Đang tải... (xem toàn văn)
trong công nghiệp hiện nay,động cơ không đồng bộ được sử dụng rất rộng rãi do phương pháp điều khiển ngày càng phát triển,tiêu biểu là điều khiển vector.với các hệ thống cũ,khi điều khiển cần có cảm biến tốc độ để đưa về thông tin tốc độ.tuy nhiên đây cũng là nhược điểm và hạn chế của bộ điều khiển do việc phản hồi tốc độ hay bị nhiễu và kém chính xác hoặc khó khăn khi lắp đặt.do vậy,bộ điều khiển không dùng cảm biến sẽ có ý nghĩa thực tiễn cao.
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN BỘ MÔN TỰ ĐỘNG HÓA CÔNG NGHIỆP ====o0o==== ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA KHÔNG DÙNG CẢM BIẾN TỐC ĐỘ Trưởng môn Giáo viên hướng dẫn Sinh viên thực Lớp MSSV : TS Trần Trọng Minh : PGS.TS Tạ Cao Minh : Hồ Trọng Đạt : ĐK&TĐH - K56 : 20112569 Hà Nội, 6-2016 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đồ án tốt nghiệp: Điều khiển động không đồng ba pha không dùng cảm biến tốc độ tự thiết kế hướng dẫn thầy giáo PGS.TS Tạ Cao Minh Các số liệu kết hoàn toàn với thực tế Để hoàn thành đồ án sử dụng tài liệu ghi danh mục tài liệu tham khảo không chép hay sử dụng tài liệu khác Nếu phát có chép xin chịu hoàn toàn trách nhiệm Hà Nội, ngày 08 tháng năm 2016 Sinh viên thực Hồ Trọng Đạt MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ i DANH MỤC BẢNG SỐ LIỆU iv DANH MỤC KÝ HIỆU v LỜI NÓI ĐẦU Chƣơng TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 1.1 Giới thiệu động không đồng 1.1.1 Cấu tạo 1.1.2 Nguyên lý làm việc 1.2 Ứng dụng động không đồng 1.3 Khái quát chung điều chỉnh tốc độ động không đồng ba pha 1.3.1 Ảnh hưởng thông số đến đặc tính 1.3.2 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động Chƣơng MÔ HÌNH TOÁN HỌC VÀ TỔNG HỢP CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN 11 2.1 Điều khiển vector động không đồng 11 2.1.1 Biểu diễn vector không gian cho đại lượng ba pha 11 2.1.2 Hệ tọa độ cố định stator 12 2.1.3 Hệ tọa độ quay 12 2.1.4 Chuyển hệ trục tọa độ 13 2.1.5 Cấu trúc hệ điều khiển tựa theo từ thông rotor 16 2.2 Các phương trình động không đồng ba pha 17 2.3 Hệ phương trình động hệ tọa độ cố định αβ 18 2.4 Hệ phương trình động hệ tọa độ quay dq 22 2.5 Lý thuyết chung tổng hợp điều khiển 25 2.5.1 Yêu cầu chất lượng điều khiển 25 2.5.2 Tiêu chuẩn hàm chuẩn môđun tối ưu 25 2.6 Tổng hợp điều khiển dòng điện 27 2.6.1 Thiết kế điều khiển dòng điện isd 27 2.6.2 Thiết kế điều khiển dòng điện isq 29 2.7 Tổng hợp điều khiển tốc độ 32 Chƣơng ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA KHÔNG DÙNG CẢM BIẾN TỐC ĐỘ 34 3.1 Đặt vấn đề 34 3.2 Phương pháp quan sát từ thông thích nghi tốc độ (Luenberger observer) 35 3.2.1 Tiêu chuẩn ổn định Lyapunov 35 3.2.2 Bộ quan sát Luenberger 36 3.3 Mô hệ thống 46 3.3.1 Tính toán tham số 46 3.3.2 Mô hệ tọa độ dq 49 3.3.3 Mô hệ truyền động động thư mục SimPower 53 3.4 Đánh giá kết mô 56 Chƣơng THIẾT KẾ VÀ KIỂM CHỨNG THỰC NGHIỆM 57 4.1 Đặt vấn đề 57 4.2 Điều chế vectơ không gian SVM cho mạch nghịch lưu ba pha 58 4.3 Thiết kế mạch điều khiển 65 4.3.1 Giới thiệu vi điều khiển dsPIC33FJ12MC202 65 4.3.2 Cấu hình môđun cho dsPIC33FJ12MC202 66 4.3.3 Mạch phản hồi dòng điện 69 4.3.4 Mạch đặt tốc độ 69 4.4 Thiết kế mạch chỉnh lưu 70 4.5 Thiết kế mạch lái 72 4.5.1 Mạch nguồn cách ly 72 4.5.2 Mạch lái 73 4.6 Thiết kế mạch lực 75 4.6.1 Tính chọn van cho mạch nghịch lưu 75 4.6.2 Mạch đệm bảo vệ van (snubber circuit) 77 4.7 Tính chọn tụ cho khâu trung gian chiều 79 4.8 Chương trình điều khiển 80 4.8.1 Chương trình 80 4.8.2 Chương trình phục vụ ngắt ADC 81 4.8.3 Thiết kế điều khiển số 82 4.9 Hệ thống thực nghiệm kết 83 4.10 Đánh giá kết thực nghiệm 85 KẾT LUẬN 86 PHỤ LỤC 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO 90 Danh mục hình vẽ DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Cấu tạo động không đồng Hình 1.2 Stator động không đồng Hình 1.3 Rotor động không đồng Hình 1.4 Nguyên lý làm việc động không đồng ba pha Hình 2.1 Biểu diễn vector dòng stator hệ tọa độ dq αβ 12 Hình 2.2 Phép chuyển đổi Clarke 13 Hình 2.3 Phép quay vector αβ sang dq 14 Hình 2.4 Phép chuyển đổi dq sang αβ 14 Hình 2.5 Phép chuyển đổi nghịch đảo Clarke 15 Hình 2.6 Cấu trúc kinh điển hệ truyền động điện xoay chiều ba pha điều khiển kiểu tựa từ thông rotor 16 Hình 2.7 Mô hình động hệ tọa độ αβ 20 Hình 2.8 Mô hình trạng thái ĐCKĐB hệ toạ độ αβ 22 Hình 2.9 Mô hình động hệ tọa độ dq 24 Hình 2.10 Mô hình trạng thái ĐCKĐB hệ toạ độ dq 25 Hình 2.11 Đặc tính tần hàm truyền kín tối ưu 26 Hình 2.12 Cấu trúc tổng quát mạch vòng điều chỉnh vòng kín 26 Hình 2.13 Mạch vòng điều chỉnh dòng điện isd 28 Hình 2.14 Mạch vòng điều chỉnh dòng điện isq 30 Hình 2.15 Mạch vòng điều chỉnh tốc độ 32 Hình 3.1 Cấu trúc điều khiển không cảm biến tốc độ 35 Hình 3.2 Cấu trúc khâu quan sát từ thông thích nghi tốc độ quay 38 Hình 3.3 Mô hệ thống hệ tọa độ dq 49 Hình 3.4 Khâu quan sát từ thông tính tốc độ 50 i Danh mục hình vẽ Hình 3.5 Khối tính tốc độ từ giá trị ước lượng từ thông rotor 50 Hình 3.6 Khâu quan sát dòng điện stator từ thông rotor 50 Hình 3.7 Khâu tính góc quay từ thông rotor 51 Hình 3.8 So sánh tốc độ đặt, thực ước lượng 51 Hình 3.9 Sai lệch tốc độ thực tốc độ ước lượng 51 Hình 3.10 Đáp ứng dòng isd isq 52 Hình 3.11 Đồ thị từ thông ước lượng 52 Hình 3.12 Đồ thị đáp ứng mômen 53 Hình 3.13 Mô hệ thống động có khâu phát xung 53 Hình 3.14 Sơ đồ khối SVM điều khiển phát xung 54 Hình 3.15 Đồ thị so sánh tốc độ đặt, thực ước lượng 54 Hình 3.16 Đồ thị sai lệch tốc độ thực ước lượng 54 Hình 3.17 Đồ thị đáp ứng dòng isd isq 55 Hình 3.18 Từ thông ước lượng 55 Hình 3.19 Đáp ứng mômen động 56 Hình 3.20 Dòng điện pha động 56 Hình 4.1 Xây dựng mô hình tổng quan hệ thống thực nghiệm 57 Hình 4.2 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển nghịch lưu nguồn áp ba pha 58 Hình 4.3 Vị trí vector chuẩn hệ tọa độ tĩnh αβ 59 Hình 4.4 Mối liên hệ sector điện áp tức thời 59 Hình 4.5 Thuật toán xác định vector điện áp đặt sector 60 Hình 4.6 Vector điện áp điều chế Sector 60 Hình 4.7 Mẫu xung chuẩn Sector 63 Hình 4.8 Các mẫu xung chuẩn đưa sector 64 Hình 4.9 Vi điều khiển dsPIC33FJ12MC202 65 Hình 4.10 Nguyên tắc cấu hình PLL cho dsPIC33 67 ii Danh mục hình vẽ Hình 4.11 Cấu hình PWM chế độ bổ phụ có thời gian chết 68 Hình 4.12 Sơ đồ chân IC ACS712 đặc tính điện áp 69 Hình 4.13 Sơ đồ nguyên lý mạch đặt tốc độ 69 Hình 4.14 Sơ đồ chỉnh lưu cầu pha 70 Hình 4.15 Nguyên lý nguồn xung cách ly Half-Bridge 72 Hình 4.16 Sơ đồ kết nối IR 2151 72 Hình 4.17 Sơ đồ nguyên lý mạch Half-Bridge 73 Hình 4.18 Sơ đồ mạch nguyên lý sử dụng driver HCPL-3120 73 Hình 4.19 Sơ đồ nguyên lý điều khiển IGBT nhánh 74 Hình 4.20 Sơ đồ nguyên lý mạch driver cho van nhánh 75 Hình 4.21 Sơ đồ nghịch lưu độc lập nguồn áp ba pha 76 Hình 4.22 Sơ đồ nguyên lý mạch lực 79 Hình 4.23 Chương trình điều khiển động 81 Hình 4.24 Chương trình phục vụ ngắt ADC 82 Hình 4.25 Mô hình hệ thống thực nghiệm 84 Hình 4.26 Hệ thống thực nghiệm CTI 84 Hình 4.27 Mạch thực nghiệm 85 iii Danh mục bảng số liệu DANH MỤC BẢNG SỐ LIỆU Bảng 4.1 Bảng giá trị điện áp vector chuẩn 58 Bảng 4.2 Bảng tổng hợp ma trận Anm sector 61 Bảng 4.3 Trạng thái logic vector chuẩn Sector 62 Bảng 4.4 Hệ số điều chế cho nhóm nhánh van mạch nghịch lưu 64 Bảng 4.5 Đặc tính KBU1010 71 Bảng 4.6 Thuộc tính van IGBT FGA25N120ANTD 77 Bảng P.1 Thông số động IM trung tâm CTI 87 iv Danh mục ký hiệu DANH MỤC KÝ HIỆU isd, isq Dòng stator trục d trục q (A) isα ,isβ Dòng stator trục α trục β (A) u sd , u sq Điện áp stator trục d trục q (V) u sα , u sβ Điện áp stator trục α trục β (V) ψrd , ψrq Từ thông rotor trục d trục q (Wb) J Mômen quán tính (kg.m2) Lm Hỗ cảm stator rotor (H) Lr , Ls Điện cảm rotor, stator (H) Lσr Điện cảm tản cuộn dây rotor quy đổi stator (H) Lσs Điện cảm tản cuộn dây stator (H) p Số đôi cực động Rr, Rs Điện trở rotor, stator ( Ω ) M Mômen động (Nm) Mc Mômen tải (Nm) Tr , Ts Hằng số thời gian rotor, stator θ Góc trục rotor hệ tọa độ αβ (rad) θs Góc trục d hệ tọa độ αβ (rad) σ Hệ số từ tản tổng ω Tốc độ góc rotor (rad/s) ωsl Tốc độ trượt (rad/s) ωs Tốc độ góc từ trường quay (rad/s) v Lời nói đầu LỜI NÓI ĐẦU Trong hệ thống truyền động điện công nghiệp, động xoay chiều ba pha ngày chiếm vị trí quan trọng Cùng với phát triển lĩnh vực công nghiệp, tự động hóa kéo theo phát triển nhanh chóng kỹ thuật lĩnh vực điện, điện tử nói chung lĩnh vực truyền động điện nói riêng Có nhiều loại động sử dụng công nghiệp, động không đồng sử dụng rộng rãi có nhiều ưu điểm khởi động đơn giản, vận hành tin cậy, rẻ tiền kích thước nhỏ gọn Ở hệ thống truyền động động không đồng kinh điển, thường có mạch vòng điều chỉnh tốc độ với tín hiệu phản hồi tốc độ thông thường nhận từ cảm biến tốc độ gắn trục động Tuy nhiên, cảm biến tốc độ quay có số nhược điểm làm cho hệ thống truyền động điện không đồng phải lắp trục động máy phát tốc độ hay cảm biến số Trong số trường hợp lắp cảm biến tốc độ trục động cơ, ví dụ hệ thống truyền động điện cao tốc, hệ thống truyền động điện ôtô hay động làm việc môi trường khắc nghiệt, bụi bẩn Hơn nữa, động xa trung tâm, nhiễu gây truyền dẫn tín hiệu từ máy phát tốc tủ điều khiển vấn đề phức tạp cho việc nâng cao điều khiển Việc nghiên cứu hệ thống điều khiển động không đồng không dùng cảm biến tốc độ có ý nghĩa quan trọng mang tính thực tiễn cao Hệ thống cho phép sử dụng có hiệu động không đồng hệ thống truyền động điện máy công nghiệp, góp phần giảm độ phức tạp, giảm giá thành bảo dưỡng chi phí vận hành hệ thống truyền động điện, giải vấn đề khắc phục động chiều mức độ hư hỏng chi phí bảo dưỡng vận hành cao Chính vậy, đồ án tốt nghiệp mình, em lựa chọn đề tài "Điều khiển động không đồng ba pha không dùng cảm biến tốc độ" để hiểu kỹ phương pháp điều khiển không dùng cảm biến tốc độ Nội dung lý thuyết tập trung nghiên cứu phương pháp quan sát từ thông tính tốc độ quay (Luenberger observer) Bài báo cáo cho kết tốt mô Matlab/Simulink hệ điều khiển động không dùng cảm biến tốc độ bước đầu có kết thực nghiệm điều khiển động trung tâm CTI Chương Thiết kế kiểm chứng thực nghiệm ứng dụng tốc độ thấp hơn, nhiên IGBT có khả chịu dòng điện cao Vì tuỳ vào đặc điểm ứng dụng mà có lựa chọn linh kiện phù hợp Đến ta lựa chọn van IGBT mục đích đảm bảo khả chịu dòng điện cao Để tạo hệ điện áp xoay chiều ba pha từ nguồn sức điện động E cần sử dụng ba nhóm van đấu theo sơ đồ mạch cầu hình 4.21 Sơ đồ gồm van điều khiển hoàn toàn V1, V2,…,V6 điốt ngược D1,D2,…,D6 Các điốt ngược giúp cho trình trao đổi công suất phản kháng tải với nguồn D1 V1 D3 V3 V5 D5 E C D4 V4 V6 ZA D6 ZB V2 D2 ZC Hình 4.21 Sơ đồ nghịch lưu độc lập nguồn áp ba pha Tính toán, thiết kế chọn van với tham số đầu tải Upha = 220(V), dòng tải định mức Iphađm = 4(A) a) Điện áp lớn đặt lên van IGBT Ta tính tỷ số biên độ sóng điện áp bậc phương pháp SVM so với sóng bậc điện áp dạng xung M U m,1 U s ,1 U DC 0.907 2 U DC (4.18) Điện áp pha cực đại đặt vào cực động U f max 2.220 311.13 V (4.19) Điện áp đầu vào nghịch lưu Uz 3.U f max 2M 2.220 514.54 V 2.0,907 76 (4.20) Chương Thiết kế kiểm chứng thực nghiệm Ta chọn dự trữ điện áp hệ số ku=1,5, ta có điện áp ngược cực đại đặt lên van IGBT: Ungmax = ku.Uz = 1,5 771.8 (V) (4.21) b) Dòng điện trung bình qua van lớn I 2.4 IV m 1 q 1 0.907 5.4 A 2 (4.22) Trong ta chọn hệ số dự trữ dòng điện ki=4, suy dòng điện điện áp định mức van cần chọn là: IVdm = ki.IV = 5.4 21.6(A) (4.23) Từ hai thông số điện áp dòng điện lớn tính ta chọn van IGBT FGA25N120ANTD hãng Fairchild có thông số chính: Bảng 4.6 Thuộc tính van IGBT FGA25N120ANTD Thuộc tính Giá trị - VCEMax 1200V - VGEMax ±20V - ICMax (25oC) 50A - IPulse 90A - Công suất tiêu thụ lớn 312W - Có sẵn điốt ngược, ID (25oC) 50A - Dòng lớn qua điốt ngược, IDmax 150A 4.6.2 Mạch đệm bảo vệ van (snubber circuit) Thông thường IGBT sử dụng mạch đóng cắt tần số cao, từ đến hàng chục kHz Ở tần số đóng cắt cao vậy, cố phá hủy phần tử 77 Chương Thiết kế kiểm chứng thực nghiệm nhanh dẫn đến phá hỏng toàn thiết bị Sự cố thường xảy dòng ngắn mạch từ phía tải từ phần tử có lỗi chế tạo lắp ráp Mạch đệm, gọi mạch hỗ trợ, phần tử đấu thêm cạnh transistor nhằm hỗ trợ cho van, chủ yếu giai đoạn khóa-mở Vì nhiệm vụ mạch là: Bảo đảm transistor vùng làm việc an toàn Hạn chế tốc độ tăng áp du/dt dòng điện di/dt Hạn chế xung áp xung dòng Giảm tổn hao công suất trình đóng-mở van Chuyển phát nhiệt transistor sang phần tử hỗ trợ Giảm sóng nhiễu phát sinh transistor hoạt động Nhiệm vụ quan trọng mạch đệm đảm bảo an toàn cho van để không bị hỏng làm việc Chọn mạch đệm mạch đệm kiểu RC, cho phép giảm tổn thất chuyển mạch giảm xung áp van Mạch đệm RC gồm điện trở R nối tiếp tụ C mắc song song với van Điện trở RS chọn từ điều kiện I0 = E0/R tức là: RS (4.24) E0 I0 Lúc đó, van dẫn với dòng I0 chuyển sang khóa lại dòng điện chuyển sang chảy qua mạch đệm, nên điện áp van giữ trị số E0 Tụ điện C chọn để làm tắt dần dao động phát sinh chuyển mạch Do đó, giá trị tụ không nhỏ hai lần tụ ký sinh Cp van: CS 2Cp (4.25) Công suất điện trở RS chọn theo điều kiện tiêu tán lượng tích lũy tụ CS WC CSE 02 (4.26) PR CSE 02fs (4.27) Với tần số đóng cắt fs thì: 78 Chương Thiết kế kiểm chứng thực nghiệm Thiết kế chọn IGBT làm việc với I0=10 (A), E0=200 (V), fs=10 (kHz), tụ ký sinh Cp=3700 (pF), từ ta có: RS E 200 20 , chọn điện trở chuẩn 22 I0 10 Chọn tụ tiêu chuẩn CS=10 (nF) Công suất điện trở: 1 PR CSE02fs 10.109.2002.10.103 W 2 Từ đó, ta thiết kế nguyên lý mạch lực hình 4.22 Hình 4.22 Sơ đồ nguyên lý mạch lực 4.7 Tính chọn tụ cho khâu trung gian chiều Đầu mạch chỉnh lưu tụ điện C, có nhiệm vụ: Làm phẳng điện áp đầu chỉnh lưu tạo nguồn E Nhận lượng trả từ điện cảm tải điốt dẫn dòng, chỉnh lưu không cho dòng đảo chiều lại Theo tài liệu [6] công thức tính tụ lọc sau: 79 Chương Thiết kế kiểm chứng thực nghiệm Cmax EL E E 0.13 t 2ln 1 0.13 3R t Uc R t Uc R t Uc (4.28) Nếu thông thường Uc 0.1E ta có biểu thức đơn giản: Cmax 1,3 Lt R 2t (4.29) Với tham số đầu tải Upha = 220(V), dòng tải định mức Iphađm = 4(A), f=50 (Hz), ta sẻ tính tụ lọc chiều để có dao động điện áp không 10% với giả thiết cos min 0.1 tương ứng dòng tải 0.4A z Udm 220 550 R t z.cos 55 ; X t z.sin 547.24 Idm 0.4 (4.30) Vậy theo phương trình (4.29): Cmax 1,3 Lt 547.24 1,3 750F Rt 55 314 (4.31) 4.8 Chƣơng trình điều khiển 4.8.1 Chƣơng trình Mạch điều khiển động thiết kế gồm có hai nút nhấn S1 (nút Start), nút S2 (nút Stop) biến trở để điều chỉnh tốc độ động Tốc độ động thay đổi tăng giảm động quay thuận động quay ngược Tại điểm biến trở ta đặt tốc độ 0, động sẻ quay thuận ngược tùy thuộc vào chiều quay biến trở Tại thời điểm ban đầu, nhấn nút S1 động khởi động chạy chế độ vòng hở Khi động đạt tốc độ ổn định chế độ vòng hở, S1 tiếp tục nhấn động chuyển sang chạy chế độ vòng kín Biến trở dùng để thay đổi tốc độ chế độ vòng hở vòng kín Để dừng động S2 nhấn chế độ động Khi S2 nhấn vi điều khiển ngắt xung PWM, động sẻ dừng theo quán tính 80 Chương Thiết kế kiểm chứng thực nghiệm Bắt Đầu Cấu hình PLL S1 Bấm? N Y // cài đặt cổng Setup_Port (); // khởi tạo tham số Init User Parm (); // khởi tạo tham số ước lượng Init Estim Parm (); Đo dòng N S1 nhả? Y //Chế độ vòng hở OpenLoop=1; Run Motor=1; // cấm ngắt ADC AD1IE=0; Change Mode=1; // cài đặt ngoại vi Setup Peripheral(); N S1 Bấm? Khởi tạo tham số điều khiển Y S1 nhả? AD1IF=0;//xóa cờ ngắt AD1IE=1;// cho phép ngắt N Y OpenLoop->CloseLoop Hình 4.23 Chương trình điều khiển động 4.8.2 Chƣơng trình phục vụ ngắt ADC Với mục đích đồng việc xử lý giá trị dòng điện pha đọc từ cảm biến tính toán điều chế độ rộng xung PWM ta dùng môđun ngắt ADC Bên cạnh đó, kỷ thuật đo xử lý dòng điện stator vấn đề quan trọng ảnh hưởng đến việc thiết kế khâu điều chỉnh, đặc tính động học khâu điều chỉnh dòng, yếu tố định đến chất lượng điều chỉnh tốc độ quay Để đo xác hài bản, đồng thời triệt để hài bậc cao băm xung áp gây nên, ta sẻ thực việc trích mẫu đo ADC dòng điện chu kỳ PWM Sau việc chuyển đổi ADC thực 81 Chương Thiết kế kiểm chứng thực nghiệm cờ ngắt sẻ bật việc chuyển đổi kết thúc Khi cờ ngắt bật, chương trình điều khiển sẻ đến chương trình phục vụ ngắt ADC Trong chương trình phục vụ ngắt này, ta sẻ xóa cờ ngắt thực tính toán điều khiển đóng mở van đảm bảo điện áp giá trị đặt Bắt Đầu // Xóa cờ ngắt AD1IF=0; OpenLoop=1? qAnggle=Park.Anggle; RunMotor=1; //Đo dòng điện MeasCompCurr2(); //Chuyển trục tọa độ ClarkePark() qAnggle=Estim.Angle; SinCos(); qSin; qCos; Inv Park (); // Ước Lượng góc & tốc độ Estim(); //Tính toán điều khiển DoControl(); // Tính điện áp đặt CalcRefVec(); //Tính toán SVM CalcSVGen(); Kết thúc Hình 4.24 Chương trình phục vụ ngắt ADC 4.8.3 Thiết kế điều khiển số Luật PI miền thời gian (liên tục) mô tả công thức sau: t u t K e t e d KTI 82 (4.32) Chương Thiết kế kiểm chứng thực nghiệm Trong đó: K hệ số tỷ lệ (hệ số khuếch đại), TI số thời gian tích phân t Xấp xỉ thành phần I: uI t e d TI ⇒ Bản chất phép tính xấp xỉ diện tích hàm e(t) Sử dụng phương pháp hình chữ nhật: T uI k TI k e i 1 i 1 T ⇒ uI k 1 TI k 1 e i 1 (4.33) i 1 Ta có: T k uk K ek ei 1 Tc i 1 k 1 T uk 1 K ek 1 ei 1 Tc i 1 (4.34) Suy ra: T uk uk 1 K ek ek 1 ek 1 Tc (4.35) Hay: uk uk 1 K P ek ek 1 K I ek 1 (4.36) 4.9 Hệ thống thực nghiệm kết Qua thiết kế, tính toán lựa chọn thiết bị ta xây dựng hệ thống thực nghiệm hình 4.25 83 Chương Thiết kế kiểm chứng thực nghiệm Mạch Nguồn HalfBridge (IR2151) Đặt tốc độ (Biến trở) Mạch Điều Khiển (dsPIC 33F) Xung PWM Nguồn DC (Chỉnh lưu Diode) Mạch Driver (HCPL 3120) Xung mở Van Nghịch lưu nguồn áp ba pha (FGA25N120) Đo dòng điện pha (ACS712) Hình 4.25 Mô hình hệ thống thực nghiệm Hình 4.26 Hệ thống thực nghiệm CTI 84 Động Cơ IM Chương Thiết kế kiểm chứng thực nghiệm Hình 4.27 Mạch thực nghiệm 4.10 Đánh giá kết thực nghiệm Hiện việc điều khiển động không đồng ba pha có kết sau: Hoàn thành thiết kế kiểm tra điều kiện làm việc mạch thực nghiệm Hoàn thiện thuật toán điều khiển, lập trình môđun cho vi điều khiển Khởi động, vận hành dừng động trơn tru điều khiển vòng hở U/f Thay đổi đảo chiều tốc độ nhờ biến trở Điều khiển động không đồng có kết ban đầu điều khiển vòng hở, chưa điều khiển vòng kín không dùng cảm biến tốc độ 85 Kết luận KẾT LUẬN Trong trình hoàn thành đồ án tốt nghiệp với đề tài: Điều khiển động không đồng ba pha không dùng cảm biến tốc độ hướng dẫn tận tình thầy giáo PGS TS Tạ Cao Minh nổ lực thân, em hoàn thành đồ án tốt nghiệp Bên cạnh đó, thời gian nghiên cứu làm việc trung tâm Nghiên cứu, Ứng dụng Sáng tạo Công nghệ (CTI) giúp em bổ sung thêm vốn kiến thức rút nhiều kinh nghiệm thực tế cho thân Bài báo cáo em hoàn thành với kết thu sau: Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động động không đồng Mô hình hóa động cơ, tính toán điều khiển dòng điện tốc độ Mô điều khiển không cảm biến tốc độ theo phương pháp Luenberger Thiết kế phần cứng, bước đầu có kết điều khiển động không đồng trung tâm CTI vòng hở vòng kín Một lần nữa, em xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy giáo đáng kính PGS.TS Tạ Cao Minh tận tình hướng dẫn từ em nhận đề tài sinh viên năm Trung tâm CTI nơi tạo điều kiện cho chúng em sử dụng thiết bị, công cụ thí nghiệm trình làm đồ án Chân thành cảm ơn bạn bè ủng hộ có ý kiến đánh giá trình chúng em thực đồ án Cuối cùng, em xin bày tỏ biết ơn đến tất thầy cô môn Tự Động Hóa Công Nghiệp dìu dắt từ em nhận vào môn, cho em ý kiến đóng góp, động viên quan trọng để hoàn thành trình học tập hoàn thiện đồ án Em xin chân thành cảm ơn Hà Nội, ngày 08 tháng 06 năm 2016 Sinh viên thực Hồ Trọng Đạt 86 Phụ lục PHỤ LỤC P1 Bảng số liệu dùng mô Bảng P.1 Thông số động IM trung tâm CTI Thông số Công suất định mức Ký hiệu Pđm Giá trị 2.2 kW Mômen định mức Mđm 14.79 N.m Dòng điện định mức Iđm 4A Điện áp pha định mức Uđm 220 V Tần số định mức fđm 50 Hz Số đôi cực p Điện trở stator Rs 2.969 Điện trở rotor Rr 2.969 Điện cảm từ hóa Lm 0.380 H Điện cảm rò rotor L 0.016H Điện cảm rò stator L 0.016 H Tốc độ định mức nđm 1420 rpm Momen quán tính J 0.026 kg.m2 P2 Chƣơng trình khởi tạo tham số mô Matlab % Hanoi University of Science and Technology % Center for Technology Innovation % Author: Ho Trong Dat % Last date: 29/05/2016 % Graduation Project: Sensorless vector control for Induction motor % clear all; clc; % Parametr in nameplate PoR = 2.2e3; % rated output power in W usR = 380; % rated RMS line voltage in %usR = amplitude voltage phase % IsR = 4; % rated RMS line current in A (no information) % isR = IsR*sqrt(2); % Amplitude current phase in A (no infomation) fsR nR = 50; = 1420; % rated supply frequency in Hz % rated shaft speed in r/min or rpm 87 Phụ lục zp wmR C = 2; = zp*nR*2*pi/60; = 2*pi*fsR; % Number of poles pair % rated speed mechanism rad/s % rated speed electrical rad/s % -Parameter of Induction Motor Fm = 0; % friction (viscous) coefficient of Rotor, %in Nm/(rad/s) Rs = 2.969; % stator resistance in Ohms Rr = 2.969; % rotor resistance in Ohms Lm = 0.380; % magnetizing inductance in H Lls = 0.016; % stator leakage inductance in H Llr = 0.016; % rotor leakage inductance in H Ls = Lls+Lm; % self-inductance stator in H Lr = Llr+Lm; % rotor inductance equal to stator inductance Ts = Ls/Rs; % stator time-constant Tr = Lr/Rr; % rotor time-constant Jm = 0.026; % Rotor mass moment of iteria, in kg.m^2 % -Sampling parameter Tfix = 1e-6; % The sampling time fix-step for simulink Ffix = 1/Tfix; fsw = 10e3; % The sampling frequency, Hz Tsw = 1/fsw; % The sampling time, Ts = 10e-4 secs = 100uS Ttm = Tsw; % -DC-bus parameter Udc = 900; % The nominal dc-bus voltage in [V] o=1-Lm^2/(Ls*Lr); sigma=o;%%factor To=1/(1/(o*Ts)+(1-o)/(o*Tr)); Tsigma=To; Kbd=1; Tbd=0.001; % -PI controllers parameters -% PI for isd K2=Kbd/Rs; Ta=o*Ts; Tc=Tbd; Tb=2*K2*Tc; Ki1=1/Tb Kp1=Ki1*Ta % % PI for isq K1=Kbd*To/(o*Ls); Te=To; Tc1=Tbd; Td=2*K1*Tc1; Ki2=1/Td Kp2=Ki2*Te % % PI for speed Iddm=2.312; K2=3*Iddm*Lm^2*zp*zp/(2*Jm*Lr); Tc2=2*Tc1; Kpw=1/(2*Tc2*K2) 88 Phụ lục Kiw=1/(8*K2*(Tc2)^2) % -Speed adaptive flux Obsever -% tinh toan ma tran A %voi: I=[1 0;0 1]; J=[0 -1;1 0] %A11=ar11*I ar11=-(1/(o*Ts)+(1-o)/(o*Tr)); %A12=ar12.I+a112.w.J ar12=Lm/(o*Ls*Lr*Tr); ai12=-Lm/(o*Ls*Lr); %nhan them wr %A21=ar21*I ar21=Lm/Tr; %A22=ar22*I+a122*J ar22=-1/Tr; ai22=1;%NHAN them wr b1=1/(o*Ls); %a122=w % G matric -k=1.16; k1=-(k-1)*(1/Tr+1/Ts)/o; k2=(k-1); %nhan them w^ k3=(k-1)/(1-o)*(1/Tr-k/Ts); k4=-(k-1)*(o)/(1-o); %nhan them w^ 89 Tài liệu tham khảo TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Cơ sở truyền động điện, NXB Khoa học Kỹ thuật, 2007 [2] Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Phạm Quốc Hải, Dương Văn Nghi, Điều chỉnh tự động Truyền động điện, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 2008 [3] Nguyễn Phùng Quang, Matlab & Simulink dành cho kỹ sư điều khiển tự động, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 2006 [4] Nguyễn Phùng Quang, Andreas Dittrich, Truyền động điện thông minh, NXB Khoa học Kỹ thuật, 2004 [5] Võ Minh Chính, Phạm Quốc Hải, Trần Trọng Minh, Điện tử công suất, NXB Khoa học Kỹ thuật [6] Phạm Quốc Hải, Hướng dẫn thiết kế điện tử công suất, NXB Khoa học Kỹ thuật [7] N.P.Quang- J.-A.Dittrich, Vector Control of Three – Phase AC Machine, 2006 [8] Bimal K.Bose, Modern Power Electronics and AC Driver Prentice-Hall, 2002 [9] Kubota H., Matasue K., Nakano T DSP-Base Speed Adaptive Flux Observer of Induction Motor IEEE Trans.on IA pp344-348 [10] Trần Trọng Minh, Vũ Hoàng Phương, Slide thiết kế điều khiển cho biến đổi điện tử công suất 2014 [11] Nguyễn Duy Đỉnh, Đồ án tổng hợp hệ điện cơ, 2009 [12] www.microchip.com/ truy cập ngày cuối 29/05/2016 90 [...]... nổi bật của loại động cơ này là: cấu tạo đơn giản, đặc biệt là động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc; so với động cơ một chiều động cơ không đồng bộ có giá thành hạ, vận hành tin cậy, chắc chắn Ngoài ra, động cơ không đồng bộ có thể dùng trực tiếp lưới điện xoay chiều ba pha nên không cần trang bị thêm các thiết bị biến đổi kèm theo Nhược điểm của động cơ không đồng bộ là điều chỉnh tốc độ và khống chế... của kỹ thuật bán dẫn, kỹ thuật vi xử lý, lý thuyết điều khiển và tự động hóa thì các hệ điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ngày càng được sử dụng rộng rãi 6 Chương 1 Tổng quan về động cơ không đồng bộ 1.3 Khái quát chung về điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha 1.3.1 Ảnh hƣởng của các thông số đến đặc tính cơ Phương trình mômen của động cơ: R 2' s M 2 ' R2 2 1 R1 X nm... bị điện dân dụng Hệ truyền động điện có thể hoạt động với tốc độ không đổi hoặc với tốc độ thay đổi được Hiện nay khoảng 75-80% các hệ truyền động là loại hoạt động với tốc độ không đổi Với các hệ thống này, tốc độ của động cơ hầu như không cần điều khiển trừ các quá trình khởi động và hãm Phần còn lại, là các hệ thống có thể điều chỉnh được tốc độ để phối hợp đặc tính động cơ và đặc tính tải theo yêu... R2f vào mạch rotor đối với động cơ rotor dây quấn) Tần số lưới cấp cho động cơ f1 Ngoài ra, việc thay đổi số đôi cực sẻ thay đổi tốc độ đồng bộ và làm thay đổi đặc tính cơ (trường hợp này xảy ra đối với động cơ nhiều cấp tốc độ) 1.3.2 Các phƣơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ Động cơ không đồng bộ làm việc theo nguyên lý cảm ứng, trong đó không có sự phân ly giữa phần cảm (kích thích sinh từ thông... tổ hợp khóa để từ thông và mômen đạt giá trị mong muốn f) Điều khiển vector tựa từ thông động cơ không đồng bộ (Field Oriented Control - FOC) Phương pháp điều khiển này còn được gọi là điều khiển định hướng từ thông Dựa trên ý tưởng điều khiển động cơ không đồng bộ tương tự như điều khiển động cơ một chiều Động cơ một chiều có thể điều khiển độc lập dòng điện kích từ và dòng phần ứng để đạt được mômen... điều khiển điện áp/tần số, sức điện động stator động cơ được điều chỉnh tỷ lệ với tần số và có thể điều chỉnh tốc độ ở hai vùng: Ở vùng dưới tốc độ cơ bản: cần giữ từ thông không đổi thông qua điều khiển tỷ số sức điện động/ tần số là hằng số Ở vùng trên tốc độ cơ bản: giữ công suất động cơ không đổi, điện áp được duy trì không đổi, từ thông giảm theo tốc độ e) Điều khiển trực tiếp mômen (Direct Torque... chế các quá trình quá độ khó khăn Tuy nhiên với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là lĩnh vực điều khiển tự động và lĩnh vực công suất bán dẫn, các kĩ thuật điều khiển mới được phát minh, dẫn đến một bước tiến lớn trong việc điều khiển động cơ không đồng bộ Xét về mặt cấu tạo, người ta chia động cơ không đồng bộ ba pha làm hai loại: động cơ rotor lồng sóc và động cơ rotor dây quấn 1.1.1... phương pháp thứ hai liên quan đến điều chỉnh điện trở mạch rotor hoặc điều chỉnh công suất trượt Sau đây, ta khái quát chung về các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều không đồng bộ ba pha a) Điều chỉnh điện áp stator Do mômen động cơ không đồng bộ tỷ lệ với bình phương điện áp stator, do đó ta có thể điều chỉnh được mômen và tốc độ không đồng bộ bằng cách điều chỉnh điện áp stator trong... trình bày trong 4 chƣơng: Chương 1: Tổng quan về động cơ không đồng bộ Chương 2: Mô hình toán học và tổng hợp các bộ điều khiển Chương 3: Điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha không dùng cảm biến tốc độ Chương 4: Thiết kế và kiểm chứng thực nghiệm Do thời gian có hạn cũng như những hạn chế về kiến thức và điều kiện thực nghiệm, đồ án của em không tránh khỏi thiếu sót Vì thế, em kính mong nhận... thông động cơ và mômen là hàm phi tuyến của nhiều biến Chính vì vậy mà trong định hướng xây dựng 7 Chương 1 Tổng quan về động cơ không đồng bộ các hệ truyền động điện không đồng bộ người ta thường có xu hướng tiếp cận với các đặc tính điều chỉnh của động cơ điện một chiều kích từ độc lập Để có thể đưa ra các phương pháp chung trong điều khiển, hãy xét phương trình cân bằng công suất của động cơ không đồng