Luận văn Nghiên cứu hệ điều khiển truyền động ứng dụng động cơ từ kháng

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn này là công trình do tôi tổng hợp và nghiên cứu. Trong luận văn có sử dụng một số tài liệu tham khảo như đã nêu trong phần tài liệu tham khảo. Tác giả luận văn Phạm Hồng Kiên Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên LỜI CẢM ƠN! Sau thời gian học lớp cao học khoá 9 tại Trường Đại học kỹ thuật công nghiệp Thái nguyên - Đại học Thái Nguyên tôi được tiếp cận một cách có hệ thống các kiến thức khoa học tiên tiến hiện đại của ngành Tự động hoá XHCN. Kết thúc khoá học tôi được giao đề tài : “ Nghiên cứu hệ truyền động ứng dụng động cơ từ kháng”. Tôi xin chân thành cảm ơn Thầy giáo PGS.TS Nguyễn Như Hiển đã tận tình hướng dẫn và tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành nhiệm vụ học tập và nghiên cứu. Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo đã giảng dạy lớp học, các thầy cô giáo trong bộ môn tự động hoá, cán bộ thư viện Trưòng Đại học công nghiệp Thái nguyên đã quan tâm và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình hoàn thành luận văn. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến bạn bè, đồng nghiệp đã khích lệ động viên tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu. Thái Nguyên tháng 03 năm 2009 Tác giả Phạm Hồng Kiên Mục lục Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 1 MỤC LỤC Trang Lời cam đoan Lời cảm ơn Mục lục ............................................................................................................. 1 Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt. ............................................................ 3 Danh mục các hình vẽ, đồ thị ............................................................................ 4 Lời nói đầu ....................................................................................................... 7 Chương 1: Nghiên cứu chung về các hệ điều khiển truyền động ứng dụng động cơ từ kháng. .................................................................. 8 1.1. Tổng quan về các loại động cơ từ kháng (ĐCTK) ........................... 8 1.2 Giới thiệu chung về động cơ từ kháng đồng bộ tuyến tính ................ 9 1.2.1 Kiểu động cơ 2 trục LSRM ................................................... 11 1.2.2 Nhận dạng các tham số thực nghiệm ................................... 14 1.3 Giới thiệu chung về động cơ từ kháng loại đóng ngắt (Switched reluctane motor - SRM )............................................................. 15 1.3.1.Stator ................................................................................... 15 1.3.2 Rotor .................................................................................... 17 1.4 Ưu điểm và ứng dụng của SRM. ................................................... 19 1.5. Tiền đề để xây dựng một hệ truyền động SRM .......................... 20 Chương 2. Nguyên lý, cấu trúc, điều khiển động cơ từ kháng ................ 23 2.1. Nguyên lý của SRM ...................................................................... 23 2.1.1. Phương thức hoạt động ...................................................... 23 2.1.2 Nguyên lý hoạt động ....................................................... 25 2.2 Đặc tính cơ bản của SRM .............................................................. 30 2.3. Các phương trình mô tả động cơ SRM ........................................ 31 2.3.1. Phương trình cân bằng điện từ ........................................... 31 Mục lục Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 2 2.3.2. Phương trình Momen tổng .................................................. 32 2.3.3. Phương trình Momen tối giản ............................................. 36 2.3.4. Phương trình động học ........................................................ 37 2.4. Phương pháp chung điều khiển SRM ........................................... 38 2.5. Cấu trúc nghịch lưu ....................................................................... 41 2.6. Cấu trúc điều khiển có cảm biến vị trí ......................................... 44 2.7 Cấu trúc điều khiển không cần cảm biến vị trí ............................. 46 Chương 3. Khảo sát chế độ làm việc hệ truyền động ứng dụng động cơ từ kháng ............................................................... 52 3.1. Mô hình SRM tuyến tính ............................................................... 53 3.2 Mô hình phi tuyến............................................................................. 58 3.3 Các kết quả mô phỏng .................................................................... 61 3.3.1 Kết quả mô phỏng ở chế độ tuyến tính ............................. 61 3.3.2 Kết quả mô phỏng ở chế độ phi tuyến ............................... 64 Phụ lục ............................................................................................................ 68 Tài liệu tham khảo ......................................................................................... 75 Các ký hiệu, các chữ viết tắt Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 3 CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT TT Ký hiệu Diễn giải 1 Dk Tỷ lệ bề rộng xung điều chế 2 i Dòng chảy qua cuộn dây của SRM 3 L Điện cảm của SRM 4 m Số pha của Stator 5 mN Momen quay của ĐCTK 6 pc Số đôi cực 7 R Điện trở của cuộn dây pha Stator của ĐCTK 8 U Điện áp cuộn dây pha của ĐCTK 9 UDC, Utrans, Udiode Điện áp mạch một chiều, điện áp sụt trên Transitor trên Diode 10 z Số răng của Rotor 11 ψ Từ thông của cuộn dây pha của ĐCTK 12 ϕ Góc lệch trục 13 rs ϑϑ , Bước góc của cực Stator, răng Rotor 14 ω Vận tốc góc của Rotor Danh mục hình vẽ, đồ thị Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 4 DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ STT Ký hiệu Diễn giải 1 Hình 1.1 Sttator của ĐCTK loại 6/4 2 Hình 1.2 ĐCTK loại 6/4 3 Hình 1.3 Rotor của ĐCTK 4 Hình 1.4 Một số loại SRM điển hình 5 Hình 2.1 Động cơ từ kháng 6 Hình 2.2 Vị trí đồng trục của Rotor và cực active 7 Hình 2.3 Cấu trúc ĐCTK 8/6 8 Hình 2.4 Trình tự đóng cắt nguồn sA, sD, sC, sB, sA,.... để tạo ra chuyển động quay theo chiều kim đồng hồ. 9 Hình 2.5 Trình tự đóng cắt nguồn sA, sB, sC, sD, sA.... để tạo ra chuyển động quay ngược chiều kim đồng hồ. 10 Hình 2.6 Đặc tính cơ của ĐCTK 11 Hình 2.7 Năng lượng t ừ trong cuộn dây stator 12 Hình 2.8 Cơ năng của SMR 13 Hình 2.9 Phương pháp cơ bản điều khiển SMR 14 Hình 2.10 Sơ đồ chuyển mạch của SMR 3pha 6/4 15 Hình 2.11 Tín hiệu điều khiển SMR trong vùng tốc độ cao. 16 Hình 2.12 Cuộn dây pha a, Khi dẫn dòng b, Khi nạp dòng trở lại nguồn 17 Hình 2.13 Sơ đồ nghịch lưu 2m 18 Hình 2.14 Sơ đồ nghịch lưu m+1 Danh mục hình vẽ, đồ thị Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 5 STT Ký hiệu Diễn giải 19 Hình 2.15 Sơ đồ nghịch lưu m+2 20 Hình 2.16 Điện cảm L của ĐCTK 21 Hình 2.17 Điều khiển ĐCTK nhờ khâu ĐC dòng ở mạch vòng 22 Hình 2.18 Các nguồn thông tin về vị trí Rotor chứa trong phương trình điện áp của SRM có m pha 23 Hình 2.19 Đặc tính từ thông/dòng/vị trí rotor của một ĐCTK loại 8/6 24 Hình 2.20 Các chế độ vận hành khác nhau không cần cảm biến đo vị trí 25 Hình 2.21 Cấu trúc hệ thống được mở rộng thêm khâu chuyển mạch không cần cảm biến vị trí 26 Hình 2.22 So sánh từ thông thực và từ thông chuẩn để quyết định thời điểm chuyển mạch nghịch lưu 27 Hình 3.1 Sơ đồ mạch điều khiển SRM dạng 2m 28 Hình 3.2 Quan hệ L = L( ϕ , i) của SMR 29 Hình 3.3 Quan hệ từ thông theo dòng điện và vị trí rotor 30 Hình 3.4 Quan hệ mN = mN( ϕ , i) 31 Hình 3.5 Mô hình mô phỏng ĐCTK ở chế độ tuyến tính 32 Hình 3.6 Mô hình mô phỏng c ấu trúc điều khiển một pha của SMR ở chế độ tuyến tính. 33 Hình 3.7 Tốc độ động cơ ở chế độ tuyến tính 34 Hình 3.8 Momen tổng của SRM ở chế độ tuyến tính 35 Hình 3.9 Momen pha của SRM ở chế độ tuyến tính 36 Hình 3.10 Dòng pha của SRM ở chế độ tuyến tính Danh mục hình vẽ, đồ thị Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 6 STT Ký hiệu Diễn giải 37 Hình 3.11 Mô hình mô phỏng SRM ở chế độ phi tuyến 38 Hình 3.12 Mô hình mô phỏng một pha ĐCTK ở chế độ phi tuyến 39 Hình 3.13 Mômen pha của SMR phi tuyến 40 Hình 3.14 Mômen tổng của SMR phi tuyến 41 Hình 3.15 Dòng tổng của SMR phi tuyến 42 Hình 3.16 Đặc tính tốc độ SMR phi tuyến Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 7 LỜI NÓI ĐẦU Động cơ từ kháng đã có từ lâu nhưng ít được chú ý do một số nhược điểm mang tính tiền định có nguồn gốc động cơ : Mô men quay chứa nhiều sóng hài bậc cao (mô men lắc), gây nhiều tiếng ồn và hiệu suất thấp. Ngày nay với sự phát triển của các ngành công nghiệp bán dẫn và vi điều khiển đã khắc phục được các nhược điểm trên. Nhưng động cơ từ kháng có một số ưu điểm nổi bật như: Tổn thất chủ yếu xuất hiện ở phía stator, do đó dễ làm mát, quán tính rotor bé, có kết cấu bền vững và phù hợp cho tốc độ quay cao, mô men khởi động lớn, chụi quá tải ngắn hạn rất tốt. Thêm vào đó ĐCTK có giá thành thấp nhất trong các loại động cơ và không cần bảo dưỡng. Chính vì vậy động cơ từ kháng được sử dụng ngày càng nhiều trong các hệ thống cơ điện tử . Vấn đề điều khiển động cơ từ kháng hết sức khó khăn. Do có cấu tạo phân cực ở cả hai phía Rotor và Stator nên đặc tính từ hoá của ĐCTK thể hiện tính phi tuyến rất mạnh. Từ thông móc vòng qua khe hở không khí là một hàm phi tuyến của dòng điện trong cuộn dây Stator và vị trí của Rotor. Với kết quả đạt được của luận văn tác giả mong muốn bản luận văn là tài liệu tham khảo bổ ích đối với các học viên chuyên ngành tự động hoá, vì đây là vấn đề còn đang bỏ ngỏ cả trong thực tế và học thuật. Với nội dung bản luận văn yêu cầu gồm 3 chương: Chương 1: Nghiên cứu chung về các hệ truyền động ứng dụng động cơ từ kháng. Chương 2: Nguyên lý, cấu trúc, điều khiển động cơ từ kháng. Chương 3: Khảo sát chế độ làm việc của hệ truyền độ ng ứng dụng động cơ từ kháng. Trong quá trình hoàn thành bản luận văn không tránh khỏi thiếu sót, tác giả rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các Thầy cô giáo và các bạn đồng nghiệp để bản luận văn hoàn thiện hơn. Thái Nguyên tháng 3 năm 2009 Tác giả Phạm Hồng Kiên ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP -------------------------------------- LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGHIÊN CỨU HỆ ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG ỨNG DỤNG ĐỘNG CƠ TỪ KHÁNG Học viên: PHẠM HỒNG KIÊN Mã số: Chuyên ngành: TỰ ĐỘNG HOÁ Người HD Khoa học: PGS.TS NGUYỄN NHƯ HIỂN THÁI NGUYÊN - 2009 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP -------------------------------------- THUYẾT MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU HỆ ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG ỨNG DỤNG ĐỘNG CƠ TỪ KHÁNG Học viên: Phạm Hồng Kiên Lớp: Cao học K9 Chuyên ngành: Tự Động Hoá Người HD khoa học: PGS.TS Nguyễn Như Hiển Ngày giao đề: Ngày hoàn thành: KHOA ĐT SAU ĐẠI HỌC NGƯỜI HD KHOA HỌC HỌC VIÊN PGS.TS Nguyễn Như Hiển Phạm Hồng Kiên Chương I: Nghiên cứu chung về các hệ điều khiển truyền động ứng dụng động cơ từ kháng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 8 CHƯƠNG 1 NGHIÊN CỨU CHUNG VỀ CÁC HỆ ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG ỨNG DỤNG ĐỘNG CƠ TỪ KHÁNG 1.1 TỔNG QUAN VỀ CÁC LOẠI ĐỘNG CƠ TỪ KHÁNG (ĐCTK) Động cơ từ kháng có thể được coi là một trong những loại máy điện đầu tiên trên thế giới, nhưng ĐCTK vẫn không được chú trọng phát triển do một số các nhược điểm mang tính tiền định có nguồn gốc từ nguyên lý động cơ, đó là: - Momen quay chứa nhiều hàm bậc cao (Momen lắc) gây ra nhiều tiếng ồn hơn nhiều so với các loại động cơ khác. - Hiệu suất của các hệ truyền động sử dụng ĐCTK thấp hơn (cosϕ ≈ 0.5) so với những hệ truyền động dùng các loại động cơ khác (cosϕ ≈ 0.7 ÷ 0.85). Trong những năm gần đây, do cộng nghệ bán dẫn phát triển mạnh và thu được nhiều thành công đáng kể thì ĐCTK đã và đang được quan tâm ngày càng nhiều v à được biết đến với cái tên “Động cơ từ kháng loại đóng ngắt”, loại hình máy điện này có hai đặc điểm nổi bật, đó là: - Hoạt động trong trạng thái đóng ngắt liên tục, đây là lý do chủ yếu giải thích tại sao ĐCTK chỉ được quan tâm phát triển khi ngành vật liệu bán dẫn đạt được những thành công vượt bậc. - Từ kháng: ĐCTK là theo đúng nghĩa đen của nó, nghĩa là trong cả hai phía Rotor và Stator đều có sự thay đổi từ kháng (điện kháng phức) trong khi động cơ làm việc, hay nói một cách chính xác hơn ĐCTK là loại máy điện có cực ở cả hai phía. Chương I: Nghiên cứu chung về các hệ điều khiển truyền động ứng dụng động cơ từ kháng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 9 Khái niệm máy điện từ kháng đã có từ rất lâu, với cái tên máy điện từ và sau này được phát triển thành một khái niệm mới đó là động cơ bước. Một cách cơ bản thì ĐCTK là một dạng động cơ bước đã và đang có rất nhiều ứng dụng trong cả lĩnh vực ứng dụng động cơ bước chuyển động quay và động cơ bước tuyến tính. Ý tưởng sử dụng mô hình ĐCTK trong chế độ liên tục (không phải là chế độ “bước” kinh điển) với bộ điều khiển sử dụng linh kiện công suất bán dẫn đã được Kosh và Lawrenson khởi xướng vào những năm 60 của thế kỷ 20. Vào thời kỳ này chỉ có thể sử dụng những mạch công suất Thiristor để điều khiển ĐCTK. Ngày nay cùng với sự ra đời của các loại linh kiện bán dẫn như GTO, IGBT, Bipolar TRANSITOR, MOSFET đã được áp dụng để thiết kế các bộ điều khiển công suất lớn cho ĐCTK. Có cấu trúc đơn giản là một đặc điểm rất quan trọng của ĐCTK so với tất cả các loại máy điện khác. Rotor của ĐCTK không cần thành phần kích thích vĩnh cửu, chổi than hay chuyển mạch trong phần Rotor. Các cuộn dây được cuốn xung quanh cực Stator một cách tập trung và độc lập với nhau tạo thành các pha và mỗi pha gồm hai cực. Phần Rotor không chứa các cuộn dây mà chỉ đơn giản là các lá thép được ép lại với nhau hình thành các răng của Rotor. ĐCTK là loại động cơ duy nhất cấu tạo có cực ở cả phía Rotor và Stator. Và như thế, ĐCTK hứa hẹn trong tương lai không xa những hệ truyền động ổn định, giá thành hạ và có thể thay thế rất nhiều hệ truyền động đang sử dụng động cơ không đồng bộ Rotor lồng sóc, hay động cơ một chiều . 1.2 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ TỪ KHÁNG ĐỒNG BỘ TUYẾN TÍNH Ứng dụng của động cơ truyền động tuyến tính thay vì động cơ quay trong sự truyền động đang ngày càng phát triển. Động cơ tuyến tính có thể ứng dụng trong Chương I: Nghiên cứu chung về các hệ điều khiển truyền động ứng dụng động cơ từ kháng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 10 các tàu điện tốc độ cao hoặc thang máy. Ngày nay, động cơ tuyến tính đang trở nên ngày càng quan trọng trong ngành công nghiệp yêu cầu độ chính xác cao. So sánh với động cơ quay, động cơ tuyến tính không cần sự biến đổi chuyển động. Điều đó có nghĩa là không có sự tổn hao năng lượng, tính đàn hồi cũng như khe hở tạo ra bởi các yếu tố chuyển từ động cơ quay sang động cơ tuyến tính. Động cơ tuyến tính sử dụng trong công nghiệp chiếm ưu thế hơn hẳn bởi vì không cần biến đổi chuyển động quay sang chuyển động tuyến tính là hữu hạn. Kiểu động cơ tuyến tính 3 pha phù hợp với các điều kiện hoạt động khác nhau, nhưng chúng lại không thích hợp với sự tổng hợp điều khiển. Những biến số của chúng phụ thuộc tuyến tính với nhau. Với sự tổng hợp điều khiển các mô hình động học của động cơ tuyến tính trên 2 trục kiểu động học thường được sử dụng. Sự nhận dạng chính xác về các tham số dưới các điều kiện hoạt động khác nhau là thực sự cần thiết trong thiết kế các bộ điều khiển. Phần giới thiệu chỉ tập trung vào sự nhận dạng các tham số của mô hình động học của động cơ từ kháng đồng bộ tuyến tính trên hai trục (Line Synchnonous Reluctarce Motor – LSRM) dưới những điều kiệ n hoạt động khác nhau. Tác giả sử dụng những thí nghiệm và phương pháp tính khác nhau cho sự nhận biết các tham số của các kiểu động cơ khác nhau. Phương pháp thực nghiệm dựa trên những thí nghiệm trên động cơ cung cấp bởi nguồn điện áp theo hàm sin [1], [2], [3] và được cấp bởi nguồn điện áp một chiều [3]. Nền tảng cho phương pháp tính [2], [4], [5] là phương pháp phần tử hữu hạn (FEM). Trong phần này, giới thiệu mô hình động cơ kiểu động học 2 trục – 3 pha LSRM được đề cập đến đầu tiên. Các thông số điện và cơ của kiểu LSRM được nhận biết bởi các thí nghiệm áp dụng trên một LSRM cung cấp bởi Chương I: Nghiên cứu chung về các hệ điều khiển truyền động ứng dụng động cơ từ kháng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 11 nguồn biến đổi điện áp (VSI). Một điều đặc biệt đáng lưu ý cho sự nhận dạng dòng điện phụ thuộc trực tiếp với độ tự cảm. Chúng được nhận dạng bằng thực nghiệm và được tính toán bởi FEM. Phương pháp thực nghiệm trước đã cho xác định đặc tính từ hoá riêng biệt của máy biến áp động lực qua sự kích thích DC [6] đã được thay đổi sao cho phù hợp với sự nhận dạng dòng điện phụ thuộc độ tự cảm của LSRM cung cấp bởi VSI dưới các điều kiện hoạt động khác nhau. Sự so sánh giữa độ tự cảm bộ biến đổi nguồn áp đo được bởi thực nghiệm và bởi phương pháp tính FRM được nêu trên đồ thị. Độ chính xác của các thông số của kiểu LSRM 2 trục đo được bởi quá trình nhận biết đặt ra được kiểm tra lại bằng thực nghiệm. So sánh giá trị đặt với giá trị thực với đồ thị của vị trí, tốc độ, cường độ dòng điện, điện áp thực tế thu được bởi thực nghiệm và tính toán cho các kết quả tốt. 1.2.1 Kiểu động cơ 2 trục LSRM Phần điện của 3 pha đấu Y kết nối LSRM được viết dưới dạng phương trình điện áp (1) và phương trình (2). }{ abcabcabcabc iLdt dTiu += (1.1) abc abcT abce ix Lif ∂ ∂ = 2 1 (1.2) T cbaabc uuuu ][= , Tcbaabc iiii ][= (1.3) Trong đó: x: Vị trí của phần chính. fe: Động lực cơ. R: Điện trở. Ua, Ub, Uc, và ia, ib, ic là điện áp và cường độ dòng điện của các pha. Chương I: Nghiên cứu chung về các hệ điều khiển truyền động ứng dụng động cơ từ kháng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 12 Ma trận của độ tự cảm Labc được viết dưới dạng:           + + + = 321222 122232 223212 cLLcLcL cLcLLcL cLcLcLL L gggg gggg gggg abc (1. 4) Trong đó: )2cos(1 xp c τ Π = ) 3 22cos(2 Π + Π = p c τ 02 3 gsLg LLL += LSL: Độ tự cảm pha do từ thông tản gây ra mà không đi qua khe hở không khí. Lgo (5) và Lg2 là giá trị trung bình và cường độ của thành phần sóng hài bậc hai của từ thông móc vòng đi qua khe không khí.         += mgmd g RR NL 11 2 2 0 (1.5)         += mgmd g RR NL 11 2 2 2 (1.6) N: chỉ ra số lần quay của cuộn dây trên phần chính trong khi Rmg chỉ ra độ từ kháng nhỏ nhất và lớn nhất. Trục trực tiếp d và trục q của kiểu LSRM 2 trục được xác định bởi trục nhỏ nhất và lớn nhất của độ tự cảm, mô hình 2 trục d – q của LSRM có thể nhận được từ kiểu 3 pha bằng cách thay thế vectơ dòng điện và điện áp (iabc và uabc) trong (1) và (2) với biểu thức bên phải (7). Chương I: Nghiên cứu chung về các hệ điều khiển truyền động ứng dụng động cơ từ kháng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 13           =                     =           00 , u u u T u u u i i i T i i i q d c b a q d c b a (1.7)                   Π = Π − Π − Π Π − Π − Π − Π Π − Π = 2 2) 3 2sin() 3 2cos( 2 2) 3 4sin() 3 4cos( 2 2)sin()cos( 3 2 x p x p x p x p x p x p T ττ ττ ττ (1.8) T là ma trận biến đổi. Ud, Uq và id, iq là giá trị đặt trên trục d-q điện áp dòng điện Thành phần dòng điện io bằng 0 vì động cơ đấu Y và được bỏ đi trong các biểu thức sau. Mô hình kiểu động học 2 trục của LSRM thu được mô tả trong phương trình điện áp (9) và phương trình lực (10) và phương trình (11) cho thấy sự chuyển động của phần chính               −Π +                 +         =         q dq dq d q d q d q d i iL Ldt dx pi i dt d L L i iR u u 0 00 0 τ (1.9) qdqd p e iiLLf )( − Π = τ (1.10) dt dxbff dt xdm le −−=2 2 (1.11) Ld =LsL+ 2 3 (Lg0+ Lg2) Ld =LsL+ 2 3 (Lg0 - Lg2) (1.12) Lq và Ld điện cảm xác định trên trục d – q theo (12) Chương I: Nghiên cứu chung về các hệ điều khiển truyền động ứng dụng động cơ từ kháng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 14 Mô hình kiểu động học 2 trục của động cơ LSRM được mô tả trên thường được sử dụng như là một nền tảng cho cấu tạo, sự thiết kế điều khiển tuyến tính. Tính phi tuyến của mạch từ trên trục d - q và tính không đối xứng tại hai đầu LSRM không được tính đến trong mô hình này. I.2.2 Nhận dạng các tham số thực nghiệm Biểu đồ khối của kiểu 2 trục LSRM cho bởi (9), (10) và (11) được biểu diễn trong hình 1 cùng với vị trí điểu khiển đơn giản. Cấu trúc điều khiển này thể hiện nền tảng của sự nhận biết các thông số của LSRM. Dấu * chỉ ra giá trị tham khảo, thông số của các cơ cấu điều khiển khác nhau và hệ thống thực nghiệm khác nhau được nói đến sau đây trong bài luận văn này. Trong tất cả những thí nghiệm, mô hình động học kiểu 2 trục LSRM được thay thế bởi phương trình toán học. Những yếu tố của hệ thống này là: Ma trận biến đổi T(8) và ma trận biến đổi nghịch đảo T-1, bộ điều chế xung rộng (PWM), bộ biến tần, động cơ LSRM và vị trí, cường độ dòng điện. Vận tốc V được tính từ vị trí x. Các tham số của mô hình LSRM 2 trục là: Điện trở của phần tử R, độ tự cảm Ld và Lq, bước cực tp và hệ số ma sát b. Điện trở R có thể đo được, trong khi bước cực t p là thông số thiết kế. Hệ số ma sát b có thể được xác định bằng cách cho động cơ LSRM làm việc với vận tốc V khác nhau dưới các lực khác nhau. Lực tác động và vận tốc đo được biểu diễn dưới dạng đồ thị sẽ có dạng đường thẳng. Hệ số góc (độ nghiêng) của đường thẳng này bằng hệ số ma sát b. Mặc dù độ tự cảm Ld và Lq trong kiểu LSRM 2 trục là không đổi nhưng kiểu này có thể sử dụng cho sự nhận biết độ tự cảm phụ thuộc dòng điện Ld (id, iq) dưới những điều kiện hoạt động khác nhau. Chương I: Nghiên cứu chung về các hệ điều khiển truyền động ứng dụng động cơ từ kháng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 15 Độ tự cảm Ld(id,iq) có thể được xác định theo các khối chính trong trường hợp này 0= dt dx . Từ (9) cùng với (13) dt dRi dt diLRi ddddd ψ +=+=du (1.13) Khi LSRM được cun g cấp bởi VST, dòng điện i q có thể được điều khiển để giữ gía trị cố định trong khi điện áp ud có thể thay đổi dưới dạng bậc thang. Sự phụ thuộc từ thông móc vòng theo thời gian có thể được xác định bằng điện áp đã ghi lại: ud = ud (t) và dòng điện id = id (t) bởi (14). ∫ −= t ddd dRiut 0 ))()(()( τττψ (1.14) Điện áp thay đổi bậc thang ud và dòng điện tương đương i d cho dòng không đổi iq = 30 A được nêu trong hình 3. Từ thông móc vòng theo trục d tính được chỉ rõ trong hình 4, trong khi từ thông không tuyến tính theo dòng điện được cho thấy ứng với một chu kỳ từ hoá. 1.3 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ TỪ KHÁNG LOẠI ĐÓNG NGẮT Cũng giống như các loại động cơ khác, động cơ từ kháng đóng ngắt Switched Reluctane Motor (SMR) được cấu tạo bởi hai phần chính : Stator và Rotor 1.3.1.Stator Hình 1.1 dưới đây là dạng Stator của SRM với 6 cực từ. Chương I: Nghiên cứu chung về các hệ điều khiển truyền động ứng dụng động cơ từ kháng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 16 Hình 1.1 Sttator của ĐCTK loại 6/4 Không giống như Stator của các loại máy điện ba pha khác – loại máy điện có các cuộn dây có thể phân tán tuỳ theo số đôi cực, Stator của SRM có cấu tạo bởi nhiều cực từ chứa các cuộn dây tập trung. Hình 1.2 ĐCTK loại 6/4 Chương I: Nghiên cứu chung về các hệ điều khiển truyền động ứng dụng động cơ từ kháng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 17 1.3.2 Rotor Hoàn toàn khác biệt với Rotor của các loại máy điện khác, Rotor của SRM không chứa các cuộn dây và được chế tạo bằng vật liệu sắt từ có xẻ răng (teeth) với tổng số răng bao giờ cũng ít hơn tổng số cực của Stator, việc chế tạo này hoàn toàn dựa nguyên tắc hoạt động của SRM sẽ được đề cập đến ở phần sau. Hình 1.3 Rotor của ĐCTK SRM có nhiều loại, tuỳ theo từ ng yêu cầu cụ thể về tốc độ, công suất .. Hình 1.4 giới thiệu một số loại SRM khác nhau. Chương I: Nghiên cứu chung về các hệ điều khiển truyền động ứng dụng động cơ từ kháng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 18 a, b, c, d, Hình 1.4 Một số loại SRM điển hình a, Loại 2 pha 4 cực stator|2 răng rotor b, Loại 4 pha 8 cực stator|6 răng rotor c, Loại 3 pha 6 cực stator|4 răng rotor d, Loại 5 pha 10 cực stator|8 răng rotor Chương I: Nghiên cứu chung về các hệ điều khiển truyền động ứng dụng động cơ từ kháng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 19 1.4 ƯU ĐIỂM VÀ ỨNG DỤNG CỦA SRM Với cấu trúc đơn giản, có cực cả hai phía, Rotor không cần có thành phần kích thích, SRM có một số ưu điểm nổi bật sau: - Đặc tính làm việc: Momen khởi động lớn hơn nhiều so với các loại động cơ không đồng bộ. Do yêu cầu dòng điện chảy vào các cuộn dây Stator theo một chiều duy nhất giúp cho mạch công suất có cấu tạo đơn giản và tin cậy. - Kích thước nhỏ hơn đáng kể so v ới các loại động cơ khác, điều này tăng hiệu quả sử dụng vật liệu, giảm giá thành và quán tính của hệ truyền động cũng nhờ thế mà giảm thiểu đáng kể. - Với cấu tạo đơn giản và kích thước nhỏ gọn, giá thành của hệ truyền động sử dụng SRM cũng thấp hơn so vớ i các hệ truyền động sử dụng các loại động cơ khác, và theo đó sẽ giảm được giá thành vật liệu, giảm chi phí sản xuất, vận hành và bảo dưỡng hệ thống. - Tốc độ lớn và khả năng gia tốc nhanh, theo tính toán thì với những bộ điều khiển chất lượng cao, SRM có thể đạt tốc độ tối đa tới 50.000vòng/ phút. - Do chỉ cấp điện phía Stator nên việc làm mát đ ối với SRM là vô cùng đơn giản, vì vậy mà SRM có thể làm việc tốt trong những môi trường khắc nghiệt. Động cơ từ kháng có thể được cấp nguồn bằng cách đóng vào nguồn xoay chiều một pha hoặc ba pha, hoặc có thể đóng ngắt nguồn một chiều một cách độc lập và tuần tự vào các cuộc dây pha Stator, việc sử dụng phương pháp đóng ngắt nguồn một chiều một cách độc lập và tuần tự vào từng cặp dây pha làm giảm được 50% số lượng các phần tử chuyển Chương I: Nghiên cứu chung về các hệ điều khiển truyền động ứng dụng động cơ từ kháng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 20 mạch công suất so với các bộ nghịch lưu kiểu cầu trong các bộ điều khiển tốc độ SRM. Và từ nay trở về sau, tác giả cũng chỉ xin đề cập đến động cơ từ kháng loại có đóng ngắt (switched reluctane motor ) – tức là SRM. Một hệ truyền động sử dụng SRM vốn sẵn có tính ổn định cao và vẫn có thể hoạt động khi hệ truyền động gặp lỗi, SRM có thể hoạt động trong chế độ “limp - home” bằng cách thu nhỏ đặc tính làm việc khi một van công suất bị hỏng. Điều này khác hoàn toàn so với các hệ truyền động sử dụng các loại động cơ khác. Khi các công cụ điều khiển phát triển, SRM có những ứng dụng cụ thể sau: • Các hệ truyền động đặc biệt như: Máy nén khí, quạt gió, bơm máy li tâm (do đòi hỏi tốc độ quay lớn). • Các hệ truyền động khác như: Chế biến thức ăn, máy giặt, máy hút bụi (đòi hỏi tính bền vững, ít phải bảo dưỡng). • Các hệ cơ điện tử (đòi hỏi kích thước nhỏ do không chứa thành phần kích thích). • Các ứng dụng trong giao thông vận tải (đòi hỏi Momen khởi động lớn). • Các ứng dụng trong ngành hàng khô ng (đòi hỏi không phát sinh tia lửa điện, ít phải bảo dưỡng, cần tốc độ quay lớn). 1.5 TIỀN ĐỀ ĐỂ XÂY DỰNG MỘT HỆ TRUYỀN ĐỘNG SRM Một hệ truyền động chất lượng tốt là phải đáp ứng được những yêu cầu chung nhất về làm việc trong cả bốn góc phần tư (chế độ làm việc Chương I: Nghiên cứu chung về các hệ điều khiển truyền động ứng dụng động cơ từ kháng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 21 4Q – quay và đảo chiều, Momen dương). Quá trình quá độ đáp ứng nhanh khi chuyển chế độ làm việc giữa các góc phần tư. Hơn nữa, một hệ truyền động Servo chất lượng cao cần phải đáp ứng được những yêu cầu cao hơn như giảm thiểu được Momen lắc, đáp ứng quá độ nhanh, tăng tính ổn định, khả năng làm việc ở tốc độ 0 và đảo chiều êm. Ngay cả khi những yêu cầu về chất lượng truyền động Servo không được thoả mãn thì việc tối ưu hoá đặc tính làm việc cho các hệ thống điều chỉnh tốc độ đơn giản vẫn phải thoả mãn việc điều khiển liên tục góc đóng mở của các van bán dẫn công suất. Các hệ truyền động sử dụng động cơ một chiều có chổi than hay không có chổi than luôn thoả mãn dòng điện phần ứng và dòng điện kích từ. Việc ứng dụng phương pháp điều khiển Vector (phương pháp điều khiển tựa theo từ thông Rotor), các hệ truyền động sử dụng động cơ không đồng bộ ba pha hay động cơ đồng bộ kích thích vĩnh cửu cũng thu được những đặc tính làm việc có chất lượng như hệ truyền động động cơ một chiều. Điều này là có thể được vì các phương trình của động cơ xoay chiều có thể chuyển đổi thành dạng động cơ một chiều thông qua các phương pháp chuyển đổi toạ độ (phương pháp chuyển đổi toạ độ dq). Tuy nhiên, đối với các hệ truyền động sử dụng SRM cũng không có phương pháp chuyển đổi toạ độ hay phương pháp điều khiển tựa theo từ thông. Vì vậy, các yêu cầu chế độ làm việc 4Q và thoả mãn các yêu cầu về chất lượng truyền động Servo chỉ có thể thực hiện được nhờ sử dụng các bộ điều khiển trực tiếp điện áp và dòng điện pha của SRM. N hững phương án điều khiển tương tự như vậy đó được sử dụng trong các hệ truyền động động cơ một chiều chất lượng cao và hệ truyền động động cơ xoay chiều để thu được những đặc tính làm việc tốt nhất. Một đặc điểm nữa của SRM khác biệt so với các loại động cơ khác là mối quan hệ giữa Chương I: Nghiên cứu chung về các hệ điều khiển truyền động ứng dụng động cơ từ kháng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 22 Momen, dòng điện và góc chuyển mạch có tính phi tuyến mạnh, làm hàm của tốc độ và phụ tải. Tính phi tuyến của SRM là do cấu tạo có cực cả ở hai phía nhưng chỉ kích thích một phía (Stator) và mối quan hệ phi tuyến điện – từ của RSM. Hơn nữa, Momen của SRM cũng là một hàm của vị trí Rotor. Vì thế để đưa ra một phương pháp điều khiển chính xác và tối ưu thì việc nghiên cứu và mô hình hoá SRM là rất quan trọng. Trong luận văn tốt nghiệp này, tác giả tập trung vào hướng nghiên cứu và thiết lập mô hình SRM trên môi trường mô phỏng Matlab – Simulink. Chương II: Nguyên lý, cấu trúc điều khiển động cơ từ kháng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 23 CHƯƠNG 2 NGUYÊN LÝ, CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ TỪ KHÁNG Cũng như các loại máy điện quay khác, SRM cũng tuân theo các nguyên tắc vật lý đó chính là mối quan hệ điện từ trong máy điện. Momen của SRM có được nhờ sự hấp dẫn điện từ khi điện cảm của SRM thay đổi theo vị trí của rotor. Đây là điểm khác biệt của SRM so với các loại máy điện khác như động cơ một chiều, động cơ không đồng bộ và động cơ đồng bộ. Lý thuyết chung của SRM bắt nguồn từ lý thuyết máy điện đồng bộ được phát triển từ thế kỷ 20. Momen của SRM được tạo ra là kết quả của sự biến thiên từ năng tích luỹ trong cuộc dây pha Stator đáp ứng theo vị trí Rotor. 2.1 NGUYÊN LÝ CỦA SRM 2.1.1 Phương thức hoạt động Phương thức hoạt động của SRM là rất đơn giản: Có thế coi SRM là một hệ thống các nam châm điện độc lập giữa các nam châm thể hiện khá rõ trong trường hợp động cơ 12/10 có đường sức từ ngắn (hình 2.1b). Hình 2.1 Động cơ từ kháng a, Đường sức từ ngắn b, Đường sức từ dài Chương II: Nguyên lý, cấu trúc điều khiển động cơ từ kháng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 24 Hình 2.2 Vị trí đồng trục của Rotor và cực active Momen quay của SRM có đường phân bố trên bề mặt Rotor lặp lại theo chu kỳ của răng. Trong mỗi chu kỳ đều có hai vị trí: vị trí đồng trục (cực có cuộn dây mang dòng – gọi là cực active – và răng đồng trục với nhau) và vị trí lệch trục (cực active ở vị trí giữ a 2 răng). Hình 2.2 minh hoạ vị trí đồng trục của loại động cơ 8/6, ở vị trí lệch trục, răng gần nhất với cực active sẽ chuyển động về phía cực active để đạt được trạng thái đồng trục. Giả sử trong hình 2.2, cực active tiếp theo sẽ là cực lân cận phía bên phải của cực activei hiện tại, khi ấy Rotor sẽ quay trái một góc là 1/4răng. Nghĩa là: Rotor luôn quay ngược chiều với chiều của trường quay tạo nên từ phía Srator. Gọi m là số pha của Stator, 2p2 là số cực của một pha, từ trường Stator sẽ quay sau mỗi xung một góc là: mp V c s 2 3600 = (2.1) Nếu số răng của Rotor là z, sau mỗi xung Rotor sẽ quay một góc: zm Vr 0360 = (2.2) Chương II: Nguyên lý, cấu trúc điều khiển động cơ từ kháng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 25 Tức là quay chậm hơn: Ζ = c s r p21 ϑ ϑ (2.3) lần so với từ trường quay Stator. Để có thể đạt được tốc độ quay n, tần số điều khiển fs (control frequency) cần thiết sẽ phải là: ƒs = nz (2.4) 2.1.2 Nguyên lý hoạt động Để đảm bảo rằng SRM có thể khởi động được ở bất kỳ vị trí nào của Rotor và đảm bảo Momen sinh ra đều mỗi khi chuyển mạch giữa các cuộn dây pha Stator, người ta chế tạo các SRM có nhiều cực ở cả phía Rotor và Stator là không giống nhau và số đôi cực của Stator bao giờ cũng nhiều hơn số đôi cực Rotor. Một số dạng động cơ phổ biến là 6/4; 8/6; 12/10 trong đó loại 6/4 và 8/6 là hai loại phổ biến nhất. a, b, c, Hình 2.3 Cấu trúc động cơ từ kháng 8/6 với: a, Vị trí đồng trục b, Vị trí lệch trục c, Vị trí mất đồng trục Trên hình 2.3 thể hiện cấu trúc của động cơ SRM loại 8/6 ở các vị trí làm việc và dưới đây là m ột số định nghĩa. Định nghĩa 1: Rotor của SRM được coi là nằm ở vị trí đồng trục so với 1 pha xác định nào đó nếu như tại thời điểm có điện cảm của cuộn dây Chương II: Nguyên lý, cấu trúc điều khiển động cơ từ kháng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 26 pha là lớn nhất và Rotor được gọi là vị trí lệch trục với một pha xác định nếu như điện cảm đạt giá trị nhỏ nhất, còn ở các vị trí khác nhau thì Rotor sẽ được gọi là vị trí mất đồng trục. Định nghĩa 2: Khi một cuộn dây pha được dẫn dòng, Rotor của SRM luôn có xu hướng chuyển động về phía cực Stator có cuộn dây dẫn dòng để có giá trị điện cảm là lớn nhất (vị trí đồng trục) và điều này làm cho từ năng trong cuộn dây đạt giá trị lớn nhất. Bây giờ ta sẽ xem xét động cơ SRM và cấu tạo nhiều pha Stator và nhiều cực Rotor làm việc như thế nào. Trong hình 2.4 giả thiết rằng: tại một thời điểm 0 (lúc bắt đầu cuộn dây pha được cấp nguồn), Rotor nằm ở vị trí mất đồng trục, theo như định nghĩa ở trên, Rotor sẽ bị kéo chuyển động về phía cực của pha đang dẫn dòng để đạt được trạng thái đồng trục, lúc này nếu ngắt dòng pha 1(is 1= 0) và pha 4 được cấp nguồn khi đó Roto r tiếp tục được kéo về vị trí đồng trục (theo hình 2.4 b) và như vậy Rotor sẽ được giữ nguyên chiều quay (theo chiều kim đồng hồ) tính theo vị trí mất đồng trục hiện thời tới vị trí đồng trục gần nhất (hình 2.4 b) và như vậy Rotor lại ở vị trí mất đồng trụ c so với pha 3 và pha 3 được cấp nguồn thay vì pha 4 sẽ đảm bảo rằng Rotor sẽ được duy trì chiều quay cố định (hình 2.4d). Do đó trình tự đóng ngắt cuộc dây pha vào nguồn một chiều là: SA, SD, SC, SB, SA… để tạo ta chuyển động quay theo chiều kim đồng hồ. Chương II: Nguyên lý, cấu trúc điều khiển động cơ từ kháng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 27 a, b, c, d, e, Hình 2.4 Trình tự đóng cắt nguồn sA, sD, sC, sB, sA,.... để tạo ra chuyển động quay theo chiều kim đồng hồ. Một cách phân tích tương tự, để đảo chiều quay của SRM thì trình tự đóng ngắt các cuộn dây pha vào nguồn một chiều là SA, SB, SC, SD, SA… được thể h iện trong hình 2.5. Tốc độ của SRM có thể thay đổi được bằng cách hoặc là thay đổi số đôi cực của mạch Stator và số răng của Rotor. Tuy nhiên việc làm này cũng dẫn đến làm tăng giá thành của SRM cũng như hệ truyền động sử Chương II: Nguyên lý, cấu trúc điều khiển động cơ từ kháng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 28 dụng SRM do tăng số lượng linh kiện rời rạc để xây dựng hệ hoặc là thay đổi tần số đóng cắt tuần tự các cuộn dây pha Stator vào nguồn một chiều. Mối quan hệ giữ vận tốc góc Rotor ωr với tần số đóng cắt được thể hiện qua công thức (2.4). a, b, c, d, e, Hình 2.5 Trình tự đóng cắt nguồn sA, sB, sC, sD, sA.... để tạo ra chuyển động quay ngược chiều kim đồng hồ. Như đã đề cập ở trên, khi một cuộn dây pha Stator được đóng vào nguồn và rõ ràng Momen sinh ra sẽ kéo Rotor chuyển động theo một hướng làm điện cảm tăng dần cho tới khi giá trị của điện cảm là lớn nhất (tương ứng với vị trí đ ồng trục). Chương II: Nguyên lý, cấu trúc điều khiển động cơ từ kháng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 29 Giả thiết rằng không có hiện tượng từ dư trong lõi thép và không xét tới chiều của dòng điện chảy trong cuộn dây pha của SRM thì Momen luôn có chiều hướng kéo Rotor chuyển động về vị trí đồng trục gần nhất. Vì thế chiều của Momen dương (chế độ đ ộng cơ) chỉ được xác định khi Rotor nằm ở vị trí lệch trục và vị trí đồng trục tiếp theo cùng chiều với chiều quay của Rotor. Hay nói một cách khác là chế độ động cơ (Momen dương) chỉ được sinh ra khi Rotor quay theo chiều làm điện cảm của SRM tăng dần. Nế u số cực của Stator và số răng của Rotor là như nhau thì mỗi một pha của Stator khi được đóng vào nguồn thì có thể tạo ra Momen quay trên một nửa phần bề mặt của răng Rotor tương ứng và kết quả là để tạo ra Momen quay thì cần ít nhất 2 cặp dây Stator được cấp nguồn tại bất kỳ vị trí nào của Rotor. Vì vậy mà SRM luôn có cấu tạo với số cực của Stator bao giờ cũng nhiều hơn số răng của Rotor. Như vậy, để tạo ra được Momen dương (chế độ động cơ) cuộn dây pha Stator phải được cấp nguồn trong khi điện cảm cuộn dây pha này tăng dần (xem phương trình 2.22). Tương tự như vậy, để hãm động cơ, thì cuộn dây pha phải được cấp nguồn khi điện cảm trong cuộn dây pha này giảm dần. Và một lưu ý nữa là cuộn dây pha Stator tích cực phải được ngắt ra khỏi nguồn trước khi quá trình tăng điện cảm trong cuộn dây này kết thúc (đối với chế độ động cơ) vì như thế dòng điện có thể giảm nhanh về 0 và tránh tạo ra Momen âm không mong muốn. Nói một cách ngắn gọn là SRM được điều khiển bằng cách đóng ngắt các cuộn dây pha một cách tuần tự vào nguồn một chiều, đồng bộ với vị trí của Rotor. Chương II: Nguyên lý, cấu trúc điều khiển động cơ từ kháng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 30 2.2 ĐẶC TÍNH CƠ BẢN CỦA SRM Trên thực tế đặc tính làm việc của SRM là hoàn toàn có thể lập trình được và dễ dàng xác định bằng các phương pháp điều khiển. Đây là một trong những đặc điểm khiến cho các hệ truyền động sử dụng SRM trở thành một giải pháp toàn diện, khả thi và giá thành giảm đáng kể. Tuy nhiên vẫn cần có nhiều giới hạn về khả năng làm việc và đặc tính cơ của SRM được mô tả trong hình 2.6. Cũng như các loại máy điện khác, Momen của SRM bị giới hạn bởi dòng điện cực đại cho phép và tốc độ của động cơ thì phụ thuộc vào độ rộng của xung áp điều chế đặt vào cuộn dây pha Stator. Khi khởi động, ban đầu để tăng tốc độ động cơ, ta thay đổi độ rộng của xung áp điều chế kéo theo dòng điện trong cuộn dây pha cũng tăng dần. Tuy nhiên ta chỉ có thể mở rộng bề rộng xung quanh áp đặt lên cuộn dây pha Stator cho tới khi dòng điện trong cuộn dây Stator đạt tới giá trị giới hạn, khi đó Momen của động cơ là cực đại và tốc độ của động cơ đạt tới giá trị tốc độ cơ bản. Hình 2.6 Đặc tính cơ của ĐCTK M o m en Tốc độ Giới hạn dòng Công suất không đổi T=1/ω Vùng tốc độ rất cao T=1/ω2 Tốc độ cơ bản Chương II: Nguyên lý, cấu trúc điều khiển động cơ từ kháng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 31 Như vậy, để có thể tăng tốc độ động cơ lên trên tốc độ cơ bản thì bắt buộc ta phải giảm Momen tải, trong đặc tính làm việc của động cơ trên hình 2.6 ta thấy rõ 2 vùng làm việc cơ bản: Vùng 1 (Vùng làm việc dưới tốc độ cơ bản): Vùng giới hạn dòng điện, trong miền này dòng điện trong cuộn dây pha luôn nhỏ hơn gía trị dòng điện giới hạn, lúc này ta có thể tăng tốc độ động cơ đồng thời tăng cả Momen trên trục động cơ. Vùng 2 (Vùng làm việc trên tốc độ cơ b ản): Vùng công suất không đổi. Trong vùng này, tốc độ động cơ lớn hơn tốc độ cơ bản. Vùng này được chia thành 2 vùng nhỏ hơn: + Miền tốc độ cao: Momen trên đầu trục động cơ tỉ lệ nghịch với tốc độ động cơ. + Miền tốc độ rất cao: Trong vùng làm việc này, Mo men trên đầu trục động cơ tỉ lệ nghịch với bình phương tốc độ, để tăng tốc độ động cơ lên 2 lần thì Momen đầu trục động cơ giảm đi 2 lần. 2.3 CÁC PHƯƠNG TRÌNH MÔ TẢ ĐỘNG CƠ SRM 2.3.1 Phương trình cân bằng điện từ Mặc dù SRM có cấu tạo cũng như hoạt động theo một nguyên tắc khá đơn giản nhưng việc phân tích một cách chính xác hoạt động của SRM vẫn yêu cầu mô tả toán học các mối quan hệ giữa tham số (như điện áp, dòng điện, từ thông, Momen…) một cách đầy đủ và chuẩn mực. Khi một cuộn dây pha Stator của SRM được cấp một điện áp, dòng điện chảy trong cuộn dây tích cực sẽ tạo ra một từ thông móc vòng trong cuộn dây Chương II: Nguyên lý, cấu trúc điều khiển động cơ từ kháng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 32 này, và mối quan hệ giữa điện áp và từ thông cuộn dây tích cực sẽ được viết theo định luật Faraday như sau: U = i.R + dt dψ (2.5) Trong đó: U: Là điện áp trên 2 đầu cực của cuộn dây tích cực. i: Dòng điện chảy trong cuộn dây pha Stator. R: Điện trở cuộn dây pha Stator. ψ : Từ thông móc vòng trong cuộn dây pha Stator. Do cấu tạo có cực cả 2 phía (Stator và Rotor) của SRM và tác động bão hoà của mạch từ, nhìn chung từ thông của 1 pha Stator biến đổi như một hàm với 2 đối số là vị trí của Rotor ϕ và dòng điện chảy tron g cuộn dây pha tích cực. Vì vậy phương trình (2.5) sẽ được mở rộng như sau: U = i.R + dt d dt di i ϕ ϕ ψψ .. ∂ ∂ + ∂ ∂ (2.6) Trong đó: i∂ ∂ψ được xác định bởi đường cong từ hoá L( ),iψ đặt ( )iKb .ϕϕ ψ = ∂ ∂ 2.3.2 Phương trình Momen tổng Phương trình (2.6) biểu diễn quá trình chuyển đổi năng lượng điện của lưới thành năng lượng từ trong cuộn dây SRM và sau đó từ năng tích luỹ trong cuộn dây pha của SRM sẽ được chuyển đổi thành cơ năng trên Chương II: Nguyên lý, cấu trúc điều khiển động cơ từ kháng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 33 đầu trục của SRM. Trong phần này, tác giả tiến hành xây dựng các phương trình mô tả quá trình biến đổi từ năng trong cuộn dây thành cơ năng trên đầu trục Rotor. Từ phương trình 2.5, nhân cả 2 vế với dòng điện i ta có: U.i = i2R + i dt dψ (2.7) Vế trái của (2.7) biểu thị năng lượng điện tức thời cung cấp cho cuộn dây pha của Stator. Thành phần thứ nhất trong vế phải của (2.7) xác định tổn hao năng lượng điện theo hiệu ứng Jun – Lenx trong cuộn dây Stator. Tuy nhiên do điện trở của cuộn dây Stator là khá nhỏ nên phần lớn năng lượng điện được chuyển hoá thành từ năng tích luỹ trong cuộn dây Stator và cơ năng trên đầu trục củ a SRM, chúng được biểu diễn bằng thành phần thứ 2 trong vế phải của phương trình (2.7). Do đó ta có: i. dt dW dt dW dt d fm +=ψ (2.8) Trong đó: Wm: Cơ năng của SRM Wf: Là năng lượng từ tích luỹ trong cuộn dây Stator của SRM. Mặt khác ta lại có: dt dmm dt dW NN m ϕω .. == (2.9) Thay (2.9) vào (2.8) ta thu được: i. dt dW dt dm dt d f N += ϕψ (2.10) Chương II: Nguyên lý, cấu trúc điều khiển động cơ từ kháng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 34 Biến đổi phương trình (2.10) ta thu được phương trình Momen của SRM như sau: ( ) ( ) ( ) ϕ ϕψ ϕ ψϕψϕψ d dW d dim fN , .,, −= (2.11) Và trong trường hợp từ thông là không đổi thì (2.11) là: ϕd dW m fN −= (2.12) Thông thường Momen được biểu diễn dưới dạng một đa thức phụ thuộc vào dòng điện thay vì từ thông và năng lượng do Momen sinh ra trên đầu trục động cơ được gọi là năng lượng có ích W c. Khi vận tốc góc trên đầu trục động cơ là hằng số, nghĩa là tốc độ của động cơ là hằng số 0= dt dϕ , tích phân hai vế phương trình (2.10) thu được giá trị của từ năng tích luỹ trong cuộn dây là: Wf = ∫ ψ 0 (i ϕ, )ψ dψ (2.13) Hình 2.7 Năng lượng t ừ trong cuộn dây stator Wf từ năng tích luỹ trong cuộng dây tích cực Ứng với ϕ, đường cong từ hoá xác định dòng điện trong cuộn dây là hàm của từ thông i = i(ϕ,ψ) Dòng điện i T ừ th ôn g ψ Chương II: Nguyên lý, cấu trúc điều khiển động cơ từ kháng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 35 Hình 2.8 Cơ năng của SMR Khi tốc độ động cơ là hằng số nghĩa là ϕ không thay đổi (tức là 0= dt dϕ ) thì đường cong từ hóa là một hàm biểu diễn từ thông Stator biến thiên theo dòng điện i chảy trong cuộn dây tích cực. Và như vậy cơ năng có ích trên trục động cơ được biểu diễn: Wc = ∫ i dii 0 ),(ϕψ (2.14) Và theo hình (2.7) và hình (2.8) ta có thể biểu diễn tổng năng lượng có ích là: Wc + Wf = i.ψ (2.15) Lấy vi phân hai vế phương trình (2.15) ta có: dWc + dWf = i.dψ + ψ .di (2.16) Kết hợp hai phương trình (2.11) và (2.16) ta có: mN = [ ] ϕ ψψψψ d idWdididi c ),(... −+− (2.17) Wc từ năng tích luỹ chuyển thành cơ năng Ứng với ϕ, đường cong từ hoá xác định từ thông trong cuộn dây là hàm của dòng điện ψ = ψ(ϕ,i) Dòng điện i T ừ th ôn g ψ Chương II: Nguyên lý, cấu trúc điều khiển động cơ từ kháng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 36 Phương trình (2.17) biểu diễn Momen tổng của SRM: Xét một cách đơn giản, dòng cấp vào các cuộn dây pha là hằng số, ta có: dWc( ),iψ = ϕ∂ ∂ cW dϕ + i Wc ∂ ∂ di (2.18) Từ phương trình (2.17), (2.18) ta có: mN = ϕ∂ ∂ cW khi i là hằng số (2.19) Phương trình (2.19) là phương trình Momen khi dòng là hằng số 2.3.3 Phương trình Momen tối giản Giả thiết đối với SRM khi xác định phương trình Momen tối giản: Không xảy ra trường hợp bão hoà trong mạch từ. Với giả thiết như vậy, mối quan hệ dòng điện – từ thông của SRM được viết lại: ψ = L(ϕ).i (2.20) Và điện cảm của SRM chỉ biến thiên như một hàm số đối với vị trí của Rotor. Thay phương trình (2.20) vào phương trình (2.14) ta có: Wc = 2 2i .L(ϕ) (2.21) Thay phương trình (2.21) vào (2.19) ta thu được phương trình Momen tối giản: mN = ϕd dLi . 2 2 (2.22) Phương trình (2.22) chỉ ra rằng, khi tốc độ và dòng điện cấp vào các cuộn dây pha là hằng số thì Momen của SRM chỉ là hàm của biến thiên Chương II: Nguyên lý, cấu trúc điều khiển động cơ từ kháng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 37 điện cảm phụ thuộc vào vị trí Rotor (góc lệch ϕ). Để tạo được Momen quay lớn thì phải tạo được sự chênh lệch lớn giữa điện cảm tại vị trí lệch trục so với điện cảm ở vị trí đồng trục. 2.3.4 Phương trình động học Nhìn chung, mô hình động học của SRM cũn g như các loại động cơ khác được mô tả như sau: j. dt dω = mN – Bm.ω - mL (2.23) mN = ∑ = m j Njm 1 (2.24) mNj = j i di Þ . )( 1 0 ∫ ∂ ∂ ϕ ψ (2.25) ϕj = Nrϕ - m j )1(2 −π (2.26) Trong đó: J: Momen quán tính của động cơ SRM [Nm]. Bm: Hệ số ma sát trên trục động cơ. ω : Vận tốc góc trên trục động cơ [rad/s]. m: Số pha Stator của SRM. Nr : Số răng của Rotor của SRM. ϕ: Vị trí của Rotor so với vị trí ban đầu (góc lệch). ϕj: Vị trí của Rotor so với pha thứ j. ij: Cường độ dũng điện pha thứ j của Stator. mNj: Momen sinh ra bởi pha thứ j. Chương II: Nguyên lý, cấu trúc điều khiển động cơ từ kháng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 38 2.4 PHƯƠNG PHÁP CHUNG ĐIỀU KHIỂN SRM Động cơ SRM được điều khiển trên nguyên tắc là cấp nguồn một chiều một cách tuần tự, độc lập cho các cuộn dây pha dựa trên thông tin chính xác vị trí Rotor. Hình 2.9 dưới đây sẽ minh hoạ phương pháp chung để điều khiển SRM Hình 2.9 Phươn g pháp cơ bản điều khiển SMR Theo phương trình (2.22) và theo phân tích ở trên ta thấy sự lựa chọn chính xác góc đóng, ngắt và độ lớn của dòng điện cấp cho cuộn dây pha Stator sẽ quyết định hoàn toàn đến đặc tính làm việc của SRM. Để có được Momen quay lớn, thì phải tạo ra sự chênh lệch lớn giữa điện cảm ở vị trí đồng trục và điện cảm ở vị trí lệch trục. Do vậy, SRM thường được thiết kế để vận hành ở chế độ bão hoà rất sâu, điều này làm Điện cảm lý tưởng Dòng điện lý tưởng Dòng điện thực Xung áp điều khiển Chương II: Nguyên lý, cấu trúc điều khiển động cơ từ kháng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 39 nảy sinh một nhược điểm cơ bản của SRM là phải đóng ngắt mạch cuộn dây Stator vào cuối kỳ xung (tức là khi Rotor ở vị trí đồng trục, dòng điện trong cuộn dây là hằng). Khi đó cuộn dây đang nạp đầy từ năng, đây cũng chính là nguyên nhân dẫn đến làm giảm hiệu suất sử dụng nghịch lưu. Hình 2.10 dưới đây mô tả dạng tín hiệu điều khiển và Momen sinh ra của SRM loại có cấu tạo kiểu 6/4. Hình 2.10 Sơ đồ chuyển mạch của SMR 3pha 6/4 Hình 2.10 minh hoạ tác động của việc lựa chọn thời điểm chuyển mạch tới đặc tính làm việc của SRM. Một tác động không kém phần quan trọng đó là biên độ của dòng điện chảy trong cuộn dây pha Stator. Thông thường, dòng điện chảy trong cuộn dây pha được điều chỉnh nhờ một Mô men Dòng điện Chương II: Nguyên lý, cấu trúc điều khiển động cơ từ kháng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 40 mạch vòng có phản hồi. Phương pháp điều chỉnh biên độ dòng điện cấp cho cuộn dây pha được thực hiện một cách rất hiệu quả nhờ kỹ thuật đ iều chế độ rộng xung (Pulse Width Modulation – PWM). Như đó được nói đến trong phần 2.2 ta xem xét đặc tính làm việc của SRM theo 2 vùng: + Vùng tốc dưới tốc độ cơ bản . + Vùng tốc trên tốc độ cơ bản . Tại vùng tốc độ thấp, việc điều khiển SRM có thể thực hiện dễ dàng bằng cách điều khiển dòng điện cấp cho cuộn dây Stator. Trong hình (2-9) thể hiện dạng tín hiệu điều khiển khi SRM hoạt động trong vùng tốc độ thấp. Khi tốc độ của SRM tăng dần điều này cũng đồng nghĩa với việc điều khiển SRM càng trở nên khó khăn hơn do sự ảnh hưởng của sức phản điện động (back – EMF) và thời gian dẫn dòng của cuộn dây tích cực bị giảm đi. Tốc độ động cơ chỉ có thể đạt được khi cuộn dây pha Stator của SRM dẫn dòng trong suốt thời gian nó là cuộn dây tích cực. Quá trình vận hành khi tăng tốc độ động cơ được giới thiệu trong hình 2.11. Hình 2.11. Tín hiệu điều khiển SMR trong vùng tốc độ cao. Dạng tín hiệu cuộn cảm Stator Dạng tín hiệu dòng điện Stator Dạng tín hiệu xung áp điều khiển Chương II: Nguyên lý, cấu trúc điều khiển động cơ từ kháng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 41 2.5 CẤU TRÚC NGHỊCH LƯU SRM phải được điều khiển nhờ một vòng điều chỉnh (ĐC) có phản hồi. Thiết bị nghịch lưu (NL) thường được nuôi bởi nguồn áp một chiều, và đối với SRM – theo công thức (2.22) chỉ cần dòng chảy theo một chiều cũng đủ để vận hành ở cả 4 góc 1/4 (chế độ vận hành 4Q). Ta có thể thấy trong tài liệu tham khảo vô số phương án mạch nghịch lưu, trong phạm vi luận văn này chỉ hạn chế ở phương án dành cho SRM công suất vừa và nhỏ, được sử dụng trong các hệ thống cơ điện tử. Nghịch lưu lý tưởng phải có khẳ năng đóng/ngắt dòng không có trễ. Để có thể ĐC dòng pha, có thể sử dụng 2 van (hình 3.4, trái): Van N phục vụ chọn pha, van PWM có nhiệm vụ điều chế bề rộng xung áp đặt lên cuộn dây pha và nhờ đó dễ dàng ĐC dòng qua cuộn dây. Nhằm giảm tổn hao đóng/ngắt của van, từ năng tích luỹ khi dòng chảy qua cuộn dây phải có khẳ năng được hoàn nguyên trở lại nguồn (hình 2.12, phải). Hình 2.12 Cuộn dây pha a, Khi dẫn dòng b, Khi nạp dòng trở lại nguồn Dễ dàng nhận thấy, để điều khiển SRM m pha ta sẽ cần 2m van IGBT và 2m diode. Lúc này, NL được gọi là NL 2m (hình 2.13). Do khá Chương II: Nguyên lý, cấu trúc điều khiển động cơ từ kháng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 42 tốn kém linh kiện rời rạc, sơ đồ NL 2m thường chỉ được sử dụng cho SRM có công suất >=100W. Hình 2.13 Sơ đồ nghịch lưu 2m Sơ đồ tốn kém ít nhất là sơ đồ chỉ sử dụng 1 van PWM chung cho tất cả các pha, còn gọi là NL (m+1). Lợi thế của sơ đồ là chỉ cần một cảm biến là có thể đo dòng của tất cả các pha. Hình 2.14 Sơ đồ nghịch lưu m+1 Nhược điểm cơ bản của sơ đồ (m+1) là: Khi chuyển mạch sang pha mới, cuộn dây pha trước đó sẽ bị nối ngắn mạch và hiệu quả hoàn nguyên từ năng về nguồn kém, dòng chậm tắt về không. Thậm chí, ở chế độ máy phát (ví dụ: Khi hãm) có thể xuất hiện tự kích. Nhược điểm đó buộc ta phải giảm hệ số điều chế và do đó giảm hiệu xuất tận dụng NL, ở dải tốc Chương II: Nguyên lý, cấu trúc điều khiển động cơ từ kháng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 43 độ lớn, có nguy cơ không thể làm nhụt triệt để từ thông của cực chứa cuộn dây pha tích cực. Giải pháp dung hoà tốt sẽ là sơ đồ NL (m+2) cho loại SRM 8/6 sơ đồ cho phép sử dụng tối đa hệ số điều chế. Hình 2.15 Sơ đồ nghịch lưu m+2 Một vấn đề quan trọng là phương pháp điều khiển nghịch lưu (ĐKNL). Việc lựa chọn đúng đắn góc đóng ngắt cho phép giảm tiếng ồn phát ra và nâng cao chất lượng truyền độ ng của hệ. Có 2 phương pháp chính để ĐKNL: *Sử dụng nguồn dòng Trong dải tốc độ thấp, SRM được nuôi bởi dòng cấp dạng khối (block current) nhờ điều chế bề rộng xung . Momen chứa hài với biên độ bé hơn. *Sử dụng nguồn áp Có thể nuôi SRM bằng điện áp cấp dưới dạng khối (block voltage). Khi tốc độ tăng dần, ảnh hưởng của thời gian đóng ngắt van IGBT càng rõ. Khi sức từ động bên trong đạt tới giá trị ứng với điện áp nguồn một chiều, khi ấy ta chỉ cần thuần tuý đóng ngắt các cuộn dây pha, diễn biến Chương II: Nguyên lý, cấu trúc điều khiển động cơ từ kháng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 44 dòng trở nên k hông chế ngự được và có biên độ hài khá lớn, gây nên momen lắc phụ. 2.6 CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN CÓ CẢM BIẾN VỊ TRÍ Cấu trúc điều khiển cơ bản của hệ thống truyền động sử dụng SRM bao giờ cũng có chứa vòng ĐC chỉnh dòng. Xuất phát từ phương trình điện pha: u = Ri + dt dψ (2.27) Để đơn giản, ta hãy bỏ qua điện trở R và viết: ω ϕ ϕϕ d dLi dt diLu )()( += (2.28) Trong (2.28) điện cảm L là một tham số phụ thuộc vị trí ϕ của rotor. Để tính cô ng suất ta hãy nhân 2 vế của (2.28) với dòng i: ω ϕd dLi dt diLiui 2+= (2.29) hoặc:    = 2 2 1 Li dt dp + ω ϕd dLi 2 2 1 (2.30) Biểu thức thứ nhất ở vế phải của (2.30) đặc trưng cho thành phần từ năng tích trong cuộn dây pha. Biểu thức thứ hai của ( 2.30) mô tả cơ năng cung cấp ra trục động cơ. Từ đó ta có công thức tính Momen quay đó cho ở (2.22) và thấy rõ: dấu của Momen – quyết định chế độ động cơ hay máy phát hoàn toàn do dấu của ϕd dL quyết định. Chương II: Nguyên lý, cấu trúc điều khiển động cơ từ kháng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 45 Hình 2.16 minh hoạ rõ ràng phương thức vận hành SRM ở 2 chế độ động cơ/máy phát: cấp xung dòng chính xác phụ thuộc vào vị trí của Rotor, nơi có dấu của ϕd dL khác nhau. Hình 2.16 Điện cảm L của ĐCTK a, Đặc tính L lý tưởng phụ thuộc vị trí rotor b, Dòng pha ở chế độ động cơ c, Dòng pha ở chế độ máy phát Để đạt được Momen quay cần thiết, cần phải cấp dòng có biên độ tương ứng nhờ sự hỗ trợ của một khâu ĐC dòng ở mạch vòng trong cùng (hình 2.17). Chương II: Nguyên lý, cấu trúc điều khiển động cơ từ kháng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 46 H ình 2.17 Điều khiển ĐCTK nhờ khâu ĐC dòng ở mạch vòng 2.7 CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN KHÔNG CẨN CẢM BIẾN VỊ TRÍ Do SRM là loại động cơ có giá thành chế tạo rất thấp và được sử dụng chủ yếu ở dải công suất nhỏ. Việc sử dụng khâu đo góc (đo vị trí) của Rotor có thể làm tăng giá thành lên đáng kể. Đã có khá nhiều nỗ lực tìm phương pháp điều khiển SRM không cần đến cảm biến vị trí. Để hình dung khái quát các khả năng nhận dạng vị trí Rotor, ta hãy theo dõi hình 2.18 sau đây. Hình 2.18 Các nguồn thông tin về vị trí Rotor chứa trong phương trình điện áp của SRM có m pha ∑ = += m k kjô dt dRiu 1 ψ ∑ =       ∂ ∂ ++ ∂ ∂ += m k kj k k kj k k kj kj L i dt diL dt di i L iRiu 1 ω ϕ Thông tin về vị trí Roto được xác định qua các đại lượng này 1 2 3  Chương II: Nguyên lý, cấu trúc điều khiển động cơ từ kháng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 47 Hình 2.18 minh hoạ các bước suy diễn của phương trìn h điện áp cuộn dây pha thứ j trong m cuộn dây pha. Chỉ số k minh hoạ các bước trong quá trình cấp dòng cho cuộn dây. Tạm không quan tâm đến thành phần điện áp rơi trên điện trở R, công thức cuối cùng có 3 biểu thức ẩn chứa thông tin về vị trí (về góc) của Rotor. Dễ dàng thấy rằng, nguyên lý cơ sở của phương pháp nhận dạng vị trí của Rotor đều dựa trên sự biến thiên của từ thông phụ thuộc vị trí mà xuất phát điểm là phương trình điện áp: ∑ = += m k kjjj dt dRiu 1 ψ (2.31) Có thể tìm thấy trong tài liệu tham khảo đặc tính từ thông của một SRM loại 8/6, minh hoạ quan hệ chặt chẽ giữa từ thông và dòng qua cuộn dây pha tại các vị trí khác nhau của Rotor. Hình 2.19 Đặc tính từ thông/dòng/vị trí rotor của một ĐCTK loại 8/6 Khi có đặc tính đo như hình 2.19, ta hoặc có thể thay trực tiếp vào (2.31) để tính vị trí, hoặc thực hiện dưới dạng bảng tính sẵn để tra giá trị góc. Với giá trị góc, hệ thống có thể đưa ra quyết định chính xác để Chương II: Nguyên lý, cấu trúc điều khiển động cơ từ kháng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 48 chuyển mạch đóng/ngắt van. Tất cả các phương pháp điều khiển không dùng cảm biến hiện tại đều hoạt động theo nguyên lý trên. Theo công thức cuối hình 2.19 ta cần đo được: Điện áp, dòng, tốc độ sườn lên (current rise time) và sườn xuống (current fall time) của dòng. Các đại lượng tính được sẽ là: Điện cảm, từ thông và sức từ động cảm ứng. Để cài đặt thuật toán ta sẽ phải xét đến đặc điểm vật lý của hệ và phân toàn dải tốc độ thành 5 vùng với các chế độ vận hành khác nhau (hình 2.20). Hình 2.20 Các chế độ vận hành khác nhau không cần cảm biến đo vị trí Hệ thống ĐC như hình 2.17 sẽ được mở rộng khi không sử dụng cảm biến đo vị trí như sau (hình 2.21). Chương II: Nguyên lý, cấu trúc điều khiển động cơ từ kháng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 49 Hình 2.21 Cấu trúc hệ thống được mở rộng thêm khâu chuyển mạch không cần cảm biến vị trị Trên cơ sở so sánh giữa gi á trị thực của từ thông ^ ψ (tính từ dòng đo được) với giá trị từ thông chuẩn tại vị trí đồng trục * ψ , khâu logic sẽ ra quyết định chuyển mạch thích hợp. Theo hình 2.16, ở chế độ động cơ, điều kiện chuyển mạch sẽ là: *^ ψψ ca> (2.32) Với ac là hệ điều chế PWM của khâu ĐC dòng tại thời điểm tính. Điều kiện chuyển mạch được minh hoạ dễ hiểu ở hình 2.22. Chương II: Nguyên lý, cấu trúc điều khiển động cơ từ kháng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 50 Hình 2.22 So sánh từ thông thực và từ thông chuẩn để quyết định thời điểm chuyển mạch nghịch lưu Để tính từ thông, ta có thể sử dụng mô hình kinh điển, dẫn dắt từ phương trình 2.31:         −+=+  ótdu kkkk RiuTψψ 1 (2.33) Tức là phải tích phân sức từ động ustd của cuộn dây Stator tích cực. Khi tích phân, để tránh sử dụng thêm khâu đo, ta có thể tính điện áp u std như sau: ustd = ( ) ( )         ++−=−    tonthatu kkdiodektranskDCkk RiiuiuduRiu (2.34) Trong công thức (2.34), điện áp tổn thất U tổn thất là tổng các điện áp rơi trên IGBT, Diode và điện trở cuộn dây. Đặc biệt, hai điện áp rơi trên IGBT và Diode phụ thuộc dòng, thể hiện đặc điểm của nghịch lưu dưới dạng đường đặc tính biết trước và có thể sử dụng pháp nhận dạng off – line (xem tài liệu ) để xác định rõ đường đặc tính đó. Chương II: Nguyên lý, cấu trúc điều khiển động cơ từ kháng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 51 Một mặt, trên cơ sở khoảng thời gian đo được t∆ (hình 2.22), ta sẽ dễ dàng sử dụng (2.2) để tính vận tốc của Rotor: trr ∆= ϑω (2.35) Chương III: Khảo sát chế độ làm việc hệ truyền động ứng dụng động cơ từ kháng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 52 CHƯƠNG 3 KHẢO SÁT CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC HỆ TRUYỀN ĐỘNG ỨNG DỤNG ĐỘNG CƠ TỪ KHÁNG Ngày nay những tiện lợi và ưu điểm của các công cụ mô hình hoá và mô phỏng được sử dụng ngày một nhiều. Các kết quả mô phỏng thể hiện được hầu như toàn bộ quá trình làm việc, các đáp ứng của hệ thống với độ chính xác cao, qua đó ta có thể xem xét thay đổi thiết kế, cấu trúc của hệ thống để thu được một kết quả tối ưu. Các ưu điểm chính khi sử dụng phương pháp mô hình hoá và mô phỏng là: - Giảm thiểu được tối đa thời gian và chi phí trong việc thiết kế và kiểm tra hệ thống. - Lựa chọn được nhiều kỹ thuật và giải pháp. - Với các phần mềm mô phỏng có rất nhiều thư viện sẵn có hỗ trợ nhiều lĩnh vực và các phương pháp khác nhau như: điều khiển logic mờ, mạng neural, xử lý tín hiệu... Để có thể xem xét và kiểm tra cấu trúc của hệ truyền động sử dụng SRM, trong chương này tác giả xin được đi sâu khai thác phần mềm mô phỏng Matlab – Simulink trong việc mô phỏng SRM ở chế độ: + Chế độ SRM tuyến tính. + Chế độ SRM phi tuyến. Đối tượng được chọn để thực hiện quá trình mô phỏng là động cơ SRM dạng 6/4. Chương III: Khảo sát chế độ làm việc hệ truyền động ứng dụng động cơ từ kháng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 53 3.1 MÔ HÌNH SRM TUYẾN TÍNH Với SRM loại 6/4, ta áp dụng phương trình cân bằng điện từ cho mỗi pha như sau: ( ) URi dt id j jj =+ ,ϕψ với j =1, 2, 3 (3.1) Khi loại bỏ tác động của bão hoà trong mạch từ và hỗ cảm của cuộn dây, từ thông trong mỗi pha Stator sẽ được xác định bằng mối quan hệ tuyến tính sau: ( ) ( ) jjj iLi ., ϕϕψ = (3.2) và năng lượng tổng hợp của 3 pha của SRM loại 6/4 là: ( )( )∑ −−+=Σ 3 1 2.1 2 1 js ijnLW ϕϕ (3.3) và Momen tổng là: ( )( ) 2 3 1 .1 2 1 j s N id jmdLm ∑ −−+= ϕ ϕϕ (3.4) Phương trình chuyển động của hệ thống là: ωω fmm dt dJ LN === với dt dωω = (3.5) Trên hình 3.5 thể hiện sơ đồ thực hiện mô phỏng hình tuyến tính hệ truyền động SRM trên nền Ma tlab – Simulink. Việc sử dụng một số khối chức năng sẵn có trong thư viện của Simulink khiến cho quá trình mô phỏng trở nên đơn giản dễ hiểu cũng như tiết kiệm được thời gian thiết lập mô hình hệ thống. Tuy nhiên, để cho mô hình trở nên hoàn thiện hơn, có một số khối được tác giả xây dựng bằng ngôn ngữ lập trình dạng m.file để thực hiện những tác vụ cụ thể phục vụ riêng cho mô hình hệ thống SRM như sau: Chương III: Khảo sát chế độ làm việc hệ truyền động ứng dụng động cơ từ kháng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 54 * Khối chuyển mạch Khối này có tác dụng đảm bảo thực hiện chuyển mạch của khối nghịch lưu công suất tại thời điểm ϕ on, ϕ off và duy trì cấp nguồn cho cuộn dây pha trong thời gian ϕ d. Trong phần phụ lục có nêu nội dung của chương trình m.file của khối này. * Khối điện cảm Khối này có chức năng tính toán dòng điện của cuộn dây pha tích cực đáp ứng theo điện cảm cuộn dây pha dựa trên vị trí Rotor ϕ và từ thông ψ . Vì vậy cuộn dây pha tích cực sẽ có dòng i chảy qua là tín hiệu ra của khối này. * Khối tạo Momen Khối này sẽ có nhiệm vụ tính toán Momen quay tạo ra trên từng pha theo vị trí ϕ và giá trị dòng điện I. * Khối module pi/2 Điện cảm của mỗi pha đều có tính chu kỳ 2 π /Nr độ điện vì thế khối này sẽ được sử dụng để chuyển đổi vị t rí Rotor từ phương trình chuyển động hệ thống với chu kỳ 2π /Nr. * Chương trình khởi động Bên cạnh các khối Matlab/Simulink sẵn có cũng như được xây dựng thêm các tham số liên quan đến việc khởi tạo quá trình mô phỏng được xác định bằng f ile int.m được xác định trong phụ lục 5 . Chương trình int.m cho phép ta có được một mô hình tính toán tham số tổng quát cho dạng SRM 6/4, điều này nghĩa là người sử dụng có thể thay đổi giá trị một số tham số của SRM mà không cần phải thay đổi bất cứ khối chức năng nào trong mô hình mô phỏng. Chương III: Khảo sát chế độ làm việc hệ truyền động ứng dụng động cơ từ kháng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 55 Để tính toán phương trình cân bằng điện áp, trong phương trình 3.1 ta bỏ qua tác động vi phân, trong sơ đồ hình 3.6 thể hiện việc này bằng cách sử dụng một khâu tích phân kết hợp với một khâu bão hoà. Việc làm này là vô cùng quan trọng vì nó đảm bảo rằng từ thông trong cuộn dây pha luôn dương khi dòng điện từ nghịch lưu cấp cho cuộn dây pha của SRM không đổi chiều. * Các phương trình điều khiển SRM – mô hình 6/4 Như đã được đề cập đến trong chương 2, có rất nhiều phương pháp cấp nguồn cho SRM. Với những phân tích trong chương 2, mỗi một sơ đồ nghịch lưu đều có một ưu nhược điểm khác nhau. Tuy nhiên, với mô hình SRM loại 6/4 ta chọn mô hình cầu H như đư ợc chỉ ra trong hình 3.1, đó chính là mô hình nghịch lưu 2m, tuy mô hì nh này cần nhiều linh kiện bán dẫn công suất và các phần tử thụ động hơn các sơ đồ nghịch lưu khác nhưng một ưu điểm của sơ đồ này là khả năng tối đa trong điều khiển và tính mềm dẻo của mô hình. Chương III: Khảo sát chế độ làm việc hệ truyền động ứng dụng động cơ từ kháng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 56 Hình 3.1 Sơ đồ mạch điều khiển SRM dạng 2m Trong sơ đồ này mỗi một pha sẽ cần dùng 2 IGBT và 2 diode. Trên quan điểm xem xét mô hình SRM tuyến tính, kết hợp với các phương trình tổng quát trong chương 2 ta có các phương trình mô tả SRM 6/4 như sau: + Quan hệ từ thông: ( )iL .ϕψ = (3.6) + Phương trình năng lượng: W= ( ) 2. 2 1 iL ϕ (3.7) + Phương trình Momen 2. 2 1 i d dLmN ϕ = (3.8) a a’ b b’ c c’ a a’ b b’ c c’ Chương III: Khảo sát chế độ làm việc hệ truyền động ứng dụng động cơ từ kháng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 57 thì lúc đó sức phản điện động đạt tới giá trị điện áp cấp thì khi đó dòng điện trong cuộn dây bắt đầu giảm dần cho tới thời điểm ϕoff. Để minh hoạ đầy đủ tính quan trọng của việc lựa chọn góc ngắt ϕoff tác giả lựa chọn góc ngắt ϕoff lớn hơn và kết quả mô phỏng được thể hiện trong hình 3.10. Trong hình 3.10, ta có thể quan sát thấy dòng điện pha không giảm dần về đến số 0, trong vùng 1 ta cũng có thể quan sát thấy dòng điện giảm chậm hơn (vì trong thời điểm này vị trí Rotor đang trong miền giảm từ cảm). Trong miền 2, giá trị sứ c điện động bắt đầu có tác dụng vì bây giờ điện áp pha tăng dần từ 150V đến 0 và dòng pha tăng dần. Cuối cùng trong miền 3, dòng điện pha bắt đầu giảm dần vì lúc này sức điện động bằng 0 (do điện cảm là hằng). H ình 3.7, 3.8, 3.9 thể hiện một tập hợp các kết quả mô phỏng ứng với ϕ on = 0, ϕ off = 30 và SRM hoạt động không tải. Trong hình 3.7, thấy rằng góc ϕ off là vừa đủ để tránh xảy ra hiện tượng dòng điện pha tiếp tục tăng khi Rotor SRM đạt tới vị trí đồng trục. Tuy nhiên trong hình 3.10 chỉ ra rằng dòng điện pha sẽ tạo ra Momen âm nhưng rất nhỏ nhưng Momen tổng thì vẫn luôn dương (vì lúc này giá trị Momen âm sẽ được bù bởi Momen dương của pha kế tiếp). Để cấp điện áp V cho 1 pha bất kỳ (ví dụ pha 1) thì 2 IGBT (Q1, Q2) dẫn dòng và khi cấp điện – V thì 2 diode dẫn dòng. * Điều khiển dòng pha có trễ Việc sử dụng phương pháp điều khiển dòng pha có trễ để xem xét đáp ứng động của SRM. Kết quả mô phỏng được thể hiện trong hình 3.8, ứng với: ϕ on = 0, ϕ off = 30, dòng pha I = 5A, mà SRM hoạt động trong chế độ không tải. Theo đó ta sử dụng 2 chiến lược điều khiển SRM. Chương III: Khảo sát chế độ làm việc hệ truyền động ứng dụng động cơ từ kháng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 58 *Nghịch lưu nguồn áp Giả sử SRM có dạng điện cảm lý tưởng, đặc tính điện cảm được mô tả trong hình 3.7 minh hoạ trạng thái của SRM khi được cấp một nguồn điện áp. Tiến trình điều khiển xảy ra khi cấp nguồn điện áp vào cuộn dây pha tại thời điểm ϕ on cho đến thời điểm ϕ off. Sau đó nguồn điện áp bị đổi chiều cho tới một thời điểm xác định ứng với ϕ = ϕ d (gọi là góc khử từ) sao cho từ thông trong cuộn dây giảm nhanh về không. Xuất phát từ phương trình điện áp: dt dRiu ψ+= và ( )iL . ϕψ = (3.9) Và: di I dd .. ∂ ∂ + ∂ ∂ = ψϕ ϕ ψψ (3.10) Suy ra: ( ) ωϕω ϕ ψ dt diL d dLi dt d .. += (3.11) Do đó: U = R.i+ ϕ ϖω d dLi dt dIL .).( + (3.12) Trong đó: ϕ ω d dLi. là sức phản điện động sinh ra trong cuộn dây. Để tăng nhanh mức tăng trưởng dòng và tránh được tác động tiêu cực của sức phản điện động, góc đóng ngắt ϕon, ϕoff phải được lựa chọn góc mở onϕ sao cho cả điện cảm và sức điện động là nhỏ nhất. Trong mô hình SRM tuyến tính, giá trị 0= ϕd dL . Tuy nhiên, khi Rotor vẫn còn đang trong vùng điện cảm tăng dần. 3.2 MÔ HÌNH PHI TUYẾN Trong mô hình phi tuyến ta xét ảnh hưởng đường cong từ hoá tới các chế độ làm việc của SMR bằng cách xem xét đường cong từ hoá và hiện tượng bão hoà trong mạch từ lên đặc tính làm việc của SMR. Để thực hiện việc Chương III: Khảo sát chế độ làm việc hệ truyền động ứng dụng động cơ từ kháng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 59 mô phỏng trong môi trường Matlab – Simulink ta sử dụng các bảng tra (look – up tablse) và mối quan hệ từ thông/ dòng điện/ vị trí Rotor và quan hệ dòng điện /Momen/vị trí Rotor. Các quan hệ được biểu diễn ở các hình (3.2, 3.3, 3.4) Hình 3.2 Quan hệ L = L( ϕ , i) của SMR H ình 3.3 Quan hệ từ thông theo dòng điện và vị trí rotor Chương III: Khảo sát chế độ làm việc hệ truyền động ứng dụng động cơ từ kháng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 60 Hình 3.4 Quan hệ mN = mN( ϕ , i) Hình 3.4 cho ta mối quan hệ phi tuyến momen động cơ với vị trí Rotor và mức độ phi tuyến phụ thuộc vào giá trị dòng điện chảy trong cuộn dây Stator. Chương III: Khảo sát chế độ làm việc hệ truyền động ứng dụng động cơ từ kháng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 61 3.3 CÁC KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 3.3.1 Kết quả mô phỏng ở chế độ tuyến tính Hình 3.5 Mô hình mô phỏng động cơ từ kháng ở ch ế độ tuyến tính Hình 3.6 Mô hình mô phỏng c ấu trúc điều khiển một pha của SMR ở chế độ tuyến tính. Chương III: Khảo sát chế độ làm việc hệ truyền động ứng dụng động cơ từ kháng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 62 Hình 3.7 Đặc tính tốc độ động cơ ở chế độ tuyến tính Hình 3.8 Momen tổng của SRM ở chế độ tuyến tính Chương III: Khảo sát chế độ làm việc hệ truyền động ứng dụng động cơ từ kháng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 63 Hình 3.9 Momen pha của SRM ở chế độ tuyến tính Hình 3.10 dòng pha của SRM ở chế độ tuyến tính Chương III: Khảo sát chế độ làm việc hệ truyền động ứng dụng động cơ từ kháng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 64 3.3.2 Kết quả mô phỏng ở chế độ phi tuyến Hình 3.11 Mô hình mô phỏng SMR ở chế độ phi tuyến Hình 3.12 Mô hình mô phỏng cấu trúc điều khiển một pha SMR ở chế độ phi tuyến Chương III: Khảo sát chế độ làm việc hệ truyền động ứng dụng động cơ từ kháng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 65 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 x 10 -3 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 Hình 3.13 Mômen pha của SMR phi tuyến 0 1 2 3 4 5 6 7 8 x 10 -3 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 Hình 3.14 Mômen tổng của SMR phi tuyến M o m en t(S) M o m en t(S) Chương III: Khảo sát chế độ làm việc hệ truyền động ứng dụng động cơ từ kháng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 66 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 x 10 -3 0 1 2 3 4 5 6 Hình 3.15 Dòng tổng của SMR phi tuyến 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 Hình 3.16 Đặc tính tốc độ SMR phi tuyến t(S) t(S) Tố c đ ộ D òn g đi ện Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 67 KẾT LUẬN Nhờ tiến bộ vượt bậc trong các lĩnh vực cảm biến, điện tử công suất, vi điều khiển và vi sử lý tín hiệu, việc sử dụng ĐCTK trong các hệ thống cơ điện tử ngày càng trở nên hấp dẫn và là nhu cầu cấp thiết hiện nay. Đó chính là động lực thúc đẩy nhiều công trình nghiên cứu ứng dụng trong suốt thời gian qua. Bản luận văn giới thiệu về nguyên lý và tình trạng phát triển hiện tại của ứng dụng truyền động ĐCTK bao gồm : * Nghiên cứu tổng quan về các hệ truyền độn g ứng dụng động cơ từ kháng, ưu nhược điểm của hệ thống. * Đưa ra các cấu trúc điều khiển ĐCTK + Cấu trúc nghịch lưu (thiết bị điều khiển công suất) nuôi ĐCTK. + Cấu trúc điều khiển cơ sở (cấu trúc có sử dụng cảm biến đo vị trí rotor). + Cấu trúc điều khiển không cần cảm biến vị trí, thay vào đó sử dụng khâu quan sát tốc độ quay. * Xây dựng các phương trình toán học mô tả ĐCTK. * Thiết lập các mô hình mô phỏng ĐCTK + Mô hình ĐCTK tuyến tính. + Mô hình ĐCTK phi tuyến. Do thời gian nghiên cứu, trình độ của tác giả, điều kiện thực nghiệm có hạn luận văn chưa đề cập tới vấn đề cải thiện cosϕ của hệ thống và giảm momen lắc của ĐCTK. Vấn đề nghiên cứu ứng dụng và giảng dạy các hệ thống sử dụng ĐCTK chưa được quan tâm. Tác giả hy vọng bản luận văn là tài liệu tham khảo, khêu gợi sự chú ý của các học viên chuyên ngành tự động hoá. Đây là mảng tiềm năng khai thác cả về phương diện học thuật và thực tế. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 68 PHỤ LỤC 1.Bảng dữ liệu quan hệ từ thông/dòng điện/góc teta. 2.Bảng dữ liệu quan hệ dòng điện/ góc Teta/ didpsi 1 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 69 3.Bảng dữ liệu quan hệ dòng điện/ góc Teta/đạo hàm từ thông theo góc Teta 4.Bảng dữ liệu quan hệ dòng điện/ góc Teta/Momen Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 70 5.Chương trình khởi động mô hình tuyến tính global TETAS TETAX TETAY TETAXY TETAON TETAOFF TETAQ V AUP BUP ADOWN BDOWN DL A B LMIN LMAX NS=6 NR=4 P=3; BETAS=30*(pi/180); BETAR=30*(pi/180); TETAS=(2*pi)*((1/NR)-(1/NS)) TETAX=(pi/NR)-((BETAR+BETAS)/2) TETAY=(pi/NR)-((BETAR-BETAS)/2) TETAZ=(BETAR-BETAS)/2 TETAXY=(TETAX+TETAY+TETAS) TETAIN=20.1*(pi/180) V=150 R=1.3 J=0.0013; F=0.0183 I=5; DELTAI=0.2; DELTAVMIN=0; DELTAVMAX=150; LMIN=8e-3; Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 71 LMAX=60e-3; G=(inv([TETAX 1;TETAY 1]))*([LMIN;LMAX]); AUP=G(1) BUP=G(2) H=(inv([(TETAY+TETAZ) 1; TETAXY 1]))*([LMAX;LMIN]); ADOWN=H(1) BDOWN=H(2) DL=AUP; 6. Chương trình viết cho hàm chuyển mạch % This function allow to chose the commutation instants of the semeconductor function [sys,x0,str,ts] = cmpt(t,x,u,flag) % Dispatch the flag. The switch function controls the calls to % S-function routines at each simulation stage. switch flag, case 0 [sys,x0,str,ts] = mdlInitializeSizes; % Initialization case 3 sys = mdlOutputs(t,x,u); % Calculate outputs case { 1, 2, 4, 9 } sys = []; % Unused flags otherwise error(['Unhandled flag = ',num2str(flag)]); % Error handling end; Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 72 % End of function chuyenmach %Below are the S-function subroutines that tcm.m calls. %======================================================= % Function mdlInitializeSizes initializes the states, sample % times, state ordering strings (str), and sizes structure. %======================================================== function [sys,x0,str,ts] = mdlInitializeSizes % Call function simsizes to create the sizes structure. sizes = simsizes; % Load the sizes structure with the initialization information. sizes.NumContStates= 0; sizes.NumDiscStates= 0; sizes.NumOutputs= 1; sizes.NumInputs= 5; sizes.DirFeedthrough=1; sizes.NumSampleTimes=1; % Load the sys vector with the sizes information. sys = simsizes(sizes); % x0 = []; % No continuous states % str = []; % No state ordering % Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 73 ts = [-1 0]; % Inherited sample time % End of mdlInitializeSizes. %======================================================== % Function mdlOutputs performs the calculations. %======================================================== function sys = mdlOutputs(t,x,u) global V; teta=u(1); e=u(2); i=u(3); TETAON=u(4); TETAOFF=u(5); sys=0; if (teta>=TETAON)&(teta<=TETAOFF) sys = e; elseif (teta>TETAOFF) if (i>0) sys=-V; elseif (i<=0) sys=0; end; end; % End of mdlOutputs. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 74 7.Chương trình khởi động mô hình phi tuyến % int2.m- Non-linear model % Chuong trinh nay khoi tao cac bang tra su dung trong mo hinh SRM phi tuyen %The initial file for the non-linear model of SRM %table.m global TETAON TETAOFF TETAS V NS=6 NR=4 P=3; TETAS=(2*pi)*((1/NR)-(1/NS)) TETAON=0 TETAOFF=30*(pi/180) TETAIN=15*(pi/180) V=150 R=1.30 J=0.0013; F=0.0183 %A = [0 0 0 0 0 0;0.1 0.2 0.3 0.5 0.75 1.1;0.2 0.4 0.9 1.5 2.3 3.1;0.8 1.8 3.2 4.7 6.2 7.5;0.8 2.3 3.8 5.6 7 8.6;0.8 2.3 3.8 5.6 7 8.4;0.8 2.3 3.7 5.3 6.5 7.4;0.75 2.05 3.3 4.2 5 5.3;0.7 1.5 2 2.5 2.7 3;0 0 0 0 0 0]; %Arow = [0:5:45]; %Acol = [5 8 11 14 17 20]; Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1) Kỷ yếu khoa học (từ năm 2000 – 2002) - Trường ĐHBK Hà Nội 2) Bïi Quèc Kh¸nh, NguyÔn V¨n LiÔn, Ph¹m Quèc H¶i, D­¬ng V¨n Nghi §iÒu chØnh tù ®éng truyÒn ®éng ®iÖn 3) NguyÔn Phïng Quang, Andreas Ditrich : TruyÒn ®éng ®iÖn th«ng minh. 4) NguyÔn Phïng Quang : MATLAB & SIMULINK dµnh cho kü s­ ®iÒu khiÓn tự ®éng. 5) NguyÔn Phïng Quang : SRM vµ triÓn väng øng dông trong c¸c hÖ thèng Mechatronics (B¸o c¸o héi nghÞ toµn Quèc vÒ c¬ ®iÖn tö lÇn 1) 6) NguyÔn BÝnh: §iÖn tö c«ng suÊt. 7) Vũ Gia Hanh, Trần Khánh Hà, Phan Tử Thụ, Nguyễn Văn Sáu Máy điện - Tập 1, tập 2 . 8) Michael T.Dirento: Switched reluctance motor - Basic control. 9) Gorazd Stumberger, Bojan Stumberger, Drago Dolinar: Identification of Linear Synchonous Reluctance Motor Parameter. 17, 2000, Slovania. 10) F.Soares and P.J.Costa Branco: Simulation of a 6/4 Switched Reluctance Motor Báed on Matlab/Simulink Envinronment. 11) Ing. Martin MANA, Doctoral Degree Programe: Mathematical model Switched Reluctance Motor. 12) Miller, T.J.E: Optimal Design of Switched Reluctance Motors. IEEE Trans.OnIE, vol.49, No 1, Feb.2002,PP.15- 27. 13) Arefee, M. S: Implementation of a Current Controlled Switched Reluctance Motor Drive . Texas Instruments Application Report SPRA282, Sept.1998