Luận văn Điều khiển động cơ không đồng bộ 3 pha bằng phương pháp FOC trên cơ sở DSP TMS320F2812 (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Điều khiển động cơ không đồng bộ 3 pha bằng phương pháp FOC trên cơ sở DSP TMS320F2812 (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯƠNG MINH TRIỆU ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA BẰNG PHƯƠNG PHÁP FOC TRÊN CƠ SỞ DSP TMS320F2812 NGÀNH: THIẾT BỊ MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN - 605250 S K C0 0 3 5 9 0 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2012
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯƠNG MINH TRIỆU ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA BẰ NG PHƯƠNG PHÁP FOC TRÊN CƠ SỞ DSP TMS320F2812 NGÀNH: THIẾT BỊ MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN - 605250 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2012
3. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯƠNG MINH TRIỆU ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA BẰ NG PHƯƠNG PHÁP FOC TRÊN CƠ SỞ DSP TMS320F2812 NGÀNH: THIẾT BỊ MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN - 605250 Hướng dẫn khoa học: PGS.TS. LÊ MINH PHƯƠNG Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2012
4. LVTN Lý lịch khoa học. LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC. Họ và tên: Trương Minh Triệu Giới tính: Nam. Ngày, tháng, năm sinh: 29/01/1984 Nơi sinh: Tây Ninh. Quê quán: Tây Ninh Dân tộc: Kinh Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 54/6 Ấp Long Chí, Xã Long Thành Trung, Huyện Hòa Thành, Tỉnh Tây Ninh. Điện thoại: 0937909404. E-mail: truongtrieu29184@gmail.com. II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO. 2.1. Hệ cao đẳng. Hệ đào tạo: chính quy. Thời gian đào tạo: 2003 đến 2006. Trường Cao đẳng Công Nghiệp Thực Phẩm, Quận Tân Phú, TP. Hồ Chí Minh. Ngành học: Kỹ thuật điện – điện tử. 2.2. Hệ đại học. Hệ đào tạo: chính quy. Thời gian đào tạo: 2008 đến 2010. Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật, Quận Thủ Đức, TP. Hồ Chí Minh. Ngành học: Điêṇ khí hóa - Cung cấp điêṇ . III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC. Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm Cty TNHH Xây lắp điện Thế 01/2010- Minh, 393 Sư Vạn Hạnh, Quận 10, Giám sát hệ thống M&E. 08/2010 TP. Hồ Chí Minh. 09/2010- Khoa Điêṇ -Điêṇ Tử , Trường Đại Học viên. 08/2012 Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. HCM GVHD: PGS. TS. Lê Minh Phương Trang i HVTH: Trương Minh Triệu
5. LVTN Lời cam đoan. LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của 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 15 tháng 08 năm 2012 Người cam đoan Trương Minh Triệu GVHD: PGS. TS. Lê Minh Phương Trang ii HVTH: Trương Minh Triệu
6. LVTN Lời cảm ơn. LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn thầy PGS.TS. Lê Minh Phương đã tận tình hướng dẫn tôi hoàn thành luận văn này. Chân thành cảm ơn quí thầy cô Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM và Trường Đại Học Bách khoa TP.HCM đã giảng dạy tôi trong suốt hai năm học. Xin cám ơn em Đặng Thanh Lưu, các anh em trong phòng thí nghiệm điện tử công suất, trường đại học Bách khoa TP. HCM đã giúp đỡ, chia sẻ kinh nghiệm, động viên tôi trong suốt thời gian làm việc tại phòng. Và cuối cùng, xin chân thành cảm ơn gia đình và đặc biệt là người yêu Nguyễn Thị Kim Thoa đã động viên tôi trong suốt quá trình học tập. GVHD: PGS. TS. Lê Minh Phương Trang iii HVTH: Trương Minh Triệu
7. LVTN Tóm tắt. TÓM TẮT Động cơ không đồng bộ ba pha là thiết bị chủ lực trong truyền động điện xoay chiều vì có nhiều 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 pháp điều khiển điṇ h hướng trường (Field Oriented Control - FOC), Phương pháp này có khả năng điều khiển đôc̣ lâp̣ từ thông và moment. Để thực hiện được phương pháp này thì góc từ thông rotor r phải được biết. Góc được tìm bằng 2 cách, trực tiếp (gọi là điều khiển trường trực tiếp - DFOC) và gián tiếp (gọi là điều khiển trường gián tiếp - IFOC). Trong phương pháp trực tiếp thì góc có thể tìm thông qua dòng điện và điện áp trên stator hay khe hở không khí. Với phương pháp gián tiếp thì góc được tính bởi góc trượt và góc của rotor. Trong luận văn này học viên đã sử dụng phương pháp gián tiếp. GVHD: PGS. TS. Lê Minh Phương Trang iv HVTH: Trương Minh Triệu
8. LVTN Abstract. 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 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. GVHD: PGS. TS. Lê Minh Phương Trang v HVTH: Trương Minh Triệu
9. LVTN Mục lục. MỤC LỤC Trang tựa Trang Quyết định giao đề tài Lý lịch cá nhân i Lời cam đoan ii Cảm tạ iii Tóm tắt iv Mục lục vi Danh sách các chữ viết tắt x Danh sách các hình vii Danh sách các bảng viii Chương 1. Tổng quan 01 1.1. Đặt vấn đề 01 1.2. Định hướng của đề tài 03 1.3. Nhiệm vụ của luận văn 03 1.4. Kết quả mong muốn đạt được 03 Chương 2: Cở sở lý thuyết 04 Chương 3: Động cơ không đồng bộ 3 pha và các phương pháp điều khiển 05 3.1. Tổng quan về động cơ KĐB 3 pha 05 3.1.1. Cấu tạo 05 3.1.1.1. Stator 05 3.1.1.2. Rotor 06 3.1.1.3. Khe hở không khí 08 3.1.2. Nguyên lý hoạt động của động cơ KĐB 3 pha 08 3.1.3. Ứng dụng của động cơ KĐB và khả năng thay thế động cơ DC 10 3.2. Vector không gian của các đại lượng 3 pha 12 3.2.1. Hệ trục tọa độ tĩnh  13 3.2.1.1. Đổi tọa độ từ uv, ,w  13 3.2.1.2. Đổi tọa độ từ  uv, ,w 14 VHD: PGS. TS. Lê Minh Phương Trang vi HVTH: Trương Minh Triệu
10. LVTN Mục lục. 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 3.3.4. Ưu điểm của việc mô tả động cơ KĐB 3 pha trên hệ tọa độ từ thông rotor 21 3.4. Các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ KĐB 21 3.4.1. Điều khiển tốc độ bằng cách thay đổi số đôi cực 22 3.4.2. Điều khiển tốc độ bằng cách thay đổi điện áp stator 22 3.4.3. Điều khiển tốc độ bằng cách thay đổi tần số nguồn áp 24 3.4.3.1. Nguyên lý điều khiển từ thông không đổi 24 3.4.3.2. Trường hợp tốc độ động cơ thấp 26 3.4.3.3. Trường hợp tốc độ lớn hơn tốc độ định mức 26 3.4.3.4. Đặc tính cơ 26 3.4.4. Điều khiển vector 27 3.4.4.1. Phương pháp điều khiển trực tiếp moment – DTC 27 3.4.4.2. Phương pháp điều khiển định hướng tựa trường – FOC 28 3.5. Bộ nghịch lưu 3 pha và vector không gian 32 3.5.1. Bộ nghịch lưu 3 pha 32 3.5.2. Vector không gian 33 3.5.3. Cách điều chế vector không gian 34 3.5.4. Giản đồ đóng ngắt các khóa 36 Chương 4: Tổng quan về Digital Signal Processing 38 4.1. Giới thiệu DSP TMS320F2812 38 4.2. Các đặc tính kỹ thuật 38 4.3. Chức năng của các khối 39 4.3.1. Chức năng xuất nhập 41 4.3.1.1. Thanh ghi GPxMUX 42 4.3.1.2. Thanh ghi GPxDIR 42 VHD: PGS. TS. Lê Minh Phương Trang vii HVTH: Trương Minh Triệu
11. LVTN Mục lục. 4.3.1.3. Thanh ghi GPxDAT 42 4.3.2. Bộ quản lý sự kiện 42 4.3.2.1. Bộ định thời chung General Purpose Timer – GP Timer 44 4.3.2.2. Điều rộng xung TxPWM 44 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 eZdspTM 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: Giải 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 , Cos 80 5.2.6. Giải thuật cho chuyển trục 80 5.2.6.1. Chuyển trục từ abc  80 5.2.6.2. Chuyển trục từ  dq 81 VHD: PGS. TS. Lê Minh Phương Trang viii HVTH: Trương Minh Triệu
12. LVTN Mục lục. 5.2.6.3. Chuyển trục từ dq  81 5.2.7. Giải thuật của khối Space vector 82 Chương 6: Thiết kế phần cứng và mô hình 86 6.1. Thiết kế phần cứng 86 6.1.1. Thông số động cơ 86 6.1.2. Sơ đồ kết nối mạch phần cứng 87 6.2. Mạch thiết kế thực tế 87 6.2.1. Mạch công suất 87 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 VHD: PGS. TS. Lê Minh Phương Trang ix HVTH: Trương Minh Triệu
13. LVTN Mục lục. 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 6.3. Mô hình 97 Chương 7: Kết quả thực nghiệm 98 7.1. Kết quả 98 7.1.1. Vận tốc đặt 1000 rpm 98 7.1.1.1. Điện áp pha VAC 98 7.1.1.2. Điện áp dây VAC 99 7.1.1.3. Dòng điện mA 99 7.1.2. Vận tốc đặt 1500 rpm 99 7.1.2.1. Điện áp pha VAC 99 7.1.2.2. Điện áp dây VAC 100 7.1.2.3. Dòng điện mA 100 7.1.3. Vận tốc đặt 2000 rpm 100 7.1.3.1. Điện áp pha VAC 100 7.1.3.2. Điện áp dây VAC 101 7.1.3.3. Dòng điện mA 101 7.1.4. Vận tốc đặt 2500 rpm 101 7.1.4.1. Điện áp pha VAC 101 7.1.4.2. Điện áp dây VAC 102 7.1.4.3. Dòng điện mA 102 7.2. Nhận xét 102 Chương 8: Kết luận 103 8.1. Kết luận 103 8.2. Các vấn đề đã thực hiện 103 8.3. Các vấn đề còn tồn tại 103 8.4. Hướng phát triển 103 TÀI LIỆU THAM KHẢO 104 PHỤ LỤC 105 VHD: PGS. TS. Lê Minh Phương Trang x HVTH: Trương Minh Triệu
14. LVTN Danh sách các chữ viết tắt. DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT DC: một chiều. KĐB: không đồng bô.̣ FOC - Field Oriented Control: điều khiển tưạ trường. 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: điều khiển trưc̣ tiếp moment. Lm : hỗ cảm giữa rotor và stator (H). L s : điện cảm tiêu tán phía cuộn dây stator(H). L r : điện cảm tiêu tán phía cuộn dây rotor đã quy đổi về stator (H). LLLs m s : điện cảm stator. LLLr m r : điện cảm rotor. Rs : điện trở stator (  ). Rr : điện trở rotor ( ). Ls Ts : hằng số thời gian stator. Rs Lr Tr : hằng số thời gian rotor. Rr L2  1 m : hệ số tiêu tán tổng. LLsr P - Power: công suất của động cơ (W). p - Pole couple: số đôi cưc̣ của động cơ. J : momen quán tính(Kg/m2). TL - Torque Load: moment tải (Nm). GVHD: PGS. TS. Lê Minh Phương Trang xi HVTH: Trương Minh Triệu
15. LVTN Danh sách các chữ viết tắt. , : từ thông (Wb).  : tốc đô ̣góc của rotor so với stator (rad/s). a : tốc đô ̣góc của 1 hệ bất kỳ (rad/s). s : tốc đô ̣góc của từ thông stator so với stator ()s   sl (rad/s). r : tốc đô ̣góc của từ thông rotor so với stator ()rs (rad/s). sl : tốc 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 (rad). r : góc của từ thông rotor trong hệ tọa độ (rad). : góc pha giữa điện áp so với dòng điện (rad). Te - Torque electromagnetic: moment điêṇ từ . , dq : hệ tọa độ đứng yên, hệ tọa độ quay. I,, V f : dòng điện (A), điện áp (V), tần số (Hz). I , : dòng điện trên hệ tọa độ . Idq, : dòng điện trên hệ tọa độ dq . s Is : dòng điện của stator được quan sát trên hệ tọa độ (hệ stator). r Is : dòng điện của stator được quan sát trên hệ tọa độ dq (hệ từ thông rotor). Ir _, : dòng điện rotor trên hệ tọa độ . Is_, d q : dòng điện stator trên hệ tọa độ . Ir_, d q : dòng điện rotor trên hệ tọa độ . V , : điện áp trên hệ tọa độ . Vdq, : điện áp trên hệ tọa độ dq . I : ký hiệu là 1 vector. uv, ,w : các pha của nguồn điện 3 pha. GVHD: PGS. TS. Lê Minh Phương Trang xii HVTH: Trương Minh Triệu
16. LVTN Danh sách các bảng. DANH SÁCH CÁC BẢNG Trang Bảng 3.1: Điện áp ngõ ra của bộ nghịch lưu 6 khóa 33 Bảng 3.2. Thời gian đóng ngắt của các khóa 35 Bảng 4.1: Các chức năng của bộ quản lý sự kiện 43 Bảng 4.2: Các ngắt trong bộ PIE 55 Bảng 4.3: Chức năng các chân của chip DSP F2812 67 Bảng 4.4: Chức năng các chân trên Port 2 71 Bảng 4.5: Chức năng các chân trên Port 4/7/8 73 Bảng 4.6: Chức năng các chân trên Port 5/9 74 Bảng 4.7: Chức năng các Jumper 7/8/11/12 75 GVHD: PGS. TS. Lê Minh Phương Trang xiii HVTH: Trương Minh Triệu
17. LVTN Danh sách các hình. 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 is và hình chiếu của nó 13 Hình 3.13. Biểu diễn vectơ trong cả hai hệ trục tọa độ  và dq 14 Hình 3.14. Mô hình của động cơ KĐB ba pha rotor lồng sóc 15 Hình 3.15 Sơ đồ các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ KĐB 3 pha 22 Hình 3.16: Đặc tính động cơ KĐB khi điều chỉnh điện áp stator 23 Hình 3.17: Mạch điều khiển điện áp pha 23 Hình 3.18: Quan hệ giữa moment và điện áp theo tần số 26 Hình 3.19 Sơ đồ khối phương pháp V/f vòng hở 27 Hình 3.20: Sơ đồ khối phương pháp V/f vòng kín 27 Hình 3.21: Sơ đồ hệ thống điều khiển trực tiếp moment DTC 28 Hình 3.22: Sơ đồ khối cơ bản của phương pháp FOC 29 Hình 3.23: Sơ đồ điều khiển trực tiếp – DRFOC 29 Hình 3.24: Sơ đồ điều khiển gián tiếp – IRFOC 31 Hình 3.25: Sơ đồ bộ nghịch lưu 3 pha 32 GVHD: PGS. TS. Lê Minh Phương Trang xiv HVTH: Trương Minh Triệu
18. LVTN Danh sách các hình. Hình 3.26: Các vector điện áp chuẩn và các sector 33 Hình 3.27: Điều chế vector 34 Hình 3.28: Giản đồ đóng cắt linh kiện 36 Hình 3.29: Vector Vs trong các vùng từ 0 - 6 37 Hình 4.1: Sơ đồ các khối chức năng 40 Hình 4.2: Sơ đồ tổ chức bộ nhớ 41 Hình 4.3: Sơ đồ tích hợp các chân ngoại vi 42 Hình 4.4: Sơ đồ khối bộ quản lý sự kiện 43 Hình 4.5: Thanh ghi GP timer 45 Hình 4.6: Cách tạo xung PWM 47 Hình 4. 7: Dead time của 2 xung 48 Hình 4.8: Sơ đồ khối của bộ QEP 49 Hình 4.9: Giải mã encoder 50 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 , Cos 80 Hình 5.8: Giải thuật khối chuyển trục abc  80 GVHD: PGS. TS. Lê Minh Phương Trang xv HVTH: Trương Minh Triệu
19. LVTN Danh sách các hình. Hình 5.9: Giải thuật khối chuyển trục  dq 81 Hình 5.10: Giải thuật khối chuyển trục dq  81 Hình 5.11: Giải thuật của khối Space Vector 85 Hình 6.1: Động cơ KĐB 3 pha 86 Hình 6.2: Sơ đồ thiết kế mạch phần cứng 87 Hình 6.3: Mạch nghịch lưu 3 pha 87 Hình 6.4: Cấu trúc MOSFET và IGBT 88 Hình 6.5: IGBT FGL60N100BNTD 88 Hình 6.6: Sơ đồ nguyên lý mạch công suất 89 Hình 6.7: Mạch công suất 89 Hình 6.8: Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn DC 90 Hình 6.9: Mạch nguồn DC 90 Hình 6.10: IC HCPL 3120 91 Hình 6.11: Sơ đồ nguyên lý mạch Dead time 91 Hình 6.12: Sơ đồ nguyên lý mạch lái 92 Hình 6.13: Mạch lái + dead time 92 Hình 6.14: Sơ đồ nguyên lý mạch cảm biến dòng 93 Hình 6.15: Mạch cảm biến dòng 93 Hình 6.16: Sơ đồ nguyên lý mạch xử lý tín hiệu cảm biến dòng 94 Hình 6.17: Mạch xử lý tín hiệu cảm biến dòng 94 Hình 6.18: Sơ đồ nguyên lý mạch xử lý tín hiệu encoder 95 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 GVHD: PGS. TS. Lê Minh Phương Trang xvi HVTH: Trương Minh Triệu
20. LVTN Danh sách các hình. 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 GVHD: PGS. TS. Lê Minh Phương Trang xvii HVTH: Trương Minh Triệu
21. LVTN Chương 1: Tổng quan. Chương 1 TỔNG 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 điện năng thành cơ năng với những đặc tính cần thiết. Việc điều khiển chính xác để tạo nên các chuyển động phức tạp đó là nhiệm vụ chính của hệ thống truyền động. Do tính chất phức tạp nên truyền động điện được xem là một môn khoa học, môn khoa học ứng dụng các kiến thức của lý thuyết điều khiển tự động, các tiến bộ của công nghệ vi xử lý để giúp cho động cơ có được những đặc tính cao hơn để đáp ứng được các đòi hỏi ngày càng cao của quá trình tự động Ngày nay, trên thế giới đã phát triển nhiều phương pháp điều khiển động cơ, các phương pháp từ đơn giản đến phức tạp, từ cổ điển đến hiện đại. Với yêu cầu truyền động như ngày nay thì các phương pháp điều khiển hiện đại ngày càng được áp dụng nhiều. Có nhiều phương pháp điều khiển khác nhau, nhưng điểm khác nhau giữa các phương pháp là hiệu suất và giá thành. Dưới đây là một số phương pháp điều khiển hiện đại đang được áp dụng trong thực tế: Phương pháp V/f: là phương pháp điều khiển đơn giản và phổ biến trong các ứng dụng công nghiệp. Điểm đặc biệt của phương pháp đó là mối quan hệ giữa điện áp và tần số là một hằng số. Cấu trúc của mạch thì đơn giản và thường sử dụng dạng không hồi tiếp tốc độ. Tuy nhiên phương pháp này có độ chính xác không cao trong đáp ứng tốc độ và moment. Phương pháp FOC: là kỹ thuật được sử dụng phổ biến với hiệu suất cao trong việc điều khiển động cơ với đặc tính từ thông và moment có thể được điều khiển độc lập. FOC là phương pháp điều khiển dòng stator chủ yếu dựa vào biên độ và góc pha của các vector. Điều khiển này cơ bản dựa vào sự tham chiếu về thời GVHD: PGS. TS. Lê Minh Phương Trang 1 HVTH: Trương Minh Triệu
22. S K L 0 0 2 1 5 4