ง

สารบญ

เรอง หนา กตตกรรมประกาศ ก บทคดยอภาษาไทย ข บทคดยอภาษาองกฤษ ค สารบญ ง สารบญรป ฉ บทท 1 บทนา 1

1.1 หลกการและเหตผล 1 1.2 วตถประสงค 3 1.3 ขอบขายของงาน 3 1.4 ผลทคาดวาจะไดรบ 3

บทท 2 ทฤษฎพนฐาน 4 2.1 คณสมบตและขาตอใชงานของไมโครคอนโทรลเลอร 4 2.2 โครงสรางภายนอกและตาแหนงขา 5 2.3 รายละเอยดของขาสญญาณและการใชงาน 6 2.4 ฟงกชน ADC 6 2.5 ฟงกชน PWM 7

บทท 3 การออกแบบ 11 3.1 วงจรเดทไทม 11 3.2 วงจรมอสเฟทไดรฟ 12 3.3 วงจรบอรดสาหรบไมโครคอนโทรเลอร AVR-ATMEGA32 15 3.4 การออกแบบโปรแกรมควบคมการทางานของอนเวอรเตอร 16 3.5 รปวงจรในสวนตางๆททาการตอทดลองจรง 18

บทท 4 การทดลองและสรปผลการทดลอง 23 4.1 การทดลองและผลการทดลองเกยวกบ ADC 23 4.2 การทดลองและผลการทดลองเกยวกบการสรางรปคลนไซน 25 4.3 การทดลองและผลการทดลองเกยวกบวงจรเดทไทม 33

4.4 การทดลองและผลการทดลองเกยวกบวงจรมอสเฟทไดรฟ 35 4.4 การทดลองและผลการทดลองกบมอเตอร 36

บทท 5 สรปวจารณและขอเสนอแนะ 39 5.1 ผลการทาโครงการ 39 5.2 ปญหาทเกดขนและขอเสนอแนะ 39

จ

สารบญ(ตอ) 5.3 แนวทางการพฒนาตอ 39

เอกสารอางอง 40 ภาคผนวก ก. โปรแกรมควบคมการทางานของอนเวอรเตอร ก - 1 ภาคผนวก ข. คมอการใชงานโปรแกรม Astudio 4 (AVR Assembler) ข - 1 ภาคผนวก ค. รายละเอยดอปกรณไอซ ค - 1

ฉ

สารบญรป

หนา รปท 1.1 การควบคม Induction Motor ดวย Inverter 2 รปท 2.1 โครงสรางภายนอกและตาแหนงขา 5 รปท 3.1 วงจรการทดลองของ Dead Time 11 รปท 3.2 วงจรยอยของ Driver Circuit 12 รปท 3.3 วงจรกาลง ( Power Circuit ) 13รปท 3.4 วงจร Mosfet Drive 14รปท 3.5 วงจรการทดลองของบอรดสาหรบ Microcontroller AVR-ATMEGA32 15 รปท 3.6 แสดง Flow Chart ของโปรแกรม 16 รปท 3.7 บอรดวงจรควบคม 18 รปท 3.8 บอรดวงจร Dead Time 18 รปท 3.9 บอรดวงจร Drive ดานบน 19 รปท 3.10 บอรดวงจร Drive ดานลาง 19 รปท 3.11 บอรดวงจร Drive 20 รปท 3.12 บอรดวงจรMain Circuit 20 รปท 3.13 จากรปเปนการตอวงจรขณะทาการทดลองเกยวกบ ADC 21 รปท 3.14 จากรปเปนการตอวงจรอนเวอรเตอรกอนทาการทดลอง 21 รปท 3.15 จากรปเปนการตอวงจรทดลองเกยวกบอนเวอรเตอร 22 รปท 3.16 จากรปเปนการตอวงจรทดลองเกยวกบอนเวอรเตอร 22 ขณะตอมอเตอรเมอทาการทดลอง รปท 4.1 แสดงการทดลองฟงกชน ADC 23 รปท 4.2 วงจรสญญาณ Input Analog 24 รปท 4.3 วงจร LED สาหรบแสดงสญญาณ Output ขนาด 8 บท 24 รปท 4.4 วงจรการทดลอง PWM 25 รปท 4.5 รปคลนไซน ทความถ 55Hz คาบ 18 ms 26 รปท 4.6 รปแสดงการเปลยนแปลงทก1 ms 26 รปท 4.7 แสดงสญญาณของการเปลยนแอมปลจดและความถตาสด 27 เมอ V p-p = 276.0 mV ,f = 4.167 Hz, Prod = 240.0ms รปท 4.8 แสดงสญญาณของการเปลยนแอมปลจดและความถสงสด 27 เมอ V p-p = 4.600 V ,f = 67.57 Hz, Prod = 14.80 ms รปท 4.9 แสดงสญญาณของการเปลยนแอมปลจดและความถแบบอตรา V/f คงท 28 เมอ V p-p = 3.520 V ,f = 50.00 Hz ,Prod = 20.00 ms

ช

สารบญรป(ตอ)

รปท 4.10 แสดงสญญาณของการเปลยนแอมปลจดและความถแบบอตรา V/f คงท 28 เมอ V p-p = 2.920 V ,f = 41.67 Hz ,Prod = 24.00 ms รปท 4.11 แสดงสญญาณของการเปลยนแอมปลจดและความถแบบอตรา V/f คงท 29 เมอ V p-p = 320.0 mV f = 4.090 Hz,Prod = 244.0 ms รปท 4.12 แสดงสญญาณของการเปลยนแอมปลจดแตความถคงท 29 เมอ V p-p = 432.0 mV, f = 66.67 Hz, Prod = 15.00 ms รปท 4.13 แสดงสญญาณของการเปลยนแอมปลจดแตความถคงท 30 เมอ V p-p = 2.000 V, f = 66.67 Hz, Prod = 15.00 ms รปท 4.14 แสดงสญญาณของการเปลยนแอมปลจดแตความถคงท 30 เมอ V p-p phase 120 องศา ระหวางเฟส 1 กบเฟส 2 รปท 4.15 แสดงการ S= 4.600 V , f = 66.67 Hz, Prod = 15.00 ms 31 รปท 4.16 แสดงการ Shift hift phase 120 องศา ระหวางเฟส 2 กบเฟส 3 31 รปท 4.17 แสดงการ Shift Phase 120 ระหวาง Phase 1กบ Phase 2 กบ Phase 3 32 รปท 4.18 แสดงแสดงสญญาณเอาทพททไดจากการเขยนโปรแกรม 32 ในขณะทยงไมผานวงจร Filter รปท 4.19 แสดงสญญาณเปรยบเทยบระหวางขา U กบ U′ 33 รปท 4.20 แสดงสญญาณการเกด Delay time โดยสงเกตทชวงขอบขาลง 33 รปท 4.21 แสดงสญญาณการเกด Delay time โดยสงเกตทชวงขอบขาขน 34 รปท 4.22 แสดงสญญาณเมอสญญาณ PWM จาก AVR-ATMEGA32 34 ทผานวงจร Dead Time รปท 4.23 แสดงสญญาณ Vgs ของสวทซดานบนและดานลาง 35 รปท 4.24 แสดงสญญาณทไดจากการวด U – V Output Voltage 36 รปท 4.25 แสดงสญญาณทไดจากการวด U – V Output Voltage 37 และ U – W Output Voltage รปท 4.26 แสดงสญญาณ Noload Test เมอ Vdc link คอ 110 volt 37 รปท 4.27 แสดงสญญาณ Noload Test เมอ Vdc link คอ 150 volt36 รปท 4.28 แสดงสญญาณเมอ Run Motor ขณะ Speed ยงไม Synchronous 38 กระแส 1.5 A แรงดน 75 V รปท 4.29 แสดงสญญาณเมอ Run Motor ขณะ Speed Synchronous 39 กระแส 0.3 แรงดน 110 V รปท 4.30 แสดงสญญาณเมอ Run Motor ขณะ Speed Synchronous 39 กระแส 0.3 A แรงดน 150 V

ซ

ก

กตตกรรมประกาศ

โครงการเรองอนเวอรเตอรสาหรบควบคมอนดกชนมอเตอร (Inverter For Induction Motor) จดทาขนตามเงอนไขของการศกษาในหลกสตรปรญญาตร คณะวศวกรรมศาสตร โดยในโครงการนสามารถสาเรจลลวงไปไดดวยด ผจดทาใครขอแสดงความขอบคณอยางสงตอ อ.ดร.กฤษ เฉยไสย ซงเปนอาจารยทปรกษาโครงงานนทไดใหคาแนะนาและแนวความคดตางๆอนเปนประโยชนตอโครงงานน และยงเออเฟอเครองมออปกรณสถานท ตลอดจนชวยแกปญหาในโครงการน เปนอยางด ขอขอบคณ เจาหนาทภาควชาวศวกรรมไฟฟาทกทาน ทอานวยความสะดวกในการยม การเบกจายอปกรณ และ ขอใชเครองมอตางๆในภาควชาเปนอยางด

คณะผจดทา นางสาวพรรทวา วงคาม นางสาวรจราลย ไสยกล

ข

บทคดยอ โครงงานนเปนการศกษาการสรางอนเวอรเตอร สาหรบควบคมอนดกชนมอเตอร โดยทจะมงเนนไปท

การควบคมอนดกชนมอเตอรดวยอนเวอรเตอรและการควบคมอนเวอรเตอรดวยไมโครคอนโทรลเลอร ซงในการควบคมการทางานของอนเวอรเตอรจะใช AVR ATMEGA 32 เปนตวควบคมการทางาน โดยการเขยนโปรแกรมสง AVR - ATMEGA 32 ใหทาการแปลงสญญาณอนาลอกเปนสญญาณดจตอล (A/D Converter)และนาสญญาณดจตอลทไดไปสราง PWM ซงสามารถสราง PWM ไดโดยการเขยนโปรแกรมสงท AVR - ATMEGA 32 เชนกน แลวนาสญญาณ PWM ทไดไปควบคมการทางานของอนเวอรเตอร จากนนกจะใชอนเวอรเตอรไปควบคมการทางานของมอเตอรตอไป

ในรายงานฉบบนไดมงเนนศกษาเกยวกบการใชงานไมโครคอนโทรเลอร AVR – ATMEGA 32 โดยจะ เขยนโปรแกรมใหกบ AVR - ATMEGA32 แลวนาไปใชในการควบคมอนเวอรเตอรและนาอนเวอรเตอรไปควบคมอนดกชนมอเตอรอกท

ค

ABSTRACT

This Project is about education to contribute Inverter for control Induction motor. Define for Control Induction motor by Inverter and controlling Inverter by Microcontroller . To Control Inverter’s work will use AVR ATMEGA 32 to control working by writing program’s order AVR ATMEGA 32 to change analog system to be digital system (A/D Converter) and use digital system contribute PWM by writing program’s order AVR ATMEGA 32 and will use PWM signal use and control Inverter’s working. After that use Inverter control about motor’s working. This report define about educate concern using Microcontroller’s working AVR ATMEGA 32 And controlling Induction motor by Inverter

บทท 1 บทนา

1.1 หลกการและเหตผล

ปจจบนอนเวอรเตอรเรมเปนทนยมใชกนอยางแพรหลายในโรงงานอตสาหกรรม เนองจากสามารถทจะแปรคาความเรวของมอเตอรไดอยางตอเนอง ลดกระแสสตารทและมฟงกชนในการควบคมมอเตอรมากมาย ทาใหสามารถใชงานไดสะดวกและทาใหการควบคมมอเตอรเหนยวนามลกษณะสมบตใกลเคยงกบมอเตอรกระแสตรงทมราคาสงอนเวอรเตอรไดถกนาไปใชประโยชนตางๆ เชน

1. แหลงจายไฟฟากระแสสลบสารอง เมอแหลงจายไฟฟากระแสสลบหลกเกดการขดของขนเรยกวา Stand – by power supplies หรอ Uninterruptible power supplies โดยเรยกยอๆ วาUPS ใชเปนระบบไฟฟาสารองสาหรบเครองมอทสาคญ ดงเชน คอมพวเตอร เมอแหลงจายไฟฟากระแสสลบเกดการขดของ Transfer switch ซงทางานเปนเวลาเพยง 1/1000 วนาท จะตอระบบอนเวอรเตอรจายไฟฟากระแสสลบใหกบเครองมอทสาคญแทน โดยแปลงไฟจากแบตเตอรซงประจไวขณะทมแหลงจายไฟฟากระแสสลบ

2. ใชควบคมความเรวของมอเตอรกระแสสลบโดยการเปลยนความถ เมอความถของกระแสสลบเปลยนแปลง ความเรวของมอเตอรจะเปลยนแปลงตามสตร

N = (120f)/P ; N= ความเรวรอบหนวยเปนรอบหนวยเปนรอบตอวนาท ; f = ความถของแหลงจายไฟเปนไซเคลตอวนาท ; P = จานวน pole ของมอเตอร

ในการควบคมนจะตองรกษาใหอตราสวนของแรงดนตอความถทจายเขามอเตอรจะตองคงท เมอ ตองการใชแรงบด (torque) คงททกๆความเรวทเปลยนไป

3. ใชแปลงไฟฟาจากระบบสงกาลงไฟฟาแรงสงชนดไฟฟากระแสตรง ใหเปนไฟฟากระแสสลบเพอจายใหกบผใช

4. อนเวอรเตอรจะถกใชในการขบปมนาและพดลมเปาอากาศ ซงมใชกนมากทาใหเกดการประหยด พลงงานอยางมาก

5. ใชในเตาถลงทใชความถสงซงใชหลกการเหนยวนาดวยสนามแมเหลกทาใหรอน ( Induction Heating )

6. เปนอปกรณแหลงจายไฟอเลกทรอนกสชนดหนงทใชในการควบคมความเรวของมอเตอร โดยทในโรงงานอตสาหกรรมสวนใหญนยมใชอนเวอรเตอรในการขบมอเตอร ซงเปนตนพลงของการขบเคลอนของเครองจกรตางๆ เชน สายพานลาเลยง ( Conveyer ) โซลาเลยง (Transverser) และเครองจกรอนๆทถกควบคม โดยมอเตอร เปนตน

เนองจากไดเลงเหนถงความสาคญและประโยชนของอนเวอรเตอรดงนนโครงการนจงไดทาการศกษาเกยวกบ Inverter เพอทจะนาอนเวอรเตอรไปใชควบคมความเรวของมอเตอรกระแสสลบเพอเพมประสทธภาพการทางานใหมากขนและเกดประโยชนตอไปในอนาคต

2

หลกการควบคม Induction Motor โดยใช Inverter

รปท 1.1 การควบคม Induction Motor ดวย Inverter

หลกการทางานคอ ทาการจะปอนไฟ AC 220 โวลต ใหกบวงจร Full Bridge ซงวงจรนจะทาการแปลง

ไฟ AC ใหเปนไฟ DC เพอทจะนาไปปอนใหกบอนเวอรเตอร ซงอนเวอรเตอร(inverter) นจะไปทาการแปลงไฟฟาแรงดนกระแสตรงเปนไฟฟากระแสสลบ โดยอนเวอรเตอรสามารถเปลยนแปลงหรอควบคมระดบแรงดนไฟฟา และความถของไฟฟากระแสสลบไดทาใหเราสามารถควบคมความเรวของมอเตอรกระแสสลบไดโดยทาการควบคมผาน Control Panel ทใชควบคม A/D Converter ภายใน AVR ATMEGA 32 ซงทาการเขยนโปรแกรมไวในตวไมโครคอนโทรลเลอรแลว ซง A/D Converter จะทาการแปลงสญญาณ Analog ใหเปนสญญาณ Digital และนาสญญาณ Digital ทไดไปปอนใหกบโปรแกรมทเขยนขนมาเพอสราง PWM ภายใน AVR-Microcontroller ATMEGA 32 จากนนนาสญญาณ PWM ทสรางไดไปใชในการควบคมอนเวอรเตอรและอนเวอรเตอรกจะไปควบคมการทางานของมอเตอรตอไปดงรปท 1.1

3

1.2 วตถประสงค 1. ศกษาการใชงานโปรแกรม AVR Studio 4 2. ศกษาหลกการทางานและการใชงานของฟงกชน PWMภายใน Microcontroller AVR ATMEGA 32

3. ศกษาหลกการทางานและการใชงานของฟงกชน ADC ภายใน Microcontroller AVR ATMEGA 32 4. ศกษาการเขยนโปรแกรมดวยภาษา Assembly ใหกบ Microcontroller AVR ATMEGA 32 5. ศกษาหลกการทางานและการใชงานอนเวอรเตอร 6 .ศกษาวธการควบคมมอเตอรโดยใชอนเวอรเตอร

7. ศกษาคณสมบตของมอเตอรเมอถกขบดวยอนเวอรเตอร 8. ศกษาปญหาตางๆและวธการแกไขปญหาทเกดจากใชอนเวอรเตอรในการควบคมความการทางาน

มอเตอร

1.3 ขอบขายของงาน 1. เขยนโปรแกรมสราง PWM ภายใน AVR ATMEGA 32 2. เขยนโปรแกรมเพอใชงานฟงกชน ADC โดยใช AVR ATMEGA 32 3. ตอวงจรทดลองเพอทดสอบการทางานของโปรแกรมทใชฟงกชน ADC และ PWM 4. เขยนโปรแกรมเพอควบคมการทางานของอนเวอรเตอรและทดสอบการทางานของโปรแกรม 5. สรางตวอนเวอรเตอรเพอใชในการควบคมมอเตอร 6. สรางแผงวงจรอเลกทรอนกสทใชอนเวอรเตอรในการขบอนดกชนมอเตอร

1.4 ผลทคาดวาจะไดรบ

1. สามารถเขยนโปรแกรมสราง PWM ได 2. สามารถเขยนโปรแกรมเพอศกษาการใชงานฟงกชน ADC ได 3. สามารถเขยนโปรแกรมการทางานใหกบ AVR ATMEGA32 เพอใชในการควบคมอนเวอรเตอรได 4. ไดเรยนรวธการเขยนโปรแกรมและใชโปรแกรม AVR studio 4 5. ไดเรยนรหลกการทางานและการใชอนเวอรเตอร 6. ไดเรยนรวธการควบคมอนดกชนมอเตอรดวยอนเวอรเตอร 7. ไดเรยนรถงปญหาตางๆทเกดขนเมอใชอนเวอรเตอรในการควบคมอนดกชนมอเตอร

บทท 2 ทฤษฎพนฐาน

AVR เปนไมโครคอนโทรลเลอร(MCU)ทไดรวบรวมอปกรณสนบสนนการทางานของ CPU ไวมากมาย อาทเชน Analog to Digital , SPI , UART , Timer , Counter , PWM ซงอปกรณสนบสนนการทางานเหลานทาให MCUสามารถทางานไดกวางและใชอปกรณตอรวมจากภายนอกนอยมาก และสามารถประมวลคาสงไดภายใน 1 clock ในบทนจะนาเสนอขอมลบางสวนทเปนการทางานภายในของ AVR - MCU แนะนาคณสมบตเเละขาตอใชงานของไมโครคอนโทรลเลอร สถาปตยกรรมภายในและรจสเตอรใชงานทวไป ตาแหนง I/O รจสเตอรสถานะและการใชงาน EEPROM การรเซตและการอนเตอรรพท การสอสารอนกรม การเปรยบเทยบสญญาณอนาลอกและการแปลงสญญาณอนาลอกเปนดจตอล การทางานของพอรตอนพต/เอาทพตการทางานของTimer / Counter & Watch dog และการใชกลมคาสงตาง ๆ 2.1 คณสมบตและขาตอใชงานของไมโครคอนโทรลเลอร คณสมบต

1. สถาปตยกรรมภายในถกออกแบบใหใชสถาปตยกรรมแบบ RISE ( Reduce Instruction Set Computer) RISE คอ ทาใหการประมวลผลมความเรว 1 คาสง / 1 Clock หรอ CPU สามารถประมวลคาสงได 1 MIPS / MHz

2. มคาสงในการควบคมการทางานของไมโครคอนโทรลเลอรจานวน 118 คาสง 3. หนวยความจาแบบ FLASH สาหรบบนทก PROGRAM MEMORY ขนาด 32 Kbyte 4. หนวยความจาแบบ EEPROMสาหรบบนทก DATA MEMORY ขนาด 1024 Byte 5. หนวยความจาแบบ RAM ขนาด 2K Byte

6. ระบบการเปลยนสญญาณ ANALOG TO DIGITAL ขนาด 10 บท จานวน 8 CHANNEL 7. กลมรจสเตอรใชงานทวไปขนาด 8 บท จานวน 32 ตว 8. พอรตอนพตและเอาทพตขนาด 8 บท จานวน 4พอรต 9. ระบบการสอสารขอมลดจตอลแบบอะซงโครนส(UART) 1 CHANEL 10. ระบบการสอสารขอมลดจตอลแบบซงโครนส(SPI) 1 CHANEL 11. ความถสญญาณนาฬกา 0 - 16 MHz (ATMEGA 32) 12. ระบบการรเซตแบบอตโนมตเมอเรมจายกระแสไฟฟาเขาไมโครคอนโทรลเลอร(Power on reset) 13. ระบบการกาเนดความถสญญาณแบบ PWM จานวน 4 CHANNEL (ATMEGA 32) 14. ระบบการตรวจจบระดบสญญาณอนาลอก(Analog Comparator) 15. 6 SLEEP MOD:IDEL ,POWER SAVE , POWER DOWN ,ADC Noise , Reduction ,

Standby, and Extended stanby

5

16. ระบบการปองกนการ COPY ขอมลภายในหนวยความจา (LOCK FOR SOLFWARE SECURITY) 17. ระบบตรวจจบการทางานผดพลาดของ CPU ( WATCHDOG TIMER WITH ON-CHIP OSCILATOR )

18. ระบบการอนเตอรรพทจากภายนอก (EXTERNAL INTERRUPT) 19. TIMER/COUNTER ขนาด 16 บท 1 CHANNEL 20. TIMER/COUNTER ขนาด 8 บท 2 CHANNEL 21. Vcc: 4.5 - 5.5 for ATMEGA 32

รายละเอยด AT MEGA 32 เปนไมโครคอนโทรลเลอรขนาด 10 บททมสถาปตยกรรมแบบ RISE ( reduce

instruction set computer) ซงทาใหการประมวลผลมความเรว 1 คาสง/ 1 clock หรอ CPU สามารถประมวลคาสงได 1 MIPS / MHz 2.2 โครงสรางภายนอกและตาแหนงขา

ภายในประกอบดวยรจสเตอรใชงานทวไปขนาด 8 บท จานวน 32 ตวซงแตละตวจะตอเขากบALU โดยตรง ทาใหการประมวลผล ตอ 1 คาสงมความเรวกวา CPU ทมสถาปตยกรรมแบบCISC

รปท 2.1 โครงสรางภายนอกและตาแหนงขา

6

2.3 รายละเอยดของขาสญญาณและการใชงาน VCC คอ ขาจายไฟใหกบ CPU และ GND คอ กราวด Port A (PA7..PA0) เปนพอรต 2 ทศทางขนาด 8 บท โดยสามารถกาหนดใหแตละขาของพอรตสามารถ PULL UP ภายในแยกจากกนซงสามารถรบกระแส SINK 20mA โดยพอรต Aยงใชเปนขาอนพตเพอรบสญญาณอนาลอกในสวนของการแปลงสญญาณ ANALOG TO DIGITAL Port B (PB7..PB0) เปนพอรต 2 ทศทางขนาด 8 บท โดยสามารถกาหนดใหแตละขาของพอรตสามารถ PULL UP ภายในอสระแยกจากกนซงแตลขาสามารถรบกระแสSINK20mA และยงถกนาไปใชงานอนๆอก Port C (PC7..PC0) เปนพอรต 2 ทศทางขนาด 8 บท โดยสามารถกาหนดใหแตละขาของพอรตสามารถ PULL UP ภายในอสระแยกจากกนซงแตละขาสามารถรบกระแสSINK20mAและยงถกนาไปใชงานอนๆอก PorT D (PD7..PD0) เปนพอรต 2 ทศทางขนาด 8 บท โดยสามารถกาหนดใหแตละขาของพอรตสามารถ PULL UP ภายในอสระแยกจากกนซงแตละขาสามารถรบกระแสSINK20mAและยงถกนาไปใชงานอนๆอก Reset คอ ขารเซต XTAL 1 เปนขาอนพตของ OSE XTAL 2 เปนขาเอาทพตของ OSE AVcc ใชจายไฟใหกบวงจร Analog to Digital AREF เปนขาแรงดนอางองทใชงานในสวนของวงจร Analog to Digital AGND เปนขากราวดของวงจร Analog to Digital

2.4 ฟงกชน ADC การแปลงสญญาณอนาลอกใหเปนสญญาณดจตอลนนมความจาเปนมากเพราะวาในตวไมโครคอนโทรลเลอรไมสามารถประมวลผลแบบอนาลอกไดมนจะประมวลผลแบบดจตอลเทานนดงนนเราจงจาเปนตองมการแปลงสญญาณอนาลอกใหเปนสญญาณดจตอล

ปกตใน CPU ของ AVR - ATMEGA32 นนจะมฟงชน ADC อยภายในตวไอซ ดงนนไมจาเปนตองใช ไอซ ADC ตอภายนอก สาหรบฟงกชน ADC นสามารถรบสญญาณอนาลอกไดสงสด 8 Channel โดยรบสญญาณเขามาทาง พอรต A เราสามารถเลอกใชฟงกชนนทาการแปงสญญาณอนาลอกทละ Channel อยางตอเนอง หรอจะใหทาการแปลงสญญาณเฉพาะ channelทเราตองการ กไดเชนกน โดยสญญาณดจตอลทแปลงไดจะมความละเอยด 10 บต โดยการรบสญญาณแตละขาของพอรท Aโดยจะมวงจร SAMPLE AND HOLD เพอชวยใหสญณานอนาลอกทรบเขามาเพอแปลงเปนสญาณานดจตอลทมระดบสญญาณคงทโดยปกตการใชงานฟงกชนนเราจาเปนตองจดแรงดน AVCC AREF และ AGND ใหกบฟงกชนดวย

7

คณสมบต 1. 10bit resolution 2. 0.5LSB integral non-linearity 3. ±2 LSB Absolute Accuracy 4. 65-260 µσ Conversion Time 5. Up to 15κSPS at Maximum Resolution 6. 8 Multiplexed Single Ended Input Channels 7. 7 Differential Input Channels 8. 2 Differential Input Channels With Gain of 10xand 200x(1)

9. Optional left adjustment for ADC result readout 10. 0-Vcc ADC Input Voltage Range 11. selectable 2.56V ADC Reference Voltage 12. Free Running or Single conversion Complete 13. Sleep mode noise Canceler การทางาน ในสวนของการแปลงสญญาณ อนาลอก เปนดจตอล สามารถทาได 2 mode คอ 1. Single Conversion Mode 2. Free Running Mode การทางาน Single Conversion Mode ผใชตองเปนผกาหนดการใชงานขนเอง แตในสวนของ Free

Running Mode วงจร Analog to digital จะเปนตวจดการอานขอมลและเกบใน ADC Data Register ซงบต ADFR ใน Register ADCSR จะเปน บตทใชเลอก Mode การใชงานของวงจร Analog to digital สาหรบการกาหนดใหวงจรAnalog to digital ทางานนน สามารถทาไดโดยการเซตบต ADEN ในรจสเตอร ADCHRA ใหเปน 1โดยบตนจะเปน 1 ไปตลอดจนกระทง Conversion ของสญญาณจะเรยบรอยแลวจงทาใหบตนเปน 0 โดยอตโนมต แตถาเปนการเปลยน Channel ของการแปลงสญญาณขณะท Channel เดมยง Conversion อย วงจร Analog to digital จะ Conversion สญญาณ Channel เดมใหเสรจกอนแลวจง Conversion สญญาณ Channel ถดไป โดยขอมลทไดจากการแปลงสญญาณอนาลอกเปนดจตอลจะเกบไวในรจสเตอร ADCH และ ADCL 2.5 ฟงกชน PWM การมอดเลตความกวางของพลส ( PWM ) เปนเทคนคสาคญทใชในการปรบปรงสมรรถนะของอนเวอรเตอร ดงนนการศกษาเกยวกบ PWM จงมความจาเปนอยางยงสาหรบอนเวอรเตอร เพอทอนเวอรเตอรจะไดมสมรรถนะและประสทธภาพในการทางานทดขน เนองจากวา PWM เปนฟงกชนการทางานหนงในโหมด

8

PWM ของ Timer/Counter ทอยภายใน AVR – ATMEGA32 ดงนนในหวขอตอไปจะแนะนาเกยวกบการทางานของ Timer/Counter ของ AVR – ATMEGA32

Timer /Counter

ภายใน AVR - ATMEGA32 จดใหม Timer/Counter 3 ชด โดยจดเปน Timer/Counter ขนาด 8 บท 2 ชด และ Timer/Counter ขนาด 16 บท 1 ชด ดงนคอ Timer/Counter2 และ Timer/Counter0 และ Timer/Counter1 ซง Timer/Counter2 สามารถรบสญญาณ Clock จากภายนอก ซงเปน Option ทจะนา Timer/Counter2 มาทาเปน RTC โดยใช XTAL ทมคาความถเทากบ 32.768KHz มาเปนฐานเวลา และ Timer/Counter0 และ Timer/Counter1 ใชวงจร Prescaling ขนาด 10 บทรวมกน สวน Timer/Counter2 ใชวงจร Prescaling แยกออกตางหาก

แนะนาการใชงาน Timer/Counter แตละประเภท Timer/Counter0

โครงสรางของ Timer/Counter0 ขนาด 8 บท แสดงในรปท 50 ชงสามารถเลอกสญญาณ Clock ไดจาก CK (Clock ของระบบ) หรอสญญาณ Clock ของระบบทถกหาร (Prescaling) หรอ สญญาณจากภายนอก โดยการใชงานจะอธบายในรจสเตอร TCCRO และ TIFR สวนสญญาณควบคมสามารถทราบราย ละเอยดไดจาก รจสเตอร TCCRO ซงการควบคมการอนเตอรรบจะควบคมไดจาก รจสเตอร TIMSK เมอ Timer/Counter0 ไดรบสญญาณจากภายนอก ซงสญญาณดงกลาวจะซงโครไน(Synchronized) กบสญญาณนาฬกาภายในCPU โดย TIMER/COUNTER 0 จะเปนวงจรนบขนทสามารถเขยนและอานขอมลไดตลอดเวลา โดยเมอทาการเขยนขอมลลงใน TIMER/COUNTER 0 ในขณะทมสญญาณ Clock จะทาให TIMER/COUNTER 0 นบคาตอเนองจากคาทถกเขยนลงไป 2.Timer/Counter 1

จะมขนาด 16 บท โดยสามารถเลอกสญญาณนาฬกาไดจาก CK หรอสญญาณทไดรบการหารจาก CK (Prescelling) ซงการหยด Timer/Counter 1 จะอธบายไวในรจสเตอร TCCR1A (Timer/Counter 1 Control Register) และ TCCR1B โดยแฟรกทแสดงสถานะตางๆ(Overflow,Compare math,Capture even) สวนสญญาณควบคมจะอธบายไวในรจสเตอร TCCR1A และ TCCR1B การควบคมสญญาณอนเตอรรพตจะควบคมไดจากรจสเตอร TIMSK (TIMER/COUNTER INTERRUPT MASK REGISTER) เมอ TIMER1/COUNTER1 จะประกอบดวยสวนของการเปรยบเทยบเอาทพต(Output Compear Function) 2 ฟงกชน โดยจะใช รจสเตอร OCR1A (Output Compare Register 1 A) และ OCR1B (Output Compare Register 1B) เปนสวนของการเกบคาขอมลของการเปรยบเทยบ TIMER1/COUNTER1 จะสามารถเลอกใชฟงชน PWM ไดทง 8,9 และ 10 บท

The Timer/Counter Control Register Bits 7,6-COM1A1,COM1A0: Compare Output Mode 1A,bit 1 and 0 บท COM1A1 และ

COM1A0 เปนบททใชในการกาหนดลกษณะของสญญาณทเกดขนทขา OC1A เมอTimer/Counter1 เกด

9

Compare Match ซงเมอใชฟงชน Output Compare Match ของ Timer/Counter1 จะตองควบคมใหขา OC1A มสถานะเปนเอาทพต โดยการเลอกลกษณะของสญญาณแสดงในตาราง

Bit 5,4-COM1B1,COM1B0: Compare Output Mode 1 B, bit 1 and 0 บท Com1A1 และ COM1A0 เปนบททใชในการกาหนดลกษณะของสญญาณทเกดขนทขา OC1A เมอTimer/Counter1 เกด Compare Match ซงเมอใชฟงชน Output Compare Match ของ Timer/Counter1 จะตองควบคมใหขา OC1A มสถานะเปนเอาทพต

Bit 3…2-Res:Reserved bits ในสวนของ AT mega32 จะสงวนบทในกลมนไว Bit 1…0 - PWM11,PWM10: Pulse Width Modulator Select Bit

เปนบททใชในการกาหนดการทางานของ PWM The Timer/Counter1 Control Register B-TCCRI1B

Bit 7-ICN1: Input Capture 1 Noise Canceler (4 CKs) บทนเปนบททกาหนดให Input Capture 1 Noise Canceler ทางานหรอไมทางาน โดยเมอบทนเปน 1 จะเปนการกาหนดให Input Capture 1 Noise Canceler ทางาน แตเมอบทนเปน 0 จะเปนการกาหนดไมให Input Capture 1 Noise Canceler ทางาน ชด Noise Canceler จะถกกาหนดใหทางานโดยการ Sampling สญญาณทเขามาทชด Input Capture 1 โดยสญญาณ Sampling แรกจะเรมทขอบแรกของสญญาณขาขนหรอขาลงขนอยกบการกาหนดใน บท ICES1 โดยชด Noise Canceler จะ Sampling ดวยความถเทากบความถของ XTAL ซงจะ Sampling ทงหมด 4 ครง โดยลอจกทไดจากการ Sampling จะตองมลอจกเดยวกนกบลอจกทกาหนดในบท ICES1

Bit 6-ICES1: Input Capture 1 Edge Select เปนบททใชกาหนดใหชด Input Capture 1 จะตอง Detect ถาบท ICES1 เซต เปน 1 จะเปนการกาหนดใหชด Input Capture1 ทาหนาท Detect สญญาณทขอบขาขน แตถาบท ICES 1 ถกเคลยเปน 0 จะเปนการกาหนดใหชด Input Capture 1 ทาหนาท Detect สญญาณทขอบขาลง

Bit 5,4-RES:Reserved bits บทนถกสงวนไว Bit 3: CTC1:Clear Timer1/Counter1 on Compare Match บทนเปนทใชในการกาหนดวาเมอ

เกด Output Compare แลวจะใหเกดการนบตอไปหรอจะใหมการรเซตคาใหเปน 00000 แลวจงทาการนบตไป โดยถาเปนบทนเปน 1 จะเปนการกาหนดใหมการรเซตคาใหเปน 0 ฃเมอเกดการ Output Compare แตถาบทนเคลยรเปน 0 จะเปนการกาหนดใหมการนบคาตอเมอเกด Output Compare

Bit 2,1,0-CS12,CS11,CS10:Clock Select1,bit 2,1 and 0 เปนบททใชในการเลอกสญญาณ Clock

The Timer/Counter In Capture Register – ICR1H AND ICR1L เปนรจสเตอรขนาด 16 ทใชเกบคา Timer/Couner1 ทอยในรจสเตอร TCNT1 เมอ Input Capture

สามารถ Detect ได เมอ Input Capture สามารถ Detect สญญาณไดตามทกาหนดในบท ICES1 จะทาให CPU โหลดคาในรจสเตอร TCNT1 ลงในรจสเตอร และในเวลาเดยวกบบท ICF1จะเซตเปน 1 โดยการอานคาจากรจสเตอร ICR1 ของ CPU จะใชรจสเตอร TEMP เปนรจสเตอรพกขอมล ซงการใชรจสเตอร TEMP ชวยในการอานขอมลเพอใหคาทอยในรจสเตอร ICR1H และ ICR1L เสมอนถกอานออกมาพรอมกน การอานคาจาก

10

รจสเตอร ICR1 จะตองอานคาจากรจสเตอร ICR1L กอน โดยเมอ CPU อานคาจาก ICR1L จะทาใหคาใน รจสเตอร ICR1H ถกโหลดลงในรจสเตอร TEMP เมอ CPU อานคาจาก ICR1H จะทาใหคาในรจสเตอร TEMP ถกสงให CPU

การใชงาน Timer/Counter1 ในโหมด PWM การทางานในโหมด PWM ของ Timer/Counter1 จะสามารถเลอกใชงานได 8,9 หรอ 10 บท โดยเอาทพตทไดจะออกทขา PD5(OC1A) และขา PD(OC1B) ในการทางาน Timer/Counter1 จะนบขนและนบลง ซงจะนบขนจาก 0000 ถงคาสงสด(ตามทกาหนดในตารางท 13) และจะนบจากคาสงสดลงมาท 0000 แลวจงนบขนอกครง เมอคาใน Timer/Counter1 เทากบคาในรจสเตอร OCR1A หรอ OCR1B จะทาใหขา PD5(OC1A)/PD1(OC1B) เปลยนแปลงตามทกาหนดในบท COM1A/CoM1A0 หรอ CoM1B/COM1B0 เมอ OCR1 มคาเทากบ 0000 หรอคาสงสดจะทาใหเอาทพตขา OC1A/OCA1B มลอจกเปน LOW หรอ HIGH ตามทกาหนดในบท COM1A1/COM1A0 หรอ COM1B1/COM1B0และเมอ Timer/Counter1 เกด Overflow และคาการนบเปน 0000 จะทาใหบท TOV1 เซตเปน 1

Timer2&Counter เปน Timer / Counter ขนาด 8 บท ตอไปจะกลาวถงรายละเอยดของรจสเตอรใชงานใน

Timer/Counter 2 The Timer/Counter 2 Control Register – TCCR2 Bit 7 - Res:Reserved Bit ใน AT90S4434/8535 บทนสงวนไว Bit 6 - PWM2:Pulse Width Modulator Enable

เปนบททใช Enable ใหโหมด PWM ใน Timer/Counter2 ใหทางาน โดยถาบทนเซตเปน 1 จะเปนการกาหนดใหโหมด PWM ถก Enable ใหทางานแตถาบทนถกเคลยเปน 0 จะเปนการ Disable ไมใหโหมด PWM ใน Timer/Counter2 ทางาน

Bit 5,4 - Com21,Com20:Compare Output Mode,bit 1 and 0 เปนบททใชกาหนดลกษณะสญญาณทขา PD7(OC2) เมอ Timer/Counter2 ทางานในโหมด Compare

โดยเมอ Compare Output Match จะทาใหขา PD7(OC2) เปนไปตามทกาหนดในบท Com21 และ Com20 Bit 3-CTC2:Clear Timer/Counter on Compare Match

เปนบททใชกาหนดให Timer2/Counter2 ทาการ RESET คาเปน 00 หลงจากทคาในรจสเตอร TCNT2 มคาเทากบคาทตงไวในรจสเตอร OCR หรอ Compare Output Match ถาบทนเซตเปน 1 จะทาให Timer/Counter2 รเซต

Bits 2,1,0-CS22,CS21,CS20:Clock Select bit 2,1 and 0 เปนบทใชในการกาหนด คา Prescaling

บทท 3 การออกแบบ

3.1 วงจรเดทไทม ( Dead Time ) เนองจากการ ON-OFF ของ MOSFET ไมไดเกดขนทนททนใด การนาสญญาณ PWM ทไดจาก AVR- ATMEGA 32 มาขบโดยตรงจะทาใหเกดการ ON ท Overlap กน ดงนนจงตองสรางสญญาณทเกดการ Shift Phase และ invert สญญาณ เพอทจะให MOSFET ทง 6 ตว ON ไมพรอมกน

รปท 3.1 วงจรการทดลองของ Dead Time

จากรปกราฟขางตนแสดงการทางานของ Dead Time Circuit อธบายการทางานไดดงน เมอสญญาณทเขามาเปน Logic 1 วดท ตาแหนง A ม Logic เปน “0” สวนตาแหนง A’ จะม Logic

เปน 0 เมอวดทตาแหนง B จะม Logic เปน “1” Voltage ทจดน จะเกดการ Discharge ของตวเกบประจ สวนตาแหนง B’ จะม Logic เปน “0” เมอวดท output U จะม Logic เปน “1” ในขณะท output U’ จะม Logic เปน “0”

เมอสญญาณทเขามาเปน Logic 0 วดท ตาแหนง A ม Logic เปน “1” สวนตาแหนง A’ จะม Logic เปน 1 เมอวดทตาแหนง B จะม Logic เปน “0” สวนตาแหนง B’ จะม Logic เปน “1” Voltage ทจดน จะเกดการ Discharge ของตวเกบประจ เมอวดท output U จะม Logic เปน “0” ในขณะท output U’ จะม Logic เปน “1” ซงทสญญาณ output U และ U’ จะเปนสญญาณท invert กน และ Delay ไปประมาณ 10 µs โดยการหาชวงเวลาในการ Delay หาไดจากสมการ

ชวงเวลาในการ Delay หาไดจากสมการ

RC=τ

12

3.2 วงจรมอสเฟทไดรฟ ( Mosfet Drive ) MOSFET Drive เปนสวนทขยายสญญาณเพอทจะไปควบคมการ ON-OFF ของ MOSFET

ประกอบดวย สวนประกอบทสาคญ คอ Optocouple มหนาท Isolator ไฟแรงสงกบไฟแรงตา โดยใชแสงเปนตวกลางในการเชอมโยงระบบโดยใชแสงทไดไปขบในสวนของ Current boost เพอขยายกระแสใหมากขน Mosfet IRF 740 ( I = 10 A , V = 400 ) มหนาท เปนตวปด-เปด ซงตว IRF740 จะใหกระแสสง และมความเรวสงในการปดเปดซงในการ ปด-เปด ของ Mosfet โดยอาศยสญญาณจาก deadtime ทจะตองทาให Invert สญญาณ และ shift สญญาณ จงจะทาให Mosfet ไมปด-เปดพรอมกน

รปท 3.2 วงจรยอยของ Driver Circuit

13

ประทเปDriv

รปท 3.3 วงจรกาลง ( Power Circuit )

รปท 3.3 เปนรปแสดงการออกแบบวงจรกาลงทใชในการขบอนดกชนมอเตอร 3 เฟส ซงวงจรนจะกอบดวยวงจรยอย 6 วงจร โดยม 3 วงจรยอยอยดานบน และอก 3 วงจรยอยอยดานลาง เมอสญญาณนสญญาณ output ออกมาจากวงจร Dead Time จะกลายมาเปนสญญาณ input ของวงจร Mosfet e แลวสญญาณ output กจะไปขบ Mosfet ในวงจร Main Circuit ตอไป

14

3.3 วงจรบอรดสาหรบไมโครคอนโทรเลอร AVR-ATMEGA32 ทาการสรางบอรดสาหรบอดโปรแกรมซงภายในบอรดอดโปรแกรมน ไดทาการตอวงจรสาหรบควบคม

การทางานของโปรแกรมไวดวย นนคอจะทาการตอตวตานทานปรบคาได 2ตวไปทPort A (A0,A1) เพอเอาไวใชเปลยนคาความถและแอมปลจด และตอวงจร Filter ทขาสญญาณทเปนเอาทพทของ PWM เพอใหเหนสญญาณรปคลนไซนทไดจากการเขยนโปรแกรมวาถกตองหรอไม เมอทาการเขยนโปรแกรมใน AVR Studio4 เสรจเรยบรอยแลวกจะนาโปรแกรมทไดไปแปลงเปนไฟล.Hex และนาไป Bern ลงในไมโครคอนโทรเลอร AVR-ATMEGA32 ซงวงจรการทดลองแสดงดงรป

เช

รปท 3.5 วงจรการทดลองของบอรดสาหรบ Microcontroller AVR-ATMEGA32 จากรปท 3.5 บอรดสาหรบ Microcontroller AVR-ATMEGA32 ทสรางขนนนไดตอวงจรสาหรบการ

อมโยงขอมลระหวาง Computer กบ บอรดแบบ Parallel ไวดวย

15

3.4 การออกแบบโปรแกรมควบคมการทางานของอนเวอรเตอร

จากการทไดทาการศกษาฟงกชนการทางานของไมโครคอนโทรเลอร AVR-ATMEGA32 แลวสามารถออกแบบโปรแกรมควบคมการทางานของอนเวอรเตอร ไดตาม Flow Chart ดานลาง

Interrupt

อานคา f , Amp จาก ADC

add = add + f

Sine1 add Sine 2 add Sine3 add

Sine1 Sien1 * Amp Sine 2 Sine2 * Amp Sine3 Sine3 * Amp

Shift Phase Sine1 , Sine2 , Sine3 =120 องศา

PWM 1, 2 ,3

END

0.7 ms

OCR1A OCR1B OCR2

16

รปท 3.6 แสดง Flow Chart ของโปรแกรม อธบายการทางานของโปรแกรม การทางานของโปรแกรมเรมตนดวยการ Set คาตางๆใหกบรจสเตอรทจะใชงานดงน SPH,SPL

( Set up stack pointer), DDRD(Out put PWM OCR1A ,OCR1B,OCR2 ),ADMUX,ADCSR (Set ADC) TCCR1A,TCCR1B,TCCR2,TCCR0 ,TIMSK (Set about Timer 0,1,2)

เมอโปรแกรมทาการ Set คาใหกบรจสเตอรตางๆเสรจเรยบรอยแลว Timer 0 กจะทาการนบ ในชวงทมการนบของTimer 0 อยนนโปรแกรมจะทางานรออยท main Loop เมอนบครบ 256 (0XFF) กจะเกด Interrupt ไปทาการรบคาทอานไดจาก ADC ทง 2 Channel โดยคาทอานไดจาก Channel 1 จะทาการอานคามาใชงานจานวน 4 บท นาคาทอานไดจาก ADC Channel 1 ไปบวกกบตาแหนงของคลน Sineในตาราง Sine Table และอานคา Sine ไปเกบไวในรจสเตอร Sine 1 ซงจะทาใหเราได เฟสท1 ออกมา สวนเฟสท 2 และ 3 เรากจะทาการเลอนเฟสโดยการอานคา ADC Channel 1 ไปบวกกบตาแหนงของคลน Sine ในตาราง Sine Table โดยจะทาการบวกตาแหนง 0x56 เพมเขาไปอกกอนทจะอานคา Sine ในตาราง Sine Table ไปเกบไวในรจสเตอร Sine 2 เฟสท 3 กทาในลกษณะเดยวกน ถงตอนนจะทาใหมสญญาณ Sine จานวน 3เฟสทตางเฟสกน 120 องศา

จากนนกทาการ Load คา 0X0F ไปเกบไวในรจสเตอร แลวนาไปคณกบคา ADC ทอานไดจาก Channel 1 คณแลวนาไปเกบในรจสเตอร จากนนนาไปคณกบคาทอานไดจาก ADC Channel 0 อกทนาคาทไดจากการคณนไปคณกบคาในรจสเตอร Sine 1, Sine 2 และ sine 3ททาการเลอนเฟสแลว เมอคณเสรจแลวนาไปเกบในรจสเตอร Sine 1, Sine 2 และ sine 3เหมอนเดม แลวกนาคา Sine 1, Sine 2 และ sine 3 ไปใสทรจสเตอร OCR1A ,OCR1B,OCR2 เพอจะสรางสญญาณ PWM ออกมา 3 Channel มาถงตอนนเราสามารถ Vary Amplitude และ Frequency ไดแลว

17

3.5 รปวงจรในสวนตางๆททาการตอทดลองจรง

รปท 3.7 บอรดวงจรควบคม

รปท 3.8 บอรดวงจร Dead Time

รปท 3.9 บอรดวงจร Drive ดานบน

18

รปท 3.10 บอรดวงจร Drive ดานลาง

รปท 3.11 บอรดวงจร Drive

19

รปในการ

รปท 3.12 บอรดวงจรMain Circuit

ทดลองตอวงจรจรง

รปท 3.13 จากรปเปนการตอวงจรขณะทาการทดลองเกยวกบ ADC

20

รปท 3.14 จากรปเปนการตอวงจรอนเวอรเตอรกอนทาการทดลอง

รปท 3.15 จากรปเปนการตอวงจรทดลองเกยวกบอนเวอรเตอร

จากรปท 3.15 ในการตอวงจรทดลองอนเวอรเตอร ขณะทาการทดลองนนเราจะตองปองกนอนตรายท

จะเกดขนโดยการนากลองกระดาษมาครอบท Condenser และ Mosfet Drive เพราะวาอปกรณทงสองนอาจจะ ระเบดและกระเดนมาโดนขณะททาการทดลองได

21

รปท 3.16 จากรปเปนการตอวงจรทดลองเกยวกบอนเวอรเตอร ขณะตอมอเตอรเมอทาการทดลอง

บทท 4 การทดลองและสรปผลการทดลอง

4.1 การทดลองและผลการทดลองเกยวกบ ADC

การทดลอง โดยปกตใน AVR ATMEGA 32 จะมฟงกชน ADC อยภายในตวไอซ ดงนนเราไมจาเปนตองใชไอซ

ADC ตอภายนอก สาหรบฟงชน ADC ทอยภายใน AVR ATMEGA 32 นสามารถทจะรบสญญาณ อนาลอกไดสงสด 8 Channel ดวยกน โดยจะรบสญญาณเขามาทาง Port A เราสามารถเลอกใชฟงกชน ADC ทาการแปลงสญญาณอนาลอกทละ Channel อยางตอเนอง (Free running mode) หรอจะใหทาการแปลงสญญาณเฉพาะ Channel ทเราตองการ (Single mode) โดยสญญาณดจตอลทแปลงไดนนเราสามารถเลอกใหมความละเอยดไดถง 10 บท

สาหรบการทดลองไดเลอกใชฟงกชน ADC ในMode Single mode โดยจะรบสญญาณอนาลอกเขามาทาง Port A0 (PA0) เพยง Channel เดยว ซงสญญาณ Input Analog นไดใชตวตานทานปรบคาได (Variable Resister) แบงแรงดนมาจากแหลงจายไฟ 5 โวลต และสงสญญาณ Out put ออกไปยงหลอดไฟ (LED) ทตออยกบ Port C (C0- PC7) จานวน 8ตว ดงนนจะไดสญญาณ Digital ขนาด 8 บท ทไดจากการแบงสญญาณ Analog Input โดยผลทไดจะม LSB อยท Port(PC0)และ MSB อยท Port(PC7) ไดแสดงการตอวงจรทดลองดงรป

รปท 4.1 แสดงการทดลองฟงกชน ADC

24

รปท

สรปผลการทดจากการทดลอง

ดาวนโหลดโปรแกรมลงในทหลอดไฟ (LED) ซงคาตเนองจากการปรบคาความสภาวะตางๆทปรากฏอยบซงคาทไดจะอยในชวง 00คามากทสดจะทาให LEDเลขฐานสองลง จนในทสด จากการทดลองอนาลอกอนพตสงสด 5 โวระดบสญญาณเปลยน 1 จากการทดลองสถานะของสญญาณนนจ

รปท 4.2 วงจรสญญาณ Input Analog

4.3 วงจร LED สาหรบแสดงสญญาณ Output ขนาด 8 บท

ลองเรอง ADC เปนการทดสอบการทางานของฟงกชน ADC ภายในไมโครคอนโทรลเลอร ซงเมอ CPU แลวทดสอบปรบคาตวตานทานปรบคา (VR 10K) จะพบวามการเปลยนแปลงางๆทปรากฏอยบนหลอดไฟจะเปลยนแปลงตามการปรบคาความตานทาน VR 10K ตานทาน VR 10K นจะมผลทาใหระดบแรงดนทขา PA0 เกดการเปลยนแปลงดงนนน LED ทง8ดวงจงเปนขอมลดจตอลทผานวงจรแปลงสญญาณอนาลอกเปนดจตอล

000000 ถง 11111111 สาหรบการปรบคา VR 10K นนถาปรบใหแรงดนดนอนพตม ทง 8 ดวงสวาง และถาลดแรงดนอนพตลงเรอยๆ LED กจะดบในลกษณะของการนบถาแรงดนอนพตเปน 0 V จะทาให LED ทกดวงดบหมด ใหแรงดน Vin ท Port PA0 มคาอยระหวาง 0-5 โวลต จะเหนวาเมอระดบสญญาณ ลต จะทาใหสญญาณดจตอลเอาตพตเปลยนไป 256 ระดบ (2^8 ระดบ) ดงนนถาระดบแสดงวาสญญาณดจตอลเอาตพตเปลยนไป 5/256 = 0.01953 V หรอ 19.53mV สญญาณดจตอลทแปลงไดจะมคาไมคอยคงท โดยสงเกตไดจาก LED ทใชแสดงะกระพรบตลอดเวลา ซงสาเหตอาจเกดเนองจากสญญาณอนาลอกอนพตมคาไมคงท

25

เพราะวาการเปลยนแปลงของสญญาณอนาลอกอนพตเพยงเลกนอยกทาให LED สามารถเปลยนสถานะได หรออาจเกดจากสายนาสญญาณไมมคณภาพดเทาทควร

4.2 การทดลองและผลการทดลองเกยวกบการสรางรปคลนไซน

การทดลอง การทดลองเรอง PWM นเปนการทดลองสรางสญญาณ Pulse เพอทจะนามาใชควบคมการ ON –

OFF ของอนเวอรเตอร โดยทภายในตว AVR ATMEGA 32 จะมฟงกชน PWM อยแลว ฉะนนเราจะทาการเขยนโปรแกรมควบคมการทางานใหกบ AVR ATMEGA 32 เพอทจะใหสรางสญญาณ Pulse ออกมา 3 Channelไดเลย และสงเกตผลการทดลองโดยทาการ Vary คา Frequency และ Duty

จากการทดลองในชวงแรกไดทาการศกษาและเขยนโปรแกรมเพอควบคมการทางานเพยง Channel เดยวกอน จากนนจงทาการเพมขนเปน 3 Channel เมอเขยนโปรแกรมเสรจแลวกทาการทดสอบโปรแกรมโดยตอวงจรทดลองดงรป

การทดลVary Amplitude และ OCR2 ซงทงสงเกตการเปลยนเปลยนแปลงไดจา

รปท 4.4 วงจรการทดลอง PWM

องเปนการเขยนโปรแกรมใน AVR Studio4 โดยเขยนโปรแกรมภาษา Assembly ใหสามารถ และ Frequency ของคลนรปไซนโดยให Output ออกทขา PWM 3 ขา คอ OCR1A,OCR1B 3 สญญาณทออกมาคอสญญาณ PWM ทเปนตวแทนรปไซนทตางเฟสกน 120 องศาและแปลงของ Amplitude และ Frequency ไดโดยทาการหมน Volumeและสงเกตการกรปทปรากฏบนออสซลโลสโคป (OCR) ผลการทดลองและการเขยนโปรแกรมเปนดงน

26

1. ผลจากการทดสอบเขยนโปรแกรม AVR- Microcontroller ATMEGA32

การทด

เอาทพทของ สญแสดงในรปขางต

ตอไป

รปท 4.5 รปคลนไซน ทความถ 55Hz คาบ 18 ms

รปท 4.6 รปแสดงการเปลยนแปลงทก1 ms

สอบโปรแกรมททาการเขยนลงในไมโครคอนโทรเลอร ทาไดโดยนาเอาออสซโลสโคปมาจบทขาญาณ PWM ทผานวงจรกรองสญญาณ แลวสงเกตรปคลนทออกมาจะไดวาเปนคลนรปไซนดงนซงสญญาณไซนทออกมานนเกดจากการ Sampling สญญาณททกๆเวลา 1 ms จะทาการทดลองเปลยนคาความถเปนคาตางๆโดยการปรบทตวตานทานปรบคาไดจะไดผลดงน

27

2. รปการทดลองเกยวกบการเปลยนแอมปลจดและความถ

รปท4.9 V p-p = 276.0 mV f = 4.167 Hz Prod = 240.0 ms

รปท 4.7 แสดงสญญาณของการเปลยนแอมปลจดและความถตาสด เมอ V p-p = 276.0 mV ,f = 4.167 Hz, Prod = 240.0ms

รปท 4.8 แสดงสญญาณของการเปลยนแอมปลจดและความถสงสด เมอ V p-p = 4.600 V ,f = 67.57 Hz, Prod = 14.80 ms

28

3. การเปลยนความถโดยเปลยนแบบอตรา V/f คงท จากการทดลองเกยวกบการเปลยนคาความถของคลนรปไซนนนเราจะตองคานงถงอตราการเปลยนแปลงทจะตองใหอตราสวนระหวาง V / f นนมคาคงทตลอดยานการควบคม ดงนนจงทาการเขยนโปรแกรมใหกบ AVR-MEGA32และทาการทดสอบโปรแกรมทเขยนโดยนาออสซโลสโคป (OCR)มาจบสญญาณจะไดผลการทดลองดงรป

รปท 4.9 แสดงสญญาณของการเปลยนแอมปลจดและความถแบบอตรา V/f คงท เมอ V p-p = 3.520 V ,f = 50.00 Hz ,Prod = 20.00 ms

รปท 4.10 แสดงสญญาณของการเปลยนแอมปลจดและความถแบบอตรา V/f คงท

29

เมอ V p-p = 2.920 V ,f = 41.67 Hz ,Prod = 24.00 ms 4. ทาความถน จเขยนมากอน

รปท 4.11 แสดงสญญาณของการเปลยนแอมปลจดและความถแบบอตรา V/f คงท เมอ V p-p = 320.0 mV f = 4.090 Hz Prod = 244.0 ms

การเปลยนแอมปลจดแตความถคงท การเขยนโปรแกรมทสามารถเปลยนคาแอมปลจดแตความถคงท โดยการควบคมการเปลยนแปลงะทาการควบคมผานทางตวตานทานปรบคาไดอกตว ดงนนจงทาการเพมโปรแกรมการควบคมทหนานและทาการทดสอบโปรแกรมทเขยนจะไดผลการทดลองดงน

รปท 4.12 แสดงสญญาณของการเปลยนแอมปลจดแตความถคงท เมอ V p-p = 432.0 mV, f = 66.67 Hz, Prod = 15.00 ms

30

รปท 4.13 แสดงสญญาณของการเปลยนแอมปลจดแตความถคงท เมอ V p-p = 2.000 V, f = 66.67 Hz, Prod = 15.00 ms

รปท 4.14 แสดงสญญาณของการเปลยนแอมปลจดแตความถคงท เมอ V p-p = 4.600 V , f = 66.67 Hz, Prod = 15.00 ms

31

5. สญญาณเอาทพททไดจากการทดลองเกยวกบการเลอนเฟส (Phase Shift ) จากการทเขยนโปรแกรมใหสามารถเปลยนคาความถและคาแอมปลจดไดแลว ขนตอนตอไปไดทาการเขยนโปรแกรมใหทาการเลอนเฟสของสญญาณเอาทพท ทออกมาจากไมโครคอนโทรเลอร โดยเขยนโปรแกรมใหสญญาณนนเลอนเฟสตางกน 120 องศา จานวน 3 เฟสเพอทจะนาสญญาณนนไปใชในการควบคมการทางานของอนเวอรเตอรตอไป การเขยนโปรแกรมนนขนแรกไดเขยนโปรแกรมใหสรางสญญาณเอาทพทออกมาโดยสญญาณทไดนนจะมเฟสตางกนเฟส 2 เฟสกอน คอเฟส 1 กบเฟส 2 ตางกน 120 องศา จากนนกเขยนโปรแกรมเพมใหสญญาณเอาทพทเฟส 2 และเฟส3 ตางเฟสกนอก120 องศา จะทาใหไดสญญาณ PWM ทตางเฟสกน 120 องศาจานวน 3 เฟส ซงผลการทดลองแสดงดงรป

รปท 4.15 แสดงการ Shift phase 120 องศา ระหวางเฟส 1 กบเฟส 2

รปท 4.16 แสดงการ Shift phase 120 องศา ระหวางเฟส 2 กบเฟส 3

32

รปท 4.17 แสดงการ Shift Phase 120 ระหวาง Phase 1กบ Phase 2 กบ Phase 3

รปท 4.18 แสดงแสดงสญญาณเอาทพททไดจากการเขยนโปรแกรม ในขณะทยงไมผานวงจร Filter

33

4.3 การทดลองและผลการทดลองเกยวกบวงจร Dead Time การทดลอง ทาการทดลองโดยตอวงจร Dead Time ตามวงจรทกลาวในบททผานมา แลวตรวจสอบความถกตองของวงจรโดยการนาสญญาณจาก Generator ซงเปนสญญาณ Square Wave มาเปนสญญาณอนพทใหกบวงจร Dead Time และนาออสซโลสโคป (OCR) มาจบสญญาณเอาทพทของวงจร Dead Time นนคอทขา U กบ U′ จะไดผลการทดลองดงรป

รปท 4.19 แสดงสญญาณเปรยบเทยบระหวางขา U กบ U′

รปท 4.20 แสดงสญญาณการเกด Delay time โดยสงเกตทชวงขอบขาลง

34

นนคอสทสรางขTime ท

รปท 4.21 แสดงสญญาณการเกด Delay time โดยสงเกตทชวงขอบขาขน จากนนทาการทดลองใหมโดยการใสสญญาณอนพททเปนสญญาณทออกมาจากไมโครคอนโทรเลอรญญาณ PWM เมอเราใสสญญาณ PWM ทไดจาก AVR-ATMEGA32 แลวนาไปผานวงจร Dead Time นมา สงเกตวาจะมการ ON-OFF ทเวลาตางกนระหวางขาสญญาณทงสอง B, B′แสดงวาวงจร dead ทานาไปใชงานได

รปท 4.22 แสดงสญญาณเมอสญญาณ PWM จาก AVR-ATMEGA32

ทผานวงจร Dead Time

35

4.4 การทดลองและผลการทดลองเกยวกบวงจร Mosfet Drive การทดลอง วงจร Mosfet Drive นจะประกอบดวยวงจรยอย 6 วงจร โดยม 3 วงจรยอยอยดานบน และอก 3 วงจรยอยอยดานลาง เมอสญญาณทเปนสญญาณ output ออกมาจากวงจร Dead Time จะกลายมาเปนสญญาณ input ของวงจร Mosfet Drive แลวสญญาณ output กจะไปขบ Mosfet ในวงจร Main Circuit ตอไป โดยทเราวดสญญาณ ท output ของวงจร Mosfet Drive ไดผลดงรปท 4.23

รปท 4.23 แสดงสญญาณ Vgs ของสวทซดานบนและดานลาง

36

4.5 การทดลองและผลการทดลองกบมอเตอร การทดลอง ทาการทดลองโดยนา Variac มาใชในการแบงแรงดนทจะนามาจายใหกบวงจรอนเวอรเตอร ในการ

ทดลองขนแรกนนไดทาการทดสอบวาวงจรอนเวอรเตอรทางานไดหรอไมโดยการคอยๆหมน Variac เพอเพมระดบแรงดนใหกบวงจร ในครงแรกจะเพมแรงดนในระดบ Voltage ท ตาคอ 12 Volt และนามเตอรมาวดแรงดนทครอมคาปาซเตอร (Vcd ) สงเกตวาแรงดนทครอมมคาอยในชวง 30 - 33 Volt หรอไมถาแรงดนอยในชวงนกทาการเพมระดบแรงดนตอไปอกได ซงการทดสอบการทางานของวงจรอนเวอรเตอรในขณะทยงไมตอมอเตอรนน ผลการทดสอบจะไดวาเมอทาการเพมระดบ Voltage แลววงจรอนเวอรเตอรยงสามารถทางานได เมอทาการทดสอบวงจรวาทางานไดแลว แลวขนตอไปกจะนามอเตอรมาตอใหกบวงจรโดยตอมอเตอรแบบวาย แลวทาการทดสอบวามอเตอรสามารถทางานไดหรอไม โดยการเพมระดบแรงดนใหกบวงจรทละนอยจนกระทงถงระดบทมอเตอรสามารถทางานไดนนคอเพมระดบแรงดนท 40 Volt มอเตอรกจะเรมหมนโดยคา Vdc link คอ 32 Volt เมอเราเพมระดบแรงดนมากขนมอเตอรกจะหมนเรวขน ซงผลการทดลองเปนดงรป

รปท 4.24 แสดงสญญาณทไดจากการวด U – V Output Voltage

37

รปท 4.25 แสดงสญญาณทไดจากการวด U – V Output Voltage และ U – W Output Voltage

รปท 4.26 แสดงสญญาณ Noload Test เมอ Vdc link คอ 110 volt

38

สา

รปท 4.27 แสดงสญญาณ Noload Test เมอ Vdc link คอ 150 volt

สาหรบมอเตอรจากการทดสอบจะไดวาเมอทาการเพมระดบ Voltage แลววงจรอนเวอรเตอรยงคงมารถทางานได

รปท 4.28 แสดงสญญาณเมอ Run Motor ขณะ Speed ยงไม Synchronous กระแส 1.5 A แรงดน 75 V

39

เมอทาการ Run Motor รอให Speed ถง Synchronous ทาการวดกระแสและโวลทเตจ

รปท 4.29 แสดงสญญาณเมอ Run Motor ขณะ Speed Synchronous กระแส 0.3 แรงดน 110 V

รปท 4.30 แสดงสญญาณเมอ Run Motor ขณะ Speed Synchronous

กระแส 0.3 A แรงดน 150 V

บทท 5 สรปวจารณและขอเสนอแนะ

5.1 ผลการทาโครงงาน

จากการสรางวงจรอนเวอรเตอรเพอควบคมการทางานของอนดกชนมอเตอร ในสวนตางๆใหผลดงน _ ในสวนของการสรางสญญาณ PWMสามารถเขยนโปรแกรมสงการไมโครคอนโทรลเลอร

AVR – ATMEGA 32 ใหสรางสญญาณ PWM ทสามารถ Vary Amplitude และ Frequncy ได _ วงจร Dead Time ทออกแบบไว 8 µs นนสามารถปองกนไมใหเกดการ ON Overlap

Mosfet ไดจรงทแรงดนสง _ Drive Circuit สามารถจายกระแสใหกบ Mosfet ไดอยางเพยงพอทาให Mosfet ทางานได _ ชด Control และวงจรอนเวอรเตอรทสรางขน ทงหมดสามารถควบคมให มอเตอรทางานได _ Condenser ทใสนนสามารถรกษาระดบแรงดนไวได เมอเกดแรงดนตกในชวงเวลาหนง

5.2 ปญหาทเกดขนและขอเสนอแนะ ปญหาทเกดขนในการทาโครงงานนนมดงน

- ในวงจร Dead Time เราใช Smith Triger เบอร 7414 เปนตระกล TTL ซงจะไมคอยเสถยรจงทาใหสญญาณทออกมาเกดการผดเพยนขน

- ในการทดสอบการทางานของอนเวอรเตอรควรมความรอบคอบในการตอวงจรเพราะจะสามารถลดความเสยหายทเกดขนกบอปกรณได

5.3 แนวทางการพฒนาตอ วงจรอนเวอรเตอรเพอควบคมการทางานของอนดกชนมอเตอรทสรางขนน ควรทจะพฒนาโปรแกรมควบคมการทางานใหดยงขน

26

เอกสารอางอง 1. โคทม อารยา ,อเลกทรอนกส 2 ,2544 ,กรงเทพมหานคร :ซเอดยเคชน.

2. สมบรณ มาลานนท และคณะ ,แหลงจายไฟแบบสวตชง (Switching Power Supply), กรงเทพมหานคร:ฟกสเซนเตอร.

3. นภทร วจนเทพนทร,อเลกทรอนกสกาลง 2 ภาคปฏบต, 2544 ,กรงเทพมหานคร : สกายบกส.

อนเวอรเตอรสาหรบควบคมอนดกชนมอเตอร

โดย

นางสาวพรรทวา วงคาม เลขประจาตว 431790-9

นางสาวรจราลย ไสยกล เลขประจาตว 431841-3

อาจารยทปรกษาอาจารย ดร. กฤษ เฉยไสย

INVERTER FOR INDUCTION MOTOR

INVERTER FOR INDUCTION MOTOR

การควบคม Induction Motor ดวย InverterControl Panel

• Vary frequency(speed)

• Vary Amplitude

-AVR ATMEGA 32 สราง PWM -AVRATMEGA 32 สราง A/DConverter -AVR ATMEGA 32

เขยนโปรแกรมควบคมเกยวกบการ

• VARY FREQUENCY

• VERY AMPLITUDE

220 volt AC

FB

Inverter

การทดลอง1) การทดลองเกยวกบ ADC 2) การทดลองเกยวกบ PWM 3) การทดลองเกยวกบวงจร Dead Time 4) การทดลองเกยวกบวงจร Mosfet Drive5) การทดลองการ Run Mortor จรง

การทดลองเกยวกบ ADC

ภาพการตอวงจรทดสอบ ADC

การทดลองเกยวกบ PWM

บอรดวงจรควบคม

Flow Chart

Start

END0.7 msTimer InterruptOCR1A

OCR1B

OCR2อานคา f , Amp จาก ADC PWM 1,2,3

Sine Table สาหรบสราง PWM

สญญาณเอาทพท PWM ทไดจากไมโครคอนโทรเลอร

การ Vary ความถของรปคลนไซน ( V/ f Control )

ความถตาสดท 4.167 Hz 276.0 mV ความถสงสดท 67.57 Hz 4.6 V

การ Shift Phase 120 องศา ระหวาง U V W

การทดลองเกยวกบวงจร Dead Timeวงจร Dead Time

บอรดวงจร Dead Time

ทดสอบ delay time จาก PWM

ชวงขอบขาขน ชวงขอบขาลง

การทดลองเกยวกบวงจร Mosfet Driveวงจร Drive

บอรดวงจร Drive

สญญาณ Vgs ของสวทซดานบนและดานลาง

วงจร Main Circuit

วงจรของ Mosfet Drive

Noload Test

เมอ Vdc link คอ 110 volt เมอ Vdc link คอ 150 volt

การทดลอง Run Motor จรง

Motor Run

ขณะท Speed ยงไมถง Synchronous ขณะท Speed ถง Synchronous แลว

สรปผลการทาโครงงาน1.ใช AVR – ATMEGA 32 ควบคมระบบ V / f และสรางสญญาณ PWM ได

2. สรางวงจรDead Time 10µs ได3. สามารถสรางวงจร Drive ไปใชงานได4.ชด Control นสามารถควบคม Speed ของ Motor ไดโดยใชตนทนตา

ปญหาทเกดขนและขอเสนอแนะ

1. ในวงจร Dead Time เราใช Smith Triger เบอร 7414 เปนตระกล TTL ซงจะไมคอยเสถยรจงทาใหสญญาณทออกมาเกดการผดเพยนขนถาเปลยนเปนตระกล CMOS จะเสถยรกวาน

2. ในการทดสอบการทางานของอนเวอรเตอรควรมความรอบคอบในการตอวงจรเพราะจะสามารถลดความเสยหายทเกดขนกบอปกรณได

จบการนาเสนอ...

THANK YOU