CHƯƠNG 1.
CÁC VẤN ĐỀ VỀ LÝ THUYẾT LIÊN QUAN ĐẾN PHƯƠNG
PHÁP ĐIỀU KHIỂN TRỰC TIẾP MOMEN
1.1 Phương pháp điều khiển trực tiếp momen.
Điều khiển trực tiếp momen cho động cơ không đồng ba pha là phương
pháp điều khiển trực tiếp lên momen điện từ, tốc độ là đại lượng điều khiển
gián tiếp. Nội dung phương pháp dựa trên tác động trực tiếp của các vectơ điện
áp lên vectơ từ thông móc vòng stator. Thay đổi trạng thái của vectơ từ thông
stator dẫn đến thay đổi trực tiếp tới momen điện từ của động cơ. Các vectơ
điện áp được chọn lựa dựa trên sai lệch của từ thông stator và momen điện từ
với các giá trị đặt. Tuỳ thuộc vào trạng thái sai lệch của từ thông và momen
điện từ, một vectơ điện áp tối ưu đã định trước được chọn để điều chỉnh đại
lượng về đúng với lượng đặt. Đây là phương pháp điều khiển đơn giản, ít phụ
thuộc vào các thông số động cơ, đáp ứng momen nhanh, linh hoạt.
1.2 Điều khiển trực tiếp momen (DTC) cho động cơ không đồng bộ ba pha
roto lồng sóc (IM) bằng bộ biến tần nguồn áp:
Giả thiết động cơ IM đối xứng ba pha. Momen điện từ do các cuộn dây
stator sinh ra được xác định theo công thức:

sse
ipT
×=
ψ
2
3
(1.1)
Trong đó:
p : số đôi cực.
s
ψ
: vectơ từ thông stator

αρ
,
: góc lệch của vectơ từ thông stator và vectơ dòng điện
stator so với trục thực D
Thay (1.2) và (1.3) vào (1.1):

)sin(
2
3
sssse
ipT
ραψ
−=
(1.4)
Đặt
ss
ραα
−=

αψ
sin
2
3
sse
ipT
=
(1.5)
Quan sát biểu thức (1.5) rút ra nhận xét: bằng cách giữ nguyên giá trị vectơ
từ thông móc vòng stator ψ
s

=−=
)1(
'
(điện cảm tản stator) (1.7)

)(
''
s
ss
m
r
r
iL
L
L
−=
ψψ
(Từ thông qui đổi roto về stator) (1.8)
hay

)sin(.
2
3
'
'
rssr
sr
m
e
LL

roto chậm hơn rất nhiều so với từ thông móc vòng stator, có thể coi là hằng số.
Theo công thức tính momen (1.10) khi giá trị từ thông stator và từ thông roto
2
là hằng số, momen điện từ có thể được điều chỉnh linh hoạt bằng cách thay đổi
góc lệch
γ
. Đây chính là nguyên lý cơ bản của phương pháp điều khiển trực
tiếp momen động cơ: Sử dụng vectơ từ thông stato là đại lượng điều khiển,
thay đổi góc lệch tương đối giữa vectơ từ thông stator và vectơ từ thông roto
để thay đổi momen điện từ. Điều này khác với phương pháp điều khiển vectơ
là sử dụng biến dòng điện stator là đại lượng điều khiển
Như đã phân tích ở trên, phương pháp DTC sử dụng vectơ từ thông stator là
biến điều khiển. Ta có thể chứng minh được rằng sử dụng các vectơ điện áp
hợp lý có thể điều khiển được vectơ từ thông stator. Phương trình điện áp
stator trong hệ toạ độ cố định DQ:

dt
d
Riu
s
s
s
s
ψ
+=
(1.11)
Với động cơ không đồng bộ, ảnh hưởng của cảm kháng lớn hơn rất nhiều so
với ảnh hưởng trở kháng. ở các động cơ công suất lớn, giá trị điện trở của các
cuộn dây thường khá nhỏ (cỡ m Ω ). Bỏ qua điện áp rơi trên thành phần điện
trở, coi như điện áp phần ứng chỉ sinh ra thành phần từ thông stator:

(Hình 1.1)
3
sD
sQ
Ψ
∆
Ψ
Ψ
k
k+1
Hình 1.1: Trạng thái thay đổi vectơ từ thông
stator khi áp đặt vectơ điện áp.
Sáu vectơ điện áp và hai vectơ điện áp không được sử dụng bằng bộ biến tần
nguồn áp. Các vectơ điện áp có giá trị:

)]
3
)1(exp[
3
2
π
−==
kjUuu
d
ks
( k= 1, 2, … 6)

0
70
==

0
và u
7
làm ổn định
momen điện từ.
Giả thiết vectơ từ thông stator đang ở điểm P
0
, quay theo chiều dương
(ngược chiều kim đồng hồ), cần tăng góc lệch
γ
để thay đổi momen. Căn cứ
vào trạng thái sai lệch từ thông và momen, vectơ u
3
được chọn theo sự định
sẵn. Một cách nhanh chóng, đầu mút vectơ Ψ
s
dịch chuyển tới P
1
. Nếu giữ
nguyên vectơ u
3
, biên độ vectơ Ψ
s
sẽ vượt quá phạm vi sai số cho phép. Cần
giảm biên độ Ψ
s
và giữ nguyên yêu cầu tăng góc lệch
γ
, vectơ u
4

• Momen được điều khiển trực tiếp nhờ tác động của các vectơ điện áp
tới vectơ từ thông stator
• Đáp ứng momen theo tải tốt.
• Thuật toán điều khiển không quá phức tạp
• Không cần phép chuyển đổi toạ độ do các phương trình được khảo sát
trên hệ toạ độ DQ.
6
CHNG 2
TNG HP H THNG THEO PHNG PHP IU
KHIN TRC TIP MOMEN
2.1 S cu trỳc kinh in phng phỏp iu khin trc tip
momen
Phng phỏp iu khin trc tip momen ( DTC) cho ng c khụng ng
b ba pha cú cu trỳc mch vũng iu khin kớn cú phn hi t thụng stator v
momen .
Bảng chọn
lựa vectơ
điện áp tối
u
Mô hình
động cơ

ref

ref
vectơ điện áp
điện áp DC
dòng pha A
dòng pha B
vị trí vectơ từ thông stator

ψ
(2.2)
Công thức (2.2) có vẻ khá thuận tiện và đơn giản trong việc ước lượng từ
thông stator vì chỉ cần duy nhất điện trở pha stator và phép tính tích phân thực.
Tuy nhiên, kết quả luôn gây ra sai lệch lớn giữa giá trị ước lượng với giá trị
thực do sử dụng phương pháp số để thực hiện các phép toán. Độ chính xác của
phép tích phân số phụ thuộc nhiều vào độ lớn của chu kỳ tính, sai lệch tích luỹ
sau mỗi chu kỳ tính. Đồng thời, giá trị dòng điện và điện áp đo cũng phụ thuộc
vào độ chính xác phép đo và từ thông stator là đại lượng phi tuyến, phụ thuộc
nhiều vào sự bão hoà mạch từ.
Độ chính xác của kết quả ước lượng từ thông stator quyết định chất lượng
của thuật toán điều khiển. Có nhiều giải pháp để nâng cao độ chính xác phép
ước lượng từ thông:
1. Xây dựng khâu sát tức thời bằng thuật toán Luenberger
2. Xây dựng hàm xác định thay thế phép tính phân thực theo mục tiêu kết
quả gần với giá trị thực và không chịu ảnh hưởng nhiều của các tham số
phi tuyến
Phương pháp ước lượng từ thông stator theo mô hình quan sát Luenberger có
ưu điểm cho độ chính xác cao. Nội dung phương pháp là xây dựng thuật toán
ước lượng có sử dụng các tham số: R
s
, L
s
, L
m
, L
r
. Kết quả ước lượng chính xác
cần sử dụng thêm các mô hình nhiệt của điện trở theo đặc tính tải hoặc chế độ
làm việc, sự ảnh hưởng của bão hoà từ trong lõi thép tới L

z
pT
x
Tp
T
y
+
+
+
=
1
1
1
(2.4)
Trong đó:
x : giá trị vào.
y: giá trị ước lượng được.
z : lượng tín hiệu hồi tiếp bù.
Số hoá hàm ước lượng ( p=∆/∆t) :

)(
1 nnn
yz
T
t
txyy
−
∆
+∆+=
+

ψ
.
• z =
ref
ψ
nếu
22
ˆˆ
sQsD
ψψ
+
ref
ψ
≥
.
Trong đó:

ref
ψ
giá trị biên độ từ thông stator đặt.

22
ˆ
,
ˆ
sQsD
ψψ
giá trị ước lượng .
Dựa trên thuật toán ước lượng của hai tác giả Hu và Wu, xây dựng thuật toán
ước lượng các thành phần toạ độ của vectơ từ thông stator:

(
2
3
sDsQsQsDe
iipT
ψψ
−=
(2.8)
2.4 Bảng chọn lựa vectơ điện áp tối ưu
2.4.1. Qui luật chọn lựa vectơ điện áp tối ưu
Hình2.3: Sơ đồ thuật toán ước lượng
các thành phần toạ độ vector từ thông stator
10
Vectơ điện áp là công cụ duy nhất để điều khiển biên độ và góc lệch của
vectơ từ thông stator vectơ điện áp được chọn lựa theo:
• Sai lệch biên độ vectơ từ thông stator so với lượng đặt
• Sai lệch biên độ momen so với lượng đặt
• Vị trí vectơ từ thông stator trong hệ toạ độ.
Để xác định vị trí vectơ từ thông stator, người ta chia không gian toạ độ DQ làm
sáu phần bằng nhau (sáu sector). Mỗi sector giới hạn một không gian 60
0
, đặt theo
vị trí xác định: sector 1 (-30
0
÷ 30
0
), sector 2 (30
0
÷ 90
0

, V
k-2
11
FI, FD : Tăng, giảm biên độ vectơ từ thông stator
TI, TD : Tăng, giảm momen điện từ
2.4.2 Bộ so sánh trễ từ thông và momen
Các bộ relay có trễ xác định phạm vi sai lệch của từ thông stator và momen
so với lượng đặt:
• Khâu trễ relay hai vị trí để xác định yêu cầu điều khiển từ thông stator,
tín hiệu đầu ra d ψ :
dψ = 1 nếu
srefss
ψψψ
≤∆−
dψ = -1 nếu
srefss
ψψψ
>∆−

s
ψ
∆
: phạm vi sai lệch vectơ từ thông stator cho phép
• Khâu trễ relay ba để xác định yêu cầu điều khiển momen, tín hiệu đầu ra
dT
e
:
dT
e
= 1 nếu T

1
(a)
(b)
12
dψ
dT
e
Sector 1 Sector2 Sector 3 Sector 4 Sector 5 Sector 6
1
1
0
-1
u
2
u
7
u
6
u
3
u
0
u
1
u
4
u
7
u
2

u
7
u
6
u
5
u
0
u
1
u
6
u
7
u
2
u
1
u
0
u
3
u
2
u
7
u
4
độ rộng vùng trễ ∆Ψ và ∆T
e

L
pT
ψ








=
(2.9)
Trong đó:
Bảng 2.2: Bảng chọn lựa vectơ đóng cắt tối ưu
13
->
eref
m
s
reref
s
TK
L
L
LT
=




tối u
2.6 Xõy dng mụ hỡnh iu khin CKB theo phng phỏp DTC
cú mch vũng iu khin tc
Mụ hỡnh iu khin tc c xõy dng bng cỏch ghộp thờm b iu
khin t chnh PID trc mch vũng iu khin momen. Sai lch sau b iu
chnh tc a vo b iu khin momen.T thụng ng c c t giỏ
tr nh mc ( w <w
dm
)

2
'2
3
4
m
rs
s
pL
LL
=

(2.11)
Hỡnh 2.6: S iu khin kinh in iu khin trc tip
momen theo quan h ti u
14
Bảng chọn
lựa vectơ
điện áp tối
u
Mô hình

Hình 3.2: Khối mô hình động cơ
16
• Cấu trúc chi tiết:

• Khối đo lường:
Tính toán chuyển đổi các đại lượng dòng điện, điện áp từ hệ toạ độ ba pha
(A, B, C) sang hệ toạ độ hai pha vuông góc DQ.
Giá trị dòng điện chuyển sang hệ toạ độ DQ theo công thức:
I
D
=I
a

3
2
BA
Q
II
I
+
=
Hình 3.3: Sơ đồ chi tiết khối mô hình động cơ
Hình 3.4: Sơ đồ đo chuyển hệ toạ độ
17
• Khối ước lượng từ thông
Hình 3.6: Khối ước lượng từ thông
• Đầu vào là điện áp động cơ đã chuyển đổi sang hệ DQ
• Đầu ra là từ thông stator (quy đổi ở hệ DQ)
Hình 3.7: Mô hình chi tiết khối ước lượng từ thông
• Khối chuyển toạ độ

20
d.Bảng chuyển mạch
Hình 3.16: Bảng thông số đặt khâu rơle 3 vị trí có trễ
Hình 3.17: Bảng thông số đặt khâu rơle 2 vị trí có trễ
21
Bảng chuyển mạch nhận tín hiệu từ đầu ra của 2 khâu so sánh trễ dựa trên
sai lệch giữa đại lượng đặt và đại lượng thực tế của từ thông và mômen. Đầu
vào thứ ba là một trong sáu vùng sector từ thông stator. Đầu ra là sáu xung
điều khiển đóng mở sáu van của biến tần.
b. Tham động cơ
Hình 3.20: Thông số động cơ
3.2 Kết quả mô phỏng
Hình 3.18: Khối bảng chuyển mạch
Hình 3.19: Mô hình chi tiết của bảng chuyển mạch
22
Hình 3.21: Quỹ đạo từ thông stator
Hình 3.22: Đáp ứng mômen
0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
-0.5
0
0.5
1
Momen ®¸p øng
0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
Momen ®Æt

25