ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ BA PHA THEO NGUYÊN TẮC ĐIỀU RỘNG XUNG

Động cơ ba pha sử dụng điều rộng xung cắt góc với một nguồn điện có sẵn sẽ có khoảng giá trị vận tốc thay đổi, dễ dàng điều khiển tốc độ theo yêu cầu sử dụng.. Đặt biệt giá thành thấp hơ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍ & CÔNG NGHỆ

LƯU NGỌC TUẤN

Đề tài tốt nghiệp:

ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ BA PHA THEO

NGUYÊN TẮC ĐIỀU RỘNG XUNG

Tp Hồ Chí Minh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍ & CÔNG NGHỆ

Đề tài tốt nghiệp:

ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ BA PHA THEO

NGUYÊN TẮC ĐIỀU RỘNG XUNG

Chuyên ngành: Điều Khiển Tự Động

Giáo viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện:

Th.S PHẠM ĐỨC DŨNG LƯU NGỌC TUẤN

MSSV: 04138014

Tp Hồ Chí Minh

MINSTRY OF EDUCATION AND TRAINING

NONG LAM UNIVERSITY

FACULTRY OF ENGINEERING AND TECHNOLOGY

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên con xin gởi đến cha mẹ, những người đã sinh thành, thương yêu

và nuôi dưỡng để con có thành quả ngày hôm nay, lời biết ơn trân trọng nhất Xin chân thành cảm ơn Thầy, Cô Trường Đại Học Nông Lâm Tp Hồ Chí Minh, đặc biệt Thầy, Cô Khoa Cơ Khí – Công Nghệ đã thương yêu và truyền đạt nhiều kiến thức quý báu cho em trong suốt thời gian học tập

Em trân trọng gởi lời cảm ơn đến quý Thầy, Cô Bộ môn Điều Khiển Tự Động, đã nhắc nhở và giúp em trong suốt thời gian làm đề tài

Xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy Th.S Phạm Đức Dũng, Th.S Nguyễn Bá Vương đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em về mọi mặt để hoàn thành luận văn tốt nghiệp

Cuối cùng xin cảm ơn tập thể lớp tự động K30 và tất cả các bạn trong khoa, trường đã giúp đỡ, động viên tôi trong suốt qua trình thực hiện đề tài

Tp Hồ Chí Minh tháng 8 năm 2008 Sinh viên thực hiện:

Lưu Ngọc Tuấn

Sau khi tiến hành thực hiện đề tài đã thu được kết quả như sau:

- Board mạch điều rộng xung cắt góc hoạt động ổn định, khả năng chống nhiễu cao

- Động cơ ba pha công suất khoảng 1KW vận hành tốt theo yêu cầu

- Mạch công suất không tăng nhiệt khi động cơ hoạt động

- Viết phần mềm theo yêu cầu Đối với mạch điều rộng xung đã có thể điều chỉnh được tốc độ quay của động cơ

Động cơ ba pha ứng dụng điều rộng xung vào điều khiển đã mang lại những ưu điểm và hiệu quả sử dụng: khoảng điều chỉnh vận tốc tương đối rộng, khả năng đáp ứng khi thay đổi vận tốc khá nhanh, vận tốc vẫn ổn định tốt khi tải thay đổi

Th.S: PHẠM ĐỨC DŨNG LƯU NGỌC TUẤN

three-After experiment, we have some result as below

- The board of pulse width modulation action impulse wide thing circuit settle down, the capacity of anti-infective interference

- Three phase motor about one KW power runs well as demand

- Circuit power does not raise heat when motor is running

- Software was written on demand The board of pulse width modulation circuit could tune motor velocity

Three phase motor apply pulse width modulation to control carried always excellent hybrid and productive to use: About relative velocity fader is wide, the of response capacity is change quite fast, velocity still stable well when loading change

MỤC LỤC Trang 1 MỞ ĐẦU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục đích đề tài 2

2 TRA CỨU TÀI LIỆU 3

2.1 Động cơ xoay chiều ba pha 3

2.1.1 Giới thiệu 3

2.1.2 Cấu tạo 4

2.1.3 Nguyên lý hoạt động 5

2.2 Ứng dụng 6

2.3 Khả năng dùng động cơ xoay chiều thay thế động cơ một chiều 7

2.4 Giới thiệu vể biến tần nguồn áp điều khiển V/f 7

2.4.1 Biến tần nguồn áp 7

2.4.2 Phương pháp E/f 8

2.4.3 Phương pháp V/f 8

2.5 Các phương pháp thông dụng điều khiển động cơ xoay chiều 11

2.5.1 Phương pháp điều chế Sin PWM 11

2.5.2 Phương pháp điều chế vectơ không gian 13

2.6 Giới thiệu về vi điều khiển ATMega8 14

2.6.1 Đặc điểm 15

2.6.2 Sơ đồ và chức năng các chân của ATMega8 16

3 PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN 18

3.1 Phương pháp thực hiện đề tài 18

3.1.1 Chọn linh kiện và phương pháp điều khiển 18

3.1.2 Phương pháp thực hiện mạch điều khiển 18

3.1.3 Phương pháp thực hiện mạch công suất 18

3.1.4 Phương pháp viết chương trình điều khiển 19

3.2 Phương tiện thực hiện đề tài 19

4.1 Thực hiện bằng phương pháp Labview 20

4.2 Thực hiện bằng phương pháp dùng Vi điều khiển 22

4.2.1 Sơ đồ khối của mạch điều khiển động cơ 23

4.2.2 Mạch nguồn vi điều khiển 24

4.2.3 Mạch cách ly 25

4.2.4 Mạch so sánh lối vào 27

4.2.5 Sơ đồ mạch điều kiển trên từng pha 29

4.2.6 Sơ đồ mạch điều khiển 30

4.2.7 Mạch động lực 31

4.2.8 Mạch nạp vi điều khiển 33

4.2.9 Kết nối mạch tổng hợp điều khiển tốc độ động cơ 34

4.3 Thực hiện phần điều khiển 35

4.3.1 Kiểm tra mạch nguyên lý 36

4.3.2 Thi công mạch 39

4.3.3 Thử tải và khảo nghiệm 40

5 KẾT LUẬN – ĐỂ NGHỊ 41

5.1 Kết kuận 41

5.2 Đề nghị 41

6.TÀI LIỆU THAM KHẢO 42

7 PHỤ LỤC

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 2.1: Cấu tạo của động cơ ba pha 3

Hình 2.2: Lá thép kĩ thuật điện 4

Hình 2.3: Nguyên lý hoạt động của động cơ 5

Hình 2.4: Quan hệ giữa moment va điện áp theo tần số 10

Hình 2.5: Nguyên lý của phương pháp điểu rộng Sin một pha 11

Hình 2.6: Nguyên lý của phương pháp điều rộng sin 3 pha và dạng sóng điện áp ngõ ra 12

Hình 2.7: Sơ đồ nguyên lý mạch nghịch lưu ba pha 13

Hình 2.8: Trạng thái đóng ngắt các khóa bộ nghịch lưu 14

Hình 2.9: Sơ đồ chân của ATMega8 16

Hình 2.10: Sơ đồ cấu trúc bên trong của Atmega8 17

Hình 4.1: Sơ đồ nguyên lý mạch cách ly, nhận tín hiệu và biến tần 20

Hình 4.2: Giao diện và khối chương trình điều khiển bằng Labview 21

Hình 4.3: Sơ đồ khối điều khiển 22

Hình 4.4: Cấu tạo nguyên lý phần mạch nguồn cung cấp điện áp 23

Hình 4.5: Sơ đồ khối của bộ nguồn 24

Hình 4.6: Sơ đồ chân và cấu tạo của MOC-3020 25

Hình 4.7: Sơ đồ phần cách ly giữa vi điểu khiển và động cơ 25

Hình 4.8: Sơ đồ chân và cấu tạo bên trong của LM2903 27

Hình 4.9: Sơ đồ nguyên lý mạch so sánh lối vào .27

Hình 4.10: Sơ đồ nguyên lý phần mạch điều khiển trên từng pha 28

Hình 4.11: Sơ đồ biểu diễn sự truyền nhận dữ liệu giữa các mạch với nhau 29

Hình 4.12: Sơ đồ mạch điều khiển cho 3 pha .30

Hình 4.13: Kí hiệu và các hình ảnh của BTA 40 30

Hình 4.14: Sơ đồ mạch động lực 31

Hình 4.15: Sơ đồ nguyên lý mạch nạp vi điều khiển 32

Hình 4.17: Cấu tạo nguyên lý Board mạch điều rộng xung cắt góc 33

Hình 4.18 Sơ đồ nguyên lý của mạch kiểm tra 35

Hình 4.19: Giao diện chương trình Bascom 36

Hình 4.20: Sơ đồ kiểm tra mạch nguyên lý 37

Hình 4.21: Sơ đồ mạch in phần điều khiển 38

Hình 4.22: Sơ đồ mạch in phần điều khiển 39

Hình 4.23: Mạch hoàn chỉnh khi kết nối động cơ 40

DANH SÁCH BẢNG BIỂU Bảng 4.1: Các thông số đặc trưng của triac BTA40 31

Bảng 4.2: Thông số động cơ 39

Bảng 4.3: Giá trị cường độ dòng điện 40

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮC, TÊN NƯỚC NGOÀI

PWM Pulse Width Modulation Điều rộng xung

TIMER Bộ định thời

RXD Receive Data Nhận dữ liệu

TXD Transmit Data Truyền dữ liệu

IA, IB, IC, IO Dòng điện trên 3 dây pha và pha

là nhiệm vụ của hệ thống truyền động Sự xâm nhập của kĩ thuật vi tính, đặc biệt là kĩ thuật vi xử lý tín hiệu đã cho phép giải quyết các thuật toán phức tạp điều khiển động cơ xoay chiều ba pha trong điều kiện thời gian thực với chất lượng rất cao Vì vậy ứng dụng điều rộng xung bằng phương pháp cắt góc vào điều khiển tốc độ động cơ đã trở nên phổ biến bởi những tính ưu việt mà

nó mang lại Động cơ ba pha sử dụng điều rộng xung cắt góc với một nguồn điện có sẵn sẽ có khoảng giá trị vận tốc thay đổi, dễ dàng điều khiển tốc độ theo yêu cầu sử dụng Đặt biệt giá thành thấp hơn so với việc sử dụng các loại biến tần (chủ yếu là nhập từ nước ngoài còn rất đắt) nên việc ứng dụng điều rộng xung cắt góc vào điều khiển tốc độ động cơ xoay chiều ba pha đáp ứng nhu cầu đề ra mà giá thành thì phù hợp sẽ tạo điều kiện dễ dàng đưa vào phục vụ sản xuất và đời sống

Điều đó đã dẫn tới xu hướng thay thế dần truyền động điện một chiều bởi truyền động điện xoay chiều ba pha với mọi ưu thế: ít phải bảo dưỡng, kích thước nhỏ, tỉ lệ giá thành/công suất nhỏ, dễ chế tạo và ít nguy hiểm trong môi trường dễ cháy, dễ nổ (do không có đánh lửa cổ góp điện)

1.2 Mục đích luận văn

Tính toán và thiết kế bộ điều khiển tốc độ động cơ ba pha theo nguyên tắc điều rộng xung cắt góc

Kiểm tra, đánh giá dạng sóng điện áp ngõ ra

1.3 Từ mục đích chung của luận văn cần thực hiện các nội dung sau Thực hiện phần cứng

Thiết kế và chế tạo mạch nguồn cung cấp

Thiết kế và chế tạo mạch vi điều khiển

Thiết kế mạch cách ly

Thiết kế mạch so sánh lối vào

Thiết kế mạch công suất

2 TRA CỨU TÀI LIỆU

2.1 Động cơ xoay chiều [3]

2.1.1 Giới thiệu

Động cơ xoay chiều ba pha được sử dụng rất phổ biến ngày nay với vai trò cung cấp sức kéo trong hầu hết các hệ thống máy công nghiệp Công suất của các động cơ ba pha có thể đạt đến công suất 500 kW (tương đương 670 hp) và được thiết kế tuân theo quy chuẩn cụ thể

+ lõi sắt

Lõi sắt là phần dẫn từ Vì từ trường đi qua lõi sắt là từ trường quay nên để giảm tổn hao lõi sắt được làm bằng những lá thép kĩ thuật điện ép lại Khi đường kính ngoài lõi sắt nhỏ hơn 90mm thì dùng cả tấm tròn ép lại Khi đường kính ngoài lớn hơn thì dùng những tấm hình rẻ quạt (hình 2.2) ghép lại

Rôto có hai loại chính: rôto kiểu dây quấn và rôto kiểu lồng sóc

+ Rôto kiểu dây quấn

Rôto có dây quấn như dây quấn của stato Dây quấn ba pha của rôto thường đấu hình sao còn ba pha 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 vào mạch điện bên ngoài Đặc điểm là thông qua chổi than có thể đưa điện trở phụ hay suất điện động phụ vào mạch điện rôto để cải thiện tính năng mở máy, điều chỉnh tốc độ hoặc cải thiện hệ số công suất của máy Khi máy làm việc bình thường dây quấn rôto được nối ngắn mạch Nhược điểm so với động cơ rôto lòng sóc là giá thành cao, khó sử dụng ở môi trường khắc nghiệt, dễ cháy

nổ

+ Rôto kiểu lòng sóc

Kết cấu loại dây quấn này rất khác so với dây quấn stato Trong mỗi rãnh của lõi sắt rôto 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

Hinh 2.3: Nguyên lý hoạt động của động cơ

Khi nam châm 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 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

Động cơ xoay chiều có dây quấn ba pha phía stato, rôto của động cơ là một bộ dây quấn ba pha có cùng số cực trên lõi thép của rôto

Khi stato được cấp bởi nguồn ba pha cân bằng với tần số f, từ trường quay với tốc độ db sẽ được tạo ra Quan hệ giữa từ trường quay và tần số f của nguồn ba pha là:

p: số đôi cực

1: tần số góc của nguồn ba pha cung cấp động cơ 1=2f

Nếu tốc độ quay của rôto là , độ sai lệch giữa tốc độ từ trường quay stato

và rôto là:

sl = db -  = s db (2.2) Trong đó: sl gọi là tốc độ trượt

Thông số s gọi là độ trượt, ta có :

s = (db - )/db (2.3)

Vì có tốc độ tương đối giữa rôto và từ trường quay stato nên điện áp cảm ứng ba pha sẽ được sinh ra trong rôto Tần số của điện áp này sẽ tỉ lệ với độ trượt theo công thức:

r = s *1 (rad/s) (2.4) Moment động cơ sinh ra:

2

M=- p2mFmsinr (2.5) Trong đó:

p: từ thông trên 1 cực(Wb)

Fm: giá trị đỉnh của sức từ động rôto

: góc lệch pha giữa sức từ động rôto và sức từ động khe hở không khí

2.2 Ứng dụng

Máy điện không đồng bộ là loại máy điện xoay chiều chủ yếu dùng làm động cơ điện (đặc biệt là loại rôto lòng sóc), có nhiều ưu điểm hơn so với động cơ DC Do kết cấu đơn giản, làm việc chắc chắn, hiệu suất cao nên động cơ không đồng bộ là loại máy được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, nông nghiệp, đời sống hằng ngày

Trong công nghiệp, động cơ không đồng bộ ba pha thường được dùng làm nguồn động lực cho các loại máy cán thép vừa và nhỏ, 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 ba pha 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 ba pha ngày càng rộng rãi

2.3 Khả năng dùng động cơ xoay chiều thay thế máy điện một chiều

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

Cho nên việc tách riêng điều khiển giữa moment và từ thông để có thể điều khiển độc lập đòi hỏi một hệ thống có thể tính toán cực nhanh và chính xác trong việc qui đổi 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

Những khó khăn trong việc ứng dụng động cơ xoay chiều chính là làm thế nào để có thể dể 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 Đó chính là điều khiển vectơ Điều khiển vectơ cho phép điều khiển từ thông và moment hoàn toàn độc lập với nhau qua điều khiển giá trị tức thời của dòng (động cơ tiếp dòng), hoặc giá trị tức thời của áp(động cơ tiếp áp)

2.4 Giới thiệu vể biến tần nguồn áp điều khiển V/f [1]

2.4.1 Biến tần nguồn áp

Được sử dụng hầu hết trong các biến tần hiện nay Tốc độ của động cơ không đồng bộ tỉ lệ trực tiếp với tần số nguồn cung cấp Do đó, nếu thay đổi tần số của nguồn cung cấp cho động cơ thì cũng sẽ thay đổi được tốc độ đồng bộ và tương ứng là tốc độ động cơ

Tuy nhiên nếu chỉ thay đổi tần số mà giữ nguyên biên độ nguồn áp cấp cho động cơ sẽ làm cho mạch từ của động cơ bị bão hòa Điều này dẫn đến dòng

từ hóa tăng, méo dạng điện áp và dòng điện cung cấp cho động cơ gây ra tổn hao lõi từ, tổn hao đồng trong dây quấn stato Ngược lại, nếu từ thông giảm dưới định mức sẽ làm giảm moment động cơ

Vì vậy, khi giảm tần số nguồn cung cấp cho động cơ nhỏ hơn tần số định mức thường đi đôi với giảm điện áp cung cấp cho động cơ Và khi động cơ hoạt động với tần số định mức thì điện áp động cơ được giữ không đổi và bằng định mức do giới hạn cách điện của stato cũng như của điện áp nguồn cung cấp, moment của động cơ sẽ bị giảm

Giả sử động cơ hoạt đông dưới tần số định mức (a<1 ) Từ thông động cơ được giữ ở giá trị không đổi Do từ thông động cơ phụ thuộc vào dòng từ hóa của động cơ nên từ thông được giữ không đổi khi dòng từ hóa được giữ không đổi tại mọi điểm làm việc của động cơ

Phương trình dòng từ hóa tại điểm làm việc định mức như sau:

Im =( Eđm / fđm ) * (1/ 2πLm ) (2.7) + Với Lm là điện cảm mạch từ hóa

Ta có công thức moment định mức ứng với sơ đồ đơn giản của động cơ:

2 ' 2 1

' 2

2

3

X X s

R R

s

R V w

đm db

2

2

3

X X a R R

V w

đm đb

2 ' 2 1

' 2

2

3

X X as

R a R

as

R V w

đm db

2 1 1

2

2

3

X X a

R a

R

V w

đm đb

;(a<1) (2.13)

Dựa theo công thức trên ta thấy, các giá trị X1 và X2’ phụ thuộc vào tần số, trong khi R1 lại là hằng số Như vậy khi hoạt động ở tần số cao, giá trị (X1+X2’)>>R1/a, sụt áp trên R1 rất nhỏ nên giá trị E suy giảm rất ít dẫn đến từ thông được giữ gần như không đổi Moment cực đại của động cơ gần như không đổi

Tuy nhiên khi hoạt động ở tần số thấp thì giá trị điện trở R1/a sẽ tương đối lớn so với giá trị (X1+X2’), dẫn đến sụt áp nhiều ở điện trở stato khi moment tải lớn Điều này làm cho E bị giảm và dẫn đến suy giảm từ thông và moment cực đại

Để bù lại sự suy giảm từ thông ở tần số thấp Ta sẽ cung cấp thêm cho động cơ một điện áp U0 để cung cấp cho động cơ từ thông định mứckhi f=0

Từ đó ta có quan hệ như sau:

U =U0 + K.f Với K là hằng số được chọn sao cho giá trị U cấp cho động cơ bằng Uđm tại f=fđm

Khi a>1 (f>fđm), điện áp được giữ không đổi và bằng định mức Khi đó động cơ hoạt động ở chế độ suy giảm từ thông

Khi đó moment và momenr cực đại của động cơ tại tần số f cung cấp sẽ là:

2 ' 2 1

' 2

2

3

X X a s

R R

as

R V w

đm db

2

2

3

X X a R R

V w

đm đb

;(a>1) (2.15) Sau đây là đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa moment và điện áp theo tần số trong phương pháp điều khiển V/f=const

Hình 2.4: Quan hệ giữa moment va điện áp theo tần số

2.5 Các phương pháp thông dụng điều khiển động cơ xoay chiều /8;1/

Có nhiều phương pháp để điều khiển bộ nghịch lưu áp để tạo ra điện áp

có tần số và biên độ mong muốn cung cấp cho động cơ Trong nội dung xin khái quát hai phương pháp đó là:

Phương pháp điều rộng xung (SinPWM)

Phương pháp điều chế vectơ không gian (Space Vector)

2.5.1 Phương pháp điều chế Sin PWM [1]

Hình 2.5: Nguyên lý của phương pháp điểu rộng sin một pha

Khi :

VControl > VTri thì VAO = VDC /2

VControl < VTri thì VAO = -VDC /2 Như vậy để tạo nguồn điện ba pha dạng điều rộng xung, ta cần có nguồn sin ba pha mẫu và giản đồ kích đóng của ba pha sẽ được thể hiện như hình

vẽ dưới đây :

Hình 2.6: Nguyên lý của phương pháp điều rộng sin 3 pha và dạng sóng điện

2.5.2 Phương pháp điều chế vectơ không gian [8]

Giới thiệu chung

Sau đây là sơ đồ nguyên lý của bộ biến tần sử dụng 6 khóa transitor công suất :

Hình 2.7: Sơ đồ nguyên lý mạch nghịch lưu ba pha

Đối với phương pháp điều rộng xung vectơ không gian, bộ nghịch lưu được xem như một khối duy nhất với 8 trạng tái đóng ngắt riêng biệt từ 0 đến

7

Ý tưởng của việc điều chế vectơ không gian là tạo nên sự dịch chuyển liên tục của vectơ không gian tương ứng của vectơ điện áp bộ nghịch lưu trên quỹ đạo đường tròn, tương tự như trường hợp vectơ không gian của đại lượng ba pha hình sin tạo được Với sự dich chuyển đều đặn của vectơ không gian trên quỹ đạo tròn các sóng hài bậc cao được loại bỏ và biên độ áp ra trở nên tuyến tính Vectơ tương đương ở đây chính là vectơ trung bình trong thời gian một chu kỳ lấy mẫu Ts của quá trình điều khiển nghịch lưu áp

Hình 2.8: Trạng thái đóng ngắt các khóa bộ nghịch lưu

2.6 Giới thiệu về bộ vi điều khiển ATMega8 [2;6]

Bộ vi điều khiển viết tắt là Micro-controller, là mạch tích hợp trên một chip

có thể lập trình được, dùng để điều khiển hoạt động của một hệ thống theo các tập lệnh của người lập trình, bộ vi điều khiển tiến hành đọc, lưu giữ thông tin, xử lý thông tin, đo thời gian ,

Vi điều khiển được coi là trái tim, là bộ não của nhiều thiết bị thông dụng

nó có thể ghép nối với motor, các loại màn hình hiển thị khác nhau (đóng vai trò thiết bị lối ra) với máy tính PC, đọc các thông số của bộ cảm biến, thậm chí

có thể nối mạng với các vi điều khiển khác Vi điều khiển có thể thực hiện tất

cả các chức năng kể trên mà thông cần nhiều linh kiện phụ trợ Điều này dẫn đến một hệ thống gọn, nhỏ với độ tin cậy cao và giá thành hấp dẫn (vì số lượng linh kiện và các điểm nối bên trong ít hơn)

2.6.1 Đặc điểm

Điện áp nguồn nuôi: 4.5 – 5.5 VDC

130 lệnh mạnh - hầu hết được thực hiện trong một chu kỳ xung nhịp

Bộ nhớ EEPROM 512 byte, cho phép ghi xóa 100,000 lần

Có 8Kbyte bộ nhớ flash có thể xóa lập trình được và có thể chịu được 10000 lần ghi xóa

Bộ nhớ SRAM bên trong 1Kbyte

Sử dụng mạch dao động ngoài từ 0 đến 16 Mhz

Nhiều ngõ vào ra (I/O PORT) 2 hướng (bi-directional)

8 bits, 16 bits timer/counter tích hợp PWM

3 kênh PWM, 6 kênh lối vào chuyển đổi ADC với độ phân giải 10 bit

Giao diện nối tiếp USART (tương thích chuẩn nối tiếp RS-232)

Giao diện nối tiếp Two –Wire –Serial (tương thích chuẩn I2C) Master

và Slaver

Giao diện nối tiếp Serial Peripheral Interface (SPI)

Ngoài ra chíp Atmega8 còn có bộ xung nội bên trong có thể lập trình chế độ xung nhịp

2.6.2 Sơ đồ và chức năng các chân của ATMega8

VCC: điện áp nguồn nuôi

GND: đất

RESET: lối vào đặt lại

INT0: ngõ vào ngắt cứng thứ 0

INT1: ngõ vào ngắt cứng thứ 1

T0: ngõ vào của timer/counter thứ 0

T1: ngõ vào của timer/counter thứ 1

ICP: chân vào cho chức năng bắt tín hiệu vào bộ định thời/ đếm 1

Cổng C (PC ÷ PC5): là cổng vào tương tự cho chuyển đổi tương tự sang số

Nó cũng là cổng vào ra hai hướng trong trường hợp không sử dụng làm cổng cho tương tự, có điện trở nối lên nguồn dương bên trong Cổng C cung cấp đường địa chỉ dữ liệu vào ra theo kiểu hợp kênh khi dùng bộ nhớ ở ngoài OC1A: là chân ra cho chức năng so sánh lối ra bộ định thời/ đếm 1

ICP: là chân vào cho chức năng bắt tín hiệu vào bộ định thời đếm 1

XTAL1, XTAL2: lối vào bộ dao động

RXD: ngõ vào nhận dữ liệu nối tiếp

TXD: ngõ xuất dữ liệu nối tiếp

Hình 2.10: Sơ đồ cấu trúc bên trong của Atmega8

3 PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN

3.1 Phương pháp thực hiện đề tài

3.1.1 Chọn linh kiện và phương pháp điều khiển

Qua quá trình khảo sát và tra cứu tài liệu về các cách điều khiển động cơ xoay chiều ba pha Chọn link kiện cho phần công suất điều khiển là Triac BTA

40

Trong hệ thống mạch tốc độ động cơ ba pha được điều khiển theo phương pháp điều rộng xung cắt góc thông qua việc kích đóng 3 triac, tốc độ động cơ đáp ứng nhanh nhờ hoạt động linh hoạt của 1 biến trở than của phần mạch điều khiển

3.1.2 Phương pháp thực hiện mạch công suất

Thiết kế mạch gồm 3 mạch kích dẫn 3 triac để điều khiển cho ba pha của

động cơ

Kiểm tra và chạy thử mạch công suất trên projectboard

Kết nối mạch và gắn tản nhiệt cho các triac

3.1.3 Phương pháp thực hiện mạch điều khiển

Thiết kế mạch điều khiển cho vi xử lý ATMega8: gồm mạch nguồn, mạch nạp chương trình, mạch điều khiển kích cho 3 triac

Lắp ghép toàn bộ linh kiện trên project board và kiểm tra mạch

Viết chương trình thử nghiệm

Hoàn thành chương trình phần mềm

Làm mạch in và hàn linh kiện

Kiểm tra mạch và chạy thử nghiệm

3.1.4 Phương pháp viết chương trình điều khiển

Vẽ lưu đồ giải thuật điều khiển

Viết chương trình điều khiển cho vi xử lý ATMega8 bằng phần mềm Bascom

3.2 Phương tiện thực hiện đề tài

Máy tính cá nhân: viết và nạp chương trình cho vi điều khiển

Dụng cụ hàn: hàn chì cho các chân linh kiện

Máy khoan: khoan chân cắm cho linh kiên trên board

Máy đo V-O-M: dùng để thử và kiểm tra linh kiện, đo giá trị cưòng độ dòng điện và hiệu điện thế trong mạch

Dụng cụ hút chì: hút chì cho các linh kiện bị hỏng

Máy OSCILLOSCOPE: kiểm tra tần số xung ngõ ra vi điều khiển và triac điều khiển động cơ

Đồng hồ Ampe kìm: kiểm tra giá trị cường độ dòng ba pha

Board: dùng để ráp linh kiện

Dung dịch muối sắt clorua: dùng để rửa board Các dụng cụ phụ trợ khác