Phương pháp điều khiển trực tiếp momen (dtc) áp dụng cho động cơ không đồng bộ ba pha

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỀ KỸ THUẠT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TRỰC TIẾP MOMEN (DTC) ÁP DỤNG CHO ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA GVHD: TS NGUYỄN NHÂN BỔN SVTH: PHAN HOÀI PHONG SKL009889 Tp Hồ Chí Minh, tháng 1/2023 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TRỰC TIẾP MOMEN (DTC) ÁP DỤNG CHO ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA GVHD: TS NGUYỄN NHÂN BỔN SVTH: PHAN HỒI PHONG MSSV: 18142178 Tp.Hồ Chí Minh, tháng năm 2023 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc *** -Tp.Hồ Chí Minh, ngày 28 tháng 12 năm 2022 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Phan Hồi Phong MSSV:18142178 Ngành: Cơng nghệ kỹ thuật Điện - Điện Tử Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Nhân Bổn Ngày nhận đề tài: …/10/2022 SĐT:0903871443 Ngày nộp đề tài: …/12/2022 I TÊN ĐỀ TÀI: PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TRỰC TIẾP MOMEN (DTC) ÁP DỤNG CHO ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA II NHIỆM VỤ: Các số liệu ban đầu: - Nhìn nhận tính cấp thiết vai trị quan trọng việc điều khiển động không đồng ba pha - Tiến hành tìm hiểu, nghiên cứu tài liệu, mơ hình liên quan tới đề tài để so sánh, cải tiến - Nghiên cứu ứng dụng động không đồng ba pha công nghiệp Nội dung thực hiện: - Sử dụng phần mềm Matlab/Simulink để mô phương pháp điều khiển trực tiếp momen (DTC) áp dụng cho động không đồng ba pha - Thiết kế thi cơng mơ hình động - Đo đạc thơng số q trình điều khiển động Sản phẩm: TRƯỞNG NGÀNH GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN i CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh Phúc ******* PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN Họ tên Sinh viên: Phan Hoài Phong MSSV: 18142178 Ngành: Công nghệ kỹ thuật Điện – Điện tử Tên đề tài: Phương pháp điều khiển trực tiếp momen (DTC) áp dụng cho động không đồng ba pha Họ tên Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Nhân Bổn NHẬN XÉT Về nội dung đề tài khối lượng thực hiện: ….…………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… Ưu điểm: ….…………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… Khuyết điểm: ….……………………………………………………………………………… ….……………………………………………………………………………… Đề nghị cho bảo vệ hay không?……….……………………………………… Đánh giá loại: ………………………………………………………………… Điểm số:…………………(Bằng chữ: ……………… ) Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2022 GV HƯỚNG DẪN ii CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh Phúc ******* PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN Họ tên Sinh viên: Phan Hoài Phong MSSV: 18142178 Ngành: Công nghệ kỹ thuật Điện – Điện tử Tên đề tài: Phương pháp điều khiển trực tiếp momen (DTC) áp dụng cho động không đồng ba pha Họ tên Giảng viên phản biện: …………………………………………………… NHẬN XÉT Về nội dung đề tài khối lượng thực hiện: ….…………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Ưu điểm: ….…………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Khuyết điểm: ….…………………………………………………………………………………… ….…………………………………………………………………………………… Đề nghị cho bảo vệ hay không? Câu hỏi phản biện: Điểm số:…………………(Bằng chữ: ………………… ) Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2022 GV PHẢN BIỆN (Ký ghi rõ họ tên) iii TRƯỜNG ĐH SPKT TP HỒ CHÍ MINH CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ VIỆT NAM BỘ MÔN ĐIỆN CÔNG NGHIỆP ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC o0o LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên Sinh viên: Phan Hoài Phong MSSV: 18142178 Lớp: 18142CL3A Ngành: Công nghệ kỹ thuật Điện – Điện tử Tên đề tài: Phương pháp điều khiển trực tiếp momen (DTC) áp dụng cho động không đồng ba pha Tuần Nội dung Tuần Gặp GVHD nhận đề tài đồ án tốt nghiệp Tuần Viết đề cương Tuần 3, 4, Mô Matlab/Simulink Tuần 6, 7, 8, 9, 10 Thiết kế thi cơng mơ hình Kiểm tra hoạt động hệ thống Đo đạc thông số thực nghiệm Viết báo cáo hoàn chỉnh Tuần 11, 12 Tuần 13, 14 Tuần 15, 16 Xác nhận GVHD GV HƯỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) iv LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn bày tỏ lòng sâu sắc đến: Thầy Nguyễn Nhân Bổn thầy Nguyễn Vinh Quan, người tận tâm, nhiệt tình giúp đỡ, hướng dẫn tạo điều kiện tài liệu, thiết bị môi trường cho em suốt thời gian nghiện cứu, thực đồ án tốt nghiệp Các thầy, cô giáo khoa Điện - Điện tử tận tâm nhiệt tình bảo truyển thụ kiến thức vô giá cho em suốt thời gian học đại học Em gửi lời cảm ơn đến bạn lớp chia trao đổi kiến thức kinh nghiệm quý giá thời gian em thực đề tài Xin chân thành cảm ơn! Người thực đề tài Phan Hoài Phong v LỜI CAM ĐOAN Em xin cam kết tất kết số liệu mô thực nghiệm thân em thực lấy kết hướng dẫn TS Nguyễn Nhân Bổn TS Nguyễn Vinh Quan Nội dung đồ án thân chung em biên soạn, có tham khảo tài liệu điều có trích dẫn Em xin chịu trách nhiệm trước nhà trường pháp luật nội dung, số liệu kết đồ án nguỵ đoạ văn người khác Người thực đề tài Phan Hồi Phong vi TĨM TẮT ĐỒ ÁN Đề tài đồ án: “ Phương pháp điều khiển trực tiếp momen (DTC) áp dụng cho động không đồng ba pha ” Nội dung đồ án sau: - Thiết lập mơ hình thuật tốn động không đồng đưa dạng để áp dụng luật điều khiển trực tiếp momen (DTC) - Bộ điều khiển trực tiếp momen kết hợp với nghịch lưu bậc - Sử dụng phần mềm Matlab/Simulink để mô việc điều khiển hệ thống - Tiến hành thực nghiệm chạy mơ hình thực tế để đánh giá chất lượng điều khiển so sánh với kết mô phần lý thuyết vii MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN ii PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN iii LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP iv LỜI CẢM ƠN v LỜI CAM ĐOAN vi TÓM TẮT ĐỒ ÁN vii MỤC LỤC viii DANH MỤC BẢNG BIỂU .xi DANH MỤC HÌNH ẢNH xii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT xiv CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1: Đặt vấn đề: 1.2: Mục tiêu nghiên cứu: 1.3: Nhiệm vụ: 1.4: Phương pháp nghiên cứu: 1.5: Phạm vi nghiên cứu: 1.6: Bố cục đề tài: CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 2.1: Định nghĩa: 2.2: Cấu tạo: 2.2.1: Stator: 2.2.2: Rotor: 2.3: Ưu điểm: 2.4: Nhược điểm: viii Động vừa khởi động momen khoảng 0.8 N.m thời gian 0.1 giây Sau momen bám theo giá trị momen đặt thời gian xác lập 0.1 giây, có độ vọt lố thời điểm momen thay đổi (từ giây đến giây), sau giây độ vọt lố momen cao Tại thời điểm đến giây tốc độ cực tiểu rad/s dòng điện ba pha lớn 5.3A Dòng điện ba pha thay đổi theo tốc độ động cơ, tốc độ nhỏ dịng điện lớn  Chế độ momen đặt Tm thay đổi: Hình 5.5: Từ thơng Fir, tốc độ Wr, momen TL dịng điện động I Từ hình ta thấy: Từ thông động đạt yêu cầu bám sát theo giá trị từ thông đặt Wb với thời gian xác lập khoảng 0.5 giây, có độ vọt lố từ 4.4 giây đến 5.1 giây Tốc độ động đạt yêu cầu bám theo tốc độ đặt có giá trị cao 150 rad/s (0 giây) đến tốc độ đặt có giá trị thấp rad/s (4 giây) với thời gian xác lập nhanh 0.2 giây, có độ vọt lố 33 Động vừa khởi động momen khoảng 0.8 N.m thời gian 0.1 giây Sau momen bám theo giá trị momen đặt thời gian xác lập 0.1 giây, có độ vọt lố thời điểm momen thay đổi (từ giây đến giây) Tại thời điểm đến giây tốc độ rad/s dòng điện ba pha lớn 5.1A Dòng điện ba pha thay đổi theo tốc độ động cơ, tốc độ nhỏ dịng điện lớn 5.1.2.2: Kết mô chế độ POD:  Thông số động RS=0.087 Ω: Hình 5.6: Điện áp dây Vab, điện áp pha Van điện áp common - mode Vcm Từ hình ta thấy: Điện áp dây Vab dao động từ -220V đến 220V, điện áp pha Van dao động từ -110V đến 110V điện áp common - mode Vcm biến thiên khoảng ± 37𝑉  Chế độ momen Tm khơng thay đổi: 34 Hình 5.7: Từ thơng Fir, tốc độ Wr, momen TL dịng điện động I Từ hình ta thấy: Từ thơng động đạt yêu cầu bám sát theo giá trị từ thông đặt Wb với thời gian xác lập khoảng 0.5 giây Tốc độ động đạt yêu cầu bám theo tốc độ đặt có giá trị cao 150 rad/s đến tốc độ đặt có giá trị thấp rad/s với thời gian xác lập nhanh 0.2 giây, không vọt lố không sai số tĩnh Động vừa khởi động momen khoảng 1.5 N.m thời gian 0.1 giây Sau momen bám theo giá trị momen đặt thời gian xác lập 0.1 giây, có độ vọt lố momen thay đổi Tại thời điểm đến giây tốc độ 150 rad/s dòng điện ba pha 2.3A Tại thời điểm đến giây tốc độ 100 rad/s dòng điện ba pha 3.9A Tại thời điểm đến giây tốc độ 70 rad/s dòng điện ba pha 4.4A Tại thời điểm đến giây tốc độ rad/s dịng 35 điện ba pha lớn 6A Vì vậy, dòng điện ba pha thay đổi theo tốc độ động cơ, tốc độ nhỏ dịng điện lớn  Chế độ momen đặt Tm thay đổi: Hình 5.8: Từ thông Fir, tốc độ Wr, momen TL dịng điện động I Từ hình ta thấy: Từ thông động đạt yêu cầu bám sát theo giá trị từ thông đặt Wb với thời gian xác lập khoảng 0.5 giây Tốc độ động đạt yêu cầu bám theo tốc độ đặt có giá trị cao 150 rad/s đến tốc độ đặt có giá trị thấp rad/s với thời gian xác lập nhanh 0.2 giây, không vọt lố không sai số tĩnh Động vừa khởi động momen khoảng 1.5 N.m thời gian 0.1 giây Sau momen bám theo giá trị momen đặt thời gian xác lập 0.1 giây, có độ vọt lố thời điểm momen thay đổi 36 Tại thời điểm đến giây tốc độ 150 rad/s dòng điện ba pha 2.2A Tại thời điểm đến giây tốc độ 100 rad/s dòng điện ba pha 2.9A Tại thời điểm đến giây tốc độ 70 rad/s dòng điện ba pha 3.4A Tại thời điểm đến giây tốc độ rad/s dòng điện ba pha lớn 5.3A Vì vậy, dịng điện ba pha thay đổi theo tốc độ động cơ, tốc độ nhỏ dịng điện lớn 5.2: Thực nghiệm: Sơ đồ khối: Hình 5.9: Sơ đồ khối mơ hình thực nghiệm Mơ hình thực nghiệm: Hình 5.10: Mơ hình thực nghiệm hồn chỉnh 37 Mơ hình thực nghiệm hồn chỉnh gồm khối sau: Hình 5.11: Động khơng đồng ba pha, Encoder thiết bị tạo tải Hình 5.12: Variac 38 Hình 5.13: Bộ nghịch lưu bậc Hình 5.14: Bộ kit F28379d Khảo sát điện áp pha dòng điện cấp tốc độ 150 rad/s, 100 rad/s 80 rad/s có tải (3 N.m):  Tốc độ 150 rad/s: 39 Hình 5.15: Điện áp pha tốc độ 150 rad/s Hình 5.16: Dịng điện tốc độ 150 rad/s 40 Hình 5.17: Thơng số W*r, Wr kit F28379d tốc độ 150 rad/s Từ hình ta thấy: Điện áp pha Van dao động khoảng từ -120 V đến +120 V, sai số tĩnh vọt lố Dịng điện dạng hình sin dao động khoảng từ -1.1 A đến +1.1 A, có độ nhiễu Tốc độ động ( W*r) gần tốc độ đặt (Wr)  Tốc độ 100 rad/s: Hình 5.18: Điện áp pha tốc độ 100 rad/s 41 Hình 5.19: Điện áp pha tốc độ 100 rad/s Hình 5.20: Thơng số W*r, Wr kit F28379d tốc độ 100 rad/s Từ hình ta thấy: Điện áp pha Van dao động khoảng từ -110 V đến +110 V, khơng có sai số tĩnh vọt lố Dịng điện dạng hình sin dao động khoảng từ -1.3 A đến +1.3 A, có độ gây nhiễu  Tốc độ 80 rad/s: 42 Hình 5.21: Điện áp pha tốc độ 80 rad/s Hình 5.22: Dịng điện tốc độ 80 rad/s 43 Hình 5.23: Thông số W*r, Wr kit F28379d tốc độ 80 rad/s Từ hình ta thấy: Điện áp pha Van dao động khoảng từ -100 V đến +100 V, khơng có sai số tĩnh vọt lố Dịng điện dạng hình sin dao động khoảng từ -1.4 A đến +1.4 A, có độ gây nhiễu Nhận xét kết thực nghiệm: Qua kết mô thực nghiệm điều khiển trực tiếp momen cho kết tương đối tốt gần giống với lý thuyết Tốc độ động bám theo tốc độ đặt Còn biên độ điện áp pha dòng điện có sai lệch chấp nhận linh kiện ngồi thực tế khơng thể đạt trạng thái thông số lý tưởng mô Matlab/Simulink Dịng điện có gây nhiễu ảnh hưởng nhiễu từ lưới điện bên từ nghịch lưu bậc,… 44 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN TRONG TƯƠNG LAI 6.1: Kết luận: Sau thời gian tìm hiểu nghiên cứu đề tài em hồn thành mơ hình điều khiển DTC cho động không đồng ba pha Các cơng việc hồn thành: - Xây dựng mơ hình điều khiển DTC Matlab/Simulink - Kết nối thành cơng mơ hình thực nghiệm - Kết đề tài hoàn thành yêu cầu giải thuật đặt ra, mơ hình hoạt động ổn định kết mơ thực nghiệm gần giống với kết lý thuyết Ưu điểm: - Mơ hình điều khiển đảm bảo tốc độ bám theo giá trị tốc độ đặt với thời gian nhanh chóng - Tốc độ qua sát trực tiếp từ kit F28379d - Không sử dụng điều khiển dòng điện - Thời gian tác động nhanh 6.2: Hạn chế: Sai số gây người đọc kết dao động ký Các sai số thiết bị đo ảnh hưởng đến tính xác kết Còn xuất gây nhiễu 6.3: Hướng nghiên cứu phát triễn tương lai: Nghiên cứu xây dựng mơ hình có kích thước nhỏ giúp đáp ứng tiện lợi công việc ngành điện Nghiên cứu thử nghiệm nâng cao số sóng bậc điện áp Nghiên cứu xây dựng mơ hình với công suất lớn đáp ứng nhu cầu công việc 45 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Quang Thọ, Truyền động điện tự động, nhà xuất đại học quốc gia thành phố Hồ Chí Minh, 2020 [2] Nghiên cứu kỹ thuật điều chế độ rộng xung điều khiển tối ưu nghịch lưu đa bậc.Tp Hồ Chí Minh: ĐHQG Tp Hồ Chí Minh - Đại học Bách Khoa, 2014 [3] Radu Bojoi, Francesco Farina, Giovanni Griva, Francesco Profumo, Senior Member, IEEE, and Alberto Tenconi, Member, IEEE; “Direct Torque Control for Dual Three-Phase Induction Motor Drives”, IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRY APPLICATIONS, VOL 41, NO 6, NOVEMBER/DECEMBER 2005 [4] Siva Ganesh Malla and Jagan Mohana Rao Malla, “Direct Torque Control of Induction Motor with Fuzzy Controller:A Review”, International Journal of Emerging Trends in Electrical and Electronics Vol.10, Issue.3, April-2014 [5] Ton Duc Do, Member, IEEE, Han Ho Choi, Member, IEEE, and Jin-Woo Jung, Member, IEEE; “Nonlinear Optimal DTC Design and Stability Analysis for Interior Permanent Magnet Synchronous Motor Drives”, IEEE/ASME TRANSACTIONS ON MECHATRONICS, VOL 20, NO 6, DECEMBER 2015 [6] Pradyumna Ranjan Ghosh, Anandarup Das, G.Bhuvaneswari Department of Electrical Engineering, IIT Delhi India; “Comparative Analysis of Sensorless DTC schemes for a Synchronous Reluctance Motor Drive”, 978-1-5386-9316-2/18/2018 IEEE [7] Mayuri S.Patil, Rameshwari Medhane, Prof S.S.Dhamal; “Comparative Analysis of Various DTC Control Techniques on BLDC Motor for Electric Vehicle”, IEEE 7th International Conference on Smart Structures and Systems ICSSS 2020 46 S K L 0