อินเวอร์เตอร์ํสามเฟสสาหรับมอเตอร ์ซิังโครนสชนิดแม่็เหลก ...research.rmutsb.ac.th/fullpaper/2558/2558240240389.pdf ·

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

รายงานวจยฉบบสมบรณ

อนเวอรเตอรสามเฟสสาหรบมอเตอรซงโครนสชนดแมเหลกถาวร

โดย นางสาวศรสดา ไชยทองสก นายประมข อณหเลขกะ

สาขาวชาวศวกรรมไฟฟา คณะวศวกรรมศาสตรและสถาปตยกรรมศาสตร มหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลสวรรณภม

ทนอดหนนจากงบกองทนสงเสรมการวจย ประจาปงบประมาณ 2558

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

รายงานการวจย

เรอง

อนเวอรเตอรสามเฟสสาหรบมอเตอรซงโครนสชนดแมเหลกถาวร

โดย

นางสาวศรสดา ไชยทองสก นายประมข อณหเลขกะ

สาขาวชาวศวกรรมไฟฟา คณะวศวกรรมศาสตรและสถาปตยกรรมศาสตร มหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลสวรรณภม

ทนอดหนนจากงบกองทนสงเสรมการวจย ประจาปงบประมาณ 2558

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

ก

บทคดยอ

วตถประสงคของงานวจยนคอ การออกแบบและสรางชดควบคมมอเตอรซงโครนสชนดแมเหลกถาวร 3 เฟส โดยชดอนเวอรเตอรอาศยหลกการควบคมสญญาณพดบบลวเอมแบบไซน (Sinusoidal Pulse width modulation : SPWM) และสงสญญาณการสวตชไปควบคมอปกรณอเลกทรอนกสกาลงตอไป การทดสอบการทางานของอนเวอรเตอรแบงออกเปน 2 สภาวะ คอ สภาวะทดสอบการปรบคาความถ ซงสามารถปรบความถไดตงแต 0 ถง 100 เฮรตซ โดยมโหลดเปนหลอดไฟ ขนาด 780 วตต ซงระดบแรงดนไฟฟาจะแปรผนตามความถ และสภาวะทสองคอทดสอบการปรบอตราสวนระหวางแรงดนตอความถ โดยทาการทดสอบกบโหลดมอเตอรซงโครนสชนดขดลวดขนาด 800 วตต และชนดแมเหลกถาวรขนาด 746 วตต ผลทไดจากการทดสอบคอความถทเปลยนแปลงจะทาใหความเรวรอบของมอเตอรเปลยนแปลงไปดวย สาหรบการทดสอบความเรวรอบโดยการเพมภาระโหลดสามารถปรบภาระโหลดไดตงแต 0 ถง 2 นวตน-เมตร จากผลการทดสอบคาของกระแสไฟฟาจะเพมขนตามการเพมภาระโหลด โดยมอเตอรซงโครนสชนดขดลวดกระแสไฟฟาจะมคาสงสดภาระโหลดเทากบ 2 นวตน-เมตร ในขณะทการทดสอบกบมอเตอรซงโครนสชนดแมเหลกถาวรปรบความถตงแต 0 ถง 25 เฮรตซ ซงคาของแรงดนไฟฟาของมอเตอรจะเพมขนเมอความถเพม ดงนนผลทไดจากการทดสอบการทางานของอนเวอรเตอรจงเปนไปตามเงอนไขทกาหนด

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

ข

กตตกรรมประกาศ

การจดทางานวจยในครงนสามารถสาเรจลลวงไปดวยดนน โดยไดรบทนสนบสนนจากสถาบนวจยและพฒนาของมหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลสวรรณภม จากงบกองทนสงเสรมงานวจยประจาปงบประมาณ 2558 รวมทงคณาจารยประจาสาขาวชาวศวกรรมไฟฟาและนกศกษาสาขาวชาวศวกรรมไฟฟา คณะวศวกรรมศาสตรและสถาปตยกรรมศาสตร มหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลสวรรณภม ทกทานทไดใหคาแนะนาและความชวยเหลอในทกๆดาน จนทาใหงานวจยนดาเนนการไดตามวตถประสงค

สดทายนผวจยขอขอบคณสาขาวชาวศวกรรมไฟฟา คณะวศวกรรมศาสตรและสถาปตยกรรมศาสตร มหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลสวรรณภมทไดเออเฟอสถานทเครองมอและอปกรณในการจดทางานวจย รวมถงคณาจารยทกทานทไดสงสอนและใหความรตางๆ ไว ณ ทน

ศรสดา ไชยทองสก ประมข อณหเลขกะ 19 สงหาคม 2558

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

ค

สารบญ

หนาบทท 1 บทนา 1.1 ความสาคญและทมาของปญหาททาการวจย 1 1.2 วตถประสงคของโครงการวจย 1 1.3 ขอบเขตของโครงการวจย 2 1.4 วธดาเนนโครงการวจย 2 1.5 ประโยชนทคาดวาจะไดรบของโครงการวจย 2

บทท 2 วรรณกรรมหรองานวจยทเกยวของ 2.1 อนเวอรเตอรสามเฟส 3 2.2 เครองจกรกลซงโครนส 4 2.3 ไมโครคอนโทรลเลอร 5 2.4 วงจรเรยงกระแสแบบเตมคลนสามเฟส 6 2.5 สรป 9

บทท 3 วธดาเนนงานโครงการวจย 3.1 วธการดาเนนงานโครงการวจย 10 3.2 การออกแบบและสรางอนเวอรเตอรสามเฟส 10 3.3 สรป 19

บทท 4 ผลการทดลองและวจารณผล 4.1 ทดสอบการทางานโดยการปรบคาความถ 20 4.2 ทดสอบการปรบอตราสวนระหวางแรงดนตอความถ 23 4.3 สรป 36

บทท 5 วเคราะหและสรปผลการทดลอง 5.1 สรปผลการจดทาวจย 37 5.2 ขอเสนอแนะในการดาเนนการวจย 37 เอกสารอางอง 38

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

ง

สารบญตาราง

ตารางท หนา1.1 ระยะเวลาและแผนการดาเนนโครงการวจย 22.1 ชวงการนากระแสของไดโอดตอกบโหลดตวตานทาน 94.1 แรงดนและกระแสทความถ 0 ถง 100 เฮรตซ 224.2 การทดลองในสภาวะทมโหลดเปนมอเตอรซงโครนสชนดขดลวด 264.3 การทดลองในสภาวะทมโหลดเปนมอเตอรโดยการเพมภาระโหลด 304.4 การทดลองในสภาวะทมโหลดเปนมอเตอรซงโครนสชนดแมเหลกถาวร 334.5 ผลการทดสอบอนเวอรเตอรกรณโหลดแตละประเภท 34

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

จ

สารบญภาพ

ภาพท หนา2.1 อนเวอรเตอรสามเฟสสาหรบมอเตอรซงโครนสชนดแมเหลกถาวร

โดยการควบคมดวยไมโครคอนโทรลเลอร 3

2.2 โครงสรางพนฐานของเครองจกรกลซงโครนส 42.3 โครงสรางของมอเตอรซงโครนสชนดแมเหลกถาวร 3 เฟส 4 ขวแมเหลก 52.4 สถาปตยกรรมของไมโครคอนโทรลเลอร dsPIC30F4011 62.5 วงจรเรยงกระแสแบบเตมคลน 3 เฟส โหลดเปนความตานทาน 72.6 สภาวะการทางานของไดโอดสาหรบวงจรเรยงกระแสแบบเตมคลน 3 เฟส 83.1 บลอกไดอะแกรมของอนเวอรเตอรสามเฟสโดยการควบคมดวย

ไมโครคอนโทรลเลอร 10

3.2 วงจรเรยงกระแส 113.3 แผนพมพลายวงจรเรยงกระแส 113.4 วงจรเรยงกระแสพรอมอปกรณ 123.5 สญญาณแรงดนอนพตของวงจรเรยงกระแส 123.6 สญญาณแรงดนเอาตพตของวงจรเรยงกระแส 133.7 ตาแหนงชอง PWM ของไอซ dsPIC30F4011 133.8 3.9 3.10 3.11 3.12 3.13 3.14 3.15 3.16 3.17 3.18

วงจรภาคสญญาณการมอดเลตความกวางของพลสวงจรสรางสญญาณมอดเลตความกวางพลส สญญาณทรก 5 โวลต ของเฟส U สญญาณทรก 5 โวลต ของเฟส V สญญาณทรก 5 โวลต ของเฟส W วงจรแยกโดดทางไฟฟา แผนพมพลายวงจรแยกโดดทางไฟฟา วงจรแยกโดดทางไฟฟาพรอมอปกรณและไอซเบอร PC923 วงจรขบโดยใชไอซเบอร IR2110 วงจรสวตชอนเวอรเตอร 3 เฟส วงจรสวตชอนเวอรเตอร 3 เฟสพรอมอปกรณ

1415 15 15 16 16 17 17 18 18 19

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

ฉ

สารบญภาพ (ตอ)

ภาพท หนา4.1 แทนทดสอบการควบคมความถและแรงดนไฟฟาดวยอนเวอรเตอร 3 เฟส 204.2 รปคลนแรงดนและกระแสทความถ 20 เฮรตซ 214.3 รปคลนแรงดนและกระแสทความถ 50 เฮรตซ 214.4 รปคลนแรงดนและกระแสทความถ 70 เฮรตซ 214.5 รปคลนแรงดนและกระแสทความถ 100 เฮรตซ 224.6 4.7 4.8 4.9

แรงดนตอความถ 0 ถง 100 เฮรตซรปคลนกระแสและแรงดนทความถ 10 เฮรตซ รปคลนกระแสและแรงดนทความถ 20 เฮรตซ รปคลนกระแสและแรงดนทความถ 30 เฮรตซ

2324 24 24

4.10 รปคลนกระแสและแรงดนทความถ 40 เฮรตซ 25 4.11 รปคลนแรงดนและกระแสทความถ 50 เฮรตซ 25 4.12 รปคลนแรงดนและกระแสทความถ 60 เฮรตซ 25 4.13 รปคลนแรงดนและกระแสทความถ 70 เฮรตซ 26 4.14 ความสมพนธระหวางแรงดนกบความถ 27 4.15 ความสมพนธระหวางความเรวรอบกบความถ 27 4.16 รปคลนกระแสและแรงดนขณะไมมโหลด 28 4.17 รปคลนกระแสและแรงดนขณะมโหลด 0.5 นวตน-เมตร 28 4.18 รปคลนกระแสและแรงดนขณะมโหลด 1 นวตน-เมตร 29 4.19 รปคลนกระแสและแรงดนขณะมโหลด 1.5 นวตน-เมตร 29 4.20 รปคลนกระแสและแรงดนขณะมโหลด 2 นวตน-เมตร 29 4.21 ความสมพนธของแรงดนเอาตพตตอการเปลยนแปลงโหลดทความถ 50 เฮรตซ 30 4.22 ความสมพนธของแรงดนเอาตพตตอการเปลยนแปลงโหลดทความถ 55 เฮรตซ 30 4.23 ความสมพนธของแรงดนเอาตพตตอการเปลยนแปลงโหลดทความถ 60 เฮรตซ 31 4.24 รปคลนกระแสและแรงดนทความถ 5 เฮรตซ 31 4.25 รปคลนกระแสและแรงดนทความถ 10 เฮรตซ 32 4.26 รปคลนกระแสและแรงดนทความถ 15 เฮรตซ 32 4.27 รปคลนกระแสและแรงดนทความถ 20 เฮรตซ 32 4.28 รปคลนกระแสและแรงดนทความถ 25 เฮรตซ 33

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

ช

สารบญภาพ (ตอ)

ภาพท หนา 4.29 ความสมพนธระหวางแรงดนกบความถ 33 4.30 การทดสอบอนเวอรเตอรสามเฟสกรณโหลดแตละประเภท 35

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

บทท 1

บทนา

1.1 ความสาคญและทมาของปญหาททาการวจย

ปจจบนระบบไฟฟาในโรงงานอตสาหกรรมสวนใหญนยมใชไฟฟาระบบ 3 เฟส แตบางครงระดบแรงดนไฟฟาทไดรบมาจากการไฟฟามระดบแรงดนทไมคงท ซงอาจเกดจากมสญญาณรบกวนตางๆเขามาทาใหคณภาพของแรงดนไฟฟารปสญญาณไซนทไดรบเกดการผดเพยน จงสงผลใหระบบไมมความสมดลตออปกรณไฟฟาตางๆ โดยเฉพาะอยางยงมอเตอรไฟฟาซงเปนทนยมใชในงานอตสาหกรรมอยางแพรหลาย และถอเปนองคประกอบหลกทสาคญของกระบวนการผลต มอเตอรไฟฟาทาหนาทเปนเครองจกรตนกาลงเพอขบเคลอนภาระทเปนเครองจกรกลประเภทตางๆดวยการขบโดยตรง ผานชดเฟองทดหรอสายพานเปนตน

ดงนนเทคโนโลยในการควบคมมอเตอรไฟฟาจงมความสาคญเปนอยางมาก ในอดตการควบคมความเรวรอบของมอเตอรอาจใชเทคนคทางกลเขามาชวยในการควบคม เชน การใชเฟองทดรอบ การตอความตานทานเพอลดระดบแรงดนลง ซงจะเหนวาทาใหเกดคาสญเสยและอาจสงผลใหตวมอเตอรมอายการใชงานทลดลงหรอตองมการบารงรกษามากขน แตปจจบนการควบคมความเรวรอบของมอเตอรไฟฟามความรดหนามากยงข น ในระบบขบเคลอนเครองจกรกลในงานอตสาหกรรมนนอาจจาแนกตามการควบคมความเรวไดเปน 2 ประเภท คอ เครองจกรทมความเรวในการขบเคลอนคงท และเครองจกรทสามารถปรบความเรวไดตามตองการ ซงสามารถควบคมความเรวใหคงทไดในทกสภาวะของภาระทเปลยนไป และยงสามารถขบเคลอนดวยกาลงหรอแรงบดคงทในระดบความเรวตางๆทเปลยนไป เพอใหบรรลตามเงอนไขและวตถประสงคดงกลาวระบบควบคมจงไดถกนามาใชซงถอเปนการชวยประหยดพลงงานและคาใชจายไดอกดวย

ดวยเหตผลทกลาวมา ผ วจยจงมแนวคดทจะออกแบบและสรางชดควบคมมอเตอรซงโครนสชนดแมเหลกถาวร 3 เฟส โดยสรางชดอนเวอรเตอรอาศยหลกการควบคมสญญาณพดบบลวเอมแบบไซน (Sinusoidal Pulse width modulation : SPWM) และสงสญญาณการสวตชไปควบคมอปกรณอเลกทรอนกสกาลงตอไป

1.2 วตถประสงคของโครงการวจย

เพอสรางอนเวอรเตอรสามเฟสสาหรบมอเตอรซงโครนสชนดแมเหลกถาวร

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

2

1.3 ขอบเขตของโครงการวจย สรางชดควบคมความเรวรอบของมอเตอร โดยอนเวอรเตอรมพกด 1.3.1 แรงดนอนพต 380 โวลต 50 เฮรตซ และแรงดนเอาตพต 380 โวลต

1.3.2 กาลงไฟฟาทางดานเอาตพตไมตากวา 500 วตต

1.4 วธดาเนนโครงการวจย 1.4.1 ศกษาและรวบรวมงานวจยทเกยวของกบอนเวอรเตอรสามเฟส 1.4.2 วเคราะหและออกแบบระบบควบคมความเรวรอบดวยไมโครคอนโทรลเลอร 1.4.3 สรางอนเวอรเตอรสามเฟสควบคมความเรวรอบของมอเตอรซงโครนส 1.4.4 ทดสอบและวเคราะหผล 1.4.5 เขยนเลมสรปผลการวจย ตารางท 1.1 ระยะเวลาและแผนการดาเนนโครงการวจย

แผนการดาเนนโครงการวจย ระยะเวลา (เดอน)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

1. ศกษารวบรวมงานวจยทเกยวของ

2. วเคราะหและออกแบบระบบควบคมความเรวรอบดวยไมโครคอนโทรลเลอร

3. สรางอนเวอรเตอรสามเฟสควบคมความเรวรอบของมอเตอรซงโครนส

4. ทดสอบและวเคราะหผล

5. เขยนเลมสรปผลงานวจย

1.5 ประโยชนทคาดวาจะไดรบของโครงการวจย 1.5.1 ไดองคความรการควบคมดวยระบบไมโครคอนโทรลเลอร 1.5.2 ไดตนแบบอนเวอรเตอรสามเฟสสาหรบมอเตอรซงโครนสชนดแมเหลกถาวร

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

3

บทท 2

วรรณกรรมหรองานวจยทเกยวของ

ในบทนเปนการศกษาทฤษฎทเกยวของสาหรบการดาเนนงานวจย ซงผวจยมแนวคดทจะสราง

อนเวอร เตอรสามเฟสสาหรบมอเตอรซ ง โครนสชนดแม เหลกถาวรโดยการควบคมดวยไมโครคอนโทรลเลอร ซงรายละเอยดหลกๆทมความสาคญเปนอยางยงคอ ชดอนเวอรเตอรสามเฟสและมอเตอรซงโครนสชนดแมเหลกถาวร

2.1 อนเวอรเตอรสามเฟส

อนเวอรเตอรเปนอปกรณอเลกทรอนกสหรอวงจรซงทาหนาทเปลยนแรงดนไฟฟากระแสตรงใหเปนแรงดนไฟฟากระแสสลบ อปกรณอเลกทรอนกสกาลง เชน IGBT นยมนามาใชสาหรบวงจรอ นเวอร เตอร ในงานวจ ย น อาศ ยหล กการควบค มส ญญาณพดบบลวเอมแบบไซน (Sinusoidal Pulse width modulation : SPWM) ทกาเนดจากไมโครคอนโทรลเลอร และสงสญญาณการสวตชไปควบคม ภาพท 2.1 แสดงชดอนเวอรเตอรสามเฟสสาหรบมอเตอรซงโครนสชนดแมเหลกถาวรโดยการควบคมดวยไมโครคอนโทรลเลอร

ภาพท 2.1 อนเวอรเตอรสามเฟสสาหรบมอเตอรซงโครนสชนดแมเหลกถาวรโดยการควบคมดวย

ไมโครคอนโทรลเลอร

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

4

2.2 เครองจกรกลซงโครนส (Synchronous Motor)

เครองจกรกลซงโครนสเปนเครองจกรกลไฟฟากระแสสลบซงมความเรวในสภาวะคงตวแปรผนตรงกบความถของกระแสไฟฟาในขดลวดอารมาเจอร (Armature winding) ทสเตเตอร ซงโรเตอรมสนามแมเหลกทสรางขนโดยการใชไฟฟากระแสตรงจายใหกบขดลวดสนาม (Field winding) โรเตอรจะหมนดวยความเรวเดยวกนกบสนามแมเหลกหมนทเกดจากการมกระแสไฟฟาสามเฟสในขดลวดอารมาเจอรสามเฟส โครงสรางเครองจกรกลซงโครนสสามเฟสประกอบดวยสวนของสเตเตอรและโรเตอร สามารถแสดงดงภาพท 2.2 โดยโครงสรางในสวนของโรเตอรนนแบงไดเปน 2 ลกษณะคอ แบบทรงกระบอก (Cylindrical rotor) และแบบขวยน (Salient-pole rotor)

ก. แบบทรงกระบอก ข. แบบขวยน ภาพท 2.2 โครงสรางพนฐานของเครองจกรกลซงโครนส [hubpages.com]

เนองจากโครงสรางของมอเตอรซงโครนสแบบขดลวดจาเปนตองมชดขดลวดสนามจงทาใหมอเตอรชนดนไมเปนทนยมกบการใชงานในทางอตสาหกรรม

ดงนนมอเตอรซงโครนสชนดแมเหลกถาวร (Permanent Magnet Synchronous Motor) จงเขามามบทบาทสาคญกบระบบขบเคลอนในงานอตสาหกรรม มอเตอรซงโครนสชนดแมเหลกถาวรมขอดกวามอเตอรชนดอนๆ คอ ทกาลงงานของมอเตอรเทาๆกน มอเตอรซงโครนสชนดแมเหลกถาวรจะทางานทคาเพาเวอรแฟกเตอร (Power Factor) สงกวา ทาใหมประสทธภาพสง มขนาดกะทดรด นาหนกเบา และการดแลบารงรกษานอย เปนตน

โครงสรางของมอเตอรซงโครนสชนดแมเหลกถาวร แสดงดงภาพท 2.3 ซงเปนมอเตอรสามเฟส มขวแมเหลก 4 ขว (2 คขว) ประกอบดวยขดลวดทอยกบทเรยกวาขดลวดสเตเตอร (Stator

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

5

Winding) และสวนทเคลอนท เรยกวาโรเตอร (Rotor) ซงเปนแมเหลกถาวรโดยมชองอากาศ (Air gap) คนกลางระหวางทงสองสวน โครงสรางสเตเตอรของมอเตอรซงโครนสชนดแมเหลกถาวรเหมอนกบมอเตอรซงโครนสสามเฟสทว ๆ ไปทจายไฟใหกบขดลวดสเตเตอร คอมขดลวดสเตเตอรสามเฟสพนอยในรองสลอต (Slot) โดยทขดลวดมการจดวางใหมการกระจายเปนลกษณะไซน (Sinusoidal Distribution) เพอสรางแรงเคลอนแมเหลกไฟฟาใหหมนเปนวงกลม ขณะทขดลวดบนโรเตอรถกแทนดวยแมเหลกถาวรทาใหไมมคาสญเสยจากขดลวดถาเปรยบเทยบกบมอเตอรทมขดลวดทกาลงเทากน

ภาพท 2.3 โครงสรางของมอเตอรซงโครนสชนดแมเหลกถาวร 3 เฟส 4 ขวแมเหลก [www.lea.uni-paderborn.de]

โดยมอเตอรซงโครนสชนดแมเหลกถาวรทใชทดสอบในงานวจยนเปนชนด surface mounted

2.3 ไมโครคอนโทรลเลอร การควบ คมความ เร ว รอบของมอ เตอร ซ ง โครน สจะอาศ ยการควบ คมผ านระบบ

ไมโครคอนโทรลเลอร ซงไมโครคอนโทรลเลอรทใชในงานวจยนเปนไมโครคอนโทรลเลอรตระกล PIC (Peripheral Interface Controller) ไมโครคอนโทรลเลอรไดรวมเอา PROGRAM MEMROY, RAM, EEPROM, SERIAL, I2C, PWM, A/D ทงหมดเขาไวในตวของมน ซง PIC จะมฟงกชนทใชในการประมวลผล รวมทงหนวยความจาซงทาใหมนเหมอนกบ CPU ปจจบนสามารถทาสญญาณนาฬกาไดท 80 เมกกะเฮรตซ ซงทาใหหนงคาสงของ PIC ใชเวลาเพยง 0.05 μS (จานวนสญญาณนาฬกา 4 ลก ตอ 1 คาสง) อยางไรกตามบรษทผผลตไดมการพฒนาหนวยความจาของ PIC ใหมประสทธภาพสงขนมากในปจจบน

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

6

งานวจยนไดใชไมโครคอนโทรลเลอรตระกล PIC ซงเปนขนาด 16 บต 40 ขา สถาปตยกรรมของไมโครคอนโทรลเลอรแสดงดงภาพท 2.4 เบอรทใชคอ dsPIC30F4011 มจดเดนในดานของความสามารถในการประมวลผลขอมลสญญาณแบบดจตอล เหมาะสาหรบนาไปประยกตใชในงานควบคมตางๆ โดยโครงสรางภายใน MCU จะเปนการผสมผสานระหวางไมโครคอนโทรลเลอร MCU และวงจร DSP รวมเขาไวดวยกนหรออาจเขยนไดวา DIGITAL SIGNAL CONTROLLER

ภาพท 2.4 สถาปตยกรรมของไมโครคอนโทรลเลอร dsPIC30F4011

2.4 วงจรเรยงกระแสแบบเตมคลนสามเฟส (Three-phase full bridge rectifier) วงจรเรยงกระแสแบบเตมคลนสามเฟส ประกอบดวยวงจรเรยงกระแสแบบสตารสามเฟสหรอแบบครงคลนสามเฟสสองชด กระแสจะไหลผานโหลดจากวงจรเรยงกระแสครงคลนชดบนและไหลกลบแหลงจายไฟฟากระแสสลบ ผานวงจรเรยงกระแสครงคลนชดลาง จงทาใหกระแสทไหลมทงชวงบวกและชวงลบหรอเตมคลน แสดงดงภาพท 2.5

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

7

ภาพท 2.5 วงจรเรยงกระแสแบบเตมคลน 3 เฟส โหลดเปนความตานทาน

คาเฉลยแรงดนเอาตพต (Average Value of DC Voltage : , ) หาไดจาก

(2.1)

คาอารเอมเอสแรงดนเอาตพต (RMS Value of DC Voltage : ) คอ

(2.2)

คาเฉลยกระแสเอาตพต (Average Value of DC Current : , ) (2.3)

คาอารเอมเอสกระแสเอาตพต (RMS Value of DC Current : ) ดงสมการ

(2.4)

จากภาพท 2.5 สวตชกาลงใชไดโอดหกตว การทางานของไดโอดจะนากระแสเมอไดรบไบแอสไปหนาสงสด เพยงสองตวเทานน เชนไดโอด D1 และ D4 จะไดรบแรงดนไปหนาพรอมกนจากแรงดน และ การนากระแสของไดโอดเรมจาก เทากบ 60O (เมอเทยบกบ กบ ) ไดโอด D1 ไดรบแรงดนไปหนาสงสดพรอมกบไดโอด D4 เมอไดโอด D1 เรมนากระแสแลวทาใหแรงดนคาบวกของเฟส L1 ตอกบขวแคโทดของไดโอด D3 และ D5 ทาใหไอโอดทงสองตวไดรบไบแอสยอนกลบและไมนากระแส ขณะนกระแสจะไหลจากเฟส L1 ผานไดโอด D1 ผานไดโอด D4 ผานโหลดและกลบเขาเฟส L2 ของแหลงจายไฟฟากระแสสลบ ทาใหโหลดมแรงดนตกครอมเทากบแรงดนเฟส และ จนถง เทากบ 120O ไดโอด D4 จะหยดนากระแส เนองจากไดรบแรงดนยอนกลบจากเฟส L3

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

8

และ L2 ซง มากกวา 120O แรงดนเฟส มคาเปนลบสงสดจงทาใหไดโอด D6 เรมนากระแส กระแสจะไหลจากเฟส L1 ผานไดโอด D6 ผานโหลดและกลบเขาเฟส L3 ขณะนโหลดจะมแรงดนตกครอมเทากบแรงดนเฟส และ จนถง เทากบ 180O ไดโอด D3 จะนากระแสแทนไดโอด D1 เนองจากไอโอด D3 ไดรบไบแอสไปหนาจากเฟส L2 และ L3 ซง มากกวา 180O แรงดนเฟส

มคาเปนบวกสงสดจงทาใหไดโอด D3 เรมนากระแส กระแสจะไหลจากเฟส L2 ผานไดโอด D3 ผานไดโอด D6 ผานโหลดและกลบเขาเฟส L3 ของแหลงจายไฟฟากระแสสลบ ทาใหโหลดมแรงดนตกครอมเทากบแรงดนเฟส และ จนถง เทากบ 240O ไดโอด D6 จะหยดนากระแส เนองจากไดรบแรงดนยอนกลบจากเฟส L1 และ L2 ซง มากกวา 240O แรงดนเฟส มคาเปนลบสงสดจงทาใหไดโอด D2 เรมนากระแส กระแสจะไหลจากเฟส L2 ผานไดโอด D3 ผานไดโอด D2 ผานโหลดและกลบเขาเฟส L1 ทาใหโหลดมแรงดนตกครอมเทากบแรงดนเฟส และ จนถง เทากบ 300O ไดโอด D5 จะนากระแสแทนไดโอด D3 เนองจากไอโอด D5 ไดรบไบแอสไปหนาจากเฟส L3 และ L1 ซง มากกวา 300O แรงดนเฟส มคาเปนบวกสงสดจงทาใหไดโอด D5 เรมนากระแส กระแสจะไหลจากเฟส L3 ผานไดโอด D5 ผานไดโอด D2 ผานโหลดและกลบเขาเฟส L1 โหลดจะมแรงดนตกครอมเทากบแรงดนเฟส และ จนถง เทากบ 360O ไดโอด D2 จะหยดนากระแส และไดโอด D4 จะนากระแสแทนจนถง เทากบ 60O ไดโอด D1 จะนากระแสแทนไดโอด D5 ไปจนถง เทากบ 60O และตอไปจะกลบมาเรมตนในรอบการทางานใหมเหมอนเดมอกครง สภาวะการทางานของไดโอดสาหรบวงจรเรยงกระแสแบบเตมคลน 3 เฟสแสดงดงภาพท 2.6

ภาพท 2.6 สภาวะการทางานของไดโอดสาหรบวงจรเรยงกระแสแบบเตมคลน 3 เฟส

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

9

การนากระแสของไดโอดแตละตวจะมเวลาในการนากระแส 120o และการนากระแสของไดโอดแตละครงจะนากระแสกนเปนคแตละคจะนากระแส 60o ซงหากใชสญญาณลกคลน และ เปนสญญาณอางองสามารถสรปไดดงตารางท 2.1

ตารางท 2.1 ชวงการนากระแสของไดโอดตอกบโหลดตวตานทาน คของไดโอดทนากระแส มมนากระแสของไดโอด

D1 – D6 120O – 180O

D3 – D6 180O – 240O

D3 – D2 240O – 300O D5 – D2 300O – 360O

D5 – D4 0O – 60O

D1 – D4 60O – 120O

2.5 สรป

จากรายละเอยดทแสดงในหวขอทผานมาในบทนเปนการศกษาทฤษฎและหลกการทางานตางๆ ทจาเปนสาหรบใชในการออกแบบและสรางอนเวอรเตอรสามเฟสสาหรบมอเตอรซงโครนสชนดแมเหลกถาวรควบคมดวยไมโครคอนโทรลเลอร เพอทจะสามารถสรางวงจรออกมาไดตามขอบเขตของงานวจย โดยวธดาเนนงานจะกลาวถงในบทท 3 ตอไป

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

10

บทท 3

วธดาเนนงานโครงการวจย

จากบททผานมาเปนการกลาวถงวตถประสงคและการกาหนดขอบเขตของงานวจย รวมทงการศกษาทฤษฎและเขาใจหลกการทางานทเปนประโยชนตองานวจยดงกลาว ในบทนจะเปนขนตอนในการออกแบบและสรางอนเวอรเตอรสามเฟสสาหรบมอเตอรซงโครนสชนดแมเหลกถาวรซงควบคมดวยไมโครคอนโทรลเลอร

3.1 วธดาเนนงานโครงการวจย โครงการวจยนไดกาหนดขนตอนการดาเนนงานตามลาดบทสาคญตอไปน

3.1.1 ศกษาและรวบรวมงานวจยทเกยวของกบอนเวอรเตอร 3.1.2 วเคราะหและออกแบบระบบควบคมดวยไมโครคอนโทรลเลอร 3.1.3 สรางอนเวอรเตอรสามเฟส 3.1.4 ทดสอบและวเคราะหผล 3.1.5 เขยนเลมสรปผลการวจย

3.2 การออกแบบและสรางอนเวอรเตอรสามเฟส

บลอกไดอะแกรมของอนเวอรเตอรสามเฟสแสดงดงภาพท 3.1 ซงสามารถอธบายการทางานโดยสงเขปดงน

Input 380 Vac

RectifierPower

Switching

Protection

Micro-controller

3-Phase Motor

ภาพท 3.1 บลอกไดอะแกรมของอนเวอรเตอรสามเฟสโดยการควบคมดวยไมโครคอนโทรลเลอร

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

11

3.2.1 วงจรเรยงกระแส (Rectifier)

งานวจยนประกอบดวยภาควงจรเรยงกระแส 2 สวนคอ วงจรเรยงกระแสสวนทจายแรงดนใหกบภาคกาลง และสวนจายแรงดนใหกบวงจรตางๆซงจะใชแรงดนตาเปนไฟเลยงของวงจร อปกรณทใชในวงจรเรยงกระแสนจะใชไดโอดชนดบรดจซงสามารถทนอตรากาลงไดสง ตวเกบประจจะทาหนาทกรองแรงดนใหเรยบและรกษาระดบแรงดนใหคงท วงจรเรยงกระแสสามารถแสดงดงภาพท 3.2

ภาพท 3.2 วงจรเรยงกระแส

แผนพมพลายวงจรและการลงอปกรณของวงจรเรยงกระแสแสดงดงภาพท 3.3 และ 3.4 ตามลาดบ

ภาพท 3.3 แผนพมพลายวงจรเรยงกระแส

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

12

ภาพท 3.4 วงจรเรยงกระแสพรอมอปกรณ เมอประกอบวงจรเรยงกระแสเสรจสมบรณและไดทาการวดสญญาณแรงดนอนพตของวงจรเรยงกระแสทง 3 เฟสมคาประมาณ 220 โวลท โดยสญญาณแรงดนเอาทพตทวดไดคอ 536 Vdc (ภาพท 3.5-3.6)

ภาพท 3.5 สญญาณแรงดนอนพตของวงจรเรยงกระแส

Input AC 3 Phase Output DC

Input AC 3 Phase

+-

Vrms= 219V

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

13

ภาพท 3.6 สญญาณแรงดนเอาตพตของวงจรเรยงกระแส 3.2.2 วงจรสรางสญญาณมอดเลตความกวางพลส วงจรสรางสญญาณมอดเลตความกวางพลส วงจรในสวนนเปนวงจรสาหรบสรางสญญาณพดบบลวเอม (PWM) โดยใชไอซเบอร dsPIC30F4011 ซงเปนไอซตระกลไมโครคอนโทรลเลอรโดยจะสรางสญญาณพดบบลวเอมสามเฟส สญญาณเอาตพตทไดจะนาไปเปนอนพตของวงจรแยกโดดทางไฟฟา (Isolate) เพอสงสญญาณไปยงวงจรขบกาลง ไอซตวนสามารถปรบคาความถ อตราเรง คาแรงดนบส คาเวลาเดดไทม คาความถสวตชง และคาเวลาการกลบมาทางานของไอซเมอเกดฟอลตได โดยการปรบทตวตานทานในแตละขาของไอซ สญญาณเอาตพตทไดจะมทงหมด 6 ชด จะนาไปเปนอนพตใหกบออปโตทรานซสเตอรเพอแยกสญญาณระหวางภาคควบคมกบภาคกาลง

ภาพท 3.7 ตาแหนงชอง PWM ของไอซ dsPIC30F4011 วงจรภายในของภาคสญญาณการมอดเลตความกวางพลสแสดงดงภาพท 3.8

DC Output

Vrms= 536V

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

14

ภาพท 3.8 วงจรภาคสญญาณการมอดเลตความกวางของพลส วงจรภาคสญญาณการมอดเลตความกวางของพลส (ภาพท 3.8) การทางานของตวไมโครคอนโทรลเลอร dsPIC30F4011 จะมโมดล MCPWM 6 ชอง สามารถควบคมการทางานสวนกาเนดสญญาณ PWM แบบเอาตพตอสระและยงสามารถทางานรวมกนกบสวนกาเนดสญญาณ PWM หรอทางานในแบบคอมพลเมนตาร โดยลกษณะการทางานแบบคอมพลเมนตารนเหมาะสาหรบการนาไปสรางสญญาณเพอขบโหลดแบบอนเวอรเตอรสามเฟส ซงใชควบคมมอเตอรไฟฟากระแสสลบสามเฟส การปรบคาตางๆของวงจรนสามารถทาไดโดยปรบคาความตานทานทตอรวมกบไอซ ตามคมอการใชงานของไอซ dsPIC30F4011 วงจรสรางสญญาณมอดเลตความกวางของพลส แสดงดงภาพท 3.9 โดยสญญาณทรกทแรงดน 5 โวลทของทง 3 เฟส (U, V, W) แสดงไดดงภาพท 3.10-3.12 ตามลาดบ

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

15

ภาพท 3.9 วงจรสรางสญญาณมอดเลตความกวางพลส

ภาพท 3.10 สญญาณทรก 5 โวลต ของเฟส U

ภาพท 3.11 สญญาณทรก 5 โวลต ของเฟส V

Phase U

Phase V

Phase W

ชดควบคม

ชด Isolate

สญญาณทรก High สญญาณทรก Low



Vpp= 4.64V

Vpp= 4.80V

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

16

ภาพท 3.12 สญญาณทรก 5 โวลต ของเฟส W

3.2.3 การสรางเดดไทม (Dead time; td) สญญาณทใชในการขบเกตของมอสเฟตกาลงทงสองจะตองกาหนดใหทางานไมพรอมกน กลาวคอทางานสลบกนคนละครง หรอสญญาณทไดจากวงจรยกระดบสญญาณจะตองมเวลาหางกนซงเรยกวาเดดไทม (td) การกาหนดคาเดดไทมสามารถกาหนดไดโดยใชการเขยนโปรแกรมทไมโครคอนโทรลเลอร

3.2.4 วงจรแยกโดดทางไฟฟา (Isolate) วงจรแยกโดดทางไฟฟาอาศยหลกการทางานคอการเชอมตอทางแสง โดยการเปลยนสญญาณไฟฟาเปนสญญาณแสงและเปลยนกลบจากแสงเปนไฟฟาตามเดม ลกษณะหลกการนใชสาหรบการเชอมตอสญญาณระหวางสองวงจรทตองการแยกกนทางไฟฟาอยางเดดขาดเพอปองกนการรบกวนกนทางไฟฟา ปองกนการลดวงจรระหวางสองวงจร โดยประกอบดวย LED สงแสงชนดอนฟาเรดและตวรบแสงทเปนโฟโตทรานซสเตอรหรอโฟโตไดโอด ซงจะถกผลตรวมอยในตวเดยวกน สาหรบงานวจยนใชไอซเบอร PC923 วงจรแยกโดดทางไฟฟาแสดงดงภาพท 3.13

ภาพท 3.13 วงจรแยกโดดทางไฟฟา


Vpp= 4.88V

PC 923

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

17

ภาพท 3.14 แผนพมพลายวงจรแยกโดดทางไฟฟา

ภาพท 3.15 วงจรแยกโดดทางไฟฟาพรอมอปกรณและไอซเบอร PC923

3.2.5 ภาคปองกน (Protection)

ทาหนาทตรวจสอบการทางานของวงจรเมอมการผดพลาดขน โดยในภาคปองกนนไดสรางวงจรปองกนกระแสเกนและวงจรปองกนเมอเกดฟอลตภายในตวโมดล ซงเมอเกดการผดพลาดขนในสวนใดสวนหนงวงจรปองกนจะสงตดการทางานของวงจรทนท

3.2.6 วงจรขบ วงจรขบซงประกอบดวยไอซเบอร IR2110 และอปกรณททาหนาทเปนตวขบแรงดนและจายกระแสใหกบโหลด ซง IR2110 จะทาหนาทเปนตวจายสญญาณเพอเปนสญญาณสวตชใหกบตวอปกรณกาลง สญญาณทจายใหจะมทงซกบวกและซกลบ โดยอนพตทปอนใหกบขา Hin และขา Lin

Phase U Phase V Phase W


สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

18

จะถกจดเวลาทางานดวยวงจรแบลงก (Blanking Circuit) เพอปองกนไมใหอปกรณขบกาลงเกดการลดวงจรหรอทางานเหลอมลากน อนเปนสาเหตทาใหอปกรณกาลงเสยหายได

ภาพท 3.16 วงจรขบโดยใชไอซเบอร IR2110 3.2.7 การสวตชอนเวอรเตอร 3 เฟส อนเวอรเตอร 3 เฟสจะถกนาไปใชเปนวงจรแหลงจายไฟฟากระแสสลบแบบตอเนอง (Uninterruptible AC Power Supplies) และวงจรขบมอเตอรไฟฟากระแสสลบ วงจรสวตชอนเวอรเตอร 3 เฟส ประกอบดวย 3 ขา โดยแตละขาคอ 1 เฟส ในขณะสวตชแรงดนเอาตพตไมขนกบกระแสโหลดเอาตพต เนองจากสวตชหนงในจานวน 2 ตวของขาหนงนนไดนากระแสในเวลาใดๆเสมอ (ภาพท 3.17) และในทนสมมตวาสวตชทใชเปนสวตชในอดมคต และสามารถทางานไดจรงโดยไมตองนาเวลาในการแบลงกมาพจารณา เพราะฉะนนแรงดนเอาตพตจงไมขนอยกบทศทางการไหลของกระแสโหลด ภาพท 3.18 แสดงวงจรสวตชอนเวอรเตอร 3 เฟสพรอมอปกรณ

ภาพท 3.17 วงจรสวตชอนเวอรเตอร 3 เฟส

R1

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

19

ภาพท 3.18 วงจรสวตชอนเวอรเตอร 3 เฟสพรอมอปกรณ

3.3 สรป จากการวเคราะหและออกแบบไดนาไปสการสรางอนเวอรเตอรสามเฟสสาหรบมอเตอร

ซงโครนสชนดแมเหลกถาวรซงควบคมดวยไมโครคอนโทรลเลอร โดยการทดสอบการทางานของชดอนเวอรเตอรและการวเคราะหผลจะกลาวถงในบทท 4 ตอไป

Input DC Output AC

Phase U Phase V Phase W +

-

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

20

บทท 4

ผลการทดลองและวจารณผล

จากการศกษาทฤษฎทเกยวของ การวเคราะห ออกแบบและสรางอนเวอรเตอรสามเฟสสาหรบมอเตอรซงโครนสชนดแมเหลกถาวรซงควบคมดวยไมโครคอนโทรลเลอร ในบทนจะเปนการทดสอบการทางานของอนเวอรเตอร โดยสามารถทดสอบการทางานแบงไดเปน 2 ประเภท มรายละเอยดดงตอไปน 4.1 ทดสอบการทางานโดยการปรบคาความถ การทดสอบการทางานของชดอนเวอรเตอร 3 เฟส มแทนทดสอบแสดงดงภาพท 4.1 ซงการทดสอบการทางานประเภทนสามารถทดสอบไดโดยการปรบเพมและลดความถ ในสภาวะทมโหลดเปนหลอดไฟ ขนาด 780 วตต สญญาณทปรากฏบนจอออสซลโลสโคปแสดงแรงดนและกระแส ของเฟส u โดยทาการปรบความถตงแต 0, 20, 50, 70 และ 100 เฮรตซ ตามลาดบ ผลการทดลองแสดงดงภาพท 4.2 ถง 4.5

ภาพท 4.1 แทนทดสอบการควบคมความถและแรงดนไฟฟาดวยอนเวอรเตอร 3 เฟส

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

21

ภาพท 4.2 รปคลนแรงดนและกระแสทความถ 20 เฮรตซ



Vrms= 215V

Vrms= 234V

Vrms= 202V

Vu

Iu

Vu

Iu

Vu

Iu

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

22


จากการทดสอบไดทาการปรบความถตงแต 0 ถง 100 เฮรตซ และบนทกคาของแรงดนและกระแสลงในตารางท 4.1 และนามาวเคราะหผลซงแสดงเปนกราฟดงภาพท 4.6 ตารางท 4.1 แรงดนและกระแสทความถ 0 ถง 100 เฮรตซ

ความถ (Hz) แรงดน (V) กระแส (A)

0 0 0 5 181 0.337 10 164 0.277 15 186 0.262 20 202 0.274 25 212 0.237 30 217 0.237 35 217 0.259 40 222 0.277 45 212 0.259 50 215 0.230 55 222 0.233 60 224 0.243 65 230 0.268 70 234 0.243

Vrms= 237V

Vu

Iu

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

23

75 231 0.240 80 232 0.250 85 231 0.226 90 232 0.233 95 234 0.226 100 237 0.233

ภาพท 4.6 แรงดนตอความถ 0 ถง 100 เฮรตซ เมอทาการทดลองปรบคาความถตงแต 0 ถง 100 เฮรตซ จะสงเกตวาหากเพมความถขนจะทาใหระดบแรงดนไฟฟาเพมขนตาม ซงกลาวไดวาระดบแรงดนไฟฟาแปรผนตามความถ (ภาพท 4.6) 4.2 ทดสอบการปรบอตราสวนระหวางแรงดนตอความถ 4.2.1 ทดสอบกบมอเตอรซงโครนสชนดขดลวด ขนาด 800 วตต 4.2.1.1 ทดสอบความเรวรอบตอความถ เปนการศกษาการทางานของอนเวอรเตอรในสภาวะทมโหลดเปนมอเตอร เพอวดคาสญญาณแรงดน ของเฟส u,v,w และคากระแส ของเฟส u ทความถ 0 ถง 70 เฮรตซ ผลการทดลองแสดงดงภาพท 4.7 ถง 4.13 ตามลาดบ

V

Hz

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

24

ภาพท 4.7 รปคลนกระแสและแรงดนทความถ 10 เฮรตซ



Vrms= 185V

Vrms= 218V

Vrms= 222V

Vu

Vv

Vw

Iu

Vw

Vv

Vu

Iu

Vw

Vv

Vu

Iu

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

25




Vrms= 227V

Vrms= 238V

Vrms= 233V

Vw

Vv

Vu

Iu

Vw

Vv

Vu

Iu

Vw

Vv

Vu

Iu

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

26

ภาพท 4.13 รปคลนกระแสและแรงดนทความถ 70 เฮรตซ ตารางท 4.2 การทดลองในสภาวะทมโหลดเปนมอเตอรซงโครนสชนดขดลวด

ความถ (Hz) แรงดน (V) กระแส (A) ความเรวรอบ (rpm)

0 0 0 0

5 162 1.9 150

10 185 1.8 300

15 204 1.8 450

20 218 1.6 600

25 219 1.12 750

30 222 0.784 900

35 224 0.776 1000

40 227 0.767 1200

45 225 0.720 1300

50 233 0.640 1500

Vrms= 242V

Vw

Vv

Vu

Iu

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

27

55 236 0.718 1600

60 238 0.759 1800

65 241 0.698 1900

70 242 0.679 2100

ผลการทดสอบทไดจากตารางท 4.2 นามาวเคราะหและแสดงเปนกราฟดงภาพท 4.14 และ 4.15 ซงแสดงความสมพนธของแรงดนกบความถ และ ความเรวรอบตอความถตามลาดบ

ภาพท 4.14 ความสมพนธระหวางแรงดนกบความถ

ภาพท 4.15 ความสมพนธระหวางความเรวรอบกบความถ

Hz

V

Hz

n

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

28

จากการทดลองปรบความถ 0 ถง 70 เฮรตซกบมอเตอรซงโครนสชนดขดลวด ขนาด 800 วตต มผลทาใหคาของแรงดนไฟฟาและความเรวรอบของมอเตอรเพมขน แสดงดงภาพท 4.14 และ ภาพท 4.15 คาของกระแสไฟฟาขณะมอเตอรเรมหมนจะมคาสง แตเมอมอเตอรหมนไดคาใกลเคยงกบความเรวรอบซงโครนสแลวมผลทาใหคาของกระแสไฟฟาลดลง ดงขอมลในตารางท 4.2 4.2.1.2 ทดสอบความเรวรอบโดยการเพมภาระโหลด การทดสอบนเปนการทางานของอนเวอรเตอรในสภาวะทมโหลดเปนมอเตอรโดยการเพมภาระโหลด 0–2 นวตน-เมตร ทความถ 50, 55 และ 60 เฮรตซ โดยผลการทดลองแสดงดงภาพท 4.16 ถง 4.20 แสดงรปสญญาณแรงดนของเฟส u,v,w และรปคลนสญญาณกระแสของเฟส u ทความถเทากบ 50 เฮรตซ ซงคาตางๆถกบนทกลงในตารางท 4.3 เพอการวเคราะหผลในลาดบถดไป 1 ) ทดสอบทความถ 50 เฮรตซ

ภาพท 4.16 รปคลนกระแสและแรงดนขณะไมมโหลด

ภาพท 4.17 รปคลนกระแสและแรงดนขณะมโหลด 0.5 นวตน-เมตร

Vrms= 231V

Vrms= 231V

Vu

Vv

Vw

Iu

Vw

Vv

Vu

Iu

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

29

ภาพท 4.18 รปคลนกระแสและแรงดนขณะมโหลด 1 นวตน-เมตร

ภาพท 4.19 รปคลนกระแสและแรงดนขณะมโหลด 1.5 นวตน-เมตร

ภาพท 4.20 รปคลนกระแสและแรงดนขณะมโหลด 2 นวตน-เมตร

Vrms= 231V

Vrms= 229V

Vrms= 230V

Vw

Vv

Vu Iu

Vu

Vv

Vw

Iu

Vu

Vv

Vw

Iu

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

30

ตารางท 4.3 การทดลองในสภาวะทมโหลดเปนมอเตอรโดยการเพมภาระโหลด ทอรค (N-m)

50 Hz 55 Hz 60 Hz แรงดน (V) กระแส (A) แรงดน (V) กระแส (A) แรงดน (V) กระแส (A)

0 231 0.792 237 0.816 239 0.716 0.5 231 0.716 238 0.693 238 0.933 1 230 0.831 237 0.733 231 0.980

1.5 229 0.990 237 0.996 235 1.18 2 231 1.17 236 1.06 236 1.25

ภาพท 4.21 ความสมพนธของแรงดนเอาตพตตอการเปลยนแปลงโหลดทความถ 50 เฮรตซ

ภาพท 4.22 ความสมพนธของแรงดนเอาตพตตอการเปลยนแปลงโหลดทความถ 55 เฮรตซ

N-m.

V

V

N-m.

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

31

ภาพท 4.23 ความสมพนธของแรงดนเอาตพตตอการเปลยนแปลงโหลดทความถ 60 เฮรตซ จากการทดลองโดยการเพมภาระโหลดท 0–2 นวตน-เมตร กบมอเตอรซงโครนสชนดขดลวด ขนาด 800 วตต ทาการเกบขอมลตงแต 50,55,60 เฮรตซ คาแรงดนไฟฟาขณะเพมภาระโหลดท 0 ถง 2 นวตน-เมตร มชวงสงและตา แสดงดงภาพท 4.21 ถง 4.23 คาของกระแสไฟฟาจะเพมขนตามการเพมภาระโหลด โดยท 2 นวตน-เมตร มคากระแสไฟฟาสงสดแสดงดง ตารางท 4.3 4.2.2 ทดสอบกบมอเตอรซงโครนสชนดแมเหลกถาวร ขนาด 746 วตต การทางานของอนเวอรเตอรในสภาวะทมโหลดเปนมอเตอรซงโครนสชนดแมเหลกถาวร เพอวดคาสญญาณแรงดน ของเฟส u,v และคากระแส ของเฟส u,v ทความถ 0 ถง 25 เฮรตซ ผลการทดลองแสดงดงภาพท 4.24 ถง 4.28 โดยทาการบนทกคาลงในตารางท 4.4


Vrms= 132V

Vv

Vu

Iv

Iu

V

N-m.

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

32




Vrms= 208V

Vrms= 190V

Vrms= 169V

Vu

Vv Iv

Iu

Iv

Iu

Vv

Vu

Iu

Iv Vv

Vu

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

33

ภาพท 4.28 รปคลนกระแสและแรงดนทความถ 25 เฮรตซ ตารางท 4.4 การทดลองในสภาวะทมโหลดเปนมอเตอรซงโครนสชนดแมเหลกถาวร

ความถ (Hz) แรงดน (V) กระแสเฟส U (A) กระแสเฟส V (A) 0 0 0 0 5 132 1.4 2 10 169 1.62 2.19 15 190 2.5 2.8 20 208 3.96 3.9 25 191 4.58 5.01

ภาพท 4.29 ความสมพนธระหวางแรงดนกบความถ

Vrms= 191V

Iu

Iv Vv

Vu

V

Hz

V

Hz

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

34

จากการทดลองปรบความถ 0 ถง 25 เฮรตซกบมอเตอรซงโครนสชนดแมเหลกถาวร ขนาด 746 วตต มผลทาใหคาของแรงดนไฟฟาของมอเตอรเพมขน แสดงดงภาพท 4.29 การหมนของมอเตอรยงไมเขาสความเรวซงโครนสแตมผลทาใหคากระแสไฟฟาของมอเตอรมคาสงแสดงดงตารางท 4.4 ตารางท 4.5 ผลการทดสอบอนเวอรเตอรกรณโหลดแตละประเภท

ความถ (Hz)

โหลดหลอดไฟ

ขนาด 780 W

โหลดมอเตอรซงโครนสชนดขดลวด

ขนาด 800 W

โหลดมอเตอรซงโครนสชนดแมเหลกถาวร

ขนาด 746 W

แรงดน (V) กระแส (A) แรงดน (V) กระแส (A) แรงดน (V) กระแส (A)

0 0 0 0 0 0 0

5 181 0.337 182 1.9 132 1.4

10 164 0.277 185 1.8 169 1.62

15 186 0.262 204 1.8 190 2.5

20 202 0.274 218 1.6 208 3.96

25 212 0.237 219 1.12 191 4.58

30 217 0.237 222 0.784 - -

35 217 0.259 224 0.776 - -

40 222 0.277 227 0.767 - -

45 212 0.259 225 0.720 - -

50 215 0.230 233 0.640 - -

55 222 0.233 236 0.718 - -

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

35

60 224 0.243 238 0.759 - -

65 230 0.268 241 0.698 - -

70 234 0.243 242 0.679 - -

75 231 0.240 - - - -

80 232 0.250 - - - -

85 231 0.226 - - - -

90 232 0.233 - - - -

95 234 0.226 - - - -

100 237 0.233 - - - -

ภาพท 4.30 การทดสอบอนเวอรเตอรสามเฟสกรณโหลดแตละประเภท

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

36

จากการทดสอบการทางานของชดอนเวอรเตอร 3 เฟส สาหรบมอเตอรซงโครนส แบงการทดสอบเปน 2 สภาวะ คอสภาวะทดสอบการปรบคาความถ สามารถปรบความถไดคอ 0 ถง 100 เฮรตซ และสภาวะทสองเปนการทดสอบการปรบอตราสวนระหวางแรงดนตอความถโดยมลกษณะของรปคลนสญญาณกระแสเทยบเคยงรปคลนไซน ในการทดสอบกบมอเตอรซงโครนสชนดขดลวดขนาด 800 วตต สามารถปรบความถไดคอ 0 ถง 70 เฮรตซ ในกรณการทดสอบกบมอเตอรซงโครนสชนดแมเหลกถาวรขนาด 746 วตต สามารถปรบความถไดคอ 0 ถง 25 เฮรตซ โดยผลทไดจากการทดสอบของโหลดประเภทตางๆ ซงนาขอมล (ตารางท 4.5) มาทาการวเคราะหและเปรยบเทยบกนสามารถแสดงเปนกราฟไดดงภาพท 4.30 4.3 สรป

จากผลการทดสอบการทางานของอนเวอรเตอร 3 เฟสควบคมดวยไมโครคอนโทรลเลอร แสดงใหเหนวาสามารถทาการทดสอบไดสองสภาวะคอ สภาวะการทดสอบโดยการปรบคาความถ และสภาวะการปรบอตราสวนระหวางแรงดนตอความถ ซงสามารถทาการทดสอบกบโหลดในแตละประเภทได โดยในบทท 5 จะเปนการสรปการจดทางานวจยน

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

43

บทท 5

วเคราะหและสรปผลการทดลอง

5.1 สรปผลการจดทาวจย

งานวจยอนเวอรเตอร 3 เฟส ควบคมมอเตอรซงโครนสชนดแมเหลกถาวรดวยไมโครคอนโทรลเลอรทจดทานเปนไปตามขอบเขตทกาหนด โดยงานวจยนสรางขนมาเพอศกษาการทางานของชดอนเวอรเตอร 3 เฟส ซงอาศยหลกการควบคมสญญาณพดบบลวเอมแบบไซน (Sinusoidal Pulse width modulation : SPWM) และสงสญญาณการสวตชไปควบคมอปกรณอเลกทรอนกสกาลงตอไป การทางานของอนเวอรเตอร 3 เฟสควบคมมอเตอรซงโครนสชนดแมเหลกถาวร แบงออกเปน 2 สภาวะคอ

1. สภาวะทดสอบการปรบคาความถ ซงสามารถปรบความถไดตงแต 0 ถง 100 เฮรตซ โดยมโหลดเปนหลอดไฟ ขนาด 780 วตต จากการทดสอบเมอปรบความถขนจะทาใหระดบแรงดนไฟฟาเพมขนตาม กลาวคอระดบแรงดนไฟฟาแปรผนตามความถ

2. สภาวะทดสอบการปรบอตราสวนระหวางแรงดนตอความถ โดยทาการทดสอบกบโหลดมอเตอรซงโครนส 2 ประเภทคอ 2.1 ชนดขดลวดขนาด 800 วตต สามารถปรบความถไดคอ 0 ถง 70 เฮรตซ ซงความถท

เปลยนแปลงจะมผลทาใหความเรวรอบของมอเตอรเปลยนแปลงตามไปดวย ในการทดลองไดทาการวดคาแรงดนและกระแสเพอทาการวเคราะหซ งหนาจอของออสซลโลสโคปแสดงรปคลนสญญาณของแรงดนเฟส u,v,w และคากระแสของเฟส u การทดสอบความเรวรอบโดยการเพมภาระโหลดสามารถปรบภาระโหลดไดตงแต 0 ถง 2 นวตน-เมตร จากผลการทดสอบคาของกระแสไฟฟาจะเพมขนตามการเพมภาระโหลด โดยทภาระโหลดเทากบ 2 นวตน-เมตร กระแสไฟฟาจะมคาสงสด

2.2 ชนดแมเหลกถาวรขนาด 746 วตต สามารถปรบความถไดคอ 0 ถง 25 เฮรตซ โดยคาของแรงดนไฟฟาของมอเตอรจะเพมขนเมอความถเพม การหมนของมอเตอรยงไมสามารถเขาสความเรวซงโครนสไดเนองจากคากระแสไฟฟาของมอเตอรมคาสงมาก

5.2 ขอเสนอแนะในการดาเนนการวจย สาหรบขอเสนอแนะสาหรบการทาวจยในอนาคตคอ การปรบปรงและพฒนาใหอนเวอรเตอร

สามเฟสสาหรบมอเตอรซงโครนสชนดแมเหลกถาวรนสามารถทาการทดสอบในยานความถทสงขน เพอทาใหมประสทธภาพสงขนตอไป

สวพ.

มทร.ส

วรรณภ

ม

เอกสารอางอง

1. โกษต เกตมณ และศกดา สมกล ชดควบคมมอเตอรเหนยวนา 3 เฟส แบบ Field Orientated Control โดยใช TMS320F243 DSP Controller

2. An-ping Zheng, Ling Wang and Juan Yang, "Realized Permanent Magnet Synchronous Motor Control Used XC886 Micro-Controller," 2013 Third International Conference on Intelligent System Design and Engineering Applications (ISDEA), pp.1088-1091, 16-18 Jan. 2013.

3. ธ ร ว ฒ น ป ร ะ ก อ บ ผ ล , "ก า ร ป ร ะ ย ก ต ใ ช ง า น ไ ม โ ค ร ค อ น โ ท ร ล เ ล อ ร ", พมพครงท 2, กรงเทพมหานคร 2545.

4. http://www.hubpages.com 5. http://www.lea.uni-paderborn.de

Documents

อินเวอร์เตอร์ํสามเฟสสาหรับมอเตอร ์ซิังโครนสชนิดแม่็เหลก ...research.rmutsb.ac.th/fullpaper/2558/2558240240389.pdf ·