Lập trình cho vi điều khiển TMS320LF2407A điều khiển động cơ không đồng bộ

NHẠN XET CUA GIAO VIEN PHAN BIẸN NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN 21 SVTH:Trần Nguyễn Quang Tùng Lời CẤM ƠN Tôi xin gửi lời cảm 071 chân thành đến quỷ Thầy Cô trường Đại Học Bách Khoa Tp Hồ Chỉ Minh, người dìu dắt tận tình, truyền đạt cho kiến thức kinh nghiệm quỷ báu suốt thời gian học tập trưòng Tôi xin trân trọng gửi lời cảm ơn đến tất Thầy, Cô Bộ môn Cung cấp Điện đặc biệt thầy Lê Minh Phương, thầy Phan Quốc Dũng tận tình hướng dẫn, SVTH:Trần Nguyễn Quang Tùng TÓM TẮT LUẬN VĂN MỤC ĐÍCH LUẬN VĂN: • Tìm hiểu tổng quan vi điều khiển TMS320LF2407A hãng Texas Instruments • Các phuơng pháp điều khiển động không đồng • Lập trình cho vi điều khiển TMS320LF2407A điều khiển động không đồng • Thiết kế phần cứng board mạch THÒI GIAN THựC HIỆN SVTH:Trần Nguyễn Quang Tùng MỤC LỤC CHƯƠNG 1: GIỚI THIÊU VẺ ĐÔNG co KHỐNG ĐÒNG Bờ Tổng quan máy điên đồng bô 1.1.1 Nguyên lý làm việc: 1.1.2 Cấu tao 1.1.3 ứng dung 10 1.2 ứng dụng động không đồng 10 1.3 Khả dùng đông xoay chiều thay máy điên môt chiều: 10 1.4 Kết luân: 11 1.1 CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT VẢ PHƯƠNG PHẢP ĐIỀU KHIỂN 13 Giới thiêu biến tần nguồn áp điều khiển theo phương pháp v/f 14 Phương pháp điều khiển v/f .14 2.2.1 Phương pháp E/f .14 2.2.2 Phương pháp Ỵ/f v v 15 2.3 Phương pháp điềư chế vectơr không gian điều khiển đông không đồng bô dang V/F: .16 2.3.1 Thành lâp vector không gian: 17 2.3.2 Tính toán thời gian đỏng ngất: 20 2.3.3 Phân bố trang thái đỏng ngắt: 22 2.3.4 Kỹ thưât thưc hiên điều chế vectơr không gian: .22 2.3.5 Giản đồ đỏng ngất khỏa để tao Vector không gian sector: 22 2.1 2.2 CHƯƠNG 3: GIỚI THIÊU TỎNG ƠUẢT VẺ DSP TMS320LF2407A .25 T ồng qưan vi điềư khiển TMS320LF2407A 26 3.2 Phân vùng bô nhở .28 3.2.1 Bô nhớ chương trình .29 3.2.2BÔ nhớ RAM 30 3.2.3Vùng nhớ giao tiếp ngoai vi 31 3.3 Chức chân (Trích từ Data Sheet) .32 3.4 Phần mềm 42 3.4.1 Thanh ghi thống 42 3.4.2 Ngắt 48 3.4.3 Qưản lý sư kiên (EV1 53 a Các ghi Event Manager (EV): 53 b Timers .55 c PWM 59 d Dead Band 63 e Encoder .65 3.4.4 ADC 68 3.1 CHƯƠNG 4: sơ ĐÒ KHỎI VẢ GIẢI THUÂT ĐIỀU KHIỂN 76 Sơ đô khôi 77 4.1.1 Phương pháp V-F vòng hở, khỏi dộng mềm 77 4.1.2 Phương pháp V-F vòng kín .78 4.2 Giải thưật diềư khiển 79 4.1 SVTH:Trần Nguyễn Quang Tùng Chương trình 85 Các ngắt .88 c KhâuPI 90 a b CHƯƠNG 5: THIẾT KÉ PHẦN CỨNG 91 Card điều khiển DSP 92 5.1.1 Mạch nguyên lý .92 5.1.2 Mach Layout 93 5.2.3 Mach thi công 94 5.2 Mach lái 95 5.2.1 Mach nguyên lỵ .95 5.2.2 Mach Layout 96 5.2.3 Mach thi công 97 5.3 Mach đông luc 98 5.3.1 Mach nguyên lý .98 5.3.2 Mach Layout 99 5.2.3 Mach thi công 100 5.4 Mạch nguồn DC .101 5.4.1 Mach nguyên lý .101 5.4.2 Mach Layout 101 5.2.3 Mach thi công 102 5.5 Đông 103 5.5.1 Hình chup 103 5.5.2 Thông số 103 5.6 Kết .104 5.6.1 Mạch thi công 104 5.6.2 Xung đóng ngắt trẽn pha 105 5.6.1 Điên áp pha tái 106 5.6.2 Điên áp dây tải .107 5.1 CHƯƠNG 6: GIAO TIẾP VÓI MẢY TÍNH 108 Phần mềm - Giải thuât 109 Phần cứng .112 Kết 112 6.3.1 Giao diên Visual Basic 6.0 .112 6.3.2 Cách thức hoat đông 114 6.1 6.2 6.3 CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIÊN ĐÈ TÀI 115 SVTH:Trần Nguyễn Quang Tùng CHƯƠNG GIỚI THIỆU VÊ ĐỘNG SVTH:Trần Nguyễn Quang Tùng Cùdb - ~±~ = _ { r a d / s ) p p CHƯƠNG 1: GIÓI THIỆU VÈ ĐỘNG KHÔNG ĐỒNG Bộ l.l.TỎNG ƠUAN VẺ MẢY ĐIÊN KHỐNG ĐÒNG Bờ Hìnhl.l: Nguyên lý hoạt động động Khi nam châm điện quay (tốc độ ni vòng/ phút) làm đường sức từ quay cắt qua cạnh khung dây cảm ứng gây nên sức điện động E khung dây Sức điện động E sinh dòng điện I chạy khung dây Vì dòng điện nằm từ trường nên từ trường Vì n < ni nên gọi không đồng ĐCKĐB ba pha có dây quấn ba pha phía stator, Roto ĐCKĐB dây quấn ba pha có số cực lối thép Roto Khi Stator cung cấp nguồn ba pha cân với tần số f, từ trường quay với tốc độ Trong : p - số đôi cực ^ - tần số góc nguồn ba pha cung cấp cho động cơ: ^ Nếu tốc độ quay roto ^ , độ sai lệch tốc độ từ trường quay stator roto là: Trong ữ>d gọi Thông số s gọi độ trượt, ta có: tốc độ trượt Vì có tốc độ tương đối roto từ trường quay stator , điện áp cảm ứng ba pha sinh roto Tần số điện áp tỉ lệ với độ trượt theo công thức : SVTH:Trần Nguyễn Quang Tùng m : giá trị đỉnh sức từ động roto Moment động sinh ra: ^‘r: góc lệch pha giữaMsức từ động roto sức từ động khe hở không khí = ~p2ậmFmsinổr 1.1.2 Cau tạo Trong : a) : từ thông tróen cực (Wb) Phần tĩnh (Stato) F Stato có cấu tạo gồm vỏ máy,lỏi sắt dây quấn * Vỏ máy Vỏ máy có tác dụng cố định lõi sắt dây quấn, không dùng để làm mạch dẫn từ Thường vỏ máy làm gang Đối với máy có công suất tương đổi lớn ( 1000kW ) thường dùng thép hàn lại làm thành vỏ máy Tuỳ theo cách làm nguội máy mà dạng vỏ khác *Lõi sắt Lõi sắt phần dẫn từ Vì từ trường qua lõi sắt từ trường quay nên để giảm tổn hao lõi sắt làm thép kỹ thuật điện ép lại Khi đường kính lõi sắt Hìnhl.2: Lá thép kỹ thuật điện *Dây quấn Dây quấn stator đặt vào rãnh lõi sắt cách điện tốt với lõi sắt b) Phần quay (roto) Rotor có loại : rotor kiểu dây quấn rotor kiểu lòng sóc SVTH:Trần Nguyễn Quang Tùng Rotor dây quấn : Rôto có dây quấn giống dây quấn stator Dây quấn pha rôto thường đấu hình ba đầu nối vào vành trượt thường làm đồng đặt cố định đầu trục thông qua chổi than đấu với mạch điện bên Đặc điểm thông qua chổi than đưa điện trở phụ hay suất điện động phụ vào mạch điện rôto để cải thiện tính mở máy, điều chỉnh tốc độ cải thiện hệ số công suất máy Khi máy làm việc bình thường dây quấn rotor nối ngắn mạch Nhược điểm so với động rotor lòng sóc giá thành cao, khó sử dụng môi trường khắc nghiệt, dễ cháy nổ Rotor lồng sóc : Ket cấu loại dây quấn khác với dây quấn stator Trong rãnh lõi sắt rotor đặt vào dẫn đồng hay nhôm dài khỏi lõi sắt nối tắt lại hai đầu hai vành ngắn mạch đồng hay nhôm làm thành lồng mà người ta quen gọi lồng sóc c) Khe hở không khí Vì rotor khối tròn nên khe hở Khe hở máy điện không đồng nhỏ để hạn chế dòng điện từ hóa lấy từ lưới làm cho hệ sổ công suất máy cao 1.1.3 ứng dụng: Máy điện không đồng loại máy điện xoay chiều chủ yếu dùng làm động điện Do kết cấu đơn giản, làm việc chắn, hiệu suất cao, giá thành hạ nên động không đồng loại máy dùng rộng rãi Trong đời sống hàng ngày, động không đồng ngày chiếm vị trí quan trọng với nhiều ứng dụng cộng nghiệp, nông nghiệp đời sống hàng ngày 10 SVTH:Trần Nguyễn Quang Tùng rãi ngành kinh tế quốc dân với công suất từ vài chục đến hàng nghìn kw Trong công nghiệp, động không đồng thuờng đuợc dùng làm nguồn động lực cho máy cán thép loại vừa nhỏ, cho máy công cụ nhà máy công nghiệp nhẹ Trong nông nghiệp, đuợc dùng làm máy bơm hay máy gia công nông sản phẩm Trong đời sổng ngày, động không đồng ngày chiếm vị trí quan trọng với nhiều ứng dụng như: quạt gió, động tủ lạnh, máy quay dĩa, Tóm lại, với phát triển sản xuất điện khí hóa tự động hóa, phạm vi ứng dụng động không đồng ngày rộng rãi So với máy điện DC, việc điều khiển máy điện xoay chiều gặp nhiều khó khăn thông số máy điện xoay chiều thông số biến đổi theo thời gian, chất phức tạp mặt cấu trúc máy động điện xoay chiều so với máy điện chiều Cho nên việc tách riêng điều khiển moment từ thông để điều khiển độc lập đòi hỏi hệ thống tính toán cực nhanh xác việc qui đổi giá trị xoay chiều biến đơn giản Vì vậy, gần đây, phần lớn động xoay chiều làm việc với ứng dụng có tốc độ không đổi phương pháp điều khiển trước dùng cho máy điện thường đắt có hiệu suất Động không đồng không tránh khỏi nhược điểm 1.3 KHẢ NĂNG DÙNG ĐÔNG XOAY CHIỀU THAY THÉ MẢY ĐIÊN MỜT CHIỀU; Những khó khăn việc ứng dụng động xoay chiều làm để dễ dàng điều khiển tốc độ việc điều khiển động DC Vì vậy, ý tưởng việc biến đổi máy điện xoay chiều thành máy điện chiều phương SVTH:Trần Nguyễn Quang Tùng 11 b Các ngắt: Ngắt Timer3: Cứ 200ms tạo ngắt lần để gửi tốc độ hồi tiếp vào máy 82 SVTH:Trần Nguyễn Quang Tùng Ngắt Timer4: Cứ Àt= 250|XS tạo ngắt lần để đọc Encoder tính tốc độ Ngắt Dừng Time2 i 83 SVTH:Trần Nguyễn Quang Tùng c Hàm ramp: Hàm ramp khởi động mềm, sau khoảng thời gian tốc độ tăng lên 84 SVTH:Trần Nguyễn Quang Tùng 4.2.2 Phương pháp v/f vòng kín 85 SVTH:Trần Nguyễn Quang Tùng 86 SVTH:Trần Nguyễn Quang Tùng Sector = 87 Đúng SVTH:Trần Nguyễn Quang Tùng b Các ngắt: Ngắt Timer3: Cứ 200ms tạo ngắt lần để gửi tốc độ hồi tiếp vào máy tính 88 SVTH:Trần Nguyễn Quang Tùng Ngắt Timer4: Cứ Àt= 250|XS tạo ngắt lần để đọc Encoder tính tốc độ Tính tốc đô y hồi tiếp J 89 SVTH:Trần Nguyễn Quang Tùng c Khâu PI: Hàm PI có tác dụng làm cho đáp ứng tốc độ tức thời nhuyễn Từ hệ thức: Out_PI = Kp*Error(t) + Ki* I Error(t)dt, ta rời rạc hóa ta được: k Out_PI = Kp*Error(t) +KĨ *^Error(k) Cách thức tìm Kp, Ki: Ta tìm Kp, Ki theo hai nguyên tắc sau: _ Kp lớn sai số xác lập nhỏ kéo theo độ vọt lố cao _ Ki có tác dụng giảm sai số xác lập, thời gian xác lập giảm 90 SVTH:Trần Nguyễn Quang Tùng CHƯƠNG THIẾT KỂ PHẦN CỨNG 91 SVTH:Trần Nguyễn Quang Tùng CHƯƠNG 5: THIẾT KÉ PHẦN CỨNG 5.1 CARD ĐIỀU KH1ẺN DSP 92 SVTH:Trần Nguyễn Quang Tùng 5.1.2 Mạch Layout: •ỊV ANALũự!,«»»»♦♦» f V—:2k isipp: fe:ĩ=gH!fgra';ị ===jp^=-h- ■ i ì±ụmlw* ► ••[•èéè;##*#*K\I_rẠLĨlỆ ĩ 93 SVTH:Trần Nguyễn Quang Tùng 5.1.3 Mạch thi công 94 SVTH:Trần Nguyễn Quang Tùng 5.2 MACH LẢI 5.2.1 Mạch nguyên lý: 95 SVTH:Trần Nguyễn Quang Tùng 5.2.2 Mạch Layout: 1DBT1 1GB12 1GBT3 ] DBT 1Ũ8T5 1GBT6 < 83.19 * 96 SVTH:Trần Nguyễn Quang Tùng [...]... hệ quy chiếu quay do điều này đòi hỏi một khối lượng tính toán trong một thời gian ngắn Sự phát triển của những mạch vi xử lý đã làm thay đổi vi c ứng dụng của lý thuyết điều khiển vector Khả năng tối ưu trong điều khiển quá độ của điều khiển vector là nền móng cho sự phát triển rộng rãi của các hệ truyền động xoay chiều (vì giá thành của động cơ xoay chiều rất rẻ hơn so với động cơ một chiều) Ngoài... với tỉ số a (atOđm, aVđm, khả năng mang động aX), Ta có Vì vậy, khi giảm tần số nguồn cung cấp cho động cơ nhỏ hơn tần số định mức thường đòi a.s ,a < 1 M=• P-l I P-2 Với Lm f - tần là điện số làm cảm vi c mạch của từ động hóa .cơ, f 1 +á Và moment cực đại ở tần số f: ,a > 1 Vĩ _«,±V^+«2(X.+^) _ Sau đây là đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa moment và điện áp theo tần số phương pháp điêu khiên V/f=const Hình 2.1: Quan hệ giữa moment và điện áp theo tần số 2.3 Phương pháp điều chế Vector không gian trong điều khiển động cơ không đồng bộ dạng... số nguyên biên độ nguồn áp cấp cho động cơ sẽ làm cho mạch từ của động cơ bị bão hòa Điều này dẫn đến dòng từ hóa Và moment cực đại ở chế độ định mức: tăng, méo dạng điện áp và dòng điện cung cấp cho động cơ gây ra tổn hao lõi từ, tổn hao Mmi đồng trong dây quấn Stator Ngược lại, nếu từ thông giảm dưới định mức sẽ làm giảm sẽ làm giảm Khi thay các giátảitrịcủa định mứccơ bằng giá trị đó nhân với tỉ... lại là hằng sổ Như vậy, khi hoạt động ở tần sổ cao, giá trị (Xi+X2’)>:> Ri/a, sụt áp trên Ri rất nhỏ nên giá trị E suy giảm rất ít dẫn đến từ thông được giữ gần như không đổi Moment cực đại của động cơ gần như không đổi 14 15 SVTH:Trần Nguyễn Quang Tùng vđm • Để bù lại sự suy giảm từ thông ở tần số thấp Ta sẽ cung cấp them cho động cơ một điện áp U0 để cung cấp cho động cơ từ thông định mức khi f=0 Từ... động cơ một chiều) Ngoài những phát triển trong điều khiển vector, một sự phát triển đáng chú ý khác chính là vi c ứng dụng mạng neural (neural networks) và logic mờ (fìizzy logic) vào điều khiển vector đang là những đề tài nghiên cứu mới trong nghiên cứu hệ truyền động Hai kỹ thuật điều khiển mới này sẽ tạo nên những cải tiến vượt bực cho hệ truyền đồng của máy điện xoay chiều trong một tương lai... được thay bằng phương pháp V/f=const không đòi hỏi nhiều thiết bị cảm biến nên chi phí thấp Trong phương pháp V/f=const (gọi ngắn là v/f), như đã trình bày ở trên thì tỉ số Tốc độ của ĐCKĐB tỉ lệ trực tiếp v/fvới tần số nguồn cung cấp Do đó, nếu được thay đổi tần số của nguồn cung cấp cho động cơ thì cũng sẽ thay đổi được tốc độ đồng bộ, và tương ứng là tốc độ của động cơ M= “đb (x, + x Ri mà + vẫn giữ... phát triển của bộ vi xử lý bán dẫn (semiconductor microprocessor) điều Với sự phát triển mạnh của các bộ biến đổi điện tử công suất, một lý thuyết khiển 12 SVTH:Trần Nguyễn Quang Tùng CHƯƠNG 2 LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG 13 SVTH:Trần Nguyễn Quang Tùng m fđm'27TLm a 3 ' rđm Vẳn cođbRi' ±\ RỈ + (x1+x2) vLt 1 'max CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐIÊU KHIỂN Như vậy từ thông động cơ được giữ không đổi khi tỉ... giữ không đổi (E/f = const) 2.2.2 Phương pháp v/f 2.1 GIÓI THIÊU VẺ BIỂN TẰN NGUỒN ÁP ĐIỀU KHIỂN THEO Tuy nhiên trong thực tế, vi c giữ từ thông không đổi đòi hỏi mạch điều khiển PHƯƠNG PHÁP V/F rất phức tạp Neu bỏ qua sụt áp trên điện trở và điện kháng tản mạch stator, ta có thể xem như Được sử dụng hầu hết utrong các biến tần hiện nay~ vì phần cứng và giải thuật E giản; Khi đóđơn nguyên tắc điều khiển ... hiểu tổng quan vi điều khiển TMS320LF2407A hãng Texas Instruments • Các phuơng pháp điều khiển động không đồng • Lập trình cho vi điều khiển TMS320LF2407A điều khiển động không đồng • Thiết kế... Phương pháp điều chế Vector không gian điều khiển động không đồng dạng V/F: Có nhiều phương pháp để điều khiển nghịch lưu áp để tạo điện áp có biên độ tần số mong muốn cung cấp cho động cơ. Trong... cung cấp cho động thay đổi tốc độ đồng bộ, tương ứng tốc độ động M= “đb (x, + x Ri mà + giữ Tuy nhiên, thay đổi tần số nguyên biên độ nguồn áp cấp cho động làm cho mạch từ động bị bão hòa Điều dẫn