›
›

Bài giảng Tổng hợp hệ điện cơ 1 - Chương 8: Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng phương pháp thay đổi tần số

pdf 114 trang phuongnguyen 5700
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Tổng hợp hệ điện cơ 1 - Chương 8: Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng phương pháp thay đổi tần số", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfbai_giang_tong_hop_he_dien_co_1_chuong_8_dieu_chinh_toc_do_d.pdf

Nội dung text: Bài giảng Tổng hợp hệ điện cơ 1 - Chương 8: Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng phương pháp thay đổi tần số

  1. Chương 8 ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BẰNG PHƯƠNG PHÁP THAY ĐỔI TẦN SỐ 8.1. PHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG BIẾN TẦN-ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA yy4y01=== x+ 0 y = x 0 PHA Giá trị hiệu dụng của sức điện động cảm ứng của mỗi pha stator động cơ không đồng bộ ba pha là: Ef = 4,44f1N1kN1m trong đó: Ef là giá trị hiệu dụng của sức điện động cảm ứng do từ thông ở khe hở không khí trong mỗi pha stator động cơ không đồng bộ ba pha gây ra, đơn vị đo là V; f1 là tần số mạch stator, đơn vị do là Hz; N1 là số vòng quấn của mỗi cuộn dây mỗi pha stator; kN1 là hệ số cuộn dây đối với sóng cơ bản; m là từ thông ở khe hở không khí mỗi cực, đơn vị là Wb.
  2. Chương 8 8.1.1. Điều tốc thấp hơn tần số cơ bản E U1 Quy luật điều chỉnh: f const const yy4y01=== x+ 0 y = x f1 0 f1 U1 U1đm b a 0 f1đm f1 Hình 8.1: Đặc tính điều khiển tỷ số điện áp và tần số hằng số: a) không bù sụt áp mạch stator; b) có bù sụt áp mạch stator
  3. Chương 8 8.1.2. Điều tốc cao hơn tần số cơ bản U1 m yy4y01=== x+ 0 y = x U1đm0 m đm b  U m 1 a 0 f1đm f1 Hình 8.2: Đặc tính điều khiển điều tốc biến tần động cơ không đồng bộ
  4. Chương 8 8.2. C¸c bé biÕn tÇn kiÓu tÜnh 8.2.1. Thiết bị biến tần gián tiếp (thiết bị biến tần xoay chiều-một chiều- yy4y01=== x+ 0 y = x xoay chiều) 0 Chỉnh lưu Lọc Ngịch lưu f1,U1 + f ,U  = 2 2 C  = Ud 0 - Hình 8.3: Thiết bị biến tần gián tiếp
  5. Chương 8  3 Chỉnh lưu  3 f1, U1 Lọc Nghịch lưu a điều khiển f2, U2 yy4y01=== x+ 0 y0 = x  3 Chỉnh lưu Bộ biến không điều đổi xung  3 f1, U1 Lọc 1 Lọc 2 Nghịch lưu b khiển điện áp f2, U2 Chỉnh lưu  3 Nghịch lưu  3 không điều Lọc f1, U1 PWM c khiển f2, U2 Hình 8.4: Bộ biến tần gián tiếp có khâu trung gian một chiều a) Biến tần dùng chỉnh lưu điều khiển bằng tiristor b) Biến tần dùng chỉnh lưu không điều khiển có thêm bộ biến đổi xung điện áp c) Biến tần dùng chỉnh lưu không điều khiển với nghịch lưu điều chế PWM
  6. Chương 8 8.2. Các bộ biến tần kiểu tĩnh 8.2.2. Bộ biến tần trực tiếp (xoay chiều - xoay chiều) AC AC ~ 3 Biến tần ~ 3 U , f xoay chiều - 1 1 U , f xoay chiều 2 2 Hình 8.5: Thiết bị biến tần trực tiếp (xoay chiều - xoay chiều)
  7. Chương 8 8.2. C¸c bé biÕn tÇn kiÓu tÜnh 8.2.2. Bộ biến tần trực tiếp (xoay chiều - xoay chiều) Sơ đồ chỉnh Sơ đồ chỉnh lưu thuận lưu ngược  3  3 f1, U1 Tải f1, U1 Hình 8.6: Sơ đồ nguyên lý bộ biến tần trực tiếp
  8. Chương 8 8.2. C¸c bé biÕn tÇn kiÓu tÜnh 8.2.2. Bộ biến tần trực tiếp (xoay chiều - xoay chiều) yy4y01=== x+ 0 Điệny0 = áp x đầu ra Điện áp trung bình đầu ra = /2 =0 = /2 = /2 Hình 8.7: Đồ thị điện áp đầu ra của thiết bị biến tần xoay chiều- xoay chiều hình sin
  9. Chương 8 8.2. Các bộ biến tần kiểu tĩnh 8.2.3. Bộ biến tần nguồn điện áp và nguồn dòng điện yy4y01=== x+ 0 f ,Uy = x f ,U 1 10 + 2 2  = C = Ud 0  - a f ,U L I f2,I2 1 1 + 0 d  = U = d  - b Hình 8.8: Cấu trúc biến tần xoay gián tiếp a) Bộ biến tần nguồn điện áp b) Bộ biến tần nguồn dòng điện
  10. Chương 8 8.3. NghÞch l­u ®iÒu chÕ ®é réng xung h×nh sin (SPWM) Chỉnh lưu Nghịch lưu tiristor L tiristor yy4y01=== x+ 0  3 y0 = x f1, U1 C ĐK f2, U2 Hình 8.9: Cấu trúc biến tần gián tiếp bằng tiristor thường sử dụng Chỉnh lưu Nghịch lưu diot L PWM  3 f1, U1 C ĐK f2, U2 Hình 8.10: Cấu trúc biến tần gián tiếp với nghịch lưu PWM
  11. Chương 8 8.3. NGHỊCH LƯU ĐIỀU CHẾ ĐỘ RỘNG XUNG HÌNH SIN (SPWM) 8.3.1. Nguyên lý làm việc của bộ nghịch lưu SPWM yy4y01=== x+ 0 y = x u 0 u Hình 8.11: Thứ tự sắp xếp các xung hình chữ nhật cùng biên độ tương đương với sóng hình sin: a) sóng hình sin; b) đồ thị sóng tương đương của SPWM
  12. Chương 8 8.3. NGHỊCH LƯU ĐIỀU CHẾ ĐỘ RỘNG XUNG HÌNH SIN (SPWM) 8.3.1. Nguyên lý làm việc của bộ nghịch lưu SPWM yy4y01=== x+ 0 y0 = x VT1 VT3 VT5 U2, f2 U , f 1 1 C Ud ĐK VT4 VT6 VT2 a Hình 8.12a: Sơ đồ nguyên lý mạch lực khối nghịch lưu SPWM
  13. Chương 8 8.3. NGHỊCH LƯU ĐIỀU CHẾ ĐỘ RỘNG XUNG HÌNH SIN (SPWM) 8.3.1. Nguyên lý làm việc của bộ nghịch lưu SPWM yyy=== x+ 0 401 u y = x ma Bộ 0dao uđka động tạo umb sóng điều uđkb chế hình umc sin uđkc ut ut ut Bộ dao động tạo b sóng tải dạng tam giác Hình 8.12b: Sơ đồ khối mạch khống chế nghịch lưu SPWM
  14. u u uma ut t ma yy4y01=== x+ 0 y0 = x  t a 1 u uđka sóng hình sin tương đương b 1t Hình 8.13: Phương pháp điều chế độ rộng xung và đồ thị với trường hợp điều chế một cấp: a) Sóng mang tam giác và sóng điều chế hình sin b) Đồ thị sóng đầu ra SPWM
  15. Chương 8 8.3. NGHỊCH LƯU ĐIỀU CHẾ ĐỘ RỘNG XUNG HÌNH SIN (SPWM) 8.3.1. Nguyên lý làm việc của bộ nghịch lưu SPWM yyy=== x+ 0 u  401 U sin t Ao 1 2 y0 = x i m 1 Ud 2 1 2 /N i 1t Hình 8.14: Đồ thị xung điện áp đầu ra của SPWM khi điều khiển một cực
  16. yy4y01=== x+ 0 y0 = x uAB
  17. yy4y01=== x+ 0 y0 = x
  18. N 2Ud 2i 1 k u(t)   sin(k  )sin i sin k  1 t k 1k i 1 2 N 2 N 2Ud 2i 1 i yy4y01=== x+ 0 U1m y = x  sin(  ) 0 i 1 2 N 2 N 2Ud 2i 1 Um 2i 1 U1m  sin( ) sin i 1 2N N Ud 2N 2UNN2i 1 2U 1 m sin2 ( ) m  1 cos(2i 1) Ni 1 2N N i 1 2 N 1 N Um 1  cos(2i 1) NNi 1
  19. Chương 8 8.3. NGHỊCH LƯU ĐIỀU CHẾ ĐỘ RỘNG XUNG HÌNH SIN (SPWM) 8.3.2. Điều chế đồng bộ và không đồng bộ của bộ nghịch lưu SPWM Điều chế phân đoạnyy4y01==đ= x+ 0 ồng bộ y0 = x ft(Hz) 1000 144 72 N=36 N=18 500 0 0 20 40 60 f1(Hz) Hình 8.16: Quan hệ giữa fm và ft khi điều chế phân đoạn đồng bộ
  20. Chương 8 8.3. NGHỊCH LƯU ĐIỀU CHẾ ĐỘ RỘNG XUNG HÌNH SIN (SPWM) 8.3.3. Mô thức điều chế của SPWM và cách thực hiện nó yyy=== x+ 0 401 ut y0 = x Msin t B 1 A t t 2 t 2 t1 t3 t2 t Tc Hình 8.17: Phương pháp lấy mẫu tự nhiên tạo thành sóng của SPWM
  21. 8.3. NGHỊCH LƯU ĐIỀU CHẾ ĐỘ RỘNG XUNG HÌNH SIN (SPWM) 8.3.3. Mô thức điều chế của SPWM và cách thực hiện nó ut ut Msin t Msin1t 1 E yy4y01=== x+ 0 u A y = x md 0 B umd D A B t td t d t a b t1 t3 t1 t3 t2 t2 t t Tc Tc Hình 8.18: Phương pháp lấy mẫu quy tắc tạo sóng SPWM a) Phép lấy mẫu quy tắc I, b) Phép lấy mẫu quy tắc II
  22. 8.3. NGHỊCH LƯU ĐIỀU CHẾ ĐỘ RỘNG XUNG HÌNH SIN (SPWM) 8.3.3. Mô thức điều chế của SPWM và cách thực hiện nó ut B yyy=== x+ 0 401 u y = x md 0 A td t C ta1 ta3 ta2 A t tb1 tb3 tb2 B t tc2 tc1 tc3 C t Tc Hình 8.19: Đồ thị sóng SPWM 3pha
  23. 8.3. NGHỊCH LƯU ĐIỀU CHẾ ĐỘ RỘNG XUNG HÌNH SIN (SPWM) 8.3.3.3. Phương pháp loại bỏ sóng hài chỉ định (Harmonic Elimination Method) u yy4y01=== x+ 0 y0 = x Ud /2 - 1 - /2 0 1 2 3 1t Hình 8.20: Đồ thị sóng SPWM kiểu một cựcvới 3 xung trong một nửa chu kỳ
  24. 8.3. NGHỊCH LƯU ĐIỀU CHẾ ĐỘ RỘNG XUNG HÌNH SIN (SPWM) 8.3.4. Bộ nghịch lưu spwm điều khiển vòng trễ (Hyserresis-band) dòng điện tần số đóng cắt cao imax cho yyy=== x+ 0 401 trước y0 = x Bộ tạo sóng uđkt cho trước Mạch điện dạng hình khởi động uđkd sin iS DHC Dòng điện Đo kiểm stator dòng điện Bộ điều khiển vòng trễ dòng điện Hình 8.21: Sơ đồ khối bộ điều khiển dòng điện một pha bộ nghịch lưu SPWM điều khiển vòng trễ dòng điện: DHC là bộ so sánh vòng trễ
  25. 8.3. NGHỊCH LƯU ĐIỀU CHẾ ĐỘ RỘNG XUNG HÌNH SIN (SPWM) 8.3.4. Bộ nghịch lưu spwm điều khiển vòng trễ (Hyserresis-band) dòng điện tần số đóng cắt cao yy4y01=== x+ 0 2 imax y0 = x * is is U d t 2 0 U t d 2 Hình 8.22: Đồ thị dòng điện và điện áp đầu ra của bộ nghịch lưu khi điều khiển vòng trễ dòng điện
  26. 8.4. Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ ở chế độ tĩnh khi điều khiển phối hợp tần số và điện áp U2 s R yy4y01=== x+ 0 1 1 2 y = x Mđt 3n0 p ( ) 2 2 2 2 1(sR 1 R 2 ) s  1 (L l L 2 ) Khi s rất nhỏ: U12 s 1 Mđt 3n p ( )  s 1R 2 Khi s tiến gần đến 1: UR 1 M 3n (1 )2 1 2 đt p  2 2 , 2 s 1 s R1  1 (L l1 L l2 )
  27. 8.4. Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ ở chế độ tĩnh khi điều khiển phối hợp tần số và điện áp n -s n 1đm 1đm >11>12>13 n0 0 yy4y01=== x+ 0 n0tn y0 = x st 11 n01 12 n02 Đặc tính  n03 13 có bù sụt áp mạch stator 0 1 0 0 0 Mt Mđt Mt Mđt Hình 8.23: Đặc tính cơ của động cơ không Hình 8.24: Đặc tính cơ điều tốc biến tần khi đồng bộ ba pha khi tần số và điện áp không điều khiển tỷ số điện áp và tần số không đổi đổi
  28. 8.4.2. Đặc tính cơ khi phối hợp điều khiển điện áp và tần số 2 U s R M 3n 1 1 2 c p yyy=== x+ 0 401 2 2 2 2 y = x 0 1 (sR 1 R 2 ) s  1 (L 1 L 2 ) U1/1 = const RM 2 đt s1 2 U1 3np 1 2 3 U 1 M n 1 t p 2 2 1 RR1 1 2 (L1 L 2 ) 1  1
  29. 8.4.2. Đặc tính cơ khi phối hợp điều khiển điện áp và tần số Sơ đồ thay thế một pha động cơ yy4y01=== x+ 0 y0 = x
  30. 8.4.2. Đặc tính cơ khi phối hợp điều khiển điện áp và tần số Ef Ef /1 = const I 2 2 R 2 2 (L) 1 2 s yyy=== x+ 0 401 2 y0 = x 2 3n p Ef R 2 E f s 1 R 2 Mđt 2  3n p s  R 2 s 2  2 L '2 1 R 2 2 '2 1 2 1 2 1L 2 s 2 Ef s 1 Khi s nhỏ: Mđt 3n p s 1 R 2 2 ERf 2 1 Khi s tiến gần đến 1: Mđt 3n p 1s  1 L 2 s 2 3 Ef 1 Mt n p 2 1 L 2
  31. 8.4.2. Đặc tính cơ khi phối hợp điều khiển điện áp và tần số Er Er /1 = const I 2 R 2 / s yy4y01=== x+ 0 y0 = x 2 3n 2 p Er R 2 E r s 1 Mđt 2  3n p 1 R s  1 R 2 2 s Er = 4,44f1 N1kN1rm
  32. 8.4.2. Đặc tính cơ khi phối hợp điều khiển điện áp và tần số -s 0 c yy4y01=== x+ 0 y0 = x a b 1 0 Mđt Hình 8.26: Đường đặc tính cơ ở các chế độ điều chế phối hợp điện áp - tần số khác nhau: a) điều khiển U1/1 = const; b) điều khiển Ef/1 = const; c) điều khiển Er/1 = const
  33. 8.5. Hệ thống hở điều tốc biến tần điều khiển tỷ số điện áp / tần số không đổi 8.5.1. Hệ thống điều tốc biến tần gián tiếp nguồn điện áp  yy4y01=== x+ 0 +y0 = x GI GAB ui BD u uđk1 uabs cđ u Khâu điều chỉnh CL t điện áp - Ld Cd Khâu điều chỉnh NL tần số Hình 8.27: Hệ thống hở điều tốc biến tần gián tiếp nguồn điện áp- động cơ không đồng bộ ĐK GI- bộ tích phân tín hiệu đặt; GAB - bộ biến đổi trị tuyệt đối
  34. 8.5. Hệ thống hở điều tốc biến tần điều khiển tỷ số điện áp / tần số không đổi 8.5.1. Hệ thống điều tốc biến tần gián tiếp nguồn điện áp R0 yy4y01=== x+ 0 y0 = x R R C + 1 0 R ucđ 0 R - R - - - 0 + - OA1 OA2 OA32 u u u - + 1 + 2 + đk Rv01 Rv02 RP Rv03 Hình 8.28 Sơ đồ nguyên lý bộ tích phân tín hiệu đặt
  35. 8.5. Hệ thống hở điều tốc biến tần điều khiển tỷ số điện áp / tần số không đổi 8.5.1. Hệ thống điều tốc biến tần gián tiếp nguồn điện áp ucđ yy4y01=== x+ 0 y0 = x t u1 U 1m t u1 -U1m U2m t -U2m uđk t Hình 8.29: Đồ thị điện áp của bộ tích phân tín hiệu đặt
  36. 8.5. Hệ thống hở điều tốc biến tần điều khiển tỷ số điện áp / tần số không đổi 8.5.1. Hệ thống điều tốc biến tần gián tiếp nguồn điện áp yyy=== x+ 0 401 R y0 = x 0 R uđk 0 - D1 + uabs OA - - + Rv01 D2 Hình 8.30: Bộ biến đổi giá trị tuyệt đối
  37. 8.5. Hệ thống hở điều tốc biến tần điều khiển tỷ số điện áp / tần số không đổi 8.5.1. Hệ thống điều tốc biến tần gián tiếp nguồn điện áp yy4y01=== x+ 0 Từ khâu đo y = x 0 dòng điện ui u abs uđkCL RU RI - uu Từ khâu đo điện áp Hình 8.31: Khâu điều khiển điện áp của hệ thống điều tốc biến tần nguồn áp
  38. 8.5. Hệ thống hở điều tốc biến tần điều khiển tỷ số điện áp / tần số không đổi 8.5.1. Hệ thống điều tốc biến tần gián tiếp nguồn điện áp D yyy=== x+ 0 * 401 u y = x u 0 RP2 R R RP1 Ub 0 1 C R0 i1 - uabs OA i0 + B Rv01 0 Uabsmin Uabsmax uabs A a) b) Hình 8.32: Bộ tạo hàm TH: a) sơ đồ nguyên lý b) đặc tính đầu vào đầu ra
  39. 8.5. Hệ thống hở điều tốc biến tần điều khiển tỷ số điện áp / tần số không đổi 8.5.1. Hệ thống điều tốc biến tần gián tiếp nguồn điện áp uđk DPI yy4y01=== x+ 0 y0 = x RF T u 1 abs  UFC PPX KĐX T6 Hình 8.33: Khâu điều khiển tần số khối nghịch lưu tiristor UFC: Bộ chuyển đổi điện áp tần số; PPX: Bộ phân phối xung; DPI: Bộ nhận biết cực tính; KĐX: bộ khuếch đại xung; RF: Bộ điều chỉnh khối điều chỉnh tần số
  40. 8.5. Hệ thống hở điều tốc biến tần điều khiển tỷ số điện áp / tần số không đổi 8.5.1. Hệ thống điều tốc biến tần gián tiếp nguồn điện áp Ld + yy4y01=== x+ 0 y0 = x Id D T T D 1 T1 3 D3 5 5 A C Ud Cd B T T D4 4 T6 D6 2 D2 - ĐK Hình 8.34: Bộ nghịch lưu nguồn áp - động cơ không đồng bộ
  41. 8.6. Hệ thống kín điều tốc biến tần điều khiển tần số trượt 8.6.1. Khái niệm cơ bản về điều khiển tần số trượt J d MMđt c yy4y01=== x+ 0 np dt y0 = x M®t = CmmI'2cos 2 Ef sE f I'2 2R 2 (s  L ) 2 R 2 2 2 1 2 (L)  2 s R 2 / s R 2 cos 2 2 2 2 2 R 2 (s  1 L 2 ) R 2 (L)  2 s
  42. 8.6. Hệ thống kín điều tốc biến tần điều khiển tần số trượt 8.6.1. Khái niệm cơ bản về điều khiển tần số trượt sE R MC  f 2 đt m m R 2 (s  L ) 2 yy4y01=== x+ 0 2 1 2 y0 = x 4,44 1 Lại vì: E 4,44f N K   N K   N K  f 1 1 N1 m2 1 1 N m2 1 1 N1 m 1 2 s1 R 2 MCNKđt m 1 N1  m 2 2 2 R 2 (s  1 L 2 ) Đặt s = s1, đồng thời định nghĩa đó là tần số trượt, thì: 2 sR 2 MKđt m  m 2 2 R(L) 2  s 2 2 s MKđt m  m R 2
  43. 8.6. Hệ thống kín điều tốc biến tần điều khiển tần số trượt 8.6.2. Quy luật điều khiển tần số trượt Mđt yyy=== x+ 0 Mt 401 y0 = x Mm sm st s Hình 8.35: Đặc tính Mđt = f(s) điều khiển theo giá trị m = const
  44. 8.6.2. Quy luật điều khiển tần số trượt E E III   I f I f 1 2 0 2 R 0 j L 2 j  L 1 m s 1 2 . yy4y01=== x+ 0 y = x 0 R 2 j 1 (L m L 2 )   1 1  s IEE1 f f  RR j L 2 j  L 1 m j  L ( 2 j  L ) s1 2 1 m s 1 2 R 2 j  (L L ) 1 m 2 R j  (L L ) IIs  2 s m 2 0R 0 R ' j  L 2 j  L 2 s 2 s 1 2 2 2 2 R 2  s (L m L 2 ) II1 0 2 2 2 RL 2  s 2
  45. 8.6. Hệ thống kín điều tốc biến tần điều khiển tần số trượt 8.6.2. Quy luật điều khiển tần số trượt I 1 LLm 2 I0 yyy=== x+ 0 401 L 2 y0 = x I0 s Hình 8.36: Đường cong hàm số I1 = f(s), khi duy trì m= const
  46. 8.6. Hệ thống kín điều tốc biến tần điều khiển tần số trượt 8.6.3. Hệ thống điều tốc biến tần điều khiển tần số trượt (1) Sử dụng bộ biến tần nguồn dòng, làm cho đối tượng điều khiển có yyy=== x+ 0 khả năng thích401 nghi nhanh ở trạng thái động và tiện cho việc hãm tái y0 = x sinh, đó là cơ sở để nâng cao chất lượng động của hệ thống. (2) Cũng giống như hệ thống điều tốc hai mạch vòng kín của động cơ điện một chiều, mạch vòng ngoài là vòng tốc độ quay, mạch vòng trong là vòng dòng điện. Đầu ra của bộ điều chỉnh tốc độ quay R là giá trị cho trước của tần số trượt đại diện cho mô men đặt.
  47. (3) Tác động điều khiển tần số trượt s được phân ra: tác động vào khối chỉnh lưu có điều khiển CL và vào khối nghịch lưu NL. Tác động thứ nhất thông qua bộ tạo hàm số I1=f(s) TH, với tín hiệu vào là giá trị đặt tần số trượt lấy từ đầu ra bộ điều chỉnh tốc độ quay R, trên đầu yy4y01=== x+ 0 y = x ra khối TH tạo0 ra tín hiệutương ứng, tín hiệuso sánh với tín hiệu phản hồi dòng điện ui1, sai lệch tín hiệu dòng thông qua bộ điều chỉnh dòng điện RI cho ra tín hiệu điều khiển dòng điện mạch stator nhằm mục đích duy trì m= const. Một tác động khác: tín hiệu được tổng hợp với tín hiệu tốc độ quay tạo tín hiệu đặt tần số góc mạch stator * u1 (1= s + ) điều khiển tần số 1 mạch stator tương ứng quyết định tần số đầu ra của bộ nghịch lưu. Như thế đã hình thành được phương pháp điều khiển phối hợp dòng điện - tần số ở mạch vòng ngoài, mạch vòng tốc độ quay.
  48. 8.6. Hệ thống kín điều tốc biến tần điều khiển tần số trượt 8.6.3. Hệ thống điều tốc biến tần điều khiển tần số trượt (4) Khi tín hiệu đặt tốc độ quay đều đổi hướng. Dùng bộ nhận biết cực yy4y01=== x+ 0 y0 = x tính DPI phán đoán cực tính của u1 để quyết định thứ tự xung đầu ra của bộ phân phối xung PPX, còn bản thân tín hiệu u1 thì thông qua bộ chuyển đổi trị tuyệt đối GAB quyết định giá trị của tần số đầu ra. Làm như vậy rất thuận lợi để thực hiện việc đảo chiều.
  49. 8.6.3. Hệ thống điều tốc biến tần điều khiển tần số trượt Từ khâu đo  dòng điện + TH BD * * - Ui u U  đkCL yyy=== x+ 0 Ui R 401 R CL y = x I + - 0 U - DPI Ld U1 U * GAB s + Uabs UFC PPX KĐX NL + U FT ĐK Hình 8.37: Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều tốc biến tần điều khiển tần số trượt
  50. 8.6.3. Hệ thống điều tốc biến tần điều khiển tần số trượt  1n+s B  A 1n yy4y01=== x+ 0 y0 = x  = 2 stR 2 1 sm S Mđt MKt m  m 2 2 R(L)  0 2 st 2 -Mm Mc Mm Mt Hình 8.38: Đặc tính làm việc trên bốn góc phần tư của hệ thống điều khiển tần số trượt
  51. 8.7. Mô hình toán học nhiều biến số của động cơ không đồng bộ ba pha và phép biến đổi toạ độ 8.7.1. Tính chất của mô hình toán học trạng thái động của động cơ không đồng bộ Hình 3.39: Sơ đồ cấu trúc điều khiển nhiều biến của động cơ không đồng bộ
  52. 8.7. Mô hình toán học nhiều biến số của động cơ không đồng bộ ba pha và phép biến đổi toạ độ 8.7.1. Tính chất của mô hình toán học trạng thái động của động cơ không đồng bộ Hình 3.40: Sơ đồ cấu trúc điều khiển hệ thống điều biến tần của động cơ không đồng bộ nhiều biến
  53. 8.7.2. Mô hình toán học nhiều biến của động cơ không đồng bộ ba pha d u i R A A A 1 dt d u i R B B B 1 dt d u i R C C C 1 dt d u i R a a a 2 dt d u i R b b b 2 dt Hình 8.41: Mô hình vật lý động cơ d không đồng bộ ba pha u i R c c c 2 dt
  54. 8.7.2.1. Phương trình cân bằng điện áp uAAA R1 0 0 0 0 0 i  u 0 R 0 0 0 0 i  BBB 1 uCCC 0 0 R1 0 0 0 i  p ua 0 0 0 R2 0 0 i a  a u 0 0 0 0 R 0 i  b 2 b b uc 0 0 0 0 0 R2 i c  c u = Ri + p
  55. 8.7.2.2. Phương trình từ thông A L AA L AB L AC L Aa L Ab L Ac i A  L L L L L L i B BA BB BC Ba Bb Bc B C L CA L CB L CC L Ca L Cb L Cc i C  a L aA L aB L aC L aa L ab L ac i a  L L L L L L i b bA bB bC ba bb bc b c L cA L cB L cC L ca L cb L cc i c  = L i
  56. 8.7.2.2. Phương trình từ thông LAA = LBB = LCC = Lm1 + Lt1 Laa = Lbb = Lcc = Lm1 + Lt2 0 0 Lm1cos120 = Lm1cos(-120 ) = -(1/2)Lm1 LAB = LBC = LCA = LBA= LCB = LAC= -(1/2)Lm1 Lab = Lbc = Lca = Lba= Lcb = Lac= -(1/2)Lm1 LAa = LaA = LbB = LBb= LCc = LcC= Lm1cos 0 LAb = LbA = LBc = LCb= LCa = LAc= Lm1cos( + 120 ) 0 LAc = LcA = LBa = LaB= LbC = LCb= Lm1cos( - 120 )
  57. 8.7.2.2. Phương trình từ thông  s LLss sr i s  r LLrs rr i r T trong đó: s = [A B C] , T r = [a b c] , T is = [iA iB iB] , T ir = [ia ib ic] , 1 1 LLLL m1 t12 m1 2 m1 1 1 LLLLL ss 2 m1 m1 t1 2 m1 1 1 LLLLm1 m1 m1 t1 2 2
  58. 8.7.2.2. Phương trình từ thông 1 1 LLLL m1 t22 m1 2 m1 1 1 LLLLL rr 2 m1 m1 t2 2 m1 1 1 LLLLm1 m1 m1 t2 2 2 cos cos(  1200 ) cos(  120 0 ) T 0 0 Lrs L sr L m1 cos(  120 ) cos  cos(  120 ) 0 0 cos( 120 ) cos(  120 ) cos  Thay phương trình từ thông vào phương trình điện áp, được: di dL u Ri p(Li) Ri L i dt dt di dL Ri L  i dt d
  59. 8.7.2.3. Phương trình chuyển động J d D K MMđt c   np dt n p n p Trong đó: Mc là mô men phụ tải (mô men cản); J là mô men quán tính của hệ thống; D là hệ số cản mô men cản tỷ lệ với tốc độ quay; K là hệ số đàn hồi mô men quay; np là số đôi cực từ động cơ. Đối với phụ tải mô men không đổi, D = 0, K = 0, thì: J d MMđt c np dt
  60. 8.7.2.4. Phương trình mô men 1 1 WW  TT M m n m Wm i  i Li đt p 2 2 m i const  i const  0 Lsr 1TT L 1  M n i i n i  i đt2 p 2 p  L 0  rs 1 TTLLrs  sr Mđt n p i r i s i s i r 2   0 npm1Aa L [(i i i Bb i i Cc i )sin  (i Ab i i Bc i i Ca i )sin(  120 ) 0 (iA i c i B i a i C i b )sin(  120 )]
  61. 8.7.2.5. Mô hình toán học động cơ không đồng bộ ba pha di L u Ri L  i dt  1 L J d  n iT i M p c 2 np dt d  dt Mô hình động cơ biểu diễn bằng không gian trạng thái di L L 1 (R  )i L 1 u dt  dnT  L n 0 iT i p M dt 2J J c d  dt
  62. 8.7.3. Phép biến đổi toạ độ và ma trận chuyển đổi 8.7.3.1. Khái niệm cơ bản và nguyên tắc của phép biến đổi toạ độ q A ia F  d if ic C Hình 8.42: Mô hình vật lý động cơ điện một chiều hai cực: F- cuộn dây kích từ, A - cuộn dây rotor C- cuộn dây bù
  63. 8.7.3. Phép biến đổi toạ độ và ma trận chuyển đổi 8.7.3.1. Khái niệm cơ bản và nguyên tắc của phép biến đổi toạ độ Hình 8.43: Mô hình vật lý các cuộn dây động cơ điện xoay chiều, mô hình tương đương và mô hình động cơ điện một chiều a) Mô hình các cuộn dây xoay chiều ba pha b) Mô hình tương đương xoay chiều hai pha c) Mô hình cuộn dây động cơ một chiều quay tròn
  64. 8.7.3.2. Ma trận chuyển đỏi toạ độ trong điều kiện công suất bất biến u i 1 1 u1 i1 u 2 i 2 u i u i u 2 i 2     u i n i n u n n T T T T T i u = (Cii’) Cuu’ = i’ Ci Cuu’= i’ u’ T do đó: Ci Cu = I T T -1 Cu = Ci = C ; C C= I ; C = C
  65. 8.7.3.3. Phép chuyển đổi 3 pha/2 pha (phép chuyển đổi 3/2) B  N3iB N2i 0 60 600 N2i N3iA A N3iC C Hình 8.44: Vị trí vector không gian của hệ toạ độ 3 pha và 2 pha cùng với sức từ động cuộn dây
  66. 8.7.3.3. Phép chuyển đổi 3 pha/2 pha (phép chuyển đổi 3/2) 1 1 N i = N i - N i cos 600 - N i cos600 = N (i i i ) 2 3 A 3 B 3 C 3 ABC2 2 3 N i = N i sin 600 - N i sin600 = N (i i ) 2  3 B 3 C 2 3 B C N2i0 i KN3(iA + iB + iC) 1 1 1 2 2 i iAA i N 3 3 i 3 0 i C i  N 2 2 B 3/ 2 B 2 i0 i C i C KKK
  67. 8.7.3.3. Phép chuyển đổi 3 pha/2 pha (phép chuyển đổi 3/2) 1 1 1 2 2 N 3 3 C 3 0 3 / 2 N 2 2 2 KKK 1 0 K N 1 3 CCK 1 T 3 3/ 2 3/ 2 N 2 2 2 1 3 K 2 2
  68. 8.7.3.3. Phép chuyển đổi 3 pha/2 pha (phép chuyển đổi 3/2) 1 1 1 2 2 1 0 K N 3 3 1 3 C C 1 (3 ) 2 0 K 3/ 2 3/ 2 N 2 2 2 2 2 KKK 1 3 K 2 2 3 0 0 2 2 1 0 0 2 3 N N3 3 3 0 0 0 1 0 I N 2 2 2 N2 2 2 0 0 2K 0 0 3K
  69. 8.7.3.3. Phép chuyển đổi 3 pha/2 pha (phép chuyển đổi 3/2) 2 3 N N3 2 Vì vậy: 3 1 2 N2 N2 3 1 Và: 2K2 1 nên: K 2 1 1 1 2 2 2 3 3 C 0 3/ 2 3 2 2 1 1 1 2 2 2
  70. 8.7.3.3. Phép chuyển đổi 3 pha/2 pha (phép chuyển đổi 3/2) 1 1 0 2 1 2 1 3 1 CC2/3 3/ 2 3 2 2 2 1 3 1 2 2 2 1 1 i 1 A i 2 2 2 i B i  3 3 3 0 i C 2 2
  71. 8.7.3.3. Phép chuyển đổi 3 pha/2 pha (phép chuyển đổi 3/2) 1 0 i A 2 1 3 i i  B 3 2 2 i  i C 1 3 2 2 3 3 0 0 i 2 i A iA 2 i   i i i  1 B; iB 1 1  2 2 6 2
  72. 8.7.3.4. Phép chuyển đổi quay 2 pha / 2 pha Hình 8.45: Hệ toạ độ cố định và hệ toạ độ quay 2 pha và vector không gian sức từ động
  73. 8.7.3.4. Phép chuyển đổi quay 2 pha / 2 pha i = iMcos - iTsin ; i = iMsin + iTcos i cos sin i i MM C i 2r / 2s  sin cos iTT i cos sin C2r / 2s sin cos 1 i cos sin i cos sin i M  i i iT sin cos  sin cos 
  74. 8.7.3.5. Phép chuyển đổi toạ độ vuông góc / tọa độ cực (phép chuyển đổi K/P) 2 2 i1 i M i T 1 iT 1p tg iM Có thể sử dụng công thức khác để tìm     sin1p sin 1p (2cos 1p ) sin  i tg 1p 2 2 2 1p T 2   1 cos  i i cos1p cos 1p (2cos 1p ) 1p T M 2 2 2 1 iT 1p 2tg iTM i
  75. 8.7.3.6. Phép chuyển đổi từ hệ toạ độ cố định 3 pha bất kỳ sang hệ toạ độ quay 2 pha (phép chuyển đổi 3s/2r) Trước tiên chuyển từ hệ tọa độ ba pha ABC sang hệ tọa độ hai pha cố định , sau đó thực hiện chuyển từ hệ hai phai cố định  sang hệ hai pha quay dq id = i cos + i sin iq = -i sin + i cos và: i0 = i0 id cos sin  0 i i sin  cos  0 i q  i0 0 0 1 i 0
  76. 8.7.3.6. Phép chuyển đổi từ hệ toạ độ cố định 3 pha bất kỳ sang hệ toạ độ quay 2 pha (phép chuyển đổi 3s/2r) 1 1 1 2 2 i iAA i 2 3 3 i C i 0 i  3/ 2 B 3 2 2 B i0 i C i C 1 1 1 2 2 2 1 1 1 2 2 cos sin  0 2 3 3 C sin  cos  0 0 3s / 2r 3 2 2 0 0 1 1 1 1 2 2 2
  77. 8.7.3.6. Phép chuyển đổi từ hệ toạ độ cố định 3 pha bất kỳ sang hệ toạ độ quay 2 pha (phép chuyển đổi 3s/2r) 3 1 3 1 cos sin  cos  sin  cos  2 2 2 2 2 1 3 1 3 sin  sin  cos  sin  3 2 2 2 2 1 1 1 2 2 2 cos cos  1200 cos  120 0 2 sin  sin  1200 sin  120 0 3 1 1 1 2 2 2
  78. 8.7.3.6. Phép chuyển đổi từ hệ toạ độ cố định 3 pha bất kỳ sang hệ toạ độ quay 2 pha (phép chuyển đổi 3s/2r) cos cos  1200 cos  120 0 2 0 0 C3s/ 2r sin  sin  120 sin  120 3 1 1 1 2 2 2 1 cos sin  2 1 T2 0 0 1 C2r /3s C 3s/ 2r C 3s / 2r cos  120 sin  120 3 2 0 0 1 cos  120 sin  120 2
  79. 8.7.4. Mô hình toán học động cơ không đồng bộ trên hệ toạ độ quay 2 pha bất kỳ 8.7.4.1. Phương trình điện áp trên hệ toạ độ dq0 1 cos sin  2 uA u d1 2 0 0 1 uB cos  120 sin  120 u q1 3 2 uC u 01 0 0 1 cos  120 sin  120 2
  80. 8.7.4. Mô hình toán học trên hệ toạ độ quay 2 pha bất kỳ của động cơ không đồng bộ 8.7.4.1. Phương trình điện áp trên hệ toạ độ dq0 2 1 u (u cos  u sin  u ) A3 d1 q12 01 2 1 i (i cos  i sin  i ) A3 d1 q12 01 2 1  (  cos   sin   ) A3 d1 q12 01 trong hệ toạ độ ABC, phương trình điện áp pha A là: uA = iAR1 + pA
  81. 8.7.4. Mô hình toán học trên hệ toạ độ quay 2 pha bất kỳ của động cơ không đồng bộ 8.7.4.1. Phương trình điện áp trên hệ toạ độ dq0 Lấy các công thức chuyển đổi của uA, iA, A thay vào biểu thức và biến đổi ta được: (ud1– R1id1– pd1+ q1p)cos - (uq1– R1iq1– pq1– d1p )sin + 1 (u Ri p  ) 0 2 01 1 01 01
  82. 8.7.4.1. Phương trình điện áp trên hệ toạ độ dq0 Đặt p =11 là tốc độ góc của hệ toạ độ quay tương đối với stator; bởi vì  là bất kỳ, nên các công thức sau đây lần lượt được thành lập: ud1 R 1 i d1 p  d1  11  q1  uq1 R 1 i q1 p  q1  11  q1  u01 R 1 i 01 p  01  ud2 R 2 i d2 p  d2  12  q2  uq2 R 2 i q2 p  q2  12  q2  u02 R 2 i 02 p  02 
  83. 8.7.4.2. Phương trình từ thông trên hệ toạ độ dq Ma trận chuyển đổi là C3r/2r, dựa theo tốc độ quay tương đối giữa hai hệ toạ độ để xem xét, về hình thức C3r/2r giống với C3s/2r, chỉ cần đổi góc 1 thành góc giữa trục d và trục là 2 cos cos(  1200 ) cos(  120 0 ) 2 1 1 1 C sin  sin(  1200 ) sin(  120 0 ) 3s / 2r3 1 1 1 1 1 1 2 2 2 cos cos(  1200 ) cos(  120 0 ) 2 2 2 2 C sin  sin(  1200 ) sin(  120 0 ) 3r / 2r3 2 2 2 1 1 1 2 2 2
  84. 8.7.4.2. Phương trình từ thông trên hệ toạ độ dq d1  A   q1 B 01 C 3s/ 2r 0  C  d2 0 C 3r / 2r  a   q2 b 02  c
  85. 8.7.4.2. Phương trình từ thông trên hệ toạ độ dq d1 i d1  i q1 q1 1 01 C 3s/ 2r 0 L ss L sr C3s / 2r 0 i 01   0 C L L 1 i d2 3r/2rrsrr 0 C 3r / 2r d2  i q2 q2 02 i 02
  86. 8.7.4.2. Phương trình từ thông trên hệ toạ độ dq cos cos(  120)0 cos(  120) 0 2 1 1 1 C LC 1 sin  sin(  120) 0 sin(  120) 0 3s/2rss3s/2r3 1 1 1 1 1 1 2 2 2 1 1 LLLL m1 t12 m1 2 m1 1 1 LLLL 2m1 m1 t1 2 m1 1 1 LLLLm1 m1 m1 t1 2 2 1 cos sin  3 1 Lt1 L m1 0 0 2 2 1 3 cos(  120)0 sin(  120) 0 0 L L 0 1 12 t12 m1 0 0 L 0 0 1 t1 cos(1 120) sin(  1 120) 2
  87. 8.7.4.2. Phương trình từ thông trên hệ toạ độ dq 3 L L 0 0 t22 m1 3 C L C 1 0 L L 0 3r / 2r rr 3r / 2r t 22 m1 0 0 L t2 3 L 0 0 2 m1 3 C L C 1 0 L 0 3s / 2r sr 3r / 2r 2 m1 0 0 0 3 L 0 0 2 m1 3 C L C 1 0 L 0 3r / 2r rs 3s / 2r 2 m1 0 0 0
  88. 8.7.4.2. Phương trình từ thông trên hệ toạ độ dq0  d1 L s 0 0 L m 0 0 i d1  0 L 0 0 L 0 i q1 s m q1  01 0 0 L t1 0 0 0 i 01  d 2 L m 0 0 L r 0 0 i d 2  0 L 0 0 L 0 i q 2 m r q 2  02 0 0 0 0 0 L t 2 i 02 Trong đó: Lm=(3/2)Lm1 - hỗ cảm giữa các cuộn dây stator và rotor đẳng trị trên hệ trục toạ độ dq0; Ls=Lt1+(3/2)Lm1 - tự cảm các cuộn dây stator 2 pha tương đương trên hệ toạ độ dq0; Lr=Lt2+(3/2)Lm1 - tự cảm các cuộn dây rotor 2 pha tương đương trên hệ toạ độ dq0;
  89. Cần chú ý, hỗ cảm Lm có trị số bằng 3/2 lần giá trị cực đại hỗ cảm Lm1 giữa hai pha tuỳ ý trong nhóm các cuộn dây 3 pha ban đầu. Từ công thức tính từ thông có thể thấy: 01 = Lt1i01 và 02 = Lt2i02 , chúng độc lập với nhau, không có ảnh hưởng gì đối với trục d, q sau này trong mô hình toán học sẽ không xét tới. Vì vậy: d1 Ls 0 L m 0 i d1  0 L 0 L i q1 s m  q1 d2 Lm 0 L r 0 i d2  i q2 0 Lm 0 L r q2 Hoặc: d1 L s i d1 L m i d2  q1 L s i q1 L m i q2  d2 L m i d1 L r i d2 q2 L m i q1 L r i q2 
  90. 8.7.4.2. Phương trình từ thông trên hệ toạ độ dq0 d1 Hình 8.46: Mô hình vật lý của động cơ không đồng bộ chuyển đổi sang trục dq
  91. 8.7.4.2. Phương trình từ thông trên hệ toạ độ dq Phương trình điện áp của trục d, q ud1 R1 L s p  11 L s L m p  11 L m i d1 u L R L p  L L p i q1 11 s 1 s 11 m m  q1 ud2 Lm p  12 L m R 2 L r p  12 L r i d2 u i q2 12L m L m p  12 L r R 2 L r p q2 8.7.4.3. Phương trình mô men và phương trình chuyển động trên hệ tọa độ dq0 Công thức mô men trên hệ tọa độ ABC là: 0 Mđt n p L m1 [(i A i a i B i b i C i c )sin  (i A i b i B i c i C i a )sin(  120 ) 0 (iA i c i B i a i C i b )sin(  120 )]
  92. 8.7.4.3. Phương trình mô men và phương trình chuyển động trên hệ tọa độ dq0 -1 -1 Sử dụng các ma trận C 3s/2r và C 3r/2r của phép biến đổi ngược, ta được: 1 cos sin  1 1 2 iA i d1 2 0 0 1 iB cos  1 120 sin  1 120  i q1 3 2 iC i 01 0 0 1 cos  1120 sin 1 120 2 1 cos sin  2 2 2 ia id 2 2 0 0 1 ib cos  2 120 sin  2 120  iq 2 3 2 ic i02 0 0 1 cos 2 120 sin  2 120 2
  93. 8.7.4.3. Phương trình mô men và phương trình chuyển động trên hệ tọa độ dq0 Sử dụng 2 phương trình ma trận trên đổi iA ,iB ,iC ,ia ,ib ic trong công thức mô men thành các thành phần của d, q, 0, đồng thời chú ý tới vị trí tương đối của stator và rotor:  = 1 - 2 Sau khi giản ước, cuối cùng sẽ nhận được công thức mô men rất đơn giản trên hệ toạ độ dq0: Mđt = npLm(iq1id2 – id1iq2 ) J d Mđt n p L m (i q1 i d2 i d1 i q2 ) M c np dt d  dt và:  = 11 - 12
  94. 8.7.4.4. Sơ đồ cấu trúc trạng thái động và mạch điện tương đương trạng thái động của động cơ điện không đồng bộ trên hệ toạ độ dq ud1 R1 0 0 0 i d1 Ls p 0 L m p 0 i d1 u 0 R 0 0 i 0 L p 0 L p i q1 1  q1 s m  q1 ud 2 0 0 R2 0 i d 2 Lm p 0 L r p 0 i d 2 u i i q 2 0 0 0 R 2 q 2 0 Ls p 0 L r p q 2 0 11 0 0  d1  0 0 0  11 q1 0 0 0 12  d 2  0 012 0 q 2 T đặt: u [ud1 u q1 u d2 u q2 ] T i [id1 i q1 i d2 i q2 ] T ψ [ψd1 ψ q1 ψ d2 ψ q2 ]
  95. 8.7.4.4. Sơ đồ cấu trúc trạng thái động và mạch điện tương đương trạng thái động của động cơ điện không đồng bộ trên hệ toạ độ dq và: R1 0 0 0 Ls 0 L m 0 0 R 0 0 0 L 0 L R 1 , L s m 0 0 R2 0 Lm 0 L r 0 0 0 0 R 2 0 Ls 0 L r Vector sức điện động quay: 0 11 0 0 d1  11  d1  0 0 0    11 q1 11 q1 er  0 0 0 12 d2  12  d2    0 012 0 q2 12 q2 Phương trình cân bằng điện áp: u = Ri + Lpi + er
  96. 8.7.4.4. Sơ đồ cấu trúc trạng thái động và mạch điện tương đương trạng thái động của động cơ điện không đồng bộ trên hệ toạ độ dq Hình 8.47: Sơ đồ cấu trúc trạng thái động nhiều biến số của động cơ không đồng bộ
  97. 8.7.4.4. Sơ đồ cấu trúc trạng thái động và mạch điện tương đương trạng thái động của động cơ điện không đồng bộ trên hệ toạ độ dq Hình 8.48: Sơ đồ thay thế trạng thái động của động cơ không đồng bộ trên hệ toạ độ dq a) Sơ đồ thay thế trục d; b) Sơ đồ thay thế trục q
  98. 8.7.5. Mô hình toán học động cơ điện không đồng bộ trên hệ toạ độ cố định 2 pha Phương trình điện áp: u 1 R 1 i 1 p  1  u1 R 1 i  1 p   1  u R i p   2 2 2 2  2 u2 R 2 i  2 p   2  2  Phương trình từ thông:  1 L s i 1 L m i 2  1 L s i  1 L m i  2   2 L m i 1 L r i 2 2 L m i  1 L r i  2 
  99. 8.7.5. Mô hình toán học động cơ điện không đồng bộ trên hệ toạ độ cố định 2 pha u 1 R1 L s p 0 L m p 0 i 1 u 0 R L p 0 L p i 1 1 s m  1 u 2 Lm p L m R 2 L r p  L r i 2 u i 2 Lm L m p  L r R 2 L r p  2 id1 i 1 cos  i  1 sin  iq1 i 1 sin  i  1 cos  id2 i 2 cos  i  2 sin  iq2 i 2 sin  i  2 cos  Mđt = npLm( i1i 1 - i 2i2)
  100. 8.7.6. Mô hình toán học động cơ không đồng bộ trên hệ tọa độ quay đồng bộ 2 pha Phương trình điện áp: ud1 R1 L s p  1 L s L m p  1 L m i d1 u L R L p  L L p i q1 1 s 1 s 1 m m  q1 ud2 Lm p  L m R 2 L r p  s L r i d2 u i q2 sL m L m p  s L r R 2 L r p q2 Phương trình mô men: Mđt = npLm( iq1id2 – id1iq2) Phương trình chuyển động và công thức vi phân góc quay tương tự như trường hợp đối với hệ tọa độ cố định.
  101. 8.7.7. Mô hình toán học của động cơ không đồng bộ theo định hướng từ trường trên hệ tọa độ quay đồng bộ 2 pha - mô hình toán học hệ tọa độ M, T uM1 R1 L s p  1 L s L m p  1 L m i M1 u L R L p  L L p i T1 1 s 1 s 1 m m  T1 uM2 Lm p  L m R 2 L r p  s L r i M2 uT2 sL m L m p  s L r R 2 L r p i T2 Mđt n p L m (i T1 i M2 i M1 i T2 ) Do: M2  2 , T2  0 LmiM1 + LriM2 = 2 LmiT1 + LriT2 = 0
  102. 8.7.7. Mô hình toán học của động cơ không đồng bộ theo định hướng từ trường trên hệ tọa độ quay đồng bộ 2 pha - mô hình toán học hệ tọa độ M, T uM1 R1 L s p  1 L s L m p  1 L m i M1 u L R L p  L L p i T1 1 s 1 s 1 m m  T1 uM2 Lm p 0 R 2 L r p 0 i M2 uT2 sL m 0  s L r R 2 L r p i T2 2 L r i M2 L m Mđt n p L m (i T1 i M2 i M1 i T2 ) n p L m i T1 i M2 ( i T1 ) LLm r 2 L m np L m i T1 i M2 i T1 i T1 i M2 ) n p i T1  2 LLr r
  103. 8.8. HỆ THỐNG ĐIỀU TỐC BIẾN TẦN ĐIỀU KHIỂN VECTOR 8.8.1. SƠ ĐỒ CẤU TRÚC PHÉP BIẾN ĐỔI TỌA ĐỘ VÀ MÔ HÌNH ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU TƯƠNG ĐƯƠNG CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ Hình 8.49: Sơ đồ cấu trúc biến đổi tọa độ động cơ không đồng bộ 3/2) Biến đổi 3 pha/2 pha; VR) Biến đổi quay đồng bộ; ) Góc giữa trục M và trục (trục A)
  104. 8.8.2. ý tưởng về cấu trúc hệ thống điều khiển vector Bộ phận có thể bỏ khi thiết kế bộ điều khiển  * * * i iA i i i i 1 A 1 T1 T1 * Bộ biến tần Mô hình điều khiển iB Bộ * -1 * i động cơ một  i VR i 2 B 3 i1 VR iM1 điều M1 1 * dòng điện chiều tương + 3 iC 2 khiển iC đương  - 1 Động cơ không đồng bộ Hình 8.50: ý tưởng cấu trúc hệ thống điều khiển vector
  105. 8.8.3. Phương trình cơ bản điều khiển vector uM1 R1 L s p  1 L s L m p  1 L m iM1 u L R L p  L L p i T1 1 s 1 s 1 m m  T1 0 Lm p 0 R 2 L r p 0 iM2 0 sL m 0  s L r R 2 iT2 L L T2 p 1 m r i  2 i M1 T M1 2 T p 1 2 Lm 2 R 2 Lm iT2 i T1 Lr Lm Mđt n p i T1  2 Lr
  106. 8.8.3. Phương trình cơ bản điều khiển vector Giải quyết vấn đề điều khiển tần số phối hợp với điều khiển dòng điện, có thể thấy: 0 = s(LmiM1 +LriM2) + R2iM2 = R2iM2 + s2 R 2 s i T2 2 Phương trình điều khiển tần số trượt: Lm i T1 s T2 2
  107. 8.8.4. Hệ thống điều tốc biến tần gián tiếp nguồn dòng điện điều khiển mô men dạng tần số trượt mạch vòng hở từ thông Hình 8.51: Hệ thống điều tốc biến tần gián tiếp nguồn dòng R - bộ điều chỉnh tốc độ quay; RI - bộ điều chỉnh dòng điện; K/P - bộ biến đổi tọa độ vuông góc / toạ độ cực
  108. 8.8.4. Hệ thống điều tốc biến tần gián tiếp nguồn dòng điện điều khiển mô men dạng tần số trượt mạch vòng hở từ thông  BD * * - Ui U* Ui U 1 uđkCL  R T1 i1  RI CL + - U* K/P U* T p 1 iM1 1p U 2  * U Lm  2 Ld U* 1p * * U U U Lm s 1 1 1  1 NL T  2 + + p U FT ĐK Hình 8.51: Hệ thống điều tốc biến tần gián tiếp nguồn dòng R - bộ điều chỉnh tốc độ quay; RI - bộ điều chỉnh dòng điện; K/P - bộ biến đổi tọa độ vuông góc / toạ độ cực
  109. 8.8.5. Mô hình quan sát từ thông rotor  2 L m i 1 L r i 2   2 L m i  1 L r i  2  1  i 2 (  2 L m i 1 ) Lr  1 i (  L i ) 2  2 m  1 Lr  Từ ma trận điện áp hệ toạ độ , đồng thời đặt u 2 = 0, u2 = 0, ta được : Lmpi 1 + Lrpi 2 + (Lmi1 + Lri2) + R2 i 2 = 0 Lmpi1 + Lrpi2 - (Lmi 1 + Lri 2) + R2 i2 = 0
  110. 8.8.5. Mô hình quan sát từ thông rotor 1 p 2   2 (  2 L m i 1 ) 0 T2 1 p2  2 (   2 L m i  1 ) 0 T2 Sau khi biến đổi sẽ được mô hình quan sát từ thông rotor: 1 p 2   2 (  2 L m i 1 ) 0 T2 1 p2  2 (   2 L m i  1 ) 0 T2
  111. 8.8.5. Mô hình quan sát từ thông rotor 8.8.5.1. Mô hình quan sát từ thông rotor trên hệ tọa độ cố định hai pha  i 1 + 1 2 Lm T2 p 1  T2 i1 + L 1 m  T2 p 1 2 Hình 8.52: Mô hình quan sát thông rotor trên hệ toạ độ cố định hai pha
  112. 8.8.5. Mô hình quan sát từ thông rotor 8.8.5.1. Mô hình quan sát từ thông rotor trên hệ tọa độ quay hai pha sin cos s 1 1 i A i 1 iT1  + p + i B 3 VR T 2 2 i iM iC 1 Lm 2 1 Lm T p 1  2 Hình 8.53: Mô hình quan sát từ thông trên hệ toạ độ quay hai pha theo định hướng từ trường
  113. 8.8.6. Hệ thống điều tốc biến tần PWM với mạch vòng kín từ thông và tốc độ quay kiểu mạch vòng trễ dòng điện U L iT1 U n m Quan sát từ thông p L U r và dòng i1 cos sin U * U* U* T U *  T iT1 U BD R iA R M + + U* U i 1  * * Ui U -1 B FT 2 VR 2/3 ĐK * * * U Ui U iC R M1 i1  Nghịch lưu kiểu + vòng trễ dòng điện PWM Hình 8.54: Hệ thống điều tốc biến tần PWM kiểu vòng trễ dòng điện với mạch vòng kín từ thông và tốc độ quay R – Bộ điều chỉnh tốc độ quay; RM – Bộ điều chỉnh mô men; R – Bộ điều chỉnh từ thông; FT – Bộ cảm biến tốc độ quay