Nghiên cứu xây dựng thiết bị đo tốc độ động cơ điện xoay chiều ba pha rôto lồng sóc không dùng cảm biến tốc độ

Trong nhiều trường hợp không thể lắp được cảm biến tốc độ trên trục động cơ ví dụ như hệ thống truyền động điện cao tốc, hệ truyền động điện ô tô,….hay khi động cơ làm viêc ở môi trường

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS.TS ĐÀO VĂN TÂN

Hµ néi - 2010

LỜI CAM ĐOAN

Tôi là: Bùi Thế Việt, học viên lớp cao học khóa 6 tự động hóa các xí

nghiệp công nghiệp niên khóa 2008 – 2010 Sau 2 năm học tập và nghiên cứu,

được sự giúp đỡ của các thầy cô và sự hướng dẫn nhiệt tình của giáo viên

hướng dẫn PGS TS Đào Văn Tân đã giúp tôi hòan thành luận văn thạc sỹ

Với đề tài “Nghiên cứu xây dựng thiết bị đo tốc độ động cơ điện xoay

chiều ba pha rotor lồng sóc không dùng cảm biến tốc độ” Tôi xin cam đoan

đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu và kết quả trong luận

văn là hoàn toàn trung thực và chưa từng được ai công bố bất kỳ công trình

nào khác Nếu có tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm

Hà nội, ngày 15 tháng 09 năm 2010

Tác giả luận văn

Bùi Thế Việt

LỜI CẢM ƠN !

Với sự quan tâm, giúp đỡ và hướng dẫn tận tình của Thầy giáo, PGS - TS Đào Văn Tân, cùng với nỗ lực của bản thân đến nay tôi đã hoàn thành cuốn luận văn thạc sĩ kỹ thuật này Tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn và gửi tới thầy lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất

Tôi xin gửi lời cảm ơn đến các Thầy cô giáo trong bộ môn Tự động hóa – Trường Đại học Mỏ Địa Chất HN, những người đã truyền dạy cho chúng tôi những kiến thức quý báu

Cảm ơn toàn thể bạn bè và gia đình đã giúp đỡ động viên để tôi hoàn thành tốt luận văn này

Hà nội, ngày 15 tháng 09 năm 2010

Học viên

Bùi Thế Việt

Chương 2 Tổng quan về động cơ không đồng bộ trong hệ không gian vector……… 42

2.1 Khái quát cấu trúc của hệ truyền động xoay chiều ba pha điều khiển tựa theo từ thông……… 42

2.2 Hệ phương trình của động cơ không đồng bộ trong không gian

vector……… 47 2.3 Tổng quan về hệ thống điều khiển vector động cơ không đồng bộ…….67

Chương 3 Các phương pháp đánh giá tốc độ động cơ không đồng bộ xoay chiều ba pha và hệ thống đo tốc độ động cơ không dùng cảm biến tốc độ……… 82

3.1 Tổng quan về phương pháp đánh giá tốc độ và điều khiển không dùng cảm biến tốc độ………82

Chương 4 Xây dựng thuật toán xác định tốc độ và từ thông động cơ….99

4.1 Thuật toán tính toán tốc độ………99 4.2 Tính toán từ thông bằng mô hình quan sát……… 100

Chương 5 Hệ thống điều khiển vector gián tiếp không dùng cảm biến tốc độ……… 114

5.1 Sơ đồ hệ thống điều khiển vector gián tiếp không dùng cảm biên tốc

độ……… 114

5.2 Kết quả của mô hình……… 116

Kết luận………124

Tài liệu tham khảo……… …125

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

- Các ký hiệu được sử dụng

e :Sức từ động cảm ứng

ı⃗ : Vector dòng stator

ı⃗ : Vector is trên hệ tọa độ dq và αβ

ias, ibs, ics : Dòng điện các pha a, b, c của stator

ids, iqs : Thành phần dòng điện stator trên trục d và q iαs, iβs : Thành phần dòng điện stator trên trục α và β

mW, mM : Mômen tải và mômen động cơ

u⃗ : Vector điện áp stator

u⃗ , u⃗ : Vector u⃗ trên hệ tọa độ dq, αβ

uds, uqs : Thành phần điện áp trên trục d và trục q

uαs, uβs : Thành phần điện áp trên hệ trục tọa độ α, β uas, ubs, ucs : Điện áp các pha stator

ω, ωs, ωr : Vận tốc góc cơ, mạch stator, từ thông rotor ψ⃗ , ψ⃗ : Vector từ thông stator và từ thông rotor

Ψds, ψqs : Thành phần từ thông stator của trục d, q

Ψdr, ψqr : Thành phần từ thông rotor của trục d, q

Ψαs, ψβs : Thành phần từ thông rotor của trục α, β

Ψ’αs, ψ’βs Ψds:Thành phần trục α, β, d của dòng nhánh ngang

J : Mô men quán tính

Lm, Lr, Ls : Hỗ cảm, điện cảm rotor, điện cảm stator

Lδs, Lδr : Điện cảm tản phía stator và rotor

Lds, Lqs : Điện cảm stator đo theo trục d và trục q

Rs, Rr : Điện trở stator và rotor

Tr, Ts : Hằng số thời gian rotor và stator

Tds, Tqs : Hằng số thời gian stator trục d, q

p : Số đôi cực

δ : Hệ số tản toàn phần

2 Các chỉ số

f : Viết trên cao, bên phải đại lượng biểu diễn trên hệ tạo độ dq

s : Viết trên cao, bên phải đại lượng biểu diễn trên hệ tạo độ αβ

* : Viết trên cao, bên phải: giá trị đặt (giá trị chủ đạo, giá trị cần, set point)

^ : Có dâu ^ bên trên: Đại lượng tính đươc quan sát được

3 Ma trận

A, G : Ma trận hệ thống: liên tục và gián đoạn

B, C : Ma trận đầu vào (mô hình liên tục và gián đoạn)

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

1 Hình 1.1 Bộ cảm biến quang tốc độ với đĩa mã hóa ………14

2 Hình 1.2 Sơ đồ hai kênh tín hiệu ra lệch nhau 900 A và B của máy phát xung ……….16

3 Hình 1.3 Máy phát xung với hai kênh A, B có tín hiệu dạng sin…….17

4 Hình 1.4 Máy đo góc tuyệt đối……… 18

5 Hình 1.5 Sơ đồ nguyên tắc mạch chuyển phát mô men kiểu tương tự ……….24

6 Hình 1.6 Sơ đồ chi tiết mạch chuyển phát mô men kiểu tương tự……25

7 Hình 1.7 Sơ đồ bố trí chân của vi mạch AD 534……… 28

8 Hình 1.8 Sơ đồ khối của vi mạch nhân AD 534………30

9 Hình 1.9 Vi mạch khuếch đại thuật toán µA……….30

10 Hình 1.10 Sơ đồ nguồn điện một chiều……….31

11 Hình 1.11 Sơ đồ khối mạch chuyển phát mô men dùng vi mạch chuyển đổi tương tự sang số ghép nối vơi máy tính……… 33

12 Hình 1.12 Sơ đồ nguyên lý phần thiết bị thứ I mạch chuyển phát mô men dùng máy tính ghép nối với các vi mạch chuyển đổi tương tự số…….34

13 Hình 1.13 Vi mạch ADC 0809……… 37

14 Hình 1.14 Sơ đồ khối bảng các vi mạch chuyển đổi tương tự sô……39

15 Hình 1.15 Sơ đồ vi mạch DAC 0808……….39

16 Hình 1.16 Sơ đồ khối bộ tính toán tốc độ……….41

17 Hình 2.1 Sơ đồ cuộn dây và dòng điện……… 42

18 Hình 2.2 Thiết lập vector không gian từ các đại lượng ba pha……….43

19 HÌnh 2.3 Biểu diễn dòng điện stator dưới dạng vector không gian….44 20 Hình 2.4 Biểu diễn vector không gian trên hệ tọa độ dq……… 45

21 Hình 2.5 Mô hình động cơ không đồng bộ………49

22 Hình 2.6 Mach tương đương của động cơ không đồng bộ………49

23 Hình 2.7 Hệ tọa độ quay chuẩn……… 55

24 Hình 2.8 Mô hình động cơ rotor lồng sóc trên hệ tọa độ dq………….60

25 Hình 2.9 Mô hình trạng thái với hệ số hàm của động cơ KĐB trên hệ αβ……….61

26 Hình 2.10 Mô hình liên tục của động cơ KĐB trên hệ tọa độ dq…….63

27 Hình 2.11 Mô hình trạng thái dạng phi tuyến yếu của động cơ không đồng bộ trên hệ tọa độ dq………65

28 Hình 2.12 Sự tương tac giữa phương pháp điều khiển động cơ một chiều

và điều khiển vector………67

29 Hình 2.13 Đồ thị pha cảu phương pháp điều khiển vector………… 69

30 Hình 2.14 Sơ đồ khối cơ bản của hệ điều khiển vector với mô hình động cơ……….70

31 Hình 2.15 Sơ đồ hệ thống điều khiển vector trực tiếp sử dụng nghịch lưu nguồn dòng……… 71

32 Hình 2.16 Sơ đồ khối bộ tạo vector đơn vị………73

33 Hình 2.17 Tổng hợp từ thông rotor và từ thông khe hở không khí… 74

34 Hình 2.18 Biểu đồ pha trong điều khiển vector gián tiếp……….75

35 Hình 2.19 Sơ đồ cấu trúc tính toán góc quay từ thông……… 77

36 Hình 2.20 Hệ thống điều khiển vị trí sử dụng phương pháp điều khiển vector gián tiếp………78

37 Hình 2.21 Hệ thống điều khiển vector gián tiếp dùng sensor vị trí….79

38 Hình 2.22 Cấu trúc kinh điển của truyền động điện xoay chiều ba pha điều chỉnh kiểu tựa từ thông rotor……….… 80

39 Hình 3.1 Sơ đồ cấu trúc thuật tính toán tốc độ theo mô hình chuẩn 87

40 Hình 3.2 Sơ đồ cấu trúc thuật toán tính toán tốc độ theo mô hình chuẩn

sử dụng sức điện động……….89

41 Hình 3.3 Sơ đồ cấu trúc thuật toán tính toán tốc độtheo mô hình quan sát

từ thông thích nghi theo tốc độ………89

42 Hình 3.4 Mô hình quan sát tốc độ và từ thông rotor……….92

43 Hình 3.5 Xác định từ thông rotor bằng sensor Hall……… 94

44 Hình 3.6 Tính toán từ thông rotor từ đại lượng điện áp va dòng điện stator……… 95

45 Hình 3.7 Xác định từ thông rotor từ dòng điện stator và tốc độ động cơ……….96

46 Hình 4.1 Sơ đồ cấu trúc thuật toán tính toán tính toán tốc độ……….100

47 Hình 4.2 Mô hình quan sát từ thông rotor và dòng điện……… 102

48 Hình 4.3 Mô hình quán át dưới dạng ma trận con……….….… 105

49 Hình 4.4 Sơ đồ cấu trúc nhận dạng tham số động cơ……… 112

50 Hình 4.5 Sơ đồ khối tính toán tốc độ có nhận dạng tham số động cơ.114 51 Hình 4.6 Cấu trúc khâu quan sát không đo tốc độ……… 114

52 Hình 5.1 Sơ đồ cấu trúc tính toán góc từ trường……… 115

53 Hình 5.2 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển vector động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc không dùng cảm biến tốc độ……… 116

54 Hình 5.3 Sơ đồ mô phỏng động cơ không đồng bộ không dùng cảm biến tốc độ……….118

55 Hình 5.4 Đồ thị dòng điện stator ids………120

56 Hình 5.5 Đồ thị dòng điện stator iqs………120

57 Hình 5.6 Đồ thị mô men điện từ ……… 121

58 Hình 5.7.Đồ thị tốc độ góc ……… …121

59 Hình 5.8 Đồ thị từ thông ……….122

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

So với động cơ điện một chiều, động cơ không đồng bộ có ưu điểm nhiều hơn về mặt cấu tạo, giá thành cũng như trong vận hành Tuy nhiên do đặc tính phi tuyến nên việc điều khiển động cơ không đồng bộ gặp nhiều khó khăn hơn

Trong những năm gần đây, với sự phát triển mạnh của một số ngành kỹ thuật như điện tử công suất, kỹ thuật vi xử lý….nhiều phương pháp điều khiển mới ra đời và đã thu được hiệu quả Chính vì như vậy động cơ không đồng bộ ngày càng được sử dụng rộng rãi, dần thay thế cho động cơ một chiều trong các hệ thống truyền động chất lựơng cao

Có nhiều phương pháp điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ, trong

đó có điều khiển tần số/điện áp nguồn cung cấp có thể nói là hiệu quả Trong

hệ thống này sức điện động stato động cơ được điều chỉnh tỉ lệ với tần số đảm bảo duy trì từ thống khe hở không đổi Động cơ có khả năng sinh mômen như nhau ở tần số dưới định mức có khả năng điều chỉnh cả hai vùng như: Vùng dưới tốc độ cơ bản - điều chỉnh từ thông không đổi qua việc giữ tỉ số U/f là hằng số Vùng trên tốc độ cơ bản – điều chỉnh điện áp giữ không đổi, từ thông động cơ giảm theo tốc độ đảm bảo công suất động cơ không đổi Tuy nhiên phương pháp điều khiển tần số/ điện áp rất đơn giản cho mạch chỉ có một mạch vòng điều chỉnh tốc độ Nếu trong mạch yêu cầu chất lượng điều chỉnh như robot… thì các phương pháp điều khiển kinh điển khó đáp ứng

Hệ thống điều khiển định hướng theo từ trường còn gọi là điều khiển vectơ có thể đáp ứng các yêu cầu điều chỉnh trong chế độ tĩnh và động Nó cho phép điều khiển độc lập mô men và từ thông động cơ bằng cách điều chỉnh độc lập hai thành phần dòng điện stator tương ứng Kênh điều khiển mô men gồm một mạch vòng điều chỉnh tốc độ và một mạch vòng điều chỉnh

dòng điện sinh mômen Kênh điều khiển từ thông gồm một mạch vòng điều chỉnh từ thông và một mạch vòng điều chỉnh dòng điện sinh từ thông Do đó,

hệ thống truyền động điện động cơ không đồng bộ có thể cải tạo ra những đặc tính tĩnh và động cao so sánh được với động cơ một chiều

Trong hệ thống điều khiển véc tơ tín hiệu phản hồi tốc độ trong mạch vòng điều chỉnh thường nhận được từ máy phát tốc gắn trên trục động cơ Trong nhiều trường hợp không thể lắp được cảm biến tốc độ trên trục động cơ

ví dụ như hệ thống truyền động điện cao tốc, hệ truyền động điện ô tô,….hay khi động cơ làm viêc ở môi trường độc hại, hơn nữa nhiễu gây ra do truyền dẫn tín hiệu từ máy phát tốc về tủ điều khiển động cơ ở xa trung tâm là vấn đề phức tạp cho việc nâng cao độ chính xác điều khiển Giá thành của cảm biến quay hiện nay lại rất đắt

Hệ thống truyền động mới không dùng cảm biến tốc độ đã khắc phục được những nhược điểm trên Trong hệ thống này, tốc độ động cơ được tính toán từ điện áp và dòng điện stato và sử dụng tín hiệu làm phản hồi của mạch vòng điều chỉnh tốc độ

2 Mục đích, đối tượng và pham vi nghiên cứu của đề tài

“ Nghiên cứu xây dựng thiết bị đo tốc độ điều khiển động cơ điện xoay chiều ba pha rotor lồng sóc không dùng cảm biến tốc độ” là:

- Phân tích một số kết quả nghiên cứu trên lĩnh vực đo và điều khiển tốc

độ động cơ không dùng cảm biến tốc độ

- Nghiên cứu một số phương pháp đánh giá tốc độ dựa trên mô hình quan sát

- Xét ảnh hưởng của điện trở stator và rotor đến quá trình điều khiển động cơ từ đó xây dựng mô hình quan sát nhận dạng tham số điện trở

3.Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu xây dựng thiết bị đo tốc độ động cơ và hệ thống điều khiển tốc độ động cơ xoay chiều ba pha rotor lồng sóc không dùng cảm biến tốc độ

Phạm vi nghiên cứu:

Nhằm tăng phản ứng động của động cơ của hệ thống, nâng cao độ chính xác tính toán tốc độ và từ thông rotor, chất lượng điều chỉnh trong dải điều chỉnh tốc độ, độ rộng đặc biệt ở vùng tốc độ thấp

Xây dựng thuật toán nhận dạng tham số động cơ hợp lý nhằm loại trừ ảnh hưởng của sự thay đổi các thông số trong qúa trình làm việc

4 Nội dung của đề tài

Trong việc thiết kế thiết bị đo tốc độ động cơ

- Khảo sát các phương pháp đo tốc độ động cơ hiện nay

- Xây dựng hệ thống đo tốc độ động cơ thông qua phương pháp chuyển phát

mô men để đo tốc độ động cơ

Trong việc xây dựng hệ thống điều khiển động cơ rotor lồng sóc không dùng cảm biến tốc độ ta có hai hướng nghiên cứu chính sau

Hướng thứ nhất nhằm tăng phản ứng động của hệ thống nâng cao độ chính xác tính toán tốc độ và từ thông rôto, chất lượng điều chỉnh trong dải điều chỉnh độ rộng, đặc biệt ở vùng tốc độ thấp Hướng thứ hai là xây dựng thuật toán nhận dạng tham số động cơ hợp lý nhằm loại trừ ảnh hưởng của sự thay đổi các thông số trong quá trình làm việc

5 Phương pháp nghiên cứu

Trong khuôn khổ luận văn, học viên đã sử dụng phương pháp nghiên cứu tổng hợp sau:

- Khảo sát các hệ thống đo tốc độ động cơ hiện nay đang được sử dụng và nghiên cứu xây dựng thiết bị đo tốc độ động cơ thông qua việc chuyển phát

mô men để chuyển đổi tín hiệu từ tương tự sang số

- Nghiên cứu hệ thống điều khiển động cơ không đồng bộ xoay chiều ba pha rotor lồng sóc không dùng cảm biến tốc độ

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Xét trên lĩnh vực kinh tế và kỹ thuật, hệ thống điều khiển vector gián tiếp động cơ không đồng bộ không dùng cảm biến tốc độ sẽ góp phần giải quyết một số vấn đề cho các hệ thống truyền động điện chất lượng cao và giảm giá thành đáng kể cho các hệ thống truyền động điện

7 Cấu trúc luận văn

Luận văn được chia thành các chương sau

Mở đầu: Giới thiệu về nhiệm vụ và cấu trúc của luận văn

Chương 1 Các phương pháp đo tốc độ động cơ và xây dựng mạch đo tốc độ động cơ

Chương 2 Tổng quan về động cơ không đồng bộ trong hệ không gian

vector

Chương 3 Đánh giá tốc độ động cơ và hệ thống điều khiển vector

không dùng cảm biến tốc độ

Chương 4 Xây dựng thuật toán tính toán tốc độ, mô hình quan sát từ

rotor và dòng điện stator và mô hình quan sát điện trở stator và rotor

Chương 5 Xây dựng hệ thống điều khiển vector gián tiếp không dùng

cảm biến tốc độ và minh họa một số kết quả mô hình hóa hệ thống điều khiển vector không dùng cảm biến tốc độ

Kết luận và kiến nghị

Chương 1 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ VÀ XÂY DỰNG HỆ

THỐNG ĐO TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ 1.1 Các phương pháp đo tốc độ động cơ

Để đo tốc độ của rotor ta có thể sử dụng các các phương pháp sau đây

- Sử dụng máy phát tốc

- Sử dụng bộ cảm biến quang tốc độ với đĩa mã hóa

- Sử dụng máy đo góc tuyệt đối

- Xác định tốc độ gián tiếp qua phép đo dòng điện và điện áp stator mà không cần bộ cảm biến tốc độ

Do độ chính xác thấp, lại đòi hỏi kèm theo bộ đổi tương tự - số để số hóa tín hiệu đo nên phương pháp sử dụng máy phát tốc đã dần đi vào dĩ vãng Dưới đây sẽ trình bày các phương pháp xác định tốc độ quay của rotor

1.1.1 Sử dụng bộ cảm biến quang tốc độ với đĩa mã hóa (Incremental En-coder)

Đĩa mã hóa Đĩa mã hóa R1 +5v R2 + 5v

180Ω 2,2kΩ Tâm trục cơ khí

Đường tâm

ánh sáng

Led Phototranzito

Hình 1.1 Bộ cảm biến quang tốc độ với đĩa mã hóa

a, Sơ đồ cảm biến quang tốc độ

b, Sơ đồ nguyên lý tranzito quang

Hình 1.1a sơ đồ sử dụng bộ cảm biến quang tốc độ Đĩa mã hóa gắn trên trục động cơ gồm các lỗ, trên (hình 1.1a) có tám lỗ Đĩa đặt giữa nguồn tia

hồng ngoại do điốt phát quang LED cung cấp và đầu thu là tranzito quang (hình 1.1b) Khi đĩa quay tranzito sẽ chỉ chuyển mạch nếu vị trí LED, lỗ, tranzito thẳng hàng Khi đó tranzito đưa điện áp trên R2 về mức thấp Khi đĩa ngăn ánh sáng thì tranzito quang bị khóa, kết quả là điện áp trên R2 về mức cao

Kết quả là khi đĩa mã hóa quay, ứng với (hình 1.1a) trên đầu ra R2 ta được tám xung hình chữ nhật Tần số xung phụ thuộc vào tốc độ đĩa Nếu ta muốn duy trì tốc độ quay của rotor ở tốc độ không đổi nào đó ứng với chu kỳ tín hiệu do bộ cảm biến tốc độ tạo nên, chu kỳ này xác định điểm đặt tốc độ

Để xác định chiều quay (thuận hoặc ngược) cần sử dụng bộ cảm biến kép gồm có hai LED và hai tranzito quang, hai đĩa mã hóa Khi đĩa quay ta nhận được hai xung chữ nhật lệch nhau 900 Chiều quay được xác định bằng vị trí tương đối của hai tín hiệu Tốc độ bằng 0 có nghĩa là xung tiếp theo không bao giờ tới Trong thực tế áp dụng ta sử dụng bộ thời gian tràn khi các xung đến lớn hơn 65536 bằng bộ đếm thời gian thanh ghi

Thông thường các bộ cảm biến quang tốc độ còn xử lý sườn các xung tín hiệu và trên cơ sở đó cho phép tăng số lượng vạch đếm trong một vòng đĩa lên bốn lần Chuỗi xung A hoặc B được đưa tới cửa vào của khâu đếm tiến, biết số xung trong một chu kỳ, ta tính được tốc độ của động cơ:

N số xung trong thời gian Tn

Để nâng cao độ phân giải của phép đo tốc độ ta có hai giải pháp:

- Tăng số lỗ trong một rãnh, ta có đĩa mã hóa gồm nhiều rãnh, mỗi rãnh có

số tăng dần theo quan hệ 2n, n là số rãnh (hình 1.2)

- Phân phối điểm xung và đo thời gian Bên cạnh việc đếm xung ở trên ta

đo khoảng thời gian, ví dụ tĐo trên hình 1.2 Giữa hai sườn xung lân cận thời điểm bắt đầu và kết thúc chu kỳ T bằng cách đồng thời đếm một chuỗi phụ có tần số cố định Trường hợp này công thức (1.1) trở thành:

Nếu xung đếm phụ có độ phân giải thời gian d(Δt) = 50 ns, khi n = 3000 vòng/phút theo (1.3) ta xác định được độ phân giải dn = 0,15 vg/ph tạo điều kiện ổn định tốc độ n với độ chính xác rất cao Phương pháp đo thời gian, phối hợp đếm xung có độ phân giải không còn phụ thuộc vào độ phân giải của đĩa mã hóa mà chỉ phụ thuộc vào tần số của chuỗi xung phụ đo thời gian (hình 1.2) Nhiều bộ cảm biến quang tốc độ không cấp tín hiệu A, B chữ nhật mà có dạng sin như hình 1.3a

Hình 1.3; a Máy phát xung với hai kênh A, B có tín hiệu dạng sin

b Sơ đồ nguyên lý của mạch đo

Hai tín hiệu trigo (hình 1.3b) để tái tạo lại dạng xung chữ nhật sau đó sử dụng như tín hiệu đo tốc độ thông thường có kèm theo khả năng nhân bốn

Trong mỗi xung có khả năng đọc các giá trị sin, cos Bằng cách xác định

α = arctgB/A, ta thực hiện nội suy vị trí trong bản thân một xung chữ nhật, nhờ đó nâng độ phân giải của phép đo lên 18 – 20 bít/1vòng Bộ cảm biến quang tốc độ bằng đĩa mã hóa thông dụng ngoài hai kênh A và B còn cấp

Tín hiệu B

A

A

Đếm xung

Thuật toán

xử lý Tín hiệu B

xung “0” tín hiệu về một góc cố định của trục quay tạo điều kiện sử dụng trong hệ truyền động động cơ đồng bộ

1.1.2 Sử dụng máy đo góc tuyệt đối (Resolver)

Máy đo góc tuyệt đối cấu tạo gồm hai phần:

- Phần động gắn liền với trục quay của động cơ chứa cuộn sơ cấp được kích thích bằng sóng mang tần số từ 2 – 10kHz qua máy biến áp quay (hình 1.4a)

- Phần tĩnh có hai dây quấn thứ cấp (cuộn sin và cuộn cos) đặt lệch nhau

900. Đầu ra của hai dây quấn thứ cấp ta thu được hai tín hiệu điều chế biên độ UU0sinωtsinθ và UU0sinωtcosθ (hình 1.4b)

Đường bao của biên độ kênh tín hiệu ra chứa thông tin về vị trí tuyệt đối (góc θ) của rotor máy đo, có nghĩa là vị trí tuyệt đối của rotor động cơ (hình 1.4c

Trục đc

Biến áp

Kích thích U0sinωt Sin

Có hai cách thu thập thông tin về θ Cách 1 là hiệu chỉnh sửa sai góc thu được trên cơ sở so sánh góc và được cài đặt sẵn trong một số vi mạch sãn có Các vi mạch này cho tín hiệu góc dạng số với độ phân giải 10 – 16 bít/1vòng

và một tín hiệu tốc độ quay dạng tương tự Do cần sử dụng khâu điều chỉnh I hoặc PI để sửa sai lệch góc nên chiều rộng dải tần và độ phân giải cho phép phụ thuộc vào thông số của mạch điều chỉnh

Cách 2 có chất lượng cao hơn là dùng hai bộ đổi tương tự - số để lấy mẫu trực tiếp từ đỉnh tín hiệu điều chế Trong trường hợp này cần đồng bộ chặt chẽ giữa thời điểm lấy mẫu và khâu tạo tín hiệu kích thích 2 – 10kHz sau

đó dùng bộ lọc để chuyển xung chữ nhật thành tín hiệu kích thích hình sin Ngoài ra phải có biện pháp giảm sai số truyền dẫn tín hiệu từ bộ cảm biến đặt

ở động cơ đến bộ vi xử lý đặt ở bàn điều khiển

Độ phân giải của phép đo dùng máy đo góc tuyệt đối hoàn toàn phụ thuộc vào độ phân giải của bộ đổi tương tự - số Ví dụ khi sử dụng bộ đổi tương tự - số có độ phân giải 12 bít, góc θ đo được với độ phân giải cỡ 12800 xung/vòng Máy sử dụng thuận lợi cho cả hai loại động cơ xoay chiều, đặc biệt là động cơ không đồng bộ là loại cần biết giá trị tuyệt đối của vị trí rotor Khi đạo hàm góc quay θ ta thu được tốc độ ω của rotor

Máy đo góc tuyệt đối ít nhạy với nhiệt độ và ít nhiễu điện từ, tuy vậy chúng không đặt được độ phân giải cao như bộ cảm biến quang tốc độ với tín hiệu hình sin

1.2 Xây dựng mạch đo tốc độ động cơ

1.2.1 Mục đích

Chế độ làm việc của động cơ được đặc trưng bởi các thông số cơ học là

mô men quay M và tốc độ quay n và các thông số điện là điện áp U và dòng điện I của động cơ tiêu thụ từ lưới điện Việc đo lường các thông số điện áp

và dòng điện thực hiện dễ dàng nhờ các dụng cụ đo lường như von kế và

ampe kế Mô men quay của động cơ là thông số liên quan tới phụ tải cơ trên của động cơ Việc xác định momen quay M có ý nghĩa quan trọng khi cần biết chế độ làm việc của các máy, điều đó biết được hiệu xuất làm việc của các máy Trong hệ thống tự động điều khiển động cơ không đồng bộ có mạch vòng phản hồi theo tốc độ vào mômen, việc xác định mômen điện từ của động

cơ có ý đặc biệt quan trọng vì thông số điều khiển là tốc độ quay n và mô men

M của động cơ Các hệ thống như vậy phải có khâu đo lường để cung cấp tín hiệu phản hồi tỉ lệ với mômen điện từ của động cơ Có thể sử dụng các mạch chuyển phát khác nhau làm khâu đo lường này Hiện nay kỹ thuật đo lường và điều khiển đã sử dụng nhiều đến máy tính là loại thiết bị được trang bị rộng rãi hiện nay trong các cơ sở nghiên cứu, học tập, cũng như trong nhiều lĩnh vực sản xuất công nghiệp và đời sống sinh hoạt Các thiết bị, hệ thống đo lường, điều khiển ghép nối với máy tính đem lại hiệu quả đầy tính ưu việt như

độ chính xác cao, thời gian thu thập số liệu ngắn và khả năng tự động hóa trong việc thu thập, xử lý kết quả đo, lập bẳng thống kê, vẽ đồ thị và in kết quả Vì vậy, ta cần ta phải xây dựng ra một mạch điện – điện tử cho phép tính toán ra trị số của mô men điện từ trực tiếp từ các tín hiệu đặt vào động cơ

1.2.2 Các công thức để xây dựng mạch chuyển phát mô men của động cơ không đồng bộ để đo tốc độ động cơ

Trong hệ thống tự động điều khiển động cơ không đồng bộ có mạch vòng phản hồi theo tốc độ và mô men, việc xác định điện từ của động cơ có

ý nghĩa quan trọng vì thông số để điều khiển động cơ là tốc độ động cơ và

mô men M của động cơ Trong nhiều trường hợp không thể lắp được cảm biến tốc độ trên trục động cơ như ở trong truyền động điện cao tốc, hệ truyền động điện ôtô hay động cơ làm việc ở trong môi trường độc hại do vậy việc xây dựng mạch chuyển phát mô men của động cơ không đồng bộ để đo tốc

độ động cơ là cần thiết Như ta đã biêt tốc độ góc ω = 2πn/60 = n/9,55

Và mô men điện từ M = P/ω = 9,55P n (Nm) hay Mđ = M- Mc = Jdω dt → dω dt = → dω dt = đ → ωth = ∫ đ

dt, hay n = 9,55Mđ/J trong

trường hợp này ta không sử dụng công thức này được mà ta đo tốc độ động

cơ thông qua việc đo mô men đâp mạch tức thời Mđ

Trong đó: M là mô men điện từ

Mc là mô men cản

ωth là tốc độ góc tức thời

Mđ là mô men đập tức thời

Trong hệ tọa độ α, β quay với tốc độ ωk = 0 mômen điện từ của động cơ được xác định theo biểu thức:

Trong đó: iαs là thành phần dòng điện của dây quấn stator theo trục α iβs là thành phần dòng điện của dây quấn stator theo trục β Các thành phần dòng điện iβs, iαs của dây quấn stator được xác định theo quan hệ sau:

Ψαs, Ψβs là các thành phần từ thông theo trục α và β của dây quấn stator Các thành phần từ thông Ψαs, Ψβs được xác định theo các phương trình điện áp uαs và uβs theo các trục αβ của dây quấn stator

uαs = Rsiαs + d Ψαs/dt

uβs = Rsiβs + d Ψβs/dt

Trong đó: Rs là điện trở một pha của dây quấn stator

Các thành phần điện áp theo các trục α, β là uαs, uβs được xác định theo quan hệ sau:

Các công thức (1.4), (1.5), (1.6), (1.7) cho phép tính được mô men điện

từ cảu động cơ từ các điện áp u , u và các dòng điện , là các tín hiệu điện nhận từ các sensor dòng điện

Việc tính toán mômen điện từ của động cơ có thể thực hiện theo hai phương án:

- Phương án 1: sử dụng các bộ khuếch đại thuật toán để thực hiện các phép tính cộng, trừ và lấy tích phân Để thực hiện phép nhân cần sử dụng vi mạch nhân, từ đó xác định mômen điện từ theo công thức (1.4), (1.5), (1.6), (1.7) Theo sơ đồ mạch tính toán kiểu tương tự kết quả đo được chỉ thị bằng đồng hồ đo hoặc có thể quan sát trên màn hình của một dao động ký có bộ nhớ

- Phương án thứ 2: sử dụng máy tính số để tiến hành tính mô men theo các công thức (1.4), (1.5), (1.6), (1.7) Phương pháp này đòi hỏi phải sử dụng các vi mạch chuyển đổi tương tự - số để sủ lý các tín hiệu tương tự điện áp

u , u dòng điện , thành tín hiệu số trước khi đưa vào máy tính để thực hiện các phép tính nói trên Kết quả tính toán được thể hiện trên màn hình máy tính dưới dạng đồ thị theo thời gian M(t)

1.2.3 Phương án chuyển phát mômen điện từ của động cơ không đồng bộ theo sơ đồ mạch tính toán kiểu tương tự

1.2.3.1 Sơ đồ nguyên lý mạch đơn giản

Như đã đề cập ở trên dù thực hiện mạch chuyển phát mô men theo kiểu tương tự hay theo phương án sử dụng máy tính số đều phải dùng đến các máy biến điện áp TU để nhận được các tín hiệu điện áp u , u và các máy biến dòng TI để có các tín hiệu dòng điện , Các sensor điện áp và dòng điện này được mắc trong mạch động lực cung cấp dây quấn stator của động cơ như

sơ đồ cộng tín hiệu để thực hiện phép tính Các tín hiệu i = i và u =

u nhận được từ các sensor điện áp và dòng điện được đưa đến các đầu vào của một bộ khuếch đại thuật toán thứ 3, lắp theo sơ đồ mạch tích phân để tính toán ra thành phần từ thông Ψαs theo biểu thức (1.7) Còn các tín hiệu ra i ,

của các mạch cộng tín hiệu được đưa tới các đầu vào của bộ khuếch đại

thuật toán thứ 4 để tính toán ra thành phần từ thông Ψβs theo biểu thức (1.7)

Để thực hiện các tích số , Ψβs và iβs, Ψαs cần phải sử dụng hai vi mạch

nhân tương tự Cuối cùng để nhận được mô men điện từ M của động cơ ta

dung bộ khuếch đại thuật toán thứ 5 để thực hiện phép tính theo công thức

(1.4) Trên hình 1.5 là sơ đồ nguyên tắc đơn giản của mạch chuyển phát mô

men điện từ kiểu tương tự

Hình 1.5 Sơ đồ nguyên tắc mạch chuyển phát mô men kiểu tương – tự

1.2.3.2 Sơ đồ mạch chuyển phát mô men điện từ kiểu tương tự

Trên cơ sở của sơ đồ nguyên tắc hình 1.5 ta có thể lập ra sơ đồ chi tiết cụ

thể để xác định mô men điện từ M của động cơ như hình 1.6

M

A B C TI

Hình 1.6 Sơ đồ chi tiết mạch chuyển phát mô men kiểu tương tự

Trên sơ đồ này là các sensor dòng điện TI biến đổi các dòng điện iA, iB thành các tín hiệu điện áp iAs, iBs Còn các sensor áp TU biến đổi các điện áp

uA, uB, thành các tín hiệu uAs, uBs Các tín hiệu uAs, iAs, iBs được đưa qua mạch đảo dấu 1, 2, 3 để trở thành các tín hiệu điện – uAs = - uαs, - iA = - iαs và - iβs Các mạch cộng đảo dấu 4 và 5 thực hiện các phép tính theo công thức (1.5), (1.6) để cho ở đầu ra các tín hiệu iβs và - uβs các tín hiệu này đi qua bộ đảo dấu

6 và 7 để trở thành các tín hiệu đảo - iβs và uβs Các mạch tích phân 8 và 9 thực hiện các phép tính theo công thức (1.7) và cho tín hiệu ở đầu ra - Ψβs và - Ψαs Các ma trận nhân 11 và 12 thực hiện các phép nhân để cho tín hiệu ra là các tích số Ψβs, iαs và - Ψαs, iβs Cuối cùng mạch cộng đảo dấu 10 sẽ tính ra trị số của mô men điện từ Ms của động cơ theo biểu thức (1.4)

1.2.3.3 Xác định hệ số chuyển đổi mômen của sơ đồ mạch tính toán

-i as

-i bs

R1 R2 R

5 - +

i AS R

R

2 - +

-i a s

i BS R

R

3 - +

-i Bs

-U ßs

6 - +

Nếu gọi M là trị số của mô men động cơ (đvị Nm); Ms là trị số của mô men tính được trên sơ đồ mạch tính toán hình 1.6 (đơn vị V), ta có quan hệ

M = kms Ms với k = M/Ms (Nm/V)

Để xác định kms cần dựa vào sơ đồ hình 1.6 và các công thức (1.4), (1.5), (1.6), (1.7) Gọi tỷ số biến đổi dòng điện của các máy biến dòng điện của các máy biến dòng điện là TI là ki, các máy biến điện áp TU có tỷ số biến đổi điện áp là ku , ta có:

1.2.3.4 Chọn các thông số của sơ đồ mạch tính toán mô men điện từ

- Xác định ku, Ru, ki;

Như đã chọn ku = 40, Ri = 1Ω, ki = 40

- Chọn các thông số của các mạch cộng đảo dấu 4 và 5

Các điện trở R trong các mạch phản hồi của các mạch cộng đảo dấu 4 và 5 cũng như tất cả các mạch đảo dấu 1, 2, 3, 6, 7 và của mạch đảo dấu 10 được lựa chọn với trị số R = 1kΩ Các điện trở đầu vào R1 và R2 của các bộ cộng đảo dấu 4 và 5 được lựa chọn theo phương trình (1.5) và (1.6)

u = 1

√3(u − 2u )

i = 1

√3(i − 2i )

Từ các biểu thức này ta suy ra; R/R1 = 1

√3 và R/R2 = 2 √3

Do đó; R1 = √3 R = 1,73 kΩ , R2 = (√3/2).R = 0,65 kΩ

- Xác định các thông số C, R3, R4 của các mạch tích phân 8 và 9

Các mạch tích phân này thực hiện theo công thức (1.7) Các tụ điện C trong mạch được lựa chọn với trị số C = 10µF, nên các điện trở đầu vào được lựa chọn như sau: 1/ C.R3 =1; 1/CR4 = Rs Do đó R3 = 1/C = 1/10; R4 = 1/C Rs

- Lưạ chọn các thông số R5 và R6 của bộ cộng tín hiệu 10:

Bộ cộng này thực hiện phép tính xác định trị số của mô men điện từ M theo công thức M = 3/2 (Ψαsiβs - Ψβsiαs) Vì vậy ta có các tỷ số R/R5 = R/R6 = 3/2 Suy ra ta được R5 = R6 = 2.R/3 =667k

- Lựa chọn các bộ nhân tương tự 11 vầ 12

Các bộ nhân này thực hiện phép nhân Ψαsiβs và Ψβsiαs Các vi mạch nhân tương tự có nhiều loại khác nhau Ở đây để đảm bảo độ chính xác của phép nhân ta chọn loại vi mạch nhân tương tự AD 534 (L, K, J), có độ chính xác phép nhan cao cụ thể là:

Loại AD 534L có độ chính xác của phép nhân là +- 0,25%

Loại AD 534K có độ chính xác của phép nhân là +- 0,5%

Loai AD 534J có độ chính xác của phép nhân là +- 1%

Trên hình 1.7 là sơ đồ bố trí chân của loại vi mạch AD 534

Trên hình 1.8a là sơ đồ khối của vi mạch AD 534 có tín hiệu đầu ra là: Vout = [( )( ) ( )]

Trong đó: A là hệ sô khuếch đại của bộ khuếch đại công suất ra khi không

có phản hồi tín hiệu ra

X, Y, Z là các tín hiệu vào có trị số max = +- SF, trị số xung bằng +- 1,25

SF là hệ số được chỉnh định sẵn ở trị số 10v, người sử dụng có thể giảm trị số này đến 3v

Trong đa số các trường hợp hệ số khuếch đại A của mạch khuếch đại có thể coi như lớn vô cùng, do đó khi SF = 10v ta có quan hệ sau:

(X1 – X2)(Y1 – Y2) = 10(Z1 – Z2)

Trên hình 1.8b trình bầy sơ đồ nối mạch nhân AD 534 để có hệ số SF =1v sao cho tín hiệu ra có dạng: Vout = X.Y Khi đó hệ số khuếch đại của mạch là lớn nhất là 10

so sánh

Phần tử nhân

Mạch suy giảm 0,75

x 15v b,

Vào

90k

Y 10k C=200pF Vào -15v

Hình 1.8 a, Sơ đồ khối của vi mạch nhân AD 534

Công suất tiêu tán: 310 – 670mW

Điện áp đầu vào U+, U- = -+ 15V

Nhiệt độ bảo quản – 55 - + 1500C

Nhiệt độ làm việc: Đối với loại µA 741là:00c - +700c

X2 Aout

Z1

Hình 1.9 Vi mạch khuếch đại thuật toán µA 741

a, Sơ đồ bố trí chân b, Sơ đồ nối mạch

- Nguồn 1 chiều:

Nguồn nuôi 1 chiều Ecc cung cấp cho bộ khuếch đại thuật toán và các bộ nhân trên sơ đồ hình 1.6 Làm việc có thể lấy từ bộ nguồn chuyên dụng một chiều có sẵn với điện áp ra một chiều có thể điều chỉnh được để đặt các trị số +

-18v hoặc +-15v Các trị số điện áp này cũng có thể lấy từ các nguồn một chiều tự lắp ráp ổn định điện áp ra theo sơ đồ hình 1.10 sau:

7815 (7818)

+15v 220v 32v kЏ402A 2200µF 0,1µF 32v 0v 2200µF 0,1µF -15v

7915 (7918)

Hình 1.10 Sơ đồ nguồn điện một chiều

Trên sơ đồ hình 1.10 sử dụng mạch chỉnh lưu cầu kЏ 402A Có điện áp ngược cực đại cho phép Ungược Maxcp = 600v, có dòng chỉnh lưu trung bình Id=1A

Để ổn định điện áp ra có thể sử dụng các vi mạch ổn áp sau: 7815 khi điện áp ra +15v và 7915 khi điện áp ra -15v, hoặc 7818 khi điện áp ra +18v và

7918 khi điện áp ra – 18v

1.2.4 Phương án chuyển phát mô men điện từ của động cơ không đồng

bộ sử dụng các vi mạch chuyển đổi tương tự - số (A/D) ghép nối với máy tính

1.2.4.1 Nguyên tắc của phương pháp

Phương pháp này không sử dụng các vi mạch thuật toán để thực hiện các phép tính theo biểu thức (1.4), (1.5), (1.6), (1.7), như ta đã làm trong phương

án dùng mạch tính toán kiểu tương tự số ở trên Đối với phương án này các phép tính toán đó được thực hiện trên máy tính số, kết quả đo được sẽ cho ra màn hình của máy tính và có thể in ra giấy, có thể lưu lại để sử dụng ho các lần sau Do đó các tín hiệu điện áp uAs, uBs và dòng điện iAs, iBs lấy được từ đầu ra của các sensor điện áp TU và các sensor dòng điện TI trước khi truy nhập vào máy tính để tính toán phải được chuyển đổi thành tín hiệu số nhờ các vi mạch chuyển đổi tương tự - số A/D

Máy tính nhận được các tín hiệu uas, ubs, ias, ibs đã được số hóa sẽ tiến hành tính toán theo các công thức (1.4), (1.5), (1.6), (1.7) để tính ra mômen điện từ M rồi cho ra kết quả trên màn hình Mô men điện từ M tính được trên máy tính là kết quả tính đươc trên tín hiệu số Để phục vụ cho các mục đích

sử dụng, điều khiển cần có các tín hiệu mô men M dưới dạng tương tự ta sử dụng vi mạch chuyển đổi số - tương tự D/A để biến đổi tín hiệu mô men M dưới dạng số thành tín hiệu dạng tương tự

Hình 1.11 Sơ đồ khối mạch chuyển phat mô men dùng vi mạch chuyển đổi

tương tự số A/D ghép nối với máy tính

Trên hình 1.11 trình bày nguyên tắc của việc chuyển phát mô men điện

từ sử dụng máy tính ghép nối với các vi mạch chuyển đổi tương tự - số A/D

và số - tương tự D/A

Mạch chuyển phát mô men này gồm ba phần chủ yếu:

Phần I: là các thiết bị nhận các tín hiệu vào là các điện áp và các dòng điện của động cơ và cho các tín hiệu ra là các tín hiệu uas, ubs, ias, ibs đều là tín

Ð

B C senso dòng

senso áp I

Rs

B?ng các vi mach A/D

Máy tính

Vi mach D/A Màn

hiệu dạng điện áp có trị số không vượt quá 5v để đưa đến bảng các vi mạch chuyển đổi số - tương tự D/A

Phần II: là bảng các vi mạch chuyển đổi tương tự số D/A và vi mạch chuyển đổi số tương tự D/A

Phần III: là máy tính và màn hình

+ T4

-+ -

+ T3

-+ -

+ T2

-+ -

+ T1

-+ -

Hình 1.12 Sơ đồ nguyên lý của phần thiết bị I mạch chuyển phát mô men dùng máy tính ghép nối với các vi mạch chuyển đổi tương tự số

1.2.4.2 Phần thiết bị I

Sơ đồ nguyên lý của thiết bị được trinh bày trên hình 1.12 Nhiệm vụ chủ yếu của thiết bị này là chuyển đổi điện áp và dòng điện pha A và pha B của động cơ thành các tín hiệu điện áp có trị số không vượt quá 5v nhờ các sensor điện áp T1 và T2 và các sensor dòng điện gồm các điện trở R01, R02 kết hợp với các máy biến áp cách ly T3 và T4

Các sensor điện áp có hệ số biến đổi: ku = 5/2.220.√2 = 0,008v

Các sensor dòng điện có hệ số biến đổi: ki = 5/8.Iđm.2 √2 = 0.4V/A Với Iđm = P/√3 380 cosΨ = 300/√3 380.0,8 = 0,57A

Iđm: là dòng điện định mức của động cơ

P: là công suất của động cơ (tính toán với P = 300W)

Mạch đo được toán cho động cơ có công suất từ 0,3kw đến 3kw Với động cơ có công suất P<0,3kw, các tiếp điểm pa, pb ở thứ cấp các biến áp T3, T4 đóng lại để điện áp ra phía thứ cấp được lấy ra trên các điện trở R12, và R17 Còn khi công suất động cơ P>0,3kw thì các tiếp điểm này được mở ra để điện

áp thứ cấp được đặt lên các điện trở (R12 +R11) và (R16 +R17) và các điện áp lấy ra cũng chỉ là điện áp trên R12 và R17 nghĩa là chỉ cỡ 1/10 điện áp thứ cấp của các máy biến áp T3, T4

Các tiếp điểm ra Pa, Pb được điều khiển đóng mở nhờ cuộn dây rowle P

và công tắc S Các tín hiệu nhận được từ các thứ cấp các máy biến áp T1, T2, T4, T3 là uAs, uBs, iAs, iBs dưới dạng tín hiệu điện áp được đưa qua bộ phận sử

lý tín hiệu để đảm bảo sao cho các tín hiệu này khi đưa đến bảng các vi mạch chuyển đổi A/D là các tín hiệu hình sin liên tục không bị méo và không chứa các tạp nhiễu Bộ phận sử lý tín hiệu được tạo nên bởi các vi mạch khuếch đại

thuật toán TLO 82 là các vi mạch khuếch đại thuật toán kép được dùng để tạo

ra các mạch lọc tích cực

Nguồn điện -+5v và 12v được lấy từ trong máy tính qua ổ cắm J2B Trong phần thiết bị I này còn đặt công tắc tơ K để đóng cắt mạch điện từ nguồn xoay chiều ba pha đưa vào động cơ để khởi động động cơ nhờ nút ấn N1 và dừng động cơ nhờ nút dừng N2

1.2.4.3 Phần thiết bị II

Đó là bảng các vi mạch chuyển đổi tương tự sang số A/D và số tương tự D/A Các vi mạch chuyển đổi tương tự số A/D là vi mạch loại ADC 0809 được dùng để chuyển đổi các tín hiệu tương tự uA, uB, iA, iB và uω thành tín hiệu số

Vi mạch ADC 0809 có các thông số kỹ thuật sau:

Không cần đòi hỏi điều chỉnh điểm không

Có 8 kênh làm việc độc lập nhau

Điện áp nguồn nuôi 5v

Độ phân giải 8 bít

Thời gian biến đổi 100µs

Dòng điện tiêu thụ 0,3 mA

Trên hình 1.13 là sơ đồ bố trí các chân của vi mạch loại ADC 0809 Các kênh nối vào là INO và IN1, … ,IN7 Các đầu ra được ký hiệu từ 1(MSB) đến 8(LSB) Tín hiệu giữ nhịp dùng cho bộ biến đổi A/D cần phải được tạo ra

ở bên ngoài và được dẫn đến chân Clock Ba đường địa chỉ A, B, C giúp cho viêc lựa chọn xem kênh nào phải được lựa chọn để lấy mẫu Việc lựa chọn kênh vào tuân theo quy định sắp xếp sau:

Hình 1.13 Vi mạch ADC 0809

Nguyên tắc làm việc của bộ biến đổi ADC 0809 cũng không phức tạp

Một xung dương ở chân Start sẽ kích hoạt sự biến đổi Qua đó mẫu bít ở lối

vào địa chỉ A, B, C cũng đồng thời được chốt và xác định kênh cần biến đổi

Trong quá trình biến đổi chân ra EOC đứng ở mức Low, sau 100µs mức này

chuyển sang high và báo hiệu sự kết thúc quá trình biến đổi Sau đó kết quả

của quá trình biến đổi sẽ xếp hàng ở các đường dẫn dữ liệu D0, D1,…D7 (các

chân 17, 14, 15, 8,18,19, 20, 21) Khi OE = 1 (chân 9) các đường dẫn chân 9

có thể được đọc tiếp Tín hiệu đưa vào bộ biến đổi ADC 0809 có trị số nằm

trong dải 0 – 5v

Trên sơ đồ bảng các vi mạch chuyển đổi hình 1.14 được bố trí 5 vi mạch

tương tự - số ADC 0809 để chuyển đổi các tín hiệu dòng điện iAs, iBs các tín

hiệu điện áp uAs, uBs và tín hiệu tốc độ u thành các tín hiệu số để đưa vào máy

tính Các tín hiệu uas, ubs, ias, ibs, u được các mạch chuyển đổi ADC 0809 rời

rạc hóa với chu kỳ lấy mẫu Tm

3 4 5 6 7 3 3 3 3 3 3 3 3

2 1 0 A B C

3

ALE 3 3 3 3 3 3 3

28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

C B A Kênh lối vào được kich hoạt

t