Tài liệu điều khiển tần số động cơ không đồng bộ tối ưu hiệu suất

Bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o Tr-êng ®¹i häc b¸ch khoa Hµ néi ---------------------------------------- TrÇn V¨n Quang ®iÒu khiÓn tÇn sè ®éng c¬ kh«ng ®ång bé tèi -u hiÖu suÊt Chuyªn ngµnh: Tù ®éng hãa LuËn v¨n th¹c sÜ kü thuËt Ng-êi h-íng dÉn khoa häc: TS. NguyÔn M¹nh tiÕn Hµ néi - 2004 Bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o Tr-êng ®¹i häc b¸ch khoa hµ néi Céng hoµ x· héi chñ nghÜa ViÖt Nam §éc lËp - Tù do - H¹nh phóc *** B¶n Cam ®oan LuËn v¨n th¹c sü nµy do t«i thùc hiÖn. Ngoµi c¸c tµi liÖu tham kh¶o ®· dÉn ra ë cuèi b¶n luËn v¨n nµy, t«i cam ®oan kh«ng sao chÐp c¸c c«ng tr×nh hoÆc thiÕt kÕ tèt nghiÖp cña ng-êi kh¸c. Hµ Néi, ngµy 18 th¸ng 11 n¨m 2004 (Ký, ghi râ hä tªn) TrÇn V¨n Quang Môc lôc Môc Lôc Môc Lôc .......................................................................................... .....1 LêI NãI §ÇU ...................................................................................................... 4 ch-¬ng 1 Tæng quan vÒ ®éng c¬ K§B rotor lång sãc 1.1. Ký hiÖu c¬ b¶n sö dông khi m« t¶ ®éng c¬ K§B ................................ 8 1.2. M« h×nh ®éng c¬ K§B rotor lång sãc .................................................10 1.2.1. Vector kh«ng gian vµ hÖ to¹ ®é tõ th«ng .......................................... 10 1.2.2. M« h×nh tr¹ng th¸i liªn tôc ®éng c¬ K§B trªn hÖ to¹ ®é d-q .......... 11 a. Ph-¬ng tr×nh ®iÖn ¸p Stator ................................................................13 b. Ph-¬ng tr×nh ®iÖn ¸p Rotor ................................................................13 ch-¬ng 2 Tæng quan vÒ hÖ thèng ®iÒu khiÓn tÇn sè ®éng c¬ K§B 2.1. Nguyªn lý cña ph-¬ng ph¸p ®iÒu chØnh tÇn sè .................................19 2.2. Quy luËt ®iÒu chØnh tÇn sè................................................................. 21 2.2.1. LuËt ®iÒu chØnh gi÷ kh¶ n¨ng qu¸ t¶i kh«ng ®æi .............................. 21 2.2.2. LuËt ®iÒu chØnh gi÷ tõ th«ng kh«ng ®æi ............................................... 22 2.2.3. LuËt ®iÒu chØnh gi÷ tÇn sè tr-ît kh«ng ®æi .......................................... 23 2.3. C¸c ph-¬ng ph¸p ®iÒu chØnh tÇn sè ®éng c¬ K§B ................................ 24 2.3.1. §iÒu khiÓn v« h-íng............................................................................. 24 2.3.2. §iÒu khiÓn vector ...............................................................................25 1 Môc lôc a. Ph-¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn vector trùc tiÕp ..............................................27 b. Ph-¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn vector gi¸n tiÕp .............................................30 2.3.3. §iÒu khiÓn trùc tiÕp m«men ..............................................................33 a. §iÒu khiÓn tõ th«ng Stator ...................................................................35 b. §iÒu khiÓn m«men ...............................................................................37 ch-¬ng 3 Tæn hao trong ®éng c¬ K§B vµ c¸c ph-¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn tèi -u hiÖu suÊt 3.1. Tæn hao trong ®éng c¬ K§B ................................................................41 3.2. C¸c m« h×nh ®iÒu khiÓn tèi -u hiÖu suÊt ...........................................47 3.2.1. §iÒu khiÓn theo m« h×nh tæn thÊt ......................................................... 47 a. HÖ thèng ®iÒu khiÓn tÇn sè Stator tèi -u .............................................49 b. HÖ thèng ®iÒu khiÓn tõ th«ng khe hë tèi -u ........................................50 3.2.2. §iÒu khiÓn t×m kiÕm tèi -u ................................................................... 55 a.Ph-¬ng ph¸p "L¸t c¾t vµng" ..................................................................57 b.Ph-¬ng ph¸p Fibonacci .........................................................................58 Ch-¬ng 4 X©y dùng hÖ thèng ®iÒu khiÓn tèi -u hiÖu suÊt 4.1. X©y dùng ph-¬ng ¸n ®iÒu khiÓn theo m« h×nh tæn hao ......................62 4.1.1. Tæn hao ®ång vµ c¸c tæn hao phô ......................................................... 62 4.1.2. Tæn hao s¾t tõ ........................................................................................ 63 4.2. Thµnh lËp s¬ ®å cÊu tróc hÖ thèng ........................................................66 4.2.1. Tæng hîp bé ®iÒu chØnh dßng ............................................................... 66 a. Bé ®iÒu chØnh dßng m«men RIsq .........................................................67 b. Bé ®iÒu chØnh dßng tõ th«ng RIsd .......................................................70 4.2.2. Tæng hîp bé ®iÒu chØnh tõ th«ng.......................................................... 73 4.2.3. Tæng hîp bé ®iÒu chØnh tèc ®é ............................................................. 81 2 Môc lôc 4.2.4. Tæng hîp bé ®iÒu chØnh tèi -u ..........................................................83 ch-¬ng 5 KÕt qu¶ m« pháng 5.1. X©y dùng hÖ thèng .................................................................................86 5.2. KÕt qu¶ m« pháng ...................................................................................87 5.2.1. §Æc tÝnh tæn hao cña ®éng c¬ theo c¸c ®¹i l-îng ................................ 87 a. Tæn hao theo hÖ sè tr-ît s ......................................................................... 89 b. Tæn hao theo tÇn sè tr-ît ws ..................................................................... 90 c. Tæn hao theo dßng tõ th«ng Ids ................................................................ 90 5.3. KÕt qu¶ m« pháng m« h×nh ®éng c¬ chuÈn trªn hÖ to¹ ®é d-q ..........91 5.4. KÕt qu¶ m« pháng hÖ thèng ®iÒu khiÓn tèi -u .....................................94 KÕt luËn .........................................................................................................97 Tµi liÖu tham kh¶o .................................................................................99 3 Lêi nãi ®Çu Lêi nãi ®Çu XÊp xØ mét nöa nguån n¨ng l-îng trªn thÕ giíi ®-îc tiªu thô bëi c¸c ®éng c¬ ®iÖn vµ trong ®ã ®éng c¬ kh«ng ®ång bé (K§B) chiÕm ®a sè. Trong nhiÒu thËp kû tr-íc, truyÒn ®éng ®iÖn mét chiÒu ®-îc -u tiªn chän lùa ®èi víi nh÷ng yªu cÇu truyÒn ®éng cao. Lý do cña chän lùa nµy lµ ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu cã thÓ ®iÒu khiÓn ®éc lËp hai thµnh phÇn dßng : dßng t¹o tõ th«ng (dßng ®iÖn m¹ch kÝch tõ) vµ dßng t¹o m«men (dßng ®iÖn m¹ch phÇn øng). Khi Êy, ta chØ sö dông thuËt to¸n ®iÒu chØnh ®¬n gi¶n víi vi ®iÒu chØnh cã l-îng tÝnh to¸n kh«ng lín. Tuy nhiªn, truyÒn ®éng ®iÖn mét chiÒu cã mét nh-îc ®iÓm c¬ b¶n, ®ã lµ hiÖn t-îng ®¸nh löa vµnh gãp. V× vËy, ng-êi ta nghÜ ngay ®Õn gi¶i ph¸p thay thÕ lµ sö dông ®éng c¬ xoay chiÒu ba pha. §éng c¬ ®iÖn ba pha cã cÊu tróc phøc t¹p h¬n vµ khã cã thÓ m« t¶ to¸n häc ®Æc ®iÓm c¸ch ly kÓ trªn. Nh-ng víi sù ph¸t triÓn cña lý thuyÕt ®iÒu khiÓn vµ c¸c nghµnh liªn quan ®· lµm cho ®éng c¬ K§B ®· dÇn kh¾c phôc nh÷ng nh-îc ®iÓm ®ã vµ ph¸t huy ®-îc nhiÒu -u ®iÓm : cÊu t¹o ®¬n gi¶n, dÔ chÕ t¹o, gi¸ thµnh rÎ, vËn hµnh tin cËy vµ an toµn, chÝnh ®iÒu nµy cã ý nghÜa ®Æc biÖt trong c¸c hÖ truyÒn ®éng c«ng suÊt lín. Tuy nhiªn, theo c¸c tµi liÖu nghiªn cøu vÒ tæn hao vµ c«ng suÊt tiªu thô th× ®éng c¬ K§B lµ mét trong nh÷ng d¹ng m¸y ®iÖn cã c«ng suÊt v« c«ng lín nhÊt. V× vËy, ®Ó t¨ng hiÖu suÊt lµm viÖc cña ®éng c¬ K§B nh»m tÝch kiÖm tèi ®a nguån n¨ng l-îng, ngoµi c¸c biÖn ph¸p gi¶m thiÓu tæn hao trªn c¬ së phÇn cøng, nhiÒu gi¶i ph¸p ®iÒu khiÓn tèi -u hiÖu suÊt ®· ®-îc ®-a ra víi kh¶ n¨ng øng dông cao trong thùc tiÔn nh- : ®iÒu khiÓn theo hiÖu suÊt, theo hÖ sè c«ng suÊt, theo m« h×nh tæn hao… Víi c¸c gi¶i ph¸p ®iÒu khiÓn nµy, hiÖu suÊt cña ®éng c¬ K§B ®-îc c¶i thiÖn ®¸ng kÓ , ®Æc biÖt lµ c¸c d¹ng truyÒn ®éng c«ng suÊt lín lµm viÖc ë chÕ ®é non t¶i. Tuy nhiªn, ®éng c¬ K§B lµ mét ®¹i l-îng phi tuyÕn, v× vËy cÇn ®Õn mét c«ng cô cã thÓ t¸ch c¸c thµnh phÇn dßng t¹o tõ th«ng vµ thµnh phÇn dßng t¹o m«men quay tõ dßng ®iÖn xoay chiÒu ba pha ch¶y qua cuén d©y stator. §©y chÝnh lµ môc ®Ých cña ph-¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn tùa tõ th«ng rotor. Ngµy nay trong sè c¸c s¶n phÈm th-¬ng m¹i vÒ ®iÒu khiÓn ®éng c¬, ®iÒu khiÓn theo ph-¬ng ph¸p tùa tõ th«ng rotor chiÕm mét tû träng ®¸ng kÓ. Bªn c¹nh ®ã lµ c¸c ph-¬ng ph¸p n»m trong c¸c líp ph-¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn vector: tùa tõ th«ng stator (stator flux orientation), tùa h-íng tõ tr-êng tù nhiªn(natural field orientation), tù 4 Lêi nãi ®Çu chØnh trùc tiÕp (direct self-control), vµ tù chØnh m«men trùc tiÕp (direct torque control) Víi c¸c thuËt to¸n tèi -u hiÖu suÊt ®-a ra, trong néi dung luËn v¨n nµy, t«i sÏ ®i nghiªn cøu x©y dùng mét bé ®iÒu khiÓn tèi -u hiÖu suÊt sö dông ph-¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn tùa tõ th«ng rotor ¸p dông cho ®èi t-îng ®éng c¬ K§B theo m« h×nh gi¸n ®o¹n. Néi dung cña luËn v¨n ®-îc tr×nh bµy thµnh 5 ch-¬ng cïng víi lêi nãi ®Çu, kÕt luËn vµ tµi liÖu tham kh¶o. Néi dung chÝnh cña tõng ch-¬ng nh- sau: + Ch-¬ng 1: Tæng quan vÒ ®éng c¬ K§B + Ch-¬ng 2: Tæng quan vÒ hÖ thèng ®iÒu khiÓn tÇn sè ®éng c¬ K§B + Ch-¬ng 3: Tæn hao trong ®éng c¬ K§B vµ c¸c ph-¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn tèi -u hiÖu suÊt + Ch-¬ng 4: X©y dùng hÖ thèng ®iÒu khiÓn tèi -u hiÖu suÊt + Ch-¬ng 5: KÕt qu¶ m« pháng MÆc dï qua mét thêi gian lµm viÖc nghiªm tóc vµ cè g¾ng t«i ®· cã mét sè kÕt qu¶ ban ®Çu, song do hiÓu biÕt cßn h¹n chÕ, luËn v¨n kh«ng khái cßn cã nh÷ng khuyÕt ®iÓm. T«i ch©n thµnh mong nhËn ®-îc sù ®ãng gãp cña c¸c thÇy c« gi¸o vµ c¸c b¹n quan t©m ®Ó c«ng tr×nh trë thµnh mét ®ãng gãp cã Ých vµ kh¶ thi khi ¸p dông vµo thùc tÕ. T«i xin ®-îc bµy tá lßng biÕt ¬n tíi thÇy gi¸o, TS NguyÔn M¹nh TiÕn. Ng-êi ®· tËn t×nh h-íng dÉn vµ dµnh thêi gian ®äc, söa ch÷a néi dung luËn v¨n nµy. Hµ néi, ngµy 18 th¸ng 11 n¨m 2004 Ng-êi thùc hiÖn TrÇn V¨n Quang 5 Ch-¬ng 1 Tæng quan vÒ ®éng c¬ K§B Ch-¬ng I Tæng quan vÒ §éng c¬ Kh«ng ®ång bé (K§B) 6 Ch-¬ng 1 Tæng quan vÒ ®éng c¬ K§B §éng c¬ kh«ng ®ång bé (K§B) Rotor lång sãc ®-îc cÊu t¹o tõ hai phÇn chÝnh: PhÇn cè ®Þnh Stator vµ phÇn quay Rotor. Trªn Stator ng-êi ta bè trÝ ba cuén d©y Stator u, v, w ®Æt lÖch nhau trong kh«ng gian mét gãc 1200 víi c¸c thµnh phÇn ®iÖn ¸p t-¬ng øng cßn trªn Rotor th-êng lµ c¸c thanh nh«m ®Æt song song däc theo trôc quay vµ ®-îc ng¾n m¹ch hai ®Çu bëi c¸c vßng ng¾n m¹ch. Khi cã ®iÖn ¸p ba pha xoay chiÒu cÊp vµo c¸c cuén d©y t-¬ng øng cña Stator sÏ t¹o ra mét tõ tr-êng quay, tõ tr-êng nµy sÏ c¶m øng lªn Rotor mét søc ®iÖn ®éng c¶m øng do Rotor kÝn m¹ch nªn sÏ xuÊt hiÖn dßng ®iÖn ch¹y trong Rotor. Dßng ®iÖn nµy vµ tõ tr-êng quay sÏ t¸c ®éng víi nhau t¹o ra momen lµm quay Rotor. §Ó x©y dùng, thiÕt kÕ bé ®iÒu chØnh hoÆc lµm c¸c ph-¬ng ph¸p nghiªn cøu trªn ®éng c¬ K§B cÇn ph¶i cã m« h×nh m« t¶ chÝnh x¸c ®Õn møc tèi ®a ®éng c¬ K§B . M« h×nh to¸n häc thu ®-îc cÇn ph¶i thÓ hiÖn râ c¸c ®Æc tÝnh thêi gian cña ®èi t-îng ®iÒu chØnh. Tuy nhiªn ë ®©y chØ phôc vô cho viÖc x©y dùng m« pháng thuËt to¸n ®iÒu chØnh. §iÒu ®ã dÉn ®Õn c¸c ®iÒu kiÖn gi¶ thiÕt trong khi lËp m« h×nh. C¸c ®iÒu kiÖn ®ã mét mÆt ®¬n gi¶n ho¸ m« h×nh cã lîi cho viÖc thiÕt kÕ sau nµy, mÆt kh¸c chóng g©y nªn sai lÖch nhÊt ®Þnh (Sai lÖch trong ph¹m vi cho phÐp) gi÷a ®èi t-îng vµ m« h×nh. Sai lÖch ®ã cÇn ph¶i ®-îc lo¹i trõ b»ng c¸c biÖn ph¸p thuéc vÒ kü thuËt ®iÒu chØnh. VÒ ph-¬ng diÖn ®éng, ®éng c¬ K§B ®-îc m« t¶ b»ng mét hÖ ph-¬ng tr×nh vi ph©n bËc cao. Do cÊu tróc ph©n bè phøc t¹p cña c¸c cuén d©y vÒ mÆt kh«ng gian, ph¶i chÊp nhËn c¸c ®iÒu kiÖn sau ®©y trong khi m« h×nh ho¸ ®éng c¬. • C¸c cuén d©y stator ®-îc bè trÝ mét c¸ch ®èi xøng vÒ mÆt kh«ng gian. • Dßng tõ hãa vµ tõ tr-êng ®-îc ph©n bè h×nh sin trªn bÒ mÆt khe tõ. • C¸c gi¸ trÞ ®iÖn trë vµ ®iÖn c¶m ®-îc coi lµ kh«ng ®æi. 7 Ch-¬ng 1 Tæng quan vÒ ®éng c¬ K§B Cuén d©y pha V  isv usv  irv Trôc chuÈn iru isu isw usu usw isw Cuén d©y pha W Cuén d©y pha U stator H×nh1.1- M« h×nh ®¬n gi¶n cña ®éng c¬ K§B 1.1. Ký hiÖu c¬ b¶n sö dông khi m« t¶ ®éng c¬ K§B: Nh- ®· ®Æt vÊn ®Ò gi¶i quyÕt ph-¬ng ph¸p ®iÒu chØnh ban ®Çu lµ chóng ta sÏ sö dông ph-¬ng ph¸p tùa theo tõ th«ng rotor (T4Rotor) lµ ph-¬ng ph¸p nÒn cho qu¸ tr×nh thiÕt kÕ chÝnh v× vËy m« h×nh to¸n cña ®éng c¬ K§B ®-îc x©y dùng trªn hÖ to¹ ®é d-q (HÖ to¹ ®é tõ th«ng Rotor). Khi x©y dùng m« h×nh ho¸ ®éng c¬ K§B, sö dông mét sè ký hiÖu cô thÓ sau: us, ur T-¬ng øng lµ vector ®iÖn ¸p Stator, ®iÖn ¸p Rotor. is, ir T-¬ng øng lµ dßng ®iÖn Stator, dßng ®iÖn Rotor. isu, isv, isw T-¬ng øng c¸c dßng thuéc c¸c pha U, V, W. isd, isq T-¬ng øng dßng ®iÖn Stator trôc d vµ trôc q. is, is Rs , R r Ls , L r Lm T-¬ng øng dßng ®iÖn Stator trôc  vµ . T-¬ng øng ®iÖn trë Stator, Rotor. T-¬ng øng ®iÖn c¶m phÝa Stator vµ Rotor. Hç c¶m gi÷a Stator vµ Rotor. Ls, Lr T-¬ng øng lµ ®iÖn c¶m t¶n Stator, Rotor quy ®æi vÒ mM mT Zp Momen ®éng c¬. Momen t¶i. Sè ®«i cùc. Stator. 8 Ch-¬ng 1 Tæng quan vÒ ®éng c¬ K§B s, r T-¬ng øng tõ th«ng Stator ,Rotor. rd, rq T-¬ng øng c¸c thµnh phÇn trôc d, q cña tõ th«ng n Tèc ®é quay cña ®éng c¬.  fs Tèc ®é gãc c¬ häc cña ®éng c¬. TÇn sè ®iÖn ¸p l-íi. s = 2fs TÇn sè gãc quay cña ®iÖn ¸p l-íi. r = Zp. TÇn sè gãc m¹ch ®iÖn Rotor. sl TÇn sè tr-ît cña ®éng c¬ Rotor. , s trôc chuÈn Stator. Ts Tr J T-¬ng øng lµ gãc c¬ häc cña Rotor, tõ th«ng so víi H»ng sè thêi gian Stator. H»ng sè thêi gian Rotor. Momen qu¸n tÝnh cña ®éng c¬.  HÖ sè t¶n toµn phÇn.  Ma trËn rçng. • ChØ sè viÕt nhá ë gãc ph¶i phÝa trªn f: §¹i l-îng quan s¸t trªn hÖ to¹ ®é tõ th«ng Rotor (To¹ ®é d-q). r: §¹i l-îng quan s¸t trªn hÖ to¹ ®é Rotor víi trôc thùc lµ trôc Rotor. • ChØ sè viÕt nhá ë gãc ph¶i phÝa d-íi: Ch÷ c¸i ®Çu tiªn: s: §¹i l-îng cña m¹ch Stator. r: §¹i l-îng cña m¹ch Rotor. Ch÷ c¸i thø hai: d,q: §¹i l-îng thuéc hÖ to¹ ®é d-q. • §¹i l-îng viÕt cã g¹ch d-íi: Ch÷ to: Ma trËn. Ch÷ nhá: Vector. 9 Ch-¬ng 1 Tæng quan vÒ ®éng c¬ K§B 1.2. M« h×nh ®éng c¬ K§B rotor lång sãc: 1.2.1.Vector kh«ng gian vµ hÖ to¹ ®é tõ th«ng: Khi cÊp vµo c¸c cuén d©y ®éng c¬ xoay chiÒu ba pha ®iÖn ¸p h×nh sin, trong cuén d©y stator sinh ra dßng xoay chiÒu t-¬ng øng. T¹i thêi ®iÓm tøc thêi, nÕu ®iÓm trung tÝnh bá ngá, tæng gi¸ trÞ dßng b»ng zero: (1-1) i su (t)  i su (t)  i su (t)  0 Dßng c¸c pha cã biªn ®é gièng nhau, vËn tèc gãc s nh-ng lÖch pha nhau 120 vÒ thêi gian. §iÒu nµy gîi ý cho ta r»ng cã thÓ biÓu diÔn c¶ ba dßng ®iÖn b»ng mét vector quay víi cïng vËn tèc gãc, vµ h×nh chiÕu cña nã lªn ba trôc kh«ng gian lÖch nhau 120 chÝnh lµ trÞ sè tøc thêi cña dßng ®iÖn pha. Vector ®ã ®-îc ®Æc tªn lµ vector dßng is: 2 4 j j  2 3 i s  i su (t )  i sv (t )e  i sw (t )e 3  3  (H×nh 1.2) minh ho¹ cho c¸ch x©y dùng is. (1-2) Im v is u Re 2 isu (t ) 3 w 4 j 2 isv (t )e 3 3 2 j 2 isv (t )e 3 3 H×nh1.2 – X©y dùng vector dßng tõ dßng ba pha Hoµn toµn t-¬ng tù, c¸c ®¹i l-îng ba pha kh¸c nhau nh- ®iÖn ¸p stator, tõ th«ng stator vµ rotor ®Òu ®-îc biÓu diÔn d-íi d¹ng vector kh«ng gian: us, s vµ r. C¸c vector nµy ®Òu quay quah gèc to¹ ®é víi vËn tèc s. B-íc tiÕp theo, ta cho trôc to¹ ®é cïng xoay víi cïng tèc ®é quay s, khi ®ã c¸c ®¹i l-îng kÓ trªn sÏ ®øng yªn so víi hÖ trôc. Chän trôc thùc cña hÖ to¹ ®é trïng víi vector tõ th«ng rotor r gäi lµ trôc d, trôc cßn l¹i lµ trôc q. C¸c vector sÏ ®-îc ph©n tÝch thµnh hai thµnh phÇn nh- sau: 10 Ch-¬ng 1 Tæng quan vÒ ®éng c¬ K§B u s  u sd  ju sq  i s  i sd  ji sq   r  rd  s  sd  jsq  v× trôc d trïng víi vector r nªn thµnh phÇn theo trôc q: rq = 0. HÖ to¹ ®é ®· chän ®-îc gäi lµ hÖ to¹ ®é tõ th«ng rotor. §©y lµ c¬ së cho ph-¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn T4R. HÖ to¹ ®é phøc ®øng yªn cã tªn gäi lµ hÖ to¹ ®é stator , cã c¸c thµnh phÇn ngang trôc vµ däc truc d¹ng h×nh sin. Quan hÖ gi÷a hai trô ®-îc m« t¶ trªn (H×nh1.3). C«ng thøc chuyÓn ®æi dßng pha sang hai thµnh phÇn trªn hÖ trôc tùa tõ th«ng nh- sau:  1  i sd   (i su  2i sv ) sin s  i su sin s   3   i   1 (i  2i ) cos   i sin  sv  s su s  sq  3 su  1.2.2. M« h×nh tr¹ng th¸i liªn tôc ®éng c¬ K§B trªn hÖ to¹ ®é d-q: XuÊt ph¸t ®iÓm cña m« h×nh lµ hai ph-¬ng tr×nh ®iÖn ¸p Stator vµ ®iÖn ¸p Rotor viÕt trªn chÝnh hÖ thèng cuén d©y Stator vµ Rotor , tøc lµ viÕt trªn hÖ to¹ ®é cè ®Þnh Stator vµ trªn hÖ to¹ ®é cè ®Þnh Rotor. • Ph-¬ng tr×nh ®iÖn ¸p Stator (trªn hÖ thèng cuén d©y Stator). dss u R i  dt s s (1-3) s s s Rs : §iÖn trë stator; ss : tõ th«ng stator • Ph-¬ng tr×nh ®iÖn ¸p Rotor (trªn hÖ thèng cuén d©y Rotor ng¾n m¹ch) d rr 0R i  dt r r r (1-4) Rr : §iÖn trë rotor; rr : tõ th«ng rotor • Ph-¬ng tr×nh tõ th«ng 11 Ch-¬ng 1 Tæng quan vÒ ®éng c¬ K§B Do chóng ta ®· gi¶ thiÕt §C K§B cã kÕt cÊu c¬ häc ®èi xøng, nªn c¸c gi¸ trÞ ®iÖn c¶m trªn mäi hÖ to¹ ®é lµ nh- nhau.  s  Ls i s  Lm i r    r  Lm i s  Lr i r víi L s  L m  L s  L r  L m  L r (1-5) • Ph-¬ng tr×nh m« men quay 3 3 mM  Zp  s  i s sign (sin s )   Zp  r  i r sign (sin r ) (1-6) 2 2 • Ph-¬ng tr×nh chuyÓn ®éng mM  mT  J d Z p dt (1-7) HÖ täa ®é d-q lµ hÖ täa ®é cã trôc thùc trïng h-íng cña vector r (Cßn gäi lµ hÖ täa ®é tùa h-íng tõ th«ng Rotor).Ta nhËn thÊy hÖ täa ®é d-q quay quanh gèc täa ®é víi tèc ®é gãc s b»ng víi tÇn sè gãc cña nguån cÊp cho §C K§B. Do tÝnh chÊt cña hÖ täa ®é d-q nªn lóc nµy: rd = r , rq = 0 (H×nh 1.3). H×nh1.3 - BiÔu diÔn hÖ täa ®é d-q cña §CDB. 12 Ch-¬ng 1 Tæng quan vÒ ®éng c¬ K§B ¸p dông c«ng thøc chuyÓn hÖ cho c¸c ®¹i l-îng Stator vµ Rotor: Trªn Stator: u s u ks e j , is  is e j ,  s   s e j s s k k s k d s d  s j k  e  jk  s e j dt dt s k k k k (1-8) k Trªn Rotor: i r  i r e j ,  r   r e j r k r k k k d r d r j k  e  jk  r e j dt dt r k k (1-9) k a. Ph-¬ng tr×nh ®iÖn ¸p Stator (HÖ täa ®é d-q): Thay c¸c ®¹i l-îng tõ c«ng thøc (1-8) vµo (1-3) ta sÏ thu ®-îc ph-¬ng tr×nh ®iÖn ¸p míi trªn hÖ täa ®é quay víi tèc ®é gãc bÊt kú k t-¬ng øng trªn hÖ thèng cuén d©y Stator. d s k u R i   jk  s dt k k s k s s (1-10) Khi k = s víi s lµ tèc ®é gãc cña m¹ch ®iÖn Stator vµ cña vector tõ th«ng Rotor. Lóc nµy hÖ täa ®é ®-îc chän k trïng víi hÖ täa ®é tõ th«ng Rotor d-q. d s f u R i   js  s dt f f s (1-11) f s s b. Ph-¬ng tr×nh ®iÖn ¸p Rotor (HÖ täa ®é d-q): Thay c¸c ®¹i l-îng tõ c«ng thøc (1-9) vµo (1-4) ta sÏ thu ®-îc ph-¬ng tr×nh ®iÖn ¸p míi trªn hÖ täa ®é quay víi tèc ®é gãc bÊt kú k t-¬ng øng trªn hÖ thèng cuén d©y Rotor. d r k 0R i   j(k  r ) r dt k k r r (1-12) Khi k = s - r = sl : HÖ täa ®é míi chän chuyÓn ®éng t-¬ng ®èi so víi Rotor víi tèc ®é gãc sl. HÖ quay v-ît tr-íc Rotor mét kho¶ng tÇn sè tr-ît sl. Lóc nµy hÖ täa ®é ®-îc chän k trïng víi hÖ täa ®é tõ th«ng Rotor d-q. 13 Ch-¬ng 1 Tæng quan vÒ ®éng c¬ K§B d r f 0R i   jsl  r dt f f r r (1-13) Hai ph-¬ng tr×nh (1-11), (1-13) ®-îc tËp hîp thµnh hÖ ph-¬ng tr×nh: f  f d s f f  js  s u s  R s i s  dt  f d   f f  0  R r i r  r  jsl  r dt  f f f  s  Ls i s  L m i r  f  L i f  L i f m s r r  r (1-14a) (1-14b) (1-14c) (1-14d) f Ta khö c¸c ®¹i l-îng kh«ng cÇn thiÕt nh- vector dßng ®iÖn i r , vector tõ th«ng Stator  s .Tõ hai ph-¬ng tr×nh (1-14c) vµ (1-14d) cã thÓ suy ra ®-îc f hai vector ®ã: 1 f f ( r  i s L m ) Lr L f f f f  s  i s L s  m ( r  i s L m ) Lr ir  f Thay (1-15) (1-16) i r ,  s vµo (1-14a), (1-14b) ta sÏ thu ®-îc hÖ sau: f f  disd  1 1  1  ' 1  1 '      i   i       U sd  s sq rd rq  T  sd dt  T  T   L r  r s  s   di    sq  s i sd   1  1   i sq  1   r rd'  1   rq'  1 U sq  Tr Ls  dt  Ts Tr   ' (1-17)  d rd  1 i  1  '  (   ) ' sd rd s r rq  dt Tr Tr   d 'rq 1 1 ' '  i  (    )   rq  sq s r rd dt T T  r r 14 Ch-¬ng 1 ' Trong ®ã: rd  Tæng quan vÒ ®éng c¬ K§B rq rd , rq'  Lm Lm Tr = Lr/Rr - H»ng sè thêi gian rotor Ts = Ls/Rs - H»ng sè thêi gian stator sl = s - r - TÇn sè gãc tr-ît Do ®Æt trôc d trïng h-íng víi vector tõ th«ng rotor ta cã c«ng thøc tÝnh m«men: 3 L2m mM  Z p rd' i sq 2 Lr (1-18) NhËn thÊy r»ng rd lµ modul dßng tõ ho¸. Trong tr-êng hîp chóng ta ®Þnh ' h-íng chÝnh x¸c ®-îc theo h-íng cña vector tõ th«ng Rotor th× rq  0 . ' Lóc nµy ta cã hÖ ph-¬ng tr×nh m« t¶ §CDB trªn hÖ täa ®é d-q.  disd  1 1   1  ' 1      i   i    Usd  s sq rd  T T  sd dt  T  L r  r s  s   di    sq  si sd   1  1   i sq  1   r rd'  1 Usq  Ls  dt (1-19)  Ts Tr   ' 1 '  drd 1  i  rd sd  dt Tr Tr   1 ' 0   T i sq  (s  r )rd  r M« h×nh ®éng c¬ K§B trªn hÖ to¹ ®é d-q: 15 Ch-¬ng 1 Us Usd Tæng quan vÒ ®éng c¬ K§B 1 Tr s e-js mT 'rd isd T 1 1+sT 1+sTr 1 Ls 3 L2m zp 2 Lr mM zp sJ r isq Tr 1-  r sl Usq Us s 1 Ls T 1+sT   isq s 1 s H×nh1.4 - M« h×nh ®éng c¬ K§B trªn hÖ to¹ ®é d-q HÖ ph-¬ng tr×nh (1-17) ®-îc viÕt l¹i d-íi d¹ng m« h×nh tr¹ng th¸i phi tuyÕn yÕu (bilinear): dxf  Af xf  B f usf  Nxf s dt Víi: (1-20) xfT = [isd, isq, rd’, rq’] usfT = [usd, usq] usf: Vector ®¹i l-îng ®Çu vµo víi c¸c phÇn tö lµ sè thùc. xf: Vector tr¹ng th¸i víi c¸c phÇn tö lµ sè thùc. Af: Ma trËn hÖ thèng. Bf: Ma trËn ®Çu vµo. N: Ma trËn ghÐp phi tuyÕn s: Tèc ®é gãc vector tõ th«ng stator – lµ ®Çu vµo thø 3 (sau usd, usq) 16 Ch-¬ng 1 Tæng quan vÒ ®éng c¬ K§B   1 1   1    0   Tr   Ts Tr    1 1   1    0    r  f  T  T  s r   A  1 1  0   Tr Tr  1  0 r  Tr  1  L  s f B  0   0   0 0  1 N 0  0  0   1  L s  0   0  1 0 0 0 0 0 0 1 1   r    1    Tr  (1-21)   r   1   Tr  (1-22) 0 0 1  0 (1-23) H×nh1.5 - M« h×nh tæng quan cña ®éng c¬ kh«ng ®ång bé trong kh«ng gian tr¹ng th¸i trªn c¬ së hÖ täa ®é dq 17 Ch-¬ng 2 Tæng quan vÒ hÖ thèng ®iÒu khiÓn ®éng c¬ K§B Ch-¬ng 2 Tæng quan vÒ hÖ thèng ®iÒu khiÓn tÇn sè ®éng c¬ K§B 18