CHƯƠNG 3 ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ DÙNG DSP
3.2.2 Chương trình lập trình và biên dịch Code Composer
• Phần mềm Code Composer cho phép viết chương trình bằng ngôn ngữ C hoặc ngôn ngữ Assembly, cho phép chỉnh sửa dễ dàng mã nguồn C và mã hợp ngữ
• Phần mềm Code Composer cho phép dễ dàng quan sát và truy xuất tất cả các file dự án trên cùng một cửa sổ .Các file được sắp xếp theo từng thư mục riêng và có thể được thêm vào một cách dễ dàng, làm tiết kiệm thời gian.
• Mặc dù viết bằng ngôn ngữ Assembly là thông dụng cho DSP, tuy nhiên viết chương trình bằng ngôn ngữ C giúp giảm thời gian phát triển, đặc biệt đối với người chưa quen vơi cấu trúc thiết bị , trình biên dịch cải tiến việc sử dụng các thanh ghi , hạn chế các vòng lặp xếp chồng lên nhau trong xử lý số
• Phần mềm Code composer cho phép xem các mã nguồn và mã biên dịch hợp ngữ. Chế độ Real-Time cho phép hiển thị thông tin của những biến trong chương trình theo thời gian thực.
Sau khi mô phỏng trên Matlab có kết quả và các phương trình đã được chuẩn hoá ,thuật toán được lập trình cài đặt lên DSP để điều khiển hệ thống thực.
DSP TMS320LF2407A được lập trình trên phần mềm chuyên dụng Code Composer 4.12 của nhà sản xuất Texas Instrument, cho phép viết chương trình kết hợp đồng thời bằng hai ngôn ngữ Assembly và C.
Hình 3.14 Giao diện lập trình cho DSP TMS320: Code Composer 4.12 3.3.Điều khiển động cơ không đồng bộ 3 pha
3.3.1. Sơ đồ khối điều khiển chung
Hệ thống điều khiển động cơ không đồng bộ dùng DSP được cấp nguồn từ điện áp một pha hay ba pha qua bộ chỉnh lưu thành điện áp DC. DSP sẽ điều khiển bộ nghịch lưu (bộ biến tần) từ điện áp DC thành điện áp ba pha điều rộng xung sin
cấp nguồn cho động cơ. Ngoài ra hệ thống còn có các thiết bị cảm biến hồi tiếp và các thiết bị hỗ trợ điều khiển và thu thập dữ liệu.
Hình 3.15. Sơ đồ khối hệ thống điều khiển số ĐCKĐB dùng DSP 3.3.2.Các khối mạch dùng cho điều khiển động cơ KĐB 3 pha
3.3.2.1.Khoái Driver MOSFET
Trong các thiết kế của các bộ biến tần công nghiệp cũng như các bộ nghịch lưu dùng điều khiển động cơ,mạch lái linh kiện công suất (MOSFET,IGBT) là một phần hết sức quan trọng ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng điện áp ngõ ra, kết quả là ảnh hưởng trực tiếp lên chất lượng của bộ điều khiển.
Khó khăn đầu tiên gặp phải với mạch lái bộ nghịch lưu đó là phải sử dụng nhiều nguồn cách ly để kích được cả 6 khóa của bộ nghịch lưu.3 khóa bên dưới sử dụng chung một nguồn,3 khóa bên trên dùng 3 nguồn riêng,lý do là do điện áp các pha của bộ nghịch lưu thay đổi liên tục và phải cách ly với nhau.
Khó khăn thứ hai có thể gặp phải với mạch lái bộ nghịch lưu đó là đáp ứng của các linh kiện kích phải đủ nhanh để tránh hiện tượng trùng dẫn (các khóa trên và khóa dưới trên cùng một nhánh cùng đóng) gây sự cố ngắn mạch tức thời có
Để giảm bớt cồng kềnh khi phải sử dụng nhiều nguồn cách ly cho mạch kích ta chọn linh kiện IC driver MOSFET chuyên dùng IR2136 của hãng International Rectifier.IR2136 cung cấp nhiều chức năng cho phép ta giải quyết các khó khăn có thể gặp phải ở trên.
Các chức năng nổi bật của IR2136 :
• Hoạt động ở trong dãi điện áp rộng(10V - 20V).
• Mức logic ngõ vào cho phép từ 3.3V trở lên.
• Thời gian đáp ứng nhanh (ton = 400ns,toff = 380ns).
• Dòng ngõ ra khá lớn (Io+ = 120mA/Io- = 250 mA).
• Bảo vệ quá dòng.
• Khóa ngõ ra khi điện áp cung cấp thấp hơn 10V.
• Deadtime nội 250ns,cho phép thay đổi độc lập giữa các kênh.
Hình 3.16 Sơ đồ chân IR2136
Hình 3.17 Sơ đồ thiết kế chuẩn được nhà sản xuất cung cấp
Để cách ly giữa mạch DSP với mạch kích MOSFET ta sử dụng opto cách ly đáp ứng nhanh 6N136.Đáp ứng của opto này lên đến 1Mbit/s.Đáp ứng được yêu cầu sử dụng cho mạch kích tần số cao.
Hình 3.18 Sơ đồ chân 6N136
Hình 3.19 Sơ đồ mạch opto cách ly từ DSP sang mạch lái MosFET
Hình 3.20 Sơ đồ mạch lái MosFET dùng IC chuyên dùng IR2136
Tính toán các giá trị linh kiện trên mạch lái MOSFET :
• Điện trở kích opto R > (3.3 – 2)/20mA = 65 Ω Chọn R = 68 Ω
• Điện trở kích MOSFET 10 Ω
• Tụ nạp xả sử dụng tụ 4.7uF (50V)
• Điện trở bảo vệ chống quá dòng,ngắn mạch : R = 0.5/Ikủủc < 0.05 Ω
Chọn R = 0.1 Ω sau đú dựng biến trở 10KΩ chiết ỏp cũn ẵ.
Hình 3.21 Mạch lái MosFET dùng IC chuyên dùng IR2136 3.3.2.2. Mạch nghịch lưu 3 pha
Mạch nghịch lưu 3 pha sử dụng 6 MOSFET IRFP460 là loại MOSFET có điện áp hoạt động lớn VDSS = 500V,điện trở RDS < 0.27Ω,dòng điện cho phép
ID=18.4A,phù hợp với ứng dụng điều khiển động cơ không đồng bộ 3 pha hoạt động ở điện áp 220V,công suất 2HP,Iđm = 6A.
Hình 3.22 Sơ đồ chân MOSFET IRFP460
Hình 3.23 Sơ đồ mạch nghịch lưu 3 pha dùng 6 MosFET 3.3.2.3. Khối hồi tiếp dòng điện
Để đo dòng điện pha Ia,Ib ta dùng cảm biến Hall loại có thể đo dòng DC và AC,qua cảm biến Hall dòng điện Ia,Ib chuyển thành điện áp,có dạng giống hệt dạng dòng điện,tức là biến đổi với tần số bằng tần số dòng diện pha.
Điện áp từ cảm biến Hall qua mạch lọc tần số cao để lọc các xung tần số cao,chỉ lấy điện áp tần số thấp đi qua.
Hình 3.24 Sơ đồ chân cảm biến Hall
Hình 3.25 Sơ đồ mạch lọc dòng điện pha A 3.3.2.4.Khối hồi tiếp tốc độ
Để đo tốc độ động cơ ta sử dụng loại Encoder quang có độ phân giải lớn nhằm đo chính xác tốc độ động cơ với thời gian lấy mẩu nhỏ.(Tsamp = 0.2 ms)
Để chuyển từ mức logic 5V của encoder sang mức logic 3.3V của DSP ta sử dụng loại opto cách ly đáp ứng nhanh 6N136 như ở trên (tần số đáp ứng 1Mhz) đảm bảo khả năng hồi tiếp chính xác xung ngõ ra encoder.
B A
OFS GIN GIN 1 OFS
NANA ELECTRONICS JAPAN
GND B Out A Out (-) (+) 1
-12V +12V 0V
Ba chân nguồn cấp từ bên ngoài GIN: Chỉnh độ lợi (khuếch đại)
OFS: Chỉnh offset
Hình 3.26 Sơ đồ mạch hồi tiếp tốc độ dùng encoder 3.3.2.5. Khối điều khiển và hiển thị
Khối điều khiển và hiển thị bao gồm :
• 4 nút nhấn điều khiển (RUN,STOP,THUẬN,NGHỊCH).
• 4 led đơn hiển thị trạng thái điều khiển (RUN,STOP,THUẬN, NGHÒCH).
• 4 led 7 đoạn hiển thị tốc độ động cơ.
Hình 3.27 Sơ đồ mạch phím điều khiển và led đơn hiển thị trạng thái điều khiển
Hình 3.28 Sơ đồ mạch hiển thị led 7 đoạn
Hình 3.29 Mạch hiển thị led 7 đoạn 3.3.2.6. Khối giao tiếp máy tính
Điều khiển và truyền nhận dữ liệu từ xa thông qua giao tiếp RS-232 giữa máy tính với DSP cho phép điều khiển từ xa,truyền các gói dữ liệu,các thông số,giá trị tốc độ,dòng điện đo được để quan sát và đánh giá chất lượng điều khiển.
Hình 3.30 Sơ đồ mạch giao tiếp DSP với máy tính
Hình 3.31 Mạch giao tiếp DSP với máy tính,nút nhấn điều khiển
Lập trình trên máy tính để điều khiển từ xa,thu thập dữ liệu,vẽ đồ thì đáp ứng của động cơ nhằm đưa ra kết quả để dễ dàng so sánh với kết quá đáp ứng mô phỏng.Chương trình viết bằng ngôn ngữ Visual Basic 6.0 giao tiếp với DSP qua coồng truyeàn thoõng noỏi tieỏp.