Transcript
Page 1: Khảo sát và thiết kế bộ khởi động mềm

Trang 1

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ BỘ KHỞI ĐỘNG MỀM CHO ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA

Sinh viên thực hiện Cán bộ hướng dẫn: Nguyễn Phi Cường (1063853) Nguyễn Văn Khanh Trần Quốc Việt (1063935)

CẦN THƠ 8/5/2010

Page 2: Khảo sát và thiết kế bộ khởi động mềm

Trang 2

Chuong I: TỔNG QUÁT 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ Những thành tựu của khoa học và kỹ thuật đã có nhiều ứng dụng rất lớn

trong cuộc sống cũng như trong công nghiệp hiện nay. Đã đem đến cho chúng ta

vô số những thành quả to lớn như ứng dụng điều khiển các thiết bị điện, động cơ

điện như quạt và động cơ bơm…..

Nội dung chính của đề tài mà chúng em thực hiện là “ NGHIÊN CỨU VÀ

THIẾT KẾ BỘ KHỞI ĐỘNG MỀM CHO ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3

PHA”.

Động cơ không đồng bộ ba pha được dùng rộng rãi trong công nghiệp, vì

chúng có cấu trúc đơn giản, làm việc với độ tin cậy, nhưng có nhược điểm là

dòng điện khởi động lớn, gây ra sụt áp trong lưới điện.Vì vậy đề tài của chúng

em là phải nghiên cứu và thiết kế bộ khởi động mềm để điều khiển sao cho có thể

làm hạn chế dòng điện khởi động , đồng thời điều chỉnh tăng mô men mở máy

một cách hợp lý, cho nên các chi tiết của động cơ chịu độ dồn nén về 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 điện.

1.2. TẦM QUAN TRỌNG CỦA VẤN ĐỀ Ứng dụng của bộ khởi động mềm có ý nghĩa rất lớn và rất quan trọng trong

công nghiệp vì nó tiết kiệm điện năng rất lớn, tăng tuổi thọ làm việc của động cơ

hoạt động và không ảnh hưởng đến các thiết bị khác trong lưới điện khi động cơ

vận hành.Ứng dụng này rất có giá trị để điều khiển điện áp đặt vào động cơ sẽ

giảm dòng khởi động xuống còn 1.5 đến 3 lần dòng định mức, phụ thuộc vào

chế độ tải vì khi động cơ được đóng trực tiếp vào lưới điện dòng khởi động của

động cơ không đồng bộ sẽ rất lớn từ 5 đến 7 lần đồng định mức.Điều này gây

ảnh hưởng rất lớn đến các thiết bị dùng điện khác nhất là khi công suất lưới bị

giới hạn hay ở cuối đường dây có sụt áp lớn.Có thể 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.

Page 3: Khảo sát và thiết kế bộ khởi động mềm

Trang 3

1.3. GIỚI HẠN VẤN ĐỀ

Đề tài “ NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT BỘ KHỞI ĐỘNG MỀM CHO ĐỘNG

CƠ KHÔNG 3 PHA” có thể giải quyết được vấn đề giảm dòng khởi cho động

cơ khi khởi động và điều khiển điện áp ở đầu cực động cơ nhưng vẫn hạn chế là

chưa thể nghiên cứu sâu hơn nữa những tính năng thực của bộ khởi động mềm

được bán trên thị trường hiện nay như: bảo vệ quá nhiệt cho động cơ, tích hợp

hình thức giao tiếp mạng kiểu Modbus, điều khiển kết hợp với contactor nối tắt

khi điều khiển xong tránh tổn hao nhiệt, có các ngõ vào ra đa chức năng.

Do thời gian thực hiện đề tài này chỉ trong 6 tuần,với kiến thức cũng còn hạn

chế nên cũng gặp nhiều khó khăn trong quá trình thực hiện.Nhưng chúng em đã

cố gắn để hoàn thành tốt đề tài này.

Nhóm đã thực hiện nghiên cứu đề tài với những đặc điểm chính sau đây:

Thiết kế mạch điều khiển trong bộ khởi động mềm

Lập trình bằng vi điều khiển AT89S52

Thiết kế mạch động lực

1.4. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Đề tài chúng em tìm hiểu về động cơ không đồng bộ 3 pha và nghiên cứu

và thiết kế bộ khởi động mềm. Mục đích thực hiện của đề tài là nghiên cứu

nguyên lý và thiết kế mạch điện tử cũng như tìm hiểu về tập lệnh của vi điều

khiển để lập trình điều khiển động cơ.

Trong quá trình thực hiện đề tài này cũng có nhiều sai sót hy vọng quý thầy

thông cảm và bỏ qua,chúng em xin chân thành cảm ơn quý thầy.

Page 4: Khảo sát và thiết kế bộ khởi động mềm

Trang 4

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1. ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA

2.1.1 Đại cương về động cơ không đồng bộ

Động cơ không đồng bộ ba pha do kết cấu đơn giản, làm việc chắc chắn,

sử dụng và bảo quản thuận tiện, giá thành rẽ nên được sử dụng rộng rãi trong nền

kinh tế quốc dân, nhất là loại công suất dưới 100 kW.

Động cơ điện không đồng bộ rôto lồng sóc cấu tạo đơn giản nhất nhất là

loại rôto lồng sóc đúc nhôm) nên chiếm một số lượng khá lớn trong loại động cơ

công suất nhỏ và trung bình. Nhược điểm của động cơ này là điều chỉnh tốc độ

khó khăn và dòng điện khởi động lớn thường bằng 6-7 lần dòng điện định mức.

Để bổ khuyết cho nhược điểm này, người ta chế tạo đông cơ không đồng bộ rôto

lồng sóc nhiều tốc độ và dùng rôto rãnh sâu, lồng sóc kép để hạ dòng điện khởi

động, đồng thời tăng mômen khởi động lên.

Động cơ điện không đồng bộ rôto dây quấn có thể điều chỉnh tốc được tốc

độ trong một chừng mực nhất định, có thể tạo một mômen khởi động lớn mà

dòng khởi động không lớn lắm, nhưng chế tạo có khó hơn so với với loại rôto

lồng sóc, do đó giá thành cao hơn, bảo quản cũng khó hơn.

Page 5: Khảo sát và thiết kế bộ khởi động mềm

Trang 5

Động cơ điện không đồng bộ được sản xuất theo kiểu bảo vệ IP23 và kiểu

kín IP44. Những động cơ điện theo cấp bảo vệ IP23 dùng quạt gió hướng tâm đặt

ở hai đầu rôto động cơ điện. Trong các động cơ rôto lồng sóc đúc nhôm thì cánh

quạt nhôm được đúc trực tiếp lên vành ngắn mạch. Loại động cơ điện theo cấp

bảo vệ IP44 thường nhờ vào cánh quạt đặt ở ngoài vỏ máy để thổi gió ở mặt

ngoài vỏ máy, do đó tản nhiệt có kém hơn do với loại IP23 nhưng bảo dưỡng

máy dễ dàng hơn.

Hiện nay các nước đã sản xuất động cơ điện không đồng bộ theo dãy tiêu

chuẩn. Dãy động cơ không đồng bộ công suất từ 0,55-90 KW ký hiệu là K theo

tiêu chuẩn Việt Nam 1987-1994 được ghi trong bảng 10-1 (Trang 228 TKMĐ).

Theo tiêu chuẩn này, các động cơ điện không đồng bộ trong dãy điều chế tạo

theo kiểu IP44.

Ngoài tiêu chuẩn trên còn có tiêu chuẩn TCVN 315-85, quy định dãy công

suất động cơ điện không đồng bộ rôto lồng sóc từ 110 kW-1000 kW, gồm

có công suất sau: 110,160, 200, 250, 320, 400, 500, 630, 800 và 1000 kW.

Ký hiệu của một động cơ điện không đồng bộ rôto lồng sóc được ghi theo

ký hiệu về tên gọi của dãy động cơ điện, ký hiệu về chiều cao tâm trục quay, ký

hiệu về kích thước lắp đặt dọ trục và ký hiệu về số trục.

2.1.2. Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ

Động cơ không đồng bộ ba pha có hai phần chính: stato (phần tĩnh) và

rôto (phần quay). Stato gồm có lõi thép trên đó có chứa dây quấn ba pha.

Khi đấu dây quấn ba pha vào lưới điện ba pha, trong dây quấn sẽ có các

dòng điện chạy, hệ thống dòng điện này tao ra từ trường quay, quay với tốc độ:

pfn 1

1 *60

Trong đó:

-f1: tần số nguồn điện

-p: số đôi cực từ của dây quấn

Page 6: Khảo sát và thiết kế bộ khởi động mềm

Trang 6

Phần quay, nằm trên trục quay bao gồm lõi thép rôto. Dây quấn rôto bao

gồm một số thanh dẫn đặt trong các rãnh của mạch từ, hai đầu được nối bằng hai

vành ngắn mạch.

2n

n2

n1

1ns1

N1

dtF

dtF

Từ trường quay của stato cảm ứng trong dây rôto sức điện động E, vì dây

quấn stato kín mạch nên trong đó có dòng điện chaỵ. Sự tác dụng tương hổ giữa

các thanh dẫn mang dòng điện với từ trường của máy tạo ra các lực điện từ Fđt

tác dụng lên thanh dẫn có chiều xác định theo quy tắc bàn tay trái.

Tập hợp các lực tác dụng lên thanh dẫn theo phương tiếp tuyến với bề măt

rôto tạo ra mômen quay rôto. Như vậy, ta thấy điện năng lấy từ lưới điện đã được

biến thành cơ năng trên trục động cơ. Nói cách khác, động cơ không đồng bộ là

một thiết bị điện từ, có khả năng biến điện năng lấy từ lưới điện thành cơ năng

đưa ra trên trục của nó. Chiều quay của rôto là chiều quay của từ trường, vì vậy

phụ thuộc vào thứ tự pha của điện áp lưới đăt trên dây quấn stato. Tốc độ của

rôto n2 là tốc độ làm việc và luôn luôn nhỏ hơn tốc độ từ trường và chỉ trong

trường hợp đó mới xảy ra cảm ứng sức điện động trong dây quấn rôto. Hiệu số

tốc độ quay của từ trường và rôto được đặc trưng bằng một đại lượng gọi là hệ số

trượt s:

1

21

nnns

Page 7: Khảo sát và thiết kế bộ khởi động mềm

Trang 7

Khi s=0 nghĩa là n1=n2, tốc độ rôto bằng tốc độ từ trường, chế độ này gọi

là chế độ không tải lý tưởng (không có bất cứ sức cản nào lên trục). Ở chế độ

không tải thực, s0 vì có một ít sức cản gió, ma sát do ổ bi …

Khi hệ số trượt bằng s=1, lúc đó rôto đứng yên (n2=0), momen trên trục

bằng momen mở máy.

Hệ số trượt ứng với tải định mức gọi là hệ số trựơt định mức. Tương ứng

với hệ số trượt này gọi tốc độ động cơ gọi là tốc độ định mức.

Tốc độ động cơ không đồng bộ bằng:

)1(*12 snn

Một đăc điểm quan trọng của động cơ không đồng bộ là dây quấn stato

không được nối trực tiếp với lưới điện, sức điện động và dòng điện trong rôto có

được là do cảm ứng, chính vì vậy người ta cũng gọi động cơ này là động cơ cảm

ứng.

Tần số dòng điện trong rôto rất nhỏ, nó phụ thuộc vào tốc độ trựơt của

rôto so với từ trường:

11

211212 *

*60)(**

60* fs

nnnnpnnpf

Động cơ không đồng bộ có thể làm việc ở chế độ máy phát điện nếu ta

dùng một động cơ khác quay nó với tốc độ cao hơn tốc độ đồng bộ, trong khi các

đầu ra của nó được nối với lưới địện. Nó cũng có thể làm việc độc lập nếu trên

đầu ra của nó được kích bằng các tụ điện.

Động cơ không đồng bộ có thể cấu tạo thành động cơ một pha. Động cơ

một pha không thể tự mở máy được, vì vậy để khởi động động cơ một pha cần

có các phần tử khởi động như tụ điện, điện trở …

Khi nam châm điện quay ( tốc độ n1 vòng/ phút ) làm đường sức từ quay cắt

qua các cạnh của khung dây cảm ứng gây nên sức điện động E trên khung dây.

Sức điện động E sinh ra dòng điện I chạy trong khung dây. Vì dòng điện I nằm

Page 8: Khảo sát và thiết kế bộ khởi động mềm

Trang 8

trong từ trường nên khi từ trường quay làm tác động lên khung dây một lực điện

từ F. Lực điện từ này làm khung dây chuyển động với tốc độ n vòng/ phút.

2.1.3. Cấu tạo

a) Phần tĩnh (Stato)

Stato có cấu tạo gồm vỏ máy,lỏi sắt và dây quấn

Vỏ máy

Vỏ máy có tác dụng cố định lõi sắt và dây quấn, không dùng để làm mạch

dẫn từ.

Thường vỏ máy được làm bằng gang. Đối với máy có công suất tương đối

lớn ( 1000kW ) thường dùng thép tấm hàn lại làm thành vỏ máy. Tuỳ theo

cách làm nguội máy mà dạng vỏ cũng khác nhau.

Lõi sắt

Lõi sắt là phần dẫn từ. Vì từ trường đi qua lõi sắt là từ trường quay nên để

giảm tổn hao lõi sắt được làm bằng những lá thép kỹ thuật điện ép lại. Khi đường

kính ngoài lõi sắt nhỏ hơn 90 mm thì dùng cả tấm tròn ép lại. Khi đường kính

ngoài lớn hơn thì dùng những tấm hình rẻquạt (hình 2) ghép lại.

Dây quấn

Dây quấn stator được đặt vào các rãnh của lõi sắt và được cách điện tốt với

lõi sắt.

b)Phần quay (roto)

Rotor có 2 loại chính : rotor kiểu dây quấn và rotor kiểu lòng sóc.

Rotor dây quấn :

Rôto có dây quấn giống như dây quấn của stator. Dây quấn 3 pha của rôto

thường đấu hình sao còn ba đầu kia được nối vào vành trượt thường làm bằng

đồng đặt cố định ở một đầu trục và thông qua chổi than có thể đấu với mạch điện

bên ngoài. Đặc điểm là có thể thông qua chổi

than đưa điện trở phụ hay suất điện động phụ vào mạch điện rôto để cải thiện tính

năng mở máy, điều chỉnh tốc độ hoặc cải thiện hệ số công suất của máy. Khi máy

làm việc bình thường dây quấn rotor được nối ngắn mạch. Nhược điểm so với

Page 9: Khảo sát và thiết kế bộ khởi động mềm

Trang 9

động cơ rotor lòng sóc là giá thành cao, khó sử dụng ở môi trường khắc nghiệt,

dễ cháy nổ .

Rotor lồng sóc :

Kết cấu loại dây quấn này rất khác với dây quấn stator. Trong mỗi rãnh của

lõi sắt rotor đặt vào thanh dẫn bằng đồng hay nhôm dài ra khỏi lõi sắt và được

nối tắt lại ở hai đầu bằng hai vành ngắn mạch bằng đồng hay nhôm làm thành

một cái lồng mà người ta quen gọi là lồng sóc.

c ) Khe hở không khí

Vì rotor là một khối tròn nên khe hở đều. Khe hở trong máy điện không

đồng bộ rất nhỏ để hạn chế dòng điện từ hóa lấy từ lưới và như vậy mới có thể

làm cho hệ số công suất của máy cao hơn.

2.1.4 Ứng dụng : Động cơ không đồng bộ là loại máy điện xoay chiều chủ yếu dùng làm động

cơ điện. Do kết cấu đơn giản, làm việc chắc chắn, hiệu suất cao, giá thành hạ nên

động cơ không đồng bộ là loại máy được dùng rộng rãi Trong đời sống hàng

ngày,động cơ không đong bộ ngày càng chiếm một vị trí quan trọng với nhiều

ứng dụng trong cộng nghiệp, nông nghiệp và trong đời

sống hàng ngày.

Ứng dụng của động cơ không đồng bộ

Ngày nay, các hệ thống truyền động điện được sử dụng rất rộng rãi trong

các thiết bị hoặc dây chuyền sản xuất công nghiệp, trong giao thông vận tải,

trong các thiết bị điện dân dụng, . .

. Ước tính có khoảng 50% điện năng sản xuất ra được tiêu thụ bởi các hệ

thống truyền động điện.

Hệ truyền động điện có thể hoạt động với tốc độ không đổi hoặc với tốc độ

thay đổi được. Hiện nay khoảng 75 . 80% các hệ truyền động là loại hoạt động

với tốc độ không đổi.

Với các hệ thống này, tốc độ của động cơ hầu như không cần điều khiển trừ

các quá trình khởi động và hãm. Phần còn lại, là các hệ thống có thể điều chỉnh

được tốc độ để phối hợp đặc tính động cơ và đặc tính tải theo yêu cầu. Với sự

phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật bán dẫn công suất lớn và kỹ thuật vi xử lý, các

Page 10: Khảo sát và thiết kế bộ khởi động mềm

Trang 10

hệ điều tốc sử dụng kỹ thuật điện tử ngày càng được sử dụng rộng rãi và là công

cụ không thể thiếu trong quá trình tự động hóa.

Động cơ không đồng bộ có nhiều ưu điểm như: kết cấu đơn giản, làm việc

chắc chắn, hiệu suất cao, giá thành hạ, có khả năng làm việc trong môi trường

độc hại hoặc nơi có khả năng cháy nổ cao. Vì những ưu điểm này nên động cơ

không đồng bộ được ứng dụng rất rộng rãi trong các ngành kinh tế quốc dân với

công suất từ vài chục đến hàng nghìn kW. Trong công nghiệp, động cơ không

đồng bộ thường được dùng làm nguồn động lực cho các máy cán thép loại vừa và

nhỏ, cho các máy công cụ ở các nhà máy công nghiệp nhẹ . . . Trong nông

nghiệp, được dùng làm máy bơm hay máy gia công nông sản phẩm. Trong đời

sống hằng ngày, động cơ không đồng bộ ngày càng chiếm một vị trí quan trọng

với nhiều ứng dụng như: quạt gió, động cơ trong tủ lạnh, máy quay dĩa,. . . Tóm

lại, cùng với sự phát triển của nền sản xuất điện khí hóa và tự động hóa, phạm vi

ứng dụng của động cơ không đồng bộ ngày càngrộng rãi.

So với máy điện DC, việc điều khiển máy điện xoay chiều gặp rất nhiều

khó khăn bởi vì các thông số của máy điện xoay chiều là các thông số biến đổi

theo thời gian, cũng như bản chất phức tạp về mặt cấu trúc máy của động cơ điện

xoay chiều so với máy điện một chiều.

Cho nên việc tách riêng điều khiển giữa moment và từ thông để có thể điều

khiển độc lập đòi hỏi một hệ thống có thể tính toán cực nhanh và chính xác trong

việc qui đổi các giá trị xoay chiều về các biến đơn giản . Vì vậy, cho đến gần

đây, phần lớn động cơ xoay chiều làm việc với các ứng dụng có tốc độ không đổi

do các phương pháp điều khiển trước đây dùng cho máy điện thường đắt và có

hiệu suất kém. Động cơ không đồng bộ cũng không tránh khỏi nhược điểm này.

Những khó khăn trong việc ứng dụng động cơ xoay chiều chính là làm thế

nào để có thể dễ dàng điều khiển được tốc độ của nó như việc điều khiển của

động cơ DC. Vì vậy, một ý tưởng về việc biến đổi một máy điện xoay chiều

thành một máy điện một chiều trên phương diện điều khiển đã ra đời. Đây chính

là điều khiển vector. Điều khiển vector sẽ cho phép điều khiển từ thông và

moment hoàn toàn độc lập với nhau thông qua điều khiển giá trị tức thời của

dòng (động cơ tiếp dòng) hoặc giá trị tức thời của áp (động cơ tiếp áp).

Page 11: Khảo sát và thiết kế bộ khởi động mềm

Trang 11

Điều khiển vector cho phép tạo ra những phản ứng nhanh và chính xác của

cả từ thông và moment trong cả quá trình quá độ cũng như quá trình xác lập của

máy điện xoay chiều giống như máy điện một chiều. Cùng với sự phát triển của

kỹ thuật bán dẫn và những bộ vi xử lý có tốc độ nhanh và giá thành hạ, việc ứng

dụng của điều khiển vector ngày càng được sử dụng rộng rãi trong nhiều hệ

truyền động và đã trở thành một tiêu chuẩn công nghiệp.Với sự phát triển nhanh

chóng, ngành công nghiệp tự động luôn đòi hỏi sự cải tiến thường xuyên của các

loại hệ truyền động khác nhau. Những yêu cầu cải tiến cốt yếu là tăng độ tin cậy,

giảm khả năng tiêu thụ điện năng, giảm thiểu chi phí bảo dưỡng, tăng độ chính

xác và tăng khả năng điều khiển phức tạp. Vì vậy, những hệ truyền động với

động cơ điện mộtchiều đang dần thay thế bởi những hệ truyền động động cơ

xoay chiều sử dụng điều khiển vector. Bởi vì, lý do chính để sử dụng rộng rãi

động cơ điện một chiều trước kia là khả năng điều khiển độc lập từ thông và

moment lực đã nêu cũng như cấu trúc hệ truyền động khá đơn giản. Tuy nhiên,

chi phí mua và bảo trì động cơ cao, đặc biệt khi số lượng máy điện phải dùng

lớn. Trong khi đó, các ứng dụng thực tế của lý thuyết điều khiển vector đã được

thực hiện từ những năm 70 với các mạch điều khiển liên tục. Nhưng các mạch

liên tục không thể đáp ứng được sự đòi hỏi phải chuyển đổi tức thời của 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 việc 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 những phát triển trong điều khiển vector, một sự phát triển đáng chú

ý khác chính là việc ứng dụng mạng neural (neural networks) và logic mờ (fuzzy

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 xoaychiều trong một tương lai gần.

Page 12: Khảo sát và thiết kế bộ khởi động mềm

Trang 12

2.2 MẠCH CHỈNH LƯU CẦU

2.2.1 Sơ đồ mạch chỉnh lưu :

Sơ đồ chỉnh lưu cầu một pha

Cầu chỉnh lưu một pha gồm 2 thyristor (T) v 2 Diode (T) chia lm hai nhĩm :

- Nhóm Anode chung : T1,T3

- Nhóm cathod chung :T2,T4.

Điện áp pha thứ­ cấp của biến áp (xoay chiều)

-

U2 =Umsint = Umsin

góc l góc mở của thyristor cho dòng chảy qua.

2.2.2 Hoạt động của sơ đồ

Trường hợp tải l động cơ (có sức điện E).

-

Ơ nửa chu kỳ dương điện áp nguồn xoay chiều u2 =Umsint.T1,T2 chỉ dẫn sau

thời điểm vì lý mới của u2 (t) > Ed

Để cho điện áp trn van l dương Uak= U2(t)-Ed >0 v mở van, ở điểm

Hình 2-1 :Sơ đồ chỉnh lưu cầu 1 pha

T1 T3

T2 T4

U2 = Um.sint Uđ

Lp

(Cathode)

(Anode)

Id

Page 13: Khảo sát và thiết kế bộ khởi động mềm

Trang 13

- t = , phát xung vào cổng G van T1,T2 lm chng dẫn, từ đó làm xuất

hiện dòng điện tải id. Đến nửa chu kỳ sau, tại thời điểm + cho xung phát

voào cực khiển G của T3,T4 để mở chung, lc ny cĩ hai khả năng xảy ra :

a. Khi dịng tải qua T1,T2 ở thời điểm + chưa trở về 0 ngay do tính điệm

cảm của mạch dịng tải vẫn tồn tại v chuyển sang cho 2 : T3,T4 van vừa mở, ta cĩ

dịng điện lin tục với mọi thời điểm.

b. Khi dịng tải qua T1,T2 đ giảm về 0 (cả hai đ khố lại) trước khi T3,T4 mở.

Ta có dòng điện gián đoạn,vì có thời điểm dịng đin id =0.Cả 4 van đu không dẫn

điện.Ranh giới giữa hai chế đọ này goi l tới hạn, góc điều khiển tương ứng gọi l

góc điều khiển tới hạn.

2.2.3 Trạng thái làm việc của mạch chỉnh lưu :

Trạng thái mạch khi T1,T2 dẫn dòng :

Trạng thái mạch khi T1,T2 dẫn dòng :

Quá trình dòng pha : theo định luật Kirchop

i2 = iT1 –iT4 (2.1)

Áp chỉnh lưu :

ud = UdA – udc (2.2)

Hình 2-2 :Trạng thi mạch khi T1 v T2 dẫn dòng

T1

T2

u = uđA-uđC Tải

Id

(Cathode)

(Anode)

i2 u1

u2

uđA

uđC

Page 14: Khảo sát và thiết kế bộ khởi động mềm

Trang 14

Mạch cầu một pha tạo ra điện áp chỉnh lưu hai xung.Thành phần hai của nó có

biên độ bằng biên độ của hiệu điện áp pha.

Khi cầu làm việc luôn có một thyristor,một T của nhómm anode một T của nhóm

cathod cùng đóng cho dòng chảy qua.

2.2.4 Gía trị trung bình của điện Áp chỉnh lưu:

Điện áp trung bình do nhóm anode:

Ud =

)1(cossin11 m

mcUXdXUdXU (2.3)

Ud = )1(cos2

U (2.4)

Với O< < điện áp chỉnh lưu trung bình điều khiển thay đổi trong khoảng

0 < Ud () < + U2

(2.5)

Quan hệ Ud() của (2.4) như hình 2-3 :

Quan hệ Uđ()

Uđ()(v)

(rad) 0

2Ud0

Hình 2-3 : Quan hệ Uđ( )

Page 15: Khảo sát và thiết kế bộ khởi động mềm

Trang 15

Dòng quan mỗi thyristor :

iT = id =RdtLdia

RE

RsimUm

dòng trung bình chảy qua mỗi thyristor:

IT=

.

2sin1

21

21 Idd

dtdiXEU

Ridd m (2.6)

Trị hiệu dụng dòng qua cuộn thứ cấp m ba:

I2 =

1

21

0

2 IddId (2.7)

Điện áp ngược cực đại đặt lên SCR bằng bin độ điện áp nguồn Um.

Gia trị cực đại của điện áp ngược đặc trên mỗi thyristor.

Ungmax = mUU 22 (2.8)

2.2.5 CÁC TRẠNG THÁI DÒNG – ÁP CỦA MẠCH CHỈNH LƯU :

Mạch cầu một pha có khoảng dẫn dòng l :

= p

2

Có góc kích ban đầu l:

0 = 02

p

a.Trạng thái dòng liên tục:

Phương trình cân bằng áp của mạch :

Rid + L sinmUEdtdi

(2.9)

Giải phương trình vi phân trên được :

Page 16: Khảo sát và thiết kế bộ khởi động mềm

Trang 16

id= idxl + idtd

idxl l thành phần dòng xác lập.

idtd l thành phần dòng điện tự do.

Trạng thi xác lập:

idxl = RE

ZUm )sin( (2.10)

Trong đó :

Z = 222 LR l tổng trở mạch tải.

=arctgRL

l góc lệch pha giữa dòng v áp nguồn.

Từ Z v ,biểu thức dòng được viết lại :

idxl = RE

RUm )sin(cos (2.11)

Khi =0 = thì id =Ido:

idtd = gLR

LRt

AeAeAe cot0

Ia0 = id = gm AeRE

RU cot)cos(

A =

g

m

eRE

RUIa

cot

0cos

ia=

)0sin(coscot)0()0sin(cos0

1 mUEgaemUERIaR

(2.1

2)

Trị trung bình dòng Id:

Id =

0

0

sin21

21 Ia

Iam dLEdUidd

Trong đó:

Page 17: Khảo sát và thiết kế bộ khởi động mềm

Trang 17

0

0

0Ia

IadL

Nên :

Id=

2.1cos

22

2

REU

R (2.13)

Áp chỉnh lưu trung bình:

Ud =

)1(cos2sin1

2UdUm (2.14)

b. Trạng thái dòng gián đoạn:

Có những khỗng thời gian t dòng id =0.Nguyên nhân L trong hệ thống quá nhỏ

hoặc dòng phần ứng động cơ id =0.Năng lượng tích luỹ trên cuộn kháng L không

đủ dể duy trì tính liên tục của dòng id khi dòng id giảm qua trị số 0.

Khi id giảm trước khi mở :

L sinmdd URiE

dtdi

(0 0 + ) (2.15)

Để đơn giản cho phép tính, cho Ru =0

L sinmd UE

dtdi

id =

0

)sin(1 dEUL m

id = )()cos(cos 00

L

EL

Um

(2.16)

Khi =0+=+ -> id=0

Page 18: Khảo sát và thiết kế bộ khởi động mềm

Trang 18

mU

E=

)cos(cos 00 (2.17)

Với

Um = 22U l biên độ áp pha thứ cấp máy biến áp

Trị trung bình của dòng điện chỉnh lưu phần ứng.

id = )cos(cos 0

L

Um + )( 0

L

E

Ia = o

o

diL

pUd

m

2

Ia =

2sinsincos

26 2

0

oom

LU

(2.18)

Trong đó:

P=2 l số xung trong một chu kỳ

0 =

L = X l trở kháng mạch phần ứng động cơ.

Như vậy ở vùng dòng điện gián đoạn, đăc tính cơ rất dốc v nó phụ thuộc vào điện

kháng của động cơ, điện kháng của động cơ càng lớn vùng gián đoạn càng nhở.

c.Trạng thái biến liên tục :

Là ranh giới giữa vùng dòng điện gián đoạn và vùng liên tục.

cossin2

)2cos(cos 00

pp

p

pblt

(2.19)

Từ (2.11) v (2.12), trị trung bình dòng biến liên tục :

Ia =

)sin()2sin()2cos(cos

2 0000 pppLpUm

(2.20)

Sau khi rút gọn được :

Page 19: Khảo sát và thiết kế bộ khởi động mềm

Trang 19

Iblt =

sin2sin2

cos2

sin2L

UL

U mm

(2.21)

2cos blt

LUI

m

blt

2sin

m Sin2 + cos2 =1

22

22

LUI

m

bltblt

= 1 (2.22)

Như vậy ở chế độ biên liên tục, đặc tuyến bin l Ellip với các trục l trục của

đặc tính cơ. Độ rộng vùng dòng điện gián đoạn sẽ giảm nếu ta tăng điện cảm L v

tăng số pha chỉnh lưu.

d.Trạng thái trung dẫn:

Sơ đồ mạch xay ra trung dẫn

Giả thiết T1v T2 đang dẫn.

Khi 1= cho xung mở T3.Do điện cảm cảm máy biến p Lba 0 nn dòng iT3

không thể đột ngột tăng từ 0 đến Id v dịng T1,T2,T3.Hiện tượng này gọi l trong

Hình 2-4 :Sơ đồ mạch khi xảy ra trung dẫn

T1 Lba Id

i2

u2

T3

iT2

iT1

Page 20: Khảo sát và thiết kế bộ khởi động mềm

Trang 20

dẫn hay hiện tượng chuyển mạch.Tring dẫn xảy ra gy ngắn mạch đầu cực thứ cấp

máy biến áp

Từ sơ đồ thay thế khi chuyển mạch, viết được :

Lba = sin221

mba Uudt

diTLdt

diT

IT1= Id –iT2

=> 2Lba sin2mU

dtdi

sinsin2

pLU

dtdi

ba

m

i2 = )cos(cossin

sinsin

ba

m

ba

m

Lp

Ud

Lp

U (2.23)

khi = thì dòng I2 =0, bắt đầu chuyển mạch.

Khi = + thì i2 = Id, quá trình chuyển mạch kết thúc.

Id = )]cos([cossin

ba

m

Lp

U (2.24)

Đặt: Im =ba

m

Lp

U

sin l biên độ dòng điện qua máy biến áp.

==> =

m

d

IIar coscos (2.15)

l góc trung dẫn (chuyển mạch)

e. Điện áp rơi trong quá trình trung dẫn:

Điện áp rơi trên điện cảm (một pha) của mba

U = Lba dtdi2

Page 21: Khảo sát và thiết kế bộ khởi động mềm

Trang 21

Điện áp trung bình trong quá trình trung dẫn.

U =

duL

1

Khi =0 = 0 thì dòng chạy qua vùng chuyển mạch chính l dòng Id= +

U =

dbaba ILdiL 112 (2.26)

X = Lba l điện kháng trên pha xảy ra trung dẫn của mba.

P= 2 L số xung /chu kỳ của cầu chỉnh lưu một pha.

U = dba IX1

Như vậy điện kháng của mba v khi dòng điện chỉnh lưu càng lớn thì sụt p do

quá trình trung dẫn càng lớn.

f. Chế độ nghịch lưu phụ thuộc :

Điện áp trung bình của chỉnh lưu cầu một pha điều khiển bán phần có dạng

Ud = Udocos, trong đó:

Udo = mUp

p

sin

Phụ thuộc vào sơ đồ chỉnh lưu, điện áp nguồn cung cấp cho BCL, góc

điều khiển.

Về nguyên tắc (theo lý thuyết tính tốn) góc có thể biến thin từ 0 đến tức

Ud biến thiên từ +Udo đến -Udo, nhưng thực tế khi > /2Ud < 0 thì không thực

hiện được việc cấp dịng id cho phụ tải vì SCR chỉ cho dịng chảy theo một chiều

duy nhất từ Anode đến Cathod.

Động cơ chuyển từ chế độ động cơ (Ud > 0, Ud > E) sang chế độ máy phát (Ud

<0,E >/ Ud/ ) phát năng lượng vào nguồn xoay chiều – chế độ này gọi l chế độ

nghịch lưu phụ thuộc.

Điều kiện để thực hiện chế độ nghịch lưu phụ thuộc :

+ Đảo đầu nối dây động cơ (đảo chiều E ) hoặc đổi chiều từ thông.

Page 22: Khảo sát và thiết kế bộ khởi động mềm

Trang 22

+ Trị tuyệt đồi của Ud trong nửa chu kỳ / Ud /<E.

+ Góc mở >/2.

Động cơ phát năng lượng khi E > Ud.Quá trình chuyển mạch phải trước quá

trình chuyển mạch tự nhiên : max + + .

Trong đó 5 l góc phục hồi tính khố tự nhiên.

góc giới hạn : max + -

Page 23: Khảo sát và thiết kế bộ khởi động mềm

Trang 23

2.3 VI ĐIỀU KHIỂN AT89S52

2.3.1 PHẦN CỨNG CỦA AT89S52 :

MCS-52 là một họ IC vi điều khiển được sản xuất bởi hãng Intel. Các IC

tiêu biểu của họ này là 8031 và 8051. Các sản phẩm MCS-51 thích hợp cho

những ứng dụng điều khiển. Việc xử lý trên byte và các phép toán số học ở cấu

trúc dữ liệu nhỏ được thực hiện bằng nhiều chế độ truy xuất dữ liệu nhanh trên

RAM nội. Tập lệnh cung cấp một bảng tiện dụng những lệnh số học 8 bit gồm cả

lệnh nhân và lệnh chia. Nó cung cấp những hỗ trợ mở rộng on-chip dùng cho

những biến 1 bit như là kiểu dữ liệu riêng biệt cho phép quản lý và kiểm tra bit

trực tiếp trong điều khiển và những hệ thống logic đòi hỏi sử dụng luận lý.

8952 là một vi điều khiển 8 bit, chế tạo theo công nghệ CMOS chất lượng

cao, công suất thấp với 4KB PEROM (flash programmable and erasable read

only memory). Thiết bị này được chế tạo bằng cách sử dụng kỹ thuật bộ nhớ

không bốc hơi mật độ cao của ATMEL và tương thích với chuẩn công nghiệp

MCS-51TM về tập lệnh và các chân ra. Các đặc tính của AT89S52 được tóm tắt

như sau :

- Tương thích với những sản phẩm MCS -51TM

- 4KB PEROM on chip

- 256 byte RAM nội

- Tần số hoạt động từ 0 đến 24MHz

- Ba mức khóa bộ nhớ lập trình

- 4 port xuất nhập 8 bit

- 2 bộ timer/counter 16 bit

- 8 nguồn ngắt

- Kênh nối tiếp lập trình được

- 210 bit được địa chỉ hóa

- Một bộ xử lý luận lý (xử lý trên bit)

- 64 Kbyte không gian bộ nhớ chương trình mở rộng

- 64 Kbyte không gian bộ nhớ dữ liệu mở rộng

- Bộ nhân/chia 4µs

Page 24: Khảo sát và thiết kế bộ khởi động mềm

Trang 24

- Chế độ chờ công suất thấp và chế độ giảm công suất

Page 25: Khảo sát và thiết kế bộ khởi động mềm

Trang 25

VCC

GND

P0.0 – P0.7 P2.0 – P2.7

PORT 0 DRIVE PORT 2 DRIVE

RAM ADDR. REGISTER

RAM PORT 0 LATCH

PORT 2 LATCH

FLASH

B REGISTER

ACC STACK POINTER

PROGRAM ADDRESS REGISTER

BUFFER

PC INCREMEN

TER

PROGRAM COUNTER

DPTR

TMP2 TMP1

ALU

PSW

INTERRUPT, SERIAL PORT,

AND TIMER BLOCKS

PORT 1 LATCH

PORT 3 LATCH

OSC

INSTRUCTION REGISTER TIMING

AND CONTROL

P1.0 – P1.7 P3.0 – P3.7

PORT 1 DRIVE PORT 3 DRIVE

PSEN ALE/PROG

EA / V PP RST

SƠ ĐỒ KHỐI 8952

Page 26: Khảo sát và thiết kế bộ khởi động mềm

Trang 26

Sau đây là bảng so sánh các IC thuộc họ MSC 51 và 89S52 :

MCU ROM RAM TIMER

8051 4K MROM 128 byte 2

8031 0 K 128 byte 2

8751 4 K EPROM 128 byte 2

8052 8 K MROM 256 byte 3

8032 0 K 256 byte 3

8752 8K EPROM 256 byte 3

8952 8K EEPROM 256 byte 3

Mô tả các chân của AT89S52:

AT89S52 : có 40 chân

Sơ Đồ Chân AT89S52

VCC

9 18 19 29

30

31

1 2 3 4 5 6 7 8

2122232425262728

1011121314151617

39 38 37 36 35 34 33 32

RST XTAL2 XTAL1 PSEN

ALE/PROG

EA/VPP

P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7

P2.0/A8 P2.1/A9

P2.2/A10 P2.3/A11 P2.4/A12 P2.5/A13 P2.6/A14 P2.7/A15

P3.0/RXDP3.1/TXD

P3.2/INTO P3.3/INT1

P3.4/TO P3.5/T1

P3.6/WR P3.7/RD

P0.0/AD0 P0.1/AD1 P0.2/AD2 P0.3/AD3 P0.4/AD4 P0.5/AD5 P0.6/AD6 P0.7/AD7

20

40

Page 27: Khảo sát và thiết kế bộ khởi động mềm

Trang 27

Port 0 :

Từ chân 3239, có hai chức năng. Nếu ta sử dụng bộ nhớ chương trình trong thì

Port 0 là I/O port đa dụng. Nếu sử dụng bộ nhớ ngoài (ROM chương trình,

RAM) thì Port 0 có tác dụng như bộ hợp kênh địa chỉ và dữ liệu AD0AD7.

Trong chu kỳ nhận lệnh thì Port 0 chính là địa chỉ byte thấp. Nó cũng nhận byte

mã trong lúc lập trình cho EPROM.

Port 1 :

Từ chân 18, có chức năng I/O 8 bit đa dụng dùng để giao tiếp với thiết bị ngoại

vi nếu cần. Nó cũng nhận byte địa chỉ thấp trong khi lập trình EPROM và trong

khi kiểm tra EPROM.

Port 2 :

Từ chân 2128, có hai chức năng. Có thể dùng Port 2 như là một I/O đa dụng

hoặc là byte cao của bus địa chỉ đối với các thiết kế dùng bộ nhớ mở rộng

(A8A15). Port 2 cũng nhận địa chỉ byte cao trong lúc lập trình cho EPROM và

trong lúc kiểm tra cho EPROM.

Port 3 :

Là một port công dụng kép trên các chân 1017. Ngoài chức năng là port xuất

nhập hai chiều, các chân của port 3 có các chức năng đặc biệt khác như sau :

Page 28: Khảo sát và thiết kế bộ khởi động mềm

Trang 28

Bảng Mô Tả Chức Năng Của Port3

PEN: (Program store Enable)

Là chân 29. Nó là tín hiệu điều khiển để cho phép bộ nhớ chương trình mở

rộng và thường được nối đến chân OE (Output Enable) của một EPROM để cho

phép đọc các byte mã lệnh.

PS

EN sẽ ở mức thấp trong chu kỳ nhận lệnh. Các mã nhị phân của chương trình

được đọc từ ROM ngoài qua bus dữ liệu và được chốt vào thanh ghi lệnh của

8951 để giải mã lệnh. Khi thi hành chương trình trong ROM nội PSEN sẽ ở mức

thụ động (mức cao).

ALE/PROG : (address latch enable)

Tín

hiệu ra ALE trên chân 30 tương hợp với các vi xử lý 8085, 8088, 8086. 8951

dùng ALE một cách tương tự cho việc giải kênh các bus địa chỉ và dữ liệu. Khi

port 0 dùng trong chế độ chuyển đổi của nó : vừa là bus dữ liệu vừa là byte thấp

của bus địa chỉ, ALE là tín hiệu để chốt địa chỉ vào thanh ghi bên ngoài trong

nửa đầu của chu kỳ bộ nhớ. Sau đó, các đường port 0 dùng để xuất hoặc nhập dữ

liệu trong nửa sau của chu kỳ bộ nhớ.

Bit Tên Chức năng

P3.0

P3.1

P3.2

P3.3

P3.4

P3.5

P3.6

P3.7

RXD

TXD

INT0

INT1

T0

T1

WR

RD

Nhập dữ liệu cho port nối tiếp

Dữ liệu phát cho port nối tiếp

Ngắt 0 bên ngoài

Ngắt 1 bên ngoài

Ngõ vào của timer/couter 0

Ngõ vào của timer/couter 1

Xung ghi bộ nhớ dữ liệu ngoài

Xung đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài

Page 29: Khảo sát và thiết kế bộ khởi động mềm

Trang 29

Các xung tín hiệu ALE có tần số bằng 1/6 lần tần số dao động trên chip và có thể

được dùng làm nguồn xung nhịp cho các phần khác của hệ thống. Nếu xung nhịp

trên 8951 là 12MHz thì ALE có tần số 2MHz. Chỉ ngoại trừ khi thi hành lệnh

MOVX, một xung ALE bị mất. Chân này cũng được dùng làm ngõ vào cho xung

lập trình cho EEPROM trong 8951.

EA/Vpp : (External Access)

Tín hiệu vào EA trên chân 31 thường được mắc lên cao (+5V ) hoặc mức thấp

(GND). Nếu ở mức cao, 8951 thi hành chương trình từ ROM nội trong khoảng

địa chỉ 4Kbyte. Nếu ở mức thấp, chương trình chỉ được thi hành từ bộ nhớ mở

rộng. Người ta còn dùng EA làm làm chân cấp điện áp +12V khi lập trình cho

EEPROM trong 8951.

RST : (reset)

Ngõ vào RST trên chân số 9 là ngõ reset của 8951. Khi tín hiệu này được

đưa lên mức cao (trong ít nhất hai chu kỳ máy), các thanh ghi bên trong 8951

được tải những giá trị thích hợp để khởi động hệ thống.

XTAL1 và XTAL2 :

Các chân X1 (chân 19) và chân X2 (chân 18) dùng để nối với thạch anh bên

ngoài tạo xung nhịp cho 8951 hoạt động. Tần số của thạch anh thường là 12MHz.

Vcc và Vss :

Chân Vcc (chân 40) dùng để cấp nguồn dương (+5V) và chân Vss (chân

20) được nối với mass.

Cấu Trúc I/O Port :

D Q

Port latch

Chốt ghi

Vcc

Chân port

Chân đọc Điện trở

kéo nội

Read latch

Cấu Trúc I/O Port

Page 30: Khảo sát và thiết kế bộ khởi động mềm

Trang 30

Cấu trúc I/O ports có hai phần : chốt port và chân port. Muốn đọc trạng

thái chân port đang nặng tải thì đọc trạng thái chốt port. Đưa chốt port lên 1 làm

fet tắt thì chân port mới điều khiển được bởi ngõ I/O. Khi sử dụng port 0 như

cổng đa dụng thì phải có điện trở kéo lên nguồn (10K).

Tổ Chức Bộ Nhớ :

8951 có bộ nhớ theo cấu trúc Harvard : có những vùng bộ nhớ riêng biệt cho

chương trình và dữ liệu. Cả chương trình và dữ liệu có thể ở bên trong, dù vậy

chúng có thể mở rộng bằng các thành phần ngoài lên đến tối đa 64KB bộ nhớ

chương trình và 64KB bộ nhớ dữ liệu.

Bộ nhớ bên trong bao gồm ROM và RAM trên chip, RAM trên chip bao

gồm nhiều phần : phần lưu trữ đa dụng, phần lưu trữ địa chỉ hóa từng bit, các

bank thanh ghi và các thanh ghi chức năng đặc biệt.

Ram đa dụng : (General Purpose RAM)

Vùng RAM này gồm 80 byte từ địa chỉ 30H7FH (Vùng General Purpose

RAM) và 32 byte từ địa chỉ 00H2FH (vùng các thanh ghi).

00

FF

0000

FFFF

FFFF

0000

Code memory

Enabled via PSEN

Data memory

Enabled via RD and WR

memory

Không gian bộ nhớ 8951

Page 31: Khảo sát và thiết kế bộ khởi động mềm

Trang 31

Vùng các bank thanh ghi có thể truy xuất tương tự như vùng General

Purpose RAM, tuy nhiên nó còn được sử dụng cho các mục đích khác. Mọi địa

chỉ trong vùng RAM đa dụng đều có thể được truy xuất tự do dùng cách đánh địa

chỉ trực tiếp hoặc gián tiếp.

Ram địa chỉ hoá từng bit : (bit addressable RAM )

8951 có 210 bit được địa chỉ hóa, trong đó 128 bit là ở các địa chỉ 20H đến 2FH

và phần còn lại là trong các thanh ghi chức năng đặc biệt.

Ý tưởng truy xuất từng bit riêng rẽ bằng phần mềm là một đặc tính tiện lợi của vi

điều khiển nói chung. Các bit có thể được đặt, xóa, AND, OR, … với một lệnh

đơn. Hơn nữa, các port I/O cũng được địa chỉ hóa từng bit làm đơn giản phần

mềm xuất nhập từng bit.

Có 128 bit được địa chỉ hóa đa dụng ở các byte 20H đến 2FH. Các địa chỉ này

được truy xuất như các byte hoặc như các bit phụ thuộc vào lệnh được dùng.

Ví dụ : để đặt bit 55H ta dùng lệnh sau : SETB 55H

Bit 55H thứ 5 thuộc byte 2AH, nếu xử lý theo byte chuỗi lệnh sau cũng có tác

dụng tương tự như lệnh trên :

MOV A,2AH

ORL A,#00100000B

MOV A,2AH

Các bank thanh ghi : (register banks)

32 bytes thấp nhất của bộ nhớ nội là dành cho các bank thanh ghi. Chúng

được chia làm 4 bank (bao gồm các bank 0, 1, 2, 3). Bộ lệnh của 8951 hỗ trợ 8

thanh ghi (R0R7) và theo mặc định (sau khi reset hệ thống) các thanh ghi này ở

các địa chỉ 00H 07H (bank 0). Tuy nhiên bank thanh ghi tích cực có thể thay đổi

bằng cách thay đổi trạng thái của hai bit chọn bank thanh ghi (RS0, RS1) trong

thanh ghi PSW.

Các Thanh Ghi Có Chức Năng Đặc Biệt : (Special function registers)

Page 32: Khảo sát và thiết kế bộ khởi động mềm

Trang 32

Các thanh ghi nội của 8951 được xem như một phần của RAM trên chip.

Vì thế mỗi thanh ghi đều có một địa chỉ. 8951 cung cấp 21 thanh ghi có chức

năng đặc biệt (SFRs).

Hầu hết các thanh ghi có chức năng đặc biệt được truy xuất theo cách định vị địa

chỉ trực tiếp. Một số trong chúng vừa có thể truy xuất theo bit vừa có thể truy

xuất theo byte.

Thanh ghi trạng thái chương trình : (PSW)

Bit Ký

hiệu

Địa

chỉ Ý nghĩa

PSW.7 CY D7H Cờ nhớ

PSW.6 AC D6H Cờ nhớ phụ

PSW.5 F0 D5H

Cờ 0

PSW.4 RS1 D4H Bit 1 chọn Bank thanh ghi.

PSW.3 RS0 D3H

Bit 0 chọn Bank thanh ghi. 00=bank 0 :

địa chỉ 00H07H 00=bank1 : địa chỉ

08H0FH 10=bank2 : địa chỉ

08H17H 11=bank3 : địa chỉ

18H1FH

PSW.2 OV D2H Cờ tràn.

Thanh ghi PSW (Program Status Word) có địa chỉ tại D0H chứa các bit

trạng thái được tóm tắt như sau :

Carry flag (PSW.7) ký hiệu là CY, bit địa chỉ là D7H. Cờ carry được set

lên 1 nếu có nhớ ở bit 7 trong phép toán cộng hay có mượn ở bit 7 trong phép

toán trừ.

Page 33: Khảo sát và thiết kế bộ khởi động mềm

Trang 33

Auxiliary carry flag (PSW.6) là cờ nhớ phụ, ký hiệu AC và có địa chỉ

D6H. Khi cộng số BCD (Binary Code Decimal) cờ AC set lên 1 nếu có nhớ ở bit

3 sang bit 4 hay nếu kết quả của 4 bit thấp có giá trị trong khoảng 0AH0FH.

Cờ zero (Flag 0) : cờ zero được lên 1 nếu kết quả các phép tính là 0. Cờ

này rất thuận tiện cho các ứng dụng của người dùng.

RS0 và RS1 là 2 bit dùng để xác định bank thanh ghi hoạt động. Chúng bị xoá về

0 sau khi reset hệ thống và có thể được thay đổi bởi phần mềm nếu cần thiết.

Ví dụ : các lệnh sau đây sẽ xác định sử dụng bank thanh ghi 3 sau đó đưa

nội dung của R7 vào thanh ghi A.

SETB RS1

SETB RS0

MOV A,R7

Cờ báo tràn (Overflow Flag) : cờ báo tràn (OV) bị tác động sau một lệnh

cộng hoặc trừ nếu có một phép toán bị tràn. Khi cộng hay trừ các số có dấu, phần

mềm có thể kiểm tra bit này để xác định kết quả có nằm trong tầm xác định hay

không. Khi các số không có dấu được cộng, cờ OV có thể được bỏ qua. Các kết

quả lớn hơn +127 hoặc nhỏ hơn –128 sẽ set bit OV. Ví dụ phép cộng sau bị tràn

và set bit OV :

15+127=142

Kết quả là một số có dấu –116, không phải kết quả đúng vì vậy cờ OV

được set.

Bit kiểm tra chẵn lẻ (Parity bit) : Bit parity ký hiệu là P sẽ tự động set lên 1 hoặc

về 0 mỗi chu kỳ máy để thiết lập pariry chẵn với thanh ghi tích lũy A. Số các bit

1 trong thanh ghi A cộng với bit P luôn là số chẵn. Nếu thanh ghi A chứa

10010100B thì P sẽ là 1. Bit parity sử dụng rất thường xuyên trong các chương

trình liên quan đến port nối tiếp để thêm bit parity trước khi truyền hoặc kiểm tra

bit parity sau khi nhận dữ liệu.

Thanh ghi B :

Page 34: Khảo sát và thiết kế bộ khởi động mềm

Trang 34

Thanh ghi B ở địa chỉ F0H, được sử dụng cùng với thanh ghi A cho các

phép toán nhân và chia. B cũng được địa chỉ hóa từng bit.

Thanh ghi SP : (stack pointer )

Thanh ghi SP là một thanh ghi 8 bit ở địa chỉ 81H. Nó chứa địa chỉ của

byte dữ liệu hiện hành trên đỉnh của ngăn xếp. Các lệnh trên ngăn xếp bao gồm

thao tác cất dữ liệu vào ngăn xếp và lấy dữ liệu ra khỏi ngăn xếp. Lệnh cất dữ

liệu vào ngăn xếp sẽ làm tăng SP trước khi ghi dữ liệu, lệnh lấy dữ liệu ra khỏi

ngăn xếp sẽ đọc dữ liệu và giảm SP.

Thanh ghi DPTR : (data pointer)

Là thanh ghi 16 bit thường sử dụng làm con trỏ bộ nhớ ngoài (ROM,

RAM). DPTR có thể chia làm hai thanh ghi :

DPL (địa chỉ 82H ) : byte thấp

DPH (địa chỉ 83H ) : byte cao

Ví dụ lệnh sau đây sẽ đọc ô nhớ data ngoài địa chỉ 1000H vào thanh ghi A :

MOV

DPTR,#1000H

MOVX A,@DPTR

Các thanh ghi cổng ngoại vi :

Các cổng xuất nhập (I/O ports) của 8951 bao gồm port 0 tại địa chỉ 80H ;

port 1 tại địa chỉ 90H ; port 2 tại địa chỉ A0H và port tại địa chỉ B0H. Tất cả các

port đều được địa chỉ hóa từng bit. Điều đó cung cấp một khả năng giao tiếp

thuận lợi.

Thanh ghi Timer :

8951 có hai bộ định thời/đếm (Timer/couter) 16 bit được dùng cho việc định thời

hoặc đếm sự kiện. Timer 0 có địa chỉ 8AH (TL0, byte thấp) và 8CH (TH0, byte

cao ). Timer1 có địa chỉ 8BH (TL1, byte thấp ) và 8DH (TH1, byte cao). Viêc

vận hành timer được set bởi thanh ghi TMOD ở địa chỉ 89H và thanh ghi điều

Page 35: Khảo sát và thiết kế bộ khởi động mềm

Trang 35

khiển Timer TCON ở địa chỉ 88H, chỉ có thanh ghi TCON được địa chỉ hoá từng

bit.

Thanh ghi port nối tiếp SIO : (serial port register)

8951 có một port nối tiếp trên chip dùng cho việc thông tin với các thiết bị đầu

cuối (Terminal) hoặc các Modems hay cho việc giao tiếp với các IC khác mà

chúng có bộ phận giao tiếp nối tiếp (các bộ chuyển đổi AD, các thanh ghi

dịch…). Một thanh ghi gọi là bộ đệm dữ liệu nối tiếp SBUF ở địa chỉ 99H đảm

nhiệm cả hai công việc là truyền và nhận data. Khi truyền dữ liệu thì ghi SBUF,

khi nhận dữ liệu thì đọc SBUF. Các mode hoạt động khác nhau được lập trình

thông qua thanh ghi TCON ở địa chỉ 88H. Thanh ghi TCON được định vị địa chỉ

từng bit.

Các thanh ghi phục vụ ngắt :

8951 có 5 nguồn ngắt với hai mức ưu tiên. Việc cho phép ngắt, cấm ngắt được

lập trình thông qua thanh ghi điều khiển ngắt IE tại địa chỉ 8AH. Các mức ưu tiên

được thiết lập thông qua thanh ghi IP tại địa chỉ 0B8H. Cả hai thanh ghi đều

được địa chỉ hóa từng bit.

Thanh ghi điều khiển công suất nguồn : (PCON)

Thanh ghi điều khiển công suất nguồn PCON ở địa chỉ 87H chứa nhiều bit điều

khiển. Chúng được tóm tắt trong bảng sau :

Bit Ký hiệu Ý nghĩa

7 SMOD Bit gấp đôi tốc độ baud, nếu được set

thì tốc độ baud sẽ tăng gấp đôi trong

các mode 1, 2 và 3 của port nối tiếp

6 - Không định nghĩa

5 - Không định nghĩa

4 - Không định nghĩa

3 GF1 Cờ đa dụng bit1

2 GF0 Cờ đa dụng bit0

Page 36: Khảo sát và thiết kế bộ khởi động mềm

Trang 36

Opcode

Opcode

Địa chỉ trực tiếp

Địa chỉ tức thời

1* PD Hạ nguồn (power down ), PD=1 vào

mode hạ nguồn, thoát khỏi bằng reset

0* IDL Tạm nghỉ (Idle mode) IDL =1 vào mode

nghỉ, thoát khỏi bằng tín hiệu ngắt hoặc

reset

2.3.2 Tóm tắt tập lệnh :

Trong phần này giới thiệu cách đặt lệnh của 8951 thông qua sự kiểm tra các chế

độ và những ví dụ tình huống lập trình liên quan. Cách đặt lệnh này chỉ tối ưu với

những ứng dụng điều khiển 8 bit. Trong 8951 có tất cả 256 lệnh được thực thi và

1 lệnh không định nghĩa. Một lệnh có hoặc 2 byte dữ liệu hoặc địa chỉ được thêm

vào. Nói chung 8951 có 139 lệnh 1 byte, 92 lệnh 2 byte và 24 lệnh 3 byte.

Định địa chỉ thanh ghi :

8951 có 8 thanh ghi được đánh số từ R0 đến R7 mà ta truy suất được với nó.

Ví dụ:ADD A, R5

Định địa chỉ trực tiếp :

8951 có thể truy suất bất kỳ nào trong RAM nội.

Vídụ :MOV A,5BH

Định địa chỉ gián tiếp :

Ví dụ :MOV A,@R1

Opcode

Page 37: Khảo sát và thiết kế bộ khởi động mềm

Trang 37

Opcode Dữ liệu trực tiếp

Opcode Độ lệch tương đối

Định địa chỉ tức thời :

Ví dụ :MOV A,#12

MOV DPTR,#2000H

Định địa chỉ tương đối :

Sử dụng trong lệnh nhảy không hay có điều kiện

Nội dung PC = PC hiện hành + offset bù 2 có dấu

Ví dụ: SJMP 20H

Định vị địa chỉ tuyệt đối :

Thường sử dụng cho lệnh ACALL, AJMP. Những lệnh 2 bytes này cho phép rẽ

nhánh trong trang 2K bytes của bộ nhớ mã bởi sự cung cấp 11 bit thấp của địa

chỉ đích trong opcode (A10A8) và byte 2 của lệnh (A7A0).

Định vị địa chỉ :

Địa chỉ dài chỉ dùng chỉ dùng với những lệnh LCALL, LJMP. Những lệnh 3

byte này gồm địa chỉ đích 16 bit và mã lệnh 8 bit.

Định vị địa chỉ chỉ số :

Định vị địa chỉ chỉ số sử dụng một thanh ghi nền (hoặc bộ đếm chương trình

hoặc con trỏ dữ liệu) và độ lệch (bộ tích lũy) trong việc hình thành địa chỉ hiệu

dụng cho lệnh JMP hoặc MOVC.

Opcode ADDR 70

ADDR 108

Opcode ADDR15ADDR8 ADDR7ADDR0

Page 38: Khảo sát và thiết kế bộ khởi động mềm

Trang 38

+

=

Ví dụ : MOVC A,@A+<Thanh ghi cơ bản>\

TẬP LỆNH :

8951 có 255 lệnh chia là 5 nhóm. Thời gian thực thi của các lệnh không

giống nhau, có thể là 1, 2, 3 hay 4 chu kỳ máy. Nếu 8951 hoạt động ở 12MHz thì

mỗi chu kỳ lệnh sẽ là 1µs.

Những lệnh về số học :

Ví dụ : Lệnh ADD A,<byte> được viết với nhiều cách khác nhau

ADD A,7FH (định địa chỉ trực tiếp)

ADD A,@R0 (định địa chỉ gián tiếp)

ADD A,R7 (định địa chỉ thanh ghi)

ADD A,#127 (định địa chỉ tức thời)

Thời gian thực thi của tất cả những lệnh số học là 1s ngoại trừ lệnh INC

DPTR là 2s và các lệnh MUL AB và DIV AB là 4s. Sau đây là bảng tóm tắt

các lệnh về số học :

Mnemonic Sự hoạt động Thời gian thực thi

ADD A,<byte> A = A + <byte> 1s

ADDC A,<byte> A = A + <byte> + C 1s

SUBB A,<byte> A = A - <byte> - C 1s

INC A A = A + 1 1s

INC <byte> <byte> = <byte> + 1 1s

INC DPTR DPTR = DPTR + 1 2s

DEC A A = A – 1 1s

DEC <byte> <byte> = <byte>-1 1s

Độ lệch

PC (hoặc DPTR) ACC Địa chỉ hiệu dụng

Thanh ghi cơ bản

Page 39: Khảo sát và thiết kế bộ khởi động mềm

Trang 39

MUL AB B_A = A*B 4s

DIV AB A = Int[A/B] 4s

B = Mod[A/B]

DAA Decimal Adjust 1s

Nhóm lệnh logic :

Là những lệnh biểu diễn phép toán luận lý (AND, OR, XOR, NOT) trên

byte dữ liệu hay trên bit.

Ví dụ : ANL A,#10000000B

Mnemonic Sự hoạt động Thời gian thực thi

ANL A,<byte> A =A and <byte> 1s

ANL <byte>,A <byte> = <byte> and A 1s

ANL <byte>,#data <byte> = <byte> and #data 2s

ORL A, <byte> A = A or <byte> 1s

ORL <byte>,A <byte> = <byte> or A 1s

ORL <byte>,#data <byte> = <byte> or #data 2s

XRL A, <byte> A = A xor <byte> 1s

XRL <byte>,A <byte> = <byte> xor A 1s

XRL <byte>,#data <byte> = <byte> xor #data 2s

CLR A A = 0, clear A 1s

CPL A A = not A 1s

RL A Quay ACC sang trái 1 bit 1s

RLC A Quay ACC sang trái qua cờ C 1s

RR A Quay ACC sang phải 1 bit 1s

RRC A Quay ACC sang trái qua cờ C 1s

SWAP A Hoán chuyển giữa hai nipbles 1s

Nhóm lệnh truyền dữ liệu :

a. Lệnh truyền dữ liệu RAM nội :

Page 40: Khảo sát và thiết kế bộ khởi động mềm

Trang 40

Là những lệnh chuyển dữ liệu trong không gian bộ nhớ nội thực thi trong

1 hoặc hai chu kỳ máy.

Lệnh MOV <des>,<src> cho phép truyền dữ liệu giữa bất kỳ RAM nội

hoặc thanh ghi đặc biệt nào mà không qua ACC.

Mnemonic Sự hoạt động Thời gian thực thi

MOV A,<src> A = <src> 1s

MOV <des>,A <des> = A 1s

MOV <des>,<src> <des> = <src> 2s

MOV DPTR,#data16bit DPTR = #data16 bit 2s

PUSH <scr> cất <scr> vào stack 2s

POP <des> lấy <des> từ stack 2s

XCH A,<byte> dữ liệu ACC và <byte> 1s

hoán đổi nhau

XCHD A,Ri 4 bit thấp của ACC và Ri 1s

hoán đổi nhau

b. Lệnh truyền dữ liệu RAM ngoài :

Những lệnh truyền dữ liệu mà chuyển dữ liệu giữa bộ nhớ trong và bộ nhớ

ngoài dùng địa chỉ gián tiếp. Địa chỉ gián tiếp được định rõ bằng cách dùng 1

byte địa chỉ (@Ri có thể là R0 hoặc R1)hoặc hai byte địa chỉ (@DPTR).

Độ rộng Mnemonic Sự hoạt động Thời gian

địa chỉ thực thi

8 bits MOVX A,@Ri đọc RAM ngoài @Ri 2s

8 bits MOVX @Ri,A viết RAM ngoài @Ri 2s

16 bits MOVX A,@DPTR đọc RAM ngoài @DPTR 2s

16 bits MOVX @DPTR,A viết RAM ngoài @DPTR 2s

c. Bảng tìm kiếm :

Hai lệnh truyền dữ liệu thích hợp cho đọc bảng tìm kiếm trong bộ nhớ

chương trình. Khi chúng ta truy xuất bộ nhớ chương trình, bảng tìm kiếm chỉ có

Page 41: Khảo sát và thiết kế bộ khởi động mềm

Trang 41

thể được đọc nhưng không cập nhật. Lệnh MOVC dùng cả PC hoặc DPTR như

là thanh ghi nền và ACC như là độ lệch.

Mnomonic Sự hoạt động Thời gian thực

thi(s)

MOVC A,@A+DPTR

Đọc bộ nhớ chương trình tại

(A+DPTR)

2

MOVC A,@A+PC Đọc bộ nhớ trương trình tại

(A+PC)

2

Lệnh BOOLEAN :

Các bit có thể được đặt hoặc xóa bằng lệnh đơn. Sự điều khiển các bit

riêng lẻ chung cho nhiều thiết bị I/O, bao gồm xuất ra relay, motor solenoid,

led…hoặc nhập từ công tắc hoặc từ chỉ điểm trạng thái.

Mnemonic Sự hoạt động Thời gian thực thi (s )

ANL C,bit C = C AND bit 2

ANL C,/bit C = C AND /bit 2

ORL C,bit C = C OR bit 2

ORL C,/bit C = C OR /bit 2

MOV C,bit C = bit 1

MOV bit,C bit = C 2

CLR C C = 0 1

CLR bit bit = 0 1

SETB C C = 1 1

SETB bit bit = 1 1

CPL C C = not C 1

CPL bit bit = 1 1

JC rel nhảy đến rel nếu C = 1 2

JNC rel nhảy đến rel nếu C =0 2

JB bit,rel nhảy đến rel nếu bit = 1 2

JNB bit,rel nhảy đến rel nếu bit = 0 2

Page 42: Khảo sát và thiết kế bộ khởi động mềm

Trang 42

JBC bit,rel nhảy đến rel nếu bit = 1 2

và xóa bit = 0

Lệnh rẽ nhánh chương trình :

a, Lệnh rẽ nhánh không điều kiện :

Mnemonic sự hoạt động thời gian thực thi

(s )

JMP addr nhảy đến địa chỉ addr 2

JMP @A+DPTR nhảy đến địa chỉ A+DPTR 2

CALL addr gọi chương trình con tại addr 2

RET trả về chương trình con 2

RETI trả về từ ngắt 2

NOP không làm gì cả 1

b, Lệnh rẽ nhánh có điều kiện :

Mnemonic Sự hoạt động Thời gian thực

thi

(s )

JZ rel nhảy nếu A = 0 2

JNZ rel nhảy nếu A0 2

CJNE A,<byte>,rel giảm và nhảy nếu <byte> 0 2

CJNE <byte>,#data,rel nhảy nếu <byte> #data 2

2.3.3 Hoạt động của Timer :

1. Giới Thiệu :

8951 có hai bộ Timet 16 bit và mỗi bộ có 4 chế độ hoạt động. Timer được

dùng để tạo khoảng dừng, đếm sự kiện hay định tốc độ baud cho port nối tiếp.

Mỗi timer là bộ đếm xung clock 16 bit, vì vậy bit thứ 16 hay tầng cuối cùng chia

tần số xung clock cho 65536 (216). Các timer này được đặt mode làm việc và

điều khiển bằng phần mềm thông qua các thanh ghi chức năng đặc biệt.

Page 43: Khảo sát và thiết kế bộ khởi động mềm

Trang 43

Bả

ng dưới đây liệt kê các thanh ghi chức năng đặc biệt sử dụng cho hoạt động timer

:

SFR Chức năng Địa chỉ Địa chỉ hóa từng bit

TCON

TMOD

TL0

TL1

TH0

TH1

Điều khiển

Chọn mode

Byte thấp timer 0

Byte thấp timer 1

Byte cao timer 0

Byte cao timer 1

88H

89H

8AH

8BH

8CH

8DH

Không

Không

Không

Không

Không

Thanh Ghi TMOD :

Địa chỉ 81H, không truy xuất bit, chứa hai nhóm 4 bit dùng thiết lập chế

độ làm việc cho timer 1 và timer 0.

Tóm Tắt Thanh Ghi TMOD

Bit Tên Timer Mô tả

7

GATE

1

bit cổng ; khi GATE =1 Timer chỉ đếm

khi và chỉ khi ngõ INT1 = 1

6

C/F

1

bit chọn couter/timer C/F =1 : couter,

đếm bằng xung Ck ngoài ngõ T1.

C/F = 0 :Timer,xung Ck trong từ dao

động nội.

5 M1 1 bit 1 chọn mode

4 M2 1 bit 0 chọn mode

3 GATE 0 bit cổng, Timer chỉ đếm khi INT0 = 1

2 C/F 0 bit chọn couter/timer

1 M1 0 bit 1 chọn mode

0 M0 0 bit 0 chọn mode.

Chọn mode :

Page 44: Khảo sát và thiết kế bộ khởi động mềm

Trang 44

M2 M1 Mode Mô tả

0 0 0 Timer 13 bit, (tương hợp 80487)

0 1 1 Timer 16 bit

1 0 2 Timer 8 bit tự động khởi nạp

1

1

3

Timer tách biệt:

Timer 0 : TL0 là bộ đếm 8 bit điều

khiển bằng các bit chọn mode Timer 0

TH0 là bộ đếm 8 bit điều khiển bằng các

bit chọn mode Timer1.

Thanh Ghi TCON :

Thanh ghi này chứa các trạng thái và các bit điều khiển cho timer 0 và

timer 1. Bốn bit cao trong TCON được dùng để bật tắt hay bao tràn cho timer.

Bốn bit thấp trong TCON không có tác dụng gì đối với các timer, tuy nhiên

chúng được sử dụng để phát hiện và khởi đầu cho các ngắt ngoài.

Bit Ký hiệu đ/chỉ bit Mô tả

TCON.7

TF1

8FH

Cờ báo tràn Timer 1. phần cứng đặt TF1 = 1 khi

timer tràn ; xóa bằng mềm hoặc bằng cứng (khi

có ngắt qua Timer 1).

TCON.6

TR1

8EH

Bit điều khiển ON/OFF Timer 1

TR1 = 1 : chạy; TR1 = 0 : dừng.

TCON.5 TF0 8DH Cờ báo tràn Timer 0.

TCON.4 TR0 8CH Điều khiển ON/OFF Timer 0.

TCON.3

IE1

8BH

Cờ cạnh ngắt 1 bên ngoài. Đặt bởi phần cứng khi

phát hiện một cạnh xuống ở INT1 ; xoá bằng mềm

hoặc bằng cứng.

Page 45: Khảo sát và thiết kế bộ khởi động mềm

Trang 45

TCON.2

IT1

8AH

Kiểu cờ ngắt 1 bên ngoài. Đặt/xóa bằng mềm để

ngắt ngoài tác động mức thấp /cạnh xuống.

TCON.1 IE0 89H Cờ cạnh ngắt 0 bên ngoài.

TCON.0 IT0 88H Cờ kiểu ngắt 0 bên ngoài.

Các Chế Độ Làm Việc Của Timer :

Chế độ timer 13 bit :

Để tương thích với 8048 (tiền thân của 8951). 3 bit cao của TLx (TL0

hoặc TL1) không dùng. Chế độ hoạt động này thường không được sử dụng trong

các thiết kế mới.

Chế độ timer 16 bit :

Hoạt động như timer 16 bit đầy đủ. Cờ báo tràn là bit TFx trong TCON có

thể đọc hoặc ghi bằng phần mềm. MSB của giá trị trong các thanh ghi là bit 7

của THx và LSB là bit 0 của TLx. Các thanh ghi timer TLx/THx có thể được đọc

hoặc ghi bất cứ lúc nào bằng phần mềm.

Chế độ tự động nạp lại 8 bit :

TLx họat động như một timer 8 bit, trong khi đó THx vẫn giữ nguyên giá

trị nạp lại. Khi số đếm tràn từ FFH đến 00H, không những đặt cờ timer mà còn

nạp giá trị ở THx vào TLx. Chế độ này rất thông dụng vì sự tràn timer xảy ra sau

những khoảng thời gian nhất định và tuần hoàn một khi đã khởi động TMOD và

THx.

TLx (5 bit)

THx (8 bit)

TFx Xung nhịp timer

Cờ báo tràn

TLx (8 bit)

THx (8 bit)

TFx Xung nhịp timer

Cờ báo tràn

Page 46: Khảo sát và thiết kế bộ khởi động mềm

Trang 46

Chế độ tách timer :

Timer 0 tách thành hai timer 8 bit (TL0 và TH0), TL0 có cờ báo tràn là

TF0 và TH0 có cờ báo tràn là TF1. Timer 1 ngưng ở chế độ 3, nhưng có thể khởi

động bằng cách chuyển sang chế độ khác. Giới hạn duy nhất là cờ báo tràn TF1

không còn bị tác động khi timer 1 bị tràn vì nó đã được nối tới TH0. Khi timer 0

ở chế độ 3, có thể cho timer 1 chạy và ngưng bằng cách chuyển nó ra ngoài và

vào chế độ 3. Nó vẫn có thể được sử dụng bởi port nối tiếp như bộ tạo tốc độ

baud hoặc nó có thể được sử dụng bằng bất cứ cách nào không cần ngắt (vì nó

không còn được nối tới TF1).

Nguồn Tạo Xung Clock :

Có hai nguồn tạo xung nhịp có thể có, được chọn bằng cách ghi vào bit

C/T (Counter/Timer) trong TMOD khi khởi động timer. Một nguồn xung nhịp

dành cho định khoảng thời gian, cái khác dành cho đếm sự kiện.

TLx (8 bit) TFx

Cờ báo tràn

THx (8 bit)

Nạp lại

Xung nhịp timer

TL1 TH1

TL0 TF0

Cờ báo tràn

TH0 TF1

Cờ báo tràn

Xung nhịp timer

Xung nhịp timer

1/12 FOSC

Xung nhịp timer

Bộ dao động trong chip 12

Thạch anh

Chân T0 hoặc chân T1

C/T

0:(lên) định khoảng thời gian 1:(xuống) đếm sự kiện

Nguồn tạo xung clock

Page 47: Khảo sát và thiết kế bộ khởi động mềm

Trang 47

Định khoảng thời gian :

Nếu C/T = 0, hoạt động timer liên tục được chọn và timer được dùng cho

việc định khoảng thời gian. Lúc đó, timer lấy xung nhịp từ bộ dao động trên chip.

Bộ chia 12 được thêm vào để giảm tần số xung nhịp đến giá trị thích hợp cho

phần lớn các ứng dụng. Như vậy thạch anh 12 MHz sẽ cho tốc độ xung nhịp

timer 1MHz. Báo tràn timer xảy ra sau một số (cố định) xung nhịp, phụ thuộc

vào giá trị ban đầu được nạp vào các thanh ghi timer TLx/THx.

Đếm sự kiện :

Nếu C/T = 1, timer lấy xung nhịp từ nguồn bên ngoài. Trong hầu hết các

ứng dụng, nguồn bên ngòai này cung cấp cho timer một xung khi xảy ra một “sự

kiện”, timer dùng để đếm sự kiện. Số sự kiện được xác địng bằng phần mềm

bằng cách đọc các thanh ghi TLx/THx vì giá trị 16 bit trong các thanh ghi này

tăng thêm 1 cho mỗi sự kiện.

Nguồn xung nhịp ngoài có từ thay đổi chức năng của các chân port 3 :

P3.4 hay “T0“ dùng làm ngõ vào tạo xung nhịp bên ngoài cho timer 0.

P3.5 hay “T1” dùng làm ngõ vào tạo xung nhịp bên ngoài cho timer 1.

Trong các ứng dụng bộ đếm, các thanh ghi timer được tăng thêm 1 tương ứng với

cạnh xuống của tín hiệu ngõ vào bên ngoài Tx. Mỗi timer mất 2 chu kỳ máy để

nhận ra một chuyển tiếp từ 1 xuống 0, do đó tần số ngoài tối đa là 500KHz (giả

sử hoạt động ở 12MHz).

Thiết lập ban đầu và truy xuất timer :

Các timer thường được thiết lập ban đầu một lần ở đầu chương trình để

đặt chế độ hoạt động đúng. Sau đó, trong thân chương trình timer được khởi

động và dừng, các bit cờ được kiểm tra và xóa, các thanh ghi timer được cập

Page 48: Khảo sát và thiết kế bộ khởi động mềm

Trang 48

nhập theo yêu cầu của chương trình ứng dụng. TMOD là thanh ghi đầu tiên được

thiết lập vì nó đặt chế độ hoạt động.

Phương pháp đơn giản nhất để bắt đầu (cho chạy), và dừng các timer là

dùng các bit điều khiển chạy : TRx trong TCON. TRx bị xóa sau khi reset hệ

thống. Như vậy, các timer theo mặc nhiên là bị cấm (bị dừng). TRx được đặt lên

1 bằng phần mềm để cho timer chạy.

Một phương pháp khác để điều khiển các timer là dùng bit GATE trong

TMOD và ngõ vào bên ngoài INTx. Đặt GATE = 1 cho phép timer sẽ được điều

khiển bằng INTx. Việc này hữu dụng cho việc đo độ rộng xung như sau : Giả sử

INT0 ở mức thấp nhưng các xung ở mức cao trong khoảng thời gian đo.

Khởi động timer 0 ở chế độ 1 (chế độ timer 16 bit), với TL0/TH0 =

0000H, GATE = 1 và TR0 = 1. Khi INT0 ở mức cao, timer được “mở cổng” và

được cấp xung nhịp 1 MHz (nếu 8951 họat động ở tần số 12 MHz). Khi INT0

xuống thấp, timer bị “đóng cổng” và thời khoảng của xung tính bằng s là số

đếm được trong TL0/TH0. (Có thể lập trình INT0 để tạo ra một ngắt khi nó

xuống mức thấp).

Xung nhịp timer

Các thanh ghi timer

0 : (lên) : timer dừng 1 : (xuống) : timer chạy

TRx

Cho chạy và dừng các timer

0 : (lên) 1 : (xuống)

0 : (lên) 1 : (xuống)

Bộ dao động

trong chip 12 TL1 TH1 TF1

12 MHz

C/T

TR1

GATE

T1 P3.5

Page 49: Khảo sát và thiết kế bộ khởi động mềm

Trang 49

2.3.4 Hoạt động của port nối tiếp:

8951 có 1 port nối tiếp có thể hoạt động ở nhiều chế độ trên 1 dãy tần số

rộng. Chức năng của port nối tiếp là thực hiện chuyển đổi dữ liệu ra từ song song

sang nối tiếp và từ nối tiếp sang song song cho dữ liệu vào. Truy xuất phần cứng

đến port nối tiếp qua các chân TXD (P3.0) và RXD (P3.1). Hai thanh ghi chức

năng đặc biệt cung cấp truy xuất phần mềm đến port nối tiếp là SBUF (địa chỉ

99H) và SCON (địa chỉ 98H). Bộ đệm port nối tiếp (SBUF) thực sự là hai bộ

đệm. Viết vào SBUF : nạp dữ liệu sẽ được phát, đọc SBUF : truy xuất dữ liệu thu

được. Đây là thanh ghi riêng biệt, thanh ghi chỉ để phát và thanh ghi chỉ để thu.

Thanh ghi điều khiển port nối tiếp SCON :

Chế độ hoạt động của thanh ghi port nối tiếp được đặt bằng cách ghi vào

thanh ghi chế độ port nối tiếp SCON. Thanh ghi này có thể truy xuất từng bit, nó

chứa các bit trạng thái và các bit điều khiển. Các bit điều khiển dùng thiết lập chế

độ hoạt động cho port nối tiếp và các bit trạng thái để chỉ sự chấm dứt sự truyền

hoặc nhận ký tự. Trước khi sử dụng port nối tiếp phải khởi động SCON cho

đúng chế độ.

Bảng tóm tắt hoạt động thanh ghi SCON

Bit Ký hiệu Địa chỉ Mô tả

SCON.7 SM0 9FH Bit 0 của chế độ port nối tiếp

SCON.6 SM1 9EH Bit 1 của chế độ port nối tiếp

SCON.5 SM2 9DH Bit 2 của chế độ port nối tiếp. Cho phép

truyền thông đa xử lý trong các mode 2 và 3

không bị tác động nếu bit thu thứ 9 thu

Page 50: Khảo sát và thiết kế bộ khởi động mềm

Trang 50

được là 0.

SCON.4 REN 9CH Cho phép bộ thu. Phải đặt lên 1 để thu

SCON.3 TB8 9BH Bit 8 phát, bit thứ 9 phát trong các chế độ 2

và 3 được đặt/xoá bằng mềm.

SCON.2 RB8 9AH Bit 9 thu, bit thứ 9 thu được.

SCON.1 TI 99H Cờ ngắt phát. Đặt lên 1 để kết thúc phát,

xoá bằng mềm.

SCON.0 RI 98H Cờ ngắt thu, đặt lên 1 để kết thúc thu, xoá

bằng mềm.

Các chế độ hoạt động :

Port nối tiếp có 4 chế độ hoạt động có thể lựa chọn bằng cách viết các số 0

hoặc 1 vào các bit SM0 và SM1 trong thanh ghi SCON. Sau đây là bảng tóm tắt

các chế độ hoạt động :

SM0 SM1 Mode Mô Tả Baudrate

0 0 0 Thanh ghi dịch Cố định (fck/12)

0 1 1 UART 8 bit Thay đổi (đặt bằng timer 1)

1 0 2 UART 9 bit Cố định (fck/32 hoặc fck/64)

1 1 3 UART 9 bit Thay đổi (đặt bằng Timer1)

Ví dụ : khai báo SIO là 1 UART 8 bit baudate thay đổi được cho phép thu

và đặt cờ ngắt phát lên 1 :

MOV SCON,# 01010010B

2.3.5 Hoạt động ngắt

Ngắt là sự xảy ra một điều kiện, một sự kiện mà nó gây ra treo tạm thời

chương trình trong khi điều kiện đó được phục vụ bởi một chương trình khác.

Chương trình này gọi là chương trình phục vụ ngắt (ISR). Khi ISR được thực thi

xong, chương trình chính tiếp tục ở chỗ mà nó tạm dừng. Như vậy ngắt có thể

Page 51: Khảo sát và thiết kế bộ khởi động mềm

Trang 51

xảy ra bất cứ lúc nào và ở bất cứ nơi đâu trong chương trình chính. Các ngắt

đóng vai trò quan trọng trong thiết kế và cài đặt các ứng dụng vi điều khiển.

Chúng cho hệ thống đáp ứng một cách bất đồng bộ với sự kiện và giải quyết sự

kiện đó trong khi một chương trình khác đang thực thi.

Tổ Chức Ngắt Trong 8951 :

8951 có 5 nguồn ngắt : Ngắt bằng tín hiệu ngoài qua ngõ INT0 (ngắt

ngoài INT0 ) ; Ngắt bằng tín hiệu ngoài qua ngõ INT1 (ngắt ngoài INT1) ; Ngắt

khi timer 0 tràn (ngắt timer 0), cờ báo tràn TF0 ; Ngắt khi timer 1 tràn (ngắt timer

1), cờ báo tràn TF1 ; Ngắt khi SIO phát/thu xong 1ký tự (ngắt SIO), cờ TI phát,

cờ RI thu.

Khi có hai hoặc nhiều ngắt đồng thời, hoặc một ngắt xảy ra khi một ngắt

khác đang đang phục vụ, có cả hai sự tuần tự hỏi vòng và sơ đồ ưu tiên hai mức

dùng để xác định việc thực hiện các ngắt. Việc hỏi tuần tự thì cố định nhưng ưu

tiên ngắt thì có thể lập trình được.

Cho Phép Và Cấm Ngắt :

Mỗi nguồn ngắt được cho phép hoặc cấm ngắt thông qua thanh ghi chức

năng đặc biệt IE (địa chỉ A8H) được địa chỉ hóa từng bit. Chức năng của từng bit

trong thanh ghi IE như sau :

Bảng tóm tắt thanh ghi IE

Bit Ký hiệu Địa chỉ Mô tả (1 :cho phép ; 0 : cấm)

C/tr chính C/tr chính C/tr chính

ISR

Page 52: Khảo sát và thiết kế bộ khởi động mềm

Trang 52

IE.7 EA AFH Cho phép/cấm toàn bộ

IE.6 - AEH Không định nghĩa

IE.5 ET2 ADH Cho phép ngắt Timer 2 (8952)

IE.4 ES ACH Cho phép ngắt SIO

IE.3 ET1 ABH Cho phép ngắt Timer 1

IE.2 EX1 AAH Cho phép ngắt INT1

IE.1 ET0 A9H Cho phép ngắt Timer 0

IE.0 EX0 A8H Cho phép ngắt INT0

Ví dụ : Khai báo cho phép 3 nguồn ngắt : INT0, INT1, TIMER 0 :

MOV IE, #87H

Cho phép ngắt INT0 :SETB EX0

Cấm ngắt INT0 : CLR EX0

Ưu Tiên Ngắt :

Mỗi nguồn ngắt được lập trình riêng vào một trong hai mức ưu tiên qua

thanh ghi chức năng đặc biệt IP (Interrupt Priority) được địa chỉ hóa từng bit, ở

địa chỉ B8H.

Bảng tóm tắt thanh ghi IP

Bit Ký hiệu Địa chỉ Mô tả (1 :cho phép ; 0 : cấm)

IP.7 - - Không định nghĩa

IP.6 - - Không định nghĩa

IP.5 PT2 BDH Ưu tiên ngắt Timer2 (8052)

IP.4 PS BCH Ưu tiên ngắt SIO

IP.3 PT1 BBH Ưu tiên ngắt Timer 1

IP.2 PX1 BAH Ưu tiên ngắt INT1

IP.1 PT0 B9H Ưu tiên ngắt Timer0

IP.0 PX0 B8H Ưu tiên ngắt INT0

Page 53: Khảo sát và thiết kế bộ khởi động mềm

Trang 53

Ví dụ : Khai báo cho phép ngắt INT0, Timer 0 với ngắt Timer0 ưu tiên

hơn

MOV IE,#83H

Hỏi vòng tuần tự :

Nếu có hai ngắt cùng độ ưu tiên đồng thời, sự hỏi vòng tuần tự xác định cái nào

được phục vụ trước tiên.

Thứ tự ưu tiên của các nguồn ngắt cùng cấp như sau :

INT0

TIMER 0

INT1

TIMER 1

SIO

TIMER 2

Ví dụ : Khai báo INT0, INT1, Timer 0 theo thứ tự ưu tiên :

MOV IE,#87H

MOV IP,#05H

Page 54: Khảo sát và thiết kế bộ khởi động mềm

Trang 54

Các cờ chỉ báo ngắt :

Ngắt Cờ Vị trí bit trong thanh ghi

INT0 IE0 TCON.1

INT1 IE1 TCON.3

Timer1 TF1 TCON.7

Timer0 TF0 TCON.5

SIO TI SCON.1

SIO RI SCON.0

Xử Lý Ngắt :

Khi ngắt xảy ra và được CPU chấp nhận, chương trình chính bị ngắt quãng.

Những hoạt động sau xảy ra :

Lệnh hiện hành hoàn tất thực thi.

Cất PC vào ngăn xếp (stack).

Trạng thái ngắt hiện hành được cất bên trong.

Page 55: Khảo sát và thiết kế bộ khởi động mềm

Trang 55

Các ngắt bị chặn ở mức ngắt.

Nạp vào PC địa chỉ vector của ISR.

ISR thực thi.

ISR hoàn tất bằng lệnh RETI. Điều này làm lấy lại giá trị cũ của PC từ ngăn xếp

và lấy lại trạng thái cũ, thực thi chương trình tiếp tục ở chỗ mà nó bị dừng.

Các vector ngắt :

Khi chấp nhận ngắt, giá trị nạp vào PC được gọi là vector ngắt. Nó là địa chỉ bắt

đầu của chương trình phục vụ ngắt. Các vector ngắt có giá trị như sau :

Ngắt Cờ Địa chỉ vector

Reset hệ thống RST 0000H

INT0 IE0 0003H

Timer0 TF0 000BH

INT1 IE1 0013H

Timer 1 TF1 001BH

SIO TI hoặc RI 0023H

Timer 2 TF2 hoặc EXF2 002BH

- Chiều dài cho mỗi đoạn chương trình cho ISR là 8 byte.

- Các địa chỉ vector nằm ở đầu chương trình.

- Khi CPU được nạp vector ngắt của nguồn ngắt tương ứng thì các cờ báo ngắt

sẽ được xóa bằng phần cứng. Trừ trường hợp ngắt SIO, phần cứng không xóa các

cờ này (TI, RI).

- Khi xử lý ngắt qua phát thu : khi muốn phát thì phải cấm thu.

2.4 Triac

2.4.1 Giới thiệu về triac

TRIAC (viết tắt của TRIode for Alternating Current) là phần tử bán dẫn gồm

năm lớp bán dẫn, tạo nên cấu trúc p-n-p-n như ở thyristor theo cả hai chiều giữa

Page 56: Khảo sát và thiết kế bộ khởi động mềm

Trang 56

các cực T1 và T2, do đó có thể dẫn dòng theo cả hai chiều giữa T1 và T2.

TRIAC có thể coi tương đương với hai thyristor đấu song song song ngược.

Đặc tính Volt-Ampere của TRIAC bao gồm hai đoạn đặc tính ở góc phần tư

thứ nhất và thứ ba (hệ trục Descartes), mỗi đoạn đều giống như đặc tính thuận

của một thyristor.

TRIAC có thể điều khiển cho mở dẫn dòng bằng cả xung dương (dòng đi vào

cực điều khiển) lẫn xung âm (dòng đi ra khỏi cực điều khiển). Tuy nhiên xung

dòng điều khiển âm có độ nhạy kém hơn, nghĩa là để mở được TRIAC sẽ cần

một dòng điều khiển âm lớn hơn so với dòng điều khiển dương. Vì vậy trong

thực tế để đảm bảo tính đối xứng của dòng điện qua TRIAC thì sử dụng dòng

điện âm là tốt hơn cả.

Ký hiệu Triac

Page 57: Khảo sát và thiết kế bộ khởi động mềm

Trang 57

CHƯƠNG 3 NỘI DUNG CHÍNH 3.1 Sơ đồ khối của bộ khởi động mềm cho động cơ không đồng bộ 3 pha

3.1.1 Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn

Khối Điều khiển Mạch công suất Động cơ AC

Mạch zero crossing

N

D4

DIODE + C5

2200uFC6

104

D3

DIODE

R15

330

+ C4

2200uF

D1

DIODE

D2

DIODE VCC

D5

LED

L1_1

U8LM7805/TO

1

2

3VIN

GN

D VOUT

Page 58: Khảo sát và thiết kế bộ khởi động mềm

Trang 58

N

R110K

U2

4N35

1 6

2

5

4

R6

400

U3

4N35

16

2

5

4

L1

zero

VCC

Hình 3.1

3.1.2 Sơ đồ nguyên lý mạch công suất

Hình 3.2

3.1.3 Sơ đồ nguyên lý mạch zero crossing

R2220

A_1Q1

BT138

L1

VCC

R3

330

U1MOC3021

1

2

64

A_2

Q22N1069

R5 2,2k

c

Page 59: Khảo sát và thiết kế bộ khởi động mềm

Trang 59

A_1

R2220

N

U12

AT89S53_1

11121314151617

18 19

20

2122232425262728

29

3031

3233343536373839

40

12345678

9

10

P3.1/TXDP3.2/INT0P3.3/INT1

P3.4/T0P3.5/T1

P3.6/WRP3.7/RD

XTA

L2

XTA

L1

GND

P2.0/A8P2.1/A9

P2.2/A10P2.3/A11P2.4/A12P2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15

PSEN

ALE/PROGEA/VPP

P0.7/AD7P0.6/AD6P0.5/AD5P0.4/AD4P0.3/AD3P0.2/AD2P0.1/AD1P0.0/AD0

VCC

P1.0/T2P1.1/T2EXP1.2P1.3P1.4/SSP1.5/MOSIP1.6/MISOP1.7/SCK

RS

T

P3.0/RXD

VCC

Zero_1

C2CAPACITOR

R110K

U3

4N35

16

2

5

4

R6

400

SW1Reset

VCC

R5 2,2k Q1

BT138 L1

Y1

CRYSTAL

VCC

+ C110uF

R4

10KR3

330

L1

U2

4N35

1 6

2

5

4

U1MOC3021

1

26

4

VCC

A_2

Zero_1

Q22N1069

C3CAPACITOR

A_1

VCC

ZERO_1

Hình 3.3

3.1.4 Sơ đồ mach nguyên lý điều khiển 1 pha

Hình 3.4

Page 60: Khảo sát và thiết kế bộ khởi động mềm

Trang 60

3.1.5 Sơ đồ nguyên lý điều khiển 3 pha

U1MOC3021

1

2

64

+ C110uF

A_1

L3

R810K

L3

VCC

R10 2,2k

Q22N1069

R9

330

L1

VCC

U4

AT89S53

11121314151617

18 19

20

2122232425262728

29

3031

3233343536373839

40

12345678

9

10

P3.1/TXDP3.2/INT0P3.3/INT1

P3.4/T0P3.5/T1

P3.6/WRP3.7/RD

XTA

L2

XTA

L1

GND

P2.0/A8P2.1/A9

P2.2/A10P2.3/A11P2.4/A12P2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15

PSEN

ALE/PROGEA/VPP

P0.7/AD7P0.6/AD6P0.5/AD5P0.4/AD4P0.3/AD3P0.2/AD2P0.1/AD1P0.0/AD0

VCC

P1.0/T2P1.1/T2EXP1.2P1.3P1.4/SSP1.5/MOSIP1.6/MISOP1.7/SCK

RS

T

P3.0/RXD

Zero_1 U2

4N35

1 6

2

5

4

A_1

R6

400

Zero_2

L2

R1410K

J6

Pha_3

12

C_1

R5 2,2k

VCC

J2

Pha_1

12

N

C3CAPACITOR

R16 2,2k

L2

L2

Q3

BT138

U9MOC3021

1

2

64

L1ZERO_1

Q62N1069

VCC

A_2

R11

22K

ZERO_3

VCC

U6

4N35

1 6

2

5

4

R7220

N

L3

A_2

B_1

ZERO_2

Zero_3

U3

4N35

16

2

5

4

U11

4N35

16

2

5

4

R2220

N

B_1

SW1Reset

L1

VCC

Zero_2 J4

Pha_2

12

B_2

C2CAPACITOR

N

R17

22K

N

Q1

BT138

R12220

B_2

R13

330

U5MOC3021

1

2

64

C_2

Q42N1069

U7

4N35

16

2

5

4

N

VCC

Q5

BT138

R110K

VCC

Zero_3

C_1

VCC

C_2

J3

MOTOR 3 PHA

1234

Zero_1

R4

10K

Y1CRYSTAL

U10

4N35

1 6

2

5

4

N

R3

330

Page 61: Khảo sát và thiết kế bộ khởi động mềm

Trang 61

Hình 3.5 3.2 Nguyên lý hoạt của bộ khởi động mềm

Thành phần cơ bản của bộ khởi động mềm bao gồm:

Khối điều khiển

Khối phát hiện điểm zero

Khối mạch công suất

Động cơ 3 pha.

Khi cấp nguồn cho tất cả các khối. Khối phát hiện điểm zero (Zero crossing ) của

các pha hoạt động và phát ra xung mức cao mỗi khi điện áp đổi dấu ở cuối bán

kỳ các pha của nó. Khối điều khiển nhận tín hiệu xung này và tiến hành xử lý,

Page 62: Khảo sát và thiết kế bộ khởi động mềm

Trang 62

N

R110K

U2

4N35

1 6

2

5

4

R6

400

U3

4N35

16

2

5

4

L1

zero

VCC

sau đó phát xung điều khiển kích triac cho mạch công suất hoạt động. Như vậy

động cơ được điều khiển.

3.2.1 Nguyên lý tạo xung kích

Mạch tạo xung kích ở đây thực chất là mạch phát hiện điểm zero (zero

crossing detector). Có nhiểu cách để nhận biết điểm zero của điện AC và đây là

cách nhận biết đơn giản với độ chính xác cao. Bộ phận chính của mạch bao gồm

2 con Opto được kết nối như mạch trên. Ở bán kỳ dương U2 dẫn làm cho

Transtor trong Opto đó được kích dẫn, đồng thời làm cho điện thế ở điểm C được

kéo xuống mức 0. U2 dẫn trong suốt bán kỳ dương và điện thế tại điểm C cũng

luôn ở mức 0. Tại thời điểm bán kỳ dương của AC qua diểm zero. U2 ngưng dẫn

và điện thế ở điểm C được đẩy lên mức cao. Tương tự như vậy khi AC chuyển

qua bán kỳ âm U3 dẫn, U2 ngưng và tiếp tục phát ra xung mức cao mỗi khi AC

chuyển trạng thái từ bán kỳ dương qua bán ky âm và ngược lại.

3.3.1 Kết quả đạt được

Trên lý thuyết thì chúng em đã nghiên cứu tương đối hoàn chỉnh về bộ khởi

động mềm với những tính năng:

Hạn chế dòng khởi động động cơ

Điều khiển tăng áp từ từ cho đến khi đạt giá tri định mức của nó

Bảo vệ động cơ, tăng tuổi thọ cho động cơ

c

Page 63: Khảo sát và thiết kế bộ khởi động mềm

Trang 63

Có thể kết hợp với những khí cụ điện khác để tránh quá nhiệt , quá tải cho

động cơ.

Trên thực tế chúng em đã thiết kế thành công mạch điều khiển động cơ

không đồng bộ 3 pha trong bộ khởi động mềm và đã demo trên ba bóng đèn

điện và điện thì đạt được kết quả như mong muốn là đã hạn chế dòng khởi

động cơ như bộ khởi động mềm trên thị trường hiện nay.Nhưng do khi chúng

em demo trên động cơ thì gặp sự cố ngoài ý muốn làm cháy mạch điều khiển

của chúng em. Do thời gian bị hạn chế chúng em đã không làm kiệp lại mạch

điều khiển3 pha nên chúng em phải báo cáo với mạch 1 pha.

Ứng dụng của bộ khởi động mềm sẽ được ứng dụng rất rộng rãi trong công

nghiệp đặc biệt là trong các hệ thống bơm, hệ thống quạt, động cơ có quán tính

lớn,băng chuyền…Các doanh nghiệp có thể tiết kiệm điện năng rất lớn và tăng

tuổi thọ động cơ khi sử dụng bộ khởi động mềm. Tuy nhiên bộ khởi động mềm

mà chúng em nghiên cứu so với bộ khởi động mềm được bán trên thị trường thì

thiết kế của chúng em còn rất nhiều hạn chế cả về tính năng và chất lượng. Qua

thời gian tìm hiểu và nghiên cứu thì chúng em đã hiểu biết rất nhiều về những

tính năng và ứng dụng rất tuyệt vời của bộ khởi động mềm được sử dụng trên thị

trường hiện nay.

3.3.2 Những hạn chế

Qua kết quả đạt được cho thấy đề tài nghiên cứu của chúng em còn rất nhiều

thiếu sót. Chúng em chỉ mới có thể nghiên cứu được bộ khởi động mềm để điều

khiển khởi động động cơ. Nghĩa là khi đóng điện thẳng vào lưới điện để động cơ

khởi động trực tiếp, động cơ sẽ giật mạnh và dòng khởi động sẽ tăng lên gấp 7- 8

lần dòng định mức và gây ra sụt áp gây ảnh hưởng xấu đến các thiết bị điện khác

đang hoạt động trong lưới điện. Chưa giải được những vấn đề mà bộ khởi động

mềm trên thị trường đã làm được. Để hiểu rõ về bộ khởi động mềm thì tìm hiểu

mục khảo sát tính năng thực tế của bộ khởi động mềm.

3.3.3 khảo sát tính năng thực tế của bộ khởi động trên thị trương

hiện nay

Page 64: Khảo sát và thiết kế bộ khởi động mềm

Trang 64

Một số bộ khởi động mềm trên thị trường hiện nay:

Bộ khởi động mềm Sikostart 3RW 22

Khởi động mềm Altistart 48

Bộ khởi động mềm – SIRIUS 3WR…..

Khảo sát bộ khởi động mềm Altistart 48:

Bộ khởi động mềm Altistart 48

Các đặc tính tổng quát:

Khởi động và hãm mềm động cơ theo phương pháp điều khiển mo-men

TCS

Bảo vệ quá nhiệt cho động cơ

Bảo vệ cho động cơ khỏi qua tải và non tải với ngưỡng bảo vệ và thời

gian có thể hiệu chỉnh được, bảo vệ trường hợp Roto bị khoá, điều khiển

chiều quay (thứ tự pha)

Đã cài đặt sẵn các tham số ngầm định để có thể khởi động ngay

Có thể cài đặt thông số theo yêu cầu một cách đơn giản qua màn hình tích

hợp sẵn hoặc bằng phần mềm (Powersuite)

Điều khiển kết hợp Contactor nối tắt khi khởi động xong để tránh tổn hao

nhiệt

Có thể kết nối dạng cấu hình kép (2 động cơ)

Page 65: Khảo sát và thiết kế bộ khởi động mềm

Trang 65

Các ngõ vào/ra đa chức năng

Có thể khởi động và hãm mềm nhiều động cơ (dạng nối tầng)

Tích hợp hình thức giao tiếp mạng kiểu Modbus

Giao tiếp mạng kiểu FIPIO, Profibus DP, DeviceNet, Ethernet.

Ứng dụng:

Hệ thống máy bơm:

Khử bỏ các hiện tượng quá áp suất và áp lực tác động lên hệ thống.

Bảo vệ chống vận hành khô (không tải), mất pha, đảo thứ tự pha hoặc

ngay cả trong trường hợp hiện tượng Roto bị kẹt

Giảm sự phát nóng động cơ: tự động chuyển sang chế độ dừng tự nhiên

khi lưu lượng bơm giảm xuống mức thấp

Hệ thống máy quạt và máy có quán tính lớn:

Khởi động mềm, giảm độ căng của giây xích truyền động hoặc hiện

tượng trượt dây cua-roa Hạn chế hiện tượng quá dòng và sụt áp lúc khởi

động

Nhận biết được trường hợp Roto quay ngược để có quá trình khởi động thích hợp.

Page 66: Khảo sát và thiết kế bộ khởi động mềm

Trang 66

PHẦN KẾT LUẬN

Qua thời gian thực hiện đề tài luận văn “NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ BỘ

KHỞI ĐỘNG MỀM CHO ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA”.Cuối cùng

thì chúng em cũng hoàn thành đề tài này. Chúng em đã giải quyết tốt mục đích

chính của đề tài là thiết kế bộ điều khiển để điều khiển hạn chế dòng dòng khởi

động của động cơ và không gây ra hiện tượng sụt áp cho lưới điện gây ảnh hưởng

tới các thiết bị khác đang vận hành trong lưới điện.Nhưng vẫn còn những vấn

hạn chế mà chúng em vẫn chưa giải quyết được như:

Thiết kế mạch bảo vệ quá nhiệt cho động cơ như bảo vệ quá tải,mất pha

Điều khiển kết hợp với contactor nối tắt khi điều khiển xong tránh tổn

hao nhiệt.

Hướng giải quyết:

Chúng em sẽ cố gắng nghiên cứu tìm hiểu qua nhiều tài liệu để khắc phục

những hạn chế vẫn chưa giải quyết được và sẽ hoàn chỉnh bộ khởi động mềm và

hy vọng nó sẽ được ứng dụng trong công nghiệp như bộ khởi động mềm trên thị

trường hiện nay đang sử dụng.

Trong quá trình thực hiện đề tài này chúng em đã gặp rất nhiều khó khăn do

bị hạn chế về kiến thức cũng như thời gian thực hiện đề tài nhưng nhờ sự tận tình

hướng dẫn của thầy Nguyễn Văn Khanh nên cuối cùng chúng em đã hoàn thành

nó đúng tời hạn.Chúng em rất chân thành cám ơn thầy.

Page 67: Khảo sát và thiết kế bộ khởi động mềm

Trang 67

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Trương Văn Tám, Giáo trình Mạch điện tử. Thư viện giáo

trình điện tử của Bộ giáo dục và Đào tạo. Địa chỉ wed:

http://ebook.moet.gov.vn/?page=1.12&view=286.

[2] Nguyễn Khắc Nguyên – Giáo trình thực tập Vi Điều khiển 8051. ĐẠI HỌC

CÂN THƠ, năm 2009

[3] Phùng Kim Khánh - Giáo trình thực tập Vi Điều khiển MSC – 51. ĐẠI học

Kỹ Thuật công nghệ TP.HCM

[4] Tống Văn On – Vi điều khiển 8051. Nhà xuất bản khao học kỹ thuật, năm

2008.

[5] Nguyễn Tăng Cường, Phan Quốc Thắng – Cấu trúc và lập trình họ Vi Diều

Khiển.

[6] Trần Văn Thịnh – Điện tử công suất – Đại Học Bách Khoa Hà Nội, năm

2000.

[7] Nguyễn Xuân Phú – Thiết kế mạc điện – NXB Khoa Học và Kỹ Thuật


Recommended