Tài liệu điều khiển máy điện không đồng bộ có xem xét ảnh hưởng của bão hòa từ

Đại Học Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ------------------------------ PHAN CÔNG PHƯỚC ĐỀ TÀI ĐIỀU KHIỂN MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ CÓ XEM XÉT ẢNH HƯỞNG CỦA BÃO HÒA TỪ Chuyên ngành: Thiết Bị, Mạng và Nhà Máy Điện LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 06 năm 2009 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Cán bộ hướng dẫn khoa học: T.S PHẠM ĐÌNH TRỰC ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… (Ghi rõ họ tên, học hàm, học vị, chữ ký) Cán bộ chấm nhận xét 1: ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… (Ghi rõ họ tên, học hàm, học vị, chữ ký) Cán bộ chấm nhận xét 2: ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… (Ghi rõ họ tên, học hàm, học vị, chữ ký) Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại: HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Ngày ……tháng ……..năm 2009 TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA TP. HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH Độc lập – Tư do – Hạnh phúc TP Hồ Chí Minh, ngày …… tháng …… năm 2009 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: PHAN CÔNG PHƯỚC Phái: Nam Ngày tháng năm sinh: 13 – 01 – 1983 Nơi sinh: Quảng Trị Chuyên ngành: Thiết bị, mạng và nhà máy điện MSHV: 01806497 I-TÊN ĐỀ TÀI: ĐIỀU KHIỂN MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ CÓ XEM XÉT ẢNH HƯỞNG CỦA BÃO HÒA TỪ II- NỘI DUNG VÀ NHIỆM VỤ: - Khảo sát mô hình động cơ không đồng bộ có xem xét ảnh hưởng của bão hòa từ và tổn hao sắt từ. Mô phỏng quá trình hoạt động của động cơ không đồng bộ có xem xét bão hòa từ và tổn hao sắt từ. - Mô phỏng phương pháp điều khiển định hướng từ thông rotor và phương pháp điều khiển định hướng từ thông stator để điều khiển động cơ không đồng bộ có tổn hao sắt từ và bão hòa từ. - Tìm hiểu phương pháp điều khiển định hướng từ thông với bộ ước lượng tốc độ động cơ theo mô hình điều khiển thích nghi; Mô phỏng phương pháp điều khiển khiển định hướng từ thông rotor để điều khiển động cơ không đồng bộ có tổn hao sắt từ và bão hòa từ có bộ ước lượng tốc độ động cơ. III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: ngày 03/03/2009 IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: ngày 30/06/2009 V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: T.S PHẠM ĐÌNH TRỰC CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CN BỘ MÔN QL CHUYÊN NGÀNH TS. PHẠM ĐÌNH TRỰC Nội dung và đề cương luận văn thạc sĩ đã được Hội đồng chuyên ngành thông qua Ngày TRƯỞNG PHÒNG ĐT-SĐH tháng năm 2009 TRƯỞNG KHOA QL CHUYÊN NGÀNH LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn Thầy T.S Phạm Đình Trực đã tận tình hướng dẫn và truyền đạt các kiến thức bổ ích để tôi hoàn thành luận văn này. Chân thành cảm ơn Quý Thầy, Cô đã từng giảng dạy tôi trong suốt khoảng thời gian học tập và nghiên cứu tại Trường Đại Học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh. Xin chân thành cảm ơn gia đình, quý bạn bè đã cố gắng động viên tôi trong suốt quá trình học tập. Tp. Hồ Chí Minh, ngày 26/06/2009. Thực hiện Phan Công Phước -I- MỞ ĐẦU Động cơ không đồng bộ được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực công nghiệp giấy, luyện kim, hóa chất, xi măng, điện, công nghiệp dầu khí…nhờ vào ưu điểm là tính ổn định, bền vững, độ tin cậy cao, không yêu cầu bảo dưỡng thường xuyên [3]. Sự phát triển mạnh mẽ của tự động hóa trong công nghiệp đòi hỏi các cải tiến trong các hệ truyền động điện để tăng độ ổn định, tiết kiệm điện năng tiêu thụ, giảm chi phí bảo trì sửa chữa và tăng khả năng đáp ứng các yêu cầu chính xác và đồng bộ trong các quá trình sản xuất công nghiệp. [2] Ngày nay, cùng với sự phát triển của các bộ biến tần điều khiển ĐC KĐB cũng như các ứng dụng của ĐC KĐB như máy phát không đồng bộ trong các hệ thống điện phân tán, việc nghiên cứu vấn đề bão hòa từ thông chính của máy điện ảnh hưởng đến mô hình máy điện thu hút nhiều sự quan tâm của các nhà nghiên cứu. Trong quá trình nghiên cứu máy điện ta giả định rằng đường cong từ hóa có thể xấp xỉ như như đường thẳng hay từ thông từ hóa thay đổi tuyến tính so với dòng điện. Điều này không thỏa mãn đối với mô hình và mô phỏng máy điện không đồng bộ và đồng bộ trạng thái ổn định và quá độ [10]. Ảnh hưởng của bão hòa từ thông chính lên mô hình máy dẫn đến các kết quả sai trong mô phỏng và khó khăn trong việc dự đoán các tính chất hoạt động của máy điện không đồng bộ. Mô hình chuẩn trong hệ quy chiếu dq0 của ĐC KĐB thường bỏ qua các yếu tố tổn hao sắt từ và bão hòa từ. Yếu tố bão hòa từ mặc dù đã được đề cập rất nhiều trong các công trình nghiên cứu [9] – [20] nhưng các mô hình này vẫn chưa xuất hiện yếu tố tổn hao sắt từ. Yếu tố tổn hao sắt từ làm ảnh hưởng đến độ chính xác của phương pháp điều khiển vector [7]. Vì vậy, yêu cầu nghiên cứu một mô hình toán kết hợp yếu tố tổn hao sắt từ và bão hòa từ và phương pháp điều khiển định hướng từ thông ĐC KĐB này là cần thiết . - II - MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN I MỞ ĐẦU II BẢNG BIỂU V HÌNH VẼ VI CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU VII Chương 1: Tổng quan 1.1 Tổng quan 1 1.2 Những vấn đề chính 2 Chương 2: Mô hình toán động cơ không đồng bộ có xem xét bão hòa từ và tổn hao sắt từ 2.1 Mô hình động cơ lý tưởng 3 2.2 Mô hình động cơ không đồng bộ có xem xét tổn hao sắt từ và bão hòa từ 9 2.3 Kết luận 14 Chương 3: Mô phỏng động cơ không đồng bộ có xem xét tổn hao sắt từ và bão hòa từ 3.1 Mô phỏng động cơ không đồng bộ có xem xét tổn hao sắt từ và bão hòa từ 15 3.2 Kết quả mô phỏng động cơ không đồng bộ ba pha có xem xét tổn hao sắt từ và bão hòa từ 24 3.3 Nhận xét 28 3.4 Kết luận 29 Chương 4: Phương pháp điều khiển định hướng từ thông động cơ không đồng bộ 4.1 Điều khiển định hướng từ thông rotor 30 4.2 Điều khiển định hướng từ thông stator 33 4.3 Bộ nghịch lưu nguồn áp 35 4.4 Điều khiển vòng trễ 37 4.5 Kết luận 37 Chương 5: Mô phỏng điều khiển RFOC và SFOC ĐC KĐB có xem xét tổn hao sắt từ và bão hòa từ 5.1 Mô phỏng điều khiển RFOC ĐC KĐB có tổn hao sắt từ và bão hòa từ III 38 5.2 Mô phỏng điều khiển SFOC ĐC KĐB có tổn hao sắt từ và bão hòa từ 42 5.3 So sánh điều khiển RFOC ĐC KĐB lý tưởng và ĐC KĐB có tổn hao sắt từ và bão hòa từ 45 5.4 So sánh điều khiển SFOC ĐC KĐB lý tưởng và ĐC KĐB có tổn hao sắt từ và bão hòa từ 48 5.5 So sánh điều khiển bằng ĐC KĐB có tổn hao sắt từ và bão hòa từ bằng hai phương pháp RFOC và SFOC 51 5.6 Kết luận 54 Chương 6: Khảo sát ảnh hưởng của tổn hao sắt từ và bão hòa từ trong động cơ không đồng bộ lên bộ ước lượng vận tốc 6.1 Ước lượng tốc độ động cơ theo từ thông rotor 55 6.2 Bộ ước lượng theo từ thông stator 58 6.3 Mô phỏng điều khiển RFOC ĐC KĐB cótổn hao sắt từ và bão hòa từ với bộ ước lượng tốc độ động cơ 61 6.4 Kết quả mô phỏng 65 6.5 Kết luận 67 Chương 7 : Kết luận, kiến nghị 68 Chương 8 : Trích dẫn tham khảo 70 IV DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 4.1: Điện áp pha bộ nghịch lưu nguồn áp V 36 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 2.1: Hệ quy chiếu αβ 4 Hình 2.2: Sơ đồ tương đương động cơ lý tưởng 8 Hình 2.3: Hệ quy chiếu dq0 quay với tốc độ ωa 9 Hình 2.4: Sơ đồ tương đương động cơ có tính đến tổn hao sắt từ và bão hòa từ 12 Hình 2.5: Tổn hao sắt từ theo tần số 13 Hình 2.6: Quan hệ giữa từ thông từ hóa, điện cảm từ hóa và dòng điện từ hóa 13 Hình 3.1: Sơ đồ khối mô phỏng ĐC KĐB có tổn hao sắt từ và bão hòa từ 16 Hình 3.2: Khối biến đổi nguồn áp sang hệ quy chiếu dq0 17 Hình 3.3: Khối động cơ đồng bộ có xem xét tổn hao sắt từ và bão hòa từ 17 Hình 3.4: Khối tính từ thông 19 Hình 3.5: Khối tính tần số 20 Hình 3.6: Khối mô phỏng yếu tố bão hòa từ 21 Hình 3.7: Khối tổn hao sắt từ 22 Hình 3.8: Cấu hình thông số dùng trong mô phỏng 23 Hình 3.9: Từ thông stator 24 Hình 3.10: Từ thông rotor 25 Hình 3.11 : Moment điện từ 26 Hình 3.13: Tốc độ động cơ 27 Hình 3.14: Yếu tố tổn hao sắt từ và bão hòa từ trong động cơ không đồng bộ 27 Hình 4.1: Sơ đồ điều khiển RFOC với từ thông và moment lệnh 32 Hình 4.2: Sơ đồ điều khiển SFOC với từ thông và moment lệnh 34 Hình 4.3: Sơ đồ bộ nghịch lưu nguồn áp 35 Hình 4.4: Vector không gian điện áp 36 Hình 4.5: Phương pháp điều khiển vòng trễ 37 Hình 5.1: Mô phỏng RFOC với từ thông và tốc độ lệnh 39 Hình 5.2: Sơ đồ bộ điều khiển PID moment lệnh 40 Hình 5.3: Khối ước lượng từ thông rotor 41 Hình 5.4: Khối điều khiển định hướng từ thông rotor 41 Hình 5.5: Khối nghịch lưu nguồn áp điều khiển vòng trễ 42 VI Hình 5.6: Mô phỏng SFOC với từ thông và tốc độ lệnh 43 Hình 5.7: Sơ đồ khối điều khiển SFOC 44 Hình 5.8: Từ thông rotor và từ thông stator 45 Hình 5.9: Moment điện từ 46 Hình 5.10: Tốc độ động cơ 46 Hình 5.11: Dòng stator 47 Hình 5.12: Từ thông rotor và từ thông stator 48 Hình 5.13: Moment điện từ 49 Hình 5.14:Tốc độ động cơ 49 Hình 5.15: Dòng điện stator 50 Hình 5.15: Từ thông rotor và từ thông stator 51 Hình 5.16: Moment điện từ (RFOC và SFOC) 51 Hình 5.17: Tốc độ động cơ (RFOC và SFOC) 52 Hình 5.18: Yếu tố tổn hao sắt từ và bão hòa từ trong ĐC KĐB 52 Hình 6.1: Sơ đồ khối bộ ước lượng tốc độ động cơ 55 Hình 6.2: Bộ ước lượng tốc độ động cơ dựa trên từ thông rotor 58 Hình 6.3: Bộ ước lượng tốc độ động cơ dựa trên từ thông stator 60 Hình 6.4: Mô hình Simulink điều khiển động cơ không đồng bộ SAFEIM có bộ ước lượng tốc độ 62 Hình 6.5: Bộ ước lượng tốc độ động cơ dựa trên từ thông rotor 62 Hình 6.6: Bộ điều khiển PI có anti-windup 64 Hình 6.7: Tốc độ động cơ 65 Hình 6.8: Dòng điện từ hóa, từ thông từ hóa và điện cảm từ hóa 66 Hình 6.9: Moment điện từ, từ thông rotor và từ thông stator 66 VII CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU ĐC KĐB Động cơ không đồng bộ SFOC Điều khiển định hướng từ thông stator. RFOC Điều khiển định hướng từ thông rotor SAFEIM Động cơ không đồng bộ có bão hòa từ và tổn hao sắt từ. ia, ib, ic Dòng điện pha phía stator van, vbn, vcn Điện áp pha đặt lên động cơ vno Điện thế điểm từ trung tính tải đến điểm chuẩn của nguồn DC. vds, vqs Điện áp stator và rotor trong hệ tọa độ d-q. ids, iqs Dòng điện stator trong hệ toạ độ d-q Im Dòng điện từ hóa ϕ ds, ϕ qs Từ thông stator trong hệ tọa độ d-q. ϕm Từ thông từ hóa Te Mô men điện từ. TL Mô men tải. RS Điện trở stator. LS Điện cảm cuộn stator. Lr Điện cảm rotor. Lm Điện cảm từ hoá. J Mô men quán tính. P Số đôi cực p toán tử vi phân VIII Tổng quan Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan Hiện tượng bão hòa từ trong máy phát không đồng bộ rotor lồng sóc đã được thực hiện trong nhiều công trình nghiên cứu [12] – [15]. Mô hình toán học của động cơ không động bộ có xem xét yếu tố bão hòa từ cũng đã được thực hiện với đại lượng vector trong hệ quy chiếu quay dq0 [9] và [11]. Phương pháp điều khiển vector động cơ không đồng bộ cũng như máy phát không đồng bộ với mô hình đền bù bão hòa từ đã được tiến hành [18] – [20]. Mô hình động cơ không đồng bộ có xem xét yếu tố bão hòa từ kết hợp tổn hao sắt từ đã được đề xuất với các mô hình toán học khác nhau. Ảnh hưởng của bão hòa từ kết hợp tổn hao sắt từ lên các bộ điều khiển định hướng từ thông tiên tiến đã được nghiên cứu [7] – [8]. Mô hình này đầy đủ hơn và nghiên cứu một cách tổng thể hơn tính chất của động cơ không đồng bộ so với các nghiên cứu động cơ không đồng bộ lý tưởng, động cơ không đồng bộ chỉ xem xét yếu tố tổn hao sắt từ hay bão hòa từ. Luận văn tiến hành nghiên cứu lý thuyết mô hình toán học của ĐC KĐB có yếu tố bão hòa từ kết hợp tổn hao sắt từ và xây dựng mô hình toán học của động cơ này trong các hệ quy chiếu stator và hệ quy chiếu quay dq0. Các phương pháp điều khiển từ thông tiên tiến như điều khiển định hướng từ thông rotor, điều khiển định hướng từ thông stator được nghiên cứu và áp dụng để điều khiển ĐC KĐB có yếu tố bão hòa từ kết hợp tổn hao sắt từ. Trong các ứng dụng công nghiệp, phương pháp điều khiển định hướng từ thông hay phương pháp điều khiển vector thường sử dụng bộ cảm biến hồi tiếp tốc độ động cơ hoặc tự ước lượng tốc độ động cơ để điều khiển tùy theo yêu cầu của công nghệ và mức độ quan trọng của ứng dụng như họ Sinamics của Siemens trong công nghiệp giấy [21]. Luận văn cũng nghiên cứu phương pháp điều khiển định hướng từ thông rotor và -1- Giới thiệu tổng quan phương pháp điều khiển định hướng từ thông stator có hồi tiếp tốc độ thực của động cơ (phương pháp điều khiển có cảm biến) và phương pháp điều khiển hồi tiếp tốc độ động cơ bằng phương pháp ước lượng vận tốc (phương pháp điều khiển không có cảm biến). Mô phỏng hoạt động và điều khiển ĐC KĐB có yếu tố bão hòa từ và tổn hao sắt từ bằng phương pháp điều khiển định hướng từ thông bằng Matlab/ Simulink. Kết quả được so sánh với ĐC KĐB lý tưởng để thấy được ảnh hưởng của yếu tố bão hòa từ và tổn hao sắt từ lên động cơ không đồng bộ và phương pháp điều khiển. 1.2 Những vấn đề chính Chương 1: Tổng quan Chương 2: Mô hình toán học ĐC KĐB có yếu tố bão hòa từ và tổn hao sắt từ Chương 3: Mô phỏng ĐC KĐB có yếu tố bão hòa từ và tổn hao sắt từ Chương 4: Phương pháp điều khiển định hướng từ thông Chương 5: Mô phỏng phương pháp điều khiển RFOC và SFOC ĐC KĐB có yếu tố bão hòa từ và tổn hao sắt từ Chương 6: Phương pháp điều khiển định hướng từ thông với bộ ước lượng tốc độ và mô phỏng điều khiển ĐC KĐB có yếu tố bão hòa từ và tổn hao sắt từ có sử dụng bộ ước lượng tốc độ động cơ Chương 7: Kết luận -2- Chương 2: Mô hình toán động cơ Chương 2: Mô hình toán động cơ Chương 2: Mô hình toán động cơ không đồng bộ có xem xét bão hòa từ và tổn hao sắt từ Mô hình tĩnh của động cơ không đồng bộ có các đại lượng quy đổi về stator. Sơ đồ tương đương Thevenin và sơ đồ tương đương được dùng để tính toán các đại lượng cơ bản như dòng điện stator, hệ số công suất, moment khi động cơ vận hành ở chế độ xác lập với vận tốc cố định và nguồn áp cung cấp có dạng sin và cân bằng. Mô hình này không được dùng để phân tích các trạng thái vận hành quá độ của động cơ và khi động cơ được cấp nguồn từ bộ biến đổi công suất. Để phân tích các đặc tính của động cơ ở chế độ quá độ và xác lập hoặc cấp nguồn từ bộ biến đổi công suất bất kỳ, mô hình toán được biến đổi sang các hệ quy chiếu stator (hệ quy chiếu αβ ) và hệ quy chiếu quay dq0 dựa trên khái niệm về vector của máy điện xoay chiều. [5] Trong phần này, mô hình động cơ lý tưởng được trình bày trước để làm cơ sở. Mô hình ĐC KĐB có xem xét yếu tố bão hòa từ và tổn hao sắt từ trong các hệ quy chiếu αβ và dq0 sẽ được trình bày. 2.1 Mô hình động cơ lý tưởng 2.1.1 Mô hình động cơ lý tưởng trong hệ tọa độ αβ Mô hình động cơ lý tưởng trong hệ quy chiếu αβ được dẫn giải từ các phương trình điện áp, từ thông, moment và tốc độ động cơ không đồng bộ trong hệ quy chiếu abc đã được trình bày rất nhiều trong các nghiên cứu về máy điện đồng bộ. Phần này trình bày các phương trình điện áp, từ thông và momet trong hệ quy chiếu αβ như sau, Phương trình điện áp stator và rotor dϕ s dt dϕ 0 = Rr ir + r − jωϕ r dt vs = Rs is + (2.1a) 3 Chương 2: Mô hình toán động cơ Phương trình từ thông stator và rotor ϕ s = Ls is + Lmir ϕr = Lr ir + Lmis (2.1b) Phương trình moment và tốc độ động cơ Te = 3 Lm p Im {isϕ r } 2 Lr (2.1c) J dω = Te − TL P dt Trong đó, điện áp, dòng điện và từ thông là các đại lượng vector. vs = vα s + jvβ s is = iα s + jiβ s ir = iα r + jiβ r (2.2) ϕ s = ϕα s + jϕ β s ϕr = ϕα r + jϕ β r 2.1.2 Phép biến đổi sang hệ quy chiếu αβ Hệ trục tọa độ tĩnh stator gồm hai trục α và β gắn với mặt cắt stator như hình 2.1. vβ s vs θs vα s Hình 2.1: Hệ quy chiếu αβ [5] Vector không gian được biểu diễn như sau, 4 Chương 2: Mô hình toán động cơ vs = 2 ( va e j 0 + vbe j 2π /3 + vc e j 4π /3 ) 3 (2.3) Trong đó va = Vm cos (ωt ) 2π ⎛ vb = Vm cos ⎜ ωt − 3 ⎝ 4π ⎛ vc = Vm cos ⎜ ωt − 3 ⎝ ⎞ ⎟ ⎠ ⎞ ⎟ ⎠ (2.4) Theo công thức Euler e± jϕ = cos ϕ ± j sin ϕ , nhóm các phần thực và phần ảo, ta có 2⎛ 2π 4π + vc cos vs = vα s + jvβ s = ⎜ va + vb cos 3⎝ 3 3 2⎛ 2π 4π ⎞ ⎞ + vc sin ⎟ + j ⎜ vb sin ⎟ (2.5) 3⎝ 3 3 ⎠ ⎠ Vậy ta có phép biến đổi các đại lượng điện áp stator abc sang đại lượng trong hệ quy chiếu αβ như phương trình (2.3) và được viết dưới dạng ma trận như sau, ⎡ vα s ⎤ 2 ⎡1 ⎢v ⎥ = ⎢ ⎣ β s ⎦ 3 ⎣0 ⎡v ⎤ −1/ 2 ⎤ ⎢ a ⎥ ⎥ vb 3 / 2 − 3 / 2⎦ ⎢ ⎥ ⎢⎣ vc ⎥⎦ −1/ 2 (2.6) Phép biến đổi ngược lại từ hệ qui chiếu αβ sang hệ quy chiếu abc như sau, 0 ⎤ ⎡ va ⎤ ⎡ 1 ⎥ ⎡ vα s ⎤ ⎢ v ⎥ = ⎢ −1/ 2 3 / 2 b ⎢ ⎥ ⎢v ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎢⎣ vc ⎥⎦ −1/ 2 − 3 / 2 ⎥ ⎣ β s ⎦ ⎣ ⎦ (2.7) Khái niệm vector không gian được mở rộng áp dụng cho các đại lượng dòng điện, điện áp và từ thông bằng cách tương tự. 2.1.3 Mô hình động cơ lý tưởng trong hệ tọa độ dq0 Mô hình động cơ không đồng bộ trong hệ quy chiếu dq0 được xây dựng với các đại lượng như là các biến trạng thái. Mô hình này cho phép phân tích đặc tính của động cơ 5 Chương 2: Mô hình toán động cơ ở các chế độ quá độ và xác lập. Động cơ không đồng bộ lồng sóc đơn có p cặp cực, bỏ qua các tổn hao cơ học được biểu diễn bằng các phương trình trong hệ quy chiếu dq0 quay với tốc độ ωa bất kỳ như sau, dϕ s + jωaϕ s dt dϕ 0 = Rr ir + r + j (ωa − ω ) ϕr dt ϕ s = Ls is + Lmir vs = Rs is + (2.8) ϕr = Lr ir + Lmis Te = 3 Lm p Im {isϕ r } 2 Lr Điện áp stator và điện áp rotor viết theo các trục dq dϕds − ωaϕqs dt dϕ vqs = Rs iqs + qs + ωaϕds dt dϕdr − (ωa − ω ) ϕ qr 0 = Rr idr + dt dϕ 0 = Rr iqr + qr + (ωa − ω ) ϕ dr dt vds = Rs ids + (2.9) Từ thông theo các trục dq ϕds = Ls ids + Lmidr ϕqs = Ls iqs + Lmiqr (2.10) ϕdr = Lr idr + Lmids ϕqr = Lr iqr + Lmiqs Do đó, có thể viết lại các phương trình điện áp như sau, vds = Rsids + Lsdids/dt + Lmdidr/dt – ωa(Ls iqs + Lmiqr) vqs = Rsiqs + Lsdiqs/dt + Lmdiqr/dt + ωa(Ls ids + Lmidr) 6 (2.11) Chương 2: Mô hình toán động cơ 0 = Rridr + Lrdidr/dt + Lmdids/dt – (ωa - ω)(Lr iqs + Lmiqs) 0 = Rriqr + Lrdiqr/dt + Lmdiqs/dt + (ωa - ω)(Lr ids + Lmids) Trong đó, Ls =Lm + Lσ s Lr =Lm + Lσ r ϕ s = Lσ s is + Lmim ϕ r = Lσ r ir + Lmim idm = ids + idr iqm = iqs + iqr i2m = i2dm + i2qm ϕ dm = Lmidm ϕ qm = Lmiqm ϕ 2m = ϕ 2dm + ϕ 2qm Các phương trình moment và tốc độ động cơ, Te = 3/2P( ϕ dmiqs – ϕ qmids) (2.12) J/P*dω/dt = Te - TL Từ thông stator sinh ra đi qua khe hở không khí móc vòng các cuộn dây rotor. Một phần từ thông bị tản và rò, tương ứng giá trị điện cảm rò. Ta biểu diễn từ thông stator và từ thông rotor theo từ thông từ hóa khe hở không khí ϕ m như sau, ϕ s = Lσ s is + Lmim ϕ r = Lσ r ir + Lmim im = is + ir ϕ m = LmIm (2.13) Thay vào các phương trình điện áp, từ thông, moment ở trên, ta có thể biểu diễn dưới dạng khác theo các giá trị điện cảm rò stator, rotor như sau, vs = Rsis + Lσ s dis/dt + d ϕ m/dt + jωa( ϕ m + Lσ s is) 0 = Rrir + Lσ r dir/dt + d ϕ m/dt + j(ωa – ω)( ϕ m + Lσ r ir) ϕ s = Lσ s is + Lmim ϕ r = Lσ r ir + Lmim im = is + ir ϕ m = LmIm 7 (2.14) Chương 2: Mô hình toán động cơ Moment và tốc độ động cơ, Te = 3/2P( ϕ dmiqs – ϕ qmids) (2.15) J/P*dω/dt = Te - TL Sơ đồ tương đương mô hình động của động cơ không đồng bộ lý tưởng dùng phân tích trạng thái quá độ và xác lập như sau, Hình 2.2: Sơ đồ tương đương động cơ lý tưởng [6] 2.1.4 Phép biến đổi hệ quy chiếu quay dq0 với tốc độ ωa [2] Các đại lương điện áp, dòng điện, từ thông trong mô hình toán của động cơ không đồng bộ được trình bày trong phần 2.1.3 được thực hiện từ phép biến đổi từ các đại lượng stator cơ bản bằng các công thức sau vds = 2⎡ 2π ⎛ va cos θ a + vb cos ⎜ θ a − ⎢ 3⎣ 3 ⎝ 4π ⎞ ⎛ ⎟ + vc cos ⎜ θ a − 3 ⎠ ⎝ ⎞⎤ ⎟⎥ ⎠⎦ 2⎡ 2π ⎞ 4π ⎞ ⎤ ⎛ ⎛ vqs = − ⎢va sin θ a + vb sin ⎜ θ a − ⎟ + vc sin ⎜ θ a − ⎟ 3⎣ 3 ⎠ 3 ⎠ ⎥⎦ ⎝ ⎝ Với vị trí góc tức thời θ a = ωa t 8 (2.16)