Đồ án Điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha sử dụng vi điều khiển DSPIC30F4011 theo phương pháp SPWM (Phần 1)

Nội dung text: Đồ án Điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha sử dụng vi điều khiển DSPIC30F4011 theo phương pháp SPWM (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - TRUYỀN THÔNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA SỬ DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN DSPIC30F4011 THEO PHƯƠNG PHÁP SPWM GVHD: ThS. HOÀNG NGỌC VĂN SVTH: TÔ TIỂU VŨ MSSV: 11141260 SVTH: PHẠM THANH TÂM MSSV: 11141417 S K L 0 0 4 4 4 0 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 12/2016
2. BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ-CÔNG NGHIỆP ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA SỬ DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN DSPIC30F4011 THEO PHƯƠNG PHÁP SPWM GVHD: GVC.Ths Hoàng Ngọc Văn SVTH: Tô Tiểu Vũ MSSV: 11141260 SVTH: Phạm Thanh Tâm MSSV: 11141417 Tp. Hồ Chí Minh - 12/2016
3. BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ-CÔNG NGHIỆP ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA SỬ DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN DSPIC30F4011 THEO PHƯƠNG PHÁP SPWM GVHD: GVC Ths Hoàng Ngọc Văn SVTH: Tô Tiểu Vũ MSSV: 11141260 SVTH: Phạm Thanh Tâm MSSV: 11141417 Tp. Hồ Chí Minh – 12/2016
4. LỜI CAM ĐOAN Kính thưa các thầy cô trong khoa công nghệ điện tử, sau bốn năm học tập tại trường, được các thầycô tận tình hướng dẫn, em đã có được vốn kiến thức chuyên ngành đủ để có thể nhận đề tài đồántốtnghiệp. Em xin cam đoan sẽ cố gắng hoàn thành đề tài, tuân thủ đúng các hướng dẫn, yêu cầu của giáo viênhướng dẫn để có thể hoàn thành tốt đề tài cũng như khóa học của mình.Em xin đảm bảo đề tài nàydoemlàmvà hoàn thành. Trong quá trình làm em có tham khảo của mộtsố đề tài đã làm trước đây, kèm theo phụ lục bên dưới. Ngày 31 tháng 12 năm 2016 SINH VIÊN THỰC HIỆN Phạm Thanh Tâm Tô Tiểu Vũ 1
5. LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên xin được gửi đến gia đình. Cảm ơn chân thành và biết ơn bố mẹ đã sinh ra và nuôi dạy em nên người, đã cho em ăn học để đến ngày hôm nay có thể cầm trên tay cuốn luận văn này. Gia đình luôn cho em động lực và mục tiêu sống. Xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Thầy Hoàng Ngọc Văn, người đã trực tiếp hướng dẫn em suốt thời gian qua. Thầy đã hết lòng hướng dẫn, truyền đạt kinh nghiệm cũng như kiến thức cho em, nhờ vậy em đã hoàn thành được luận văn này. Bên cạnh những kiến thức chuyên môn Thầy còn dạy cho em những kỹ năng sống: phương pháp giải quyết một vấn đề trong cuộc sống, tự tin vào bản thân, tính cẩn thận tỉ mỉ trong giải quyết một vấn đề, tinh thần trách nhiệm khi làm việc. Xin cảm ơn chân thành đến quý thầy cô trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh, bộ môn Điện tử công nghiệp. Thầy cô đã tận tình chỉ bảo và truyền đạt kiến thức cho em trong suốt các năm học qua. Để em có thể tự tin là một người kỹ sư trong tương lai. Em xin chân thành cảm ơn! Em xin chân thành cám ơn! Sinh viên thực hiện Phạm Thanh Tâm Tô Tiểu Vũ
6. MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN MỤC LỤC DANH SÁCH CÁC BẢNG VÀ HÌNH NỘI DUNG Trang CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1 1.1 Đặt vấn đề 1 1.1 Mục tiêu 1 1.1 Nội dung 1 1.4 Giới hạn 1 1.5 Bố cục 1 CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÍ THUYẾT 3 2.1 PHƯƠNG PHÁP SINE PULSE WIDTH MODULATION 3 2.1.1 Phương Pháp Điều Rộng Xung SINPWM 3 2.1.2 Các công thức tính toán, Cách thức điều khiển 4 2.1.3 Quy trình tính toán 6 2.1.4 Hiệu Quả của phương pháp điều khiển 8 2.1.5 Kỹ thuật SinPWM cho VĐK Dspic30f4011 9 2.2 VI ĐIỀU KHIỂN DSPIC30F4011 12 2.2.1 Tổng quan về vi điều khiển dsPIC30F4011 12 2.2.2 Ngắt 15 2.2.3 Bộ định thời Timer 15 2.2.4 Bộ chuyển đổi tương tự sang số ADC 16 2.2.5 Khối PWM cho điều khiển động cơ 17
7. 2.3 BỘ NGHỊCH LƯU 19 2.4 IC LÁI 20 2.5 ĐỘNG CƠ BA PHA 21 CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ 22 3.1 THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 22 3.1.1 Sơ đồ khối của hệ thống 22 3.1.2 Mạch vi điều khiển 23 3.1.3 Nguồn kích 25 3.1.4 Mạch công suất 27 3.1.5 Mạch driver 29 CHƯƠNG 4 THI CÔNG HỆ THỐNG 31 4.1 Giới thiệu 31 4.2 Thi công hệ thống và kết quả khác 31 4.2.1 Thi công bo mạch 31 4.2.2 Lắp ráp và kiểm tra 34 4.3 Lặp trình hệ thống 34 4.4 Phần mềm lặp trình cho chương trình 36 4.5 Viết tài liệu hướng dẫn sử dụng và thao tác 43 CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ 44 5.1 Bộ công suất 44 5.2 Bộ điều khiển 45 5.3 Mạch nguồn kích 46 5.4 Bộ vi xử lý 46 5.5 Kết quả mô phỏng 51 CHƯƠNG 6 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG GIẢ QUYẾT 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO 55 PHỤ LỤC 56
8. LIỆT KÊ HÌNH VẼ Hình Trang Hình 2.1: Nguyên lý của phương pháp điều rộng xung sin 3 Hình 2.2: Nguyên lý của phương pháp điều rộng xung sin 4 Hình 2.3: Quá trình hoạt động của bộ điều khiển 6 Hình 2.4: Sơ đồ kết nối các khoá trong bộ nghịch lưu. 8 Hình 2.5: Sơ đồ dạng song Sine Pulse Width Modulation 10 Hình 2.6: Tín hiệu thu được 10 Hình 2.7 Giá trị đầu ra PWM 11 Hình 2.8: Sơ đồ chân dsPIC30f4011 13 Hình 2.9: Sơ đồ khối DSPIC30F4011 14 Hình 2.10: Sơ đồ khối Timer 1 16 Hình 2.11: Sơ đồ khối ADC 17 Hình 2.12: Sơ đồ khối của PWM điều khiển động cơ. 19 Hình 2.13: Sơ đồ điều khiển Mosfet 20 Hình 2.14: Động cơ 3 pha 21 Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống 22 Hình 3.2: Sơ đồ nguyên lí mạch vi điều khiển 25 Hình 3.3: Sơ đồ nguyên lí mạch nguồn kích. 26 Hình 3.4: Sơ đồ nguyên lí kích và mạch công suất. 27 Hình 3.5: Sơ đồ nguyên lý mạch Driver 29 Hình 4.1: Mạch nguồn kích 30 Hình 4.2: Mạch công suất 31 Hình 4.3: Mạch điều khiển 32 Hình 4.4: Lưu đồ giải thuật 34 Hình 4.5: Mạch nạp Burn E 39 Hình 5.1: Mô hình mạch công suất 44 Hình 5.2: Mô hình mạch điều khiển 45 Hình 5.3: Mồ hình mạch nguồn kích 46 Hình 5.4: Màn hình khởi động khi mạch được cấp nguồn 47 Hình 5.5: Mô hình hoạt động ở chế độ 1 48
9. Hình 5.6: Mô hình hoạt động ở chế độ 2 49 Hình 5.7: Mô hình hoạt động ở chế độ 3 50 Hình 5.8: Dạng sóng ngõ ra PWM 51 Hình 5.9: Dạng sóng ngõ ra ở tải (1 pha) 52 Hình 6.0: Dạng sóng ngõ ra trên tải thực tế (động cơ) 53 ii
10. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề: Hiện nay, công nghiệp phát triển mạnh mẽ, máy móc thay thế cho sức người. Động cơ là nguồn truyền động phổ biến nhất. Trong các loại động cơ không đồng bộ ba pha được sử dụng nhiều nhất do cấu tạo đơn giản, giá thành rẻ, công suất lớn. Nhưng nhược điểm lớn nhất của loại động cơ này là khó điều khiển. Đứng trước vấn đề này, các kỹ sư luôn muốn tìm ra một phương pháp để có thể điều khiển tối ưu, chi phí chế tạo bộ điều khiển thấp để có thể đưa động cơ không đồng bộ ba pha ứng dụng rộng rãi hơn nữa, nhất là trong các ứng dụng mà động cơ này còn bị hạn chế. Trong các phương pháp điều khiển hiện nay thì phương pháp SINE PULSE WIDTH MODULATION cho kết quả tốt. Nhưng phương pháp khó thực hiện hơn các phương pháp khác nên chưa được ứng dụng nhiều ngoài thực tế. Chính vì lý do này mà em chọn đề tài ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA SỬ DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN DSPIC30F4011 THEO PHƯƠNG PHÁP SPWM với mục đích tìm hiểu, nghiên cứu, thiết kế bộ điều khiển theo phương pháp này. Với sự tìm hiểu ban đồng này và việc sẽ nghiên cứu sâu hơn sau này có thể đưa phương pháp này ứng dụng nhiều trong thực tiễn. 1.2 Mục tiêu: Tìm hiểu và thiết kế bộ biến tần truyền thống (6 khóa) ba pha điều khiển ĐCKĐB theo phương pháp V/f và điều chế SINPWM. Khảo sát nguyên tắc đóng cắt các khóa bán dẩn trong bộ nghịch lưu. Nguyên cứu giải thuật và viết chương trình điều khiển. 1.3 Nội dung: Nội dung 1: Thiết kế bộ biến tần sử dụng phương pháp SWM Nội dung 2: Thiết kế khối công suất. Nội dung 3: Thiết kế mạch điều khiển: nút nhấn, LCD. Nội dung 4: Đánh giá kết quả thực hiện. 1 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP
11. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1.4 Giới hạn: Mô hình điều khiển động cở 3 pha không đồng bộ ba pha sử dụng vi điều khiển DsPic30f4011 theo phương pháp SWPM là mô hình điểu khiển động cơ công suất nhỏ P=120W. Sử dụng điện áp 220VAC 50Hz, sau khi qua bộ biến tần tạo điện áp mới Vout = 220VAC với tần số thay đổi 0 – 100Hz. 1.5 Bố cục: Chương 1: Tổng quan chương này trình bày đặt vấn đề dẫn nhập lý do chọn đề tài, mục tiêu, nội dung đề tài thực hiện. Chương 2: Cơ sở lý thuyết trình bày cơ sở lý thuyết liên quan đến phương pháp SPWM, chíp vi xử lý, mosfet/IGBT. Chương 3: Tính toán và thiết kế hệ thống mô tả quá trình thiết kế hệ thống, các sơ đồ kết nối của hệ thống. Chương 4: Thi công hệ thống trình bày quá trình thi công để hoàn thiện hệ thống, qua trình lập trình các vấn đề liên quan đến hệ thống. Chương 5: Kết quả-nhận xét: tổng kết lại kết quả đã đạt được, nêu lên nhận xét đánh giá về toàn bộ quá trình làm việc. Chương 6: Kết Luận - hướng phát triển: kết luận những gì thu được trong quá trình thực hiện hệ thống, nêu hướng phát triển cho đề tài. 2 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP
12. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÍ THUYẾT 2.1 PHƯƠNG PHÁP SINE PULSE WIDTH MODULATION 2.1.1 Phương pháp điều rộng xung sinpwm: Để tạo ra điện áp xoay chiều bằng phương pháp SinPWM, ta sử dụng một tín hiệu xung tam giác tần số cao đem so sánh với một điện áp sin chuẩn có tần số f. Nếu đem xung điều khiển này cấp cho một bộ biến tần một pha thì ngõ ra sẽ thu được một dạng điện áp dạng điều rộng xung có tần số bằng tần số nguồn sóng sin mẫu và biên dộ hài bậc nhất phụ thuộc vào nguồn điện một chiều cung cấp và tỉ số giữa biên độ sóng sin mẫu và sóng mang. Tần số sóng mang phải lớn hơn tần số sóng sin mẫu. Sau đây là hình vẽ miêu tả nguyên lý của phương pháp điều rộng xung sin. Hình 2.1 Nguyên lý của phương pháp điều rộng xung sin. 3 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP
13. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Khi: Vcontrol > Vtri thì Vao = 2 Vcontrol < Vtri thì Vao = − 2 Như vậy, để tạo ra 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 biểu diễn như hình dưới đây: Hình 2.2 Sơ đồ dạng điện áp trên các pha. 2.1.2 Các công thức tính toán, cách thức điều khiển: Ta cần tính được biên độ hài bậc nhất của điện áp ngõ ra từ biên độ giữa sóng mang và sóng tam giác. 4 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP
14. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Công thức tính biên độ hài bậc nhất: 푈 푈푡 = 2 Trong đó ma lả tỉ số giữa biên độ sóng sin mẫu mà biên độ sóng mang – còn gọi là tỉ số điều biên. 푈 = 푈 Cách thức điều khiển: Sau khi đã nói về phương pháp điều khiển V/f= const và phương pháp điều khiển bộ nghịch lưu áp theo phương pháp điều rộng xung SINPWM, ta có thể đưa ra một thuật toán điều khiển động cơ theo tần số đặt cho trước như sau. Trường hợp ta muốn cho động cơ ở trạng thái đứng yên chuyển sang chạy ở tần số đặt thì phải thông qua một quá trình khởi động mềm tránh cho động cơ khởi động lập tức đến tốc độ đặt, gây ra dòng điện khởi động lớn làm hỏng động cơ. Tần số nguồn cung cấp sẽ tăng từ giá trị 0(đứng yên). Thời gian khởi động này có thay đổi theo công suất của từng động cơ. Đối với động cơ có công suất lớn thời gian khởi động lâu hơn động cơ có công suất nhỏ. Thời gian khởi động của đông cơ thông thường được chọn từ 5 tới 10giây. Sau khi tần số nguồn đã đạt tới giá trị yêu cầu lúc đầu sẽ giữ nguyên giá trị đó. Trong quá trình động cơ đang chạy ổn định mà có một nhu cầu thay đổi tần số thì cũng có một quá trình chuyển đổi tần số từng bước thay vì nhảy ngay lập tức đến giá trị tần số yêu cầu mới. Khi muốn thay đổi chiều của động cơ cần phải đưa tần số động cơ về đủ nhỏ rồi sau đó mới thực hiện chuyển đổi ngay (thay đổi thứ tự nguồn pha cung cấp cho động cơ) tránh hiện tượng moment xoắn có thể làm gãy trục động cơ và tăng dòng đột ngột. Khi muốn dừng động cơ thì phải hạ tần số từ giá trị hiện tại về giá trị 0. Thời gian hãm này phụ thuộc vào quán tính quay của động cơ. Khi muốn hãm phanh có thể dùng các phương pháp hãm như phương pháp hãm động năng – có dung điện trở thắng. Như vậy ta có thể hình dung quá trính hoạt động của bộ điều khiển như sau: 5 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP
15. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 2.3 Quá trình hoạt động của bộ điều khiển. Đoạn 1 ứng với khởi động động cơ - tần số tăng từ 0 tới giá trị đặt sau khoảng thời gian khởi động (Tramp). Đoạn 2 ứng với việc thay đổi tần số khi động cơ đang chạy ổn định. Đoạn 3 ứng với chiều chuyển đội động cơ - được chia làm 2 giai đoạn: đoạn 3a ứng với giảm tần số về 0, cuối đoạn 3a sẽ thay đổi thứ tự pha nguồn cung cấp cho động cơ, đoạn 3b ứng với tăng tần số lên đến giá trị mới. Đoạn 4 ứng với ngừng động cơ. Tần số cho động cơ được giảm dần từ giá trị đặt về 0 sau khoảng thời gian dừng (Tramp). 2.1.3 Quy trình tính toán Tần số sóng mang trong MCU 4011 là trong MCU 4011 là 퐹 PTPER = (1) (퐹 푤 ∗ 푒푠 푙푒∗2)−1 Trong đó PTPER là giá trị cần nạp vào thanh ghi để có được tần số song mang mong muốn. 표푠 Fcy = (2) 4 Với Fosc là tần số thạch anh đưa vào vi điều khiển. 6 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP
16. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Ứng với các giá trị tính toán trên, để tạo ra một song mang có tần số 5 kHz. Giá trị cần nạp vào thanh ghi PTPER là 1999. Sóng điều khiển (Udk) được tạo ra bằng cách lập một bảng sin có giá trị từ 0 tới 2π tượng trưng cho một chu kì sóng điều khiển dạng sin. Như đã biết, sóng điều khiển mang thông tin về độ lớn giá trị hiệu dụng và tần số sóng hài cơ bản của điện áp ngõ ra, vì vậy khi biên độ và tần số của sóng diều khiển thay đổi thì ta có điện áp và tần số ngõ ra cũng thay đổi theo. Tần số của sóng điều khiển thay đổi tuỳ thuộc vào tần số di chuyển của con trỏ trong bảng sin. Nếu tần số của sóng điều khiển càng lớn thì số bước nhảy của sóng điều khiển di chuyển của con trỏ di chuyển trong bảng sin trong một chu kì sóng điều khiển càng ít và ngược lại. Quan hệ giữa số bước nhảy của con trỏ trong bảng sin và tần số của sóng điều khiển được xác định theo công thức sau: 훼 K = (3) 훼 푖푛 Trong đó αmin là độ phân giải của bảng sin (với bảng sin gồm có 720 giá trị thỉ độ phân giải của bảng sin là 0.5 độ/giá trị). (4) Là góc nhảy của con trỏ trong bảng sin sau một chu kì PWM. 푈 푈 Từ công thức 1 và 2 ta có: Ut = ∗ (3) 푈 2 Trong đó Udc = 310V ứng với trường hợp tỉ số điều chế ma=1 và động cơ hoạt động ở chế độ định mức. Khi động cơ hoạt động ở chế độ định mức: = 3.667 (Udm = 220, fdm = 60Hz) (4) từ 3 và 4 ta có: freq = 0.03*Udk (5) Giá trị của tần số đặt vào động cơ từ biến trở được thông qua bộ chuyển đổi ADC 10bits theo công thức: freq = ADC_Result*60/1024. (6) 7 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP
17. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Dựa vào tần số yêu cầu đầu vào ta có thể tính biên độ của sóng điều khiển đễ giữ cho tỉ số V/f không đổi. Thời gian tăng tốc và giảm tốc của động cơ được tính toán dựa vào chu kì PWM, kể từ khi có sự thay đổi về tần số đặt, sau mỗi chu kì PWM, giá trị tần số hiện tại sẽ cộng thêm vào hoặc trừ ra một giá trị cho tới khi bằng với giá trị của tần số đặt mới. Giá trị cộng vào hoặc trừ ra được tính theo công thức sau: ∆ = (60*TPWM)/t (7) Trong đó t(s) là thời gian tăng tốc hoặc giảm tốc của động cơ. Để đảm bảo sự chuyển mạch diễn ra đúng, tại một thời điểm trên một nhánh chỉ có một khoá bán dẫn trong trạng thái dẫn, một khoảng thời gian nghỉ (dead time) cần được thêm vào khoảng giữa hai khoá, với tần số thạch anh đưa vào vi điều khiển lá 10Mhz, tần số sóng mang là 5Khz, khoảng thời gian nghỉ từ 1 tới 25ms, ở đây khoảng thời gian chọn là 2ms. 2.1.4 Hiệu quả phương pháp điều khiển: Đối với phương pháp điều chế SINPWM, tại thời điểm mà một trong hai khoá trên cùng một nhánh ở trạng thái ON thì biểu thức điện áp giữa một pha và điểm trung tín ảo (O) có dạng như sau: Hình 2.4 Sơ đồ kết nối các khoá trong bộ nghịch lưu. 8 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP
18. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP VAO VBO (7a) VCO Điện áp giữa hai pha đươc tính toán: √3 VAB = VAO – VBO = . . sin (훼 + ) 2 6 √3 5 VBO = . . sin (훼 + ) (7b) 2 6 √3 3 VCO = . . sin (훼 + ) 2 2 Từ công thức 7a với 7b trên ta thấy giá trị điện áp lớn nhất giữa hai pha đạt được giữa hai vùng tuyến tính khi m=1. √3 Giá trị điện áp lớn nhất là Vline_to_line_max = (8) 2 Vậy với phương pháp này, điện áp bộ nghịch lưu cung cấp chỉ dược sử dụng tối đa 86,67% trong vùng diều khiển tuyến tính. 2.1.5 Kỹ thuật SinPWM cho VDK Dspic30f4011: SinPWM là một kỹ thuật nghịch lưu bằng cách điều rộng xung PWM kích mạch công suất MOSFET/IGBT tạo ra tín hiệu AC gần sin (Pure Sine Inverters). Mức logic của xung PWM được quyết định bởi việc so sánh một sóng tam giác (sóng mang) và một sóng sin chuẩn (sóng điều khiển). Tần số sóng mang càng lớn thì tín hiệu AC dạng sine thu được càng “pure”. 9 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP
19. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 2.5 Sơ đồ dạng sóng Sine Pulse Width Modulation Khi giá trị sóng mang nhỏ hơn sóng điều khiển, PWM ở mức thấp (inactive), khi giá trị sóng mang lớn hơn sóng điều khiển, PWM ở mức cao (active). Tín hiệu PWM thu được sẽ là SinPWM: Hình 2.6 Tín hiệu thu được. 10 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP
20. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Áp dụng vào vi xử lý dsPIC30F4011 ta có module PWM khi hoạt động ở chế độ Up/Down Count Mode with Double Updates có giá trị bộ đếm (PTMR) tăng/giảm tuyến tính nên tạo thành một dạng sóng digital tam giác. Hình 2.7 Giá trị đầu ra PWM. Mức logic của ngõ ra phụ thuộc vào giá trị của thanh ghi PDCx, nếu PDCx nhỏ hơn PTMR thì ngõ ra tích cực, ngược lại thì ngõ ra thụ động. Căn cứ vào nguyên lý làm việc này, nếu giá trị PDCx có dạng sin digital thì ngõ ra PWM sẽ là SinPWM. Với thạch anh 7.3728 MHz, tỷ lệ nhân x16 ta có: Tốc số thực hiện lệnh: Fcy = (7.3728 x 16)/4 = 29.4912 MHz. Chu kỳ lệnh: Tcy = 1/Fcy = 33.9 ns. Đặt bộ đếm PWM có chu kỳ xung clock = ¼ Tcy, giá trị cực đại của bộ đếm là 2000 (PTMR = 2000). Khi đó tần số sóng mang là: Fm = 3686.4 Hz ≈ 3.7 kHz Tín hiệu điều khiển dạng digital sin được tạo ra bằng cách cập nhật giá trị (lấy mẫu) từ bảng sin tính sẵn (bảng sin 720 giá trị). Việc cập nhật được thực hiện thông qua một ngắt Timer với giá trị Timer (PRx) được tính là: PRx = Fcy / (720/số bước nhảy trong bảng sin) / tần số đặt. 11 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP
21. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Việc lựa chọn bước nhảy phải làm sao cho tín hiệu sin càng nhuyễn càng tốt và việc ngắt Timer không được ảnh hưởng đến chương trình chính. Do đó, số bước nhảy được chọn như sau: Tần số sóng sin Số bước nhảy 1~25 Hz 1 26~50 Hz 2 51~75 Hz 3 76~100 Hz 4 101~125 Hz 5 126~150 Hz 6 151~200 Hz 8 Bảng 2.1: Mối liên hệ giữa tần số và bước nhảy. 2.2 VI ĐIỀU KHIỂN DSPIC30F4011 2.2.1 Tổng quan về vi điều khiển dsPIC30F4011 DSPIC30F4011 là một chíp xử lí mạnh với bộ xử lí 16 bit. Tốc độ xử lí có thể lên tới 30 triệu lệnh một giây, có thể thực hiện chức năng của một bộ xử lí tín hiệu số. DSPIC còn được trang bị bộ nhớ flash, bộ nhớ EEPROM và các ngoại vi hiệu năng cao và rất đa dạng các thư viện phần mềm cho phép thực hiện các giải thuật nhúng với hiệu suất cao trong một khoảng thời gian ngắn. Vì vậy, dsPIC được ứng dụng rộng rãi trong các ứng dụng xử lí tín hiệu số, đo lường và điều khiển tự động. Một số đặt điểm của dsPIC30F4011: • Bộ nhớ chương trình 48K. • Bộ nhớ RAM 2 Kbytes • Bộ nhớ EEPROM 1Kbyte • Xung clock ngoài tối đa lên tới 40MHz. • 30 nguồn ngắt. • 5 timer 16 bit có thể ghép thành timer 32 bit • Chế độ bắt giữ, so sánh, điều rộng xung 16 bit. • Giao tiếp SPI, I2C, UART, CAN. • 6 kênh phát PWM chuyên dùng điều khiển động cơ. • Module QEI chuyên đọc encoder. • ADC 10 bit tốc độ cao. 12 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP