Cải thiện mômen của động cơ không đồng bộ ba pha rotor lồng sóc ở chế độ quá độ có tải trong dải tốc độ từ lân cận định mức đến định mức

Bài báo trình bày ứng dụng phương pháp điều chế độ rộng xung cải biến để cải thiện đặc tính mômen của động cơ không đồng bộ ba pha rotor lồng sóc ở chế độ quá độ có tải. Động cơ hoạt động ở tốc độ lân cận định mức và định mức.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Cải thiện mômen của động cơ không đồng bộ ba pha rotor lồng sóc ở chế độ quá độ có tải trong dải tốc độ từ lân cận định mức đến định mứcCẢI THIỆN MÔMEN CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHAROTOR LỒNG SÓC Ở CHẾ ĐỘ QUÁ ĐỘ CÓ TẢITRONG DẢI TỐC ĐỘ TỪ LÂN CẬN ĐỊNH MỨC ĐẾN ĐỊNH MỨCHOÀNG TRỌNG ĐỨCTrường Đại học Sư phạm, Đại học HuếTóm tắt: Bài báo trình bày ứng dụng phương pháp điều chế độ rộng xungcải biến để cải thiện đặc tính mômen của động cơ không đồng bộ ba pharotor lồng sóc ở chế độ quá độ có tải. Động cơ hoạt động ở tốc độ lân cậnđịnh mức và định mức. Động cơ được điều khiển theo phương pháp tựa từthông rotor gián tiếp với bộ nghịch lưu áp năm mức kiểu cầu H nối tầng. Kếtquả nghiên cứu được mô phỏng và kiểm chứng bằng phần mềm PSIM chothấy đặc tính mômen ở chế độ quá độ có tải có biên độ dao động nhỏ vànhanh chóng xác lập hơn so với trường hợp sử dụng phương pháp điều chếđộ rộng xung.Từ khóa: điều chế độ rộng xung cải biến, chế độ quá độ1. MỞ ĐẦUQuá trình làm việc của động cơ có thể chia thành các giai đoạn: quá độ và ổn định. Mỗigiai đoạn tương ứng với một chế độ làm việc. Chế độ quá độ có tải rất cần được quantâm nghiên cứu, vì nó ảnh hưởng đến khả năng làm việc ổn định hay không ổn định củađộng cơ [1], [3]. Sử dụng các phương pháp điều khiển động cơ hoặc thay đổi từng phầntrong cấu trúc điều khiển động cơ nhằm thu được đặc tính mômen nhanh đạt trạng tháixác lập và giảm biên độ dao động (hay giảm độ quá điều chỉnh).Trong bài báo này, dùng cấu trúc điều khiển tựa từ thông rotor gián tiếp (Indirect FieldOriented Control-IFOC) để điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha rotor lồng sóc[1]. Với cấu trúc điều khiển này, động cơ xoay chiều ba pha được điều khiển như độngcơ một chiều. Bộ nghịch lưu áp 5 năm mức kiểu cầu H nối tầng (5L-CHB) tạo ra điệnáp pha cung cấp cho động cơ có dạng sóng đa mức tiệm cận dạng sóng sin điều hòa. Sửdụng phương pháp điều chế độ rộng xung cải biến (Switching Frequency Optimal PWM: SFO-PWM) để điều chế cho bộ nghịch áp đa mức, thay cho phương pháp điều chế độrộng xung (Subharmonic Pulse Width Modulation: SH-PWM). Các kết quả nghiên cứutrên mô phỏng về đặc tính mômen ở chế độ quá độ có tải ứng với trường hợp động cơhoạt động ở tốc độ lân cận định mức và định mức có nhiều điểm lý thú.2. PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ ĐỘ RỘNG XUNG CẢI BIẾNVề mặt thuật toán điều khiển bộ nghịch lưu áp, phương pháp SFO-PWM kế thừa đầy đủnhững ưu điểm của phương pháp SH-PWM. Đó là, tạo xung kích đóng-ngắt các khóabán dẫn của bộ nghịch lưu áp trên cơ sở so sánh hai tín hiệu: sóng mang Ucr (cariersignal) và điện áp điều chế Ur (modulation signal) [1], [2]. Phương pháp SH-PWM sửTạp chí Khoa học và Giáo dục, Trường Đại học Sư phạm, Đại học HuếISSN 1859-1612, Số 04(36)/2015: tr. 48-55CẢI THIỆN MÔMEN CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA...49dụng điện áp điều chế Ur dạng sin, nhưng điện áp điều chế dùng trong phương phápSFO-PWM có dạng “hình thang”. Ở đây, điện áp điều chế mỗi pha đã được biến đổicùng một lượng như nhau và bằng thành phần thứ tự không. Các điện áp điều chế sẽ bịdịch đi cùng một độ lớn và giá trị điện áp trung bình trong một chu kỳ sóng mang sẽthay đổi cùng một giá trị. Do đó, điện áp dây đầu ra của bộ nghịch lưu sẽ không thayđổi. Thành phần điện áp thứ tự không này còn được gọi là điện áp offset, đó là sóng hàibội ba dạng tam giác có tần số gấp 3 lần tần số của điện áp điều chế. Điện áp offsetđược tính toán từ tín hiệu lớn nhất trong ba tín hiệu điều chế và tín hiệu nhỏ nhất trongba tín hiệu điều chế.Nếu gọi Ura, Urb, Urc là các điện áp điều chế của phương pháp SH-PWM thì điện ápđiều chế của phương pháp SFO-PWM (hình 1) có thể biểu diễn dưới dạng toán học:max(U ra ,U rb ,U rc ) + min(U ra ,U rb ,U rc )⎧⎪U offset = −2⎨⎪U xSFO = U rx + U offset ; x = a,b,c⎩(1)Hình 1. Điện áp điều chế, điện áp offset của SFO-PWM và SH-PWMHình 3 mô tả quá trình tạo xung kích đóng-ngắt các khóa bán dẫn IGBT của bộ nghịchlưu áp 5L-CHB. Các sóng mang Ucr1 và Ucr1- dùng để tạo xung đóng khóa S11 và S31 củabộ nghịch lưu áp một pha H1, còn các sóng mang Ucr2 và Ucr2- dùng để tạo xung đóngkhóa S12 và S32 của bộ nghịch lưu áp một pha H2. Các sóng mang này được bố trí theokiểu IPD (In-Phase Disposition). Khi điện áp điều chế pha A (Ura) lớn hơn các sóngmang Ucr1 và Ucr2 sẽ tạo xung đóng các khóa S11 và S12 tương ứng. Các sóng mang Ucr1và Ucr2- sẽ tạo xung đóng các khóa S31 và S32 khi Ura nhỏ hơn các sóng mang này. Xungđóng các khóa S41, S21, S42 và S22 là các tín hiệu bù của xung đóng các khóa S11, S31, S12và S32.50HOÀNG TRỌNG ĐỨCAS11D11 S31D31U h1ES41D 41 S21D 21H1S12D12 S32D32U h2ES42D 42 S22H2D 22NHình 2. Pha A của bộ nghịch lưu áp 5L-CHBHình 3. Giản đồ xung kích đóng-ngắt IGBT trong pha A3. ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA ROTOR LỒNG SÓC⎧ λ = k2 .iktĐối với động cơ một chiều, ta có: ⎨ M(2). Từ thông λM chỉ phụ thuộc vào⎩Te = k1 .λM .iudòng kích từ ikt nên từ ikt có t ...