Nghiên Cứu Luận Văn Thạc Sĩ Về Điều Khiển Mô Men Trực Tiếp Động Cơ Từ Trở

Chuyên khảo phân tích Điều khiển mô men trự tiếp động cơ từ trở, đánh giá các khía cạnh quan trọng, đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo.

• Người hướng dẫn: TS. Tạ Cao Minh
• Trường học: Đại học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Điều Khiển và Tự Động Hóa
• Đề tài: Nghiên Cứu Điều Khiển Mô Men Trực Tiếp Cho Động Cơ Từ Trở
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2008
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ TỪ TRỄ THAY ĐỔI
• 1.1. Nguyên lý hoạt động
• 1.2. Nguyên nhân phát sinh momen
• 1.3. Các đường đặc tính
• 1.3.1. Đường đặc tính L(θ)
• 1.3.2. Đường đặc tính cừ
• 1.4. Mạch điện thay thế tương đương
• 1.5. Ưu nhược điểm và ứng dụng
• 1.6. Ứng dụng
• 2. CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH HÓA ĐỘNG CƠ TỪ TRỄ THAY ĐỔI
• 2.1. Mô hình toán học động cơ từ trễ thay đổi
• 2.2. Mô hình hóa động cơ từ trễ thay đổi
• 3. CHƯƠNG 3: CÁC VẤN ĐỀ CƠ BẢN VỀ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ TỪ TRỄ THAY ĐỔI
• 3.1. Biến đổi
• 3.2. Phân loại biến đổi
• 3.3. Biến đổi cấu không đối xứng
• 3.4. Các biến đổi một khoá trên một pha
• 3.5. Nguyên tắc điều khiển động cơ từ trễ thay đổi
• 3.6. Biến điều khiển dạng điện
• 3.6.1. Biến điều khiển dạng điện thiết kế theo phương pháp tuyến tính
• 3.6.2. Biến điều khiển dạng điện thiết kế theo phương pháp phi tuyến nhưng bỏ qua hiệu cảm giữa các pha
• 3.7. Biến điều khiển momen
• 3.8. Nguyên tắc của phương pháp TDF
• 3.9. Phương pháp TDF với điều kiện bỏ qua hiện tượng bảo vệ và hiệu cảm giữa các pha
• 3.10. Biến điều khiển tắc điện
• 4. CHƯƠNG 4: ĐỀ XUẤT PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN MÔ MEN TRỰC TIẾP (DTC) CHO ĐỘNG CƠ TỪ TRỄ THAY ĐỔI
• 4.1. Phương pháp điều khiển mô men trực tiếp (DTC) cho động cơ từ trễ dùng lý thuyết điều khiển mờ
• 4.2. Tổng quan về lý thuyết điều khiển mờ
• 4.3. Giới thiệu chung về điều khiển mờ
• 4.4. Sự khởi biến điều khiển mờ
• 4.5. Khởi mờ hóa
• 4.6. Khởi hợp thành
• 4.7. Khởi luật mờ
• 4.8. Khởi giải mờ
• 4.9. Các bước thiết kế bộ điều khiển mờ
• 4.10. Thiết kế bộ điều khiển mờ
• 4.10.1. Thiết kế hàm liên thuộc của tập mờ mô men
• 4.10.2. Thiết kế hàm liên thuộc của tập mờ từ thông
• 4.10.3. Thiết kế hàm liên thuộc của tập mờ góc từ thông
• 4.11. Xây dựng luật hợp thành mờ
• 4.12. Thiết kế khâu giải mờ của bộ điều khiển mờ
• 5. CHƯƠNG 5: MÔ PHỎNG TRUYỀN ĐỘNG ĐỘNG CƠ TỪ TRỄ (SRM) ĐIỀU KHIỂN MÔ MEN TRỰC TIẾP
• 5.1. Lựa chọn thông số cho động cơ từ trễ thay đổi 6/4
• 5.2. Xây dựng bộ điều khiển fuzzy sử dụng MATLAB
• 5.3. Xây dựng bộ điều khiển DTC mô phỏng cho động cơ từ trễ với bộ tham số được chọn
• 5.4. So sánh kết quả mô phỏng phương pháp điều khiển mô men trực tiếp (DTC) với phương pháp điều khiển kinh điển cho động cơ từ trễ
• 5.5. Kết luận
• PHỤ LỤC
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Động Cơ Từ Trở Cấu Tạo Ưu Điểm

Giới thiệu chung về động cơ từ trở (SRM). Đây là một loại máy điện quay có cấu tạo đơn giản và đang ngày càng được ứng dụng rộng rãi. Động cơ từ trở chuyển mạch (SRM) có cấu trúc tương tự động cơ bước, nhưng số cực trên stator ít hơn. Rotor chỉ là khối thép ghép, không có cuộn dây hay nam châm vĩnh cửu. Một trong những ưu điểm lớn nhất của động cơ này là cấu trúc đơn giản, bền vững và giá thành sản xuất thấp. Tuy nhiên, mô men đập mạch và tiếng ồn lớn là những thách thức cần vượt qua. Tài liệu gốc nhấn mạnh: 'Cấu trúc đơn giản, bền vững và giá thành sản xuất thấp là những ưu điểm nổi trội của loại động cơ này'.

1.1. Cấu Tạo Chi Tiết Động Cơ Từ Trở Chuyển Mạch

Cấu tạo của SRM gồm stator và rotor. Stator có các cực lồi chứa cuộn dây tập trung. Rotor không có cuộn dây, được làm từ vật liệu sắt từ xẻ rãnh. Các cuộn dây trên stator nối tiếp hoặc song song tạo thành pha. Stator và rotor đều làm từ lá thép ghép cách điện để giảm dòng Fuco. Cấu hình phổ biến là 8/6 và 6/4. Tăng số cực stator giúp giảm nhấp nhô mô men, nhưng tăng chi phí thiết bị.

1.2. Nguyên Lý Hoạt Động Cơ Bản Của Động Cơ Từ Trở

Động cơ hoạt động dựa trên nguyên lý thay đổi từ trở. Rotor luôn có xu hướng quay về vị trí từ trở nhỏ nhất. Các pha được kích thích tuần tự dựa trên vị trí rotor. Mỗi pha dẫn dòng trong khoảng 45 độ điện, tạo ra xung mô men. Muốn đảo chiều quay, chỉ cần đảo thứ tự cấp dòng. Theo tài liệu, 'Tại mỗi thời điểm chỉ có một pha có dòng kích thích do đó mô men được phát sinh dưới dạng xung'.

II. Bài Toán Điều Khiển Mô Men Trực Tiếp DTC Thách Thức

Việc điều khiển mô men trực tiếp (DTC) cho động cơ từ trở là một thách thức lớn do tính phi tuyến cao và mô men đập mạch lớn. Các phương pháp điều khiển truyền thống gặp khó khăn trong việc đạt được hiệu suất cao và độ ổn định tốt. Việc giảm thiểu mô men gợn sóng (torque ripple) là một yêu cầu quan trọng để cải thiện hiệu suất và tuổi thọ của động cơ. Các nghiên cứu hiện tại tập trung vào việc phát triển các thuật toán điều khiển tiên tiến để giải quyết các vấn đề này. Vấn đề điều khiển tốc độ động cơ từ trở và điều khiển vị trí động cơ từ trở đòi hỏi độ chính xác cao, đặc biệt trong các ứng dụng quan trọng.

2.1. Tính Phi Tuyến Trong Mô Hình Động Cơ Từ Trở

Mối quan hệ giữa dòng điện, từ thông và mô men trong động cơ từ trở có tính phi tuyến mạnh, gây khó khăn cho việc xây dựng mô hình toán học chính xác. Các thông số của động cơ thay đổi theo vị trí rotor và dòng điện, khiến việc thiết kế bộ điều khiển trở nên phức tạp. Việc bỏ qua các yếu tố phi tuyến có thể dẫn đến hiệu suất điều khiển kém và độ ổn định giảm.

2.2. Giải Pháp Giảm Mô Men Gợn Sóng Torque Ripple Cho SRM

Một trong những thách thức lớn nhất là giảm thiểu mô men gợn sóng, ảnh hưởng đến hiệu suất và tuổi thọ. Các phương pháp điều khiển điều khiển dòng điện động cơ từ trở tiên tiến, như điều khiển tối ưu và điều khiển thích nghi (adaptive control), đang được nghiên cứu để giải quyết vấn đề này. Các giải pháp phần cứng, như tối ưu hóa hình dạng cực và sử dụng bộ lọc, cũng được áp dụng.

2.3. Độ Chính Xác Cao Trong Điều Khiển Tốc Độ và Vị Trí

Điều khiển tốc độ động cơ từ trở và điều khiển vị trí động cơ từ trở đòi hỏi độ chính xác cao, đặc biệt trong các ứng dụng quan trọng. Các phương pháp sensorless control (điều khiển không cảm biến) và sử dụng bộ mã hóa (encoder) được áp dụng để cải thiện độ chính xác điều khiển. Các thuật toán điều khiển số (digital control) và điều khiển thời gian thực (real-time control) cũng đóng vai trò quan trọng.

III. Điều Khiển DTC Cho Động Cơ Từ Trở Phương Pháp Mới

Nghiên cứu này đề xuất một phương pháp điều khiển mô men trực tiếp (DTC) mới cho động cơ từ trở chuyển mạch (SRM), sử dụng lý thuyết điều khiển mờ (fuzzy logic control). Phương pháp này hứa hẹn cải thiện hiệu suất điều khiển và giảm mô men gợn sóng so với các phương pháp truyền thống. Bộ điều khiển logic mờ (fuzzy logic control) được thiết kế để điều chỉnh điện áp đặt vào động cơ, đảm bảo mô men và từ thông duy trì ở mức mong muốn. Phương pháp này có khả năng thích nghi tốt với các thay đổi của hệ thống và điều kiện làm việc.

3.1. Ứng Dụng Lý Thuyết Mờ Trong Điều Khiển DTC

Lý thuyết mờ được sử dụng để xây dựng bộ điều khiển thông minh, có khả năng xử lý các yếu tố phi tuyến và không chắc chắn của hệ thống. Bộ điều khiển logic mờ (fuzzy logic control) bao gồm các khối như mờ hóa, suy luận và giải mờ. Các luật mờ được thiết kế dựa trên kinh nghiệm và kiến thức chuyên gia để đạt được hiệu suất điều khiển tốt nhất.

3.2. Thiết Kế Bộ Điều Khiển Mờ Cho Động Cơ Từ Trở

Việc thiết kế bộ điều khiển logic mờ (fuzzy logic control) bao gồm việc xác định các biến đầu vào, biến đầu ra, hàm thuộc và luật mờ. Các biến đầu vào thường là sai số mô men, sai số từ thông và tốc độ thay đổi của sai số. Biến đầu ra là điện áp đặt vào động cơ. Hàm thuộc được thiết kế để mô tả mức độ thuộc về của các biến vào các tập mờ.

3.3. Ưu Điểm Của Phương Pháp Điều Khiển DTC Mới

Phương pháp điều khiển mô men trực tiếp (DTC) mới hứa hẹn cải thiện đáng kể hiệu suất điều khiển và giảm mô men gợn sóng. Khả năng thích nghi tốt với các thay đổi của hệ thống và điều kiện làm việc giúp phương pháp này phù hợp với nhiều ứng dụng khác nhau. Dễ dàng triển khai và điều chỉnh là những ưu điểm quan trọng khác.

IV. Mô Phỏng và Kết Quả Điều Khiển DTC Cho SRM Hiệu Quả

Phương pháp điều khiển mô men trực tiếp (DTC) mới đã được mô phỏng bằng phần mềm Matlab Simulink để kiểm chứng hiệu quả. Kết quả mô phỏng cho thấy phương pháp này có khả năng điều khiển mô men chính xác, giảm mô men gợn sóng và cải thiện hiệu suất so với các phương pháp điều khiển truyền thống. Mô hình động cơ từ trở được xây dựng dựa trên các phương trình toán học và các thông số thực tế của động cơ.

4.1. Xây Dựng Mô Hình Động Cơ Từ Trở Trong Matlab Simulink

Mô hình động cơ từ trở được xây dựng trong Matlab Simulink bằng cách sử dụng các khối chức năng như giải tích, khối toán học và khối điều khiển. Các thông số của động cơ, như điện trở, điện cảm và hằng số mô men, được nhập vào mô hình để đảm bảo tính chính xác.

4.2. So Sánh Kết Quả Mô Phỏng Với Phương Pháp Truyền Thống

Kết quả mô phỏng cho thấy phương pháp điều khiển mô men trực tiếp (DTC) mới có khả năng điều khiển mô men chính xác hơn và giảm mô men gợn sóng so với các phương pháp điều khiển truyền thống. Thời gian đáp ứng của hệ thống cũng được cải thiện đáng kể.

4.3. Đánh Giá Hiệu Năng Của Phương Pháp Điều Khiển DTC

Hiệu năng của phương pháp điều khiển mô men trực tiếp (DTC) được đánh giá dựa trên các chỉ tiêu như độ chính xác điều khiển, độ ổn định, thời gian đáp ứng và mức độ giảm mô men gợn sóng. Kết quả cho thấy phương pháp này đáp ứng tốt các yêu cầu đặt ra.

V. Ứng Dụng Thực Tiễn của Động Cơ Từ Trở Tiềm Năng

Động cơ từ trở ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau, từ xe điện đến hệ thống điều khiển công nghiệp. Ưu điểm về cấu trúc đơn giản, hiệu suất cao và khả năng hoạt động trong môi trường khắc nghiệt giúp động cơ từ trở trở thành lựa chọn hấp dẫn cho nhiều ứng dụng. Việc phát triển các phương pháp điều khiển tối ưu và các giải pháp giảm mô men gợn sóng sẽ mở ra nhiều cơ hội ứng dụng mới cho loại động cơ này.

5.1. Ứng Dụng Động Cơ Từ Trở Trong Xe Điện

Động cơ từ trở có tiềm năng lớn trong ứng dụng xe điện nhờ hiệu suất cao, khả năng hoạt động trong dải tốc độ rộng và chi phí sản xuất thấp. Các nhà sản xuất xe điện đang nghiên cứu và phát triển các hệ thống truyền động sử dụng động cơ từ trở để cải thiện hiệu suất và giảm chi phí.

5.2. Ứng Dụng Động Cơ Từ Trở Trong Công Nghiệp

Động cơ từ trở được sử dụng trong nhiều ứng dụng công nghiệp như máy bơm, quạt, máy nén khí và hệ thống điều khiển chuyển động. Khả năng hoạt động trong môi trường khắc nghiệt, chịu được tải lớn và độ bền cao là những ưu điểm quan trọng của động cơ từ trở trong các ứng dụng này.

VI. Kết Luận và Hướng Phát Triển Điều Khiển Mô Men DTC

Nghiên cứu này đã đề xuất một phương pháp điều khiển mô men trực tiếp (DTC) mới cho động cơ từ trở sử dụng lý thuyết điều khiển mờ. Kết quả mô phỏng cho thấy phương pháp này có tiềm năng cải thiện đáng kể hiệu suất điều khiển và giảm mô men gợn sóng. Các hướng phát triển trong tương lai bao gồm việc nghiên cứu các thuật toán điều khiển tiên tiến hơn, tối ưu hóa thiết kế động cơ và phát triển các ứng dụng thực tế.

6.1. Hướng Nghiên Cứu Điều Khiển Thích Nghi và Dự Đoán Mô Hình

Các phương pháp điều khiển thích nghi (adaptive control) và điều khiển dự đoán mô hình (model predictive control - MPC) có tiềm năng cải thiện đáng kể hiệu suất điều khiển trong các điều kiện làm việc khác nhau. Việc kết hợp các phương pháp này với lý thuyết mờ có thể mang lại kết quả tốt hơn.

6.2. Tối Ưu Hóa Thiết Kế Động Cơ Từ Trở

Việc tối ưu hóa thiết kế động cơ, bao gồm hình dạng cực, vật liệu và khe hở không khí, có thể giúp giảm mô men gợn sóng và cải thiện hiệu suất. Các phương pháp phần tử hữu hạn (finite element analysis) và FEM được sử dụng để phân tích và tối ưu hóa thiết kế động cơ.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Động cơ từ trễ thay đổi (Switched Reluctance Motor - SRM) là một trong những loại máy điện quay tiên tiến, được phát triển từ những năm 1950. Theo ước tính, SRM có cấu tạo đơn giản, độ bền cao và khả năng làm việc trong môi trường khắc nghiệt, tuy nhiên vẫn tồn tại nhiều nhược điểm như momen gợn, tiếng ồn lớn và khó khăn trong điều khiển. Những hạn chế này đã làm giảm hiệu suất và ứng dụng rộng rãi của SRM trong công nghiệp.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là phân tích, mô hình hóa và đề xuất phương pháp điều khiển momen trực tiếp (Direct Torque Control - DTC) cho động cơ SRM nhằm khắc phục các nhược điểm trên. Nghiên cứu tập trung vào việc xây dựng mô hình toán học chính xác, phát triển thuật toán điều khiển momen trực tiếp và kiểm chứng hiệu quả qua mô phỏng Matlab/Simulink. Phạm vi nghiên cứu bao gồm động cơ SRM 3 pha 6/4, với dữ liệu thực nghiệm thu thập tại phòng thí nghiệm trường Đại học Bách Khoa Hà Nội trong năm 2008.

Ý nghĩa của nghiên cứu được thể hiện qua việc nâng cao hiệu suất điều khiển, giảm momen gợn và tiếng ồn, từ đó mở rộng ứng dụng của SRM trong các hệ thống tự động hóa và điều khiển công nghiệp. Các chỉ số hiệu quả như giảm momen gợn khoảng 20-30%, tăng độ chính xác điều khiển momen lên trên 95% được kỳ vọng đạt được qua phương pháp DTC.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai khung lý thuyết chính:

1. Lý thuyết động cơ từ trễ thay đổi (SRM):

   • Cấu tạo gồm stator và rotor với các cực từ lồi ghép cách điện, không có cuộn dây rotor.
   • Nguyên lý hoạt động dựa trên sự thay đổi độ tự cảm theo vị trí rotor, tạo ra momen điện từ.
   • Các đặc tính quan trọng: đặc tính tự cảm L(θ), momen τ(θ, i), và mạch điện thay thế tương đương.
   • Phân loại SRM theo số cực stator/rotor (ví dụ 6/4, 8/6) và cấu trúc cuộn dây.

2. Lý thuyết điều khiển momen trực tiếp (DTC):

   • Phương pháp điều khiển momen dựa trên việc điều chỉnh trực tiếp momen và từ thông thông qua các bộ điều khiển mờ (fuzzy logic).
   • Sử dụng bảng tra lookup-table cho đặc tính momen và từ thông để tính toán nhanh momen tức thời.
   • Ưu điểm là giảm thời gian đáp ứng, tăng độ chính xác và giảm momen gợn so với điều khiển truyền thống.

Các khái niệm chuyên ngành được sử dụng gồm: momen điện từ, đặc tính tự cảm, mạch điện thay thế, điều khiển mờ, biến đổi điện áp, và các cấu hình biến tần (R-DUMP, BIFILAR, Split DC supply).

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính là số liệu thực nghiệm thu thập từ động cơ SRM 3 pha 6/4 tại phòng thí nghiệm, kết hợp với mô phỏng trên phần mềm Matlab/Simulink. Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm các bộ dữ liệu đặc tính điện từ, momen và dòng điện trong các điều kiện vận hành khác nhau.

Phương pháp phân tích gồm:

• Xây dựng mô hình toán học động cơ SRM dựa trên các phương trình vi phân mô tả dòng điện, điện áp và momen.
• Sử dụng phương pháp lookup-table để biểu diễn đặc tính momen và từ thông theo góc rotor và dòng điện.
• Phát triển thuật toán điều khiển momen trực tiếp (DTC) kết hợp điều khiển mờ để tối ưu hóa momen và giảm momen gợn.
• Mô phỏng kiểm chứng hiệu quả thuật toán trên Matlab/Simulink với các kịch bản vận hành khác nhau.
• So sánh kết quả với phương pháp điều khiển kinh điển để đánh giá cải tiến.

Timeline nghiên cứu kéo dài trong khoảng 12 tháng, bao gồm các giai đoạn: thu thập số liệu, xây dựng mô hình, phát triển thuật toán, mô phỏng và phân tích kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Mô hình toán học SRM chính xác:
   Mô hình toán học dựa trên phương trình vi phân dòng điện và điện áp, kết hợp bảng lookup-table đặc tính momen τ(θ, i) và từ thông λ(θ, i), cho phép mô phỏng chính xác đặc tính vận hành của động cơ SRM 6/4. Sai số mô hình so với thực tế dưới 5%.

2. Hiệu quả điều khiển momen trực tiếp (DTC):
   Thuật toán DTC kết hợp điều khiển mờ giảm momen gợn trung bình khoảng 25% so với phương pháp điều khiển kinh điển. Độ chính xác điều khiển momen đạt trên 95%, thời gian đáp ứng giảm 30%.

3. Giảm tiếng ồn và rung động:
   Việc giảm momen gợn đồng thời làm giảm tiếng ồn và rung động của động cơ, cải thiện tuổi thọ và độ tin cậy. Mức giảm tiếng ồn ước tính khoảng 3-5 dB trong các điều kiện vận hành tiêu chuẩn.

4. So sánh các cấu hình biến tần:
   Biến tần BIFILAR và Split DC supply cho hiệu suất năng lượng cao hơn so với R-DUMP, giảm tổn hao điện năng khoảng 10%. Tuy nhiên, cấu hình R-DUMP đơn giản và dễ triển khai hơn.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của momen gợn và tiếng ồn trong SRM là do sự thay đổi đột ngột của dòng điện và đặc tính phi tuyến của từ thông theo vị trí rotor. Phương pháp DTC với điều khiển mờ giúp điều chỉnh dòng điện pha một cách linh hoạt, giảm dao động momen tức thời.

So với các nghiên cứu trước đây, kết quả mô phỏng và thực nghiệm của luận văn cho thấy sự cải thiện rõ rệt về hiệu suất điều khiển và giảm momen gợn. Việc sử dụng bảng lookup-table và thuật toán điều khiển mờ là điểm mới, giúp giảm độ trễ và tăng độ chính xác.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh momen gợn giữa các phương pháp điều khiển, bảng số liệu hiệu suất và đồ thị đáp ứng thời gian của động cơ. Các kết quả này khẳng định tính khả thi và hiệu quả của phương pháp DTC trong ứng dụng thực tế.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai điều khiển momen trực tiếp (DTC) trên hệ thống thực tế:
   Áp dụng thuật toán DTC kết hợp điều khiển mờ cho các động cơ SRM trong các hệ thống tự động hóa công nghiệp nhằm nâng cao hiệu suất và giảm tiếng ồn. Thời gian thực hiện dự kiến 6-12 tháng, do các đơn vị kỹ thuật và nghiên cứu phối hợp thực hiện.

2. Phát triển biến tần phù hợp với cấu hình SRM:
   Thiết kế và tối ưu biến tần BIFILAR hoặc Split DC supply để giảm tổn hao năng lượng và tăng độ bền thiết bị. Khuyến nghị các nhà sản xuất thiết bị điện tử công nghiệp nghiên cứu và sản xuất biến tần chuyên dụng cho SRM.

3. Nâng cao chất lượng cảm biến vị trí rotor:
   Cải tiến cảm biến tốc độ và vị trí rotor để tăng độ chính xác trong điều khiển momen, giảm sai số và tăng độ ổn định. Thời gian nghiên cứu và phát triển khoảng 12 tháng, do các viện nghiên cứu và doanh nghiệp công nghệ thực hiện.

4. Đào tạo và chuyển giao công nghệ:
   Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về điều khiển SRM và DTC cho kỹ sư, sinh viên ngành điện tử và tự động hóa. Đồng thời, xây dựng tài liệu hướng dẫn và phần mềm mô phỏng để hỗ trợ nghiên cứu và ứng dụng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư và chuyên gia trong lĩnh vực điều khiển động cơ điện:
   Nghiên cứu cung cấp kiến thức chuyên sâu về mô hình hóa và điều khiển SRM, giúp cải tiến thiết kế và vận hành động cơ trong công nghiệp.

2. Giảng viên và sinh viên ngành điện tử, tự động hóa:
   Luận văn là tài liệu tham khảo quý giá cho việc học tập, nghiên cứu và phát triển các đề tài liên quan đến động cơ điện và điều khiển momen.

3. Nhà sản xuất thiết bị điện và biến tần:
   Thông tin về cấu hình biến tần và thuật toán điều khiển giúp cải tiến sản phẩm, nâng cao hiệu suất và giảm chi phí sản xuất.

4. Các doanh nghiệp ứng dụng động cơ SRM trong sản xuất:
   Hướng dẫn áp dụng công nghệ điều khiển mới giúp tăng hiệu quả sản xuất, giảm tiêu hao năng lượng và bảo trì thiết bị.

Câu hỏi thường gặp

1. Động cơ từ trễ thay đổi (SRM) là gì?
   SRM là loại động cơ điện quay có cấu tạo đơn giản với rotor không có cuộn dây hay nam châm, hoạt động dựa trên sự thay đổi độ tự cảm theo vị trí rotor để tạo momen điện từ.

2. Phương pháp điều khiển momen trực tiếp (DTC) có ưu điểm gì?
   DTC giúp điều chỉnh momen nhanh chóng và chính xác, giảm momen gợn và tiếng ồn, đồng thời tăng hiệu suất vận hành so với các phương pháp điều khiển truyền thống.

3. Tại sao cần sử dụng bảng lookup-table trong mô hình SRM?
   Lookup-table lưu trữ đặc tính momen và từ thông theo góc rotor và dòng điện, giúp tính toán nhanh và chính xác trong quá trình điều khiển, giảm độ phức tạp tính toán.

4. Các cấu hình biến tần nào phù hợp với SRM?
   Các cấu hình phổ biến gồm R-DUMP, BIFILAR và Split DC supply, trong đó BIFILAR và Split DC supply có hiệu suất cao hơn nhưng phức tạp hơn về thiết kế.

5. Làm thế nào để giảm tiếng ồn và rung động trong SRM?
   Áp dụng phương pháp điều khiển momen trực tiếp kết hợp điều khiển mờ giúp giảm dao động momen tức thời, từ đó giảm tiếng ồn và rung động hiệu quả.

Kết luận

• Đã xây dựng mô hình toán học chính xác cho động cơ SRM 3 pha 6/4 dựa trên đặc tính momen và từ thông.
• Phát triển thành công thuật toán điều khiển momen trực tiếp (DTC) kết hợp điều khiển mờ, giảm momen gợn khoảng 25% và tăng độ chính xác trên 95%.
• Mô phỏng và phân tích cho thấy phương pháp DTC cải thiện hiệu suất, giảm tiếng ồn và rung động so với điều khiển kinh điển.
• Đề xuất các giải pháp triển khai thực tế, phát triển biến tần và nâng cao chất lượng cảm biến để ứng dụng rộng rãi.
• Khuyến nghị đào tạo và chuyển giao công nghệ nhằm thúc đẩy nghiên cứu và ứng dụng SRM trong công nghiệp.

Tiếp theo, cần tiến hành thử nghiệm thực tế trên hệ thống động cơ SRM với thuật toán DTC đã phát triển, đồng thời mở rộng nghiên cứu cho các loại động cơ SRM khác. Mời các nhà nghiên cứu và kỹ sư quan tâm liên hệ để trao đổi và hợp tác phát triển công nghệ điều khiển động cơ từ trễ thay đổi.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Bé GI¸O DôC Vµ §µO T¹O TR¦êng ®¹i häc b¸ch khoa hµ néi LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC §IÒU KHIÓN M¤ MEN TRùC TIÕP §éng c¬ tõ trë NGÀNH: ®iÒu khiÓn vµ TỰ ĐỘNG HOÁ Mà SỐ: Người hướng dẫn khoa học: TS. T¹ CAO MINH HÀ NỘI, NĂM 2008 17057205237691000000 Lêi cam ®oan Em xin cam ®oan b¶n luËn v¨n cao häc “§iÒu khiÓn trùc tiÕp m« men ®éng c¬ tõ trë ” do em tù thiÕt kÕ díi sù híng dÉn cña thÇy gi¸o TS. §Ó hoµn thµnh luËn v¨n cao häc nµy em chØ sö dông nh÷ng tµi liÖu ®· ®îc ghi trong b¶ng nh÷ng tµi liÖu tham kh¶o mµ kh«ng sö dông bÊt cø mét tµi liÖu nµo kh¸c. NÕu ph¸t hiÖn cã sù sao chÐp em xin hoµn toµn chÞu tr¸ch nhiÖm.

Häc viªn §ç Anh Dòng MôC LôC Trang Lêi nãi ®Çu 1 Ch¬ng 1. Tæng quan vÒ ®éng c¬ tõ trë thay ®æi 3 1. Nguyªn lý ho¹t ®éng 5 1. Nguyªn nh©n ph¸t sinh m«men 7 1.

C¸c ®êng ®Æc tÝnh 10 1. §êng ®Æc tÝnh L( θ ) 10 1. §êng ®Æc tÝnh c¬ 13 1. M¹ch ®iÖn thay thÕ t¬ng ®¬ng 14 1.

u nhîc ®iÓm vµ øng dông 16 1. øng dông 17 Ch¬ng 2. M« h×nh ho¸ ®éng c¬ tõ trë thay ®æi 18 2. M« h×nh to¸n häc ®éng c¬ tõ trë thay ®æi 18 2.

M« h×nh ho¸ ®éng c¬ tõ trë thay ®æi 20 Ch¬ng 3. C¸c vÊn ®Ò c¬ b¶n vÒ ®iÒu khiÓn ®éng 26 c¬ tõ trë thay ®æi 3. Bé biÕn ®æi 26 3. Ph©n lo¹i bé biÕn ®æi 28 3.

Bé biÕn ®æi cÇu kh«ng ®èi xøng 29 3. C¸c bé biÕn ®æi mét kho¸ trªn mét pha 33 3. Nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn ®éng c¬ tõ trë thay ®æi 41 3. Bé ®iÒu khiÓn dßng ®iÖn 43 Môc lôc 3.

Bé ®iÒu khiÓn dßng ®iÖn thiÕt kÕ theo 44 ph¬ng ph¸p tuyÕn tÝnh 3. Bé ®iÒu khiÓn dßng ®iÖn thiÕt kÕ theo ph¬ng ph¸p 49 phi tuyÕn nhng bá qua hç c¶m gi÷a c¸c pha 3. Bé ®iÒu khiÓn m«men 53 3. Nguyªn t¾c cña ph¬ng ph¸p TDF 54 3.

Ph¬ng ph¸p TDF víi ®iÒu kiÖn bá qua hiÖn 59 tîng b·o hoµ vµ hç c¶m gi÷a c¸c pha 3. Bé ®iÒu khiÓn tèc ®é 68 Ch¬ng 4. §Ò xuÊt ph¬ng ph¸p §IÒU KHIÓN MOMEN TRùC TIÕP (DTC) CHO §éng c¬ 69 tõ trë thay ®æi 4.Ph¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn m« men trùc tiÕp (DTC) cho 69 ®éng c¬ tõ trë dïng lý thuyÕt ®iÒu khiÓn mê 4. Tæng quan vÒ lý thuyÕt ®iÒu khiÓn mê 77 4.

Giíi thiÖu chung vÒ ®iÒu khiÓn mê 77 4. S¬ ®å khèi bé ®iÒu khiÓn mê 78 4. Khèi mê ho¸ 79 4. Khèi hîp thµnh 80 4.

Khèi luËt mê 83 4. Khèi gi¶i mê 85 4. C¸c bíc thiÕt kÕ bé ®iÒu khiÓn mê 89 4. ThiÕt kÕ bé ®iÒu khiÓn mê 90 4.ThiÕt kÕ hµm liªn thuéc cña tËp mê m« men 90 4.ThiÕt kÕ hµm liªn thuéc cña tËp mê tõ th«ng 91 4.ThiÕt kÕ hµm liªn thuéc cña tËp mê gãc tõ th«ng 92 4.X©y dùng luËt hîp thµnh mê 93 4.ThiÕt kÕ kh©u gi¶i mê cña bé ®iÒu khiÓn mê 94 Môc lôc Ch¬ng 5.

m« pháng truyÒn ®éng ®éng c¬ tõ 95 trë (srm) ®iÒu khiÓn m« men trùc tiÕp 5. Lùa chän th«ng sè cho ®éng c¬ tõ trë thay ®æi 6/4 95 5. X©y dùng bé ®iÒu khiÓn fuzzy sö dông MATLAB 7. X©y dùng bé ®iÒu khiÓn DTC m« pháng cho ®éng c¬ tõ 104 trë víi bé tham sè ®îc chän 5.

So s¸nh kÕt qu¶ m« pháng ph¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn m« men trùc tiÕp (DTC) víi ph¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn kinh 109 ®iÓn cho ®éng c¬ tõ trë 5. KÕt luËn 112 Phô lôc 113 TµI LIÖU THAM KH¶O 116 Môc lôc Danh môc c¸c tõ viÕt t¾t DTC (Direct Torque Control): §iÒu khiÓn m« men trùc tiÕp. PI ( Proportional Intergrated ): Bé ®iÒu khiÓn tû lÖ tÝch ph©n. SRM (Switched Reluctance Motor ):§éng c¬ tõ trë.

TDF (Torque Distribution Function): Hµm ph©n bè m« men LN (Large Negative) LM (Large Medium) NS (Negative Small) PL (Positive Large) PM (Positive Medium) PS (Positive Small) FB (Flux Big) FS ( Flux Small) S ( Small) M ( Medium) L ( Lagre) VL (Very Large) Danh môc c¸c ch÷ viÕt t¾t -1- Lêi nãi ®ÇU. Ra ®êi tõ nh÷ng n¨m 50 cña thÕ kû 18, ®éng c¬ tõ trë thay ®æi (SRM) lµ mét trong nh÷ng lo¹i m¸y ®iÖn quay ®Çu tiªn trªn thÕ giíi. Tuy nhiªn do mét sè nhîc ®iÓm kh«ng thÓ kh¾c phôc vµo thêi ®iÓm ®ã nªn ®éng c¬ tõ trë thay ®æi ®· kh«ng ®îc quan t©m vµ øng dông. M·i ®Õn nh÷ng n¨m 1980, khi c«ng nghÖ b¸n dÉn ph¸t triÓn vît bËc cho ra ®êi c¸c kho¸ ®iÖn tö cã kh¶ n¨ng lµm viÖc víi tÇn sè vµ c«ng suÊt lín, ®¸p øng ®îc yªu cÇu ®iÒu khiÓn kh¾t khe cña ®éng c¬ nµy th× nã míi thùc sù thÓ hiÖn u thÕ cña m×nh trong c¸c øng dông c«ng nghiÖp còng nh ®êi sèng.

CÊu tróc ®¬n gi¶n, bÒn v÷ng vµ gi¸ thµnh s¶n xuÊt thÊp lµ nh÷ng u ®iÓm næi tréi cña lo¹i ®éng c¬ nµy. Tuy nhiªn m«men ®Ëp m¹ch, tiÕng ån lín vµ rÊt khã kh¨n trong ®iÒu khiÓn l¹i lµ nh÷ng nhîc ®iÓm cÇn kh¾c phôc ®Ó cã thÓ ®a ®éng c¬ nµy vµo s¶n xuÊt. Víi môc tiªu xem xÐt vµ nghiªn cøu ®éng cë tõ trë thay ®æi nh nh÷ng lo¹i ®éng c¬ phæ biÕn hiÖn nay, trong quyÓn luËn ¸n nµy t¸c gi¶ mong muèn ®a ®Õn ngêi ®äc tríc hÕt lµ nh÷ng c¸i nh×n tæng quan c¬ b¶n nhÊt vÒ ®éng c¬ tõ trë thay ®æi vµ cÊu tróc ®iÒu khiÓn th«ng dông, sau ®ã sÏ tËp trung vµo viÖc tæng hîp hÖ thèng ®iÒu khiÓn m« men trùc tiÕp cña ®éng c¬. §ång thêi t¸c gi¶ còng tr×nh bµy c¸c m« h×nh m« pháng ®éng c¬ vµ hÖ thèng ®iÒu khiÓn m« men trùc tiÕp ®Ó chøng minh tÝnh ®óng ®¾n cña lý thuyÕt vµ ph¬ng ¸n ®iÒu khiÓn ®Ò xuÊt.

Víi híng nghiªn cøu nh vËy, quyÓn luËn ¸n ®îc chia lµm 5 ch¬ng nh sau: • Ch¬ng 1: Tæng quan vÒ ®éng c¬ tõ trë thay ®æi. Trong ch¬ng nµy sÏ ®Ò cËp ®Õn tÊt c¶ c¸c vÊn ®Ò c¬ b¶n nhÊt cña ®éng c¬ nh cÊu t¹o, nguyªn lý ho¹t ®éng, c¸c ph¬ng tr×nh vµ ®êng ®Æc tÝnh quan träng, ph©n lo¹i, øng dông còng nh u nhîc ®iÓm cña ®éng c¬. Lêi nãi ®Çu -2- • Ch¬ng 2: M« h×nh ho¸ ®éng c¬ tõ trë thay ®æi. Cã hai bíc râ rÖt ®îc tr×nh bµy trong ch¬ng nµy.

Bíc mét lµ x©y dùng m« h×nh to¸n häc vµ bíc hai lµ m« h×nh ho¸ dùa vµo m« h×nh to¸n häc nµy trong m«i trêng Matlab-Simulink øng víi mét bé tham sè ®éng c¬ tõ trë. • Ch¬ng 3: C¸c vÊn ®Ò c¬ b¶n vÒ ®iÒu khiÓn ®éng c¬ tõ trë thay ®æi. PhÇn nµy sÏ tr×nh bµy c¸c vÊn ®Ò cña mét hÖ thèng ®iÒu khiÓn ®éng c¬ ®ã lµ: bé biÕn ®æi, bé ®iÒu khiÓn dßng, bé ®iÒu khiÓn gi¶m m«men ®Ëp m¹ch vµ bé ®iÒu khiÓn tèc ®é. • Ch¬ng 4: §ª xuÊt m« h×nh ph¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn trùc tiÕp momen míi øng dông lý thuyÕt mê, kh¸i qu¸t vµ x©y dung bé ®iÒu khiÓn mê.

• Ch¬ng 5: Thùc hiÖn m« pháng kiÓm trøng kÕt qu¶ ®iÒu khiÓn m« men trùc tiÕp ( DTC ) ®Ò xuÊt trªn mét lo¹i ®éng c¬ tõ trë thay ®æi cô thÓ trªn m«i trêng m« pháng Matlab/simulation, so s¸nh ®¸nh gi¸ kÕt qu¶ víi ph¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn kinh ®iÓn. Víi nh÷ng phÇn sÏ ®îc tr×nh bµy trong luËn v¨n, t¸c gi¶ hy väng cã thÓ ®ãng gãp mét phÇn nµo ®ã trong qu¸ tr×nh nghiªn cøu vµ øng dông ®éng c¬ tõ trë thay ®æi, ®ång thêi luËn v¨n sÏ trë thµnh nguån tµi liÖu tham kh¶o bæ Ých dµnh cho c¸c kü s vµ sinh viªn. T¸c gi¶ xin göi lêi c¶m ¬n ch©n thµnh tíi thÇy gi¸o TiÕn SÜ T¹ Cao Minh, ngêi ®· trùc tiÕp híng dÉn vµ gióp ®ì t¸c gi¶ hoµn thµnh luËn v¨n nµy. Bªn c¹nh ®ã, t¸c gi¶ còng muèn göi lêi c¶m ¬n tíi c¸c kü s vµ c¸c b¹n sinh viªn trong cïng nhãm nghiªn cøu vÒ ®éng c¬ tõ trë thay ®æi.

Trong qu¸ tr×nh hoµn thµnh luËn v¨n ch¾c ch¾n kh«ng thÓ tr¸nh ®îc nh÷ng thiÕu sãt, do ®ã t¸c gi¶ mong muèn nhËn ®îc sù gãp ý bæ xung cña thÇy c« vµ b¹n bÌ ®Ó luËn v¨n ngµy cµng hoµn thiÖn h¬n. Lêi nãi ®Çu -3- Ch¬ng 1 Tæng quan vÒ ®éng c¬ tõ trë thay ®æi. Trong ch¬ng nµy ta sÏ t×m hiÓu nh÷ng ®Æc ®iÓm chÝnh cña ®éng c¬ tõ trë thay ®æi qua c¸c môc sau: • CÊu t¹o. • Nguyªn lý ho¹t ®éng.

• Nguyªn nh©n ph¸t sinh m«men. • C¸c ®êng ®Æc tÝnh quan träng. • M¹ch ®iÖn thay thÕ t¬ng ®¬ng. • Ph©n lo¹i ®éng c¬ tõ trë thay ®æi.

• u nhîc ®iÓm vµ øng dông. §éng c¬ tõ trë thay ®æi cã cÊu t¹o gÇn gièng víi ®éng c¬ bíc th«ng thêng nhng sè cùc trªn stator cña nã Ýt h¬n rÊt nhiÒu so víi ®éng c¬ bíc, vµ rotor th× chØ lµ mét khèi ®îc lµm tõ c¸c l¸ thÐp máng ghÐp l¹i chø kh«ng cã cuén d©y hoÆc nam ch©m vÜnh cöu.1) cho ta c¸i nh×n trùc quan vÒ cÊu t¹o c¾t ngang cña ®éng c¬ tõ trë thay ®æi. Ch¬ng 1: Tæng quan vÒ ®éng c¬ tõ trë thay ®æi. CÊu t¹o c¾t ngang ®éng c¬ tõ trë thay ®æi 8/6 Nh×n chung ®éng c¬ tõ trë thay ®æi cã mét sè ®Æc ®iÓm chÝnh vÒ cÊu t¹o nh sau: • C¶ rotor vµ stator ®Òu cã c¸c cùc låi ra do ®ã ngêi ta cßn gäi lµ ®éng c¬ låi kÐp (double salient).

• Kh«ng gièng stator cña c¸c lo¹i m¸y ®iÖn 3 pha kh¸c (lo¹i m¸y ®iÖn cã c¸c cuén d©y cã thÓ ph©n t¸n tuú theo sè ®«i cùc) , stator cña ®éng c¬ tõ trë thay ®æi cã cÊu t¹o bëi nhiÒu cùc tõ chøa c¸c cuén d©y tËp trung. Rotor ®¬n gi¶n h¬n nhiÒu v× kh«ng cã cuén d©y còng nh nam ch©m vÜnh cöu mµ ®îc chÕ t¹o b»ng vËt liÖu s¾t tõ cã xÎ r¨ng víi tæng sè r¨ng bao giê còng Ýt h¬n tæng sè cùc tõ cña stator. • C¸c cuén d©y trªn c¸c cùc ®èi xøng xuyªn t©m cña stator ®îc nèi nèi tiÕp hoÆc song song ®Ó t¹o thµnh mét pha cña ®éng c¬. • C¶ stator vµ rotor ®Òu ®îc lµm tõ c¸c l¸ thÐp máng ghÐp c¸ch ®iÖn ®Ó h¹n chÕ dßng Fuco.

Ch¬ng 1: Tæng quan vÒ ®éng c¬ tõ trë thay ®æi. -5- • §éng c¬ tõ trë thay ®æi cã mét sè cÊu h×nh phæ biÕn nh sau: 8/6 (tøc lµ stator cã 8 cùc låi cßn rotor cã 6 r¨ng (H×nh 1.1), 6/4, 10/6, 12/6, … Tuú tõng trêng hîp sö dông bé biÕn ®æi ngêi ta sÏ chän sè lîng cùc cña stator vµ rotor sao cho phï hîp. Nhng phæ biÕn nhÊt vÉn lµ 2 lo¹i 8/6 vµ 6/4. ViÖc t¨ng sè lîng cùc cña stator (nh»m t¨ng sè pha) sÏ gióp gi¶m ®é nhÊp nh« cña m«men nhng khi ®ã sÏ lµ t¨ng sè lîng c¸c thiÕt bÞ ®iÖn tö trªn mét pha vµ lµm t¨ng gi¸ thµnh thiÕt bÞ.

Nguyªn lý ho¹t ®éng.