CHƯƠNG 1: TÍNH CAP THIET CUA DE TÀI Tiết kiệm năng lượng nói chung va tiết kiệm điện năng nói riêng đang là mỗi quan tâm đặc biệt của xã hội, đặc biệt trong bối cảnh hiện nay của Việt Nam khi ma nên công nghiệp đang trên đà phát triển mạnh cũng như thực trạng thiếu nguồn phát. Động cơ không đồng bộ chiếm ty trọng rat lớn trong công nghiệp (75%-80%), trong đó phân lớn động cơ công suất từ 0.75-75 kW là đa phần. Các động cơ này thường không được trang bị thiết bị điều khiển nên rất lãng phí điện năng. Việc áp dụng các phương pháp điều khiến tiết kiệm điện năng cho các động cơ không đồng bộ là rât câp thiệt và có thê đem lại nguôn lợi lớn vê mặt kinh tê.
Đối với những hệ thống yêu câu chính xác cao về tốc độ người ta buộc dùng cảm biến tốc độ (encoder) hồi tiếp tốc độ. Vì thế, việc loại bỏ cảm biến tốc độ (sensorless) góp phan giảm chi phí cũng như đơn giản hoá việc lắp đặt, bảo trì cho hệ thống động co không đông bộ 3 pha. Đây là xu hướng phát triển chung của các bộ điều khiển động cơ cao cấp hiện nay. Một số công trình nghiên cứu trên thế giới đã đề cập ứng dụng điều khiển giảm ton hao động cơ đông thời không dùng cảm biến tốc độ, nhưng còn hạn chế thi nghiệm ở trạng thái lý tưởng động cơ hoạt động với thông số không thay đồi theo thời gian.
Trên thực tế khi làm việc lâu dài nhiệt độ động cơ tăng, điện trở và điện cảm cuộn day thay đối đáng kể ảnh hưởng đến bộ ước lượng tốc độ và tính toán từ thong, gây sai lệch đáng kể về tính toán giảm ton hao cũng như điều khiển tốc độ. Luận văn nghiên cứu tập trung ứng dụng giảm ton hao sắt từ trong động co cũng như điều khiến sensorless với thông số điện trở stator được quan sát theo thời gian. Điều này đảm bảo động cơ hoạt động ôn định, khi điện trở stator thay đổi ảnh hưởng chính đến việc tính toán từ thông.I Tổng quan về tình hình nghiên cứu Ý tưởng nghiên cứu các giải thuật giảm tổn hao công suất đã xuất hiện từ những năm 1983 với các phương pháp điều khiển đơn giản dé thực hiện như điều khiển theo hệ số công suất [1]. Phương pháp điều khiển này mặc dù đơn giản trong thực hiện, nhưng lại khó khăn trong việc xác định hệ số công suất yêu cau vì mỗi động cơ giá trị này khác nhau.
Với sự phát triển trong lĩnh vực điều khiển các bộ biến đổi công suất, một số phương pháp hiện đại hơn liên quan đến điều khiến tần số được dé xuất vào những năm 1996-2000 như phương pháp điều khiển tần số trượt [3].[4] phương pháp hiệu chỉnh trực tiếp từ thông tối ưu thông qua các thông số thực nghiệm. Hiệu suất của các hệ truyền động được nâng cao nhưng thực hiện hệ thống điều khiến khá khó khăn do hệ số trong các biểu thức tính từ thông được xác định bang thực nghiệm. Trong thời gian sau, nhờ khả năng và tốc độ tính toán nhanh của vi điều khiển, các nhà nghiên cứu đã triển khai các giải thuật điều khiển theo mô hình tôn hao của động cơ chỉ trong trường hợp có tính đến ton hao trong lõi sắt từ [5],[6]. Các mô hình tổn hao này được xây dựng dựa trên thông số của động cơ, như điện trở, điện khang cua stator và cua rotor, tôn hao.
Lợi ích kinh tế đem lại kha cao so với các phương pháp điều khiến truyền thống. Tuy nhiên, chất lượng điều khiển dựa theo phương pháp này bị ảnh hưởng nhiều nếu thông số của động cơ không chính xác hoặc thay đồi liên tục. Hướng nghiên cứu mới dựa trên nguyên tắc tìm kiếm cực trị tổn hao công suất hoặc công suất tiêu thụ được đề xuất để khắc phục nhược điểm của phương pháp dựa trên mô hình động cơ [9],[10]. Tuy nhiên, phương pháp nay phức tạp và khó thực hiện trong điêu kiện cảm biên không chính xác.
Nhiều phương pháp và giải thuật điều khiến tiết kiệm năng lượng cho động cơ không đồng bộ 3 pha được nghiên cứu và đề xuất, tuy nhiên chúng có một số nhược điểm sau: Phương pháp điều khiến theo hệ số công suất có thé thực hiện đơn giản, nhưng mỗi động cơ có hệ số công suất khác nhau, nên không thé tổng hợp mô hình thống nhất. Ngoài ra, người điều khiển phải có kiến thức nhất định về động cơ và lợi ich kinh tế đem lại không lớn đặc biệt đối với các động cơ loại nhỏ. Với phương pháp hiệu chỉnh trực tiếp từ thông tối ưu từ các biểu thức đòi hỏi phải có thông số thực nghiệm động cơ chính xác đồng thời phải ước lượng chính xác mô men và tốc độ động cơ mới có thé đạt chat luong diéu khién cũng như hiệu suat cao. Điều khiển theo phương pháp tìm kiếm điểm cực trị không phụ thuộc vào thông số của động cơ, nhưng khả năng đáp ứng của hệ thống chậm vì vậy không thê áp dụng đạt hiệu quả cao cho các loại tải khác nhau.
Điều khiến từ thông động cơ sẽ ảnh hưởng nhiêu đến thông số cũng như đặc tính của động cơ và vi vậy có thé gây ra ton hao công suất trong lõi sắt cũng như ton hao phụ do hiện tượng sóng hai dong điện gây ra. Can phải có các giải thuật điều khiển tối ưu tìm từ thông hay dòng điện từ hóa để giảm thiểu các ton hao nay. Nhiều giải thuật điều khiến dé xuất mới chỉ dừng lại ở mức mô phỏng, chỉ có một số được thực nghiệm sử dụng DSPACE, vi điều khiển và áp dụng cho tải dạng tỷ lệ thuận với tốc độ và bình phương của tốc độ. Bên cạnh đó những năm gan đây việc điều khiển động cơ không đồng bộ không dùng cảm biến tốc độ (sensorless) phát triển mạnh vì những ưu điểm vượt trội của nó như: giảm giá thành, đơn giản hoá hệ thống cơ khí.v Một trong những phương pháp điều khiển hay được sử dụng là phương pháp điều khiển định hướng trường FOC (Field Oriented Control) được phát triển bởi blaschke[32].
Phương pháp FOC được đánh giá có khả năng đáp ứng tốt hơn phương pháp so với phương pháp hay được sử dụng thứ 2 là phương pháp điều khiến trực tiếp momen DTC(Direct Torque Control) được phát triển bởi Takahashi[33]. Phương pháp FOC thường được dùng trong điều khiển sensorless. Tuy nhiên, việc điều khiển sensorless phụ thuộc nhiều vào thông số động cơ đặc biệt ở vùng tốc độ thap[3 5, 36].Một số bộ quan sat tốc độ vòng hở hay được sử dụng như: = Current model. =» Full-order observer.
10 Các bộ quan sát vòng hở dựa trên mô hình động cơ. Điều này dẫn đến mắt chính xác khi thông số động cơ thay đổi cũng như sai số tín hiệu hồi tiếp [37]. Dé cải thiện chính xác người ta dung một sô bộ quan sát vòng kín ước tính tôc độ như: =" Model Reference Adaptive Systems (MRAS). " Kalman filter techniques.
= Adaptive observers based on both voltage and current model. =" Neural network flux and speed estimators. » Sliding mode flux and speed estimators. Vân dé khó khan khi thiết kế các bộ quan sát ước tính tốc độ rotor bao gôm 3 yếu tô chính đó là sự nhạy cảm các thông số động cơ, khâu hiệu chỉnh PID đáp ứng tuyến tính trong vùng có giới hạn và sự trùng lặp các vòng điều khiến.
Các bộ quan sát vòng kín có ưu điểm là không phụ thuộc nhiều vào thông số động cơ. Người ta dùng các bộ hiệu chỉnh thông minh Neural network, Kalman filter, Sliding mode. xây dựng giải thuật điều chỉnh tối ưa dựa trên mô hình động cơ và mô hình toán, các phương pháp này có ưu điểm là có thé ước lượng chính xác sai số hệ thống từ đó ước tính chính xác tốc độ rotor, nhưng nhược điểm tính toán khá phức tap, sử dụng chỉ hiệu quả trên các bộ tính toán tốc độ cao. Trong khuôn khổ luận văn trình bày bộ ước tính tốc độ rotor trên mô hình tham chiếu thích nghi (MRAS) trên cơ sở quan sát từ thông hệ thống.
Ưu điểm, bộ quan sát MRAS là đơn giản tuy nhiên sai số lớn khi từ thông quan sát đâu vao sai số. Dé 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.2Pham vi nghiên cứu luận văn Nghiên cứu xây dựng giải thuật điều khiển tiết kiệm điện năng cho động cơ không đồng bộ 3 pha có tính đến sự thay đổi của đặc tính năng lượng của động cơ phụ thuộc vào tân sô của điện ap stator. 11 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 6n định khi điện trở stator thay doi, đều này có ý nghĩa thực tế vì khi làm việc động cơ nóng dan lên điện trở stator sẽ thay đổi khá lớn ảnh hưởng đến bộ quan sát tốc độ. Nghiên cứu xây dựng mô hình thực nghiệm điều khiển tiết kiệm điện năng cho động cơ không đồng bộ 3 pha.
Nghiên cứu xây dựng giai thuật lập trình trên cơ sở DSP TMS 28335 1.3 Sản phẩm của luận văn Bài báo khoa học đăng tại hội nghị khoa học và tạp chí KHCN: 03 =0] bai báo khoa hoc được nhận đăng trên Tap chí Phat triển KH&CN, tập 16, số K4-2013: “Thiết kế bộ nguồn cung cấp liên tục trên cơ sở bộ biến đồi DC/DC Push-Pull hiệu suất cao”. =0] bai báo khoa hoc được nhận đăng trên Tap chí Phat triển KH&CN, tập 16, số K3-2013: “Điều khiến trực tuyến giảm ton hao trong động cơ cảm ứng trên cơ sở DSP TMS320LF2812”. = (1 bài báo khoa học được nhận đăng tại hội nghị khoa học “The 2013 International Symposium on Electrical-Electronics Engineering” : “A New Approach of Perturb and Observe (P&O) Techniques for Energy Efficient Controlled Induction Motor Drive”. Giải thuật lập trình va chương trình điều khiến tiết kiệm điện năng cho động cơ không đồng bộ trên cơ sở DSP TMS320F28335.
Mô hình điều khiển động cơ KDB công suất 1HP tiết kiệm điện năng trên cơ sở DSP TMS320F28335. 12 CHƯƠNG2: VECTOR KHÔNG GIAN VÀ DONG CƠ KHÔNG DONG BỘ BA PHA 2. Vector không gian 2.1 Biểu diễn vector không gian cho các đại lượng ba pha Trong phan nay, ta chỉ xét vector không gian điện áp stator cap cho động co không đồng bộ (ĐCKĐB) ba pha, các vector không gian dòng điện và từ thông được tính tương tự. Vector không gian điện ap stator được định nghĩa như sau: (1) = 2| ta (1) +0 (1) +40 (0] (2.1) r oetag (t)+ u, Hy (tel +n, (te| .4) ©, =27, : tan số mach stator.