ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ THAY ĐỔI ĐIỆN TRỞ STATO  TRONG TRUYỀN ĐỘNG

ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ NAM CHÂM VĨNH CỬU

ĐIỀU KHIỂN TRỰC TIẾP MÔMEN

 

VƠ NHƯ TIẾN

Đại học Đà Nẵng

 

 

TÓM TẮT

Trong quá tŕnh làm việc, điện trở dây quấn stato của động cơ thay đổi theo nhiệt độ hay tần số, dẫn đến sai số trong việc ước lượng từ thông, mô men điện từ, làm ảnh hưởng xấu đến chất lượng hệ truyền động điều khiển trực tiếp mô men (DTC). V́ vậy cần phải xem xét và bù ảnh hưởng của sự thay đổi điện trở stato. Bài báo khảo sát ảnh hưởng của sự thay đổi điện trở trong DTC, đề xuất thuật toán bù sự thay đổi điện trở stato.

 

1. Đánh giá ảnh hưởng của sự thay đổi điện trở stato

Phư­ơng pháp DTC là dựa vào sai lệch giữa mô men đặt với mô men ước lượng và sai lệch giữa từ thông đặt với từ thông stato ư­ớc l­ượng, trong đó việc ư­ớc l­ượng mô men đ­ược tính theo giá trị từ thông đ­ược ư­ớc l­ượng, do vậy việc ư­ớc l­ượng từ thông có tính quyết định trong phư­ơng pháp DTC.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

            Từ thông stato:

            Fsa = f(Usa - sIsa) dt

            Fsb = f(Usb - sIsb) dt                                                                             (1)

 

            Từ biểu thức (1) ta thấy rằng module và góc pha của từ thông stato cũng thay đổi. Nếu gọi F là giá trị từ thông stato thực và FS là giá trị từ thông stato được ước lượng, khi không xét tới sự thay đổi của RS, tại thời điểm t1, ta tính được giá trị từ thông thay đổi:

                     (2)

            Giá trị từ thông thực và từ thông ước lượng tại thời điểm đang xét được biểu diễn như trên h́nh 1b. Ta thấy rằng khi dùng giá trị từ thông được ước lượng, nếu không xét tới RS sẽ tạo ra sai lệch từ thông có giá trị âm và do đó véc tơ điện áp chuẩn được chọn là V3. Trong khi đó nếu giá trị từ thông được ước lượng là đúng th́ sai lệch từ thông có giá trị dương và véc tơ điện áp chuẩn được chọn phải là V2. Qua đó chúng ta có thể thấy được ảnh hưởng của RS tới việc chọn véc tơ điện áp chuẩn.

            Khi động cơ hoạt động ở vùng tốc độ cao, thành phần (IS.Rs) giá trị không đáng kể so với thành phần (US – ISRS), lượng sai lệch từ thông F là không đáng kể so với FS. Hơn nữa khi tốc độ động cơ càng lớn th́ tốc độ quay của véc tơ từ thông càng lớn, sai lệch từ thông bé gần như không ảnh hưởng tới việc chọn véc tơ điện áp chuẩn, trong trường hợp này có thể bỏ qua sự thay đổi của điện trở.

            Khi động cơ làm việc ở vùng tốc độ thấp hoặc cận không, thành phần (IS Rs) có giá trị đủ lớn so với thành phần (US – IS.RS), kéo theo sai lệch từ thông đủ lớn so với FS. Điều này dẫn tới lượng sai lệch lớn về biên độ véc tơ từ thông cũng như góc tải, do vậy đưa hệ thống tới trạng thái mất ổn định.

            Khi module và góc pha của véc tơ từ thông stato thay đổi sẽ làm cho hai thành phần từ thông Fs và Fs không c̣n dạng h́nh sin nữa, làm cho quỹ đạo từ thông thay đổi về tốc độ góc, độ lớn và có thể dẫn đến trạng thái mất ổn định, h́nh 2.

 

            2. Nhận dạng và bù ảnh hưởng sự thay đổi điện trở stato

Ảnh hưởng của sự thay đổi điện trở stato trong phương pháp DTC đă được tŕnh bày trong mục 1. Khi điện trở stato thay đổi sẽ dẫn tới sự thay đổi của từ thông theo biểu thức (2), trong biểu thức này nếu coi ḍng điện là không đổi, trong mỗi chu kỳ tính. Quan hệ tuyến tính, giữa lượng thay đổi từ thông Fs với lượng thay đổi điện trở stato Rs theo biểu thức (3):

                                                                                                           (3)

 


H́nh 2. Ảnh hưởng của sự thay đổi điện trở stato

 

            Sử dụng một khâu tích phân (PI) để thực hiện ước lượng thành phần thay đổi của điện trở (Rs được thể hiện theo biểu thức (4):

            DRs = (KP + Ki/S) DFS                                                                 (4)

            Với Kp là hằng số tỷ lệ được chọn dựa vào biểu thức (3), Ki là hằng số tích phân được chọn theo thực nghiệm, phụ thuộc vào đặc tính gia nhiệt của cuộn dây và chế độ làm việc cụ thể của động cơ.

           

 

 

 

 

 

 

 

 

 

           

 

 

Sai lệch giữa từ thông đặt và từ thông ước lượng qua khâu lọc thông thấp, với tần số cắt nhỏ nhằm làm suy giảm thành phần tần số cao của từ thông stato ước lượng. Tín hiệu sau bộ lọc được đưa tới khâu ước lượng sự thay đổi điện trở để đưa ra thành phần Rs, lượng thay đổi này được cộng với giá trị điện trở ở chu kỳ tính trước (k - 1). Giá trị điện trở ước lượng tiếp tục được đi qua bộ lọc thông thấp để cắt các thành phần sóng hài bậc cao, đưa ra giá trị điện trở đến chu kỳ tính thứ k.

            Điện trở stato được ước lượng tại chu kỳ tính thứ k, được sử dụng để ước lượng từ thông và mô men tại chu kỳ tính thứ k. Động cơ sử dụng loại servo 750 Watts. Kết quả mô phỏng khi có bù sự thay đổi điện trở Rs được thể hiện trên h́nh 4.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

            3. Kết luận

            Khi không bù ảnh hưởng điện trở Rs th́ trong quá tŕnh làm việc điện trở stato tăng, hệ thống sẽ dễ rơi vào vùng mất ổn định.

            Sau khi bù ảnh hưởng của sự thay đổi điện trở stato, các đặc tính của động cơ như từ thông, quỹ đạo từ thông, mô men được cải thiện một cách đáng kể.

 

TÀI LIỆU THAM KHẢO

 

[1]               Vơ Như Tiến, Nghiên cứu nhằm nâng cao chất lượng hệ truyền động động cơ xoay chiều đồng bộ, đề tài NCKH cấp Bộ, mă số B 99 - III – 12, 2002.

[2]               Vơ Như Tiến, Bùi Quốc Khánh, Đoàn Quang Vinh, “Điều khiển trực tiếp mô men trong truyền động động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu”, Tuyển tập báo cáo Hội nghị Khoa học Toàn quốc về Tự động hóa, lần thứ 5 (VICA 5), trang 202-207, 2002.

[3]               Vơ Như Tiến, Nghiên cứu nâng cao chất lượng hệ truyền động động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu điều khiển trực tiếp mô men, Luận án Tiến sỹ Kỹ thuật, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, 2004.

[4]               M. F. Rahanman, L. Zhong, “Analysis of Direct Torque control in Permanent Magnet Synchronous Mômen tor Drives”, IEEE. Trans. on Power Electronics, Vol.12, No. 3, pp. 528 – 535, 1997.

[5]               P. Z. Grabowski, M.P. Kazmierkowski, “A Simple Direct Torque Neuro Fuzzy Control of PWM Inverter Fed Induction Motor DriveIEEE Trans. Ind. Electronics, Vol. 47, No. 4, pp 863- 777, 2000.

[6]               Jorge Solsoma, M. I. Valla, C. Muravchik, “On Speed and Rotor Position Estimation in Permanent Magnet AC Drives”, IEEE Trans. on Ind. Electronics, Vol. 47, No. 5, pp 1176 – 1180, 2000.

 

 

 

EYETECK.VN

Theo: Tạp chí Khoa học & Công nghệ - BKĐN