Cựng với sự phỏt triển của cụng nghệ bỏn dẫn, cỏc bộ điều khiển vi xử lý tốc độ tớnh toỏn cao là sự ra đời của cỏc thiết bị biến tần càng làm cho động cơ khụng đụng bộ ba pha đỏp ứng đượ
bộ giáo dục đào tạo TRƯờNG ĐạI HọC bách khoa Hà Nội đỗ huy hoàng thiết kế biến tần nguồn áp cho động không đồng xoay chiều ba pha Luận văn thạc sĩ khoa học ngành: ®iỊu khiĨn vµ tù ®éng hãa Hµ Néi - 2008 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17057205233171000000 Trang giáo dục đào tạo TRƯờNG ĐạI HọC bách khoa Hà Nội đỗ huy hoàng thiết kế biến tần nguồn áp cho động không đồng xoay chiều ba pha Chuyên ngành: điều khiển tự động hóa Luận văn thạc sĩ khoa học Ngời híng dÉn khoa häc: ts vâ minh chÝnh Hµ Néi - 2008 Trang LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan kết nghiên cứu luận văn kết nghiên cứu cá nhân, không chép từ nguồn tài liệu khác Trang TÓM TẮT NỘI DUNG BẢN LUẬN VĂN Cùng với phát triển kỹ thuật chế tạo kỹ thuật điện tử bán dẫn, kỹ thuật vi điều khiển, kỹ thuật xử lý tín hiệu số, động không đồng ba pha ứng dụng hầu hết nơi công nghiệp thay dần cho động chiều Đặc biệt với kết hợp với biến tần, hệ truyền động biến tần – động chấp nhận hệ truyền động yêu cầu chất lượng cao Có nhiều thuật toán điều khiển đại dựa nguyên lý thay đổi tần số nguồn cấp Nội dung luận văn vào phân tích hệ biến tần nguồn áp sử dụng luật điều khiển U/f = const Ưu điểm biến tần cho phép điện áp đầu chất lượng tốt, chứa thành phần sóng hài bậc cao sử dụng kỹ thuật điều chế độ rộng xung Hai phương pháp điều chế độ rộng xung tiêu biểu điều chế sin PWM điều chế vectơ không gian So sánh với Sin PWM, điều chế vectơ khơng gian PWM có đặc điểm trội hẳn cho chất lượng điện áp đầu cao, cấu trúc hệ điều khiển đơn giản phù hợp hệ điều khiển số Hệ biến tần nguồn áp xây dựng dựa mơ hình biến tần gián tiếp sử dụng kỹ thuật điều chế vectơ không gian Hệ điều khiển sử dụng vi điều khiển dsPIC30F4011 thực tính tốn, điều khiển đóng mở van IGBT biến tần Đây vi xử lý mạnh 16 bit tích hợp sẵn chức điều khiển PWM, chức ADC, tốc độ xử lý nhanh phù hợp với u cầu tính tốn Kết thử nghiệm cho thấy dạng điện áp có dạng hình sine vng, dạng sóng dịng điện có dạng sin Có thể nhận xét tính đắn lý thuyết chất lượng tín hiệu điện áp ra, thành phần bậc cao gần ít, động hoạt động ổn định Nội dung luận văn sâu vào nghiên cứu lý thuyết để làm sáng rõ thêm nội dung đồng thời phần xây dựng thực nghiệm gợi mở thêm hướng phát triển nghiên cứu hệ truyền động biến tần chất lượng cao Trang ABTRACT On the developing of manufacturing technical, power electronic devices, programabe controllers and digital signal processing, AC three – phase Induction motor is used in many aplication in industry to replace DC motor Especilly, when AC motor is used with inverter, it is accepted in high quality motion There are many law to control inverter base on frequency – changing technical Score of this thesis is sudy about voltage source inverter with U/f = const law control Quality of output voltage is good High frequency harmonic is less Now adays, every inverter uses PWM technical to invert DC voltage to AC voltage There are two typical PWM methods, SPWM and Space vector PWM Space vector PWM is more remakable because of many good characterics, form with digital control system so voltage inverter system in this thesis use Spave vector PWM tecnical combine with dsPIC30F4011 microcontroller to cacualtion and control IGBT devices This is 16bit microcontroller which combine PWM output, ADCs and has a high speed caculation It is formed with requirement The result of output voltage is good, the shape of output voltage is square sine wave, the shape of output current is sine wave So we can find the correction of control theory Score of this thesis is study theory of voltage inverter and build practice system and open a new ideal to study and develope high quality speed control system I want to say thankfull to my teacher : Dr Vo Minh Chinh, my parents, my classmate who help me all the time to finish this thesis Trang MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ - ĐỒ THỊ LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG 1:ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA 11 1.1 Giới thiệu chung 11 1.1.2 Nguyên lý hoạt động 13 1.1.3 Đặc tính động khơng đồng 14 1.1.4 Mơ hình vectơ không gian động không đồng ba pha 15 1.2 Hệ truyền động động không đồng xoay chiều ba pha 18 1.3 Điều chỉnh tốc độ động không đồng cách thay đổi tần số nguồn cấp 19 1.3.1 Nguyên lý điều chỉnh tốc độ cách thay đổi tần số nguồn cấp 20 1.3.2 Phương pháp điều khiển vô hướng 21 CHƯƠNG 2:HỆ TRUYỀN ĐỘNG BIẾN TẦN – ĐỘNG CƠ 28 2.1 Hệ biến tần bán dẫn 28 2.2 Kỹ thuật điều chế độ rộng xung PWM: 29 2.2.1 Điều chế Sin PWM 30 2.2.2 Điều chế vectơ không gian PWM 33 2.2.3 So sánh phương pháp PWM thông thường PWM điều chế vectơ không gian 39 2.4 Xây dựng cấu trúc hệ biến tần – động 40 CHƯƠNG : THIẾT KẾ TÍNH CHỌN CÁC VAN ĐỘNG LỰC CHO BỘ BIẾN TẦN NGUỒN ÁP 43 3.1 Yêu cầu chung : 43 Trang 3.2 Sơ đồ mạch lực 43 3.2.1 Tính chọn van cho biến tần: 44 CHƯƠNG : THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN BIẾN TẦN CHO ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA 47 4.1 Khái quát chung điều khiển tín hiệu số dsPIC30F4011 47 4.2 Tính chọn thiết bị phụ trợ mạch điều khiển 59 4.2.1 Tính chọn mạch cách ly: 59 4.2.2 Mạch đệm đóng mở IGBT : 59 4.2.3 Mạch đo lường điện áp chiều 59 CHƯƠNG : GIẢI THUẬT CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 61 5.1 Giải thuật chương trình điều khiển 61 5.1.1 Giải thuật chương trình chính: 61 5.2 Giải thích giải thuật chương trình chương trình 64 5.2.1 Chương trình 64 5.2.2.Khối ngắt ADC: 64 5.3 Kết thực nghiệm 65 Trang DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ - ĐỒ THỊ Hình 1.1 Mơ hình động không đồng ba pha 13 Hình 1.2 Đặc tính động ĐCKĐB 14 Hình1.3: Sơ đồ khối luật điều khiển U/f =const 23 Hình 1.5 Quan hệ điện áp – tần số có bù thành phần rơi điện trở 25 Hình 1.6 Đặc tính điều khiển vô hướng giữ từ thông khe hở không đổi 26 Hình 2.1 Cấu trúc biến tần nguồn áp 29 Hình 2.2 Nguyên tắc điều chế độ rộng xung SPWM ba pha 30 Hình 2.3 Dạng sóng điện áp pha - điện áp dây điều chế theo phương pháp SPWM 31 Hình 2.4 Dạng sóng điện áp điều chế theo phương pháp SPWM m>1 32 Hình2.6 Vector chuẩn phân chia sector 34 Hình 2.7 Phân tích vectơ điện áp chuyển mạch theo vectơ khơng gian 35 Hình 2.8 Luật điều khiển SV PWM 37 Hình 2.9 Giản đồ phân phối xung điều khiển vectơ điện áp 39 Hình 2.10 Sơ đồ cấu trúc hệ biến tần nguồn áp – động 40 Hình 4.1 : Sơ đồ chân dsPIC30F4011 48 Hinh 4.2 Cấu trúc CPU 52 Hinh 4.3 Sơ đồ khối MCPWM module 56 Hình 4.4 Sơ đồ khối module ADC dsPIC30F4011 57 Hình 5.1 Quan hệ điện áp – tần số 64 Hình 5.2 Bàn thử nghiệm 65 Hình 5.3 Dịng điện pha A 65 Hình 5.4 Dòng điện pha B 66 Hình 5.5 Dạng điện áp dây đầu U AB 66 Trang LỜI NÓI ĐẦU Động không đồng ngày ứng dụng nhiều lĩnh vực sản xuất công nghiệp đặc tính trội Cùng với phát triển cơng nghệ bán dẫn, điều khiển vi xử lý tốc độ tính tốn cao đời thiết bị biến tần làm cho động không đông ba pha đáp ứng đầy đủ yêu cầu khắt khe hệ truyền động chất lượng cao thay dần cho động chiều có chổi than, tốc độ động điều chỉnh trơn, đặc tính cứng vững, hiệu suất sử dụng lượng cao Bản luận văn tốt nghiệp có tên : Thiết kế biến tần nguồn áp cho động không đồng xoay chiều ba pha” Các vấn đề nghiên cứu chia làm năm chương : Chương I : “ Điều khiển tốc độ động không đồng ba pha ” mô tả cấu trúc, đặc tính cơ, mơ hình tốn học động cơ, phương pháp điêu khiển tốc độ đồng thời sâu vào nghiên cứu phương pháp điều khiển vô hướng theo luật tỉ số điện áp đặt tần số động khơng đổi có bù vùng tần số thấp để ổn định momen Chương : “ Hệ truyền động biến tần – động cơ” xây dựng sở khái qt mơ hình biến tần, phân tích kỹ thuật điều chế độ rộng xung thông thường kỹ thuật điều chế vectơ không gian, so sánh ưu nhược điểm để chọn lựa xây dựng mơ hình biến tần thử nghiệm, Chương : “ Thiết kế tính chọn van động lực cho biến tần nguồn áp “ tính tốn chọn lựa thành phần mạch lực biến tần Chương : “ Thiết kế mạch điều khiển cho biến tần động không đồng ba pha”, chọn lựa mơ hình hệ điều khiển, linh kiện mạch điều khiển Trang Chương : “ Giải thuật chương trình điều khiển kết thực nghiệm “ trình bày thuật tốn điều khiển biến tần nguồn áp thực điều chế vectơ không gian theo luật U/f = const Đưa kết thực nghiệm thực tế để thể tính đắn phương pháp Tôi xin chân thành cảm ơn thày giáo hướng dẫn : PGS TS Võ Minh Chính bạn bè, người thân giúp đỡ, động viên nhiệt tình giúp tơi hồn thành luận văn Do thời gian hoàn thành luận văn ngắn đồng thời khả cá nhân hạn chế luận văn nhằm mục đích làm ró sở lý thuyết nên chắn cịn nhiều thiếu sót Mong có góp ý để tiếp tục hoàn thành ứng dụng vào thực tế Hà nội, ngày tháng năm 2008 Học viên Đỗ Huy Hoàng Trang 10