NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ BỘ KHỞI ĐỘNG MỀM CHO ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA

Những thành tựu của khoa học và kỹ thuật đã có nhiều ứng dụng rất lớn trong cuộc sống cũng như trong công nghiệp hiện nay. Đã đem đến cho chúng ta vô số những thành quả to lớn như ứng dụng điều khiển các thiết bị điện, động cơ điện như quạt và động cơ bơm…..

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ BỘ KHỞI ĐỘNG MỀM

CHO ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA

Sinh viên thực hiện Cán bộ hướng dẫn:

Nguyễn Phi Cường (1063853) Nguyễn Văn KhanhTrần Quốc Việt (1063935)

CẦN THƠ 8/5/2010

Động cơ không đồng bộ ba pha được dùng rộng rãi trong công nghiệp, vì chúng có cấu trúc đơn giản, làm việc với độ tin cậy, nhưng có nhược điểm là dòng điện khởi động lớn, gây ra sụt áp trong lưới điện.Vì vậy đề tài của chúng

em là phải nghiên cứu và thiết kế bộ khởi động mềm để điều khiển sao cho có thể

làm hạn chế dòng điện khởi động , đồng thời điều chỉnh tăng mô men mở máy

một cách hợp lý, cho nên các chi tiết của động cơ chịu độ dồn nén về cơ khí ít hơn, tăng tuổi thọ làm việc an toàn cho động cơ Ngoài việc tránh dòng đỉnh trong khi khởi động động cơ, còn làm cho điện áp nguồn ổn định hơn không gây ảnh hưởng xấu đến các thiết bị khác trong lưới điện

1.2 TẦM QUAN TRỌNG CỦA VẤN ĐỀ

Ứng dụng của bộ khởi động mềm có ý nghĩa rất lớn và rất quan trọng trongcông nghiệp vì nó tiết kiệm điện năng rất lớn, tăng tuổi thọ làm việc của động cơ hoạt động và không ảnh hưởng đến các thiết bị khác trong lưới điện khi động cơ vận hành.Ứng dụng này rất có giá trị để điều khiển điện áp đặt vào động cơ sẽ giảm dòng khởi động xuống còn 1.5 đến 3 lần dòng định mức, phụ thuộc vào chế độ tải vì khi động cơ được đóng trực tiếp vào lưới điện dòng khởi động của động cơ không đồng bộ sẽ rất lớn từ 5 đến 7 lần đồng định mức.Điều này gây ảnh hưởng rất lớn đến các thiết bị dùng điện khác nhất là khi công suất lưới bị giới hạn hay ở cuối đường dây có sụt áp lớn.Có thể tăng dần điện áp theo một chương trình thích hợp để điện áp tăng tuyến tính từ một giá trị xác định đến điện

áp định mức

Trang 2

1.3 GIỚI HẠN VẤN ĐỀ

Đề tài “ NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT BỘ KHỞI ĐỘNG MỀM CHO ĐỘNG

CƠ KHÔNG 3 PHA” có thể giải quyết được vấn đề giảm dòng khởi cho động

cơ khi khởi động và điều khiển điện áp ở đầu cực động cơ nhưng vẫn hạn chế làchưa thể nghiên cứu sâu hơn nữa những tính năng thực của bộ khởi động mềm

được bán trên thị trường hiện nay như: bảo vệ quá nhiệt cho động cơ, tích hợp

hình thức giao tiếp mạng kiểu Modbus, điều khiển kết hợp với contactor nối tắtkhi điều khiển xong tránh tổn hao nhiệt, có các ngõ vào ra đa chức năng

Do thời gian thực hiện đề tài này chỉ trong 6 tuần,với kiến thức cũng còn hạnchế nên cũng gặp nhiều khó khăn trong quá trình thực hiện.Nhưng chúng em đã

cố gắn để hoàn thành tốt đề tài này

Nhóm đã thực hiện nghiên cứu đề tài với những đặc điểm chính sau đây:

 Thiết kế mạch điều khiển trong bộ khởi động mềm

 Lập trình bằng vi điều khiển AT89S52

 Thiết kế mạch động lực

1.4 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

Đề tài chúng em tìm hiểu về động cơ không đồng bộ 3 pha và nghiên cứu

và thiết kế bộ khởi động mềm Mục đích thực hiện của đề tài là nghiên cứu nguyên lý và thiết kế mạch điện tử cũng như tìm hiểu về tập lệnh của vi điều khiển để lập trình điều khiển động cơ

Trong quá trình thực hiện đề tài này cũng có nhiều sai sót hy vọng quý thầy thông cảm và bỏ qua,chúng em xin chân thành cảm ơn quý thầy

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA

2.1.1 Đại cương về động cơ không đồng bộ

Động cơ không đồng bộ ba pha do kết cấu đơn giản, làm việc chắc chắn,

sử dụng và bảo quản thuận tiện, giá thành rẽ nên được sử dụng rộng rãi trong nềnkinh tế quốc dân, nhất là loại công suất dưới 100 kW

Động cơ điện không đồng bộ rôto lồng sóc cấu tạo đơn giản nhất nhất làloại rôto lồng sóc đúc nhôm) nên chiếm một số lượng khá lớn trong loại động cơcông suất nhỏ và trung bình Nhược điểm của động cơ này là điều chỉnh tốc độkhó khăn và dòng điện khởi động lớn thường bằng 6-7 lần dòng điện định mức

Để bổ khuyết cho nhược điểm này, người ta chế tạo đông cơ không đồng bộ rôtolồng sóc nhiều tốc độ và dùng rôto rãnh sâu, lồng sóc kép để hạ dòng điện khởiđộng, đồng thời tăng mômen khởi động lên

Động cơ điện không đồng bộ rôto dây quấn có thể điều chỉnh tốc được tốc

độ trong một chừng mực nhất định, có thể tạo một mômen khởi động lớn màdòng khởi động không lớn lắm, nhưng chế tạo có khó hơn so với với loại rôtolồng sóc, do đó giá thành cao hơn, bảo quản cũng khó hơn

Trang 4

Động cơ điện không đồng bộ được sản xuất theo kiểu bảo vệ IP23 và kiểukín IP44 Những động cơ điện theo cấp bảo vệ IP23 dùng quạt gió hướng tâm đặt

ở hai đầu rôto động cơ điện Trong các động cơ rôto lồng sóc đúc nhôm thì cánhquạt nhôm được đúc trực tiếp lên vành ngắn mạch Loại động cơ điện theo cấpbảo vệ IP44 thường nhờ vào cánh quạt đặt ở ngoài vỏ máy để thổi gió ở mặtngoài vỏ máy, do đó tản nhiệt có kém hơn do với loại IP23 nhưng bảo dưỡngmáy dễ dàng hơn

Hiện nay các nước đã sản xuất động cơ điện không đồng bộ theo dãy tiêuchuẩn Dãy động cơ không đồng bộ công suất từ 0,55-90 KW ký hiệu là K theotiêu chuẩn Việt Nam 1987-1994 được ghi trong bảng 10-1 (Trang 228 TKMĐ).Theo tiêu chuẩn này, các động cơ điện không đồng bộ trong dãy điều chế tạotheo kiểu IP44

Ngoài tiêu chuẩn trên còn có tiêu chuẩn TCVN 315-85, quy định dãy côngsuất động cơ điện không đồng bộ rôto lồng sóc từ 110 kW-1000 kW, gồm

có công suất sau: 110,160, 200, 250, 320, 400, 500, 630, 800 và 1000 kW

Ký hiệu của một động cơ điện không đồng bộ rôto lồng sóc được ghi theo

ký hiệu về tên gọi của dãy động cơ điện, ký hiệu về chiều cao tâm trục quay, kýhiệu về kích thước lắp đặt dọ trục và ký hiệu về số trục

2.1.2 Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ

Động cơ không đồng bộ ba pha có hai phần chính: stato (phần tĩnh) vàrôto (phần quay) Stato gồm có lõi thép trên đó có chứa dây quấn ba pha

Khi đấu dây quấn ba pha vào lưới điện ba pha, trong dây quấn sẽ có cácdòng điện chạy, hệ thống dòng điện này tao ra từ trường quay, quay với tốc độ:

Phần quay, nằm trên trục quay bao gồm lõi thép rôto Dây quấn rôto baogồm một số thanh dẫn đặt trong các rãnh của mạch từ, hai đầu được nối bằng haivành ngắn mạch

2 n n2 n1

1 n s1

N1

dt F

dt F

Từ trường quay của stato cảm ứng trong dây rôto sức điện động E, vì dâyquấn stato kín mạch nên trong đó có dòng điện chaỵ Sự tác dụng tương hổ giữacác thanh dẫn mang dòng điện với từ trường của máy tạo ra các lực điện từ Fđt tácdụng lên thanh dẫn có chiều xác định theo quy tắc bàn tay trái

Tập hợp các lực tác dụng lên thanh dẫn theo phương tiếp tuyến với bề mătrôto tạo ra mômen quay rôto Như vậy, ta thấy điện năng lấy từ lưới điện đã đượcbiến thành cơ năng trên trục động cơ Nói cách khác, động cơ không đồng bộ làmột thiết bị điện từ, có khả năng biến điện năng lấy từ lưới điện thành cơ năngđưa ra trên trục của nó Chiều quay của rôto là chiều quay của từ trường, vì vậyphụ thuộc vào thứ tự pha của điện áp lưới đăt trên dây quấn stato Tốc độ củarôto n2 là tốc độ làm việc và luôn luôn nhỏ hơn tốc độ từ trường và chỉ trongtrường hợp đó mới xảy ra cảm ứng sức điện động trong dây quấn rôto Hiệu sốtốc độ quay của từ trường và rôto được đặc trưng bằng một đại lượng gọi là hệ sốtrượt s:

1

2 1

n

n n

s 

Trang 6

Khi s=0 nghĩa là n1=n2, tốc độ rôto bằng tốc độ từ trường, chế độ này gọi

là chế độ không tải lý tưởng (không có bất cứ sức cản nào lên trục) Ở chế độkhông tải thực, s0 vì có một ít sức cản gió, ma sát do ổ bi …

Khi hệ số trượt bằng s=1, lúc đó rôto đứng yên (n2=0), momen trên trụcbằng momen mở máy

Hệ số trượt ứng với tải định mức gọi là hệ số trựơt định mức Tương ứngvới hệ số trượt này gọi tốc độ động cơ gọi là tốc độ định mức

Tốc độ động cơ không đồng bộ bằng:

) 1 (

Tần số dòng điện trong rôto rất nhỏ, nó phụ thuộc vào tốc độ trựơt củarôto so với từ trường:

1 1

2 1 1 2

1

*60

)(

*

*60

n

n n n p n n p

Động cơ không đồng bộ có thể làm việc ở chế độ máy phát điện nếu tadùng một động cơ khác quay nó với tốc độ cao hơn tốc độ đồng bộ, trong khi cácđầu ra của nó được nối với lưới địện Nó cũng có thể làm việc độc lập nếu trênđầu ra của nó được kích bằng các tụ điện

Động cơ không đồng bộ có thể cấu tạo thành động cơ một pha Động cơmột pha không thể tự mở máy được, vì vậy để khởi động động cơ một pha cần

có các phần tử khởi động như tụ điện, điện trở …

Khi nam châm điện quay ( tốc độ n1 vòng/ phút ) làm đường sức từ quay cắt qua các cạnh của khung dây cảm ứng gây nên sức điện động E trên khung dây Sức điện động E sinh ra dòng điện I chạy trong khung dây Vì dòng điện I nằm trong từ trường nên khi từ trường quay làm tác động lên khung dây một lực điện

từ F Lực điện từ này làm khung dây chuyển động với tốc độ n vòng/ phút

Dây quấn stator được đặt vào các rãnh của lõi sắt và được cách điện tốt với lõi sắt.

b)Phần quay (roto)

Rotor có 2 loại chính : rotor kiểu dây quấn và rotor kiểu lòng sóc

Rôto có dây quấn giống như dây quấn của stator Dây quấn 3 pha của rôto thường đấu hình sao còn ba đầu kia được nối vào vành trượt thường làm bằng đồng đặt cố định ở một đầu trục và thông qua chổi than có thể đấu với mạch điện bên ngoài Đặc điểm là có thể thông qua chổi

than đưa điện trở phụ hay suất điện động phụ vào mạch điện rôto để cải thiện tínhnăng mở máy, điều chỉnh tốc độ hoặc cải thiện hệ số công suất của máy Khi máylàm việc bình thường dây quấn rotor được nối ngắn mạch Nhược điểm so với động cơ rotor lòng sóc là giá thành cao, khó sử dụng ở môi trường khắc nghiệt,

dễ cháy nổ

Trang 8

 Rotor lồng sóc :

Kết cấu loại dây quấn này rất khác với dây quấn stator Trong mỗi rãnh của lõi sắt rotor đặt vào thanh dẫn bằng đồng hay nhôm dài ra khỏi lõi sắt và được nối tắt lại ở hai đầu bằng hai vành ngắn mạch bằng đồng hay nhôm làm thành một cái lồng mà người ta quen gọi là lồng sóc

c ) Khe hở không khí

Vì rotor là một khối tròn nên khe hở đều Khe hở trong máy điện không đồng bộ rất nhỏ để hạn chế dòng điện từ hóa lấy từ lưới và như vậy mới có thể làm cho hệ số công suất của máy cao hơn

2.1.4 Ứng dụng :

Động cơ không đồng bộ là loại máy điện xoay chiều chủ yếu dùng làm động

cơ điện Do kết cấu đơn giản, làm việc chắc chắn, hiệu suất cao, giá thành hạ nên động cơ không đồng bộ là loại máy được dùng rộng rãi Trong đời sống hàng ngày,động cơ không đong bộ ngày càng chiếm một vị trí quan trọng với nhiều ứng dụng trong cộng nghiệp, nông nghiệp và trong đời

sống hàng ngày

Ngày nay, các hệ thống truyền động điện được sử dụng rất rộng rãi trong các thiết bị hoặc dây chuyền sản xuất công nghiệp, trong giao thông vận tải, trong các thiết bị điện dân dụng,

Ước tính có khoảng 50% điện năng sản xuất ra được tiêu thụ bởi các hệ thống truyền động điện

Hệ truyền động điện có thể hoạt động với tốc độ không đổi hoặc với tốc độ thay đổi được Hiện nay khoảng 75 80% các hệ truyền động là loại hoạt động với tốc độ không đổi

Với các hệ thống này, tốc độ của động cơ hầu như không cần điều khiển trừ các quá trình khởi động và hãm Phần còn lại, là các hệ thống có thể điều chỉnh được tốc độ để phối hợp đặc tính động cơ và đặc tính tải theo yêu cầu Với sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật bán dẫn công suất lớn và kỹ thuật vi xử lý, các

hệ điều tốc sử dụng kỹ thuật điện tử ngày càng được sử dụng rộng rãi và là công

cụ không thể thiếu trong quá trình tự động hóa

Động cơ không đồng bộ có nhiều ưu điểm như: kết cấu đơn giản, làm việc chắc chắn, hiệu suất cao, giá thành hạ, có khả năng làm việc trong môi trường độc hại hoặc nơi có khả năng cháy nổ cao Vì những ưu điểm này nên động cơ không đồng bộ được ứng dụng rất rộng rãi trong các ngành kinh tế quốc dân với công suất từ vài chục đến hàng nghìn kW Trong công nghiệp, động cơ không đồng bộ thường được dùng làm nguồn động lực cho các máy cán thép loại vừa vànhỏ, cho các máy công cụ ở các nhà máy công nghiệp nhẹ Trong nông

nghiệp, được dùng làm máy bơm hay máy gia công nông sản phẩm Trong đời sống hằng ngày, động cơ không đồng bộ ngày càng chiếm một vị trí quan trọng với nhiều ứng dụng như: quạt gió, động cơ trong tủ lạnh, máy quay dĩa, Tóm lại, cùng với sự phát triển của nền sản xuất điện khí hóa và tự động hóa, phạm vi ứng dụng của động cơ không đồng bộ ngày càngrộng rãi

So với máy điện DC, việc điều khiển máy điện xoay chiều gặp rất nhiều khó khăn bởi vì các thông số của máy điện xoay chiều là các thông số biến đổi theo thời gian, cũng như bản chất phức tạp về mặt cấu trúc máy của động cơ điệnxoay chiều so với máy điện một chiều

Cho nên việc tách riêng điều khiển giữa moment và từ thông để có thể điềukhiển độc lập đòi hỏi một hệ thống có thể tính toán cực nhanh và chính xác trong việc qui đổi các giá trị xoay chiều về các biến đơn giản Vì vậy, cho đến gần đây, phần lớn động cơ xoay chiều làm việc với các ứng dụng có tốc độ không đổi

do các phương pháp điều khiển trước đây dùng cho máy điện thường đắt và có hiệu suất kém Động cơ không đồng bộ cũng không tránh khỏi nhược điểm này

Những khó khăn trong việc ứng dụng động cơ xoay chiều chính là làm thế

nào để có thể dễ dàng điều khiển được tốc độ của nó như việc điều khiển của động cơ DC Vì vậy, một ý tưởng về việc biến đổi một máy điện xoay chiều thành một máy điện một chiều trên phương diện điều khiển đã ra đời Đây chính

là điều khiển vector Điều khiển vector sẽ cho phép điều khiển từ thông và

moment hoàn toàn độc lập với nhau thông qua điều khiển giá trị tức thời của dòng (động cơ tiếp dòng) hoặc giá trị tức thời của áp (động cơ tiếp áp)

Điều khiển vector cho phép tạo ra những phản ứng nhanh và chính xác của

cả từ thông và moment trong cả quá trình quá độ cũng như quá trình xác lập của

Trang 10

máy điện xoay chiều giống như máy điện một chiều Cùng với sự phát triển của

kỹ thuật bán dẫn và những bộ vi xử lý có tốc độ nhanh và giá thành hạ, việc ứng dụng của điều khiển vector ngày càng được sử dụng rộng rãi trong nhiều hệ truyền động và đã trở thành một tiêu chuẩn công nghiệp.Với sự phát triển nhanh chóng, ngành công nghiệp tự động luôn đòi hỏi sự cải tiến thường xuyên của các loại hệ truyền động khác nhau Những yêu cầu cải tiến cốt yếu là tăng độ tin cậy, giảm khả năng tiêu thụ điện năng, giảm thiểu chi phí bảo dưỡng, tăng độ chính xác và tăng khả năng điều khiển phức tạp Vì vậy, những hệ truyền động với động cơ điện mộtchiều đang dần thay thế bởi những hệ truyền động động cơ xoay chiều sử dụng điều khiển vector Bởi vì, lý do chính để sử dụng rộng rãi động cơ điện một chiều trước kia là khả năng điều khiển độc lập từ thông và moment lực đã nêu cũng như cấu trúc hệ truyền động khá đơn giản Tuy nhiên, chi phí mua và bảo trì động cơ cao, đặc biệt khi số lượng máy điện phải dùng lớn Trong khi đó, các ứng dụng thực tế của lý thuyết điều khiển vector đã được thực hiện từ những năm 70 với các mạch điều khiển liên tục Nhưng các mạch liên tục không thể đáp ứng được sự đòi hỏi phải chuyển đổi tức thời của hệ quy chiếu quay do điều này đòi hỏi một khối lượng tính toán trong một thời gian ngắn

Sự phát triển của những mạch vi xử lý đã làm thay đổi việc ứng dụng của lýthuyết điều khiển vector Khả năng tối ưu trong điều khiển quá độ của điều khiểnvector là nền móng cho sự phát triển rộng rãi của các hệ truyền động xoay chiều (vì giá thành của động cơ xoay chiều rất rẻ hơn so với động cơ một chiều)

Ngoài những phát triển trong điều khiển vector, một sự phát triển đáng chú

ý khác chính là việc ứng dụng mạng neural (neural networks) và logic mờ (fuzzy logic) vào điều khiển vector đang là những đề tài nghiên cứu mới trong nghiên cứu hệ truyền động Hai kỹ thuật điều khiển mới này sẽ tạo nên những cải tiến vượt bực cho hệ truyền đồng của máy điện xoaychiều trong một tương lai gần

2.2 MẠCH CHỈNH LƯU CẦU

2.2.1 Sơ đồ mạch chỉnh lưu :

Sơ đồ chỉnh lưu cầu một pha

Cầu chỉnh lưu một pha gồm 2 thyristor (T) v 2 Diode (T) chia lm hai nhĩm :

góc  l góc mở của thyristor cho dòng chảy qua

2.2.2 Hoạt động của sơ đồ

Trường hợp tải l động cơ (có sức điện E)

-Ơ nửa chu kỳ dương điện áp nguồn xoay chiều u2 =Umsint.T1,T2 chỉ dẫn sauthời điểm  vì lý mới của u2 (t) > Ed

Để cho điện áp trn van l dương Uak= U2(t)-Ed >0 v mở van, ở điểm

- t = , phát xung vào cổng G van T1,T2 lm chng dẫn, từ đó làm xuấthiện dòng điện tải id Đến nửa chu kỳ sau, tại thời điểm  +  cho xung phátvoào cực khiển G của T3,T4 để mở chung, lc ny cĩ hai khả năng xảy ra :

a Khi dịng tải qua T1,T2 ở thời điểm  +  chưa trở về 0 ngay do tính điệmcảm của mạch dịng tải vẫn tồn tại v chuyển sang cho 2 : T3,T4 van vừa mở, ta cĩdịng điện lin tục với mọi thời điểm.

b Khi dịng tải qua T1,T2 đ giảm về 0 (cả hai đ khố lại) trước khi T3,T4 mở

Ta có dòng điện gián đoạn,vì có thời điểm dịng đin id =0.Cả 4 van đu không dẫnđiện.Ranh giới giữa hai chế đọ này goi l tới hạn, góc điều khiển tương ứng gọi lgóc điều khiển tới hạn

2.2.3 Trạng thái làm việc của mạch chỉnh lưu :

2.2.4 Gía trị trung bình của điện Áp chỉnh lưu:

Điện áp trung bình do nhóm anode:

U XdX U

E R

dòng trung bình chảy qua mỗi thyristor:

12

12

d dt

di X E U

2.2.5 CÁC TRẠNG THÁI DÒNG – ÁP CỦA MẠCH CHỈNH LƯU :

Mạch cầu một pha có khoảng dẫn dòng l :

a.Trạng thái dòng liên tục:

Phương trình cân bằng áp của mạch :

Giải phương trình vi phân trên được :

id= idxl + idtd

U m



 )sin(  (2.10)

Từ Z v ,biểu thức dòng được viết lại :

idxl =

R

E R

U m



 )sin(

cos   (2.11)

Khi  =0 = thì id =Ido:

idtd = L  g

R L

Rt

Ae Ae

U Ia

cot 0

sin2

12

Ia

U idd

b Trạng thái dòng gián đoạn:

Có những khỗng thời gian t dòng id =0.Nguyên nhân L trong hệ thống quá nhỏhoặc dòng phần ứng động cơ id =0.Năng lượng tích luỹ trên cuộn kháng L không

đủ dể duy trì tính liên tục của dòng id khi dòng id giảm qua trị số 0

Trang 16

Khi id giảm trước khi  mở :

Um = 2U2 l biên độ áp pha thứ cấp máy biến áp

Trị trung bình của dòng điện chỉnh lưu phần ứng

o o d i L

sin cos

P=2 l số xung trong một chu kỳ

Là ranh giới giữa vùng dòng điện gián đoạn và vùng liên tục.

p p p

2

L

U L

I m blt





2sin 

m Sin2 + cos2 =1

2 2

2 2

I m blt blt

Giả thiết T1v T2 đang dẫn.

Khi 1= cho xung mở T3.Do điện cảm cảm máy biến p Lba  0 nn dòng iT3không thể đột ngột tăng từ 0 đến Id v dịng T1,T2,T3.Hiện tượng này gọi l trongdẫn hay hiện tượng chuyển mạch.Tring dẫn xảy ra gy ngắn mạch đầu cực thứ cấpmáy biến áp

Từ sơ đồ thay thế khi chuyển mạch, viết được :

m U dt

2

p L

U d L

p

U

(2.23)

khi  =  thì dòng I2 =0, bắt đầu chuyển mạch

Khi  =  +  thì i2 = Id, quá trình chuyển mạch kết thúc

Id = sin [cos cos( )]

arcos cos (2.15)

 l góc trung dẫn (chuyển mạch)

e Điện áp rơi trong quá trình trung dẫn:

Điện áp rơi trên điện cảm (một pha) của mba

X = Lba l điện kháng trên pha xảy ra trung dẫn của mba

P= 2 L số xung /chu kỳ của cầu chỉnh lưu một pha

Về nguyên tắc (theo lý thuyết tính tốn) góc  có thể biến thin từ 0 đến  tức

Ud biến thiên từ +Udo đến -Udo, nhưng thực tế khi  > /2Ud < 0 thì không thựchiện được việc cấp dịng id cho phụ tải vì SCR chỉ cho dịng chảy theo một chiềuduy nhất từ Anode đến Cathod

Động cơ chuyển từ chế độ động cơ (Ud > 0, Ud > E) sang chế độ máy phát (Ud

<0,E >/ Ud/ ) phát năng lượng vào nguồn xoay chiều – chế độ này gọi l chế độnghịch lưu phụ thuộc

Trang 20

Điều kiện để thực hiện chế độ nghịch lưu phụ thuộc :

+ Đảo đầu nối dây động cơ (đảo chiều E ) hoặc đổi chiều từ thông

+ Trị tuyệt đồi của Ud trong nửa chu kỳ / Ud /<E

2.3 VI ĐIỀU KHIỂN AT89S52

2.3.1 PHẦN CỨNG CỦA AT89S52 :

MCS-52 là một họ IC vi điều khiển được sản xuất bởi hãng Intel Các ICtiêu biểu của họ này là 8031 và 8051 Các sản phẩm MCS-51 thích hợp chonhững ứng dụng điều khiển Việc xử lý trên byte và các phép toán số học ở cấutrúc dữ liệu nhỏ được thực hiện bằng nhiều chế độ truy xuất dữ liệu nhanh trênRAM nội Tập lệnh cung cấp một bảng tiện dụng những lệnh số học 8 bit gồm cảlệnh nhân và lệnh chia Nó cung cấp những hỗ trợ mở rộng on-chip dùng chonhững biến 1 bit như là kiểu dữ liệu riêng biệt cho phép quản lý và kiểm tra bittrực tiếp trong điều khiển và những hệ thống logic đòi hỏi sử dụng luận lý

8952 là một vi điều khiển 8 bit, chế tạo theo công nghệ CMOS chất lượngcao, công suất thấp với 4KB PEROM (flash programmable and erasable readonly memory) Thiết bị này được chế tạo bằng cách sử dụng kỹ thuật bộ nhớkhông bốc hơi mật độ cao của ATMEL và tương thích với chuẩn công nghiệpMCS-51TM về tập lệnh và các chân ra Các đặc tính của AT89S52 được tóm tắtnhư sau :

- Kênh nối tiếp lập trình được

- 210 bit được địa chỉ hóa

- Một bộ xử lý luận lý (xử lý trên bit)

Trang 22

- 64 Kbyte không gian bộ nhớ chương trình mở rộng

- 64 Kbyte không gian bộ nhớ dữ liệu mở rộng

FLASH

B REGISTER

POINTER

PROGRAM ADDRESS REGISTER

BUFFER

PC INCREME NTER

PROGRAM COUNTER

PORT 1 LATCH

PORT 3 LATCH

OSC

INSTRUCTION REGISTER

TIMING AND CONTROL

P1.0 – P1.7 P3.0 – P3.7 PORT 1 DRIVE PORT 3 DRIVE

Sau đây là bảng so sánh các IC thuộc họ MSC 51 và 89S52 :

BUFFER

PC INCREMEN TER

PROGRAM COUNTER

PORT 1 LATCH

PORT 3 LATCH

OSC

INSTRUCTION REGISTER TIMING

AND CONTROL

P1.0 – P1.7 P3.0 – P3.7 PORT 1 DRIVE PORT 3 DRIVE

30 31

1 2 3 4 5 6 7 8

21 22 23 24 25 26 27 28 10 11 12 13 14 15 16 17

39 38 37 36 35 34 33 32

RST XTAL2

ALE/PROG EA/VPP

P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7

P2.0/A8 P2.1/A9 P2.2/A10 P2.3/A11 P2.4/A12 P2.5/A13 P2.6/A14 P2.7/A15 P3.0/RXD P3.1/TXD P3.2/INTO P3.3/INT1 P3.4/TO P3.5/T1 P3.6/WR P3.7/RD

P0.0/AD0 P0.1/AD1 P0.2/AD2 P0.3/AD3 P0.4/AD4 P0.5/AD5 P0.6/AD6 P0.7/AD7

20 40

Port 0 :

Từ chân 3239, có hai chức năng Nếu ta sử dụng bộ nhớ chương trình trong thìPort 0 là I/O port đa dụng Nếu sử dụng bộ nhớ ngoài (ROM chương trình,RAM) thì Port 0 có tác dụng như bộ hợp kênh địa chỉ và dữ liệu AD0AD7.Trong chu kỳ nhận lệnh thì Port 0 chính là địa chỉ byte thấp Nó cũng nhận byte

mã trong lúc lập trình cho EPROM

Port 1 :

Từ chân 18, có chức năng I/O 8 bit đa dụng dùng để giao tiếp với thiết bị ngoại

vi nếu cần Nó cũng nhận byte địa chỉ thấp trong khi lập trình EPROM và trongkhi kiểm tra EPROM

Port 2 :

Từ chân 2128, có hai chức năng Có thể dùng Port 2 như là một I/O đa dụnghoặc là byte cao của bus địa chỉ đối với các thiết kế dùng bộ nhớ mở rộng(A8A15) Port 2 cũng nhận địa chỉ byte cao trong lúc lập trình cho EPROM vàtrong lúc kiểm tra cho EPROM

PEN: (Program store Enable)

Là chân 29 Nó là tín hiệu điều khiển để cho phép bộ nhớ chương trình mởrộng và thường được nối đến chân OE (Output Enable) của một EPROM để chophép đọc các byte mã lệnh

PSEN sẽ ở mức thấp trong chu kỳ nhận lệnh Các mã nhị phân của chương trìnhđược đọc từ ROM ngoài qua bus dữ liệu và được chốt vào thanh ghi lệnh của

8951 để giải mã lệnh Khi thi hành chương trình trong ROM nội PSEN sẽ ở mứcthụ động (mức cao)

ALE/PROG : (address latch enable)

hiệu ra ALE trên chân 30 tương hợp với các vi xử lý 8085, 8088, 8086 8951dùng ALE một cách tương tự cho việc giải kênh các bus địa chỉ và dữ liệu Khiport 0 dùng trong chế độ chuyển đổi của nó : vừa là bus dữ liệu vừa là byte thấpcủa bus địa chỉ, ALE là tín hiệu để chốt địa chỉ vào thanh ghi bên ngoài trongnửa đầu của chu kỳ bộ nhớ Sau đó, các đường port 0 dùng để xuất hoặc nhập dữliệu trong nửa sau của chu kỳ bộ nhớ

Các xung tín hiệu ALE có tần số bằng 1/6 lần tần số dao động trên chip và có thểđược dùng làm nguồn xung nhịp cho các phần khác của hệ thống Nếu xung nhịptrên 8951 là 12MHz thì ALE có tần số 2MHz Chỉ ngoại trừ khi thi hành lệnh

Nhập dữ liệu cho port nối tiếp

Dữ liệu phát cho port nối tiếpNgắt 0 bên ngoàiNgắt 1 bên ngoàiNgõ vào của timer/couter 0Ngõ vào của timer/couter 1Xung ghi bộ nhớ dữ liệu ngoàiXung đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài

MOVX, một xung ALE bị mất Chân này cũng được dùng làm ngõ vào cho xunglập trình cho EEPROM trong 8951.

EA/Vpp : (External Access)

Tín hiệu vào EA trên chân 31 thường được mắc lên cao (+5V ) hoặc mức thấp(GND) Nếu ở mức cao, 8951 thi hành chương trình từ ROM nội trong khoảngđịa chỉ 4Kbyte Nếu ở mức thấp, chương trình chỉ được thi hành từ bộ nhớ mởrộng Người ta còn dùng EA làm làm chân cấp điện áp +12V khi lập trình choEEPROM trong 8951

RST : (reset)

Ngõ vào RST trên chân số 9 là ngõ reset của 8951 Khi tín hiệu này đượcđưa lên mức cao (trong ít nhất hai chu kỳ máy), các thanh ghi bên trong 8951được tải những giá trị thích hợp để khởi động hệ thống

ghi

Vcc

Chân port

Chân đọc Điện trở

kéo nội

Read latch

Cấu Trúc I/O Port

Cấu trúc I/O ports có hai phần : chốt port và chân port Muốn đọc trạngthái chân port đang nặng tải thì đọc trạng thái chốt port Đưa chốt port lên 1 làmfet tắt thì chân port mới điều khiển được bởi ngõ I/O Khi sử dụng port 0 nhưcổng đa dụng thì phải có điện trở kéo lên nguồn (10K).

Tổ Chức Bộ Nhớ :

8951 có bộ nhớ theo cấu trúc Harvard : có những vùng bộ nhớ riêng biệt chochương trình và dữ liệu Cả chương trình và dữ liệu có thể ở bên trong, dù vậychúng có thể mở rộng bằng các thành phần ngoài lên đến tối đa 64KB bộ nhớchương trình và 64KB bộ nhớ dữ liệu

Bộ nhớ bên trong bao gồm ROM và RAM trên chip, RAM trên chip baogồm nhiều phần : phần lưu trữ đa dụng, phần lưu trữ địa chỉ hóa từng bit, cácbank thanh ghi và các thanh ghi chức năng đặc biệt

Ram đa dụng : (General Purpose RAM)

Vùng RAM này gồm 80 byte từ địa chỉ 30H7FH (Vùng General PurposeRAM) và 32 byte từ địa chỉ 00H2FH (vùng các thanh ghi)

Vùng các bank thanh ghi có thể truy xuất tương tự như vùng GeneralPurpose RAM, tuy nhiên nó còn được sử dụng cho các mục đích khác Mọi địa

Enabled via PSEN

Data memory

Enabled via RD and WR memory

Không gian bộ

nhớ 8951

chỉ trong vùng RAM đa dụng đều có thể được truy xuất tự do dùng cách đánh địachỉ trực tiếp hoặc gián tiếp.

Ram địa chỉ hoá từng bit : (bit addressable RAM )

8951 có 210 bit được địa chỉ hóa, trong đó 128 bit là ở các địa chỉ 20H đến 2FH

và phần còn lại là trong các thanh ghi chức năng đặc biệt

Ý tưởng truy xuất từng bit riêng rẽ bằng phần mềm là một đặc tính tiện lợi của viđiều khiển nói chung Các bit có thể được đặt, xóa, AND, OR, … với một lệnhđơn Hơn nữa, các port I/O cũng được địa chỉ hóa từng bit làm đơn giản phầnmềm xuất nhập từng bit

Có 128 bit được địa chỉ hóa đa dụng ở các byte 20H đến 2FH Các địa chỉ nàyđược truy xuất như các byte hoặc như các bit phụ thuộc vào lệnh được dùng

Ví dụ : để đặt bit 55H ta dùng lệnh sau : SETB 55HBit 55H thứ 5 thuộc byte 2AH, nếu xử lý theo byte chuỗi lệnh sau cũng có tácdụng tương tự như lệnh trên :

MOV A,2AHORL A,#00100000BMOV A,2AH

Các bank thanh ghi : (register banks)

32 bytes thấp nhất của bộ nhớ nội là dành cho các bank thanh ghi Chúngđược chia làm 4 bank (bao gồm các bank 0, 1, 2, 3) Bộ lệnh của 8951 hỗ trợ 8thanh ghi (R0R7) và theo mặc định (sau khi reset hệ thống) các thanh ghi này ởcác địa chỉ 00H 07H (bank 0) Tuy nhiên bank thanh ghi tích cực có thể thay đổibằng cách thay đổi trạng thái của hai bit chọn bank thanh ghi (RS0, RS1) trongthanh ghi PSW

Các Thanh Ghi Có Chức Năng Đặc Biệt : (Special function registers)

Các thanh ghi nội của 8951 được xem như một phần của RAM trên chip

Vì thế mỗi thanh ghi đều có một địa chỉ 8951 cung cấp 21 thanh ghi có chứcnăng đặc biệt (SFRs)

Hầu hết các thanh ghi có chức năng đặc biệt được truy xuất theo cách định vị địachỉ trực tiếp Một số trong chúng vừa có thể truy xuất theo bit vừa có thể truyxuất theo byte.

Thanh ghi trạng thái chương trình : (PSW)

Thanh ghi PSW (Program Status Word) có địa chỉ tại D0H chứa các bit

trạng thái được tóm tắt như sau :

Carry flag (PSW.7) ký hiệu là CY, bit địa chỉ là D7H Cờ carry được setlên 1 nếu có nhớ ở bit 7 trong phép toán cộng hay có mượn ở bit 7 trong phéptoán trừ

Auxiliary carry flag (PSW.6) là cờ nhớ phụ, ký hiệu AC và có địa chỉD6H Khi cộng số BCD (Binary Code Decimal) cờ AC set lên 1 nếu có nhớ ở bit

3 sang bit 4 hay nếu kết quả của 4 bit thấp có giá trị trong khoảng 0AH0FH

Cờ zero (Flag 0) : cờ zero được lên 1 nếu kết quả các phép tính là 0 Cờnày rất thuận tiện cho các ứng dụng của người dùng

RS0 và RS1 là 2 bit dùng để xác định bank thanh ghi hoạt động Chúng bị xoá về

0 sau khi reset hệ thống và có thể được thay đổi bởi phần mềm nếu cần thiết

Ví dụ : các lệnh sau đây sẽ xác định sử dụng bank thanh ghi 3 sau đó đưanội dung của R7 vào thanh ghi A.

SETB RS1SETB RS0 MOV A,R7

Cờ báo tràn (Overflow Flag) : cờ báo tràn (OV) bị tác động sau một lệnhcộng hoặc trừ nếu có một phép toán bị tràn Khi cộng hay trừ các số có dấu, phầnmềm có thể kiểm tra bit này để xác định kết quả có nằm trong tầm xác định haykhông Khi các số không có dấu được cộng, cờ OV có thể được bỏ qua Các kếtquả lớn hơn +127 hoặc nhỏ hơn –128 sẽ set bit OV Ví dụ phép cộng sau bị tràn

và set bit OV :

15+127=142Kết quả là một số có dấu –116, không phải kết quả đúng vì vậy cờ OVđược set

Bit kiểm tra chẵn lẻ (Parity bit) : Bit parity ký hiệu là P sẽ tự động set lên 1 hoặc

về 0 mỗi chu kỳ máy để thiết lập pariry chẵn với thanh ghi tích lũy A Số các bit

1 trong thanh ghi A cộng với bit P luôn là số chẵn Nếu thanh ghi A chứa10010100B thì P sẽ là 1 Bit parity sử dụng rất thường xuyên trong các chươngtrình liên quan đến port nối tiếp để thêm bit parity trước khi truyền hoặc kiểm trabit parity sau khi nhận dữ liệu

Thanh ghi B :

Thanh ghi B ở địa chỉ F0H, được sử dụng cùng với thanh ghi A cho cácphép toán nhân và chia B cũng được địa chỉ hóa từng bit

Thanh ghi SP : (stack pointer )

Thanh ghi SP là một thanh ghi 8 bit ở địa chỉ 81H Nó chứa địa chỉ củabyte dữ liệu hiện hành trên đỉnh của ngăn xếp Các lệnh trên ngăn xếp bao gồmthao tác cất dữ liệu vào ngăn xếp và lấy dữ liệu ra khỏi ngăn xếp Lệnh cất dữ

Trang 32

liệu vào ngăn xếp sẽ làm tăng SP trước khi ghi dữ liệu, lệnh lấy dữ liệu ra khỏingăn xếp sẽ đọc dữ liệu và giảm SP.

Thanh ghi DPTR : (data pointer)

Là thanh ghi 16 bit thường sử dụng làm con trỏ bộ nhớ ngoài (ROM,RAM) DPTR có thể chia làm hai thanh ghi :

DPL (địa chỉ 82H ) : byte thấp

DPH (địa chỉ 83H ) : byte cao

Ví dụ lệnh sau đây sẽ đọc ô nhớ data ngoài địa chỉ 1000H vào thanh ghi A :

DPTR,#1000H

MOVX A,@DPTR

Các thanh ghi cổng ngoại vi :

Các cổng xuất nhập (I/O ports) của 8951 bao gồm port 0 tại địa chỉ 80H ;port 1 tại địa chỉ 90H ; port 2 tại địa chỉ A0H và port tại địa chỉ B0H Tất cả cácport đều được địa chỉ hóa từng bit Điều đó cung cấp một khả năng giao tiếpthuận lợi

Thanh ghi Timer :

8951 có hai bộ định thời/đếm (Timer/couter) 16 bit được dùng cho việc định thờihoặc đếm sự kiện Timer 0 có địa chỉ 8AH (TL0, byte thấp) và 8CH (TH0, bytecao ) Timer1 có địa chỉ 8BH (TL1, byte thấp ) và 8DH (TH1, byte cao) Viêcvận hành timer được set bởi thanh ghi TMOD ở địa chỉ 89H và thanh ghi điềukhiển Timer TCON ở địa chỉ 88H, chỉ có thanh ghi TCON được địa chỉ hoá từngbit

Thanh ghi port nối tiếp SIO : (serial port register)

8951 có một port nối tiếp trên chip dùng cho việc thông tin với các thiết bị đầucuối (Terminal) hoặc các Modems hay cho việc giao tiếp với các IC khác màchúng có bộ phận giao tiếp nối tiếp (các bộ chuyển đổi AD, các thanh ghidịch…) Một thanh ghi gọi là bộ đệm dữ liệu nối tiếp SBUF ở địa chỉ 99H đảm