intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật điện: Điều khiển động cơ không chổi quét

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:76

Thêm vào BST
Báo xấu
15
lượt xem 5
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tìm hiểu về máy điện đồng bộ, đặc biệt tập trung vào động cơ DC không chổi quét; Tìm hiểu các phương pháp điều khiển dành cho loại động cơ trên, từ đó chọn phương pháp điều khiển phù hợp;Tìm hiểu về phần mềm Matlab simulink, mô phỏng động cơ bằng Matlab simulink.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật điện: Điều khiển động cơ không chổi quét

  1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ PHẠM CÔNG TRANG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG CHỔI QUÉT NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN – 60520202 S K C0 0 4 7 0 9 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2015
  2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ PHẠM CÔNG TRANG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG CHỔI QUÉT NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202 Hướng dẫn khoa học: PGS.TS DƯƠNG HOÀI NGHĨA Tp.HồChí Minh, tháng 10năm 2015
  3. Phạm Công Trang Phương pháp điều khiển động cơ BLDC LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: Phạm Công Trang. Giới tính: Nam. Ngày, tháng, năm sinh: 01-01-1986. Nơi sinh: Nam Định. Quê quán: Bình Minh - Nam Trực - Nam Định. Dân tộc: Kinh. Địa chỉ liên lạc: 68/6/4 - Đường 9 - Linh Trung - Thủ Đức. Điện thoại liên lạc: 0907.990.944. E-mail: congtrang.dkc@gmail.com. II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Hệ đào tạo: Chính qui. Thời gian đào tạo: 2007-2011. Nơi học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM. Ngành học: Điện Khí Hóa- Cung Cấp Điện. Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Điều Khiển Lập Trình PLC Nâng Cao. Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM. Trang i
  4. Phạm Công Trang Phương pháp điều khiển động cơ BLDC III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm Từ 11/2011 Nhân Viên Phòng Kỹ Công Ty TNHH Saigon Precision đến nay Thuật. Trang ii
  5. Phạm Công Trang Phương pháp điều khiển động cơ BLDC LỜI CAM ĐOAN Với mục tiêu là nghiên cứu và lĩnh hội kiến thức. Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tp. Hồ Chí Minh, ngày 01 tháng 10 năm 2015 Phạm Công Trang Trang iii
  6. Phạm Công Trang Phương pháp điều khiển động cơ BLDC LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến thầy PGS.TS Dương Hoài Nghĩa, người đã tận tình hướng dẫn, cung cấp kiến thức và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện quyển luận văn này. Xin cảm ơn thầy TS. Võ Viết Cường và TS. Lê Chí Kiên đã đưa những góp ý phản biện hết sức quý giá cũng như những lời khuyên chân thành cho việc hoàn thành quyển luận văn. Xin cám ơn các Thầy Cô khoa Điện - Điện Tử đã cho em một nền tảng tri thức quan trọng cho hành trang nghiên cứu của bản thân tác giả. Cuối cùng con xin chân thành cảm ơn bố mẹ, những người đã luôn ở bên con và động viên con rất nhiều để con hoàn thành tốt đẹp khóa học này. Trang iv
  7. Phạm Công Trang Phương pháp điều khiển động cơ BLDC TÓM TẮT Trong động cơ DC không chổi quét (BLDC), dạng mô men động cơ không gợn sóng có thể được tạo ra bằng cách tạo dạng sóng kích từ dòng điện với sự giúp đỡ của các thành phần giao tiếp điều khiển bằng điện tử. Dạng mô men không gợn sóng này có thể tối thiểu hóa tổn hao đồng. Trong luận văn này, việc điều khiển từ thông gián tiếp và mô men trực tiếp mà không sử dụng cảm biến vị trí cho động cơ không chổi quét với lực điện động ngược (Back EMF) không sin được đưa ra một cách bao quát. Có rất nhiều phương pháp được kiến nghị cho việc điều khiển BLDC để đạt được dòng tối ưu hoặc để đạt được dòng tối ưu và các xung điều khiển mô men trong các bộ điều khiển BLDC. Hầu hết các phương pháp này khá phức tạp và không xem xét đến việc điều khiển liên kết từ thông stator, do đó, khả năng vận hành ở tốc độ cao là không thể thực hiện được. Trong nghiên cứu này, một phương pháp mới và đơn giản để điều khiển trực tiếp mô men không gợn sóng ở tần số thấp đạt hiệu suất cao được trình bày. Phương pháp này không yêu cầu điều chế độ rộng xung nhưng cần một bộ hiệu chỉnh Tỷ lệ – Tích phân (PI) cùng với kỹ thuật điều khiển dòng trễ tương ứng và cũng cho phép điều chỉnh các tín hiệu khác nhau. Mô hình ứng dụng bộ điều khiển động cơ BLDC ba pha không cảm biến được xác thực thông qua các kết quả mô phỏng sử dụng phần mềm Matlab/Simulink. Trang v
  8. Phạm Công Trang Phương pháp điều khiển động cơ BLDC ABSTRACT In Brushless DC (BLDC) motor ripple-free torque can be produced by preshaping the excitation currents with the help of electronically controlled commutators. This ripple-free torque minimizes copperlosses. In this thesis, the position sensorless direct torque and indirect flux control of brushless dc (BLDC) motor with non sinusoidal back electromotive force (EMF) has been extensively proposed. In the literature, several methods have been proposed for BLDC motor drives to obtain optimum current and to obtain optimum current and torque control pulsations in BLDC motor drives. Most methods are complicated and do not consider the stator flux linkage control, therefore, possible high-speed operations are not feasible. In this study, a novel and simple approach to achieve a low frequency torque ripple-free direct control with maximum efficiency is presented. This method does not require pulse width modulation and needs proportional plus integral regulator with respective hysteresis current controlling technique and also permits the regulation of varying signals. The validity and practical applications of the proposed sensorless three-phase BLDC motor drive scheme are verified through simulation results using Matlab/Simulink Platform. Trang vi
  9. Phạm Công Trang Phương pháp điều khiển động cơ BLDC MỤC LỤC Trang tựa ............................................................................................. Trang LÝ LỊCH KHOA HỌC ...................................................................................... i LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................. iii LỜI CẢM ƠN................................................................................................... iv TÓM TẮT ..........................................................................................................v ABSTRACT ..................................................................................................... vi MỤC LỤC ....................................................................................................... vii MỤC LỤC CÁC HÌNH ......................................................................................x MỤC LỤC CÁC BẢNG ................................................................................. xii DANH MỤC KÍ HIỆU................................................................................... xiii CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ..............................................................................1 1.1. Đặt vấn đề ............................................................................................... 1 1.2. Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước đã công bố. ...................... 2 1.3. Mục tiêu của đề tài. ................................................................................. 3 1.4. Nhiệm vụ của đề tài. ............................................................................... 3 1.5. Giới hạn của đề tài. ................................................................................. 3 1.6. Phương pháp nghiên cứu. ....................................................................... 4 1.7. Hướng nghiên cứu. ................................................................................. 4 Trang vii
  10. Phạm Công Trang Phương pháp điều khiển động cơ BLDC 1.8. Nội dung của luận văn ............................................................................ 4 CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT ĐỘNG CƠ BLDC ................................................5 2.1 Động cơ BLDC ....................................................................................... 5 2.1.1 Giới thiệu chung. ..............................................................................5 2.1.2 Cấu trúc điển hình của một động cơ BLDC.....................................7 2.1.3 Sức điện động cảm ứng. ...................................................................9 2.1.4 Nguyên lý hoạt động của động cơ BLDC .....................................12 2.2 Phương trình động hệ quy chiếu ........................................................... 18 2.2.1 Phương trình động trong hệ quy chiếu 3 phase cố định.................18 2.2.2 Vector không gian ..........................................................................20 2.2.3 Phương trình động trong hệ quy chiếu quay d-q ...........................23 2.2.4 Mối quan hệ giữa hệ trục tọa độ tĩnh và hệ trục tọa độ quay.........25 2.2.5 Mối quan hệ giữa hệ trục tọa độ quay abc và d-q ..........................26 2.2.6 Phương trình sử dụng trong việc điều khiển ..................................27 2.3 Giảm dao động mô men .......................................................................... 28 CHƯƠNG 3: Mô hình hóa và phương pháp điều khiển ..................................30 3.1 Điều khiển PID ........................................................................................ 30 3.2 Bộ chỉnh lưu ba pha: ............................................................................. 31 3.2 Bộ nghịch lưu........................................................................................ 32 3.2.1 Điều chế độ rộng xung. .....................................................................33 Trang viii
  11. Phạm Công Trang Phương pháp điều khiển động cơ BLDC 3.2.2 Điều khiển trễ. ...................................................................................34 3.3 Phương pháp điều khiển đề xuất. .........................................................36 CHƯƠNG 4: kết quả Mô phỏng ......................................................................39 4.1 Các trường hợp mô phỏng ....................................................................... 39 4.1.1 Trường hợp 1. ....................................................................................40 4.1.2 Trường hợp 2. ....................................................................................41 4.1.3 Trường hợp 3 .....................................................................................42 4.1.4 Trường hợp 4 .....................................................................................43 4.1.5 Các kết quả mô phỏng. ......................................................................44 4.2 Nhận xét và đánh giá ............................................................................... 53 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU..................................56 5.1 Các vấn đề được thực hiện trong luận văn: ............................................. 56 5.2 Đề nghị và các hướng phát triển của luận văn. ....................................... 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................57 PHỤ LỤC .........................................................................................................59 Các thông số. ................................................................................................. 59 Trang ix
  12. Phạm Công Trang Phương pháp điều khiển động cơ BLDC MỤC LỤC CÁC HÌNH Hình 1.1: Phân loại máy điện quay. Hình 2.1: a) Động cơ DC 2 cực thông thường và b) cấu trúc chổi than của nó Hình 2.2: Cấu tạo của động cơ BLDC. a) Cấu trúc chung. b) Mặt cắt ngang. Hình 2.3 Kết cấu thực của một động cơ BLDC. Hình 2.4: Kết cấu của BLDC và thứ tự cấp điện các pha. Hình 2.5. Tín hiệu Hall, Sức điện động cảm ứng, và dòng điện pha lý tưởng trên các cuộn dây pha. Hình 2.6: Sơ đồ tương đương của động cơ BLDC. Hình 2.7: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của BLDC với 3 cuộn dây trên Stator. Hình 2.12 Sự trùng pha giữa sức điện động cảm ứng và dòng điện. Hình 2.13 Phần tử cảm biến Hall U¬r = (K¬hIB)/d và nguyên lý hoạt động. Hình 2.14 Trình tự và thời điểm chuyển mạch dòng điện. Hình 2.15 Vector không gian dòng stator. Hình 2.16: Vector không gian dòng stator và các thành phần của nó trong hệ quy chiếu tĩnh. Hình 2.17: Vector không gian dòng stator và các thành phần trong hệ quy chiếu quay d-q. Hình 2.18: Biến đổi từ miền 3 phase sang hệ quy chiếu quay. Hình 2.19: Mối quan hệ giữa hệ quy chiếu αβ và dq. Trang x
  13. Phạm Công Trang Phương pháp điều khiển động cơ BLDC Hình 3.1: Sơ đồ khối một bộ điều khiển PID. Hình 3.2: Sơ đồ khối một bộ điều khiển PID số. Hình 3.3: Chỉnh lưu cầu ba pha: a) mạch cầu chỉnh lưu. b) dạng sóng vận hành. Hình 3.4: Tín hiệu so sánh PWM và điện áp ngõ ra. Hình 3.5: Tín hiệu so sánh của bộ điều khiển dòng trễ. Hình 3.6: Dạng sóng ngõ ra với băng thông thay đổi. Hình 3.8: Hệ thống điều khiển vòng đơn cho động cơ BLDC. Hình 3.9: Hệ thống điều khiển vòng đôi cho động cơ BLDC. Hình 4.1: Mô hình sử dụng trong trường hợp 1. Hình 4.2: Mô hình sử dụng trong trường hợp 2. Hình 4.3: Đáp ứng tốc độ của vòng điều khiển đơn. Hình 4.4: Mô hình sử dụng trong trường hợp 3. Hình 4.5: Mô hình sử dụng trong trường hợp 4. Hình 4.6: Đáp ứng tốc độ của vòng điều khiển đôi. Hình 4.7: Đáp ứng tốc độ của vòng điều khiển đôi khi đão chiều. Hình 4.8: Điện áp ngõ vào và điện áp dây ngõ ra (trường hợp 1 và 2). Hình 4.9: Dòng điện pha và suất điện động EMF ngược của pha a. Hình 4.10: Tốc độ và Mô men của BLDC. Hình 4.11: Mô men tải và dòng điện Stator được phóng lớn của bốn trường hợp. Trang xi
  14. Phạm Công Trang Phương pháp điều khiển động cơ BLDC MỤC LỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 So sánh giữa các loại động cơ sử dụng trong xe chạy điện. [6] Bảng 2.2: Thứ tự chuyển mạch các khóa. Bảng 3.8: So sánh hai phương pháp điều khiển. Bảng 4.1: Các kết quả tính toán dao động mô men tải. Bảng A.1: Các thông số mô phỏng chính. Trang xii
  15. Phạm Công Trang Phương pháp điều khiển động cơ BLDC DANH MỤC KÍ HIỆU BLDC Brushless DC motor. vsa, vsb, vsc Điện áp pha a, b, và c của nguồn. isa, isb, isc Dòng điện pha a, b, và c của nguồn. vPCCa, vPCCb, vPCCC Điện áp pha a, b và c tại điểm ghép chung. i1a, i1b, isc Dòng nghịch lưu của pha a, b, và c. Rs, Ls Điện trở và điện kháng nhánh cung cấp. XD Điện kháng đường dây. RD Điện trở đường dây. Cf Tụ điện lọc. L1, L2, L3 Điện cảm lọc. Lf Điện kháng rò của máy biến áp. Rf Điện trở rò của máy biến áp. VDC1, VDC2, VDC3 Nguồn áp DC của máy phát phân tán. u Hàm chuyển mạch của bộ nghịch lưu. ωs Tần số đồng bộ. V Biên độ điện áp ngõ ra của bộ nghịch lưu. δ Góc điện áp ngõ ra của bộ nghịch lưu. VP Biên độ điện áp của điểm ghép chung. δP Góc của điện áp điểm ghép chung. vcf Điện áp qua tụ điện lọc. icf Dòng đi qua tụ điện lọc. ω Tần số vận hành. ωS Tần số cắt của lọc thông thấp. P1, P2 Công suất tác dụng được rút từ DG vào vi lưới. Q1, Q2 Công suất phản kháng được rút từ DG vào vi lưới. Trang xiii
  16. Phạm Công Trang Phương pháp điều khiển động cơ BLDC Prated, Qrated Công suất tác dụng và phản kháng danh định của DG. Pg Công suất tác dụng được rút từ lưới vào vi lưới. Qg Công suất phản kháng được rút từ lưới vào vi lưới. Vg, Ig Điện áp và Dòng điện lưới. PL, QL Công suất phản kháng và tác dụng của tải công suất. PLC, QLC Công suất phản kháng và tác dụng của tải chung. K Hệ số khuếch đại của bộ điều khiển hồi tiếp. h, HB Băng của giải thuật điều khiển trễ. KP, KI Hệ số khuếch đại tỷ lệ, tích phân. Trang xiv
  17. Phạm Công Trang Phương pháp điều khiển động cơ BLDC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1. Đặt vấn đề Trong tám năm gần đây, thị trường động cơ nam châm vĩnh cữu không chổi quét (BLDC motor) đã phát triển nhanh hơn thị trường các loại động cơ nhỏ khác. Ngoài ra, việc điều khiển loại máy điện này có bước phát triển nhảy vọt. Đó là kết quả của việc tăng công suất và các tính năng của linh kiện điện tử công suất và việc phát triển, hoàn thiện các cơ cấu điều khiển số có lập trình của các bộ vi xử lý, vi điều khiển [1]. Nhờ sự phát triển nhanh chóng của ngành công nghiệp nói trên mà việc áp dụng các phương pháp phức tạp vào điều khiển khiển các loại máy điện ngày càng trở nên đơn giản và dễ dàng hơn. Máy điện là một khái niệm để chỉ các loại máy dùng điện là nguồn hay tạo ra năng lượng điện, hoạt động theo nguyên tắc chuyển đổi năng lượng, cơ năng thành điện năng và ngược lại. Bên cạnh đó, máy điện còn có nhiệm vụ chuyển giao, biến đổi năng lượng điện, ví dụ từ điện một chiều thành điện xoay chiều, hay điện cao thế sang hạ thế và ngược lại. Ngày nay, máy điện được dùng hầu hết trong các lĩnh vực kỹ thuật như trong công nghiệp, giao thông vận tải, y học, vả cả dân dụng…Với công suất từ vài mW đến MW. Máy điện được chia ra làm các loại như sau. Trang 1
  18. Phạm Công Trang Phương pháp điều khiển động cơ BLDC Máy điện quay Máy điện Máy điện xoay chiều một chiều Máy điện Đồng bộ không đồng (ĐB) bộ (KĐB) Động cơ Máy phát Động cơ Máy phát Động cơ Máy phát KĐB KĐB ĐB ĐB một chiều một chiều Hình 1.1: Phân loại máy điện quay. Loại máy điện được đề cập trong luận văn này là Động cơ DC không chổi quét (Brushless Direct Current motor – BLDC), thuộc nhóm động cơ đồng bộ. 1.2. Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước đã công bố. - Position and Speed Control of Brushless DC Motors Using Sensorless Techniques and Application Trends, của các tác giả José Carlos Gamazo - Real, Ernesto Vázquez -Sánchez and Jaime Gómez – Gil- Công bố vào ngày 19/07/2010. Nội dung đề cập đến điều khiển vị trí và tốc độ của động cơ BLDC không sử dụng cảm biến. - Các phương pháp điều khiển phi tuyến dựa trên lý thuyết điều khiển thông minh và lý thuyết điều khiển hiện đại mang lại hiệu suất ổn định và đặc tính động tốt được sử dụng rộng rãi trong các động cơ BLDC. Điều khiển Fuzzy, mạng Nơ ron, điều khiển cấu trúc biến, điều khiển bền vững, điều Trang 2
  19. Phạm Công Trang Phương pháp điều khiển động cơ BLDC khiển thích nghi và các phương pháp điều khiển nâng cao khác được thực thi để điều khiển động cơ BLDC [11-13] - Mô phỏng hệ thống điều khiển động cơ BLDC, luận văn thạc sỹ của tác giả Huỳnh Thanh Tuấn tại Việt Nam. Nội dung luận văn này đề cấp đến điều khiển tốc độ, moment dùng phương pháp PLC. - Ngoài ra, một số nghiên cứu mới nhất hiện nay trong năm 2015 được thực hiện dựa trên việc cải tiến cấu trúc phần cứng và chất liệu của động cơ BLDC như bài báo A new topology for dual rotor/stator BLDC motors applied to marine thrusters của Uygun, D.; Solmaz, S.; Turan, A.; Ruzgar, S.T. hoặc bài báo A novel half-type permanent magnet structure of IPM BLDC motor của nhóm tác giả Sim, Y.; Niguchi, N. để tăng hiệu suất của động cơ BLDC. 1.3. Mục tiêu của đề tài. Điều khiển được động cơ DC không chổi quét (BLDC) bằng phương pháp sử dụng bộ nghịch lưu dòng trễ kết hợp với PID. 1.4. Nhiệm vụ của đề tài. - Tìm hiểu về máy điện đồng bộ, đặc biệt tập trung vào động cơ DC không chổi quét. - Tìm hiểu các phương pháp điều khiển dành cho loại động cơ trên, từ đó chọn phương pháp điều khiển phù hợp. - Tìm hiểu về phần mềm Matlab simulink, mô phỏng động cơ bằng Matlab simulink. - Thực hiện được thực nghiệm bằng một động cơ cụ thể. 1.5. Giới hạn của đề tài. Mặt dù người thực hiện đề tài đã cố gắng thực hiện nhưng sự hạn chế về kiến thức chuyên môn và thời gian nghiên cứu nên người thực hiện đề tài chỉ tìm hiểu: Trang 3
  20. Phạm Công Trang Phương pháp điều khiển động cơ BLDC - Động cơ DC không chổi quét BLDC. - Phương pháp để điều khiển động cơ BLDC. - Mô phỏng bằng Matlab simulink. 1.6. Phương pháp nghiên cứu. Tìm hiểu các tài liệu về động cơ BLDC, phương pháp điều khiển trong và ngoài nước sau đó so sánh, đánh giá, lựa chọn và đưa ra được phương án tối ưu nhất. 1.7. Hướng nghiên cứu. Trong thời gian tới, sẽ tập trung nghiên cứu sâu và kỹ mô hình động và các mô hình toán học của động cơ DC không chổi quét, tìm thông số thực của động cơ để mô phỏng bằng phần mềm Matlab simulink. 1.8. Nội dung của luận văn Chương 2: Tổng quan về động cơ BLDC. Chương 3: Các phương pháp điều khiển. Chương 4: Kết quả mô phỏng. Chương 5: Kết luận và Hướng phát triển. Trang 4
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.09: Bộ Luận Văn Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Quản Trị Kinh Doanh
81 tài liệu
1643 lượt tải
THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
3=>0