Giáo trình Mô hình hóa máy biến áp - Chương 6: Điều khiển động cơ không đồng bộ
99
CHƯƠNG 6: ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ
§1. SỰ LÀM VIỆC CỦA Đ.C.K.Đ.B KHI TỪ THÔNG
TRONG KHE HỞ KHÔNG KHÍ KHÔNG ĐỔI
Từ thông hỗ cảm hay từ thông trong khe hở không khí của máy điện không
đồng bộ được xác định bằng biểu thức:
Em
&
&
′
Ψ
= Lm Ias + Iar =
(1)
m
ω
e
Như vậy giữ cho từ thông hỗ cảm hay từ thông trong khe hở không khí không đổi
Em
=
const
. Như vậy:
tương đương với việc giữ cho
ω
e
Emdm
Em
= ω
(2)
e
ω
b
Trong đó Emdm là giá trị của Em ở tốc độ định mức hay tốc độ cơ sở. Giá trị liên tục của
Em phải cao hơn Emdm khi lõi thép không bị bão hoà. Sơ đồ thay thế của m.đ.k.đ.b như
sau:
ω
ω
ω
e
j xσ
e
j xσ
e
′
′
rr
j ω
′
s
r
&
′
Iar
&
Ias
ω
ω
rr
− ω
b
b
r
e
r
ω
&
Uas
&
′
Uar
e
&
Em
j ω xm
b
s
Mạch tương đương của m.đ.k.đ.b
Khi máy chỉ có một nguồn cung cấp, nghĩa là điện áp roto bằng không thì theo sơ đồ
thay thể của m.đ.k.đ.b ta có dòng điện roto là:
&
Em
&
′
Iar
= −
′
′
ω
err
exσ
j ω
(3)
r
+
ω
− ω
ω
e
r
b
Thay (2) vào phương trình trên và lấy bình phương dòng điện ta có:
E2mdm
Em2
2
′
Iar
=
=
2
2
2
′
′
′
err
(4)
(5)
ω
err
ω
e xσ
ω
2
r
′
+
(
xσ
)
+
r
ω
− ω
ω
ω
− ω
e
r
e
r
b
Mô men sẽ là:
2
′
3p
Emdm rr
Mem
=
2
2(
ω
− ω
)
′
ω
err
e
r
2
′
+
(
xσ
)
r
ω
− ω
e
r
100
Biểu thức trên cho thấy là mô men sẽ có cùng giá trị ở tốc độ (ωe - ωr) đã cho đối với
mọi ωe. Điều này, về mặt đồ thị tương đương với việc tịnh tiến đường cong ω(Mem) ở
điều kiện định mức theo trục ω khi tần số thay đổi. Như vậy dạng của đường cong
mô men khi từ thông trong khe hở không khí không đổi không thay đổi khi tần số
thay đổi. Khi Em = const, công suất cực đại đối với một tần số đã cho sẽ được truyền
qua khe hở không khí khi:
ω
ω
e
e
′
′
xσ
r
rr
=
(6)
ω
− ω
ω
e
r max
b
Nói cách khác, tốc độ tại mô men max là:
′
r
ω
− ω
=
±
ω
(7)
e
r max
b
′
xσ
r
Dấu “+” tương ứng với chế độ động cơ và dấu “–“ tương ứng với chế độ máy phát.
Mô men cực đại là:
E2mdm
3p
max
em
M
=
(8)
2
r
′
xσ
4
ω
b
Từ (5) ta thấy có thể điều chỉnh mô men khi điều chỉnh từ thông stato, tốc độ trượt
hay cả hai bằng cách điều chỉnh điện áp đưa vào stato hay tần số
§2. ĐIỀU KHIỂN TỰA THEO TỪ TRƯỜNG
1. Các vấn đề chung: Trong m.đ.m.c trục của từ trường phần ứng và từ trường cực từ
thường vuông góc với nhau. Do đó s.t.đ tạo bởi dòng điện trong các dây quấn này
cũng vuông góc với nhau. Nếu ta bỏ qua sự bão hoà của lõi thép thì các từ trường
vuông góc không ảnh hưởng đến nhau. Mô men của máy là:
Mem = kaΦ(Ikt)Ia
(9)
Do hằng số thời gian của mạch phần ứng nhỏ hơn mạch kích thích nên việc điều
chỉnh mô men bằng cách thay đổi dòng điện phần ứng nhanh hơn là thay đổi dòng
điện kích thích.
Nói chung điều chỉnh mô men của máy điện không đồng bộ 3 pha không dễ
dàng như m.đ.m.c vì sự tác động tương hỗ giữa từ trường stato và từ trường roto. Từ
trường roto này không tạo một góc 90° so với từ trường stato mà thay đổi tuỳ theo
điều kiện làm việc. Từ trường của dây quấn roto của m.đ.k.đ.b có thể so sánh với từ
trường của dây quấn kích thích của máy điện một chiều, ngoại trừ là nó không điều
chỉnh độc lập được. Với kích thích hình sin, từ trường của roto quay ở tốc độ đồng bộ.
Nếu ta chọn hệ toạ độ qd0 sao cho trục gắn với từ trường roto thì thành phần q của từ
trường roto sẽ bằng 0, nghĩa là:
e
qr
e
Lmieqs
+ Lriqr = 0
′
′ ′
λ
=
(10)
Lm
e
iqr
=
−
ieqs
′
(11)
′
Lr
e
qr
′
Ψ
=
0
nên mô men là:
Do
p
3
e
e
′
driqs
Mem
=
−
2 2 λ
(12)
101
e
qr
′
i
Khi thay
trong (11) vào (12) ta có:
p
3 Lm
e
e
′
λ driqs
Mem
=
(13)
′
2 2 Lr
e
′
Ψ
Như vậy nếu từ thông móc vòng của roto dr không bị nhiễu loạn thì mô men có thể
điều chỉnh một cách độc lập bằng cách điều chỉnh thành phần theo trục q của dòng
ie
λ
pλ
được giữ không đổi bằng 0 thì
e
qr
e
′
′
qr
điện stato qs . Khi
cũng bằng 0. Khi đó
(14)
phương trình điện áp theo trục q có dạng:
e
e
e
qr
e
′
′ ′
′
′
uqr
=
r i
+
p
λ
+
(
ω
− ω
)λ
= 0
r qr
e
r
dr
Nói cách khác, tốc độ trượt phải thoả mãn:
e
′ ′
r i
r qr
(
ω
− ω ) = −
e r
(15)
e
dr
′
λ
e
dr
e
′
′
=
dr
λ
pλ
0
Tương tự, nếu giữ
theo trục d có dạng:
không thay đổi thì
. Phương trình cân bằng điện áp
e
e
e
e
′
′ ′
′
′
udr
=
r i
+
p
λ
+
(
ω
′
− ω
)λ
=
0
(16)
r dr
dr
e
r
qr
e
dr
e
dr
′
i
=
0
λ
=
L ie
m ds . Thay vào phương trình (15) ta có:
Như vậy khi
thì
e
′
rriqs
(
ω
− ω ) =
r
(17)
e
e
′
Lr ids
ie
ie
Trong thực tế, độ lớn của từ thông roto có thể điều chỉnh bằng cách thay đổi ds và sự
định hướng của trục d của từ trường roto có thể giữ bằng giữ tốc độ trượt hay qs theo
e
dr
′
λ
phương trình (17). Với sự định hướng từ trường roto thích hợp, hướng của
sẽ
được giữ theo trục d và được xác định bằng hằng số thời gian của roto. Điều này
e
dr
(
λ
−
Lmides )
′
e
′
i
có thể thấy từ (16) với dr được thay bằng
, nghĩa là:
′
Lr
′
r Lm
e
dr
ides
r
′
λ
=
(18)
′
′
+ pLr
r
r
ω
ω
ρ
e
ides
i
Trục q từ trường roto
s
ieqs
ω
r
Trục pha a roto
Từ trường stato
δ
θ
2
ρ
s
θ
′
λ qr
r
Trục pha a stato
s
dr
π/2-ρ
′
λ
s
r
e
′
′
λ
= λ
dr
Trục d từ trường roto
Điều khiển tựa theo từ trường dùng cho m.đ.k.đ.b được xem như là điều khiển trực
tiếp khi góc ρ trong hình vẽ trên được xác định trực tiếp như trong trường hợp đo
102
trực tiếp từ thông trong khe hở không khí hay kiểu gián tiếp khi góc roto được xác
định từ việc đo gián tiếp như tốc độ trượt.
2. Điều khiển trực tiếp dòng điện tựa theo từ trường: Phương pháp điều khiển trực
tiếp dựa vào việc nắm bắt từ thông của khe hở không khí khi dùng các cảm biến. Từ
thông được đo là từ thông tổng hay từ thông hỗ cảm. Nó không giống như từ thông
móc vòng với dây quấn roto mà góc ρ của nó là góc cần để định hướng từ trường.
Dòng điện điện các pha abc trước hết sẽ được biến đổi thành dòng điện dây quấn cố
định:
2
3
1
1
3
1
3
isqs
=
ias
−
ibs
−
ics
(19)
ids s
=
(ics
−
ibs )
3
s
′
L i
Cộng và trừ vế phải của phương trình với số hạng
trục q trong hệ toạ độ cố định:
qs ta có từ thông móc vòng trên
σ
r
s
qs
s
s
′
′
′
′
′
λ
=
(Lm
+
Lσ
−
Lσ )iqs
+
(Lm
+
Lσ )iqr
(20)
r
r
r
s
qr
s
mq
s
qr
Lm (isqs
+
i )
Ψ
′
′
λ
=
Do
, ta có thể xác định
từ các đại lượng đo:
′
Lr
s
qr
s
mq
s
′
′
λ
=
λ
−
Lσ i
(21)
(22)
r qs
Lm
Tương tự:
′
Lr
s
dr
s
md
s
′
′
λ
=
λ
−
Lσ i
r ds
Lm
Sử dụng các từ thông tính từ (21) và (22) ta xác định được sinρ và cosρ theo công
thức:
s
dr
s
r
′
π
λ
λ
sin
cos
=
cos
ρ
=
=
2 − ρ
′
(23)
s
′
λ
λ
π
qr
2 − ρ
=
sinρ
s
r
′
Trong đó:
s
r
s
dr
2
s 2
′
′
′
(λ )
qr
λ
=
(
λ
)
+
(24)
e
r
′
λ
Việc tính toán được thực hiện bên trong bộ điều khiển. Giá trị
tính được sẽ
được đưa lại đầu vào của bộ điều khiển từ thông để điều chỉnh từ thông trong khe
ieqs
ides
hở không khí. Đầu ra của bộ điều khiển mô men và từ thông là các giá trị
và
trong hệ toạ độ roto tựa theo từ trường. Bên trong khối biến đổi qd thành abc là các
biến đổi từ qde thành qds và từ qds thành abc đối xứng:
isqs
=
ieqscosρ + idessin
ρ
(25)
ids s
=
−
ieqssinρ + idescos
ρ
103
ias
ibs
ics
=
=
=
isqs
−
−
0.5isqs
0.5isqs
−
+
3 2ids s
3 2ids s
(26)
3. Điều khiển trực tiếp điện áp tựa theo từ trường: Dòng điện stato qd tựa theo từ
trường được xác định bằng cách biến đổi các dòng điện abc đo được thành các dòng
điện trong hệ toạ độ qd cố định bằng cách dùng các biểu thức (19) và giá trị ρ xác
định theo (23):
ieqs
=
isqscosρ − ids ssin
ρ
(27)
ides
=
isqssinρ + ids scos
ρ
Từ thông móc vòng của stato được biểu diễn theo dòng điện stato và từ thông móc
vòng của roto:
Lm
e
qs
e
e
qr
′
′
λ
λ
=
=
Lsiqs
+
+
λ
λ
′
Lr
(28)
(29)
Lm
e
ds
e
e
′
′
Lsids
dr
′
Lr
Ta có:
e
′ dieqs
d
′
λ
qr
Lm
e
Ls
+
=
=
ueqs
udes
−
−
r ie
s qs
−
−
Eqs − ω eLsids
′
′
′
dt
Lr dt
e
dr
′ dides Lm d
λ
′
e
Ls
+
r ie
Eds + ω eLsiqs
′
′
s ds
′
Lr dt
dt
Đặt số hạng đạo hàm của từ thông móc vòng của roto bằng 0 và chuyển vế ta có:
′ dieqs
e
e
rsieqs
rsides
+
Eqs
=
uqs− ω eLsids
′
′
Ls
+
dt
(30)
′ dides
e
e
′
′
Ls
+
+
Eds
=
uds+ ω eLsiqs
dt
Các giá trị đối với điện áp abc có thể tính như sau:
usqs
=
ueqscosρ + udessin
ρ
(31)
(32)
uds s
=
=
−
ueqssinρ + udescos
ρ
uas
usqs
1
3
ubs
ucs
=
=
−
usqs
usqs
−
+
uds s
uds s
2
2
1
3
−
2
2
§3. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH HƯỚNG TỪ TRƯỜNG GIÁN TIẾP
Khi máy điện không đồng bộ làm việc với tốc độ thấp và điều khiển vị trí, các
sensor đo từ thông trong các bộ tích phân là không khả thi. Vì vậy phương pháp
chung là định hướng từ trường gián tiếp không dựa vào việc đo từ thông trong khe
104
hở không khí mà dựa vào các phương trình (15), (17) và (18). Mô men có thể điều
ie
chỉnh bằng cách điều chỉnh dòng điện qs và tốc độ trượt (ωe - ωr). Từ thông roto có thể
ie
′
λ
điều chỉnh bằng qs . Khi cho một số giá trị mong muốn của từ thông roto
, giá trị
r
ides
mong muốn có thể xác định theo:
′
r Lm
ides
r
′
λ
=
(33)
dr
′
′
+ pLr
r
r
M
Với mô men mong muốn
ie
tại các giá trị từ thông roto đã cho, giá trị mong muốn
em
của
theo (13) là:
qs
p
3 Lm
e
e
′
λ dr iqs
Mem
=
(34)
′
2 2 Lr
e
dr
e
=
L ie
m ds . Như vậy tốc độ trượt trong
′
′
dr
i
=
0
λ
và
Ta thấy rằng khi định hướng đúng,
phương trình (17) có thể viết thành:
e
′
rriqs
ω
=
(
ω
− ω ) =
r
(35)
2
e
e
′
Lr ids
Điều kiện trên, nếu thoả mãn, sẽ bảo đảm tách riêng phương trình điện áp roto. Góc
định hướng trường ρ, là tổng của góc roto θr từ sensor vị trí và góc θ2 từ tích phân tốc
độ trượt.
6 trang
29/04/2022
2781
Bạn đang xem tài liệu "Giáo trình Mô hình hóa máy biến áp - Chương 6: Điều khiển động cơ không đồng bộ", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- giao_trinh_mo_hinh_hoa_may_bien_ap_chuong_6_dieu_khien_dong.pdf
