Đề tài điều khiển động cơ không đồng bộ dùng Psoc

Luận văn tốt nghiệp đề tài điều khiển động cơ không đồng bộ dùng PSoc

Tr ng ĐHGTVT Đ án t tườ ồ ố nghi pệ Lu n Văn T t Nghi pậ ố ệ Đ Tài: Đi u khi n đ ng c khôngề ề ể ộ ơ đ ng b dùng PSocồ ộ SVTH: Vũ Quang Trình 1 Tr ng ĐHGTVT Đ án t tườ ồ ố nghi pệ M c l cụ ụ SVTH: Vũ Quang Trình 1 Tr ng ĐHGTVT Đ án t tườ ồ ố nghi pệ L I NÓI Đ UỜ Ầ N i dung đ án này là tìm hi u và thi t k b bi n t n truy n th ng ba phaộ ồ ể ế ế ộ ế ầ ề ố đi u khi n đ ng c không đ ng b theo ph ng pháp U/f = const và đi u chề ể ộ ơ ồ ộ ươ ề ế SPWM. T c s lý thuy t v đ ng c không đ ng b ba pha, ph ng pháp đi uừ ơ ở ế ề ộ ơ ồ ộ ươ ề khi n b ng t n s và qua tìm hi u kh o sát các b bi n t n th c t hi n nayể ằ ầ ố ề ả ộ ế ầ ự ế ệ cũng nh đánh giá các ph ng pháp đi u khi n, n i dung c a đ án đã đ xu t raư ươ ề ể ộ ủ ồ ề ấ mô hình bi n t n đi u khi n đ ng c không đ ng b ba pha dùng trong các hế ầ ề ể ộ ơ ồ ộ ệ truy n đ ng v i giá thành th p, đáp ng đ c các yêu c u c b n c a th c t .ề ộ ớ ấ ứ ượ ầ ơ ả ủ ự ế Do h n ch v m t th i gian nên trong ph m vi đ án này ch d ng l i đi uạ ế ề ặ ờ ạ ồ ỉ ừ ạ ở ề khi n vòng h đ ng c không đ ng b ba pha và hi v ng đ tài s đ c ti p t cể ở ộ ơ ồ ộ ọ ề ẽ ượ ế ụ phát tri n trong t ng lai. ể ươ Em xin chân thành g i l i c m n t i t t c các th y cô trong b mônử ờ ả ơ ớ ấ ả ầ ộ Trang thi t b Đi n - Đi n T trong công nghi p và giao thông v n t iế ị ệ ệ ử ệ ậ ả cùng các th y cô trong khoa ầ Đi n - Đi n tệ ệ ử đã t n tình d y d em nh ng ki n th cậ ạ ỗ ữ ế ứ chuyên môn làm c s đ em hoàn thành t t đ tài t t nghi p và đã t o đi u ki nơ ở ể ố ề ố ệ ạ ề ệ thu n l i cho em hoàn t t khóa h c.ậ ợ ấ ọ Đ c bi t em xin g i l i c m n t i th y h ng d n ặ ệ ử ờ ả ơ ớ ầ ướ ẫ TS. Nguy n Vănễ Nghĩa, đã t n tình ch b o, g i ý, giúp đ , t o m i đi u ki n và nhi t tình giúpậ ỉ ả ợ ỡ ạ ọ ề ệ ệ đ em hoàn thành đ tài này.ỡ ề Hà n i, ngày 16 tháng 5 năm2009ộ SVTH: Vũ Quang Trình 1 Tr ng ĐHGTVT Đ án t tườ ồ ố nghi pệ PH N IẦ C S LÝ THUY TƠ Ở Ế CH NG IƯƠ T ng quan v đ ng c đi n không đ ng b ba phaổ ề ộ ơ ệ ồ ộ 1. Nguyên lý ho t đ ngạ ộ Nh đã bi t trong v t lý, khi cho dòng đi n ba pha vào ba cu n dây đ t l chư ế ậ ệ ộ ặ ệ nhau 120 o trong không gian thì t tr ng t ng mà ba cu n dây t o ra trong là m từ ườ ổ ộ ạ ộ t tr ng quay. N u trong t tr ng quay này có đ t các thanh d n đi n thì từ ườ ế ừ ườ ặ ẫ ệ ừ tr ng quay s quét qua các thanh d n đi n và làm xu t hi n m t s c đi n đ ngườ ẽ ẫ ệ ấ ệ ộ ứ ệ ộ c m ng trong các thanh d n. ả ứ ẫ N i các thanh d n v i nhau và làm m t tr c quay thì trong các thanh d n s cóố ẫ ớ ộ ụ ẫ ẽ dòng đi n (ng n m ch) có chi u xác đ nh theo quy t c ban tay ph i. T tr ngệ ắ ạ ề ị ắ ả ừ ườ quay l i tác d ng vào chính dòng đi n c m ng này m t l c t có chi u xác đ nhạ ụ ệ ả ứ ộ ự ừ ề ị theo quy t c ban tay trái và t o ra momen làm quay roto theo chi u quay c a tắ ạ ề ủ ừ tr ng quay.ườ T c đ quay c a roto luôn nh h n t c đ quay c a t tr ng qua. N u rotoố ộ ủ ỏ ơ ố ộ ủ ừ ườ ế quay v i t c đ b ng t c đ c a t tr ng quay thì t tr ng s quét qua cácớ ố ộ ằ ố ộ ủ ừ ườ ừ ườ ẽ dây qu n ph n c m n a nên sdd c m ng và dòng đi n c m ng s không còn,ấ ầ ả ữ ả ứ ệ ả ứ ẽ momen quay cũng không còn. Do momen c n roto s quay ch m l i sau t tr ngả ẽ ậ ạ ừ ườ và các dây d n roto l i b t tr ng quét qua, dòng đi n c m ng l i xu t hi nẫ ạ ị ừ ườ ệ ả ứ ạ ấ ệ SVTH: Vũ Quang Trình 2 Tr ng ĐHGTVT Đ án t tườ ồ ố nghi pệ và do đó l i có momen quay làm roto ti p t c quay theo t tr ng nh ng v i t cạ ế ụ ừ ườ ư ớ ố đ luôn nh h n t c đ t tr ng.ộ ỏ ơ ố ộ ừ ườ Đ ng c làm vi c theo nguyên lý này g i là đ ng c không đ ng b (KDB)ồ ơ ệ ọ ộ ơ ồ ộ hay đ ng c xoay chi u.ộ ơ ề Hình 1-1: Nguyên lý làm vi c c a đ ng c không đ ng b ba phaệ ủ ộ ơ ồ ộ N u g i t c đ t tr ng quay là ωế ọ ố ộ ừ ườ o (rad/s) hay n o (vòng/phút) thì t c đ quayố ộ c a roto là ω ( hay n ) luôn nh h n ( ω < ωủ ỏ ơ o ; n < n o ). Sai l ch t ng t i gi a haiệ ươ ố ữ t c đ g i là đ tr t s:ố ộ ọ ộ ượ o o s ω − ω = ω (1-1) T đó ta có:ừ ω = ω o (1 – s) (1-2) hay SVTH: Vũ Quang Trình 3 Tr ng ĐHGTVT Đ án t tườ ồ ố nghi pệ n = n o (1 – s) (1-3) V i:ớ 2 n 60 ω = π (1-4) o 1 o 2 n 2 f 60 p ω = π π = (1-5) f 1 - t n s đi n áp đ t lên cu n dây stato.ầ ố ệ ặ ộ T c đ ωố ộ o là t c đ l n nh t mà roto có th đ t đ c n u không có l c c nố ộ ớ ấ ể ạ ượ ế ự ả nào. T c đ này g i là t c đ không t i lý t ng hay t c đ đ ng b .ố ộ ọ ố ộ ả ưở ố ộ ồ ộ ch đ đ ng c , đ tr t s có giá tr 0 ≤ s ≤ 1.Ở ế ộ ộ ơ ộ ượ ị Dòng đi n c m ng trong cu n dây ph n ng roto cũng là dòng đi n xoayệ ả ứ ộ ầ ứ ở ệ chi u v i t n s xác đ nh b i t c đ t ng đ i c a roto đ i v i t tr ng quay:ề ớ ầ ố ị ở ố ộ ươ ố ủ ố ớ ừ ườ o 2 1 np(n f 6 ) s 0 f − = = (1-6) 2. Đ c tính c c a đ ng c đi n không đ ng b ba phaặ ơ ủ ộ ơ ệ ồ ộ 2.1. Ph ng trình đ c tính cươ ặ ơ Theo lý thuy t máy đi n, khi coi đ ng c và l i đi n là lý t ng, nghĩa làế ệ ộ ơ ướ ệ ưở ba pha c a đ ng c đ i x ng, các thông s dây qu n nh đi n tr và đi n khángủ ộ ơ ố ứ ố ấ ư ệ ở ệ không đ i, t ng tr m ch t hóa không đ i, b qua t n th t ma sát và t n th tổ ổ ở ạ ừ ổ ỏ ổ ấ ổ ấ trong lõi thép và đi n áp l i hoàn toàn đ i x ng, thì s đ thay th m t pha c aệ ướ ố ứ ơ ồ ế ộ ủ đ ng c nh hình v 1-2ộ ơ ư ẽ SVTH: Vũ Quang Trình 4 Tr ng ĐHGTVT Đ án t tườ ồ ố nghi pệ Hình 1-2: S đ thay th m t pha đ ng c không đ ng bơ ồ ế ộ ộ ơ ồ ộ Trong đó: U 1 – tr s hi u d ng c a đi n áp pha stato (V)ị ố ệ ụ ủ ệ I µ , I 1 , I ’ 2 – dòng đi n t hóa, dòng đi n stato và dòng đi n roto đã quy đ iệ ừ ệ ệ ổ v stato (A)ề X µ , X 1 , X ’ 2 – đi n kháng m ch t hóa, đi n kháng stato và đi n kháng rotoệ ạ ừ ệ ệ đã quy đ i v stato (Ω) ổ ề R µ , R 1 , R ’ 2 – đi n tr tác d ng m ch t hóa, m ch stato và m ch roto đãệ ở ụ ạ ừ ạ ạ quy đ i v stato (Ω)ổ ề Ph ng trình đ c tính c c a đ ng c không đ ng b bi u di n m i quanươ ặ ơ ủ ộ ơ ồ ộ ể ễ ố h gi a mômen quay và t c đ c a đ ng c có d ng:ệ ữ ố ộ ủ ộ ơ ạ ' ' 2 1 2 2 2 o 1 nm 3U M R s R X s R ,[Nm]=     ω +           + (1-7) Trong đó: X nm – đi n kháng ng n m ch, Xệ ắ ạ nm = X 1 + X ’ 2 2.2. Đ ng đ c tính cườ ặ ơ SVTH: Vũ Quang Trình 5 Tr ng ĐHGTVT Đ án t tườ ồ ố nghi pệ V i nh ng giá tr khác nhau c a s (0 ≤ s ≤ 1), ph ng trình cho nh ng giáớ ữ ị ủ ươ ữ tr c a M. Đ ng bi u di n M = f(s) trên tr c t a đ sOM nh hình v 1-4, đó làị ủ ườ ề ễ ụ ọ ộ ư ẽ đ ng đ c tính c c a đ ng c đi n xoay chi u không đ ng b ba pha.ườ ặ ơ ủ ộ ơ ệ ề ồ ộ Hình 1-3: Đ ng đ c tính c c a đ ng c không đ ng b ba phaườ ặ ơ ủ ộ ơ ồ ộ Đ ng đ c tính c có đi m c c tr g i là đi m t i h n K. T i đi m đó:ườ ặ ơ ể ự ị ọ ể ớ ạ ạ ể dM 0 ds = (1-8) Gi i ph ng trình ta có:ả ươ 2 th 2 2 1 nm ' R R s X+ = (1-9) Thay vào ph ng trình đ c tính c ta có:ươ ặ ơ SVTH: Vũ Quang Trình 6 Tr ng ĐHGTVT Đ án t tườ ồ ố nghi pệ 2 1 th 2 2 o 1 1 nm 3U M 2 (R R X )+ω  = (1-10) Vì ta đang xem xét trong gi i h n 0 ≤ s ≤ 1 ( ch đ đ ng c ) nên giá tr sớ ạ ế ộ ộ ơ ị th và M th c a đ c tính c trên hình ng v i d u (+).ủ ặ ơ ứ ớ ấ Đ c tính c c a đ ng c đi n xoay chi u KDB là m t đ ng cong ph c t pặ ơ ủ ộ ơ ệ ề ộ ườ ứ ạ có hai đo n AK và BK, phân b i đi m t i h n K. Đo n AK g n th ng và c ng.ạ ở ể ớ ạ ạ ầ ẳ ứ Trên đo n này momen đ ng c tăng khi t c đ gi m và ng c l i. Do v y đ ngạ ộ ơ ố ộ ả ượ ạ ậ ộ c làm vi c trên đo n này s n đ nh. Đo n BK cong v i đ d c d ng. Trênơ ệ ạ ẽ ổ ị ạ ớ ộ ố ươ đo n này đ ng c làm vi c không n đ nh.ạ ộ ơ ệ ổ ị Trên đ ng đ c tính c t nhiên, đi m B ng v i t c đ ω = 0 ( s = 1 ) vàườ ặ ơ ự ể ứ ớ ố ộ momen m máy:ở 2 1 2 mm 2 2 o 1 2 ' nm ' R R ) 3U X M (R =   ω +  +  (1-11) Đi m A ng v i momen c n b ng 0 ( Mể ứ ớ ả ằ c = 0 ) và t c đ đ ng b :ố ộ ồ ộ 1 o 2 f p ω = π (1-12) 3. nh h ng c a t n s ngu n fẢ ưở ủ ầ ố ồ 1 đ n đ c tính c :ế ặ ơ Khi thay đ i fổ 1 thì theo (1-5) t c đ đ ng b ωố ộ ồ ộ o thay đ i, đ ng th i Xổ ồ ờ 1 , X 2 cũng b thay đ i ( vì X = 2πfL ), kéo theo s thay đ i c a c đ tr t t i h n sị ổ ự ổ ủ ả ộ ượ ớ ạ th và momen t i h n Mớ ạ th . SVTH: Vũ Quang Trình 7 Tr ng ĐHGTVT Đ án t tườ ồ ố nghi pệ Quan h đ tr t t i h n theo t n s sệ ộ ượ ớ ạ ầ ố th = f(f 1 ) và momen t i h n theo t n sớ ạ ầ ố M th = f(f 1 ) là ph c t p nh ng vì ωứ ạ ư o và X 1 ph thu c t l v i t n s fụ ộ ỷ ệ ớ ầ ố 1 nên có thể t các bi u th c c a sừ ể ứ ủ th và M th rút ra: th 1 th 2 1 s 1 1 f M f        : : (1-13) Khi t n s f gi m, đ tr t t i h n sầ ố ả ộ ượ ớ ạ th và momen t i h n Mớ ạ th đ u tăng nh ngề ư M th tăng nhanh h n. ơ Khi gi m t n s fả ầ ố 1 xu ng d i t n s đ nh m c fố ướ ầ ố ị ứ 1dm thì t ng tr c a các cu nổ ở ủ ộ dây gi m nên n u gi nguyên đi n áp c p cho đ ng c s d n đ n dòng đi nả ế ữ ệ ấ ộ ơ ẽ ẫ ế ệ đ ng c tăng m nh. Vì v y khi gi m t n s ngu n xu ng d i giá tr đ nh m cộ ơ ạ ậ ả ầ ố ồ ố ướ ị ị ứ c n ph i đ ng th i gi m đi n áp c p cho đ ng c theo quan h :ầ ả ồ ờ ả ệ ấ ộ ơ ệ 1 1 u const f = (1-14) Nh v y Mư ậ th s gi không đ i vùng fẽ ữ ổ ở 1 < f 1dm . vùng fỞ 1 > f 1dm thì không thể tăng đi n áp ngu n mà gi Uệ ồ ữ 1 = U 1dm nên vùng này Mở th s gi m t l ngh ch v iẽ ả ỉ ệ ị ớ bình ph ng t n s , đ ng th i ph i đi u ch nh đi n áp theo quy lu tươ ầ ố ồ ờ ả ề ỉ ệ ậ f c/ tU ons= đ gi cho đ ng c không b quá t i v công su t.ể ữ ộ ơ ị ả ề ấ SVTH: Vũ Quang Trình 8 [...]... đương như điều chỉnh động cơ điện một chiều bằng cách thay đổi điện áp phần ứng 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 phương pháp điều chỉnh động cơ không đồng bộ bằng cách thay đ ổi t ần s ố nguồn f1 3 Điều chỉnh động cơ không đồng bộ bằng cách thay đổi tần số nguồn Như ta đã biết, tốc độ đồng bộ của động cơ phụ thuộc... điều khiển thông minh Sự phát triển của các van công suất, công ngh ệ sản xu ất IC tích h ợp cao cho ra đời những bộ vi xử lý có tốc độ xử lý ngày càng nhanh và s ự phát tri ển của kỹ thuật tính toán đã dẫn đến việc điều khiển động cơ không đồng b ộ có thể đạt được chất lượng cao 2 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha Có nhiều phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ như: - Điều. .. hàng ngày, động cơ không đồng bộ ngày càng chiếm một vị trí quan trọng với nhiều ứng dụng như: quạt gió, động cơ trong tủ lạnh, trong máy điều hòa… Tóm lại cùng với sự phát triển của nền sản xuất điện khí hóa và t ự đ ộng hóa, phạm vi ứng dụng của động cơ không đồng bộ ngày càng rộng rãi Bên cạnh đó thì nhược điểm của động cơ không động bộ là so với máy đi ện một chiều, việc điều khiển máy điện xoay... và tăng khả năng điều khiển phức tạp Vì vậy, những hệ truyền động với động cơ điện một chiều đang dần bị thay th ế b ởi những hệ truyền động với động cơ xoay chiều sử dụng điều khiển vector Lý do chính để sử dụng rộng rãi động cơ một chiều trước kia là khả năng điều khiển độc lập từ thông và momen cũng như cấu trúc hệ truyền động khá đơn giản Tuy nhiên chi phí mua và bảo trì động cơ cao, đặc biệt là... t ổn thất trong động cơ dẫn đến giảm tuổi thọ của động cơ Momen sinh ra bởi động cơ bị gợn sóng Các thành phần điều hòa bậc cao có thể loại bỏ khi hoạt đ ộng ở tần số cao bởi tính chất cảm của động cơ Nhưng ở tần s ố thấp động c ơ ch ạy sẽ bị rung, làm ảnh hưởng đến các vòng đồng của roto Động cơ làm việc ở lưới nguồn không ổn định nếu không được bảo vệ sẽ làm giảm tuổi thọ của động cơ Từ những phân... đặc bi ệt linh ho ạt khi ứng dụng các hệ thống điều khiển bằng điện tử Vì vậy, bộ biến tần được sử dụng để điều khiển tốc độ động cơ theo phương pháp này Khảo sát cho thấy: • Chiếm 30% thị trường biến tần là các bộ điều khiển moment • Trong các bộ điều khiển moment động cơ chiếm 55% là các ứng d ụng quạt gió, trong đó phần lớn là các hệ thống HAVC (điều hòa không khí trung tâm), chiếm 45% là các ứng dụng... đây dùng cho máy điện thường đắt và có hi ệu suất kém 5 Khả năng dùng động cơ xoay chiều thay thế động cơ điện một chiều Những khó khăn trong việc ứng dụng động cơ điện xoay chiều chính là làm thế nào để có thể dễ dàng điều khiển được tốc độ của nó như việc điều khiển động cơ một chiều Vì vậy một ý tưởng về việc biến đổi một máy điện xoay chiều thành một máy điện một chiều trên phương diện điều khiển. .. thuyết điều khiển vector Khả năng tối ưu trong điều khiển quá độ của điều khiển vector là nền móng cho sự phát triển rộng rãi của các hệ truyền động xoay chiều ( vì giá thành của động cơ xoay chiều rẻ hơn so với động cơ một chiều ) Ngoài những phát triển trong điều khiển vector, một sự phát triển đáng chú ý khác chính là phát triển mạng neural ( neural network ) và logic mờ ( fuzzy logic ) vào điều khiển. .. của roto động cơ quan hệ với tốc độ đồng b ộ theo công thức: ω = ωo (1 − s) (2-2) Do đó bằng việc thay đổi tần số nguồn f 1 hoặc thay đổi số đôi cực từ có thể điều chỉnh được tốc độ của động cơ không đồng bộ Khi động cơ đã được chế tạo thì số đôi cực từ không thể thay đổi được do đó ch ỉ có th ể thay đ ổi t ần s ố nguồn f1 Bằng cách thay đổi tần số nguồn có thể điều chỉnh được t ốc độ c ủa động cơ Nhưng... đối với việc điều khiển động cơ Những động cơ trước đây thường được chế tạo để làm việc với tải không đổi trong suốt quá trình làm việc Điều này làm cho hiệu su ất làm vi ệc c ủa h ệ thống thấp, một phần đáng kể công suất đầu vào không được sử dụng hiệu quả Hầu hết thời gian momen động cơ sinh ra đều lớn hơn momen yêu cầu của tải Khi khởi động trực tiếp từ lưới nguồn, dòng khởi động rất lớn Điều này làm . Đ án t tườ ồ ố nghi pệ Lu n Văn T t Nghi pậ ố ệ Đ Tài: Đi u khi n đ ng c không ề ể ộ ơ đ ng b dùng PSoc ộ SVTH: Vũ Quang Trình 1 Tr ng. ừ ủ ộ ơ ế ệ ngu n c p không gi m s làm cho m ch t b bão hòa và đ ng c không làmồ ấ ả ẽ ạ ừ ị ộ ơ vi c ch đ t i u, không phát huy đu c h t