Chuẩn Đoán Lỗi Cho Động Cơ Điện Một Chiều Không Sử Dụng Chổi Than Sử Dụng Bộ Quan Sát Luenberger.pdf

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐOÀN NGỌC QUANG CHUẨN ĐOÁN LỖI CHO ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KHÔNG SỬ DỤNG CHỔI THAN SỬ DỤNG BỘ QUAN SÁT LUENBERGER LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN[.]

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - ĐỒN NGỌC QUANG CHUẨN ĐỐN LỖI CHO ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KHÔNG SỬ DỤNG CHỔI THAN SỬ DỤNG BỘ QUAN SÁT LUENBERGER LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA Đà Nẵng – Năm 2018 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - ĐỒN NGỌC QUANG CHUẨN ĐỐN LỖI CHO ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KHÔNG SỬ DỤNG CHỔI THAN SỬ DỤNG BỘ QUAN SÁT LUENBERGER Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA Mã số: 8520216 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN LÊ HÒA Đà Nẵng – Năm 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan rằng, luận văn thạc sĩ khoa học “Chuẩn đoán lỗi cho động điện chiều không sử dụng chổi than sử dụng quan sát Luenberger” cơng trình nghiên cứu riêng tơi Những số liệu sử dụng luận văn trung thực rõ nguồn trích dẫn Kết nghiên cứu chưa công bố công trình nghiên cứu từ trước đến Đà Nẵng, ngày 31 tháng 12 năm 2018 Tác giả luận văn Đoàn Ngọc Quang i LỜI CẢM ƠN Luận văn thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành Điều khiển Tự động hóa với đề tài “Chuẩn đốn lỗi cho động điện chiều không sử dụng chổi than sử dụng quan sát Luenberger” kết trình cố gắng không ngừng thân giúp đỡ, động viên khích lệ thầy, bạn bè đồng nghiệp người thân Qua trang viết này, tác giả xin gửi lời cảm ơn tới người giúp đỡ thời gian học tập – nghiên cứu khoa học thời gian vừa qua Tôi xin tỏ lịng kính trọng biết ơn sâu sắc thầy TS Nguyễn Lê Hòa, Trường Đại học Bách Khoa, Đại học Đà Nẵng, dành nhiều thời gian trực tiếp tận tình hướng dẫn giới thiệu tài liệu, thông tin khoa học cần thiết cho luận văn Tôi vô cảm ơn Lãnh đạo trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng, Khoa Điện Bộ môn Tự động hóa tạo điều kiện cho tơi hồn thành tốt cơng việc nghiên cứu khoa học Tôi xin chân thành cảm ơn bạn đồng nghiệp, bạn bè giúp đỡ tơi q trình thực Luận văn Cuối xin chân thành cảm ơn thành viên gia đình cho tơi động lực thời gian để hoàn thiện Luận văn kế hoạch./ Tác giả Đoàn Ngọc Quang ii MỤC LỤC MỤC LỤC .ii TÓM TẮT iv DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT v DANH MỤC BẢNG BIỂU vi DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ vii MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CHẨN ĐOÁN LỖI 1.1 Lỗi chẩn đoán lỗi 1.2 Một số phương pháp phát chẩn đoán lỗi 1.2.1 Phát lỗi phần cứng dự phòng (redundancy hardware) 1.2.2 Phát chẩn đoán lỗi dựa vào tri thức (knowledge based) 1.2.3 Phương pháp phát lỗi dựa vào tín hiệu (signal based) 1.2.4 Phương pháp phát lỗi dựa vào mơ hình (model based) 10 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ BLDC VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẨN ĐOÁN LỖI TRONG ĐỘNG CƠ BLDC 17 2.1 Giới thiệu tổng quan động chiều không chổi than BLDC 17 2.1.1 Cấu tạo-nguyên lý hoạt động 17 2.1.2 Đánh giá ưu nhược điểm 24 2.1.3 Một số lĩnh vực ứng dụng động BLDC 25 2.2 Các lỗi động BLDC phương pháp chẩn đoán lỗi 26 2.2.1 Các lỗi động BLDC 26 2.2.2 Một số phương pháp chẩn đoán cho động điện BLDC 30 CHƯƠNG ỨNG DỤNG BỘ QUAN SÁT LUENBERGER TRONG CHẨN ĐOÁN LỖI CẢM BIẾN ĐỘNG CƠ BLDC 33 3.1 Mơ hình tốn học động chiều khơng chổi than BLDC 33 3.1.1 Mơ hình toán học động DC 33 3.1.2 Mơ hình tốn học động BLDC 35 3.1.3 Mơ hình khơng gian trạng thái động BLDC 36 3.2 Bộ quan sát Luenberger 37 3.2.1 Bộ quan sát ước lượng vòng hở: 38 3.2.2 Bộ quan sát Luenberger 38 iii 3.3 Ứng dụng quan sát Luenberger để phát lỗi động BLDC 40 CHƯƠNG MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 45 4.1 Mô động BLDC 45 4.2 Mô quan sát Luenberger cho động BLDC phát lỗi cảm biến tốc độ động 46 KẾT LUẬN 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO 55 iv TĨM TẮT CHUẨN ĐỐN LỖI CHO ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KHÔNG SỬ DỤNG CHỔI THAN SỬ DỤNG BỘ QUAN SÁT LUENBERGER Học viên: Đoàn Ngọc Quang Chuyên ngành: Điều khiển Tự động hóa Mã số: 8520216 Khóa: K34 Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN Tóm tắt – Phát chẩn đốn lỗi (FDD) có vai trị quan trọng cho hệ thống kỹ thuật ứng dụng công nghiệp Một phương pháp phổ biến Phát Chẩn đốn lỗi dựa vào mơ hình Gần đây, nhiều kỹ thuật chẩn đốn giới thiệu lĩnh vực chẩn đoán lỗi Động điện chiều không chổi than (BLDC) một thành phần hệ thống kỹ thuật ứng dụng điện tử robot Luận văn giới thiệu phương pháp chẩn đoán lỗi thời gian thực cho cảm biến theo phương pháp chẩn đốn dựa vào mơ hình sử dụng quan sát Luenberger áp dụng cho động chiều không chổi than BLDC Các loại lỗi khác động mô hệ thống chẩn đoán hoạt động để phát lỗi Kết thí nghiệm cho thấy khả phát thời gian độ lớn lỗi cảm biến Từ khóa – quan sát Luenberger; phát chẩn đoán lỗi; động BLDC; chẩn đoán lỗi dựa vào mơ hình; lỗi cảm biến FAULT DETECTION FOR BRUSHLESS DIRECT CURRENT MOTOR USING LUENBERGER OBSERVER Abstract - Fault detection and diagnosis (FDD) are very important for engineering systems in industrial applications One of the most popular approaches is model-based fault detection Recently, many techniques have been proposed in the FDD area Brushless Direct Current (BLDC) motor is a main integrated part for engineering systems in several mechatronics and robotics applications This thesis presents online sensor FDD based on the model-based approach using a Luenberger observer and experimental application on a permanent magnet BLDC motor Di erent kinds of faults are simulated on the motor and experiments are performed to detect the faults The experimental results demonstrate the ability of the proposed approach to detect the time and size of the sensor faults Key words – Luenberger observer; fault detection and diagnosis ; BLDC motor; model based; sensor fault v DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT TỪ VIẾT TẮT ARMA ASME TIẾNG ANH AutoRegressive–MovingAverage American Society of TIẾNG VIỆT Mơ hình tự hồi quy bình quân dịch chuyển Hiệp hội kỹ sư Cơ khí Hoa kỳ Mechanical Engineers BLDC Brushless Direct Current Động chiều không chổi than DC Direct Current Dịng điện chiều FD Fault Diagnostics Chẩn đốn lỗi FDD Fault Detection & Diagnostics Phát Chẩn đoán lỗi FFT Fast Fourier Transform Biến đổi Fourier nhanh MIMO Multi Input Multi Output Hệ nhiều đầu vào, nhiều đầu MIT Massachusetts Institute of Viện công nghệ Massachusetts Technology National Aeronautics and Cơ quan Hàng không Không Space Administration gian Hoa Kỳ SIMO Single Input, Multi Output Hệ đầu vào, nhiều đầu SISO Single Input, Single Output Hệ đầu vào, đầu NASA vi DANH MỤC BẢNG BIỂU BẢNG NỘI DUNG TRANG Bảng 1.1 Phát lỗi quan sát 16 Bảng 2.1 Trạng thái cảm biến vị trí, chuyển mạch 25 Bảng 2.2 So sánh động BLDC động chiều DC 28 Bảng 2.3 Tổng hợp phương pháp chẩn đoán lỗi cho động điện 34 Bảng 3.1 Thông số động BLDC hãng MAXON 48 vii DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ HÌNH NỘI DUNG TRANG Hình 1.1 Mơ hình đối tượng chẩn đốn lỗi Hình 1.2 Phương pháp so sánh phần cứng Hình 1.3 Sơ đồ chẩn đốn lỗi dựa vào tín hiệu Hình 1.4 Kiểm tra giới hạn Hình 1.5 Phương pháp chẩn đốn lỗi dựa vào kiểm tra phù hợp Hình 1.6 Phát lỗi với mơ hình tín hiệu Hình 1.7 Các phương pháp phân tích tín hiệu để phát lỗi dựa vào mơ hình tín hiệu 10 Hình 1.8 Sơ đồ hệ thống chẩn đốn lỗi dựa vào mơ hình 10 Hình 1.9 So sánh ngưỡng tín hiệu 11 Hình 1.10 Phát chẩn đốn lỗi dựa vào mơ hình 11 Hình 1.11 a) Hệ SISO; b) Hệ SISO có đo lường trung gian; c) Hệ SIMO; d) Hệ MIMO 12 Hình 1.12 Phân loại lỗi theo thời gian 12 Hình 1.13 Mơ hình lỗi: a) lỗi cộng; b) lỗi nhân 13 Hình 1.14 Phát lỗi với kỹ thuật ước lượng tham số 14 Hình 1.15 Bộ lọc Kalman 16 Hình 2.1 Động DC có chổi than Cơ cấu chổi than-cổ góp 17 Hình 2.2 Cấu tao động BLDC 18 Hình 2.3 Stator động BLDC 18 Hình 2.4 Dạng sóng sức điện động 19 Hình 2.5 Cấu tạo Rotor 19 Hình 2.6 Các dạng Rotor theo cách bố trí nam châm 20 Hình 2.7 Cảm biến vị trí quang học 20 Hình 2.8 Cảm biến Hall 21 Hình 2.9 Chuyển mạch với cơng tắc điện tử 21 Hình 2.10 Thứ tự chuyển mạch cuộn dây stator 22 14 Cực tiểu sai lệch mơ hình Cực tiểu sai lệch đầu Hình 1.14: Phát lỗi với kỹ thuật ước lượng tham số [18] c) Phát lỗi với quan sát trạng thái ước lượng trạng thái Nếu biết tham số đối tượng, quan sát trạng thái hoặc/và quan sát tín hiệu sử dụng để phát lỗi Mơ hình hóa lỗi thể với lỗi cộng fL đầu vào (các lỗi cấu chấp hành lỗi công nghệ) lỗi nhân fM đầu (lỗi sai lệch cảm biến) Phát lỗi với kỹ thuật ước lượng tham số Bảng 1.1 Phát lỗi quan sát [18] Quan sát trạng thái Quan sát biến Mơ hình đối tượng: v(t), n(t): tín hiệu nhiễu; fL, fM : tín hiệu lỗi cộng Phương trình quan sát: Thặng dư: Trong đó: 15 Bộ quan sát trạng thái Các quan sát kinh điển áp dụng lỗi mơ hình hóa theo thay đổi biến trạng thái △xi Với thiết kế đặc biệt ma trận W cho phép tạo thặng dư có cấu trúc Trong trường hợp đối tượng nhiều đầu quan sát nên sử dụng:  Một quan sát kích thích tín hiệu cảm biến: Một quan sát điều khiển tín hiệu cảm biến Các tín hiệu y khác tái dựng so sánh với tín hiệu đo y Nhờ cho phép xác định lỗi cảm biến riêng lẻ  Một nhóm quan sát kích thích tất tín hiệu ra: Một vài quan sát thiết kế cho tín hiệu lỗi định phát phương pháp kiểm định giả thuyết  Một nhóm quan sát kích thích tín hiệu cảm biến: Nghĩa vài quan sát với nhiều tín hiệu cảm biến Giá trị ước lượng tín hiệu y so sánh với giá trị đầu đo Nhờ cho phép phát lỗi nhiều cảm biến e) Bộ quan sát biến đầu Nếu việc tái dựng biến trạng thái x(t) gặp khó khăn ta sử dụng quan sát biến đầu Bằng phép biến đổi tuyến tính để có biến trạng thái ξ (t) Thặng dư r(t) biểu diễn dạng không phụ thuộc biến vào v(t) không phụ thuộc vào trạng thái x(t) thông qua việc xác định ma trận Cξ T2 Khi thặng dư phụ thuộc vào lỗi cộng fL(t) fM(t) Tuy nhiên, tất ma trận mơ hình đối tượng phải biết cách xác f) Ước lượng trạng thái Trong quan sát trạng thái thiết kế cho trạng thái ban đầu x(0) xác định, biến vào u xác định khơng có nhiễu ước lượng trạng thái lọc lối ưu cho trạng thái ban đầu ngẫu nhiên, có nhiễu ngẫu nhiên v đầu vào nhiễu ngẫu nhiên n đầu với hiệp phương sai biết Trong trường hợp tín hiệu liên tục theo thời gian sử dụng lọc Kalman-Bucy tín hiệu rời rạc theo thời gian sử dụng lọc Kalman[18] có mơ sau d) 16 Hình 1.15: Bộ lọc Kalman 17 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ BLDC VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẨN ĐOÁN LỖI TRONG ĐỘNG CƠ BLDC 2.1 Giới thiệu tổng quan động chiều không chổi than BLDC Nhược điểm chủ yếu động điện DC thơng thường có hệ thống cổ gópchổi than (Hình 2.1) nên vận hành tin cậy khơng an tồn mơi trường rung chấn, dễ cháy nổ sinh tia lửa điện Hình 2.1: Động DC có chổi than Cơ cấu chổi than-cổ góp Để tránh nhược điểm máy điện chiều không chổi than BLDC đời, thực chất máy điện chiều có hệ thống đảo chiều dòng điện bán dẫn Loại máy quan tâm việc ứng dụng thay cho hệ điều chỉnh tốc độ Đặc biệt điểm khác biệt hoạt động động BLDC so với động đồng nam châm vĩnh cửu khác đơng BLDC bắt buộc phải có cảm biến vị trí Rotor động hoạt động Nguyên tắc điều khiển động BLDC xác định vị trí Rotor để điều khiển dịng điện vào cuộn dây stator tương ứng, không động tự khởi động hay thay đổi chiều quay Chính ngun tắc điều khiển dựa vào vị trí Rotor nên động BLDC địi hỏi phải có điều khiển chuyên dụng phối hợp với cảm biến Hall để điều khiển động 2.1.1 Cấu tạo-nguyên lý hoạt động a) Cấu tạo động BLDC Động chiều không chổi than BLDC dạng động đồng nhiên động BLDC kích từ loại nam châm vĩnh cửu dán Rotor dùng dòng điện DC ba pha cho dây quấn phần ứng Stator Cũng giống động đồng thông thường, cuộn dây BLDC đặt lệch 1200 điện không gian Stator Các nam châm dán chắn vào thân Rotor làm nhiệm vụ kích từ cho động 18 Hình 2.2 Cấu tạo động BLDC  Stator: Hình 2.3 cho thể hình ảnh stator động BLDC Khác với động chiều thông thường, stator động chiều không chổi than chứa dây quấn phần ứng Dây quấn phần ứng hai pha, ba pha hay nhiều pha thường dây quấn ba pha Dây quấn ba pha có hai sơ đồ nối dây, nối theo hình Y hình tam giác Δ Hình 2.3: Stator động BLDC Stator động BLDC cấu tạo từ thép kỹ thuật điện với cuộn dây đặt khe cắt xung quanh chu vi phía Stator Theo truyền thống cấu tạo stator động BLDC giống cấu tạo động cảm ứng khác Tuy nhiên, bối dây phân bố theo cách khác Hầu hết tất động chiều khơng chổi than có cuộn dây đấu với theo hình hình tam giác Mỗi cuộn dây cấu tạo số lượng bối dây nối liền với Các bối dây đặt khe chúng nối liền để tạo nên cuộn dây Mỗi cuộn dây phân bố chu vi stator theo trình tự thích hợp để tạo nên số chẵn cực Cách bố trí số rãnh stator động khác cho số cực động khác 19 Hình 2.4: Dạng sóng sức điện động Động BLDC có dạng sức phản điện động dạng hình sin dạng hình thang Cũng khác mà tên gọi động khác nhau, động BLDC hình sin động BLDC hình thang Dịng điện pha động tương ứng có dạng hình sin hình thang  Rotor : Rotor nam châm vĩnh cửu gắn vào trục động Ở động yêu cầu quán tính Rotor nhỏ, người ta thường chế tạo trục động có dạng hình trụ rỗng Rotor cấu tạo từ nam châm vĩnh cửu.Số lượng đôi cực dao động từ đến với cực Nam (S) Bắc (N) xếp xen kẽ Hình 2.5: Cấu tạo Rotor Dựa vào yêu cầu mật độ từ trường rotor, chất liệu nam châm thích hợp chọn tương ứng Nam châm Ferrite thường sử dụng Khi công nghệ phát triển, nam châm làm từ hợp kim ngày phổ biến Nam châm Ferrite rẻ mật độ thơng lượng đơn vị thể tích lại thấp Trong đó, vật liệu hợp kim có mật độ từ đơn vị thể tích cao cho phép thu nhỏ kích thước Rotor đạt momen tương tự Do đó, với thể tích, momen Rotor có nam châm hợp kim ln lớn Rotor nam châm Ferrite 20 Hình 2.6: Các dạng Rotor theo cách bố trí nam châm:  Cảm biến vị trí Cảm biến vị trí cho động BLDC có loại sử dụng cảm biến quang học (photo sensor) cảm biến từ trường (Hall sensor) Cảm biến quang học: dựa vào hiệu ứng quang điện Một xoay cắt khuyết 1200 Hình 2.7, gắn với trục quay rotor Các photo transistor gắn stator Số lượng photo transistor với số lượng pha động Thông thường pha Khi phần bị khuyết nằm thẳng hàng với PT1, photo transitor có dịng điện chạy qua PT2 PT3 có dịng nhỏ Có nghĩa pha stator cấp điện Tương tự cho pha lại với cảm biến PT2 PT3 Hình 2.7: Cảm biến vị trí quang học Cảm biến Hall: dựa hiệu ứng vật lý E.H.Hall tìm năm 1879 mơ tả sau: dây dẫn điện đặt từ trường, từ trường tác động lực lên điện tích chuyển động dây điện có khuynh hướng đẩy chúng sang bên dây dẫn Điều dễ hình dung dây dẫn có dạng mỏng Sự tích tụ điện tích bên dây dẫn làm xuất điện áp hai mặt dây dẫn Điện áp có độ lớn tỷ lệ với cường độ từ trường cường độ dòng điện qua dây dẫn 21 Hình 2.8: Cảm biến Hall Việc cấp điện cho động BLDC thời điểm khơng ngẫu nhiên mà phụ thuộc vào vị trí Rotor động đâu để cấp điện cho Vì điều quan trọng cần phải biết vị trí Rotor để tiến tới biết cuộn dây stator cấp điện theo thứ tự cấp điện Vị trí Rotor đo cảm biến sử dụng hiệu ứng Hall đặt ẩn Stator Mỗi cực nam châm Rotor qua khu vực gần cảm biến Hall,các cảm biến gửi tín hiệu cao thấp ứng với cực Bắc cực Nam qua cảm biến Dựa vào tổ hợp tín hiệu từ cảm biến Hall, thứ tự chuyển mạch xác xác định Tín hiệu mà cảm biến Hall nhận dựa hiệu ứng Hall  Bộ chuyển mạch điện tử (Electronic Commutator) Hình 2.9: Chuyển mạch với cơng tắc điện tử Do cấu trúc động chiều khơng chổi than cần có cảm biến vị trí rotor Khi đổi chiều điện tử đảm bảo thay đổi chiều dòng điện dây quấn phần ứng Rotor quay giống vành góp chổi than động chiều thông thường 22 b) Nguyên lý hoạt động Hoạt động động điều khiển dòng điện vào cuôn dây stator theo bước Tại thời điểm có cuộn dây dẫn điện Thứ tự chuyển mạch mơ tả Hình 2.10 Hình 2.10: Thứ tự chuyển mạch cuộn dây stator Giả sử ban đầu cuộn dây A, B cấp điện khóa S1,S4 Theo định luật Faraday, từ trường rotor tương tác với từ trường cuộn dây stator tạo ra, để tạo nên momen quay Momen quay rotor đến vị trí mới, cực rotor đối diện với cực cuộn C, B Khi rotor di chuyển đến vị trí, chuyển mạch chuyển sang khóa S5, S4 Lúc có dịng điện chạy mạch cuộn dây C, B Tuần tự tiếp diễn tùy thuộc vào vị trí rotor Bộ chuyển đổi thực thay đổi 1200 góc quay rotor Tuần tự đóng ngắt S1, S6 – S1, S4 - S5, S4 – S5, S2 - S3, S2 – S3, S6 Tuần tự chuyển mạch, trạng thái đóng ngắt ác van bán dẫn mơ tả cụ thể Bảng 2.1 hình 2.11 Hình 2.11: Mơ tả trình tự chuyển mạch van bán dẫn mạch điều khiển động BLDC pha 23 Bảng 2.1: Bảng trạng thái cảm biến vị trí, chuyển mạch Vị trí cảm biến Pha A Pha B Pha C S1 S2 S3 S4 S5 S6 000 0 0 0 0 001 -1 0 1 010 -1 1 0 011 -1 0 0 100 -1 0 0 101 -1 1 0 0 110 -1 0 0 111 0 0 0 0 Thời điểm chuyển mạch dòng điện thời điểm mà ba tín hiệu cảm biến Hall thay đổi mức logic Trong chu kỳ điện có sáu lần chuyển mức logic ba cảm biến Hall Do trình tự chuyển mạch gọi trình tự chuyển mạch bước Ta quan sát rõ chuyển mạch liên quan vị trí cảm biến Hall, sức điện động dịng điện pha biểu đồ Hình 2.12 Hình 2.12: Trình tự chuyển mạch cảm biến Hall, dạng sóng sức điện động dòng điện pha 24 2.1.2 Đánh giá ưu nhược điểm Ưu điểm: Động DC khơng chổi than BLDC có ưu điểm động đồng nam châm vĩnh cửu như: tỷ lệ momen/qn tính lớn, tỷ lệ cơng suất khối lượng cao Do máy kích từ nam châm vĩnh cửu nên giảm tổn hao đồng sắt Rotor hiệu suất động cao Động kích từ nam châm vĩnh cửu khơng cần chổi than vành trượt nên khơng tốn chi phí bảo trì chổi than Ta thay đổi đặc tính động cách thay đổi đặc tính nam châm kích từ cách bố trí nam châm rotor Hình 2.13: a) Cơ cấu cổ góp chổi than b) Cơ cấu cổ góp điện tử Một số đặc tính bật động BLDC hoạt động:  Mật độ từ thơng khe hở khơng khí lớn  Tỷ lệ công suất/khối lượng máy điện cao  Tỷ lệ momen/qn tính lớn (có thể tăng tốc nhanh)  Vận hành nhẹ nhàng (dao động momen nhỏ) chí tốc độ thấp (để đạt điều khiển vị trí cách xác)  Mơmen điều khiển vị trí khơng  Vận hành tốc độ cao  Có thể tăng tốc giảm tốc thời gian ngắn  Hiệu suất cao  Kết cấu gọn Nhược điểm: Do động kích từ nam châm vĩnh cửu nên chế tạo giá thành cao nam châm vĩnh cửu cao với phát triển công nghệ giá thành nam châm giảm Động BLDC điều khiển điều khiển với điện ngõ dạng xung vuông cảm biến Hall đặt bên động để xác định vị trí rotor Điều làm tăng giá thành đầu tư sử dụng động BLDC Nếu dùng loại nam châm sắt từ chúng dễ từ hóa khả tích từ khơng cao, dễ bị khử từ đặc tính từ nam châm bị giảm tăng nhiệt độ 25 Bảng 2.2 Bảng so sánh động BLDC động chiều DC thông thường Các thông số so sánh Động BLDC Động DC Cấu trúc khí Mạch kích từ nằm Rotor Mạch kích từ nằm Stator Sơ đồ nối dây Ba pha nối Y Δ Nối vòng tròn Đơn giản nối Δ Phương pháp đổi chiều Chuyên mạch điện tử sử dụng Tiếp xúc khí chổi thiết bị bán dẫn than cổ góp transistor,IGBT Phương pháp xác định Sử dụng cảm biến vị trí : phần Tự động xác định chổi than tử Hall, cảm biến quang học vị trí rotor (optical encoder) Đảo chiều dịng kiểu Bộ chuyển mạch Đảo chiều điện tử dựa thông tin từ cảm biến vị trí khí chổi than cổ góp rotor Hiệu suất Cao Trung bình Bảo trì Rất khơng cần bảo trì Định kỳ Tỷ số cơng suất / kích Cao Trung bình thấp cỡ Đặc tính tốc độ / momen Bằng phẳng Tương đối phẳng Đáp ứng động Nhanh Chậm Khả tản nhiệt Tốt Kém: Với động DC, Với BLDC, có cuộn tổn hao nhiệt xuất dây phần ứng phát sinh nhiệt dây quấn stator làm việc rotor Dải điều chỉnh tốc độ Cao Thấp:không bị giới hạn tốc độ mặt khí chổi than cổ góp Nhiễu điện Thấp: khơng có tia lửa điện Cao: có tia lửa điện cổ góp Tuổi thọ Cao: Do khơng có chổi than, Thấp: Mài mịn ma sát chổi than 2.1.3 Một số lĩnh vực ứng dụng động BLDC Sau số lĩnh vực ứng dụng động BLDC thực tế - Công nghiệp hàng không- không gian: Động khơng chổi than BLDC tốt tồn điều kiện môi trường khắc nghiệt so động DC thông thường để đáp ứng yêu cầu cao để 26 hồn thành nhiệm vụ quan trọng Nhờ hoạt động liên tục mà khơng địi hỏi phải bảo trì, động DC khơng chổi than lý tưởng cho việc khám phá không gian, máy bay, vệ tinh - Sản xuất công nhiệp: Động không chổi than làm việc liên tục khoảng mười năm mà khơng cần bảo trì, chúng đặc biệt hữu ích cho điều khiển động cơ, hệ thống hoạt động định vị cho lĩnh vực sản xuất Nhờ độ bền, động không chổi than sử dụng cho loạt công nghiệp sản xuất, bao gồm phát điện, lượng gió, máy hút bụi, nhựa sản xuất thép - Hàng hải: Động khơng chổi than có xếp hạng IP từ 66 trở lên hoạt động nước an tồn, cho phép chúng chạy thuyền, mơtơ nước, xe đẩy hướng chí máy nạp cá tự động máy làm thùng - Y tế: Động không chổi than gia tăng đáng kể ngành y tế Trong môi trường nơi phát tia lửa gây nguy hiểm ảnh hưởng xấu đến thiết bị y tế điện tử nhạy cảm Chúng đặc biệt hữu ích cho thiết bị ngưng thở ngủ, cần đáp Tải FULL (78 trang): https://bit.ly/3dxNfMN ứng tiêu chuẩn mức độ ồn thấp Dự phòng: fb.com/TaiHo123doc.net - Robot Giảm nguy phát tia lửa kết hợp với tốc độ cao khiến BLDC lý tưởng cho thời đại tự động hóa ngày nay, giúp nhà khoa học xây dựng cỗ máy tốt cho tương lai Động không chổi than ngày sử dụng cho máy xúc, chân tay giả, robot dịch vụ - Giao thông Nhiều loại xe chạy điện hybrid sử dụng động không chổi than để chạy trơn tru Xe đạp điện chọn dùng động không chổi than Tương tự vậy, nhiều mơ hình RC chạy điện sử dụng động không chổi than để nâng cao hiệu suất mô-men xoắn cao đến tỷ lệ trọng lượng Nhiều xe tay ga, ván trượt thuyền trang bị động không chổi than 2.2 Các lỗi động BLDC phương pháp chẩn đoán lỗi 2.2.1 Các lỗi động BLDC Các lỗi hay xảy bên động BLDC chia thành loại: Lỗi phần điện, lỗi phần khí lỗi bên ngồi (Hình 2.14) 27 Hình 2.14: Phân loại lỗi động điện Các nguyên nhân gây lỗi động điện: Tải FULL (78 trang): https://bit.ly/3dxNfMN - Quá tuổi thọ Dự phòng: fb.com/TaiHo123doc.net - Cơng suất, điện áp, dịng điện bất thường - Quá tải tải không cân - Cường độ học, động học nhiệt độ cao Hình 2.15 thể thống kê tỷ lệ lỗi động điện thống kê biểu đồ đây[7] Hình 2.15: Tỷ lệ đóng góp lỗi động điện a) Các lỗi phần điện Lỗi phần điện thường gây chất lượng nguồn điện tần số, điện áp Lỗi phần điện phân loại Lỗi cuộn dây stator, rotor, Lỗi chuyển mạch, Lỗi vị trí cảm biến 28 Lỗi cuộn dây stator 38% lỗi động điện lỗi cuộn dây stator [7] Thông thường lỗi cuộn dây stator liên quan đến hỏng cách điện điện áp điện áp kéo dài lực điện động tạo nên dòng điện cuộn dây Và thay đổi nhiệt độ rung động cấu bên tác động từ bên ngồi Có nhiều loại lỗi xảy với cuộn dây stator ngắn mạch Vòng-Vòng (turn to turn), hở pha, ngắn mạch hay đứt mạch biến đổi Ảnh hưởng việc ngắn mạch Vòng-Vòng dẫn đến cân điện kháng cuộn dây stator Điều dẫn đến đối xứng dòng điện pha với điện áp pha với trung tính Kết gây tăng nhiễu suy giảm đặc tính động Hình 2.16: Các loại lỗi cuộn dây stator Lỗi chuyển mạch Bộ chuyển mạch lấy nguồn từ ngồn chiều DC biến đổi để cung cấp cho động BLDC Lỗi chuyển mạch thường chia thành lỗi hở mạch ngắn mạch Lỗi ngắn mạch xảy thường q nhiệt tần số đóng cắt cao tải Mỗi công tắc điện tử mô transistor phi tuyến, thu giá trị cực cao công tắc mở giá trị thấp đóng, để q trình hoạt động bị lỗi, điện trở đại diện cho công tắc bị lỗi đặt mức cao giá trị Hiệu ứng lỗi công tắc nguồn mở mạch thay đổi điện áp đầu cuối tương ứng [11] Lỗi cảm biến vị trí Chuyển mạch điện tử động BLDC phụ thuộc vào việc phát xác vị trí rotor Có hai kỹ thuật điều khiển để xác định vị trí rotor Trong lần đầu tiên, mã hóa quang học sử dụng cho ứng dụng có yêu cầu độ phân giải cao Trong kỹ thuật thứ hai, cảm biến hiệu ứng Hall sử dụng cho ứng dụng tốc độ thấp với yêu cầu độ phân giải thấp [23] 7740332 ... KHOA - ĐỒN NGỌC QUANG CHUẨN ĐỐN LỖI CHO ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KHÔNG SỬ DỤNG CHỔI THAN SỬ DỤNG BỘ QUAN SÁT LUENBERGER Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA Mã số: 8520216 LUẬN... đoán lỗi cho động điện chiều không sử dụng chổi than sử dụng quan sát Luenberger” Mục đích nghiên cứu: Trong khuôn khổ luận văn này, tác giả thiết kế mơ hình quan sát Luenberger để phát lỗi cho. .. loại xe chạy điện hybrid sử dụng động không chổi than để chạy trơn tru Xe đạp điện chọn dùng động không chổi than Tương tự vậy, nhiều mơ hình RC chạy điện sử dụng động không chổi than để nâng