Thiết kế USP cứu hộ cho thang máy

hướng và giữ chặt cabin. Đa số trường hợp thì các bộ hãm bảo hiểm được dẫn động từ một cáp phụ, cáp này vắt qua puli của bộ hạn chế tốc độ kiểu ly tâm. Khi tốc độ cabin tăng cao hơn giới hạn nhất định thì bộ hạn chế tốc độ sẽ phanh puli và làm cáp dừng. Cáp này khi hạ cabin sau đó sẽ tác động vào bộ hãm bảo hiểm liên hệ với nó. 1.2. Nguyên lý làm việc của hệ thống điều khiển. Kiểu điều khiển bằng nút bấm đối với thang máy là kiểu phổ biến. Khi đó việc mở máy thang máy được tiến hành bằng cách nhấn nút bấm của tầng tương ứng. Việc dừng cabin tại tầng xác định xảy ra một cách tự động. Khí cụ điều khiển thang máy bao gồm: các công tắc tơ, rơle, các bộ phận chuyển mạch tầng, bộ ngắt điện đầu mút và hành trình, các công tắc…, thiết bị mở máy và khoá truyền thang máy. Các mạch điện thang máy có thể được chia ra làm hai nhóm: Mạch dòng chính trong đó có lắp động cơ Mạch điều khiển trong đó có lắp khí cụ dùng để mở máy, dừng động cơ và phần chính khí cụ bảo vệ. Các mạch dòng phụ làm việc với dòng điện xoay chiều hay một chiều điều điện áp không quá 220V. Trường hợp đầu thì mạch điều khiển được mắc trực tiếp vào lưới hoặc qua bộ biến áp. Trường hợp hai thì mạch điều khiển nhận dòng điện qua bộ nắn dòng (bộ chỉnh lưu). Trên hình 1.1 trình bày sơ đồ mở máy động cơ điện không đồng bộ rôtô lồng sóc một tốc độ. Trong sơ đồ này, dòng điện đi qua cầu dao chính, bộ lọc tụ điện (để bảo vệ mạch tránh xâm nhập của nhiễu vô tuyến), qua bộ ngắt tự động đến các tiếp điểm B và H và sau đó đi vào các đầu dây động cơ stato của động cơ. Sự mở máy và dừng động cơ được tiến hành nhờ có bốn tiếp điểm B và H được lắp trực tiếp vào hai pha của lưới. Sự đóng các tiếp điểm này khi mở máy động cơ được thực hiện nhờ có các rơ le phụ được lắp vào mạch điều khiển. Khi đóng mạch các tiếp điểm B vào các đầu dây C1 và C2 thì các pha A và C không được đóng mạch và động cơ quay theo theo chiều nâng. Khi đóng mạch các tiếp điểm H thì vị trí của các pha A và C thay đổi và tương là thay đổi chiều quay của động cơ. Nam châm điện điều khiển phanh T và cũng được lắp vào mạch chính. Hình 1.1: sơ đồ mở máy động cơ Hình 1.2: sơ đồ mở máy động cơ điện không đồng bộ một tốc độ điện không đồng bộ một tốc độ Trên hình 1.2 trình bày sơ đồ mở máy động cơ hai tốc độ. Trong trường hợp này mạch động lực có lắp 8 tiếp điểm, trong đó có 4 tiếp điểm B và H dùng để chuyển đổi động cơ từ hành trình thuận sang hành trình ngược lại và các tiếp điểm còn lại dùng để chuyển đổi các cuộn dây khi thay đổi số vòng quay của động cơ (các cuôn dây tốc độ nhanh N và tốc độ chậm M ). Khi động cơ làm việc theo chiều nâng cabin thì đầu dây C1 của cuộn dây tốc độ nhanh của stator qua các tiếp điểm N và B được mắc vào pha B, đầu dây C2 qua tiếp điểm B được mắc vào pha A, đầu dây C3 qua tiếp điểm N được mắc vào pha C. Khi cabin chuyển động xuống dưới thì vị trí của các pha A và B thay đổi và tương ứng là thay đổi chiều quay của động cơ. Trước khi dừng cabin thì các tiếp điểm tốc độ chậm M được đóng mạch và các tiếp điểm tốc độ nhanh N được ngắn mạch. Sự chuyển đổi động cơ sang số vòng quay thấp hơn trong sơ đồ này được xem xét trước chỉ trong trường hợp cabin chuyển động theo chiều hạ. 1.3. Các thông số cơ bản và tính toán năng suất của thang máy. - Các thông số cơ bản: chiều cao nâng, sức nâng danh nghĩa và tốc độ chuyển động của cabin. Sức nâng danh nghĩa của thang máy chở người được xác định : Q = q . z (1.1) Trong đó: q: trọng lượng của 1 người, thường lấy 70kg. Z: số người lớn nhất được chở trong cabin Tốc độ chuyển động của cabin: Các thang máy dùng trong các toà nhà có độ cao từ 6 – 8 tầng, thì tốc độ nâng của cabin thường lấy bằng 0,7 m/giây. Khi toà nhà có số tầng cao hơn thì tốc độ nâng của cabin thường lấy bằng 0,7-1 m/giây. Năng suất của một thang máy: (1.2) Trong đó: T thời gian của một chuyến chở (s) hệ số làm đầy cabin. Đối với thang máy của các toà nhà công cộng lấy hệ số =0,8-0,9. Đối với thang máy của các toà nhà ở thì lấy hệ số =0,6-0,7 Thời gian của 1 chuyến chở được tính theo công thức: (1.3) Trong đó: H – chiều cao nâng cabin (m) v – tốc độ danh nghĩa của cabin (m/giây) - thời gian phụ(s) cần thiết cho việc tập kết cabin ở tầng, thời gian để khách ra khỏi cabin, thời gian mở cửa và đóng cửa, thời gian mở máy đóng cửa cabin = [(K+1)+.z.].1,1 (1.4) - thời gian ở mỗi thời điểm dừng cần thiết cho việc mở và đóng các cửa, cho việc mở máy và dừng máy thang máy. K – số điểm dừng xác suất của thang máy ở những tầng cao hơn tầng trệt. - thời gian chi phí cho một hành khách để vào và ra khỏi cabin, tuỳ thuộc vào chiều rộng của cửa. Sức nâng của thang máy dùng cho các toà nhà công cộng có số tầng bình thường và có số tầng cao hơn thường lấy bằng 1000kg, với tốc độ chuyển động của cabin là 1m/giây. Để giảm thời gian phụ thì các cửa cabin và cửa tầng của các thang máy thường có dẫn động tự động. Điều này cho phép tăng năng suất thang máy lên 15% - 20% so với các thang máy mở cửa bằng tay. Chương 2 – LÝ THUYẾT BỘ NGHỊCH LƯU 2.1. Giới thiệu bộ nghịch lưu Bộ nghịch lưu có nhiệm vụ chuyển đổi năng lượng từ nguồn điện một chiều không đổi sang dạng năng lượng xoay chiều để cung cấp cho tải xoay chiều. Đại lượng được điều khiển ở ngõ ra là điện áp hoặc dòng điện. Nguồn điện một chiều cung cấp cho bộ nghịch lưu áp có tính chất nguồn điện áp và nguồn cho bộ nghịch lưu dòng có tính nguồn dòng. Các bộ nghịch lưu tương ứng được gọi là bộ nghịch lưu áp nguồn áp và bộ nghịch lưu dòng nguồn dòng hay gọi tắt bộ nghịch lưu áp và bộ nghịch lưu dòng . Trong trường hợp nguồn điện ở đầu vào và đại lượng ở đầu ra không giống nhau, ví dụ bộ nghịch lưu dòng cung cấp dòng điện xoay chiều từ nguồn điện áp một chiều gọi là bộ nghịch lưu điều khiển dòng điện từ nguồn điện áp hoặc bộ nghịch lưu dòng nguồn áp. Các tải xoay chiều thường mang tính cảm kháng (ví dụ động cơ không đồng bộ, lò cảm ứng), dòng diện qua các linh kiện không thể ngắt bằng quá trình chuyển mạch tự nhiên. Do đó, mạch bộ nghịch lưu thường chứa linh kiện kích ngắt để có thể điều khiển quá trình ngắt dòng điện. Trong các trường hợp đặc biệt như mạch tải cộng hưởng, tải mang tính chất dung kháng (động cơ đồng bộ kích từ dư), dòng điện qua các linh kiện có thể bị ngắt do quá trình chuyển mạch tự nhiên phụ thuộc vào điện áp nguồn hoặc phụ thuộc vao điện áp mạch tải. Khi đó linh kiện bán dẫn có thể chọn là thyristor (SCR). 2.2. Bộ nghịch lưu áp Bộ nghịch lưu áp cung cấp và điều khiển điện áp xoay chiều ở ngõ ra. Nguồn điện áp một chiều có thể ở dạng đơn giản như acqui, pin điện hoặc ở dạng phức tạp gồm điện áp xoay chiều được chỉnh lưu và lọc phẳng. Linh kiện trong bộ nghịch lưu áp có khả năng kích đóng hoặc kích ngắt dòng điện qua nó, tức đóng vai trò một công tắc. Trong các ứng dụng công suất nhỏ và vừa, có thể sử dụng transitor BJT, MOSFET, IGPT làm công tắc và ở phạm vi công suất lớn có thể sử dụng GTO, IGCT hoặc SCR kết hợp với bộ chuyển mạch. Với tải tổng quát, mỗi công tắc còn trang bị một diode mắc đối song với nó. Các diode mắc đối song này tạo thành mạch chỉnh lưu cầu không điều khiển có dẫn điện ngược lại với chiều dẫn của các công tắc. Nhiệm vụ của bộ chỉnh lưu cầu diode là tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình trao đổi công suất ảo giữa nguồn một chiều và tải xoay chiều, qua đó hạn chế quá điện áp phát sinh khi kích ngắt các công tắc. 2.3. Bộ nghịch lưu áp một pha Bộ nghịch lưu áp một pha dạng mạch cầu chứa bốn công tắc và bốn diode mắc đối song. Hai cặp công tắc (S1,S4) và (S2,S3) tương ứng với hệ thống hai pha tải đối xứng. Hình 2.1: a. Sơ đồ mạch nghịch lưu áp môt pha b. trạng thái áp cho tải ; (2.1) (2.2) Các công tắc được kích theo qui tắc đối nghịch, có thể xác định dạng áp trên tải dựa trên giản đồ kích công tắc và điện áp nguồn. Nếu kích S1, ngắt S 4 : Nếu kích S4, ngắt S 1 : (2.3) Nếu kích S3, ngắt S 2 : Nếu kích S2, ngắt S 3 : Xét quá trình các đại lượng trong một chu kỳ hoạt động ở chế độ xác lập. Giả sử tại thời điểm t = 0, thực hiện đóng S1 và S2, ngắt S3 và S4. Điện áp tải bằng U, dòng điện chạy qua mạch (U-S1-S2) tăng lên theo phương trình: ; ; (2.4) Nghiệm dòng có dạng: (2.5) A – là hằng số; - là hằng số thời gian Tại thời điểm t = T/2, thực hiện ngắt S1, S2 và đóng S3,S4. Điện áp xuất hiện trên tải bằng –U, dòng điện qua mạch (U,RL,S3,S4) giảm theo phương trình: ; ; (2.6) Với nghiệm có dạng: (2.7) Ở trạng thái xác lập, dòng điện biến đổi theo dang xoay chiều, tuần hoàn. Các hằng số A,B có thể xác định từ điều kiện dòng điện tải tại các thời điểm t = 0, t = T/2 và t = T Tại thời điểm t = 0: (2.8) Tại thời điểm t = T/2: (2.9) (2.10) Tại thời điểm t = T: (2.11) Như vậy, quá trình dòng tải trong một chu kỳ hoạt động có thể biểu diễn như sau: (2.12) Giá trị và có thể được xác định từ quá trình đối xứng của hai nửa chu kỳ điện áp và dòng điện tải, từ đó suy ra =. Áp dụng quan hệ trên vào các hệ thức thu được: (2.13) Công suất tải: Công suất tiêu thụ trên tải RL có thể xác định theo hệ thức với là trị hiệu dụng dòng điện qua tải được tính theo biểu thức: (2.14) Công suất tải có thể xác định theo trị trung bình dòng qua nguồn DC nếu bỏ qua tổn hao của linh kiện bộ nghịch lưu: ; (2.15) Phân tích sóng hài: Quá trình điện áp tải qua phép phân tích Fourier có dạng: (2.16) Áp tải chỉ chứa các thành phần hài bậc lẻ. Độ méo dạng điện áp được tính theo dạng hệ thức sau: (2.17) Suy ra: (2.18) Độ méo dạng điện áp của bộ nghịch lưu cầu một pha khá lớn trong trường hợp áp ra dạng vuông nên có tác dụng không tốt. Độ méo dạng dòng điện phụ thuộc vào tải và xác định theo hệ thức: (2.19) 2.4. Bộ nghịch lưu áp ba pha Hình 2.2: a. Sơ đồ mạch nghich áp ba pha b. trạng thái áp Phân tích điện áp ngõ ra: Tải 3 đối xứng thoả mãn hệ thức: (2.20) Chia nguồn áp U làm 2 nguồn U/2. Gọi N là điểm nút của tải ba pha dạng sao. Điện áp pha tải ,,. Ta có: (2.21) Điện áp ,, được gọi là các điện áp pha. Tâm nguồn của các pha 1,2,3. Các điện áp ,,,,, và có chiều dương như hinh 2.2a Cộng các phương trình trên với nhau ta có: (2.22) Thay (2.22) vào (2.21), ta được: (2.23) Với : ,, - điện áp pha tâm nguồn ,,- điện áp dây tải (2.24) Quá trình điện áp ngõ ra của bộ nghịch lưu áp 3 pha sẽ được xác định khi xác định được điện áp trung gian ,,. Qui tắc kích đối nghịch : cặp công tắc chung nút tải được kích đóng theo qui tắc đối nghịch nếu như hai công tắc trong cặp luôn ở trạng thái một được kích đóng, một được kích ngắt. Trạng thái cả hai cùng kích đóng (trạng thái ngắn mạch điện áp nguồn) hoặc cùng kích ngắt không được phép. Nếu biểu diễn trạng thái được kích của linh kiện bằng giá trị 1 và trạng thái khoá kích bằng 0, ta có thể viết phương trình trạng thái kích của các linh kiện trong mạch nghịch áp 3 pha như sau: Nếu công tắc lẻ được đóng, áp pha tâm nguồn có giá trị = +U/2 Nếu công tắc chẵn được đóng, áp pha tâm nguồn có giá trị = -U/2 Hệ quả: Điện áp trên tải được xác định hoàn toàn không phụ thuộc tính chất tải nếu biết giản đồ kích đóng các công tắc và áp nguồn. Từ đó có thể điều khiển điện áp ngõ ra của bộ nghịch lưu bằng cách điều khiển giản đồ đóng cắt các công tắc bán dẫn. Nếu không được kích đóng theo quy tắc đối nghịch, điện áp tải sẽ thay đổi phụ thuôc dòng điện tải và tham số tải. Dạng dòng điện tức thời: (2.25) Thời gian chết (dead - time): là khoảng thời gian cần thiết áp đặt trong thời gian giản đồ đóng ngắt cặp linh kiện cùng pha tải, trong khoảng thời gian này hai công tác cùng pha tải sẽ bị khoá kích (ví dụ và ). Thời gian chết bắt đầu quá trình chuyển mạch của hai công tắc cùng pha tải để tránh xảy ra hiện tượng ngắn mạch nguồn. Do thời gian chết nhỏ không đáng kể, trong quá trình phân tích mạch nguồn, ta thường bỏ qua giai đoạn này. CHƯƠNG 3 – GIỚI THIỆU VỀ VI ĐIỀU KHIỂN PIC18F 3.1. Giới thiệu tổng quát 3.1.1. Cấu trúc phần cứng Coù caùc ñaëc ñieåm sau: Ñaëc ñieåm PIC18F458 Taàn soá ñònh möùc DC-40Mhz Boä nhôù laäp trình 16384 (byte) Boä nhô laäp trình(instruction) 8192 Data memory(byte) 768 Data EEPROM memory(byte) 256 Nguoàn interrupt 34 I/O port A,B,C,D,E Timers 4 Modules capture/PWM 2 Pwm control 8 keânh Motion Feedback module 1 QEL or 3*IC Port noái tieáp SSP,USART A/D module(10bit-hight-speed) 9 input channels Reset and delays (PWRT, OST), MCLR (optional), WDT Programmable low-voltage detect Yes Programmable brown-out reset Yes Instruction set 75 intruction packages 40pin_dip vaø 44 pin_TQFP 44 pin-QFN Caáu truùc phaàn cöùng toång quaùt beân trong cuûa hoï vi ñieàu khieån PIC 18FXX8: 3.1.2. Các chức năng của chân: 3.2. Cấu trúc bộ nhớ: Bộ nhớ được chia làm 3 loại: Bộ nhớ chương trình Bộ nhớ dữ liệu Data EEPROM Bộ nhớ chương trình và bộ nhớ dữ liệu có thể truy cập đồng thời bởi các bus riêng 3.2.1. Tổ chức bộ nhớ chương trình: Bộ nhớ chương trình có 21 bit và có khả năng lưu trữ đến 2MB, các véctơ ngắt nằm ở địa chỉ 0x000008 và 0x000018 3.2.2. Tổ chức bộ nhớ dữ liệu Bộ nhớ dữ liệu là một Ram tĩnh. Mỗi thanh ghi chứa địa chỉ dữ liệu có 12 bit địa chỉ và được chia thành 16 bank thanh ghi mỗi bank chứa 256 bytes, 4 bit thấp của thanh chọn bank BSR . Bộ nhớ dữ liệu chia thanh ghi có chức năng đặc biệt SFR và thanh ghi đa dụng GPR. SFR dùng sử dụng để điều khiển và trạng thái các đối tượng điều khiển. GPR được sử dụng để lưu kết quả hoặc những tính toán trung gian. Các thanh ghi có chức năng đặc biệt: 3.2.3. Data EEPROM: Có thể xoá hoặc đọc bởi các toán hạng bình thường có 4 thanh ghi có chức năng đặc biệt có thể đọc hoặc ghi bộ nhớ chương trình và bộ nhớ dữ liệu. Đó là: EECON1, EECON2, EEDATA, EEDAR,EECON1 và EECON2. EECON1: EEPROM CONTROL REGISTER 1 R/W-x R/W-x U-0 R/W-0 R/W-x R/W-0 R/S-0 R/S-0 EEFGD CFGS - FREE WRERR WREN WR RD Bit 7: EEFGD bit chọ flash hoặc data EEPROM. =1 truy cập vùng nhớ flash program. =0 truy cập vùng nhớ data EEPROM. Bit 6: CFGS bit chọn cấu hình flash program/data EEPROM =1 truy cập cấu hình hoặc tổ chức thanh ghi. =0 truy cập flash EEPROM hoặc vùng nhớ data EEPRom. Bit 5: không tác động Bit 4: free = 1 có thể xoá. = 0 chỉ có thể thực thi việc ghi. Bit 3: WRERR bit có thể xoá hoặc ghi. = 1 toán hạng được ghi kết thúc sớm. = 0 toán hạng được ghi được hoàn toàn bình thường. Bit 2: bit cho phép ghi hoặc xoá. = 1 cho phép chu kỳ ghi hoặc xoá. = 0 ngăn chặn chu kỳ ghi hoặc xoá. Bit 1: điều khiển ghi. = 1 khởi đầu việc ghi hoặc xoá data EEPROM = 0 chu kỳ ghi được hoàn thành. Bit 0 : bit điều khiển đọc = 1 đang thực hiện việc đọc. = 0 đọc hoàn thành EEDATA: Lưu giá trị cho đến khi toán hạng tiếp theo được thực hiện . Do đó, có thể đọc lệnh tiếp theo. EEDAR: Thanh ghi địa chỉ có thể chứa 256 byte. 3.3. Các PORT I/O: Có tất cả 5 port và có thể được thanh ghi TRIS là port xuất hay port nhận. Sơ đồ hoạt động như sau: 3.3.1. Port A Là thanh ghi hai chiều. Nếu bit TRISA bằng 1 thì port A là ngõ input ngược lại là ngõ output. Thanh ghi LATA là thanh ghi có thể đọc hoặc ghi được. Thanh ghi này lưu trữ giá trị xuất của port A. Tên chân Bit Bộ đệm Chức năng RA0/AN0 0 TTL/ST Vào/ra – ngõ vào là analog RA1 1 TTL Vào/ra – ngõ vào là analog RA2 2 TTL Vào/ra – ngõ vào là analog RA3/PGM 3 TTL Vào/ra – ngõ vào là analog, input capture kênh A RA4 4 TTL Vào/ra – ngõ vào là analog, input capture kênh B. RA5 5 TTL Vào/ra – ngõ vào là analog OSC1 6 TTL/ST OSC2 clock output or I/O pin OSC2 7 TTL/ST OSC2 clock input or I/O pin Các chân RA: được tích hợp bởi ba chân ngõ vào capture và QEI.Các chân RA6 và RA7 được tích hợp chân giao động chính. Các chân RA và chân RA5 chuyển đổi A/D khi đặt hoặc xoá bit điều khiển trong thanh ghi ANSEL0 và ANSEL1. Ví dụ: Movlw 0x00 Movwf TRISA; PORT A là port xuất. Movlw 0xff Movwf TRISA; PORTA là port nhập 3.3.2. Port B Tên chân Bit Bộ đệm Chức năng RBO/INT 0 TTL/ST Vào/ra – ngõ vào ngắt ngoài RB1 1 TTL Vào/ra – ngõ vào ngắt ngoài RB2 2 TTL Vào/ra – ngõ vào ngắt ngoài RB3/PGM 3 TTL Vào/ra – chân lập trình ở chế độ LVP RB4 4 TTL Vào/ra – với ngắt ngoài trên chân RB5 5 TTL Vào/ra – với ngắt ngoài trên chân RB6/PGC 6 TTL/ST Vào/ra – với ngắt ngoài trên chân 3.3.3. Port C Tên chân Bit Bộ đệm Chức năng RC0/T1OSO/T1CKL 0 ST Vào/ra – ngõ ra bộ dao động timer RC1/T1OSL/ CCP2 1 ST Vào/ra – ngõ vào bộ dao động timer/ ngõ vào xung timer 1 RC2 / CCP1 2 ST Vào/ra hay ngõ vào capture 1 hay ngõ ra compare1/PWM1 RC3 / SCK / SCL 3 ST Có thể là xung signal đồng bộ cho chế độ I2C và SPI RC4 / SDI / SDA 4 ST Chân nhận giao thức của I2C RC5 / SDO 5 ST Vào/ra – ngõ ra dữ liệu port serial đồng bộ. RC6 / TX / CK 6 ST Vào/ra – phát xung đồng bộ/bất đồng bộ. RC7 / RX / DT 7 ST Vào/ra – nhận xung đồng bộ/ bất đồng bộ. 3.3.4. Port D Tên chân Bit Bộ đệm Chức năng RD0/PSP0 0 ST/TTL Vào/ra – bit 0 của port parallel slave. RD1/ SP1 1 ST/ TTL Vào/ra – bit 1 của port parallel slave. RD2/ PSP2 2 ST/ TTL Vào/ra – bit 2 của port parallel slave. RD3/ PSP3 3 ST/ TTL Vào/ra – bit 3 của port parallel slave. RD4/ PSP4 4 ST/ TTL Vào/ra – bit 4 của port parallel slave. RD5/ PSP5 5 ST/ TTL Vào/ra – bit 5 của port parallel slave. RD6/ PSP6 6 ST/ TTL Vào/ra – bit 6 của port parallel slave. RD / PSP7 7 ST/ TTL Vào/ra – bit 7 của port parallel slave. 3.3.5. Port E Tên chân Bit Bộ đệm Chức năng RE0/RD/AN5 0 ST/TTL I/0 – ngõ vào điều khiển đọc ở chế độ port parallel slave hay ngõ vào analog. RE1/WR/AN6 1 ST/ TTL I/0 – ngõ vào điều khiển ghi ở chế độ port parallel slave hay ngõ vào analog. RE2 / CS /AN7 2 ST / TTL I/0 – ngõ vào điều khiển chọn chip ở chế độ port parallel slave hay ngõ vào analog. Với CS = 1 thiết bị không được chọn. S = 0 thiết bị được chọn. 3.4. Bộ định thì trong PIC: Có 4 bộ định thì 3.4.1. Timer 0: Có các chức năng sau: bộ timer/counter 8 hoặc 16 bit có thể đọc hoặc ghi được phần mềm chuyên dụng có thể lập trình prescale được nguồn xung lock. Có thể được chọn từ bên ngoài hoặc bên trong, ngắt tràn từ ff-00H trong 8 bit và ffff-0000H trong chế độ 16 bit. Chọn cạnh nguồn cho xung clock, ngoài thanh ghi điều khiển TOCON Sơ đồ thanh ghi TOCON Bit 7 TMR0ON: Timer0 bit điều khiển on/off Bit 7 TMR0ON: Timer0 bit ñieàu khieån on/off 1= Enables timer0 0 = Stops timer0 Bit 6 T016BIT: timer0 16 bit - control bit. 1 = timer0 được đặt cấu hình như 8-bit timer/counter. 0 = timer0 được đặt cấu hình như 16-bit timer/counter. Bit 5 T0CS: Timer0 bit chọn nguồn clock cho timer 1 = Transition on T0CKI pin 0 = Internal instruction cycle clock (CLKO) Bit 4 T0SE: Timer0 Source Edge Select bit 1 = Increment on high-to-low transition on T0CKI pin 0 = Increment on low-to-high transition on T0CKI pin Bit 3 PSA: Timer0 Prescaler Assignment bit 1 = TImer0 prescaler is NOT assigned. Timer0 clock input bypasses rescaler. 0 = Timer0 prescaler is assigned. Timer0 clock input comes from rescaler output. Bit 2-0 T0PS2:T0PS0: Timer0 Prescaler Select bits 111 =1:256 prescale value 110 =1:128 prescale value 101 =1:64 prescale value 100 =1:32 prescale value 011 =1:16 prescale value 010 =1:8 prescale value 001 =1:4 prescale value 000 =1:2 prescale value Chế độ 8 bit: Hoạt động ở chế độ này khi bit T0CON =1 và cờ ngắt sẽ bật khi timer tràn từ ff_00. Chế độ 16 bit: Hoạt động ở chế độ này khi bit T0CON =1 và cờ ngắt sẽ bật khi timer tràn từ ffff_0000. Ở chế độ này dùng hai cặp thanh ghi là TMR0H và MR0L nội dung của timer sẽ cập nhật thông tin qua 2 cặp thanh ghi này. 3.4.2. Timer1 Có các chức năng sau: Timer/counter 16 bit Có thể đọc hoặc xoá dữ liệu Lựa chọn xuống xung clock bên ngoài hoặc bên trong. Ngắt tràn từ ffff_0000H Thanh ghi điều khiển là T1CON Sơ đồ thanh ghi điều khiển Bit 7 RD16: 16-bit bit cho phép write/read 1 = Enables register read/write of Timer1 in one 16-bit operation 0 = Enables register read/write of Timer1 in two 8-bit operations Bit 6 T1RUN: Timer1 System Clock Status bit 1 = System clock is derived from Timer1 oscillator 0 = System clock is derived from another source Bit 5-4 T1CKPS1:T1CKPS0: Timer1 Input Clock Prescale Select bits 11 =1:8 Prescale value 10 =1:4 Prescale value 01 =1:2 Prescale value 00 =1:1 Prescale value Bit 3 T1OSCEN: Timer1 bit cho pheuøp Oscillator 1 = Timer1 oscillator is enabled 0 = Timer1 oscillator is shut-off Bit 2 T1SYNC: Timer1 External Clock Input Synchronization Select bit When TMR1CS = 1 (External Clock): 1 = Do not synchronize external clock input 0 = Synchronize external clock input Bit 1 TMR1CS: Timer1 Clock Source Select bit 1 = External clock from pin RC0/T1OSO/T1CKI (on the rising edge) 0 = Internal clock (FOSC/4) Bit 0 TMR1ON: Timer1 On bit 1 = Enables Timer1 0 = Stops Timer1 3.4.3. Timer 2 Hoaït ñoäng ôû cheá ñoä 8 bit Counter coù theå ñeám hoaëc ghi Phaàn meàm coù theå laäp trình baèng prescale Phaàn meàm coù theå laäp trình baèng postcale Bit 7 Unimplemented: Read as ‘0’ Bit 6-3 TOUTPS3:TOUTPS0: Timer2 Output Postscale Select bits 0000 = 1:1 Postscale 0001 =1:2 Postscale 1111 =1:16 Postscale Bit 2 TMR2ON: Timer2 On bit 1 = Timer2 is on 0 = Timer2 is off Bit 1-0 T2CKPS1:T2CKPS0: Timer2 Clock Prescale Select bits 00 = Prescaler is 1 01 = Prescaler is 4 1x = Prescaler is 16 Ngaét timer 2: giaù trò cuûa TMP2 seõ ñöôïc so saùnh vôùi PR2 khi giaù trò cuûa hai thanh ghi baèng nhau côø ngaét TMR2IF seõ baät leân cho ñeán khi ñöôïc xoaù baèng phaàn meàn. 3.4.4. Timer3: Coù caùc chöùc naêng sau : Hoaït ñoäng ôû cheá ñoä timer/counter 16 bit Hai thanh ghi 8 bit: TMR3H and TMR3L Coù theå ñoïc hoaëc ghi• (caû hai thanh ghi) Coù theå choïn boä ñeám trong hoaëc ngoaøi. Reset töø CCP1/ECCP1 module trigger Ngaét xảy ra khi thoaû maõn giaù trò töø FFFFh to 0000h Bit 7 RD16: 16-bit Read/Write Mode Enable bit 1 = Enables register read/write of Timer3 in one 16-bit operation 0 = Enables register read/write of Timer3 in two 8-bit operations Bit 6,3 T3ECCP1,T3CCP1: Timer3 and Timer1 to CCP1/ECCP1 Enable bits 1x = Timer3 is the clock source for compare/capture CCP1 and ECCP1 modules 01 = Timer3 is the clock source for compare/capture of ECCP1, Timer1 is the clock source for compare/capture of CCP1 00 = Timer1 is the clock source for compare/capture CCP1 and ECCP1 modules Bit 5-4 T3CKPS1:T3CKPS0: Timer3 Input Clock Prescale Select bits 11 = 1:8 Prescale value 10 = 1:4 Prescale value 01 = 1:2 Prescale value 00 = 1:1 Prescale value Bit 2 T3SYNC: Timer3 External Clock Input Synchronization Control bit (Not usable if the system clock comes from Timer1/Timer3.) When TMR3CS = 1: 1 = Do not synchronize external clock input 0 = Synchronize external clock input When TMR3CS = 0: This bit is ignored. Timer3 uses the internal clock when TMR3CS = 0. Bit 1 TMR3CS: Timer3 Clock Source Select bit 1 = External clock input from Timer1 oscillator or T1CKI (on the rising edge after the first falling edge) 0 = Internal clock (FOSC/4) Bit 0 TMR3ON: Timer3 On bit 1 = Enables Timer3 0 = Stops Timer3 3.5. NGẮT: 3.5.1. Giới thiệu tổng quát: PIC18F458 coù nhieàu nguoàn ngaét khaùc nhau vaø coù möùc ñoä öu tieân khaùc nhau. Vector ngaét coù möùc öu tieân cao nhaát laø 000008H vaø thaáp nhaát laø 000018H, söï kieän ngaét öu tieân cao seõ ñöôïc öu tieân ngaét tröôùc so vôùi ngaét coù möùc öu tieân thaáp hôn. Coù 10 thanh ghi ñeå ñieàu khieån vieäc ngaét: RCON INTCON • INTCON2 INTCON3 PIR1, PIR2, PIR3 PIE1, PIE2, PIE3 IPR1, IPR2, IPR3 Moãi nguoàn ngaét coù ba bit ñeå ñieàu khieån ngaét: Bit côø chæ söï kieän ngaét xuaát hieän. Bit cho pheùp thöïc thi chöông trình rẽ nhaùnh ñeán ñòa chæ vector ngaét khi côø ngaét ñaõ baät. Bit öu tieân ñeå choïn möùc öu tieân cao hoaëc möùc öu tieân thaáp. Ngaét öu tieân ñöôïc cho pheùp baêng caùch ñaët bit IPEN. Khi ngaét öu tieân ñöôïc cho pheùp, coù hai bit cho pheùp ngaét toaøn cuïc, vieäc ñaët bit GIE seõ cho pheùp ngaét maø coù bit öu tieân cao hôn vaø ñaët bit GIEL cho pheùp taát caû caùc ngaét maø coù möùc öu tieân ñöôïc xoaù. Öu tieân thaáp khi coù söï kieân ngaét thì seõ nhaûy vaøo thöïc thi caùc leänh töø ñòa chæ ngaét vaø bit coù theå bò caám thoâng qua caùc bit cho pheùp cuûa chuùng. Khi bit IPEN bò xoaù chöùc naêng öu tieân seõ bò caám.Khi 1 ngaét ñöôïc ñaùp öùng thì bit cho pheùp ngaét toaøn cuïc ñöôïc xoaù ñeå caám caùc ngaét theâm. Neáu bit IPEN bò xoaù thì ñoù laø bit GIE.Neáu möùc öu tieân ngaét ñöôïc söû duïng thì ñoù seõ laø GIEH hoaëc GIEL .Nguoàn ngaét öu tieân thaáp khoâng ñöôïc thöïc thi khi nguoàn ngaét öu tieân cao ñang thöïc hieän. Ñòa chæ PC ñöôïc caát vaøo vuøng stack vaø pc ñöôïc naïp giaù trò laø ñòa chæ cuûa vector ngaét.Sau khi coù thuû tuïc ngaét,caùc nguoàn ngaét coù theå xaùc ñònh baèng vieäc kieåm soaùt caùc bit côø ngaét.Caùc bit côø ngaét phaûi ñöôïc xoaù baèng phaàn meàn tröôùc khi cho ngaét trôû laïi ñeå traùnh ngaét lieân tuïc. Thuû tuïc ngaét nhö sau: Org 0x000008 …….. ;ngaét öu tieân cao nhaát retfie org 0x000018 …….;ngaét öu tieân cao nhì retfie 3.5.2. Các thanh ghi điều khiển: Bit 7: bit cho pheùp ngaét toaøn cuïc khi IPEN=0: 1=cho pheùp taát caû caùc ngaét khoâng maët naï 0=caám taát caû caùc ngaét öu tieân Khi IPEN=1 1=cho pheùp taát caû caùc ngaét öu tieân cao 0=caám taát caû caùc ngaét öu tieân cao Bit 6: bit cho pheùp ngaét ngoaïi vi Khi IPEN=0: 1=cho pheùp taát caû caùc ngaét ngoaïi vi khoâng maët naï 0=caám ngaét ngoaïi vi Khi IPEN=1: 1=cho pheùp ngaét ngoaïi vi öu tieân thaáp 0=caám taát caû ngaét ngoaïi vi coù möùc öu tieân thaáp Bit 5:bit ngaét traøn timer 1=cho pheùp 0=khoâng cho pheùp Bit 4: cho pheùp ngaét ngoaøi INT0 1=cho pheùp 0=khoâng cho pheùp Bit 3: bit cho pheùp ngaét khi coù söï thay ñoåi treân portb 1=cho pheùp töø chaân RB7:RB4 pin 0=khoâng cho pheùp Bit 2:bit côø ngaét traøn timer 0 1=TMR0 bò traøn 0=chöa bò traøn Bit 1:côø ngaét INT0 1=ngaét hieän höõu 0=ngaét khoâng hieän höõu Bit 0: côø ngaét portb 1=ít nhaát coù söï thay ñoåi treân chaân RB 0=khoâng coù chaân naøo thay ñoåi treân chaân RB Bit 7: RBPU bit cho pheáp portb keùo leân 1= taát caû portb cho pheùp 0=disable Bit 6: INTEDG0 BIT 5: INTEDG1 Bit 4: INTEDG2 Bit 3: read 0 Bit 2: bit ngaét traøn timer0 Bit 1: read 0 Bit 0: bit ngaét thay ñoåi treân portB 1=high priotity 0=low priority Bit 7: INT2 bit öu tieân ngaét ngoaøi 1=öu tieân thaáp 0=öu tieân cao Bit 6: INT1 bit öu tieân ngaét ngoaøi 1=öu tieân cao 0=öu tieân thaáp Bit 5: read as 0 Bit 4: INT2 cho pheùp ngaét ngoaøi int2 Bit 3: cho pheùp ngaét ngoaøi INT1 Bit 2: read as 0 Bit 1:bit côø ngaét INT1 Bit 0:bit côø ngaét INT0 3.6. Các module của PIC18F4331: Coù taát caû laø 4 module: 3.6.1. Module PWM: 3.6.1.1.Sơ đồ khối : 3.6.1.2.Caùc thanh ghi ñieàu khieån: - Coù taát caû 22 thanh ghi ñeå ñieàu khieån module naøy. - Taùm trong soá naøy ñöôïc duøng ñeå taïo xung ñieàu khieån: • PTCON0 • PTCON1 • PWMCON0 • PWMCON1 • DTCON0 • ODVCOND • ODVCONS • FLTCONFIG - 14 thanh ghi coøn laïi laø thanh ghi 16 bit: • Caëp thanh ghi PTMRH vaø PTMRL • Caëp thanh ghi PTERH vaø PTERL • Caëp thanh ghi SEVTCMPH vaø SEVTCMPL • Caëp thanh ghi PDC0H vaø PDCOL • Caëp thanh ghi PDC1H vaø PDC1H • Caëp thanh ghi PDC2H vaø PDC2H 3.6.1.3.Caùc kieåu xuaát xung: Kieåu chaïy töï do: Trong kieåu chaïy töï do thôøi gian cô baûn cuûa PWM seõ baét ñaâu ñeám leân cho ñeán khi giaù trò thanh ghi PTMR vaø PTPER töông öùng vôùi nhau.Thanh ghi PTMR seõ ñöôïc reset theo caïnh xung clock ngoõ vaøo vaø thôøi gian cô baûn tieáp tuïc ñeám leân chöøng naøo bit PTEN vẫn coøn set. Söï kieän ngaét phaùt sinh khi giaù trò töông öùng giöõa thanh ghi PTMR vaø PTPER xảy ra. Kieåu single-shot: Trong kieåu hoaït ñoäng naøy thôøi gian cô baûn cuûa PWM seõ baét ñaâu ñeám leân khi bit PTEN ñöôïc set.Khi giaù trò thanh ghi PTMR töông öùng vôùi giaù trò cuûa PTPERL söï kieän ngaét phaùt sinh ,vaø thanh ghi PTMR seõ ñöôïc reset döïa vaøo caïnh xung clock ngoõ vaøo vaø bit PTEN seõ ñöôïc xoaù baèng phaàn cöùng. 3.6.1.4.Cheá ñoä chaïy PWM: Chu kì PWM ñöôïc xaùc ñònh bôûi caëp thanh ghi PTPER.Chu kì PWM coù ñoä phaân giaûi 12 bit ñöôïc keát hôïp 4 bit LSB cuûa PTPERL PTPERH. * Caùc cheá ñoä ñeám cuûa PWM: Cheá ñoä tree running count Cheá ñoä up/down counting: Taïo duty cycle: PWM duty cycle ñöôïc xaùc ñònh bôûi caëp thanh ghi (PDCxL vaø PDCxH).Vaø vieäc taïo duty cycle naøy ñöôïc taïo baèng vieäc so saùnh hai caëp thanh ghi naøy vôùi PWM time base (PTPRH vaø PTPRL). Khi PWM time base ñeám leân fit vôùi giaù trò cuûa PDCxx thì seõ taïo ra ñöôïc xung nhö hình sau: giaù trò ñænh cuûa boä ñeám ñöôïc löu trong PTPER 3.6.1.5.Dead time control: Dead time laø khoaûng thôøi gian leân vaø xuoáng cuûa 1 xung ñieàu khieån bôûi vì caùc thieát bò naêng löôïng khoâng thuaàn tuyù laø chæ coù ñoùng caét thoâng thöôøng maø phaûi coù 1 khoaûng thôøi gian ñoùng vaø caét ñeå traùnh tình traïng bò truøng daãn daãn ñeán coù theå hö haïi thieát bò neáu hoaït ñoäng laâu daøi. Khoaûng thôøi gian dead time naøy coù theå ñöôïc laäp trình trong module PWM Thanh ghi ñieàu khieån naïp dead time cho xung: bit 7-6 DTPS1:DTPS0: Dead Time Unit A Prescale Select bits 11 = nguoàn clonk cho Dead Time Unit is FOSC/16. 10 = nguoàn clonk cho Dead Time Unit is FOSC/8. 01 = nguoàn clonk cho Dead Time Unit is FOSC/4. 00 = nguoàn clonk cho Dead Time Unit is FOSC/2. bit 5-0 DT5:DT0: Unsigned 6-bit dead time value bits for Dead Time Unit. 3.6.2. MODULE I2C,SPI: Caùc thanh ghi lieân quan ñeán module: SSPCON SSPSTAT SSPBUF INTCON PIR1 PIE1 3.6.2.1.Giới thiệu module I2C: Module naøy ñeå ñieàu khieån giao tieáp vôùi thieát bò beân ngoaøi hoaëc vôùi hoï vi ñieàu khieån cuøng loaïi:coù theå laø EEPROM,A/D converter… SPI mode cho pheùp 8 bit döõ lieäu ñöôïc truyeàn ñoàng boä vaø nhaän cuøng moät luùc ba chaân ñöôïc söû duïng: Serial Data Out (SDO) – RC7/RX/DT/SDO Serial Data In (SDI) – RC4/INT1/SDI/SDA Serial Clock (SCK) – RC5/INT2/SCK/SCL Laø giao tieáp deã duøng nhaát hoaït ñoâng theo phöông phaùp baét tay ,1 master 2 clave master truyeàn döõ lieäu cho clave vaø ngöôïc laïi,noù phaùt 8 xung clock qua ñöôøng clock noái vôùi clave ñoâng thôøi truyeàn 8 bit data töø chaân SDO tôùi chaân SDI cuûa clave,neáu ñang truyeàn 3 bit maø reset pic thì data bò maát clave seõ khoâng nhaän ñuû 8 bit . Giao tieáp naøy caàn hai daây.Neáu chæ gôûi data chæ chæ caàn daây clock vaø SDO vi ñieàu khieån nhaän seõ duøng SDI vaø daây clock,daây clock noái chung. Neáu coù gôûi vaø nhaän thì daây clock duøng chung master coù SDO noái tôùi SDI cuûa clave,SDO cuûa clave noái SDI cuûa master . Neáu master caàn truyeàn cho nhieàu clave trôû leân thì SDO master noái tôùi caùc SDI cuûa clave . 3.6.2.2.Module I2C Laø coâng cuï ñaày ñuû cho cheá ñoä clave,vaø cung caáp ngaét treân hai bit START vaø STOP trong phaàn cöùng ñeå deã daøng thöïc thi treân cheá ñoä master. Hai chaân ñöôïc söû duïng ñeå chuyeån döõ lieäu:SDI vaø SDA pin.Vaø ngöôøi duøng phaûi caâu hình hai chaân naøy laø output hay input thoâng qua hai thanh ghi TRISC vaø TRISD. Khi söû duïng i2c ñeå giao tieáp thì hai chaân naøy phaûi ñöôïc noái leân 5v vôùi ñieân trôû keùo leân,vaø giaù tri ñieän trôû naøy phuï thuoäc vaøo toác ñoä boud cuûa pic. •Cheá ñoä clave: Trong cheá ñoä naøy hai chaân SCL SDA phaûi ñöôïc caáu hình nhö laø ngoõ vaøo (TRISC hoaëc TRISDñöôïc set). khi ñòa chæ khôùp hoaëc döõ lieäu chuyeån sau khi address match ñöôïc nhaän,töï ñoäng phaàn cöùng seõ phaùt xung ACK vaø load veà giaù trò trong thanh ghi SSPBUF . Coù hai ñieâu kieän laø nguyeân nhaân module SSP khoâng phaùt ACK xung: + Buffer full bit BF ñöôïc set sau khi söï chuyeån ñöôïc nhaän + Bit baùo traøn SSPOV (SSPCON) ñöôïc set sau khi söï chuyeån ñöôïc nhaän Trong tröôøng hôïp naøy ,thanh ghi SSPSR giaù trò khoâng load vaøo SSPBUF nhöng bit SSPIF ñöôïc set. Trình töï hoaït ñoäng naøy cho 10 bit_address: 1. Nhaän byte cao cuûa ñòa chæ(bits SSPIF,BF,UA ñöôïc set 2. update thanh ghi SSPADD vôùi byte thöù hai cuûa address(slow)_bit UA clear 3. Ñoïc thanh ghi SSPBUF vaø clear côø SSPIF 4. Nhaân byte thöù hai cuûa ñòa chæ(slow) SSPIF,BF UA ñöôïc set 5. Update thanh ghi SSPADD vôùi byte cao cuûa ADDRESS 6. Ñoïc giaù trò thanh ghi SSPBUF xoa bit BF vaø xoaù SSPIF 7. Nhaän lai ñieàu kieän start 8. Nhaän byte thöù 1 (high) cuûa address SSPIF,BF ñöôïc set 9. Ñoïc thanh ghi SSPBUF clear bit SSPIF,BF. • Cheá ñoä master:Vaän haønh cheá ñoä naøy söû duïng ngaét khi phaùt hieân ñieâu kieän treân hai bit start vaø stop vaø trong cheá ñoä naøy hai chaân SCL SDA ñöôïc caáu hình nhö ngoõ output. 3.6.3. Module A/D CONVERT: Coù 9 keânh treân pic18f4431 cho pheùp bieán ñoåi a/d.Group A töø AN0,AN4 vaø AN1,AN5 thì thuoäc nhoùm B,AN2 AN6 thuoäc nhoùm C, AN3 - AN7 thuoäc nhoùm D vaø ñöôïc choïn trong thanh ghi ADCHS. Coù 9 thanh ghi ñieàu khieån.Vaø coù hai cheá ñoä chaïy adc laø cheá ñoä 8 bit(0_255)vaø cheá ñoä 161 bit (0_1024). Thanh ghi keát quaû cho cheá ñoä bieán ñoåi a/d: ADRESH:ADRESL laø caëp thanh ghi löu tröõ giaù trò cho pheùp bieán ñoåi A/D. Caëp thanh ghi naøy 16 bit. Cheá ñoä löu tröõ keát quaû laø right justified vaø left justified ñöôïc ñieàu khieån trong thanh ghi ADCON2. Feeback module: Module naøy duøng thieát keá ngõ vaøo cho nhöõng muïc ñích ñaëc bieät duøng trong caùc öùng duïng veà hoài tieáp. Module naøy bao goàm hai module phaàn cöùng : Input capture module (IC) Quadrature encoder interface(QEI) * Reset boä ñeám xung: - Moät xung index ñöôïc phaùt hieän treân chaân INDX: + Neáu encoder ñang vaän haønh ôû cheá ñoä thuaän chieàu ,POSCNT ñöôïc reset veà 0 + Neáu encoder ñang chaïy ôû cheá ñoä nghòch chieàu thì giaù trò MAXCNT thanh ghi ñöôïc ghi vaøo POSCNT tröôùc khi xung keá treân QEA QEB sau khi coù caïnh xuoáng treân chaân INDX - Khi hai thanh ghi POSCNT MAXCNT baèng nhau: + Neáu encoder ñang chaïy ôû chieàu thuaän thì POSCNT ñöôïc reset veà khoâng. Moät ngaét seõ xaõy ra khi reset veà khoâng + Neáu encoder ñang chaïy ôû chieàu ngòch thì giaù trò MAXCNT thanh ghi ñöôïc ghi vaøo POSCNT.Vaø cuõng coù söï kieän ngaét xaõy ra. Chương 4 – THIẾT KẾ PHẦN CỨNG Yêu cầu đặt ra: Thiết kế bộ nghịch lưu áp 3 pha chạy động cơ không đồng bộ 3 pha. Thiết kế bộ nghịch lưu áp 1 pha cung cấp cho các thiết bị điện trong thang máy. Thiết kế mạch điều khiển giữa bộ UPS và thang máy. 4.1. Sơ đồ khối tổng quát về hoạt động của mạch . ĐIỆN ÁP LƯỚI 3 PHA Tín hiệu điện áp từ thang máy 5V Mạch giao tiếp PIC 18F PIN 12V RELAY CONTACTOR NGUỒN DC 24 V RELAY CONTACTOR Bộ nghịch lưu 1 pha Bộ nghịch lưu 3 pha Thiết bị điện 1 pha Mạch lái 3 pha Mạch lái 1 pha Nguồn 15V MẠCH ĐIỀU KHIỂN 3 PHA PIC18F MẠCH ĐIỀU KHIỂN 1 PHA PIC18F Mạch tăng áp PIN 12V BỘ SẠC NGUỒN AC 220V 4.2. Giới thiệu chi tiết về các khối điều khiển. 4.2.1. Mạch nguồn. Mục đích của mạch nguồn là tạo ra điện áp DC 15V từ nguồn Pin hay acqui, để cung cấp điện áp cho mạch cách ly. Trong mạch nguồn sử dụng IC555 kích xung cho biến thế xung, tạo ra điện áp 15 VDC. 4.2.2. Mạch lái. Có hai sự lựa chọn cho các khóa đóng ngắt công suất để tạo ra điện áp ba pha và 1 pha là sử dụng MOSFET và IGBT, vì khả năng chịu dòng và áp cao. Nói chung , khi sử dụng các khóa đóng ngắt (MOSFET , IGBT ) để điều khiển thì đều cần dùng đến mạch lái (gate drive scheme). Có 2 phần cơ bản trong việc điều khiển các đóng ngắt các linh kiện công suất là: điều khiển phía cao (high side Q1) và phía thấp (low side Q2). Hình 4.1: Sơ đồ điều khiển Mosfet Trong hình 4.1: Q1 và Q2 luôn ở trạng thái làm việc đối nghịch nhau. Khi Q1 ở trạng thái ON thì Q2 ở trạng thái OFF và ngược lại. Khi Q1 đang ở trạng thái OFF chuyển sang trạng thái ON => chân S (MOSFET) hay chân E (IGBT) của Q1 chuyển từ ground sang điện áp cao ( high voltage rail). Do đó muốn kích Q1 tiếp tục ON thì phải tạo điện áp kích VGS1 có giá trị VGS1= VSQ1 + ΔV.Trong khi đó tín hiệu ra của vi xử lý điều khiển đóng ngắt các khóa chỉ có giá trị điện áp +5V (so với ground). Nên cần phải có mạch lái để tạo trôi áp và cách ly trong việc đóng ngắt phía cao Q1. Tuy nhiên đối với Q2 thì chân S được nối ground , do đó điện áp kích VGS2 chỉ cần có giá trị ΔV. Do đó việc đóng ngắt khóa low side (Q2) được điều khiển dễ dàng hơn . Ghi chú: ΔV: giá trị điện áp cần thiết để kích Q1 hay Q2 dẫn. Đối với MOSFET và IGBT ΔV có giá trị từ 10 đến 15 (V). Vì vậy, phải sử dụng đến biến áp xung hay opto. 4.2.1.1.Bieán aùp xung: Goàm moät cuoän daây sô caáp vaø coù theå nhieàu cuoän thöù caáp. Vôùi nhieàu cuoän daây phía thöù caáp, ta coù theå kích ñoùng nhieàu transistor maéc noái tieáp hoaëc song song. Bieán aùp xung caàn coù caûm khaùng taûn nhoû vaø ñaùp öùng nhanh. Trong tröôøng hôïp xung ñieàu khieån coù caïnh taùc ñoäng keùo daøi hoaëc taàn soá thaáp, bieán aùp xung sôùm ñaït traïng thaùi baõo hoøa vaø ngoõ ra cuûa noù khoâng phuø hôïp yeâu caàu ñieàu khieån. 4.2.1.2.Opto thöôøng : Goàm nguoàn phaùt tia hoàng ngoaïi duøng diode (IR - LED) vaø maïch thu duøng phototransistor. Do ñoù thoõa maõn yeâu caàu caùch ly veà ñieän, ñoàng thôøi ñaùp öùng cuûa opto toát hôn maùy bieán aùp xung. Khuyeát ñieåm: coù taàn soá ñoùng caét khoâng cao 4.2.1.3.Opto cao taàn: Ñieåm haïn cheá khi duøng opto thöôøng laø khi ôû taàn soá ñoùng caét cao thì tín hieäu ra seõ bò meùo daïng, neân khi duøng con naøy phaûi ñi keøm vôùi con IC-4049 ñeå söûa daïng xung ra töø con opto thöôøng. Thực chaát laø do tín hieäu ra cuûa opto qua coång not ñeå tín hieäu töø 2.5 trôû xuoáng thì noù seõ cho veà möùc 0 vaø 2.5 trôû leân thì noù cho leân möùc 1, vì theá noù seõ laøm cho daïng xung ngoõ ra vuoâng hôn. Ñoái vôùi opto cao taàn thì noù khaéc phuïc ñöôïc ñieåm yeáu ñoù, khoâng duøng con IC-4049 dang xung ngoõ ra ñaït ñöôïc khoâng khaùc maáy so vôùi daïng xung ngoõ vaøo caáp cho opto. Vaø ñaõ kieåm nghieäm hoaït ñoâng coù taàn soá leân ñeán 100khz thì daïng xung ngoõ ra môùi baét ñaàu bieán daïng ñoâi chuùt so vôùi daïng xung ngoõ vaøo. Hình 4.3: Sơ đồ chân PC921 Bảng sự thật Input Output Tr1 Tr2 ON High level ON OFF OFF low level OFF ON 4.3. Mạch điều khiển: Sử dụng PIC18F4331 để điều khiển mosfet hay IGBT đóng ngắt các khoá. Đối với mạch điều khiển 1 pha, sẽ tạo ra 2 cặp xung khích đối nhau để kích dẫn các khoá đóng cắt. Còn đối với mạch 3 pha, sẽ tạo ra 6 xung theo phương pháp six-tép để kích đóng cắt Mosfet hay IGBT. Sử dung phần mền MPMAB IDE v7.61 để lập trình và test mạch điều khiển. 4.3.1. Mạch nghịch lưu áp Các loại linh kiện thường được sử dụng trong bộ nghịch lưu: Có hai lựa chọn chính cho việc sử dụng khoá đóng cắt công suất trong điều khiển động cơ đó là MOSFET và IGBT. Cả hai loại MOSFET và IGBT đều là linh kiện được điều khiển bằng điện áp, nghĩa là việc dẫn và ngưng dẫn của linh kiện được điều khiển bằng một nguồn điện áp nối với cực gate của linh kiện thay vì là dòng điện trong các bộ nghịch lưu sử dụng transitor như trước đây. Vì vậy cách sử dụng loại linh kiện này làm cho việc điều khiển trở nên dễ dàng hơn. Hình 4.4: Sơ đồ khối của MOSFET và IGBT Việc đóng cắt linh kiện cũng sẽ gây nên tổn hao công suất, công thức xác định tổn hao công suất được trình bày như sau: MOSFET Mà: = drain-to-sourse on state resistance. = drain-to-sourse rmms current IGBT: = collector-to-emitter saturation voltage. = collector-to-emitter average current. Đặc điểm, ứng dụng: Thông thường MOSFET được sử dụng với các ứng dụng đòi hỏi tốc độ cao, tuy nhiên MOSFET không có khả năng chịu dòng điện cao. Trong khi đó IGBT thích hợp với các ứng dụng ở tốc độ thấp nhưng IGBT có khả năng chịu được dòng điện cao. Vì vậy, tuỳ vào đặc điểm của ứng dụng mà có sự lựa chọn linh kiện phù hợp. IGBT là linh kiện có tần số đóng cắt giới hạn thấp hơn so với MOSFET, vì vậy dẫn đến tổn thất công suất do đóng cắt linh kiện sẽ cao hơn đối với ở MOSFET có tần số đóng cắt cao hơn. Các kỹ thuật sử dụng IGBT trong điều khiển đã được sớm áp dụng cách đây hơn 10 năm, Có rất nhiều thay đổi cải thiện linh kiện với các ứng dụng khác nhau, nhiều công ty đã sản xuất ra nhiều dòng IGBT, một số được chế tạo thích hợp với các ứng dụng ở tốc độ thấp và điện áp VCE-SAT nhỏ, dẩn tới tổn hao sẽ nhỏ. Một số khác được sản xuất phù hợp với các ứng dụng đòi hỏi tốc độ cao (60kHz đến 150 kHz) và có tổn thất công suất thấp hơn nhưng có VCE-SAT cao hơn. Khoảng 5 năm trở lại đây nhiều cải tiến trong việc sản xuất MOSFET có thể chấp nhận tần số đóng cắt cao hơn với RDS-ON nhỏ (khoảng vài miliohm) làm cho tổn thất công suất được giảm đi rất nhiều. Vì vậy ngày nay, đa số các bộ nghịch lưu thường sử dụng MOSFET hơn là IGBT như trước kia. Dựa vào các đặc điểm nêu trên , khi lựa chọn linh kiện ta cần xem xét đến khả năng giới hạn của linh kiện. Các yêu cầu chính đặt ra cho linh kiện sử dụng làm bộ nghịch lưu : Điện áp VDS ( Mosfet) hay VCE ( IGBT) >> VDC /2. Dòng điện qua linh kiện lớn hơn dòng định mức của động cơ gần bằng 10A ở nhiệt độ hoạt động chịu được tần số đóng ngắt cao. => IRFP540 được lựa chọn : thõa mãn các yếu tố trên, có thể mua dễ dàng và giá thành rẻ ! 4.4. Sơ đồ mạch động lực và mạch điều khiển trong Orcard. 4.4.1. Mạch động lực. 4.4.1.1.Mạch nguồn. 4.4.1.2. Mạch điều khiển một pha 4.4.1.3. Mạch lái một pha 4.4.1.4. Mạch điều khiển ba pha 4.4.1.5. Mạch lái ba pha 4.4.2. Mạch điều khiển. Điện lưới 4.5. Lưu đồ giải thuật chương trình YES NO NO NO YES START Khai báo Đọc chương trình IF(!input (PIN A2)) IF(!input (PIN A3)) Output_low (PIN B1) Output_low (PIN B2) Output_low (PIN B3) Output_high (PIN B1) Output_high (PIN B2) Output_high (PIN B3) Dừng bộ dự phòng YES END DELAY 15s DELAY 15s DELAY 15s IF(!input (PIN A1)) Chú thích: - Nếu chân A1 nhận tín hiệu điện áp từ thang máy thì chân B1 (chân ngõ ra ) không tác động. Ngược lại, Chân B1 tác động, kích cho BJT dẫn, đóng rơle. - Nếu chân A2 nhận tín hiệu điện áp từ thang máy thì chân B2 (chân ngõ ra ) không tác động. Ngược lại, Chân B1 tác động, kích cho BJT dẫn, đóng rơle. - Nếu chân A3 nhận tín hiệu điện áp từ thang máy thì chân B3 (chân ngõ ra ) không tác động. Ngược lại, Chân B3 tác động, kích cho BJT dẫn, đóng rơle. 4.6. Lập trình cho PIC18F 4.6.1. Mạch điều khiển 3 pha. #include ORG 0x000000 BRA MAIN ORG 0x000008 MOVWF TAM GOTO IPWM ORG 0x000018 ORG 0x000028 MAIN ;-------------KHOI TAO PWM-------------------------- ; 1: PWM Timer Control (2 registers: PTCON0, PTCON1) ; 2: PWM Control (2 registers: PWMCON0, PWMCON1) ; 3: Dead Time Control (DTCON) ; 4: Output Override Control(OVDCOND) ; 5: Output State (OVDCONDS) ; 6: Fault Configuration (FLTCONFIG) ; 7: Set PORT ; 8: Set PWM Period (2 registers: PTPERL, PTPERH) ; 9: Set PWM Duty Cycle (8 registers: PDCxL, PDCxH "x=0,1,2,3") ;----------KET THUC KHOI TAO PWM-------------------- ;-------- 1: PWM Timer Control----------------------------------------- MOVLW B'11111100'; postscale (1:16), prescale (1:64), mode (free running) MOVWF PTCON0 ; MOVLW B'10000000'; cho phep PWM time base va dem len MOVWF PTCON1 ;-------- 2: PWM Control----------------------------------------------- MOVLW B'01000000'; cho phep cap PWM0, PWM1, PWM2, PWM3, PWM4, PWM5 mode (complementary) MOVWF PWMCON0 MOVLW B'00000000'; postscale (1:4) tac dong special event trigger khi len 1, updates duty cycle cho phep,? Override MOVWF PWMCON1 ;-------- 3: Dead Time Control----------------------------------------- MOVLW B'00010111'; Fosc/2, delay 1.15us MOVWF DTCON ;-------- 4: Output State---------------------------------------------- ;MOVLW B'00000000' ;MOVWF OVDCONDS ;-------- 5: Set PORT-------------------------------------------------- MOVLW H'00' MOVWF TRISB ;Cho phep xuat portB CLRF PORTB ;=============================================================;-------------KHOI TAO NGAT PWM---------------------- BSF INTCON,GIE; cho phep ngat toan cuc BSF INTCON,PEIE; cho phep ngat cac thiet bi ngoai vi khong che duoc (Unmasked) BSF PIR2,EEIE; cho phep ngat thiet bi ngoai vi BSF IPR3,PTIP; su dugn che do ngat uu tiên cao cho PWM Time Base BSF IPR3,PTIP; su dung che do ngat uu tien cao cho PWM Time Base (khi PEIE=0 ng?t th?p không ho?t d?ng) BSF RCON,IPEN; cho phép s? d?ng ng?t uu tiên (n?u không cho phép thì ng?t ho?t d?ng ? m?c cao) BSF PIE3,PTIE; cho phép ng?t PWM Timer Base ;-------------KET THUC KHOI TAO A/D------------------ ; 1: Configure the A/D module-------------------------------- BSF TRISA,0; chon AN0 la ngo vao Analog BSF ANSEL0,0; chon AN0 la ngo vao Analog BSF TRISA,1; chon AN1 la ngo vao Analog BSF ANSEL0,1; chon AN1 la ngo vao Analog BCF ADCON1,7; nguon A/D ben trong BCF ADCON1,6; nguon A/D ben trong BSF ADCON0,4; chon mode da kenh MOVLW B'00000000'; chon kenh AN0 nhom A MOVWF ADCHS; chon kenh AN0 nhom A BCF ADCON0,3; Mode 1: mau 1 tu nhom A va mau 2 tu nhom B BCF ADCON0,2; Mode 1: mau 1 tu nhom A va mau 2 tu nhom B BCF ADCON0,5; che do Single-Shot MOVLW B'10000111'; chon canh trai, khong tre, nguon clock noi MOVWF ADCON2 BSF ADCON1,FIFOEN; su dung bo dem (buffer)(mode da kenh phai su dung bo dem) ; End Configure the A/D module------------------------------- ; 2: Turn on ADC--------------------------------------------- BSF ADCON0,ADON; cho phep module bien doi AD MOVLW .100; doi 5-10 us MOVWF 0 SD nop nop nop nop DECFSZ 0,F; lap 100 lan GOTO SD ;=====================KHOI TAO TIMER0======================== ;---------------------------------------khoi tao thong so------------------------------------------ MOVLW .2; xac dinh so lan thay doi trong mot chu ky 1 pha MOVWF H'60' MOVLW .6; xac dinh so lan thay doi trong mot chu ky 3 pha MOVWF H'61' CLRF OVDCOND; cho phep PWM bang tay BCF ANSEL0,ANS6; TANG BCF ANSEL0,ANS7; OK BCF ANSEL1,ANS8; GIAM SETF TRISE BSF TRISC,RC0; MODE BSF TRISC,RC1; RANGE SMODE EQU H'64'; thanh ghi luu mode hoat dong ;1: 1 pha, 2: 3 pha, 3: mode chopper, default: 3 pha sin PWM SRANGE EQU H'65' TAM EQU H'66' ADL EQU H'67' ADH EQU H'68' MOVLW .2; gia tri dau SMODE=2 MOVWF SMODE MOVLW .3; gia tri dau SRANGE=3 MOVWF SRANGE CLRF TRISD; ngo ra cua cac LED CLRF PORTD ;--------------21/11/2007 cho sv ktcn-------------- MOVLW b'00000000' MOVWF OVDCOND CLRF OVDCONS BSF PIE3,PTIE; cho phep ngat PWM Timer Base BCF PTCON0,1; che do free running BCF PTCON0,0; che do free running MOVLW B'11111100' MOVWF PTCON0 ;-------------------------------------------------- LED EQU H'0F83' L_MODE1 EQU .0 L_MODE2 EQU .1 L_MODE3 EQU .2 L_MODE4 EQU .3 L_RANGE1 EQU .4 L_RANGE2 EQU .5 L_RANGE3 EQU .6 L_RANGE4 EQU .7 BSF LED,L_RANGE1 BSF LED,L_MODE1 ;------------------------------------------end khoi tao thong so-------------------------------- MAIN_LOOP ;-------------------------------------------------lay mau------------------------------------------------ ;chu ky 118ms tuong ung 0x15 va 0xff ;mau kenh A MOVLW 0x00 MOVWF PTPERH MOVLW 0x5f MOVWF PTPERL ;mau kenh B ;mode 3 hoat dong MOVLW .3 CPFSEQ SMODE BRA SIN RLCF ADL RLCF ADH RLCF ADL RLCF ADH MOVFF ADH,PDC0H MOVFF ADL,PDC0L MOVFF ADH,PDC1H MOVFF ADL,PDC1L BRA QUA_SIN SIN MOVLW .4 CPFSEQ SMODE BRA QUA_SIN ;chuong trinh con sin_pwm CALL SIN_PWM QUA_SIN WAIT ;----------------------------------------------end lay mau-------------------------------------------- BRA MAIN_LOOP ;------------PWM INTERRUP ROUTINE------------- IPWM BCF PIR3,4 MOVLW .1 CPFSEQ SMODE BRA BA_PHA ;-------------------------1 PHA------------------------------ MOVLW .2 CPFSEQ H'60' BRA L1 MOVLW B'00001001' MOVWF OVDCONS DECF H'60' BRA KT L1 MOVLW B'00000110' MOVWF OVDCONS MOVLW .2 MOVWF H'60' BRA KT ;------------------------------------------------------------------- MOVLW .2 CPFSEQ SMODE BRA CHOPPER BA_PHA ;----------------------------------------------3 PHA SIX STEP------------------------------------ MOVLW .6 CPFSEQ H'61' BRA L3 MOVLW B'00101001' MOVWF OVDCONS DECF H'61' BRA KT L3 MOVLW .5 CPFSEQ H'61' BRA L4 MOVLW B'00100101' MOVWF OVDCONS DECF H'61' BRA KT L4 MOVLW .4 CPFSEQ H'61' BRA L5 MOVLW B'00100110' MOVWF OVDCONS DECF H'61' BRA KT L5 MOVLW .3 CPFSEQ H'61' BRA L6 MOVLW B'00010110' MOVWF OVDCONS DECF H'61' BRA KT L6 MOVLW .2 CPFSEQ H'61' BRA L7 MOVLW B'00011010' MOVWF OVDCONS DECF H'61' BRA KT L7 MOVLW B'00011001' MOVWF OVDCONS MOVLW .6 MOVWF H'61' 4.6.2. Chương trình ccs viết cho PIC18f458 #include //#device ADC=16 //#device ADC=8 #include #include #include #fuses HS,NOWDT,NOPROTECT,NOLVP #use delay(clock=20000000) int16 So_doc=0; While(1) { if(!input(PIN_A1)) { output_low(PIN_B3); } else { output_high(PIN_B3); } if(!input(PIN_A2)) { output_low(PIN_B2); } else { output_high(PIN_B2); } if(!input(PIN_A3)) { output_low(PIN_B1); } else { output_high(PIN_B1); } Delay_ms(5000); Delay_ms(5000); Delay_ms(5000); } CHƯƠNG 5 - KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 5.1 Mô phỏng PSIM 5.1.1 Bộ nghịch lưu áp 3 pha. 5.1.2. Bộ nghịch lưu áp 1 pha 5.2. Sơ đồ mạch thực tế 5.3. Dạng sóng áp dây thu được trên dao động ký. 5.3.1. Dạng áp dây 5.3.2. Dạng áp pha TÀI LIỆU THAM KHẢO TÀI LIỆU THAM KHẢO TRONG NƯỚC [1] TS. Phan Quốc Dũng . Tô Hữu Phúc (2003). Truyền Động Điện. Nhà xuất bản Đại học Quốc gia TP.Hồ Chí Minh. [2] TS. Nguyễn Văn Nhờ (2003). Cơ Sở Truyền Động Điện. Nhà xuất bản Đại học Quốc gia TP.Hồ Chí Minh. [3] TS. Nguyễn Văn Nhờ (2003). Điện Tử Công Suất 1. Nhà xuất bản Đại học Quốc gia TP.Hồ Chí Minh [4] Nguyễn Danh Sơn (2006). Thang máy. Nhà xuất bản Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh. TÀI LIỆU THAM KHẢO NƯỚC NGOÀI [5] 16bit_Language_Tools_Libraries. Microchip Techology Inc. [6] dsPic® Language Tools Getting Started. Microchip Techology Inc. [7] MPLAB® C30 _ C Compiler User.s Guide . Microchip Techology Inc. [8] dsPIC30F6010 Data Sheet High-Performance Digital Signal Controllers . Microchip Techology Inc. [9] dsPIC30F Family Reference Manual. Microchip Techology Inc. [10] An Introduction To AC Induction Motor Control Using The dsPIC30F MCU. Microchip Techology Inc. WEBSITE THAM KHẢO