(TIỂU LUẬN) GHIÊN 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 CƠ BLDC Ngành đào tạo: Công Nghệ Kỹ thuật Điện, Điện tử Mã số ngành: D7510301 Họ tên sinh viên: Trần Khắc Phú Người hướng dẫn khóa luận tốt nghiệp: TS Trần Đức Chuyển Nam Định - 2021 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan kết đạt luận văn sản phẩm em bạn Trần Quốc Trung, 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….tháng.…năm 2021 Người cam đoan Trần Khắc Phú ii 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 Trần Khắc Phú BẢNG THEO DÕI THỰC HIỆN KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Họ tên SV: Trần Khắc Phú Địa liên lạc: Nam Định Họ tên CBHD: TS Trần Đức Chuyển Tên đề tài: Nghiên cứu hệ truyền động điện điều khiển máy giặt sử dụng động BLDC Tuần lễ đến Kiểm tra kỳ đến đến 10 đến 11 đến 12 đến Ngày …… tháng năm 2021 Thư ký giáo vụ v Mục Lục LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ TRUYỀN ĐỘNG MÁY GIẶT SỬ DỤNG ĐỘNG CƠ BLDC……………………………………………………………………………………….2 1.1 Cấu tạo động BLDC 1.1.1 Stato 1.1.2 Roto 1.1.3 Cảm biến xác định vị trí roto 1.2 Nguyên lý hoạt động động BLDC 1.3 Phương trình tốn học động BLDC 1.4 Các hệ truyền động động BLDC 1.4.1 Truyền động khơng đảo chiều 1.4.2 Truyền động có đảo chiều (tru CHƯƠNG 2: SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN BẰNG TÍN HIỆU CẢM BIẾN HALL………………………………………………………………………………… …15 2.1Tổng quan 2.2Phương pháp điều khiển tín hiệu cảm biến Hall-phương pháp bước CHƯƠNG 3: ĐIỀU KHIỂN HỆ TRUYỀN ĐỘNG MÁY GIẶT SỬ DỤNG ĐỘNG CƠ BLDC……………………………………………………………………………… ……24 3.1 Đặt vấn đề 3.2 Giới thiệu vi điều khiển DSPIC30F4011 3.2.1 Ngắt DSPI 3.2.2 Thiết kế mạch 3.2.3 Thiết kế mạch 3.2.4 Viết chương tr CHƯƠNG 4: LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN VÀ THỰC NGHIỆM…………………….….46 4.1 Mơ hình động BLDC 4.1.1 Phần mạch điệ 4.1.2 Phần tính tốn 4.1.3 Khối tạo dạng 4.1.4 Mơ hình ch 4.1.5 Khối Bộ điều k vi 4.1.6 Khối phản hồi tốc độ 51 4.1.7 Khối phản hồi dòng điện 51 4.1.8 Mô mơ hình hồn chỉnh hệ thống điều khiển động BLDC 52 4.1.9 Kết mô hệ thống điều khiển động BLDC 53 4.1.10 Nhận xét kết mô 57 Hình ảnh thực nghiệm 57 Cụm từ viết tắt BLDC AC DC PWM SĐĐ IGBT CPU UART MOSEFT viii DANH MỤC CÁC BẢNG STT Nội dung bảng Bảng 1.1: So sánh động BLDC với ĐC Bảng 2.1: Thứ tự chuyển mạch động c kim đồng hồ Bảng 2.2: Thứ tự chuyển mạch động c kim đồng hồ Bảng 3.1: Phân công địa vào cho cá khiển 46 chế độ cổng vào cho Port thực đọc giá trị cảm biến Hall chọn ché độ phát xung PMW cho đầu theo bảng định sẵn.Tín hiệu phát xung đầu thay đổi cách thay đổi giá trị ba ghi PCDx Sau phát xung ban đầu vi điều khiển thức đọc tín hiệu từ công ADC đặt sẵn thực công việc so sánh giá trị đặt tốc độ động giá trị phản hồi ADC thông qua đầu vào định sẵn Giá trị sai lệch hai giá đặt thực khuếch đại tích phân để đưa giá trị đặt cho điều khiển dịng điện Khi vi điều khiển lấy giá trị đặt dòng điện trừ giá trị phản hồi qua ADC để đưa tín hiệu đặt cho ghi PCDx để thực phát xung mở van cho nghịch lưu Chương trình làm việc có tín hiệu dừng 47 CHƯƠNG : LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN VÀ THỰC NGHIỆM Mơ hình hệ thống điều khiển động tổng quát trình bày Hình 4.1 Hình 4.1 Hệ thống điều khiển động BLDC Mơ hình xây dựng thành khối là: + Khối điều khiển: bao gồm điều chỉnh tốc độ, dòng điện, hạn chế dòng điện, khối tạo dạng dịng điện, khâu điều chế độ rộng xung Tín hiệu vào khối tín hiệu đặt tốc độ, tín hiệu phản hồi dịng điện phản hồi tốc độ Đầu xung điều khiển điều biến độ rộng xung (PWM) + Khối chuyển mạch: gồm bóng MOSFET đấu theo kiểu nghịch lưu nguồn áp Đầu vào xung PWM cấp cho van Đầu khối điện áp pha cấp cho động + Khối động chiều không chổi than: gồm động BLDC cấp điện pha Các giá trị dòng điện pha hay tốc độ thực truyền điều khiển để làm tín hiệu phản hồi 4.1 Mơ hình động BLDC Mơ hình động BLDC bao gồm cuộn dây sator, thiết bị đo dòng điện pha, khâu tính tốn mơmen điện từ, khâu tạo sức phản điện động, khâu quán tính động 48 Hình 4.2 Mơ hình mơ động BLDC 4.1.1 Phần mạch điện Mạch nguyên lý động BLDC xây dựng thành phần điện trở, điện cảm, sức phản điện động Mơ hình mạch nguyên lý tương ứng ghép lại từ pha nối thành mạch hình hình 4.3: Hình 4.3 Mạch nguyên lý động BLDC 49 Phần mạch bao gồm cuộn dây điện trở thành phần cuộn dây stator động thành phần sức phản điện động thể tương tác từ trường rotor từ trường stator Mỗi nhánh pha bao gồm điện trở cuộn dây đấu nối tiếp nối tiếp với nguồn sức phản o điện động Do cuộn dây stator đặt lệch 120 nên tương ứng sức o phản điện động pha lệch 120 Trên nhánh có đặt phần tử Measurement để đo dịng điện pha sau phản hồi điều khiển Đồng thời, dòng điện tham số cho việc tính tốn momen điện từ động 4.1.2 Phần tính tốn momen Hình 4.4 Khâu tính tốn momen Mơ hình thực việc nhân cặp sức phản điện động dòng điện pha tương ứng tính tổng chúng Sau đó, kết nhân với nghịch đảo tốc độ động 4.1.3 Khối tạo dạng sức phản điện động Đối với động BLDC có đặc tính sức phản điện động hình thang nên mơ cho mơ hình động giá trị sức phản điện động động tính tốn từ giá trị thực tế cách dò điểm theo vị trí rotor 50 Hình 4.5 Mơ hình khối tạo dạng sức phản điện động 4.1.4 Mơ hình chuyển mạch điện tử - nghịch lưu nguồn áp Bộ chuyển mạch điện tử có cấu tạo nghịch lưu nguồn áp pha Với nguồn cấp điện chiều 640VDC Trong mơ hình có sử dụng van MOSFET có sẵn thư viện Simulink để xây dựng mơ hình chuyển mạch trình bày sơ đồ hình 4.6 Hình 4.6 Mơ hình chuyển mạch nghịch lưu pha 51 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: 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 52 Hình 4.9 Khối phản hồi dịng điện 4.1.8 Mơ mơ hình hồn chỉnh hệ thống điều khiển động BLDC 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) 53 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: ωđm=120 rad/s Momen định mức Mđm=250N.m Dịng điện định mức: 78 A 54 Hình 4.11 Đặc tính tốc độ động BLDC Hình 4.12 Đặc tính momen điện từ trung bình động BLDC 55 Hình 4.13 Đặc tính dịng điện pha động BLDC 56 Hình 4.14 Đặc tính dịng điện ba pha động BLDC Hình 4.15 Đặc tính sức phản điện động ba pha động BLDC 57 4.1.10 Nhận xét kết mô Từ kết mơ trên, thấy số đặc điểm sau : - Hình dáng dịng điện, sức điện động giống lý thuyết trình bày Biên độ thông số điều khiển gồm tốc độ, dịng điện, mơmen động với tín hiệu đặt Tuy nhiên, độ nhấp nhơ mơmen lớn, tốc độ chưa ổn định mà cịn 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 4.16 Mơ hình thực tế điều khiển hệ thống 58 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 tải kiểm tra tốc độ dịng điện; điện áp; mơ 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 Ở 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 59 KẾT LUẬN Sau khoảng thời gian ngắn thực đề tài tốt nghiệp, với nỗ lực cố gắng thân giúp đỡ tận tình thầy giáo, bạn bè lớp, đến em hoàn thành đề tài tốt nghiệp Trong đề tài em tìm hiểu thực yêu cầu sau: - Tìm hiểu tổng quan động chiều khơng chổi than - Đưa mơ hình tốn phương pháp điều khiển động chiều không chổi than - Tìm hiểu cấu trúc vi điều khiển DSPIC 30F4011 thực điều khiển cho động chiều khơng chổi than - Tìm hiểu phương pháp xây dựng cấu trúc hệ truyền động điện mô hệ truyền động động chiều không chổi than Tuy nhiên thời gian có hạn trình độ thân cịn nhiều hạn chế nên đề tài thực cịn nhiều sơ sót như: điều khiển động qua pha, nghĩa điều khiển pha pha phải khơng đổi Cịn chế độ điều khiển pha ta chưa xét đến được… Em mong nhận bảo, sửa chữa đóng góp ý kiến thầy giáo, bạn lớp để em thực hồn thành đề tài tốt Một em xin chân thành cảm ơn bảo ,hướng dẫn tận tình TS Trần Đức Chuyển , thầy cô khoa, bạn bè lớp giúp đỡ em trình thực đề tài Em xin chân thành cảm ơn! Nam Định,ngày tháng năm 2021 Sinh viên thực Trần Khắc Phú 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bùi Quốc Khánh - Phạm Quốc Hải - Dương Văn Nghi (1999), Điều chỉnh tự động truyền động điện, Nhà xuất Khoa học kĩ thuật [2] GS.TSKH Thân Ngọc Hoàn – TH.S Mai Xuân Minh (2008), Mô động chiều không chổi than, Tạp chí khoa học cơng nghệ Hàng Hải [3] Nguyễn Phùng Quang (1996), Điều khiển động không đồng xoay chiều ba pha, Nhà xuất Khoa học kĩ thuật [4] JianwenShao (2003), Direct Back EMF Detection Method for Sensorless Brushless DC (BLDC) Motor Drives, Virginia Tech University [5] TRANG TÌM KIẾM TÀI LIỆU https://www.google.com.vn [6] Website http://www.dientuvietnam.net [7] Website http://www.webdien.com [8] Website http://vi.wikipedia.org ... tải có tải 23 CHƯƠNG : ĐIỀU KHIỂN HỆ TRUYỀN ĐỘNG MÁY GIẶT SỬ DỤNG ĐỘNG CƠ BLDC 3.1 Đặt vấn đề Để thực điều khiển động BLDC thực điều khiển đóng cắt van biến đổi để cấp điện cho cặp van tương... hoạt động động BLDC 1.3 Phương trình tốn học động BLDC 1.4 Các hệ truyền động động BLDC 1.4.1 Truyền động khơng đảo chiều 1.4.2 Truyền động có đảo chiều (tru CHƯƠNG 2: SỬ DỤNG... thuật mẻ chúng em thực việc nghiên cứu Hệ truyền động điện điều máy giặt sử dụng động BLDC. Do thời gian có hạn nên khó tránh khỏi sai sót mong thầy đóng góp, bảo tạo điều kiện cho em hoàn thành