TÔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN cứu
Tổng quan tình hình nghiên cứu trong nước
Trong những năm gần đây, thiết bị đo lường thông số điện ở Việt Nam đã thu hút sự quan tâm và đầu tư mạnh mẽ Nhiều tổ chức, viện nghiên cứu và đại học đang triển khai các dự án nghiên cứu nhằm phát triển thiết bị đo lường điện thông minh Các nghiên cứu này chủ yếu tập trung vào việc ứng dụng công nghệ mới như trí tuệ nhân tạo (AI) và internet vạn vật (IoT) để nâng cao hiệu quả đo lường và giảm thiểu sai số.
Bài viết nghiên cứu khoa học của Đại học Hàng hải Việt Nam trình bày về "Thiết kế hệ thống đo thông số co bản của mạng điện hạ thế trong phòng thí nghiệm" Hệ thống bao gồm phần chuyển nguồn lưới và bộ phận đo thông số điện, sử dụng biến dòng BE-3RCT của hãng BEW (Đài Loan) với dòng sơ cấp 50A và dòng thứ cấp 5A, cùng đồng hồ đo đa năng MFM384 của hãng SELEC (Ấn Độ) Trung tâm điều khiển là PLC S7-1200, được lập trình để tự động chuyển đổi nguồn lưới sang nguồn dự phòng khi mất điện và hiển thị thông số điện qua đồng hồ MFM384.
Bài viết "Thiết kế và thi công hệ thống giám sát và điều khiển hộ tiêu thụ một pha qua mạng không dây" được công bố trên tạp chí Khoa học, Trường Đại học Tiền Giang, mô tả việc sử dụng mô đun cảm biến Pzem 004T của Peacefair Electronics để đo các thông số điện như dòng điện, điện áp, công suất và điện năng tiêu thụ Hệ thống sử dụng Arduino để nhận tín hiệu từ mô đun Pzem-004T và cảm biến nhiệt độ DS18B20, kết nối với module wifi Esp8266-12E để truyền dữ liệu lên internet thông qua giao thức MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) Ngoài ra, tại các ổ cắm thông minh, nhóm tác giả sử dụng cảm biến dòng ASC712/20A để đo dòng AC tức thời, với Arduino nhận tín hiệu và giao tiếp với Esp8266 nhằm đưa dữ liệu về hệ thống trung tâm.
Sơ đồ khối mạch điện điều khiển trung tâm và mạch điều khiển Ổ ViệtNam minh họa cho việc sử dụng thiết bị đo lường điện trong nhiều lĩnh vực như công nghiệp, xây dựng, nghiên cứu khoa học và giáo dục Các thiết bị này đóng vai trò quan trọng trong việc đo lường các thông số điện như điện áp, dòng điện, tổn thất công suất, hệ số công suất và tần số, phục vụ cho nhu cầu giám sát và quản lý hệ thống điện hiệu quả.
Các thiết bị đo lường điện từ các thương hiệu nổi tiếng như Fluke, Keysight, Yokogawa và Tektronix đã có mặt tại Việt Nam Thương hiệu EMIC là một trong những đơn vị tiên phong trong sản xuất thiết bị đo lường điện tại Việt Nam, cung cấp các sản phẩm như đồng hồ volt kế, ampe kế và công tơ điện Tuy nhiên, EMIC vẫn chưa có các sản phẩm chuyên dụng như đồng hồ vạn năng và oscilloscope Nhiều nhà sản xuất và người dùng trong nước vẫn gặp khó khăn trong việc tìm kiếm và sử dụng thiết bị đo lường điện chất lượng cao, cũng như trong việc đánh giá và kiểm định chất lượng thiết bị do thiếu nguồn lực và kinh phí Với sự phát triển công nghệ và nhu cầu tăng cao, tình hình thiết bị đo lường điện tại Việt Nam dự kiến sẽ cải thiện trong tương lai.
Đánh giá kết quả các công trình nghiên cứu đã công bố
Các thiết kế hiện tại sử dụng linh kiện chuyên dụng như MSP430AFE253 của Texas Instruments để cách ly thiết bị đo lường với bộ xử lý chủ MSP430F6638, đảm bảo yêu cầu an toàn Nghiên cứu của Stephen English và Dave Smith về bộ đo lường công suất ADE7756 cho phép giao tiếp với vi điều khiển qua giao diện SPI, giúp hiệu chỉnh máy đo trên PC Một thiết kế khác từ Microchip sử dụng PIC18F87J72 để đo lường chất lượng điện năng, góc lệch pha và hài của tải Thiết kế tham khảo từ ST với IC STPM3x cung cấp sóng điện áp và dòng điện, đồng thời tính toán giá trị hiệu dụng và năng lượng hoạt động Tuy nhiên, các nghiên cứu này sử dụng linh kiện chuyên dụng, gây khó khăn cho việc nâng cấp sản phẩm mới và làm cho người dùng phụ thuộc vào khả năng sản xuất của nhà sản xuất Tại Việt Nam, chưa có linh kiện đo lường tích hợp nhiều chức năng và linh kiện đa dụng cho nhiều bộ vi điều khiển Do đó, nhóm nghiên cứu đề xuất thiết kế mô hình phân tích thông số điện, phần cứng và thuật toán cho vi điều khiển, nhằm làm chủ công nghệ và sử dụng linh kiện sản xuất trong nước đạt tiêu chuẩn Việt Nam và quốc tế.
NỘI DUNG THựC HIỆN, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN cứu 21 CHƯƠNG 3 NỘI DUNG NGHIÊN cứu
Nghiên cứu về cảm biến Hall
Hiệu ứng Hall, được phát hiện bởi nhà vật lý Edwin Hall vào năm 1879, là hiện tượng vật lý xảy ra khi một thanh kim loại hoặc vật liệu dẫn điện (thanh Hall) có dòng điện chạy qua và bị tác động bởi một từ trường vuông góc Hiện tượng này tạo ra một hiệu điện thế chênh lệch (hiệu điện thế Hall) tại hai mặt đối diện của thanh Hall, với giá trị rất nhỏ, chỉ vài microvolt (μV).
3.1.2 Nguyên lý hoạt động cảm biến cảm ứng từ Hall
Cảm biến từ Hall hoạt động dựa trên hiệu ứng Hall, trong đó một từ trường vuông góc tác động lên một vật liệu dẫn điện có dòng điện chạy qua Lực Lorentz làm lệch các electron, tạo ra hiệu điện thế Hall Hiệu điện thế này rất nhỏ, chỉ vài microvolt (µV), và tỷ lệ thuận với cường độ dòng điện và từ trường Do đó, cảm biến Hall thường được tích hợp với bộ khuếch đại để cung cấp tín hiệu analog rõ ràng hơn.
Hình 3-1: Sơ đồ nguyên lí mạch cảm biến dòng điện sử dụng LV25-P
Hình 3-2: Sơ đồ hoạt động của LV25-P
Cảm biến điện áp LEM LA25-P và cảm biến dòng điện L V25-P của LEM hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng từ Hall, trong đó điện thế Hall được tạo ra khi dòng điện chạy qua dây dẫn trong một trường từ bên ngoài.
Khi dòng điện chạy qua dây dẫn, nó tạo ra một trường từ xung quanh Cảm biến từ Hall, được tích hợp trong cảmbiến, nhận diện tác động của trường từ này Cảm biến từ Hall là một vật liệu dẫn điện đặc biệt với tính chất từ tích, cho phép tạo ra điện thế Hall theo hướng vuông góc với trường từ bên ngoài và dòng điện chạy qua dây dẫn.
Nguyên lý cảm ứng Hall được áp dụng trong cảm biến điện áp LV25-P, nơi tín hiệu đầu ra là dòng điện thay đổi tương ứng với dòng điện đo qua dây dẫn Tương tự, cảm biến dòng điện LA25-P cũng cho tín hiệu đầu ra là dòng điện thay đổi tỷ lệ với dòng điện đo qua dây dẫn.
Cảm biến sử dụng hiệu ứng Hall vòng kín hoạt động bằng cách cho dòng điện đi qua cuộn dây, tạo ra từ trường vuông góc với dòng điện Từ trường này giống như một thanh nam châm, làm dịch chuyển các electron bên trong thanh Hall, từ đó sinh ra điện áp Hall Điện áp này được khuếch đại để tạo xung đóng ngắt cho hai BJT, giúp dòng điện đầu vào và dòng điện thứ cấp của cảm biến có tỷ lệ liên hệ với nhau qua hệ số Kn.
Hình 3-4: Nguyên lí hoạt động của cảm biến
Cảm biến LA25-P và LV25-P cung cấp tín hiệu đầu ra cho các thiết bị đo lường và hệ thống điều khiển, cho phép đọc và xử lý dòng điện cũng như điện áp trong các hệ thống điện, điện tử và ứng dụng công nghiệp Nhờ nguyên lý cảm ứng từ Hall, các cảm biến này mang lại giải pháp đo lường không tiếp xúc, chính xác và tin cậy cho việc giám sát dòng điện và điện áp.
3.1.3 ứng dụng của cảm ứng từ Hall
Cảm biến Hall được sử dụng phổ biến trong nhiều ứng dụng công nghiệp và kỹ thuật, bao gồm đo lường vận tốc và hướng di chuyển của động cơ, đo lường dòng điện và điện áp trong hệ thống điện, cũng như đo lường trường từ của máy móc và thiết bị điện tử Ngoài ra, cảm biến này còn được áp dụng trong lĩnh vực y khoa và nghiên cứu để đo lường các thông số điện từ.
Cảm biếncảm ứng từ Hall có hai loại phô biến được sử dụng :
• Cảm biến cảm ứng từ Hall đầu ra Analog thường được sư dụng để đo khoảng cách vì đầu ra tuyếntính liên tục.
Nghiên cứu, thiết ké các mạch đo lường dòng, áp
3.2 Nghiên cứu, thiếtkế các mạch đo lườngdòng, áp
3.2.1 Thiếtkế và tính toáncảm biến LV 25-P
3.2.1.1 Tổng quan về cảm biến L V25-P
Trên thị trường hiện nay, có nhiều loại cảm biến điện áp và mô-đun đọc giá trị điện áp Cảm biến điện áp LV25-P của hãng LEM (Thụy Sĩ) sử dụng hiệu ứng cảm ứng từ Hall, mang lại độ chính xác cao, độ tuyến tính tốt, sai số thấp, băng thông rộng và khả năng chống nhiễu tốt, thường được sử dụng trong phòng thí nghiệm và công nghiệp.
For the electronic measurement of currents: DC, AC, pulsed , with galvanic isolation between the primary circuit and the secondary circuit. compliant
Electrical data u Primary nominal current rms 10 mA
Ipv Primary current, measuring range 0 ± 14 mA
Rv Measuring resistance Rfcl irn Rô.’ r-0i with ± 12 V @±10mAWiW 30 190 Í2
IsN Secondary nominal current rms 25 mA
XG Overall accuracy @ Ip**, TA = 25°c @ ± 12 15 V
Io Offset current @ Ip = 0, TA = 25°c ±0.15 mA lor Temperature variation of l0 0’C + 25’C ± 0.06 ± 0.25 mA
♦ 25°c ♦ 70°C ± 0.10 ± 0.35 mA t Response time ° to 90 % of lpf4 step 40 ps
Ro Primary coil resistance @ TA = 70°C 250 Í2
Rg Secondary coil resistance @ TA = 70’C 110 Í2 m Mass 22 g
• Closed loop (compensated) current transducer using the Hall effect
• Isolated plastic case recognized according to UL 94-VO.
To measure voltage accurately, a current proportional to the measured voltage must flow through an external resistor (R), which is chosen by the user and connected in series with the primary circuit of the transducer.
• High immunity to external interference
• Low disturbance in common mode.
• AC variable speed drives and servo motor drives
Hình 3-5: Datasheet cảm biến điện áp LV25-P
Phạm vi đo điện áp sơ cấp V pn 10 500 VAC/DC
Dòng điện sơ cấp IpN 10 mA
Dòng điện đo sơ cấp IpM o ±14 mA
Dòng điện thứ cấp IsN 25 mA Điện áp hoạt động Vc ± 12 15 V
Tỉ lệ chuyển đổi Kn 2500 : 1000 Điện trở đo Rm Rm min Rm max Q
Với ± 15V ở nhiệt độ môi trường
3.2.1.2 Tinhtoán mạch cảm biến điện áp a Thiếtkế các thông số hoạtđộngcủa LV25-P
Trong nghiên cứu này, bộ chuyển đổi điện áp LV 25-P từ LEM được lựa chọn nhờ độ chính xác tuyệt vời, tính năng ổn định cao, băng thông rộng và khả năng chống nhiễu tốt Thiết kế bắt đầu với dòng điện hiệu dụng sơ cấp Ipn là 10mA, trong khi điện áp cần đo ở phía sơ cấp có thể từ 10V đến 500V Sơ đồ bộ chuyển đổi điện áp LV 25-P được trình bày trong Hình 3-6.
Hình 3-6: cấu hình hoạt động của LV25-P
Điện trở đầu vào sơ cấp được ký hiệu là Ri, trong khi điện trở đầu ra thứ cấp là Rm Hệ thống sử dụng điện áp nguồn 1 pha 220V với tần số 50Hz Để vận hành hệ thống đề xuất tại 220V, điện áp DC-link được xác định làm chuẩn Từ đó, biên độ của điện áp DC-link được tính toán dựa trên Vac = 220V.
Bộ chuyển đổi điện áp Vdclink có giá trị V2 là 220V và 311,126 (17) Dạng sóng đầu ra của bộ chuyển đổi này cần khớp với phạm vi tín hiệu tương tự sang kỹ thuật số (ADC) được sử dụng bởi DSPTMS320F28379D Theo bảng dữ liệu, tỷ lệ chuyển đổi của bộ chuyển đổi điện áp LV 25-P là Np/Ns = 2500:1000 Mục tiêu chính là giảm điện áp đầu vào từ 220V xuống 3.3V, với dòng điện RMS sơ cấp là 1 OmA, áp dụng Định luật Ohm.
Do không có điện trở đơn 31112.6Q trong kho, chúng tôi đã chọn 20 điện trở có giá trị 2.2kQ để thay thế Vì vậy, dòng điện danh nghĩa sơ cấp mới sẽ được điều chỉnh dựa trên sự thay thế này.
Dòng điện danh định mới của ĨPN vẫn nằm trong giới hạn kỹ thuật dưới 10mA Công suất tổn hao tối đa trên mỗi điện trở 2,2kΩ có thể được tính toán bằng biểu thức sau.
Pd = (7,071?tl4)2 Điện trở nối tiếp đầu vào 2,2kΩ với định mức 1/8W được chọn Thiết kế tiếp tục ở phía thứ cấp của bộ chuyển đổi điện áp Dựa trên tỷ lệ chuyển đổi từ biểu dữ liệu là Np/Ns = 2500:1000, dòng điện RMS thứ cấp Isn được xác định khi dòng điện RMS sơ cấp được tính toán.
Ipn là 7,071 mA được tính bằng cách sau,
Chọn Rm = 220Q nằm trong khoảng điện trở đo được khuyến nghị trong thông số kỹ thuật của LV25-P Kiểm tra công suất tổn hao trên điện trở,
Pd = (17.677mX)2.220fì = 0.0687 (147) Điện áp ra chân M lúc nàyđược tín như sau,
Điện trở 220D với công suất 1/8W được sử dụng để đo Rm ở phía thứ cấp, cho phép chuyển đổi điện áp hệ thống 220V thành 3,89V trong giá trị biên độ Thiết kế mạch điều hòa tín hiệu của LV 25-P cũng được thực hiện để tối ưu hóa hiệu suất.
Để đạt được điện áp đầu ra Vm, chúng ta sử dụng các mạch khuếch đại opamp để điều chỉnh tín hiệu về mức điện áp có biên độ từ 0-3V, tương ứng với giá trị đọc 12 bit từ DSP.
(0 - 4095) Đầu tiên ta sử dụng mạch khuếch đại đảo đểgiảm VM như Hình 3-7
Hình 3-7: Nguyên lý mạch khuếch đại đảo kết hợp phương pháp chống trôi
Với điện áp đầu vào Vin=VM=3,89V ta mong muốn đầu raVout là dưới 1,5V Đầu tiên ta chọn R2 = IkQ áp dụngcông thức của mạch khuếch đại đảo,
Chọn RI = 3 kQ tương ứng với Vout lúc này là
Ap dụng phương pháp chôngtrôi điện áp đê cho điện áp lệch 0 nhỏ thì R3 áp dụng công thức sao,
3.103.1.1033.103 + 1.103 = 750 n Đe điều chỉnh offset ta dùng kết hợp giữa IC AMS1117-5.0V và IC MCP1525T- I/TT REFvóiđiện áp ngõ ra Vout = 2.5V đểphân áp:
Hình 3-8: Nguyên lý mạch tạo điện áp tham chiếu 2.4V Đeoffset nhóm sử dụng mạch khuếch đại vi sai như hình 3-9,
Hình 3-9: Sơ đồ nguyên lý mạch khuếch đại vi sai
Vói mong muốn nâng điểm0 lênđến 1.5 V từ điện áp đầu vào V2=2,5V để DSPcó thểđọc được sử dụng công thứcmạchkhuếch đại vi sai,
'(R3 +Rl)./?4 (R4 +R2).R1 Khi V1 ở điểm ov ta cần Vout= 1,5V với V2 = 2,5V
Saukhi đượcoffset, điện áp Vout lúc V1 = -1,296 (V), vout = 2,5 (1.103 + 1.103).430
3.2.2 Thiêt kê vàtính toán cảm biên LA25-P
3.2.2 ỉ Tổng quan về cảm bỉếnLA25-P
Cảm biến đo dòng điện LA25-P của hãng LEM (Thụy Sĩ) sử dụng công nghệ cảm ứng từ Hall, mang lại độ chính xác cao và độ tuyến tính tốt Sản phẩm này có sai số thấp, băng thông rộng và khả năng chống nhiễu cao, giúp chuyển đổi tín hiệu dòng điện xoay chiều ở mức cao sang dòng điện ở mức thấp, phù hợp với tín hiệu đầu vào của chip xử lý ADC và DSP TMS320F28379D.
For the electronic measurement of currents: DC, AC, pulsed , with galvanic separation between the primary circuit and the secondary circuit.
ZpN Primary nominal rms current Zp^, Primary current, measuring range Measuring resistance with ± 12 V @±25A tox
@±55A^J ZSN Secondary nominal rms current
K n Conversion ratio uc Supply voltage (± 5 %)
Offset current @ Zp = 0, TA = 25 °C ±0.2 mA
Magnetic offset current '> @ Zp = 0 and specified Ru, after an overload of 3 X ZpN ±0.3 mA
?OT Temperature variation of zo 0 °C + 70 °C ±0.1 ±0.5 mA
Reaction time Hiệu suất cao: Mạch nguồn xung có hiệu suất cao hon so với mạch nguồn tuyến tính.
> Kích thước nhỏ: Mạch nguồn xung thường có kích thước nhỏ hon so với mạchnguồn tuyến tính.
> Giá thành thấp: Mạch nguồn xung có giáthànhthấp hơn so với mạch nguồn tuyến tính cùng khảnăng.
> Độ ổn định thấp: Mạch nguồn xung có độổn địnhthấp hơn sovới mạch nguồn tuyến tính.
> Độ nhiễu cao: Mạchnguồn xung có độ nhiễu cao hơn so với mạch nguồn tuyến tính.
3.3.2 Lựa chọn và tính toán mạch nguồn
Mạch nguồn tuyến tính là lựa chọn tối ưu trong thiết kế, cung cấp điện áp và dòng điện ổn định Điều này đảm bảo thiết bị điện tử hoạt động ổn định trong mọi điều kiện, đặc biệt khi có sự thay đổi ở đầu vào hoặc tải đầu ra.
Mạch nguồn tuyến tính có khả năng chống nhiễu hiệu quả, giúp giảm thiểu hiện tượng nhiễu sóng điện từ (EMI) từ các linh kiện điện tử khác trong hệ thống Điều này không chỉ giảm thiểu ảnh hưởng đến hoạt động của thiết bị mà còn đảm bảo độ chính xác và ổn định trong việc đo lường các thông số điện.
Mạch nguồn tuyến tính cung cấp khả năng cách ly cao giữa đầu vào và đầu ra, đảm bảo an toàn cho người sử dụng và thiết bị điện tử Nhờ vào những ưu điểm này, mạch nguồn tuyến tính được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng yêu cầu độ ổn định và độ chính xác cao, đặc biệt trong các thiết bị đo lường.
Hình 3-29: Sơ đồ nguyên lí mạch nguồn đôi
Mạch nguồn tuyếntính được thiết kế nhằm tạo ranguồnđiện DC cógiá trị +15V và -15V.
Sơ đồ thiết kế nguồn tuyến tính ±15VDC được trình bày trong Hình 3-29 Nguồn điện này cung cấp cho các thiết bị LV25-P và LA25-P, với dòng điện tiêu thụ tính toán là 35 mA, được xác định bởi công thức Ịc = 10 + ỈSN = 10 + 25.
Thiết kế sử dụng 3 LV25-Pvà 3 LA25-P nên dòng điện nguồn phải cung cấp choHalllúc này được tín nhưsau, ỉct = 6 ỉc = 6.35 = 210 (mA)
Dựavào tínhtoán trên thiết kế chọn linh kiện ổn áp có dòng điện định mức là 1,5A
Bộ xử lí tín hiệu số (DSP)
DSP TMS320F28335[13] là một loại vi xử lý kỹ thuật số (Digital Signal Processor
Bộ xử lý tín hiệu số (DSP) TMS320F28335 được sản xuất bởi Texas Instruments, sở hữu cấu trúc lõi kép 32-bit với một lõi C28x chuyên xử lý tín hiệu và một lõi ARM Cortex-M3 cho quản lý hệ thống Lõi C28x đạt hiệu suất lên tới 300 MIPS với bộ nhớ lệnh 256-bit và bộ nhớ dữ liệu 128-bit, cho phép thực hiện các tính năng như bộ chia, bộ nhân, bộ lọc và tính toán số học với độ chính xác cao DSP này còn trang bị bộ nhớ flash lên đến 1MB và RAM 2048 KB, cùng với các cổng giao tiếp ngoại vi như Ethernet, USB, CAN, I2C, SCI, PWM và ADC Nhờ vào những đặc điểm nổi bật này, TMS320F28335 được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như thiết bị y tế kết nối mạng, điều khiển dòng điện, và xử lý tín hiệu âm thanh và hình ảnh.
Bao gồm các chứcchính sau:
• Khối Analog-to-digital (ADCs)
- Chế độ 16-bit có tối đa 12 kênh và có đường truyền nâng lên tới 4.4 MSPS (Milion Samples Per Second)
- Chế độ 12-bit có tối đa 24 kênh và có đường truyền nâng lên tới 14 MSPS (Milion Samples Per Second)
• 24 kênh điều chế độ rộng xung PWM trong đó có 16 kênh điều chế độ rộng xung phân giải cao(HRPWM)
• Khối DAC có3 đầu ra đệm 12-bit
• Có 169 chân GPIO có thể kếtnối bộ lọc bên ngoài
• Có thể mô phỏng giải thuật trên phần mềm Matlab hoặc Psim sau đó nhúng chúng vào DSP
Cùng với nhiều tính năng đa dạng cũng như cấu trúc xử lý lõi kép giúp cho DSP
3.4.2 Sơ đồ xử lý trung tâm CPU
Secure Memories shown in Red
GPIO MUX Input X-BAR Output X-BAR
Hình 3-30: Hệ thống CPU TMS320F28335 và các cổng giao tiếp ngoại vi
Hit ịtìíttíííỉí s f HI I I nil liitllliiH ĩ HỈỈH t ?
Bộ vi điều khiển TMS320F28379 32-bit với cấu trúc lõi kép C28x mang lại hiệu suất hệ thống vượt trội, được thiết kế đặc biệt cho các ứng dụng điều khiển vòng kín như truyền động động cơ, biến tần năng lượng mặt trời, xe điện và xử lý tín hiệu từ cảm biến.
CPU C28x 32-bit được thiết kế cho hệ thống điều khiển thời gian thực, cung cấp hiệu suất 200 MHz trên mỗi lõi, tối ưu hóa xử lý tín hiệu Ngoài ra, CPU còn trang bị TMU giúp tăng tốc độ tính toán cho các phép biến đổi lượng giác, cho phép xử lý nhanh chóng các thuật toán phức tạp trong mã hóa, phép nhân và chia Các thiết bị ngoại vi tích hợp kết nối với CPU cho phép lập trình viên tùy chỉnh cấu trúc điều khiển, tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên và loại bỏ bộ đa xử lý không cần thiết.
Global Shared 16x 4Kx16 GS0-15RAMS
MSG RAM 1Kx16 CPU2 to CPU1
DMACHSRCSEL1 CHx DMACHSRCSEL2.CHX CHx.MODE.PERINTSEL (X = 1 to 6)
SDxFLTy (x = 1 to~2 y = 1 to 4) _"~T~ ■ SOCA (1-12)’ SOCB(1-1 2) ■ ? ! ' MXEVT (A-B) MREVT (Ầ-B) ~ I ] I SPITX (A-cfsPIRX (A-C) I 12L _ ị
Hình 3-31: Sơ đồ khối điều khiển Direct Memory Access (DMA)
MSG RAM 1Kx16 CPU1 to CPU2
- H DMACHSRCSEL1.CHX - > DMACHSRCSEL2.CHX XINT (1-5) ằ
Direct Memory Access (DMA) có 6 kênh độc lập, trong đó kênh 1 được cấu hình với ưu tiên cao hơn 5 kênh còn lại DMA cho phép truyền dữ liệu giữa các thiết bị ngoại vi và bộ nhớ mà không cần thông qua CPU, giúp tiết kiệm băng thông và tăng tốc độ xử lý các chức năng khác.
DMA hoạt động như một yêu cầu kích hoạt từ phần mềm hoặc thiết bị ngoại vi để bắt đầu quá trình chuyển đổi dữ liệu Mỗi kênh DMA cần được cấu hình riêng và bao gồm ngắt PIE, giúp CPU nhận biết khi nào quá trình chuyển DMA bắt đầu hoặc hoàn thành.
Các tính năng chính DMA:
• Nguồn kích hoạt ngoại: CPUtimer, kích hoạt phần mềm, truyền nhận SPI, tínhiệu EPWMxSOC,
• Truyền dữliệu: thanh ghi kết quả ADC, SPI, truyền dữliệugiữa CPU và RAM (IPC RAM)
• Độ phân giải: 16-bit hoặc 32-bit với SPI và McBSP chỉ truyền được 16-bit
3.4.4 Định dạng chân đầu vào, đầura (GPIO)
CPU1 CPU1.CLA CPU2 CPU2.CLA
Direction 01:11 •Peripheral F - 10:xx I—GPIO and Peripherals G-l—
Hình 3-32: Sơ đồ khối mức logic cho một chân
Một chân GPIO có khả năng giao tiếp với tối đa 12 tín hiệu ngoại vi, với mỗi đầu ra được điều khiển bởi thiết bị ngoại vi hoặc một trong bốn CPU: CPU1, CPU1.CLA, CPU2, và CPU2.CLA.
• CổngA tò chân GPIO 0 -GPIO 31
♦ Cổng B từ chân GPIO 32- GPIO63
• Cổng c từ chân GPIO 64 - GPIO 95
• Cổng D từ chân GPIO 96 -GPIO 127
• Cổng F từ chân GPIO 160 -GPIO 1678
Cấu hìnhbật tắt điện trở pull-up ở thanh ghi GPyPUD
Thanh ghi GPYQSELl và GPYSEL2 cho phép cấu hình chân đầu vào đồng bộ với SYSCLKOUT, xác nhận bằng cửa sổ lấy mẫu để giảm thiểu nhiễu đầu vào Đối với đầu vào từ ngoại vi, có tùy chọn cấu hình đầu vào không đồng bộ.
SYSCLKOUT, nếu xem xét đầu vào không đồng bộ với xung hệ thống giúp loại bỏ những sai lệchthời gian, độchính xác truyền dữ liệu.
Thanh ghi GPySET, GPyCLEAR và GPyDAT được sử dụng để lưu trữ giá trị tạm thời trước khi chuyển đổi chân GPIO thành đầu ra Để thay đổi hướng chân GPIO, cần ghi vào thanh ghi GPyDIR, trong đó giá trị mặc định của chân điều khiển đầu ra là bằng không.
3.4.5 Bộchuyển đổi tương tự sangkỹ thuật số
ADp N3 Ặpệ NẶ Ặ5c N5 ẶDỘ N6 Ặộặ N? Ặõệ Nồ
ADCIN? ẠỘCỊNỊỘ Ặõệ NỊĨ Ặpc NỊ2
Hình 3-33: Sơ đồ khối module ADC
Mồđun ADC [13] có độ phân giải 12-bit hoặc 16-bit và bao gồm 2phầnchính:phần lõi và phần bao bọc
Phần lõi gồmMUX chọn kênh, mạch lấy và giữ mẫu (S/H), mạch xấp xỉ liên tiếp, mạch tham chiếu điện áp vàcác mạch hỗ trợ analog.
Quá trình chuyển đổi ADC bắt đầu từ tín hiệu start-of-conversion (SOC), nơi tín hiệu analog được chuyển đổi thành tín hiệu số Sau đó, các giá trị số này được lưu trữ trong thanh ghi kết quả.
Một số tính năng co bản:
Tham chiếu giá trị điện áp bên ngoài thông qua các chân VR.EFHI và VREFLO là rất quan trọng Các giá trị điện áp này cần phải được duy trì ổn định để có thể so sánh chính xác với tín hiệu đầu vào analog trong quá trình chuyển đổi của ADC.
Bộ ghép kênh đầu vào gồm 16 kênh ở chế độ single-ended và 8 kênh ở chế độ differential Chế độ single-ended chỉ cho phép chuyển đổi một tín hiệu analog, trong khi chế độ differential cho phép chuyển đổi hai tín hiệu analog cùng lúc.
Có 16 soc để kích hoạtchuyển đổi ADC
Có thể lưu trữ kết quả chuyển đổi ADC đến 16 thanh ghi kết quả khác nhau. Giúp hệthốngADC xử lý nhiều tín hiệu cùng một lúc.
Hệ thống ADC được trang bị 4 ngắt PIE, cho phép người dùng xử lý các ngắt từ bên ngoài và lập trình thứ tự ưu tiên Tính năng này giúp nâng cao độ chính xác trong các ứng dụng thời gian thực.
Khối xử lý đa năng thực hiện xử lý tín hiệu đầu vào vàtính toán, kiểm soát kết quả mong muốn, bao gồm các khối sau đây:
• Khối hiệu chỉnhtín hiệu đầu vào đảm bảo tín hiệu vào nằm trong phạm yêu cầu, được xử lý một cách chínhxác
• Khối tínhtoán sai sốgiữa giátrị đầu và giátrị mục tiêu đượcthiết lập
• Khối sosánhngưỡng giátrị cao, thấp và giao nhau Cókhảnăngtạo ngắtvà kích hoạt cácchức năng điều chỉnh ePWM
• Khối tínhtoán độ trễ giữa tín hiệu đầu vào và thời điểm mẫu để chuyển đổi chính xác và đưaragiátrị chínhxác
Thi công mạch in PCB
Vói những thông số được tính toán ở trên nguyên lí mạch cảm biến được thiết kế mạch nguyên lí trên phần mềm Altium Design.
3.5 ỉ ĩ Sơ đồ nguyên lí mạch cảm biến điệnáp LV25-P
Hình 3-34: Sơ đồ nguyên lí mạch cảm biến điện áp sử dụng LV25-P
3.5.1.2 Sơ đồ nguyên lí mạch cảmbiếndòng điện LA25-P
Hình 3-35 Sơ đồ nguyên lí mạch cảm biến dòng đện sử dụng LV25-P
3.5.1.3 Sơ đồ nguyên lí mạch nguồn tuyến tính
Hình 3-3Ố: Sơ đồ nguyên lí mạch nguồn điện cung cắp cho mạch cảm biến
3.5.ỉ 4 Sơ đồ mạch ỉn mạch cảm biến
Hình 3-37: Bố trí lóp dưới mạch in của mạch cảm biến
Hình 3-38: Bố trí lóp trên mạch in của cảm biến dòng điện và điện áp 3 pha
Hình 3-39: Bố trí lóp trên mạch in của cảm biến dòng điện và điện áp 3 pha
Hình 3-40: Mô hình 3D của cảm biến dòng điện và điện áp 3 pha
3.5.2 ỉ Sơ đồ nguyên lí ngõ vào DSP
Thiết kế sử dụngZener 3.3V nhằm bảo vệ sự cố khi điện áp đầuvào lón hon 3.3V
3.5.2.2 Sơđô nguyên ỉíkêtnôi với DSP
GPIOO/PWMOUT1A GPIO1/PWMOUT1B GPIO2//PWMOUT2A GPIO3/PWMOUT2B GPIO4/PWMOUT3A GPIO5/PWMOUT3B GPIO24/OPXBARI GPIO16/OPXBAR7 PWM/BASED/DAC1 PWM/BASED/DAC2 LAUNCHXL-F28379D
GND -=-U1.3B GNDJ2 GPIO61/SPIACS GPIO123/SD1CLK1 GPIO122/SD1D1 RESET _J2 GPIO58/SPIAMOSI GP1O59/SPIAMISO GP1O124/SD1D2 GPIO125/SDICLK2 GPIO29/OPXBAR6 LAUNCHXL-F28379D
GP1O6/PWMOUT4A GPIO7/PWMOUT4B GPIO8/PWMOUT5A GPIO9/PWMOUT5B GPIO10/PWMOUT6A GPIO11/PWMOUT6B GPIO14/OPXBAR3 GPIO15/OPXBAR4 PWM/BASED/DAC3 PWM/BASED/DAC4
Hình 3-42: Sơ đồ nguyên lí của DSP28335
3.5.2.3 Sơđồ mạch ỉn mạchkếtnối với DSP
Hình 3-43: Bố trí lớp trên của mạch DSP28335
Hình 3-44: Bố trí lớp dưới của mạch DSP28335
Hình 3-45: Mạch In của DSP28335
Hình 3-46: Mô hình 3D của DSP28335
JLCPCB là một công ty hàng đầu thế giới trong lĩnh vực sản xuất và cung cấp bảng mạch in (PCB - Printed Circuit Board) chất lượng cao Đặt trụ sở tại thành phố Shenzhen, Trung Quốc, JLCPCB đã khẳng định vị thế của mình trong ngành công nghiệp PCB.
OKte'now My lie etrinhOI 028485 w
Swindarri Glcnal Dfwt Una 1O-2f days
Hình 3-47: Đặt mạch cảm biến trên JLCPCB
Standard PCB/PCBA Advanced PCB/PCBA SMT-Stencil 3D Printing Charge Details
Get Special oner by EasvEOApioject >
Flex Aluminum Copper Core Rogers PTFE Teflon
Standard Global Direct Line 10-20 Business days
Hình 3-48: Đặt mạch DSP trên JLCPCB
Sản phâm nhận được sau khi được giacông với JLCPCB.
Hình 3-49: Đặt mạch DSP trên JLCPCB
Hình 3-50: Mạch cảm biến nhận từ JLCPCB 3.5.4 Linh kiện điệntử
Thegioiic là một cửa hàng trực tuyến uy tín chuyên cung cấp linh kiện điện tử và mạch điện tử tại Việt Nam, trở thành địa chỉ tin cậy cho người dùng trong lĩnh vực điện tử.
Bảng 3-5: Bảng mua linh kiện điện tử
STT ID Tên sán phàm Đơn si tính Sổ lượng mua Dơngiá(VND) Thành tièn (VND)
1 23061 PCB-M5 Terminal Hán Mạch 6 Chân Cái 30 7.000 210.000
2 5094 SMA-KE-13.5 Dau RF SMA Dực Dài 13.5mm Chân Thăng Hán PCB Cải 20 4.500 90.000
3 3681 OP07CSZ IC OPAMP General Purpose Amplifier 1 Circuit 600K11Z, 8-SOIC Cái 20 25.800 516.000
4 3395 Nhôm Tán Nhiệt 34x25x12 Hán PCB Màu Đen Cái 10 6.300 63.000
5 11411 US2G SMB Diode Chinh Lưu 2A 400V Cái 20 1.800 36.000
6 3653 Cuộn Cám Xuyên Lỏ 5026-101 IOO u H 3A Cái 10 4.300 43.000
7 9054 Tụ Nhõm SMD 470uF 35V 10x103mm Cái 15 2.700 40.500
8 9267 L78I5CV IC Õn Áp I5V I.5A Cải 5 5.000 25.000
10 13871 MCPI525T-LTTIC Tham Chiếu Điện Áp 2.5V SOT-23 Cải 5 12.000 60.000
11 10996 Cồng DC3 14 Chân 2 Hảng 2.0mm Chân Thăng Cái 5 2.700 13.500
12 3290 LED Đó 1206 Dán SMD Trong Suốt Side View Cái 10 460 4.600
STT ID Tên sản phẩm Đơn vị tính Số lượng mua Đơn giá(VND) Thành tiền (VND)
1 582 Cổng DC3 14 Chân 2 Hàng 2.54mm Chân Thẳng Cái 5 1.800 9.000
2 1021 PC817X2NIP0F Optoisolator Transistor Output 5000Vrms 1 Channel, 4-SMD Cái 4 2.800 11.200
3 21834 Đầu VH-3A 3.96mm 3 Chân Thẳng Xuyên LÒ Cải 6 450 2.700
4 581 Cổng DC3 20 Chân 2 Hàng 2.54mm Chân Thằng Cái 5 1.700 8.500
5 19204 Hàng Rào Cái Đơn 2.54mm 20 Chân 1 Hàng Cao 11.8mm Xuyên Lỗ Cái 4 1.400 5.600
6 18974 Hàng Rào Đực Đôi 2.54mm 80 Chân 2 Hàng Cao 15mm Xuyên Lỗ Cái 2 2.900 5.800
7 10837 MMSZ3V3CW Diode Zener 3.3V 500m w Cái 311 500 15.000
$ 9008 Tụ Nhóm SMD 47uF 25V 6.3x5.4mm Cái 40 880 35.200
9 3290 LED Đó 1206 Dán SMD Trong Suốt Side View Cái 20 460 9.200
10 9054 Tụ Nhôm SMD 470uF 35V 1 Ox 10.5mm Cái 10 2.700 27.000
II 9267 L7815CVIC Ôn Áp 15V 1.5A Cái 2 5.000 10.000
13 13871 MCP1525T-I/TTIC Tham Chiếu Điện Áp 2.5V SOT-23 Cái 2 12.000 24.000
14 5094 SMA-KE-13.5 Đầu RF SMAĐực Dài 13.5mm Chân Thắng Hàn PCB Cái 20 4.500 90.000
15 914 3362P-103 Biến Trớ 10 KOhm 3 Chân Tinh Chinh Top 0.5W Cái 3 2.400 7.200
16 14552 KF-5.08-2-R Terminal Block Plug-in Hàn PCB 2 Chân Cong 5.08mm 300V 15A BỘ(Đực,Cái) 5 2.000 10.000
17 30023 PCT-223A-2P Khớp Nối Dây 2 Khe Bắt Vít 32A400V, Cỡ Dãy 28-12AWG Cái 1 5.500 5.500
1S 13395 Điện Trờ 3.3 KOhm 2512 5% Gói(3con) 10 2.000 20.000
19 34643 PCT-2-2 Khớp Nối Dãy 2 Khe 32A 250V, Cờ Dây 28-12AWG Cái 1 3.500 3.500
20 1743 LM2596HVS Mạch Giảm Áp 3A Cái 2 19.000 38.000
21 3413 Điện Trở 51 Ohm 0805 5% Gói(50con) 2 1.950 3.900
22 2681 Diện Trờ 560 Ohm 0805 1% Gói(50con) 2 2.400 4.800
23 2652 Điện Trở 100 Ohm 0805 1% Gói(50con) 2 2.400 4.800
24 2678 Điện Trờ 330 Ohm 0805 1% Gói(50con) ? 2.400 4.800
25 21861 Dây Bus VH3.96 Cái-Cái 3 Tiếp Điểm 3.96mm Dài 15cm Sợi 3 6.400 19.200
26 5723 Đầu BNC Cái 5 Chân Vuông Góc 90 Độ Hàn PCB Cái 6 14.500 87.000
Hình 3-51: Kết quả thi công mạch cảm biến
Hình 3-52: Kết quả thi công mạch DSP
Hình 3-53: Sơ đồ cấu trúc hoạt động của mô hình 3.6.2 Khai báo biến công suất, chân ADC vàthanh ghi
Tính toán tỉlệscaletừ điện áp đỉnh311.1269V thành 1.296V
Tính toán giá trị meas trong chuơng trình CCS
Bắt đầu từ việc tính toán Measoffset trong hệ đơn vị tương đối (pu) với Voffset = 1.5V, thanh ghi 12 bít của DSP28335D tương ứng với giá trị 4095, đại diện cho điện áp ADC 3V, và được chuyển đổi về hệ đơn vị tương đối (pu) từ 0 đến 1.
Từđiện áp từ cảm biến đặt vào ADC: Vpeak = 2.8V tuơng tụ nhu trên chuyển giátrị thanhghi ADC vềhệ đơn vị (pu)
Vmeas = 2.8.—3 -4095' = 0.9333 (pù) Để dịch mức 1.5V về lại ov tathực hiện trừ giátrị measoffset
Để tăng độ chính xác trong quá trình tính toán, công thức Vmeasl được điều chỉnh theo công thức Vmeasl = Vmeas — Measoffset Cụ thể, với Vmeas là 0.93 và Measoffset là 0.5, ta có Vmeasl = 0.93 — 0.5 = 0.4333 (pu) Khi áp dụng Vmeasl vào tính toán, ta có Vmeasl = 0.43 x 2 = 0.86 (pu), giúp nâng cao độ chính xác trong các phép tính liên quan.
Vậy để giá trị Measl tưong ứng với giá trị điện áp đầu vào Vin ta nhân hệ số V_MAX_SENSE được tín như sau:
Ta có tínhiệu ngõramạch khuếch đại vi sai củacảm biến áp sẽ bằngVout của mạch khuếch đại đảo cộng với Voffset
Vpeak = 2,8 = Vamp 4- Voffset = 1,296 4- 1,5 Như đã tính toán ở trên tacó vpeak = 2,8V tưong ứng với
Kethợp với biểu thức ỏ trên tacó được fVmeasl _ A 3
Mà điện áp ngõ ramạch khuếch đại đảo tỉ lệ với Vin bằng Kop = 240
Vậy hệ số VJMAX-SENSE= 360
Thực hiện quấn 3 vòngxung quanh LA25-P đểtăngđộ chính xác vậy dòng điện cảm ứng lúc này làtừ 5A lên 15A
Tính toán tỉ lệ scale từ dòng điện đỉnh là 15A thành 1.22V
1.22 Tính toán giátrị meas trong chuông trìnhCCS
Bắt đầu ừđiện áp từ cảm biến đặt vào ADC: Vpeak= 2.723V tưong tự như trên chuyển giátrị thanh ghi ADC về hệ đơn vị (pu)
Để chuyển đổi mức 1.5V về giá trị thực, ta thực hiện trừ giá trị measoffset, với công thức ỈLmeasl = ỈLmeas — Measoffset Cụ thể, ỈLmeasl = 0.9076 — 0.5 = 0.4076 (pu) Để tăng độ chính xác trong quá trình tính toán, giá trị Vmeasl được sử dụng giúp giảm độ sai số Lúc này, Vmeasl được tính là Vmeasl = 0.4076 x 2 = 0.8152 (pu).
Vậy để giá trị Measl tương ứng với giá trị dòng điện đầu vào 5A ta nhân hệ số IL_MAX_SENSE như sau
Ta có tínhiệu ngõramạch khuếch đại vi sai củacảm biến áp sẽ bằngVout của mạch khuếch đại đảo cộng với Voffset,
Vpeak = 2,723 = Vamp + Voffset = 1,22 + 1,5 Như đã tính toán ở trên tacó vpeak = 2,8V tương ứng với
2,723 = —-7-—+ 0,5 *—— *4095 k 2 ) 4095 Kếthợp với biểu thức ở trên tacó được
Mà điện áp ngõ ramạch khuếch đại đảo tỉ lệ với Vin bằng Kop = 12,295
Vì số vòngdây quấn quanh LA25-P là 3 vòng nên hệ số IL-MAX-SENSE lúc này sẽ đuợc tín như sau,
Bảng 3-6: Quy ước ADC-MODULE số quy ước ADC
Bảng 3-8: Quy ưóc soc soc Thanh ghi
Mô hình khai báo chân ADCnhư sau
Giả sử dòng điện và điện ápngõ ra của bộcảm biến được đặt vào chân ADC Port 1
ADC-PIN 4 soc AdccResultRegs ADCRESULT3 AdccResultRegs ADCRESULT 5 AdccResultRegs ADCRESULT 7 AdccResultRegs ADCRESULT 9
AdcaResultRegs ADCRESULT10 0x24 AdcaResultRegs ADCRESULT11 0x26 AdcaResultRegs ADCRESULT12 0x28
AdcbResultRegs.ADCRESULT2 AdcbResultRegs.ADCRESULT4 AdcbResultRegs.ADCRESULTÓ AdcbResultRegs.ADCRESULT8
AdcaResultRegs ADCRESULT 0 AdcaResultRegs ADCRESULT 1 AdcaResultRegs ADCRESULT 2 AdcaResultRegs ADCRESULT 3
AdcaResultRegs ADCRESULT 4 AdcaResultRegs ADCRESULT 5 AdcaResultRegs ADCRESULT 6 AdcaResultRegs ADCRESULT 7
AdcbResultRegs ADCRESULT 1 AdcbResultRegs.ADCRESULT3 AdcbResultRegs.ADCRESULT5 AdcbResultRegs.ADCRESULT7
3.6.4 Xử lí giátrị thanhghi ADC
Một ADC được đọc qua 4 soc khác nhau và được chuyền vào 4 thanh ghi ADCRESULT khácnhau Việc đọc 4 thanh ghi cùng 1 lúc sẽ tăngđộ chính xáccủa dữliệu đọcvào
Giá trị trang bình (meas) của điệnápvà dòng điệnđược tính bằng
Me as = READ adc 1 + read ADC2 + read ADC3 + READ adca 1 nfr,
4 4095 7 J Tìm giá trị Offset của dòngđiện và điện áp được tính như sau
Sử dụng bộ lọc low pass filter nhàm giữalại thành phần DC
O - O Hình 3-54: Mạch lọc thông thấp RC
Sử dụng Định luậtKirchhoff, chúng tacó được phươngtrình vi phân vout(.t) = vln(.t) -RC^ at
Thực hiện rời rạchóa hàmtruyềnta có được
VoutW = pv out ựn - 1)0 + (1 - PM Quy ước v n = V 0Ut (nT), v n = V in(nT) và vn = Vi
Từ đó ta có, vn = pvn_t + (1 - p)vn
Với tần số tính toánlà 10kHz
Sử dụng biểu đồ bode chohàm truyền RC trên tacó được
Hình 3-55: Biểu đồ bode mạch lọc thông thấp RC
Chọn tần số cắt là 0.242 Hz thì ứ)0 = 2dB
Thựchiệnmô phỏng bộ lọc thông thấptrên phần mềm PSIM
Hình 3-56: Mô phỏng mạch lọc thông thấp RC
Hình 3-57: Kết quả đạt được của mạch lọc thông thấp RC
Chương trìnhtính giá trị Meas
Meas = ReadADC1 + ReadADC2 +ReadADC3 + ReadADC4 1
Cácgiá trị Meas được tính thành gui để hiện dạngsóng dòng điện và điện áp
Tính toán giá trị hiệu dụngRMS
Hình 3-58: Mô tả tính toán giá trị hiệu dụng
Hình 3-59: Giải thuật tính toán RMS
Công thức tínhtoán giá trịhiệudụng:
Rời rạc hóacông thực trên:
Công thức tínhtoán công suấttác dụng:
Công thức tínhtoán công suât biêu kiên: s = ưrms * ỉrms
Dựa trên kết quả mô phỏng, một mạch phần cứng đã được thiết kế và phát triển ở quy mô phòng thí nghiệm Nhiều thí nghiệm và thử nghiệm đã được thực hiện để xác nhận hiệu suất của hệ thống đề xuất Trong quá trình thử nghiệm, máy biến áp ba pha được sử dụng để tạo ra dạng sóng điện áp xoay chiều, đóng vai trò như điện pha hình sin của lưới điện.
Cảm biến điện áp và cảm biến dòng điện được kết nối theo cấu hình nối tiếp song song, như minh họa trong Hình 3-61 Để tạo ra dòng điện, tải trở 50 Ohm được mắc nối tiếp Điện áp xoay chiều được tăng dần từ 0V cho đến giá trị cực đại là 220V.
Hình 3-60: Tải trở nấu nước đấu nối 50Q/12kW
Hình 3-ốl: Sơ đồ đấu nối mô hình phân tích thông số điện
Kếtquả thực hiện đấunốitheoSO' đồ trên được thể hiện trong hình 3-62:
Hình 3-Ố2: Thực hiện đo kiểm chúng với tải trở 3 pha 50 Ohm
3.7.1 Ket quả dạng sóng trên OSCILLOSCOPE
Hình 3-63 minh họa dạng sóng màu vàng biểu thị điện áp pha lưới với điện áp đỉnh 105V và tần số 50Hz Dạng sóng điện áp đầu ra từ bộ chuyển đổi điện áp LV 25-P được thể hiện bằng sóng màu xanh dương, có giá trị đỉnh 1.2V Dạng sóng đầu ra của LV 25-P được tạo ra cùng pha với điện áp pha lưới Hình 3-64 cho thấy dạng sóng điện áp đầu ra từ bộ chuyển đổi dòng điện LV 25-NP được biểu thị bằng sóng màu xanh lá Cả hai dạng sóng này đều cho thấy sự tương đồng tốt giữa chúng nhờ hình dạng gần giống nhau.
Hình 3-63: Dạng sóng điện áp được tạo ra từ máy biến áp so LV25-P
Dạng sóng dòng điện được tạo ra từ tải trở 50 Ohm so với LA25-P thể hiện sự chuyển đổi tín hiệu đầu vào cho mạch điều hòa tín hiệu thông qua bộ khuếch đại đảo Opamp 0p07 Bộ chuyển đổi LV 25-P và LA 25-NP cung cấp dạng sóng đầu ra với chi phí thấp và tốc độ cao Hình 3-65 và 3-66 cho thấy màu vàng của dạng sóng tín hiệu, biểu thị dạng sóng đầu ra từ khuếch đại đảo của cảm biến điện áp LV25-P và cảm biến dòng điện LA25-P.
Hình 3-65: Dạng sóng ngõ raLV25-P so với mạch khuếch đại đảo
Hình 3-66: Dạng sóng ngõ ra LA25-P so với mạch khuếch đại đảo
Tất cả các dạng sóng được tạo ra đều cùng pha và giống nhau ở dạng hình sin, giao nhau tại điểm 0 Dạng sóng điện áp có màu vàng và dạng sóng dòng điện màu xanh lá được dịch mức 1,5V từ mạch điều hòa tín hiệu, đạt được nhờ mạch khuếch đại vi sai ADC cho DSP TMS320F28335 chỉ có thể đọc giá trị điện áp từ 0V đến 3V.
Hình 3-67: Dạng sóng ngõ ra của cảm biến điện áp
Hình 3-68: Dạng sóng ngõ ra của cảm biến dòng điện
Tất cả các dạng sóng dòng điện và điện áp 3 pha đều lệch pha nhau 120°, với hình dạng sóng giống hệt nhau ở dạng hình sin và giao nhau tại điểm 0 Hơn nữa, như trong Hình 5-69 và 5-70, dạng sóng điện áp đầu ra được tạo ra từ mạch điều hòa tín hiệu đã được dịch mức 1,5V, đạt được nhờ áp dụng mạch khuếch đại vi sai ADC của DSP TMS320F28335 chỉ có thể đọc giá trị điện áp tương tự trong khoảng từ 0V đến tối đa 3V.
Hình 3-69: Dạng sóng điện áp đầu ra 3 kênh LV25-P
Hình 3-70 minh họa dạng sóng dòng điện của ba kênh LA25-P, cho thấy điện áp offset ở cả ba kênh là đồng nhất Cụ thể, điện áp offset Voffset được đo thực tế là 1,5V, như thể hiện trong Hình 3-71 đối với cảm biến điện áp và Hình 3-72 đối với cảm biến dòng điện, khi không có điện áp và dòng điện.
Hình 3-71: Dạng sóng offset 3 kênh điện áp LV25-P
Hình 3-72 minh họa dạng sóng offsets kênh dòng điện LA25-P, cho thấy độ lệch pha giữa dòng điện và điện áp của tải R Cảm biến ghi nhận rằng dạng sóng dòng điện và điện áp không có độ lệch, điều này được thể hiện rõ qua Hình 3-73 và Hình 3-74.
Hình 3-73: Dạng sóng dòng điện ngố ra so với điện áp ngõ ra chưa offset
Hình 3-74: Dạng sóng dòng điện ngõ ra so với điện áp ngõ ra đã offset
3.7.2 Đặc tuyến ngõra củacảm biến
Độ tuyến tính của dạng sóng tín hiệu đầu ra là một yếu tố quan trọng trong thiết kế mạch đo Kết quả từ quy trình thử nghiệm cho thấy nguyên mẫu mạch đo đề xuất có khả năng cung cấp độ tuyến tính dạng sóng xuất sắc, như minh họa trong Hình 3-75 và Hình 3-76.
Debug 8 F > 1 fi Texas Instruments XOS1DO/2 USB Debug Probe WC2jltRegi.AĐCRES'JLT2
I mput.ptrl-OxOOOOBOM 1-93.39- struct ôunnamed
Alpha.5tate_Ptr = SAO; ô• v2Meas I* v3Meas disablePWHCLKCountlngO ; configure 3phViennaPWM(PMH_NO,PFC3PH_PWt_PERIOO); o Console a pk3phviei
C28XX CPU1: GEL Output: il2Meô w it3Me*s W- vtMeas iUMeMOmet
•0353258431 0.241952538 0.490320086 float unsigned mt unsigned mt unsigned mt float float float te- guilrmsỉ
Address 0x00000303® Data PxOOOOBli8@OaM OxOOOOBOSEÔData 0x0000806 6^'Data 0x00008044® Data 0)t000060dA@Da:a OxOOOOB04Cô-tota 0x00000801 ®Data Dx00000302®Data 0x0000G603@Data
0x00008026®0a:a OxOOOOB044ằData OxtX3OOBO2A®Data OxOOOQB06O®Data OxơX>06OỐ2âData OxOOOO6O840Data OxOOOOB07A®Data OxOOOOB07C®Dau OxOCOO B07E®Data OxOOOOB072fPData OxOOOOB074®Dala 0x0000B076@Data CxOOOOBOSrSOara OxOOOOB028ôData OxOOOOBOTAỘData Oxũ000802C@Data ữ
Kết quả phân tích trên phần mềm CCS cho phép xem dạng sóng đầu vào theo thời gian thực, mang lại độ chính xác cao trong việc hiển thị các thông số Điều này giúp người dùng không cần sử dụng các thiết bị đo lường bên ngoài để thu thập dữ liệu.
Hình 3-78: Dạng sóng dòng điện và điện áp trên CCS
3.7.4 ứngdụng trongđiện tử công suất
Mạch cảm biến không chỉ đo đạc chính xác mà còn đáp ứng tần số cao cho các hình dạng sóng như sine, tam giác cân, vuông và tam giác vuông Thí nghiệm kiểm tra khả năng đáp ứng tần số được thực hiện qua thiết bị APS 1000, có khả năng cung cấp giá trị dòng điện hoặc điện áp với biên độ, tần số và hình dạng mong muốn APS 1000 được thiết kế để đảm bảo độ chính xác và ổn định, phù hợp với các yêu cầu trong lĩnh vực công nghiệp và nghiên cứu.
Hình 3-79: Thực nghiệm kiểm chứng khả năng đáp ứng tần số cao
Kết quả thựcnghiệm cho thấy khảnăng đáp ứngcủa mạch cảm biến sửdụng
LV25-P và LA25-P ở tần số dưới 20 kHz ở các sóng khác nhau
Kết quả đo với dạng sóng tần sốlần lượt 500 Hz, 500 kHz, 10 kHz, 20 kHz được hiển thị qua các hình dưới đây
3.7.4 ỉ Thực nghiệm đáp ứng với điệnáp dạng sóng Sine
Hình 3-80: Dạng sóng sine tần số 500 Hz
Hình 3-81: Dạng sóng sine tằn số 5 kHz
Hình 3-83: Dạng sóng sine tần số 20 kHz
Kết quả cho thấy đối với sóng dạng hình Sine Cảm biến vẫn giữ đượchìnhdạng và khả năng đáp ứng tần số cao.
3.7.4.2 Thực nghiệm đáp ứng với điện áp dạng sóng vuông
Hình 3-85: Dạng sóng vuông tằn số 5 kHz
Hình 3-86: Dạng sóng vuông tằn số 10 kHz
Hình 3-87: Dạng sóng vuông tần số 20 kHz