Điều khiển động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc không sử dụng cảm biến tốc độ trong điều kiện thời gian thực

Bài viết bàn về các phương pháp ước lượng tốc độ động cơ. Tốc độ quay của động cơ được ước lượng và đưa vào khâu tính toán từ thông và cũng phản hồi về bộ điều khiển tốc độ trong cấu trúc điều khiển.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Điều khiển động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc không sử dụng cảm biến tốc độ trong điều kiện thời gian thực CHÀO MỪNG NGÀY NHÀ GIÁO VIỆT NAM 20/11 KHOA HỌC - KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ ROTOR LỒNG SÓC KHÔNG SỬ DỤNG CẢM BIẾN TỐC ĐỘ TRONG ĐIỀU KIỆN THỜI GIAN THỰC REAL-TIME CONTROL SPEED SENSORLESS CONTROL OF INDUCTION MOTOR PHẠM TÂM THÀNH1, NGUYỄN HỒNG VÂN2 1Khoa Điện - Điện tử, Trường Đại học Hàng hải Việt Nam 2Phòng Khoa học - Công nghệ, Trường Đại học Hàng hải Việt Nam Tóm tắt Bài báo bàn về các phương pháp ước lượng tốc độ động cơ. Tốc độ quay của động cơ được ước lượng và đưa vào khâu tính toán từ thông và cũng phản hồi về bộ điều khiển tốc độ trong cấu trúc điều khiển. Kỹ thuật cài đặt bộ ước lượng tốc độ và cấu trúc điều khiển động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc được thực hiện trên nền tảng vi xử lý tín hiệu số DSP của Texas Instruments. Các kết quả thực nghiệm cho thấy thuật toán ước lượng tốc độ đã đáp ứng yêu cầu. Từ khóa: Động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc, ước lượng tốc độ, không cảm biến. Abstract The paper discusses about some methods which estimate motor speed. Speed is estimated and is one of inputs flux observer and is feedback signal of speed controller,... The algorithm speed estimator is implemented by using digital signal processor (DSP) F28035 Texas Instruments. The validation is carried out by implementation. Experiment results are provided to illustrate the effectiveness of the proposed algorithm estimator. Keywords: Induction Motor, speed estimator, sensorless. 1. Đặt vấn đề Ý tưởng tiết kiệm khâu đo tốc độ quay, không chỉ nhằm giảm giá thành, mà còn tăng độ tin cậy của thiết bị (vì loại bỏ được đầu đo và giao diện thiết bị chấp hành/đầu đo), đã là động lực thúc đẩy khá nhiều công trình nghiên cứu. Về nguyên tắc có thể phân các phương pháp thành ba nhóm: - Nhóm các phương pháp tựa theo từ thông stator: phương pháp tự chỉnh trực tiếp (Direct Self-Control:DSC), phương pháp tự chỉnh mômen trực tiếp (Direct Torque Control: DTC), phương pháp tựa tự nhiên theo từ thông (Natural Field Orientation: NFO) [3, 4]; - Nhóm các phương pháp tựa theo từ thông rotor (RFO): các phương pháp thuộc nhóm này thường hoạt động theo nguyên lý lọc Kalman (Kalman Filter:KF) hoặc nguyên lý thích nghi theo mô hình chuẩn (Model Reference Adaptive Systems: MRAS), sử dụng bộ ước lượng (Estimate Speed) [5-12]; - Nhóm các phương pháp tận dụng đặc điểm cấu tạo riêng của máy điện (tính không đối xứng, khe từ trên bề mặt stator và rotor,…). Bài báo tập trung nghiên cứu cấu trúc bộ ước lượng tốc độ và kỹ thuật cài đặt thuật toán trên nền tảng vi xử lý tín hiệu số DSP (Digital Signal Processor). 2. Bộ ước lượng tốc độ Trong phương pháp này, tốc độ được ước lượng từ dòng điện và từ thông stator (hoặc rotor) ước lượng được (hoặc quan sát được). Sơ đồ khối tổng quát của hệ truyền động không cảm biến tốc độ theo phương pháp này được mô tả trong hình 1. Tốc độ động cơ được tính theo biểu thức  = s- r. Trong đó: r là tốc độ trượt đã được tính theo biểu thức: (1   Tr ) Ls isq r  (1) Tr ( sd -  Ls isd ) L2m L Trong đó:   1  ; Tr  r , isd và isq là các thành phần dòng điện stator theo trục d và Ls Lr Rr trục q, sd là thành phần từ thông stator theo trục d. Tốc độ đồng bộ s tính theo biểu thức sau: Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải Số 52 - 11/2017 3  CHÀO MỪNG NGÀY NHÀ GIÁO VIỆT NAM 20/11 (2) Hình 1. Sơ đồ khối của hệ truyền động sử dụng bộ ước lượng tốc độ Từ hai phương trình (1) và (2) ta sẽ tính được tốc độ . Nói chung đối với những động cơ có hiệu suất cao, việc tính chính xác được tần số trượt là rất khó khăn, đặc biệt là ở tốc độ gần đồng bộ, do biên độ của tín hiệu lúc này là rất nhỏ và phụ thuộc nhiều vào các thông số động cơ. Ngoài ra, việc tính tích phân trực tiếp điện áp đầu cực động cơ ở vùng tốc độ thấp cũng gây khó khăn cho việc xác định các tín hiệu s và r. Một phương pháp khác để tính tốc độ rotor trong các bộ ước lượng này là có thể tính trực tiếp qua các phương trình từ thông và điện áp động cơ trong hệ toạ độ tĩnh . Phương pháp này yêu cầu giá trị chính xác của tham số động cơ. Tuy nhiên cấu trúc của bộ ước lượng đơn giản hơn nhiều so với các phương pháp khác. Tất cả các phương trình đưa ra ở đây gắn với hệ tọa độ stator. Phương trình từ thông có thể viết:  r  Lr ir  Lmis (3)  r  Lr ir   Lmis (4) Lr là điện cảm rotor, Lm là hỗ cảm. Từ (3) và (4) phương trình dòng rotor có thể được viết: 1 ir   r  Lmis  (5) Lr ir   1 Lr  r  Lmis  (6) Phương trình điện áp rotor được sử dụng để tìm từ thông rotor. ...