BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ THIẾT KẾ CHẾ TẠO BỘ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA CHO MÔN HỌC THÍ NGHIỆM TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN GVHD: TS. NGUYỄN MINH KHAI SVTH: HOÀNG THIỆN MINH MSSV: 10111037 SKL 0 0 3 8 7 5 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7/2015 do an BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TƢ̉ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài:THIẾT KẾ CHẾ TẠO BỘ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA CHO MÔN HỌC THÍ NGHIÊM ̣ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Giảng viên hƣớng dẫn: TS.
NGUYỄ N MINH KHAI Sinh viên thực hiện: HOÀNG THIỆN MINH MSSV: 10111037 Lớp: 101111 Khoá: 2010 - 2014 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7/2015 do an TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY Độc lập - Tự do – Hạnh phúc Bộ môn CƠ ĐIÊ ̣N TƢ̉. NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Giảng viên hƣớng dẫn: TS.NGUYỄN MINH KHAI Sinh viên thực hiện: HOÀNG THIỆN MINH MSSV: 10111037 1.
Tên đề tài: Thiết kế chế tạo bộ điều khiển động cơ không đồng bộ 3 pha cho môn học thí nghiệm truyền động điện 2. Các số liệu, tài liệu ban đầu: Điê ̣n tƣ̉ công suấ t (hoàng ngọc văn) 3. Nội dung chính của đồ án: Nghiêncứutổngquancácbộđiềukhiểnđộngcơkhôngđồngbộ. Tìmhiểunguyênlýhoạtđộng.
Thiếtkếphầncứng,mạchđộnglực,mạchđiềukhiển. Xây dƣ̣ng bài thí nghiê ̣m truyề n đô ̣ng điê ̣n 4. Các sản phẩm dự kiến phầncứng, mạchđộnglực, mạchđiềukhiển ,bài thí nghiệm truyền động điện 5. Ngày nộp đồ án: 7/2015 TRƢỞNG BỘ MÔN GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) Đƣợc phép bảo vệ ………………………………………… (GVHD ký, ghi rõ họ tên) i do an LỜI CAM KẾT - Tên đề tài: Thiết kế chế tạo bộ điều khiển động cơ không đồng bộ 3 pha cho môn học thí nghiệm truyền động điện - GVHD: Ts.
Nguyễn Minh Khai - Họ tên sinh viên: Hoàng Thiện Minh - MSSV:10111037 Lớp:101111 - Địa chỉ sinh viên:25 Hàn Thuyên ,P Bin ̀ h Tho ̣, Quâ ̣n Thủ Đƣ́c,Tp Hcm - Số điện thoại liên lạc: 01264815814 - Email: thiê ̣nminh090@yahoo.com - Ngày nộp khoá luận tốt nghiệp (ĐATN):7/2015 - Lời cam kết: “Tôi xin cam đoan khoá luận tốt nghiệp (ĐATN) này là công trình do chính tôi nghiên cứu và thực hiện. Tôi không sao chép từ bất kỳ một bài viết nào đã được công bố mà không trích dẫn nguồn gốc. Nếu có bất kỳ một sự vi phạm nào, tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm”. Hồ Chí Minh, ngày ….
Ký tên ii do an LỜI CẢM ƠN Trong quá trình thực hiện luận văn mặc dù tác giả đã gặp nhiều khó khăn, nhƣng đã nhận đƣợc nhiều sự giúp đỡ về mặt tin thần và vật chất từ: Cán bộ hƣớng dẫn, Thầy Cô, Gia đình, Bạn bè. Đầu tiên xin cám ơn gia đình đã động viên giúp đỡ tác giả khi thực hiện luận văn. Tác giả xin cám ơn TS.Nguyễn Minh Khai đã định hƣớng và vạch ra hƣớng nghiên cứu cho tác giả, tƣ vấn và giúp đỡ giải quyết khó khăn về mặt chuyên môn trong quá trình thực hiện đề tài. Xin cám ơn đến toàn thể anh, em, cô, chú cán bộ thuộc Phòng Thí Nghiệm Điện Tử Công Suất Nâng Cao D 406, Khoa Điê ̣n Điê ̣n Tƣ̉ Trƣờng Đa ̣i Ho ̣c Sƣ Pha ̣m Kỹ Thuâ ̣t Tp Hcm , đã hỗ trợ thiết bị cho tác giả hoàn thành luận văn này.
Xin cám ơn đến toàn thể Thầy Cô thuộc Bộ môn Cơ Điện Tử, trƣờng ĐH Sƣ Pha ̣m Kỹ Thuâ ̣t TP.HCM đã giúp đỡ, giảng dạy và truyền đạt kiến thức chuyên môn, giúp tác giả hoàn thành luận văn. Cuối cùng xin cám ơn đến Thầy Cô phòng thí nghiệm Điện – điện tử, Phòng thí nghiệm Điê ̣n Tƣ̉ Công Suấ t , Bộ môn Cơ Điện Tử trƣờng ĐH SPKT TP.HCM đã hỗ trợthiết bị. HOÀNG THIỆN MINH iii do an TÓM TẮT ĐỒ ÁN Thiế t kế và chế ta ̣o ra bô ̣ điề u khiể n đô ̣ng cơ không đồ ng bô ̣ tƣ̀ đó xây dƣ̣ng bài thí nghiệm cho sinh viên thí nghiệm môn truyền động điện .Đồ án gồm năm chƣơng với các nội dung sau: Chƣơng 1 : tổ ng quan các nghi ên cƣ́u trong và ngoài nƣớc .Chƣơng 2 : cơ sở lý thuyế t ,Cấ u ta ̣o nguyên lý hoạt động động cơ KDB 3 pha Các Giải thuật điều khiển , tổ ng quan về pic 18f ,chƣơng trin ̀ h ccs .Chƣơng 3: phầ n cƣ́ng .Chƣơng 4: thƣ̣c nghiê ̣m .Chƣơng 5: bài thí nghiệm. ABSTRACT Designandmanufacture speed controller for the three-phase asynchronous motor,building experiments of goal of electric drive .Projectsincludefivechapterswiththe following contents: Chapter1: Overviewof theresearchat home and abroad.
Chapter2: Thetheoretical basis ,Operation principlescomposedthree-phase asynchronous motor,Thecontrolalgorithm, an overview of pic18f, programccs. iv do an MỤC LỤC Trang NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN. i LỜI CAM KẾT. iv MỤC LỤC.
v DANH MỤC BẢNG BIỂU. vi DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ. vii DANH MỤC TƢ̀ VIẾT TẮT. ix CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN .1 Ý nghĩa, tầm quan trọng của việc nghiên cứu luận văn .2 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc.
4 CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT .1 Cơ sở lý thuyế t đô ̣ng cơ không đồ ng bô ̣ 3 pha .3 Nguyên lý hoa ̣t đô ̣ng .4 Các phƣơng pháp phƣơng pháp điều chế độ rộng xung .5 Bộ nghịch lƣu nguồn áp .2 Phƣơng pháp điề u chế vector không gian (svm) .1 Giới thiê ̣u chung .2 Sơ đồ sắ p xế p các vector .3 Giới thiê ̣u vector vs .4 Kỹ thuật điề u chế vector không gian .5 Giản đồ đóng ngắt các khóa để tạo ra vector vs trong tƣ̀ng sector .6 Sơ đồ tóm tắ t của quá trình điều chế .7 Tính toán góc update của vector vs theo phƣơng pháp điề u khiể n v/f .3 Phƣơng pháp sinpwm .2 Các công thức tính toán .4 Tổng quan về pic 18f4431 .1 Chƣ́c năng của tƣ̀ng chân .3 Power control pwm modul .4 Các thanh ghi điều khiển .5 Các module chức năng .6 PWM Time Base .7 PWM Time Base Interrrupts.9 PWM duty cycle .10Analog to digital converter module (A/D) .5 Tổng quan về CCS .1 Vì sao ta sử dung CCS ? .2 Giới thiệu về CCS ?. 51 CHƢƠNG 3: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG .1 YÊU CẦU CƠ BẢN .2 MẠCH ĐỘNG LỰC. 56 CHƢƠNG 4: CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM - ĐÁNH GIÁ. 57 CHƢƠNG 5: XÂY DƢ̣NG BÀI THÍ NGHIÊM ̣.
65 KẾT LUẬN - ĐỀ NGHỊ. 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 76 DANH MỤC BẢNG BIỂU Trang Bảng2.1: Giá trị thời gian trên mỗi sector. 19 vi do an DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ Trang Sơ đồ 4.1 Mạch nguồn kích 15v0v-5v .2 Mạch kích .3 Mạch điều khiển .1: Biến tần Siemens .2: Biến tần Hitachi .3: Biến tần Powtrant .4: Biến tần Toshiba .5: Sơ đồ điều khiển IM bằng phƣơng pháp V/F trong nghiên cứu AN900 .6: Mô hình điều khiển trong nghiên cứu của Jingchuan Li .7: Mô hình của nhóm nhóm nghiên cứu ĐH Bách Khoa HCM .1 Động cơ không đồng bộ bap ha .2 Cấu tạo stator .3 Cấu tạo rotor .4 Nguyên lý tạo ra từ tƣờng bên trong Stator .5 Các vị trí của động cơ trong một chu kì dòng điện cấp cho Stator .6 Các phƣơng pháp điều khiển IM .7 Dạng sóng các tín hiệu điều khiển van , trình tự chuyển mạch và các điện áp pha của bô ̣ nghich ̣ lƣu nguồ n áp sáu bƣớ c .8 Sáu vector điện áp của bộ nghịch lƣu áp sáu bƣớc .9 Dạng sóng các điện áp pha và điện áp dây của bộ nghịch lƣu nguồn áp điều chế sáu bƣớc .10 Nguyên lý của bô ̣ biế n tầ n sƣ̉ du ̣ng 6 khóa transitor công suấ t .11 Trạng thái đóng ngắt các khóa bộn nghịch lƣu .12 Biễu diễn vector không gian trong hệ tọa độ x-y .13 Bộ nghịch lƣu ở trạng thái V1 .14 Vector điện áp V1 trên tọa độ α β .15 Vector điện áp V1->V6 trên giản đồ α β .16 Vector Vs trên hệ trục α β .17 Điện áp 3 pha ngõ ra trong miền thời gian tƣơng ứng .19 Giản đồ đóng ngắt linh kiện.
21 vii do an Hình 2.26 Sơ đồ tóm tắt của quá trình điều chế .27 Góc update của vector Vs .28 Update vector Vs with stepsize .2 Nguyên lý của phƣơng pháp điều rộng SIN một pha .3 Nguyên lý của phƣơng pháp điều rộng SIN 3 pha và dạng sóng điện áp ngõ ra .1 Sơ đồ khối của hệ thống .1 Mạch nguồn kích 15v0v-5v .2 Mạch kích .3 Mạch điều khiển .7 đô ̣ng cơ không đồ ng bô ̣ 3 pha .8điê ̣n áp pha tải bóng đèn .9 điê ̣n áp dây tải đô ̣ng cơ không đồ ng bô ̣ 3 pha. 64 viii do an DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT KDB Không Đồ ng Bô ̣ … ix do an CHƢƠNG 1 : TỔNG QUAN Chƣơng 1: TỔNG QUAN 1. 1 Ý nghĩa, tầm quan trọng của việc nghiên cứu luận văn Đƣợc sử dụng ngày càng rộng rãi trong và ngoài nƣớc, động cơ IM đƣợc coi nhƣ là sức kéo của cả nền công nghiệp (ví dụ nhƣ động cơ kéo cho dây chuyền, băng truyền công nghiệp, động cơ cắt cho các loại máy phay CNC đa trục,) động cơ IM ngày càng thu hút đƣợc nhiều nghiên cứu trong lĩnh vực tự động hóa và điều khiển chuyển động. Một phần là do động cơ này có cấu trúc khá đơn giản, dãy tốc độ chậm, giá thành chế tạo thấp (tính trên từng KW), do vậy giảm thiểu chi phí bảo trì trong suốt vòng đời sử dụng.
Theo khảo sát, thì 65% năng lƣợng điện đƣợc sử dụng cho động cơ điện. Trong lĩnh vực công nghiệp nói riêng, 76% đƣợc sử dụng bởi động cơ, và trên 90% là động cơ IM. Động cơ IM đƣợc đánh giá là có tính hiệu quả cao về tốc độ và khả năng kéo tải. Tuy nhiên nếu tải nhẹ, tổn hao sắt từ tăng, làm giảm hiệu suất đáng kể, ví dụ đối với động cơ có công suất 500Hp đƣợc kiểm soát công suất phù hợp, sẽ tiết kiệm đƣợc $7000 ở mức giá điện là $0.
Do đó, ta thấy việc nâng cao hiệu suất động cơ là vấn đề cần đƣợc nghiên cứu. Tuy nhiên động cơ IM là đối tƣợng phi tuyến, có nhiều thông số thay đổi trong quá trình hoạt động (điện trở stator và rotor thay đổi bởi nhiệt sinh ra trong động cơ, ma sát nhớt, mômen quán tính và đặc biệt là tải thay đổi).