Điều khiển trượt động cơ không đồng bộ ba pha trên biến tần đa bậc

Điều khiển động không đồng ba pha GVHD: PGS TS Dương Hoài Nghĩa biến tần đa bậc ================================================================ ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN XUÂN BẮC ĐIỀU KHIỂN TRƯỢT ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA TRÊN BIẾN TẦN ĐA BẬC CHUYÊN NGÀNH : TỰ ĐỘNG HÓA LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 06 năm 2009 ================================================================ HVTH: Nguyễn Xuân Bắc Điều khiển động không đồng ba pha GVHD: PGS TS Dương Hồi Nghĩa biến tần đa bậc ================================================================ CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học : PGS.TS Dương Hoài Nghĩa (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét : (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét : (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Luận văn thạc sĩ bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày tháng năm 2009 ================================================================ HVTH: Nguyễn Xuân Bắc Điều khiển động khơng đồng ba pha GVHD: PGS TS Dương Hồi Nghĩa biến tần đa bậc ================================================================ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc -oOo Tp HCM, ngày 30 tháng 06 năm 2009 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: NGUYỄN XUÂN BẮC Ngày, tháng, năm sinh: 22 – 02 – 1984 Chuyên ngành: MSHV: Phái: NAM Nơi sinh: Thanh Hóa TỰ ĐỘNG HĨA 01508331 1- TÊN ĐỀ TÀI: ĐIỀU KHIỂN TRƯỢT ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA TRÊN BIẾN TẦN ĐA BẬC 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: - Xây dựng giải thuật mô hệ thống điều khiển trượt động không đồng cấp nguồn nghịch lưu áp ba bậc - Thi cơng mạch phần cứng lập trình điều khiển động không đồng kit DSPACE DS1104 - Thử nghiệm số phương pháp điều khiển khác điều khiển động không đồng hệ thực để đánh giá, kết luận - Viết báo cáo khoa học gửi hội nghị quốc tế, tạp chí nước 3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 02-02-2009 4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 03-07-2009 5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ghi đầy đủ học hàm, học vị ): PGS.TS DƯƠNG HOÀI NGHĨA Nội dung đề cương Luận văn thạc sĩ Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua CÁN BỘ HƯỚNG DẪN NGÀNH (Họ tên chữ ký) PGS.TS Dương Hoài Nghĩa CHỦ NHIỆM BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên chữ ký) GVC.TS Nguyễn Đức Thành KHOA QL CHUYÊN (Họ tên chữ ký) PGS.TS Nguyễn Hữu Phúc ================================================================ HVTH: Nguyễn Xuân Bắc Điều khiển động không đồng ba pha GVHD: PGS TS Dương Hoài Nghĩa biến tần đa bậc ================================================================ LỜI CẢM ƠN Em xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến thầy Dương Hồi Nghĩa, cương vị người hướng dẫn đề tài, tận tình giúp đỡ em suốt trình thực luận văn Em xin chân thành cảm ơn thầy cô Bộ môn Điều khiển Tự động cung cấp cho em kiến thức quí báu làm tảng cho nghiên cứu em luận văn Em xin chân thành cảm ơn quí Thầy Cơ Bộ mơn Cung Cấp Điện hết lịng tạo điều kiện vật chất lẫn tinh thần để em tập trung hồn thành chương trình đào tạo Thạc sĩ Con xin gửi lời tri ân sâu sắc tới ba mẹ, người sinh thành, dạy, nuôi dưỡng, quan tâm chăm sóc để có ngày hôm Và sau cùng, xin cảm ơn tất bạn bè ln có hỗ trợ, động viên, giúp đỡ năm tháng giảng đường đại học q trình hồn thành luận án Trân trọng ghi nhớ Tp Hồ Chí Minh, ngày 30 tháng 06 năm 2009 Học viên thực Nguyễn Xuân Bắc ================================================================ HVTH: Nguyễn Xuân Bắc Điều khiển động không đồng ba pha GVHD: PGS TS Dương Hồi Nghĩa biến tần đa bậc ================================================================ TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Đề tài xây dựng điều khiển trượt điều khiển động không đồng nuôi nghịch lưu áp ba bậc dạng Diode kẹp điểm trung tính (Three-level Neutral Point Clamped Voltage Source Inverter – NPC VSI) Bộ điều khiển thiết kế bao gồm vịng: Ở vịng trong, từ thơng rotor mô-men động điều khiển quanh giá trị đặt điều khiển trượt nhiều ngõ vào – nhiều ngõ (MIMO) Ưu điểm điều khiển cho đáp ứng nhanh từ thông mômen Ngồi ra, phương pháp cịn cho phép tính đến ảnh hưởng sai số mơ hình Ở vịng ngồi, tốc độ rotor chỉnh định điều khiển PID Bộ nghịch lưu áp ba bậc đề cập cung cấp nguồn áp ba pha với họa tần thấp dòng điện tải Kết mô thực nghiệm cho thấy hệ thống đề xuất có chất lượng tốt (đáp ứng nhanh, sai số xác lập nhỏ, bền vững với sai số mô hình v.v…) Ngồi phương pháp điều khiển trượt, đề tài tiến hành mô thực nghiệm với số phương pháp điều khiển khác bao gồm: Điều khiển trực tiếp mô-men (DTC), Điều khiển định hướng từ thơng rotor (FOC), Điều khiển dùng mơ hình nội (IMC), Điều khiển tuyến tính hóa vào (IOLC) Các kết thu làm minh chứng cho kết luận ưu điểm nhược điểm phương pháp Các nhận xét sở để ta thiết kế điều khiển tích hợp phương pháp nhằm phát huy ưu điểm, đồng thời hạn chế khuyết điểm phương pháp, nhằm nâng cao chất lượng điều khiển Phần lại luận văn bao gồm chương: Chương 1: Tổng quan Chương 2: Các phương pháp điều khiển động không đồng Chương 3: Điều khiển trượt ứng dụng điều khiển động không đồng Chương 4: Kết mô thực nghiệm Chương 5: Kết luận hướng phát triển đề tài ================================================================ HVTH: Nguyễn Xuân Bắc Điều khiển động không đồng ba pha GVHD: PGS TS Dương Hoài Nghĩa biến tần đa bậc ================================================================ ABSTRACT This thesis presents a sliding mode controller for induction motors fed with three-level Neutral Point Clamped (NPC) Voltage Source Inverter (VSI) The controller is designed with two loops: In the inner loop, the rotor flux and the motor torque are regulated around the reference values by a multi input multi output (MIMO) sliding mode controller This controller yields quick response of rotor flux and motor torque Moreover, it provides a mean to cope with the model uncertainty In the outer loop, the rotor speed is controller by a PID controller The three-level NPC VSI provides a three phase voltage source with low harmonic in the motor current Simulation results and results on real system show that the proposed controller has good performance (quick response, low steady state error) and is robust against model uncertainty Besides the sliding mode controller, this thesis has also carried out the simulation and experiment with another methods as: Direct Torque Control (DTC), Field Oriented Control (FOC), Internal Model Control ( IMC), Input Output Linearization Control (IOLC) The results of these experiments can prove some conclusions about the advantages and disadvantages of these control methods These conclusions will be the reason for us to design the integrated control algorithms to increase the performance of the controller The remainder of this thesis is as follows: Chapter 1: Overview Chapter 2: Some control methods for induction motor Chapter 3: Sliding mode control and its application to induction motor control Chapter 4: The simulation and experimental results Chapter 5: Conclusion and future work ================================================================ HVTH: Nguyễn Xuân Bắc Điều khiển động không đồng ba pha GVHD: PGS TS Dương Hoài Nghĩa biến tần đa bậc ================================================================ MỤC LỤC Trang bìa Trang phụ Nhiệm vụ luận văn Thạc sĩ Lời cảm ơn Tóm tắt luận văn Thạc sĩ Mục lục Danh sách bảng biểu Danh sách hình vẽ 10 Danh sách từ viết tắt 13 MỞ ĐẦU 15 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 18 1.1 Tính thiết thực đề tài 18 1.2 Tình hình nghiên cứu nước 19 1.3 Tình hình nghiên cứu ngồi nước .21 CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 25 2.1 Giới thiệu mơ hình ĐCKĐB .25 2.1.1 Hệ tọa độ anpha-beta 26 2.1.2 Mơ hình ĐCKĐB hệ tọa độ tĩnh anpha-beta 28 2.1.3 Mơ hình ĐCKĐB hệ tọa độ quay dq .29 2.2 Phương pháp điều khiển định hướng từ thông rotor 31 2.2.1 Đặt vấn đề 31 2.2.2 Các sơ đồ điều khiển định hướng tựa theo véc-tơ từ thông rotor 31 2.2.3 Thử nghiệm phương pháp FOC gián tiếp với nghịch lưu áp bậc .37 2.3 Phương pháp điều khiển trực tiếp mô-men 42 2.3.1 Đặt vấn đề 42 ================================================================ HVTH: Nguyễn Xuân Bắc Điều khiển động không đồng ba pha GVHD: PGS TS Dương Hoài Nghĩa biến tần đa bậc ================================================================ 2.3.2 Cơ sở lý thuyết .43 2.3.3 Mô thực nghiệm điều khiển trực tiếp mô-men ĐCKĐB 47 2.4 Phương pháp điều khiển dùng mơ hình nội 53 2.4.1 Đặt vấn đề 53 2.4.2 Cơ sở lý thuyết .53 2.4.3 Kết mô thực nghiệm 57 2.5 Phương pháp điều khiển tuyến tính hóa vào .63 2.5.1 Đặt vấn đề 63 2.5.2 Cơ sở lý thuyết .63 2.5.3 Một số kết mô .68 CHƯƠNG 3: ĐIỀU KHIỂN TRƯỢT VÀ ỨNG DỤNG TRONG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 70 3.1 Giới thiệu phương pháp điều khiển trượt 70 3.2 Thiết kế điều khiển trượt ĐCKĐB 73 3.3 Bộ ước lượng từ thông rotor mô-men 80 3.3.1 Bộ ước lượng từ thông rotor 80 3.3.2 Bộ ước lượng mô-men 82 3.4 Bộ nghịch lưu áp ba bậc ứng dụng điều khiển ĐCKĐB 82 3.4.1 Đặt vấn đề 82 3.4.2 Tổng quan nghịch lưu .82 3.4.3 Cấu trúc BNL áp ba bậc chứa cặp diode kẹp (Neutral Point Clamped Multilevel Inverter –NPC) .83 3.4.4 Giải thuật điều khiển BNL áp ba bậc NPC .84 3.4.5 Sơ đồ BNL ba bậc mô Matlab .87 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM 88 4.1 Kết mô 88 4.1.1 Sơ đồ mô .88 4.1.2 Đáp ứng danh định 89 4.1.3 Tính bền vững hệ thống điều khiển 90 ================================================================ HVTH: Nguyễn Xuân Bắc Điều khiển động không đồng ba pha GVHD: PGS TS Dương Hoài Nghĩa biến tần đa bậc ================================================================ 4.2 Kết thực nghiệm 94 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 99 5.1 Kết luận .99 5.2 Hướng phát triển đề tài .99 TÀI LIỆU THAM KHẢO 101 PHỤ LỤC 107 PHỤ LỤC A: GIỚI THIỆU CARD ĐIỀU KHIỂN DSPACE DS1104 107 PHỤ LỤC B: 114 CÁC SƠ ĐỒ MẠCH PHẦN CỨNG DÙNG TRONG LUẬN VĂN 114 B.1 Mạch nguồn nuôi 114 B.2 Mạch deadtime mạch đệm 115 B.3 Mạch lái dùng opto TLP251 IC tạo nguồn cách ly TMA1215 117 B.4 Khối mạch công suất IGBT 118 B.5 Khối Diode kẹp 120 B.6 Mạch cảm biến đo dòng dùng LEM LA55-P 120 PHỤ LỤC C .121 DANH MỤC CÁC BÀI BÁO ĐÃ CÔNG BỐ TRONG THỜI GIAN LÀM LUẬN VĂN .121 DANH SÁCH BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Bảng thông số động mô điều khiển FOC gián tiếp .37 Bảng 2.2: Bảng tham chiếu véc-tơ không gian điện áp 45 Bảng 2.3: Thông số động mô điều khiển DTC 47 Bảng 2.4: Các thông số mơ hình ĐCKĐB mơ điều khiển IMC .60 Bảng 4.1: Các thông số ĐCKĐB mô điều khiển trượt 88 Bảng 4.2: Các thông số ĐCKĐB chạy thực nghiệm .96 ================================================================ HVTH: Nguyễn Xuân Bắc Điều khiển động không đồng ba pha GVHD: PGS TS Dương Hoài Nghĩa biến tần đa bậc ================================================================ DANH SÁCH HÌNH VẼ STT HÌNH TÊN HÌNH TRANG SỐ Hình 2.1 : Mơ hình mơ ĐCKĐB xây dựng hệ tọa độ tĩnh αβ 29 Hình 2.2: Mơ hình mơ ĐCKĐB xây dựng hệ tọa độ dq 30 Hình 2.3: Sơ đồ khối tổng quát hệ thống điều khiển véc-tơ ĐCKĐB .32 Hình 2.4: Sơ đồ khối điều khiển định hướng theo véc-tơ từ thơng rotor trực tiếp 34 Hình 2.5: Sơ đồ khối điều khiển định hướng theo véc-tơ từ thơng rotor gián tiếp 35 Hình 2.6: Sơ đồ mơ điều khiển FOC gián tiếp 37 Hình 2.7: Chi tiết bên điều khiển FOC .38 Hình 2.8: Đáp ứng tốc độ .38 Hình 2.9: Đáp ứng mô-men 39 Hình 2.10: Đáp ứng từ thơng rotor 39 Hình 2.11: Đáp ứng tốc độ (rad/s) 40 Hình 2.12: Đáp ứng từ thông rotor (Wb) 40 Hình 2.13: Dịng điện ba pha stator đo từ cảm biến Hall 41 Hình 2.14: Điện áp tải (pha A B) .41 Hình 2.15: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển trực tiếp mơ-men 43 Hình 2.16: Các khâu so sánh trễ điều khiển DTC .44 Hình 2.17: Các véc-tơ điện áp sử dụng phương pháp DTC 44 Hình 2.18: Sơ đồ mô điều khiển DTC ĐCKĐB 47 Hình 2.19: Sơ đồ khối ước lượng từ thông mô-men – Các khâu relay tạo trễ 48 Hình 2.20: Khâu relay trạng thái 48 Hình 2.21: Bảng đóng cắt khâu tạo xung kích 48 Hình 2.22: Đáp ứng tốc độ (rad/s) 49 Hình 2.23: Đáp ứng mơ-men (N.m) .49 Hình 2.24: Từ thông rotor mặt phẳng αβ .50 Hình 2.25: Dịng điện stator ba pha (A) 50 Hình 2.26: Sơ đồ điều khiển thực ĐCKĐB sử dụng card DSPACE 1104 51 Hình 2.27: Kết thực nghiệm: Đáp ứng mô-men (N.m) 52 ================================================================ 10 HVTH: Nguyễn Xuân Bắc Điều khiển động không đồng ba pha GVHD: PGS TS Dương Hoài Nghĩa biến tần đa bậc ================================================================ PHỤ LỤC PHỤ LỤC A: GIỚI THIỆU CARD ĐIỀU KHIỂN DSPACE DS1104 Card DS1104 thiết bị điều khiển đại sử dụng nhiều lĩnh vực điều khiển khác : điều khiển động cơ, điều khiển robot, thực nghiệm máy bay ô tơ DS1104 cho phép rút ngắn q trình thực nghiệm nhờ kết nối trực tiếp với phần mềm mô Matlab-Simulink , DS1104 hỗ trợ tất khối hàm định nghĩa Matlab-Simulink lĩnh vực kể Card DS1104 cung cấp thư viện real time Simulink, theo ngõ I/O DS1104 biểu diễn khối tương tự khối hỗ trợ Simulink Để hiệu chỉnh tín hiệu xuất nhập ta cần điều chỉnh thơng số khối tương ứng Do việc truy xuất tín hiệu trở nên đơn giản nhiều so với phương pháp truyền thống Các giải thuật sử dụng với Card DS1104 xây dựng khối Simulink viết ngôn ngữ lập trình C, Fortran, m-file, Ada… Hình A.1: Sơ đồ khối bên card DS1104 ================================================================ 107 HVTH: Nguyễn Xuân Bắc Điều khiển động không đồng ba pha GVHD: PGS TS Dương Hoài Nghĩa biến tần đa bậc ================================================================ Card DS1104 có hai vi xử lí làm việc song song vi xử lí quản lý ngõ I/O khác + Master PPC: vi xử lí loại PowerPC 603e, vi xử lí thực tính tốn card DS1104 Các thơng số sau: • Tần số xung clock 250 MHz • Bộ đệm liệu 16 K-Byte • Bộ đệm lệnh 16 K-Byte + Slave DSP: DSP loại TMS320F240, quản lý ngõ với độ xác cao Thực chất Slave DSP nhận liệu tính tốn từ Master PPC thực nhiệm vụ xuất nhập ứng với liệu gửi từ Master PPC Các thơng số Slave DSP: • Tần số xung clock 20 MHz • 4Kx16 bit đường liệu kết nối với Master PPC Giao tiếp phần cứng Sau Module giao tiếp phần cứng I/O hỗ trợ kèm theo Card Hình A.2 : Sơ đồ card giao tiếp ================================================================ 108 HVTH: Nguyễn Xuân Bắc Điều khiển động không đồng ba pha GVHD: PGS TS Dương Hoài Nghĩa biến tần đa bậc ================================================================ Các khối hỗ trợ Master PPC Hình A.3: Các khối hỗ trợ Master PPC Mỗi ngõ I/O DS1104 thể hiện Block tương ứng thư viện Khi truy xuất nhiều ngõ I/O loại, ta sử dụng số block mô hình Simulink Các Block tự động đánh số từ nhỏ đển lớn, ta thay đổi số Các khối ADC + DS1104MUX_ADC : cho phép nhập liệu từ đến ngõ ADC Dữ liệu nhập vào dạng véc-tơ, số chiều véc-tơ với số kênh chọn kênh Điện áp ngõ vào DS1104MUX_ADC DS1104 thay đổi từ -10 đến + 10V mã hóa thành tín hiệu dạng double từ -1 đến +1 Simulink Các thơng số khối: • Độ phân giải 16 bit • Điện áp ngõ vào ±10 V • Sai số ±5 mV ================================================================ 109 HVTH: Nguyễn Xuân Bắc Điều khiển động không đồng ba pha GVHD: PGS TS Dương Hoài Nghĩa biến tần đa bậc ================================================================ • Sai số độ lợi ±0.25% • Độ giảm nhiễu tín hiệu > 80 dB + DS1104ADC_Cx: cho phép nhập liệu từ ngõ ADC riêng biệt Cách mã hóa tín hiệu giống khối DS1104MUX_ADC • Độ phân giải 12 bit • Điện áp ngõ vào ±10 V • Sai số ±5 mV • Sai số độ lợi ±0.5% • Độ giảm nhiễu tín hiệu > 70 dB + DS1104DAC_Cx: cho phép xuất liệu ngõ DAC riêng biệt Cách mã hóa tín hiệu giống khối DS1104MUX_ADC Tín hiệu xuất đưa vào vùng đệm xuất có tín hiệu điều khiển • Độ phân giải 12 bit • Điện áp ngõ vào ±10 V • Sai số ±5 mV • Sai số độ lợi ±0.5% • Độ giảm nhiễu tín hiệu > 70 dB Các khối DAC Cho phép chuyển tín hiệu dạng số sang tín hiệu Analog với thơng số sau: • kênh song song ( DACH1 … DACH8) • Độ phân giải 16 bit • Tầm ngõ ±10V • Sai số offset ±1 mV ================================================================ 110 HVTH: Nguyễn Xuân Bắc Điều khiển động không đồng ba pha GVHD: PGS TS Dương Hoài Nghĩa biến tần đa bậc ================================================================ • Sai số độ lợi ± 0.1% • Độ giảm nhiễu tín hiệu > 80 dB (SNR) Các khối Bit I/O + DS1104BIT_IN_Cx: cho phép nhập liệu từ 20 ngõ I/O TTL riêng biệt Để chọn kênh ta thay đổi thông số “Chanel” từ đến 20 + DS1104BIT_OUT_Cx: cho phép xuất liệu 20 ngõ I/O TTL riêng biệt Để chọn kênh ta thay đổi thông số “Chanel” từ đến 20 Tín hiệu ngõ chọn reset hold sau tích cực Các khối Encoder + DS1104ENC_SETUP: Thiết lập thông số ban đầu cho khối mã hóa Để sử dụng khối mã hóa DS1104 ta phải đưa khối vào mơ hình + DS1104ENC_Cx: Cho phép đọc kênh tín hiệu mã hóa vị trí góc thu từ cảm biến Có thể thiết lập thơng số vị trí ban đầu cho khối.Độ phân giải khối lên đến 24 bit + DS1104ENC_SET_POS_Cx: tác động cạnh lên tín hiệu điều khiển Khi tác động đếm ngõ tương ứng thiết lập đến vị trí số tương ứng Độ phân giải khối giống với khối DS1104ENC_Cx + DS1104ENC_HW_INDEX_Cx: Khối reset đếm khối đếm khối tương ứng giá trị Q trình reset độc lập với q trình tính tốn giải thuật kéo dài khơng q µ s + DS1104ENC_SW_INDEX_Cx: cho phép đọc giá trị đếm khối mã hóa tín hiệu enable tích cực so sánh với giá trị định sẵn Giao diện Serial Cho phép kết nối với thiết bị bên giao thức truyền tin RS232, Rs242 RS485 Tốc độ Bauds lên đến 115.2 kBd (RS232) MBd (RS422/RS485) Cho phép chọn lựa số bit liệu từ đến bit; độ lớn đệm liệu; phương thức kiểm tra việc truyền liệu ================================================================ 111 HVTH: Nguyễn Xuân Bắc Điều khiển động không đồng ba pha GVHD: PGS TS Dương Hoài Nghĩa biến tần đa bậc ================================================================ Các khối hỗ trợ Slave DSP Hình A.4: Các khối hỗ trợ slave DSP Các khối Slave bit I/O Gồm hai khối SLAVE_BIT_IN (nhập) SLAVE_BIT_OUT ( xuất) liệu, hai khối sử dụng chung ngõ I/O DS1104 • Gồm 14 kênh tín hiệu riêng biệt • Có thể chọn lựa riêng kênh • Giá trị dịng điện ngõ tối đa ±13 mA • Mức điện áp TTL cho ngõ vào ngõ • Mỗi đường I/O có điện trở kéo lên Các khối xuất tín hiệu PWM + DS1104_DSP_PWM : tạo bốn xung PWM pha riêng rẽ chọn tần số ,mức tích cực khác cho xung Xung PWM tạo chọn đối xứng bất đối xứng ================================================================ 112 HVTH: Nguyễn Xuân Bắc Điều khiển động không đồng ba pha GVHD: PGS TS Dương Hoài Nghĩa biến tần đa bậc ================================================================ + DS1104_DSP_PWM3: tạo xung PWM pha, cặp đối nghịch; thiết lập thơng số deadtime mức tích cực cho xung Xung PWM tạo chọn đối xứng bất đối xứng + DS1104_DSP_SVPWM: tạo xung PWM pha, cặp đối nghịch, dùng chung ngõ I/O với khối PWM3 Các xung PWM tạo theo giải thuật không gian véc-tơ + DS1104_DSP_PWM2D: cho phép đo tần số xung PWM riêng biệt thời gian tích cực chu kỳ PWM Ngồi ra, DS1104 hỗ trợ thêm số khối khác như: Khối tạo xung vuông, khối đo tần số duty cycle, khối đo tần số tín hiệu xung vng, khối Slave DSP Serial Peripheral Interface (SPI) Chương trình Control Desk Chương trình Control Desk kèm với DS1104 cầu nối mơ hình phần cứng bên ngồi Control Desk cung cấp công cụ đo, thu thập liệu thị tín hiệu từ mơ hình Simulink từ ngõ I/O DS1104 Theo tín hiệu ngõ input output quan sát dễ dàng trình làm thực nghiệm Control Desk cho phép giao tiếp, điều khiển tạm dừng tiếp tục sau tạm dừng q trình thực thi chương trình DS1104 thơng qua trạng thái sau: + Edit Mode : tạm dừng trình thực thi chương trình DS1104 để tạo giao diện Control Desk + Test Mode: Tạm dừng trình thực thi chương trình DS1104 để kiểm tra lấy liệu + Animation Mode: tiếp tục thực thi chương trình DS1104 ================================================================ 113 HVTH: Nguyễn Xuân Bắc Điều khiển động không đồng ba pha GVHD: PGS TS Dương Hoài Nghĩa biến tần đa bậc ================================================================ Hình A.5: Giao diện DSPACE Control Desk PHỤ LỤC B: CÁC SƠ ĐỒ MẠCH PHẦN CỨNG DÙNG TRONG LUẬN VĂN B.1 Mạch nguồn nuôi * Mạch gồm linh kiện : +IC 7812 : Để tạo nguồn +12V +IC 7912 : Để tạo nguồn -12V +IC 7805 : Để tạo nguồn +5V ================================================================ 114 HVTH: Nguyễn Xuân Bắc Điều khiển động không đồng ba pha GVHD: PGS TS Dương Hoài Nghĩa biến tần đa bậc ================================================================ Mạch nguồn nuôi ±12V dùng để cấp cho IC TMA1215 tạo nguồn cách ly ±15V, cấp nguồn cho Opto cách ly SW1 V+20 7812 GND U31 V+20_1 IN OUT + C53 1000U +12V D13 SW KEY-SPDT C54 100U VAC+15 J6 - 12V_SOURCE_LED R25 2.2k J7 D15 DIODE BRIDGE 15-0-15VAC C55 104 C60 1000U D17 C62 100U C61 104 V-20 GND VAC-15 IN OUT U38 IN -12V FAN_SOURCE 7805 GND J9 -12V_SOURCE_LED R27 2.2k 7912 U32 V+15 12-0-12VDC OUT +5V - 2 + C58 100U VAC+12 J8 C56 104 D14 DIODE BRIDGE C59 100U D16 C57 104 5V_SOURCE_LED R26 1k 9VAC J5 5VDC VAC_0 Hình B.1: Sơ đồ mạch nguồn ni B.2 Mạch deadtime mạch đệm - Thời gian deadtime hai thời điểm chuyển mạch cặp IGBT kích đối nghịch tạo cách phối hợp mạch R-C tác động IC Shmitt trigger - Mạch gồm sáu nhánh, nhánh gồm ngõ vào hai ngõ Các thông số linh kiện nhánh sau: + R = R1 = R2 = 100 Ω + C = C1 = C2 = 1nF + Diode tác động nhanh N4148 + Shmitt trigger loại 74HCT14 có thời gian tác động cỡ 10ns ================================================================ 115 HVTH: Nguyễn Xuân Bắc 14 +5V 14 Điều khiển động không đồng ba pha GVHD: PGS TS Dương Hoài Nghĩa biến tần đa bậc ================================================================ U39A D1 DIODE U40B Output 74HCT14 14 Input 74HCT14 R1 100 C1 1nF U39C D2 DIODE 74HCT14 14 C2 1nF U40D R2 100 /Output 74HCT14 Hình B.2: Sơ đồ mạch tạo deadtime đệm dòng - Cách hoạt động mạch sau: + Khi IN = tụ điện C1 nạp với thời , tụ điện C2 nạp với thời hằng, nên tụ điện C1 nạp nhanh tụ điện C2 Khi C1 nạp đến mức điện áp VT+, T1 tác động, mức tích cực ngõ T1 T2 Sau điện áp C2 đạt đến mức VT+, T3 tác động, mức logic ngõ T3 + Khi IN = tụ điện C1 xả với thời , tụ điện C2 xả với thời , nên tụ điện C2 xả nhanh tụ điện C1 Khi C2 xả đến mức điện áp VT-, T3 tác động, mức tích cực ngõ T3 Sau điện áp C1 đạt đến mức VT-, T1 tác động, mức logic ngõ T1 T2 Hình B.3: Dạng tín hiệu ngõ mạch deadtime ================================================================ 116 HVTH: Nguyễn Xuân Bắc Điều khiển động không đồng ba pha GVHD: PGS TS Dương Hoài Nghĩa biến tần đa bậc ================================================================ B.3 Mạch lái dùng opto TLP251 IC tạo nguồn cách ly TMA1215 * Mạch gồm linh kiện : Hình B.4: IC tạo điện áp ±15V cách ly TMA1215 Mạch tạo xung kích khơng tạo mức áp đủ lớn để kích IGBT mà cịn tạo cách ly phần điều khiển phẩn cơng suất Các linh kiện sử dụng mạch kích bao gồm: + Bộ biến đổi điện áp DC_DC TMA 1215 : tạo điện áp DC 15V từ điện áp DC 12V với độ gợn max 75mV Peak-Peak + IC tạo xung kích (gate drive ) TLP250 : nuôi điện áp ngõ TMA1215, tạo xung PWM với mức điện áp 15V ================================================================ 117 HVTH: Nguyễn Xuân Bắc Điều khiển động không đồng ba pha GVHD: PGS TS Dương Hoài Nghĩa biến tần đa bậc ================================================================ +12V Hình B.5: IC tạo xung kích TLP250 U21 U26 C63 104 VCC NC GND VOUT+ COM VOUT- +15V_1 S_IGBT_1 -15V_1 C65 104 C64 104 TMA1215D R41 IN_1 1k 0 +15V_1 R40 G_IGBT_1 8.2 -15V_1 TLP250P Hình B.6: Sơ đồ mạch tạo nguồn ±15V cách ly (trái) mạch lái IGBT (phải) B.4 Khối mạch cơng suất IGBT Hình B.7: Cấu trúc IGBT FMG2G100US60 + IGBT FMG2G100US60 loại có tần số đóng cắt cao, module gồm hai khóa bán dẫn mắc nối tiếp Các thông số định mức sau: ================================================================ 118 HVTH: Nguyễn Xuân Bắc Điều khiển động không đồng ba pha GVHD: PGS TS Dương Hoài Nghĩa biến tần đa bậc ================================================================ - VCE = 600V , IC = 100A - Thời gian trễ off 80ns - Thời gian cạnh xuống 110 ns ( max 200ns) - Thời gian deadtime chọn phải lớn thời gian tắt lớn nhất, 280ns - Tụ điện 5000 µ F - Diode cơng suất có khả khóa áp ngược lên đến 1000V J1 V_POSI TIVE3 V_POSI TIVE2 V_POSI TIVE1 C ON H _AC TI VE_1 Q1 I GBT L_AC TI VE_1 H _AC TIVE_5 Q5 I GBT L_AC TIVE_5 H _AC TIVE_9 Q9 IGBT L_AC TI VE_9 J2 C ON H _AC TI VE_2 Q2 I GBT L_AC TI VE_2 J3 H _AC TIVE_6 Q6 I GBT L_AC TIVE_6 H _AC TIVE_10 Q10 IGBT L_AC TI VE_10 C ON H _AC TI VE_3 Q3 I GBT L_AC TI VE_3 H _AC TIVE_7 Q7 I GBT L_AC TIVE_7 H _AC TIVE_11 Q11 IGBT L_AC TI VE_11 J4 C ON H _AC TI VE_4 L_AC TI VE_4 J5 Q4 I GBT H _AC TIVE_8 L_AC TIVE_8 Q8 I GBT H _AC TIVE_12 Q12 IGBT L_AC TI VE_12 C ON Hình B.8: Sơ đồ mạch BNL ba bậc NPC sử dụng IGBT FMG2G100US60 ================================================================ 119 HVTH: Nguyễn Xuân Bắc Điều khiển động không đồng ba pha GVHD: PGS TS Dương Hoài Nghĩa biến tần đa bậc ================================================================ B.5 Khối Diode kẹp D1 J100 CON3 D4 V_NEURAL1 DIODE D2 DIODE D5 DIODE D3 DIODE D6 DIODE DIODE J8 CON3 Hình B.9: Sơ đồ khối Diode kẹp B.6 Mạch cảm biến đo dòng dùng LEM LA55-P * Mạch gồm linh kiện + LEM LA55-P : Đo dịng điện theo nguyên lý hiệu ứng Hall + Bộ lọc thông thấp bậc 2, f = 500 Hz R29 +15V V2 C28 104 LA 55-P -15V R10 120 + U17A - R28 R27 1k LM358 100 C44 104 LM358 PhaseA U17B 1k R13 M -15V V+ U7 C45 104 + C20 104 1k C43 104 - +15V 0 Hình B.10: Mạch đo dịng điện dùng cảm biến dòng LA55-P ================================================================ 120 HVTH: Nguyễn Xuân Bắc Điều khiển động không đồng ba pha GVHD: PGS TS Dương Hoài Nghĩa biến tần đa bậc ================================================================ PHỤ LỤC C DANH MỤC CÁC BÀI BÁO ĐÃ CÔNG BỐ TRONG THỜI GIAN LÀM LUẬN VĂN ĐIỀU KHIỂN TRƯỢT ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA NUÔI BỞI BỘ NGHỊCH LƯU ÁP BA MỨC Tạp chí Khoa Học Công Nghệ trường Đại học Kỹ Thuật (Đã nhận đăng) REAL TIME CONTROL OF INDUCTION MOTOR USING IMC APPROACH Vol 9, No 3, May 2009, Journal of Power Electronics, Korea (SCIE Indexed) A NEW SWITCHING TECHNIQUE FOR DIRECT TORQUE CONTROL OF INDUCTION MOTOR USING FOUR-SWITCH THREE-PHASE INVERTER WITH DC - LINK VOLTAGE IMBALANCE IEEE International Conference on Industrial Technology (ICIT) 10-13 Feb 2009 FAULT DETECTION USING ANN FOR FOUR SWITCH THREE PHASE INVERTER FED INDUCTION MOTOR DRIVE IEEE International Conference on Sustainable Energy Technologies (ICSET) 24-27 Nov 2008 ================================================================ 121 HVTH: Nguyễn Xuân Bắc ... TỰ ĐỘNG HĨA 01508331 1- TÊN ĐỀ TÀI: ĐIỀU KHIỂN TRƯỢT ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA TRÊN BIẾN TẦN ĐA BẬC 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: - Xây dựng giải thuật mô hệ thống điều khiển trượt động không đồng. .. • Bài báo đề xuất phương pháp điều khiển trượt điều khiển ĐCKĐB ba pha, bao gồm hai vòng: vòng điều khiển trượt điều khiển từ thông mô-men động cơ, vịng ngồi điều khiển PID hiệu chỉnh tốc độ Các... thuật điều khiển trượt điều khiển ĐCKĐB kiểm chứng tính đắn giải thuật thực nghiệm hệ thực với nguồn nuôi cho động BNL áp ba bậc - Nghiên cứu kỹ thuật điều khiển trượt điều khiển ĐCKĐB ba pha biến