Nghiên cứu phản ứng alkyl hóa butylromua trên xúc tác bentonit biến tính: Luận văn

Mẫu nhãn đĩa CD-ROM:

Anh/Chị học viên các lớp 10SQT, 10SMT và 10SMĐ đã bảo vệ luận văn Thạc sĩ thành công vui lòng xem file đính kèm. Sau khi bảo vệ Luận văn Thạc sĩ, học viên phải chỉnh sửa nội dung quyển Luận văn theo ý kiến của Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ, và thực hiện 01 bản cam đoan những nội dung đã chỉnh sửa (theo mẫu - không đóng chung vào cuốn luận văn) để trình cho cán bộ Hướng dẫn khoa học ký xác nhận đã chỉnh sửa. Sau đó nộp 01 quyển Luận văn hoàn chỉnh với bìa cứng màu xanh lá cây, chữ nhũ vàng (theo mẫu đính kèm) và 01 đĩa CD-ROM. + Nhãn đĩa CD - ROM phải chứa đầy đủ các thông tin theo mẫu đính kèm .

+ Nội dung đĩa CD - ROM phải chứa đầy đủ nội dung quyển Luận văn Thạc sĩ dưới dạng file word, file pdf và file power point bài báo cáo, file bài báo đã được chỉnh sửa. Chất lượng đĩa CD - ROM phải đảm bảo sử dụng được và đĩa phải được đựng trong hộp nhựa cứng. Hạn cuối nộp cuốn Luận văn hoàn chỉnh về cho Phòng QLKH - ĐTSĐH:

11/08/2012

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM

LÊ LONG HỒ

NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN MÁY ĐIỆN TỪ TRỞ THAY ĐỔI (SRM : SWITCHED RELUCTANCE MACHINES)

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Chuyên ngành : Thiết bị mạng và nhà máy điện

Mã số ngành : 60 52 50

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 06 năm 2012

PHỤ LỤC

, XT_PLL16

// Fosc = 7.3728 MHz

_FOSC(CSW_FSCM_OFF & XT_PLL16); // XT with 4xPLL oscillator ,

_FWDT(WDT_OFF); // Watchdog timer disabled _FBORPOR(PBOR_OFF & MCLR_EN & PWMxH_ACT_HI &

5.1 Chương trình ứng dụng điều khiển SRM #include "p30F4011.h" #define FCY 29491200 7.3728*E6*16/4=29491200 7.2MHz FCY=28800000 #define PTPERvalue 922 // FPWM = 16 KHz(920) 7.2MHz 20KHz(720) ,[(Fcy/16K)/2] #define RED_button FLTACON //¸} #define change_direction PORTDbits.RD0 #define DIR_change_direction TRISDbits.TRISD0 #define RELAY_OPEN LATFbits.LATF4 #define DIR_RELAY_OPEN TRISFbits.TRISF4 #define PWM4L LATFbits.LATF0 #define PWM4H LATFbits.LATF1 #define DIR_PWM4L TRISFbits.TRISF0 #define DIR_PWM4H TRISFbits.TRISF1 #define change_2Phase PORTDbits.RD1 #define DIR_change_2Phase TRISDbits.TRISD1 #define change_3Phase PORTDbits.RD2 #define DIR_change_3Phase TRISDbits.TRISD2 #define change_4Phase PORTDbits.RD3 #define DIR_change_4Phase TRISDbits.TRISD3 #define hall_W PORTBbits.RB6 #define INPUT 1 #define OUTPUT 0 //--------------------------------------------------------------------------- //--------------------------------------------------------------------------- Failsafe clock off // PWMxL_ACT_HI); //Brown-out reset disabled , MCLR reset enabled

_FGS(CODE_PROT_OFF); //Code protect disabled

// Init PWM Module to drive the Inverter

// Variable containing the Hall Value from

0x0000, 0x0000, 0x0000, 0x0000, 0x0000, 0x0000,

0x0000, 0x0110, 0x0220, 0x0400, 0x0400, 0x0220,

}; { // };

_FBORPOR(PBOR_OFF & MCLR_EN & PWMxH_ACT_LO & PWMxL_ACT_LO); //Brown-out reset disabled , MCLR reset enabled , PWM Active Low // _FBORPOR(PBOR_OFF & MCLR_EN); void InitMCPWM(void); // A/D Init Subroutine to Read POT. void InitADC10(void); void InitCN(void); // Change Notification for Hall Effect Sensors unsigned int HallValue; PORTB unsigned int srm2Phase; unsigned int srm3Phase; unsigned int srm4Phase; /************************************************************* *************************************************************/ unsigned int CW2phaseTable[]= { unsigned int CCW3phaseTable[]= unsigned int CW3phaseTable[]= {

0x0000, 0x0220, 0x0400, 0x0110, 0x0110, 0x0400,

};

0x0000, 0x0000, 0x0000, 0x0000, 0x0400, 0x0220, 0x0800, 0x0110,

{ //

};

0x0000, 0x0000, 0x0000, 0x0000, 0x0800, 0x0400,

};

IFS0bits.CNIF = 0; HallValue = PORTB & 0x0070;

// clear flag // mask RB6 & 5 & 4 (W V

HallValue = HallValue >> 4;

// shift right 4 times ¦

unsigned int CCW4phaseTable[]= unsigned int CW4phaseTable[]= { /**************************************************************** *****************************************************************/ void __attribute__((__interrupt__)) _CNInterrupt (void) { U)

//hall_WV //hall_WVU // clear flag */

//hall_W HallValue = (HallValue << 1) + PORTBbits.RB5; HallValue = (HallValue << 1) + PORTBbits.RB4; HallValue = HallValue & 0X0007; IFS0bits.CNIF = 0;

OVDCON = CW2phaseTable[HallValue];

{ }

if(srm3Phase == 1)

{ if(change_direction == 1)

OVDCON = CW3phaseTable[HallValue];

{

PWM4L = 1; PWM4H = 1; break;

PWM4L = 0; PWM4H = 1; break;

PWM4L = 1; PWM4H = 1; break;

/* HallValue = PORTBbits.RB0; //------------------------------------------------------------------------------ if(srm2Phase == 1) //------------------------------------------------------------------------------------

switch(HallValue)

case 7: case 6: case 5: case 4: case 3:

{

PWM4L = 1;

PWM4H = 1; break;

PWM4L = 0; PWM4H = 1; break;

PWM4L = 1; PWM4H = 1; break;

case 2: case 1: case 0:

PWM4L = 1; PWM4H = 1; break;

}

{

OVDCON = CCW3phaseTable[HallValue]; //---------------------------------

else //

PWM4L = 1; PWM4H = 1; break;

PWM4L = 0; PWM4H = 1; break;

switch(HallValue)

case 7: case 6: case 5: case 4: case 3:

{

PWM4L = 0; PWM4H = 1;

break;

PWM4L = 1; PWM4H = 1; break;

case 2: case 1: case 0:

}

if(srm4Phase == 1)

{ if(change_direction == 1)

OVDCON = CW4phaseTable[HallValue];

{

PWM4L = 1; PWM4H = 1; break;

PWM4L = 0; PWM4H = 1; break;

//--------------------------------------------------------------------------------------¤

switch(HallValue)

case 7: case 6: case 5: case 4:

{

PWM4L = 1;

PWM4H = 0; break;

PWM4L = 1; PWM4H = 1; break;

case 3: case 2: case 1: case 0:

PWM4L = 1; PWM4H = 1; break;

}

{

OVDCON = CCW4phaseTable[HallValue]; //---------------------------------

else //

PWM4L = 1; PWM4H = 1; break;

PWM4L = 0; PWM4H = 1; break;

PWM4L = 1; PWM4H = 1; break;

switch(HallValue)

case 5: case 4: case 3: case 2:

{

PWM4L = 1;

PWM4H = 1; break;

PWM4L = 1; PWM4H = 1; break;

case 1: case 0:

}

// Clear Interrupt Flag

IFS0bits.ADIF = 0;

// get value ..PTPERvalue 920*2.

// and load all three PWMs ... // duty cycles

// get value ..PTPERvalue

// and load all three PWMs ... // duty cycles

PDC2 = PDC1; PDC3 = PDC1;

if(hall_W == 1); IFS0bits.CNIF = 1; if(hall_W == 0); IFS0bits.CNIF = 1;

/******************************************************************* ** ******************************************************************* **/ void __attribute__((__interrupt__)) _ADCInterrupt (void) { /* if (ADCBUF0<200) { PDC1 = 0 ; PDC2 = PDC1; PDC3 = PDC1; } else*/ PDC1 = (ADCBUF0*0.00097)*1850 ; 920*2.

srm2Phase = 0;

srm2Phase = 0; srm3Phase = 1; srm4Phase = 0;

srm3Phase = 0;

if(change_3Phase == 0) { } else

srm2Phase = 0; srm3Phase = 0; srm4Phase = 1;

srm4Phase = 0;

if(change_4Phase == 0) { } else

if(change_direction == 1) IFS0bits.CNIF = 1; if(change_direction == 0) IFS0bits.CNIF = 1;

// Init CN for Hall effect sensor inputs // Init PWM for 16 kHz operation

// // // // } /******************************************************************* ** ******************************************************************* **/ int main(void) { //

DIR_change_direction = INPUT; DIR_RELAY_OPEN = OUTPUT; RELAY_OPEN = 0; InitCN(); InitMCPWM(); InitADC10(); DIR_PWM4L = OUTPUT ; DIR_PWM4H = OUTPUT ;

// all PORTB = Digital ; AN3 = analog // PWM starts conversion // simulataneous sample 1 channels

//as CH0 = pot .. // ch1 = Vbus, Ch2 = Motor, Ch3 = pot

// Tad = 10Tcy Tad>=300ns

ADPCFG = 0xFFF7; ADCON1 = 0x0064; ADCON2 = 0x0000; ADCHS = 0x0003; // Connect RB3/AN3 ADCON3 = 0x0013; IFS0bits.ADIF = 0; IEC0bits.ADIE = 1; ADCON1bits.ADON = 1;// turn ADC ON

return;

RED_button = 0x0083 ; //¿ù»~¤Þ¸}

// disable PWMs // allow control using OVD // init PWM 1, 2 and 3 to 0%(Duty_cycle)

while(1); } /******************************************************************* ******************************************************************* **/ void InitADC10(void) { } /******************************************************************* * ******************************************************************* **/ void InitMCPWM(void) { // PTPER = PTPERvalue ;

PWMCON1 = 0x0777; OVDCON = 0x0000; PDC1 = 0; PDC2 = 0; PDC3 = 0; SEVTCMP = 0x0000;

PWM4H = 1; PWM4L = 1; return;

// Enable CN2(RB0) , CN3(RB1), CN4(RB2)

CNEN1 = 0x00C0; IFS0bits.CNIF = 0; // clear CNIF IEC0bits.CNIE = 1; // enable CN interrupt

LATBbits.LATB8 = 1; //

return;

} ******************************************************************* **/ void InitCN(void) { TRISBbits.TRISB8 = 0; // }

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.Các số liệu, kết

quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ

công trình nào khác.

Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này đã

được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc.

H ọc viên thực hiện Luận văn

(Ký và ghi rõ h ọ tên)

Lê Long Hồ

LỜI CÁM ƠN

Trong quá trình thực hiện đề tài Luận văn, em được sự giúp đỡ của quý thầy

cô Bộ môn đã tham gia giảng dạy lớp chuyên ngành thiết bị mạng và nhà máy điện

và phòng quản lý khoa học công nghệ nghành thiết bị điện trường ĐH kỹ thuật

công nghệ thành phố Hồ Chí Minh và đặc biệt là sự hướng dẫn tận tình của TS.

Nguyễn Mạnh Hùng, người đã giúp đỡ hướng dẫn tận tình và định hướng đề tài để

em hoàn thành được luận văn này. Điều này đã giúp em hoàn thành được luận văn

đúng tiến độ và tiếp thu được kiến thức quý giá.

LÊ LONG HỒ

iii

TÓM TẮT

Máy điện từ trở thay đổi SRM là một trong những loại máy điện từ trở thay đổi, không

có cuộn dây trên rotor, cũng như không sử dụng nam châm vĩnh cửu. Với nhiều ưu

điểm như: khởi động với mô men cao, hiệu suất làm việc rất cao, tổn hao thấp, và có

thể vận hành cả hai chế độ động cơ và máy phát. Và đặc biệt, SRM là loại máy điện có

thể điều khiển tốc độ mịn màng dựa vào bộ điều khiển vi xử lý. Vì vậy, luận văn sẽ tìm

hiểu, phân tích các loại máy điện SRM, nguyên lý hoạt động, và thiết kế bộ điều khiển

cho các loại SRM; bên cạnh đó, thuật giải điều khiển nhằm nâng cao mô men, cũng

như công suất phát ra khi SRM vận hành ở chế độ máy phát cũng được phân tích và

thực hiện tỉ mỉ trong luận văn. Ứng dụng của đề tài là Nghiên cứu để tạo ra bộ điều

khiển tốc độ máy điện từ trở thay đổi(SRM: Switched Reluctance Machines) giảm

thiểu tối đa độ nhấp nhô môment (torque ripple) dùng cho xe đạp điện , xe ôtô điện.

ABSTRACT

Switched Reluctance Machines is one of the electric motor does not use brushes, no

windings on the rotor, as well as not using permanent magnets. With many advantages

such as high torque start with, high performance, low loss, and can operate both the

engine and generator. And in particular, SRM is the power to control smooth speed

controller based on microprocessor. Thus, the thesis will explore and analyze the power

of SRM, operating principles, and design of controllers for the SRM; besides, the

control algorithm to improve torque, as well as SRM power output when operating in

generator mode is also analyzed and meticulously done in the thesis. Application of

research topics is to create the speed controller Switched reluctance Machines (SRM:

Switched reluctance Machines) minimizes torque ripple (torque ripple) for bikes, cars

electric cars.

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................................... i

LỜI CẢM ƠN .................................................................................................................... ii

TÓM TẮT ......................................................................................................................... iii

ABSTRACT ..................................................................................................................... iv

MỤC LỤC ......................................................................................................................... v

DANH TỪ VIẾT TẮT ................................................................................................... viii

DANH MỤC CÁC BẢNG .............................................................................................. ix

Mởđầu .................................................................................................... 1

Tổng quan .............................................................................................. 2

DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH ...................................... x

Chương1: TỔNG QUAN VỀ CÁC MÁY ĐIỆN TỪ TRỞ THAY ĐỔI SRM .......... 3

1.1. Cấu tạo máy điện từ trở thay đổi .................................................................... 4

1.1.1.Cấu tạo ...................................................................................................... 4

1.1.2. Nguyên tắc hoạt động .............................................................................. 6

Chương2: TỔNG QUAN VỀ BỘ VI XỬ LÝ DSPIC30F4011 .................................. 8

2.1.Giới thiệu chung về họ vi điều khiển dspic30f4011 ........................................ 9

2.2.Đặc điểm chung của vi điều khiển dsPic30F4011........................................... 9

2.2.1.Khối xử lý trung tâm CPU ....................................................................... 9

2.2.2.Bộ chuyển đổi tương tự số ADC ............................................................ 10

2.2.3.Các cổng vào ra I/O Port và các ngoại vi .............................................. 10

2.2.4.Bộ xử lý tín hiệu số ................................................................................ 10

2.2.5.Một số đặc điểm khác ............................................................................. 10

2.3.Cấu trúc của vi điều khiển dsPic30F4011 ..................................................... 11

2.3.1.Khối xử lý trung tâm CPU ..................................................................... 11

2.3.2.Khối tạo địa chỉ AGU ............................................................................. 15

2.3.2.1.Chế độ địa chỉ lệnh .......................................................................... 15

2.3.2.2.Chế độ đảo bit địa chỉ ...................................................................... 17

2.3.3.Tổ chức bộ nhớ và bộ nhớ chương trình ................................................ 18

2.3.3.1.Không gian địa chỉ chương trình ..................................................... 18

2.3.3.2.Truy xuất dữ liệu từ bộ nhớ chương trình sử dụng các lệnh bảng .. 19

2.3.3.3.Truy xuất dữ liệu ............................................................................. 20

2.3.4.Các cổng vào ra I/O Port ........................................................................ 22

2.3.5.Ngắt và cơ chế ngắt ................................................................................ 24

2.3.6.Các bộ định thời ..................................................................................... 26

2.3.7.Bộ chuyển đổi tương tự số ADC ............................................................ 30

2.3.7.1.Bộ đệm kết quả biến đổi A/D .......................................................... 30

2.3.7.2 Các bước thực hiện biến đổi A/D .................................................... 30

2.3.7.2.1 Thiết lập cấu hình Module A/D ............................................. 30

2.3.7.2.2.Cấu hình cho ngắt ADC nếu cần .................................................. 30

2.3.7.2.3.Bắt đầu lấy mẫu ............................................................................ 31

2.3.7.2.4.Đợi đủ thời gian cần thiết để hoàn thành ..................................... 31

2.3.7.2.5.Kết thúc lấy mẫu, bắt đầu biến đổi ............................................... 31

2.3.7.2.6.Đợi biến đổi kết thúc bởi một trong hai điều kiện sau ........... 31

Chương3: NGHIÊN CỨU VÀ CHẾ TẠO BỘ ĐIỀU KHIỂN MÁY ĐIỆN TỪ TRỞ

THAY ĐỔI SRM ..................................................................................................... 32

3.1.Giới thiệu chung về máy điện DC ................................................................. 33

3.2. Vận hành động cơ DC .................................................................................. 35

3.3. Vận hành máy phát DC ................................................................................ 37

3.4.Máy điện từ trở thay đổi ................................................................................ 39

3.4.1. Khái quát ........................................................................................... 39

3.4.2. Vận hành máy điện từ trở thay đổi SRM ......................................... 58

3.4.3. Những thông số của máy điện DC, SRM và bộ điều khiển .............. 63

3.4.4. Đo đạc thông số kỹ thuật của máy điện DC ...................................... 65

3.4.5. Đo đạc thông số kỹ thuật của động cơ DC ........................................ 66

3.4.6. Đo đạc thông số kỹ thuật của máy phát DC ...................................... 69

Chương4: THI CÔNG VÀ CÁC KẾT QUẢ ĐO ĐẠT ............................................ 72

vii

4.1.Phần cứng ...................................................................................................... 73

4.1.1. Các khối nguồn .................................................................................. 74

4.1.2. Khối các bộ lọc thông thấp ................................................................ 75

4.1.3. Khối biến đổi DAC ........................................................................... 75

4.1.3.1. Hoạt động của DAC và tính chất của nó .................................. 75

4.1.3.2. Các tham số của bộ chuyển đổi DA ......................................... 76

4.1.3.3. Bộ chuyển đổi DA theo kiểu thang điện trở R-2R (R-2R ladder)

............................................................................................................... 77

4.2. Khối xử lý trung tâm .................................................................................... 78

4.3. Thuật toán điều khiển máy điện từ trở thay đổi SRM .................................. 80

4.4.Đo đạc thông số kỹ thuật của máy điện ......................................................... 87

4.4.1.Mối quan hệ giữa dòng điện pha các góc kích, động cơ SRM ..... 87

4.4.2. Mối quan hệ giữa dòng điện pha các góc kích, máy phát SRM .. 95

4.5. So sánh máy điện DC với SRM .................................................................. 103

4.5.1.Vận hành chế độ động cơ ........................................................... 103

4.5.2.Vận hành chế độ máy phát.......................................................... 106

4.5.3.Tóm tắt kết quả thực nghiệm ...................................................... 109

Chương5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI ............................... 110

TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 112

viii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

SRM : Động cơ từ trở thay đổi

PC :chương trình - Program Counter

KÐTT : Mạch Khuếch Đại thuật toán

CCKĐT: Cùng chiều kim đồng hồ

NCKĐH: Ngược chiều kim đồng hồ

FLTA: Lưu đồ thuật giải điều khiển góc

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1 : Các chế độ định địa chỉ cơ bản đựơc hỗ trợ ............................................ 15

Bảng 2.2 : Bảng vector ngắt của dsPIC30F3012 ...................................................... 25

Bảng 3.1: Trạng thái các mostfet, trường hợp 1 ...................................................... 36

Bảng 3.2: Trạng thái các mostfet, trường hợp 2 ....................................................... 36

Bảng 3.3: Trạng thái Mosfet ,trường hợp 1 .............................................................. 38

Bảng 3.4: Trạng thái Mosfet trường hợp 2 .............................................................. 38

Bảng 3.5: Trạng thái đóng mở của mostfet điều khiển động cơ SRM, nckđh .......... 52

Bảng 3.6: Trạng thái đóng mở của mostfet điều khiển động cơ SRM, cckđh ......... 55

Bảng 3.7: Thông số máy điện DC ............................................................................ 64

Bảng 3.8: Thông số máy điện SRM 4 phase 8/6 ...................................................... 65

Bảng 4.1: Kết quả thực nghiệm trên máy điện DCvà SRM ................................... 109

DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH

Hình1.1: Cấu tạo động cơ từ trở thay đổi 4 pha .......................................................... 4

Hình1.2.a, b: Cấu tạo động cơ từ trở thay đổi 6/4 cực, 8/6 cực, 10/8 cực .................. 5

Hình1.2.c: Stator và rotor của động cơ từ trở thay đổi .............................................. 6

Hình1.3: Vị trí thẳng hàng và không thẳng hàng của Roto so với Stator ................... 6

Hình1.4: Hình thuyết minh nguyên lý hoạt động cơ bản ............................................ 6

Hình2.1: Sơ đồ khối DsPic30F4011.......................................................................... 13

Hình2.2: Các thanh ghi của khối xử lý trung tâm ..................................................... 14

Hình2.3: Một ví dụ về đảo bit địa chỉ ....................................................................... 17

Hình2.4: Bản đồ không gian bộ nhớ chương trình ................................................... 18

Hình2.5: Truy cập dữ liệu từ không gian chương trình ............................................ 21

Hình2.6: Ánh xạ không gian dữ liệu vào không gian chương trình ......................... 22

Hình2.7: Các cổng I/O của dsPic30F4011 ................................................................ 23

Hình 2.8: Sơ đồ khối của một cổng I/O dùng chung với ngoại vi khác .................... 24

Hình2.9: Các vector bẫy lỗi24 .................................................................................. 26

Hình2.10: Sơ đồ khối Timer 1 và Timer 2 ................................................................ 28

Hình2.11: Sơ đồ khối Timer 3 ................................................................................... 29

Hình2.12: Sơ đồ khối Timer 2/3 - 32bit .................................................................... 29

Hình2.13: Sơ đồ khối cơ bản của ADC 10-bit .......................................................... 31

Hình3.1: Thành phần chính của máy điện DC .......................................................... 33

Hình3.2: Sơ đồ mạch điều khiển động cơ DC .......................................................... 35

Hình3.3: (a) Chiều dòng điện phase khi Q1tác dụng cạnh lên, (b)Chiều dòng điện

phase khi Q1tác dụng cạnh xuống ............................................................................ 35

Hình3.4: (a) Chiều dòng điện phase khi Q2 tác dụng cạnh lên, (b) Chiều dòng điện

phase khi Q2tác dụng cạnh xuống ............................................................................ 36

Hình3.5: Sơ đồ mạch điều khiển máy phát DC ........................................................ 37

Hình3.6: (a) Chiều dòng điện phase khi Q2 tác dụng cạnh lên (b) Chiều dòng điện

phase khi Q2 tác dụng cạnh xuống ........................................................................... 37

Hình3.7: (a) Chiều dòng điện phase khi Q1 tác dụng cạnh lên (b) Chiều dòng điện

phase khi Q1 tác dụng cạnh xuống ........................................................................... 38

Hình3.8: Thành phần chính của máy điện SRM được sử dụng trong luận ............... 39

Hình3.9: Quan hệ giữa điện cảm, moment và vị trí của rotor, dòng điện pha không

đổi .............................................................................................................................. 40

Hình3.10: Sơ đồ nối dây giữa stator và bộ điều khiển .............................................. 41

Hình 3.11: Sơ đồ mạch tương đương cho 1 pha SRM .............................................. 44

Hình3.12: Điện cảm L, tín hiệu các cảm biến hall (H1, H2),xung PWM từng pha

................................................................................................................................... 49

Hình 3.13: Sơ đồ mạch điều khiển, vận hành động cơ SRM (Q1: PWM, Q2: ON)-

chuyển mạch cho motor hoạt động ở chế độ [11] (a) Mạch điểu khiển tĩnh , (b)

Chiều dòng điện pha khi Q1tác dụng cạnh lên thì dòng điện chạy qua phần ứng theo

hình b, (c) Chiều dòng điện pha khi Q1tác dụng cạnh xuống xuất hiện dòng chuyển

mạch xoay tự do theo hình c, (d) Chiều dòng điện pha khi Q1 và Q2 ở trạng thái

OFF ............................................................................................................................ 50

Hình 3.14: Điện cảm từng pha, xung PWM từng pha, tín hiệu cảm biến hall (H1,

H2) và tín hiệu chuyển mạch tuần tự cho motor quay ngược chiều kim đồng hồ .... 51

Hình3.15: Thứ tự kích mostfet, ngược chiều kim đồng hồ ....................................... 53

Hình 3.16: Điện cảm L, tín hiệu các cảm biến hall (H1, H2), xung PWM từng pha,

động cơ hoạt động cckđh .......................................................................................... 54

Hình3.17: Thứ tự cấp nguồn cho các pha, cckđh ...................................................... 56

Hình3.18: Dòng điện phase, điện cảm, từ thông móc vòng, PWM .......................... 57

Hình3.19: Điện cảm, tín hiệu cảm biến hall, PWM khi vận hành ở chế độ máy .... 58

Hình3.20: Điện cảm, PWM, từ thông móc vòng và dòng điện phase[14] ................ 59

Hình3.21: Sơ đồ mạch điều khiển, vận hành máy phát SRM (Q1: PWM, Q2: ON)-

chuyển mạch cho motor hoạt động ở chế độ [11] (a) Mạch điều khiển chuyển mạch

tĩnh, (b) Chiều dòng điện phase khi Q1 tác dụng cạnh lên, (c) Chiều dòng điện

phase khi Q1tác dụng cạnh xuống, (d) Chiều dòng điện phase khi Q1 và Q2 ở trạng

thái OFF..................................................................................................................... 60

xii

Hình3.22: Các dạng sóng dòng điện phase của máy phát SRM ............................... 62

Hình3.23: Stator và rotor của máy điện DC đã được ứng dụng cho xe máy điện .... 63

Hình3.24: Stator và rotor của máy điện SRM được nghiên cứu trong luận văn này ....

................................................................................................................................... 63

Hình3.25: Mối quan hệ giữa moment và tốc độ, động cơ DC .................................. 66

Hình3.26: Mối quan hệ giữa công suất và tốc độ, động cơ DC ................................ 67

Hình3.27: Mối quan hệ giữa hiệu suất và tốc độ, động cơ DC ................................. 68

Hình3.28: Mối quan hệ giữa moment và tốc độ, máy phát DC ................................ 69

Hình3.29: Mối quan hệ giữa công suất và tốc độ, máy phát DC .............................. 70

Hình3.30: Mối quan hệ giữa hiệu suất và tốc độ, máy phát DC ............................... 71

Hình4.1: Sơ đồ phần cứng của hệ thống ................................................................... 73

Hình4.2: Các Khối nguồn ......................................................................................... 74

Hình 4.3: Bộ lọc thông thấp ...................................................................................... 75

Hình4.4: Sơ đồ khối DAC ......................................................................................... 76

Hình4.5: DAC theo phương pháp mạch R-2R .......................................................... 77

Hình4.6: Sơ đồ mạch vi xử lý trung tâm .................................................................. 79

Hình4.7: Lưu đồ thuật giải: chương trình chính ....................................................... 80

Hình4.8: Lưu đồ thuật giải thay đổi góc kích theo tốc độ máy điện SRM ............... 81

Hình4.9: Lưu đồ thuật giải chuyển đổi Analog Digital, chương trình ngắt PWM ... 82

Hình4.10: Lưu đồ thuật giải điều khiển góc kích ..................................................... 82

Hình4.11: Lưu đồ thuật giải điều khiển trạng thái vận hành ................................... 83

Hình4.12: Cuộn dây pha khi dẫn dòng ..................................................................... 84

Hình4.13: Khi nạp dòng trở lại nguồn ...................................................................... 85

Hình 4.14: Sơ đồ nghịch lưu 2 pha ........................................................................... 85

Hình4.15: Sơ đồ mạch công suất 4 pha ..................................................................... 85

Hình4.16: Mạch điều khiển tốc độ và điều khiển moment động cơ 8/6 SRM nguồn

48V ............................................................................................................................ 86

Hình4.17: Dòng điện phase với các góc kích nâng cao, dạng sóng lý tưởng θonvà

θoff ............................................................................................................................ 88

xiii

Hình4.18: Mối quan hệ giữa moment và tốc độ, động cơ SRM vận hành tốc độ thấp

................................................................................................................................... 89

Hình4.19: Dạng sóng SRM vận hành ở tốc độ thấp ,dạng sóng của cảm hall

(ch1,ch2), PWM (Ch3), dòng 1 pha (Ch4) ............................................................... 90

Hình4.20: Mối quan hệ giữa moment và tốc độ, động cơ SRM với các góc kích

khác nhau................................................................................................................... 91

Hình4.21: Mối quan hệ giữa công suất và tốc độ, động cơ SRM với các góc kích

khác nhau................................................................................................................... 92

Hình4.22: Mối quan hệ giữa hiệu suất và tốc độ, động cơ SRM với các góc kích

khác nhau................................................................................................................... 93

Hình4.23: Các dạng sóng đo được khi vận hành động cơ SRM với các góc kích

khác nhau: (a)Bậc/ tắt góc : 0°/ 90°, 1800rpm, (b) Bậc/ tắt góc: -20°/ 100°,

2400rpm, (c) Bậc/ tắt góc: -40°/ 90°, 2800rpm ........................................................ 94

Hình4.24: Mối quan hệ giữa moment và tốc độ, máy phát SRM ............................ 95

Hình4.25: Mối quan hệ giữa công suất và tốc độ, máy phát SRM ........................... 96

Hình4.26: Mối quan hệ giữa hiệu suất và tốc độ, máy phát SRM ........................... 97

Hình4.27: Ba dạng sóng dòng điện phase, máy phát SRM(a) Bậc/ tắt góc 90°/ 260°,

4000rpm, (b) Bậc/ tắt góc 90°/ 260°, 3000rpm, (c) Bậc/ tắt góc 90°/ 260°, 2000rpm

Tín hiệu sensor (Ch1, Ch2), dòng điện phase (Ch3), dòng điện nạp cho nguồn (Ch4)

................................................................................................................................... 98

Hình4.28: Mối quan hệ giữa moment và tốc độ, máy phát SRM ............................ 99

Hình4.29: Mối quan hệ giữa công suất và tốc độ, máy phát SRM ........................ 100

Hình4.30: Mối quan hệ giữa hiệu suất và tốc độ, máy phát SRM ......................... 101

Hình4.31: Ba dạng sóng đo được khi vận hành SRM ở chế độ máy phát (a) Bậc/ tắt

góc 90°/ 260°, 3800rpm, (b) Bậc/ tắt góc 90°/ 260°, 3800rpm, (c) Bậc/ tắt góc 90°/

260, 3800rpm .......................................................................................................... 102

Hình4.32: So sánh moment động cơ DC và động cơ SRM ................................... 103

Hình4.33: So sánh công suất động cơ DC và động cơ SRM ................................. 104

Hình4.34 : So sánh hiệu suất động cơ DC (24V) và động cơ SRM(48V) ............. 105

xiv

Hình4.35: So sánh moment máy phát DC và máy phát SRM ............................... 106

Hình4.36: So sánh công suất máy phát DC và máy phát SRM .............................. 107

Hình4.37: So sánh hiệu suất máy phát DC và máy phát SRM .............................. 108

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM TP. Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 08 năm 2012

BẢN CAM ĐOAN

Họ và tên học viên: LÊ LONG HỒ

Ngày sinh:15/04/1975 Nơi sinh: Tiền Giang

Trúng tuyển đầu vào năm: 2009

Là tác giả luận văn:

NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN MÁY ĐIỆN TỪ TRỞ THAY ĐỔI

Chuyên ngành:Thiết bị mạng và nhà máy điện Mã ngành: 60 52 50

Bảo vệ ngày: 14 Tháng 07 năm 2012

Điểm bảo vệ luận văn: 5.1

Tôi cam đoan chỉnh sửa nội dung luận văn thạc sĩ với đề tài trên theo góp ý của Hội đồng

đánh giá luận văn Thạc sĩ. Các nội dung đã chỉnh sửa:

........................................................................ ...............................................................................

Người cam đoan Cán bộ Hướng dẫn (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) Lê Long Hồ TS Nguyễn Mạnh Hùng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM ---------------------------

HỌ & TÊN : LÊ LONG HỒ NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN MÁY ĐIỆN TỪ TRỞ THAY ĐỔI (SRM : SWITCHED RELUCTANCE MACHINES)

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Chuyên ngành : Thiết bị mạng và nhà máy điện

Mã số ngành : 60 52 50

HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS : Nguyễn mạnh Hùng TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 06 năm 2012

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS NGUYỄN MẠNH HÙNG Cán bộ chấm nhận xét 1 : TS NGUYỄN THANH PHƯƠNG Cán bộ chấm nhận xét 2 : TS VÕ HOÀNG DUY Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Kỹ thuật Công nghệ

TP. HCM ngày 14 tháng 07 năm 2012

Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm:

1.PGS.TS TRẦN THU HÀ Chủ Tịch Hội Đồng

2.TS NGUYỄN THANH PHƯƠNG Phản biện 1 3.TS VÕ HOÀNG DUY Phản biện 2 4.TS NGUYỄN VIỄN QUỐC Ủy viên 5 .TS VÕ VIẾT CƯỜNG Thư ký

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau khi Luận văn đã được

sửa chữa (nếu có).

Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV

TRƯỜNG ĐH KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM PHÒNG QLKH - ĐTSĐH

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

TP. HCM, ngày 15 tháng 09 năm 2011

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: Lê Long Hồ Giới tính:Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 15/04/1975 Nơi sinh:Tiền Giang

Chuyên ngành: Thiết bị mạng và nhà máy điện MSHV:1081031043

I- TÊN ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN MÁY ĐIỆN TỪ TRỞ THAY ĐỔI

II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

- chương 1: Tổng quan về các máy điện từ trở thay đổi .

- chương 2 : Tổng quan về bộ vi xử lý dspic30f4011.

- chương 3 : Nghiên cứu và chế tạo bộ điều khiển máy điện từ trở thay đổi.

- chương 4 : Thi công và các kết quả đo đạt.

- chương 5 : Kết luận và hướng phát triển đề tài.

III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 15/09/2011

IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 29/06/2012

V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS NGUYỄN MẠNH HÙNG

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

(Họ tên và chữ ký)

Mở đầu

Hiện nay hiện tượng ô nhiễm môi trường đang là vấn đề được xã hội quan

tâm, bên cạnh đó nguồn năng lượng trên thế giới ngày càng cạn kiệt. Hơn thế nữa,

việc sử dụng xe đạp điện, xe ôtô điện ngày càng được ưa chuộng với nhiều ưu điểm.

Trên thị trường hiện nay, các loại xe đạp điện, xe ôtô điện hầu hết đều sử dụng động

cơ DC hoặc BLDC(Brushless DC Motor); với những tính năng nổi trội cùng với

công nghệ vi mạch phát triển – SRM đang là một loại máy điện khả thi cho nhiều

ứng dụng trong thực tiễn.

Hiện nay SRM đã được các nước tiên tiến trên thế giới như Mỹ, Nhật,

Đức,…dùng trong các ứng dụng khác nhau: động cơ máy bay, máy giặt, máy

khoan, máy say nghiền,và các loại phương tiện giao thông. Một trong số đó mà đề

tài muốn nghiên cứu trong luận văn này là ứng dụng SRM cho việc điều khiển tốc

độ và tối ưu moment cho máy điện từ trở thay đổi (Switched Reluctance Motor –

SRM)

Tổng quan

Trong luận văn này thực hiện thiết kế, nghiên cứu và hoàn tất bộ điều khiển

cho máy điện từ trở thay đổi (SRM). Bộ driver được thiết kế sử dụng cả hai chế độ:

động cơ và máy phát cho cùng một máy điện SRM. Ứng dụng của công trình

nghiên cứu này cho các phương tiện giao thông sử dụng năng lượng sạch; xe đạp

điện đa chức năng là một điển hình,và có thể sử dụng cho động cơ xe ôtô điện .Theo

các điều kiện vận hành khác nhau, các cách chuyển đổi góc kích để điều khiển đã

được phân tích và thực thi trong luận văn này. Mối quan hệ giữa dòng điện phase,

moment, công suất được đo đạc và phân tích kỹ lưỡng. So sánh SRM với các sản

phẩm thương mại hiện nay thì các máy điện sử dụng nam châm vĩnh cửu có giá

thành cao hơn, cấu tạo phức tạp hơn.Ngoài ra, nguồn nhiên liệu sản xuất nam châm

vĩnh cửu là rất hiếm và sẽ cạn kiệt trong tương lai. Do vậy, SRM không những hoàn

hảo về kỹ thuật mà còn mang tính kinh tế cao. Giải thuật điều khiển góc kích cho

SRM đã mang lại moment và công suất vượt trội. Công trình nghiên cứu này đã thu

được kết quả khả thi và nói lên rằng SRM là máy điện tốt nhất sẽ được ứng dụng

cho các phương tiện giao thông trong tương lai. Hơn thế nữa, vận hành ở chế độ

máy phát sẽ tái tạo năng lượng cho accqui, giúp cho vận hành xe với thời gian dài

hơn.

Lý thuyết phân tích và kết quả thực nghiệm đã chỉ ra rằng: Những phương

tiện giao thông sử dụng SRM trong mạch động lực sẽ vận hành một cách êm ái,

miền tốc độ rộng, có khả năng nạp năng lượng cho accqui, kéo dài thời gian sử

dụng và tiết kiệm được tiền bạc.

MÁY ĐIỆN TỪ TRỞ THAY ĐỔI(SRM)

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC

1.1. Cấu tạo máy điện từ trở thay đổi

1.1.1. Cấu tạo

Máy điện từ trở thay đổigồm 2 phần chính: stator và rotor

+ Stator được ghép bằng các lá thép kỹ thuật điện, được chế tạo dạng cực từ

lồi, Trên các cực từ có quấn dây.

+ Rotor cũng làm bằng thép với dạng cựctừ lồi. Trên cực từ không có dây

quấn.

Hình1.1: Cấu tạo máy điện từ trở thay đổi4 pha

Thông thường số cực của của stator nhiều hơn số cực của rotor. Các

dạngmáy điện từ trở thay đổithường gặp là 6/4; 8/6; 12/10 …

=>Các cấu trúc này đảm bảo cho moment tổng tại mọi vị trí luôn khác không

Hình1.2.a, b: Cấu tạo máy điện từ trở thay đổi6/4 cực, 8/6 cực, 10/8 cực

Hình1.2.c:Stator và rotor của máy điện từ trở thay đổi

1.1.2. Nguyên tắc hoạt động

- Việc tìm hiểu nguyên lý hoạt động cơ bản của động cơ dựachủ yếu vào

hình1.3. Trong phần này, ta đưa ra khái niệm vịtrí thẳng hàng(aligned) và vị trí

không thẳnghàng(unaligned).

Hình1.3: Vị trí thẳng hàng và không thẳng hàng của Roto so với Stator

- Như trên hình 1.4a thì pha C đang ở vị trí thẳng hàng, còn trên hình 4b

thìpha A đang ở vị trí thẳng hàng. Các pha còn lại không ở vị trí thẳng hàng.

Hình1.4: Hình thuyết minh nguyên lý hoạt động cơ bản

Giảsử

+ Tại thời điểm ban đầu, các cực r1, r1’ của rotor và c,c’ của stator ở vị trí

thẳng hang

+ Ta đưa dòng điện kích thích vào cuộn dây của pha A. Dòng điện này sẽ

sinh ra từ thông móc vòng tương ứng qua cực a, a’ của stator và r2, r2’ của rotor.

Nó có xu hướng kéo r2 về phía a và r2’ về phía a’ sao cho khe hở là nhỏ nhất.

+ Khi chúng ở vị trí thẳng hàng như trên hình 1.4b thì dòng điện cấp vào

pha A được ngắt và lúc này ta lại đưa dòng điện kích thích vào pha B. Từ thông

móc vòng giữa r1’ và b, r1 và b’ được sinh ra và có xu hướng kéo r1, r1’ tiến về cực

b, b’ của stator. Cho đến khi chúng ở vị trí thẳng hàng thì dòng điện cấp vào pha B

được ngắt và ta cấp dòng cho cuộn dây pha C.

+ Tương tự như phần trên r2, r2’ có xu hướng tiến về cực c, c’.Cứ thay đổi

như thế liên tục.

- Dòng được chuyển mạch - đóng điện và cắt điện nhờ các khoá bán dẫn

- Như vậy bằng cách đóng cắt dòng điện lần lượt cho các pha theo thứ tự thì

ta sẽ làm cho rotor quay.

- Muốn làm cho roto quay theo vòng thì ta chỉ việc thay đổi thứ tự cấp điện

sao cho thứ tự được liên tục và hợp lí. Trong trường hợp trên ta cấp điện cho các

pha theo thứ tự ABC thì rotor quay theo chiều kim đồng hồ. Nếu như ta cấp điện

theo thứ tự ACB thì rotor sẽ quay theo chiều ngược lại.

CHƯƠNG2 :TỔNG QUAN VỀ BỘ VI XỬ LÝ dsPIC30f4011

2.1. Giới thiệu chung về họ vi điều khiển dspic30f4011

Họ vi điều khiển 16 bit dsPic do công ty công nghệ Microchip Technology

Inc. sản xuất, được phát triển trên nền họ vi điều khiển 8 bit Pic.Vi điều khiển dsPic

là một chip xử lý mạnh với bộ xử lý 16 bit (có khả năng xử lý dữ liệu có độ dài 16

bit). Với tốc độ tính toán cao dựa trên kiến trúc RISC, kết hợp các chức năng điều

khiển tiện ích của một bộ vi điều khiển hiệu năng cao 16-bit (high-performance 16-

bit microcontroller), có thể thực hiện chức năng của một bộ xử lý tín hiệu số (DSP)

nên dsPIC còn có thể được xem là một bộ điều khiển tín hiệu số (Digital Signal

Controller - DSC). Họ vi điều khiển dsPic có thể đạt tới tốc độ xử lý 40 MIPS

(Mega Instruction Per Second - triệu lệnh trên một giây). Ngoài ra dsPic còn được

trang bị bộ nhớ Flash, bộ nhớ dữ liệu 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 một cách dễ dàng trong một khoảng thời gian ngắn. Chính vì vậy dsPic

được ứng dụng rất rộng rãi trong các ứng dụng xử lý tín hiệu số, đo lường và điều

khiển tự động, .v..v...

Họ vi điều khiển dsPic được chia ra làm ba loại tùy theo mục đích của người

sử dụng :

- Bộ điều khiển số cho điều khiển motor và biến đổi nguồn (DSC Motor

Control & Power Conversion Family)

- Bộ điều khiển số cho sensor (DSC Sensor Family)

- Bộ điều khiển số đa mục đích (DSC General Purpose Family)

2.2. Đặc điểm chung của vi điều khiển dsPic30F4011

2.2.1. Khối xử lý trung tâm CPU

- Tập lệnh cơ bản gồm 84 lệnh

- Chế độ định địa chỉ linh hoạt

- Độ dài lệnh 24-bit, độ dài dữ liệu 16-bit

- Bộ nhớ chương trình Flash 24 Kbytes

- Bộ nhớ RAM độ lớn 1Kbytes

- Bộ nhớ EEPROM

- Mảng 16 thanh ghi làm việc 16-bit

- Tốc độ làm việc lên tới 40 MIPS

2.2.2. Bộ chuyển đổi tương tự số ADC

- Bộ chuyển đổi tương tự - số (ADC) 10-bit

+ Tốc độ lấy mẫu tối đa 1 Msps (Mega samples per second) + Tối đa 10

kênh lối vào ADC

+ Thực hiện biến đổi cả trong chế độ Sleep và Idle

- Chế độ nhận biết điện thế thấp khả lập trình

- Tạo Reset bằng nhận diện điện áp khả lập trình

2.2.3. Các cổng vào ra I/O Port và các ngoại vi

- Dòng ra, vào ở các chân I/O lớn: 25 mA

- 3 Timer 16-bit, có thể ghép 2 Timer 16-bit thành Timer 32-bit

- Chức năng Capture 16-bit

- Các bộ so sánh/PWM 16-bit

- Module SPI 3 dây (hỗ trợ chế độ Frame)

- Module I2C, hỗ trợ chế độ đa chủ tớ, địa chỉ từ 7-bit đến 10-bit

- UART có khả năng địa chỉ hoá, hỗ trợ bộ đệm FIFO

2.2.4. Bộ xử lý tín hiệu số

- Nạp dữ liệu song song

- Hai thanh chứa 40-bit có hỗ trợ bão hoà logic

- Thực hiện phép nhân 2 số 17-bit trong một chu kì máy

- Tất cả các lệnh DSP đều thực hiện trong một chu kì máy

- Dịch trái hoặc phải 16 bit trong một chu kì máy

2.2.5. Một số đặc điểm khác

- Bộ nhớ Flash: ghi/xoá lên tới 10.000 lần (điều kiện công nghiệp) và trên

dưới 100.000 lần (thông thường)

- Bộ nhớ EEPROM: ghi/xoá lên tới 100.000 lần (điều kiện công nghiệp) và

trên dưới 1.000.000 lần (thông thường)

- Khả năng tự nạp trình dưới điều khiển của software

- Watch Dog Timer mềm dẻo với bộ dao động RC nguồn thấp trên chip.

- Chế độ bảo vệ firmware khả lập trình

- Khả năng tự lập trình nối tiếp trên mạch điện (In Circuit Serial

Programming -ICSP)

- Có thể lựa chọn các chế độ quản lí nguồn: Sleep hoặc Idle

2.3. Cấu trúc của vi điều khiển dsPic30F4011

2.3.1. Khối xử lý trung tâm CPU

CPU của dsPic30F4011 được thiết kế trên kiến trúc RISC, nhân của CPU có

một bộ xử lí lệnh 24-bit và bộ đếm chương trình - Program Counter (PC) độ rộng

23-bit với bit ý nghĩa thấp nhất luôn bằng 0, còn bít ý nghĩa cao nhất thì được bỏ

qua trong suốt quá trình thực hiện chương trình bình thường, chỉ trừ khi thực hiện

các lệnh đặc biệt. Do đó, bộ đếm chương trình có thể định địa chỉ lên tới 4 triệu từ

lệnh của không gian bộ nhớ chương trình được sử dụng.

Thiết bị dsPIC30F chứa 16 thanh ghi làm việc 16-bit. Mỗi thanh ghi làm việc

có thể có thể làm việc với vai trò như dữ liệu, địa chỉ hoặc thanh ghi địa chỉ offset.

Thanh ghi thứ 16 (W15) hoạt động như là con trỏ ngăn xếp mềm cho hoạt động

ngắt và gọi ngắt. Các chỉ lệnh của dsPIC30F gồm 2 lớp: Lớp MCU và Lớp DSP của

lệnh. Hai lớp này được kết hợp đồng nhất với nhau trong kiến trúc và thực hiện từ

một khối thực hiện đơn.

Các chỉ lệnh bao gồm nhiều chế độ địa chỉ và được chế tạo nhằm tương thích

với trình biên dịch ngôn ngữ C.

Không gian dữ liệu có thể được địa chỉ hoá thành 32K words hoặc 64 Kbytes

và được chia làm hai khối, được gọi là bộ nhớ dữ liệu X và bộ nhớ dữ liệu Y. Mỗi

khối đều có khối tạo địa chỉ - AGU (Adress Generator Unit) riêng biệt của nó. Tất

cả các lệnh hoạt động đơn độc chỉ qua bộ nhớ X, và khối AGU - quy định sự xuất

hiện của một vùng dữ liệu thống nhất. Lớp thanh chứa phép nhân (Multiply-

Accumulate) - MAC của lệnh DSP hoạt động thông qua cả hai khối AGU của bộ

nhớ X và Y, nó chia địa chỉ dữ liệu thành hai phần. Mỗi từ dữ liệu gồm 2-bytes, và

tất cả các lệnh có thể định địa chỉ dữ liệu theo bytes hoặc words (từ).

Có hai cách để truy xuất dữ liệu trong bộ nhớ chương trình đó là:

-32 Kbytes cao của vùng nhớ dữ liệu có thể được sắp xếp trong nửa thấp

của không gian chương trình tại biên của 16K từ chương trình bất kỳ, được định

nghĩa bởi thanh ghi PSVPAG 8-bit (Program Space Visibility Page). Do đó các lệnh

có thể truy cập không gian chương trình như không gian dữ liệu, nhưng có một giới

hạn là nó cần thêm một chu kỳ lệnh nữa. Chỉ có 16 bít thấp của mỗi từ lệnh có thể

sử dụng phương thức truy cập này.

- Truy cập trực tiếp không tuyến tính của các trang 32K từ nằm trong

không gian chương trình cũng có thể sử dụng các thanh ghi làm việc, thông qua

bảng lệnh đọc và ghi. Bảng lệnh đọc và ghi có thể được sử dụng để truy cập cả 24

bit của một từ lệnh.

Khối X AGU (khối AGU của bộ nhớ X) cũng hỗ trợ việc đảo bit địa chỉ trên

địa chỉ đích kết quả nhằm đơn giản hoá tối đa dữ liệu vào hoặc ra để chúng thích

hợp cho thuật toán FFT cơ số 2. Với tất cả các lệnh, nhân của dsPIC30F có khả

năng thực hiện việc đọc bộ nhớ dữ liệu hoặc bộ nhớ chương trình, đọc thanh ghi

làm việc, ghi vào thanh ghi làm việc và đọc bộ nhớ chương trình mỗi chu kì lệnh.

Như vậy, lệnh 3 toán hạng được hỗ trợ, cho phép thực hiện phép tính C = A + B

trong một chu kì lệnh.

3 13

Hình2.1 :Sơ đồ khố ối DsPic300F4011

Hình2.2:Các thanh ghi của khối xử lý trung tâm

Công cụ DSP được tích hợp vào vi xử lý làm tăng ý nghĩa của một CPU

mạnh về thuật toán. Đặc điểm của nó là thực hiện ở tốc độ cao một phép nhân hai số

17-bit, một khối số học và logic (ALU) 40-bit, hai thanh chứa có khả năng bão hoà

40-bit và một bộ dịch hai hướng 40-bit. Dữ liệu trong thanh chứa hoặc bất kỳ một

thanh ghi làm việc nào có thể được dịch trái 15 bit hay dịch trái 16 bit chỉ trong một

chu kỳ lệnh. Các lệnh DSP hoạt động thống nhất với tất cả các lệnh khác và được

thiết kế nhằm thích hợp với việc xử lý thời gian thực.Lớp MAC của lệnh có thể

đồng thời nạp hai toán hạng dữ liệu từ bộ nhớ trong khi đang nhân hai thanh ghi W.

Để kích hoạt chế độ nạp đồng thời của toán hạng, không gian dữ liệu được chia nhỏ

cho các lệnh này và tuyến đối với các lệnh khác. Việc này được thực hiện rõ ràng và

rất linh hoạt bằng cách dành một vài thanh ghi làm việc cho mỗi không gian địa chỉ

cho lớp MAC của lệnh. Nhân của vi xử lý không hỗ trợ đường ống đa tầng lệnh,

nhưng một lệnh đơn tầng sẽ sử dụng kĩ thuật tiền nạp, truy cập và giải mã từng phần

lệnh nhằm mục tiêu một lệnh chỉ thực hiện trong một chu kỳ.

2.3.2. Khối tạo địa chỉ AGU

Nhân của vi xử lý dsPIC chứa hai khối tạo địa chỉ độc lập là X AGU và Y

AGU. Khối Y AGU hỗ trợ đọc dữ liệu 16-bit cho lớp MAC của lệnh DSP. Các khối

AGU trong dsPIC hỗ trợ 3 kiểu địa chỉ dữ liệu:

- Địa chỉ tuyến tính.

- Địa chỉ vòng.

- Địa chỉ đảo bit.

Chế độ địa chỉ tuyến tính và địa chỉ vòng có thể áp dụng cho không gian dữ liệu

hoặc không gian chương trình. Chế độ đảo bit địa chỉ áp dụng cho các địa chỉ không

gian dữ liệu

2.3.2.1. Chế độ địa chỉ lệnh

Các chế độ địa chỉ được cung cấp trong lớp MAC của các lệnh thì có khác nhau đôi

chút ở các lệnh khác nhau.

Bảng 2.1 : Các chế độ định địa chỉ cơ bản đựơc hỗ trợ

• Lệnh thanh ghi tệp

Tất cả các lệnh thanh ghi đều sử dụng trường địa chỉ 13-bit để trực tiếp định

địa chỉ

dữ liệu ở 8192 bytes đầu của bộ nhớ dữ liệu (gần không gian dữ liệu). Tất cả các

lệnh thanh ghi tệp đều tận dụng thanh ghi làm việc W0, thanh ghi làm việc trong

các lệnh này.

• Lệnh MCU

Các lệnh MCU 3 toán hạng có dạng như sau:

+ Toán hạng 3 = Toán hạng 1 Toán hạng 2

Trong đó Toán hạng 1 luôn là thanh ghi làm việc (ví dụ: chế độ địa chỉ chỉ có thể là

thanh ghi trực tiếp). Toán hạng 2 có thể là thanh ghi W, lấy dữ liệu từ bộ nhớ dữ

liệu, hoặc 5 bit thông thường.Kết quả được đặt trong có thể là thanh ghi W hoặc

một địa chỉ cố định.

• Lệnh di chuyển và tích luỹ

Lệnh di chuyển và các lớp DSP tích luỹ của lệnh làm cho sự mềm dẻo của

địa chỉ cao hơn các lệnh khác. Tất cả các lệnh MCU, lệnh di chuyển và tích luỹ đều

hỗ trợ chế độ địa chỉ, và cũng hỗ trợ chế độ thanh ghi gián tiếp và thanh ghi địa chỉ

offset.

Chú ý: đối với lệnh MOV, chế độ địa chỉ được chỉ rõ trong lệnh có thể khác nhau

giữa nguồn và đích. Tuy nhiên trường của 4-bit offset của thanh ghi Wb được chia

sẻ giữa nguồn và đích.

• Các lệnh MAC

Cả hai toán hạng nguồn của các lệnh DSP (CLR, ED, EDAC, MAC, MPY.N,

MOVSAC và MSC) được xem như các lệnh MAC, tận dụng các lệnh được đơn

giản hoá của chế độ địa chỉ nhằm cho phép người sử dụng có thể điều khiển con trỏ

dữ liệu thông qua các bảng thanh ghi gián tiếp.

Hai thanh ghi tiền nạp toán hạng nguồn phải là một trong các thanh ghi sau: {W8,

W9, W10, W11}. Với đọc dữ liệu, W8 và W9 luôn tương tác trực tiếp với X AGU,

W10 và W11 luôn tương tác trực tiếp với Y AGU. Do đó địa chỉ hiệu dụng được tạo

(trước và sau khi hiệu chỉnh) phải hợp lệ với địa chỉ trong không gian dữ liệu X cho

W8, W9 và trong không gian dữ liệu Y cho W10, W11.

• Các lệnh khác

Bên cạnh các chế độ địa chỉ biến đổi, một vài lệnh sử dụng các hằng số có

định dạng thay đổi. Ví dụ: lệnh BRA (branch - phân nhánh) sử dụng dữ liệu 16-bit

có dấu để chỉ ra đích rẽ nhánh trực tiếp, trong khi lênh DISI sử dụng trường số 14-

bit không dấu. Trong một vài lệnh như ADD hay ACC, nguồn của một toán hạng

hoặc kết quả được đưa ra bởi chính mã lệnh của nó. Tuy nhiên, một vài lệnh như

NOR, lại không có toán hạng nào.

2.3.2.2. Chế độ đảo bit địa chỉ

Địa chỉ được đảo bit nhằm làm đơn giản hoá dữ liệu cho thuật toán FFT cơ

số 2. Nó được hỗ trợ bởi khối AGU của X chỉ cho việc ghi dữ liệu.

Thực hiện đảo bit địa chỉ, đảo bít địa chỉ được bật khi các điều kiện sau được

thoả mãn:

- Các bit BWM (lựa chọn thanh ghi W) trong thanh ghi MODCON ở giá

trị lớn hơn 15 (không thể truy cập ngăn xếp khi đang sử dụng chế độ đảo bit địa chỉ)

- Bit BREN được đặt trong thanh ghi XBREV

- Chế độ địa chỉ được sử dụng là chế độ thanh ghi gián tiếp

Nếu độ dài bộ đệm của các bit được đảo là M = 2N bytes, N bit cuối cùng

của bộ đệm dữ liệu bắt đầu được định địa chỉ bằng không. Các bit XB

đến 0 của thanh ghi XBREV> là địa chỉ bit được đảo, hay còn gọi là “điểm xoay”

(pivot point) thường là hằng số.

Hình2.3: Một ví dụ về đảo bit địa chỉ

2.3.3. Tổ chức bộ nhớ và bộ nhớ chương trình

2.3.3.1. Không gian địa chỉ chương trình

Hình2.4: Bản đồ không gian bộ nhớ chương trình

Không gian địa chỉ chương trình có độ lớn 4M từ lệnh.Bản đồ không gian bộ

nhớ chương của dsPic30F4011 được chỉ ra trong Hình 2.4. Bộ nhớ chương trình có

thể được địa chỉ hoá bởi một giá trị 24-bit bởi bộ đếm chương trình (PC), hoặc bảng

lệnh địa chỉ hiệu dụng (EA), hoặc không gian dữ liệu EA khi không gian chương

trình được sắp xếp và địa chỉ hoá. Chú ý rằng, địa chỉ không gian chương trình được

tăng lên với bước là 2 giữa các từ chương trình để tạora sự tương thích với việc địa

chỉ hoá không giandữ liệu.

Truy cập không gian chương trình người sử dụng bị giới hạn trong dải 4M

địa chỉ của từ lệnh (từ 0x000000 tới 0x7FFFFE) với tất cả các lệnhtruy cập, trừ hai

lệnh TBLRD/TBLWT - sử dụng bit 7 của thanh ghi TBLPAG để xác định người sử

dụng hoặc thiết lập cấu hình truy cập bộ nhớ.

2.3.3.2. Truy xuất dữ liệu từ bộ nhớ chương trình sử dụng các lệnh bảng

Kiến trúc của dsPIC cho phép nạp dữ liệu rộng 24-bit tới bộ nhớ chương

trình, do đó các lệnh luôn luôn được xếp hàng tuy nhiên kiến trúc của nó có cải tiến

so với kiến trúc máy tính Hadvard nên dữ liệu cũng có thể được đưa ra ở trong

không gian chương trình.

Có hai phương pháp truy cập không gian chương trình, đó là:(xem hình 2.5)

- Thông qua các lệnh đặc biệt về bảng hoặc thông qua việc định địa chỉ và

sắp xếp lại 16K trang từ không gian chương trình trong nửa cao của không gian dữ

liệu. Các lệnh TBLRDL và TBLWTL cung cấp phương pháp đọc và ghi trực tiếp từ

ít ý nghĩa nhất (LS Word) tại một địa chỉ bất kỳ trong không gian chương trình mà

không cần thông qua không gian dữ liệu. Hai lệnh TBLRDH và TBLWTH chỉ là

phương thức mà 8 bít cao của từ không gian chương trình có thể được truy xuất như

dữ liệu.

- Bộ đếm chương trình (PC) được tăng lên hai với mỗi từ chương trình 24-

bit. Điều này cho phép các địa chỉ bộ nhớ chương trình ánh xạ trực tiếp tới địa chỉ

không gian dữ liệu. Do đó bộ nhớ chương trình có thể được xem như hai không

gian từ địa chỉ độ rộng 16-bit. Các lệnh TBLRDL và TBLWTL truy cập không gian

chứa từ dữ liệu ít ý nghĩa nhất (LS Data Word) và các lệnh TBLRDH, TBLWTH

truy cập không gian chứa Byte dữ liệu nhiều ý nghĩa nhất (MS Data Byte).Sơ đồ

trên chỉ ra cách EA được tạo cho hoạt động bảng và truy cập không gian dữ liệu

(PSV = 1). Tại đây P (từ bit 23 tới bit 0) chỉ thị từ không gian chương trình, còn D

(từ bit 15 tới bit 0) chỉ thị từ không gian dữ liệu.

2.3.3.3. Truy xuất dữ liệu

Từ bộ nhớ chương trình sử dụng không gian chương trình 32 Kbytes cao của

không gian dữ liệu có thể được bản đồ hoá trong bất kỳ trang 16K từ bộ nhớ

chương trình nào. Nó cho phép truy cập vào hằng số dữ liệu được lưu trữ từ không

gian dữ liệu X mà không cần các lệnh đặc biệt (như TBLRDL/H, TBLWTL/H).

Truy xuất không gian chương trình thông qua không gian dữ liệu được thực hiện

nếu bít ý nghĩa thấp nhất của không gian dữ liệu EA được đặt và chế độ hiển thị

không gian chương trình được bật bằng cách đặt bit PSV trong thanh ghi điều khiển

nhân của vi xử lý CORCON.

Hình2.5: Truy cập dữ liệu từ không gian chương trình

Truy xuất dữ liệu ở vùng này sẽ thêm vào một chu kỳ lệnh để lệnh được thực

hiện, do đó nạp dữ liệu vào hai bộ nhớ chương trình là cần thiết.

Chú ý rằng chỉ phần cao của không gian dữ liệu có khả năng định địa chỉ thi luôn là

một phần của không gian dữ liệu X. Do đó, khi một thao tác DSP sử dụng việc bản

đồ hoá không gian chương trình để truy cập bộ nhớ thi không gian dữ liệu Y thông

thường sẽ lưu trữ trạng thái dữ liệu cho thao tác DSP, còn không gian dữ liệu X

thường sẽ lưu giữ hệ số của dữ liệu.

Tuy nhiên mỗi địa chỉ không gian dữ liệu , từ 0x8000 trở lên, bản đồ hoá trực

tiếp vào địa chỉ của bộ nhớ chương trình đáp ứng (Hình 2.6) chỉ có 16 bit thấp của

từ chương trình 24 bit được sử dụng để lưu dữ liệu. 8 bit cao được lập trình để loại

bỏ các lệnh không hợp lệ nhằm giữ nguyên sức mạnh của bộ vi xử lý.

Hình2.6: Ánh xạ không gian dữ liệu vào không gian chương trình

2.3.4. Các cổng vào ra I/O Port

Các cổng vào ra của dspic40f4011 đều có thiết kế có đầu vào là mạch

Trigger Schmitt nhằm cải tiến khả năng chống nhiễu.Tất cả các cổng vào ra đều có

ba thanh ghi kết hợp với nhau điều khiển trực tiếp hoạt động của các cổng.

- Thanh ghi dữ liệu trực tiếp (TRISx) xác định cổng đó là Input hay

Output. Nếu bit dữ liệu trực tiếp là ‘1’, thì cổng đó là Input và ngược lại. Các cổng

được định nghĩa là Input sau khi Reset.

- Thanh ghi cổng (PORT registers): dữ liệu ở một cổng I/O được truy xuất

thông qua thanh ghi PORTx. Đọc giá trị của thanh ghi PORT cổng nào sẽ có được

giá trị của cổng đó.Ghi vào thanh ghi PORT của cổng tương đương việc xuất dữ

liệu ra cổng đó.

- Thanh ghi LAT, kết hợp với một cổng I/O sẽ loại bỏ được các vấn đề có

thể xuất hiện khi đọc-thay đổi-ghi vào cổng đó. Đọc giá trị thanh ghi LAT sẽ trả về

giá trị được giữ ở đầu ra của bộ chốt cổng đó, thay cho giá trị ở cổng I/O. Việc ghi

vào thanh ghi LATx cũng tạo ra hiệu quả như ghi vào thanh ghi PORTx. Cấu hình

tương tự cho cổng: khi sử dụng bộ ADC thì cổng được cấu hình là lối vào tương tự.

Điều này sẽ được nói kĩ hơn ở phần miêu tả ADC.

Hình2.7: Các cổng I/O của dsPic30F4011

4 24

Hình h 2.8: Sơ đ ồ khối của a một cổng I/O dùng c chung với n ngoại vi kh hác

2.3.5. ơ chế ngắt Ngắt và cơ

Vi đi iều khiển dsPic30F4 4011 có tớ ới 30 nguồn n ngắt và 4 bộ xử lý lo y oại trừ (bẫy

ý này sẽ ch ho phép các c ngắt theo o mức ưu t tiên được sắp đặt trư ó ước.CPU có ỗi), bộ xử lý lỗ

hể đọc bảng th g vector ngắ ắt và truyề ền địa chỉ được chứ ứa trong v ectorngắt t tới bộ đếm m

hương trìn ch nh. Vector n ngắt được bus dữ liệu u chương trì ình vào tro m ong bộ đếm truyền từ b

hương trình ch h thông qua a bộ hợp kê ênh 24-bit, a bộ đếm ch . hương trình. lối vào của

Bảng vec B tor ngắt (Interrupt V Vector Ta able - IVT T) và bảng g vector n ngắt thay y

hế (Alterna th ate Interru uptVector Table - AI IVT) được c đặt gầnđi iểm bắt đầ ớ ầu bộ nhớ

hương trìn ch nh (0x0000 004). IVT và AIVT đ được chỉ ra a trong Bả ảng 2.2. C h Các thanh

gh hi điềukhi ển ngắt và ư t: ưu tiên ngắt

- Các thanh ghi 16-bit t IFS0<15: :0>, IFS1< <15:0>, IFS S2<15:0>Tấ ờ ất cả các cờ

gắt được lưu ng u trong 3 th hanh ghi này y. Các cờ đ được đặt tươ ơng ứng bởi i của ngoại n vi hoặc tín

iệu bênngoà hi ài và có thể ể xoá bằng p phần mềm.

Bảng 2.2 : Bảng vector ngắt của dsPIC30F3012

- Các thanh ghi 16-bit: IEC0<15:0>, IEC1<15:0>, IEC2<15:0>: Tất cả các

bit điều khiển cho phép ngắt đều nằm trong 3 thanh ghi này. Các bit này được sử

dụng để cho phép ngắt độc lập ngoại vi và tín hiệu ngoài

- Các thanh ghi ưu tiên ngắt: IPC0<15:0> ... IPC10<7:0>: Người sử dụng

có thể chuyển đổi mức ưu tiên ngắt kết hợp với mỗi ngắt được giữ trong các thanh

ghi này

- Nhóm bit IPL<3:0>: Mức độ ưu tiên của CPU hiện hành được lưu rõ

ràng trong các bit này. Bit IPL<3> nằm trong thanh ghi CORCON, trong khi đó các

bit IPL<2:0> nằm trong thanh ghi trạng thái (SR)

- Hai thanh ghi 16-bit INTCON1<15:0>, INTCON2<15:0>: Chức năng

điều khiển ngắt

toàn cục được xuất phát từ hai thanh ghi này. INTCON1 chứa các cờ điều khiển và

trạng thái của bộ xử lý loại trừ.INTCON2 điều khiển tín hiệu yêu cầu ngắt và việc

bảng vector ngắt thay thế.Các nguồn ngắt có thể được người sử dụng sắp xếp mức

ưu tiên từ 1 đến 7 thông qua thanh ghi IPCx. Mỗi nguồn ngắt được kết hợp với một

vector ngắt (bảng 2.2)

Hình2.9: Các vector bẫy lỗi

2.3.6. Các bộ định thời

Trong vi xử lý dsPIC40F4011 có tới năm bộ định thời (Timer) 16-bit.

Trong đó các Timer có thể hoạt động riêng biệt, riêng hai Timer 2, 3 và hai Timer 4,

5 có thể kết hợp với nhau để trở thành một Timer 32 bit.

Về cấu trúc các Timer này khác nhau vì hai Timer 2 và 3 và hai Timer 4

và 5 có thể kết hợp còn Timer 1 thì không. Timer 1 có cấu trúc kiểu A (Hình 2.10),

Timer 2,4 kiểu B và Timer 3,5 kiểu C. Về hoạt động các Timer có hoạt động gần

giống nhau do đó ta sẽ tìm hiểu về Timer 1, các Timer còn lại là tương tự.

Timer 1 có thể hoạt động với nguồn tạo dao động tần số thấp 32KHz, và chế độ

không đồng bộ với nguồn tạo dao động ngoài. Đặc điểm riêng biệt của Timer 1 đó

là có thể dùng trong các ứng dụng thời gian thực.

Phần tiếp theo sẽ mô tả chi tiết cách thiết lập và sử dụng Timer 1 với ba

chế độ:

- Timer 16-bit: trong chế độ này, timer sẽ tăng sau mỗi chu kỳ lệnh đến

khi giá trị của

timer bằng giá trị của thanh ghi chu kỳ PR1 (Period Register) thì sẽ reset về ‘0’ và

tiếp tục đếm.

- Counter đồng bộ 16-bit: trong chế độ này, timer sẽ tăng ở mỗi sườn lên

của của xung nhịp ngoài mà được đồng bộ với pha của các xung nhịp trong. Timer

tăng đến giá trị nằm trong thanh ghi PR1 thì dừng và reset timer về ‘0’ rồi tiếp tục

đếm lên.

- Counter không đồng bộ 16-bit: khi hoạt động trong chế độ này, timer sẽ

tăng dần sau mỗi sườn lên của xung nhịp bên ngoài tác động vào. Timer sẽ tăng dần

đến khi giá trị của nó bằng thanh ghi PR1 thì bị reset về ‘0’ rồi lại tiếp tục đếm lên.

Hệ số chia tần của bộ định thời Xung nhịp đầu vào (Fosc/4 hoặc xung nhịp ngoài)

đưa vào Timer 16-bit và có thể được chia tần số theo các tỉ lệ sau: 1:1, 1:8, 1:64,

1:256 được xác định bởi các bit TCKPS<1:0> của thanh ghi TxCON. Hệ số chia tần

này (prescaler) có thể bị xoá khi xảy ra một trong các điều kiện sau:

- Ghi vào TMR

- Ghi vào thanh ghi TxCON (trừ việc ghi vào bit TxCON) Reset thiết bị,

như POR và BOR DsPic30F4011 có 5 thanh ghi điều khiển Timer 1CON..T5CON.

Các thanh ghi này được chia ra làm 2 kiều.T1CON thuộc kiểu A, T2CON và

T4CON thuộc kiểu B, T3CON và T5CON thuộc kiểu C.

Hình2.10: Sơ đồ khối Timer 1 và Timer 2

9 29

Hình2 2.11: Sơ đồ ồ khối Tim mer 3

Hình2.12: Sơ đồ khố ối Timer 2/ /3 - 32bit

(S Sơ đồ khối i Timer 4/ à Timer 4 ,5 16 bit g giống như Timer 2/3 3 32 bit vàà 5 32 bit v

T imer 2,3 16 6 bit)

2.3.7. Bộ chuyển đổi tương tự số ADC

Vi điều khiển dsPic30F4011 cung cấp bộ chuyển đổi tương tự số 10-bit

cho phép biến đổi tín hiệu tương tự đầu vào sang số độ dài 10-bit. Module này dựa

trên thanh ghi SAR (Successive Approximation Register - thanh ghi xấp xỉ) và cung

cấp tốc độ lấy mẫu tối đa lên tới 100 ksps.ADC của dsPic30F4011 có tới 10 kênh

tương tự lối vào được kết hợp cả lấy mẫu và giữ mẫu. Lối ra của bộ lấy và giữ mẫu

là lối vào của bộ chuyển đổi tạo ra kết quả biến đổi. Điện thế tương tự chuẩn có thể

là điện thế nguồn cung cấp (AVDD/AVSS) hoặc mức điện thế của các chân

VREF+/VREFBộ biến đổi ADC của dsPIC bao gồm 6 thanh ghi:

- Ba thanh ghi điều khiển A/D: ADCON1, ADCON2, ADCON3 .Chức

năng điều khiển hoạt động của ADC.

- Thanh ghi lựa chọn lối vào: ADCHS .Lựa chọn kênh vào để biến đổi.

- Thanh ghi cấu hình cổng ADPCFG

Cấu hình cổng trở thành lối vào tương tự hoặc vào ra số.

- Thanh ghi lựa chọn quét

2.3.7.1. Bộ đệm kết quả biến đổi A/D

Module ADC sử dụng RAM để làm bộ đệm lưu kết quả biến đổi A/D. Có

tất cả 16 vị trí trong RAM được sử dụng để làm việc này, đó là: ADCBUF0,

ADCBUF1, ADCBUF2, ..., ADCBUFE, ADCBUFF. RAM chỉ có độ rộng 12-bit

nhưng dữ liệu chứa trong nó lại là một trong bốn dạng số 16-bit đó là: nguyên,

nguyên có dấu, phân số, và phân số có dấu.

2.3.7.2. Các bước thực hiện biến đổi A/D

2.3.7.2.1. Thiết lập cấu hình cho module A/D

- Cấu hình các chân là lối vào tương tự, điện thế chuẩn và vào ra số.

- Chọn các kênh lối vào cần biến đổi.

- Chọn xung nhịp cho biến đổi.

- Cho phép module ADC có thể hoạt động.

2.3.7.2.2. Cấu hình cho ngắt ADC nếu cần

- Xóa cờ ngắt ADIF

- Lựa chọn mức ưu tiên ngắt cho biến đổi A/D

2.3.7.2.3. Bắt đầu lấy mẫu

2.3.7.2.4. Đợi đủ thời gian cần thiết để hoàn thành

2.3.7.2.5. Kết thúc lấy mẫu, bắt đầu biến đổi

2.3.7.2.6. Đợi biến đổi kết thúc bởi một trong hai điều kiện sau:

- Đợi ngắt từ ADC

- Đợi bit DONE được set

Đọc kết quả từ bộ đệm biến đổi A/D và xóa bit ADIF nếu cần

Hình2.13:Sơ đồ khối cơ bản của ADC 10-bit

CHƯƠNG3: NGHIÊN CỨU VÀ CHẾ TẠO BỘ ĐIỀU KHIỂN MÁY ĐIỆN TỪ TRỞ THAY ĐỔI (SRM)

3.1 Giới thiệu chung về máy điện DC

Máy điện DC vẫn còn được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp ô

tô, gia dụng, đồ chơi, xe điện công suất nhỏ. So sánh với các loại máy điện khác thì

loại máy điện này dễ dàng điều khiển, dễ mua, và chi phí nhiên liệu thấp. Tuy nhiên

có một số nhược điểm cần quan tâm đối với máy điện DC là: cần bảo trì định kỳ,

tiếng ồn lớn, phát tia lửa điện ở chổi quét khi vận hành, rotor có cấu tạo phức tạp.

Hình 2.1 cho thấy những thành phần chính của máy điện DC với stator là nam châm

vĩnh cửu.

Hình3.1: Thành phần chính của máy điện DC

1.Trục

2.Vỏ motor

3. Ổ bi

4. Dây quấn motor

5.Rotor

6.Stator

7.Cổ góp

8.Chổi than

9.Quạt tản nhiệt

3.2 Vận hành động cơ DC

Hình là sơ đồ mạch điều khiển động cơ DC. (mạch bán cầu không đối xứng)

Có hai cách để vận hành: Hình 3.3 và bảng 3.1 là trạng thái của mostfet vận hành

động cơ ở trường hợp thứ hai: Q2 luôn luôn ON, Q1 là PWM.

Hình 3.4 và bảng 3.2 là trạng thái của mostfet vận hành động cơ ở trường

hợp thứ nhất: Q1 luôn luôn ON, Q2 là PWM.

Hình3.2:Sơ đồ mạch điều khiển động cơ DC

Hình3.3: (a) Chiều dòng điện phase khi Q1tác dụng cạnh lên, (b)Chiều dòng điện phase khi Q1tác dụng cạnh xuống .

Bảng 3.1: Trạng thái các mostfet, trường hợp 1

Mosfet Tr(cid:31)ng thái

Q1 PWM

Q2 ON

Hình3.4: (a) Chiều dòng điện phase khi Q2 tác dụng cạnh lên, (b) Chiều dòng điện

phase khi Q2tác dụng cạnh xuống

Bảng 3.2: Trạng thái các mostfet, trường hợp 2

Mosfet Tr(cid:31)ng thái

Q1 ON

Q2 PWM

3.3 Vận hành máy phát DC

Hình 3.5 là sơ đồ mạch của máy phát DC.Có hai cách để vận hành ứng với

sơ đồ mạch này. Hình 3.6 và bảng 3.3 là trạng thái của mostfet vận hành máy phát ở

trường hợp thứ nhất: Q1 luôn luôn OFF, Q2 là PWM.

Hình 3.7 và bảng 3.4 là trạng thái của mostfet vận hành động cơ ở trường

hợp thứ hai: Q2 luôn luôn OFF, Q1 là PWM.

Hình3.5:Sơ đồ mạch điều khiển máy phát DC

Hình3.6: (a) Chiều dòng điện phase khi Q2 tác dụng cạnh lên (b) Chiều dòng điện

phase khi Q2 tác dụng cạnh xuống.

Bảng 3.3: Trạng thái Mosfet ,trường hợp 1

Mosfet Tr(cid:31)ng thái

Q1 OFF

Q2 PWM

Hình3.7: (a) Chiều dòng điện phase khi Q1 tác dụng cạnh lên (b) Chiều dòng điện

phase khi Q1 tác dụng cạnh xuống.

Bảng 3.4: Trạng thái Mosfet trường hợp 2

Mosfet Tr(cid:31)ng thái

Q1 PWM

Q2 OFF

3.4 Máy điện từ trở thay đổi

3.4.1 Khái quát

SRM là loại máy điện cực kỳ đơn giản, stator và rotor của loại máy điện này

đều là cực lồi. So với máy điện DC và AC, máy điện này không có nam châm cũng

như dây quấn trên rotor. Thay vì các cuộn dây được quấn phức tạp trên stator như

các máy điện AC, thì SRM chỉ có hai cuộn dây độc lập được quấn độc lập trên hai

cực đối diện nhau, chúng được nối nối tiếp hoặc song song. Hình 3.8 cho thấy các

thành phần chủ yếu của SRM bốn pha, 8 cực stator, 6 cực rotor, và các cuộn của các

pha được nối song song với nhau. Hình 3.10 là sơ đồ nối dây và sơ đồ điều khiển

một pha cho máy điện SRM 8/6.

Hình3.8: Thành phần chính của máy điện SRM được sử dụng trong luận

Hình3.9:Quan hệ giữa điện cảm, moment và vị trí của rotor, dòng điện pha không

đổi.

Rotor quay từ trái sang phải (cùng chiều kim đồng hồ). A: vị trí rotor và

stator thẳng hàng, U: ví trí rotor và stator không thẳng hàng, J: rotor bắt đầu gối lên

stator, K: rotor kết thúc gối stator.

Mối quan hệ giữa điện cảm của cuộn dây trong stotor và ví trí của rotor được

minh hoạ bởi hình 3.9. Trong minh hoạ này, rotor quay theo chiều kim đồng hồ và

dòng điện pha là không đổi. Moment được sinh ra khi điện cảm xét trên một cuộn

dây stator tăng cho đến vị trí mà cực stator này và rotor tương ứng thẳng hàng (vị trí

thẳng hàng), nghĩa là moment được sinh ra từ vị trí J đến vị trí A ( xem hình 3.9 ).

Tại J cạnh của rotor bắt đầu được gối lên cạnh của stator, và tại A, trục rotor và trục

stator thẳng hàng, tại đây điện cảm của cuộn dây đạt giá trị cực đại. Tại K là vị trí

mà rotor kết thúc gối lên stator.

Moment sẽ chuyển từ thuận sang ngược (từ dương sang âm) tại A. Nếu rotor

tiếp tục đi qua A, ta sẽ có moment ngược, và nếu dòng điện qua cuộn dây không đổi

thì moment bị triệt tiêu và rotor không thể quay được, nghĩa là moment lúc này là

zero. Do vậy, muốn cho động cơ hoạt động (quay) thì từ A đến K dòng điện pha

phải bằng 0.

Vì mỗi pha có tính chất giống nhau, nên việc phân tích được thực hiện trên

một pha. Ở giai đoạn đầu (từ J đến A) là giai đoạn chưa bảo hoà, và mô hình toán

học được phân tích tuyến tính, Sau đó (có thể tại A), máy điện bảo hoà và được

phân tích phi tuyến. Phân tích tuyến tính và phi tuyến được thảo luận chi tiết trong

sách của tác giả Miller xuất bản 1993, và phân tích ở đây được áp dụng cho cả hai

chế độ: động cơ và máy phát.

A

B

D’

C’

C

B’

D

A’

(a)

(b) Hình3.10:Sơ đồ nối dây giữa stator và bộ điều khiển

Hình 3.8 là mối quan hệ giữa điện cảm, tín hiệu các sensor, PWM, moment với vị

trí của rotor. Phân tích chi tiết về dòng điện phase được thể hiện ở sơ đồ mạch

điện hình 3.9Ở đó, R là điện trở, L là điện cảm của cuộn dây và EMF là sức

điện động được tạo ra khi SRM vận hành

Phân tích chế độ tuyến tính dựa trên công thức điện áp và moment. Điện áp

giữa hai đầu của một pha có sự liên quan đến từ thông của cuộn dây dựa vào định

luật Faraday. Khi phân tích mạch từ, tổn hao dòng điện, hiện tượng từ trễ được bỏ

qua, và sự bỏ qua trong một pha sẽ không ảnh hưởng khi vận hành SRM (vận hành

trên 4pha). Điện trở của cuộn dây là không đổi và độc lập với dạng sóng và tần số

của dòng điện, ta có:

(cid:1874)(cid:3043)(cid:3035) (cid:3404) (cid:1861)(cid:3043)(cid:3035)(cid:1844)(cid:3043)(cid:3035) (cid:3397) (cid:1874)(cid:3013)(cid:3043)(cid:3035) (cid:4666)2.1(cid:4667)

Với :

vph : điện áp pha

iph : dòng điện pha

Rph : điện trở của cuộn dây pha

vLph : điện áp tạo ra trên điện cảm của cuộn dây

Từ đây, ký hiệu ‘ph’ được giản ước để các công thức gọn gàng hơn.

Điện áp cảm ứngvL được xác định bởi mối liên kết từ thông ,ψ,

(cid:3404) (cid:3397) (cid:4666)2.2(cid:4667) (cid:1874)(cid:3013) (cid:3404) (cid:1856)(cid:2032)(cid:4666)(cid:1861), (cid:2016)(cid:4667) (cid:1856)(cid:1872) (cid:2034)(cid:2032)(cid:4666)(cid:1861), (cid:2016)(cid:4667) (cid:2034)(cid:1861) (cid:2034)(cid:2032)(cid:4666)(cid:1861), (cid:2016)(cid:4667) (cid:2034)(cid:2016) (cid:1856)(cid:1861) (cid:1856)(cid:1872) (cid:1856)(cid:2016) (cid:1856)(cid:1872)

(cid:1874) (cid:3404) (cid:1861)(cid:1844) (cid:3397)

(cid:3397)

(cid:4666)2.3(cid:4667)

(cid:2034)(cid:2032)(cid:4666)(cid:1861), (cid:2016)(cid:4667) (cid:2034)(cid:1861)

(cid:2034)(cid:2032)(cid:4666)(cid:1861), (cid:2016)(cid:4667) (cid:2034)(cid:2016)

(cid:1856)(cid:1861) (cid:1856)(cid:1872)

(cid:1856)(cid:2016) (cid:1856)(cid:1872)

Do đó

Trường hợp, dθ/dtlà vận tốc góc ω, trong rad / s, và ∂ψ(i,θ)/∂iđại diện tức

thời tự cảm L(i,θ). Để đơn giản, nó được giả định rằng không có từ hoá bão hòa, có

nghĩa là tự cảm giai đoạn là không bị ảnh hưởng bởi các biến thể trong giai đoạn

hiện nay, sau đó L (θ) = ψ (θ) / i. Phương trình điện áp có thể được đơn giản hóa là

(cid:3397) (cid:1861)(cid:2033) (cid:4666)2.4(cid:4667) (cid:1874) (cid:3404) (cid:1861)(cid:1844) (cid:3397) (cid:1838)(cid:4666)(cid:2016)(cid:4667) (cid:1856)(cid:1838)(cid:4666)(cid:2016)(cid:4667) (cid:1856)(cid:2016) (cid:1856)(cid:1861) (cid:1856)(cid:1872)

Như vậy, điện áp pha bằng tổng của những nút điện áp ở phía bên tay phải của

phương trình (2.4), điện áp giảm điện trở, điện áp cảm ứng, và suất điện động cảm

ứng gây ra tương đương với:

(cid:1857) (cid:3404) (cid:1861)(cid:2033) (cid:4666)2.5(cid:4667) (cid:1856)(cid:1838)(cid:4666)(cid:2016)(cid:4667) (cid:1856)(cid:2016)

)6.2(

2 LRi +

2 ω

( ) i θ

di dt

( ) dL θ d θ

Điện áp tức thời, vi là:

Đạo hàm theothời gian của năng lượng được tính bất kỳ cho mọi thời điểm được

cho bởi

(cid:1838)(cid:4666)(cid:2016)(cid:4667)(cid:1861)(cid:2870)(cid:3440) (cid:3404) (cid:3397) (cid:1838)(cid:4666)(cid:2016)(cid:4667)(cid:1861) (cid:3404) (cid:1861)(cid:2870)(cid:2033) (cid:3397) (cid:1838)(cid:4666)(cid:2016)(cid:4667)(cid:1861) (cid:4666)2.7(cid:4667) 1 (cid:3436) 2 1 2 (cid:1856)(cid:1861) (cid:1856)(cid:1872) 1 2 (cid:1856)(cid:1838)(cid:4666)(cid:2016)(cid:4667) (cid:1856)(cid:2016) (cid:1856)(cid:1861) (cid:1856)(cid:1872) (cid:1861)(cid:2870) (cid:1856)(cid:1838)(cid:4666)(cid:2016)(cid:4667) (cid:1856)(cid:1872) (cid:1856) (cid:1856)(cid:1872)

Giả sử không có tổn thất khác hơn i2R và để đồng ý với định luật bảo toàn

năng lượng, năng lượng cơ học phải bằng năng lượng đầu vào điện năng lượng tổn thất điện trở (i2R) và tỷ lệ thay đổi năng lượng được bảo hòa từ . Vì vậy, ngay lập

tức cơ điện, tương đương với Tω, trong đó T là mô-men xoắn điện tức thời, có thể

)8.2(

T = ω

1 2 i 2

dL d

( ) θ θ

được viết là:

Các biểu thức cho mô-men xoắn điện (T)

(cid:4666)2.9(cid:4667) (cid:1846) (cid:3404) (cid:1861)(cid:2870) (cid:1856)(cid:1838)(cid:4666)(cid:2016)(cid:4667) (cid:1856)(cid:2016) 1 2

Phương trình (2.9) chỉ ra rằng mô-men xoắn là độc lập của các dấu hiệu của

giai đoạn hiện nay và thay vì được xác định bởi các biểu thức của dL / dθ, nơi mà

các giá trị tuyệt đối của dL / dθ góp phần vào năng lượng mô-men xoắn được sinh

ra. Vì lý do này, SRM thường được thiết kế để có một tỷ lệ lớn giữa các điện cảm

liên kết và vị trí không thẳng hàng. Những khoảng trống không khí lớn giữa stator

và rotor cực tại các vị trí vị trí không thẳng hàng làm tăng tỷ lệ tự cảm [10]. Thông

thường, một SRM với một số giai đoạn thấp và do đó mức thấp rotor và số cực

stator có những khoảng trống không khí lớn hơn.

Hình 3.11 Sơ đồ mạch tương đương cho một phase SRM

Xét hai đầu cuộn dây pha của SRM, phương trình (2.1) ta cósơ đồ mạch

tương đương hình 3.11 bao gồm điện trở (R), điện cảm (L) suất điện động (e) tỷ lệ

thuận với tốc độ.

Tính toán góc kích của SRM 4 pha

Dựa vào dòng điện chạy qua mỗi pha của cuộn dây. S(z) là hàm số của

phương trình 2.10 mà z được chọn để thoả thoả mãn điều kiện của

∈−

)10.2(

)( zS

0 0

, z , z

> ≤

⎧ 1 − ⎪ ⎨ ⎪⎩ 0

phương trình .

Khi (cid:1488) là một hằng số có thể thay đổi thì hàm số S(z) xấp xỉ hàm bước

đơn vị để xác định sự chuyển mạch của từng pha . Chức năng này được sử

dụng để mô phỏng chuyển đổi đóng cắt các thành phần điện tử công suất

như IGBT được sử dụng .

sin

)11.2(

ST được định nghĩa như sau:

)

sin

( T

T ∑ =

1 =

sin

)

T d

θ j

( TS d

θ j

)12.2(

≥

Với các định nghĩa của S (z) và ST ở trên, rất dễ dàng để thấy rằng

Tuy nhiên, phương trình (2.12) là không xác định khi ST = 0. Do định

nghĩa của S (z) và ST, nó rất dễ dàng để thấy rằng ST = 0 khi Td = 0. Vế

sin

)

T d

θ j

TS ( d

θ j

)13.2(

lim T 0 →

S T

trái của phương trình (2.12) được tính như sau :

14.2(

)

lim T →

Từ phương trình 2.13 với mọi θ ta có :

Dòng pha đầu tiên trong 4 pha của SRM Nr =6 ;(cid:1488) =1:0 ;i j 0 =1 A.Hiển

nhiên để dòng stator được như mong muốn ta cần thay đổi Td và θ .

Để minh họa sự chuyển mạch này .giả sử ta có tính hiệu chuyển mạch đủ

15.2(

)

i = j

nhanh để dòng hiện tại và dòng điện chuẩn bằng nhau tại mọi thời điểm

Khi đó phương trình moment có thể được viết như sau :

Do đó : Dòng điện định mức idj cho bỡi phương trình 2.16 được xác định và bị chặn moment xoắn tại vị trí thẳng hàng của rotor.

sin

)

T d

θ j

TS ( d

θ j

)16.2(

i dj

2 j 0

2 LN r

S T

⎡ ⎢ ⎣

⎤ ⎥ ⎦

sin

)17.2(

B j − θθ m

T =− L

θ j

∑

1 2 iLN 22 dj r 2

1 =

sin

)

θ j

Ts ( d

θ j

sin

)18.2(

−

2 0 j

j B θθ − m

T L

θ j

∑

1 =

S T

⎤ ⎥ ⎦

T ⎡ d ⎢ ⎣

Thay phương 2.16 vào phương trình 2.17 ta được :

sin

)19.2(

j θ

−

θ m

T L

T d

θ j

2 j

0∑

Theo ST ta đơn giản phương trình 2.18 ta có :

Mà

sin

sin(

)

−

θ j

) θ r

θ r

∑

π 2

1 =

sin(

)

)20.2(

−

) πθ − r

θ r

3 π 2

)21.2(

−

B − θ m

Thế vào 2.18 ta có :

Từ phương trình này ta dể dàng suy ra để điều khiển moment xoắn

phụ thuộc vào tốc độ và góc θ .

Trạng thái chuyển mạch

sin

)22.2(

2 j

iLN 22 r

2 j

θ j

1 2

L ∂ J θ ∂

khi mô-men xoắn được tạo ra bởi một pha

cho

)23.2(

≤

θθθ cj

Vì vậy, khi j được thay đổi, phương trình sau đây được thỏa :

sin

cho

)24.2(

≤

iLN 22 r

2 j

θ j

θθθ cj

1 2

Thay phương trình 2.22 vào phương trình 2.23 ta có

Khiθoj và θcj biểu thị lần lượt góc mở pha J tương ứng, Nr và L22>0

được nói ở trên.

Từ biểu thức 2.24, nó thật rõ ràng khi pha đó được điều khiển nó có

thể đáp ứng các điều kiện mà sinθj và Tdcần phải có tín hiệu điều khiển đểung cấp moment tương ứng.

)25.2(

≤

≤ θθ

2 jo

T sin

d θ

2 LN r

⎤ ⎥ ⎥ ⎦

⎡ ⎢ ⎢ ⎣

Vì vậy việc điều khiển các dòng điện phaidj tương ứng có thể được tạo ra từ moment xoắn Td(t)cho bởi biểu thức sau.

Hằng số dương ij 0 vẫn được sử dụng để bù dòng kích từ cho mỗi pha.

Hiển nhiên, dòng điều khiển tham chiếu idj không được định nghiã

≤

2 jo

θ oj

≤ θθ cj

)26.2(

T sin

d θ

2 LN r

⎤ ⎥ ⎥ ⎦

⎡ ⎢ ⎢ ⎣

⎧ ⎪⎪ ⎨ ⎪ ⎪ ⎩

⎫ ⎪⎪ ⎬ ⎪ ⎪ ⎭

cho tất cả các góc kích (cid:2016)j .Chúng ta biết rằng dòng tham chiếu idj nên bằng 0 nếu pha j không được kích.Do đó

Chú ý rằng phương trình 2.26 sẽ không xác định nếu góc mở và góc tắt không được chọn chính xác.Một tiêu chuẩn cơ bản là chúng phải thỏa mãn điều kiện sin (cid:2016)j và Td phải cùng dấu khi pha j được kích

Hình3.12: Điện cảm L, tín hiệu các cảm biến hall (H1, H2),xung PWM từng pha

Hình 3.13: Sơ đồ mạch điều khiển, vận hành động cơ SRM (Q1: PWM, Q2: ON)-

chuyển mạch cho motor hoạt động ở chế độ [11] (a) Mạch điểu khiển tĩnh , (b)

Chiều dòng điện pha khi Q1tác dụng cạnh lên thì dòng điện chạy qua phần ứng theo

hình b, (c) Chiều dòng điện pha khi Q1tác dụng cạnh xuống xuất hiện dòng chuyển

mạch xoay tự do theo hình c, (d) Chiều dòng điện pha khi Q1 và Q2 ở trạng thái

OFF

Hình 3.12, 3.13 (a), (b), (c), (d) và bảng 3.5 là thứ tự kích mostfet để SRM

8/6 quay ngược chiều kim đồng hồ (nckđh).

Hình 3.14:Điện cảm từng pha, xung PWM từng pha, tín hi(cid:0)u c(cid:0)m bi(cid:0)n hall (H1,

H2)và tín hiệu chuyển mạch tuần tự cho motor quay ngược chiều kim đồng hồ

Bảng 3.5: Trạng thái đóng mở của mostfet điều khiển động cơ SRM, nckđh

Tín hiệu cảm biến hall 1 1 1 0 0

Tín hiệu cảm biến hall2 1 0 0 1

OFF OFF OFF ON Q1

Phase A

OFF OFF OFF ON Q2

OFF OFF OFF ON Q3

Phase B

OFF OFF OFF ON Q4

OFF OFF OFF ON Q5

Phase C

OFF OFF OFF ON Q6

OFF OFF OFF ON Q7

Phase D

OFF OFF OFF ON Q8

Quá trình vận hành của động cơ SRM được phân tích chi tiết như sau: Khi

vị trí của rotor như hình 3.11 (a) (được nhận biết bởi tín hiệu của sensor), mostfet

Q1 và Q2: ON, nguồn điện được cấp cho cuộn dây AA’ (xem sơ đồ mạch hình 3.7

và bảng 3.5), khi đó từ thông móc vòng được tạo ra, đồng thời tạo lực kéo rotor

quay ngược chiều kim đồng hồ (nckđh) đến vị trí như hình 3.11(b), lúc này nguồn

điện được cấp cho cuộn dây BB’, nghĩa là Q3, Q4: ON, rotor quay nckđh đến vị trí

như hình 3.11(c), nguồn điện tiếp tục cấp cho cuộn dây CC’ (Q5, Q6: ON), , rotor

quay nckđh đến vị trí như hình 3.11(d), nguồn điện được cấp cho cuộn dây DD’

(Q7, Q8: ON), và lúc này rotor đã quay nckđh được 1 chu kỳ điện (360º điện), quá

trình đóng mở mostfet (cấp nguồn cho các cuộn dây SRM) tiếp tục được lập lại từ

đầu (phase AA’). Như vậy, khi nguồn được cấp theo thứ tự: A, B, C, D rotor sẽ quay

nckđh.

Tương tự như trên, khi nguồn được cấp theo thứ tự: A, D, C, B (xem hình

3.15, 3.16 (a), (b), (c), (d) và bảng 3.5), rotor sẽ quay cùng chiều kim đồng hồ

(cckđh).

A

B

D’

C’

C

C’

C

B’

D

A’

A

B

D’

C’

C

C’

B’

D

A’

Hình3.15: Thứ tự kích mostfet, ngược chiều kim đồng hồ

Hình. 3.16, 3.17 (a), (b), (c), (d) và bảng 3.6 chỉ ra thứ tự kích mostfet cho

SRM quay theo cùng chiều kim đồng hồ (cckđh).

Hình 3.16: Điện cảm L, tín hiệu các cảm biến hall (H1, H2), xung PWM từng pha,

động cơ hoạt động cckđh

Bảng 3.6: Trạng thái đóng mở của mostfet điều khiển động cơ SRM, cckđh

Tín hiệu cảm biến hall 1 1 1 0 0

Tín hiệu cảm biến hall 2 1 0 0 1

OFF OFF OFF ON Q1 Phase A

OFF OFF OFF ON Q2

OFF OFF OFF ON Q3 Phase B

OFF OFF OFF ON Q4

OFF OFF OFF ON Q5 Phase C

OFF OFF OFF ON Q6

OFF OFF OFF ON Q7 Phase D

OFF OFF OFF ON Q8

A

B

D’

C

C’

C

C’

B’

D

A’

A

B

D’

C

C’

C

B’

D

A’

Hình3.17:Thứ tự cấp nguồn cho các pha, cckđh

Hình 3.17 : Cho thấy dạng sóng lý tưởng của dòng điện pha, điện cảm, từ

thông móc vòng, PWM, ở đây (cid:31)on là góc kích ban đầu, (cid:31)off là góc kết thúc kích

mostfet, (cid:31)c là khoảng cách giữa 2 góc kích này.

Hình3.18:Dòng điện phase, điện cảm, từ thông móc vòng, PWM

3.4.2. Vận hành máy điện từ trở thay đổi SRM

Khi SRM vận hành ở trạng thái máy phát, moment ngược được tạo ra, và

chúng ta sử dụng moment này để hãm SRM cũng như ứng dụng vào các thiết bị tập

thể dục. Hình 2.18 chỉ ra khu vực đóng mở góc kích cho mosfet khi SRM vận hành

ở chế độ máy phát [12][13]. Hình 3.19 là mối quan hệ lý tưởng giữa điện cảm,

PWM, từ thông móc vòng và dòng điện phase [14].

Hình3.19: Điện cảm, tín hiệu cảm biến hall, PWM khi vận hành ở chế độ máy phát

Hình3.20: Điện cảm, PWM, từ thông móc vòng và dòng điện phase[14]

Hình3.21:Sơ đồ mạch điều khiển, vận hành máy phát SRM (Q1: PWM, Q2: ON)-

chuyển mạch cho motor hoạt động ở chế độ [11] (a) Mạch điều khiển chuyển mạch

tĩnh, (b) Chiều dòng điện phase khi Q1 tác dụng cạnh lên, (c) Chiều dòng điện

phase khi Q1tác dụng cạnh xuống, (d) Chiều dòng điện phase khi Q1 và Q2 ở trạng

thái OFF

Hình 3.20 là sơ đồ mạch điện khi vận hành máy phát SRM, ở đây io là dòng

điện nạp vào accqui, iin, iout được thể hiện trong mạch 2.18 (a). Áp dụng định luật

Kirchhoff 1 tại nút 1, ta có

(cid:1861)(cid:2868) (cid:3404) (cid:1861)(cid:3042)(cid:3048)(cid:3047) (cid:3398) (cid:1861)(cid:3036)(cid:3041) (cid:4666)2.27(cid:4667)

Chúng ta có thể giải thích chi tiết về dòng điện nạp vào accqui như sau:

Hình 2.18 (b) cho ta:

(cid:1861)(cid:2868)(cid:2869) (cid:3404) (cid:3398)(cid:1861)(cid:3036)(cid:3041) (cid:4666)2.28(cid:4667) Hình 2.18 (c) cho:

(cid:1861)(cid:2868)(cid:2870) (cid:3404) 0 (cid:4666)2.29(cid:4667)

Hình 3.20 (d) cho:

(cid:1861)(cid:2868)(cid:2871) (cid:3404) (cid:1861)(cid:3042)(cid:3048)(cid:3047) (cid:4666)2.30(cid:4667)

Áp dụng nguyên lý xếp chồng, ta có:

(cid:1861)(cid:2868) (cid:3404) (cid:1861)(cid:2868)(cid:2869) (cid:3397) (cid:1861)(cid:2868)(cid:2870) (cid:3397) (cid:1861)(cid:2868)(cid:2871) (cid:4666)2.31(cid:4667)

Vậy,

(cid:1861)(cid:2868) (cid:3404) (cid:1861)(cid:3042)(cid:3048)(cid:3047) (cid:3398) (cid:1861)(cid:3036)(cid:3041) (cid:4666)2.32(cid:4667)

Dòng điện pha được ký hiệu là iph. (iph.=i0). Giá trị trung bình của dòng điện

(cid:3087)(cid:3290)(cid:3281)(cid:3281)

này, Iin ,được xác định:

(cid:4666)2.33(cid:4667) (cid:1835)(cid:3036)(cid:3041) (cid:3404) 1 (cid:2016)(cid:3042)(cid:3033)(cid:3033) (cid:3398) (cid:2016)(cid:3042)(cid:3041) (cid:3505) (cid:1861)(cid:3043)(cid:3035)(cid:1856)(cid:2016) (cid:3087)(cid:3290)(cid:3289)

(cid:3087)(cid:3280)(cid:3299)(cid:3295)

Giá trị trung bình của dòng điện Iout:

(cid:4666)2.34(cid:4667) (cid:1835)(cid:3042)(cid:3048)(cid:3047) (cid:3404) 1 (cid:2016)(cid:3032)(cid:3051)(cid:3047) (cid:3398) (cid:2016)(cid:3042)(cid:3041) (cid:3505) (cid:1861)(cid:3043)(cid:3035)(cid:1856)(cid:2016) (cid:3087)(cid:3290)(cid:3281)(cid:3281)

Dòng điện được phát ra Io,

(cid:1835)(cid:3042) (cid:3404) (cid:1835)(cid:3042)(cid:3048)(cid:3047) (cid:3398) (cid:1835)(cid:3036)(cid:3041) (cid:4666)2.35(cid:4667)

Tỉ lệ giữa công suất của mạch điều khiển và công suất do máy phát tạo ra là ε, được

xác định:

(cid:3404) (cid:3404) (cid:4666)2.36(cid:4667) (cid:2013) (cid:3404) (cid:1842)(cid:3032)(cid:3051)(cid:3047) (cid:1842)(cid:3042)(cid:3048)(cid:3047) (cid:1835)(cid:3036)(cid:3041) (cid:1835)(cid:3042)(cid:3048)(cid:3047) (cid:1835)(cid:3036)(cid:3041) (cid:1835)(cid:3042) (cid:3397) (cid:1835)(cid:3036)(cid:3041)

Hình 3.21 hiển thị ba dạng sóng của dòng điện phase khi SRM vận hành ở trạng

thái máy phát [8][15]. Pext là công suất cấp vào (tiêu tốn bởi driver), Pout là công suất

máy phát phát ra khi vận hành.

Hình3.22: Các dạng sóng dòng điện phase của máy phát SRM

3.4.3 Những thông số của máy điện DC, SRM và bộ điều khiển

Hình.3.5 và 3.6 là hình dạng stator và rotor của máy điện DC và SRM được

nghiên cứu và so sánh với nhau trong luận văn này. Những thông số chính của

chúng được thể hiện trong bảng 3.7 và 3.8, tương ứng.

Hình3.23: Stator và rotor của máy điện DC đã được ứng dụng cho xe máy điện

Hình3.24:Stator và rotor của máy điện SRM được nghiên cứu trong luận văn này

Bảng 3.7: Thông số máy điện DC

Đường kính bên ngoài stator 95mm

Đường kính bên trong stator 82mm

Khe hở không khí 0.9mm

Góc cực rotor 10.5°

Chiều dài lỗi từ rotor 30mm

Đường kính dây quấn 0.7mm

Số cổ góp điện 20pieces

Trọng lượng 2.45kg

Công suất định mức 200w

Bảng 3.8: Thông số máy điện SRM 4 phase 8/6

Đường kính bên ngoài stator 90mm

Đường kính bên trong stator 47mm

Khe hở không khí 0.3mm

Góc cực stator 22.8°

Góc cực rotor 23.4°

Chiều dài lỗi từ rotor 50mm

Số dây quấn cho 1 pha 180 turns

Đường kính dây quấn 0.8mm

Điện trở 1 cuộn dây 2.6Ω

Trở kháng cuộn dây 4.609/1.263mH

Trọng lượng 2.6Kg

Công suất định mức 320w

3.4.4 Đo đạc thông số kỹ thuật của máy điện DC

Dùng máy đo các thông số kỹ thuậtcủa máy điện DC và AC

3.4.5 Đo đạc thông số kỹ thuật của động cơ DC

Hình 3.24, 3.25 và 3.26 là mối quan hệ giữa moment, công suất, hiệu suất

của động cơ DC, được đo đạc với điện áp cấp cho động cơ là 24V và dòng điện

được giới hạn ở mức 15A. Công suất định mức đo được của động cơ này nhỏ hơn

1.2

1.0

)

0.8

m N

0.6

( e u q r o t t u p t u O

0.4

0.2

0.0

500

1000

1500

2000

2500

3000

Speed (rpm)

320W và hiệu suất cực đại là 60%.

Hình3.25: Mối quan hệ giữa moment và tốc độ, động cơ DC

250

200

)

150

100

( r e w o P t u p t u O

500

1000

1500

2000

2500

3000

Speed (rpm)

Hình3.26: Mối quan hệ giữa công suất và tốc độ, động cơ DC

)

( y c n e i c i f f E

500

1000

1500

2000

2500

3000

Speed (rpm)

Hình3.27: Mối quan hệ giữa hiệu suất và tốc độ, động cơ DC

3.4.6Đo đạc thông số kỹ thuật của máy phát DC

Hình 3.24, 3.25 và 3.26 là mối quan hệ giữa moment, công suất, hiệu suất

của máy phát DC, được đo đạc với điện áp cấp cho động cơ là 24V và dòng điện

được giới hạn ở mức 15A. Công suất định mức và hiệu suất đo được của máy phát

0.0

-0.2

)

-0.4

m N

-0.6

( e u q r o t g n i k a r

-0.8

-1.0

-1.2

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

Speed (rpm)

đều thấp hơn so với chính nó khi vận hành ở chế độ động cơ.

Hình3.28: Mối quan hệ giữa moment và tốc độ, máy phát DC

200

180

160

140

)

120

100

( r e w o p t u p t u O

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

Speed (rpm)

Hình3.29: Mối quan hệ giữa công suất và tốc độ, máy phát DC

)

( y c n e i c i f f E

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

Speed (rpm)

Hình3.30: Mối quan hệ giữa hiệu suất và tốc độ, máy phát DC

CHƯƠNG.4.:.THI CÔNG VÀ CÁC KẾT QUẢ ĐO ĐẠT

4.1. Phần Cứng

Phần thiết kế dựa trên sơ đồ khối của một khối vi xử lý kết nối với bộ

khuyếch đại công suất để điều khiển motor SRM. Phần cứng thiết kế có những khối

chính sau đây:

- Khối nguồn

- Khối các bộ lọc thông thấp (lowpass filter)

- Khối biến đổi DAC

- Khối khuyếch đại tín hiệu vào

- Khối xử lý số trung tâm

- Khối khuếch đại công suất

Hình4.1: Sơ đồ phần cứng của hệ thống

4.1.1. Các khối nguồn

Các khối nguồn cần thiết kế để cung cấp nguồn cho toàn bộ các khối thành

phần của bộ khuyếch đại lock in. Cụ thể ở đây ta cần có nguồn +5V để cấp cho khối

xử lý số trung tâm (Vi điều khiển dsPic30F4011) và , nguồn +15V để cung cấp cho

khối bộ lọc số và khối khuyếch đại tín hiệu vào. Nguồn 48V cấp điện cho mạch

công suất . Sơ đồ của các khối nguồn này được trình bày trên Hình 4.2.

Hình4.2: CácKhối nguồn

4.1.2. Khối các bộ lọc thông thấp

Bộ lọc thông thấp còn lại được thiết kế để làm trơn tín hiệu sau khi qua bộ

khuyếch đại analog.(xem hình 4.3)

Hình 4.3: Bộ lọc thông thấp 4.1.3. Khối biến đổi DAC

4.1.3.1. Hoạt động của DAC và tính chất của nó

Mục đích của bộ biến đổi DA, như đã nêu, là biến đổi tín hiệu nhị phân n

bít thành dòng hay áp tương ứng. Hình 4.4 là một ví dụ về một bộ biến đổi DA 4 bít

đơn giản.

Về nguyên tắc bộ chuyển đổi số-tương tự tiếp nhận một mã số n bít song

song hoặc nối tiếp ở lối vào và biến đổi ra dòng điện hoặc điện áp tương ứng ở lối

ra. Dòng điện hay điện áp ở lối ra là hàm biến thiên phù hợp theo mã số ở lối vào.

Một bộ DAC hoàn chỉnh bao gồm ba phần tử cơ bản:

+Ðiện áp tham chiếu ổn định bên ngoài (Vref)

+DAC cơ sở

+Khuếch đại thuật toán

Sơ đồ khối của bộ DAC được trình bày trên Hình 2.13

Hình4.4: Sơ đồ khối DAC

Như vậy điện áp đầu ra của bộ biến đổi V0 sẽ phụ thuộc vào mã nhị phân

(

1 2

... ++

V 0

ref

B 1

B n

đầu vào theo công thức sau:

3.1 B 0 Trong đó B0 là bít thấp nhất và Bn là bít cao nhất của mã nhị phân đầu vào,

Vref là điện áp tham chiếu. DAC cơ sở cấu tạo bằng những chuyển mạch tương tự

được điều khiển bởi mã số đầu vào và các điện trở chính xác. Các chuyển mạch

tương tự điều chỉnh dòng điện hay điện áp trích ra từ điện áp tham chiếu và tạo nên

dòng điện hay điện áp ở đầu ra tương ứng với mã số đầu vào.

Mạch khuếch đại thuật toán dùng ở đây để chuyển đổi dòng thành áp đồng thời có

chức năng tầng đệm.

Bộ biến đổi DAC có đặc điểm là đại lượng ra tương tự không liên tục, độ

rời rạc của đầu ra phụ thuộc vào số bít của bộ biến đổi, những DAC có số bít đầu

vào lớn thì tổng số nấc điện áp ra càng lớn và khoảng cách giữa các nấc càng nhỏ.

4.1.3.2. Các tham số của bộ chuyển đổi DA

- Ðộ phân giải (Solution): Liên quan đến số bít của một DAC. Nếu số bít

là n thì số trạng thái của tín hiệu nhị phân là 2n nghĩa là sẽ có 2n mức điện thế (hoặc

dòng điện) khác nhau, do đó có độ phân giải là 1/2n. Ðộ phân giải càng bé thì điện

thế (hoặc dòng điện đầu ra) càng có dạng liên tục, càng gần với thực tế và ngược lại.

- Ðộ chính xác (Accuracy): Có thể đánh giá chất lượng của một DAC

bằng sai số của nó. Ðại lượng biểu diễn sai số là độ lệch tối đa giữa đại lượng ra và

một đường thẳng nối điểm 0 với điểm FS (Full Scale) trên đặc tuyến chuyển đổi

DA.

- Ðộ tuyến tính (Linearity): Ðộ tuyến tính của DAC cho biết độ lệch điện

áp so với một đường thẳng đi qua những điểm nút của đặc tuyến chuyển đổi. Ðó là

đặc tính thường gặp nhất với DAC. Ðường cong đặc tuyến là đơn điệu nếu sự thay

đổi độ lệch trên là không đổi dấu. Ðể có một DAC đơn điệu, độ lệch này phải lớn

hơn 0 cho mỗi nấc thang. Ngoài ra mức độ tuyến tính của DAC phải nhỏ hơn hoặc

bằng 1/2 LSB để nó trở nên đơn điệu. Như vậy 1/2 LSB là đặc trưng về giới hạn

đơn điệu của một DAC.

- Phi tuyến vi sai: là đại lượng cho biết độ lệch giữa giá trị thực tế và lý

tưởng cho một nấc điện áp ra ứng với mỗi thay đổi của mã số vào. Ðại lượng này

cho biết về độ nhẵn của đường cong đặc tuyến đối với DAC.

- Thời gian thiết lập: đối với một DAC là thời gian cần thiết để điện áp ra

đạt tới giá trị tới hạn sai số xung quanh giá trị ổn định. Giới hạn này thường là

=½ LSB hoặc biểu diễn bằng giá trị % FS.

Thời gian thiết lập trước hết phụ thuộc vào kiểu chuyển mạch, kiểu điện

trở và kiểu khuếch đại dùng để xây dựng bộ DAC. Thông thường nó được định

nghĩa bằng thời gian từ khi điện áp bắt đầu thay đổi cho tới khi đạt tới vùng giới hạn

sai số cho trước. Nó không bao gồm thời gian trễ tính từ khi có sự thay đổi mã số ở

đầu vào cho tới khi điện áp ra bắt đầu đáp ứng.

4.1.3.3. Bộ chuyển đổi DA theo kiểu thang điện trở R-2R (R-2R ladder)

Hình4.5: DAC theo phương pháp mạch R-2R

DAC với thang điện trở R-2R khắc phục được một số nhược điểm của DAC

điện trở trọng lượng. Mạch chỉ gồm hai điện trở R và 2R mắc theo hình thang với

nhiều khoá điện (mỗi khoá điện cho một bít) và một nguồn điện áp chuẩn

Uch.(Xem Hình 4.4) Ðại lượng cần tìm là dòng Ith chảy vào mạch KÐTT khi có

một số khoá điện được nối với Uch. Theo mạch điện ta có:

3.2 Ura = -Ith.Rf

Xét tại chuyển mạch tương ứng với bít thứ i, nút tương ứng trên mạch hình

thang là 2i . Sử dụng định lý Thevenin, khi đóng chuyển mạch vào Uch thì điện thế

tương đương Thevenin tại nút 2i sẽ là Uch/2 và nguồn tương có nội trở là R, như

vậy tại nút 2i+1 (tiến về phía mạch KÐTT) ta có nguồn tương đương Thevenin có

trị số là Uch/4 và nội trở là R.

Từ những kết quả trên suy ra rằng khi di chuyển về phía mạch KÐTT thì trị

số điện thế Thevenin tại mỗi nút bằng một nửa trị số tại nút kề cận bên trái nó, và tại

nút 2n-1 do đặc tính của bộ KÐTT điện thế được coi bằng 0V.

Một cách tổng quát, ta có công thức để tính điện áp ra của một DAC n bít

1 −

−

1 2

−=

... ++

với điện trở hình thang R-2R như sau:

R 1 R

3.3

Trong đó B0 < Bn-1 có giá trị "0" hoặc "1". Các DAC theo thang điện trở

phải dùng số điện trở khá lớn, ví dụ nếu một DAC n bít thì cần dùng 2(n-1) điện trở

trong khi phương pháp điện trở trọng lượng chỉ phải dùng n thôi. Nhưng bù lại độ

chính xác và tính ổn định của tín hiệu ra được đảm bảo tốt hơn.

4.2. Khối xử lý trung tâm

Khối xử lý trung tâm trong khóa luận sử dụng vi điều khiển DsPic30F4011.

Khối xử lý trung tâm có nhiệm vụ biến đổi tín hiệu vào thành tín hiệu số sau đó nó

sẽ dùng bộ dsp để xử lý tín hiệu để cho ta kết quả cuối cùng đưa ra điều khiển motor

(gồm có thực hiện các phép nhân và sử dụng bộ lọc số FIR )..

Thật thú vị trong VĐK DsPic30F4011 có tích hợp bộ chuyển đổi AD như đã

trình bày ở phần 2.3.7 trong chương 2. Công việc của người sử dụng là chương

trình hóa cho VĐK để thực hiện việc chuyển đổi AD.

Bộ xử lý số dsp được tích hợp sẵn trong VĐK DsPic30F4011 làm cho việc

thiết kế cũng đơn giản hơn, với những hàm thư viện có sẵn do Microchip cung cấp.

Hình4.6: Sơ đồ mạch vi xử lý trung tâm

4.3. Thuật toán điều khiển động cơ SRM

Hình4.7: Lưu đồ thuật giải: chương trình chính

Hình4.8: Lưu đồ thuật giải thay đổi góc kích theo tốc độ máy điện SRM

Hình4.9: Lưu đồ thuật giải chuyển đổi Analog Digital, chương trình ngắt PWM

Hình4.10: Lưu đồ thuật giải điều khiển góc kích

Hình4.11: Lưu đồ thuật giải điều khiển trạng thái vận hành

SRM phải được điều khiển nhờ một vòng điều chỉnh có phản hồi. Thiết bị

nghịch lưu thường được nuôi bởi nguồn áp một chiều, và đối với SRM chỉ cần

dòng chảy theo một chiều cũng đủ để vận hành ở cả 4 góc 1/4 (chế độ vận hành

4Q). Ta có thể thấy trong tài liệu tham khảo vô số phương án mạch nghịch lưu,

trong phạm vi luận văn này chỉ hạn chế ở phương án dành cho SRM công suất vừa

và nhỏ, được sử dụng trong các hệ thống cơ điện tử.

Nghịch lưu lý tưởng phải có khẳ năng đóng/ngắt dòng không có trễ. Để có

thể điều khiển dòng pha, có thể sử dụng 2 van : Van N phục vụ chọn pha, van PWM

có nhiệm vụ điều chế bề rộng xung áp đặt lên cuộn dây pha và nhờ đó dễ dàng điều

khiển dòng qua cuộn dây. Nhằm giảm tổn hao đóng/ngắt của van, từ năng tích luỹ

khi dòng chảy qua cuộn dây phải có khẳ năng được hoàn nguyên trở lại nguồn (hình

4.13).Dễ dàng nhận thấy, để điều khiển SRM pha ta sẽ cần 2pha van IGBT và 2pha

diode. Lúc này, nghịch lưu được gọi là nghịch lưu 2pha (hình 4.14). Do khátốn kém

linh kiện rời rạc, sơ đồ nghịch lưu 2 pha thường chỉ được sử dụng cho SRM có

công suất >=200W

Hình4.12: Cuộn dây pha khi dẫn dòng

Hình4.13: Khi nạp dòng trở lại nguồn

Hình 4.14: Sơ đồ nghịch lưu 2 pha

Hình4.15: Sơ đồ mạch công suất 4 pha

Một vấn đề quan trọng là phương pháp điều khiển nghịch lưu

Việc lựa chọn đúng đắn góc đóng ngắt cho phép giảm tiếng ồn

phát ra và nâng cao chất lượng truyền động của hệ. Có 2 phương pháp

chính để điều khiển nghịch lưu:

*Sử dụng nguồn dòng

Trong dải tốc độ thấp, SRM được nuôi bởi dòng cấp dạng khối

(block current) nhờ điều chế bề rộng xung . Momen chứa hài với biên độ

bé hơn.

*Sử dụng nguồn áp

Có thể nuôi SRM bằng điện áp cấp dưới dạng khối nguồn.Khi tốc độ tăng

dần, ảnh hưởng của thời gian đóng ngắt van IGBT càng rõ. Khi sức từ động bên

trong đạt tới giá trị ứng với điện áp nguồn một chiều, khi ấy ta chỉ cần thuần tuý

đóng ngắt các cuộn dây pha, diễn biến dòng trở nên không chế ngự được và có biên

độ hài khá lớn, gây nênmoment lắc phụ.

Thu được mạch điều khiển tốc độ và điều khiển moment động cơ SRM

Hình4.16: Mạch điều khiển tốc độ và điều khiển moment động cơ 8/6 SRM nguồn

48V

Mạch này đã được kiểm tra và đo đạt các tham số ở phần 3.4 đo đạc thông

số kỹ thuật của máy điện,vận hành hoạt động rất ổn định và giảm ồn và không bị

nhấp nhô moment trong quá trình hoạt động

4.4. Đo đạc thông số kỹ thuật của máy điện

4.4.1. Mối quan hệ giữa dòng điện pha các góc kích, động cơ SRM

Điều kiện kích mostfet đóng mở liên quan đến tốc độ động cơ, tải, các thông số

của máy điện. Sử dụng phần mềm chúng ta có thể thay đổi góc kích mở (ON) và

góc kích đóng (OFF) của mỗi phase cho SRM. Hình 4.17 là mối quan hệ lý tưởng

giữa điện cảm, dòng điện phase, và PWM đã thay đổi góc kích. [20-22]. Hình

4.7,4.8, 4.9 và 4.10 là các sơ đồ thuật giải dùng để điều khiển máy điện SRM [23]

Hình4.17: Dòng điện phase với các góc kích nâng cao, dạng sóng lý tưởng (cid:31)onvà

(cid:31)off

Hình 4.18 và 4.19 là kết quả đo được moment và dạng sóng của SRM khi

vận hành với tốc độ thấp. Trong trường hợp này góc mở 0° và góc đóng là 180°.

Hình 4.20, 4.21 và 4.22 cho thấy momemt, công suất, hiệu suất đo được với các góc

kích đóng, kích mở khác nhau. Hình 4.23 (a), (b), (c) là các dạng sóng khác nhau

với các góc kích khác nhau .

0°_180° : 12A

1.8

1.6

)

1.4

m N

1.2

( e u q r o T

0.8

0.6

t u p t u O

0.4

0.2

100

200

300

400

500

Speed (rpm)

Hình4.18: Mối quan hệ giữa moment và tốc độ, động cơ SRM vận hành tốc độ thấp

Hình4.19: Dạng sóng SRM vận hành ở tốc độ thấp ,dạng sóng của cảm hall (ch1,ch2), PWM (Ch3), dòng 1 pha (Ch4)

1.8

1.6

1.4

)

0°_180° : 12A 0°_90° : 8A -20°_90° : 8A -30°_90° : 8A -40°_90° : 8A -40°_100°: 8A

1.2

m N

0.8

( e u q r o T

0.6

0.4

0.2

1000

2000

3000

4000

5000

Speed (rpm)

Hình4.20: Mối quan hệ giữa moment và tốc độ, động cơ SRM với các góc kích

khác nhau

350

300

250

)

0°_180° : 12A 0°_90° : 8A -20°_90° : 8A -30°_90° : 8A -40°_90° : 8A -40°_100°: 8A

200

150

( r e w o p t u p t u O

100

1000

2000

3000

4000

5000

Speed (rpm)

Hình4.21: Mối quan hệ giữa công suất và tốc độ, động cơ SRM với các góc kích khác nhau

)

( y c n e i f f E

0°_180° : 12A 0°_90° : 8A -20°_90° : 8A -30°_90° : 8A -40°_90° : 8A -40°_100°: 8A

1000

2000

3000

4000

5000

Speed (rpm)

Hình4.22: Mối quan hệ giữa hiệu suất và tốc độ, động cơ SRM với các góc kích khác nhau

(a)

(b)

(c)

Hình4.23: Các dạng sóng đo được khi vận hành động cơ SRM với các góc kích

khác nhau: (a)Bậc/ tắt góc : 0°/ 90°, 1800rpm, (b) Bậc/ tắt góc:

-20°/ 100°, 2400rpm, (c) Bậc/ tắt góc: -40°/ 90°, 2800rpm.

Tín hiệu cảm biến Hall (Ch1, Ch2), xung chuyển mạch (Ch3), dòng 1 pha(Ch4)

4.4.2. Mối quan hệ giữa dòng điện pha các góc kích, máy phát SRM

Hình 4.24, 4.25 và 4.26 cho thấy momemt, công suất, hiệu suất đo được với

các góc kích đóng, kích mở khác nhau khi vận hành máy phát SRM. Hình 4.27 (a),

(b), (c) là các dạng sóng dòng điện phase và dòng điện nạp cho accqui. Ba dạng

0.0

-0.2

-0.4

)

m N

-0.6

-0.8

( e u q r o t g n i k a r

-1.0

-1.2

90°_250° : 8A 90°_260° : 8A 90°_270° : 8A 100°_270° : 8A 120°_270° : 8A

-1.4

1000

2000

3000

4000

5000

Speed (rpm)

sóng này phụ thuộc vào tốc độ máy phát và độ rộng xung.

Hình4.24: Mối quan hệ giữa moment và tốc độ, máy phát SRM

150

100

)

( r e w o p t u p t u O

-50

90°_250° : 8A 90°_260° : 8A 90°_270° : 8A 100°_270° : 8A 120°_270° : 8A

-100

1000

2000

3000

4000

5000

Speed (rpm)

Hình4.25: Mối quan hệ giữa công suất và tốc độ, máy phát SRM

100

)

-50

( y c n e i c i f f E

-100

-150

90°_250° : 8A 90°_260° : 8A 90°_270° : 8A 100°_270° : 8A 120°_270° : 8A

-200

1000

2000

3000

4000

5000

Speed (rpm)

Hình4.26: Mối quan hệ giữa hiệu suất và tốc độ, máy phát SRM

(a) (b)

(c)

Hình4.27: Ba dạng sóng dòng điện phase, máy phát SRM(a) Bậc/ tắt góc 90°/ 260°,

4000rpm, (b) Bậc/ tắt góc 90°/ 260°, 3000rpm, (c) Bậc/ tắt góc 90°/ 260°, 2000rpm

Tín hiệu sensor (Ch1, Ch2), dòng điện phase (Ch3), dòng điện nạp cho nguồn (Ch4)

Hình 4.28, 4.29 và 4.30 là mối quan hệ giữa moment, công suất, hiệu suất

với tốc độ của máy phát SRM, được đo đạc với điện áp cấp cho SRM là 48V và

dòng điện được giới hạn ở mức 8A. Hình 4.31 (a), (b), (c) là ba dạng sóng dòng

điện phase và dòng điện nạp cho accqui đo được với các điểu kiện vận hành khác

90°_250° : 8A

-0.2

90°_260° : 8A

90°_270° : 8A

-0.4

)

100°_250° : 8A

m N

100°_260° : 8A

-0.6

-0.8

( e u q r o t g n i k a r

-1

-1.2

-1.4

1000

2000

3000

4000

5000

Speed (rpm)

nhau.

Hình4.28: Mối quan hệ giữa moment và tốc độ, máy phát SRM

100

300

250

200

)

150

100

( r e w o p t u p t u O

90°_250° : 8A

90°_260° : 8A

90°_270° : 8A

-50

100°_250° : 8A

100°_260° : 8A

-100

1000

2000

3000

4000

5000

Speed (rpm)

Hình4.29: Mối quan hệ giữa công suất và tốc độ, máy phát SRM

101

100

)

-50

-100

( y c n e i c i f f E

90°_250° : 8A

90°_260° : 8A

-150

90°_270° : 8A

-200

100°_250° : 8A

100°_260° : 8A

-250

1000

2000

3000

4000

5000

Speed (rpm)

Hình4.30: Mối quan hệ giữa hiệu suất và tốc độ, máy phát SRM

102

(a) (b)

góc 90°/ 260°, 3800rpm, (b) Bậc/ tắt góc 90°/ 260°, 3800rpm, (c) Bậc/ tắt góc 90°/

260, 3800rpm

Tín hiệu sensor (Ch1, Ch2), dòng điện phase (Ch3), dòng điện nạp cho accqui (Ch4)

103

4.5. So sánh máy điện DC với SRM 4.5.1. Vận hành chế độ động cơ

Hình 4.32, 4.33 và 4.34là mối quan hệ giữa moment, công suất, hiệu suất với

1.8

1.6

1.4

)

1.2

m N

0°_180° : 12A 0°_90° : 8A -20°_90° : 8A -30°_90° : 8A -40°_90° : 8A -40°_100°: 8A DC motor: 15A

( e u q r o T

0.8

0.6

0.4

0.2

1000

2000

3000

4000

5000

Speed (rpm)

tốc độ của động cơ DC được so sánh với động cơ SRM.

Hình4.32: So sánh moment động cơ DC và động cơ SRM

Đo moment ngõ ra của động cơ DC (24V)và SRM (48V)

104

350

300

250

)

0°_180° : 12A 0°_90° : 8A -20°_90° : 8A -30°_90° : 8A -40°_90° : 8A -40°_100°: 8A DC motor: 15A

200

150

( r e w o p t u p t u O

100

1000

2000

3000

4000

5000

Speed (rpm)

Hình4.33: So sánh công suất động cơ DC và động cơ SRM

Đo công suất ngõ ra động cơ DC (24V) và SRM (48V)

105

)

( y c n e i c i f f E

0°_180° : 12A 0°_90° : 8A -20°_90° : 8A -30°_90° : 8A -40°_90° : 8A -40°_100°: 8A -40°_100°: 8A DC motor : 15A

1000

2000

3000

4000

5000

Speed (rpm)

Hình4.34 :So sánh hiệu suất động cơ DC (24V) và động cơ SRM(48V)

106

4.5.2. Vận hành chế độ máy phát

Hình 4.35, 4.36 và 4.37 cho thấy đường cong moment đo được, ngõ ra công suất và

đường cong hiệu suất của máy DC hoạt động trong máy phát điện so với máy SRM

0.0

SR generator : 8A 24V

SR generator : 8A 48V

-0.2

DC generator : 15A 24V

-0.4

)

m N

-0.6

( e u q r o T

-0.8

t u p t u O

-1.0

-1.2

-1.4

1000

2000

3000

4000

5000

Speed (rpm)

hoạt động trong máy phát điện tương ứng.

Hình4.35: So sánh moment máy phát DC và máy phát SRM

107

300

250

200

)

150

100

( r e w o P t u p t u O

SR generator : 8A 24V

SR generator : 8A 48V

-50

DC generator : 15A 24V

-100

1000

2000

3000

4000

5000

Speed (rpm)

Hình4.36: So sánh công suất máy phát DC và máy phát SRM

108

100

)

( y c n e i c i f f E

-50

-100

SR generator : 8A 24V

SR generator : 8A 48V

DC generator : 15A 24V

-150

1000

2000

3000

4000

5000

Speed (rpm)

Hình4.37: So sánh hiệu suất máy phát DC và máy phát SRM

109

4.5.3. Tóm tắt kết quả thực nghiệm

Bảng 4.1 là những dữ liệu đo đạc được của máy điện DC và máy điện SRM

và đem so sánh chúng với nhau tại những tốc độ khác nhau.

Bảng 4.1: Kết quả thực nghiệm trên máy điện DCvà SRM

Speed

Voltage (V) Efficiency (%) rpm Km/h (cid:31)on_(cid:31)off (electrical degree) Output power (W)

DC motor

52 63 <64 100 200 <100

200 1000 2000 3000 100 1000 2000 1.51 7.54 15.07 22.61 0.75 7.54 15.07 24 24 24 24 48 48 48 Output torque (Nm) 0.9 0.9 0.9 <0.32 1.5 1.2 1.04 48 58 125 215

SR motor 3000 22.61 48 1 62 315

4000 30.14 48 0.68 62 285 0º_180º 0º_90º ‐20º_90º ‐ 40º_100º ‐ 40º_100º

DC generator

SR generator (24V)

SR generator (48V) 1000 2000 3000 1000 2000 3000 4000 1000 2000 3000 4000 7.54 15.07 22.61 7.54 15.07 22.61 30.14 7.54 15.07 22.61 30.14 24 24 24 24 24 24 24 48 48 48 48 ‐0.96 ‐1 ‐1.02 ‐1 ‐1.06 ‐0.8 ‐0.48 ‐0.92 ‐1.12 ‐1.12 ‐1.09 90º_260º 90º_260º 90º_260º 90º_260º 90º_260º 90º_260º 90º_260º 90º_260º 20 50 55 ‐15 35 48 55 ‐25 32 48 50 20 100 170 ‐15 80 120 110 ‐30 75 170 240

110

CHƯƠNG.5.:.KẾT.LUẬN.VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI

111

Trong luận văn này đã nghiên cứu thành công thuật giải điều khiển máy điện

SRM bốn phase và vận hành nó như một máy phát điện. Với kết quả này, SRM

được ứng dụng cho xe đạp điện đa năng và xe điện tay ga,xe ôtô điện là hoàn toàn

khả thi.

Khi SRM được vận hành ở chế độ động cơ, các góc kích có vai trò rất quan

trọng nhằm tối ưu hoá moment và nâng công suất định mức cho động cơ, đó chính

là thuật giải điều khiển cho máy điện và là một phần trong công trình nghiên cứu

luận án này.

Công suất cực đại và moment cực đại đối với động cơ này thu được là: 330W

và 1.8Nm. Hiệu suất tối đa của động cơ này là 65%. Ở chế độ hãm và chế độ máy

phát, moment ngược thu được là 1.2Nm, và công suất của máy phát là: 250W. Với

hai chế độ này, công suất và moment của SRM nhỏ hơn so với máy điện DC bởi vì

tổn hao đồng và tổn hao sắt khi vận hành máy phát này cao hơn so với máy điện

DC, kết quả thực nghiệm cho thấy hiệu suất của máy phát SRM đạt được là 50%.

Để cải thiện độ tin cậy trong quá trình vận hành, bộ cảm biến vị trí (hall

sensor) sẽ không được sử dụng nữa và đó là công việc cần thiết được nghiên cứu

(SRM with sensorless) cũng như là hướng phát triển xa hơn của đề tài.

112

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] “Chip pak high volume presure sensor for disposable, backside pressure

applications

MPX2300D” - http://www.datasheetcatalog.com

[2] Bentham - “Lockin amplifers” - http://www.bentham.co.uk

“dsPIC Language Tool Libraries” - http://www.microchip.com [3]

“dsPIC30F Family Reference Manual” - http://www.microchip.com [4]

“dsPIC30F’s Programmer Reference Manual” - http://www.microchip.com [5]

“dsPic30F4011/4012” - http://alldatasheet.com [6]

“FilterPro MFB and Sallen- Key Low-Pass Filter Design Program” - John [7]

Bishop,

Bruce Trump, R. Mark Stitt. - http://www.focus.ti.com

[8] “Implementing Digital Lock-In Amplifiers Using the dsPIC DSC” -

http://microchip.com

[9] Jerry Seams - “R/2R LADDER NETWORKS” - http://www.irctt.com

[10] “Low Cost, Low Power Instrumentation Amplifier” - http://www.analog.com

[11] Microchip Inc website - http://www.microchip.com

[12] “Sallen-Key Low-Pass Filter” - http://www.ecircuitcenter.com

[13] “The Analog Lock-in Amplifier” - http://www.signalrecovery.com

[14] “The Digital Lock-in Amplifier” - http://www.signalrecovery.com

[15] “What is a Lock-in Amplifier?” - http://www.signalrecovery.com

[16] “Wide Bandwidth Dual JFET Input Operational Amplifier” -

www.national.com [17] www.docu-track.com

[18] “Tutorial 04.01, Tutorial 05.01, Tutorial 06.01” -

http://www.picvietnam.com

[19] Krishnan, R., “Switched Reluctance Motor Drives: Modeling, Simulation,

Analysis, Design, and Applications”, CRC Press, 2001.

113

[20] Krishnan, R., “Electric motor drives: modeling, analysis, and control”, Prentice

Hall, 2001.

[21] Radun, A., “Analytically computing the flux linked by a switched reluctance

motor phase when the stator and rotor poles overlap”, IEEE Transactions on

Magnetics, Vol. MAG-36, No. 4, pt. 2, pp. 1996-2003, July 2000.

Luận văn:Nghiên cứu phản ứng alkyl hóa với tác nhân butylromua trên xúc tác bentonit biến tinh

Chủ đề:

11/08/2012

LÊ LONG HỒ

NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN MÁY ĐIỆN TỪ TRỞ THAY ĐỔI (SRM : SWITCHED RELUCTANCE MACHINES)

LUẬN VĂN THẠC SĨ

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CÁM ƠN

TÓM TẮT

ABSTRACT

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH

BẢN CAM ĐOAN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM ---------------------------

HỌ & TÊN : LÊ LONG HỒ NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN MÁY ĐIỆN TỪ TRỞ THAY ĐỔI (SRM : SWITCHED RELUCTANCE MACHINES)

LUẬN VĂN THẠC SĨ

HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS : Nguyễn mạnh Hùng TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 06 năm 2012

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM

sửa chữa (nếu có).

Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV

TRƯỜNG ĐH KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM PHÒNG QLKH - ĐTSĐH

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

I- TÊN ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN MÁY ĐIỆN TỪ TRỞ THAY ĐỔI

II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 15/09/2011

IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 29/06/2012

V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS NGUYỄN MẠNH HÙNG

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

- Xóa cờ ngắt ADIF

A

B

D’

C’

C

B’

D

A’

)

( T

∑

∑

A

A

B

B

D’

D’

C’

C

C’

C

B’

B’

D

D

A’

A’

A

A

B

B

D’

D’

C’

C

C

C’

B’

B’

D

D

A’

A’

A

A

B