Tài liệu điều khiển moment động cơ không đồng bộ bằng phương pháp trượt trong hệ trục tọa độ tĩnh stator

Đại Học Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -------------------- NGUYỄN HOÀNG MINH TUẤN ĐIỀU KHIỂN MOMENT ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BẰNG PHƯƠNG PHÁP TRƯỢT TRONG HỆ TRỤC TỌA ĐỘ TĨNH STATOR Chuyên ngành : thiết bị, mạng và nhà máy điện. LUẬN VĂN THẠC SĨ TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 6 năm 2008 LỜI GIỚI THIỆU Động cơ không đồng bộ ba pha ra đời cách đây hơn một trăm năm [20] được sử dụng rộng rãi trong nghành công nghiệp do các ưu điểm như có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo và bảo trì, giá thành thấp, độ tin cậy cao. Tuy nhiên, dòng điện khởi động của động cơ không đồng bộ lớn, gấp sáu đến tám lần so với dòng điện định mức [5]. Tốc độ của nó không điều khiển dễ dàng như động cơ DC. Điều đó có thể giải thích bằng tính phức tạp của mô hình toán học của động cơ không đồng bộ và bộ biến đổi công suất cấp nguồn cho động cơ này [8]. Ngày nay, với sự phát triển của điện tử công suất, kỹ thuật vi xử lý đã cho phép áp dụng các giải thuật điều khiển phức tạp trong thời gian thực.Dẫn đến việc nhiều tác giả đã nghiên cứu các phương pháp điều khiển động cơ không đồng bộ khác nhau như phương pháp điều khiển tựa trường (FOC) [11] và phương pháp điều khiển trực tiếp moment động cơ (DTC) [9]. Chỉ trong 15 năm gần đây, điều khiển phi tuyến đã có những buớc nhảy vọt về chất lượng, cả trong lý thuyết lẫn ứng dụng [15]. Phương pháp điều khiển trượt (SMC) là một trong những phương pháp điều khiển phi tuyến được áp dụng để điều khiển động cơ không đồng bộ. Luận văn này chủ yếu nghiên cứu và áp dụng phương pháp trượt vào việc điều khiển động cơ không đồng bộ. Bộ điều khiển gồm hai vòng được thiết kế như sau: - Vòng trong: điều khiển từ thông và moment dùng phương pháp trượt - Vòng ngoài: điều khiển tốc độ dùng phương pháp PID Nội dung của luận văn Luận văn bao gồm các nội dung chính: - Nguyên lý điều khiển trượt của hệ phi tuyến. - Mô hình toán học của động cơ không đồng bộ ba pha. - Áp dụng nguyên lý điều khiển trượt cho mô hình động cơ không đồng bộ ba pha. - Mô phỏng nguyên lý điều khiển trượt cho mô hình động cơ không đồng bộ ba pha dùng công cụ toán học Matlab/ Simulink. - Kết luận. Luận văn bao gồm các chương sau: - Chương 1: Mô hình toán học của động cơ không đồng bộ ba pha. - Chương 2: Giới thiệu tổng quan các phương pháp điều khiển. - Chương 3: Điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha bằng phương pháp trượt. - Chương 4: Ước lượng từ thông rotor và moment động cơ không đồng bộ. - Chương 5: Kết quả mô phỏng. - Chương 6: Kết luận và hướng phát triển. - Phụ lục: Tài liệu tham khảo. MỤC LỤC LỜI GIỚI THIỆU Chương1.................................................................................................................................1 MÔ HÌNH ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA.........................................................1 1.1 VECTƠ KHÔNG GIAN ...........................................................................................1 1.2 HỆ PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA TRONG HỆ TỌA ĐỘ α β.....................................................................................................................3 1.3 XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐỘNG CƠ BẰNG MATLAB. .......................................10 Chương 2 ............................................................................................................................ 15 GIỚI THIỆU CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN......................................................... 15 2.1 GIỚI THIỆUCHUNG VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN: .......................15 2.2 PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN ĐỊNH HƯỚNG TRƯỜNG (FOC) [19]..............16 2.3 ĐIỀU KHIỂN MOMENT TRỰC TIẾP (DTC).......................................................22 2.4 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ THEO PHƯƠNG PHÁP DTC VÀ FOC.........................................................................................25 Chương 3 ............................................................................................................................ 30 ĐIỀU KHIỂN TỪ THÔNG VÀ MOMENT ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA BẰNG PHƯƠNG PHÁP TRƯỢT...................................................................................... 30 3.1 ĐIỀU KHIỂN TRƯỢT............................................................................................30 3.2 ĐIỀU KHIỂN TỪ THÔNG VÀ MOMENT ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA BẰNG PHƯƠNG PHÁP TRƯỢT. ............................................................................32 Chương 4 .............................................................................................................................48 ƯỚC LƯỢNG TỪ THÔNG ROTOR VÀ MOMENT ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ...48 4.1 ƯỚC LƯỢNG TỪ THÔNG VÀ MOMENT BẰNG PHƯƠNG PHÁP TRƯỢT...48 4.2 XÂY DỰNG MÔ HÌNH BỘ ƯỚC LƯỢNG TỪ THÔNG TỪ THÔNG BẰNG MATLAB.............................................................................................................................55 Chương 5 .............................................................................................................................63 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG..................................................................................................... 63 5.1 SƠ ĐỒ MÔ PHỎNG. ..............................................................................................63 5.2 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG..........................................................................................64 Chương 6 .............................................................................................................................91 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ HƯỚNG PHÁT TRIỂN..........................................................91 6.1 KẾT LUẬN : ...........................................................................................................91 6.2 ĐỀ NGHỊ HƯỚNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN..........................................................91 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS.TS.DƯƠNG HOÀI NGHĨA..................... Cán bộ chấm nhận xét 1 :................................................................................... (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Cán bộ chấm nhận xét 2 :................................................................................... (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày . . . . tháng . . 07. năm .2008 . ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ---------------- CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc ---oOo--Tp. HCM, ngày 30 tháng 06 năm 2008 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ và tên học viên: .NGUYỄN HOÀNG MINH TUẤN . . . . . . . Giới tính : Nam Ngày, tháng, năm sinh : . . . . . 20/10/1980. . . . . . . . . . . . . . . . Nơi sinh : . . . Quảng Nam. . Chuyên ngành : . Thiết bị, mạng và nhà máy điện. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Khoá (Năm trúng tuyển) : . . 2006. . . . . . . . . 1- TÊN ĐỀ TÀI: . . . Điều khiển moment động cơ không đồng bộ ba pha bằng phương pháp trượt trong hệ trục tọa độ tĩnh stator. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN - Tìm hiểu lý thuyết về phương pháp điều khiển trượt. - Tìm hiểu các phần mềm Matlab/Simulink. - Xây dựng bộ ước lượng từ thông rotor bằng phương pháp trượt. - Xây dựng luật điều khiển trượt moment và từ thông rotor của động cơ không đồng bộ. - Mô phỏng trên Matlab/Simulink. 3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : . . . .05/02/2008 . . . . . . . . . . . . . . . . . 4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : . . . 30/6/2008. . . . . . . . . . . . . . . . . . 5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ghi đầy đủ học hàm, học vị ): . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .PGS.TS DƯƠNG HOÀI NGHĨA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên và chữ ký) PGS.TS DƯƠNG HOÀI NGHĨA CHỦ NHIỆM BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên và chữ ký) LỜI CẢM ƠN Trong thời gian tham gia học tập và nghiên cứu tại trường ĐHBK Tp Hồ Chí Minh, tôi đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ của quý thầy cô, phòng quản lý sau Đại học, phòng đọc và thư viện của trường đã tạo điều kiện thuận lợi để tôi có thể hoàn thành khóa học của mình. Xin cảm ơn quý thầy cô trong khoa Điện - Điện Tử, đặc biệt gửi tới thầy Dương Hoài Nghĩa - người đã tận tình hướng dẫn tôi hoàn thành luận văn này - lời biết ơn sâu sắc. Xin cảm ơn gia đình, các bạn học cùng khóa cũng đã giúp đỡ, góp ý xây dựng trong thời gian nghiên cứu, học tập và thực hiện luận văn. Xin kính chúc sức khỏe và chân thành cảm ơn! TÓM TẮC LUẬN VĂN Noäi dung cuûa luaän vaên laø öùng duïng ñieàu khieån töï ñoäng vaøo trong lónh vöïc truyeàn ñoäng ñieän. Giaûi quyeát vieäc ñieàu khieån ñoäng cô khoâng ñoàng boä ba pha duøng kyõ thuaät ñieàu khieån phi tuyeán. Xem ñoäng cô khoâng ñoàng boä ba pha laø moät ñoái töôïng phi tuyeán vaø ñieàu khieån ñoái töôïng naøy baèng phöông phaùp tröôït. Luaän vaên bao goàm caùc vaán ñeà chính: • Moâ hình toaùn hoïc cuûa ñoäng cô khoâng ñoàng boä ba pha ôû heä toïa ñoä khoâng gian ba pha vaø heä toïa ñoä α β. • - Phöông trình ñieän aùp, doøng ñieän, töø thoâng, moment, tốc ñộ. • Cô sôû phöông phaùp tröôït. • - Thieát keá heä thoáng ñieàu khieån tröôït moment vaø töø thoâng ñoäng cô khoâng ñoàng boä ba pha. • - Thieát keá boä öôùc löôïng töø thoâng rotor duøng phöông phaùp tröôït. - Thieát keá boä öôùc löôïng moment. • Xaây döïng boä nghòch löu aùp ba baäc. • Hình thaønh caùc sô ñoà moâ phoûng. - Sô ñoà moâ phoûng ñoäng cô khoâng ñoàng boä, luaät ñieàu khieån tröôït, maët tröôït, öôùc löôïng töø thoâng rotor vaø moment. Hình thaønh boä ñieàu khieån tröôït cho ñoäng cô khoâng ñoàng boä ba pha coù öôùc löôïng töø thoâng rotor . - Khaûo saùt ñaùp öùng danh ñònh vaø tính beàn vöõng cuûa heä thoáng ñieàu khieån. • Keát luaän. Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS Dương Hoài Nghĩa Chương 1 MÔ HÌNH ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA 1.1 VECTƠ KHÔNG GIAN . Khái niệm vectơ không gian và phép biến hình vectơ không gian: Cho đại lượng ba pha cân bằng: na, nb, nc n a = N m sin ωt = N m (e jωt − e − jωt 2j nb = N m sin(ωt − 120 ) = N m 0 [e j (ωt −120 0 ) [e − e − j (ωt −120 2j j (ωt − 240 0 ) − e − j (ωt −240 2j nc = N m sin(ωt − 240 ) = N m 0 Định nghĩa vectơ không gian N: ( 0 N = k na + nb .e j120 + nc .e j 240 [ ) 0 ) ] 0 ) 0 ] ) (1.1.1) ] [ ] = k na + nb cos(120 0 ) + nc cos( 240 0 ) + jk nb sin(120 0 ) + nc sin( 240 0 ) (1.1.2) =k 3 N m jω t e 2j N = nα + jnβ Vectơ N với biên độ k 3N m , góc quay ω . 2 k là hệ số, có thể chọn các giá trị khác nhau: k= 2 : ta có phép biến hình bảo toàn biên độ. 3 k = 1 :ta có phép biến hình có biên độ tăng 1,5 lần. k= 2 : ta có phép biến hình bảo toàn công suất. 3 HVTH: Nguyễn Hoàng Minh Tuấn Trang 1 Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS Dương Hoài Nghĩa Phép biến đổi hệ tọa độ abc sang hệ tọa độ αβ với phép biến hình bảo toàn biên độ được xác định như sau: 1 ⎡ ⎢1 − 2 ⎡ nα ⎤ ⎢ 3 ⎢ n ⎥ = 2 ⎢0 ⎢ β⎥ 3⎢ 2 ⎢⎣ 0 ⎥⎦ ⎢1 1 ⎢ ⎣ 1 ⎤ 2 ⎥ ⎡na ⎤ ⎥ 3 ⎥⎢ ⎥ − nb 2 ⎥⎢ ⎥ 1 ⎥ ⎢⎣ nc ⎥⎦ ⎥ ⎦ − (1.1.3) Phép biến đổi hệ tọa độ αβ sang hệ tọa độ abc được xác định như sau: ⎡ ⎢ 1 ⎡ na ⎤ ⎢ ⎢ n ⎥ = ⎢− 1 ⎢ b⎥ ⎢ 2 ⎢⎣ nc ⎥⎦ ⎢ 1 ⎢− ⎣ 2 0 3 2 3 − 2 1⎤ 2 ⎥ ⎡n ⎤ ⎥ α 1 ⎥⎢ ⎥ nβ 2 ⎥⎢ ⎥ 1 ⎥ ⎢⎣ 0 ⎥⎦ ⎥ 2⎦ (1.1.4) 1.1.2 Vectơ không gian trong hệ tọa độ quay dq. Xét vectơ không gian N trong hệ tọa độ α β: N = nα + jnβ (hệ tọa độ tĩnh) (1.1.5) Vectơ không gian N trong hệ tọa độ α β chính là vectơ không gian Ne trong hệ tọa quay dq (hệ tọa độ này quay một góc θe so với tọa độ αβ), có: N e = nd + jnq (1.1.6) Ta lại có: nd = nα cos θ e + nβ sin θ e nq = −nα sin θ e + nβ cos θ e (1.1.7) Hình 1.1.1: Vectơ không gian N. HVTH: Nguyễn Hoàng Minh Tuấn Trang 2 Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS Dương Hoài Nghĩa Thay vào công thức ta được: N e = nαe + jn βe = ( nα cos θ e + jn β sin θ e ) + j ( n β cos θ e − nα sin θ e ) = ( nα + jn β )(cos θ e − j sin θ e ) = N .e − jθ e (1.1.8) Tổng quát: N e = N .e − jθ e N = N e .e jθ e (1.1.9) 1.2 HỆ PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA TRONG HỆ TỌA ĐỘ α β. 1.2.1 Hệ phương trình cơ bản của động cơ không đồng bộ ba pha. Khi xây dựng các phương trình mô tả động cơ chúng ta giả thuyết các điều kiện sau: • Các cuộn dây stator được bố trí một cách đối xứng về mặt không gian. • Bỏ qua các tổn hao sắt từ và sự bảo hòa. • Dòng từ hóa và từ trường được phân bố hình sin trên bề mặt khe từ. • Các giá trị điện trở và điện cảm không đổi. Phương trình cân bằng điện áp cho ba cuộn dây quấn stator được biểu diễn như sau: dψ sa dt dψ sb u sb (t ) = Rs i sb (t ) + dt dψ sc u sc (t ) = Rs i sc (t ) + dt u sa (t ) = Rs i sa (t ) + (1.2.1) Trong đó: usa(t), usb(t), usc(t): điện áp stator của bộ dây a, b, c. isa(t), isb(t), isc(t): dòng điện stato Ψsa(t), Ψsb(t), Ψsc(t): từ thông stator của bộ dây a, b, c. HVTH: Nguyễn Hoàng Minh Tuấn Trang 3 Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS Dương Hoài Nghĩa Rs: là điện trở của một bộ dây pha stator. Động cơ không đồng bộ ba pha có ba cuộn dây pha stator đặt lệch nhau lần lượt một góc1200, ta thiết lập hệ tọa độ phức với trục thực đi qua cuộn dây pha a của động cơ. Định nghĩa các vectơ Us, Is, Ψs :là các vectơ không gian điện áp, dòng điện, từ thông của dây quấn stator. [ [ [ ] 0 0 2 u sa (t ) + u sb (t ).e j120 + u sc .e j 240 3 0 0 2 I s = isa (t ) + isb (t ).e j120 + isc .e j 240 3 0 0 2 ψ s = ψ sa (t ) + ψ sb (t ).e j120 + ψ sc .e j 240 3 Us = ] (1.2.2) ] Từ phương trình (1.2.1) có thể viết dưới dạng vectơ không gian cho điện áp stator như sau: U s = Rs I s + dψ s dt (1.2.3) Tương tự như trên ta có thể viết dưới dạng vectơ không gian cho điện áp rotor như sau: U r = Rr I r + dψ r =0 dt (1.2.4) Trong đó Ur, Ir, Ψr :là các vectơ không gian điện áp, dòng điện, từ thông của dây quấn rotor. Rr: điện trở của một bộ dây pha rotor sau khi quy đổi về phía stator. Các vectơ không gian từ thông stator và rotor được xác định như sau: Gọi: Lm: hệ số hỗ cảm giữa dây quấn stator và rotor Lσs: điện kháng tản của dây quấn stator Lσr: điện kháng tản của dây quấn rotor Ls=Lm+Lσs: hệ số tự cảm của dây quấn stator HVTH: Nguyễn Hoàng Minh Tuấn Trang 4 Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS Dương Hoài Nghĩa Lr=Lm+Lσr: hệ số tự cảm của dây quấn rotor Ta được: ψ s = Ls I s + Lm I r (1.2.5) ψ r = Lr I r + Lm I s (1.2.6) Moment điện từ được xác định bởi: Me = 3 3 p[ψ s × I s ] = − p[ψ r × I r ] 2 2 (1.2.7) Trong đó: Me: moment điện từ của động cơ. P: số cặp cực của động cơ. ML: moment tải. J: moment quán tính. ω: tốc độ góc của rotor. Phương trình cân bằng moment: Me = ML + J dω P dt (1.2.8) 1.2.2 Hệ phương trình động cơ không đồng bộ ba pha trong hệ tọa độ tĩnh trên stator αβ. Áp dụng công thức chuyển đổi trục tọa độ, ta có: U s = U se .e jθ e (1.2.9) I s = I se .e jθ e (1.2.10) ψ s = ψ se .e jθ e (1.2.11) Trong đó Ues, Ies, Ψes là vectơ không gian của điện áp, dòng điện, từ thông dây quấn stator trong hệ tọa độ quay bất kỳ. θ e : là góc giữa trục thực của hệ tọa độ bất kỳ quay với trục α của hệ tọa độ stator. Đạo hàm công thức (1.2.11) ta được: HVTH: Nguyễn Hoàng Minh Tuấn Trang 5 Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS Dương Hoài Nghĩa dψ s dψ se jθ e = e + jωkψ see jθ e dt dt Với : ωe = (1.2.12) dθ e dt Thay vào phương trình điện áp stator ta được: U se = Rs I se + dψ se + jωeψ se dt (1.2.13) Đối với hệ tọa độ cố định trên stator, ta có: ωe=0, Ues=Us, Ies=Is, Ψes=Ψs U se = Rs I se + dψ se dt (1.2.14) Tương tự ta có phương trình tổng quát cho điện áp rotor trên hệ tọa độ k bất kỳ quay quanh điểm gốc với tốc độ góc ωe so với rotor. dψ re U =RI + + jωeψ re = 0 dt e r e r r (1.2.15) Trong đó Uer, Ier, Ψer là các vectơ không gian của điện áp, dòng điện và từ thông rotor dây quấn trong hệ tọa độ quay dq bất kỳ. Hệ tọa độ α β - nằm cố định trên stator – chuyển động tương đối so với rotor một tốc độ góc –ωr, vậy để thu được phương trình điện áp rotor trên hệ tọa độ α β ta phải thay ωe= -ωr vào phương trình (1.2.15) ta được: dψ re RI + − jωrψ re = 0 dt e r r (1.2.16) Tập hợp các phương trình ta được: U se = Rs I se + dψ se dt (1.2.17) dψ re RI + − jωrψ re = 0 dt (1.2.18) ψ s = Ls I s + Lm I r (1.2.19) ψ r = Lr I r + Lm I s (1.2.20) e r r HVTH: Nguyễn Hoàng Minh Tuấn Trang 6 Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS Dương Hoài Nghĩa Từ phương trình (1.2.19) và (1.2.20) ta được: ( 1 e ψ r − Lm I se Lr I re = ψ se = Ls I se + ) ( Lm e ψ r − Lm I se Lr (1.2.21) ) (1.2.22) Thay phương trình (1.2.21) và (1.2.22) vào phương trình (1.2.17) và (1.2.18) ta được: U se = Rs I se + σLs . 0 = − I re dI se Lm dψ re + dt Lr dt Lm dψ re 1 + ψ re ( − jωr ) + Tr Tr dt (1.2.23a) (1.2.24a) Trong đó: σ = 1− Tr = L2m hệ số tiêu tán tổng. Ls Lr Lr : hằng số thời gian của rotor. Rr Từ phương trình (1.2.23a) và (1.2.24a), ta có: ⎛ Rs ⎞ 1 L2m ⎞ e 1 Lm ⎛ 1 1 e dI se ⎟⎟ I s + ⎜ ⎜⎜ − jωr ⎟⎟ψ re + U = −⎜ + dt σLs Lr ⎝ Tr σLs s ⎠ ⎝ σLs σLs LrTr ⎠ (1.2.23b) ⎞ dψ re Lm e ⎛ 1 I s − ⎜⎜ − jωr ⎟⎟ψ re = dt Tr ⎠ ⎝ Tr (1.2.24b) Hệ tọa độ αβ ( ωe = 0 ), ta có thể viết: I se = I sα + jI sβ U se = U s = usα + jusβ ψ re = ψ rα + jψ rβ Chuyển sang viết dưới dạng các phần tử của vectơ không gian. HVTH: Nguyễn Hoàng Minh Tuấn Trang 7 Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS Dương Hoài Nghĩa ⎛ 1 1−σ ⎞ 1−σ 1−σ 1 dI sα ⎟⎟ I sα + ψ rα + ωrψ rβ + usα = −⎜⎜ + σT rLm σLm dt Lσ ⎝ σTs σTr ⎠ dI sβ ⎛ 1 1−σ ⎞ 1−σ 1−σ 1 ⎟⎟ I sβ − = −⎜⎜ + ωrψ rα + ψ rβ + usβ σLm σT rLm dt Lσ ⎝ σTs σTr ⎠ dψ rα Lm 1 = I sα − ψ rα − ωrψ rβ dt Tr Tr (1.2.25) dψ rβ Lm 1 I sβ + ωrψ rα − ψ rβ = dt Tr Tr Phương trình (1.2.25) được viết lại như sau: ⎛ 1 1−σ ⎞ 1−σ 1−σ 1 ⎟⎟ x1 + x1 = −⎜⎜ x3 + Px4 x5 + usα + Lσ σT rLm σLm ⎝ σTs σTr ⎠ ⎛ 1 1−σ ⎞ 1−σ 1−σ 1 ⎟⎟ x2 − x2 = −⎜⎜ Px3 x5 + x4 + usβ + Lσ σLm σT rLm ⎝ σTs σTr ⎠ (1.2.26) L 1 x3 = m x1 − x3 − Px4 x5 Tr Tr x4 = Lm 1 x2 + Px3 x5 − x4 Tr Tr Trong đó: x1 = Iαs x2 = I βs x3 = ψ αr x4 = ψ βr x5 = ωr P = ω : tốc độ rotor Ta tiếp tục đặt: ⎛ 1 1−σ γ = ⎜⎜ + ⎝ σTs σTr ⎞ ⎟⎟ ⎠ ; K= 1−σ σLm ; α= 1 σL Hệ phương trình (1.2.26) được viết lại như sau: HVTH: Nguyễn Hoàng Minh Tuấn Trang 8 Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS Dương Hoài Nghĩa x1 = −γx1 + K x3 + Kpx4 x5 + αuαs Tr x2 = −γx2 − Kpx3 x5 + K x4 + αuβs Tr L 1 x3 = m x1 − x3 − Px4 x5 Tr Tr x4 = (1.2.27) 1 Lm x2 + Px3 x5 − x4 Tr Tr Từ phương trình (1.2.6) và (1.2.7) ta có: Me = − Me = 3 2 ⎡ 1⎤ 3 L p ⎢ψ r × (ψ r − I s Lm ) ⎥ = p m (ψ r × I s ) Lr ⎦ 2 Lr ⎣ 3 Lm (ψ rα isβ −ψ rβ isα ) p 2 Lr (1.2.28) (1.2.29) Từ công thức (1.1.8) và (1.2.21) ta có : dω 3 p Lm (ψ rα isβ −ψ rβ isα ) − M L = dt 2 J Lr J Đặt μ = (1.2.30) 3 p Lm , công thức (1.2.22) trở thành : 2 J Lr dω M = μ (ψ rα isβ − ψ rβ isα ) − L dt J (1.2.31) Hay x5 = μ ( x2 x3 − x1 x4 ) − ML J (1.2.32) Từ phương trình (1.2.18) và (1.2.24) ta có phương trình tổng quát của động cơ trong hệ tọa độ α β: HVTH: Nguyễn Hoàng Minh Tuấn Trang 9 Luận văn thạc sĩ x1 = −γx1 + GVHD: PGS.TS Dương Hoài Nghĩa K x3 + Kpx4 x5 + αuαs Tr x 2 = −γx2 − Kpx3 x5 + K x4 + αu β s Tr x3 = Lm 1 x1 − x3 − Px4 x5 Tr Tr x 4 = Lm 1 x2 + Px3 x5 − x4 Tr Tr x5 = μ ( x2 x3 − x1 x4 ) − (1.2.33) ML J 1.2.3 Hệ phương trình động cơ không đồng bộ ba pha trong hệ tọa độ quay dq. ωe : tốc độ góc điện stator. Từ phương trình (1.1.9) và (1.2.6) ta có phương trình từ thông ψ se = Ls I se + Lm I re ψ re = Lm I se + Lr I re (1.2.34) Áp dụng công thức (1.1.9) vào phương trình (1.2.25), ta chuyển hệ phương trình động cơ không đồng bộ ba pha trong hệ tọa độ αβ sang hệ tọa độ quay dq như sau: ⎛ 1 1−σ ⎞ e 1−σ e 1−σ 1 e dI sde ⎟⎟ I sd + ωe I sqe + ψ rd + Pωψ rde + u sd = −⎜⎜ + σT rLm σLm dt Lσ ⎝ σTs σTr ⎠ dI sqe ⎛ 1 1−σ ⎞ e 1−σ 1−σ e 1 ⎟⎟ I sq − ωe I sde − = −⎜⎜ + ψ rq + usqe Pωψ rde + σLm σT rLm dt Lσ ⎝ σTs σTr ⎠ 1 dψ dre L = m I sde − ψ rde − (ωe − Pω )ψ rqe dt Tr Tr (1.2.35) dψ rqe 1 L = m I sqe + (ωe − Pω )ψ rde − ψ rqe dt Tr Tr 1.3 XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐỘNG CƠ BẰNG MATLAB. 1.3.1 Xây dựng mô hình động cơ không đồng bộ trong hệ trục tọa độ tĩnh Stator. HVTH: Nguyễn Hoàng Minh Tuấn Trang 10 Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS Dương Hoài Nghĩa Từ phương trình (1.2.25) ta xây dựng mô hình động cơ không đồng bộ ba pha trong hệ tọa độ tĩnh Stator. Hình 1.3.1 Mô hình động cơ không đồng bộ trong hệ trục tọa độ tĩnh Stator. 1.3.2 Xây dựng bộ chuyển trục tọa độ abc Æ αβ và αβ Æ abc. Hình 1.3.2: Khối chuyển trục αβ Æ abc. HVTH: Nguyễn Hoàng Minh Tuấn Trang 11 Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS Dương Hoài Nghĩa Hình 1.3.3: Khối chuyển trục abc Æ αβ. 1.3.3 Mô phỏng động cơ không đồng bộ ba pha. Các thông số mô phỏng. - Điện trở stator: Rs = 10.92Ω. - Điện trở rotor: Rr = 8.92Ω. - Hệ số tự cảm stator: Ls = 0.984H. - Hệ số tự cảm rotor: Lr = 0.984H. - Hệ số hỗ cảm: Lmm = 0.95H. - Số đôi cực từ: p = 2. - Moment quán tính: J = 0.01(kgm2) - ML=5Nm - Điện áp hiệu dụng : Ua = Ub = Uc = 220V - f = 50Hz HVTH: Nguyễn Hoàng Minh Tuấn Trang 12