CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ được sự đòi hỏi phải chuyển đổi tức thời của hệ quy chiếu quay do điều này đòi hỏi một khối lượng tính toán trong một thời gian ngắn. Sự phát triển của những mạch vi xử lý đã làm thay đổi việc ứng dụng của lý thuyết điều khiển vector. Khả năng tối ưu trong điều khiển quá độ của điều khiển vector là nền móng cho sự phát triển rộng rãi của các hệ truyền động xoay chiều (vì giá thành của động cơ xoay chiều rất rẻ hơn so với động cơ một chiều). Ngoài những phát triển trong điều khiển vector, một sự phát triển đáng chú ý khác chính là việc ứng dụng mạng neural (neural networks) và logic mờ (fuzzy logic) vào điều khiển vector đang là những đề tài nghiên cứu mới trong nghiên cứu hệ truyền động.
Hai kỹ thuật điều khiển mới này sẽ tạo nên những cải tiến vượt bực cho hệ truyền đồng của máy điện xoay chiều trong một tương lai gần. Triển vọng ứng dụng rộng rãi của hai kỹ thuật này phụ thuộc vào sự phát triển của bộ vi xử lý bán dẫn (semiconductor microprocessor). Với sự phát triển mạnh của các bộ biến đổi điện tử công suất, một lý thuyết điều khiển máy điện xoay chiều khác hẳn với điều khiển vector đã ra đời. Lý thuyết điều khiển trực tiếp moment lực (Direct Torque Control hay viết tắt là DTC) do giáo sư Noguchi Takahashi đưa ra vào cuối năm 80.
Tuy nhiên, kỹ thuật điều khiển moment trực tiếp vẫn chưa phải hoàn hảo và cần phải nghiên cứu thêm.4 Kết luận: Với sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật bán dẫn công suất cao và kỹ thuật vi xử lý, hiện nay các bộ điều khiển ĐCKĐB đã được chế tạo với đáp ứng tốt hơn, giá thành rẽ hơn các bộ điều khiển động cơ DC. Do đó , ĐCKĐB có thể thay thế được động cơ Dctrong rất nhiều ứng dụng .Dự kiến trong tương lai gần , ĐCKĐB sẽ được sử dụng rộng rãi trên hầu hết các bộ truyền động điều khiển tốc độ. 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN CHƯƠNG 2 LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN 2.1 Giới thiệu về biến tần nguồn áp điều khiển theo phương pháp V/f Được sử dụng hầu hết trong các biến tần hiện nay. Tốc độ của ĐCKĐB tỉ lệ trực tiếp với tần số nguồn cung cấp.
Do đó, nếu thay đổi tần số của nguồn cung cấp cho động cơ thì cũng sẽ thay đổi được tốc độ đồng bộ, và tương ứng là tốc độ của động cơ. Tuy nhiên, nếu chỉ thay đổi tần số mà vẫn giữ nguyên biên độ nguồn áp cấp cho động cơ sẽ làm cho mạch từ của động cơ bị bão hòa. Điều này dẫn đến dòng từ hóa tăng, méo dạng điện áp và dòng điện cung cấp cho động cơ gây ra tổn hao lõi từ, tổn hao đồng trong dây quấn Stator. Ngược lại, nếu từ thông giảm dưới định mức sẽ làm giảm sẽ làm giảm khả năng mang tải của động cơ.
Vì vậy, khi giảm tần số nguồn cung cấp cho động cơ nhỏ hơn tần số định mức thường đòi hỏi phải giảm điện áp V cung cấp cho động cơ sao cho từ thông trong khe hở không khí được giữ không đổi.Khi động cơ làm việc với tần số cung cấp lớn hơn tần số định mức, thường giữ điện áp cung cấp không đổi và bằng định mức, do giới hạn về cách điện stator hoặc điện áp nguồn .2 Phương pháp điều khiển V/f 2.1 Phương pháp E/f Ta có công thức sau: f a= fđm Với f - tần số làm việc của động cơ, fđm - tần số định mức của động cơ. Giả sử động cơ hoạt động dưới tần số định mức (a<1). Từ thông động cơ được giữ ở giá trị không đổi. Do từ thông của động cơ phụ thuộc vào dòng từ hóa của động cơ, nên từ thông được giữ không đổi khi dòng từ hóa được giữ không đổi tại mọi điểm làm việc của động cơ.
Ta có phương trình tính dòng từ hóa tại điểm làm việc định mức như sau: E đm 1 Im =. f đm 2πL m Với Lm là điện cảm mạch từ hóa. Tại tần số làm việc f: E 1 Im = .fđm 2πL m Từ 2 phương trình trên suy ra điều kiện để dòng điện từ hóa không đổi: E E E = Eđm ⇒ = đm = const a f fđm Như vậy từ thông động cơ được giữ không đổi khi tỉ lệ E/f được giữ không đổi (E/f = const).2 Phương pháp V/f Tuy nhiên trong thực tế, việc giữ từ thông không đổi đòi hỏi mạch điều khiển rất phức tạp. Nếu bỏ qua sụt áp trên điện trở và điện kháng tản mạch stator, ta có thể xem như U ≈ E.
Khi đó nguyên tắc điều khiển E/f=const được thay bằng phương pháp V/f=const. 8 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN Trong phương pháp V/f=const (gọi ngắn là V/f), như đã trình bày ở trên thì tỉ số V/f được giữ không đổi và bằng giá trị tỉ số này ở định mức.Cần lưu ý là khi moment tải tăng , dòng động cơ tăng làm gia tăng sụt áp trên điện trở Stator dẩn đến E giảm, có nghĩa là từ thông động cơ giảm.Do đó động cơ không hoàn toàn làm việc ở chế độ từ thông không đổi. Ta có công thức moment định mức ứng với sơ đồ đơn giản của động cơ: ' 2 R Vđm . 2 ω đb ( ) ' R 1 + R 2 + X 1 + X '2 2 s Và moment cực đại ở chế độ định mức: 2 3 Vđm Mmax = .ω đb ( 2 R 1 ± R 12 + X1 + X '2 ) Khi thay các giá trị định mức bằng giá trị đó nhân với tỉ số a (aωđm, aVđm, aX), Ta có được công thức moment của động cơ ở tần số f khác định mức: ' 2 R2 Vđm . ωđb R R ' 2 ( ) 2 1 + 2 + X1 + X ' a as 2 Và moment cực đại ở tần số f khác định mức: 3 2 Vđm Mmax = .ωđb 2 R 1 ± a R1 ( 2 + X1 + X '2 ) a Dựa theo công thức trên ta thấy, các giá trị X1 và X2’ phụ thuộc vào tần số, trong khi R1 lại là hằng số. Như vậy, khi hoạt động ở tần số cao, giá trị (X1+X2’)>> R1/a, sụt áp trên R1 rất nhỏ nên giá trị E suy giảm rất ít dẫn đến từ thông được giữ gần như không đổi.
Moment cực đại của động cơ gần như không đổi. Tuy nhiên, khi hoạt động ở tần số thấp thì giá trị điện trở R1/a sẽ tương đối lớn so với giá trị của (X1+X2’), dẫn đến sụt áp nhiều ở điện trở stator khi moment tải lớn. Điều này làm cho E bị giảm và dẫn đến suy giảm từ thông và moment cực đại. Để bù lại sự suy giảm từ thông ở tần số thấp.
Ta sẽ cung cấp them cho động cơ một điện áp Uo để cung cấp cho động cơ từ thông định mức khi f=0. Từ đó ta có quan hệ như sau: U=Uo+K.f Với K là một hằng số được chọn sao cho giá trị U cấp cho động cơ bằng Uđm tại f=fđm. Khi a>1 (f>fđm), Điện áp được giữ không đổi và bằng định mức. Khi đó động cơ hoạt động ở chế độ suy giảm từ thông.
9 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN Khi đó moment và moment cực đại của động cơ tại tần số f cung cấp sẽ là: ' 2 R2 Vđm. ωđb 2 R 1 + R 2 + a 2 X1 + X ' ' ( ) 2 s 2 Và moment cực đại ở tần số f: 3 Vđm2 M max = .ωđb R ± R 2 + a 2 X + X ' ( 1 2 ) 2 1 1 Sau đây là đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa moment và điện áp theo tần số trong phương pháp điều khiển V/f=const. U Mdm M Uo fdm f Hình 2.1: Quan hệ giữa moment và điện áp theo tần số 2.3 Các phương pháp thông dụng trong điều khiển động cơ không đồng bộ: Có nhiều phương pháp để điều khiển bộ nghịch lưu áp để tạo ra điện áp có biên độ và tần số mong muốn cung cấp cho động cơ.Trong nội dung này chúng ta khái quát hai phương pháp đó là : Phương pháp điều rộng xung (SinPWM). Phương pháp điều chế vector không gian ( Space Vector).1 Phương pháp điều rộng xung SINPWM Để tạo ra một điện áp xoay chiều bằng phương pháp SINPWM, ta sử dụng một tín hiệu xung tam giác tần số cao đem so sánh với một điện áp sin chuẩn có tần số f.
Nếu đem xung điều khiển này cấp cho một bộ biến tần một pha thì đó ngõ ra sẽ thu được một dạng điện áp dạng điều rộng xung có tần số bằng với tần số nguồn sin mẫu và biên độ hài bậc nhất phụ thuộc vào nguồn điện một chiều cung cấp và tỉ số giữa biên độ sóng sin mẫu và sóng mang. Tần số sóng mang phải lớn hơn tần số của sóng sin mẫu. Sau đây là hình vẽ miêu tả nguyên lý của phương pháp điều rộng sin một pha: 10 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN Hình 2.2: Nguyên lý của phương pháp điều rộng sin V Khi: Vcontrol > Vtri thì VAO = dc 2 V Vcontrol < Vtri thì VAO = − dc 2 Như vậy, để tạo ra nguồn điện 3 pha dạng điều rộng xung, ta cần có nguồn sin 3 pha mẫu và giãn đồ kích đóng của 3 pha sẽ được biểu diển như hình vẽ dưới đây: 11 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN Hình 2.3 : Sơ đồ dạng điện áp trên các pha 2.1 Các công thức tính toán Ta cần tính được biên độ hài bậc nhất của điện áp ngõ ra từ tì số biên độ giữa sóng mang và sóng tam giác. Ta có công thức sau tính biên độ của hài bậc nhất: U DC U t = ma.