LVTN Tóm tắt.
GVHD: PGS. TS. Lê Minh Phương Trang iv HVTH: Trương Minh Triệu
TÓM TẮT
Động cơ không đồng bộ ba pha là thiết bị chủ lực trong truyền động điện xoay
chiêu vì có nhiêu ưu đi ểm. Tuy nhiên, việc điều khiển động cơ không đồng bộ là
một vấn đề khó khăn, phức tạp với tính chất phi tuyến của nó.
Có 1 ý tưởng đưa ra là làm sao để điều khiển động cơ không đồng bộ 3 pha giống
như việc điều khiển của động cơ một chiều. Đó là phương pha
p điêu khiê
̉
n đi
̣
nh
hươ
ng trươ
ng (Field Oriented Control - FOC), Phương pha
p này co
kha
̉
năng điêu
khiê
̉
n đô
̣
c lâ
LVTN Abstract.
GVHD: PGS. TS. Lê Minh Phương Trang v HVTH: Trương Minh Triệu
ABSTRACT
Three-phase asynchronous motors are main equipment in AC Drives because it
have many advantages. However, it is difficult to control them because of their
nonlinear characterisics.
An idea have been given how to control three-phase asynchronous motors like
direct current motors control. This is Field Oriented Control (FOC) method, this
method can decoupled control of torque and flux.
To accomplish this, the flux rotor angle
r
must be known precisely. There are
two ways to calculate angle
r
by direct (call Direct Field Oriented Control -
DFOC) and by indirect (call Indirect Field Oriented Control - IFOC). In direct, it
can be found based on the stator or air-gap. In indirect, it can be calculated by the
slip angle and the rotor angle. In this dissertatio, I used indirect method.
LVTN Mục lục.
13
3.2.1.1. Đổi tọa độ từ
, , wuv
13
3.2.1.2. Đổi tọa độ từ
, , wuv
14
LVTN Mục lục.
VHD: PGS. TS. Lê Minh Phương Trang vii HVTH: Trương Minh Triệu
3.2.2. Hệ tọa độ quay dq 14
3.2.2.1. Đổi tọa độ từ
dq
15
3.2.2.2. Đởi tọa độ từ
dq
15
3.3. Mô hình của động cơ KĐB 3 pha 15
3.3.1. Hệ phương trình cơ bản của động cơ 16
3.3.2. Mô hình trạng thái của động cơ trên hệ tọa độ stator (hệ
) 18
3.3.3. Mô hình trạng thái của động cơ trên hệ tọa độ từ thông rotor (hệ dq) 19
4.3.2.3. Điều rộng xung PWM 47
4.3.2.4. Bộ đếm xung encoder – QEP 49
4.3.2.5. Bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự sang số - ADC 50
4.3.3. Bộ ngắt ngoại vi mở rộng – PIE 54
4.4. Chức năng các chân của chip F2812 56
4.5. KIT eZdsp
TM
F2812 67
4.5.1. Đặt tính kỹ thuật 68
4.5.2. Các Port trên Kit 69
4.5.3. Vị trí và chức năng các chân trên từng Port 70
4.5.3.1. Port 1 70
4.5.3.2. Port 2 70
4.5.3.3. Port 4/7/8 71
4.5.3.4. Port 5/9 73
4.5.4. Vị trí và chức năng của các Jumper 74
4.5.5. Led hiển thị 75
4.6. Các chân được dùng trong luận văn 75
Chương 5: Gii thuật lập trình 76
5.1. Sơ đồ khối phần cứng 76
5.2. Lưu đồ giải thuật cho chương trình chính 76
5.2.1. Giải thuật đọc ADC 78
5.2.2. Giải thuật đọc Encoder 78
5.2.3. Giải thuật cho khối PI 79
5.2.4. Giải thuật tính góc từ thông rotor
r
79
5.2.5. Giải thuật cho khối tính Sine
r
6.2.1.1. Mạch nghịch lưu 3 pha 87
6.2.1.2. Sơ đồ nguyên lý 89
6.2.1.3. Mạch thi công 89
6.2.2. Mạch nguồn DC 89
6.2.2.1. Nguyên lý hoạt động 89
6.2.2.2. Sơ đồ nguyên lý 90
6.2.2.3. Mạch thi công 90
6.2.3. Mạch lái + Deadtime 91
6.2.3.1. IC HCPL 3120 91
6.2.3.2. Sơ đồ nguyên lý mạch dead time 91
6.2.3.3. Sơ đồ nguyên lý mạch lái 92
6.2.3.4. Mạch thi công 92
6.2.4. Mạch cảm biến dòng 93
6.2.4.1. Cảm biến dòng LA 25-NP 93
6.2.4.2. Sơ đồ nguyên lý 93
6.2.3.5. Mạch thi công 93
6.2.5. Mạch xử lý tín hiệu cảm biến biến dòng 93
6.2.5.1. Sơ đồ nguyên lý 94
6.2.5.2. Mạch thi công 94
6.2.6. Mạch xử lý tín hiệu encoder 94
6.2.6.1. Sơ đồ nguyên lý 95
6.2.6.2. Mạch thi công 95
6.2.7. Mạch nguồn 95
LVTN Mục lục.
VHD: PGS. TS. Lê Minh Phương Trang x HVTH: Trương Minh Triệu
6.2.7.1. Sơ đồ nguyên lý 95
6.2.7.2. Mạch thi công 96
6.2.8. Mạch hiển thị Led 7 thanh 96
6.2.8.1. Sơ đồ nguyên lý 96
6.2.8.2. Mạch thi công 97
DC: một chiều.
KĐB: không đông bô
̣
.
FOC - Field Oriented Control: điêu khiê
̉
n tư
̣
a trươ
ng.
RFOC – Roto Field Oriented Control: điều khiển tựa từ thông roto.
DRFOC – Direct Roto Field Oriented Control: điều khiển tựa từ thông roto kiểu
trực tiếp.
IRFOC – Indirect Roto Field Oriented Control: điều khiển tựa từ thông roto kiểu
gián tiếp.
DTC - Direct Torque Control: điêu khiê
̉
n trư
̣
c tiêp moment.
m
L
: hỗ cảm giữa rotor và stator (H).
s
L
: điện cảm tiêu tán phía cuộn dây stator(H).
r
: hằng số thời gian stator.
r
r
r
L
T
R
: hằng số thời gian rotor.
2
1
m
sr
L
LL
: hệ số tiêu tán tổng.
P
- Power: công suât của động cơ (W).
p
- Pole couple: sô đôi cư
̣
c của động cơ.
J
: momen quán tính(Kg/m
2
).
L
T
: tôc đô
̣
góc của từ thông rotor so với stator
()
rs
(rad/s).
sl
: tôc đô
̣
góc của từ thông rotor so với rotor (tốt độ trượt) (rad/s).
: góc của trục rotor (cuộn dây pha A) trong hệ tọa độ
(rad).
s
: góc của trục d (hệ tọa độ quay bất kỳ) trong hệ tọa độ
(rad).
r
: góc của trục d (hệ tọa độ quay bất kỳ) so với trục rotor (rad).
s
: góc của từ thông stator trong hệ tọa độ
dq
.
s
s
I
: dòng điện của stator được quan sát trên hệ tọa độ
(hệ stator).
r
s
I
: dòng điện của stator được quan sát trên hệ tọa độ
dq
(hệ từ thông rotor).
_,r
I
: dòng điện rotor trên hệ tọa độ
.
_,s d q
I
: dòng điện stator trên hệ tọa độ
dq
.
_,r d q
I
: dòng điện rotor trên hệ tọa độ
dq
.
Bảng 4.7: Chức năng các Jumper 7/8/11/12 75
LVTN Danh sách các hình.
GVHD: PGS. TS. Lê Minh Phương Trang xiv HVTH: Trương Minh Triệu
DANH SÁCH CÁC HÌNH
Trang
Hình 3.1. (a) lõi thép stator; (b) lá thép; (c) rãnh chứa dây quấn 05
Hình 3.2. Rãnh ở mặt trong stator 05
Hình 3.3. Sơ đồ bố trí 3 cuộn dây stator đặt trong rãnh 06
Hình 3.4. Vỏ máy và các phụ kiện 06
Hình 3.5. Lõi thép rotor 07
Hình 3.6. Rotor lòng sóc 07
Hình 3.7. Rotor dây quấn 08
Hình 3.8. Động cơ KĐB 3 pha rotor lồng sóc 08
Hình 3.9. Sự hình thành từ trường quay 09
Hình 3.10. Nguyên lý làm việc của động cơ KĐB 3 pha 10
Hình 3.11. Sơ đồ cuộn dây stator của động cơ KĐB 3 pha 12
Hình 3.12. Vector dòng stator
s
i
và hình chiếu của nó 13
Hình 3.13. Biểu diễn vectơ
s
i
trong cả hai hệ trục tọa độ
Hình 4.10: Sơ đồ khối của bộ ADC 51
Hình 4.11: Nguồn xung cấp cho bộ ADC 52
Hình 4.12: Sơ đồ khối của bộ ngắt mở rộng PIE 56
Hình 4.13: Chip DSP F2812 60
Hình 4.14: Sơ đồ khối Kit eZdsp™ 68
Hình 4.15: Kit eZdsp™ 69
Hình 4.16: Vị trí các cổng trên Kit eZdsp™ 69
Hình 4.17: Vị trí các Jumper trên Kit eZdsp™ 74
Hình 5.1: Sơ đồ khối phần cứng của phương pháp FOC 76
Hình 5.2: Lưu đồ giải thuật của phương pháp FOC 77
Hình 5.3: Giải thuật của khối đọc ADC 78
Hình 5.4: Giải thuật của khối đọc Encoder 78
Hình 5.5: Giải thuật của khối PI 79
Hình 5.6: Giải thuật khối tính tốc độ
r
79
Hình 5.7: Giải thuật khối tính Sin
r
, Cos
r
80
Hình 5.8: Giải thuật khối chuyển trục
abc
80
LVTN Danh sách các hình.
Hình 6.19: Mạch xử lý tín hiệu encoder 95
Hình 6.20: Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn 96
Hình 6.21: Mạch nguồn 96
Hình 6.22: Sơ đồ nguyên lý mạch hiển thị Led 7 thanh 96
Hình 6.23: Mạch hiển thị Led 7 thanh 97
Hình 6.24: Mô hình 97
Hình 7.1: Dạng sóng điện áp pha ở tốc độ 1000 rpm 98
Hình 7.2: Dạng sóng điện áp dây ở tốc độ 1000 rpm 99
LVTN Danh sách các hình.
GVHD: PGS. TS. Lê Minh Phương Trang xvii HVTH: Trương Minh Triệu
Hình 7.3: Dạng sóng dòng điện ở tốc độ 1000 rpm 99
Hình 7.4: Dạng sóng điện áp pha ở tốc độ 1500 rpm 99
Hình 7.5: Dạng sóng điện áp dây ở tốc độ 1500 rpm 100
Hình 7.6: Dạng sóng dòng điện ở tốc độ 1500 rpm 100
Hình 7.7: Dạng sóng điện áp pha ở tốc độ 2000 rpm 100
Hình 7.8: Dạng sóng điện áp dây ở tốc độ 2000 rpm 101
Hình 7.9: Dạng sóng dòng điện ở tốc độ 2000 rpm 101
Hình 7.10: Dạng sóng điện áp pha ở tốc độ 2500 rpm 101
Hình 7.11: Dạng sóng điện áp dây ở tốc độ 2500 rpm 102
Hình 7.12: Dạng sóng dòng điện ở tốc độ 2500 rpm 102
LVTN Chương 1: Tổng quan.
GVHD: PGS. TS. Lê Minh Phương Trang 1 HVTH: Trương Minh Triệu
Chương 1
TNG QUAN
1.1. Đặt vấn đề.
Ngày nay, ngành công nghiệp là lĩnh vực phát triển với tốc độ rất nhanh, đi kèm
theo đó thì truyền động là khâu không thể thiếu được. Động cơ điện cũng là một
phần không kém phần quan trọng trong khâu truyền động với nhiệm vụ chuyển hóa
suất nhằm mục đích giảm sai số moment và từ thông trong phạm vi cho phép.
Với các phương pháp điều khiển như trên, để có thể điều khiển chính xác và có
hiệu suất cao thì cũng cần phải có thiết bị xử lý, tính toán với tốc độ cao. Texas
Instruments đã phát triển thế hệ vi xử lý mới để đáp các yêu cầu đó.
Digital Signal Processing: là một giải pháp cho các hệ truyền động đòi hỏi
tốc độ tính toán, hiệu suất cao, kinh tế, tiết kiệm năng lượng. Kỹ thuật xử lý tín hiệu
số đã giải quyết các thuật toán phức tạp trong điều khiển động cơ KĐB 3 pha với
thời gian thực, chất lượng điều khiển cao.
Để hội nhập và theo kịp với đà phát triển của thế giới. Hiện nay nước ta đã phát
triển nhiều lý thuyết mới cũng như ứng dụng lý thuyết vào thực nghiệm. Cụ thể tại
phòng thí nghiệm Điện tử công suất - Bộ môn Cung cấp điện – Trường ĐH Bách
Khoa Tp. Hồ Chí Minh hiện nay đang có định hướng nghiên cứu về các lĩnh vực:
- Các bộ biến đổi công suất: Inverter, Multilevel Inverter.
- Thiết kế bộ biến tần Inverter, Sofstarter trên cơ sở vi sử lý PIC18F, DSP
TMS320LF2407A, Atmel 8535.
- Hệ truyền động động cơ KĐB theo phương pháp điều khiển V/f, DTC, FOC.
- Công nghệ VHDL –FPGA trong điều khiển các bộ biến đổi công suất.
Trong số các hướng nghiên cứu trên, có một số bài báo, công trình nghiên cứu do
các giảng viên thực hiện đã được công bố trên các tạp chí trong nước và quốc tế.
Hiện nay, các Giảng viên, Giáo viên trong bộ môn cũng đang thực hiện đề tài “Chế
tạo thử nghiệm bộ biến tần giá thành thấp” với chất lượng tốt để phục vụ cho nhu
cầu thị trường.
LVTN Chương 1: Tổng quan.
GVHD: PGS. TS. Lê Minh Phương Trang 3 HVTH: Trương Minh Triệu
Việc nghiên cứu chế tạo thử nghiệm bộ biến tần giá thành thấp tích hợp các thuật
toán điều khiển mới sẽ mở ra khả năng liên kết và giúp đẩy mạnh phát triển nhiều
lãnh vực trong nước như điện tử công suất, tự động điều khiển, máy điện và hệ
thống nguồn năng lượng.
Mục tiêu của đề tài nhằm giải quyết vấn đề cốt lõi là “Chế tạo thử nghiệm bộ
biến tần 3 pha giá thành thấp“ để phục vụ cho nhu cầu điều khiển vận tốc động cơ
phương pháp điều khiển từ cổ điển đến hiện đại.
- Lý thuyết về vi xử lý DSP bao gồm: cấu trúc, ngôn ngữ lập trình và các chức
năng hổ trợ cho công việc điều khiển động cơ.
- Lý thuyết về truyền động điện, bộ biến tần.
LVTN Chương 3: Động cơ KĐB và các PP điều khiển.
GVHD: PGS. TS. Lê Minh Phương Trang 5 HVTH: Trương Minh Triệu
Chương 3
ĐNG C KHÔNG ĐNG B 3 PHA VÀ
CÁC PHNG PHÁP ĐIU KHIN
3.1. Tng quan về động cơ KĐB 3 pha.
3.1.1. Cấu to.
pha
khí.
3.1.1.1. Stator.
Lõi thép:
a)
b)
c)
H.
Hình 3.4.
3.1.1.2. Rotor.
Lõi thép: lõi thép rotor
các
LVTN Chương 3: Động cơ KĐB và các PP điều khiển.
GVHD: PGS. TS. Lê Minh Phương Trang 7 HVTH: Trương Minh Triệu
Rãnh
đặt dây
quấn
Lỗ
lắp
trục
Hình 3.5. Lõi thép rotor.
Trc rotor: ,
Dây quấn: r
dây.
Rotor lng sóc:
3.6.
moment (
Rotor quấn dây:
.
LVTN Chương 3: Động cơ KĐB và các PP điều khiển.
GVHD: PGS. TS. Lê Minh Phương Trang 8 HVTH: Trương Minh Triệu
Hình 3.7. Rotor dây q.
3.1.1.3. Khe h không khí.
. , (0,2 1
mm) rotor
Hình 3.8. .
pha rot :
Động cơ rotor lng sóc
Động cơ rotor quấn dây
3.1.2. Nguyên lý hot động của động cơ KĐB 3 pha.
dây AX, BY và CZ.
,
3 pha (i
su
, i
sv
2
10b
1
1
2
):
21
n n n
(3.2)
21
11
n n n
s
nn
(3.3)
LVTN Chương 3: Động cơ KĐB và các PP điều khiển.
GVHD: PGS. TS. Lê Minh Phương Trang 10 HVTH: Trương Minh Triệu
stator
i
2
kW. : , c cho
,
,
LVTN Chương 3: Động cơ KĐB và các PP điều khiển.
GVHD: PGS. TS. Lê Minh Phương Trang 11 HVTH: Trương Minh Triệu
kmoment hoàn
thông và moment
Copyright: Tài liệu đại học ©