Đang tải... (xem toàn văn)
NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BLDC VỀ VẤN ĐỀ ĐIỀU KHIỂN TRỰC TIẾP MÔ MEN ỨNG DỤNG TRONG HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN CÔNG NGHIỆP, đề tài NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BLDC VỀ VẤN ĐỀ ĐIỀU KHIỂN TRỰC TIẾP MÔ MEN ỨNG DỤNG TRONG HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN CÔNG NGHIỆP,khoá luận tốt nghiệp đề tài NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BLDC VỀ VẤN ĐỀ ĐIỀU KHIỂN TRỰC TIẾP MÔ MEN ỨNG DỤNG TRONG HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN CÔNG NGHIỆP
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ - KĨ THUẬT CƠNG NGHIỆP KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP TÊN ĐỀ TÀI KHÓA LUẬN: NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BLDC VỀ VẤN ĐỀ ĐIỀU KHIỂN TRỰC TIẾP MÔ MEN ỨNG DỤNG TRONG HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN CÔNG NGHIỆP Ngành đào tạo: Công nghệ Kỹ thuật Điện, điện tử Mã số ngành : D7510301 Họ tên SV : Nguyễn Minh Hoàng Mã SV : 18104100082 Lớp : DHDI12A1HN Người hướng dẫn Khóa luận tốt nghiệp: TS Trần Đức Chuyển Hà Nội – 2022 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan kết đạt luận văn sản phẩm tơi bạn Nguyễn Tiến Khương- nhóm, khơng chép lại người khác Trong toàn nội dung luận văn, điều trình bày cá nhân tổng hợp từ nhiều nguồn tài liệu Tất tài liệu tham khảo có xuất xứ rõ ràng trích dẫn hợp pháp Tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm cho lời cam đoan Hà Nội, ngày…tháng…năm 2022 Người cam đoan Nguyễn Minh Hoàng LỜI CẢM ƠN Lời em xin chân thành cảm ơn đến thầy Trần Đức Chuyển giúp em nhiều trình thực luận văn Trong trình thực luận văn, giúp đỡ tận tình thầy em thu nhiều kiến thức quý báu giúp em nhiều Trong trình học làm việc tương lai: tiếp xúc với động BLDC Trong q trình thực đồ án em chưa có nhiều kinh nghiệm nên khơng tránh khỏi sai sót Mong nhận góp ý thầy để hồn thiện Một lần em xin chân thành cảm ơn giúp đỡ quý thầy trình thực đồ án để em hồn thành luận văn Sinh viên Nguyễn Minh Hoàng TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ - KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA: ĐIỆN CỘNG HÒA Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC BẢNG PHÂN CÔNG KHỐI LƯỢNG THỰC HIỆN CỦA SINH VIÊN CÙNG NHÓM ĐỀ TÀI LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BLDC VỀ VẤN ĐỀ ĐIỀU KHIỂN TRỰC TIẾP MOMEN ỨNG DỤNG TRONG HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN CÔNG NGHIỆP Giảng viên hướng dẫn: TS.TRẦN ĐỨC CHUYỂN Khoa: ĐIỆN Căn Quyết định số 09/QĐ-ĐHKTKTCN ngày 08 tháng 01 năm 2022 Hiệu trưởng Trường Đại học Kinh tế - Kỹ thuật Công nghiệp việc giao nhiệm vụ cho giảng viên hướng dẫn sinh viên đại học quy khóa 12 làm đồ án, luận văn tốt nghiệp STT MSV Họ tên Giới tính Nguyễn Minh Nam Hoàng Ngày sinh Lớp 18104100082 02/12/2000 DHDI12A1HN 1810410001 Nguyễn 25/01/200 DHDI12A1HN Na Tiến m Khươn g Nội dung công việc giao -Nghiên cứu sở lý thuyết điều khiển -Xây dựng hệ thống điều khiển truyền động -Tính tốn, thiết kế hệ truyền động -Mô (xây dựng mô hình Động BLDC điều khiển truyền động) -Kết luận hướng phát triển - Hồn thiện đóng nộp bảo vệ -Tìm hiểu sở lý thuyết điều khiển -Xây dựng hệ thống điều khiển truyền động -Tính tốn, thiết kế hệ truyền động -Mơ (xây dựng mơ hình động BLDC điều khiển truyền động) -Kết luận hướng phát triển - Hồn thiện đóng nộp bảo vệ Hà Nội, ngày 15 tháng 03 năm 2022 Khoa TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ - KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP KHOA ĐIỆN Bộ mơn CỘNG HỒ Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC G BẢNG THEO DÕI TIẾN ĐỘ THỰC HIỆN LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Họ tên SV: Nguyễn Minh Hoàng MSSV: 18104100082 Địa liên lạc: Phật Tích –Tiên Du –Bắc Ninh Lớp: DHDI12A1HN Họ tên CBHD: TS Trần Đức Chuyển Đơn vị: Khoa Điện Tên đề tài LVTN: “NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BLDC VỀ VẤN ĐỀ ĐIỀU KHIỂN TRỰC TIẾP MOMEN ỨNG DỤNG TRONG HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN CÔNG NGHIỆP” Tuần lễ Ngày 10/01/2022 đến 17/02/2022 17/1/2022 đến 23/1/2022 24/1/2022 đến 31/1/2022 Khối lượng Tiếp tục thực Đã thực hiện Nhận đề, phân công nhiệm vụ từ giáo viên Tìm hiểu tổng quan Đề tài LVTN SV nhận tài liệu từ GVHD SV đọc tài liệu SV Tìm hiểu cơng nghệ làm Bản Word gửi GVHD chương 1/2/2022 đến 7/2/ 2022 SV nghiên cứu hệ thống điều khiển động BLDC công nghiệp Viết chương gửi GVHD 8/2/2022 đến 13/2/2022 SV nghiên cứu tính tốn hệ thống truyền động Viết chương gửi GVHD 14/2/2022 đến 20/2/2022 SV Xây dựng hệ thống truyền động sở công nghệ theo yêu cầu toán Viết chương gửi GVHD 21/2/2022 đến 27/2/2022 28/2/2022 đến 7/3/2022 7/3/2022 đến 13/3/2022 Thực viết chương tính tốn xây dựng mơ hình hệ thống truyền động Viết chương gửi GVHD Xây dựng mơ hình mơ Matlab simulink Hồn thiện chương gửi GVHD Thực viết chương mô kết Viết chương gửi GVHD góp ý CBGD ký Kiểm tra kỳ 10 11 12 Đánh giá khối lượng hoàn thành: 50 % Đề nghị tiếp tục/không tiếp tục thực LVTN: Được tiếp tục thực 14/3/2022 đến 20/3/2022 21/3/2022 đến 27/3/2022 27/3/2022 đến 4/4/2022 Xây dựng mơ hình hệ thống mơ kết Hồn thành kết mơ báo cáo viết báo cáo gửi GV HD Hoàn thiện báo cáo Bảo vệ đồ án Ngày tháng năm Thư ký giáo vụ Ngày tháng năm Khoa (Bộ môn) xác nhận MỤC LỤC Cụm từ viết tắt Ý nghĩa BLDC Brushless direct current AC Nguồn xoay chiều DC Nguồn chiều PWM Pulse width modulation SĐĐ Sức điện động IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor CPU Central Processing Unit UART Universal Asynchronous Receiver Transmitter MOSFET Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor CÁC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG STT Nội dung bảng Trang Bảng 1.1: So sánh động BLDC với ĐCMC thơng thường DANH MỤC HÌNH ẢNH ST Tên nội dung hình ảnh T Trang Hình 1.1: Cấu tạo BLDC motor Hình 1.2: Roto Hình 1.3: Mặt cắt ngang loại roto Hình 1.4: Cảm biến Hall thực tế 5 Hình 1.5: Điện áp phản hồi CB Hall lệch pha 600 1200 6 Hình 1.6: Hiệu ứng Hall Hình 1.7: Sơ đồ cấp điện cho cuộn dây Stato Hình 1.8: Mơ hình mạch điện động BLDC 10 11 12 Hình 1.9: BLDC Sơ đồ pha tương đương động Hình 1.10: Sơ đồ khối động BLDC Hình 1.11: Minh họa ngun lí làm việc động BLDC truyền động cực tính Hình 1.12: Thứ tự chuyển mạch chiều quay từ trường Stato 10 10 11 12 12 - Chọn thứ tự lấy mẫu/chuyển đổi thích hợp bit ADCON1 ADCON3 - Xác định kênh S/H xẽ dùng bit ADCON2 ADPCFG - Chọn cách biểu diễn kết chuyển đổi đệm bit ADCON1 - Chọn tốc độ tạo ngắt bit ADCON2 - Xác định cách thức lấy mẫu bit ADCON1 - ADCSS1 Bật module ADC bit ADCON1 Nếu có sử dụng ngắt, cần thiết lập thêm cấu hình cho ngắt A/D Xóa bit ADIF Chọn ưu tiên cho ngắt A/D Các bit ADCS (ADCON3) dùng để thiết lập tốc độ xung clock cho module ADC Giá trị ADCS xác định từ công thức: ADCS = - TAD : thời gian nhận xung FCY : Tần số thạch anh Giá trị chọn ��� không phép nhỏ 83.33 ns e) Module PWM điều khiển động Đối với DSPIC30F4011 PWM tích hợp sẵn với xung đồng đầu chuyên để dùng điều khiển thiết bị là: - Điều khiển động cảm ứng xoay chiều pha Điều khiển động từ trở Điều khiển động BLDC Nguồn lưu điện UPS Để khởi tạo hoạt động module PWM điều khiển động theo trình tự sau: - Xác định thời gian cho chu kỳ xung cách đặt giá trị 15bit vào ghi ngưỡng đếm chu kỳ xung PTPER, theo công thức: 62 PTPER = PTPER : số ghi ghi để xét PWM FCY : Tần số thạch anh FPWM : Tần số xung băm PWM PTMR Prescaler : độ chia Thiết lập chế độ dùng chân PWM ghi PWMCON1 Thiết lập chế độ băm xung ghi OVDCON Đặt giá trị phần trăm băm xung ghi PCDx 3.1.8 Module sạc ắc-quy Hình 3.9: Module sạc ắc-quy Module thiết kế để sạc ắc-quy tự động ngắt bình ắc-quy sạc đầy, với giá trị đặt trước Người dùng kiểm sốt lượng lượng sạc thơng qua led hiển thị điện áp Thông số kỹ thuật: Điện áp đầu vào từ 6-60V Dòng điện đạt giá trị Imax=3A 63 3.1.9 ẮC-QUY(ACCU) a) Khái niệm ACCU ACCU loại nguồn điện hóa học, biến đổi điện thành hóa ngược lại biến đổi hóa thành điện Q trình biến đổi hóa thành điện gọi q trình phóng điện q trình biến đổi điện thành hóa gọi trình nạp điện ACCU nguồn điện chiều sử dụng rộng rãi làm việc dựa tượng điện- hóa học ACCU sản xuất phải đảm bảo tính điện theo qui định - Sức điện động lớn thay đổi phóng, nạp điện - ACCU phải làm việc thuận nghịch nghĩa hiệu suất gần 100% - Điện trở nhỏ - Dung lượng cho đơn vị trọng lượng đơn vị thể tích phải lớn - Tự phóng điện b) Phân loại cấu tạo Ắc-quy Pb O H SO H2 O H SO H2 O 2 Pb Hình 3.10: Mô cực ACCU axit Nếu điểm qua loại ACCU có nhiều cách gọi khác như: ACCU nước, ACCU axit: ACCU axit kiểu hở, ACCU kiểu kín khí, ACCU khơng 64 cần bảo dưỡng, ACCU khô, ACCU GEL, ACCU kiềm…Trên thực tế thường phân biệt thành loại ACCU thông dụng ACCU sử dụng điện môi axit ACCU sử dụng điện mơi kiềm Tuy có hai loại ACCU kiềm gặp nên đa số thị trường ACCU axit Cấu tạo ACCU gồm hai điện cực khác đặt dung dịch điện phân, có màng ngăn cách Do điện điện cực dung dịch khác nên hai điện cực có hiệu điện thế, nối với mạch ngồi sinh dịng điện 3.1.10 Giới thiệu tay ga Hình 3.11: Tay ga xe đạp điện Trên thị trường có nhiều loại tay ga xe đạp điện Tay ga xe đạp điện biến đổi điện áp từ 0V đến 5V, dùng để điều chỉnh tốc độ động cơ, cấu tạo gồm cảm biến Hall tuyến tính nam châm Khi tay ga hoạt động nam châm quét qua cảm biến làm cho cảm biến thay đổi điện áp 65 3.1.11 Tấm pin lượng mặt trời Hình 3.12: Tấm pin lượng mặt trời Để lấy lượng mặt trời ta cần có pin lượng mặt trời Tùy thuộc vào pin đưa dòng điện điện áp Hiện ba pin nối tiếp cho Vout= 54V Iout= 0.67A 3.3: Tính tốn thiết kế 3.3.1 Thiết kế sơ đồ khối 66 Tấm PIN Khối sạc ắc quy Khối cảm biến Hall Khối xử lý trung tâm Khối nguồn ACCU Khối nguồn 5V Khối cảm biến tay ga Khối nguồn 12V Khối kích Mosfet Khối thị Khối cơng suất Hình 3.13: Sơ đồ khối mạch điều khiển xe đạp điện Chức khối: • Khối pin: Dùng pin nối tiếp • Khổi sạc ăc-quy: điều chỉnh điện áp sạc bình ắc-quy tự động ngắt đầy • Khối nguồn ACCU: Dùng để lưu điện áp cung cấp nguồn cho tất khối • Khối nguồn 12V: Dùng để cấp nguồn cho khối kích Mosfet • Khối nguồn 5V: Dùng để cấp nguồn cho khối điều khiển xử lý trung tâm, khối hiển thị, khối, khối cảm biến tay ga, khối cảm biến hall 67 • Khối cảm biến: Xác định vị trí rotor, đưa tín hiệu khối xử lý trung tâm • Khối cảm biến tay ga: Thay đổi mức độ điện áp từ tay ga để đưa khối điều khiển trung tâm • Khối xử lý trung tâm: Nhận mức điện áp từ khối điều khiển tốc độ để thay đổi tốc độ động đồng thời nhận tín hiệu từ cảm biến Hall để điều khiển PWM hoạt động • Khối hiển thị: Hiển thị dòng liệu lên hình • Khối kích Mosfet: Dùng để kích Mosfet • Khối công suất: Điều khiển động pha 3.3.2 Tính tốn thiết kế mạch a) Thiết kế khối xử lý trung tâm VCC VCC R2 220 R3 220 R4 220 D1 D2 D3 LED H1 VCC H2 LED LED H3 KHOI VI DIEU KHIEN Hình 3.14: Khối xử lý trung tâm 68 DSPIC30F4011 hoạt động 25mA 4.7V chân, chọn điện trở kéo lên cho phù hợp, điện trở kéo phải đảm bảo cho CPU hoạt động an toàn tiết kiệm lượng Do dòng cho phép chân I/O vi điều khiển 25mA điện áp chân 4.7V, ta áp dụng định luật Omh với công thức: U = I.R R = = =188 Ω Như vậy, ta chọn điện trở R= 220Ω cho R2, R3, R4 Ta chọn điện trở R1= 10kΩ dùng làm điện trở kéo lên Để vi điều khiển hoạt động nạp code thạch anh phải 20MHz Các tụ lọc C10, C11, C12, C13 ta chọn C = 10.104 pF ( ký hiệu 104) Các tụ lọc C7, C9 ta chọn C = 33pF 69 b) Thiết kế khối kích Mosfet Hình 3.15: Khối kích Mosfet � Opto cách ly HCPL 2631 Ta có: Điện áp chân vi điều khiển Vra = 4.7V Điện áp dòng vào HCPL 2631 Vvào = 3V, Ivào = 10mA Điện trở hạn dòng cho HCPL 2631: R = ��� − ��à� � �à � = − 10 10 − = 170 Ω 70 Ta cần hạn dòng trước đưa tín hiệu vào Opto nên R= 220Ω phù hợp với linh kiện điện trở thị trường nên R1= R2= R5= R6= R9= R10= 220Ω Vout1 Vout2 ngõ có dạng cực thu để hở nên ta cần gắn thêm điện trở kéo lên ngõ Điện trở kéo lên thường nhỏ, R= 100Ω phù hợp với linh kiện điện trở thị trường nên R3= R4= R7= R8= R11= R12= 100Ω Các tụ C1, C4, C7 có giá trị C= 0.1uF thơng số lấy theo nhà sản suất � Khối IC driver: Ta lựa chọn thông số cho khối driver: D1, D2, D3 dùng diot 1N4148 để xả điện áp lúc Mosfet ngắt Các tụ C2, C5, C8 có giá trị C= 10uF thông số lấy theo nhà sản xuất Các tụ C3, C6, C9 có giá trị C= 1uF thông số lấy theo nhà sản xuất c) Thiết kế khối cơng suất Hình 3.16: Khối cơng suất 71 Để điều khiển mạch động xác hơn, thiết kế mạch điều khiển cần phải có thành phần phản hồi dòng điện Đối với dòng điện chiều dùng điện trở Shunt để thực phản hồi từ mạch lực Ta chọn điện trở shunt có R= 100Ω cho điện trở R20, R22, R23, R24, R25, R26 Do điện áp điện trở Shunt bé nên để đưa vào cổng A/D vi xử lý cần có khâu khuyếch đại tín hiệu để tín hiệu vào mạch điều khiển nhận biết Chọn R= 10kΩ điện trở dùng để xả dòng cho Mosfet (lựa chọn theo datasheet) cho điện trở R18, R19, R21 d) Thiết kế khối nguồn 12V kích Mosfet 72 12 V V++ R27 220 4007 R29 K5 D28 R28 5K VOUT ADJ C30 UF VIN D31 LED D32 U7 LM317 D29 4007 4007 C29 0.1 UF Hình 3.17: Khối nguồn 12V Từ biểu thức: � �� �= 1,25.( 1+ ) Ta đặc giá trị ����=12V(giá trị điện áp ta muốn lấy) 73 Lấy giá trị thông số thực tế điện trở thị trường, ta có: R27 = 220 Ω => R28 = 8,6.R27 = 8,6.220 = 1860Ω => chọn biến trở R28 = 5kΩ - D28 D29 có chức xả điện áp ngõ vào ngõ bị ngắn mạch - D32 có chức cho dịng điện qua chóng chiều dòng điện ngược lại Các tụ điện C29= 0.1uF C30= 1uF lựa chọn theo datasheet e) Thiết kế khối nguồn 5V Hình 3.18: Khối nguồn 5V Diode D6 diode ổn áp (tức diode zenner), để bảo vệ điện áp đầu Cuộn cảm L2 dùng để chặn tần số cao qua thường chọn L=100uH Để led sáng ổn định ta chọn giá trị � ��� = 3V, ���� = 10mA Điện trở hạn dòng cho led: R Ta chọn R9 = 220Ω D32 có chức cho dịng điện qua chóng chiều dịng điện ngược lại Các tụ C17, C8 chọn theo datasheet 74 f) Khối hiển thị Hình 3.19: Khối hiển thị LCD 16x02 Khi sản xuất LCD, nhà sản xuất tích hợp chíp điều khiển (HD44780) bên lớp vỏ đưa chân giao tiếp cần thiết Các chân đánh số thứ tự đặt tên hình 3.7 3.3.3.Sơ đồ nguyên lý tồn mạch 75 CHƯƠNG 4: MƠ PHỎNG KẾT QUẢ 76 ... Đức Chuyển Đơn vị: Khoa Điện Tên đề tài LVTN: “NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BLDC VỀ VẤN ĐỀ ĐIỀU KHIỂN TRỰC TIẾP MOMEN ỨNG DỤNG TRONG HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN CÔNG NGHIỆP” Tuần lễ Ngày 10/01/2022... TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BLDC VỀ VẤN ĐỀ ĐIỀU KHIỂN TRỰC TIẾP MOMEN ỨNG DỤNG TRONG HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN CÔNG NGHIỆP Giảng viên hướng dẫn: TS.TRẦN ĐỨC CHUYỂN Khoa: ĐIỆN Căn Quyết... Nội dung công việc giao -Nghiên cứu sở lý thuyết điều khiển -Xây dựng hệ thống điều khiển truyền động -Tính tốn, thiết kế hệ truyền động -Mơ (xây dựng mơ hình Động BLDC điều khiển truyền động)