Chương 1:Tổng quan. Tìm hiểu về điều khiển thích nghi động cơ không đồng bộ để ứng dụng đều khiển không dùng cảm biến trong điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha, đề xuất bộ điều khiển sử dụng MRAS trong điều khiển sensorless .5 Phƣơng pháp nghiên cứu. - Thu thập tài liệu liên quan đến đề tài nghiên cứu. - Nghiên cứu mô hình toán học của động cơ không đồng bộ ba pha.
- Nghiên cứu xây dựng bộ quan sát tốc độ vòng kín trên cơ sở mô hình tham chiếu thích nghi cho động cơ không đồng bộ 3 pha, ước tính thông số điện trở stator nhằm đảm bảo mô hình chạy ổn định khi điện trở stator thay đổi, đều này có ý nghĩa thực tế vì khi làm việc động cơ nóng dần lên điện trở stator sẽ thay đổi khá lớn ảnh hưởng đến bộ quan sát tốc độ. - Xây dựng mô hình mô phỏng hệ truyền động điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha .6Các bƣớc tiến hành. - Xây dựng mối quan hệ giữa các thông số trong mô hình động cơ không đồng bộ 3 pha. - Tìm hiểu các phương pháp điều khiển động cơ không đồng bộ 3 pha.
- Tìm hiểu giải thuật điều khiển thích nghi động cơ không đồng bộ 3 pha. - Thiết kế và xây dựng mô hình điều khiển thích nghi động cơ không đồng bộ 3 pha. - Mô phỏng 2 phương pháp cơ bản và phương pháp thích nghi, sau đó so sánh 2 phương pháp. - Đưa ra nhận xét đề tài.
Lê Minh Phương Trang6 HVTH: Nguyễn Đại Lợi LVTN Chương 2:Mô hình động cơ không đồng bộ 3 pha. CHƢƠNG II: MÔ HÌNH ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA 2.1Tổng quan về động cơ không đồng bộ 3 pha. Hiện nay, động cơ không đồng bộ được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp (chiếm hơn 90%) do nó có những thuận lợi sau: dễ sản xuất, giá thành rẻ, dễ vận hành, có khả năng làm việc ở môi trường độc hại và không cần phải bảo trì. Động cơ không đồng bộ ba pha (động cơ cảm ứng) có dây quấn stator (bố trí lệch nhau 120o) được cấp điện từ lưới, và nhờ hiện tượng cảm ứng điện từ có được sức điện động cảm ứng và dòng điện bên trong dây quấn rotor.
Dòng điện ba pha đối xứng chạy trong dây quấn ba pha sẽ tạo ra từ trường quay với tốc độ đồng bộ 60f n đb ( v / ph) .1 : Động cơ không đồng bộ 3 pha. Rotor của động cơ không đồng bộ quay với tốc độ n khác với tốc độ của từ trường quay đồng bộ của stator n1 = nđb và độ trượt s được định nghĩa như sau: n1 n s (2. Lê Minh Phương Trang 7 HVTH: Nguyễn Đại Lợi LVTN Chương 2:Mô hình động cơ không đồng bộ 3 pha. Khi mở máy, rotor đứng yên, s = 1, tần số dòng rotor bằng tần số lưới điện f.
Từ trường quay rotor sẽ quay cùng tốc độ với từ trường quay stator, tạo ra moment mở máy làm quay rotor theo chiều của từ trường stator. Khi vận hành bình thường, rotor quay với tốc độ n<n1, tần số của dòng rotor là f2 = s.f và từ trường quay sinh ra do dòng rotor sẽ quay với tốc độ sn1 so với rotor, và quay cùng chiều với từ trường stator.2 Mô tả các đại lƣợng 3 pha ở dạng vectorr không gian Khi xây dựng mô hình toán động cơ không đồng bộ 3 pha theo giả thuyết : động cơ ba pha đối xứng và không bão hòa, tác động của khe hở và tổn hao trong lõi thép stator không đáng kể, từ trường cuộn dây hình sin, khe hở không khí điều nhau. Ngoài ra, giả thuyết là cuộn dây stator và rotor được kết nối sao cho không cho dòng thứ tự chạy qua chúng và như vậy tổng giá trị điện áp pha và dòng điện pha qua dây quấn stator cân bằng.2 Sơ đồ cuộn dây stator của động cơ KĐB 3 pha isa+ isb+ isc= 0 (2.3) Tổng các biến cung cấp cho vector không gian là: 2 is (isa aisb a 2isc ) 3 (2.4) 2 4 j j 2 2 Trong đó: a và a là các toán tử không gian, a = e 3 , a =e 3 GVHD: PGS. Lê Minh Phương Trang 8 HVTH: Nguyễn Đại Lợi LVTN Chương 2:Mô hình động cơ không đồng bộ 3 pha.
Từ đó ta phân tích các dòng điện stator ( isa, isb,isc) chuyển đổi hình sin. Chuyển đổi đầu tiên có thể thực hiện ở hệ tọa độ αβ ( chuyển đổi Clark), sau đó chuyển sang tọa độ quay dq (chuyển đổi park). Bằng cách hoàn toàn tương tự ta có thể tính vector tổng của điện áp, từ thông theo biểu thức 2.3 Vectơ dòng stator i s và hình chiếu 2.1Hệ trục tọa độ tĩnh (α, β) 2.1 Phép biến đổi Clark-thuận (Chuyển đổ i tọa độ từ (a, b, c )→ (α, β)). Các biến 3 pha hình sin được biễu diễn như vectơ không gian thể hiện trên hệ trục tọa độ (αβ) như hình β B isβ is 0 isα A= α C Hình 2.4 Biễu diễn vectơ dòng điện của stator Vectơ dòng điện stator được mô tả: iss iss jiss (2.
Lê Minh Phương Trang 9 HVTH: Nguyễn Đại Lợi LVTN Chương 2:Mô hình động cơ không đồng bộ 3 pha. Dòng điện stator dọc trục và ngang trục là các thành phần dòng ảo (2 pha dọc trục), được triển khai cho vectơ dòng: i s i [cos(00 ) j sin(00 )] i [cos(1200 ) j sin(1200 )] s sa sb i [cos(2400 ) j sin(2400 )] sc 1 1 3 3 i s i i i j i i s sa 2 sb 2 sc 2 sb 2 sc (2.6) Điều này tương đương với: 1 1 i i s 1 2 sa s 2 s i (2.7) sb is 0 3 3 i 2 sc 2 2.2 Phép biến đổi Clark ngược(Chuyển đổi tọa độ từ (α, β) → (a,b,c) ). Phép biến đổi Clark ngược được sử dụng bằng cách chiếu các thành phần của vectorr không gian điện áp stator lên trục A,B,C như hình, có thể xác định các thành phần theo phương pháp hình họcđể chuyển tọa độ từ (a, b, c) sang (α, β) như sau: β B Usβ Us Usα=Usa A,α C Hình 2.5 Biễu diễn vectơ điện áp trên tọa độvà abc stator Ta được: GVHD: PGS. Lê Minh Phương Trang 10 HVTH: Nguyễn Đại Lợi LVTN Chương 2:Mô hình động cơ không đồng bộ 3 pha.8) isb is i s 2 2 1 s 3 s isc is i 2 2 s Hoặc 1 0 i sa i 1 3 i s (2.9) s sb 2 2 i ss i sc 1 3 2 2 2.2Hệ trục tọa độ quay (d, q) q β is isβ d isq isd dq s s dt q α 0 isα Hình 2.6 Biểu diễn vectơ i s trong cả hai hệ trục tọa độ (α, β) và (d, q) Ta xây dựng một hệ tọa độ mới (d, q) có chung điểm gốc với hệ tọa độ (α, β), nằm lệch đi một góc θs và quay với tốc độ ωs.
Khi đó sẽ tồn tại hai tọa độ cho một vectơ không gian tương ứng với hai hệ tọa độ này. Mối liên hệ được thể hiện ở hình 2.1 Phép biến đổi Park thuận (Chuyển đổi tọa độ từ (α, β)→(d, q)) GVHD: PGS. Lê Minh Phương Trang 11 HVTH: Nguyễn Đại Lợi LVTN Chương 2:Mô hình động cơ không đồng bộ 3 pha. cos q s Hay isd cos q s sin q s is is cos q s is (2.2Phép biến đổi Park ngược (Chuyển đổi tọa độ từ (d, q)→(α, β)) is isd.
cos q s Hay is cos q s sin q s isd is cos q s isq (2.3 Mô hình tính toán của động cơ không đồng bộ ở chế độ xác lập.1 Mô hình động của động cơ không đồng bộ. Mô hình động của động cơ trong hệ trục tọa độ tĩnh stator và hệ trục tọa độ quay rotor dựa trên khái niệm về các đại lượng vectơ của máy điện xoay chiều. Mô hình cho phép phân tích đặc tính của động cơ ở chế độ quá độ lẫn xác lập và khi động cơ được cấp từ một nguồn áp có dạng bất kỳ. Động cơ không đồng bộ được mô tả bởi hệ phương trình vi phân bậc cao.
Về cấu trúc phân bố các cuộn dây phức tạp về mặt không gian, vì các mạch từ móc vòng nên ta phải chấp nhận một loạt các điều kiện sau đây trong khi mô hình hoá động cơ. Rs Lss Lsr Rr is ir im GVHD: PGS. s Lê Minh Phương Lm12 Trang HVTH:jr,Yr Đại Lợi Nguyễn LVTN Chương 2:Mô hình động cơ không đồng bộ 3 pha.7 Mạch tương đương động cơ không đồng bộ. Các cuộn dây quấn stator ở các pha được giả định hoàn toàn giống nhau, được bố trí đối xứng nhau 1200 trong không gian.
Bỏ qua tổn hao sắt từ, dòng xoáy và bão hòa từ (nếu mô hình lý tưởng). Dòng từ hóa và từ trường phân bố hình sin trong khe hở không khí. Các giá trị điện trở và điện kháng xem như không đổi trong suốt quá trình vận hành. Ta sẽ sử dụng các mô hình trong không gian trạng thái để mô tả động cơ.
Phương trình điện áp stator: Ở đây ta viết phương trình điện áp cho 3 cuộn dây quấn stator: d (t ) u (t ) R i (t ) sa sa s sa dt d (t ) (2.15) s 3 sa sb sc Từ 2 phương trình (2.13) ta được phương trình điện áp stator dưới dạng dY s s s u R i (t ) s s ss dt GVHD: PGS. Lê Minh Phương Trang 13 HVTH: Nguyễn Đại Lợi LVTN Chương 2:Mô hình động cơ không đồng bộ 3 pha. vector được quan sát trên hệ stator như sau: (2.16) Trong phương trình điện áp stator này thì dòng điện và từ thông stator dưới dạng vector được viết như sau: 2 j1200 j 2400 i s (t ) i (t ) i (t )e i (t )e s 3 sa sb sc (2.