Luận văn thạc sĩ về điều khiển thích nghi động cơ không đồng bộ ba pha tại HCMUTE

Khám phá luận văn thạc sĩ HCMUTE về điều khiển thích nghi động cơ không đồng bộ ba pha, ứng dụng và giải pháp công nghệ tiên tiến.

• Tác giả: Nguyễn Đại Lợi
• Người hướng dẫn: PGS.TS Lê Minh Phương
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện
• Đề tài: Điều Khiển Thích Nghi Động Cơ Không Đồng Bộ Ba Pha
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• 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
• 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)
• 3.4.2. Nguyên tắc điều khiển của phương pháp DTC
• 3.5. Phương pháp điều khiển định hướng trường (FOC)
• 3.5.2. Phương pháp điều khiển định hướng từ thông rotor gián tiếp (IRFOC)
• 3.5.3. 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)
• 4.2. Ước lượng tốc độ dùng mô hình tham chiếu thích nghi (MRAS)
• 4.2.1. Mô hình ước lượng tốc độ dùng mô hình tham chiếu thích nghi (MRAS) cơ bản
• 4.2.2. Mô hình MRAS ước lượng tốc độ khi thay đổi thông số động cơ (Ts)
• 4.2.2.1. Phương trình tham chiếu
• 4.2.2.2. Bộ quan sát từ thông vòng kín Luenberger
• 4.2.2.3. Phương trình hiệu chỉnh
• 4.2.2.4. Luật hiệu chỉnh trên cơ sở lý thuyết ổn định Popov
• 4.3. Cơ sở lý thuyết điều khiển sensorless
• 4.3.1. Một số mô hình sensorless
• 4.3.1.1. Tính toán độ trượt
• 4.3.1.2. Ước lượng tốc độ vòng hở và sử dụng mô hình động cơ
• 4.3.1.3. 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
• 5.2.6. 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

Tóm tắt

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

Nghiên cứu về điều khiển thích nghi cho động cơ không đồng bộ ba pha tại HCMUTE tập trung vào việc cải thiện hiệu suất và độ chính xác trong điều khiển động cơ. Động cơ không đồng bộ được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp nhờ vào những ưu điểm như khởi động đơn giản và chi phí thấp. Tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất của nó là đặc tính cơ phi tuyến, điều này gây khó khăn trong việc điều khiển chính xác. Việc áp dụng các phương pháp điều khiển hiện đại như công nghệ điều khiển và hệ thống điều khiển đã giúp cải thiện đáng kể hiệu suất của động cơ. Đặc biệt, việc loại bỏ cảm biến tốc độ (sensorless) đã trở thành xu hướng phát triển trong ngành công nghiệp, giúp giảm chi phí và đơn giản hóa quy trình lắp đặt.

1.1. Mô hình động cơ không đồng bộ

Mô hình động cơ không đồng bộ ba pha được xây dựng dựa trên các đại lượng 3 pha ở dạng vector không gian. Hệ trục tọa độ tĩnh (α, β) và hệ trục tọa độ quay (d, q) được sử dụng để mô tả các trạng thái của động cơ. Mô hình này cho phép phân tích và điều khiển động cơ một cách hiệu quả hơn. Việc xây dựng mô hình toán trong Matlab_Simulink giúp mô phỏng và kiểm tra các phương pháp điều khiển khác nhau, từ đó đưa ra các giải pháp tối ưu cho việc điều khiển động cơ trong thực tế.

1.2. Các phương pháp điều khiển động cơ không đồng bộ

Có nhiều phương pháp điều khiển động cơ không đồng bộ, trong đó phương pháp điều khiển vectơ (FOC) và điều khiển trực tiếp moment (DTC) là hai phương pháp phổ biến nhất. Phương pháp FOC cho phép điều khiển độc lập từ thông và moment, trong khi DTC cung cấp hiệu suất cao hơn trong việc điều khiển động cơ. Tuy nhiên, cả hai phương pháp này đều gặp khó khăn khi thông số động cơ thay đổi, đặc biệt là trong các ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao. Việc áp dụng các bộ quan sát tốc độ như Model Reference Adaptive Systems (MRAS) giúp cải thiện độ chính xác trong điều khiển, đặc biệt là trong các điều kiện không ổn định.

II. Nghiên cứu ứng dụng điều khiển sensorless

Nghiên cứu về điều khiển sensorless cho động cơ không đồng bộ ba pha tại HCMUTE đã chỉ ra rằng việc loại bỏ cảm biến tốc độ không chỉ giúp giảm chi phí mà còn đơn giản hóa quy trình bảo trì. Các phương pháp điều khiển sensorless hiện nay đang được phát triển mạnh mẽ, với nhiều nghiên cứu tập trung vào việc ước lượng tốc độ và từ thông mà không cần sử dụng cảm biến. Điều này đặc biệt quan trọng trong các ứng dụng công nghiệp, nơi mà độ tin cậy và hiệu suất là rất cần thiết.

2.1. Ước lượng tốc độ và từ thông

Việc ước lượng tốc độ và từ thông trong điều khiển sensorless thường sử dụng các mô hình động cơ và các bộ quan sát. Các bộ quan sát vòng kín như Kalman filter và các bộ quan sát dựa trên mô hình động cơ đã được chứng minh là hiệu quả trong việc cải thiện độ chính xác của việc ước lượng. Tuy nhiên, việc thiết kế các bộ quan sát này cần phải cân nhắc đến sự nhạy cảm của các thông số động cơ, điều này có thể ảnh hưởng đến hiệu suất của hệ thống điều khiển.

2.2. Thực nghiệm và kết quả

Các thí nghiệm thực tế đã chỉ ra rằng việc áp dụng điều khiển sensorless cho động cơ không đồng bộ ba pha có thể đạt được hiệu suất cao trong nhiều điều kiện làm việc khác nhau. Kết quả mô phỏng cho thấy rằng động cơ hoạt động ổn định ngay cả khi điện trở stator thay đổi, điều này chứng tỏ tính khả thi của phương pháp điều khiển thích nghi trong thực tế. Việc áp dụng các phương pháp điều khiển hiện đại không chỉ giúp nâng cao hiệu suất mà còn mở ra hướng đi mới cho các nghiên cứu trong lĩnh vực điều khiển động cơ.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Động cơ không đồng bộ ba pha hiện chiếm hơn 90% thị phần trong các hệ thống truyền động công nghiệp nhờ ưu điểm như giá thành thấp, vận hành tin cậy, kích thước nhỏ gọn và khả năng làm việc trong môi trường khắc nghiệt. Theo ước tính, việc điều khiển chính xác tốc độ động cơ không đồng bộ đóng vai trò then chốt trong tự động hóa công nghiệp hiện đại, đặc biệt trong các dây chuyền sản xuất, băng tải, máy nghiền và thiết bị dân dụng như quạt gió, tủ lạnh. Tuy nhiên, đặc tính phi tuyến của động cơ không đồng bộ gây khó khăn cho việc điều khiển chính xác, nhất là khi thông số động cơ thay đổi do nhiệt độ làm tăng điện trở stator.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là phát triển giải thuật điều khiển thích nghi cho động cơ không đồng bộ ba pha, tập trung vào phương pháp điều khiển sensorless sử dụng mô hình tham chiếu thích nghi (MRAS) để ước lượng tốc độ rotor và quan sát điện trở stator theo thời gian. Phạm vi nghiên cứu bao gồm mô hình toán học động cơ, xây dựng bộ quan sát tốc độ vòng kín, mô phỏng trên Matlab/Simulink và so sánh hiệu quả với phương pháp điều khiển định hướng trường (DFOC). Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc giảm chi phí, đơn giản hóa lắp đặt và bảo trì hệ thống truyền động, đồng thời nâng cao độ ổn định và chính xác trong điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai khung lý thuyết chính: mô hình toán học động cơ không đồng bộ ba pha và phương pháp điều khiển thích nghi MRAS. Mô hình toán học được xây dựng trên hệ tọa độ αβ và dq, mô tả động cơ qua các phương trình trạng thái điện áp, dòng điện và từ thông, đồng thời tính toán momen điện từ. Các khái niệm chính bao gồm:

• Hệ tọa độ αβ và dq: chuyển đổi Clark và Park để biểu diễn các đại lượng ba pha thành vectơ không gian và tọa độ quay, giúp đơn giản hóa mô hình và điều khiển.
• Điện trở stator (Rs) và điện cảm (Ls, Lr, Lm): các thông số quan trọng ảnh hưởng đến đặc tính động cơ và độ chính xác của bộ quan sát.
• Mô hình tham chiếu thích nghi (MRAS): kỹ thuật ước lượng tốc độ rotor dựa trên so sánh giữa mô hình tham chiếu và mô hình điều chỉnh, cho phép thích nghi với sự thay đổi thông số động cơ.
• Điều khiển định hướng trường (FOC): phương pháp điều khiển vector cho phép điều khiển độc lập từ thông và momen, được sử dụng làm chuẩn so sánh.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính là các thông số kỹ thuật động cơ không đồng bộ ba pha, dữ liệu mô phỏng thu thập từ phần mềm Matlab/Simulink. Phương pháp nghiên cứu bao gồm:

• Xây dựng mô hình toán học động cơ trên hệ tọa độ αβ và dq, dựa trên các phương trình vi phân trạng thái.
• Phát triển bộ quan sát tốc độ vòng kín MRAS, kết hợp quan sát từ thông vòng kín Luenberger và ước lượng điện trở stator thích nghi theo thời gian.
• Mô phỏng hệ thống điều khiển trên Matlab/Simulink, so sánh hiệu quả giữa phương pháp điều khiển thích nghi MRAS và phương pháp DFOC truyền thống.
• Timeline nghiên cứu kéo dài từ tháng 10/2012 đến tháng 10/2014, bao gồm thu thập tài liệu, xây dựng mô hình, thiết kế giải thuật, mô phỏng và phân tích kết quả.

Cỡ mẫu nghiên cứu là mô hình động cơ tiêu chuẩn với các thông số thực tế, lựa chọn phương pháp phân tích dựa trên tính khả thi và độ chính xác trong điều kiện thông số động cơ thay đổi do nhiệt độ.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiệu quả ước lượng tốc độ rotor bằng MRAS thích nghi: Bộ quan sát MRAS kết hợp ước lượng điện trở stator theo thời gian giúp giảm sai số ước lượng tốc độ rotor xuống dưới 5% trong điều kiện điện trở stator thay đổi đến 20% do nhiệt độ tăng. So với phương pháp DFOC truyền thống, sai số giảm khoảng 30%.

2. Ổn định điều khiển trong điều kiện thay đổi tải và thông số: Mô phỏng cho thấy hệ thống điều khiển thích nghi duy trì được tốc độ ổn định với biến thiên tải từ 0 đến 150% tải định mức, tốc độ rotor giữ sai số dưới 3%, trong khi phương pháp DFOC có sai số lên đến 8%.

3. Giảm tổn hao và tăng hiệu suất vận hành: Việc ước lượng chính xác điện trở stator giúp tính toán từ thông chính xác hơn, giảm tổn hao điện năng khoảng 10% so với điều khiển không thích nghi, đồng thời cải thiện đáp ứng động cơ ở vùng tốc độ thấp.

4. Tính khả thi của mô hình trên Matlab/Simulink: Mô hình mô phỏng thể hiện rõ ràng các đặc tính động cơ và phản ứng của bộ điều khiển, cho phép trực quan hóa qua biểu đồ tốc độ, momen và dòng điện, hỗ trợ đánh giá hiệu quả giải thuật.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của sự cải thiện là do bộ quan sát MRAS thích nghi có khả năng điều chỉnh tham số điện trở stator theo thời gian thực, khắc phục nhược điểm của các bộ quan sát vòng hở truyền thống vốn không thích nghi với sự thay đổi thông số. Kết quả phù hợp với các nghiên cứu quốc tế về điều khiển sensorless động cơ không đồng bộ, đồng thời mở rộng ứng dụng trong điều kiện thực tế có biến đổi nhiệt độ và tải.

So sánh với phương pháp DFOC truyền thống, điều khiển thích nghi MRAS không chỉ nâng cao độ chính xác mà còn giảm chi phí do không cần cảm biến tốc độ, đồng thời đơn giản hóa hệ thống bảo trì. Việc mô phỏng trên Matlab/Simulink cũng chứng minh tính khả thi và hiệu quả của giải thuật trong môi trường ảo, tạo tiền đề cho ứng dụng thực tế.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai bộ điều khiển thích nghi MRAS trong các hệ thống truyền động công nghiệp nhằm giảm chi phí và tăng độ ổn định vận hành, đặc biệt trong các nhà máy có điều kiện nhiệt độ biến đổi. Thời gian thực hiện dự kiến 6-12 tháng, do các đơn vị kỹ thuật điện và tự động hóa đảm nhận.

2. Phát triển phần mềm mô phỏng và huấn luyện sử dụng Matlab/Simulink cho kỹ sư vận hành và bảo trì, giúp nâng cao năng lực vận hành hệ thống điều khiển sensorless. Thời gian triển khai 3-6 tháng, phối hợp giữa các trường đại học và doanh nghiệp.

3. Nâng cấp hệ thống điều khiển hiện có bằng việc tích hợp bộ quan sát điện trở stator thích nghi để cải thiện hiệu suất và độ chính xác, giảm tổn hao năng lượng. Chủ thể thực hiện là các nhà sản xuất biến tần và thiết bị điều khiển, trong vòng 1 năm.

4. Tiếp tục nghiên cứu mở rộng ứng dụng điều khiển thích nghi cho các loại động cơ khác và trong điều kiện môi trường khắc nghiệt hơn, nhằm đa dạng hóa giải pháp điều khiển sensorless. Thời gian nghiên cứu 2-3 năm, do các viện nghiên cứu và trường đại học chủ trì.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư và chuyên gia tự động hóa công nghiệp: Nắm bắt kiến thức về điều khiển sensorless và giải thuật MRAS để áp dụng trong thiết kế và vận hành hệ thống truyền động.

2. Giảng viên và sinh viên ngành kỹ thuật điện, điện tử: Sử dụng luận văn làm tài liệu tham khảo chuyên sâu về mô hình động cơ không đồng bộ và các phương pháp điều khiển hiện đại.

3. Nhà sản xuất biến tần và thiết bị điều khiển động cơ: Tham khảo để phát triển sản phẩm tích hợp bộ điều khiển thích nghi, nâng cao tính cạnh tranh và hiệu quả sử dụng.

4. Các nhà nghiên cứu trong lĩnh vực điều khiển tự động và điện công nghiệp: Khai thác kết quả nghiên cứu để phát triển các giải pháp điều khiển mới, mở rộng ứng dụng trong công nghiệp.

Câu hỏi thường gặp

1. Điều khiển sensorless là gì và tại sao cần loại bỏ cảm biến tốc độ?
   Điều khiển sensorless là kỹ thuật ước lượng tốc độ rotor mà không dùng cảm biến vật lý như encoder, giúp giảm chi phí, đơn giản hóa lắp đặt và bảo trì. Ví dụ, trong các hệ thống công nghiệp lớn, việc loại bỏ cảm biến giúp tăng độ bền và giảm rủi ro hỏng hóc.

2. MRAS hoạt động như thế nào trong ước lượng tốc độ rotor?
   MRAS sử dụng hai mô hình tham chiếu và điều chỉnh để so sánh và hiệu chỉnh tốc độ ước lượng dựa trên tín hiệu đầu vào và đầu ra của động cơ, từ đó thích nghi với sự thay đổi thông số. Ví dụ, khi điện trở stator tăng do nhiệt độ, MRAS tự động điều chỉnh để giữ độ chính xác.

3. Ưu điểm của phương pháp điều khiển thích nghi so với DFOC truyền thống là gì?
   Phương pháp thích nghi giảm sai số ước lượng tốc độ, tăng độ ổn định khi thông số động cơ thay đổi, đồng thời không cần cảm biến tốc độ, giúp giảm chi phí và phức tạp hệ thống.

4. Mô hình toán học động cơ không đồng bộ được xây dựng dựa trên những giả định nào?
   Giả định động cơ ba pha đối xứng, không bão hòa từ, tổn hao lõi và dòng xoáy không đáng kể, từ trường phân bố hình sin và các cuộn dây kết nối sao cân bằng. Điều này giúp đơn giản hóa mô hình và phù hợp với điều kiện vận hành thực tế.

5. Làm thế nào để áp dụng kết quả nghiên cứu vào thực tế?
   Có thể tích hợp bộ điều khiển MRAS vào biến tần hiện có hoặc phát triển biến tần mới, đồng thời đào tạo kỹ thuật viên vận hành và bảo trì sử dụng phần mềm mô phỏng để tối ưu hóa hiệu quả vận hành.

Kết luận

• Luận văn đã xây dựng thành công mô hình toán học và bộ quan sát MRAS thích nghi cho động cơ không đồng bộ ba pha, giúp ước lượng chính xác tốc độ rotor trong điều kiện thay đổi thông số.
• Phương pháp điều khiển thích nghi MRAS giảm sai số ước lượng tốc độ xuống dưới 5%, cải thiện độ ổn định và hiệu suất vận hành so với phương pháp DFOC truyền thống.
• Mô phỏng trên Matlab/Simulink chứng minh tính khả thi và hiệu quả của giải thuật trong môi trường ảo, hỗ trợ ứng dụng thực tế.
• Đề xuất triển khai bộ điều khiển thích nghi trong các hệ thống công nghiệp nhằm giảm chi phí và nâng cao độ tin cậy.
• Các bước tiếp theo bao gồm phát triển phần mềm huấn luyện, nâng cấp thiết bị điều khiển và mở rộng nghiên cứu cho các loại động cơ khác.

Quý độc giả và các chuyên gia trong lĩnh vực kỹ thuật điện được khuyến khích áp dụng và phát triển thêm các giải pháp điều khiển thích nghi nhằm nâng cao hiệu quả và độ bền của hệ thống truyền động công nghiệp.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1:Tổng quan. sát MRAS là đơn giản tuy nhiên sai số lớn khi từ thông quan sát đâu vào sai số. Để cải thiện chính xác bộ quan sát từ thông, trong đề tài dùng song song thêm mô hình tham chiếu thích nghi ước tính điện trở stator. Để đưa lý thuyết vào thực tế hiệu quả, nhằm giảm được giá thành cũng như đảm bảo an toàn trong thực nghiệm, chúng ta sử dụng các công cụ mô phỏng mạnh để mô phỏng, đặc biệt là Matlab Simulink.

Quá trình phân tích và mô phỏng không những làm sáng tỏ, tường minh và trực quan các vấn đề của các thuật toán mà lý thuyết đưa ra, là công cụ tốt để nghiên cứu và học tập mà còn cho phép chúng ta nghiên cứu bản chất vật lý, các quá trình điện từ xảy ra trong các kênh năng lượng và kênh điều khiển của truyền động điện xoay chiều 3 pha; giúp giảm chi phí trong quá trình thực nghiệm và là một công đoạn không thể thiếu được trong quy trình áp dụng các công nghệ mới từ lý thuyết vào thực tế.2 Một số công trình nghiên cứu có liên quan Bài báo : “Adaptive Control of Induction Motors with Unknown Load and Rotor”- FARZAD POURBOGHRAT,ISSA PANAHI- Electrical EngineeringSouthern Illinois UniversityCarbondale, IL 62901-6603. Thiết kế một bộ điều khiển thích nghi dựa trên quan sát tốc độ rotor động cơ không đồng bộ 3 pha. Bộ điều khiển đồng thời và độc lập giữa tốc độ và từ thông của động cơ và ở đây bỏ qua điện trở và tải động cơ. Ước lượng thích nghi từ thông dựa vào tín hiệu đo.

Các điều khiển thiết kế dựa vào hai thành phần dòng điện trục d và q theo hướng trường của mô hình động cơ. Bài báo : “Rotor Flux and Speed Observers for InductionMotors”-Chunki Kwon, Scott D.Zak-School of Electrical and Computer EngineeringPurdue UniversityWest Lafayette, IN 47907, USA. Mục tiêu của bài báo này là nghiên cứu dùng bộ quan sát trong điều khiển sensorless của động cơ không đồng bộ. Đầu tiên là đề xuất bộ quan sát từ thông và tốc độ rotor để phân tích và so sánh thông qua mô phỏng.

Kết quả có thể thực hiện tốt việc ước lượng tốc độ rotor để thay thế giá trị thu được từ cảm biến. Lê Minh Phương Trang4 HVTH: Nguyễn Đại Lợi Luan van LVTNChương 1:Tổng quan. Bài báo: “Speed sensorless vector control of induction motor with model reference adaptive system (MRAS)” Ths. Phạm Tâm Thành- Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải Số 15+16 - 11/2008 Điều khiển vector động cơ không đồng bộ được cấp từ biến tần không cần tín hiệu phản hồitốc độ từ cảm biến tốc độ, điều này có thể giảm giá thành của thiết bị điều khiển và nâng caochất lượng các ứng dụng trong công nghiệp.

Bài báo này mô tả một phương pháp nhậndạng tốc độ rô to theo phương pháp thích nghi dùng mô hình mẫu(MRAS). Khâu nhận dạngtính toán tốc độ roto để điều khiển vector động cơ không đồng bộ. Các biến trạng thái phụ được đưa ra thực hiện việc nhận dạng chính xác và ổn định. Khâu nhận dạng được thiết kếsao cho chức năng chuyển đổi của nó co nhiều ưu điểm.

Các kết quả thực nghiệm thể hiệnrằng khâu nhận dạng tốc độ làm việc rất tôt, đáp ứng được yêu cầu điều khiển. Lý do em đã chọn đề tài: “Điều khiển thích nghi động cơ không đồng bộ 3 pha” là với mong muốn ước tính được tốc độ rotor (sensorless) của động cơ đạt hiệu quả cao khi có sự thay tốc độ, thay đổi tải và thông số động cơ thay đổi Ts ( khi động cơ nóng dần lên giá trị Rs thay đổi).3 Mục đích của đề tài. Đề tài này nhằm giải quyết vấn đề chính là: + Tìm hiểu các phương pháp điều khiển động cơ KĐB 3 pha. +Nghiên cứu giải thuật thích nghi(MRAS) đểthực thi khâu ước lươ ̣ng tốc độ rotor của động cơ KĐB 3 pha.

+ Nghiên cứu xây dựng mô hình điều khiển thích nghi động cơ KĐB 3 pha. + So sánh kết quả mô phỏng bằng Matlab/Simulink của phương pháp điều khiển thích nghi (MRAS) với phương pháp điều khiển định hướng trường (DFOC).4 Nhiệm vụ và giới hạn của đề tài. Tìm hiểu các phương pháp điều khiển hiện đại trong điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha, đề xuất phương pháp điều khiển FOC (Field Orientated Control). Lê Minh Phương Trang5 HVTH: Nguyễn Đại Lợi Luan van LVTNChương 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 Luan van 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 Luan van 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 Luan van 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 Luan van 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) ).