intTypePromotion=1

Điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha rotor lồng sóc trong điều kiện thời gian thực

Chia sẻ: ViDoraemi2711 ViDoraemi2711 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:4

0
58
lượt xem
1
download

Điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha rotor lồng sóc trong điều kiện thời gian thực

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết đề xuất hệ thống thực nghiệm hệ truyền động không đồng bộ. Cấu trúc sử dụng vi xử lý tín hiệu số DSP họ C2000 của Texas Instruments. Với hệ thống thực nghiệm này cho phép can thiệp vào các phần của bộ biến tần, triển khai các bài thí nghiệm các cấu trúc điều khiển động cơ không đồng bộ và cho phép phát triển các cấu trúc điều khiển hiện đại cho động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha rotor lồng sóc trong điều kiện thời gian thực

4. Kết luận<br /> Bài báo đã trình bày cách thiết kế bộ nghịch lưu ba pha ba nhánh sử dụng modul IGBT<br /> PS22A76 của hãng Mitsubishi Electric. Các kết quả thu được từ mô hình thực nghiệm cho thấy bộ<br /> nghịch lưu ba pha ba nhánh sử dụng modul này hoạt động tốt, giống như bộ nghịch lưu ba pha ba<br /> nhánh được xây dựng từ Conventional IPM nhưng phát huy được những ưu điểm: Rút ngắn thời<br /> gian thiết kế, nâng cao độ tin cậy; giảm tổn hao công suất; độ tích hợp cao, một số linh kiện và<br /> thiết bị phụ trợ ngoài giảm, kích thước mạch nhỏ gọn. Tuy nhiên, modul này không được tích hợp<br /> sẵn các cảm biến đo dòng điện. Vì vậy, yêu cầu phải sử dụng thêm các cảm biến ngoài khi cần<br /> xây dựng mạch vòng điều chỉnh dòng điện cho hệ biến tần - ĐCKĐB.<br /> TÀI LIỆU THAM KHẢO<br /> [1] G. Majumdar, et al. - A New Generation High Performance Intelligent Module - PCIM Europe<br /> May, 1992.<br /> [2] E. Motto, et. al. - A New Generation of Intelligent Power Devices for Motor Drive Applications -<br /> IEEE IAS Conference October, 1993.<br /> [3] John Donlon, et. al. - A New Converter/Inverter System for Windpower Generation Utilizing a<br /> New 600 Amp, 1200 Volt Intelligent IGBT Power Module - IEEE IAS Conference October, 1994.<br /> [4] Eric R. Motto - Application Specific Intelligent Power Modules - A Novel Approach to System<br /> Integration in Low Power Drives.<br /> [5] Mitsubishi Electric - 1200V large dipipm ver. 4 series application note PS22A7* - October, 2012.<br /> [6] Mitsubishi Electric - DIPIPM APPLICATION NOTE Bootstrap Circuit Design Manual - October,<br /> 2012.<br /> <br /> ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA ROTOR LỒNG SÓC<br /> TRONG ĐIỀU KIỆN THỜI GIAN THỰC<br /> REAL-TIME VECTOR CONTROL OF INDUCTION MOTOR<br /> TS. PHẠM TÂM THÀNH<br /> Khoa Điện-Điện tử, Trường ĐHHH Việt Nam<br /> Tóm tắt<br /> Bài báo đề xuất hệ thống thực nghiệm hệ truyền động không đồng bộ. Cấu trúc sử dụng<br /> vi xử lý tín hiệu số DSP họ C2000 của Texas Instruments. Với hệ thống thực nghiệm này<br /> cho phép can thiệp vào các phần của bộ biến tần, triển khai các bài thí nghiệm các cấu<br /> trúc điều khiển động cơ không đồng bộ và cho phép phát triển các cấu trúc điều khiển<br /> hiện đại cho động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc.<br /> Abstract<br /> The paper proposed experiment systems of electric drive. This structure uses digital<br /> signal processor family C2000 of Texas Instruments. This system permits users can log<br /> in firmware of inverter and implement experiment of structure control of induction motor<br /> (IM). Advantage Control strutures can be developed for IM.<br /> <br /> 1. Đặt vấn đề<br /> Điều khiển truyền động điện động cơ điện xoay chiều ba pha rotor lồng sóc (KĐB-RLS) là<br /> lĩnh vực được nghiên cứu từ nhiều thập kỷ. Từ các lý thuyết điều khiển kinh điển cho đến các kỹ<br /> thuật hiện đại [2], [3]. Ngày nay điều khiển động cơ điện xoay chiều đã đạt được những tiến bộ<br /> vượt bậc, chủ yếu nhờ sự phát triển của công nghệ bán dẫn, công nghệ vi xử lý [1], [11] và kỹ<br /> thuật điều khiển. Các bộ biến tần được thiết kế ngày càng hoàn thiện, đáp ứng được những đòi<br /> hỏi khắt khe trong điều chỉnh tự động, dải công suất cũng như tốc độ cho phép điều chỉnh ngày<br /> càng mở rộng, nhiều tính năng mới được thêm vào biến tần để đáp ứng các nhu cầu điều khiển đa<br /> dạng trong thực tế [3][7], [9], [10]. Điều khiển vector là một phương pháp điều khiển động cơ điện<br /> xoay chiều ba pha hiện đại, với ưu điểm gắn liền một cách rõ ràng các phương pháp mô tả toán<br /> học chính xác các mối quan hệ vật lý của động cơ với các công nghệ điều khiển mới, nó có khả<br /> năng vượt trội về áp đặt dòng điện, momen [2] [3]. Ở Việt Nam cũng như ở nước ngoài đề tài<br /> nghiên cứu điều khiển động cơ không đồng bộ xoay chiều 3 pha đã được nhiều nhà khoa học<br /> quan tâm. Các cấu trúc điều khiển cho động cơ xoay chiều ba pha rất đa dạng, phong phú. Cấu<br /> trúc điều khiển động cơ xoay chiều ba pha có thể là tuyến tính, phi tuyến. Mô hình biến tần-động<br /> cơ đã có sẵn trong phòng thí nghiệm, tuy nhiên để sinh viên nắm bắt được cấu trúc điều khiển<br /> <br /> Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải Số 43 – 08/2015 54<br /> động cơ xoay chiều ba pha, can thiệp vào các bộ điều chỉnh dòng, bộ điều chỉnh tốc độ, phương<br /> pháp điều chế thì mô hình này không thực hiện được.<br /> Do đó cần thiết phải xây dựng hệ thống thí nghiệm truyền động điện động cơ xoay chiều ba<br /> pha cho phép can thiệp được cấu trúc điều khiển, giúp sinh viên nắm bắt được cấu trúc điều khiển<br /> hiện đại nhất của các loại biến tần trên thị trường, cũng như có thể nghiên cứu phát triển, triển khai<br /> các cấu trúc điều khiển. Đó cũng chính là nội dung đề xuất trong bài báo này.<br /> 2. Cấu trúc điều khiển tựa theo từ thông rotor (T4R) động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 1. Cấu trúc điều khiển động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc<br /> dựa trên nguyên lý tựa theo từ thông rotor<br /> Cấu trúc hình 1 được cài đặt thành công trong các công trình [2] [3], trong đó chương trình<br /> điều khiển được thực hiện bởi DSP TMS320C20/C25 bằng ngôn ngữ assembly. Bài báo đề xuất<br /> thực hiện thuật toán điều khiển sử dụng DSP C2000 bằng ngôn ngữ bậc cao.<br /> Cấu trúc gồm các khâu: Khối nghịch lưu nguồn áp (VSI - Voltage Source Inverter), khâu<br /> điều chế vector không gian (SVM - Space Vector Modulation), các khâu chuyển trục tọa độ, khâu<br /> điều chỉnh dòng hai chiều RI, khâu điều chỉnh từ thông ( R ) và khâu điều chỉnh tốc độ quay ( R  ).<br /> Khâu suy giảm từ thông (Field Weakening), mô hình từ thông (Flux Model).<br /> 3. Hệ thống thí nghiệm truyền động không đồng bộ xoay chiều ba pha<br /> 3.1. Vi điều khiển C2000<br /> Họ vi điều khiển C2000 là họ vi điều khiển mạnh, có thể thực hiện các thuật toán điều khiển<br /> phức tạp với sự kết hợp của các thiết bị ngoại vi để giao tiếp với các thành phần khác nhau của<br /> phần cứng điều khiển động cơ DMC (Digital Motor Control) như ADC (Analog Digital Conveter),<br /> ePWM (Pulse Width Modulation), QEP (Quadrature Encoder), ECAP (Capture),... Cùng với phần<br /> mềm đi kèm của C2000 giúp giảm thời gian phát triển các cấu trúc điều khiển động cơ. Thư viện<br /> điều khiển số động cơ DMC cung cấp các khối cấu hình có thể được sử dụng để thực hiện các<br /> phương pháp điều khiển mới. Thư viện IQMath cho phép chuyển đổi dễ dàng từ các thuật toán<br /> dấu phẩy động sang dấu phẩy tĩnh do đó đẩy nhanh được thời gian phát triển. Trong cấu trúc thí<br /> nghiệm sử dụng vi xử lý tín hiệu số DSP (Digital Signal Processor) F28035.<br /> 3.2. Cấu trúc thực nghiệm<br /> Mô hình thực nghiệm được xây dựng trên cơ sở DSP C2000 của hãng Texas Instruments,<br /> module công suất chuẩn. Hệ truyền động bao gồm một động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc (là<br /> đối tượng điều khiển) nối trục với tải. Với thế mạnh của hệ thống này cho phép chúng ta có thể<br /> thực hiện được hầu hết các thuật toán điều khiển truyền động như: Điều khiển vector, điều khiển<br /> sensorless, điều khiển phi tuyến,…<br /> Động cơ sử dụng trong hệ thống là động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc Marathon có các<br /> thông số sau: Công suất định mức: PN = 0,18 kW, dòng điện định mức: IN = 1,0 A, tần số định mức:<br /> fN = 60 Hz, số đôi cực: zp = 2, tốc độ định mức: nN = 1800 vòng/phút, điện áp định mức: UN = 220 V,<br /> <br /> <br /> Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải Số 43 – 08/2015 55<br /> điện trở stator: Rs = 11,05W, điện trở Rotor: Rr = 6,11W, điện cảm stator: Ls = 0,316423 H, điện cảm<br /> Rotor: Lr = 0,316423 H, hỗ cảm giữa Stator và Rotor: Lm= 0,293939 H.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 2. Sơ đồ khối cấu trúc của Hình 3. Hình ảnh của hệ thống thực nghiệm<br /> hệ thống thí nghiệm<br /> <br /> 4. Cài đặt các cấu trúc điều khiển<br /> Ref<br /> SpeedRef PI<br /> Spd_Out Ref<br /> MACRO<br /> Fbk (lsw=1) Q_Out<br /> Spd Reg<br /> Fbk<br /> <br /> Q_s SVGEN Ta Mfunc_C1 PWM1 A/B<br /> CURRENT IPARK Ualpha<br /> CONTROLLER<br /> MACRO Alpha MACRO 3-Phase<br /> MACRO Tb Mfunc_C2 PWM PWM PWM2 A/B<br /> Inverter<br /> IdRef D_s MACRO HW<br /> Ref Beta Tc PWM3 A/B<br /> Mfunc_C3<br /> Fbk D_Out Ubeta<br /> <br /> <br /> Omega<br /> CUR_MOD ThetaFlux<br /> Qs Sine/Cos<br /> MACRO<br /> <br /> Ds<br /> <br /> <br /> <br /> Ds PARK Alpha Alpha CLARK AdcResult0 ADCIn1 (Ia)<br /> As<br /> MACRO MACRO<br /> AdcResult1 ADC ADC ADCIn1 (Ib)<br /> Beta Bs MACRO HW<br /> Qs Beta<br /> ADCIn1 (Ib)<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> M<br /> 3~<br /> Speed ElecTheta<br /> SPEED FR<br /> MACRO QEP QEP QEPn<br /> MACRO HW<br /> Incremental<br /> SpeedRpm Direction Encoder<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 4. Cấu trúc phần mềm điều khiển động cơ<br /> không đồng bộ rotor lồng sóc có sử dụng cảm biến tốc độ<br /> Chương trình điều khiển được lập trình dưới dạng cấu trúc, gồm các module (macro) kết nối<br /> với nhau. Phần mềm soạn thảo được sử dụng là phần mềm Code Composer Studio (CCS) của<br /> hãng Texas Instruments, thuận lợi cho việc phát triển các cấu trúc điều khiển khác nhau. Hai cấu<br /> trúc điều khiển được giới thiệu trong bài báo: Cấu trúc điều khiển động cơ không đồng bộ rotor<br /> lồng sóc có sử dụng cảm biến tốc độ (hình 4) và cấu trúc điều khiển động cơ không đồng bộ rotor<br /> lồng sóc không sử dụng cảm biến tốc độ (hình 5).<br /> IqRef(lsw=0)<br /> Ref<br /> SpeedRef PI<br /> Spd_Out Ref<br /> MACRO<br /> Fbk (lsw=1) Q_Out<br /> Spd Reg<br /> Fbk<br /> <br /> Q_s SVGEN Ta Mfunc_C1 PWM1 A/B<br /> IPARK Ualpha<br /> CURRENT MACRO Alpha MACRO 3-Phase<br /> CONTROLLER Tb Mfunc_C2 PWM PWM PWM2 A/B<br /> Inverter<br /> MACRO MACRO HW<br /> D_s Beta Tc Mfunc_C3 PWM3 A/B<br /> Ubeta<br /> IdRef Ref<br /> D_Out<br /> Fbk<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> ADCIn1 (Ia)<br /> Ds PARK Alpha Alpha CLARK AdcResult0<br /> As<br /> mp.Out MACRO MACRO ADCIn1 (Ib)<br /> (Isw=0) AdcResult1 ADC ADC<br /> Beta Bs<br /> Qs Beta MACRO HW ADCIn1 (Ib)<br /> AdcResult3<br /> Sine/Cos ADCIn1 (Vdc)<br /> ThetaFlux(Isw=1)<br /> <br /> Isalpha<br /> <br /> Isbeta<br /> Isalpha<br /> Estimated ACI_SE Ta<br /> PsiQrs PsiQrs<br /> Speed MACRO<br /> ACI_FE Isbeta Vabc<br /> PsiDrs PsiDrs PHASE Tb<br /> MACRO<br /> VOLT<br /> Valpha Valpha Tc<br /> ThetaFlux ThetaFlux MACRO<br /> <br /> Vbeta Vbeta<br /> DcBusVolt M<br /> 3~<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 5. Cấu trúc phần mềm điều khiển động cơ<br /> không đồng bộ rotor lồng sóc khi không sử dụng cảm biến tốc độ<br /> <br /> <br /> <br /> Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải Số 43 – 08/2015 56<br /> 5. Kết quả thực nghiệm<br /> Một số kết quả bước đầu<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 6. Dạng sóng PWM1H, PWM2H và PWM1L-PWM2L<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 7. Thời gian đóng ngắt các van Ta- Tb, Ta-Tc, Tb-Tc và Ta&Tb-Tc quan sát bởi oscilloscope<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 8. Đáp ứng tốc độ thực khi tốc độ đặt Hình 9. Đáp ứng tốc độ khi tốc độ đặt là<br /> từ 600 lên 1050 vòng/phút<br /> 1200 vòng/phút<br /> Tốc độ thực bám sát tốc độ đặt, chứng tỏ<br /> hệ thống thực nghiệm điều khiển số (digital<br /> control) động cơ KĐB-RLS đã xây dựng đáp<br /> ứng được yêu cầu. Phần 4 làm nhiệm vụ cài đặt<br /> các cấu trúc điều khiển điển hình cho động cơ<br /> không đồng bộ rotor lồng sóc. Với kết quả đạt<br /> được bước đầu được đưa ra trong phần 5 cho<br /> thấy mô hình thí nghiệm có khả năng cài đặt,<br /> phát triển các cấu trúc điều khiển, có ý nghĩa<br /> thực tiễn trong công tác giảng dạy các học phần<br /> <br /> Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải Số 43 – 08/2015 57<br />
ADSENSE
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2