Transcript เทคนิคการตรวจจับความเร็วของอินดักชั่นมอเตอร์โดย ใช้ค่าอิมพีแดนซ์ของโรเตอร์ Speed Sensorless technique of Induction Motor

เทคนิคการตรวจจับความเร็วของอินดักชั่นมอเตอร์ โดย
ใช้ ค่าอิมพีแดนซ์ ของโรเตอร์
Speed Sensorless technique of Induction Motor
Control Using Rotor Impedance
กฤษ เฉยไสย วิชัย ประเสริฐเจริญสุ ข อังคณา เจริญมี
ภาควิชาวิศวกรรมไฟฟ้ า คณะวิศวกรรมศาสตร์
มหาวิทยาลัยขอนแก่น
บทคัดย่ อ
ในบทความนี้ได้พฒั นา เทคนิคการตรวจับความเร็ วของมอเตอร์ เหนี่ ยวนาโดย
ใช้ค่าอิมพีแดนซ์ของโรเตอร์ หลักการในการตรวจจับความเร็ วคือ ป้อนแรงดัน
ความถี่สูงให้กบั มอเตอร์ แล้ววัดค่ากระแสความถี่สูง มาเพื่อคานวณหาค่า
อิมพีแดนซ์ โดยที่ค่าอิมพีแดนซ์ที่วดั ได้จะขึ้นอยูก่ บั ตาแหน่งของโรเตอร์ ซึ่ งที่ผวิ
ของโรเตอร์ ติดแผ่นอลูมิเนียมบางๆไว้ เพื่อทาให้ค่าอิมพีแดนซ์เปลีย่ นไปตาม
ตาแหน่ง(มุม)ของโรเตอร์ ในขณะที่โรเตอร์หมุนอิมพีแดนซ์เปลี่ยนแปลงตามการ
หมุนของโรเตอร์ ซึ่ งจะมีผลต่อการไหลของกระแสสเตเตอร์ ผลการทดสอบกับ
มอเตอร์ 2 แรงม้า เมื่อนาค่ากระแสสเตเตอร์ มาผ่านวงจรกรองความถี่ต่า ทาให้
ทราบความเร็ วของโรเตอร์ ตั้งแต่มอเตอร์ เริ่ มหมุนจนถึงช่วงความเร็ วสูงสุ ดได้
• คาสาคัญ : อินดักชัน่ มอเตอร์ , ตัวตรวจวัดความเร็ ว, วงจรกรองความถี่ต่า
•
1. บทนา
AC motor
Drive
Speed
Control input
Induction
Motor
Load
Controller
รู ปที่ 1 แสดงหลักการควบคุมอินดักชัน่ มอเตอร์
Speed
Sensors
2. หลักการ
r2
แผ่นอลูมิเนียมบาง
r1
r2 > r1
โรเตอร์
• รู ปที่ 2 การนาแผ่นอลูมิเนียมบางติดที่แกนโรเตอร์
r1


r2
i
(a)


(b)
1
r 
2T
i rms
T


(c)


รู ปที่ 3 (a) การป้อนสนามแม่เหล็กความถี่สูงให้กบั อินดักชัน่ มอเตอร์ ขนาด 2 poles
(b) ขณะที่โรเตอร์จะหมุนทาให้สนามแม่เหล็ก( )เปลี่ยนแปลงตามการหมุนของโร

เตอร์
(c) รู ปคลื่นของกระแสสเตเตอร์ (irms)
U
LCR
meter
N
V
W
รู ปที่ 4 การใช้ LCR meter วัดค่า อิมพีแดนซ์ ของมอเตอร์
3. ผลของขนาดของการติดแผ่ นอลูมเิ นียมทีม่ ตี ่ อ
Impedance
ตารางที่ 1 แสดงขนาดของแผ่นอลูมิเนียม
การติดแผ่นอลูมิเนียมใส่ แกนโรเตอร์
ติด 1/2 รอบ
ติด 1/3 รอบ
ติด 1/4 รอบ
ติด 1/6 รอบ
ติด 1/9 รอบ
รู ปที่ 5 การพันแผ่นอลูมิเนียมติดกับแกนโรเตอร์
รู ปที่ 6 ค่าอิมพีแดนซ์ ที่วดั ขั้ว U-N เมื่อติดแผ่นอลูมิเนียมใส่ แกนโรเตอร์
ตามขนาดทั้ง 6 ค่า
4. การทดลอง
4.1 วงจรทีใ่ ช้ ทดลอง
500Hz,
65Vdc
Function
Generator
u
v
w
Amplifier
Motor test
Motor Drive
R1
50Hz
LPF
รู ปที่ 7 วงจรที่ใช้ทดลอง
Oscilloscope
C
C
15v
R1
R2
15v
R1'
+
R2'
Vin
C1
+
-
Vout
C1
-15v
-15v
R3
R4
R3'
Corner frequency (fc) =
R4'
1
1
1
1
  ' ' 
R1R 2CC1 2  R1R 2CC1 2 
Passband gain(Ho) = (1+R4/R3)(1+R4/R3)
= 50 Hz
=2
รูปที่ 8 วงจร Low pass Filter ที่ใช้ในการทดลอง
4.2 ผลการทดลอง
4.2.1 ผลของกระแส เมื่อมุมเปลี่ยนและแรงดันอินพุทเป็ นรู ปคลื่น sine wave
กระแสไหลผ่าน R มีคา่ 39.25 mArms
รู ปที่ 9 รู ปสัญญาณขนาดของกระแสขณะมอเตอร์ อยูท่ ี่มุม 45 องศา
กระแสไหลผ่าน R มีคา่ 36.99 mArms
รู ปที่ 10 รู ปสัญญาณขนาดของกระแสขณะมอเตอร์ อยูท่ ี่มุม 135 องศา
กระแสไหลผ่าน R มีคา่ 40 mArms
T
กระแสที่ผา่ นวงจร LPFมีคา่ 59.78 mArms
รู ปที่ 11 สัญญาณกระแสขณะที่มอเตอร์หมุนด้วยความเร็ วรอบ 625 rpm
กระแสไหลผ่าน R มีคา่ 39.88
mArms
T
กระแสที่ผา่ นวงจร LPF มีคา่ 20.15 mArms
รู ปที่ 12 สัญญาณกระแสที่ขณะที่มอเตอร์หมุนด้วยความเร็ ว1500 rpm
• ในรู ปที่ 11 กระแสที่ผา่ นวงจร LPF มีค่า 59.78 mArms คาบเวลา T =
48 mSec หาความเร็ วรอบได้จาก r = 1/(24810-3) = 10.416 รอบ
ต่อวินาที คิดเป็ น 625 รอบต่อนาที
• รู ปที่ 12 กระแสที่ผา่ นวงจร LPF มีค่า 20.15 mArms คาบเวลา T = 20
mSec หาความเร็ วรอบได้จาก r = 1/(22010-3) = 25 รอบต่อ
วินาที คิดเป็ น 1500 รอบต่อนาที
4.2.2 ผลของกระแส เมื่อมุมเปลี่ยนและแรงดันอินพุทเป็ น
รู ปคลื่น square wave
กระแสไหลผ่าน R มีคา่ 46.25 mArms
รูปที่ 13 รูปสัญญาณขนาดของกระแสขณะมอเตอร์อยูท่ ี่มมุ 45 องศา
กระแสไหลผ่าน R มีคา่ 44.27 mArms
รู ปที่ 14 รู ปสัญญาณขนาดของกระแสขณะมอเตอร์ อยูท่ ี่มุม 135 องศา
กระแสไหลผ่าน R มีคา่ 46.04 mArms
T
กระแสที่ผา่ นวงจร LPF มีคา่ 68.64 mArms
รู ปที่ 15 กระแสที่วดั ได้ขณะที่มอเตอร์หมุนด้วยความเร็ วรอบ 600 rpm
กระแสไหลผ่าน R มีคา่ 49.24
mArms
T
กระแสที่ผา่ นวงจร LPF มีคา่ 17.69 mArms
รู ปที่ 16 กระแสที่วดั ได้ขณะที่มอเตอร์หมุนด้วยความเร็ วรอบ 1500 rpm
•
รู ปที่ 15 กระแสที่ผา่ นวงจร LPF มีค่า 68.64 mArms คาบเวลา T = 50
mSec หาความเร็ วรอบได้จาก r = 1/(25010-3) = 10 รอบต่อ
วินาที คิดเป็ น 600 รอบต่อนาที
•
รู ปที่ 16 กระแสที่ผา่ นวงจร LPF มีค่า 17.69 mArms คาบเวลา T = 20
mSec หาความเร็ วรอบได้จาก r = 1/(22010-3) = 25 รอบต่อ
วินาที คิดเป็ น 1500 รอบต่อนาที
5. สรุป
•
เมื่อป้อนแรงดันความถี่สูงให้กบั มอเตอร์ที่ติดแผ่นอลูมิเนียม ขนาด
1/3 รอบของแกนโรเตอร์ แล้ววัดค่ากระแสความถี่สูง เพื่อคานวณหาค่า
อิมพีแดนซ์ ในขณะที่โรเตอร์หมุนอิมพีแดนซ์เปลี่ยนแปลงตามการหมุน
ของโรเตอร์ ซึ่งจะมีผลต่อการไหลของกระแสสเตเตอร์ ผลการทดสอบ
กับมอเตอร์ 2 แรงม้า เมื่อป้อนความถี่สูงรู ป sine wave และ square wave
ให้กบั มอเตอร์ จะเกิดการเปลี่ยนแปลงอิมพีแดนซ์ที่ใกล้เคียงกัน จากนั้น
นาสัญญาณที่ออกจากมอเตอร์มาผ่านวงจรกรองความถี่ต่า จะทาให้
ทราบความเร็ วของโรเตอร์ ตั้งแต่มอเตอร์เริ่ มหมุนจนถึงช่วงความเร็ ว
สู งสุ ดได้
เอกสารอ้ างอิง
• [1] H. Kubota, K. Matsuse, “Speed sensorless field oriented control of
induction machines using flux observer” IEEE, 1994. Pages:1611 1615 vol.3
• [2] W. Huangang, Z. Xiaoping, X. Wenli, and Y. Geng, “The
speed-sensorless control of induction motors at zero frequency”
ICEMS, 2001. Pages:1195 - 1198 vol.2
• [3] V.-M. Leppanen, J. Luomi, “Speed sensorless induction machine
control for zero speed and frequency,” IEEE, 2002. Pages:400 - 405 vol.1
ขอจบการนาเสนอเพียงเท่ านี้
ขอบคุณทุกท่ าน