t thụng : Hỡnh 3. 1.6: Khi c lng t thụng u vo l in ỏp ng... sai lch ln cho momen 2.4 .3 Bng chn la vect in ỏp ti u: Bng 2.2 ch ra qui lut chn la vect in ỏp in ỏp ti u theo v trớ khụng gian trong h to DQ v trng thỏi logic ca hai khõu so sỏnh tr Bng 2.4 .3: Bng chn la vect úng ct ti u d 1 -1 dTe 1 0 -1 1 0 -1 Sector 1 u2 u7 u6 u3 u0 u5 Sector2 u3 u0 u1 u4 u7 u6 Sector 3 u4 u7 u2 u5 u0 u1 Sector 4 u5 u0 u3 u6 u7 u2 Sector 5 u6 u7 u4 u1 u0 u3 Sector 6 u7 u0 u5 u2 u7... ỏp ng c ó chuyn i sang h DQ u ra l t thụng stator (quy i h DQ) Hỡnh 3. 1.7: Mụ hỡnh chi tit khi c lng t thụng Khi chuyn to : Chuyn i t thụng stator h DQ sang biờn v gúc pha 20 Hỡnh 3. 1.8: Khi chuyn to Hỡnh 3. 1.9: Mụ hỡnh chi tit khi chuyn to Khi tớnh toỏn mụmen : Hỡnh 3. 1.10: Khi tớnh toỏn mụmen Cn c vo biu thc tớnh mụmen: 3 p ( sD i sQ sQ i sD ) 2 Tớnh toỏn giỏ tr thc mụmen t cỏc giỏ tr thc... xỏc nh: sector 1 ( -30 0 ữ 30 0), sector 2 (30 0 ữ 900) , sector 6 (2700 ữ 33 00) ng vi mi sector cú hai vect lõn cn c chn tng hay gim biờn vect t thụng stator Nu vect t thụng stator ang sector th k, bng 2.4.1 cho ta qui tc chn la chung cỏc vect in ỏp ti u iu khin vect t thụng stator v momen: Bng 2.4.1: Qui lut chn la vect in ỏp ti u Tng Gim T thụng stator Vk, Vk+1, Vk-1 Vk+2, Vk-2, Vk +3 Momen Vk+1 , Vk+2... iu khin momen.T thụng ng c c t giỏ tr nh mc ( w