ĐIỀU KHIỂN tốc độ ĐỘNG cơ KHÔNG ĐỒNG bộ BA PHA BẰNG BIẾN tần

M CL C Trang t a Trang Xác nhận c a cán b h ớng dẫn Quyết định giao đề tài Lý lịch khoa học i L i cam đoan ii L i c m t iii Tóm tắt iv M c l c vi Danh sách chữ viết tắt ix Danh sách hình x Danh sách b ng xiii Ch ng T NG QUAN 1.1 Tổng quan chung lĩnh vực nghiên c u, kết qu nghiên c u n ớc 1.1.1Tổng quan chung lĩnh vực nghiên c u 1.1.2 M t số kết qu nghiên c u n ớc 1.2 M c đích c a đề tài nghiên c u 1.3 Nhi m v giới h n c a đề tài 1.4 Ph ơng pháp nghiên c u Ch ng 2: C S LÝ THUY T C A Đ NG C KHÔNG Đ NG B BA PHA RÔTO L NG SÓC 2.1 Tổng quan đ ng không đồng b ba pha 2.1.1 C u t o 2.1.2 Nguyên lý ho t đ ng 2.1.3 M máy đ ng không đồng b ba pha 2.1.4 Đặc tính c a đ ng n không đồng b ba pha viii 2.1.5 nh h ng c a tần số nguồn đến đặc tính 10 2.1.6 ng d ng c a đ ng không đồng b ba pha 11 2.2 Các v n đề liên quan đến điều khiển đ ng 12 2.2.1 Các yêu cầu đặt vi c điều khiển đ ng không đồng b ba pha 12 2.2.2 Các ph ơng pháp điều khiển tốc đ đ ng không đồng b ba pha 14 2.2.3 Điều khiển tốc đ đ ng ph ơng pháp thay đổi tần số nguồn 14 2.2.4 Ph ơng pháp điều khiển U/f = const 15 2.3 Biến tần 18 2.3.1 Phân lo i biến tần 18 2.3.1.1 Biến tần trực tiếp 19 2.3.1.2 Biến tần gián tiếp 19 2.3.2 C u trúc b n c a m t biến tần 20 2.3.3 Ph ơng th c điều khiển đ r ng xung (PWM) 22 Ch ng 3: ĐI U KHI N Đ NG C B NG BI N T N D A TRÊN C KHÔNG Đ NG B S PH BA PHA NG PHÁP ĐI U CH VECTOR KHÔNG GIAN 28 3.1 Ph ơng pháp điều chế vector không gian (SVPWM) 28 3.2 Thành lập vector không gian 28 3.2.1 Tính toán th i gian đóng ngắt 32 3.2.2 Kỹ thuật điều chế vector không gian 35 3.2.3 Gian đồ đóng cắt khóa để t o vector Vs sector 35 Ch C ng 4: MÔ PH NG H TH NG BI N T N ĐI U KHI N Đ NG KHÔNG Đ NG B PHA 38 4.1 Sơ đồ tổng quan h thống biến tần điều khiển tốc đ đ ng không đồng b pha 38 4.2 Sơ đồ tổng quan m ch công su t 40 4.3 Sơ đồ triển khai m ch xung kích 43 ix 4.3.1 Sơ đồ m ch nguồn 44 4.3.2 Sơ đồ m ch lái 45 4.4 Sơ đồ m ch encoder 47 4.5 Sơ đồ m ch c m biến dòng 48 Ch ng 5: TH C NGHI M H Đ NG C KHÔNG Đ NG B TH NG BI N T N ĐI U KHI N PHA 50 5.1 Mô biến tần điều khiểu tốc đ đ ng không đồng b pha 50 5.1.1 Mô hình mô c a biến tần 50 5.1.1.1 Khối điều khiển 50 5.1.1.2 Khối công su t 54 5.1.1.3 Khối t i 57 5.1.2 Kết qu mô c a biến tần 58 5.2 Thực nghi m biến tần điều khiểu tốc đ đ ng không đồng b pha 61 5.2.1 Mô hình nhúng c a biến tần 61 Ch ng 6: K T LU N 73 6.1 Kết luận 73 6.2 H ớng phát triển c a đề tài 73 TÀI LI U THAM KH O 74 x DANH SÁCH CÁC CHỮ VI T T T AC Alternating Current DC Direct Current ADC Analog-to-Digital Converter DSP Digital Signal Processor I/O Input/Output IGBT Insulated-Gate Bipolar Transistor GTO Gate-Turn-Off thyristor PI Proportional-Integral PWM Pulse Width Modulation SVPWM Space Vector Pulse Width Modulation THD Total Harmonic Distortion CPWM Carrier Based Pulse Width Modulation IEC International Electrotechnical Commission xi DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 2.1: Nguyên lý làm vi c c a đ ng không đồng b ba pha Hình 2.2: Sơ đồ thay m t pha đ ng không đ ng b ba pha Hình 2.3: Đ ng đặc tính c a đ ng không đồng b ba pha Hình 2.4: Đặc tính c a đ ng KDB thay đổi tần số nguồn kết h p với thay đổi n áp 11 Hình 2.5: Đồ thị biểu thị mối quan h momen n áp theo tần số theo luật điều khiển U/f=const 18 Hình 2.6: Sơ đồ c u trúc c a biến tần gián tiếp 19 Hình 2.7: C u trúc b n c a m t biến tần 21 Hình 2.8: D ng sóng đầu theo ph ơng pháp điều chế đ r ng xung 23 Hình 2.9: Nguyên lý điều chế SPWM m t pha 24 Hình 2.10: Nghịch l u áp ba pha 24 Hình 2.11: Nguyên lý điều chế SPWM ba pha 25 Hình 3.1: biểu di n vectơ không gian h tọa đ oxy 28 Hình 3.2: Các vectơ không gian từ đến 31 Hình 3.3: Tr ng thái đóng ngắt c a van 32 Hình 3.4: Vectơ không gian Vr vùng 32 Hình 3.5: Vectơ không gian Vr vùng b t kỳ 34 Hình 3.6: Gi n đồ đóng cắt linh ki n 35 Hình 3.7: Vectơ Vs vùng từ 0-6 36 Hình 4.1: Sơ đồ b biến đổi công su t 38 Hình 4.2: sơ đồ d ng sóng n áp l u cầu1 pha 39 Hình 4.3: Sơ đồ nguyên lý m ch công su t 41 Hình 4.4: Sơ đồ nguyên lý IGBT FGA15N120ANTD 41 Hình 4.5: Sơ đồ nguyên lý m ch nghịch l u 42 Hình 4.6: Thi công m ch nghịch l u 43 xii Hình 4.7: Sơ đồ tổng quan m ch t o xung kích 44 Hình 4.8: Sơ đồ nguyên lý m ch nguồn 45 Hình 4.9: Thi công m ch nguồn 45 Hình 4.10: Sơ đồ nguyên lý m ch lái 46 Hình 4.11: Thi công m ch lái 46 Hình 4.12: Encoder 256 xung/vòng 47 Hình 4.13 : Sơ đồ nguyên lý m ch xử lý tín hi u encoder 48 Hình 4.14 : Sơ đồ nguyên lý m ch c m biến dòng 48 Hình 4.15: Thi công m ch c m biến dòng 49 Hình 5.1:Mô hình mô tổng quan c a biến tần 50 Hình 5.2: Sơ đồ tổng quan khối điểu khiển vòng h 51 Hình 5.3: Sơ đồ khối SVPWM 2_level cửa sổ thông số 52 Hình 5.4: Sơ đồ tổng quan khối điều khiển vòng kín 53 Hình 5.5: Sơ đồ tổng quan khối PID 54 Hình 5.6: Sơ đồ tổng quan khối công su t 54 Hình 5.7: Cài đặt thông số cho khối nguồn AC 55 Hình 5.8: Cài đặt thông số cho khối chỉnh l u 56 Hình 5.9: Cài đặt thông số cho t C 56 Hình 5.10: Cài đặt thông số cho khối IGBT inverter 57 Hình 5.11: Sơ đồ khối đ ng không đồng b pha 57 Hình 5.12: Cài đặt thông số cho khối đ ng không đồng b pha 58 Hình 5.13: Tốc đ , moment dòng n c a đ ng chế đ vòng h 59 Hình 5.14: D ng sóng mô tốc đ , moment dòng n chế đ vòng h 60 Hình 5.15: Phân tích phổ dòng n 60 Hình 5.16: D ng sóng mô n áp dây 61 Hình 5.17: Mô hình lập trình nhúng c a biến tần 61 Hình 5.18: Sơ đồ bên khối rpm_rampUp 62 xii Hình 5.19:Thông số bên khối rpm_rampUp 63 Hình 5.20: Thiết lập thông số khối eQEP 64 Hình 5.21: Sơ đồ bên khối SVPWM 66 Hình 5.22: Cửa sổ khai báo ePWM 66 Hình 5.23: Khối giao tiếp Matlab – DSP TMS320F28335 cửa sổ thông số 67 Hình 5.24: Kết qu thực nghi m Tốc đ đặt n = 150 vòng/ phút 68 Hình 5.25: Kết qu thực nghi m Tốc đ đặt n = 500 vòng/ phút 69 Hình 5.26: Kết qu thực nghi m Tốc đ đặt n = 1450 vòng/ phút 70 Hình 5.27: Đồ thị đáp ng n áp tần số 71 Hình 5.28: Dòng n stator c a đ ng đặt tốc đ n = 1450 vòng/phút 72 xii DANH SÁCH CÁC B NG B ng Trang B ng 3.1: Giá trị n áp tr ng thái đóng ngắt vectơ không gian t ơng ng 32 B ng 5.1: B ng số li u mô c a b biến tần 58 B ng 5.2: Kết qu mô vòng h vòng kín c a b biến tần 59 B ng 5.3: B ng số li u thực nghi m c a b biến tần 71 B ng 5.4: Kết qu thực nghi m vòng h vòng kín c a b biến tần 71 xiii Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Nh CH NG 1: T NG QUAN 1.1 T ng quan chung v lĩnh v c nghiên c u k t qu nghiên c u n ớc 1.1.1 Tổng quan chung lĩnh vực nghiên cứu Kỹ thuật điện tử đ ợc ng dụng mạch điều khiển, đo l ng, khống chế, bảo vệ…hệ thống điện công nghiệp gọi điện tử công nghiệp vào khoảng năm 70 – 80 c a kỷ XX Các kỹ thuật đư không ngừng thay đổi phát triển năm 90 c a kỷ XX, kỹ thuật điện tử đư ng dụng rộng rưi thành công việc thay khí cụ điện từ dùng để đóng ngắt cung cấp nguồn cho phụ tải, làm nguồn công suất lớn công nghiệp…Với u điểm kích th ớc nhỏ gọn, dễ điều khiển thuận tiện, khả công suất, điện áp, dòng điện độ tin cậy ngày đ ợc cải tiến dần Và Các thiết bị biến đổi công suất đư giúp nâng cao hiệu trình biến đổi l ợng điện đồng th i đ ợc cải tiến hoàn thiện để đáp ng yêu cầu chất l ợng điện Ngoài ng dụng truyền thống nh điều khiển động điện, nguồn công suất, phạm vi dụng c a biến đổi công suất ngày đ ợc m ng rộng nh lĩnh vực tự động hóa công nghiệp, l u trữ l ợng, đ ợc ng dụng truyền tải điện Để khắc phục vấn đề hiệu chỉnh hệ số công suất, méo dạng sóng hài… đư có nhiều giải pháp đ ợc để bao gồm: Các lọc thụ động, tích cực, tụ bù… nhằm cưi thiện chất l ợng điện Các nghiên c u biến đổi tr ớc cho thấy bên cạnh ch c c a chuyển đổi công suất có số nh ợc điểm nh hệ số công suất thấp, l ợng chảy theo chiều có nhiều sóng hài bậc cao Do biến đổi DC/AC PWM (pulse width modulation) khắc phục đ ợc đ ợc nh ợc điểm để bắt kiệp với yêu cầu đặt tình hình mới, có nhiều ph ơng pháp điều khiển Các ph ơng pháp điều khiển cũ bao hàm thay đổi nhỏ cấu trúc c a l ợc đồ điều khiển c a biến đổi biến đổi l ợng điện van chuyển mạch nguồn đ ợc điều khiển nh HVTH: Đỗ Văn Thành Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Nh transistor l ỡng cực có cực cửa cách ly (IGBT), thyristor tắt m cực cửa (GTO), thyristor điều khiển có cực cửa kết hợp (IGCT) đ ợc ch a mạch công suất c a chỉnh l u nghịch để tích cực thay đổi dạng sóng c a dòng điện ngõ vào, làm giảm độ méo, giảm sóng hài chúng cải thiện đ ợc hệ số công suất Nghich l u bậc đư đ ợc nghiên c u rộng rưi Nó đ ợc ng dụng hệ truyền động c a dây chuyền sản suất đại, động không đồng pha rôto lồng sóc đ ợc sử dụng rộng rưi b i có nhiều u điểm nh cấu trúc đơn giản, dễ chế tạo, giá thành rẻ, vận hành tin cậy an toàn Với phát triển c a lý thuyết điều khiển ngành liên quan làm cho động không đồng pha chiếm u ngành truyền động nên đề tài luận văn tốt nghiệp ắ Đi u n t c đ đ ng c không đ ng b pha b ng bi n t nẰ đ ợc chọn để thay cho mạch điều khiển cổ điển gây nhiều tổn thất mạch điều chỉnh Và Matlab đư đ ợc ng dụng để nghiên c u phát triển thêm kỹ thuật nghịch l u nhằm cải thiện khuyết điểm Kết hợp với card DSP F28355 để lập trình nhúng DSP có hiệu suất cao, tổn thất công suất không phụ thuộc hoạt động c a hệ thống t ơng thích với Matlab 1.1.2 M t s k t qu nghiên c u vƠ ngoƠi n ớc Các nghịch l u thành phần ch yếu biến tần ng dụng c a chúng quan trọng t ơng đối rộng rưi, ch yếu nhằm vào lĩnh vực truyền động điện động xoay chiều với độ xác cao Trong lĩnh vực tần số cao, nghich l u đ ợc dùng lò cảm ng trung tần, nghịch l u đ ợc dùng làm nguồn xoay chiều cho nhu cầu gia đình, làm nguồn điện liên tục UPS, điều khiển chiếu sáng ng dụng lĩnh vực bù nhuyễn công suất phản kháng Đối với n ớc: - Luận văn thạc sĩ c a Nguyễn Thế Anh – Đà Nẵng “ Điều khiển m động không đồng pha rôto lồng sóc” HVTH: Đỗ Văn Thành Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Nh Hình 5.20: Thiết lập thông số khối eQEP Lập trình cho khối rpm_rampUp clear; clc; %sampling time Ts = 2^-13; Tcontrol = 2^7*Ts; T_display = 2^2*Tcontrol; prompt = {'Thoi Gian tang toc tu 0-RPMset(giay):','RPM(100-1500):'}; dlg_title = 'Nhap Thong So Dieu Khien'; num_lines = 1; def = {'10','1000'}; T_rissing =0; RPMset=0; RpmMin=100; RpmMax=1500; HVTH: Đỗ Văn Thành 64 Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Nh while((T_rissing[...]... đư biết tốc độ đồng bộ c a động cơ phụ thuộc và tần số nguồn và số đôi cực từ theo công th c: Mà ta lại có, tốc độ roto động cơ quan hệ với tốc độ đồng bộ theo công th c: Do đó bằng việc thay đổi tần số nguồn f1 hoặc thay đổi số đôi cực từ có thể điều chỉnh đ ợc tốc độ c a động cơ không đồng bộ Khi động cơ đư đ ợc chế tạo thì số đôi cực từ không thể thay đổi đ ợc do đó chỉ có thể thay đổi tần số nguồn... Tìm hiểu bộ nghich l u 3 pha 2 bậc sử dụng ph ơng pháp PWM - Xây dựng mô hình toán học cho động cơ không đồng bộ 3 pha rô to lồng sóc - Tính toán thiết kế phần c ng - Nghiên c u phần mềm MATLAB/Hệ thống nhúng - Mô phỏng điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ 3 pha rôto lồng sóc theo nguyên lý V/f - Thực nghiệm điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ 3 pha rôto lồng sóc theo nguyên lý V/f trên cơ s Hệ... cho động cơ có hệ số công suất nhỏ hơn đơn vị, dòng điện trong động cơ ch a nhiều thành phần điều hòa bậc cao Điều này làm tăng tổn thất trong động cơ dẫn đến giảm tuổi thọ c a động cơ Momen sinh ra b i động cơ bị gợn sóng Các thành phần điều hòa bậc cao có thể loại bỏ khi hoạt động cảm c a động cơ Nh ng tần số cao b i tính chất tần số thấp động cơ chạy sẽ bị rung, làm ảnh h các vòng đồng c a roto Động. .. học c a động cơ không đồng bộ 3 pha rôto lồng sóc - Tìm hiểu các ph ơng pháp điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ 3 pha rôto lồng sóc - Tìm hiểu lý thuyết điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ 3 pha rôto lồng sóc bằng ph ơng pháp vector không gian Từ đó xây dựng mô hình mô phỏng và thực nghiệm để điều khiển tốc độ động cơ HVTH: Đỗ Văn Thành 3 Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Nh - Tổng hợp,... pháp điều chỉnh bằng cách thay đổi tần số cho phép điều chỉnh cả momen và tốc độ với chất l ợng cao nhất, đạt đến m c độ t ơng đ ơng nh điều chỉnh động cơ điện một chiều bằng cách thay đổi điện áp phần ng Ngày nay các hệ truyền động sử dụng động cơ không đồng bộ điều chỉnh tần số đang ngày càng phát triển Sau đây xin trình bày ph ơng pháp điều chỉnh động cơ không đồng bộ bằng cách thay đổi tần số nguồn... Động cơ không đồng bộ rôto dây quấn và động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc [2] Đông cơ không đồng bộ rôto dây quấn là loại động cơ mà rôto có dây quấn giống stator, dây quấn 3 pha c a rôto th ng đấu hình sao, ba đầu cũng đ ợc nối với vành tr ợt, đấu với mạch ngoài bằng chổi than Nh cơ cấu này mà ta có thể nối thêm điện tr phụ vào mạch rôto để cải thiện tính năng m máy và điều chỉnh tốc độ Động cơ không. .. soát tốc độ động cơ không đồng bộ 3 pha Kết quả đạt đ ợc là đư điều khiển đ ợc động cơ có tần số từ 13 Hz đến 50Hz với tốc độ từ 400 rpm đến 1500 rpm cho giá trị khác nhau c a tải bằng ph ơng pháp V/f - Bài báo “V/f CONTROL OF INDUCTION MOTOR DRIVE” Devraj Jee, Nikhar Patel 05/2013 Bài báo đư điều khiển đ ợc tốc độ động cơ theo ph ơng pháp V/f vòng h và V/f vòng kín: Việc điều khiển đ ợc thực hiện bằng. .. việc ổn định c a động cơ tăng lên Thay vì chỉ làm việc tốc độ định m c, động cơ có thể làm việc từ 5% c a tốc độ đồng bộ đến tốc độ định m c Momen tạo ra b i động cơ có thể duy trì trong vùng làm việc này - Chúng ta có thể điều khiển động cơ tần số lớn hơn tần số định m c bằng cách tiếp tục tăng tần số Tuy nhiên do điện áp đặt không thể tăng trên điện áp định m c Do đó chỉ có thể tăng tần số dẫn đến... tiếp tục quay theo từ tr ng nh ng với tốc độ luôn nhỏ hơn tốc độ từ tr ng Đồng cơ làm việc theo nguyên lý này gọi là động cơ không đồng bộ (KDB) hay động cơ xoay chiều Hình 2.1: Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ ba pha HVTH: Đỗ Văn Thành 6 Luận văn thạc sĩ Nếu gọi tốc độ từ tr GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Nh ng quay là ωo (rad/s) hay no (vòng/phút) thì tốc độ quay c a roto là ω ( hay n ) luôn... tối giữa hai tốc độ gọi là độ tr ợt s: Từ đó ta có: Với f1 tần số điện áp đặt lên cuộn dây stator Tốc độ ωo là tốc độ lớn nhất mà roto có thể đạt đ ợc nếu không có lực cản nào Tốc độ này gọi là tốc độ không tải lý t ng hay tốc độ đồng bộ chế độ động cơ, độ tr ợt s có giá trị 0 ≤ s ≤ 1 Dòng điện cảm ng trong cuộn dây phần ng roto cũng là dòng điện xoay chiều với tần số xác định b i tốc độ t ơng đối