Trang chủ Học và làm Học và làm Điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ theo nguyên tắc v/f sử dụng vi điều khiển Psoc Cy8c29466

Điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ theo nguyên tắc v/f sử dụng vi điều khiển Psoc Cy8c29466

Đào Hiếu
Đại học Mỏ - Địa chất Hà Nội

I. Đặt vấn đề
Trong bài báo trước [1], tác giả đã trình bày cơ sở lý thuyết để xây dựng một bộ điều khiển cho nghịch lưu nguồn áp. Trên cơ sở các kết quả về mặt mô phỏng đã đạt được, bài báo này tiếp tục giới thiệu giải pháp ứng dụng vi điều khiển trong điều khiển nghịch lưu nguồn áp. Từ đó xây dựng bộ điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ theo nguyên tắc V/f sử dụng vi điều khiển PSoC CY8C29466.

Phần còn lại của bài báo được bố cục như sau:     -     Mục II :     Nguyên lý điều khiển V/f .
- Mục III: Họ vi điều khiển PSoC và cách sử dụng vi điều khiển PSoC CY8C29466 để thực hiện thuật toán phát xung điều khiển [1].
- Mục IV: Sơ đồ nguyên lý của mạch điều khiển phát xung, lưu đồ thuật toán của chương trình điều khiển và kết quả chạy thử nghiệm.
- Mục V:  Kết luận.

Hình 1. Quan hệ momen-tốc độ trong động cơ không đồng bộ
a) Khi cấp nguồn trực tiếp                   b) Khi điều khiển v/f

II. Điều khiển V/f:
Tốc độ của động cơ không đồng bộ (ĐCKĐB) phụ thuộc trực tiếp tần số của nguồn cấp và số đôi cực của động cơ theo
công thức w =                  
với w0 =       và s là hệ số trượt của động cơ.Do đó một trong những giải pháp phổ biến hiện nay để thay đổi tốc độ của động cơ không đồng bộ là thay đổi tần số f của nguồn cấp vào động cơ.
Mômen xoắn trên trục ĐCKĐB phụ thuộc trực tiếp vào tỉ số giữa điện áp và tần số của nguồn cấp. Việc điều khiển thay đổi điện áp và tần số của nguồn cấp mà đảm bảo cho tỉ số trên là không đổi được gọi là điều khiển V/f mà ta đang mong muốn thực hiện.
Quan sát các mối quan hệ dòng điện – tốc độ; mômen – tốc độ trên hình 1a và các mối quan hệ điện áp – tốc độ; mômen-tốc độ trên hình 1b có thể thấy rằng khi động cơ được điều khiển v/f có một số ưu điểm:
- Điện áp khi khởi động thấp làm cho dòng khởi động thấp.
- Miền ổn định của mômen lớn dẫn bđến miền làm việc ổn định của động cơ lớn.
- Có thể đưa được tốc độ động cơ lên trên tốc độ định mức trong giới hạn mà nhà sản xuất cho phép. Tuy nhiên khi đó điện áp không được tăng mà chỉ có thể tăng tần số. Việc tăng hay giảm tốc độ cho động cơ được thực hiện qua việc thay đổi tần số của nguồn đặt vào động cơ.

Hình 3 : Mạch điều khiển

III. Họ vi điều khiển PSoC và cách sử dụng vi điều khiển PSoC CY8C29466 để thực hiện thuật toán phát xung điều khiển

* Họ vi điều khiển PSoC:
PsoC là một từ viết tắt của cụm từ tiếng anh Programmable System on Chip, nghĩa là hệ thống khả trình trên một chíp. Các chíp chế tạo theo công nghệ PsoC cho phép thay đổi được cấu hình dễ dàng bằng cách gán chức năng cho các khối tài nguyên có sẵn trên chíp. Hơn nữa, nó còn có thể kết nối tương đối mềm dẻo các khối chức năng với nhau hoặc giữa các khối chức năng với các cổng vào ra. Chính vì vậy mà PSoC có thể thay thế cho rất nhiều chức năng nền của một số hệ thống cơ bản chỉ bằng một đơn chíp.
Phần mềm lập trình cho các chíp PSoC của Cypress có tên gọi là PSoC Designer. Phần mềm lập trình được xây dựng trên cơ sở hướng đối tượng và cầu trúc module hóa. Mỗi khối chức năng là một module mềm. Việc lập cấu hình cho chíp như thế nào là tùy thuộc vào người  lập trình thông qua một số thư viện chuẩn [2]. Người lập trình thiết lập cấu hình trên chíp chỉ đơn giản bằng cách muốn chíp có chức năng gì thì kéo chức năng đó thả vào khối tài nguyên số hoặc tương tự, hoặc cả hai tùy theo từng chức năng. Việc thiết lập ngắt trên chân nào, loại ngắt là gì, các chân vào ra hoạt động ở chế độ như thế nào đều tùy thuộc vào việc thiết lập của người lập trình khi thiết kế và lập trình cho PSoC.
Chíp PSoC cung cấp:
- Bộ vi xử lý với cấu trúc Harvard ( cấu trúc mà bus dữ liệu, bus địa chỉ và tín hiệu điều khiển của bộ nhớ chương trình và bộ nhớ dữ liệu độc lập với nhau) [2].
- Các khối ngoại vi số và tương tự có thể được sử dụng độc lập hoặc kết hợp cho các nhiệm vụ khác nhau [2].
- Bộ nhớ linh hoạt trên chíp [2].
- Xung nhịp có khả năng lập trình được [2].
- Các ngoại vi được thiết lập sẵn như bộ định thời, các module truyền thông,… [2].
* Giải pháp sử dụng vi điều khiển PSoC để phát xung điều khiển:
Trên cơ sở lý thuyết đã được trình bày ở bài báo trước [1], giải pháp được đưa ra để thực hiện phát các chuỗi xung điều khiển như sau:
Vi điều khiển họ PSoC được lựa chọn là loại CY8C29466, lựa chọn số khoảng chia của một nửa chu kỳ hình sin là n = 12, khi đó mỗi khoảng chia là góc     tương ứng với một khoảng thời gian gọi là T, khi đó góc lệch giữa hai pha là   sẽ ứng với khoảng thời gian là 4T, [1].
Sử dụng một bộ Timer 16 bit để tính khoảng thời gian T. Mỗi khi bộ Timer xảy ra ngắt thì có nghĩa là đã đủ khoảng thời gian T và bộ Timer sẽ được nạp lại.
Sử dụng sáu bộ PWM 8 bit để phát xung điều khiển cho sáu van bán dẫn theo nguyên tắc như hình 3. Theo đó các chuỗi xung điều khiển có chu kỳ 2p và lệch pha nhau một góc là p/3 ứng với khoảng thời gian là 2T.
Sử dụng bốn bộ đếm Counter 8 bit cho 4 nút điều khiển. Các bộ đếm này có giá trị đặt bằng 1. Khi một nút được ấn, sẽ xảy ra ngắt của bộ đếm tương ứng, chương trình ngắt xác định nút đã được ấn. Giải pháp này giúp làm giảm hiện tượng nhiễu.
Độ rộng của các chuỗi xung điều khiển được nạp lại khi :
- Xảy ra ngắt của Timer
- Xảy ra ngắt của các nút điều khiển
Sử dụng IC điều khiển mở cho IGBT (IGBT driver) loại IR2103 để điều khiển đóng mở cho IGBT nhằm đảm bảo các cơ chế hoạt động cho IGBT và bảo vệ các van bán dẫn này.
Chương trình điều khiển sử dụng các ngắt để kiểm tra trạng thái và cập nhật giá trị mới. Các chương trình ngắt sẽ thực hiện các nhiệm vụ như sau:
* Ngắt thời gian của Timer :
- Kiểm tra thời điểm để thực hiện việc điều khiển phát xung đóng mở các IGBT.
- Nạp lại giá trị cho Timer và các bộ PWM
* Ngắt của nút ấn START/OK :
- Xác nhận các thông số lựa chọn và chuyển sang đặt thông số khác khi thiết bị ở trạng thái đặt thông số.
- Điều khiển khởi động hệ thống để đưa thiết bị vào làm việc.
* Ngắt của nút ấn STOP/MENU :
- Vào chế độ đặt thông số nếu hệ thống chưa ở trạng thái làm việc.
- Điều khiển hệ thống dừng làm việc nếu hệ thống đang ở trạng thái làm việc.
- Thoát khỏi chế độ đặt thông số.
* Ngắt của nút UP và DOWN :
- Thực hiện việc tăng giảm các thông số đặt nếu thiết bị ở chế độ đặt thông số
- Thực hiện việc tăng giảm tần số khi động cơ đang làm việc nếu ban đầu lựa chọn việc điều khiển bằng nút ấn.

Hình 4 : Mạch phát xung điều khiển các van bán dẫn IGBT

IV. Sơ đồ nguyên lý của mạch điều khiển phát xung và lưu đồ thuật toán của chương trình điều khiển
* Sơ đồ mạch điều khiển :
* Lưu đồ thuật toán chương trình điều khiển:
* Kết quả chạy thử nghiệm :
Mạch được chạy thử nghiệm điều khiển một động cơ không đồng bộ ba pha có thông số như sau:
Công suất P =15 (KW).
Điện áp định mức U = 380 (V).
Tần số f = 50 (Hz).
Tốc độ định mức
w = 1460 (vòng/phút).
Tải đặt vào động cơ  Mc = 0,0069.w2 (Nm).
Quá trình chạy thử nghiệm được thực hiện với nhiều giá trị tần số đặt khác nhau, ứng với mỗi tần số đặt, các thông số đo được được cho ở bảng sau:
V. Kết luận
Kết quả chạy thử nghiệm cho thấy rằng khi điều khiển động cơ không đồng bộ chạy dưới tốc độ định mức bằng phương pháp thay đổi tần số thì ngoài việc điều chỉnh dễ dàng, trơn tru, phương pháp này còn giúp tiết kiệm rất nhiều năng lượng mà động cơ tiêu thụ do việc cả dòng và áp trên phần ứng của động cơ đều giảm. Kết quả thử nghiệm này sẽ là tiền đề cho việc thiết kế những bộ điều khiển tốc độ động cơ đơn giản, giá thành thấp cho nhiều những ứng dụng tiết kiệm năng lượng khác nhau.

TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]  Đào Hiếu, Ứng dụng Matlab – Simulink để mô phỏng bộ điều khiển nghịch lưu cầu ba pha theo phương pháp điều chế độ rộng xung, Tạp chí Tự Động Hóa ngày nay, 9/2009.
[2]  Cypress Semiconductor 2003-2007 – Documents, PSoC CY8C29466 data sheet, 2007.
[3]  www.irf.com, IR2103 data sheet, 2004.
[4]  Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Phạm Quốc Hải, Dương Văn Nghi, Điều khiển tự động truuyền động điện, NXB Khoa học kĩ thuật.

Số 109 (10/2009)♦Tự động hóa ngày nay


Newer news items:
Older news items:

 

Hỗ trợ online

Hỗ trợ Web
Mr Phương: 0988906030

Liên kết & Quảng cáo






 



Nhà tài trợ


Sửa biến tần

Mới cập nhật

Tìm kiếm

Quảng cáo&Liên kết