Ứng dụng card DSP f28335 điều khiển bộ chỉnh lưu cầu 3 pha

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ỨNG DỤNG CARD DSP F28335 ĐIỀU KHIỂN BỘ CHỈNH LƯU CẦU 3 PHA GVHD: ThS... Việc sử dụng hồi tiếp ngõ ra trong mạch chỉnh lưu cầu

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

ỨNG DỤNG CARD DSP F28335 ĐIỀU KHIỂN

BỘ CHỈNH LƯU CẦU 3 PHA

GVHD: ThS LÊ HOÀNG MINH SVTH: LÊ HỮU LÝ

MSSV: 10901052 SVTH: NGUYỄN NHƯ NGÀ MSSV: 10901053

S K L 0 0 4 3 7 1

MỤC LỤC

Trang bìa i

Nhiệm vụ đồ án ii

Lịch trình iii

Cam đoan vi

Lời cảm ơn vii

Mục lục viii

Liệt kê hình vẽ xii

Liệt kê bảng vẽ xvi

Từ viết tắt xvii

Tóm tắt xix

Chương 1 TỔNG QUAN Error! Bookmark not defined. 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ : Error! Bookmark not defined. 1.2 GIỚI HẠN Error! Bookmark not defined. 1.3 MỤC TIÊU Error! Bookmark not defined. 1.4 NỘi DUNG NGHIÊN CỨU Error! Bookmark not defined. 1.5 BỐ CỤC Error! Bookmark not defined. 1.6 Ý NGHĨA THỰC TIỂN 4

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT Error! Bookmark not defined.

2.1 KHÁI NIỆM BỘ CHỈNH LƯU Error! Bookmark not defined.

2.2 PHÂN LOẠI BỘ CHỈNH LƯU Error! Bookmark not defined.

Error! Bookmark not defined.

2.4 ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU Error! Bookmark not defined.

2.4.1 Ưu và nhược điểm của động cơ điện một chiều Error! Bookmark not defined 2.4.2 Cấu tạo động cơ điện một chiều: Error! Bookmark not defined 2.4.3 Nguyên lý làm việc Error! Bookmark not defined 2.4.4 Phân loại động cơ điện một chiều: Error! Bookmark not defined

Bookmark not defined.

2.5.1 Giới thiệu CARD DSP TMS320F28335 Error! Bookmark not defined

2.5.2 Đặc điểm thiết kế phần cứng Error! Bookmark not defined

Chương 3 TÍNH TOÁN CHỌN LINH KIỆN Error! Bookmark not

defined

3.1 GIỚI THIỆU Error! Bookmark not defined 3.2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG Error! Bookmark not defined 3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống Error! Bookmark not defined 3.2.2 Chức năng các khối: Error! Bookmark not defined 3.2.3 Hình ảnh và chức năng các khối Error! Bookmark not defined

Chương 4 THI CÔNG HỆ THỐNG Error! Bookmark not defined.

4.1 GIỚI THIỆU Error! Bookmark not defined.

4.2 THI CÔNG HỆ THỐNG Error! Bookmark not defined.

4.2.1 Thi công bo mạch Error! Bookmark not defined.

4.2.2 Hình ảnh thực tế các module Error! Bookmark not defined 4.2.3 Lắp ráp và kiểm tra Error! Bookmark not defined.

4.3 ĐÓNG GÓI VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH Error! Bookmark not defined 4.3.1 Đóng gói bộ điều khiển Error! Bookmark not defined.

4.3.2 Hình ảnh thực tế mô hình Error! Bookmark not defined.

4.4 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG Error! Bookmark not defined 4.4.1 Phần mềm lập trình cho vi điều khiển Error! Bookmark not defined 4.4.2 Viết chương trình hệ thống Error! Bookmark not defined.

4.5 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG Error! Bookmark not defined.

4.5.1 Sơ đồ mạch mô phỏng Error! Bookmark not defined 4.5.2 Chức năng các khối trong sơ đồ Error! Bookmark not defined.

4.6 SO SÁNH DẠNG SÓNG NGÕ RA CHƯA HỒI TIẾP VÀ CÓ HỒI TIẾP Error!

Bookmark not defined.

4.6.1 Mô phỏng với góc kích 0o Error! Bookmark not defined.

4.6.2 Mô phỏng vói góc kích 30 o : Error! Bookmark not defined.

4.6.3 Mô phỏng với góc kích 60 o : Error! Bookmark not defined.

4.7 VIẾT TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG, THAO TÁC Error! Bookmark not

defined.

Chương 5 KẾT QUẢ NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ Error! Bookmark not

defined.

5.1 MẠCH ĐỆM Error! Bookmark not defined 5.1.1 Mạch đệm ngõ vào Error! Bookmark not defined 5.1.2 Mạch đệm ngõ ra Error! Bookmark not defined 5.2 MẠCH NGUỒN Error! Bookmark not defined 5.3 MẠCH CÔNG SUẤT Error! Bookmark not defined 5.3.1 Kết quả dạng sóng trên mạch công suất chưa hồi tiếp Error! Bookmark not

Phụ lục 78

Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển toàn phần 6

Hình 2.2 Dạng sóng xung kích và điện áp mạch chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển toàn phần 8

Hình 2.3: Cấu tạo động cơ điện một chiều 10

Hình 2.4: Cực từ chính 10

Hình 2.5: Sơ đồ cách quấn dây 12

Hình 2.6: Cấu tạo cổ góp 12

Hình 2.7: Kit vi xử lý DSP TMS320 F28335 15

Hình 2.8: CPU F28xx 18

Hình 2.9: Vùng chức năng của CPU 19

Hình 2.10: Sơ đồ khối CPU 20

Hình 2.11: Tổ chức bộ nhớ của CPU 21

Hình 3.1: Sơ đồ hệ thống 24

Hình 3.2: Kit vi xử lý DSP TMS320 F28335Matlab 26

Hình 3.3: Hình ảnh thực tế và sơ đồ chân IC TL084 29

Hình 3.4: Hình ảnh thực tế và sơ đồ chân IC 74HC245 30

Hình 3.5: Mô hình thực tế và sơ đồ chân IC 7805 31

Hình 3.6: Mô hình thực tế và sơ đồ chân IC 7905 31

Hình 3.7: Mô hình thực tế và sơ đồ chân IC 7812 33

Hình 3.8:Mô hình thực tếvà sơ đồ chân trasistor H1061 33

Hình 3.9: Hình ảnh một số biến áp xung và lõi quấn biến áp xung 34

Hình 3.10: Hình ảnh thực tế DIODE IN4007 35

Hình 4.2: Khối mạch PCB nguồn 38

Hình 4.3: Sơ đồ nguyên lý mạch đệm ngõ vào 38

Hình 4.4 Khối PCB mạch đệm ngõ vào 39

Hình 4.5: Sơ đồ nguyên lý mạch đệm ngõ ra 39

Hình 4.6: Khối PCB mạch đệm ngõ ra 40

Hình 4.7: Sơ đồ nguyên lý mạch tín hiệu , công suất 41

Hình 4.8: Khối PCB mạch tín hiệu, công suất 42

Hình 4.9: Sơ đồ nguyên lý mạch hồi tiếp 42

Hình 4.10: Khối PCB mạch hồi tiếp 43

Hình 4.11: Module mạch nguồn 43

Hình 4.12: Module mạch đệm ngõ vào 44

Hình 4.13: Module mạch đệm ngõ ra 44

Hình 4.14: Module mạch tín hiệu , công suất 45

Hình 4.15: Module mạch hồi tiếp 45

Hình 4.16: Hình mô hình hoàn chỉnh 49

Hình 4.17: Cửa sổ thư viện Simulink 52

Hình 4.18: Sơ đồ kết nối Mablab 53

Hình 4.19: Khối tạo xung kích 54

Hình 4.20: Sơ đồ kết nối cho khối dò điểm zero trong Matlab 54

Hình 4.21: Sơ đồ khối hồi tiếp 55

Hình 4.22 : Sơ đồ mạch mô phỏng 55

Hình 4.23 Sơ đồ khối tạo sóng sin 56

Hình 4.26 : Hình ảnh mô phỏng dạng sóng ngõ ra chưa hồi tiếp tại góc kích 0 o 57

Hình 4.27 : Hình ảnh mô phỏng dạng sóng ngõ ra có hồi tiếp tại góc kích 0 o 57

Hình 4.28 : Hình ảnh mô phỏng dạng sóng ngõ ra chưa hồi tiếp tại góc kích 30 o 58

Hình 4.29 : Hình ảnh mô phỏng dạng sóng ngõ ra có hồi tiếp tại góc kích 30 o 58

Hình 4.30 : Hình ảnh mô phỏng dạng sóng ngõ ra chưa hồi tiếp tại góc kích 60 o 58

Hình 4.31 : Hình ảnh mô phỏng dạng sóng ngõ ra có hồi tiếp tại góc kích 60 o 59

Hình 5.1 : Dạng sóng cấp vào mạch đệm pha A, B, C 60

Hình 5.2 : Dạng sóng cấp vào mạch đệm pha A ’ , B ’ ,C ’ 60

Hình 5.3 : Dạng sóng ngõ ra mạch đệm pha A, B, C 61

Hình 5.4 : Dạng sóng ngỏ ra mạch đệm pha A ’ , B ’ , C ’ 61

Hình 5.5 : Dạng sóng xung kích A, B, C 62

Hình 5.6 : Dạng sóng xung kích A ’ , B ’ , C’ 63

Hình 5.7 : Dạng sóng ngõ ra mạch nguồn 63

Hình 5.8 : Kết quả mô phỏng dạng sóng pha A, B, C 64

Hình 5.9 : Kết quả dạng sóng pha A, B, C 64

Hình 5.10 : Kết quả mô phỏng xung kích A , B , C 65

Hình 5.11 : Dạng sóng xung kích A , B , C 65

Hình 5.12 : Kết quả mô phỏng xung kích A’ , B’ , C’ 66

Hình 5.13 : Dạng sóng xung kích A’ , B’ , C’ 66

Hình 5.14 : Dạng sóng mô phỏng trên tải R với góc kích 0 0 67

Hình 5.15 : Dạng sóng thực nghiệm trên tải R với góc kích 0 0 67

Hình 5.16: Dạng sóng thực nghiệm trên tải động cơ với góc kích 0 0 68

Hình 5.19: Dạng sóng thực nghiệm trên tải động cơ với góc kích 15 0 69

Hình 5.20 : Dạng sóng mô phỏng trên tải R với góc kích 30 0 70

Hình 5.21 : Dạng sóng thực nghiệm trên tải R với góc kích 30 0 70

Hình 5.22: Dạng sóng thực nghiệm trên tải động cơ với góc kích 30 0 71

Hình 5.23 : Dạng sóng mô phỏng trên tải R với góc kích 45 0 71

Hình 5.24 : Dạng sóng thực nghiệm trên tải R với góc kích 45 0 72

Hình 5.25: Dạng sóng thực nghiệm trên tải động cơ với góc kích 45 0 72

Hình 5.26 : Dạng sóng mô phỏng trên tải R với góc kích 60 0 73

Hình 5.27 : Dạng sóng thực nghiệm trên tải R với góc kích 60 0 73

Hình 5.28: Dạng sóng thực nghiệm trên tải động cơ với góc kích 60 0 74

Bảng Trang

Bảng 3.1: Thông số IC TL084 29

Bảng 3.2: Chức năng chân của IC 74HC245 30

Bảng 3.3: Thông số IC 7905 32

Bảng 3.4: Thông số IC 7905 34

Bảng 4.1: Danh sách các linh kiện 47

Bảng 5.1: Bảng so sánh kết quả ngõ ra chưa hồi tiếp và có hồi tiếp với góc kích 150 74

Bảng 5.2: Bảng so sánh kết quả ngõ ra chưa hồi tiếp và có hồi tiếp với góc kích 300 75

Bảng 5.3: Bảng so sánh kết quả ngõ ra chưa hồi tiếp và có hồi tiếp với góc kích 450 75

SCR : Semiconductor Controlled Rectifier

A : Ampe – Đơn vị đo dòng điện

V : Voltage – Đơn vị đo điện áp

HP : Horse powerĐơn vị đo công suất động cơ

ROM : Read-Only Memory

JTAG :Joint Test Action Group

IEEE : Institute of Electrical and Electronics Engineers

DMA : Direct memory access

DCS : distributed control system

CPU : Central Processing Unit

CAN : Controller Area Network

ADC : Analog Digital Change

IDE : Integrated Development Environment

PWM : Pulse Width Modulation

CMOS :Complementary Metal-Oxide-Semiconductor

BJT : Bipolar junction transistor

OTP : One True Pairing

I/O : Input/ Output

PCB : Printed Circuit Board

Đề tài này sử dụng card DSP F28335 điều khiển bộ chỉnh lưu cầu ba pha để điều khiển tốc độ động cơ DC sao cho ổn định Việc sử dụng hồi tiếp ngõ ra trong mạch chỉnh lưu cầu 3 pha có điều khiển để điều khiển động cơ DC sẽ giúp cho động cơ hoạt động ổn định dù điện áp cung cấp ở đầu vào có thay đổi thì ngõ ra cung cấp cho động

cơ vẫn không thay đổi Kết quả của mô hình này sẽ được kiểm chứng qua việc mô phỏng và quá trình thực nghiệm

Đề tài này sẽ thực hiện trên phần cứng do nhóm sinh viên tự thi công Phần mô phỏng và lập trình nhúng sẽ thực hiện trên phần mềm MATLAB/SIMULINK các thuật toán điều khiển được thực hiên trên vi xử lý điều khiển tín hiệu số DSP TMS320F

28335

Để hoàn thành đề tài nhóm sinh viên đã sử dụng các phương pháp sau:

- Tham khảo, phân tích, tổng hợp, sử dụng có chọn lọc tài liệu từ các công trình nghiên cứu

- Phương pháp thực nghiệm

- Đánh giá kết quả dựa trên lý thuyết và thực nghiệm

Sau khi hoàn thành đề tài phải đạt được những kết quả sau:

- Hoàn thành được mô hình phần cứng mạch sử dụng card DSP F28335 điều khiển bộ chỉnh lưu cầu ba pha

Mô hình phải hoạt động tốt và đạt được những yêu cầu đặt ra từ trước

Chương 1 TỔNG QUAN

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Ngày nay với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật đã tạo ra những thành tựu to lớn, trong đó ngành tự động hóa cũng góp phần không nhỏ vào thành công đó Một trong những vấn đề quan trọng trong các dây truyền tự động hóa sản xuất hiện đại là việc điều chỉnh tốc độ động cơ Từ trước đến nay, động cơ một chiều vẫn luôn là loại động cơ được sử dụng rộng rãi kể cả những hệ thống yêu cầu cao

Và bộ chỉnh lưu dùng để biến đổi nguồn điện xoay chiều thành một chiều cấp cho các động cơ điện một chiều không còn là một khái niệm mới mẻ nữa Nó đã được sử dụng nhiều và đóng một vai trò rất quan trọng trong ngành công nghiệp cũng như ngành điện của các nước trên thế giới Và với sự phát triển nhanh chóng của khoa học và kỹ thuật hiện nay thì việc nghiên cứu các phương pháp điều khiển chỉnh lưu đã và đang thực hiện ngày càng nhiều hơn.Việt Nam là một trong những nước đang phát triển và có nền kinh tế trọng điểm là công nghiệp Đặc biệt là công nghiệp điện tử, các thiết bị điện tử công suất được sản xuất ngày càng nhiều, được ứng dụng trong công nghiệp và đời sống hằng ngày phát triển hết sức mạnh mẽ

Tuy nhiên để đáp ứng được nhu cầu ngày càng nhiều và phức tạp của công nghiệp thì điện tử công suất luôn phải nghiên cứu để tìm ra giải pháp tối ưu nhất Đặc biệt với chủ trương công nghiệp hóa hiện đại hóa của nhà nước, các nhà máy, xí nghiệp cần phải thay đổi, nâng cao để đưa công nghệ tự động vào trong sản xuất Do đó đòi hỏi phải có thiết bị

và phương pháp điều khiển an toàn, chính xác

Do vậy, việc điều khiển và giám sát sự ổn định điện áp máy phát là một vấn đề hết sức quan trọng và cần thiết, xử lý tốt những khâu này là tiền đề cho những sản phẩm mong muốn và đạt tiêu chuẩn

Xuất phát từ những yếu tố trên cùng với việc sử dụng máy tính rộng rãi trong đời

sống cũng như trong công nghiệp, nhóm nghiên cứu quyết định chọn đề tài “ ỨNG DỤNG

CARD DSP F28335 ĐIỀU KHIỂN BỘ CHỈNH LƯU CẦU 3 PHA ”

1.2 GIỚI HẠN

- Đề tài chỉ xây dựng dưới dạng mô hình

- Có 2 mạch công xuất có thể điều khiển 2 tải cùng lúc Có thể là tải đèn (tải R )

220V-60W hoặc tải động cơ ( tải RLE) 180V DC- 5A

- Thay đổi và ổn định được tốc độ của động cơ

- Kích thước mô hình: 60cmX60cmX100cm

1.3 MỤC TIÊU

Thiết kế và thi công được mô hình “ Chỉnh lưu cầu 3 pha có điều khiển ” sử dụng

để điều khiển động cơ một chiều kích từ độc lập.Có thể áp dụng vào thực tế để điều khiển

và giám sát điện áp động cơ với những ứng dụng như: điều khiển và ổn định điện áp tại một giá trị đặt trước mà người điều khiển mong muốn

1.4 NỘi DUNG NGHIÊN CỨU

 NỘI DUNG 1:

- Nghiên cứu cấu tạo động cơ DC kích từ độc lập

- Nghiên cứu Card DSP TMS320F28335

- Nghiên cứu các thuật toán, các hàm điều khiển bằng Matlab và phương thức đổ.chương trình từ Matlab xuống card DSP TMS320F28335

- Nghiên cứu mạch chỉnh lưu cầu 3 pha có điều khiển, mạch hồi tiếp và một số mạch đệm khác

- Thi công mô hình

 Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết

Chương này giới thiệu sơ lược loại động cơ tiến hành điều khiển Chức năng và công dụng của những linh kiện, bo mạch, card DSP, cũng như giới thiệu sơ về phần mềm Matlab

mà ta tiến hành mô phỏng cũng như dùng để đổ chương trình xuống Card DSP để điều khiển

 Chương 3: Tính Toán và Thiết Kế

Chương này xây dựng mô hình thực tế dựa trên cơ sở lý thuyết ở trên Chúng ta sẽ tính toán và thi công mô hình phù hợp với yêu cầu đặt ra ban đầu

 Chương 4: Kết Quả, Nhận Xét và Đánh Giá

Chương này thu thập kết quả thực nghiệm sau đó so sánh với yêu cầu ban dầu đặt ra rồi tiến hành đưa ra nhận xét kết quả có đạt yêu cầu ban đầu không Nếu chưa đạt thì quay lại chương 3 tính toán sao cho đạt với yêu cầu ban đầu

 Chương 5: Kết Luận và Hướng Phát Triển

Chương này tổng kết những gì làm được và những gì chưa làm được Sau đó đưa ra

hướng để phát triển đề tài lên

1.6 Ý NGHĨA THỰC TIỂN

Để đáp ứng cho nhu cầu thực hành trong lĩnh vực tự động hóa ngày nay tại các trường Đại học, Cao đẳng, các phòng thí nghiệm phải trang bị rất nhiều nhiều các mô hình thí nghiệm hiện đại, đắt tiền Đối với một số trường, nguồn kinh phí để đáp ứng cho nhu cầu này lại rất hạn chế Điểm chung của các mô hình này là bộ điều khiển có khả năng nhúng các thuật toán điều khiển thông minh Trong lĩnh vực tự động hóa, có rất nhiều thuật toán điều khiển từ cổ điển đến hiện đại đòi hỏi bộ điều khiển phải xử lý với tốc độ rất nhanh Công cụ để thực hiện triệt để vấn đề này tại thời điểm hiện nay là dòng IC DSP TMS320F28335 kết hợp với Matlab Đây là một công cụ mạnh, linh hoạt mà giá thành lại rất phù hợp

Việc kết hợp giữa IC DSP TMS320F28335 và Matlab sẽ tạo ra nhiều bộ điều khiển linh hoạt, giúp người học nắm rõ hơn các giải thuật điều khiển trong lĩnh vực tự động hóa

mà không cần thiết phải thí nghiệm trên nhiều đối tượng

Đề tài có thể áp dụng vào thực tế điều khiển và giám sát điện áp động cơ với những ứng dụng như: điều khiển và ổn định điện áp tại một giá trị đặt trước mà người điều khiển mong muốn.Ví dụ như ổn định điện áp cho băng truyền tự động…

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 KHÁI NIỆM BỘ CHỈNH LƯU

Bộ chỉnh lưu là mạch điện bao gồm các linh kiện điện tử dùng để biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều

Bộ chỉnh lưu có thể được sử dụng trong các bộ nguồn cung cấp dòng điện một chiều, hoặc trong các mạch tách sóng tín hiệu vô tuyến điện, trong các thiết bị vô tuyến Phần tử tích cực trong bộ chỉnh lưu có thể là các diode bán dẫn, các đèn chỉnh lưu thủy ngân hoặc các linh kiện khác

Mô hình toán:

2.2 PHÂN LOẠI BỘ CHỈNH LƯU

Chỉnh lưu được phân loại theo các cách thức sau:

 Dựa theo số pha nguồn cấp cho các van chỉnh lưu: có mạch một pha, ba pha, sáu

pha

 Dựa theo loại van bán dẫn:

 Mạch dùng hoàn toàn bằng diode: Chỉnh lưu không điều khiển

 Mạch dùng kết hợp diode và SCR : Chỉnh lưu bán điều khiển

 Mạch dùng hoàn toàn bằng SCR,IGBT: Chỉnh lưu điều khiển toàn phần

 Dựa theo sơ đồ mắc van có 2 kiểu:

- Sơ đồ hình tia : Trong sơ đồ này số van dùng cho chỉnh lưu sẽ bằng số pha nguồn cấp cho mạch chỉnh lưu Các van đấu chung một đầu nào đó với nhau: hoặc A chung, hoặc

K chung

- Sơ đồ hình cầu: Trong sơ đồ này số lượng van gấp đôi số pha nguồn cấp cho mạch chỉnh lưu, trong đó một nửa số van mắc chung nhau A , một nửa số van mắc chung K

- Trong đề tài này, chúng ta chỉ phân tích sâu bộ chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển toàn phần dùng linh kiện SCR

2.3 CẤU TRÚC BỘ CHỈNH LƯU CẦU 3 PHA ĐIỀU KHIỂN TOÀN PHẦN

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển toàn phần

Ở mạch này ta sử dụng 6 SCR chia thành 2 nhóm:

- Nhóm anode chung (SCR2,SCR4,SCR6)

- Nhóm catode chung (SCR1,SCR3,SCR5)

Sơ đồ điều khiển đồng bộ cầu 3 pha cho phép mở từng cặp SCR tương ứng để tạo điện

áp chỉnh lưu Ud trên tải

Để cấp đúng xung điều khiển đồng bộ cho các SCR ta phải hiểu được nguyên tắc chung: Khi ở pha A-UA có điện thế dương thì SCR1 phân cực thuận, nếu được kích thì nó

sẽ dẫn (dòng từ A qua SCR1 qua tải về phía âm qua SCR thuộc nhóm âm của pha khác), SCR4 phân cực ngược Khi ở pha A là âm, SCR4 phân cực thuận, nếu được kích thì nó sẽ dẫn tương tự cho các SCR và pha khác

Vấn đề điều khiển các SCR trong chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển toàn phần: trong mạch chỉnh lưu cầu 3 pha ở mỗi một thời điểm bất kỳ dòng phải chạy qua 2 SCR ở 2 nhóm nối giữa 2 pha.Vì vậy nếu điều khiển các SCR bằng các xung ngắn thì sơ đồ sẽ không thể khởi động được hoặc không làm việc được trong chế độ dòng tải bị gián

đoạn.Trong thực tế người ta giải quyết bằng cách:

 Điều khiển bằng xung rộng 60o đến 100o Tuy nhiên việc truyền các xung có độ rộng như vậy đòi hỏi các biến áp xung và khâu khuếch đại xung có kích thước và công suất lớn ,đồng thời các linh kiện trên sẽ bị nóng và tăng tổn hao.Thông thường người ta dùng phương pháp băm xung có độ rộng lớn thành một chùm xung với độ rộng nhỏ hơn Gọi là cách điều khiển bằng xung chùm

 Điều khiển bằng hệ thống xung kép Theo đó mỗi SCR khi nhận được tín hiệu điều khiển thì xung điều khiển đó cũng sẽ được lặp lại cho SCR đã được điều khiển trước đó Kết quả là mỗi SCR sẽ được điều khiển bằng 2 xung cách nhau 60o Đây cũng là cách chúng

em chọn cho đề tài này

 Nguyên tắc hoạt động của mạch điều khiển các SCR có thể giải thích như sau:Vào thời điểm 𝜋/6+ 𝛼 thì SCR1 được kích dẫn, trước đó SCR6 đã được kích và đang dẫn Đồng thời với việc SCR1 được kích bởi xung đồng bộ của pha A thì SCR6 cũng được kích 1 xung kép hay còn gọi là xung đảm bảo

 Xung điều khiển này không phải xung đồng bộ của pha B mà là xung đồng bộ của pha A gửi tới mạch khếch đại xung của pha B và kích cho SCR6 Sau khoảng thời gian 2𝜋/6 thì SCR2 được kích dẫn và SCR1 được kích xung bảo đảm từ mạch điều khiển đồng bộ của SCR2

 Nguyên tắc điều khiển các SCR còn lại cũng tương tự Như vậy mỗi SCR trong cùng một nhóm sẽ được kích xung lệch pha nhau 2𝜋/3, còn lại các SCR khác nhóm được kích xung lệch pha nhau 𝜋/3

Hình 2.2 Dạng sóng xung kích và điện áp mạch chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển toàn

Udc out =3√6

π U (1 + cos (α +π

3)) (2.2)

2.4 ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU

Động cơ điện một chiều là loại máy điện hoạt động với nguồn điện một chiều Chúng

có thể hoạt động như động cơ điện một chiều cũng có thể hoạt động như một máy phát Nghĩa là máy điện một chiều có thể chuyển hóa điện năng thành cơ năng hoặc chuyển hóa

cơ năng thành điện năng

2.4.1 Ưu và nhược điểm của động cơ điện một chiều

Do tính ưu việt của hệ thống điện xoay chiều: để sản xuất, để truyền tải , cả máy phát và động cơ điện xoay chiều đều có cấu tạo đơn giản và công suất lớn, dễ vận hành

mà máy điện (động cơ điện) xoay chiều ngày càng được sử dụng rộng rãi và phổ biến Tuy nhiên động cơ điện một chiều vẫn giữ một vị trí nhất định như trong công nghiệp giao thông vận tải, và nói chung ở các thiết bị cần điều khiển tốc độ quay liên tục trong phạm vi rộng (như trong máy cán thép, máy công cụ lớn, đầu máy điện ) Mặc dù so với động cơ không đồng bộ để chế tạo động cơ điện một chiều cùng cỡ thì giá thành đắt hơn

do sử dụng nhiều kim loại màu hơn, chế tạo bảo quản cổ góp phức tạp hơn nhưng do những ưu điểm của nó mà máy điện một chiều vẫn không thể thiếu trong nền sản xuất hiện đại

Ưu điểm của động cơ điện một chiều là có thể dùng làm động cơ điện hay máy phát điện trong những điều kiện làm việc khác nhau Song ưu điểm lớn nhất của động cơ điện một chiều là điều chỉnh tốc độ và khả năng quá tải Nếu như bản thân động cơ không đồng bộ không thể đáp ứng được hoặc nếu đáp ứng được thì phải chi phí các thiết bị biến đổi đi kèm (như bộ biến tần ) rất đắt tiền thì động cơ điện một chiều không những có thể điều chỉnh rộng và chính xác mà cấu trúc mạch lực, mạch điều khiển đơn giản hơn đồng thời lại đạt chất lượng cao

Nhược điểm chủ yếu của động cơ điện một chiều là có hệ thống cổ góp chổi than nên vận hành kém tin cậy và không an toàn trong các môi trường rung chấn, dễ cháy nổ

2.4.2 Cấu tạo động cơ điện một chiều:

Động cơ điện một chiều có thể chia làm hai phần chính là:

- Cực từ chính: là bộ phận sinh ra từ trường, gồm lõi sắt cực từ và dây quấn kích từ

 Lõi sắt cực từ làm bằng thép kĩ thuật điện dày ( 0,5 –1)mm ép lại và tán chặt

 Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng bọc cách điện

- Trong các máy công suất nhỏ, cực từ chính là một nam châm vĩnh cửu

- Trong các máy công suất trung bình và lớn, cực từ chính là nam châm điện

- Trong máy điện nhỏ, lõi thép phần ứng được ép trực tiếp vào trục

- Trong máy điện lớn, giữa trục và lõi sắt có đặt giá rotor

 Dây quấn phần ứng:

Hình 2.5 Sơ đồ cách quấn dây

- Là phần sinh ra sức điện động và có dòng điện chạy qua

- Dây quấn phần ứng thường làm bằng đồng có bọc cách điện

- Trong máy điện công suất nhỏ, dây quấn phần ứng dùng dây tiết diện tròn Trong máy điện công suất vừa và lớn, dây quấn phần ứng dùng dây tiết diện hình chữ nhật

 Cổ góp:

Hình 2.6 Cấu tạo cổ góp

- Cổ góp dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành một chiều

- Cổ góp có nhiều phiến đồng có đuôi nhọn, cách điện với nhau bằng lớp mica dày

CỔ GÓP

Miếng đệm mica

Phiến đổi chiều

Mi ca Ống lõi PHIẾN ĐỔI CHIỀU

0,4—1,2mm và hợp thành một trụ tròn Hai đầu trụ tròn dùng hai vành ốp hình chữ V ép lại Giữa vành góp có cao hơn để làm các đầu dây của các phần tử dây quấn vào các phiến góp được dễ dàng

 Các bộ phận khác:

- Cánh quạt: quạt gió làm mát động cơ

- Trục động cơ: trên đó đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt và ổ bi

2.4.3 Nguyên lý làm việc

Khi đặt lên dây quấn kích từ một điện áp 𝑈𝑘 nào đó thì trong dây quấn kích từ sẽ xuất hiện dòng điện 𝐼𝑘 và do đó mạch từ của máy sẽ có từ thông ∅ Tiếp đó đặt một điện áp U lên phần ứng thì trong dây quấn sẽ xuất hiện một dòng điện I chạy qua Tương tác giữa dòng điện phần ứng và từ thông kích thích tạo thành mô men điện từ Giá trị của mô men điện từ được tính theo công thức sau:

a: số mạch nhánh song song của dây quấn phần ứng

k: hệ số kết cấu của máy

2.4.4 Phân loại động cơ điện một chiều:

Tùy thuộc vào phương pháp cấp nguồn cho dây quấn kích thích (phần cảm) của máy phát, chúng ta có thể phân lọai máy phát một chiều theo các dạng sau:

Động cơ một chiềukích từ độc lập: Phần cảm được cung cấp bằng nguồn một

chiều độc lập với nguồn điện một chiều phát ra từ phần ứng

Động cơ một chiều kích từ song song : Phần cảm đấu song song với phần ứng Trong

trường hợp này muốn máy phát sinh ra được điện áp, máy phát cần thỏa mản các điều kiện

tự kích

Động cơ một chiều kích từ nối tiếp: Phần cảm đấu nối tiếp với phần ứng Trong trường

hợp này máy chỉ phát ra điện năng khi đang mang tải, trường hợp không mang tải máy không thể phát ra điện năng

 Động cơ một chiều kích từ hỗn hợp : Với lọai máy phát này trên stator có hai bộ dây

quấn kích thích ; một bộ dây đấu song song với phần ứng và bộ dây kích thích còn lại đấu nối tiếp với phần ứng Trong trường hợp kích từ hổn hợp, tùy theo sơ đồ đấu dây, ta có máy phát kích tứ hổn hợp mắc rẽ dài hay rẽ ngắn Ngòai ra tùy theo tính chất thuận từ hay nghịch

từ của các thành phần dây quấn kích thích ta có máy phát kích từ hổn hợp cộng hay hổn hợp trừ

Ở đề tài này nhóm đã chọn động cơ máy kéo là loại động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập và máy phát là động cơ điện 1 chiều loại kích từ bằng nam châm vĩnh cữu

2.5 TỔNG QUAN VỀ CARD SỬ LÝ TÍN HIỆU SỐ TMS320F28335

2.5.1 Giới thiệu CARD DSP TMS320F28335

Họ F28335 là bộ phận của bộ điều khiển tín hiệu số TMS320C2000 Nó rất có hiệu lực với công cụ C/C++, người sử dụng có thể phát triển phần mềm điều khiển hệ thống của họ bằng ngôn ngữ bậc cao Thiết bị này có hiệu lực ở chức năng toán học DSP như nhiệm vụ điều khiển hệ thống thông thường được xử lý bởi thiết bị vi điều khiển Với 32x32 bit MAC 64-bit khả năng xử lý có thể điều khiển để xử lý các vấn đề số học độ chính xác cao một cách có hiệu quả Thêm vào phản ứng ngắt một cách nhanh chóng với việc tự động lưu các hiện tượng vào thanh ghi, kết quả trong một thiết bị có khả năng phục vụ các sự kiện không đồng bộ với độ trễ tối thiểu Thiết bị này có 8 cấp bảo vệ xử lý liên hợp với bộ nhớ truy cập xử lý liên hợp Việc xử lý liên hợp này cho phép nó thực hiện ở tốc độ cao mà không cần phải bộ nhớ tốc độ cao đắt tiền

Hình 2.7 Kit vi xử lý DSP TMS320 F28335

- Các đặc điểm cơ bản của F28335:

+ Công nghệ CMOS tĩnh hiệu suất cao

Đạt đến 150MHz (Thời gian quét chu trình 6.67 ns)

Thiết kế điện áp lõi 1.9V/1.8V, I/O 3.3V

+ CPU 32 bit hiệu suất cao

Theo tiêu chuẩn IEEE-750 độ chính xác

Điều khiển vận hành 16x16 và 32x32 bit

Điều khiển vận hành kép 16x16 bit

Cấu trúc Harvard bus

Đáp ứng và xử lý ngắt nhanh

Kiểu bộ nhớ chương trình thống nhất

Tương kích mã chương trình C/C++ và Assembly

+ Bộ điều khiển DMA sáu kênh (cho ADC, McBSP, ePWM, XINTF và SARAM) + Giao diện bên ngoài 16 bit hoặc 32 bit (XINTIF)

Hơn 2Mx16 miền địa chỉ

+ Bộ nhớ trên chip:

F28335/F28235 256K x 16 Flash, 34K x 16 SARAM

1K x 16 OTP ROM

+ Bộ nhớ ROM khởi động (8K x 16 )

Với phương thức phần mềm khởi động (via SCI, SPI, CAN, I2C, McBSP, XINTF, and Parallel I/O)

Bảng tính toán tiêu chuẩn

+ GPIO0 đến GPIO63 (General-Purpose IO) chân có thể kết nối đến 1 trong 8 ngắt bên ngoài

+ Khóa ngắt ngoại vi mở rộng (PIE) chứa đựng tất cả 58 ngắt ngoại vi

+ 128 bit khóa an toàn

Khóa bảo vệ Flash/OTP/RAM

Ngăn cẳn việc ăn cắp chương trình

+ Nâng cao khả năng điều khiển ngoại vi

Có đến 18 ngõ ra PWM

Có đến 6 ngõ ra HRPWM với độ phân giải 150 ps

Có đến 6 vào thu nạp sự kiện

Có đến 2 giao diện mã hóa vuông góc

Có 8 bộ đếm thời gian 32 bit, 16 bit

+ Ba bộ đếm thời gian CPU 32 bit

+ Port nối tiếp ngoại vi

Có hai CAN modules

Có 3 SCI (UART) modules

2 x 8 kênh bộ dồn kênh tín hiệu vào

2 lấy mẫu và giữ

Bộ chuyển đổi đơn/đồng thơi

Truy cập bên trong và bên ngoài

+ Có 88 chương trình đơn lẻ, dồn kênh GPIO Pins với bộ lọc tín hiệu vào

+ Hỗ trợ JTAG ranh giới quét

+ Các tính năng tiên tiến

Chức năng phân tích và điểm chuyển tiếp

Tìm và khắc phục lỗi phần cứng trong thời gian thực

+ Hỗ trợ phát triển bao gồm:

ANSI C/C++ Compiler/Assembler/Linker

Mã Composer Studio™ IDE

DSP/BIOS™

Kỹ thuật số điều khiển động cơ và thư viện phần mềm điện kỹ thuật số

+ Các chế độ công suất thấp và tiết kiệm điện năng

Chế độ hỗ trợ IDLE, STANDBY, HALT

Đồng bộ quy trình vô hiệu hóa thiết bị ngoại vi đơn lẻ

+ Khối chức năng của F28335

Khối bộ nhớ thì không co giản

- Các sơ đồ bộ nhớ Peripheral Frame 0, Peripheral Frame 1, Peripheral Frame 2, and Peripheral Frame 3 chỉ giới hạn là bộ nhớ dữ liệu Một chương trình người dùng không thể truy cập vào sơ đồ bộ nhớ này trong không gian chương trình

- Phạm vi bộ nhớ nhất định được EALLOW bảo vệ chống lại nhiễu sau khi cấu hình ghi

- Địa chỉ từ 0x38 0080-0x38 0088 chứa đoạn chương trình kiểm tra kích thước ADC

- Nếu eCAN không được sử dụng trong một ứng dụng, RAM sẵn có (LAM, MOTS, MOTO, and mailbox RAM) có thể được sử dụng như RAM đa năng Module phát xung CAN cho phép làm điều này

Hình 2.9 Vùng chức năng của CPU

 Sơ đồ khối CPU 28xx

Hình 2.10 Sơ đồ khối CPU