Nghiên cứu và thiết kế mô hình bộ lưu điện thông minh nghiên cứu khoa học sinh viên năm học 2021 2022

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐÔNG Á NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN NĂM HỌC 2021-2022 Tên đề tài: Nghiên cứu thiết kế mơ hình lưu điện thơng minh Giảng viên hướng dẫn : Th.s Nguyễn Thanh Phong Nhóm sinh viên thực : Phạm Xuân Dũng Sinh viên Lớp : DCTĐH 9.10 Khoa : Tự Động Hoá Bắc Ninh, Tháng năm 2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐÔNG Á NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN NĂM HỌC 2021-2022 Tên đề tài: Nghiên cứu thiết kế mơ hình lưu điện thơng minh Giảng viên hướng dẫn : Th.S: Nguyễn Thanh Phong Sinh viên thực : Phạm Xuân Dũng Ngày sinh: 07/06/2000 Sinh viên Lớp : DCTĐH 9.10 Khoa : Tự Động Hoá Bắc Ninh, Tháng năm 2022 Mã SV: 187510303160 MỤC LỤC LỜI CÁM ƠN .5 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH ẢNH LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 10 1.1 Tổng quan lưu điện thông minh 10 1.1.1 Khái niệm 10 1.1.2 Cấu tạo UPS 10 1.1.3 Phân loại 11 1.1.4 Các lưu điện có thị trường 15 CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG BỘ LƯU ĐIỆN THÔNG MINH 21 2.1 Yêu cầu hệ thống 21 2.2 Lựa chọn phương án thiết kế 21 2.2 Mô tả khái quát hệ thống 22 2.2.1 Các tính hệ thống 22 2.3 Nguyên lý hoạt động hệ thống 24 2.4 Thiết kế phần cứng 26 2.4.1 Giới thiệu chung 26 2.4.2 Chi tiết vai trò phận 27 2.4.3 Thiết kế mạch nguyên lý mạch in 34 2.4 Thiết kế phần mềm điều khiển cho điều khiển 37 2.4.1 Lưu đồ thuật toán 37 2.4.1 Thiết kế phần mềm điều khiển CodeVisionAVR 39 CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 41 3.1 Kết thực nghiệm .41 3.2 Ưu điểm hạn chế qua thực nghiệm 42 3.3 Ứng dụng, hạn chế đề tài 43 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 47 TÀI LIỆU THAM KHẢO 48 PHỤ LỤC 49 LỜI CÁM ƠN Em xin gửi lòng biết ơn sâu sắc đến tâm huyết tri thức mà thầy khoa kỹ thuật Điều Khiển – Tự Động Hố trường đại học Công nghệ Đông Á truyền đạt bảo nhiệt tình tất kiến thức tảng chuyên môn quý giá cho em Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn tới thầy Nguyễn Thanh Phong người tận tình hướng dẫn, hỗ trợ chuyên môn theo dõi sát em trình nghiên cứu hồn thành đề tài Để thực hoàn thành đề tài nghiên cứu khoa học này, em nhận hỗ trợ, giúp đỡ quan tâm, động viên từ thầy cô, bạn bè đồng nghiệp Nghiên cứu khoa học hoàn thành dựa tham khảo, học tập kinh nghiệm từ kết nghiên cứu liên quan, sách, báo chuyên ngành nhiều tác giả trường Đại học, tổ chức nghiên cứu, tổ chức trị,… Đặc biệt giúp đỡ thầy cô trường giúp đỡ, tạo điều kiện kiến thức, vật chất tinh thần động viên từ gia đình, bạn bè hỗ trợ em suốt trình nghiên cứu đề tài Trong khoảng thời gian nghiên nghiên cứu thực đề tài, em có nhiều kinh nghiệm công việc tránh khỏi sai sót Em mong tiếp tục nhận ý kiến đóng góp quý báu thầy Nguyễn Thanh Phong tất thầy cô trường để em hồn thiện tương lai Em xin chân thành cảm ơn! DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT STT Chữ viết tắt Giải thích ODM Original Design Manufacturer OEM Original Equipment Manufacturer PSU Power Supply Unit UPS Uninterruptible Power Supply DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Sơ đồ khối UPS offline 11 Hình 1.2: UPS Offline sử dụng cơng nghệ Line Interactive .13 Hình 1.3: Sơ đồ khối UPS online 15 Hình 1.4: Bộ lưu điện UPS SANTAK TG500 500VA .17 Hình 1.5: Bộ lưu điện Apolo 650VA AP265 18 Hình 1.6: UPS APC BVX700LUI-MS .19 Hình 2.1: Sơ đồ khối UPS offline 22 Hình 2.2: Nguyên lý hoạt động UPS 24 Hình 2.3: Sơ đồ cấu trúc UPS 26 Hình 2.4: Sơ đồ chân UC3842 .27 Hình 2.5: Cấu trúc bên UC3842 28 Hình 2.6: Biến áp đầu vào PQ3225 29 Hình 2.7: Ắc quy ( 12V – 20Ah ) 31 Hình 2.8: Biến áp tuyến tính 32 Hình 2.9: Đồ thị biểu diễn nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính 34 Hình 2.10: Sơ đồ nguyên lý mạch lực 35 Hình 2.11: Mơ 3D mạch lực 35 Hình 2.12: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển 36 Hình 2.13: Mơ 3D mạch điều khiển 37 Hình 2.14: Thiết kế phần mềm điều khiển CodeVision .40 Hình 3.1: Tín hiệu điều khiển Mosfet 42 Hình 3.2: Dạng điện áp đầu UPS 42 LỜI NÓI ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Sự đời phất triển nhanh ngày hoàn thiện linh kiện điện tử đặc biệt vi xử lý thay đổi sâu sắc phát triển mạnh mẽ thiết bị điện – điện tử Chẳng hạn số thiết bị điều khiển số hệ thống điều khiển giám sát xử lý công nghiệp Nhằm đảm bảo tính liên tục chất lượng cung cấp điện cho tải nhạy cảm mà không phụ thuộc trạng thái hệ thống cung cấp, phương pháp sử dụng nguồn dự trữ, đặc biệt nguồn làm việc “ giao diện công suất” nguồn cung cấp tải Để đáp ứng yêu cầu thiết yếu em chọn đề tài “Nghiên cứu Thiết kế lưu điện thông minh” Do Th.s Nguyễn Thanh Phong giảng viên hướng dẫn Mục tiêu đề tài Đảm bảo hệ thống an ninh tòa nhà hoạt động liên tục có cố điện xảy để đảm bảo giám sát an ninh, an tồn cho gia đình, tòa nhà Đảm bảo thiết bị hoạt động/tắt quy trình khơng gấy hư hỏng, mát liệu, Hạn chế tổn thất, hư hỏng thiết bị hệ thống điện bị ngắt đột ngột Đảm bảo an toàn trường hợp nguy hiểm cháy, chập điện bất thường Bộ lưu điện bảo vệ thiết bị tải sảy cố điện Đối tượng phạm vi nghiên cứu Bộ lưu điện đóng vai trị quan trọng hệ thống camera, an ninh tịa nhà,… trường hợp có cố điện xảy lưu điện cung cấp nguồn điện cho hệ thống để đảm bảo hệ thống an ninh hoạt động liên tục, tránh tạo khoảng thời gian chết để kẻ gian tận dụng đạt mục đích Đảm bảo vận hành liên tục, an toàn Cửa cuốn, lưu điện thiết bị thiếu, đặc biệt trường hợp khẩn cấp điện lưới điện lưới bị sụt áp Bộ lưu điện giúp cho hệ thống hoạt động bình thường tránh xảy cố ý muốn Để đảm bảo an toàn cho linh kiện, liệu cho máy tính cơng dụng tuyệt vời lưu điện Hãy thử tưởng tượng bạn thao tác truy xuất liệu làm việc máy tính để bàn, nguồn điện bị cố, máy tính lúc nguồn, tắt hẳn Trong đó, tác vụ làm việc chưa kết thúc, đồng thời liệu không lưu, máy tính chưa tắt cách Hẳn bạn thất vọng công sức làm việc buổi bị biến sảy cố bất ngờ điện, tồi tệ cố gây hư hại cho máy tính Phương pháp nghiên cứu Các phương pháp sử dụng để nghiên cứu đề tài này:  Phương pháp tham khảo tài liệu: cách thu thập thơng tin từ sách, tạp chí, báo, chia sẻ mạng lưu điện  Phương pháp quan sát: khảo sát số lưu điện thực tế có thị trường tham khảo thêm số thiết bị từ mạng Internet  Phương pháp thực nghiệm: từ ý tưởng kiến thức vốn có thân kết hợp với hướng dẫn giáo viên, lắp ráp thử nghiệm vài mơ hình từ chọn lọc mơ hình tối ưu CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Tổng quan lưu điện thông minh 1.1.1 Khái niệm Bộ lưu điện hay gọi UPS viết tắt từ Uninterruptible Power Supply thiết bị cung cấp điện khoảng thời gian tương ứng với cơng suất thiết kế nhằm trì hoạt động thiết bị điện mà không bị gián đoạn điện lưới gặp cố Bộ lưu điện UPS cịn gọi với tên khác thiết bị lưu trữ điện hay bình tích điện 1.1.2 Cấu tạo UPS Bộ lưu điện UPS có cấu tạo đơn giản gồm phận Main Ắc quy Ắc quy hay nguồn điện thứ cấp loại pin tái sử dụng nhiều lần cần nạp điện cho chúng cách cấp điện vào sạc để sạc Các loại Ac Quy phổ biến Ac quy khơ, Ắc Quy chì, Ắc Quy nước…Trong UPS dùng Ac Quy khô để đảm bảo độ an toàn độ bền UPS Dung lượng Ac Quy tính đơn vị Ah ( Ampe Giờ) chức bình Ắc Quy lưu điện tích điện lại Trở lại với UPS bên Main thiết bị như:  Bộ chỉnh lưu, chuyển mạch  Công tắc chuyển đổi  Công tắc bảo vệ  Mạch biến áp (Biến áp cơ)  Bộ biến đổi  Bộ sạc Bên ngồi tích điện UPS có phần sau đây:  Các nút điều khiển, đèn tín hiệu  Các cổng mạng kết nối  Các cổng kết nối thiết bị tải  Các cổng kết nối đầu vào 10 TWCR=(0 0){ countSPKFree++; if(countSPKFree < 100)loa = 1; if(countSPKFree == 100) loa = 0; if(countSPKFree == 5000){ menu = 0; countSPKFree = 0; lcdClear = 1; } } } void main(void) { khoiTao(); loa = 0; dem = 0; runSPK = 0; if(on!=0){ startSystem(); pin = getVoltAcQuy(); baoVePin(); } while (1){ button(); 67 if(lcdClear == 1){ lcd_clear(); lcdClear = 0; } if(on!=0){ if(dienLuoi == 0){ dem++; controlPWM(); voltTB += voltAC; pinTB += read_adc(bat_level); if(dem >= 400){ //lcd_clear(); pin = convertADCtoVolt(10000, 2700, pinTB/400) * 10 + 25; pinTB = 0; voltAC = voltTB/400; voltTB = 0; hienThi(); baoVePin(); baoVeNhietDo(); dem=0; } } else { // reset gia tri co dien luoi tro lai dem = 0; voltTB = 0; pinTB = 0; 68 demDL = 0; loa=0; do{ if(demDL == 0){ runSPK = 0; lcd_clear(); pin = convertADCtoVolt(10000, 2700, read_adc(bat_level)) * 10 + 25; hienThiPhanTramPin(); lcd_gotoxy(0,1); lcd_puts("UPS dang dung"); } baoVeNhietDo(); demDL++; if(dienLuoi == 0){ lcd_clear(); break; } delay_ms(1); }while(demDL < 2000); } } else{ baoVeNhietDo(); runSPK = 0; loa=0; pwm = 0;out1 = 0; out2 = 0; ledRun = 0; led_lcd = 0; } } } 69