cấu tạo
Cấu tạo của stato
Stato gồm 2 phần cơ bản: mạch từ và mạch điện a) Mạch từ:
Mạch từ của stato được tạo thành từ các lá thép điện dày khoảng 0,3-0,5mm, được cách điện hai mặt để ngăn chặn dòng Fuco Lá thép stato có hình dạng vành khăn với các rãnh được đục ở phía trong Để giảm dao động từ thông, số lượng rãnh của stato và rô to không được bằng nhau Tất cả các thành phần này được đặt trong vỏ máy.
Ở những máy có công suất lớn, lõi thép được chia thành từng phần và ghép lại thành hình trụ bằng các lá thép để tăng khả năng làm mát của mạch từ Vỏ máy được chế tạo từ gang đúc hoặc gang thép, với các gân tản nhiệt được đúc trên bề mặt nhằm mở rộng diện tích tản nhiệt Tùy theo yêu cầu, vỏ máy có thể được gắn vào bệ máy hoặc nền nhà, và có móc trên đỉnh để thuận tiện di chuyển Ngoài ra, máy còn có nắp với giá đỡ ổ bi và hộp đấu dây gắn trên vỏ máy.
Mạch điện là cuộn dây máy điện đã trình bày ở phần trên
Hình 1.2 Stato của máy điện không đồng bộ
1 Mạch từ; 2 Vỏ máy; 3 Dây quấn; 4 Chân đế a b c
Hình 1.1 Lõi thép stato máy điện không đồng bộ a) Hình vành khăn ; b)
Hình rẻ quạt ; c) Mạch từ stato
Cấu tạo của rô to
Mạch từ rô to bao gồm các lá thép điện kỹ thuật cách điện, với rãnh có thể song song hoặc nghiêng để giảm dao động từ thông và loại trừ sóng bậc cao Các lá thép được gắn thành hình trụ, có lỗ ở tâm để xuyên trục, với rô to gắn trên trục Đối với máy có công suất lớn, rô to còn được thiết kế với các rãnh thông gió dọc theo thân.
Mạch điện rô to được chia thành 2 loại: loại rô to lồng sóc và loại rô to dây quấn
- Loại rô to lồng sóc (ngắn mạch)
Mạch điện của rô to này được chế tạo từ nhôm hoặc đồng thau Nếu sử dụng nhôm, nó được đúc trực tiếp và có rãnh rô to với hai đầu được đúc thành hai vòng ngắn mạch, tạo thành cuộn dây hoàn toàn ngắn mạch, do đó được gọi là rô to ngắn mạch Ngược lại, nếu làm từ đồng, các thanh dẫn sẽ được đặt vào rãnh và hai đầu được kết nối bằng hai vòng ngắn mạch cùng kim loại, hình thành một lồng, do đó loại rô to này được gọi là rô to a) b).
Hình 1.3 Lá thép rôto của máy điện không đồng bộ
5 lồng sóc Loại rô to ngắn mạch không phải thực hiện cách điện giữa dây dẫn và lõi thép
- Loại rô to dây quấn:
Mạch điện của rô to này thường sử dụng đồng và cần cách điện với mạch từ Cuộn dây được thực hiện tương tự như cuộn dây máy điện xoay chiều Rô to dây quấn có số cặp cực và pha cố định Đối với máy điện 3 pha, ba đầu cuối được nối trong máy, trong khi ba đầu còn lại được dẫn ra ngoài và kết nối với ba vành trượt trên trục rô to, tạo thành tiếp điểm nối với mạch ngoài.
nguyên lý làm việc của máy điện không đồng bộ
Nguyên lý làm việc của máy điện dị bộ dựa trên mô hình máy điện 3 pha với 3 cuộn dây được sắp xếp cách nhau một góc đều trên chu vi Khi 3 dòng điện 3 pha có tần số được cung cấp vào các cuộn dây, một từ trường quay với tốc độ 60 vòng/phút sẽ được tạo ra Từ trường này cắt qua các thanh dẫn của rô to và stato, dẫn đến việc sinh ra điện áp tự cảm ở cuộn stato và điện áp cảm ứng ở cuộn dây rô to với giá trị hiệu dụng tương ứng.
Do cuộn rô to kín mạch, dòng điện sẽ chạy trong các thanh dẫn của cuộn dây Sự tương tác giữa dòng điện và từ trường sinh ra lực ngẫu lực, tạo ra mô men quay Mô men quay này đẩy stato theo chiều ngược lại với sự tăng từ thông trong cuộn dây Vì stato gắn chặt còn rô to treo trên ổ bi, rô to sẽ quay với tốc độ n theo chiều quay của từ trường Tuy nhiên, tốc độ này không thể bằng tốc độ quay của từ trường; nếu n bằng tốc độ từ trường, sẽ không còn dòng điện cảm ứng và mô men quay sẽ bằng 0.
Khi rô to quay chậm lại, từ trường sẽ cắt qua các thanh dẫn, tạo ra điện động lực (sđđ), dòng điện và mô men, khiến rô to tiếp tục quay Do đó, tốc độ quay của rô to không đồng nhất với tốc độ quay của từ trường, dẫn đến hiện tượng trượt.
Do đó tốc đô quay của rô to có dạng: n = (1 – s) (1.4)
Do n # nên ( - n) là tốc độ cắt các thanh dẫn rô to của từ trường quay
Vậy tần số biến thiên của sđđ cảm ứng trong rô to biểu diễn bởi:
Khi rô to có dòng , nó cũng sinh ra một từ trường quay với tốc độ: = (1.6)
So với một điểm không chuyển động của stato, từ trường này sẽ quay với tốc độ:
Như vậy so với stato, từ trường quay của rô to có cùng giá trị với tốc độ quay của từ trường stato.
ph-ơng trình đặc tính cơ
Để thành lập phương trình đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ ta dựa vào đồ thay thế với các giả thiết sau:
- 3 pha của động cơ là đối xứng
- Các thông số của động cơ không đồng bộ không đổi
- Tổng dẫn mạch từ hoá không thay đổi, dòng điện từ hoá không phụ thuộc tải mà chỉ phụ thuộc vào điện áp đặt vào stato động cơ
- Bỏ qua các tổn thất ma sát, tổn thất trong lõi thép
- Điện áp lưới hoàn toàn sin đối sứng ba pha
Hình 1.4 Sơ đồ thay thế một pha của động cơ không đồng bộ
– trị số hiệu dụng của điện áp pha stato
- dòng từ hóa, dòng điện stato, và dòng điện rô to đã quy đổi về stato
- điện kháng mạch từ hóa, điện kháng stato và điện kháng rô to đã quy đổi về stato
- điện trở tác dụng của mạch từ hóa, mạch stato, và điện trở rô to đã quy đổi về stato
Phương trình đặc tính cơ của động cơ được hình thành từ điều kiện cân bằng công suất, trong đó công suất điện từ chuyển từ rô to vào stato bằng tổng công suất cơ trên trục động cơ và công suất tổn thất P trong động cơ.
Theo các giả thiết trong sơ đồ thay thế một pha, mô men điện từ và mô men cơ M được coi là bằng nhau Tổn hao công suất P chỉ được xem xét do tổn hao đồng từ dòng điện rôto gây ra trên điện trở của mạch rôto.
P Như vậy (1.8) được viết như sau:
Thay , ta rút được biểu thức của momen M như sau:
Nếu thay giá trị ta được:
Phương trình đặc tính cơ (1.10) cho phép tính toán mô men M và tốc độ tương ứng với các giá trị khác nhau của s Qua đó, chúng ta có thể vẽ được đặc tính cơ như hình 1.5, với đường cong có điểm cực trị, được gọi là điểm “tới hạn”, tương ứng với tọa độ độ trượt tới hạn.
Và mô men tới hạn:
Trong các biểu thức trên, dấu + ứng với trạng thái động cơ, dấu ứng với trạng thái máy phát
Hình 1.5 Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ
các ph-ơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ
Mở đầu
Trong sản xuất và tiêu dùng, việc điều chỉnh tốc độ của các động cơ điện là rất cần thiết do mỗi động cơ được chế tạo với một tốc độ định mức riêng Điều này giúp tăng cường hiệu quả trong các khâu cơ khí sản xuất, đảm bảo quá trình hoạt động diễn ra linh hoạt và đáp ứng nhu cầu thay đổi.
Khi mô men cản trên trục động cơ thay đổi, tốc độ động cơ cũng thay đổi, nhưng điều này không được coi là điều chỉnh tốc độ Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ là quá trình điều chỉnh tốc độ theo ý muốn của con người để đáp ứng các yêu cầu công nghệ.
Tùy thuộc vào đặc tính cơ của cơ khí sản xuất, quá trình thay đổi tốc độ có thể xảy ra khi mô men cản giữ nguyên hoặc khi mô men cản biến đổi.
Khi điều chỉnh tốc độ động cơ cần thỏa mãn những yêu cầu sau:
Phạm vi điều chỉnh tốc độ của thiết bị vận chuyển cần phải rộng, trong khi thiết bị dệt hoặc sản xuất giấy yêu cầu tốc độ ổn định và độ chính xác cao Sự liên tục trong điều chỉnh và tính kinh tế cũng là yếu tố quan trọng cần xem xét.
Để điều chỉnh tốc độ động cơ dị bộ, có hai trường hợp cần xem xét: a) Khi mô men cản không đổi và b) Khi mô men cản thay đổi Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ được nghiên cứu dựa trên biểu thức n = (1 – s) (1.12).
= (1.12a) hoặc s = (1.12b) Mặt khác ta lại có:
Từ các công thức (1.12) rút ra các phương pháp điều chỉnh tốc độ sau đây:
2 Thay đổi số đôi cực p;
3 Thay đổi điện trở ở mạch rô to;
Trong các phương pháp trên người, người ta hay sử dụng phương pháp
1, 2 và 4, còn động cơ dị bộ rô to dây quấn người ta hay sử dụng phương pháp
3 Dưới đây trình bày ngắn gọn các phương pháp thường dùng.
Thay đổi tần số nguồn điện cung cấp
Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số chỉ khả thi khi nguồn cung cấp có khả năng điều chỉnh tần số Với sự phát triển của công nghệ điện tử, các bộ biến đổi tần tĩnh sử dụng van bán dẫn công suất hiện nay đã có thể cung cấp năng lượng điện với tần số thay đổi Do đó, phương pháp này đang được áp dụng rộng rãi và cạnh tranh với các hệ thống truyền động điện một chiều.
Nếu bỏ qua tổn hao điện áp ở stato ta có:
Khi thay đổi tần số, cần giữ cho từ thông không đổi để đảm bảo hiệu suất của máy điện Việc thay đổi từ thông có thể làm giảm điều kiện hoạt động, ảnh hưởng đến hệ số công suất (cos) và gây tổn hao lõi thép Do đó, việc duy trì từ thông ổn định là rất quan trọng trong quá trình thay đổi tần số.
Trong việc điều chỉnh tốc độ, cần đảm bảo khả năng quá tải của động cơ không thay đổi trong toàn bộ phạm vi điều chỉnh Để duy trì điều này, từ thông phải được giữ ổn định Khi thay đổi tần số, cần điều chỉnh điện áp để đảm bảo sự cân bằng theo công thức (1.13a).
Mô men cực đại có thể biểu diễn bởi biểu thức:
Nếu hệ số quá tải giữ nguyên, tỷ số mô men tới hạn ở hai tốc độ khác nhau sẽ bằng tỷ số mô men cản tại hai tốc độ đó.
Mô men tới hạn và mô men cản ứng phụ thuộc vào tần số nguồn nạp và điện áp Khi điều chỉnh công suất không đổi, mô men của động cơ sẽ tỷ lệ nghịch với tốc độ.
(1.18) Trong thực tế ta thường gặp điều chỉnh với = const do đó:
Khi giữ cho thì cos , hiệu suất không đổi, Nếu mô men cản có dạng quạt gió thì:
Khi tần số vượt ra ngoài phạm vi định mức, mô men cực đại sẽ giảm khi tần số giảm, mặc dù trong phạm vi tần số định mức, mô men cực đại không đổi Điều này cho thấy mối liên hệ giữa tần số và từ thông trong hệ thống.
Khi tần số thấp, giá trị X giảm, dẫn đến việc không thể bỏ qua độ sụt áp trên các điện trở thuần, điều này làm giảm thông số và mô men cực đại Phương pháp điều chỉnh tần số có ưu điểm là phạm vi điều chỉnh rộng, độ điều chỉnh mượt mà và tổn hao điều chỉnh nhỏ.
Thay đổi số đôi cực
Động cơ dị bộ có thể điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi số đôi cực thông qua thiết bị đổi nối cuộn dây Việc thay đổi số đôi cực cho phép linh hoạt trong việc điều chỉnh tốc độ của động cơ.
Khi thực hiện việc đổi nối cuộn dây, số cặp cực ban đầu là p, theo hình 1.7a Sau khi thay đổi cách nối như trong hình 1.7b, số cặp cực sẽ giảm xuống còn p/2.
- Đặc tính cơ khi thay đổi số đôi cực biểu diễn trên hình 1.7c
Để thay đổi số đôi cực của động cơ, có thể thực hiện các phương pháp như đổi từ nối sao sang sao kép Cách nối cuộn dây ảnh hưởng đến số đôi cực, với nối tiếp cho số đôi cực là p và nối song song cho số đôi cực là p/2 Hình 1.7 minh họa các cách nối và đặc tính cơ của động cơ khi thay đổi số đôi cực.
Hình 1.8 Đổi nối cuộn dây a) Y YY; b) YY
Với cách nối này ta có: giả thiết rằng hiệu suất và hệ số cos không đổi thì công suất trên trục động cơ ở sơ đồ Y sẽ là:
Cho sơ đồ YY ta có:
Khi thay đổi tốc độ gấp 2 lần, công suất cũng thay đổi theo tỷ lệ tương ứng Phương pháp thay đổi nối này được gọi là cách đổi nối với M = const.
Người ta còn thực hiện đổi nối theo nguyên tắc sang YY (sao kép) hình 1.8b
Do đó: = 1,15 thực tế coi như không đổi Đây là cách đổi nối P const
Động cơ dị bộ nhiều tốc độ sử dụng cuộn dây độc lập với các số cực khác nhau, thường có stato với 2 hoặc 3 cuộn dây.
Có 15 đôi cực khác nhau, và khi trang bị thiết bị đổi nối cuộn dây, ta có thể tạo ra số cặp cực tương ứng với 6 tốc độ Phương pháp thay đổi tốc độ bằng cách thay đổi số đôi cực có ưu điểm là chi phí thấp và dễ thực hiện Tuy nhiên, do p là số nguyên, việc thay đổi tốc độ sẽ có tính nhảy bậc và phạm vi thay đổi tốc độ không rộng.
Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi điện áp nguồn cung cấp
Thay đổi điện áp nguồn cung cấp làm thay đổi đặc tính cơ (hình 1.9)
Khi giảm điện áp, mô men cực đại cũng giảm mà không làm thay đổi độ trượt tới hạn Nếu mô men cản giữ nguyên, khi điện áp giảm từ 0,9 xuống 0,7, tốc độ sẽ thay đổi và mô men của động cơ sẽ nhỏ hơn mô men cản, dẫn đến việc động cơ bị dừng hoạt động.
Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ dị bộ bằng cách thay đổi điện áp nguồn cung cấp có phạm vi điều chỉnh hẹp và dễ dẫn đến tình trạng dừng máy, chỉ có thể giảm tốc độ Khi giảm điện áp, mô men cản không đổi sẽ làm tăng dòng điện trong mạch stato và rô to, dẫn đến tổn hao lớn trong các cuộn dây.
Để thay đổi điện áp, có thể sử dụng bộ biến đổi điện áp không tiếp điểm bán dẫn, biến áp, hoặc thêm điện trở và điện kháng vào mạch stato Việc thêm điện trở thuần sẽ làm tăng tổn hao, do đó, điện kháng thường được ưu tiên sử dụng hơn Để mở rộng phạm vi điều chỉnh và tăng độ cứng của đặc tính cơ, hệ thống điều chỉnh tốc độ bằng điện áp thường hoạt động ở chế độ kín.
Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi điện trở mạch rô to
Phương pháp điều chỉnh này chỉ áp dụng cho động cơ dị bộ rô to dây quấn Đặc tính của động cơ này cho thấy rằng việc thay đổi điện trở rô to sẽ làm giảm độ cứng của đặc tính cơ, cho phép điều chỉnh tốc độ động cơ theo chiều giảm khi mô men căn không đổi Mặc dù có thể thay đổi điện trở phụ một cách vô cấp để điều chỉnh tốc độ, nhưng phương pháp này ít được sử dụng do việc thay đổi nhảy bậc Do đó, các điện trở điều chỉnh được thiết kế để hoạt động lâu dài và có nhiều đầu ra.
Hình 1.10 Đặc tính cơ của động cơ dị bộ dây quấn khi thay đổi điện trở rô to
Giá trị điện trở phụ đưa vào rô to có thể tính bằng công thức:
Trong đó và ứng với tốc độ và
Khi phạm vi điều chỉnh tốc độ tăng lên, công suất nhận từ lưới điện sẽ không đổi nếu mô men cản giữ nguyên Đồng thời, công suất hữu ích trên trục động cơ sẽ tăng khi độ trượt giảm.
Vì P = tổn hao ở rô to nên khi độ trượt lớn, tổn hao cũng sẽ tăng Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng điện trở rô to có ưu điểm là điều chỉnh mượt mà, dễ thực hiện và chi phí thấp Tuy nhiên, phương pháp này không kinh tế do tổn hao năng lượng ở điện trở điều chỉnh và phạm vi điều chỉnh phụ thuộc vào tải, không thể áp dụng khi không có tải.
Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi điện áp ở mạch rô to
Thống kê công suất ở máy điện không đồng bộ khi có điện trở phụ vào mạch rô to
Công suất điện từ hay còn gọi là công suất từ trường quay: Đây là công suất chuyển qua từ trường sang rô to
Công suất điện từ được chia ra công suất điện và công suất cơ:
Trong đó: Ở đây là tổn hao trên điện trở phụ đưa vào mạch rô to, còn là tổn hao đồng cuộn dây rô to, do đó:
, còn Công suất cơ học : là công suất ở điện trở: (
Khi điều chỉnh tốc độ quay bằng cách thay đổi điện trở trong mạch rô to, ta sẽ thay đổi điện trở phụ, dẫn đến sự thay đổi công suất cơ khí.
Chúng ta sẽ khám phá một phương pháp mới để điều chỉnh công suất trong mạch rô to, bằng cách bổ sung một đại lượng có tần số tương đồng với rô to và thay đổi theo tốc độ.
Giả thiết rằng điều chỉnh tốc độ theo nguyên tắc: M = const, Trong điều kiện đó, thống kê công suất như sau:
Tổn hao điện trong trường hợp này không thay đổi do giá trị dòng điện không bị ảnh hưởng bởi độ trượt Trong vùng ổn định của đặc tính, có một giá trị dòng điện và một giá trị hệ số thỏa mãn mối quan hệ nhất định.
Khi tăng công suất phát cho một tải trong mạch rô to, công suất cơ khí sẽ giảm, dẫn đến sự thay đổi tốc độ khi mô men cản không đổi Ngược lại, nếu mạch rô to nhận công suất tác dụng âm, tốc độ sẽ tăng lên.
19 công suất bằng tổn hao lúc này có nghĩa là s = 0 vậy động cơ quay với tốc độ từ trường
Khi cung cấp cho mạch rô to một công suất, động cơ sẽ quay với tốc độ lớn hơn tốc độ đồng bộ, cho phép thay đổi tốc độ trong phạm vi rộng, cả trên và dưới tốc độ đồng bộ Việc thay đổi pha sẽ làm biến đổi hệ số công suất của stato và rô to, có thể đạt giá trị cos = 1 và thậm chí có thể tạo ra hệ số công suất âm Nếu cung cấp công suất phản kháng cho rô to, động cơ không cần lấy công suất phản kháng từ lưới, mà dòng kích thích cần thiết để tạo ra từ trường sẽ được nhận từ mạch rô to.
Phương pháp điều chỉnh tốc độ trên đây gọi là phương pháp nối tầng
20 ch-ơng 2: hệ thống truyền động điện động cơ
Dị Bộ xoay chiều điều chỉnh điện áp
hệ thống điều chỉnh điện áp
bộ điều chỉnh điện áp xoay chiều
Sơ đồ đấu sao có trung tính
Với sơ đồ này thì các cặp tiristor mắc ngược nhau làm độc lập với nhau
Chúng ta có khả năng điều khiển riêng biệt từng pha, cho phép tải có thể là đối xứng hoặc không đối xứng Điện áp trên các van bán dẫn thấp hơn do điện áp áp dụng là điện áp pha Số lượng van giảm đi một nửa vì các van được kết nối ở điện trung tính Tuy nhiên, nhược điểm của sơ đồ này là trên dây trung tính có dòng điện điều hòa bậc cao, và khi góc mở của các van khác không có dòng tải gián đoạn Sơ đồ nối này chỉ phù hợp với loại tải ba pha có bốn đầu dây ra.
Sơ đồ tải đấu tam giác
Sơ đồ này khác biệt so với sơ đồ có dây trung tính, vì dòng điện chạy giữa các pha Do đó, cần cung cấp xung điều khiển đồng thời.
Việc sử dụng 2 thyristor cho 2 pha cùng lúc có thể gặp khó khăn trong việc cấp xung điều khiển Đặc biệt, việc thay đổi thứ tự pha nguồn lưới cũng có thể dẫn đến việc sơ đồ không hoạt động hiệu quả.
Sơ đồ đấu sao không trung tính
Bộ điều chỉnh điện áp xoay chiều ba pha nối sao không dây trung tính hoạt động dựa trên sự phối hợp tổng hợp của các pha Việc điều chỉnh điện áp của bộ điều áp ba pha không dây trung tính phụ thuộc vào góc.
Trong trường hợp tổng quát, có 6 đoạn điều khiển tương ứng với 6 đoạn điều khiển không đối xứng Điều kiện đối xứng xảy ra khi cả ba tiristor đều dẫn, trong khi đó, tình huống không đối xứng xuất hiện khi chỉ có hai tiristor dẫn.
Việc xác định điện áp cho các tiristor cần dựa vào chương trình làm việc của chúng Giả định rằng tải là đối xứng và sơ đồ điều khiển có khả năng tạo ra các xung mở cùng với góc mở lệch nhau 120 độ.
Khi một tiristor trong hệ thống điện ba pha được đóng hoặc mở, nó sẽ ảnh hưởng đến dòng điện của hai pha còn lại Cần lưu ý rằng, trong hệ thống điện áp ba pha, dòng điện có thể chảy qua cả ba pha hoặc chỉ hai pha, mà không có trường hợp nào chỉ có một pha dẫn dòng.
Khi dòng chảy qua cả 3 pha thì điện áp trên mỗi pha đúng bằng điện áp pha
Khi dòng chảy qua cả 2 pha thì điện áp trên pha tương ứng bằng 1/2 điện áp dây
Sau đây ta phân tích sự hoạt động của sơ đồ qua các trường hợp sau với tải R
Với 0 60 0 : Chỉ có các giai đoạn 3 van và 2 van cùng dẫn
Với 60 0 90 0 : Chỉ có các giai đoạn 2 van cùng dẫn
Với 90 0 150 0 : Chỉ có các giai đoạn 2 van dẫn hoặc không có van nào dẫn cả
Trong phạm vi góc này sẽ có các giai đoạn 3 van và 2 van dẫn xen kẽ nhau
Nguyên lý hoạt động của sơ đồ XAXC 3 pha
Dùng 6 Thyristor đấu song song ngược đấu với tải thuần trở, tải đấu theo hình sao và cách ly với nguồn +Trong khoảng : = 1 2
Van 1 dẫn ở pha A ; Van 6 dẫn ở pha B ; Van 5 dẫn ở pha C -> dòng có thể chảy qua 3 pha -> Có UZA = UA
Van 1 dẫn ở pha A ; Van 6 dẫn ở pha B -> dòng có thể chảy qua 2 pha -
Van 1 dẫn ở pha A ; Van 2 dẫn ở pha C ; Van 6 dẫn ở pha B
Van 1 dẫn ở pha A ; Van 2 dẫn ở pha C -> UZA = 1/2 UAB
Van 1 dẫn ở pha A ; Van 2 dẫn ở pha C ; Van 3 dẫn ở pha B -> UZA = UA
Trong phạm vi này luôn chỉ có các giai đoạn 2 van dẫn
* Dạng điện áp (Đồ thị điện áp pha A , = 75 0 )
Trong trường hợp này chỉ có các giai đoạn 2 van dẫn hoặc không van nào dẫn cả
vi ®iÒu khiÓn avr
Các đặc điểm chính
-Kiến trúc RISC với hầu hết các lệnh có chiều dài cố định, truy nhập bộ nhớ nạp – lưu trữ và 32 thanh nghi đa năng
Chip tích hợp nhiều bộ phận ngoại vi, bao gồm cổng vào/ra số, bộ biến đổi ADC, bộ nhớ EEPROM, bộ định thời và bộ điều chế độ rộng xung (PWM).
- Hầu hết các lệnh đều thực hiện trong một chu kỳ xung nhịp
- Hoạt động với chu kỳ xung nhịp cao, có thể lên đến 20 MHz tuỳ thuộc từng loại chip cụ thể
- Bộ nhớ chương trình va bộ nhớ dữ liệu được tích hợp ngay trên chip
Hệ thống cho phép lập trình trực tiếp mà không cần tắt nguồn, giúp người dùng dễ dàng lập trình ngay trên bản mạch mà không cần tháo chip ra.
- Hỗ trợ cho việc lập trình bằng ngôn ngữ bậc cao – ngôn ngữ C
Cốt lõi của AVR là sự kết hợp tập lệnh đầy đủ với các thanh ghi đa năng
Các thanh ghi 32 bit liên kết trực tiếp với khối xử lý số học và logic (ALU), cho phép truy cập đồng thời 2 thanh ghi trong một lệnh duy nhất trong 1 chu kỳ đồng hồ Điều này mang lại tốc độ nhanh gấp 10 lần so với các bộ vi điều khiển CISC thông thường.
Với các tính năng đã nêu, chế độ nghỉ (Idle) CPU trong khi cho phép bộ truyền tin nối tiếp đồng bộ USART, giao tiếp 2 dây, chuyển đổi A/D,
Bộ vi điều khiển hoạt động hiệu quả với nhiều chế độ tiết kiệm năng lượng như Power-down, Power-save và ADC Noise Reduction Trong chế độ Power-down, nội dung của các thanh ghi được giữ lại nhưng bộ tạo dao động ngừng hoạt động cho đến khi có ngắt ngoài hoặc reset phần cứng Chế độ Power-save cho phép đồng hồ đồng bộ tiếp tục hoạt động trong khi các thiết bị khác ở trạng thái ngủ Chế độ ADC Noise Reduction tạm dừng CPU và các thiết bị khác, chỉ cho phép đồng hồ đồng bộ và ADC hoạt động, giúp giảm thiểu tiếng ồn trong quá trình ADC Cuối cùng, chế độ standby giữ cho bộ tạo dao động hoạt động trong khi các thiết bị khác ngủ, cho phép khởi động nhanh chóng với mức tiêu thụ năng lượng thấp.
Thiết bị sử dụng công nghệ bộ nhớ cố định mật độ cao của Atmel, với bộ nhớ On-chip ISP Flash cho phép lập trình lại qua giao diện SPI hoặc chương trình On-chip Boot trên lõi AVR Chương trình boot có thể sử dụng bất kỳ giao diện nào để tải ứng dụng vào bộ nhớ Flash, trong khi phần mềm trong vùng Boot Flash vẫn hoạt động, đảm bảo thao tác Read-While-Write AVR tối đa hóa hiệu năng bằng kiến trúc Harvard với bộ nhớ và BUS riêng biệt cho chương trình và dữ liệu Các lệnh trong bộ nhớ chương trình được thực hiện qua đường ống lệnh đơn, cho phép nạp lệnh tiếp theo trong khi lệnh hiện tại đang thực thi, giúp thực hiện lệnh trong mọi chu kỳ đồng hồ Bộ nhớ chương trình là bộ nhớ In-System Reprogrammable Flash, với 32 thanh ghi 8 bit truy cập nhanh, cho phép ALU hoạt động trong một chu kỳ đơn, thực hiện thao tác với 2 toán hạng và lưu kết quả trong tệp thanh ghi.
Các thanh ghi 31 và 32 có thể hoạt động như ba con trỏ địa chỉ gián tiếp 16 bit, giúp chỉ vào vùng dữ liệu cho việc tính toán địa chỉ hiệu dụng Trong số các con trỏ này, một con trỏ có thể được sử dụng để truy cập bảng dữ liệu trong bộ nhớ Flash Các thanh ghi này bao gồm X, Y và Z ALU thực hiện các phép toán logic và số học giữa các thanh ghi hoặc giữa thanh ghi và hằng số, đồng thời cho phép thao tác với các thanh ghi đơn Sau khi hoàn tất phép toán số học, các thanh ghi trạng thái sẽ được cập nhật thông tin về kết quả thực hiện.
Chương trình được điều khiển thông qua các phép nhảy có điều kiện hoặc không điều kiện đến các lệnh cụ thể tại các địa chỉ trực tiếp trong không gian địa chỉ Hầu hết các lệnh của AVR hoạt động với dữ liệu 16 bit, trong khi mỗi địa chỉ bộ nhớ chương trình lưu trữ một lệnh có kích thước 32 bit hoặc 16 bit.
Bộ nhớ chương trình Flash được chia thành hai vùng: vùng chương trình boot và vùng chương trình ứng dụng, mỗi vùng đều có bit khoá để bảo vệ việc ghi và đọc/ghi Lệnh SPM cần có trong vùng boot để ghi vào vùng ứng dụng Khi thực hiện các ngắt và chương trình, địa chỉ trở về của bộ đếm chương trình (PC) được lưu trong stack, thường được định vị trong SRAM Kích thước stack bị giới hạn bởi kích thước và cách sử dụng của SRAM Tất cả chương trình của người sử dụng phải khởi tạo SP trong chương trình reset trước khi thực hiện chương trình hoặc ngắt SP có thể trỏ vào không gian I/O, và SRAM có thể truy cập dễ dàng qua 5 chế độ địa chỉ hỗ trợ bởi kiến trúc AVR.
Không gian bộ nhớ trong kiến trúc AVR là bản đồ bộ nhớ thông thường và tuyến tính
Một module ngắt linh động chứa các thanh ghi điều khiển trong không gian I/O và có thêm bit khởi tạo ngắt toàn cục trong thanh ghi trạng thái Mỗi ngắt đều có vector ngắt riêng biệt được lưu trữ trong bảng vector ngắt.
Các ngắt này có mức độ ưu tiên theo vị trí của vector ngắt tương ứng Mức có địa chỉ càng thấp thì có quyền ưu tiên càng cao
Không gian bộ nhớ I/O bao gồm 64 địa chỉ dành cho các chức năng ngoại vi của CPU, bao gồm các thanh ghi điều khiển, SPI, và các chức năng I/O khác Bộ nhớ I/O có thể được truy cập trực tiếp hoặc thông qua các vị trí trong không gian dữ liệu của tệp thanh ghi, từ $20 đến $5F.
Bên cạnh đó, không gian I/O mở rộng từ $60 đến $FF trong SRAM chỉ cho phép sử dụng các lệnh ST/STS/STD và LD/LDS/LĐ.
Hình2.5 Sơ đồ kiến trúc AVR
ALU – Arithmetic Logic Unit - Đơn vị xử lý số học và logic
DATA SRAM: Bộ nhớ dữ liệu
EEPROM, or Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory, is a type of ROM that can be electrically erased and reprogrammed without removal from the circuit The data bus used in this context is an 8-bit data transmission line.
I/0 LINES: Đường vào ra tín hiệu
32×8 GNERAL PURPOSE REGISTERS : 32thanh ghi đa năng 8 bit
STATUS AND CONTROL : Khối nhận biết trạng thái và điều khiển
PROGRAME COUTER : Bộ đếm chương trình
Bộ nhớ flash là một loại bộ nhớ sử dụng chip NAND, được tích hợp nhiều transistor trên một tấm bán dẫn Các chip này có kích thước nhỏ, tốc độ đọc ghi cao và dung lượng lớn, mang lại hiệu suất vượt trội cho các ứng dụng lưu trữ dữ liệu.
INTRUCTION REGISTER : Thanh ghi lệnh
INTRUCTION DECODER : Giải mã lệnh
CONTROL LINES: Những đường điều khiển
INTERRUPT UNIT: Bộ xử lý ngắt
SPI UNIT là mạch kết nối dữ liệu nối tiếp đồng bộ, cho phép bộ điều khiển giao tiếp với các thiết bị ngoại vi WATCHDOG TIME là bộ đếm có chức năng tự động reset vi điều khiển khi xảy ra sự kiện tràn.
ANALOG COMPARATOR: Bộ so sánh tín hiệu tương tự
I/O MODULE1-I/O MUDULE n : Module vào ra tín hiệu
DIRECT ADDRESSING : Đường địa chỉ truyền trực tiếp
IN DIRECT ADDRESSING : Đường địa chỉ truyền gián tiếp
Đơn vị xử lý số học và logic ( ALU – Arithmetic Logic Unit)
AVR ALU hiệu năng cao có khả năng tác động trực tiếp đến 32 thanh ghi đa năng Trong mỗi chu kỳ, nó thực hiện các phép toán số học giữa các thanh ghi hoặc giữa một thanh ghi và một toán hạng tức thời Các toán tử của ALU được phân loại thành ba nhóm chính: số học, logic và xử lý bit.
34 lý của kiến trúc này cũng cung cấp bộ nhân số có dấu và không có dấu và dạng phân số.
Tệp các thanh ghi đa năng ( General Purpose Register File )
Hình2.5 Tệp thanh ghi đa năng của AVR CPU
Hầu hết các lệnh thao tác với tệp thanh ghi cho phép truy cập trực tiếp vào tất cả các thanh ghi, và đa số là lệnh đơn chu kỳ Mỗi thanh ghi được xác định bởi một địa chỉ bộ nhớ dữ liệu, được bố trí trực tiếp vào 32 vị trí đầu tiên của không gian dữ liệu người sử dụng.
Tổ chức bộ nhớ của SRAM mang lại sự linh hoạt cao trong việc truy cập các thanh ghi, cho phép các thanh ghi con trỏ X, Y, Z có thể được chỉ định vào bất kỳ thanh ghi nào trong tệp, mặc dù không phải thực hiện theo luật như các vị trí cố định.
The X-register, Y-register and Z-register
Các thanh ghi R26 đến R31 không chỉ là các thanh ghi đa năng mà còn đóng vai trò là con trỏ địa chỉ 16 bit cho chế độ địa chỉ gián tiếp trong không gian dữ liệu Ba thanh ghi này hỗ trợ việc truy cập dữ liệu một cách hiệu quả hơn thông qua địa chỉ gián tiếp.
X, Y, Z được mô tả như như hình 3.5
Trong các chế độ địa chỉ khác nhau, các thanh ghi địa chỉ đảm nhận những chức năng quan trọng như độ lệch cố định, tự động tăng và tự động giảm.
Hình 2.6 Các thanh ghi X, Y và Z
Điều khiển ngắt và reset (Reset and Interrupt Handling )
AVR cung cấp nhiều nguồn ngắt khác nhau, mỗi nguồn ngắt và vector reset đều có vector chương trình riêng biệt trong không gian nhớ chương trình Để cho phép ngắt, các bit cho phép riêng biệt cần được ghi mức logic 1 cùng với bit cho phép ngắt toàn cục trong thanh ghi trạng thái Các ngắt này sẽ tự động bị loại bỏ dựa trên giá trị PC khi các bit Boot Lock - BLB02 hoặc BLB12 được lập trình, điều này giúp cải thiện độ an toàn phần mềm Địa chỉ thấp nhất trong không gian bộ nhớ chương trình được mặc định là Reset và Interrupt Vectors, tạo thành bảng vector ngắt.
Hình 2.7 Bảng vector ngắt và reset
Khi địa chỉ càng nhỏ thì thứ tự ưu tiên càng cao
Các vector ngắt có thể được chuyển đến đầu vùng Boot Flash bằng cách thiết lập bit IVSEL trong thanh ghi điều khiển ngắt (MCUCR) Ngoài ra, vector reset cũng có thể được chuyển đến đầu vùng Boot Flash thông qua việc lập trình fuse BOOTRST.
Khi xảy ra một ngắt, bit I (bit cho phép ngắt toàn cục) sẽ bị xóa, dẫn đến việc tất cả các ngắt bị loại bỏ Phần mềm có thể ghi mức logic 1 vào bit I để cho phép các ngắt tiếp theo Các ngắt đã được kích hoạt có khả năng ngắt các chương trình ngắt hiện tại Bit I sẽ tự động được đặt lại khi trở về từ lệnh RETI của ngắt.
Có 2 loại ngắt cơ bản
Loại ngắt đầu tiên xảy ra khi một sự kiện kích hoạt cờ ngắt, dẫn đến việc bộ đếm chương trình (PC) được chuyển đến Interrupt Vector tương ứng Tại đây, chương trình phục vụ ngắt sẽ được thực hiện, và phần cứng sẽ xóa cờ ngắt liên quan Ngoài ra, các cờ ngắt cũng có thể được thiết lập bằng cách ghi mức logic 1 vào vị trí bit cờ để thực hiện việc xóa.
Khi ngắt xảy ra trong khi bit cho phép ngắt tương ứng bị xoá, cờ ngắt sẽ được đặt và giữ lại cho đến khi ngắt được thực hiện hoặc bị xoá bởi phần mềm Tương tự, nếu có nhiều điều kiện ngắt xảy ra khi cờ cho phép ngắt toàn cục bị xoá, các cờ ngắt tương ứng sẽ được đặt và nhớ cho đến khi cờ cho phép ngắt toàn cục được khôi phục, và chúng sẽ được thực hiện theo thứ tự ưu tiên.
Loại ngắt thứ 2 sẽ duy trì trạng thái kéo dài trong suốt thời gian điều kiện ngắt còn tồn tại Những ngắt này không yêu cầu phải có cờ ngắt Nếu điều kiện ngắt không còn trước khi ngắt được cho phép, thì ngắt sẽ không được thực hiện.
Khi AVR thoát khỏi một ngắt, nó sẽ quay trở lại chương trình chính và thực hiện một hoặc nhiều lệnh trước khi phục vụ ngắt đang chờ.
Các thanh ghi trạng thái không được tự động lưu trữ khi vào hoặc ra khỏi một chương trình ngắt; việc này cần phải được thực hiện thông qua phần mềm.
Khi sử dụng câu lệnh CLI để cấm ngắt, các ngắt sẽ không được thực hiện ngay lập tức Điều này có nghĩa là không có ngắt nào xảy ra ngay cả khi chúng diễn ra đồng thời với lệnh CLI.
Thời gian đáp ứng của 1 ngắt
Việc thực hiện ngắt trong ít nhất 4 chu kỳ đồng hồ với tất cả các ngắt
Sau 4 chu kỳ đồng hồ, địa chỉ vector chương trình tương ứng với thường trình điều khiển ngắt thực sự được khởi tạo Trong thời gian 4 chu kỳ này, PC được cất vào trong ngăn xếp Vector thường là lệnh nhảy đến thường trình ngắt và lệnh nhảy này mất 3 chu kỳ đồng hồ Nếu một ngắt xảy ra trong khi thực hiện một lệnh nhiều chu kỳ thì lệnh được hoàn thành trước khi ngắt được phục vụ Nếu một ngắt xảy ra khi MCU đang trong chế độ ngủ thì thời gian đáp ứng ngắt sẽ tăng thêm 4 chu kỳ Thời gian tăng thêm này là thời gian để khởi động lại từ chế độ ngủ
Quá trình trở về từ một thường trình điều khiển mất 4 chu kỳ xung nhịp Trong thời gian này, giá trị PC (2 bytes) sẽ được lấy ra từ ngăn xếp, đồng thời SP được tăng lên 2 và bit I trong SREG được thiết lập.
Bộ nhớ
Kiến trúc AVR bao gồm hai không gian bộ nhớ chính: bộ nhớ chương trình và bộ nhớ dữ liệu Ngoài ra, vi điều khiển Atmega8 còn trang bị bộ nhớ EEPROM để lưu trữ dữ liệu Cả ba không gian bộ nhớ này đều được tổ chức theo dạng tuyến tính và hoạt động theo cách thông thường.
2.4.5.1 Bộ nhớ chương trình Flash có thể lập trình lại nằm bên trong vi xử lý (In-System Reprogrammable Flash Program Memory )
Atmega8 chứa 8K bytes bộ nhớ Flash có thể lập trình lại được nằm trong chip để chứa chương trình Từ khi tất cả các lệnh của AVR là 16 hoặc
Flash 32 bit được cấu trúc thành 4Kx16 và được chia thành hai vùng để đảm bảo an toàn phần mềm: vùng nạp chương trình boot và vùng chương trình ứng dụng.
Bộ nhớ Flash có khả năng ghi và xóa ít nhất 10.000 lần, trong khi bộ đếm chương trình (PC) 12 bit cho phép địa chỉ hóa 4K bộ nhớ chương trình.
Bảng hằng số có thể được đặt trong không gian bộ nhớ chương trình
Hình 2.8 Bản đồ bộ nhớ chương trình
2.4.5.2 Bộ nhớ dữ liệu SRAM (SRAM Data Memory )
Bản đồ bộ nhớ dữ liệu SRAM được chỉ ra trên hình 2.9
Hình 2.9 Bản đồ bộ nhớ dữ liệu SRAM
ATmega8 là một bộ vi điều khiển toàn diện, hỗ trợ nhiều thiết bị ngoại vi với 64 vị trí được định sẵn trong mã lệnh IN/OUT Đối với không gian vào ra mở rộng từ 0x60 đến 0xFF trong SRAM, chỉ có các lệnh nhất định được sử dụng.
ST/STS/STD và LD/LDS/LDD mới được sử dụng
Có năm chế độ địa chỉ cho bộ nhớ dữ liệu, bao gồm: địa chỉ trực tiếp, gián tiếp với độ lệch, gián tiếp, gián tiếp với độ lệch giảm và gián tiếp với độ lệch tăng Trong tệp thanh ghi, các thanh ghi từ R26 đến R31 được sử dụng làm thanh ghi con trỏ địa chỉ gián tiếp Địa chỉ trực tiếp chỉ tới toàn bộ không gian dữ liệu.
Chế độ gián tiếp với độ lệch chỉ đến 63 vị trí từ địa chỉ cơ sở được đưa ra bởi thanh ghi Y hoặc Z
Khi sử dụng các chế độ địa chỉ gián tiếp thanh ghi với độ giảm hay tăng tự động, thanh ghi địa chỉ X, Y và Z được giảm hoặc được tăng
2.4.5.3 Bộ nhớ dữ liệu EEPROM (EEPROM Data Memory )
ATmega8 sở hữu 512 byte bộ nhớ dữ liệu EEPROM, được tổ chức thành không gian dữ liệu riêng biệt cho phép đọc và ghi các byte đơn EEPROM của ATmega8 có khả năng đọc ghi tối thiểu 100.000 lần.
EEPROM Read/Write Access – đọc/ghi vào EEPROMass
Các thanh ghi truy nhập EEPROM có thể được thực hiện trong không gian I/O
Thanh ghi địa chỉ EEPROM – EEARH và EEARL
Bits 15 9 – Res: Các bit dự phòng
Các bit này được đặt dự phòng trong Atmega88 và sẽ luôn là 0
Bits 8 0 – EEAR9 0: Địa chỉ EEPROM
Giá trị khởi tạo của EEAR là không xác định Giá trị thích hợp phải được ghi trước khi EEPROM có thể được truy cập
Thanh ghi dữ liệu EEPROM – EEDR
Bits 7 0 – EEDR7.0: Dữ liệu EEPROM Để ghi EEPROM, thanh ghi dữ EEDR chứa dữ liệu được ghi vào trong EEPROM với địa chỉ được chỉ ra trong thanh ghi EEAR Khi đọc EEPROM, thanh ghi EEDR chứa dữ liệu đọc ra từ EEPROM tại địa chỉ chỉ ra tại EEAR Thanh ghi trạng thái EEPROM – EECR
Bits 7 6 – Res: Các bit dự phòng
Các bit này được đặt dự phòng trong Atmega88 và sẽ luôn là 0
Bit 5 4 – EEPM1 và EEPM0: Các bit chế độ lập trình EEPROM
Bit 3 – EERIE: EEPROM Ready Interrupt Enable
Bit 2 – EEMWE: EEPROM Master Write Enable
Bit 1 – EEWE: EEPROM Write Enable
Bit 0 – EERE: EEPROM Read Enable
Phòng ngừa sai lệch dữ liệu EEPROM
Khi nguồn điện VCC bị sụt, dữ liệu của EEPROM có thể bị sai do điện áp cung cấp không đủ cho CPU và EEPROM hoạt động đúng Tình trạng này cũng xảy ra ở các hệ thống mạch sử dụng EEPROM, vì vậy cần áp dụng các giải pháp thiết kế tương tự để khắc phục.
Sự sai khác dữ liệu của EEPROM có thể xảy ra do hai yếu tố khi điện áp quá thấp Thứ nhất, việc ghi liên tục vào EEPROM cần một điện áp tối thiểu để hoạt động chính xác Thứ hai, CPU có thể thực hiện sai lệnh nếu điện áp cung cấp không đủ.
Tất cả các I/O và thiết bị ngoại vi được tổ chức trong không gian I/O, với vị trí I/O có thể được truy cập qua các lệnh LD/LDS/LDD và ST/STS/STD, cho phép chuyển đổi dữ liệu giữa 32 thanh ghi đa năng và không gian I/O Các thanh ghi I/O trong vùng địa chỉ $00-$1F cho phép truy cập trực tiếp các bit thông qua các lệnh SBI và CBI, trong khi giá trị của các bit đơn có thể được kiểm tra bằng các lệnh SBIS và SBIC Đối với các lệnh I/O IN và OUT, địa chỉ I/O từ $00 đến $3F cần được sử dụng.
Khi truy cập địa chỉ I/O, các thanh ghi được sử dụng như vùng dữ liệu thông qua lệnh LD và ST, với yêu cầu cộng thêm $20 vào các địa chỉ này Để đảm bảo tính tương thích với các thiết bị tương lai, các bit dự phòng sẽ được thiết lập là 0 khi được truy cập Lưu ý rằng các địa chỉ bộ nhớ I/O dự phòng không nên bị ghi.
Một vài cờ trạng thái được xoá bằng việc ghi 1 vào chúng
Các thanh ghi I/O đa năng:
ATmega 8 có 3 thanh ghi I/O đa năng, các thanh ghi này có thể sử dụng để chứa mọi thông tin, đặc biệt có thể hiệu dụng để chứa các biến toàn cục và các cờ trạng thái Các thnah ghi này có địa chỉ từ 0x1F có thể truy nhập trực tiếp đến các bit bằng cách sử dụng các câu lệnh SBI, CBI và SBIC Bao gồm các thanh ghi: GPIOR2, GPIOR1, GPIOR0
CH-ơNG 3 : xây dựng và thiết kế Hệ THốNG điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng điện áp
THIếT Kế MạCH Động lực
Chọn van bán dẫn
Dòng điện hiệu dụng động cơ:
Dòng điện hiệu dụng đi qua mỗi tiristor:
Chọn cách làm mát cho van là gắn van bán dẫn lên cánh tỏa nhiệt
Với điều khiện này tiristor làm việc với dòng điện đến 30% dòng điện định mức
Dòng điện của tiristor cần chọn:
45 Điện áp của thyristor ở trạng thái khóa:
Utrt = Ud = 380 = 537,4 (V) Điện áp định mức của thyristor cần chọn:
Kdt là hệ số dự trữ chọn Kdt=1,8
Tiristor mắc vào lưới xoay chiều 50Hz nên thời gian chuyển mạch của tiristor ảnh hưởng không lớn đến việc chuyển tiristor
Từ các thông số trên ta chọn loại tiristor BT151 có các thông số sau
Un max 00V Idk = 15 mA Udk =1,5V
Idm max= 5A Ih mA Ir =2,5 mA ∆U =1,6V
Chọn phần tử bảo vệ van bán dẫn
Để bảo vệ van bán dẫn khỏi hiện tượng đánh thủng do xung điện áp từ lưới, cần sử dụng mạch R1C1, mắc song song với tải Mạch R-C này giúp lọc xung điện áp, đảm bảo khi có xung xuất hiện trên đường dây, đỉnh xung sẽ được giữ lại hoàn toàn trên điện trở của đường dây.
Bảo vệ xung điện áp trong quá trình chuyển mạch van bán dẫn là rất quan trọng, và mạch R-C được mắc song song với các van bán dẫn để thực hiện điều này Khi có sự chuyển mạch, hiện tượng phóng điện từ van sẽ tạo ra xung điện áp trên bề mặt tiếp giáp P-N, do đó việc sử dụng mạch R2C2 giúp giảm thiểu tác động của xung điện áp này.
C mắc song song với van bán dẫn tạo mạch vòng phóng điện tích quá độ trong quá trình chuyển mạch van
Bảo vệ ngắn mạch, quá dòng điện cho van
Chọn aptomat làm thiết bị bảo vệ
IdmA> Idc = 2,75 A Chọn aptomat loại 50AF của hãng LG có thông số: U dm = 600V, I dm Z
Bảo vệ quá nhiệt cho van bán dẫn
Khi van bán dẫn hoạt động với dòng điện, sẽ xảy ra sụt áp trên van dẫn đến tổn hao công suất p, tạo ra nhiệt và làm nóng van Để đảm bảo van bán dẫn hoạt động an toàn dưới nhiệt độ cho phép Tcp, việc chọn cánh tản nhiệt phù hợp là rất quan trọng, tránh tình trạng quá nhiệt có thể gây hỏng van.
Tổn thất công suất trên một tiristor: p =U.Ilv = 1,6.0,2=0,32W Diện tích bề mặt tỏa nhiệt: S tn =p/K m τ Τ: là độ chênh lệch nhiệt độ so với môi trường
Chọn nhiệt độ môi trường là Tmt 0 0 C
Nhiệt độ làm việc cho phếp của tiristor: Tcp0 0 C
Chọn nhiệt độ làm việc trên cánh tản nhiệt là Tlv 0 C τ = T lv –T mt -30 P 0 C
Km: hệ số tảo nhiệt bằng đối lưu và bức xạ chọn Km=8 W/m 2 0 C
Chọn loại cánh tản nhiệt có 6 cánh, loại nhỏ được làm bằng nhôm
THIếT Kế MạCH ĐIềU KHIểN
Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển
Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển
Khối vi xử lý (VXL) là khối trung tâm của hệ thống điều khiển, nó thực hiện các nhiệm vụ sau:
Ghép nối với bảng điều khiển để nhận các tham số và lưu trữ chúng vào EEPROM Hệ thống sẽ cung cấp các tín hiệu điều khiển, hiển thị lỗi trong quá trình vận hành thông qua màn hình LCD và đèn báo.
Dựa trên các tham số đã được thiết lập, tiến hành tính toán để điều chỉnh góc điều khiển theo thời gian Nhận xung đồng bộ và tạo ra luật phát xung cùng với tín hiệu điều khiển (gồm 6 kênh, dạng số) theo xung đồng bộ đó.
Hệ thống sử dụng xung đồng bộ để nhận biết và báo lỗi khi xảy ra sự cố mất pha, đồng thời tiếp nhận các tín hiệu bảo vệ như quá dòng và dừng khẩn để ngắt hệ thống Khâu đồng bộ bao gồm biến áp đồng pha mắc /Y, mạch so sánh điểm qua không và cách ly quang, tạo ra ba xung vuông tần số 50 Hz lệch pha nhau 120 độ, đồng pha với điện áp pha của lưới Các xung này được đưa vào ba chân của vi xử lý, giúp hệ thống điều khiển hoạt động độc lập cho từng pha khi kết nối với lưới điện, mặc dù mạch đồng bộ có phần cồng kềnh.
48 phải dò thứ tự pha để phát xung mà chỉ cần quan tâm đến chiều quay của động cơ
Khâu khuếch đại xung có vai trò quan trọng trong việc khuếch đại tín hiệu từ khâu phân phối để kích mở tiristor Đồng thời, nó còn sử dụng biến áp xung để cách ly giữa mạch điều khiển và mạch động lực, đảm bảo hoạt động ổn định và an toàn cho hệ thống.
3.3.2 Tính toán và phân tích mạch điều khiển
Mạch điều khiển tiristor được thiết kế dựa trên yêu cầu về xung mở, với thông số quan trọng là điện áp điều khiển tiristor, được xác định là U đk = 1,5V.
Dòng điện điều khiển tiristor: I đk mA
Thời gian mở xung: t m pàs Độ rộng xung điều khiển: tx=2.tm= 140 às Điện áp nguồn nuôi mạch điều khiển: U=9V
Vật liệu làm lõi sắt là thép Perit HM lõi có dạng hình trụ có H = 30 A/m và B = 0,3 T, có khe hở không khí
Tỷ số máy biến áp xung chọn m = 2 Điện áp thứ cấp : U 2 = U g = 1,5 V Điện áp sơ cấp : U1 = m U2 = 1,5 2 = 3 V
Dòng điện thứ cấp: I2 = Ig = 15 mA
= 7,5 mA Độ rộng xung : tx = 140 s
Mức sụt biên độ xung : S = 0,15
Chọn độ từ thẩm không khí 0 = 1,25.10 -6 H/m Độ từ thẩm trung bình tb của lõi thép:
Thể tích lõi thép cần có:
Chọn mạch từ OA-12/14-3 có thể tích V= Q.L = 0,03.4,1= 0,123 cm 2
Với kích thước đó ta có kích thước mạch từ như sau: a= 1 mm; b= 3mm ; d= 12 mm ; D= 14mm ; l= 4,1 cm
Số vòng dây cuộn sơ cấpBAX:
Số vòng dây cuộn thứ cấp BAX:
Tiết diện dây sơ cấp: Đường kính dây sơ cấp:
Tiết diện dây thứ cấp: Đường kính dây thứ cấp:
Chọn d 2 = 0,1mm ; S 2 = 0,00785 mm 2 tra hệ số lấp đầy:
50 như vậy cửa sổ đủ điện tích cần thiết
3.3.2.2 Tính chọn khâu khuếch đại xung
Hình 3.3.Sơ đồ khâu khuếch đại
Khâu khuếch đại xung có nhiệm vụ tăng cường tín hiệu xung tại chân 14 PB0 của vi điều khiển AVR8, biến tín hiệu này thành một tín hiệu có biên độ, độ rộng và công suất đủ lớn để kích hoạt tiristor T1.
Chọn các điốt D6 , D7 , D8 loại 2608 có các thông số sau:
Chọn bóng tranzito công suất T2 loại TIP41 có các thông số sau: Điện áp giũa colecto va bazo khi hở mạch emito : U CBO = 40V
Diện áp giữa emito và bazo khi hở mạch colecto : U EB0 = 5 V
Dòng điện lớn nhất ở colecto có thể chịu đựng : I cmax A
Dòng điện làm việc của colecto : Ic = 6A
Dòng điện làm việc của bazo : : I B = 2A
Ta thấy rằng với loại tiristor dã chọn có công suất điều khiển là khá bé
U đk =1,5V ; I đk = 0,015A nên dòng colecto-bazo của tranzito khá bé nên ta chỉ cần phải sử dụng một trazito
Chọn nguồn cấp cho biến áp xung là E =9V nên ta phải mắc nối tiếp thêm điện trở R8 nối tiếp với cực emitor của Trazito
Tất cả các diod trong mạch sử dụng loại 1N4009 có thông số :
Dòng điện định mức : I đm A điện áp ngược lớn nhất : UN = 25V điện áp để cho diod mở thông : Um =1V
Khâu tạo xung sử dụng chíp AVR ATMEGA8
Khâu đồng bộ bao gồm biến áp đồng pha mắc /Y, mạch so sánh điểm qua không và cách ly quang, nhằm điều chế ba xung vuông tần số 50 Hz lệch pha nhau 120 độ Các xung này đồng pha với điện áp pha của lưới và được đưa vào chân của vi xử lý.
Hình 3.4 Khâu tạo xung đồng bộ
Chọn cách ly quang OPTO
#define led PORTD.7 long int von,f; long int x; void tre() //ham tre dieu chinh goc mo cua thyristor
} interrupt [EXT_INT0] void ext_int0_isr(void) //ham ngat co tac dung doc
"suon am" cua cach ly quang
{ tre(); //chinh goc mo cua thyristor open(); //mo thyristor
53 unsigned int read_adc(unsigned char adc_input) {
ADMUXc_input | (ADC_VREF_TYPE & 0xff); delay_us(10);
ADMUXC_VREF_TYPE & 0xff; ADCSRA=0x87;
#define led PORTC.5 long int von,f,a; void dislay(long int t)
#define ADC_VREF_TYPE 0x40 unsigned int read_adc(unsigned char adc_input) {
ADMUXc_input | (ADC_VREF_TYPE & 0xff); delay_us(10);
ADMUXC_VREF_TYPE & 0xff; ADCSRA=0x82; lcd_init(16);
Khâu đồng bộ
Khâu đồng bộ bao gồm biến áp đồng pha mắc /Y, mạch so sánh điểm qua không và cách ly quang, nhằm điều chế ba xung vuông tần số 50 Hz lệch pha 120 độ với điện áp pha của lưới, sau đó được đưa vào chân của vi xử lý.
Hình 3.4 Khâu tạo xung đồng bộ
Chọn cách ly quang OPTO
Chương trình điều khiển
#define led PORTD.7 long int von,f; long int x; void tre() //ham tre dieu chinh goc mo cua thyristor
} interrupt [EXT_INT0] void ext_int0_isr(void) //ham ngat co tac dung doc
"suon am" cua cach ly quang
{ tre(); //chinh goc mo cua thyristor open(); //mo thyristor
53 unsigned int read_adc(unsigned char adc_input) {
ADMUXc_input | (ADC_VREF_TYPE & 0xff); delay_us(10);
ADMUXC_VREF_TYPE & 0xff; ADCSRA=0x87;
#define led PORTC.5 long int von,f,a; void dislay(long int t)
#define ADC_VREF_TYPE 0x40 unsigned int read_adc(unsigned char adc_input) {
ADMUXc_input | (ADC_VREF_TYPE & 0xff); delay_us(10);
ADMUXC_VREF_TYPE & 0xff; ADCSRA=0x82; lcd_init(16);
{ f=read_adc(3); a=f*0.51; if(aa)&(a>10)) a=a-15; if(a>100) a=a-1; lcd_gotoxy(0,0); dislay(a); delay_ms(100);
lắp ráp hệ thống
Mạch động lực
Hình 3.5 Sơ đồ nguyên lý mạch động lực
Mạch điều khiển
Hình 3.7 Mạch nguyên lý mạch điều khiển
Hình 3.8 Nguồn nuôi mạch điều khiển
Hình 3.9 Mạch nguyên lý mạch hiển thị LCD
Hình 3.10 Mạch in mạch điều khiển