1
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

NGUYỄN THỊ NGOAN
NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG HỆ TRUYỀN ĐỘNG
DÙNG ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ
Chuyên ngành: Tự Động Hóa
Mó số:
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
THÁI NGUYÊN - 2011

Luận văn được hoàn thành tại trường Đại học Kỹ tuật Công nghiệp Thái Nguyên.
Luận văn được hoàn thành tại trường Đại học Kỹ tuật Công nghiệp
Thái Nguyên.
Cỏn bộ HDKH : TS. Vừ Quang Vinh
Phản biện 1 : TS. Trần Xuõn Minh
Phản biện 2 : TS. Trần Trọng Minh
Luận văn đó được bảo vệ trước hội đồng chấm luận văn, họp tại: Phũng cao
học số 3 , trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên.
Vào 14 giờ 30 phút ngày tháng năm 2011.
Cú thể tỡm hiển luận văn tại Trung tâm Học liệu tại Đại học Thái Nguyên
và Thư viện trường Đại học Kỹ thuật Công
2

MỞ ĐẦU
Nguyên tắc truyền động điều chỉnh bằng những động cơ đồng bộ đã được
biết đến từ thập niên 30. Tuy nhiên những ứng dụng của nó bắt đầu từ thập kỷ
60, nhờ các phát minh mới, cho phép thực hiện những truyền động điều chỉnh
tốc độ ở mức độ khá hoàn chỉnh. Trong những năm gần đây với sự phát triển

1.2.2 Phương trình của động cơ trong hệ toạ độ (dq)
1.2.3 Phương trình trong hệ toạ độ từ thông stator (xy)
1.2 Các sơ đồ điều khiển động cơ nam châm vĩnh cửu
1.3.1 Vấn đề chung về điều khiển vectơ
Hình 1.4: Sơ đồ điều khiển vectơ trong truyền động ĐCĐBNCVC
1.3.2 Vấn đề chung về điều khiển trực tiếp moment
Ưu điểm của phương pháp điều khiển trực tiếp moment:
- Ít phụ thuộc tham số máy điện, chỉ sử dụng một tham số duy nhất của
động cơ là điện trở stator R
s
.
- Không sử dụng bộ điều khiển dòng điện, có điều biến độ rộng xung.
4
R
ω
R
ω
ω
*
ω
d/dt
P
p
δ
m
PWM
e
js
e
-js

q
*
PMSM

- Không cần biết vị trí rotor, kết cấu đơn giản, thời gian tác động nhanh.
1.4 Kết luận chương 1
Trong chương 1 đã giới thiệu những vấn đề chung và phương pháp luận
điều khiển trực tiếp moment động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu từ đó đưa ra
hướng nghiên cứu điều khiển trực tiếp nhằm áp nhanh moment trong hệ truyền
động động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửa, ít ảnh hưởng bởi các tham số động
cơ, kết cấu mạch đơn giản, không cần xác định vị trí rotor là một hướng tiếp cận
mới. Tuy nhiên trong DTC hiện nay còn gặp một số hạn chế ở vùng tốc độ thấp
không điều khiển được moment, gây tổn thất cho động cơ. Đây là vấn đề được
đặt ra và luận văn nghiên cứu.
Chương 2
ĐIỀU KHIỂN TRỰC TIẾP MOMENT
ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ NAM CHÂM VĨNH CỬU
2.1 Điều khiển từ thông stator
Từ các công thức ở chương 1 đã chứng minh rằng moment thay đổi có thể
điều khiển bằng cách giữ biên độ của từ thông stator bằng hằng số và tăng tốc độ
quay của từ thông stator càng nhanh càng tốt, để đạt sự thay đổi moment cực
đại. Trong phần này sẽ chứng minh cả biên độ và tốc độ quay của từ thông stator
có thể điều khiển bằng cách lựa chọn các vectơ điện áp thích hợp.
Vectơ điện áp V
s
được xác định bởi biểu thức sau:

( ) ( )
( )
ππ

1
F- alpha
T
T.s+1
Transfer Fcn8
T
T.s+1
Transfer Fcn7
T
T.s+1
Transfer Fcn6
T
T.s+1
Transfer Fcn5
T
T.s+1
Transfer Fcn4
T
T.s+1
Transfer Fcn3
T
T.s+1
Transfer Fcn2
T
T.s+1
Transfer Fcn1
Saturation
Re
Im
Real-Imag to

u
Complex to
Magnitude-Angle
2
U's- ab
1
U's- ab
Hình 2.5: Thuật toán tính tích phân của Hu và Wu
(2.19)
4
F- beta
3
F- alpha
2
F- beta
1
F- alpha
T
T .s+1
T ransfer Fcn8
T
T.s+1
Transfer Fcn7
T
T.s+1
Transfer Fcn6
T
T.s+1
Transfer Fcn5
T

Dem ux
Dem ux
Re(u)
Im (u)
Complex to
Real-Im ag1
Re(u)
Im (u)
Complex to
Real-Im ag
|u|
u
Complex to
Magnitude-Angle1
|u|
u
Complex to
Magnitude-Angle
2
U's- ab
1
U's- ab
6
2
3
5 6
4
V
i+2
V

T
s
tăng

Hình 2.6: Cấu trúc bộ ước lượng
(2.21)
2.5 Thiết lập bộ phận hiệu chỉnh từ thông, moment
Khi từ thông ở trong vùng i, V
i+1
hoặc V
i-1
được chọn để tăng biên độ từ
thông và V
i+2
hoặc V
i-2
được chọn để giảm biên độ từ thông, việc lựa chọn các
vectơ điện áp này phụ thuộc vào tín hiệu sai lệch của từ thông chứ không phụ
thuộc vào biên độ từ thông. Điều này chứng tỏ rằng đầu ra của bộ phận hiệu
chỉnh từ thông có thể là một biến số Bool.
.
2.6 Thiết lập bảng chuyển mạch
Các vectơ có module 0 là V
0
, V
7
được chọn làm sao để đạt được số lượng
chuyển mạch của biến tần là ít nhất.
Từ
thông

0
(000) V
7
(111) V
0
(000) V
7
(111) V
0
(000) V
7
(111)
-1 V
6
(101) V
1
(100) V
2
(110) V
3
(010) V
4
(011) V
5
(001)
0
1 V
3
(010) V
4

(110) V
3
(010) V
4
(011)
Bảng 2.1: Bảng lựa chọn vectơ điện áp điều khiển trễ moment 3vị trí, 6 vectơ
2.7 Cấu trúc hệ thống điều khiển trực tiếp moment
Cấu trúc của các bộ phận chủ yếu của hệ thống điều khển trực tiếp moment
của máy điện đồng bộ, đó là điều khiển mẫu mà chu kỳ điều khiển t
c
quá ngắn
đối với hằng số thời gian của máy điện
7
U
dc
S
a
, S
b
, S
c
Bộ biến đổi
3 → 2
Bộ
biến
đổi
ĐC
ncvc
Bộ ĐK trễ
moment

thông được ước lượng, do vậy việc ước lượng từ thông có tính quyết định trong
phương pháp điều khiển trực tiếp moment.
2.9 Bù ảnh hưởng của điện trở stator
Để bù ảnh hưởng của điện trở stator có 2 phương pháp thực hiện ước
lượng điện trở. Phương pháp 1: là sử dụng bộ điều khiển PI để ước lượng điện
trở (M. E. Haque và M. F. Rahman, 1998.) thông qua lượng sai lệch từ thông tại
thời điểm đang xét và hai bộ lọc thông thấp. Phương pháp 2: Ước lượng điện trở
stator ở trạng thái nghỉ của động cơ.
2.9.1 Ước lượng điện trở stator sử dụng bộ điều khiển bù PI
Trong phương pháp này, sai lệch giữa giá trị đặt từ thông stator với giá trị
từ thông stator được ước lượng tại thời điểm đang xét là đầu vào bộ ước lượng
PI.
9
Bảng chọn
vectơ điện
áp
IGBT
Bridgess
Tính toán biên
độ và góc quay
từ thông
Tính
U
a
,U
b
3
2
U
0

, K
i
là hệ số tỷ lệ, hệ số tích phân của bộ bù PI. Cấu trúc như sau
hình (2.12).
Hình 2.12: Cấu trúc bù điện trở PI
10
Bảng
Chọn vectơ
điện áp
IGBT
Bridges
Tính toán
biên độ và
góc quay từ
thông
Tính toán
moment
Tính
U
a
, U
b
PMSM
Ước lượng
điện trở
stator

2
3
U

(k-1)
PI Controller
Lọc thông thấp
Lọc thông thấp
ϕ
*
s

2.10 Mô phỏng và so sánh kết quả
+
-
v
Re
Im
U s_ab
F _alpha
F _bet a
+
-
puls es
A
B
C
Universal B ridge
U_ab
Is _abc
Is _alpha
Is _beta
Vdc
SABC

Te
Ia bc
Flux_ locus
Fl ux1
0 .4 8
Flux
F_ tinh1
F_ tinh
De m u x
DC
Hình 2.13: Mô phỏng bằng Matlab điều khiển 3 vị trí
*. Kết quả mô phỏng điều khiển trực tiếp moment động cơ đồng bộ nam
châm vĩnh cửu sử dụng khâu trễ moment 3 vị trí:
a. Quỹ đạo từ thông, điều khiển 3 vị trí
11

b. Dòng điện (A), điều khiển 3 vị trí
c. Moment (N.m), điều khiển 3 vị trí
Hình 2.14: Các đặc tính của động cơ, khi điều khiển trễ moment 3 vị trí
*. Nhận xét kết quả các đặc tính của động cơ, khi điều khiển trễ
moment 3 vị trí.
Để điều khiển trực tiếp moment của động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu
như ở chương 1 đã phân tích là biên độ từ thông stator được giữ là hằng số,
12

trong khi đó điều khiển dòng điện i
d
được giữ ở 0. Trong trường hợp trên
moment đặt có thể thay đổi 1 cách đột ngột, đáp ứng moment thực hiện bằng
điều khiển trực tiếp moment thì nhanh hơn nhiều so với điều khiển dòng điện

Trong đó: U
om
, là đại lượng giới hạn của nguồn.
Điện áp stator U
s
tỷ lệ với tốc độ quay của rotor và từ thông móc vòng stator,
nếu bỏ qua điện trở của stator thì ta có biểu thức quan hệ sau:

fcsrbsrs
U
ϕωϕωϕω
===
(3.5)
Trong đó: ω
r
, ω
b
, ω
c
tương ứng với tốc độ quay rotor, tốc độ đồng bộ, tốc độ
trượt và
s
ϕ
tỉ lệ từ thông móc vòng stator, ω
f
là tốc độ mở máy động cơ không
tải, nó tỷ lệ với điện áp pha U
om
. Quỹ đạo điện áp cực đại của 1 động cơ được
xác định bởi mỗi cặp giá trị (i

T
*
ϕ
*
s
ω
r
ω
r
ω
*
Moment bằng
hằng số
Công suất
hằng số
Hình 3.3: Cấu trúc điều khiển tỷ lệ tối ưu giữa T/I
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
100

80
60
40
20
0
ϕ
S
WB
I
GH
MTPA

Yes
ϕ’
s
= ϕ’
s2
ϕ’
s
= ϕ’
s1
ϕ’
s

ϕ’
s1
= ϕ’
s2
ω
r
< ω
b
ϕ
s1
chọn từ bảng quỹ đạo
MPTA
ϕ
s2
= V
am
/ ω
r

d[A]

Miền công suấtkhông đổi
Toàn bộ quy luật của dòng điện stator
18
A
Đường elip
giới hạn điện áp
Đường
hyperbolas
Moment
không đổi
i
q[A]
i
d[A]
T= 9.1Nm
T= 8.65Nm
T= 3.66Nm
T= 6.86Nm
105rad/s
101.9rad/s93.9rad/s 85.9rad/s 79.96rad/s
Miền I
Miền hằng số công suất
(miền III)
ω
r
=80 ÷105rad/s
A
i

Đường tròn
giới hạn dòng điện
Đường hyperbolas
Moment không đổi

Toàn bộ quy luật của dòng điện stator
Hình 3.8: Quỹ đạo dòng điện của phương pháp vận hành bằng bộ biến đổi
PWM với máy tăng áp
20
Miền I
(miền III)
ω
r
=80 rad/s
A
Miền hằng số momentt
(miền II, điểm A)
ω
r
=0 ÷80rad/s
i
d[A]
i
q[A]
T
Miền III
Miền II
Miền I
80 rad/s 105rad/s
ω

3.4 Kết luận chương 3
Qua nghiên cứu lý thuyết và kết quả mô phỏng đã chứng minh thuật xây
dựng quy luật điều khiển tỷ lệ tối ưu moment/dòng điện (T/I) trong hệ truyền
động điều khiển trực tiếp moment động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu cho chất
lượng điều khiển tốt hơn so với các phương pháp điều khiển sử dụng khâu trễ 3
vị trí. Cụ thể là điều khiển trực tiếp moment theo quy luật (MTPA) đã thay đổi
được biên độ từ thông stator, dòng điện, tốc độ điều khiển (giảm), moment vẫn
đạt được cực đại ở vùng tốc độ thấp, giảm được tổn thất công suất của động cơ.
22
ω
r
[rad/s]
[A]
80rad/s
I
dq
I
q
I
d

TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng việt:
1. Nguyễn Văn Liễn, Nguyễn Mạnh Tiến, Đoàn Quang Vinh (2003), Điều khiển
Động cơ xoay chiều cấp từ biến tần bán dẫn, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà
Nội.
2. Nguyễn Phùng Quang, Andreas Dittricg (2002), Truyền động điện thông
minh, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội
3. Nguyễn Phùng Quang, Điều khiển tự động truyền động điện xoay chiều ba
pha, NXB Giáo dục