MỞ ĐẦU Động cơ không đồng bộ ba pha dùng rộng rãi trong công nghiệp, vì chúng có cấu trúc đơn giản, làm việc tin cậy, nhưng có nhược điểm dòng điện khởi động lớn, gây ra sụt áp trong lới điện. Phương pháp tối ưu hiện nay là dùng bộ điều khiển điện tử để hạn chế dòng điện khởi động, đồng thời điều chỉnh tăng mômen mở máy một cách hợp lý, vì vậy các chi tiết của động cơ chịu độ dồn nén vê cơ khí ít hơn, tăng tuổi thọ làm việc an toàn cho động cơ. Ngoài việc tránh dòng đỉnh trong khi khởi động động cơ, còn làm cho điện áp nguồn ổn định hơn không gây ảnh hưởng xấu đến các thiết bị khác trong lưới. Phương pháp khởi động được áp dụng ở đây là cần hạn chế điện áp ở đầu cực động cơ, tăng dần điện áp theo một chương trình thích hợp để điện áp tăng tuyến tính từ một giá trị xác định đến điện áp định mức.
Đó là quá trình khởi động mềm (ramp) toàn bộ quá trình khởi động được điều khiển đóng mở tiristor bằng bộ vi điều khiển với các cổng vào ra tương ứng, tần số giữa không đổi theo tần số điện áp lưới. Về bản chất, đây là phương pháp hạ điện áp đặt vào động cơ. Cho ta thấy phương pháp này thích hợp nhất với động cơ kéo các máy thuỷ khí như máy bơm, quạt gió,… Đối với các ứng dụng có mômen cản không đổi, thì mômen cần phải nhỏ hơn mômen khởi động. Biện pháp này không phù hợp lắm với các ứng dụng có mômen cản tỉ lệ nghịch với tốc độ.
HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNGMỀM 2. Sơ đồ hệ thống Điện áp cấp cho động cơ thay đổi phụ thuộc vào việc điều khiển thời điểm đóng mở của triac, hay chính là thay đổi góc điềukhiển. Đối với bộ điều áp xoay chiều ba pha, mối tương quan giữa điện áp đầu ra và góc là khá phức tạp, tuỳ thuộc vào từng khoảng giá trị của góc. Góc được giảm dần từ giá trị đặt về 0.
Muốn phát xung vào cực điều khiển của mỗi triac theo chu kỳ, theo luật, phải xây dựng cho bộ biến đổi một hệ thống điều khiển. Sơ đồ khối hệ thống khởi động mềm Hệ thống gồm có : bộ điều áp ba pha và vi điều khiển avr là hai bộ phận chính: Bộ điều áp có nhiệm vụ điều chỉnh điện áp để đa vào động cơ. Vi điều khiển avr có nhiệm vụ là điều chỉnh góc mở triac của bộ điều áp để điện áp đưa vào động cơ thay đổi liên tục. Nguyên lý hoạt động của hệ thống Ban đầu ta đặt góc mởva nạp chương trình điều khiển cho vi điều khiển.
Từ tham số đặt, vi điều khiển nhận tín hiệu đồng bộ và so sánh, tính toán để phát xung mở triac ở bộ điềuáp. Khi mới đóng động cơ vào lưới do tốc độ động cơ bằng không nên sức phản điện động của động cơ nhỏ dòng điện chay qua động cơ lớn để dòng điện không lớn thì điện áp đặt vào động cơ phải nhỏ lúc này góc mở triac lớn. Khi động cơ bắt đầu quay sức phản điện động của động cơ lớn, dòng điện chạy qua động cơ giảm để đảm bảo mômen khởi động của động cơ không nhỏ ta phải giảm góc mở triac. Ta đã thay đổi liên tục điện áp đặt vào động cơ điều đó đảm bảo mômen khởi động lớn.
Khi động cơ đã chạy ta cắt bộ biến đổi khỏi động cơ, nối trực tiếp động cơ với điện áp lới. A B C K1 K2 K3 RN RN Hình 2. Sơ đồ hoạt động của hệ thống 17 2. BỘ ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU Các bộ điều áp xoay chiều , dùng để điều chỉnh giá trị điện áp xoay chiều với hiệu suất cao.
Bộ điều áp xoay chiều chủ yếu sử dụng các Tiristor mắc song song ngược hoặc Triac để thay đổi giá trị điện áp trong nửa chu kỳ củađiện áp lới theogócmở -> Từ đó thay đổi được giá trị hiệu dụng củađiện áp ra tải. Dới đây trình bày các bộ điều chỉnh điện áp dòng xoay chiều hay sử dụng nhất. Sơ đồ đấu sao có trung tính[4] Hình 2. Sơ đồ đấu sao có trung tính Với sơ đồ này thì các cặp tiristor mắc ngược nhau làm độc lập với nhau.
Ta có thể thực hiện điều khiển riêng biệt từng pha, tải có thể đối xứng hoặc không đối xứng. Do đó điện áp trên các van bán dẫn nhỏ hơn vì điện áp đặt vào van bán dẫn là điện áp pha. Các van đấu ở điện trung tính nên số van giảm đi một nửa. Nhược điểm của sơ đồ là trên dây trung tính có tồn tại dòng điện điều hòa bậc cao, khi góc mở các van khác không có dòng tải gián đoạn và loại sơ đồ nối này chỉ thích hợp với loại tải ba pha có bốn đầu dây ra.
Sơ đồ tải đấu tam giác[4] Hình 2. Sơ đồ đấu tam giác Sơ đồ này có nhiều điểm khác với sơ đồ có dây trung tính. Ở đây dòng điện chạy giữa các pha với nhau nên đồng thời phải cấp xung điều khiển cho hai Tiristor của hai pha một lúc. Việc cấp xung điều khiển như thế đôi khi gặp khó khăn trong mạch điều khiển, ngay cả khi việc đổi thứ tự pha nguồn lới cũng có thể làm cho sơ đồ không hoạt động.
Sơ đồ đấu sao không trung tính 19 Hoạt động của bộ điều chỉnh điện áp xoay chiều ba pha nối sao không dây trung tính là sự hoạt động tổng hợp của các pha. Việc điều chỉnh điện áp bộ điều áp ba pha không dây trung tính phụ thuộc vào góc Trờng hợp tổng quát sẽ có sáu đoạn điều khiển và sáu đoạn điều khiển không đối xứng. đối xứng khi cả ba tiristor dẫn, không đối xứng khi hai tiristordẫn. Việc xác định điện áp phải căn cứ vào chương trình làm việc của các tiristor.
Giả thiết rằng tải đối xứng và sơ đồ điều khiển đảm bảo tạo ra các xung mở và góc mở lệch nhau 120 0 Khi đóng hoặc mở một tiristor của một pha nào đó sẽ làm thay đổi dòng của hai pha còn lại. Ta lưu ý rằng trong hệ thống điện áp ba pha, dòng có thể chảy qua cả ba pha hoặc chỉ qua hai pha. Không có trờng hợp chỉ có một pha dẫn dòng. Khi dòng chảy qua cả ba pha thì điện áp trên mỗi pha đúng bằng điện áp pha.
Khi dòng chảy qua cả hai pha thì điện áp trên pha tơng ứng bằng 1/2 điện áp dây. Sau đây ta phân tích sự hoạt động của sơ đồ qua các trường hợp sau với tải R. 20 o 150 : Chỉ có các giai đoạn hai van dẫn hoặc không có van Trong phạm vi góc này sẽ có các giai đoạn ba van và hai van dẫn xen kẽ nhau. Nguyên lý hoạt động của sơ đồ XAXC ba pha Dùng sáu Tiristor đấu song song ngược đấu với tải thuần trở, tải đấu theo hình sao và cách lyvới nguồn = 30 +Trongkhoảng: = 1 2 Van một dẫn dòng ở pha A ; Van 6 dẫn ở pha B ; van 5 dẫn ở pha C -> dòng có thể chảy qua ba pha -> Có UZA = UA 21 + Trongkhoảng: =2 - 3 Van một dẫn ở pha A ; van 6 dẫn ở pha B -> dòng có thể chảy qua hai pha -> có UZA = 1/2.
UAB + Trong khoảng: =3 - 4 Van 1 dẫn ở pha A ; Van 2 dẫn ở pha C ; Van 6 dẫn ở pha B -> UZA = 1/2. UAB + Trong khoảng: = -4 - 5 Van 1 dẫn ở pha A ; Van 2 dẫn ở pha C -> UZA = 1/2. UAB + Trong khoảng: = -5 - 6 Van 1 dẫn ở pha A ; Van 2 dẫn ở pha C ; Van 3 dẫn ở pha B -> UZA =UA Với = 600 ÷900 Trong phạm vi này luôn chỉ có các giai đoạn hai van dẫn. Dạng điện áp Với = 90 ÷120 Trong trường hợp này chỉ có các giai đoạn hai van dẫn hoặc không van nào dẫn cả.
VI ĐIỀU KHIỂNAVR Vi điều khiển AVR do công ty Atmel sản suất, là bộ xử lý RISC (Reduce Instruction Set Computer) với kiến trúc Harvard. Với những u điểm đợc nêu ra sau đây, loại chip này đang đợc dùng rộng dãi trong các hệ thống nhúng. Các đặc điểm chính củaAVR - Kiến trúc RISC với hầu hết các lệnh có chiều dài cố định, truy nhập bộ nhớ nạp – lưu trữ và 32 thanh nghi đa năng. 24 - Có nhiều bộ phận ngoại vi ngay trên chip, bao gồm: Cổng vào ra số, bộ biến đổi ADC, bộ nhớ EEFROM, bộ định thời, bộ điều chế độ rộng xung (PWM),… - Hầu hết các lệnh đều thực hiện trong một chu kỳ xung nhịp.
- Hoạt động với chu kỳ xung nhịp cao, có thể lên đến 20 MHz tuỳ thuộc từng loại chip cụ thể. - Bộ nhớ chương trình va bộ nhớ dữ liệu được tích hợp ngay trê chip. - Khả năng lập trình được trong hệ thống, có thể lập trình được ngay khi đang được cấp nguồn trên bản mạch không cần phải nhấc chip ra khỏi bản mạch. - Hỗ trợ cho việc lập trình bằng ngôn ngữ bậc cao – ngôn ngữC.
Cốt lõi của AVR là sự kết hợp tập lệnh đầy đủ với các thanh ghi đa năng 32 bit. Tất cả các thanh ghi 32 bit này liên kết trực tiếp với khối xử lý số học và logic (ALU) cho phép 2 thanh ghi độc lập được truy cập trong một lệnh đơn trong 1 chu kỳ đồng hồ. Kết quả là tốc độ nhanh gấp 10 lần các bộ vi điều khiển CISC thờng. Với các tính năng đã nêu, chế độ nghỉ (Idle) CPU trong khi cho phép bộ truyền tin nối tiếp đồng bộ USART, giao tiếp 2 dây, chuyển đổi A/D, SRAM, bộ đếm bộ định thời, cổng SPI và hệ thống các ngắt vẫn hoạt động.
Chế độ Power-down lưu giữ nội dung của các thanh ghi nhưng làm đông lạnh bộ tạo dao động, thoát khỏi các chức năng của chip cho đến khi có ngắt ngoài hoặc là reset phần cứng. Chế độ Power-save đồng hồ đồng bộ tiếp tục chạy cho hép chương trình sử dụng giữ được đồng bộ thời gian nhưng các thiết bị còn lại là ngủ. Chế độ ADC Noise Reduction dừng CPU và tất cả các thiết bị còn lại ngoại trừ đồng hồ đồng bộ và ADC, tối thiểu hoá switching noise trong khi ADC đang hoạt động. Trong chế độ standby, bộ tạo dao động (thuỷ tinh thể/bộ cộng hởng) chạy trong khi các thiết bị còn lại ngủ.
Các điều này cho phép bộ vi điều khiển khởi động rất nhanh trong chế độ tiêu thụ công suất thấp. Thiết bị đợc sản xuất sử dụng công nghệ bộ nhớ cố định mật độ cao của 25 Atmel.