Điều khiển cực đại moment động cơ đồng bộ nam châm chìm ứng dụng cho ô tô điện

- LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan bản đồ án tốt nghiệp: “Điều khiển cực đại Momen động cơ đồng bộ nam châm chìm ứng dụng cho ô tô điện” do em tự thiết kế dưới sự hướng dẫn của thầy giáo PGS.TS Tạ Cao Minh.
- 10 TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ IPM VÀ ỨNG DỤNG.
- Khái quát về động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu.
- Cấu tạo động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu.
- Phân loại động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu.
- Nguyên lý hoạt động của động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu.
- Ưu điểm của động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu.
- 14 MÔ HÌNH TOÁN HỌC ĐỘNG CƠ IPM VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN CƠ BẢN.
- Mô hình toán học trong động cơ đồng bộ.
- Mô hình toán học của động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu trên hệ tọa độ d-q.
- Một số phương pháp điều khiển động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu.
- 29 THUẬT TOÁN CỰC ĐẠI MOMENT CHO ĐỘNG CƠ IPM.
- Các giới hạn làm việc của động cơ.
- Giá trị cực đại momen điện từ của động cơ với dòng điện.
- Giới hạn làm việc của động cơ đồng bộ IPM.
- Thuật toán điều khiển cực đại momen cho động cơ đồng bộ IPM.
- Ảnh hưởng của tham số động cơ thay đổi.
- Tham số động cơ.
- Giới hạn làm việc của động cơ.
- Ảnh hưởng của tham số động cơ tới chất lượng hệ điều khiển.
- Sơ đồ động cơ đồng bộ 3 pha 14 Hình 2.2.
- Mô hình liên tục của động cơ IPM 24 Hình 2.6 Sơ đồ phương pháp điều khiển DTC 26 Hình 2.7.
- Các vùng làm việc của động cơ đồng bộ IPM 39 Hình 3.5.
- Các vùng chuyển đổi trong thuật toán điều khiển cực đại momen cho động cơ đồng bộ IPM 42 Hình 3.6.
- Lưu đồ thuật toán điều khiển cực đại momen cho động cơ đồng bộ IPM 43 Hình 3.7.
- Cấu trúc điều khiển cực đại momen cho động cơ đồng bộ IPM 43 Hình 3.8.
- Mô hình toán học động cơ IPM 47 Hình 3.10.
- Các vùng làm việc của động cơ 52 Hình 4.2.
- Giới hạn làm việc của động cơ (lý thuyết) 54 Hình 4.3.
- Đáp ứng tốc độ động cơ 60 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 6 Hình 5.2.
- Đáp ứng momen của động cơ 60 Hình 5.3.
- Dòng điện isd, isq của động cơ 61 Hình 5.4.
- Dòng điện Is của động cơ 61 Hình 5.5.
- Dòng điện 3 pha a, b, c của động cơ 62 Hình 5.6.
- Đáp ứng vùng trên tốc độ cơ bản của động cơ 63 Hình 5.7.
- Trong số các loại động cơ điện, động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu (PMSM) có các ưu điểm nổi trội như không cần chổi than, hiệu suất cao, chất lượng điều khiển tốt đã thu được nhiều sự chú ý của các nhà nghiên cứu.
- Sử dụng nam châm vĩnh cửu gắn ở rotor từ đó tiết kiệm được dòng điện để tạo ra từ thông khiến động cơ nam châm vĩnh cửu có kích cỡ nhỏ hơn so với động cơ không đồng bộ.
- Các ưu điểm này đã giúp động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu đang dần thay thế cho các động cơ không đồng bộ và một chiều trước đây hay được sử dụng.
- Động cơ không đồng bộ nam châm vĩnh cửu lại có thể chia làm hai loại dựa trên cấu tạo rotor: Động cơ nam châm vĩnh cửu chìm (IPM) và động cơ nam châm vĩnh cửu bề mặt (SPM).
- Động cơ nam châm bề mặt có nam châm được phân bố trên bề mặt rotor, cấu trúc này không phù hợp đối với các ứng dụng tốc độ cao.
- Chính sự khác biệt này đã giúp động cơ nam châm vĩnh cửu chìm tạo ra thêm một thành phần momen khác ngoài thành phần momen điện từ tạo ra do từ thông nam châm vĩnh cửu.
- Để tận dụng hết khả năng này của động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu chìm, nhiều thuật toán đã được đưa ra để có thể đạt được momen tối ưu với một giá trị dòng điện xác định.
- Qua quá trình tìm hiểu, cùng với sự hướng dẫn của Thầy Tạ Cao Minh, em đã tìm hiểu về các thuât toán điều khiển momen cực đại cho động cơ nam châm vĩnh cửu chìm.
- Tổng quan về động cơ IPM và ứng dụng 10 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ IPM VÀ ỨNG DỤNG 1.1.
- Khái quát về động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu Động cơ đồng bộ nói chung là máy điện xoay chiều có tốc độ quay của rotor bằng tốc độ quay của từ trường.
- Động cơ đồng bộ có phần cảm được đặt ở rotor còn phần ứng là một hệ dây quấn ba pha đặt ở stator.
- Với động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu phần cảm được kích thích bằng những phiến nam châm bố trí trên rotor.
- Cấu tạo động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu Cấu tạo của động cơ không đồng bộ cũng bao gồm rotor và stator.
- Stator của động cơ đồng bộ bao gồm lõi thép và dây quấn stator động cơ.
- Ở đây ta chỉ nghiên cứu động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu hình sin.
- Rotor của động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu được chế tạo bằng thép đúc và gia công thành khối lăng trụ hoặc khối hình trụ.
- Chính sự khác biệt rất này cho ta phân loại được các động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu.
- Phân loại động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu có thể chia ra làm hai loại: Chương 1.
- Tổng quan về động cơ IPM và ứng dụng 11 a.
- Cấu trúc cơ IPM Hình 1.1: So sánh cấu trúc của động cơ SPM và IPM * Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu bề mặt (SPMSM: Surface Permanent Magnet Synchronous Motor.
- Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu chìm (IPMSM: Interior Permanent Magnet Synchronous Motor.
- Tổng quan về động cơ IPM và ứng dụng 12 trục d khác trục q.
- Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu không có cổ ghóp nên nó gọn nhẹ hơn động cơ một chiều, giá thành đầu tư thấp và nó làm việc tin cậy ít phải bảo dưỡng hơn.
- Động cơ đồng bộ còn khả năng làm việc ở dải tốc độ rất thấp và rất cao, những vùng tốc độ mà truyền động điện một chiều rất khó đạt được.
- Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu có sự tách biệt giữa phần cảm và phần ứng do sử dụng nam châm tạo từ thông nên nó dễ điều chỉnh tốc độ và momen hơn so với động cơ không đồng bộ.
- Vì rotor của động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu là nam châm vĩnh cửu nên nó có ưu điểm hơn động cơ đồng bộ rotor dây quấn ở chỗ sẽ ít tổn thất đồng ở rotor hơn.
- Điều này khiến các nhà nghiên cứu chú tâm hơn đến động cơ đông bộ nam châm vĩnh cửu cụ thể là IPM.
- Mô hình toán học động cơ IPM và các phương pháp điều khiển cơ bản 14 CHƯƠNG 2 MÔ HÌNH TOÁN HỌC ĐỘNG CƠ IPM VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN CƠ BẢN 2.1.
- Mô hình toán học trong động cơ đồng bộ 2.1.1.
- Mô hình toán học trong tọa độ abc Ta có động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu được cấp nguồn bằng cách đặt vào stator động cơ đồng bộ một hệ điện áp xoay chiều ba pha lệch nhau 1200 2 sin( )22 sin( )322 sin( )30sa ssb ssc ssa sb scu U tu U tu U tu u u.
- Sơ đồ động cơ đồng bộ 3 pha Trong đó s là tần số điện áp xoay chiều cấp vào động cơ, U là giá trị hiệu dụng của điện áp pha.
- Mô hình toán học động cơ IPM và các phương pháp điều khiển cơ bản 15 Trong đó γ là góc lệch pha giữa dòng điện và điện áp, I là giá trị hiệu dụng của dòng điện pha.
- Phương trình cơ học của động cơ : 1.seLcdT T JP dt.
- Ta có điện áp ba pha hình sin cấp vào stator động cơ có thể được mô tả dưới dạng vector quay Us (t) quay trên không gian với tốc độ ωs: Chương 2.
- Mô hình toán học động cơ IPM và các phương pháp điều khiển cơ bản 16 Hình 2.2.
- Tướng tự ta có thể biểu diễn các đại lượng ba pha khác của động cơ dưới dạng vector: s a b ci i i i.
- (2.9) Ta có thể biểu diễn phương trình điện của động cơ dưới dạng vector: ss s sdu R idt.
- Mô hình toán học động cơ IPM và các phương pháp điều khiển cơ bản 17 slà vector từ thông stator 2.1.3.
- Từ đó ta có thể quy đổi các giá trị ba pha như dòng điện, điện áp, từ thông của động cơ về hệ tọa độ vuông góc αβ.
- Mô hình toán học động cơ IPM và các phương pháp điều khiển cơ bản 19 Ta sẽ tìm cách biểu diễn các đại lượng trên hệ tọa độ αβ theo các đại lượng tương ứng trên hệ tọa độ dq (q là trục ảo, d là trục thực).
- Mô hình toán học động cơ IPM và các phương pháp điều khiển cơ bản 20 Từ 2.1.3.1 và 2.1.3.2 với một vector điện áp ()sutquay ta có thể dễ dàng sử dụng công thức chuyển đổi từ hệ tọa độ abc ứng với ba tín hiệu xoay chiều về hệ tọa độ αβ rồi từ đó chuyển về hệ tọa độ dq.
- Mô hình toán học động cơ IPM và các phương pháp điều khiển cơ bản 21 2.1.4.
- Mô hình toán học của động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu trên hệ tọa độ d-q Ta có từ các biến đổi đã thực hiện ở 2.1.3 ta có thể biến đổi hệ các đại lượng ba pha xoay chiều abc sang hệ các đại lượng trong hệ tọa độ dq hoặc αβ tương đương, từ đó xây dựng được mô hình động cơ trên các hệ trục tọa độ khác nhau.
- Ta sẽ đi tìm mô hình của động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu trên hệ trục tọa độ dq tựa từ thông rotor.
- Ta có mô hình động cơ ở dạng vector: Lần lượt biểu diễn các giá trị.
- Mô hình toán học động cơ IPM và các phương pháp điều khiển cơ bản 22 sIlà vector dòng điện rotor rlà vector từ thông rotor Thay vào (2.22) ta thu được: Vector từ thông stator gồm hai thành phần.
- Trong động cơ IPM thì giá trị Lsd< Lsq.
- Đáp ứng tốc độ động cơ Hình 5.2.
- Đáp ứng momen của động cơ Chương 5.
- Dòng điện isd, isq của động cơ Hình 5.4.
- Dòng điện Is của động cơ Chương 5.
- Dòng điện 3 pha abc của động cơ Ta thấy cả hai phương pháp đều có thể đạt ổn định trong dải làm việc cơ bản.
- Từ đó cải thiện đáng kể tốc độ đáp ứng tốc độ đồng thời tăng khả năng chịu tải, mở rộng giới hạn làm việc của động cơ.
- Có thể thấy rõ hơn việc này qua biên độ dòng điện 3 pha a, b, c của động cơ.
- Nhìn vào đáp ứng momen ta có thấy động cơ làm việc theo thuật toán giảm từ thông nhưng vẫn đảm bảo tối ưu momen .
- Nhận xét: Trong vùng tốc độ cao, động cơ vẫn có thể làm việc ổn định và đạt được hiệu quả tốt nhờ vào cách giảm từ thông theo quỹ đạo tối ưu.
- Ảnh hưởng của tham số động cơ tới chất lượng hệ điều khiển Ảnh hưởng của điện trở thay đổi: Trong mô phỏng ta giả sử điện trở thay đổi theo thời gian như hình 5.7 ở dưới Chương 5.
- Điều này sẽ khiến động cơ nhanh đạt tới giới hạn điện áp hơn, thu hẹp giới hạn làm việc của động cơ ta sẽ kiểm chứng với kết quả mô phỏng ở vùng tốc độ cao.
- Đáp ứng của hệ ở trên tốc độ cơ bản khi điện trở thay đổi Ta thấy ở thời điểm ban đầu giá trị điện trở chưa thay đổi động cơ vẫn có thể ổn định ở tốc độ đặt.
- Ta thấy momen bị giảm xuống dẫn đến giảm tốc độ, khiến động cơ không thể duy trì tốc độ ở giá trị đặt.
- KẾT LUẬN 68 KẾT LUẬN Đồ án đã khảo sát hoạt động của hệ truyền động động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu chìm (IPM) bằng thuật toán cực đại momen với giá trị dòng điện được đưa ra ở [8].
- Vùng dưới tốc độ cơ bản điểm làm việc được điều khiển nằm trên đường MTPA nhằm đạt được momen tối ưu, vùng trên tốc độ cơ bản điểm làm việc được đặt trên đường giới hạn điện áp nhằm tận dụng hết khả năng làm việc của động cơ.
- Chương cuối đã thực hiện mô phỏng khảo sát qua sự ảnh hưởng của các tham số động cơ tới chất lượng điều khiển.
- Trong quá trình thực hiện đồ án: “Điều khiển cực đại momen động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu chìm ứng dụng cho ô tô điện”, em đã củng cố thêm vốn kiến thức hạn hẹp của mình trong lĩnh vực Truyền động điện hiện đại.
- Chương trình Matlab tính giới hạn động cơ( trường hợp không tồn tại vùng làm việc thứ 3

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt