Bài giảng Điều khiển máy điện nâng cao - Điều khiển vô hướng động cơ KĐB

1Bài giảng 3 Bài giảng Điều Khiển Máy Điện Nâng Cao Điều khiển vô hướng động cơ KĐB TS. Nguyễn Quang Nam 2013 – 2014, HK 2 nqnam@hcmut.edu.vn 2Bài giảng 3
Các phương pháp điều khiển vô hướng được đề cập: điều khiển V/f và điều khiển vectơ không gian.
Cả hai phương pháp trên đều yêu cầu khả năng điều chỉnh điện áp đặt vào động cơ, do đó thường được hiện thực thông qua kỹ thuật điều chế độ rộng xung (PWM).
Bài giảng sẽ ôn lại kỹ thuật PWM, sau đó giới thiệu lần lượt phương pháp điều khiển V/f và vectơ không gian. Giới thiệu 3Bài giảng 3
Xét một bộ nghịch lưu nguồn áp 3 pha, các sóng sin tham chiếu có thể được so sánh với một sóng mang, để tạo ra hệ điện áp 3 pha ngõ ra với dạng sóng có ít họa tần bậc cao. Nhắc lại kỹ thuật PWM 4Bài giảng 3
Dạng sóng điều chế điển hình có thể thấy được như hình bên.
Các dây quấn động cơ KĐB đóng vai trò như các mạch lọc R- L, khiến cho dòng điện của động cơ khá gần với hình sin. Nhắc lại kỹ thuật PWM (tt) V A 0 V B 0 V C 0 V A B V B C V C A t 5Bài giảng 3
Khi đặc tính động học trong điều khiển mômen hoặc tốc độ không thực sự cần thiết, phương pháp điều khiển V/f có thể được áp dụng, với giải thuật rất đơn giản.
Phương pháp điều khiển đơn giản đến mức có thể hiện thực bằng phần cứng tương tự, do đó được dùng rộng rãi khi chưa có mặt phần cứng tương tự.
Cấu trúc truyền động trong phương pháp này không yêu cầu một mạch vòng điều khiển dòng điện, mà chỉ yêu cầu điều khiển điện áp và tần số stato, sao cho từ thông stato là một hằng số. Điều khiển V/f 6Bài giảng 3
Đặc tính cơ của động cơ KĐB Điều khiển V/f (tt) 7Bài giảng 3
Có thể thấy mặc dù phương pháp thay đổi điện trở mạch rôto để điều chỉnh tốc độ cho phép đạt được mục tiêu thay đổi tốc độ, nhưng hiệu suất sẽ càng giảm nếu điểm làm việc càng cách xa điểm làm việc định mức.
Giả sử bỏ qua điện áp rơi trên tổng trở tản stato, điện áp đặt vào 1 pha stato sẽ thỏa mãn:
Do đó, khi giảm tần số stato (để giảm tốc độ) thì điện áp cũng phải giảm một cách tỷ lệ để giữ từ thông không đổi, hay nói cách khác V/f = const => pp điều khiển V/f. Điều khiển V/f (tt) mfNV Φ= 11 44,4 8Bài giảng 3
Trong sơ đồ điều khiển dưới đây, tốc độ xác lập của máy được điều khiển thông qua việc thay đổi tần số (tỷ lệ với tốc độ đặt) và điện áp (có kể đến thành phần điện áp rơi trên tổng trở tản của dây quấn stato).
Cấu trúc chỉ có thể đảm bảo điều khiển được tốc độ đồng bộ của động cơ, vì không có cảm biến tốc độ rôto. Bộ điều khiển tốc độ theo V/f 9Bài giảng 3
Mô phỏng bộ điều khiển V/f đơn giản Bộ điều khiển tốc độ theo V/f (tt) 10Bài giảng 3
Mô phỏng bộ điều khiển V/f đơn giản Bộ điều khiển tốc độ theo V/f (tt) 11Bài giảng 3
Trong sơ đồ điều khiển dưới đây, cảm biến tốc độ được dùng để xác định tốc độ rô to, từ đó có thể xác định tần số trượt, và xác định được các thành phần điện áp stato một cách chính xác hơn. Bộ điều khiển V/f có cảm biến tốc độ 12Bài giảng 3
Mô phỏng bộ điều khiển V/f có cảm biến tốc độ Bộ điều khiển V/f có cảm biến tốc độ (tt) 13Bài giảng 3
Mô phỏng bộ điều khiển V/f có cảm biến tốc độ Bộ điều khiển V/f có cảm biến tốc độ (tt) 14Bài giảng 3
Xét sơ đồ mạch nghịch lưu nguồn áp 3 pha. Trạng thái điện áp của mạch được ký hiệu u[abc] (gọi là vectơ điện áp), với a = ‘1’ khi khóa trên đóng, và a = ‘0’ khi khóa dưới đóng. Điều khiển vectơ không gian 15Bài giảng 3
Có tổng cộng 8 tổ hợp (trạng thái) điện áp, trong đó có 6 trạng thái điện áp xảy ra truyền công suất, và 2 trạng thái không truyền công suất. Điều khiển vectơ không gian (tt) zero vector000OFFOFFOFFONONONV7 = {111} active vector0−Vdc+VdcOFFONOFFONOFFONV6 = {101} active vector+Vdc−Vdc0OFFONONONOFFOFFV5 = {001} active vector+Vdc0−VdcOFFOFFONONONOFFV4 = {011} active vector0+Vdc−VdcONOFFONOFFONOFFV3 = {010} active vector−Vdc+Vdc0ONOFFOFFOFFONONV2 = {110} active vector−Vdc0+VdcONONOFFOFFOFFONV1 = {100} zero vector000ONONONOFFOFFOFFV0 = {000} VCAVBCVABS6S4S2S5S3S1Vector 16Bài giảng 3
Vectơ không gian tổng hợp từ 3 vectơ không gian thành phần của 3 pha. Điều khiển vectơ không gian (tt) 17Bài giảng 3
Trong các máy điện AC, vectơ không gian tổng hợp quay tròn đều. Phương pháp điều khiển vectơ không gian hiện thực điều này theo nghĩa trung bình: giá trị trung bình của vectơ không gian bám theo quỹ đạo cần thiết.
Sáu trạng thái tích cực (truyền công suất) cơ bản chia mặt phẳng thành 6 vùng (sector) đều nhau. Một vectơ không gian nằm trong vùng nào sẽ được hiện thực bởi hai vectơ cơ bản nằm gần nhất, với thời gian tương ứng cho mỗi vectơ được chọn thích hợp. Điều khiển vectơ không gian (tt) 18Bài giảng 3
Hiện thực vectơ không gian dựa vào các vectơ cơ bản. Điều khiển vectơ không gian (tt) I II III IV V VI 19Bài giảng 3
Thời gian của mỗi trạng thái cơ bản, khi vectơ không gian tham chiếu Vref nằm ở sector n, với Ts là chu kỳ điều chế độ rộng xung. Điều khiển vectơ không gian (tt)       − ⋅⋅ = α pi 3 sin 3 1 n V VT T dc refs ( )       − − ⋅⋅ = 3 1 sin 3 2 pi α n V VT T dc refs 210 TTTT s −−= 20Bài giảng 3
Ví dụ một cách phân bố thời gian tương ứng của các vectơ cơ bản trong sector 1 và sector 2. Điều khiển vectơ không gian (tt) Sector 1 Sector 2