Luận văn Điều khiển hệ truyền động động cơ không đồng bộ ba pha tiết kiệm năng lượng (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Điều khiển hệ truyền động động cơ không đồng bộ ba pha tiết kiệm năng lượng (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN HỮU DŨNG ĐIỀU KHIỂN HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - 60520202 S K C0 0 5 2 1 6 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2016
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN HỮU DŨNG ĐIỀU KHIỂN HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 62520202 Tp. HồChí Minh, tháng 10/2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
3. THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN HỮU DŨNG ĐIỀU KHIỂN HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 62520202 Hướngdẫnkhoahọc: PGS.TS LÊ MINH PHƯƠNG Tp. HồChí Minh, tháng 10/2016
4. LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: Nguyễn Hữu Dũng Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 16/11/1986 Nơi sinh: Gia Lai Quê quán: Trung Nguyên, Yên Lạc, Vĩnh Phúc Dân tộc: Kinh Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 40/7 Trần Thị Nghỉ, P7, Gò Vấp, Tp HCM Điện thoại cơ quan: 0935357074 Điện thoại nhà riêng: Fax: E-mail: II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ / đến / Nơi học (trường, thành phố): Ngành học: 2. Đại học: Hệ đào tạo: Chính Quy Thời gian đào tạo từ 09/2009 đến 09/2011 Nơi học (trường, thành phố): Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp Hồ Chí Minh Ngành học: Điện Công Nghiệp Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: Người hướng dẫn: III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm 2011 - nay Trường CĐ Kỹ Thuật Cao Thắng Giảng viên khoa Điện-Điện Lạnh i
5. LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2016 Nguyễn Hữu Dũng ii
6. LỜI CẢM ƠN Trước hết, tôi xin được gửi những lời cảm ơn chân thành nhất đến PGS. TS Lê Minh Phương, người thầy đã tận tình hướng dẫn, tạo điều kiện tốt nhất và cung cấp cho tôi nhiều tài liệu quý giá giúp tôi hoàn thành cuốn luận văn này. Đồng thời, tôi xin cảm ơn các thầy cô khoa Điện - Điện Tử đã nhiệt tình truyền đạt kiến thức và kinh nghiệm trong suốt thời gian theo học tại trường. Bên cạnh đó, tôi cũng xin cảm ơn các bạn trong phòng thí nghiệm nghiên cứu điện tử công suất: Nguyễn Hoài Phong, Đặng Ngọc Hưng đã hỗ trợ cho tôi rất nhiều trong suốt thời gian trên. Cuối cùng, tôi muốn nói lời cảm ơn đến cha, mẹ và gia đình đã sinh thành và nuôi tôi khôn lớn, đã động viên và là chỗ dựa vững chắc về tinh thần và vật chất, tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi học tập và trưởng thành như ngày hôm nay. Nguyễn Hữu Dũng iii
7. TÓM TẮT Tiết kiệm năng lượng nói chung và tiết kiệm điện năng nói riêng đang là mối quan tâm đặc biệt của xã hội, đặc biệt trong bối cảnh hiện nay của Việt Nam khi mà nền công nghiệp đang trên đà phát triển mạnh cũng như thực trạng thiếu nguồn phát. Động cơ không đồng bộ chiếm tỷ trọng rất lớn trong công nghiệp (75%-80%), trong đó phần 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 khiển tiết kiệm điện năng cho các động cơ không đồng bộ là rất cấp thiết và có thể đem lại nguồn lợi lớn về mặt kinh tế. Đối với những hệ thống yêu cầu 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 phần giảm chi phí cũng như đơn giản hoá việc lắp đặt, bảo trì cho hệ thống động cơ không đồng 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 tổn hao động cơ đồng thời không dùng cảm biến tốc độ, nhưng còn hạn chế thí nghiệm ở trạng thái lý tưởng động cơ hoạt động với thông số không thay đổi theo thời gian. Trên thực tế khi làm việc lâu dài nhiệt độ động cơ tăng, điện trở và điện cảm cuộn dây thay đổi đáng kể ảnh hưởng đến bộ ước lượng tốc độ và tính toán từ thông, gây sai lệch đáng kể về tính toán giảm tổn hao cũng như điều khiển tốc độ. iv
8. MỤC LỤC Trang tựa Quyết định giao đề tài Xác nhận của cán bộ hướng dẫn Lý lịch khoa học i Lời cam đoan ii Lời cảm ơn iii Tóm tắt iv Mục lục v Danh sách các chữ viết tắt viii Danh sách các bảng ix Danh sách các hình x Chƣơng 1 TỔNG QUAN 1 1.1 Tổng quan về tình hình nghiên cứu 1 1.2 Tính cấp thiết của đề tài 4 1.3 Tính thực tiễn của đề tài 4 1.4 Mục đích nghiên cứu 4 1.5 Nhiệm vụ nghiên cứu 4 1.6 Phương pháp nghiên cứu 4 1.7 Bố cục của luận văn 4 Chƣơng 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 6 2.1 Mô hình toán của ĐCKĐB ở chế độ xác lập 7 2.2 Mô hình động của động cơ không đồng bộ 9 2.3 Các phương trình toán học cơ bản 12 2.4 Mô hình trạng thái động cơ trên hệ tọa độ stator 14 2.5 Mô hình trạng thái của động cơ trong hệ trục quay dq. 19 2.5.1 Các phép chuyển đổi hệ trục tọa độ 19 2.5.2 Mô hình trạng thái của động cơ trong hệ trục quay dq. 21 v
9. Chƣơng 3 CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 24 3.1 Điều khiển động cơ bằng cách thay đổi tần số nguồn áp (V/f) 24 3.2 Phương pháp điều khiển trực tiếp moment động cơ (DTC–Direct Torque Control) 28 3.3 Phương pháp điều khiển định hướng trường 29 3.3.1 Phương pháp điều khiển định hướng từ thông rotor trực tiếp-DRFOC . 34 3.3.2 Phương pháp điều khiển định hướng từ thông rotor gián tiếp-IRFOC 38 Chƣơng 4 CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN SENSORLESS 40 4.1 Cơ sở lý thuyết điều khiển sensorless 40 4.2 Một số mô hình sensorless 43 4.2.1 Ước lượng tốc độ vòng hở sử dụng mô hình động cơ 43 4.2.2 Ước lượng tốc độ dùng mô hình Kalman Filter 44 4.2.3 Ước lượng tốc độ dùng mô hình tham chiếu thích nghi (MRAS) 45 4.3 Mô hình MRAS ước lượng tốc độ, điện trở stator sử dụng 46 4.3.1 Phương trình tham chiếu 47 4.3.2 Phương trình hiệu chỉnh 47 4.3.3 Bộ quan sát từ thông vòng kín Luenberger [26], [31] 47 4.3.4 Luật hiệu chỉnh trên cơ sở lý thuyết ổn định Popov 47 4.4 Kết luận 50 Chƣơng 5 CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ TIẾT KIỆM NĂNG LƢỢNG 51 5.1 Cơ sở lý thuyết ứng dụng giải thuật điều khiển tối ưu công suất trong động cơ 51 5.2 Mô hình tương đương tổn hao 56 5.2.1 Các giá trị qui đổi trên sơ đồ 57 5.2.2 Tổn hao tương đương động cơ không đồng bộ 59 5.3 Các phương pháp điều khiển giảm tổn hao 60 5.3.1 Phương pháp điều khiển LMA (Loss minimization algorithms) 60 5.3.2 Phương pháp tìm kiếm (Search Control) 63 vi
10. 5.4 Giải thuật giảm tổn hao đề xuất 64 5.5 Kết luận 68 Chƣơng 6 MÔ HÌNH MÔ PHỎNG TRÊN MATLAB SIMULINK 69 6.1 Mô hình tổng thể 69 6.2 Phương pháp mô phỏng 70 6.3 Mô hình tương đương tổn hao 71 6.4 Mô hình điều khiển định hướng trường trực tiếp DFOC 73 6.5 Mô hình tiết kiệm năng lượng 73 6.6 Mô hình MRAS ước lượng tốc độ rotor 77 Chƣơng 7 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG TRÊN MATLAB SIMULINK 79 7.1 Trường hợp điều khiển FOC 79 7.1.1 Trường hợp n = 500 (vòng/phút) 80 7.1.2 Trường hợp n = 1000 (vòng/phút) 82 7.1.3 Trường hợp n = 1500 (vòng/phút) 84 7.2 Trường hợp điều khiển sensorless FOC tiết kiệm năng lượng 87 7.2.1 Trường hợp n = 500 (vòng/phút) 89 7.2.2 Trường hợp n = 1000 (vòng/phút) 91 7.2.3 Trường hợp n = 1500 (vòng/phút) 93 Chƣơng 8 KẾT LUẬN 99 TÀI LIỆU THAM KHẢO 102 vii
11. DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT FOC - Field Oriented Control IFOC - Indirect Field Oriented Control DFOC - Direct Field Oriented Control DTC - Direct Torque Control MRAS - Model Reference Adaptive Systems LMA - Loss Minimization Algorithms ĐCKĐB - Động Cơ Không Đồng Bộ viii
12. DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 5.1: Thông số của động cơ 52 Bảng 6.1: Thông số động cơ sử dụng mô phỏng công suất Pđm = 1.1 Kw 70 Bảng 7.1: So sánh hiệu suất trường hợp tốc độ 500 (vòng/phút) 97 Bảng 7.2: So sánh hiệu suất trường hợp tốc độ 1000 (vòng/phút) 98 Bảng 7.3: So sánh hiệu suất trường hợp tốc độ 1500 (vòng/phút) 99 ix
13. DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 2.1: Đặc tính cơ tiêu biểu của ĐCKĐB lớp A, B, C, D 7 Hình 2.2: Mô hình ĐCKĐB 7 Hình 2.3: Hệ trục tọa độ abc và hệ trục tọa độ αβ 10 Hình 2.4: Các vectơ sức từ động khi θ = ωt = 0 10 Hình 2.5: Các vecto sức từ động khi θ = ωt = 60o. 10 Hình 2.6: Các thành phần của lực từ động trong hệ trục tọa độ stator 11 Hình 2.7: Vec-tơ dòng stator trên hệ tọa độ cố định αβ và hệ tọa độ quay dq 15 Hình 2.8: Dòng điện stator is trong hệ tọa độ abc và hệ tọa độ αβ 19 Hình 2.9: Vectơ không gian dòng stator trên hệ tọa độ αβ và hệ tọa độ dq 20 Hình 3.1: Quan hệ giữa moment và điện áp theo tần số 27 Hình 3.2: Sơ đồ khối phương pháp V/f vòng hở 27 Hình 3.4: Sơ đồ nguyên lý điều khiển trực tiếp moment DTC 28 Hình 3.5: Sơ đồ tổng quát của hệ thống điều khiển định hướng trường. 30 Hình 3.6: Quan hệ giữa các hệ trục. 32 Hình 3.7: Hệ tọa độ từ thông rotor. 34 Hình 3.8: Sơ đồ điều khiển định hướng từ thông rotor trực tiếp 34 Hình 3.9: Sơ đồ điều khiển định hướng từ thông rotor gián tiếp. 38 Hình 4.1: Sơ đồ khối ước lượng tốc độ dùng EKF. 44 x
14. Hình 4.2: Sơ đồ khối MRAS ước tính tốc độ rotor trên cơ sở hiệu chỉnh từ thông [26], [31] 45 Hình 4.3: Sơ đồ khối MRAS trên cơ sở ước tính tốc độ rotor hiệu chỉnh dòng điện [29] 46 Hình 4.4: Mô hình nội ước lượng song song tốc độ rotor và điện trở stator [26],[31] 50 Hình 5.1: Sự phụ thuộc của dòng điện stator và tổn hao. 53 Hình 5.2: Hiệu suất của động cơ theo thành phần isd khi tải thay đổi. 54 Hình 5.3: Tổng tổn hao của động cơ theo thành phần isd khi tốc độ thay đổi (M=0.5Mdm) 54 Hình 5.4: Hiệu suất của động cơ theo thành phần isd khi tốc độ thay đổi (M=0.5Mdm) 55 Hình 5.5: Giản đồ vector mạch tương động cơ 56 Hình 5.6: Vector không gian và góc từ trường rotor 57 Hình 5.7: Mạch tương đương động cơ bao gồm tổn hao trên điện trở sắt từ. 57 Hình 5.8: Mạch tương đương ổn định tĩnh của động cơ: (a) trục d, (b) trục q. 59 Hình 5.9: Mô hình mô phỏng phương pháp LMA. 60 Hình 5.10: Điều khiển search control kết hợp với định hướng từ thông. 63 Hình 5.11: Giản đồ điều khiển theo phương pháp tìm kiếm. 64 Hình 5.12: Lưu đồ giải thuật đề xuất 67 Hình 5.13: Mô hình điều khiển theo giải thuật đề xuất 68 Hình 6.1: Mô hình mô phỏng tổng thể 69 xi
15. Hình 6.2: Mô hình tổn hao động cơ không đồng bộ. 71 Hình 6.3: Mô hình tính toán tổn hao đồng stator. 71 Hình 6.4: Mô hình tính toán tổn hao đồng rotor. 72 Hình 6.5: Mô hình tương đương tổn hao sắt từ. 72 Hình 6.6: Mô hình tương đương công suất cơ. 72 Hình 6.7: Mô hình điều khiển DFOC 73 Hình 6.8: Mô hình điều khiển giảm tổn hao LMA đề xuất 76 Hình 6.9: Mô hình MRAS quan sát tốc độ rotor 77 Hình 6.10: Mô hình tham chiếu với bộ quan sát từ thông vòng kín Luenberger. 78 Hình 7.1: Mô hình điều khiển FOC 79 Hình 7.2: Đáp ứng tốc độ, momen, dòng điện, từ thông, tổn hao, hiệu suất giải thuật FOC với tốc độ đặt hàm dốc 50 rad/s (khoảng 500 vòng/phút) 81 Hình 7.3: Đáp ứng tốc độ, momen, dòng điện, từ thông, tổn hao, hiệu suất giải thuật FOC với tốc độ đặt hàm dốc 100 rad/s (khoảng 1000 vòng/phút) 84 Hình 7.4: Đáp ứng tốc độ, momen, dòng điện, từ thông, tổn hao, hiệu suất giải thuật FOC với tốc độ đặt hàm dốc 150 rad/s (khoảng 1500 vòng/phút) 86 Hình 7.5: Mô hình điều khiển sensorless FOC tiết kiệm năng lượng 88 Hình 7.6: Đáp ứng tốc độ, momen, dòng điện, từ thông, tổn hao,hiệu suất giải thuật đề xuất với tốc độ đặt hàm dốc 50 rad/s (khoảng 500 vòng/phút) 90 Hình 7.7: Đáp ứng tốc độ, momen, dòng điện, từ thông, tổn hao, hiệu suất giải thuật đề xuất với tốc độ đặt hàm dốc 100 rad/s (khoảng 1000 vòng/phút) 93 Hình 7.8: Đáp ứng tốc độ, momen, dòng điện, từ thông, tổn hao, hiệu suất giải thuật đề xuất với tốc độ đặt hàm dốc 150 rad/s (khoảng 1500 vòng/phút) 95 xii
16. Hình 7.9: So sánh hiệu suất 2 giải thuật ở vận tốc 500 vòng/phút 97 Hình 7.10: So sánh hiệu suất 2 giải thuật ở vận tốc 1000 vòng/phút 98 Hình 7.11: So sánh hiệu suất 2 giải thuật ở vận tốc 1500 vòng/phút 99 xiii
17. Chƣơng 1 TỔNG QUAN 1.1 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 dễ thực hiện như điều khiển theo hệ số công suất [1],[2]. 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 cầu 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 khiển tần số được đề 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 khiển khá khó khăn do hệ số trong các biểu thức tính từ thông được xác định bằng 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 tổn hao của động cơ chỉ trong trường hợp có tính đến tổn hao trong lõi sắt từ [5],[6],[7],[8]. Các mô hình tổn hao này được xây dựng dựa trên thông số của động cơ, như điện trở, điện kháng của stator và của rotor, tổn hao Lợi ích kinh tế đem lại khá cao so với các phương pháp điều khiển 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 đổi 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 1
18. dựa trên mô hình động cơ [9],[10]. Tuy nhiên, phương pháp này phức tạp và khó thực hiện trong điều kiện cảm biến không chính xác. Nhiều phương pháp và giải thuật điều khiển 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 khiển theo hệ số công suất có thể thực hiện đơn giản, nhưng mỗi động cơ có hệ số công suất khác nhau, nên không thể tổng hợp mô hình thống nhất. Ngoài ra, người điều khiển phải có kiến thức nhất định về động cơ và lợi ích 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 thể đạt chất lượng điều khiển cũng như hiệu suất cao. Điều khiển từ thông động cơ sẽ ảnh hưởng nhiều đến thông số cũng như đặc tính của động cơ và vì vậy có thể gây ra tổn hao công suất trong lõi sắt cũng như tổn hao phụ do hiện tượng sóng hài dòng điện gây ra. Cần phải có các giải thuật điều khiển tối ưu tìm từ thông hay dòng điện từ hóa để giảm thiểu các tổn hao này. Nhiều giải thuật điều khiển đề 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 gần 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.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 khiển trực tiếp momen DTC (Direct Torque Control) được phát triển bởi Takahashi[33]. 2
19. 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 thấp [35, 36]. Một số bộ quan sát tốc độ vòng hở hay được sử dụng như: . Current model. . Voltage model. . Full-order observer. Các bộ quan sát vòng hở dựa trên mô hình động cơ. Điều này dẫn đến mất chính xác khi thông số động cơ thay đổi cũng như sai số tín hiệu hồi tiếp [37], [38], [39]. Để cải thiện chính xác người ta dùng một số bộ quan sát vòng kín ước tính tốc 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. Vấn đề khó khăn khi thiết kế các bộ quan sát ước tính tốc độ rotor bao gồm 3 yếu tố 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 khiển. 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 thể ước lượng chính xác sai số hệ thống từ đó ước tính chính xác tốc độ rotor, nhưng nhược điểm tính toán khá phức tạp, sử dụng chỉ hiệu quả trên các bộ tính toán tốc độ cao. 3
20. 1.2 Tính cấp thiết của đề tài Tiết kiệm năng lượng nói chung và tiết kiệm điện năng nói riêng đang là mối quan tâm đặc biệt của xã hội, đặc biệt trong bối cảnh hiện nay của Việt Nam khi mà nền công nghiệp đang trên đà phát triển mạnh. Động cơ không đồng bộ chiếm tỷ trọng rất lớn trong công nghiệp (75%-80%), trong đó phần 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 khiển tiết kiệm điện năng cho các động cơ không đồng bộ là rất cấp thiết và có thể đem lại nguồn lợi lớn về mặt kinh tế. 1.3 Tính thực tiễn của đề tài Trong hệ truyền động động cơ không đồng bộ ba pha, yêu cầu 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 phần giảm chi phí cũng như đơn giản hoá việc lắp đặt, bảo trì cho hệ thống động cơ không đồng 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 tổn hao động cơ đồng thời không dùng cảm biến tốc độ, mục đích để điều khiển từ thông tối ưu nhằm giảm tổn hao trong động cơ 1.4 Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu xây dựng giải thuật điều khiển tiết kiệm năng lượng không sử dụng cảm biến tốc độ sensorless, 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. 1.5 Nhiệm vụ nghiên cứu 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 định hướng trường FOC. Tìm hiểu, ứng dụng lý thuyết điều khiển giảm tổn hao động cơ không đồng bộ ba pha (LMA), điều khiển không sử dụng cảm biến tốc độ (sensorless), xây dựng bộ 4
21. quan sát tốc độ vòng kín trên cơ sở mô hình tham chiếu thích nghi cho động cơ không đồng bộ ba pha. Dùng phần mềm MATLAB-SIMULINK mô phỏng hệ truyền động động cơ không đồng bộ ba pha theo phương pháp FOC kết hợp bộ điều khiển tiết kiệm năng lượng LMA và điều khiển sensorless không sử dụng cảm biến tốc độ. 1.6 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. Xây dựng mô hình mô phỏng điều khiển hệ truyền động động cơ không đồng bộ ba pha kết hợp bộ điều khiển tiết kiệm năng lượng LMA và điều khiển sensorless không sử dụng cảm biến tốc độ. Phân tích các kết quả nhận được và các kiến nghị. Đánh giá tổng quát toàn bộ bản luận văn. Đề nghị hướng phát triển của đề tài. 1.7 Bố cục của luận văn Chương 1: Tổng quan Chương 2: Cơ sở lý thuyết Chương 3: Các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ Chương 4: Các phương pháp điều khiển sensorless Chương 5: Các phương pháp điều khiển động cơ không đồng bộ tiết kiệm năng lượng Chương 6: Mô hình mô phỏng trên matlab simulink Chương 7: Kết quả mô phỏng trên matlab Simulink Chương 8: Kết luận 5
22. S K L 0 0 2 1 5 4