Nghiên cứu hệ truyền động điện điều khiển máy giặt sử dụng động cơ BLDC

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ KỸ THUẬT CƠNG NGHIỆP KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP TÊN ĐỀ TÀI KHĨA LUẬN: Nghiên cứu hệ truyền động điện điều khiển máy giặt sử dụng động BLDC Ngành đào tạo: Công Nghệ Kỹ thuật điện, điện tử Mã số ngành: D7510301 Họ tên sinh viên: TRẦN QUỐC TRUNG Người hướng dẫn đồ án tốt nghiệp: TS TRẦN ĐỨC CHUYỂN Nam Định - 2021 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan kết đạt luận văn sản phẩm em bạn Trần Khắc Phú, không 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 hoàn toàn chịu trách nhiệm cho lời cam đoan Nam Định, ngày 10 tháng năm 2021 Người cam đoan Trung Trần Quốc Trung 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 trình thực đồ án em chưa có nhiều kinh nghiệm nên khơng tránh khỏi sai sót Mong nhận góp ý thầy để hoàn thiện Một lần em xin chân thành cảm ơn giúp đỡ quý thầy trình thực đồ án để em hoàn thành luận văn Sinh viên Trung Trần Quốc Trung TRƯỜNG ĐẠI HỌC CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc KINH TẾ - KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP BỘ MƠN: ĐIỆN CƠNG NGHIỆP BẢNG THEO DÕI THỰC HIỆN KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP Họ tên SV: Trần Quốc Trung MSV: 17204100017 Địa liên lạc: Nam Định Lớp: DHDI11A1ND Họ tên CBHD: TS Trần Đức Chuyển Khoa: Điện Tên đề tài: Nghiên cứu hệ truyền động điện điều khiển máy giặt sử dụng động BLDC Khối lượng Tuần lễ Ngày CBHD ký Đã thực Tiếp tục thực Nhận đề từ GVHD Tổng quan đề tài 20/02/2021 đến 22/02/2021 22/2/2021 đến 24/2/2021 Tổng quan đề tài Tổng quan hệ truyền động điện máy giặt sử dụng BLDC 24/2/2021 đến 27/2/2021 SV Tìm hiểu hệ thống làm chương Bản Word gửi GVHD 27/2/2021 đến 1/3/2021 1/3/2021 đến 5/3/2021 SV nghiên cứu hệ thống điều khiển máy công nghiệp sử dụng động Servo SV nghiên cứu tính tốn hệ thống truyền động 5/3/2021 đến SV Xây dựng hệ thống truyền động Viết chương gửi GVHD Viết chương gửi GVHD Viết chương gửi GVHD 8/3/2021 sở công nghệ theo yêu cầu tốn 8/3/2021 đến 15/3/2021 Tính tốn, xây dựng mạch điều khiển theo mơ hình Viết chương gửi GVHD Đánh giá khối lượng thực : 50% Kiểm tra Đề nghị thực / không tiếp tục thực kỳ LVTN: Tiếp tục 15/3/2021 đến 23/3/2021 SV lập trình mơ đánh giá kết Viết chương 3, gửi GVHD 23/3/2021 đến 30/3/2021 Lắp đặt mơ hình Viết chương chương Bản Word gửi GVHD sửa ktra 10 30/3/2021 đến 7/4/2021 Chạy thử nghiệm kiểm tra sửa chữa sai sót Kiểm tra thực nghiệm mơ hình 11 7/4/2021 đến 15/4/2021 SV tiến hành thực nghiệm mơ hình Hồn thiện tồn đồ án 15/4/2021 SV hoàn thiện báo 12 đến cáo GV HD đóng 5/5/2021 quyển; Nộp Thư ký giáo vụ Ngày .tháng năm 2021 Hoàn thiện viết quyển, silde báo cáo Ngày tháng năm 2021 MỤC LỤC CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN MÁY GIẶT 13 1.1 CẤU TẠO ĐỘNG CƠ BLDC 14 1.1.1 Stato 14 1.1.2 Roto 15 1.1.3 Cảm biến xác định vị trí roto 16 1.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG ĐỘNG CƠ BLDC 18 1.3 ƯU NHƯỢC ĐIỂM ĐỘNG CƠ BLDC 18 1.4 ĐẶC TÍNH ĐỘNG CƠ BLDC 19 1.5 Điều khiển tốc độ động 19 1.5.1 Điều khiển tốc độ sử dụng cảm biến vị trí .21 1.5.2 Điều khiển tốc độ không sử dụng cảm biến .21 CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG .25 2.1 MƠ HÌNH TỐN HỌC 25 2.2 MOMEN ĐIỆN TỪ 27 2.3 MƠ HÌNH TỐN HỌC ĐỘNG CƠ BLDC 28 2.3.1 Phương trình đặc tính động chiều không chổi than 28 2.3.2 Sơ đồ cấu trúc động BLDC 30 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG 32 3.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 32 3.2 GIỚI THIỆU VỀ VI ĐIỀU KHIỂN DSPIC30F4011 33 3.2.1 Ngắt DSPIC30F4011 34 3.2.2 Thiết kế mạch điều khiển động BLDC dùng DSPIC30F4011 42 3.2.3 Thiết kế mạch đệm cho nghịch lưu .47 3.2.4 Viết chương trình điều khiển cho động .50 CHƯƠNG 4: LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN VÀ THỰC NGHIỆM 57 4.1 MƠ HÌNH ĐỘNG CƠ BLDC 57 4.1.1 Phần mạch điện 58 4.1.2 Phần tính tốn momen 59 4.1.3 Khối tạo dạng sức phản điện động 59 4.1.4 Mơ hình chuyển mạch điện tử - nghịch lưu nguồn áp 60 4.1.5 Khối Bộ điều khiển 61 4.1.6 Khối phản hồi tốc độ 61 4.1.7 Khối phản hồi dòng điện 61 4.1.8 Mô mô hình hồn chỉnh hệ thống điều khiển động BLDC .62 4.1.9 Kết mô hệ thống điều khiển động BLDC 63 4.1.10 Nhận xét kết mô 67 4.2 HÌNH ẢNH THỰC NGHIỆM 67 CÁC TỪ VIẾT TẮT Cụm từ viết tắt BLDC Ý nghĩa Brushless Direct Current AC Nguồn điện xoay chiều DC Nguồn điện chiều PWM Pulse Width Modulation CPU Central Processing Unit IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: So sánh động BLDC với ĐCMC thông thường Bảng 3.1: Phân công địa vào cho chân vi điều khiển DANH MỤC HÌNH ẢNH 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 Hình 1.5 Điện áp phản hồi CB Hall lệch pha 600 1200 Hình 1.6 Hiệu ứng Hall Hình 1.7 Nguyên lý hoạt động động Hình 1.8 Đặc tính động Hình 1.9 Sơ đồ điều khiển tốc độ BLDC motor Hình 1.10 Điều khiển tốc độ động phương pháp PWM Hình 1.11 Điều khiển tốc độ động sử dụng CB Hall 10 Hình1.12 Điều khiển tốc độ động khơng sử dụng cảm biến 11 Hình 2.1 Mơ hình mạch điện động BLDC 14 Hình 2.2 Mơ hình thu gọn động BLDC 16 Hình 2.3 Sơ đồ pha tương đương động BLDC 18 Hình 2.4 Sơ đồ khối động BLDC 21 Hình 3.1 Sơ đồ chân linh kiện vi điều khiển DSPIC30F4011 24 4.1.5 Khối Bộ điều khiển Khối Bộ điều khiển bao gồm điều chỉnh tốc độ, điều chỉnh dòng điện, khối tạo dạng dòng điện pha, khối điều chế độ rộng xung Mơ hình khối Bộ điều khiển trình bày hình 4.7: ƯMƯà.lk Hình 4.7 Mơ hình Bộ điều khiển 4.1.6 Khối phản hồi tốc độ Phản hồi tốc độ sử dụng máy phát tốc encoder Hình 4.8 Khối phản hồi tốc độ Đầu vào khối tốc độ thực động cơ, đầu mức điện áp tương ứng để so sánh với tốc độ thực đưa vào điều chỉnh tốc độ 4.1.7 Khối phản hồi dòng điện Cũng điều chỉnh dòng điện, sử dụng phần từ đo dòng pha nên khối phản hồi dịng có hàm truyền đấu song song Transíer Fcn2 Hình 4.9 Khối phản hồi dịng điện 4.1.8 BLDC Mơ mơ hình hồn chỉnh hệ thống điều khiển động Mơ hình hồn chỉnh hệ thống trình bày hình 4.10 Sau xây dựng xong mơ hình hồn chỉnh hệ thống thực cài đặt tham số cho khối để tiến hành mơ Điều kiện mơ phỏng: Tín hiệu đặt tốc độ = 5.5528 tương ứng với giá trị tốc độ định mức 1150 vịng/phút Thời gian mơ 5(s) Hình 4.10 Mơ hình hồn chỉnh hệ thống điều khiển động BLDC 4.1.9 Kết mô hệ thống điều khiển động BLDC Phần trình bày số kết mơ hệ điều khiển động BLDC chế độ định mức Tốc độ đặt: (,'.)đlll 120 rad/s Momen định mức Mđm=250N.m Dịng điện định mức: 78 A Hình 4.11 Đặc tính tốc độ động BLDC Hình 4.12 Đặc tính momen điện từ trung bình động BLDC Hình 4.13 Đặc tính dịng điện pha động BLDC Suc phan dien dong-EMF(V) Hình 4.14 Đặc tính dịng điện ba pha động BLDC Hình 4.15 Đặc tính sức phản điện động ba pha động BLDC 4.1.10 Nhận xét kết mô Từ kết mô trên, thấy số đặc điểm sau : - Hình dáng dịng điện, sức điện động giống lý thuyết trình bày Biên độ thơng số điều khiển gồm tốc độ, dịng điện, mơmen động với tín hiệu đặt - Tuy nhiên, độ nhấp nhơ mơmen cịn lớn, tốc độ chưa ổn định mà dao động quanh giá trị cân bằng, nhược điểm động BLDC nhiều nhà khoa học tìm cách giải 4.2 HÌNH ẢNH THỰC NGHIỆM Hình 4.15 Mạch điều khiển động BLDC Hình 4.16 Mơ hình thực tế Khởi động động BLDC, cấp nguồn cho mạch điều khiển động Tốc độ quay động phụ thuộc vào tín hiệu đặt mạch điều khiển, ta thay đổi tốc độ động qua núm vặn để điều khiển mức tín hiệu xung điều khiển tương ứng với tốc độ nhanh hay chậm động BLDC Khi ta nhấn nút tạo tải, nghĩa động chiều quay làm thay đổi tốc độ động BLDC, ta kiểm tra đo giá trị tốc độ; dòng điện điện áp hệ thống, tốc độ động BLDC bị thay đổi chậm lại phải kéo theo động chiều Vì mơ hình thực nghiệm minh chứng trình điều khiển làm việc động BLDC khơng có tải kiểm tra tốc độ dịng điện; điện áp; mô men làm việc động Hơn có tải động BLDC hoạt động tốt với giá trị dịng điện mơ men điều khiển cân ổn định Việc làm cần phải có máy đo lường số kiểm chứng Ớ chúng em đo tốc độ động thông qua máy đo tốc độ (khi đưa đồng hồ đo tốc độ cầm tay- máy đo xạ điện tử; dí vào trục động cơ) thấy có tải khơng tải tốc độ động giữ ổn định 8 ... LÝ HOẠT ĐỘNG ĐỘNG CƠ BLDC 18 1.3 ƯU NHƯỢC ĐIỂM ĐỘNG CƠ BLDC 18 1.4 ĐẶC TÍNH ĐỘNG CƠ BLDC 19 1.5 Điều khiển tốc độ động 19 1.5.1 Điều khiển tốc độ sử dụng cảm... quan hệ truyền động điện máy giặt sử dụng BLDC 24/2/2021 đến 27/2/2021 SV Tìm hiểu hệ thống làm chương Bản Word gửi GVHD 27/2/2021 đến 1/3/2021 1/3/2021 đến 5/3/2021 SV nghiên cứu hệ thống điều khiển. .. mạch vịng hở điều khiển động 42 BLDC Hình 3.15 Lưu đồ chương trình mạch vịng kín điều khiển động 43 BLDC Hình 4.1 Hệ thống điều khiển động BLDC 45 Hình 4.2 Mơ hình mơ động BLDC 46