Bài giảng Điều khiển máy điện nâng cao - Điều khiển động cơ KĐB bằng RFOC

1Bài giảng 5 Bài giảng Điều Khiển Máy Điện Nâng Cao Điều khiển động cơ KĐB bằng RFOC TS. Nguyễn Quang Nam 2013 – 2014, HK 2 nqnam@hcmut.edu.vn 2Bài giảng 5
Điều khiển định hướng trường (FOC – Field-Oriented Control) cho phép điều khiển độc lập mômen và từ thông móc vòng trong các điều kiện quá độ.
FOC không đặt ra các yêu cầu phụ thuộc vào tốc độ và tần số làm việc của động cơ. Giới thiệu 3Bài giảng 5
Nhắc lại: động cơ DC có mômen tỷ lệ với từ thông kích từ và dòng điện phần ứng.
Với động cơ KĐB, để có được đặc tính điều khiển như động cơ DC thì góc lệch giữa vectơ từ thông từ hóa ψM và vectơ dòng điện stato is phải được điều khiển sao cho:  Tạo ra từ thông từ hóa không đổi (isd không đổi)  Tạo ra mômen thay đổi thông qua isq.
Nói cách khác, vectơ dòng điện stato is được định hướng theo vectơ từ thông từ hóa ψM. Giới thiệu (tt) 4Bài giảng 5
Dựa vào mô hình định hướng theo từ thông rôto (bài giảng 4), mômen được điều khiển bằng cách thay đổi dòng điện isq ở điều kiện từ thông từ hóa đã cho.
Việc thay đổi isq phải được thực hiện thông qua thay đổi tần số stato, với điều kiện Nguyên tắc điều khiển mômen ( ) sqRMms iR=− ψωω 5Bài giảng 5
Do đó, cần có một bộ điều khiển dòng để tạo ra các thành phần isd và isq cần thiết.
Việc hiện thực bộ điều khiển trong hệ quy chiếu quay sẽ thuận lợi hơn.
Hệ tọa độ tham chiếu của bộ điều khiển (có góc quay θM) phải thẳng hàng với hệ tọa độ dq đồng bộ (có góc quay θcM).
Việc xác định θcM dẫn đến 2 phương pháp định hướng trường: trực tiếp (DFOC) và gián tiếp (IFOC). Nguyên tắc điều khiển mômen (tt) 6Bài giảng 5
DFOC ước lượng θcM thông qua vectơ từ thông từ hóa hoặc điện áp. Việc này có thể được thực hiện thông qua các cảm biến Hall, cuộn dây đo từ trường, hoặc một bộ quan sát (phương pháp không dùng encoder).
IFOC dùng các cảm biến cơ học để xác định vị trí (encoder vị trí/tuyệt đối) hoặc tốc độ của trục máy (máy phát tốc hoặc encoder tương đối), từ đó xác định góc quay của hệ tọa độ tham chiếu θcM.
Trong thực tế, có thể tồn tại sai lệch vị trí giữa hai hệ tọa độ, và sai lệch này cần được cực tiểu hóa. Tính toán định hướng trường 7Bài giảng 5
Mô hình định hướng trường tổng quát được dùng để phát triển khái niệm bộ điều khiển tổng quát. Cấu trúc bộ điều khiển
Bộ điều khiển tổng quát UFO tính toán ra các giá trị cần thiết của i*sd và i*sq, dựa vào yêu cầu mômen T*e và từ thông ψ∗M.
Bộ tính toán CFO xác định góc quay cần thiết của hệ tọa độ θ*M, và ước lượng giá trị của từ thông thực ψM. 8Bài giảng 5 Cấu trúc của module UFO 9Bài giảng 5
Việc tính toán gián tiếp thông tin góc quay của hệ tọa độ tham chiếu được dựa vào: IFOC với cảm biến tốc độ hoặc vị trí ( )∫ += dtmslM ωωθ **
Với cảm biến vị trí
Với cảm biến tốc độ 10Bài giảng 5 DFOC với cảm biến từ thông (Hall) 11Bài giảng 5 DFOC với cảm biến từ thông (Hall)
Sơ đồ khối thể hiện vòng điều khiển tốc độ, cùng với các bộ điều khiển dòng điện để xác định hai thành phần điện áp tương ứng. Mô hình bộ nghịch lưu và động cơ không được thể hiện trong sơ đồ này. 12Bài giảng 5 DFOC với cuộn dây đo từ thông 13Bài giảng 5 DFOC với cảm biến điện áp và dòng điện
Từ thông stato cũng có thể được xác định từ:
Điện áp stato chứa nhiễu do chuyển mạch, và điện trở stato thay đổi theo nhiệt độ là những yếu tố cần chú ý. sss s iRu dt d rrr −= ψ 14Bài giảng 5 DFOC với cảm biến dòng điện và tốc độ
Sự thay đổi của LM do bão hòa hay sai số đo đạc tốc độ có thể ảnh hưởng đến độ lớn của từ thông ước lượng, đặc biệt ở tần số trượt thấp. 15Bài giảng 5 Những giới hạn vận hành với RFOC 16Bài giảng 5 RFOC với bộ nghịch lưu nguồn dòng 17Bài giảng 5 RFOC với bộ nghịch lưu nguồn áp (xem tài liệu) 18Bài giảng 5 RFOC gián tiếp (nguồn: Texas Instruments)