Luận Văn Thạc Sĩ Về Điều Khiển Thích Nghi Động Cơ Không Đồng Bộ Ba Pha

• Tác giả: Nguyễn Đại Lợi
• Người hướng dẫn: PGS. Lê Minh Phương
• Trường học: Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM
• Đề tài: Điều khiển thích nghi động cơ không đồng bộ 3 pha
• Loại tài liệu: Luận văn tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT
• ABSTRACT
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu
• 1.2. Một số công trình nghiên cứu có liên quan
• 1.3. Mục đích của đề tài
• 1.4. Nhiệm vụ và giới hạn của đề tài
• 1.5. Phương pháp nghiên cứu
• 1.6. Các bước tiến hành
• 1.7. Mô hình động cơ không đồng bộ 3 pha
• 1.7.1. Tổng quan về động cơ không đồng bộ 3 pha
• 1.7.2. Mô tả các đại lượng 3 pha ở dạng vecto không gian
• 1.7.3. Hệ trục tọa độ tĩnh (α, β)
• 1.7.4. Hệ trục tọa độ quay (d, q)
• 1.7.5. Mô hình tính toán của động cơ không đồng bộ ở chế độ xác lập
• 1.7.5.1. Mô hình động của động cơ không đồng bộ
• 1.7.5.2. Mô hình trạng thái động cơ trên hệ tọa độ cố định stator
• 1.7.5.3. Mô hình trạng thái động cơ trên hệ tọa độ quay rotor
• 1.7.5.4. Xây dựng mô hình toán trong Matlab_Simulink
• 2. CHƯƠNG 2
• 2.1. Mô hình chuyển trục tọa độ
• 2.2. Mô hình động cơ trong hệ tọa độ (αβ)
• 2.3. Mô hình động cơ trên hệ tọa độ (dq)
• 3. CHƯƠNG 3: CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ
• 3.1. Điều khiển tốc độ bằng cách thay đổi số đôi cực
• 3.2. Điều khiển tốc độ bằng cách thay đổi điện áp stator
• 3.3. Điều khiển tốc độ bằng cách sử dụng thay đổi tần số nguồn áp (v/f)
• 3.4. Phương pháp điều khiển trực tiếp momen DTC (Direct Torque Control)
• 3.4.1. Nguyên tắc điều khiển của phương pháp DTC
• 3.5. Phương pháp điều khiển định hướng trường (FOC)
• 3.5.1. Phương pháp điều khiển định hướng từ thông rotor gián tiếp (IRFOC)
• 3.5.2. Phương pháp điều khiển định hướng từ thông rotor trực tiếp (DRFOC)
• 4. CHƯƠNG 4: PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN KHI THÔNG SỐ ĐỘNG CƠ THAY ĐỔI (Ts)
• 4.1. Ước lượng tốc độ dùng mô hình tham chiếu thích nghi (MRAS)
• 4.1.1. Mô hình ước lượng tốc độ dùng mô hình tham chiếu thích nghi (MRAS) cơ bản
• 4.1.2. Mô hình MRAS ước lượng tốc độ khi thay đổi thông số động cơ (Ts)
• 4.1.2.1. Phương trình tham chiếu
• 4.1.2.2. Bộ quan sát từ thông vòng kín Luenberger
• 4.1.2.3. Phương trình hiệu chỉnh
• 4.1.2.4. Luật hiệu chỉnh trên cơ sở lý thuyết ổn định Popov
• 4.2. Cơ sở lý thuyết điều khiển sensorless
• 4.2.1. Một số mô hình sensorless
• 4.2.1.1. Tính toán độ trượt
• 4.2.1.2. Ước lượng tốc độ vòng hở và sử dụng mô hình động cơ
• 4.2.1.3. Ước lượng tốc độ dùng mô hình Kalman Filter
• 5. CHƯƠNG 5: MÔ PHỎNG MATLAB SIMULINK
• 5.1. Xây dựng cấu trúc điều khiển DFOC trong Matlab Simulink
• 5.1.1. Mô hình tổng thể DFOC
• 5.1.2. Mô hình điều khiển định hướng trực tiếp DFOC
• 5.1.3. Mô hình ước lượng từ thông rotor từ dòng và áp hồi tiếp
• 5.2. Xây dựng cấu trúc điều khiển DFOC_sensorless MRAS trong Matlab Simulink
• 5.2.1. Mô hình tổng thể DFOC_MRAS thích nghi
• 5.2.2. Mô hình MRAS ước lượng song song tốc độ rotor, điện trở stator
• 5.2.3. Mô hình tham chiếu và bộ quan sát từ thông vòng kín Luenberger
• 5.2.4. Mô hình thích nghi tốc độ rotor
• 5.2.5. Mô hình hiệu chỉnh điện trở stator
• 6. CHƯƠNG 6: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG
• 6.1. Thông số động cơ
• 6.2. Mô phỏng động cơ đối với phương pháp DFOC truyền thống và DFOC_MRAS thích nghi
• 7. CHƯƠNG 7: HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI
• DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
• DANH SÁCH CÁC HÌNH

I. Tổng quan về điều khiển thích nghi động cơ không đồng bộ ba pha

Điều khiển thích nghi động cơ không đồng bộ ba pha đang trở thành một trong những giải pháp hiện đại cho tự động hóa công nghiệp. Động cơ không đồng bộ ba pha được sử dụng rộng rãi nhờ vào những ưu điểm vượt trội như khởi động dễ dàng, vận hành ổn định và chi phí thấp. Tuy nhiên, việc điều khiển chính xác động cơ này vẫn gặp nhiều thách thức do đặc tính phi tuyến của nó. Bài viết này sẽ cung cấp cái nhìn tổng quan về các phương pháp điều khiển hiện đại, đặc biệt là điều khiển sensorless, nhằm tối ưu hóa hiệu suất và giảm chi phí cho hệ thống tự động hóa.

1.1. Đặc điểm và ứng dụng của động cơ không đồng bộ ba pha

Động cơ không đồng bộ ba pha có nhiều ứng dụng trong công nghiệp như băng tải, máy nén, và quạt gió. Đặc điểm nổi bật của động cơ này là khả năng hoạt động ổn định và hiệu suất cao. Tuy nhiên, việc điều khiển động cơ này đòi hỏi phải có các phương pháp hiện đại để đảm bảo hiệu suất tối ưu.

1.2. Tại sao cần điều khiển thích nghi cho động cơ không đồng bộ

Điều khiển thích nghi giúp động cơ hoạt động hiệu quả hơn trong các điều kiện thay đổi. Việc sử dụng cảm biến tốc độ có thể làm tăng chi phí và độ phức tạp của hệ thống. Do đó, việc phát triển các phương pháp điều khiển sensorless là cần thiết để giảm thiểu chi phí và đơn giản hóa quy trình lắp đặt.

II. Thách thức trong điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha

Mặc dù động cơ không đồng bộ ba pha có nhiều ưu điểm, nhưng việc điều khiển chúng vẫn gặp phải nhiều thách thức. Đặc tính phi tuyến của động cơ, sự thay đổi thông số theo thời gian và ảnh hưởng của nhiệt độ là những yếu tố chính gây khó khăn trong việc điều khiển chính xác. Các phương pháp điều khiển truyền thống thường không đáp ứng được yêu cầu trong các ứng dụng công nghiệp hiện đại.

2.1. Đặc tính phi tuyến và ảnh hưởng đến điều khiển

Đặc tính phi tuyến của động cơ không đồng bộ làm cho việc điều khiển trở nên phức tạp. Khi động cơ hoạt động, các thông số như điện trở và điện cảm có thể thay đổi, ảnh hưởng đến hiệu suất và độ chính xác của hệ thống điều khiển.

2.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất động cơ

Nhiệt độ tăng cao trong quá trình hoạt động có thể làm thay đổi các thông số của động cơ, dẫn đến sai lệch trong việc ước lượng tốc độ và từ thông. Điều này gây khó khăn trong việc duy trì hiệu suất ổn định của động cơ.

III. Phương pháp điều khiển hiện đại cho động cơ không đồng bộ

Các phương pháp điều khiển hiện đại như điều khiển định hướng trường (FOC) và điều khiển trực tiếp mô men (DTC) đã được phát triển để cải thiện hiệu suất của động cơ không đồng bộ. Những phương pháp này cho phép điều khiển độc lập giữa từ thông và mô men, giúp tăng cường độ chính xác và hiệu suất của hệ thống.

3.1. Điều khiển định hướng trường FOC

Phương pháp FOC cho phép điều khiển động cơ không đồng bộ một cách hiệu quả bằng cách sử dụng các vector điện áp. Phương pháp này giúp tối ưu hóa mô men và từ thông, từ đó nâng cao hiệu suất hoạt động của động cơ.

3.2. Điều khiển trực tiếp mô men DTC

DTC là một phương pháp điều khiển tiên tiến, cho phép điều khiển trực tiếp mô men và từ thông của động cơ. Phương pháp này giúp giảm thiểu độ trễ và tăng cường độ chính xác trong việc điều khiển động cơ không đồng bộ.

IV. Ứng dụng thực tiễn của điều khiển thích nghi động cơ không đồng bộ

Điều khiển thích nghi động cơ không đồng bộ đã được áp dụng thành công trong nhiều lĩnh vực công nghiệp. Việc sử dụng các phương pháp điều khiển hiện đại giúp cải thiện hiệu suất, giảm chi phí và tăng độ tin cậy cho hệ thống tự động hóa. Các nghiên cứu cho thấy rằng việc áp dụng điều khiển sensorless có thể mang lại nhiều lợi ích cho các ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao.

4.1. Các ứng dụng trong ngành công nghiệp

Trong ngành công nghiệp, điều khiển thích nghi động cơ không đồng bộ được sử dụng trong các hệ thống băng tải, máy nén khí và quạt công nghiệp. Những ứng dụng này yêu cầu độ chính xác cao và khả năng hoạt động ổn định trong thời gian dài.

4.2. Kết quả nghiên cứu và thực nghiệm

Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc áp dụng điều khiển sensorless giúp giảm chi phí và đơn giản hóa quy trình lắp đặt. Các kết quả thực nghiệm cho thấy động cơ hoạt động ổn định và hiệu quả hơn khi sử dụng các phương pháp điều khiển hiện đại.

V. Kết luận và tương lai của điều khiển động cơ không đồng bộ

Điều khiển thích nghi động cơ không đồng bộ ba pha đang mở ra nhiều cơ hội mới cho tự động hóa công nghiệp. Với sự phát triển không ngừng của công nghệ, các phương pháp điều khiển hiện đại sẽ tiếp tục được cải tiến để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường. Tương lai của điều khiển động cơ không đồng bộ hứa hẹn sẽ mang lại nhiều giải pháp hiệu quả và tiết kiệm chi phí cho các ứng dụng công nghiệp.

5.1. Xu hướng phát triển công nghệ điều khiển

Công nghệ điều khiển động cơ không đồng bộ sẽ tiếp tục phát triển với sự xuất hiện của các phương pháp mới và cải tiến. Việc áp dụng trí tuệ nhân tạo và học máy trong điều khiển động cơ sẽ mở ra nhiều khả năng mới cho tự động hóa.

5.2. Tầm quan trọng của nghiên cứu và phát triển

Nghiên cứu và phát triển trong lĩnh vực điều khiển động cơ không đồng bộ là rất quan trọng để đảm bảo rằng các giải pháp mới có thể đáp ứng được các yêu cầu khắt khe của ngành công nghiệp. Việc đầu tư vào nghiên cứu sẽ giúp nâng cao hiệu suất và độ tin cậy của các hệ thống tự động hóa.