Báo cáo khoa học: "Ph-ơng pháp tổng hợp và mô phỏng hệ Biến tần điều khiển vectơ tựa theo từ thông rôto Nhận dạng hằng số thời gian rôto của động cơ không đồng bộ trong quá trình quá độ"

Chia sẻ: Nguyễn Phương Hà Linh Nguyễn Phương Hà Linh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:7

Thêm vào BST

Báo xấu

106
lượt xem 21
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Hiện nay ph-ơng pháp điều khiển vectơ tựa theo từ thông rôto đ-ợc sử dụng ngày càng nhiều trong hệ truyền động điện chất l-ợng cao. Bài báo trình bày kết quả nghiên cứu ph-ơng pháp tổng hợp và mô phỏng hệ biến tần điều khiển vectơ tựa theo từ thông rôto.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Báo cáo khoa học: "Ph-ơng pháp tổng hợp và mô phỏng hệ Biến tần điều khiển vectơ tựa theo từ thông rôto Nhận dạng hằng số thời gian rôto của động cơ không đồng bộ trong quá trình quá độ"

Ph−¬ng ph¸p tæng hîp vμ m« pháng hÖ BiÕn tÇn ®iÒu khiÓn vect¬ tùa theo tõ th«ng r«to NhËn d¹ng h»ng sè thêi gian r«to cña ®éng c¬ kh«ng ®ång bé trong qu¸ tr×nh qu¸ ®é ThS. Vò xu©n hïng Bé m«n Trang bÞ ®iÖn - §iÖn tö Khoa §iÖn - §iÖn tö - Tr−êng §¹i häc GTVT TS. TrÇn v¨n thÞnh Khoa §iÖn – Tr−êng §¹i häc B¸ch khoa Hμ Néi Tãm t¾t: HiÖn nay ph−¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn vect¬ tùa theo tõ th«ng r«to ®−îc sö dông ngμy cμng nhiÒu trong hÖ truyÒn ®éng ®iÖn chÊt l−îng cao. Bμi b¸o tr×nh bμy kÕt qu¶ nghiªn cøu ph−¬ng ph¸p tæng hîp vμ m« pháng hÖ biÕn tÇn ®iÒu khiÓn vect¬ tùa theo tõ th«ng r«to. Trong qu¸ tr×nh lμm viÖc tham sè cña ®éng c¬ kh«ng ®ång bé bÞ biÕn ®æi do ¶nh h−ëng cña hiÖu øng mÆt ngoμi vμ b·o hßa m¹ch tõ lμm gi¶m chÊt l−îng ®Æc tÝnh ®éng. §Ó kh¾c phôc ®iÒu nμy, t¸c gi¶ ®Ò xuÊt mét ph−¬ng ph¸p nhËn d¹ng on-line h»ng sè thêi gian r«to. KÕt qu¶ tÝnh to¸n vμ m« pháng ®−îc thùc hiÖn trªn ®éng c¬ kh«ng ®ång bé 14kW ®−îc cÊp bëi biÕn tÇn IGBT PWM. Summary: Today, the field oriented vector control method is used increasingly in high- performance electric drives. This paper presents the results of research into the syntheses and simulations method for field - oriented vector control. The variations of induction motor parameters by skin face effects and magnetic saturation reduce dynamic performance. To overcome the constraint, the authors propose a method for rotor time constant identification on- line. The simulation and evaluation are performed using actual parameters of a 14 kW induction motor fed by an IGBT PWM inverter. pháng hÖ biÕn tÇn ®iÒu khiÓn vect¬ tùa theo tõ th«ng r«to vµ ®Ò xuÊt mét ph−¬ng ph¸p nhËn i. ®Æt vÊn ®Ò d¹ng on-line h»ng sè thêi gian r«to cña ®éng Tæng hîp vµ m« pháng lµ b−íc quan c¬ kh«ng ®ång bé trong qu¸ tr×nh ®éng do ¶nh träng khi thiÕt kÕ mét hÖ ®iÒu chØnh tù ®éng h−ëng cña hiÖu øng mÆt ngoµi vµ b·o hßa truyÒn ®éng ®iÖn, nã cho phÐp kiÓm tra ®é æn m¹ch tõ. ®Þnh vµ ®¸nh gi¸ chÊt l−îng cña hÖ truyÒn ®éng tr−íc khi ®i vµo thiÕt kÕ mét hÖ thèng ii. nguyªn lý ®iÒu khiÓn vect¬ thùc, rót ng¾n thêi gian thiÕt kÕ, gi¶m thiÓu ®−îc rñi ro vµ chi phÝ khi thiÕt kÕ vµ s¶n xuÊt. VÐc t¬ dßng ®iÖn stato ®−îc t¸ch ra lµm Gióp cho viÖc chØnh ®Þnh vµ lùa chän th«ng sè hai thµnh phÇn (h×nh 1): Thµnh phÇn thø nhÊt cña bé ®iÒu chØnh trong qu¸ tr×nh vËn hµnh. lµ isd cã chiÒu trïng víi vect¬ tõ th«ng r«to, thµnh phÇn nµy tû lÖ víi tõ th«ng r«to (ψr~ isd), Trong bµi b¸o nµy, chóng t«i tr×nh bµy kÕt nhê cã bé ®iÒu chØnh dßng mµ thµnh phÇn isd qu¶ nghiªn cøu ph−¬ng ph¸p tæng hîp vµ m« ®−îc gi÷ kh«ng ®æi isd = const do ®ã tõ th«ng
Thµnh phÇn thø hai lµ isq cã chiÒu vu«ng r«to ®−îc gi÷ kh«ng ®æi, isd ®−îc gäi lµ dßng gãc víi vect¬ tõ th«ng r«to. Do m«men quay t¹o tõ th«ng (dßng kÝch tõ). tû lÖ víi tÝch cña tõ th«ng vµ thµnh phÇn dßng isq ( M ~ ψr.isq ), mÆt kh¸c tõ th«ng ®−îc gi÷ kh«ng ®æi nªn thµnh phÇn dßng isq tû lÖ víi m«men, b»ng c¸ch ®iÒu chØnh dßng isq ta sÏ ®iÒu chØnh ®−îc m«men quay, dßng isq ®−îc gäi lµ dßng t¹o m«men quay. Nh− vËy nÕu thµnh c«ng trong viÖc gi÷ isd = const vµ ¸p ®Æt nhanh dßng isq ®Ó ®iÒu khiÓn m«men th× thuËt to¸n ®iÒu khiÓn vect¬ (®iÒu khiÓn tr−êng ®Þnh h−íng) cho ®éng c¬ kh«ng ®ång bé sÏ t−¬ng tù nh− ®iÒu khiÓn ®éng c¬ mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp. H×nh 2 lµ s¬ ®å cÊu tróc hÖ ®iÒu khiÓn H×nh 1. §å thÞ vect¬ vect¬ tùa theo tõ th«ng r«to. H×nh 2. S¬ ®å m« pháng hÖ ®iÒu khiÓn vect¬ cã kh©u nhËn d¹ng Tr rêi khái ph¹m vi sai sè ®Æt tr−íc. H×nh 3 lµ s¬ III. Bé ®iÒu chØnh dßng ®iÖn kiÓu dù b¸o ®å nguyªn lý bé ®iÒu chØnh dßng thùc hiÖn theo nguyªn t¾c IPC. IPC (Intelligent Predictive Controller) Bé ®iÒu chØnh dßng ®iÖn cã nhiÖm vô ¸p ®Æt nhanh chÝnh x¸c m« men quay trªn c¬ së ®iÒu chØnh dßng ®iÖn stato. HiÖn nay cã rÊt nhiÒu ph−¬ng ph¸p ®iÒu chØnh dßng stato, trong c¸c ph−¬ng ph¸p ®ã cã ph−¬ng ph¸p ®iÒu chØnh dßng th«ng minh kiÓu dù b¸o IPC hai ®iÓm [2] cã ®é t¸c ®éng nhanh, cã thÓ ®iÒu khiÓn nhanh m«men quay b¸m s¸t gi¸ trÞ m«men ®Æt nhê kh¶ n¨ng dù b¸o tr−íc mÉu xung ®iÒu khiÓn tèi −u ®Ó ®iÒu khiÓn van b¸n dÉn trong chu kú kÕ tiÕp khi vect¬ dßng stato H×nh 3. Kh©u ®iÒu chØnh vect¬ dßng stato theo kiÓu IPC
a b H×nh 4. a) Vect¬ sai sè cña dßng ®iÖn; b) Ph¹m vi sai sè cña dßng pha a; c) Ph¹m vi sai sè chung cña c¶ ba pha (Speed Controller) Khi mét dßng rêi khái ph¹m vi sai sè cho phÐp H (h×nh 4b, c), tïy theo dÊu cña sai sè Bé ®iÒu chØnh tèc ®é lµm nhiÖm vô duy mµ pha ®ã sÏ ®−îc nèi víi cùc "+" hoÆc cùc "- " cña nguån ®iÖn ¸p mét chiÒu cÊp cho biÕn tÇn. §©y lµ mét ph−¬ng ¸n cã −u thÕ lín do cã ®Æc ®iÓm ®¬n gi¶n vµ cã ®Æc tÝnh ®éng häc cao nªn ®−îc dïng phæ biÕn trong hÖ ®iÒu khiÓn vect¬ ®ßi hái cao vÒ ®Æc tÝnh ®éng. iv. Tæng hîp bé ®iÒu chØnh tõ th«ng (Flux Controller) tr×, æn ®Þnh tèc ®é ë gi¸ trÞ ®Æt th«ng qua viÖc t¹o dßng m«men thÝch hîp i*sq. §Çu ra cña bé Bé ®iÒu chØnh tõ th«ng lµm nhiÖm vô ¸p ®iÒu chØnh tèc ®é lµ dßng ®Æt m«men i*sq. ®Æt nhanh, chÝnh x¸c dßng ®iÖn ®Æt isd, lo¹i bá ®−îc quan hÖ trÔ bËc nhÊt gi÷a tõ th«ng r«to H×nh 6. M¹ch vßng ®Ó tæng hîp bé ®iÒu chØnh tèc ®é víi dßng ®iÖn isd. §Ó tæng hîp bé ®iÒu chØnh tõ Tõ ph−¬ng tr×nh tÝnh m«men vµ ph−¬ng th«ng dùa vµo m¹ch vßng h×nh 5, trong ®ã ®èi tr×nh ®éng häc cña §C K§B [1]: t−îng cña m¹ch vßng tõ th«ng ®−îc m« t¶ bëi ph−¬ng tr×nh sau [1]: 3 L2 M dt = p C Ψ' rd i sq m T T Ψrd (k + 1) = i sd (k) + (1 − )Ψrd (k) (1) ' ' 2 Lr Tr Tr (2) J dω M dt − M C = p c dt (3) Ta cã m¹ch vßng tæng hîp bé ®iÒu chØnh tèc ®é nh− h×nh 6. §Ó x¸c ®Þnh th«ng sè H×nh 5. M¹ch vßng ®iÒu chØnh tõ th«ng cña bé ®iÒu chØnh tèc ®é chóng t«i sö dông c«ng cô Nonlinear Control v. Tæng hîp bé ®iÒu chØnh tèc ®é Design (NCD) trong Simulink - Matlab. Gi¶ sö
bé ®iÒu chØnh tèc ®é lµ kh©u PI [2], dùa vµo hiÖu øng mÆt ngoµi, sù b·o hßa cña m¹ch tõ c«ng cô NCD thu ®−îc th«ng sè cña bé ®iÒu vµ nhiÖt ®é. §Ó cã thÓ ®iÒu khiÓn ®Þnh h−íng chØnh tèc ®é cña hÖ BiÕn tÇn - §C K§B 14kW tr−êng r«to mét c¸ch chÝnh x¸c ta cÇn ph¶i cã nh− sau: Kp = 25, Ki = 15. ph−¬ng ph¸p nhËn d¹ng chÝnh x¸c h»ng sè thêi gian r«to. H×nh 7. CÊu tróc cña bé ®iÒu chØnh tèc ®é 2. M« h×nh tÝnh modul vect¬ tõ th«ng Tõ ph−¬ng tr×nh (1) ta x©y dùng ®−îc m« h×nh tÝnh modul vect¬ tõ th«ng r«to (h×nh 9). Chóng ta thÊy r»ng tõ th«ng r«to ψ*rd phô thuéc vµo h»ng sè thêi gian r«to, ®©y lµ tham sè biÕn ®æi trong qu¸ tr×nh lµm viÖc. V× vËy, ®Ó cã thÓ tÝnh chÝnh x¸c tõ th«ng r«to ta cÇn ph¶i cã m« h×nh cã nhËn d¹ng h»ng sè thêi gian r«to Tr. H×nh 9. M« h×nh tÝnh tõ th«ng r«t« vi. M« h×nh quan s¸t vect¬ tõ vii. M« h×nh nhËn d¹ng h»ng sè thêi th«ng r«to (Flux Estimator, Flux gian r«to Tr do ¶nh h−ëng cña sù b·o Observer) 1. M« h×nh tÝnh gãc vect¬ tõ th«ng §Ó cã thÓ x©y dùng ®−îc hÖ ®iÒu khiÓn vect¬ tùa theo tõ th«ng r«to ta cÇn ph¶i biÕt chÝnh x¸c h−íng cña vect¬ tõ th«ng r«to, do ®ã ta cÇn ph¶i tÝnh chÝnh x¸c gãc lÖch υs cña tõ th«ng r«to víi trôc α cña hÖ täa ®é cè ®Þnh stato, gãc υs ®−îc tÝnh nh− sau: ∫ (ω + ω )dt υ s = υ s (0) + hßa m¹ch tõ vμ hiÖu øng mÆt ngoμi r Dùa vµo nguyªn t¾c x¸c ®Þnh tham sè (4) cña ®éng c¬ do ¶nh h−ëng cña hiÖu øng mÆt víi υs(0) lµ vÞ trÝ ®Çu cña vect¬ tõ th«ng r«to. ngoµi vµ sù b·o hßa m¹ch tõ, xem [1], chóng t«i ®Ò xuÊt mét ph−¬ng ph¸p nhËn d¹ng h»ng Tèc ®é tr−ît cña r«to ®−îc tÝnh nh− sau [1]: sè thêi gian r«to Tr trong qu¸ tr×nh ®éng nh»m i sq (k) ωr (k) = c¶i thiÖn ®Æc tÝnh ®éng cña hÖ thèng, néi dung Tr ψ ,rd (k) cña ph−¬ng ph¸p nh− sau: - Tham sè khëi ®Çu cho kh©u nhËn d¹ng (5) h»ng sè thêi gian r«to Tr: §ã lµ c¸c gi¸ trÞ ®iÖn Tõ c¸c c«ng thøc trªn ta x©y dùng ®−îc kh¸ng, ®iÖn trë r«to ®· cho tr−íc trong tµi liÖu m« h×nh tÝnh gãc υs nh− h×nh 8. thiÕt kÕ m¸y ®iÖn hoÆc trªn nh·n cña m¸y ®iÖn. H×nh 8. M« h×nh tÝnh gãc υs - TÝn hiÖu ®Çu vµo ®Ó cã thÓ xÐt ®−îc ¶nh h−ëng cña hiÖu øng mÆt ngoµi vµ sù b·o hßa Tõ c¸c c«ng thøc trªn ta thÊy r»ng gi¸ trÞ m¹ch tõ lµ: hÖ sè tr−ît s (hoÆc tèc ®é), tÇn sè gãc tÝnh ®−îc υs phô thuéc rÊt lín vµo ®é gãc stato ωs, biªn ®é dßng ®iÖn stato, trong chÝnh x¸c cña h»ng sè thêi gian r«to Tr, mµ Tr qu¸ tr×nh khëi ®éng c¸c gi¸ trÞ ®ã ®Òu lµ tham lµ tham sè biÕn ®æi m¹nh do ¶nh h−ëng cña
sè biÕn ®æi. Nhê bé ®iÒu chØnh tèc ®é, bé ®iÒu chØnh tõ th«ng cã kh©u h¹n chÕ, kh©u quan s¸t - H»ng sè thêi gian r«to ®−îc tÝnh theo vect¬ tõ th«ng r«to cã nhËn d¹ng h»ng sè thêi c«ng thøc sau: x (t) + x 2 (t) gian r«to vµ kh¶ n¨ng ¸p ®Æt nhanh, chÝnh x¸c L Tr = r = 0 cña bé ®iÒu chØnh dßng ®iÖn mµ dßng ®iÖn ω sR r Rr khëi ®éng ®−îc h¹n chÕ trong ph¹m vi ®Æt (6) tr−íc (h×nh 11a), dßng ®iÖn isd, isq lu«n b¸m trong ®ã: x0, x2, Rr lÇn l−ît lµ ®iÖn kh¸ng m¹ch theo gi¸ trÞ dßng ®iÖn ®Æt i*sd, i*sq (h×nh 11c, d). tõ hãa, ®iÖn kh¸ng r«to ®· quy ®æi vÒ stato, §Æc tÝnh m«men Ýt dao ®éng, tèc ®é t¨ng ®Òu ®iÖn trë r«to - ®©y lµ c¸c tham sè biÕn ®æi do trong qu¸ tr×nh khëi ®éng, sai lÖch tèc ®é ë ¶nh h−ëng cña hiÖu øng mÆt ngoµi vµ b·o trong chÕ ®é x¸c lËp rÊt nhá (h×nh 11e), ®Æc hßa m¹ch tõ, ®−îc x¸c ®Þnh theo [1]. tÝnh m«men v−ît tréi so víi ®Æc tÝnh m«men −u ®iÓm cña ph−¬ng ph¸p lµ cã kh¶ trong hÖ biÕn tÇn ®iÒu khiÓn theo luËt U/f mµ n¨ng nhËn d¹ng trùc tuyÕn (on line) khi hÖ t¸c gi¶ ®· kh¶o s¸t trong [5]. thèng ®ang lµm viÖc, ph−¬ng ph¸p chØ sö dông tÝn hiÖu th«ng th−êng cã thÓ ®o ®−îc vµ tån t¹i trong mäi hÖ truyÒn ®éng nh− dßng ®iÖn, tèc ®é, kh«ng sö dông c¸c tÝn hiÖu kÝch thÝch phô g©y bÊt lîi cho hÖ thèng. M« h×nh nhËn d¹ng h»ng sè thêi gian r«to vµ giao diÖn nhËp th«ng sè nh− trªn h×nh 10. H×nh 11a. HÖ sè tr−ît, biªn ®é dßng ®iÖn H×nh 10a. M« h×nh nhËn d¹ng Tr H×nh 11b. H»ng sè thêi gian r«to Tr vμ tõ th«ng r«to H×nh 10b. Giao diÖn nhËp th«ng sè cho khèi nhËn d¹ng viii. KÕt qu¶ m« pháng vμ nhËn xÐt H×nh 11c. Dßng ®iÖn ®Æt
Nhê m« h×nh nhËn d¹ng h»ng sè thêi gian, ®· cho phÐp quan s¸t chÝnh x¸c vect¬ tõ th«ng r«to, ®em l¹i ®Æc tÝnh ®éng cã chÊt l−îng cao: ®Æc tÝnh m« men vµ tèc ®é Ýt dao ®éng, gÇn nh− kh«ng cã ®é qu¸ ®iÒu chØnh. Dßng ®iÖn ®−îc h¹n chÕ trong ph¹m vi cho phÐp do ®ã gi¶m ®−îc tæn thÊt n¨ng l−îng ë d©y quÊn trong qu¸ tr×nh ®éng. H×nh 11d. Dßng ®iÖn isd vμ isq H×nh 11e. §Æc tÝnh m«men vμ tèc ®é H×nh 12. §Æc tÝnh trong hÖ ®iÒu khiÓn vect¬ cã hai cÊp tèc ®é Tµi liÖu tham kh¶o [1]. Vò Xu©n Hïng. LuËn v¨n Th¹c sÜ khoa häc kü thuËt, Kh¶o s¸t qu¸ tr×nh qu¸ ®é cña hÖ BiÕn tÇn - §éng c¬ kh«ng ®ång bé, 2003. [2]. Ng. Phïng Quang, A. Dittrich. TruyÒn ®éng ®iÖn th«ng minh. NXB KHKT, 2002. [3]. M.Jemli, M.Boussak, M.Gossa. Roto time constant identification in vector controlled induction motor with model reference adaptive system; OPTIM, 1996. [4]. P. Srinivas, and Other. Gereralized system H×nh 11 f. §iÖn ¸p vμ dßng ®iÖn design & Analysis of PWM based Power Electronic converter; IEEE Transaction on IA, 2000. iX. KÕt luËn [5]. Vò Xu©n Hïng. TÝnh to¸n tæn thÊt n¨ng l−îng trong qu¸ tr×nh ®éng cña ®éng c¬ kh«ng ®ång bé Bµi b¸o ®· tr×nh bµy kÕt qu¶ nghiªn cøu khi ®−îc cÊp ®iÖn tõ biÕn tÇn PWM. Héi th¶o Khoa ph−¬ng ph¸p tæng hîp vµ m« pháng hÖ ®iÒu häc vµ c«ng nghÖ tr−êng §H GTVT. T¹p chÝ Khoa khiÓn vect¬ tùa theo tõ th«ng r«to. Ch−¬ng häc vµ c«ng nghÖ GTVT, 11/2003. tr×nh m« pháng ®−îc dïng ®Ó hç trî cho qu¸ [6]. TrÇn V¨n ThÞnh, Vò Xu©n Hïng. øng dông biÕn tr×nh thiÕt kÕ, lùa chän tham sè thÝch hîp ®Ó cµi tÇn ®iÒu khiÓn ®éng c¬ ®iÖn xoay chiÒu - Gi¶i ph¸p ®Æt tr−íc khi vËn hµnh, dïng ®Ó ph©n tÝch vµ n©ng cao hiÖu suÊt sö dông n¨ng l−îng cña hÖ ®¸nh gi¸ chÊt l−îng cña hÖ truyÒn ®éng ®iÖn. BiÕn tÇn; Héi th¶o Khoa häc vÒ tèi −u hãa n¨ng
l−îng - ViÖn khoa häc vµ c«ng nghÖ NhiÖt - L¹nh. Tr−êng §¹i häc B¸ch khoa Hµ néi, 11/2003♦