หวขอโครงงาน ชดอนเวอรเตอรสามเฟสส าหรบขบเคลอนมอเตอร เหนยวน าสามเฟสในพนทชนบททใชระบบเฟสเดยว โดย นายประจญ คลายมณ นายวสวรรธน ออนเนยม นายณฐพงศ ใยแกว สาขาวชา วศวกรรมไฟฟา อาจารยทปรกษา ปรากฤต เหลยงประดษฐ

คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม อนมตใหนบโครงงานฉบบนเปนสวนหนงของการศกษาตามหลกสตรวศวกรรมศาสตรบณฑต

……………………………หวหนาสาขาวชาวศวกรรมไฟฟา (ผชวยศาสตราจารย พศวร ศรโหมด)

………………………….…อาจารยทปรกษา (อาจารยปรากฤต เหลยงประดษฐ)

วนท……….เดอน……………………พ.ศ. 2556

ก

รหสโครงงาน 55EE115

ชดอนเวอรเตอรสามเฟสส าหรบขบเคลอนมอเตอรเหนยวน าสามเฟสในพนทชนบททใชระบบเฟสเดยว

THREE PHASE INVERTER DRIVER FOR THREE PHASE INDUCTION MOTOR IN SINGLE-PHASE ELECTRICAL SYSTEM

บทคดยอ (Abstract) ในโครงงานนไดน าเสนอสรางชดอนเวอรเตอรสามเฟสส าหรบขบเคลอนมอเตอรเหนยวน าสามเฟสส าหรบพนทชนบททใชระบบเฟสเดยวโดยจะมการจดท า 2 สวนใหญ สวนท 1 จะเปนบสตคอนเวอรเตอรจะท าการแปลงแรงดนไฟฟาจาก 220 Vac ผานวงจรบรดจเรกตไฟลออกมาปน 310 Vdc แลวท าการบตสแรงดนขนเปน 600 Vdcโดยใช IC เบอร MC33262 เปนชดควบคมการท างานและปรบตวประกอบใหมคาใกลเคยงหนง จายใหกบชดอนเวอรเตอร และในสวนท 2 จะสรางชดอนเวอรเตอร โดยใช IC เบอร MC3PHAC เพอสรางสญญาณ PWM ควบคมมอเตอรซงวงจรอนเวอรเตอรใชโมดลของ IPM ของมตซบช เบอร TM 52A ใชเปนตวขบเคลอนมอเตอร จากผลการทดลองการขบเคลอนโหลดมอเตอรเหนยวน าสามเฟสและโหลดความตานทานอนเวอรเตอรสามารถปรบความถไดตงแต 1-60 เฮรตซ โดยการควบคมเปนแบบ v/f คงท และเปนการควบคมแบบลปเปด

ข

กตตกรรมประกาศ การจดท าโครงงานนส าเรจผลลลวงไปดวยด ผจดท าตองขอขอบคณอาจารยปรากฤต เหลยงประดษฐ อาจารยทปรกษาโครงงาน ตลอดจนอาจารยในภาควศวกรรมไฟฟาทกทาน ทไดกรณาใหค าปรกษาแนะน าเกยวกบโครงงาน และการออกแบบ รวมถงการแกไขจดบกพรองตางๆทเกดขนตลอดระยะเวลาของการท าโครงงานนจนส าเรจ ขอขอบพระคณบพการตลอดจนเพอนๆ พ ทคอยเปนก าลงใจและใหการสนบสนนทกๆดาน ดวยดเสมอมา และขอบคณผรวมโครงงานทกๆ ทาน ทใหความรวมมอกนเปนอยางด คณงามความดอนใดทไดรบจากปรญญานพนธฉบบน ผจดท าขออทศใหบดามารดา และบรพคณาจารยตอไป

คณะผจดท า 2555

ค

สารบญ

หนา

บทคดยอ ก

กตตกรรมประกาศ ข

สารบญ ค

สารบญตาราง จ

สารบญภาพ ฉ

บทท 1 บทน า

1.1 ความเปนมาและความส าคญของปญหา 1

1.2 วตถประสงค 1

1.3 โครงสรางของโครงงาน 1

1.4 ขอบเขตโครงงาน 2

1.5 ประโยชนทไดรบ 2

บทท 2 ทฤษฎทเกยวของ

2.1 วงจรแปลงผนแรงดนไฟฟากระแสตรงเปนกระแสตรง 3

2.2 ตวประกอบก าลง 5

2.3 การแกไขตวประกอบก าลง 7

2.4 ไดโอดก าลง 8

2.5 ไอจบท 9

2.6 อนเวอรเตอร 11

2.7 มอเตอรเหนยวน าสามเฟส 14

2.8 การควบคมความเรวรอบของมอเตอรเหนยวน าแบบ V/f 16

ง

สารบญ (ตอ)

หนา

บทท 3 การออกแบบโครงงาน

3.1 การออกแบบและค านวณวงจร AC-DC บสตคอนเวอรเตอร 18

3.2 การออกแบบวงจรอนเวอรเตอร 20

3.3 โครงสรางของ IGBT Driver 21

3.4 การออกแบบวงจรขบสวตช IGBT 23

บทท 4 การทดลองและผลการทดลอง

4.1 การวดสญญาณ PWM 24

4.2 ผลการทดสอบวดแรงดนไฟฟากบความถ 29

บทท 5 สรปและเสนอแนะ

เอกสารอางอง

ภาคผนวก

จ

สารบญตาราง

หนา ตารางท 3.1 แสดงความถ PWM 21 ตารางท 4.1 แสดงคาระหวางแรงดนตอความถของโหลดความตานทาน 30 ตารางท 4.2 แสดงคาระหวางแรงดนตอความถของโหลดมอเตอรเหนยวน า 32

ฉ

สารบญภาพ

หนา ภาพท 1.1 โครงสรางการท างาน 1 ภาพท 2.1 วงจรบสตคอนเวอรเตอร 3 ภาพท 2.2 วงจรบสตคอนเวอรเตอรขณะน ากระแส 4 ภาพท 2.3 วงจรบสตคอนเวอรเตอรขณะสวตชไมน ากระแส 4 ภาพท 2.4 มมประกอบก าลง 5 ภาพท 2.5 โหลดทไมเปนเชงเสน 6 ภาพท 2.6 รปแบบสญญาณของระบบทม PF ต า 6 ภาพท 2.7 AC to DC คอนเวอรเตอรทมการตอ PFC 7 ภาพท 2.8 สมดลพลงงานในตวแกไขตวประกอบก าลง 7 ภาพท 2.9 ไดโอดขณะหยดน ากระแส 8 ภาพท 2.10 สญลกษณพนฐานจากมอสเฟตและพนฐานจากบเจท 10 ภาพท 2.11 คณลกษณะของกระแสและแรงดนไฟฟา 10 ภาพท 2.12 รปรางทวไปของไอจบท 11 ภาพท 2.13 แสดงวงจรและสญญาณอนเวอรเตอร 3 เฟส แบบฟลบรดจ 12 ภาพท 2.14 แสดงวงจรและสญญาณอนเวอรเตอร 3 เฟส แบบรปคลน 12 ภาพท 2.15 MC3PHAC การท างานของแตละขา 13 ภาพท 2.16 แสดงแรงบด-ความเรว และกระแส-ความเรว 16 ภาพท 2.17 แสดงลกษณะการเปลยนแปลงของแรงดน แรงบด กบความถ

และแรงบดกบความเรว 17 ภาพท 3.1 วงจร PFC บสตคอนเวอรเตอรโดยใช MC 33262 18 ภาพท 3.2 แสดงการใชงานแตละขาของไอซเบอร MC33262 20 ภาพท 3.3 วงจรสรางสญญาณควบคมของ MC3PHAC 20 ภาพท 3.4 แสดงวงจรการตอใชงาน 22 ภาพท 3.5 แสดงสญลกษณการใชงาน 22 ภาพท 3.6 วงจรขบสวตช IGBT 23 ภาพท 4.1 แสดงวงจรควบคมสญญาณ PWM 1Q กบ 4Q 24

ช

สารบญภาพ (ตอ)

หนา ภาพท 4.2 สญญาณ PWM ทขาสญญาณควบคมเฟส U 25 ภาพท 4.3 แสดงวงจรควบคมสญญาณ PWM 1Q กบ

2Q 25 ภาพท 4.4 สญญาณ PWM ทขาสญญาณควบคมของเฟส U กบเฟส V 26 ภาพท 4.5 แสดงวงจรควบคมสญญาณ PWM 1Q กบ

3Q 26 ภาพท 4.6 สญญาณ PWM ทขาสญญาณควบคมของเฟส U กบเฟส W 27 ภาพท 4.7 แสดงวงจรควบคมสญญาณ PWM 2Q กบ 3Q 27 ภาพท 4.8 สญญาณพลสวดททขา W กบ V 28 ภาพท 4.9 วดสญญาณเฟส PWM ดาน Output ของชด Drive ทขา U-W กบ V-W 28 ภาพท 4.10 แสดงวงจรอนเวอรเตอร ทตอโหลดความตานทาน 29 ภาพท 4.11 สญญาณ PWM ทขา U-W กบ V-W ทโหลดความตานทาน 30 ภาพท 4.12 แสดงความสมพนธระหวางความถกบแรงดนทจายใหโหลดความตานทาน

ทตอแบบสตาร ขนาด 200 โอหม 31 ภาพท 4.13 แสดงวงจรอนเวอรเตอรทตอโหลดมอเตอรเหนยวน า 31 ภาพท 4.14 สญญาณ PWM ทขา U-W กบ V-W ทโหลดมอเตอร 3 เฟส 32 ภาพท 4.15 แสดงความสมพนธระหวางความถกบแรงดนทจายใหมอเตอรอนดกชน 3 เฟส 33

บทท 1 บทน า

1.1 ความเปนมาและความส าคญของปญหา เนองจากในทองถนชนบททหางไกลจากตวเมองเปนชมชนชนบท ท าใหไฟฟาระบบสามเฟสเขาไมถง ซงบางครงในชมชนทอยหางไกลอาจมอปสรรคในการใชอปกรณสามเฟสแตกไมไดใชตลอดเวลาจงไมคมคานกกบการลงทนทใชตนทนสง ดงนนทางกลมจงไดคดจดสรางชดอนเวอรเตอร 3 เฟสขนโดยการแปลงระบบไฟฟาเฟสเดยว 220 V 50 Hz เปนระบบไฟฟาสามเฟส 380 V 50 Hz โดยใชวงจรคอนเวอรเตอรและอนเวอรเตอร เพอน าไปประยกตใชงานในชมชนชนบททมระบบไฟฟาเฟสเดยว ไดมไฟฟาระบบสามเฟสใชยามตองการ

1.2 วตถประสงค 1. เพอใหสามารถใชขบเคลอนมอเตอรเหนยวน าสามเฟสในพนทชนบท ทมการใช

ระบบเฟสเดยว 2. เพอศกษาระบบการแปลงแรงดนไฟฟาเฟสเดยว เปนระบบแรงดนไฟฟาสามเฟส 3. เพอศกษาหลกการท างานของวงจร

1.3 โครงสรางของโครงงาน

ภาพท 1.1 โครงสรางการท างาน

DC / AC

Inverter

AC/OutAC/In

AC / DC Boot

converter

220V/ 1 Phase 380V/ 3 Phase

600 Vdc

2

1.4 ขอบเขตโครงงาน 1. ใชกบระบบไฟฟาสามเฟสกบโหลดไมเกน 1000 W 2. รบแรงดนทางดานอนพทเฟสเดยว 220 V 50 Hz ใหเอาทพทสามเฟส 380 V 3. อปกรณทจดสรางสวนของ อนเวอรเตอรจะแปลงไฟกระแสตรง 600 V เปนไฟฟาสาม

เฟส 380 V 4. ใชส าหรบมอเตอรเทานน

1.5 ประโยชนทไดรบ 1. เพอสามารถน าไปประยกตใชงานกบมอเตอรเหนยวน าสามเฟส 2. เพอทราบถงการท างานของวงจรบตสคอนเวอรเตอร 3. เพอทราบถงการท างานของวงจรอนเวอรเตอร 4. เพอทราบถงหลกการควบคมมอเตอรแบบเหนยวน าสามเฟส

บทท 2 ทฤษฎทเกยวของ

โดยทฤษฎทกลาวในบทนจะประกอบดวย วงจรแปลงแรงดนไฟฟากระแสตรงเปนกระแสตรงโดยใชไดโอดก าลงและ IGBT ในการบสตแรงดนจาก 220 Vac เปน 380 Vac และจะมการแกไขตวประกอบก าลงใหเขาใกลหนงเพอจะใหกระแสและแรงดนอนเฟสกน และน าสญญาณทไดไปไดรชดอนเวอรเตอรเพอท าการควบคมความเรวรอบของมอเตอรเหนยวน าสามเฟส

2.1 วงจรแปลงผนแรงดนไฟฟากระแสตรงเปนกระแสตรง (DC-to-DC Converters ) [1][2]

วงจรบสตคอนเวอรเตอรเปนวงจรทใชเพมระดบแรงดนใหดานเอาตพตมากกวาดานอนพตหรอเรยกเปนวงจรทบแรงดน อปกรณทท าหนาในวงจรนคอไอจบท ซงท าวงจรแปลงผนแบบทบระดบแรงดนเปนวงจรแปลงผนตรง (DC-DC converter) ชนดนทท าใหแรงดนดานเอาตพตมมากกวาแรงดนดานอนพต

ภาพท 2.1 วงจรบสตคอนเวอรเตอร เงอนไขการท างานของวงจรบสตคอนเวอรเตอรการวเคราะหการท างานของวงจรบสตคอนเวอรเตอรในชวงสภาวะคงตว จะมการก าหนดเงอนไขในการท างานของวงจรบสตคอนเวอรเตอรเพอใหงายตอการวเคราะห จะแบงออกเปน 2 กรณ

VS

VL

V0

iL

+

+

+

_

_

_

iC

4

VL

VS

V0

iL

+

+

+

_

_

_

iC

ภาพท 2.2 วงจรบสตคอนเวอรเตอรขณะน ากระแส จากภาพท 2.2 วงจรบสตคอนเวอรเตอรขณะสวตชน ากระแสชวงท 1 จะเรมจากโหมดน ไอจบทจะน ากระแส ขณะทไดโอดไดรบการไบอสกลบท าใหไมสามารถน ากระแส กระแสทไหลผานตวเหนยวน าจะเปนแบบเชงเสนโดยตวเหนยวจะเกบสะสมพลงงานไวสวนหนง และชวงนตวเกบประจจะเปนตวจายกระแสใหกบโหลด ซงตวเกบประจจะตองมคามากพอทจะจายกระแสใหกบโหลด

VS

+

_

VL+_

iL

V0

+

_

iC

ภาพท 2.3 วงจรบสตคอนเวอรเตอรขณะสวตชไมน ากระแส ในชวงน ไอจบทจะตดวงจร เมอไอจบทไมน ากระแส กระแสในตวเหนยวน าจะเปลยน แปลงทนททนใดไมได ไดโอดจะถกไบอสไปขางหนาใหน ากระแสจะไหลผานตวเกบประจและโหลด โดยกระแสจะลดลงอยางเปนเชงเสนจนไอจบทน ากระแสอกครง จะเหนไดวาอตราสวนแรงดนไฟฟาดานออกตอแรงดนไฟฟาดานเขาขนอยกบ Duty Cycle ซงจะค านวณจากสตรคาความเหนยวน า

5

2

min

D 1-D RL =

2f (2.1)

2.2 ตวประกอบก าลง (Power factor) คาตวประกอบก าลงไฟฟาของเพาเวอรแฟคเตอร ( power factor ; PF) คอ อตราสวนของก าลงไฟฟาเฉลยหารดวยคาก าลงไฟฟาปรากฏในวงจรไฟฟาใดๆ จะมคาเปลยนแปลงไดตงแต 0 ถง 1 คาตวประกอบก าลงไฟฟาน ยงมคาสงยงดตามปกตหากคาตวประกอบก าลงไฟฟา (Power Factor) มคาต ายอมหมายความวา ก าลงไฟฟารวม (Total or Apparent Power) มคาสงขน อนเนองมาจากการทมก าลงไฟฟารแอคทฟสงขน ในขณะทก าลงไฟฟาจรงทกอใหเกดงานมคาเทาเดมซงถอไดวาเปนความสญเสยของระบบจายไฟฟาดวยเชนกน การเพมเพาเวอรแฟคเตอรของระบบไฟฟาใหมคาสงขนจะมผลดตอระบบไฟฟา

ภาพท 2.4 มมประกอบก าลง ในทางปฏบตแลวภาระทางไฟฟาจะสามารถแบงออกไดสองแบบคอแบบเชงเสน (Linear load) และแบบไมเปนเชงเสน (Nonlinear load) ซงโหลดทงสองแบบนจะมคาตวประกอบก าลงทแตกตางกนซงจะกลาวถงผลกระทบของโหลดทงสองแบบนตอไป

P : Real Power

Q : Reactive PowerS : Apparent Power

θ PF = cos θ

6

IS(t)VS(t)

2ππNonlinear

system

a

a

IS(t)

VS(t)

ก. โหลดทไมเปนเชงเสน ข. กระแสและแรงดน ภาพท 2.5 โหลดทไมเปนเชงเสน ในแหลงจายไฟฟากระแสตรงแบบสวตซชง SMPS แบบเดมนนจะมการใชวงจรเรยงกระแสทประกอบไปดวยตวเกบประจ ซงสงผลใหเกดแรงดนตกครอมตวเกบประจ CV และกระแสทมลกษณะเปนพลสเกดขนทกระแสอนพท สงเกตจากภาพท 2.6 แลวนนการเปรยบเทยบแรงดนอนพททเปนรปซายนแลวจะท าใหคาของ THD มคาสงถง 70% และมคาตวประกอบก าลงต ากวา 0.67

AC Line

Current

AC Line

Voltage

0

0

Line Seq

Vpt

Rectifier

DC

ภาพท 2.6 รปแบบสญญาณของระบบทม PF ต า

7

2.3 การแกไขตวประกอบก าลง จากตวประกอบก าลงทกลาวไวในหวขอท 2.2 ทมคาต ากวา 0.85 จ าเปนตองมการแกไขตวประกอบก าลงเพอใหมคาใกลเคยงหนง โดยใชวงจร PFC บตสคอนเวอรเตอรมาแกไขคาตวประกอบก าลง

ภาพท 2.7 AC to DC คอนเวอรเตอรทมการตอ PFC ในสวนภาพท 2.7 จะเปนการแกไขตวประกอบก าลงซงจะใช IC เบอร MC33262 ใชในการควบคมเพอจะใหคาเพาวเวอรแฟคเตอรเขาใกลหนงมากทสดเพอใหกระแสและแรงดนเฟสเดยวกน

ภาพท 2.8 สมดลพลงงานในตวแกไขตวประกอบก าลง

8

2.4 ไดโอดก าลง (Power Diode) ไดโอดก าลง (Power Diode) จะมคณลกษณะของกระแสและแรงดนไฟฟาขณะอยในสภาวะอยตว (Steady State) เมอไดโอดถกไบอสตรง (Forward Biased) ไดโอดจะน ากระแสโดยมแรงดนไฟฟาตกครอมอปกรณระดบ 1 โวลต และเมอถกไบอสกลบ (Reverse Biased) จะมกระแสรวขนาดนอยมากจนอาจถอไดวาไมมกระแสไฟฟาไหลผานตวไดโอด จนกระทงถงจดแรงดนไฟฟาเบรกดาวนยอนกลบ (Reverse Breakdown Voltage) ซงในทางปฏบตจะตองออกแบบใหไดโอดก าลงไมท างานจนถงจดนเพอความปลอดภย ไดโอดก าลงในชวงทเรมน ากระแสนนจะไมมผลเสยมากนก แตในชวงทหยดน ากระแสจะมกระแสไดโอดยอนกลบในชวงเวลายอนกลบ (Reverse Recovery Time, Trr) ดงภาพท 2.9กระแสฟนตว ยอนกลบนจะมผลท าใหเกดแรงดนเกนในวงจรทมตวเหนยวน า

ภาพท 2.9 ไดโอดขณะหยดน ากระแส ไดโอดก าลงแบงชนดออกตามการใชงานอย 3 กลมคอ 1. ชอตตกไดโอด (Schottky Diodes) มกใชเมอตองการแรงดนไฟฟาตกครอมและเวลาฟนตวยอนกลบนอยๆ แตจะใชในวงจรทมพกดต า 2. ไดโอดฟนตวเรว (Fast - Recovery) มกใชในวงจรสวตชงความถสงส าหรบวงจรแปรผนก าลง และใชกบสวตชควบคมทตองการเวลาฟนตวยอนกลบนอยๆ ไดพกดก าลงจะสงกวาชอตตกไดโอด

9

3. ไดโอดความถต า (Line - Frequency Diodes) ไดโอดชนดนใชในความถต า เชน ความ ถไฟฟาในบาน 50 Hz มกออกแบบใหมแรงดนตกครอมนอยทสด แตชวงเวลาในการฟนตว ยอนกลบยาว จากการศกษาขอมลและประเภทของไดโอดแลวนน ในโครงงานชนนจะมการเลอกใชงานไดโอดชนดทสองคอไดโอดฟนตวเรว (Fast Recovery) เพราะมความเหมาะสมในการใชงานกบวงจรสวตชงความถสง

2.5 ไอจบท (Isulated Gate Biopolar Transistors, IGBT) ทรานซสเตอรซงเปนอปกรณสารกงตว น าเมอเปรยบเทยบกบหลอดสญญากาศกคอมขนาดเลก น าหนกเบาไมตองมตวใหความรอน มโครงสรางแขงแรงทนทานก าลงไฟฟาสญเสยนอย ประสทธภาพสง สามารถท างานไดทนทเมอจายไฟให ในสวนของมอสเฟตเปนอปกรณทควบคมดวยแรงดนและตองการกระแสอนพทต ามากๆ ความเรวในการสวตชงสง เวลาในการสวตชงต ามากเปนนาโนวนาท มอสเฟตก าลงไดถกน าไปประยกตใชในงานดานคอนเวอรเตอรทก าลงต า ความถสงมอสเฟตไมมปญหาเกยวกบปรากฏการณ Second Breakdown เหมอนกบทรานซสเตอร แตอยางไรกตามมอสเฟตกมปญหาเกยวกบไฟฟาสถตและตองการการเกบรกษาอยางเปนพเศษ ดงนนจงไดเลอกไอจบทมาใชในโครงงานน ไอจบทจดเปนอปกรณอเลกทรอนกสก าลงทสามารถควบคมใหน ากระแส และควบคมใหหยดน ากระแสไดโดยการควบคมจากแรงดนไฟฟาทขาเกต ไอจบทมสญลกษณดงภาพท 2.10

และคณลกษณะของกระแสและแรงดนไฟฟาขณะสภาวะอยตว คณลกษณะของกระแสและแรงดนไฟฟาในอดมคต ดงแสดงตามภาพท 2.11 จากภาพท 2.10 ก. จะเหนวามลกษณะคลายสญลกษณของมอสเฟต เพยงแตวาสญลกษณของไอจบทนน จะมลกศรเพมขนมาตรงขาเดรน ลกษณะของลกศรจะชเขาหาซลคอนภายในตวไอจบท จากภาพท 2.10 ข. จะเหมอนกบสญลกษณของทรานซสเตอร แตตรงขาเกตจะเพมขนมา ไมไดตอถงกนโดยตรงกบขาทตอออกมาภายนอก

10

D

G

S

VDS

VGS

iD

C

E

G

ก. สญลกษณมอสเฟต ข. สญลกษณ IGBT ภาพท 2.10 สญลกษณพนฐานจากมอสเฟตและพนฐานจากบเจท

0

iD

VDS

VGS

ภาพท 2.11 คณลกษณะของกระแสและแรงดนไฟฟา คณลกษณะของกระแสและแรงดนของไอจบทมลกษณะคลายกราฟของทรานซสเตอร แตการควบคมกระแสเกต จะอาศยการควบคมแรงดนระหวางขาเกตกบขาซอรสมากกวา โดยการควบคมกระแสทขาคอลเลคเตอรเหมอนกบทรานซสเตอร ซงคณสมบตของกระแสและแรงดนของไอจบทแสดงไวในภาพท 2.11

11

ไอจบทไดรวมขอดของมอสเฟตก าลง ทรานซสเตอรก าลง ( บเจท ) และจทโอไธรสเตอรมารวมอยดวยกน กลาวคอไอจบทจะมคาของอมพแดนซขาเกตทมคาสงคลายมอสเฟตก าลง ซงตอง การพลงงานนอยมากในการควบคมการสวตซ ควบคมการน าและหยดน ากระแสดวยแรงดนไฟฟาทขาเกต รวมทงสามารถใชงานการสวตซชงทความถสงและมคาแรงดนไฟฟาตกครอมขณะน ากระแสต าคลายทรานซสเตอรก าลงซงมคา 2-3 โวลต ส าหรบพกดแรงดนไฟฟา 1,000 โวลต นอกจากนนไอจบทจะออกแบบใหทนแรงดนไฟฟาดานลบไดคลายกบจทโอไธรสเตอร ไอจบทจะมชวงเวลาน ากระแสและหยดน ากระแสมคาประมาณ 1 ไมโครวนาทมขนาดพกดกระแสไฟฟาถง 2,000 แอมแปร และพกดแรงดนไฟฟาถง 5,000 โวลต ส าหรบรปรางทวไปของไอจบทไดแสดงไวดงภาพท 2.12

ภาพท 2.12 รปรางทวไปของไอจบท

2.6 อนเวอรเตอร (Inverter) [3] การแปรผนก าลงไฟฟาจากแรงดนไฟฟากระแสตรงเปนแรงดนไฟฟากระแสสลบใหกบโหลดสามเฟส นยมแปรผนก าลงไฟฟาผานอนเวอรเตอรสามเฟสซงจะเหมาะกบงานทตองการก าลงไฟฟาสง เพราะถาหากจะใชอนเวอรเตอรเฟสเดยวแบบฟลบรดจจ านวนสามชดกได แตตองใชสวตชจ านวนถง 12 ตว นอกจากนนยงตองอาศยวงจรควบคมทท าใหแตละเฟสตางกน 120 องศาของความถหลกจงไมเหมาะทเลอกใชอนเวอรเตอรเฟสเดยวแบบฟลบรดจจ านวนสามตว

12

2.6.1 อนเวอรเตอร 3 เฟส อนเวอรเตอร 3 เฟส สามารถตอไดจากทรานซสเตอร และไดโอดอยางละ 6 ตวไดดงภาพท 2.13 เมอทรานซสเตอร 1Q น ากระแสขว a ถกตอเขากบขวบวกของแหลงจายไฟตรง เมอทรานซสเตอร 4Q น ากระแสขว a ถกตอเขากบขวลบของแหลงจายไฟตรงการท างานในแตละไซเคลถกแบงออกเปน 6 โหมด ๆ ละ 60 องศา ล าดบการท างานของทรานซสเตอรคอ 123, 234 ,345 ,456 ,561 และ 612 โดยทรานซสเตอรแตละตวแสดงไดดงภาพท 2.13 ซงแตละตวเยองเฟสไป 60 องศา เพอใหไดแรงดน 3 เฟสของสญญาณมลฐานสมดล

ภาพท 2.13 แสดงวงจรและสญญาณอนเวอรเตอร 3 เฟส แบบฟลบรดจ

ภาพท 2.14 แสดงวงจรและสญญาณอนเวอรเตอร 3 เฟส แบบรปคลน

V

2Q

5Q

2D

5D

U

1Q

4Q

1D

4D

W

3Q

6Q

3D

6D

+

-

13

2.6.2 IC MC3PHAC การท างานและหนาทของแตละขาของตวไอซ ซงจะแสดงไวในภาพท 2.15 MC3PHAC จะสรางสญญาณ PWM จ านวน 6 สญญาณทจะปรบขนาดของแรงดนตามการปรบความถ เพอสรางสญญาณ 3 เฟสส าหรบมอเตอร โดยการบวกเพมฮารมอนกท 3 เขาไปดวยท าใหแรงดนขาออกของสญญาณ 3 เฟสมขนาดเทากบแรงดนสงสดของแรงดนขาเขาสงสด ซงท าใหไดแรงดนขาออกของสญญาณ 3 เฟสมขนาดเพมขนอกประมาณ 15% เมอเทยบกบการสรางสญญาณ PWM แบบ มอดเลตไซนเวฟ (Sine Wave Modulation) สญญาณ PWM จะอพเดทดวยความถ 5.3 kHz โดยความถในการสวตชจะสามารถเลอกได 4 ความถคอ 5.291 kHz, 10.582 kHz, 15.873 kHz และ 21.164 kHz โดยทวไปจะใชความถมาตรฐานของครสตอลท 4 MHz

ภาพท 2.15 MC3PHAC การท างานของแตละขา 2.6.2.1 คณลกษณะพเศษของ MC3PHAC - มตวกรองสญญาณควบคมความเรวรอบแบบดจตอลโปรเซสเซอร - ไมตองยงยากกบซอฟตแวร - มสญญาณ PWM ขาออกให 6 บต - สรางสญญาณ 3 เฟส - ตวแปลงสญญาณอนาลอกเปนดจตอล 4 ชอง - สามารถท าการชดเชยแรงดนกระเพอมของ DC Bus - เลอกขวและความถการสวตชของสญญาณ PWM ได - เลอกความถพนฐาน 50 Hz หรอ 60 Hz ได

14

2.7 มอเตอรเหนยวน าสามเฟส (3-Phase Induction Motor) มอเตอรไฟฟาเหนยวน าสามเฟสเปนมอเตอรไฟฟากระแสสลบทนยมใชกนอยางมากในงานอตสาหกรรมคอ มอเตอรเหนยวน าชนดกรงกระรอก (Squirrel cage induction motor) เนองจากวามราคาไมแพง สามารถหาซอไดงายในทองตลาด เมอน าไปใชงานทตองการปรบความเรว สามารถท าไดโดยการควบคมความถ แรงดนและคาสลป กอนทจะศกษาการควบคมความเรวรอบของมอเตอร จ าเปนตองศกษาหลกการพนฐานของมอเตอรเหนยวน าแบงออกตามโครงสรางและหลกการท างานของมอเตอรได 2 แบบ คอ 2.7.1. มอเตอรไฟฟากระแสสลบ 3 เฟส แบบอนดกชน (3 Phase Induction Motor) มอเตอรไฟฟากระแสสลบ 3 เฟสทมคณสมบตทด คอมความเรวรอบคงทเนองจากความเรวรอบอนดกชนมอเตอรขนอยกบความถ (Frequency) ของแหลงก าเนดไฟฟากระแสสลบมราคาถกโครงสรางไมซบซอน สะดวกในการบ ารงรกษาเพราะไมมคอมมวเตเตอรและแปรงถานเหมอนมอเตอรไฟฟากระแสตรง เมอใชรวมกบเครองควบคมความเรวแบบอนเวอรเตอร (Invertor) สามารถควบคมความเรว (Speed) ไดตงแตศนยจนถงความเรวตามพกดของมอเตอรนยมใชกนมาก เปนตน โดยมอเตอรอนดกชนม 2 แบบคอ 2.7.1.1 อนดกชนมอเตอรทมโรเตอรแบบกรงกระรอก อนดกชนมอเตอรแบบน ตวโรเตอรจะมโครงสรางแบบกรงกระรอกเหมอนกบโรเตอรของสลปเฟสมอเตอร 2.7.1.2 อนดกชนมอเตอรทมโรเตอรแบบขดลวด อนดกชนมอเตอรชนดนตวโรเตอรจะท าจากเหลกแผนบางๆ อดซอนกนเปนตวทนคลายๆอารเมเจอรของมอเตอรไฟฟากระแสตรง จะมรองส าหรบวางขดลวดของตวโรเตอรเปนขดลวด 3 ชดส าหรบสรางขวแมเหลก 3 เฟสเชนกน โดยปลายของขดลวดทง 3 ชดตอกบสลปลง (Slip Ring) จ านวน 3 อนส าหรบเปนทางใหกระแสไฟฟาครบวงจรทง 3 เฟสการท างานของอนดกชนมอเตอรเมอจายไฟฟากระแสสลบ 3 เฟสใหทขดลวดทง 3 ของตวสเตเตอรจะเกดสนามแมเหลกหมนรอบๆตวสเตเตอรท าใหตวหมนโรเตอรไดรบการเหนยวน าท าใหเกดขวแมเหลกทตวโรเตอรและขวแมเหลกนจะพยายามดงดดกบสนามแมเหลกทหมนอยรอบๆ

15

ท าใหมอเตอรของอนดกชนมอเตอรหมนไปไดดวยความเรวของสนามแมเหลกหมนทตวสเตเตอรนจะคงทตามความถของไฟฟากระแสสลบ ดงนนโรเตอรของอนดกชนของมอเตอรจงหมนตามสนามแมเหลกดงกลาวไปดวยความเรวเทากบความเรวของสนามแมเหลกหมน 2.7.2 มอเตอรไฟฟากระแสสลบ 3 เฟส แบบซงโครนส (3 Phase Synchronous Motor) โครงสรางของซงโครนสมอเตอร ทส าคญม 2 สวนคอ สเตเตอร และ โรเตอร 2.7.2.1 สเตเตอร สเตเตอรของซงโครนสมอเตอรเหมอนกบสเตเตอรของ 3 เฟสอนดกชนมอเตอรมรองส าหรบพนขดลวดจ านวน 3 ชด เฟสละ 1 ชด เมอจายไฟฟากระแสสลบ 3 เฟส ใหกบสเตเตอรจะเกดสนามแมเหลกหมนขนเมอสนามแมเหลกหมนอนดกชนมอเตอร 2.7.2.2 โรเตอร โรเตอรของซงโครนสมอเตอรเปนแบบขวแมเหลกยน (Salient Poles) และมขดลวดพนขางๆ ขวแมเหลกยนเหลานนขดลวดสนามแมเหลกทพนรอบขวแมเหลกยนตอกบแหลงจายไฟฟากระแสตรงภายนอก เพอสรางขวแมเหลกขนทตวโรเตอรการท างานของซงโครนสมอเตอรเมอจายไฟฟากระแสสลบ 3 เฟส ใหกบสเตเตอรของซงโครนสมอเตอรจะเกดสนามแมเหลกหมนเนองจากตวหมน (โรเตอร) ของซงโครนสมอเตอรเปนแบบขวแมเหลกยน และมขดลวดสนามแมเหลกพนอยรอบ ๆโดยใชแหลงจายไฟฟากระแสภายนอก เมอจายไฟฟากระแสตรงใหกบโรเตอรจะท าใหเกดขวแมเหลกทโรเตอรขนขวแมเหลกนจะเกาะตามการหมนของสนามหมนของ สเตเตอร ท าใหมอเตอรหมนไปดวยความเรวเทากบความเรวของสนามแมเหลกทสเตเตอร 2.7.3 หลกการท างานของมอเตอรเหนยวน า 3 เฟส มอเตอรไฟฟาเหนยวน าสามเฟสจะประกอบไปดวยสวนประกอบใหญๆม 2 สวน คอ สเตเตอรและโรเตอรโดยขดลวดสเตเตอร ไดรบไฟสลบ 3 เฟสจากภายนอกสนามแมเหลกทเกดขนทสเตเตอรจะหมนคลายกบการหมนของแมเหลกถาวร ดวยความเรว ตามสมการท 2.2

S

120fN =

p (2.2)

เมอ SN = ความเรวซงโครนส f = ความถหลกมลของไฟฟากระแสสลบ P = จ านวนขวแมเหลกของมอเตอร

16

2.8 การควบคมความเรวรอบของมอเตอรเหนยวน าแบบ V/f เมอสนามแมเหลกในชองวางอากาศลดลงจะท าใหแรงบดสงสดของมอเตอรลดลง แตการทจะรกษาสนามแมเหลกในชองวางอากาศและแรงบดสงสดใหคงท จ าเปนตองเพมแรงดนขาออกของอนเวอรเตอรตามความถดวย นนคอรกษาอตราสวนของแรงดนขาออก (V) ตอความถ (f) หรอ V/f ใหคงทท าใหแรงบดสงสดคงทนนเองภาพท 2.16 แสดงเสนกราฟแรงบด-ความเรวเมอการเปลยนแปลงคาทงแรงดน และความถของมอเตอรเหนยวน า 3 เฟส 15 แรงมา 4 โพล 460 โวลต 60 เฮรตซจากภาพท 2.16 จะเหนวาทความถ 60 เฮรตซ แรงดน 460 โวลต มความเรวซงโครนส 1,800 รอบ/นาท มแรงบดเรมหมนท 80 นวตน-เมตร กระแสขณะเรมสตารท 120 แอมแปร เมอลดแรงดนและความถลงเหลอ 70 เปอรเซนต คอ 115 โวลต 15 เฮรตซ จะมกระแสขณะสตารท ลดลงเหลอ 80 แอมแปร และเกดแรงบดเรมหมน 160 นวตน-เมตร ดงนนการลดความถลงจะเพมแรงบดเรมหมน และลดกระแสขณะสตารทลง จงนบวาเปนขอดในการเปลยนความเรวดวยการควบคมความถ แตวาการทจะควบคมมอเตอรเหนยวน าใหมแรงบดสงสดคงท จะท าไดเฉพาะยานทอตราความเรวต ากวาก าหนด (Base Speed)เทานน แสดงในภาพท 2.16

0Speed

Tor

que

I

300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700

40

80

120

160

I

T T

115 V 15 Hz 460 V 60 Hz 690 V 90 Hz

T

Torque

Current

Cur

rent

ภาพท 2.16 แสดงแรงบด-ความเรว และกระแส-ความเรว ในยานความถต าๆ การรกษาระดบแรงดนตอความถ (V/f) ใหคงทจะไมเพยงพอทจะท าใหแรงบดสงสดมคาคงททงนเพราะคาความถต าๆ คาความตานทานของขดลวดสเตเตอรจะมคาสง ท าใหมแรงดนตกครอมสงเปนผลใหเกดมการสญเสยขนในขดลวดสเตเตอร ดงนนจะตองเพมแรงดนทแหลงจายใหกบสเตเตอรของมอเตอรเหนยวน าเพอชดเชยแรงดนทตกครอมความตานทานของสเตเตอร ท าใหการเปลยนแปลงแรงดนกบความถเปนไปตามเสนทบของกราฟภาพท 2.17 ก แทนการเปลยนแปลงตามเสนประซงเปนกราฟแรงดนตอความถ (V/f) มคาคงท

17

ก.

ข. ภาพท 2.17 แสดงลกษณะการเปลยนแปลงของแรงดน แรงบด กบความถ และแรงบดกบความเรว ก. ความสมพนธระหวางแรงดน แรงบด กบความถของมอเตอร ข. แสดงกราฟแรงบด-ความเรวของมอเตอรเหนยวน าเมอควบคมดวยวธ VVVF ในยานความถทสงกวาความถทก าหนดจะไมสามารถรกษาแรงบดใหคงทไดเนองจากจะท าใหมอเตอรเกดโอเวอรโหลด (overload) ซงจะท าใหมอเตอรเสยหายได ดงนนจงรกษาแรงดนใหคงทไดตามทก าหนดเอาไว (rated voltage) ซงจะท าใหแรงบดสงสดลดลงเนองจากการลดลงของสนามแมเหลกในชองวางอากาศ เมอเพมมความเรวเพมขน

Voltage CurveTorque Curve

Armature Current

(Rate)Vol

tage

(P.

U)

Frequency (P.U)1.0 2.50

1.0

Constant Torque(Rate)

Constant Power(Rate)

Stator Resistance Compensation

1.0

0 1.0 2.5

Speed (PU)

Tor

que

(PU

)

Constant Torque

Region

Constant Power

Region

บทท 3 การออกแบบโครงงาน

ในบทนจะเปนการออกแบบอปกรณตางๆ โดยจะแบงออกเปน 2 สวนใหญๆ สวนแรกจะเปนสวนของการแปลงแรงดนไฟฟากระแสสลบ 1 เฟส เปนไฟฟากระแสตรงโดย วงจร AC-DC บสตคอนเวอรเตอรซงจะมสวนประกอบอยางเชน การออกแบบวงจรบสตคอนเวอรเตอร การค านวณการพนตวเหนยวน าและการออกแบบวงจร PFC และในสวนท 2 จะเปนสวนของวงจรอนเวอรเตอร (DC-AC Converter) จะกลาวถงการออกแบบและสรางวงจร

3.1 การออกแบบและค านวณวงจร AC-DC บสตคอนเวอรเตอร ในสวนของบสตคอนเวอรเตอรนจะกลาวถงการแปลงแรงดนAC 220 V เปนแรงดน DC 600 V ดวยวงจรบสตคอนเวอรเตอรโดยจะมวงจร PFC เปนองคประกอบโดยใช IC เบอร MC33262 เปนตวขบ IGBT รวมทงการออกแบบการพนตวเหนยวน า การเลอกขนาดของไดโอด และขนาดของ IGBT ในวงจรน

ภาพท 3.1 วงจร PFC บสตคอนเวอรเตอรโดยใช MC 33262

19

3.1.1 การออกแบบการพนตวเหนยวน าของบสตคอนเวอรเตอร จากขอบเขตตองการแรงดนเอาทพท dc600V ทความถ 50 Hz จากแรงดนไฟฟากระแสตรง dc310V โดยใชวงจรบสตคอนเวอรเตอร จากสมการท 2.1

2

min

D 1-D RL =

2f

20.5 1-0.5 240

= 2 10k

0.5 0.25 240 =

2 10k

= 6 0.25 m

= 1.5mH 3.1.2 การเลอกใชไดโอด ในการเลอกใชไดโอดซงทางกลมไดออกแบบขนาดไวท แรงดนไบแอสกลบสงสดท800V และการทนกระแสท 10A แตเนองจากไดโอดขนาดทตองการไมมจงตองก าหนดตวใหมเปน MUR 10120E เปนไดโอดชนดฟนตวเรว ( Fast - Recovery) ซงมคณสมบตทนกระแสไดถง 10A ทนแรงดนไบแอสกลบสงสด 1200V และระยะเวลาในการฟนฟ 175 ns ซงตรงตามความตองการ 3.1.3 การเลอกใช IGBT ในการเลอกใช IGBT ทางกลมไดออกแบบไวทแรงดน 800 V ทนกระแสสงสดท 10 A แตขนาดทตองการไมมจงไดเปลยนเปนเบอร IRG4PH40VD ซงสามารถทนแรงดนไดถง 1200

dcV และสามารถทนกระแสไดถง 47 A และมความเรวในการสวตชชงสง 3.1.4 การเลอกใช MC33262 1. เอาตพตของบรดจไดโอดซงเปนรปคลนไซนทไดมาจากการเรยงกระแส จะตองถกกรองดวย inC คาต าๆ กอนทปอนเขาไอซตวควบคม PFC เพอท าหนาทก าหนดกระแสใหเกดเปนรปคลนไซนทสมบรณ 2. วงจรขยายความแตกตางในตวควบคม PFC จะมหนาทในการก าหนดคาความผด พลาดทไดจากการตรวจจบระดบแรงดนเอาตพตคาจรงกบคาทตองการ โดยแถบกวาง (Bandwidth) ตองมคาต าๆ

20

3. แลตช PWM (Pulse Width Modulation) ในตวควบคม PFC มหนาทในการควบคมกระแสของอปกรณการสวตช โดยถาหากกระแสตวเหนยวน ามคามากกวาคาทไดก าหนดไว แลตช จะรเซต (Reset) เพอท าใหอปกรณการสวตชหยดน า และแลตชจะเซต (Set) เมอกระแสตวเหนยวน ามคาเทากบศนย เพอก าหนดใหอปกรณการสวตชน ากระแสใหมอก

ภาพท 3.2 แสดงการใชงานแตละขาของไอซเบอร MC33262

3.2 การออกแบบวงจรอนเวอรเตอร ในสวนของอนเวอรเตอรนจะกลาวการแปลงแรงดน DC เปน AC ดวยวงจรอนเวอรเตอร 3 เฟส โดยใช IC เบอร MC3PHAC ในการสรางสญญาณ PWM เพอไปไดรฟ IGBT

ภาพท 3.3 วงจรสรางสญญาณควบคมของ MC3PHAC

21

สญญาณพดบเบลยเอมทน ามาใชในโครงงานนมลกษณะเปนสญญาณพลส (Pulse) ทมความถคงทสามารถปรบคาดวตไซเคลได การสรางสญญาณพดบเบลยเอมเกดจากการน าระดบสญญาณแรงดนไฟฟากระแสตรง (UIN) ซงเปนสญญาณอนพท มาเปรยบเทยบกบสญญาณรปฟนเลอยสญญาณเอาทพททไดหลงจากการเปรยบเทยบกนระหวาง 2 สญญาณ จะเปนสญญาณพลสทมดวตไซเคล แปรผนตามระดบของสญญาณอนพท (UIN) การท างานของ MC3PHAC จะสรางสญญาณ PWM จ านวน 6 สญญาณทจะปรบขนาดของแรงดนตามการปรบความถเพอสรางสญญาณ 3 เฟส โดยการบวกเพมฮารมอนกสท 3 เขาไปดวยท าใหแรงดนขาออกของสญญาณ 3 เฟส มขนาดเทากบแรงดนสงสดของแรงดนขาเขา สญญาณ PWM ทง 6 สญญาณจะถกน าไปขบ IGBT จ านวน 6 ตว เพอปองกนการท างานในเฟสเดยวกน(Shoot Through) ในชวงเวลาท IGBT ในเฟสเดยวกนหยดท างานทงสองตวเราเรยกวา Dead Time ตารางท 3.1 แสดงความถ PWM

3.3 โครงสรางของ IGBT Driver IGBT Driver เปนสวนทขยายสญญาณเพอทจะไปควบคมการ ON-OFF ของ IGBTประกอบดวย 2 สวน คอ Opto Isolator กบสวนทเปน current boost Opto Isolator มหนาทแยกไฟแรงสงกบแรงต าโดยใชแสงเปนตวกลางในการเชอมระบบโดยใชแสงทไดไปขบในสวนของ current boost เพอขยายกระแสนนใหมากขน ในสวนของ Driver นนจะใช IC TLP250 เปน IGBT Driver ซงสามารถพจารณาการท า งานของ TLP250 ไดจากวงจรดงภาพท 3.4

22

ภาพท 3.4 แสดงวงจรการตอใชงาน

ภาพท 3.5 แสดงสญลกษณการใชงาน

23

V

2Q

5Q

2D

5D

U

1Q

4Q

1D

4D

W

3Q

6Q

3D

6D

+

-

TLP

250

TLP

250

TLP

250

TLP

250

TLP

250

TLP

250

3.3.1 ภาคขบ IGBT ใช IC Opto Coupler เบอร TLP250 ซงมคณสมบตดงตอไปน - กระแสอนพตเพอขบวงจร 15 mA - กนกระแส 11 mA - แรงดนใชงาน 13-15 DC V - กระแสดานขาออกเพอขบเกต 1.5 A - ความถสวตชสงสด 600 KHz

3.4 การออกแบบวงจรขบสวตช IGBT วงจรขบเกต (Gate Drive) เปนวงจรสวนทส าคญทสด ท าหนาทเชอมโยงสญญาณพลสแบบมอดเลตความกวางพลสจากวงจรรวมก าเนดจากสญญาณตางๆ กบสวตซอเลกทรอนกสก าลง เชน ไอจบท เปนตนโดยทวไปวงจรขบเกตจะท าหนาทแยก (Isolated) ความเชอมโยงทางไฟฟาระหวางระหวางสญญาณพลสควบคมกบสวตซอเลกทรอนกสก าลงในวงจรก าลงและท าหนาทตดสญญาณควบคมสวตซอเลกทรอนกสก าลงในกรณทวงจรภาคก าลงอยในสภาวะกระแสโหลดเกนหรอแรงดนสงกวาพกด เปนตน ลกษณะของวงจรขบเกตวงจรก าเนดสญญาณมอดเลตความกวางพลสและสวตซอเลกทรอนกสก าลง

ภาพท 3.6 วงจรขบสวตช IGBT

บทท 4 การทดลองและผลการทดลอง

จากขนตอนและการด าเนนงานตางๆทผานมาในบททแลว เมอน ามาประกอบแตละสวนเขาดวยกนเรยบรอยแลวจะไดชดควบคมความเรวมอเตอรเหนยวน า 3 เฟสโดยใช MC3PHAC

4.1 การวดสญญาณ PWM วธการวดสญญาณนจะใชออสซลโลสโคป วดสญญาณ PWM และน าสญญาณทไดไปไดรฟ IGBT โดยสญญาณดงกลาวนจะวดจาก MC3PHAC ของอนเวอรเตอรซงผลการวดจะแสดงดงภาพดานลาง

V

2Q

5Q

2D

5D

U

1Q

4Q

1D

4D

W

3Q

6Q

3D

6D

+

-

MCU

PWM 1

PWM 4

PWM 2

PWM 5

PWM 3

PWM 6

TLP

250

TLP

250

TLP

250

TLP

250

TLP

250

TLP

250

ภาพท 4.1 แสดงวงจรควบคมสญญาณ PWM 1Q กบ 4Q จากภาพท 4.1 จะท าการวดสญญาณของชดควบคมโดยท าการวดระหวางสญญาณขบ 1Q เปรยบเทยบกบสญญาณขบ 4Q ของไอซ MC3PHAC โดยรปคลนของสญญาณทท าการวดจะแสดงดงภาพท 4.2

25

ภาพท 4.2 สญญาณ PWM ทขาสญญาณควบคมเฟส U ในภาพท 4.2 นการวดสญญาณ PWM ในขาของสญญาณควบคมเฟส U ทขาสญญาณควบคม 1Q กบ 4Q เพอเปรยบเทยบการท างานในเฟสเดยวกนจะเหนไดวาการท างานในขานมลกษณะการ ON,OFF ไมพรอมกน

V

2Q

5Q

2D

5D

U

1Q

4Q

1D

4D

W

3Q

6Q

3D

6D

+

-

MCU

PWM 1

PWM 4

PWM 2

PWM 5

PWM 3

PWM 6

TLP

250

TLP

250

TLP

250

TLP

250

TLP

250

TLP

250

ภาพท 4.3 แสดงวงจรควบคมสญญาณ PWM 1Q กบ 2Q จากภาพท 4.3 จะท าการวดสญญาณของชดควบคมโดยท าการวดระหวางสญญาณขบ 1Q เปรยบเทยบกบสญญาณขบ 2Q ของไอซ MC3PHAC โดยรปคลนของสญญาณทท าการวดจะแสดงดงภาพท 4.4

26

ภาพท 4.4 สญญาณ PWM ทขาสญญาณควบคมของเฟส U กบเฟส V จากภาพท 4.4 แสดงใหเหนถงลกษณะของสญญาณพลสวดททแสดงออกมาจะเหมอน กนแตจะมการเลอนเฟสท 120 องศา เมอเปรยบเทยบสญญาณควบคมระหวางสญญาณขบ 1Q กบ

2Q

V

2Q

5Q

2D

5D

U

1Q

4Q

1D

4D

W

3Q

6Q

3D

6D

+

-

MCU

PWM 1

PWM 4

PWM 2

PWM 5

PWM 3

PWM 6

TLP

250

TLP

250

TLP

250

TLP

250

TLP

250

TLP

250

ภาพท 4.5 แสดงวงจรควบคมสญญาณ PWM 1Q กบ 3Q จากภาพท 4.5 จะท าการวดสญญาณของชดควบคมโดยท าการวดระหวางสญญาณขบ

1Q เปรยบเทยบกบสญญาณขบ 3Q ของไอซ MC3PHAC โดยรปคลนของสญญาณทท าการวดจะแสดงดงภาพท 4.6

27

ภาพท 4.6 สญญาณ PWM ทขาสญญาณควบคมของเฟส U กบเฟส W จากภาพท 4.6 แสดงใหเหนถงลษณะของสญญาณ PWM ทแสดงออกมาจะเหนวาเหมอน กนกบภาพท 4.4 แตจะมการเลอนเฟสท 240 องศา เมอเปรยบเทยบสญญาณควบคมระหวางสญญาณ ขบ 1Q กบ 3Q

V

2Q

5Q

2D

5D

U

1Q

4Q

1D

4D

W

3Q

6Q

3D

6D

+

-

MCU

PWM 1

PWM 4

PWM 2

PWM 5

PWM 3

PWM 6

TLP

250

TLP

250

TLP

250

TLP

250

TLP

250

TLP

250

ภาพท 4.7 แสดงวงจรควบคมสญญาณ PWM 2Q กบ 3Q จากภาพท 4.7 แสดงการวดสญญาณของชดควบคมโดยท าการวดระหวางสญญาณขบ

2Q เปรยบเทยบกบสญญาณขบ 3Q ของไอซ MC3PHAC โดยรปคลนของสญญาณทท าการวดจะแสดงดงภาพท 4.8

28

ภาพท 4.8 สญญาณพลสวดททขา W กบ V จากภาพท 4.8 นเปนการวดสญญาณ PWM ทขาสญญาณควบคม 2Q กบ 3Q เพอเปรยบเทยบสญญาณทออกมา ซงจะมการเลอนเฟส 120 องศา เหมอนสญญาณเปรยบเทยบสญญาณควบคมระหวางสญญาณขบ 1Q กบ 2Q ในภาพท 4.4

ภาพท 4.9 วดสญญาณเฟส PWM ดาน Output ของชด Drive ทขา U-W กบ V-W

29

จากภาพท 4.9 แสดงการวดสญญาณทขา U-WกบV-W โดยท าการวดสญญาณแบบเฟสกบเฟส ซงมการท างานตอเนองดงภาพ จะเหนวามการเลอนเฟสตามทฤษฎระหวางขา U-W กบ V-W จะเลอนท 120 องศา

4.2 ผลการทดสอบวดแรงดนไฟฟากบความถ ในการทดสอบจายโหลดเพอหาความสมพนธ ระหวางแรงดนไฟฟากบความถ จะมการทดสอบทง โหลดทเปนความตานทานและโหลดทเปนมอเตอรเหนยวน า โดยผลการทดลองมทงสญญาณแรงดนไฟฟา และตารางคาแรงดนไฟฟากบความถ พรอมทงไดจดท ากราฟเพอแสดงความสมพนธ 4.2.1 ผลการวดของโหลดความตานทาน ในการทดลองตอโหลดความตานทาน ไดตอโหลดแบบสตารใหกบอนเวอรเตอร โดยใชความตานทานขนาด 200 โอม จ านวน 3 ตว โดยมวงจรตอดงภาพท 4.10

V

2Q

5Q

2D

5D

U

1Q

4Q

1D

4DW

3Q

6Q

3D

6D

+

-

TLP

250

TLP

250

TLP

250

TLP

250

TLP

250

TLP

250

ภาพท 4.10 แสดงวงจรอนเวอรเตอร ทตอโหลดความตานทาน จากวงจรอนเวอรเตอรทตอความตานทานตามภาพท 4.10 รปสญญาณแรงดนท U-W เทยบกบแรงดน V-W จะเปนไปตามภาพท 4.11

30

ภาพท 4.11 สญญาณ PWM ทขา U-W กบ V-W ทโหลดความตานทาน จากภาพท 4.11 จะเหนไดวาเปนสญญาณ PWM ทเปนไปตามทฤษฎ และมมมตางมมตางเฟส 120 องศา เมอท าการทดสอบปรบการควบคม V/f ผลทไดเปนไปตามตารางท 4.1 ตารางท 4.1 แสดงคาระหวางแรงดนตอความถของโหลดความตานทาน

จากตารางท 4.1 เปนผลการวดคาแรงดนไฟฟา เฟสกบเฟส เทยบกบความถของสญญาณแรงดนไฟฟาทออกจากอนเวอรเตอร เมอน าคาแรงดนไฟฟาหารดวยคาความถ จะเหนไดวามคาใกลเคยงกน ซงเปนไปตามทฤษฎ และเมอน าคาในตารางไปสรางกราฟจะเปนไปตามภาพท 4.12

V 3 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 120 126 f Hz 1 1.73 4.16 7.14 10 12.1 14.7 17.85 20.83 22.79 25 27.77 28.57

V/f 3 5.78 4.80 4.2 4 4.13 4.08 3.92 3.84 3.94 4 4.43 4.41

31

ภาพท 4.12 แสดงความสมพนธระหวางความถกบแรงดนทจายใหโหลดความตานทานท ตอแบบสตาร ขนาด 200 โอหม จากภาพท 4.12 จะเหนไดวาอตราสวนของแรงดนทจายใหกบมอเตอรจะมคาคงทและจากกราฟจะเหนไดอตราสวน V/f เปนไปตามทฤษฎ ซงมลกษณะเปนเสนตรง 4.2.2 ผลการวดของโหลดมอเตอรเหนยวน า ในการทดสอบตอโหลดมอเตอรเหนยวน าไดตอโหลดแบบเดลตาใหกบอนเวอรเตอร โดยใชมอเตอรเหนยวน าขนาดสามเฟส โดยมวงจรตอดงภาพท 4.13

V

2Q

5Q

2D

5D

U1Q

4Q

1D

4D W

3Q

6Q

3D

6D

+

-

TLP

250

TLP

250

TLP

250

TLP

250

TLP

250

TLP

250

Induction

Motor

3 Phase

ภาพท 4.13 แสดงวงจรอนเวอรเตอรทตอโหลดมอเตอรเหนยวน า จากวงจรอนเวอรเตอรทตอมอเตอรเหนยวน า ตามภาพท 4.13 รปสญญาณแรงดนท U-W เทยบกบแรงดน V-W จะเปนไปตามภาพท 4.14

32

ภาพท 4.14 สญญาณ PWM ทขา U-W กบ V-W ทโหลดมอเตอร 3 เฟส จากภาพท 4.14 จะเหนไดวาเปนสญญาณ PWM ทเปนไปตามทฤษฎ และมมมตางเฟส 120 องศา เมอท าการทดสอบปรบการควบคม V/f ผลทไดเปนไปตามตารางท 4.2 ตารางท 4.2 แสดงคาระหวางแรงดนตอความถของโหลดมอเตอรเหนยวน า

V 5 50 70 90 110 120 130 140 160 170 f Hz 1.23 5.48 9.09 11.9 17.85 22.72 43.57 50 52.65 55.55

V/f 4.06 9.12 7.70 7.56 6.16 5.28 2.98 2.8 3.03 3.06 จากตารางท 4.2 เปนผลการวดคาแรงดนไฟฟา เฟสกบเฟส เทยบกบความถของสญญาณแรงดนไฟฟาทออกจากอนเวอรเตอร เมอน าคาแรงดนไฟฟาหารดวยความถจะเหนไดวามความเปนเสนตรงนอยกวาโหลดความตานทานแตยงมคาทยอมรบได และเมอน าคาในตารางไปสรางกราฟจะเปนไปตามภาพท 4.15

33

ภาพท 4.15 แสดงความสมพนธระหวางความถกบแรงดนทจายใหมอเตอรอนดกชน 3 เฟส จากภาพท 4.15 จะเหนไดวาอตราสวนของแรงดนทจายใหกบมอเตอรและความถทปอนใหนนมอเตอรมคาไมคงทในยานความถต า และจากกราฟจะสงเกตไดวาในชวงความถต า จะเปนชวงทมการบสตทอรกสงท าใหแรงดนไฟฟาวดไดมคาสงชวขณะ หลงจากทผานชวงบสตทอรกไปแลวคาแรงดนจะคนสภาวะปกต สวนใหญในยานความถสงอตราสวนของแรงดนทจายใหมอเตอรและความถทปอนใหมอเตอรจะเปนเชงเสนมากขน

1.23, 5

5.48, 50

9.09, 70

11.9, 90

17.85, 110 22.72, 120

43.57, 130 50, 140

52, 160 55.55, 170

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

0 10 20 30 40 50 60 f(Hz)

V/f

V/f

V

บทท 5 สรปและเสนอแนะ

ในโครงงานนเปนการสรางชดอนเวอรเตอรสามเฟส ส าหรบขบเคลอนมอเตอรเหนยวน า สามเฟสในพนทชนบททใชระบบเฟสเดยว โดยการออกแบบระบบอนเวอรเตอรดวย วธการแบบแรงดนตอความถ เพอน ามาควบคมความเรว ในโครงงานเลมนไดน าเสนอ การศกษามาประยกตใช IC เบอร MC3PHAC ใชสรางสญญาณ PWM ซงภายในตวไมโครคอนโทรลเลอรน จะมโมดลค าสงประมวลผลสญญาณดจตอล และโมดลค าสงสรางสญญาณ PWM ทสามารถควบคมมอเตอร สวนชดวงจรอนเวอรเตอรใชโมดลของ IPM ของมตซบช เบอร TM52A เปนตวขบเคลอนมอเตอร ผลของสญญาณควบคมทไดเปนไปตามทฤษฎ และเมอท าการทดสอบสวนของการจายก าลงดวยโหลดสองชนด ชนดแรกใชกบโหลดความตานทาน จะไดความสมพนธแรงดนตอความถ มคาคอนขางมความเปนเชงเสนซงจะเปนไปตามทฤษฎ และชนดทสองในสวนของโหลดมอเตอรเหนยวน านน จะมความเปนเชงเสนนอยกวาโหลดความตานทานแตยงมคาทยอมรบได

35

เอกสารอางอง [1] ทกษน ฤทธ , วศรต ภมภกด พ.ศ. 2551“Speed Control 3 – Phase Induction motors By

Microcontroller” “นกศกษาสถาบนเทคโนโลยพระจอมเกลาพระนครเหนอ” [2] ศโรตน เหรยญทอง, เอกราช สงขทอง, กนก บญจตร, ผชวยศาสตราจารย ดร.นมต บญภรมย,

อาจารยทปรกษาโครงงาน, มหาวทยาลยศรปทม. ภาควชาวศวกรรมไฟฟา พ.ศ. 2549 “ [3] กฤษดา วศวธรานนท พ.ศ 2539 “Inverter หลกการท างานและเทคนคการใชงาน”การแปลง

ไฟฟากระแสตรงเปนไฟฟากระแสสลบนยมเรยกกนวาอนเวอรเตอร (Inverters) “จฬาลงกรณมหาวทยาลย”

ภาคผนวก