Tính toán giá trị bảng Sin trong điều chế sóng Sin (AC) pps

Tính toán giá trị bảng Sin trong điều chế sóng Sin (AC)

Như chúng ta đã biết thì trong phần nghịch lưu phải có điều chế PWM khi đó dạng sóng đầu sau
nghịch lưu nó là dạng sin như thế thì mới chạy được cả tải cảm , tải dung, tải thuần trở. Sin này
được ông Furie nói vậy. Còn dạng sóng đầu ra chỉ là xung vuông đối xứng thì chỉ chạy được tải
thuần trở như bóng đèn, nóng lạnh Còn động cơ thì không chạy được!
Đóng mở nghịch lưu chỉ đóng mở bằng các tín hiệu on - off ( Mosfet, IGBT, GTO, Thyristor).
Các tín hiệu đóng mở nghịch lưu phải theo một quy luật nào đó để thu được dạng điện áp đầu ra
nó phải là dạng hình sin. Trong con vi xử lý nó cũng chỉ xuất ra tín hiệu on - off bằng các bộ
PWM nhưng thời gian on hay off điều chình được hay người ta gọi là PWM. Thực ra con vi điều
khiển nó cũng tạo được tín hiệu hình sin đầu ra tại 1 chân của nó bằng các bộ biến đổi DAC ( số
- tương tự) cái này cũng cần phải tính giá trị bảng sin. Ở đây biendt đang nói về giá trị trong
nghịch lưu điều chế sóng Sin nên nó có sự khác biệt.
Hiểu qua thế này các giá trị trong bảng Sin nó làm thay đổi thời gian on hay off. Tức là nó làm
thay đổi giá trị của thanh ghi điều chế thời gian on - off trong vi điều khiển. Giá trị thanh ghi này
được thay đổi theo bảng Sin.
1) Tại sao ta phải dùng bảng sin?
Như chúng ta đã biết thì điện áp hình sin nó có dạng như sau :


Qua hình vẽ trên ta thấy sóng sin đối xứng qua gốc tọa độ. Các điểm trên hình vẽ thể hiện các giá
trị điện áp tại các điểm đó!
+ Tại điểm 0 thì điện áp bằng 0V
+ Tại điểm 1 điện áp dương > tại điểm 0 mang một giá trị nào đó
+ Tại điểm 2 tức là điện áp dương lớn nhất > tại điểm 1 và mang giá trị là A
+ Tại điểm 3 điện áp dương < tại điểm 2 mang một giá trị điện áp nào đó
+ Tại điểm 4 điện áp =0 V
+ Tại điểm 5 điện áp âm < tại điểm 0 và mang giá trị đối xứng với 3
+ Tại điểm 6 điện áp âm nhỏ nhất có giá trị = -A
+ Tại điểm 7 điện áp âm mang 1 giá trị nào đó > điểm 6
+ Tại điểm 8 thì điện áp trở về 0V

Do có sự thay đổi điện áp theo thời gian nên điện áp ở các thời gian là khác nhau . Điện áp lớn
nhất tức là 2 đỉnh sin mang giá trị A và -A. Tại đỉnh sin này thì điện áp là lớn nhất sau đó giảm
dần và tăng dần. Đến đây các bạn đã hiểu phần nào?
Điều đặt ra ở đây là cái gì có thể thay đổi điện áp hình sin theo thời gian? Hiện nay có 1 cái thay
đổi được đó là PWM tức là điều khiển điện áp ra tải. Nhắc qua tí về PWM
PWM thực chất là nó làm thay đổi điện áp ra tải. Cái này nó phụ thuộc vào thời gian on và thời
gian off ( T = on + off). Nhìn dưới đây!


Sơ đồ trên là dạng xung điều chế trong 1 chu kì thì thời gian xung lên (Sườn dương) nó thay đổi
dãn ra hoặc co vào. Và độ rộng của nó được tính bằng phần trăm tức là độ rộng của nó được tính
như sau :
Độ rộng = (t1/T).100 (%)
Uo = Uv.t1/T (Điện áp đầu ra)

Như vậy thời gian xung lên càng lớn trong 1 chu kì thì điện áp đầu ra sẽ càng lớn. Nhìn trên hình
vẽ trên thì ta tính được điện áp ra tải sẽ là :
+ Đối với PWM = 25% ==> Ut = Umax.(t1/T) = Umax.25% (V)
+ Đối với PWM = 50% ==> Ut = Umax.50% (V)
+ Đối với PWM = 75% ==> Ut = Umax.75% (V)
Cứ như thế ta tính được điện áp đầu ra tải với bất kì độ rộng xung nào.
Kết Luận : Như vậy thì các giá trị trong bảng sin làm thay đổi PWM từ đó thay đổi điện áp ra
tải. Tại mỗi giá trị trong bảng sin ứng với PWM khác nhau. Mỗi điểm trên hình sin mang một giá
trị ứng với mỗi điện áp khác nhau. ==> Bảng Sin thay đổi được độ rộng xung (PWM)
2) Xây dựng công thức tính giá trị Sin
Như trên biendt đã trình bày thì giá trị trong bảng sin làm thay đổi PWM nên công thức của nó
phải liên quan đến giá trị trong thanh ghi điều khiển độ rộng xung của vi xử lý!
Như chúng ta đã biết thì sóng dạng sin có phương trình
x = Asin(wt)

+ A là biên độ của sóng sin sin
+ wt là góc pha ( từ 0 đến 360 độ)
Giá trị của sin được chạy từ [-1;1]. Vậy khi sin = 1 thì x = A tức khi sin đi qua góc 90 độ và sinx
=-1 thì x = -A khi sin đi qua góc 270.
Dựa vào công th
ức của Sin trên ta tính toán ra công thức cho bảng Sin. Một điều mà tôi nhắc đi
nhắc lại là các giá trị bảng sin nó phải liên quan đến thanh ghi điều chế độ rộng xung.
Ở đây A là biên độ và là giá trị lớn nhất cho vào thanh ghi điều khiển độ rộng xung của vi xử lý
để PWM = 100 như vậy các giá trị còn lại sẽ nhỏ hơn A vì Sin = [-1,1]. Ta đi phân tích hình vẽ
sau :


Do các giá trị đặt vào thanh ghi điều chế độ rộng xung của vi xử lý là các giá trị dương nên ta sẽ
có công thức tổng quát như sau:
sin_table = A/2Sin(2*3.14*i/n) + A/2
+ A là biên độ của sóng sin tức là giá trị lớn nhất đặt vào thanh ghi PWM để cho PWM = 100%
+ n là số bước của sóng sin hay nó tương đương với 1 chu kì. Tức là số điểm cần lấy trên điểm
sin. Ở đây tôi lấy 8 điểm tức với n = 8
+ i là một đ
iểm bất kỳ trên Sin. giá trị của i nằm trong khoảng từ [0 - n]. Tại giá trị i = 2 thì biến
độ A là lớn nhất và i =6 là nhỏ nhất ứng với lần lượt sin_table = A và sin_table = 0.
Số bước sin các pác có thể lấy nhiều hay ít thì tùy nếu mà nhiều thì dạng sóng sin đầu ra sẽ
chuẩn mà ít khi có tải nó sẽ méo!
Tới đây các pác đã hình dung được phần nào được tại sao lại có công thức sin như thế! Nó dựa
vào đưa giá trị vào thanh ghi PWM của vi điều khiển. Tại i = 0 tức là sin_table = A/2 cứ như vậy
cho đến hết i =n; Nếu mà không hiểu chỗ này các pác hãy ngồi nghĩ một tí là ra! Thôi biendt sẽ
chuyển sang các tính trong excell để cho nhanh và thuận tiện không cần phải tính bằng tay.
3) Tính bảng sin trong Excell
Tôi tính luôn cái giá trị n =8 và biến độ A = 100
a) Nhập cột A của Excell là các giá trị của i ở đây i chạy từ [0 8]

b) Tiếp theo dùng công thức trên tính các giá trị tương ứng ở cột B
Ta nhấn vào cột B và hàng 1 sau đó ở trên chỗ fx ta đánh công thức vào như hình dưới đây!


Enter cái là được 1 giá trị khi i = 0 và giá trị đó là 50. Tiếp theo ta tính các giá trị khác bằng cách
từ cái đầu tiên ta kéo xuống tới giá trị i =8 như hình dưới đây!


Kéo xuống là ok rất nhanh và tiện lợi. Thế này có hàng trăm bước sin cũng tính trong vòng có
mấy phút
c) Giá trị bảng sin thu được
sin_table = 50, 85 , 100, 85, 50, 15, 0 , 15, 50 ( Nên lấy các giá trị nguyên vì vi điều khiển tính
toán được số nguyên nhanh hơn số thực)
4) Giá trị bảng sin trong vi điều khiển
Như trên ta tính giá trị bảng sin việc còn lại ta làm thế nào để đưa các giá trị trên vào thanh ghi
PWM của vi xử lý. Thông thường được làm như sau :
+ Lưu giá trị bảng sin
đó vào 1 mảng :
ví dụ như : const char sin_table[]= {50,85,100,15,0,15,50};
+ Sau đó thanh ghi PWM truy xuất bảng sin đó. Thời gian truy xuất hết các giá trị sin sẽ là tần số
đầu ra của sóng Sin.
Đến đây các bạnc đã hình dung được phần nào về cách chuyển đổi DC sang AC. Trong lập trình
thì mỗi người có những thuật toán khác nhau. Bảng sin có thể thay đổi tùy theo người lập trình.
