- Trang Chủ
- Điện - Điện tử
- Khảo sát hiệu suất của cấu trúc DTC và DTC-SVM điều khiển động cơ không đồng bộ roto lồng sóc
Xem mẫu
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021. ISBN: 978-604-82-5957-0
KHẢO SÁT HIỆU SUẤT CỦA CẤU TRÚC DTC VÀ DTC-SVM
ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ ROTO LỒNG SÓC
Nguyễn Hoàng Việt1, Phạm Đức Đại1, Nguyễn Thị Thúy Hằng1
1
Trường Đại học Thủy lợi
1. GIỚI THIỆU CHUNG d
us = Rs i s + ψs
Động cơ không đồng bộ roto lồng sóc là dt
động cơ được sử dụng rất phổ biến trong d
0 = Rr i r + ψ r - jwe ψ r
công nghiệp, do nó có cấu trúc chắc chắn, dt
bền, hiệu suất cao, giá thành rẻ. Tuy nhiên ψ s = Ls is + Lm i r
việc điều khiển động cơ không đồng bộ gặp ψ r = Lm is + Lr i r
rất nhiều khó khăn do phần cảm và phần ứng (1)
3
không tách rời. Te = p Im {ψ*s is }
Điều khiển trực tiếp momen - DTC (Direct 2
Torque Control) là một trong những cấu trúc dw
J = Te - TL
điều khiển phổ biến nhất cho động cơ do nó dt
có hiệu suất cao, bền vững và đáp ứng Cấu trúc DTC, mô tả như hình 1, đưa ra
momen nhanh. Tuy nhiên, cấu trúc này có các trạng thái chuyển mạch SA, SB và SC để
nhược điểm là đập mạch momen lớn và tần điều khiển bộ biến đổi nguồn áp VSI
số chuyển mạch thay đổi. Nguyên nhân chủ (Voltage Source Inverter). Bộ điều khiển tốc
yếu là do cấu trúc DTC sử dụng các bộ điều độ tính toán giá trị momen đặt cho vòng
khiển bang-bang để điều khiển momen và từ momen bên trong. Hai đại lượng từ thông
thông stato. Nhằm khắc phục nhược điểm stato và momen điện từ không thể đo trực
này, cấu trúc điều khiển DTC-SVM thay vì tiếp mà phải được ước lượng thông qua điện
sử dụng các bộ điều khiển bang- bang thì áp và dòng điện stato. Hai bộ điều khiển từ
các bộ điều khiển PI và thuật toán điều chế thông và momen là bộ điều khiển trễ hai mức
SVM (Space Vector Modulation) được sử và ba mức. Đầu ra của các bộ điều khiển này
dụng để đảm bảo tần số chuyển mạch không d và dT là đầu vào của bảng chuyển mạch,
đổi và đập mạch momen và từ thông stato có các giá trị tương ứng là 0, 1 và -1, 0, 1.
giảm ([2]).
Bài báo đi khảo sát hiệu suất của hai cấu
trúc điều khiển DTC và DTC-SVM thông
qua mô hình mô phỏng được thành lập trên
Matlab/Simulink.
2. PHÂN TÍCH CẤU TRÚC DTC VÀ CẤU
TRÚC DTC-SVM
Hai cấu trúc DTC và DTC-SVM được sử Hình 2.1. Cấu trúc điều khiển DTC
dụng để điều khiển động cơ không đồng bộ Dựa vào mô hình toán học của động cơ
roto lồng sóc với mô hình toán được viết dưới không đồng bộ roto lồng sóc, các giá trị ước
dạng vector giống như hệ phương trình (1). lượng của momen và từ thông stato dưới
243
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021. ISBN: 978-604-82-5957-0
dạng vector được đưa ra ở phương trình (2) thông stato. Việc ước lượng này giống hệt
và (3). Các phương trình này sẽ được chuyển trong cấu trúc DTC và được biểu diễn như
sang hệ trục tọa độ tĩnh (αβ) để mô phỏng và phương trình (2) và (3). Hai bộ điều khiển từ
lập trình trong vi xử lý. thông và momen ở đây sử dụng các bộ điều
ψ es = ò (us - Rs i s )dt (2) khiển PI. Đầu ra của hai bộ điều khiển này là
3
hai thành phần điện áp stator (usd , usq ) trên hệ
Tee ( k ) =
2
p Im {{ψ (k )} i (k )}
e
s
*
s (3)
trục tọa độ quay (dq), gắn với từ thông stato.
Phần quan trọng nhất của cấu trúc DTC là Sau đó hai thành phần (usd , usq ) được chuyển
bảng chuyển mạch, trình bày ở bảng 1, được sang hệ trực tọa độ (αβ) thành (us , us ) và hai
thành lập dựa trên nguyên lý điều khiển trực
tiếp momen ([1]). Bảng chuyển mạch lựa thành phần này được sử dụng làm đầu vào
chọn một trong tám vector điện áp (v0,…,v7) của khâu điều chế vector không gian SVM.
của bộ biến đổi VSI theo các yêu cầu tăng
giảm momen, từ thông stato và vị trị của
vector từ thông stato ở các sector (SF1,…,
SF6) chia bởi các vector điện áp đầu ra của
bộ biến đổi.
Bảng 1. Bảng chuyển mạch trong cấu trúc
điều khiển DTC
Hình 2.3. Cấu trúc điều khiển DTC-SVM
Rõ ràng, cấu trúc DTC-SVM phức tạp hơn
cấu trúc DTC vì nó đòi hỏi phải tổng hợp hai
mạch vòng điều khiển từ thông stato, momen
và chuyển hệ trục tọa độ từ hệ trục tọa độ
quay stato (dq) sang hệ trục tọa độ tĩnh (αβ).
Tuy nhiên việc sử dụng hai bộ điều khiển PI
cho momen và từ thông stato sẽ làm cho sai
lệch từ thông statp và momen tiến về không
hay đập mạch của momen và từ thông giảm
xuống. Ngoài ra việc sử dụng khâu điều chế
SVM trong cấu trúc cũng làm cho cấu trúc
trở lên phức tạp hơn, nhưng điều này lại giúp
Hình 2.2. Các sector của vector điện áp cho tần số chuyển mạch không đổi và có thể
tối ưu được quá trình trình chuyển mạch,
Vị trí của vector từ thông stato xác định giúp cho giảm tổn thất của bộ biến đổi.
thông qua góc từ thông s được tính toán
3. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG
như phương trình (3).
ye Mô hình mô phỏng cấu trúc DTC và
j s = arctan( sea ) (4) DTC-SVM đã được khảo sát cùng với
y sb động cơ có thông số sau: P dm = 200 HP,
Trong đó se , se là các thành phần từ Udm = 460 V, Rs = 14.85mΩ, Ls = 10.7627 mH,
thông stato trên hệ trục tọa độ (αβ). Rr = 9.295 mΩ, Lr = 10.7627 mH, Lm = 10.46 mH.
Cấu trúc điều khiển DTC-SVM được mô Tốc độ đặt được duy trì ở giá trị 600(rpm),
tả ở hình 2.3 ([2]). Cấu trúc này được thành lượng đặt từ thông stato là 0.8(Wb). Momen
lập trên hệ trục tọa độ quay gắn với từ thông tải ban đầu được duy trì ở 0(Nm), tại thời điểm
stato. Cũng giống như cấu trúc DTC, cấu trúc 1(s) momen tải tăng lên 800(Nm) và tại thời
DTC-SVM đòi hỏi ước lượng momen và từ điểm 1.5(s) momen tải giảm xuống 400(Nm).
244
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021. ISBN: 978-604-82-5957-0
Kết quả mô phỏng đáp ứng tốc độ của hai Kết quả mô phỏng ở hình 3.2, cho thấy
cấu trúc DTC, DTC-SVM được đưa ra ở hình đáp ứng momen của hai cấu trúc giống hệt
3.1. Kết quả mô phỏng Hình 3.1 chỉ ra rằng nhau. Tuy nhiên đập mạch momen của
đáp ứng tốc độ của hai cấu này giống hệt nhau. phương pháp DTC lớn hơn đập mạch momen
của cấu trúc DTC-SVM.
Hình 3.2 cũng cho thấy, đáp ứng từ thông
stato của hai cấu trúc là giống nhau nhưng
đập mạch từ thông stato của cấu trúc
DTC-SVM nhỏ hơn rất nhiều. Một điều quan
trọng hơn là khi moment hay đổi thì đáp ứng
từ thông stato không bị ảnh hưởng. Điều này
chứng tỏ rằng cả hai cấu trúc đã thực hiện
Hình 3.1. Đáp ứng tốc độ điều khiển độc lập momen và từ thông stato.
(a) Cấu trúc DTC, (b) Cấu trúc DTC-SVM Ngoài vấn đề về độ đập mạch của từ thông
stato và momen, chất lượng điều khiển của
hai cấu trúc còn được phản ánh qua các dòng
điện stato được đưa ra ở hình 3.4. Kết quả mô
phỏng cho thấy chỉ số THD của dòng điện
stato trong cấu trúc DTC là 12.2 %, và trong
cấu trúc DTC-SVM là 3.02 %. Điều này có
nghĩa là, lượng sóng hài trong dòng điện
stato của cấu trúc DTC lớn hơn so với của
Hình 3.2. Đáp ứng momen của cấu trúc cấu trúc DTC-SVM.
DTC và DTC-SVM
4. KẾT LUẬN
Bài báo đi phân tích hai cấu trúc DTC và
DTC-SVM điều khiển động cơ không đồng
bộ roto lồng sóc. Cả hai cấu trúc đều được
mô phỏng trên Matlab/Simulink và kết quả
thu được hoàn toàn phù hợp với lý thuyết.
Cấu trúc DTC tương đối đơn giản nhưng
đập mạch momen và từ thông rất lớn. Mặc dù
Hình 3.3. Đáp ứng từ thông stato cấu trúc DTC-SVM đã khắc phục được
của cấu trúc DTC và DTC-SVM nhược điểm này nhưng nó đã phải tăng tính
phức tạp, tăng khối lượng tính toán của cấu
trúc điều khiển bằng cách thêm hai bộ điều
khiển PI và khâu điều chế SVM.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Takahashi, T. Noguchi, “A New Quick-
Response and High-Efficiency Control
Strategy of an Induction Motor”, IEEE
Transactions on Industry Applications,
Vol.22, pp. 820-827, Sept./Oct. 1986.
[2] Ravi Hemantha Kumar, Atif Iqbal, Natesan
Chokkalingam Lenin, “Review of recent
advancements of direct torque control motor
drives - a decade of progress,” IET Power
Hình 3.4. Các dòng điện stato Electronics, Vol. 11, Issue 1, pp. 1-15, 12
của hai cấu trúc: (a) DTC, (b) DTC-SVM January, 2018.
245
nguon tai.lieu . vn
