Đồ Án HCMUTE: Điều Khiển Động Cơ Ba Pha Theo Phương Pháp PWM Với Năng Lượng Mặt Trời

Khám phá đồ án HCMUTE về điều khiển động cơ ba pha bằng phương pháp PWM sử dụng năng lượng mặt trời, ứng dụng công nghệ xanh hiệu quả.

Trường đại học

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh

Chuyên ngành

Điện Tử Công Nghiệp

Người đăng

Ẩn danh

Thể loại

Đồ Án Tốt Nghiệp

2016

Phí lưu trữ

30 Point

Mục lục chi tiết

TRANG PHỤ BÌA

TRANG NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

LỜI CẢM ƠN

LỜI NÓI ĐẦU

1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1. Giới thiệu tình hình nghiên cứu hiện nay

1.2. Các nghiên cứu trong và ngoài nước

1.3. Tính cấp thiết của đề tài

1.4. Mục tiêu đề tài

1.5. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

1.6. Bố cục đề tài

2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1. Vi điều khiển DSPIC30F4011

2.2. Tổng quan về vi điều khiển DSPIC30F4011

2.3. Bộ định thời Timer

2.4. Bộ chuyển đổi tương tự sang số ADC

2.5. Khối PWM cho điều khiển động cơ

2.6. Mạch điều khiển động cơ ba pha AC

2.7. Van đóng cắt

2.8. Mạch cách ly

2.9. Pin năng lượng mặt trời

2.9.1. Giới thiệu về pin năng lượng mặt trời

2.9.2. Cấu tạo của pin năng lượng mặt trời

2.9.3. Nguyên tắc cơ bản của pin mặt trời

2.9.4. Ứng dụng của pin năng lượng mặt trời sử dụng độc lập và kết nối lưới

2.10. Các kỹ thuật điều khiển động cơ ba pha

2.10.1. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi số đôi cực

2.10.2. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số

2.10.3. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp cung cấp cho stato

2.10.4. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở mạch roto của động cơ roto dây quấn

2.11. ĐỘNG CƠ BA PHA AC 24V

2.12. LCD hiển thị

2.12.1. Giới thiệu về LCD

2.13. MẠCH SẠC ACQUY

2.14. Trình biên dịch ngôn ngữ C - CCS

2.14.1. Giới thiệu về CCS

2.14.2. Mẫu chương trình CCS

3. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG

3.1. Yêu cầu và sơ đồ khối hệ thống

3.2. Yêu cầu của hệ thống

3.3. Sơ đồ khối và chức năng mỗi khối

3.4. Hoạt động của hệ thống

3.5. Thiết kế thi công

3.5.1. Khối pin năng lượng mặt trời

3.5.2. Khối mạch nạp Acquy

3.5.3. Động cơ ba pha

3.5.4. Khối hiển thị

3.5.5. Khối xử lý trung tâm

3.6. Lập trình phần mềm

3.6.1. Yêu cầu và chức năng

3.6.2. Lựa chọn phương án

4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THỰC HIỆN

4.1. Kết quả thi công

5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ PHẠM VI ỨNG DỤNG

5.1. CÁC PHẠM VI ỨNG DỤNG

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

Tóm tắt

I. Hệ Thống Năng Lượng Mặt Trời Điều Khiển Động Cơ

Năng lượng mặt trời đang là giải pháp tiềm năng cho ngành điện, đặc biệt là ứng dụng điều khiển động cơ. Việc tận dụng nguồn năng lượng sạch này đòi hỏi tối ưu hóa hệ thống và kỹ thuật điều khiển động cơ ba pha AC hiệu quả. Các nghiên cứu trong nước tập trung ứng dụng pin năng lượng mặt trời cho hộ gia đình và vùng sâu vùng xa, trong khi các dự án quy mô lớn đang trong giai đoạn đầu. Trên thế giới, các nhà máy điện năng lượng mặt trời như PS20 ở Tây Ban Nha đã chứng minh hiệu suất vượt trội, cung cấp điện cho hàng ngàn hộ dân và giảm thiểu phát thải CO2 đáng kể.

1.1. Tình Hình Nghiên Cứu Tính Cấp Thiết

Nhu cầu năng lượng toàn cầu ngày càng tăng, trong khi nguồn năng lượng hóa thạch dần cạn kiệt và gây ô nhiễm môi trường. Năng lượng mặt trời, với ưu điểm sạch và gần như vô tận, là giải pháp thay thế tối ưu. Ứng dụng năng lượng mặt trời vào điều khiển động cơ, đặc biệt là động cơ ba pha phổ biến trong công nghiệp, là hướng đi cần thiết và cấp bách. Các nghiên cứu về điều khiển động cơ bằng năng lượng mặt trời cần được đẩy mạnh để đáp ứng nhu cầu thực tiễn.

1.2. Mục Tiêu Phạm Vi Nghiên Cứu

Đề tài tập trung thiết kế và xây dựng mô hình điều khiển động cơ ba pha AC không đồng bộ sử dụng năng lượng mặt trời. Mô hình sử dụng vi xử lý DSPIC để điều khiển và hiển thị thông số hệ thống trên màn hình LCD. Phạm vi nghiên cứu giới hạn ở mô hình công suất thấp, nhưng có thể mở rộng cho các ứng dụng thực tế trong tương lai. Kết quả nghiên cứu góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng mặt trời và ứng dụng công nghệ điều khiển động cơ tiên tiến.

II. Giải Pháp Điều Khiển Động Cơ Ba Pha Bằng PWM

Phương pháp PWM (Pulse Width Modulation) điều khiển động cơ ba pha bằng cách thay đổi độ rộng xung điện áp cung cấp cho động cơ. Kỹ thuật điều chế độ rộng xung này cho phép điều khiển tốc độ và momen xoắn của động cơ ba pha một cách chính xác và hiệu quả. Phương pháp PWM được ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống điều khiển động cơ hiện đại, từ các ứng dụng công nghiệp đến dân dụng.

2.1. Vi Điều Khiển DSPIC30F4011

DSPIC30F4011 là vi điều khiển mạnh mẽ, tốc độ xử lý cao, được sử dụng để tạo xung PWM điều khiển động cơ. DSPIC30F4011 tích hợp nhiều ngoại vi, bao gồm bộ định thời Timer, bộ chuyển đổi ADC, và khối PWM chuyên dụng. Nhờ đó, việc điều khiển động cơ ba pha trở nên linh hoạt và hiệu quả hơn.

2.2. Pin Năng Lượng Mặt Trời

Pin năng lượng mặt trời là thành phần không thể thiếu trong hệ thống, chuyển đổi năng lượng mặt trời thành điện năng. Pin năng lượng mặt trời hoạt động dựa trên hiệu ứng quang điện, tạo ra dòng điện khi tiếp xúc với ánh sáng mặt trời. Điện năng từ pin năng lượng mặt trời được sử dụng để cấp nguồn cho toàn bộ hệ thống, bao gồm cả vi điều khiển và động cơ.

01/02/2025

Bạn đang xem trước tài liệu:

Đồ án hcmute điều khiển động cơ ba pha theo phương pháp pwm sử dụng năng lượng mặt trời

Tải đầy đủ

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Tổng quan Giới thiệu sơ lược về tình hình nghiên cứu hiện nay cũng như tính cấp thiết của đề tài. Chương 2: Cơ sở lý thuyết Nêu các lý thuyết cần thiết sử dụng trong đề tài. Chương 3: Thiết kế và xây dựng hệ thống Trình bày sơ đồ hệ thống và giải thích hoạt động của hệ thống. Đưa ra các phương pháp lựa chọn phần cứng và xác định lựa chọn phù hợp với yêu cầu của đề tài.

Tính toán đưa ra giải thuật, thuật toán phần mềm. Chương 4: Kết quả thực hiện Trình bày kết quả đã thực hiện về phần cứng và phần mềm, đưa ra nhận xét. Chương 5: Kết luận và phạm vi ứng dụng 4 do an Nêu các ưu điểm và nhược điểm của đề tài, hướng khắc phục và phạm vi sử dụng trong thực tế. 5 do an CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.

Vi điều khiển DSPIC30F4011 2. Tổ ng quan về vi điề u khiể n DSPIC30F4011 DSPIC30F4011 là mô ṭ chíp xủ ̛ lí ma ̣nh với bô ̣ xủ ̛ lí 16 bit. Tốc đô ̣ xủ ̛ lí có thể lên tới 30 triê ̣u lê ̣nh mô ṭ giây, có thể thư ̣c hiê ̣n chú ̛ c nang của mô ṭ bô ̣ xủ ̛ lí tin ́ ̂ ̂ ́ ̂ ̂ hie ̣u so. DsPIC còn đươ ̣c trang bi ̣bo ̣ nhớ flash, bo ̣ nhớ EEPROM và các ngoa ̣i vi hiê ̣u nang cao và rất đa da ̣ng các thư viê ̣n phần mềm cho phép thư ̣c hiê ̣n các giải thuâ ̣t nhúng với hiê ̣u suất cao trong mô ṭ khoảng thời gian ngá n.

Vì vâ ̣y, DSPIC đươ ̣c ú ̛ ng du ̣ng rô ng ̣ raĩ trong các ú ̛ ng du ̣ng xủ ̛ lí tín hiê ̣u số, đo lường và điều khiển tư ̣ đô ng. ̣ Mô ṭ số đa ̣t điểm của DSPIC30F4011:  Bộ nhớ chuong trình 48K.  Bộ nhớ RAM 2 Kbytes.  Bộ nhớ EEPROM 1Kbyte.

 Xung clock ngoài tợ̂́i đa lện tớ i 40MHz.  5 timer 16 bit cớ thệ̂̉ ghé̛p thành timer 32 bit  Chệ̛́ độ bá̛ t giữ, so sá̛nh, điệ̀u rộ ng xung 16 bit.  Giao tiệ̛́p SPI, I 2 C, UART, CAN.  6 kệnh phá̛t PWM chuyện dùng điệ̀u khiệ̂̉n độ ng co.

 Module QEI chuyện đoc encoder.  ADC 10 bit tợ̂́c độ cao.1: Sơ đồ chan dsPIC30F4011 Hin Hin ̂̀ h 2. Ngá t DSPIC30f4011 có 30 nguồn ngá t. Bảng vecto ngá t đươ ̣c đa ̣t gần bô ̣ nhớ chương triǹ h ta ̣i điạ chỉ 0x000004.

Bô ̣ điều khiển ngá t điều khiển các ngá t. Thiết lâ ̣p các ngá t thông qua các thanh ghi đa ̣c biê ̣t sau:  IFS0<15:0>, IFS1<15:0>, IFS2<15:0> : chú ̛ a tất cả các cờ ngá t. Cờ ngá t đươ ̣c bâ ̣t lên bởi ngoa ̣i vi của vi điều khiển hoa ̣c tín hiê ̣u tù ̛ bên ngoài và đươ ̣c xóa bà ng phần mềm.  IEC0<15:0>, IEC1<15:0>, IEC2<15:0> : chú ̛ a tất cả các bit điều khiển cho phép ngá t.

Các bit này đươ ̣c sủ ̛ du ̣ng để bâ ̣t các ngá t riêng biê ̣t tù ̛ các thiết bi ̣ngoa ̣i vi hay tín hiê ̣u tù ̛ bên ngoài. 7 do an  IPC0<15:0>. IPC11<7:0> : thiết lâ ̣p các ngá t ưu tiên thông qua 12 thanh ghi.  IPL<3:0> : các mú ̛ c đô ̣ ưu tiên đươ ̣c lưu trữ trong các bit IPL.

IPL<3> nà m trong thanh ghi CORCON, IPL<2:0> nà m trong thanh ghi tra ̣ng thái.  INTCON1<15:0>, INTCON2<15:0>: điều khiển ngá t toàn cu ̣c. INTCON1 bao gồm các bit cờ điều khiển các ngá t khi có lỗi xủ ̛ lí. INTCON2 điều khiển các tiń hiê ̣u yêu cầu ngá t ngoa ̣i vi và viê ̣c sủ ̛ du ̣ng bảng chuyển đổi các vecto ngá t.

Tất cả các nguồn ngá t có thể đươ ̣c người dùng gán cho mô ṭ trong 7 cấp đô ̣ ưu tiên thông qua các thanh ghi IPCx. Nếu bit NSTDIS (INTCON1 <15>) đươ ̣c thiết lâ ̣p, tất cả các ngá t đều bi ca ̣ ̂ ́ m. Bo đinh thồ i Timer Trong vi điều khiển DSPIC40F4011 có tới nam bô ̣ đinh ̣ thời (Timer) 16- bit. Trong đó các Timer có thể hoa ̣t đô ng ̣ riêng biê ̣t, riêng hai Timer 2, 3 và hai Timer 4, 5 có thể kết hơ ̣p với nhau để trở thành mô ṭ Timer 32 bit.

 Timer 1 có thể hoa ̣t đô ng ̣ với nguồn ta ̣o dao đô ng ̣ tần số thấp 32KHz, và chế đô ̣ không đồng bô ̣ với nguồn ta ̣o dao đô ng ̣ ngoài. Đa ̣c điểm riêng biê ̣t của Timer 1 đó là có thể dùng trong các ú ̛ ng du ̣ng thời gian thư ̣c. Timer 1 có thể hoa ̣t đô ng ̣ trong ba chế đô :̣  Timer 16-bit: trong chế đô ̣ này, timer sẽ tang sau mỗi chu kỳ lê ̣nh đến khi giá tri ̣ của timer bà ng giá tri ̣ của thanh ghi chu kỳ PR1 (Period Register) sẽ reset về ‘0’ và tiếp tu ̣c đếm.  Counter đồng bô ̣ 16-bit: trong chế đô ̣ này, timer sẽ tang ở mỗi sườn lên của của xung nhip̣ ngoài mà đươ ̣c đồng bô ̣ với pha của các xung nhip̣ trong.

Timer tang đến giá tri ̣ nà m trong thanh ghi PR1 thì dù ̛ ng và reset timer về ‘0’ rồi tiếp tu ̣c đếm lên.  Counter không đồng bô ̣ 16-bit: khi hoa ̣t đô ng̣ trong chế đô ̣ này, timer sẽ tang dần sau mỗi sườn lên của xung nhip̣ bên ngoài tác đô ng ̣ vào. Timer sẽ tang dần đến khi giá tri ̣ của nó bà ng thanh ghi PR1 thì bi ̣ reset về ‘0’ rồi la ̣i tiếp tu ̣c đếm lên. Cách tính toán giá trị timer: Xung vào timer = Xung nguồn / Prescaler Trong đó Prescaler là bộ chia tần hay còn gọi là tham số cho bộ chia của timer.

Tham số này được cài đặt bởi người dùng theo các tùy chọn định trước. 8 do an Xung vào timer tức là tần số lệnh - Fcy. Cứ mỗi 1 tần số lệnh thì bộ đếm timer0 sẽ tăng lên 1 đơn vị. Giả sử nếu ta khai báo đi đường 1, tức ko qua bộ prescaler thì 1 xung nguồn (tần số máy - Fosc) = xung vào timer (tần số lệnh - Fcy).3: Sơ đồ khó i Timer 1 Hin • Giả sử nếu ta khai báo xài prescaler là 1:256 chẳn hạn.

Thì tức là bộ đếm timer0 sẽ tăng lên 1 sau 256 chu kỳ lệnh. Ý nói rằng phải có 256 xung vào thì sẽ có 1 xung ra. • Timer0 của dòng DSPIC có thể hoạt động ở chế độ 8 bit(0-255) hoặc 16 bit(0-65535). Nguyên lý hoạt động của timer0 như sau: Nếu ở chế độ 16bit.

Khi có một xung timer clock thì bộ đếm TMR0L sẽ tăng lên 1 đơn vị. Ví dụ hiện tại là 358 sau khi có thêm 1 timer clock thì giá trị của nó là 359. Đến khi nào giá trị của TMR0L = 65535, và nhận tiếp 1 giá trị thì nó sẽ trở về 0, đồng thời sẽ bật cờ ngắt TIR0IF lên. Lúc này chương trình ngắt Timer0 sẽ chạy.

Cờ ngắt này phải được xóa đi sau khi chạy xong chương trình ngắt để lần ngắt sau nó được bật lên lại. Bo chuyể n đổ i tương tự sang só ADC Vi điều khiển DSPIC30F4011 cung cấp bô ̣ chuyển đổi tương tư ̣ số 10 bit với 10 kênh ngõ vào từ chân E0 đến E1. Điê ̣n thế chuẩn có thể là nguồn cung cấp (Vdd/Vss) hoa ̣c mú ̛ c điê ̣n thế của các chân V REF+ /V REF- bô ̣ ADC có 6 thanh ghi.  Ba thanh ghi điều khiển: ADCON1, ADCON2, ADCON3 điều khiển hoa ̣t đô ng ̣ của ADC.

9 do an  Thanh ghi lư ̣a cho ̣n kênh vào để biến đổi ADCSH.  Thanh ghi cấu hình ngõ vào là tương tư ̣ hay số ADPCFG.  Thanh ghi lư ̣a cho ̣n quét ADCSSL. DSPIC cũng có thể lấy mâũ đồng thời 2 kênh hoa ̣c 4 kênh cùng lúc, lấy mâũ tuần tư ̣, thời gian lấy mâũ và chuyển đổi có thể thiết lâ ̣p trước, có thể kích chuyển đổi bà ng mô ṭ sư ̣ kiên do ngoa ̣i vi khác ta ̣o ra.

Kết quả chuyển đổi đươ ̣c lưu trong bô ̣ đê ̣m gồm 16 thanh ghi ADCBUF0 đến ADCBUFF. Các bước tiến hành chuyển đổi ADC:  Cấu hình chân là ngõ vào tương tự, cho ̣n điê ̣n áp chuẩn.  Cho ̣n kênh cần chuyển đổi, cho ̣n xung nhip̣ chuyển đổi.  Bâ ̣t ADC hoa ̣t đô ng.

̣  Xóa cờ ngắt, cho ̣n mú ̛ c ưu tiên ngá t cho ADC.  Bá t đầu lấy mâũ , đơ ̣i kết thúc lấy mâũ và bá t đầu chuyển đổi.  Đo ̣c kết quả từ bô ̣ đê ̣m.4: Sơ đồ khó i ADC Hin 2. Khó i PWM cho điề u khiể n đong cơ DSPIC30F4011 có 6 chân phát PWM với 3 ca ̣p tương ú ̛ ng chuyên dùng cho điều khiển đô ng ̣ cơ với các đa ̣c điểm:  6 chân phát PWM với 3 bô ̣ ta ̣o chu ki.̀  Đô ̣ phân giải 16 bit.

 Chế đô ̣ ta ̣o xung tư ̣ do: thanh ghi đếm đươ ̣c đếm lên bà ng giá tri ̣trong PTPER thì PTMR bi ̣reset về 0, sau đó tiếp tu ̣c đếm lên nếu PTEN còn bâ ̣t.  Chế ta ̣o đơn xung: cũng giống như chế đô ̣ ta ̣o xung tư ̣ do chỉ khác ở chỗ khi PTMR bà ng PTPER thì bit PTEN sẽ bi ̣ xóa bà ng phần cú ̛ ng để ngan bô ̣ tao xung hoa ̣t đô ng ̣ tiếp.  Chế đô ̣ ta ̣o xung canh giữa (đếm lên xuống): thanh ghi sẽ đếm lên khi bà ng giá tri ̣ trong PTPER thì sẽ đảo hướng đếm bà ng cách đảo bit PTDIR. Ngá t khi thanh ghi PTMR trở về 0.

 Chế đô ̣ ta ̣o xung canh giữa câ ̣p nhâ ̣t kép: ngá t xảy ra khi PTMR bà ng không cũng như PTMR = PTPER. Chế đô ̣ này giúp câ ̣p nhâ ̣t đô ̣ rô ng ̣ xung trong chu kì kép cũng như ta ̣o ra da ̣ng sóng không đều khi canh giữa phù hơ ̣p với mô ṭ số ú ̛ ng du ̣ng điều khiển.  Các chân phát PWM có thể hoa ̣t đô ng ̣ đô c̣ lâ ̣p hay giao hoán nhau.  Có thanh ghi ta ̣o thời gian chết DTCON, tránh trùng dâñ khi ta ̣o xung kić h bô ̣ nghich ̣ lưu.

 Có thể áp đa ̣t giá tri ̣logic ngõ ra thông qua thanh ghi OVDCON.  Có thể ta ̣o sư ̣ kiê ̣n kić h chuyển đổi ADC.

Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ

Bài viết "Điều Khiển Động Cơ Ba Pha Bằng Phương Pháp PWM Sử Dụng Năng Lượng Mặt Trời" cung cấp cái nhìn sâu sắc về cách điều khiển động cơ ba pha thông qua phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM) kết hợp với năng lượng mặt trời. Tác giả phân tích các nguyên lý hoạt động của động cơ ba pha và lợi ích của việc sử dụng năng lượng tái tạo, đặc biệt là năng lượng mặt trời, trong việc giảm thiểu chi phí và bảo vệ môi trường. Bài viết không chỉ giúp người đọc hiểu rõ hơn về công nghệ PWM mà còn mở ra hướng đi mới cho việc ứng dụng năng lượng mặt trời trong các hệ thống cơ điện.

Nếu bạn muốn tìm hiểu thêm về các ứng dụng năng lượng mặt trời trong lĩnh vực cơ khí, hãy tham khảo bài viết "Luận văn thạc sĩ hcmute xây dựng hệ thống ac bơm nước bằng pin mặt trời cho khu vực huyện tri tôn tỉnh an giang". Ngoài ra, bài viết "Luận án tiến sĩ điều khiển tối ưu hệ thống điện lai diesel sức gió mặt trời cho hai đảo việt nam" cũng sẽ cung cấp cho bạn cái nhìn tổng quan về các hệ thống năng lượng tái tạo kết hợp. Cuối cùng, bạn có thể khám phá thêm về "Luận văn thạc sĩ hcmute thiết kế hệ thống bơm nước bằng ứng dụng năng lượng mặt trời tại các vùng sâu vùng xa xa lưới điện" để thấy rõ hơn ứng dụng thực tiễn của năng lượng mặt trời trong các khu vực khó khăn. Những tài liệu này sẽ giúp bạn mở rộng kiến thức và hiểu rõ hơn về tiềm năng của năng lượng tái tạo trong ngành cơ khí.

#hệ thống điều khiển

#năng lượng mặt trời

#công nghệ năng lượng tái tạo

#động cơ điện

#đồ án kỹ thuật

#điều khiển động cơ ba pha

Chủ đề

Năng lượng tái tạo và ứng dụng

Kỹ thuật điện và điện tử

Công nghệ điều khiển động cơ

Đồ án và nghiên cứu khoa học