Đồ án tốt nghiệp
BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HCM
KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI:
ĐIỀU KHIỂN PID ĐỘNG CƠ
KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA
VỚI PIC 18F4520.
GVHD: Thầy TRẦN HỮU TOÀN
SVTH: ĐẶNG XUÂN CƯỜNG
MSSV: 05021401
LỚP: DHDT1B
KHÓA: 2005-2009GVHD: Trần Hữu Toàn SVTH: Đặng Xuân Cường
1
Đồ án tốt nghiệp
Tp. Hồ ChÍ Minh, tháng 7 năm 2009
BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HCM
KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI:
ĐIỀU KHIỂN PID ĐỘNG CƠ
KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA
VỚI PIC 18F4520.
GVHD: Thầy TRẦN HỮU TOÀN
SVTH: ĐẶNG XUÂN CƯỜNG
MSSV: 05021401

phương pháp tương đối đơn giản, dễ thiết kế, thực hiện, lại có chất lượng chấp nhận
được nên được sử dụng rộng rãi trong điều khiển quá trình và nhiều đối tượng khác
nhau.
Xuất phát từ những điều kể trên, trong đồ án này tôi đã ứng dụng thuật toán
điều khiển PID trong việc điều khiển và ổn định tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha.
Dù đã rất cố gắng trong khi thực hiện đề tài này, nhưng do kiến thức còn hạn
chế, chưa có kinh nghiệm sản xuất thực tế nên không tránh khỏi sai sót, rất mong sự
đóng góp và nhận xét từ phía thầy cô và các bạn, tôi xin chân thành cảm ơn.
Sinh viên thực hiện
Đặng Xuân Cường
GVHD: Trần Hữu Toàn SVTH: Đặng Xuân Cường
3
Đồ án tốt nghiệp
GVHD: Trần Hữu Toàn SVTH: Đặng Xuân Cường
4
Lời Cảm Ơn !
Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến quý thầy cô
trường Đại Học Công Nghiệp TP.Hồ Chí Mình, những người
đã truyền đạt cho tôi những kiến thức và kinh nghiệm quý báu
trong suốt thời gian học tập tại trường.
Tôi xin chân trọng gửi lời cảm ơn đến tất cả các thầy cô
khoa Điện Tử : Thầy Trần Hữu Toàn, thầy Trần Văn Trinh,
thầy Trần Nguyên Bảo Trân, thầy Trần Văn Hùng…đã tận
tình hướng dẫn, giúp đỡ, tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi
hoàn thành đồ án tốt nghiệp này.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, tất cả những
người bạn, những người anh em, những người đã cùng gắn bó
học tập, và giúp đỡ, động viên tôi trong những năm qua cũng
như trong suốt quá trình thực hiện đề tài tốt nghiệp.
Đồ án tốt nghiệp

Đồ án tốt nghiệp
TP. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2009
Giáo Viên Hướng Dẫn
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………

+ Dây quấn.
Dây quấn đặt vào các rãnh của lõi sắt và cách điện với lõi sắt. Dây quấn của
Stator gồm 3 cuộn dây đặt lệch nhau
120
o
.
- Phần động (Rotor). Có 2 loại rotor chính, rotor kiểu lồng sóc và rotor kiểu dây quấn.
+ Trục rotor.
Làm bằng thép, dùng để đỡ lõi sắt rotor.
+Lõi sắt.
Gồm các lá thép kỹ thuật điện giống như ở phần stator. Lõi sắt được ép trực
tiếp lên trục. Bên ngoài lõi sắt có xẻ rãnh để đặt dây quấn.
Dây quấn rotor: kiểu dây quấn và kiểu lồng sóc.
+Kiểu dây quấn.
Loại này giống với dây quấn stator. Dây quấn 3 pha của rotor thường đấu
hình sao, còn 3 đầu kia thường được nối vào vành trượt làm bằng đồng được đặt cố
định ở một đầu trục và thông qua chổi than có thể đấu với mạch điện bên ngoài.
Đặc điểm của rotor loại này là có thể thông qua chổi than đưa điện trở phụ
hay suất điện động phụ vào mạch điện rotor để cải thiện tính năng mở máy, điều
chỉnh tốc độ hoặc cải thiện hệ số công suất của máy. Khi động cơ làm việc bình
thường dây cuốn rotor thường được nối ngắn mạch. Nhược điểm so với rotor lồng
sóc là giá thành cao, dễ cháy nổ, khó làm việc ở môi trường khắc nghiệt…
+ Kiểu lồng sóc.
Khác dây quấn stator. Mỗi rãnh của lõi sắt được đặt bằng một thanh dẫn bằng
đồng hoặc nhôm và được nối tắt ở hai đầu bằng 2 vòng ngắn mạch bằng đồng hoặc
nhôm.
1.1.2 Ứng dụng.
GVHD: Trần Hữu Toàn SVTH: Đặng Xuân Cường
8
Đồ án tốt nghiệp

( với
θ
= wt ) là điện áp vào của mạch chỉnh lưu như hình
1.3 ta có:
+ Trong khoảng 0 <
θ
<
π
điện thế tại A dương
B
0, V 0
A
V > <
dòng điện đi từ
A đến B, diode D1và D4 dẫn, D2 và D3 tắt.
+ Trong khoảng
π
<
θ
< 2
π
điện thế tại B dương hơn điện thế tại A, dòng
điện đi từ B đến A, D2 và D3 dẫn, D1 và D4 tắt.
Dạng sóng ngõ ra như hình 1.4:
Hình 1.4 – Dạng điện áp ngõ ra chưa có tụ lọc.
Các trị số điện áp được tính như sau:
- Trị trung bình của điện áp chỉnh lưu:

m m
0

π
- Trị hiệu dụng:

2
m
RMS
U
U
=
- Điện áp ngược cực đại ( điện áp phân cực ngược cực đại mà diode phải chịu ):
2
2.
ngMax m
U U U= =
- Khi có thêm tụ lọc ở ngõ ra điện áp trung bình ngõ ra sẽ là:
2
2
m
AV
U
U
π
=
.
1.3 Biến tần và các phương pháp điều khiển.
1.3.1. Ứng dụng của biến tần.
Biến tần được dùng rất nhiều trong công nghiệp để lái các động cơ không đồng
bộ ba pha, ổn định tốc độ băng tải, đồng bộ tốc độ dễ dàng.
Việc sử dụng biến tần đưa lại hiệu suất cao, đồng thời giúp tiết kiệm điện năng
tiêu thụ. Hiệu suất chuyển đổi nguồn của các bộ biến tần rất cao vì sử dụng các bộ linh

+Biến tần có khâu trung gian một chiều (biến tần gián tiếp).
1.3.2 Biến tần trực tiế p.
Hình 1.5 – Sơ đồ nguyên lý của bộ biến tần trực tiếp.
Bộ biến đổi tần số trực tiếp dùng mạch van, biến đổi nguồn điện xoay chiều ba
pha có U
1
,

f
1
thành nguồn điện xoay chiều ba pha có U
2
và f
2
thay đổi được.
Trong bộ biến tần trực tiếp, điện áp ba pha chỉ chuyển đổi một lần, không phải
qua bộ chỉnh lưu nên đạt được hiệu suất cao. Tuy nhiên trong bộ biến tần loại này thì
GVHD: Trần Hữu Toàn SVTH: Đặng Xuân Cường
12
o
o
o
a
b
c
CK
CK
CK
CK
CKck

1
, phạm vi thay đổi của f
2
nhỏ, f
2
<f
1
.
1.3.3 Bộ biến tần có khâu trung gian một chiều (biến tần gián tiếp).
Bộ biến tần có khâu trung gian một chiều là bộ biến đổi hai tầng. Điện áp xoay
chiều đầu tiên được chỉnh thành điện áp DC qua bộ chỉnh lưu. Sau khi qua bộ lọc, điện
áp một chiều được nghịch lưu thành điện áp xoay chiều có tần số biến đổi được. Bộ
nghịch lưu ở đây làm việc độc lập với lưới, nghĩa là các van của chúng chuyển mạch
theo chế độ cưỡng bức, gọi là nghịch lưu độc lập. Tần số điện áp đầu ra được điều
chỉnh nhờ thay đổi chu kì đóng ngắt các van trong nhóm nghịch lưu.
Việc biến đổi điện áp 2 lần làm cho hiệu suất của bộ biến đổi giảm. Song việc
thay đổi tần số f
2
không phụ thuộc vào f
1
, nên tạo được dãy tần số rộng cả trên và dưới
f
1
. Ngoài ra, nhờ sự tiến bộ của kĩ thuật, sự ra đời và phát triển của vi điều khiển, cùng
với các khóa bán dẫn có công suất lớn như IGBT, MOSFET đã làm phát huy ưu điểm
của biến tần loại này, nên phương pháp này ngày càng được sử dụng rộng rãi.
Biến tần loại này được chia ra làm hai loại, theo tính chất của bộ lọc bao gồm:
+ Biến tần nguồn áp:
Được sử dụng trong hầu hết các bộ biến tần ngày nay. Bộ lọc dùng tụ C có điện
dung lớn ở đầu vào của bộ nghịch lưu nên điện áp đặt vào bộ nghịch lưu xem như là

3
dc
V
khi pha đó mắc song song với một
pha khác, hoặc
2
3
dc
V
khi pha đó mắc nối tiếp với hai pha còn lại.
Để có giá trị điện áp ra tải tại mỗi thời điểm, ta xét một chu kì làm việc của
mạch, trong đó chỉ xét nguyên lý hoạt động của Transistor.
GVHD: Trần Hữu Toàn SVTH: Đặng Xuân Cường
14
Đồ án tốt nghiệp
Giá trị điện áp tại thời điểm T1 trong khoảng
0 60−
o o
: lúc này S1, S2, S5 làm việc:
Hình 1.8 – Trạng thái mạch tại thời điểm T1.
Ta có:
1
3
2
3
A C DC
B DC
U U V
U V
= =

Để tạo ra một điện áp xoay chiều bằng phương pháp SIN PWM, ta sử dụng một
tín hiệu xung tam giác tần số cao đem so sánh với một điện áp sin chuẩn có tần số f.
Nếu đem xung điều khiển này cấp cho một bộ biến tần một pha thì ngõ ra sẽ thu
được một dạng điện áp dạng điều rộng xung có tần số bằng với tần số nguồn sin mẫu
và biên độ hài bậc nhất phụ thuộc vào nguồn điện một chiều cung cấp và tỉ số giữa
biên độ sóng sin mẫu và sóng mang. Tần số sóng mang phải lớn hơn tần số của sóng
sin mẫu.
Sau đây là hình vẽ miêu tả nguyên lý của phương pháp điều rộng sin một pha:
GVHD: Trần Hữu Toàn SVTH: Đặng Xuân Cường
16
Đồ án tốt nghiệp
Hình 1.11 – nguyên lý của phương pháp điều rộng SIN một pha.
Khi :
V
control
> V
tri
thì
2
dc
AO
V
V =
V
control
< V
tri
thì
2
dc

GVHD: Trần Hữu Toàn SVTH: Đặng Xuân Cường
18
Đồ án tốt nghiệp
1.3.5.2 Phương pháp điều khiển V/f.
Được sử dụng hầu hết trong các biến tần hiện nay. Tốc độ của động cơ không
đồng bộ tỉ lệ trực tiếp với tần số nguồn cung cấp. Do đó, nếu thay đổi tần số của nguồn
cung cấp cho động cơ thì cũng sẽ thay đổi được tốc độ đồng bộ, và tương ứng là tốc độ
của động cơ.
Tuy nhiên, nếu chỉ thay đổi tần số mà vẫn giữ nguyên biên độ nguồn áp cấp cho
động cơ sẽ làm cho mạch từ của động cơ bị bão hòa. Điều này dẫn đến dòng từ hóa
tăng, méo dạng điện áp và dòng điện cung cấp cho động cơ gây ra tổn hao lõi từ, tổn
hao đồng trong dây quấn Stator. Ngược lại, nếu từ thông giảm dưới định mức sẽ làm
giảm moment của động cơ.
Vì vậy, khi giảm tần số nguồn cung cấp cho động cơ nhỏ hơn tần số định mức
thường đi đôi với giảm điện áp cung cấp cho động cơ. Và khi động cơ hoạt động với
tần số định mức thì điện áp động cơ được giữ không đổi và bằng định mức do giới hạn
của cách điện của Stator cũng như của điện áp nguồn cung cấp.
Ta có công thức sau:
dm
f
a
f
=
Với:
+ f : tần số hoạt động của động cơ.
+ f
đm
: tần số định mức của động cơ.
Giả sử động cơ hoạt động dưới tần số định mức (a<1). Từ thông động cơ được
giữ ở giá trị không đổi. Do từ thông của động cơ phụ thuộc vào dòng từ hóa của động

m
không đổi khi :

onst
dm
dm
dm
E
E E
E c
a f f
= ⇒ = =
Việc giữ cho tỉ số
onst
dm
dm
E
E
c
f f
= =
được gọi là phương pháp
/E f
.
Tuy nhiên trong thực tế để giữ cho tỉ số này không đổi, đòi hỏi mạch điều khiển
rất phức tạp.
Nếu bỏ qua sụt áp trên điện trở và điện kháng tản mạch stator, ta có thể xem
như U ≈ E. Khi đó nguyên tắc điều khiển E/f = Const được thay bằng phương pháp V/f
= Const. Theo phương pháp này thì tỉ số V/f được giữ không đổi và bằng tỉ số của
chúng ở giá trị định mức.

+ + +
 
 
Moment cực đại ở chế độ định mức:
2
ax
2 ' 2
1 1 1 2
3
2
( ( )
dm
m
db
V
M
w
R R X X
 
 
=
 
± + +
 
Và moment cực đại ở tần số f khác định mức khi thay các giá trị định mức bằng giá trị
đó nhân với tỉ số a (aωđm, aVđm, aX), với a < 1:
2
ax
2 ' 2
1 1

GVHD: Trần Hữu Toàn SVTH: Đặng Xuân Cường
21
Đồ án tốt nghiệp

Với phương pháp nghịch lưu sixtep, các khóa công suất được kích dẫn trong
khoảng
120o
lệch nhau
60o
hoặc dẫn
180o
và độ lệch dẫn giữa các khóa là
60o
.
1.3.5.3.1 Nghịch lưu sixtep dẫn
120
o
.
Trong trường hợp dẫn
2
3
π
(rad), lệch
3
π
(rad), các van được kích dẫn theo trình
tự như hình bên dưới để tạo ra áp 3 pha lệch nhau
2
3
π


Góc
Điện
áp
0
60
60
120
120
180
180
240
240
300
300
360
an
V
2
E
2
E
0
2
E−
2
E−
0
bn
V

2
E−
2
E
bc
V
2
E−
2
E
E
2
E
2
E−
-E
ca
V
2
E−
-E
2
E−
2
E
E
2
E
1.3.5.3.2 Nghịch lưu sixtep dẫn
180

(rad) khi phụ tải 3 pha đối xứng :

Góc
Điện
áp
0 60
60
120
120
180
180
240
240
300
300
360
an
V
3
E
2
3
E
3
E
3
E−
2
3
E−

3
E−
3
E
2
3
E
ab
V
E E 0 -E -E 0
bc
V
-E 0 E E 0 -E
ca
V
0 -E -E 0 E E
Đây cũng là phương pháp nghịch lưu được chọn để thực hiện trong đề tài này,
do yêu cầu mạch lái đơn giản và số lần đóng cắt của khóa công suất ít. Điện áp 3 pha
ngõ ra lái động cơ khá tốt.
1.4 Encoder.
Encoder được dùng để đo tốc độ và chiều quay của thiết bị. Dựa trên nguyên
tắc cảm biến ánh sáng với một đĩa có khắc vạch sáng tối quay giữa nguồn sáng và
phototransistor ( đối với encoder quang ) hoặc là hiện tượng cảm ứng điện từ ( đối với
encoder từ ). Ở đây ta chỉ đề cập tới encoder quang.
1.4.1 Cấu tạo.
Bao gồm hai bộ phận chính đó là đĩa quay và bộ phận thu phát ánh sáng.
Một encoder thường có các dây sau:
+Dây cấp nguồn (+5V) cho encoder.
+Dây nối đất (GND).
+Dây pha A – tín hiệu ra theo độ phân giải (N xung /1 vòng (N từ vài chục lên