Thạc Sĩ Nghiên cứu điều khiển máy điện từ trở thay đổi (srm : Switched reluctance machines)

Luận văn thạc sĩ năm 2012
Đề tài: NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN MÁY ĐIỆN TỪ TRỞ THAY ĐỔI (SRM : SWITCHED RELUCTANCE MACHINES)
Định dạng file word

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN . i
LỜI CẢM ƠN ii
TÓM TẮT . iii
ABSTRACT . iv
MỤC LỤC . v
DANH TỪ VIẾT TẮT . viii
DANH MỤC CÁC BẢNG ix
DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH x
Mởđầu 1
Tổng quan 2
Chương1: TỔNG QUAN VỀ CÁC MÁY ĐIỆN TỪ TRỞ THAY ĐỔI SRM 3
1.1. Cấu tạo máy điện từ trở thay đổi 4
1.1.1.Cấu tạo 4
1.1.2. Nguyên tắc hoạt động 6
Chương2: TỔNG QUAN VỀ BỘ VI XỬ LÝ DSPIC30F4011 8
2.1.Giới thiệu chung về họ vi điều khiển dspic30f4011 9
2.2.Đặc điểm chung của vi điều khiển dsPic30F4011 . 9
2.2.1.Khối xử lý trung tâm CPU .9
2.2.2.Bộ chuyển đổi tương tự số ADC 10
2.2.3.Các cổng vào ra I/O Port và các ngoại vi 10
2.2.4.Bộ xử lý tín hiệu số 10
2.2.5.Một số đặc điểm khác .10
2.3.Cấu trúc của vi điều khiển dsPic30F4011 . 11
2.3.1.Khối xử lý trung tâm CPU .11
2.3.2.Khối tạo địa chỉ AGU .15
2.3.2.1.Chế độ địa chỉ lệnh 15
2.3.2.2.Chế độ đảo bit địa chỉ 17
2.3.3.Tổ chức bộ nhớ và bộ nhớ chương trình 18
2.3.3.1.Không gian địa chỉ chương trình . 18
2.3.3.2.Truy xuất dữ liệu từ bộ nhớ chương trình sử dụng các lệnh bảng 19
2.3.3.3.Truy xuất dữ liệu . 20
2.3.4.Các cổng vào ra I/O Port 22
2.3.5.Ngắt và cơ chế ngắt 24
2.3.6.Các bộ định thời .26
2.3.7.Bộ chuyển đổi tương tự số ADC 30
2.3.7.1.Bộ đệm kết quả biến đổi A/D 30
2.3.7.2 Các bước thực hiện biến đổi A/D 30
2.3.7.2.1 Thiết lập cấu hình Module A/D . 30
2.3.7.2.2.Cấu hình cho ngắt ADC nếu cần 30
2.3.7.2.3.Bắt đầu lấy mẫu 31
2.3.7.2.4.Đợi đủ thời gian cần thiết để hoàn thành . 31
2.3.7.2.5.Kết thúc lấy mẫu, bắt đầu biến đổi . 31
2.3.7.2.6.Đợi biến đổi kết thúc bởi một trong hai điều kiện sau . 31
Chương3: NGHIÊN CỨU VÀ CHẾ TẠO BỘ ĐIỀU KHIỂN MÁY ĐIỆN TỪ TRỞ
THAY ĐỔI SRM . 32
3.1.Giới thiệu chung về máy điện DC . 33
3.2. Vận hành động cơ DC 35
3.3. Vận hành máy phát DC 37
3.4.Máy điện từ trở thay đổi 39
3.4.1. Khái quát . 39
3.4.2. Vận hành máy điện từ trở thay đổi SRM . 58
3.4.3. Những thông số của máy điện DC, SRM và bộ điều khiển 63
3.4.4. Đo đạc thông số kỹ thuật của máy điện DC 65
3.4.5. Đo đạc thông số kỹ thuật của động cơ DC 66
3.4.6. Đo đạc thông số kỹ thuật của máy phát DC 69
Chương4: THI CÔNG VÀ CÁC KẾT QUẢ ĐO ĐẠT 72
4.1.Phần cứng 73
4.1.1. Các khối nguồn 74
4.1.2. Khối các bộ lọc thông thấp 75
4.1.3. Khối biến đổi DAC . 75
4.1.3.1. Hoạt động của DAC và tính chất của nó 75
4.1.3.2. Các tham số của bộ chuyển đổi DA . 76
4.1.3.3. Bộ chuyển đổi DA theo kiểu thang điện trở R-2R (R-2R ladder)
. 77
4.2. Khối xử lý trung tâm 78
4.3. Thuật toán điều khiển máy điện từ trở thay đổi SRM 80
4.4.Đo đạc thông số kỹ thuật của máy điện . 87
4.4.1.Mối quan hệ giữa dòng điện pha các góc kích, động cơ SRM . 87
4.4.2. Mối quan hệ giữa dòng điện pha các góc kích, máy phát SRM 95
4.5. So sánh máy điện DC với SRM 103
4.5.1.Vận hành chế độ động cơ . 103
4.5.2.Vận hành chế độ máy phát 106
4.5.3.Tóm tắt kết quả thực nghiệm 109
Chương5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI . 110
TÀI LIỆU THAM KHẢO . 112

TÓM TẮT
Máy điện từ trở thay đổi SRM là một trong những loại máy điện từ trở thay đổi, không
có cuộn dây trên rotor, cũng như không sử dụng nam châm vĩnh cửu. Với nhiều ưu
điểm như: khởi động với mô men cao, hiệu suất làm việc rất cao, tổn hao thấp, và có
thể vận hành cả hai chế độ động cơ và máy phát. Và đặc biệt, SRM là loại máy điện có
thể điều khiển tốc độ mịn màng dựa vào bộ điều khiển vi xử lý. Vì vậy, luận văn sẽ tìm
hiểu, phân tích các loại máy điện SRM, nguyên lý hoạt động, và thiết kế bộ điều khiển
cho các loại SRM; bên cạnh đó, thuật giải điều khiển nhằm nâng cao mô men, cũng
như công suất phát ra khi SRM vận hành ở chế độ máy phát cũng được phân tích và
thực hiện tỉ mỉ trong luận văn. Ứng dụng của đề tài là Nghiên cứu để tạo ra bộ điều
khiển tốc độ máy điện từ trở thay đổi(SRM: Switched Reluctance Machines) giảm
thiểu tối đa độ nhấp nhô môment (torque ripple) dùng cho xe đạp điện , xe ôtô điện.
ABSTRACT
Switched Reluctance Machines is one of the electric motor does not use brushes, no
windings on the rotor, as well as not using permanent magnets. With many advantages
such as high torque start with, high performance, low loss, and can operate both the
engine and generator. And in particular, SRM is the power to control smooth speed
controller based on microprocessor. Thus, the thesis will explore and analyze the power
of SRM, operating principles, and design of controllers for the SRM; besides, the
control algorithm to improve torque, as well as SRM power output when operating in
generator mode is also analyzed and meticulously done in the thesis. Application of
research topics is to create the speed controller Switched reluctance Machines (SRM:
Switched reluctance Machines) minimizes torque ripple (torque ripple) for bikes, cars
electric cars.

Mở đầu
Hiện nay hiện tượng ô nhiễm môi trường đang là vấn đề được xã hội quan
tâm, bên cạnh đó nguồn năng lượng trên thế giới ngày càng cạn kiệt. Hơn thế nữa,
việc sử dụng xe đạp điện, xe ôtô điện ngày càng được ưa chuộng với nhiều ưu điểm.
Trên thị trường hiện nay, các loại xe đạp điện, xe ôtô điện hầu hết đều sử dụng động
cơ DC hoặc BLDC(Brushless DC Motor); với những tính năng nổi trội cùng với
công nghệ vi mạch phát triển – SRM đang là một loại máy điện khả thi cho nhiều
ứng dụng trong thực tiễn.
Hiện nay SRM đã được các nước tiên tiến trên thế giới như Mỹ, Nhật,
Đức, dùng trong các ứng dụng khác nhau: động cơ máy bay, máy giặt, máy
khoan, máy say nghiền,và các loại phương tiện giao thông. Một trong số đó mà đề
tài muốn nghiên cứu trong luận văn này là ứng dụng SRM cho việc điều khiển tốc
độ và tối ưu moment cho máy điện từ trở thay đổi (Switched Reluctance Motor –
SRM)
Tổng quan

Trong luận văn này thực hiện thiết kế, nghiên cứu và hoàn tất bộ điều khiển
cho máy điện từ trở thay đổi (SRM). Bộ driver được thiết kế sử dụng cả hai chế độ:
động cơ và máy phát cho cùng một máy điện SRM. Ứng dụng của công trình
nghiên cứu này cho các phương tiện giao thông sử dụng năng lượng sạch; xe đạp
điện đa chức năng là một điển hình,và có thể sử dụng cho động cơ xe ôtô điện .Theo
các điều kiện vận hành khác nhau, các cách chuyển đổi góc kích để điều khiển đã
được phân tích và thực thi trong luận văn này. Mối quan hệ giữa dòng điện phase,
moment, công suất được đo đạc và phân tích kỹ lưỡng. So sánh SRM với các sản
phẩm thương mại hiện nay thì các máy điện sử dụng nam châm vĩnh cửu có giá
thành cao hơn, cấu tạo phức tạp hơn.Ngoài ra, nguồn nhiên liệu sản xuất nam châm
vĩnh cửu là rất hiếm và sẽ cạn kiệt trong tương lai. Do vậy, SRM không những hoàn
hảo về kỹ thuật mà còn mang tính kinh tế cao. Giải thuật điều khiển góc kích cho
SRM đã mang lại moment và công suất vượt trội. Công trình nghiên cứu này đã thu
được kết quả khả thi và nói lên rằng SRM là máy điện tốt nhất sẽ được ứng dụng
cho các phương tiện giao thông trong tương lai. Hơn thế nữa, vận hành ở chế độ
máy phát sẽ tái tạo năng lượng cho accqui, giúp cho vận hành xe với thời gian dài
hơn.
Lý thuyết phân tích và kết quả thực nghiệm đã chỉ ra rằng: Những phương
tiện giao thông sử dụng SRM trong mạch động lực sẽ vận hành một cách êm ái,
miền tốc độ rộng, có khả năng nạp năng lượng cho accqui, kéo dài thời gian sử
dụng và tiết kiệm được tiền bạc.
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC
MÁY ĐIỆN TỪ TRỞ THAY ĐỔI(SRM)
1.1. Cấu tạo máy điện từ trở thay đổi
1.1.1. Cấu tạo
Máy điện từ trở thay đổigồm 2 phần chính: stator và rotor
+ Stator được ghép bằng các lá thép kỹ thuật điện, được chế tạo dạng cực từ
lồi, Trên các cực từ có quấn dây.
+ Rotor cũng làm bằng thép với dạng cựctừ lồi. Trên cực từ không có dây
quấn.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] “Chip pak high volume presure sensor for disposable, backside pressure
applications
MPX2300D” - http://www.datasheetcatalog.com
[2] Bentham - “Lockin amplifers” - http://www.bentham.co.uk

“dsPIC Language Tool Libraries” - http://www.microchip.com
“dsPIC30F Family Reference Manual” - http://www.microchip.com
“dsPIC30F’s Programmer Reference Manual” - http://www.microchip.com
“dsPic30F4011/4012” - http://alldatasheet.com
“FilterPro MFB and Sallen- Key Low-Pass Filter Design Program” - John

Bishop,
Bruce Trump, R. Mark Stitt. - http://www.focus.ti.com

[8] “Implementing Digital Lock-In Amplifiers Using the dsPIC DSC”
- http://microchip.com
[9] Jerry Seams - “R/2R LADDER NETWORKS” - http://www.irctt.com
[10] “Low Cost, Low Power Instrumentation Amplifier” - http://www.analog.com
[11] Microchip Inc website - http://www.microchip.com
[12] “Sallen-Key Low-Pass Filter” - http://www.ecircuitcenter.com
[13] “The Analog Lock-in Amplifier” - http://www.signalrecovery.com
[14] “The Digital Lock-in Amplifier” - http://www.signalrecovery.com
[15] “What is a Lock-in Amplifier?” - http://www.signalrecovery.com
[19] Krishnan, R., “Switched Reluctance Motor Drives: Modeling, Simulation,
Analysis, Design, and Applications”, CRC Press, 2001.
[20] Krishnan, R., “Electric motor drives: modeling, analysis, and control”, Prentice
Hall, 2001.
[21] Radun, A., “Analytically computing the flux linked by a switched reluctance

motor phase when the stator and rotor poles overlap”,
IEEE Transactions on

Magnetics, Vol. MAG-36, No. 4, pt. 2, pp. 1996-2003, July 2000.