Xây dựng chấn lưu sự cố dùng vi điều khiển cho đèn huỳnh quang

LỜI NÓI ĐẦU Ở nƣớc ta năm gần với đòi hỏi sản xuất nhƣ hội nhập nên kinh tế giới việc áp dụng tiến khoa học kỹ thuật mà đặc biệt tự động hóa q trình sản xuất có bƣớc phát triển tạo sản phẩm có hàm lƣợng chất xám cao tiến tới hình thành kinh tế tri thức Do tự động hóa điều khiển q trình sản xuất sâu vào ngõ ngách, vào tất q trình tạo sản phẩm Ngồi khơng thể kể đến lĩnh vực chiếu sáng, nói chiếu sáng đóng vai trị quan trọng đời sống ngƣời Trong công đổi đất nƣớc song song với công Công nghiệp hóa, Hiện đại hóa địi hỏi phát triển kĩ thuật phải đƣợc tiến hành Do yêu cầu cấp thiết phải tìm đƣợc giải pháp tiết kiệm lƣợng Mặc dù gần 90% đèn sợi đốt tiêu thụ chuyển hóa thành nhiệt nhƣng đƣợc sử dụng rộng rãi đời sống hàng ngày Những nguồn sáng phóng điện tiết kiệm lƣợng thấp áp cao áp với chấn lƣu điện từ hiệu suất cao chấn lƣu điện tử tần số cao lựa chọn thơng dụng để trang bị lắp đặt hệ thống chiếu sáng tiết kiệm lƣợng Sau đây, em xin trình bày đồ án em với đề tài : “Xây dựng chấn lƣu cố dùng vi điều khiển cho đèn huỳnh quang” Đồ án em gồm chƣơng : Chƣơng 1: Chấn lƣu khởi động chấn lƣu Chƣơng 2: Xây dựng chấn lƣu cố dùng vi điều khiển cho đèn huỳnh quang Chƣơng 3: Xây dựng mô hình vật lý chấn lƣu cố dùng vi điều khiển cho đèn huỳnh quang Em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo khoa Điện – Điện tử tạo điều kiện cho em làm đƣợc đồ án Em xin cảm ơn đến thầy GS.TSKH Thân Ngọc Hoàn hƣớng dẫn, giúp đỡ nhiệt tình để em hồn thành tốt đồ án Hải phòng, ngày 07 tháng 07 năm 2011 Sinh viên Hoàng Ngọc Hƣng CHƢƠNG 1: CHẤN LƢU VÀ CÁC BỘ KHỞI ĐỘNG CHẤN LƢU 1.1.CHẤN LƢU 1.1.1.Vị trí vai trị chấn lƣu Khơng giống nhƣ đèn sợi đốt đèn phóng điện khơng thể mắc trực tiếp vào lƣới điện Trƣớc dòng điện ổn định cách chúng tăng tăng mạnh làm đèn bị đốt nóng phá hủy Đèn huỳnh quang có cấu tạo gồm hai phận ống đèn hai điện cực hai đầu Cơ chế phát sáng đèn huỳnh quang phức tạp điễn bên ống thủy tinh hình trụ bịt kín Ống đƣợc hút chân khơng, bên có chút thủy ngân đƣợc bơm đầy khí trơ, thƣờng khí argon hay neon Mặt bên ống đƣợc tráng lớp lớp huỳnh quang tức bột phốt Ống có hai điện cực hai đầu, đƣợc nối với mạch điện xoay chiều Khi ta bật công tắc đèn xảy tƣợng hồ quang điện tức phóng điện khí trơ để kích thích tạo ánh sáng Hiện tƣợng nhƣ sau: Khi dòng điện vào gây hiệu điện lớn điện cực dây tóc đầu điện cực nóng lên, phát xạ hạt electron di chuyển ống với vận tốc cao từ đầu đến đầu Trên đƣờng vận động, chúng va chạm vào phân tử khí trơ làm phóng nhiều hạt ion Quá trình tỏa nhiệt làm thủy ngân ống hóa Khi electron ion di chuyển ống, chúng va chạm vào nguyên tử khí thủy ngân Những va chạm làm nguyên tử thủy ngân phát xạ photon ánh sáng cực tím tức tia tử ngoại mà mắt thƣờng không thấy đƣợc Do đó, loại ánh sáng cần phải đƣợc chuyển đổi thành ánh sáng nhìn thấy để thắp sáng bóng đèn nhiệm vụ lớp huỳnh quang ống Khi tia cực tím va chạm vào mặt bóng đèn, làm cho nguyên tử phốt giải phóng hạt photon dạng tia hồng ngoại với ánh sáng trắng mắt thƣờng thấy đƣợc mà khơng sinh nhiệt lƣợng lớn Các nhà sản xuất thay đổi màu sắc ánh sáng cách sử dụng hợp chất huỳnh quang khác Trong loại bóng đèn sợi đốt, chúng phát tia tử ngoại nhƣng không đƣợc chuyển đổi sang tia hồng ngoại nhƣ chế đèn huỳnh quang Đồng thời đèn sợi đốt tỏa nhiệt nhiều sợi tóc nóng sáng làm lãng phí lƣợng Chính vậy, bóng đèn huỳnh quang có hiệu suất phát sáng hiệu bóng đèn sợi đốt thơng thƣờng từ 4-6 lần với tuổi thọ khoảng 8.000 Đèn huỳnh quang dạng đèn phóng điện mơi trƣờng khí Sự phóng điện mơi trƣờng khí khơng giống nhƣ dây dẫn, để có đƣợc phóng điện ống địi hỏi phải có hiệu điện hay điện áp ban đầu đủ lớn hai điện cực để tạo hồ quang điện kích thích phát sáng Do vậy, bóng đèn cần phải mồi phóng điện nhờ hai phận chấn lƣu hay gọi tăng phô tắc te (khởi động) Chấn lƣu: Chấn lƣu đƣợc mắc nối tiếp với hai đầu điện cực, có tác dụng điều chỉnh ổn định tần số dịng điện Nó cuộn dây cảm kháng có tác dụng trì độ tự cảm tức điện áp rơi để điện áp bóng ln khoảng từ 80 -140V Tắc te: Tắc te đƣợc mắc song song với hai đầu điện cực Bản chất tụ điện dùng rơle nhiệt lƣỡng kim, bên chứa khí neon Khi có dịng điện qua, hai cực tích điện đến mức phóng điện Nó có tác dụng khởi động đèn ban đầu Khi bật công tắc, lúc điện áp hai đầu cực 220V chƣa đủ lớn để phóng điện Khi đó, tắc te mắc song song với bóng đèn nên có điện áp 220V đóng vai trị nhƣ mồi phóng điện khiến hai mạch nóng lên chạm vào khép kín mạch điện Tuy nhiên, sau lúc bị nguội co lại gây hở mạch đột ngột Khi cuộn chấn lƣu bị điện áp sinh suất điện động chống lại dòng điện ban đầu Lúc hai điện cực đèn có điện áp tổng điện áp chấn lƣu cộng với điện áp đầu vào 220V gây tổng điện áp khoảng 350V đến 400V hai điện cực bóng đèn (tùy vào đèn bị lão hóa, đen đầu nhiều hay ít) Khi đó, tạo thành nguồn điện cao nung nóng dây tóc bóng đèn, tƣợng hồ quang điện nhƣ giải thích xảy đèn phát sáng Nếu đèn chƣa cháy tắc te phải khởi động vài lần gây nên tƣợng “chớp tắt” mà thƣờng thấy Đồng thời, đèn sáng lên, chấn lƣu lại có nhiệm vụ giảm điện áp lên bóng đèn, trì mức 80 - 140V tùy theo loại đèn Tắc te lúc không cịn tác dụng điện áp đặt lên hai đầu tắc te nhỏ điện áp hoạt động đèn sáng liên tục Sử dụng chấn lƣu điện từ có ƣu điểm rẻ tiền, dễ lắp ráp sửa chữa, nhiên có nhƣợc điểm khởi động chậm, hay khó khởi động giảm áp lƣới điện Do vậy, ngƣời ta thay loại chấn lƣu điện tử không cần tắc te khởi động tiết kiệm nhƣng đắt Độ dài đƣờng kính dây tóc đèn sợi đốt làm hạn chế dịng chạy qua điều chỉnh ánh sáng phát Thay dây tóc đèn phóng điện dùng hiệu ứng hồ quang điện nên cần đến phần tử gọi “chấn lƣu” để trợ giúp cho việc phát sáng Chấn lƣu có ba cơng dụng chính: Cung cấp hiệu khởi động cách xác đèn cần hiệu khởi động lớn hiệu làm việc Làm hợp điện nguồn giá trị điện làm việc đèn Hạn chế dịng để tránh bị hỏng hồ quang xuất tổng trở đèn giảm (hiệu ứng điện trở vi phân âm) Đầu tiên đèn đƣợc coi nhƣ khối khí khơng dẫn hai điện cực Chấn lƣu cần phải cung cấp điện để tạo hồ quang hai điện cực Thế hiệu đƣợc cấp biến áp nằm chấn lƣu đơi đƣợc trợ giúp tắc te để tạo xung cao Khi khí đèn bị ion hóa, điện trở đèn giảm nhanh tránh cho điện cực không bị đốt q nóng Khi dịng điện chạy qua dịng hồ quang khí nóng lên tạo áp suất ống phóng điện Áp suất làm tăng điện trở dòng hồ quang dẫn đến việc tiếp tục đốt nóng khí nâng cao áp suất Chấn lƣu cần phải điều khiển dòng để đèn làm việc ổn định công suất danh định.Thiếu việc điều khiển dòng chấn lƣu,áp suất tăng đặt vào hai điện cực giảm, ion hóa tắt đèn ngừng làm việc Nếu chấn lƣu khơng thích hợp chúng khiến đèn làm việc trạng thái không tối ƣu Kết đèn không làm việc công suất không phát ánh sáng, tuổi thọ chúng giảm Chấn lƣu cần phải cung cấp hiệu danh định để khởi động trì hồ quang cần phải điều khiển dòng để đèn làm việc cơng suất Một số chấn lƣu tự gây ảnh hƣởng bất lợi cho nguồn điện Những vấn đề nguồn lƣới điện lúc tự có mà thƣờng bị thiết bị (giống nhƣ chấn lƣu điện từ điện tử) nối vào nguồn điện gây Những cuộn biến áp tụ điện nóng, trục trặc máy tính, ngắt mạch nhảy thƣờng xuyên,những thiết bị nhƣ radio điện thoại gây ảnh hƣởng lên chất lƣợng nguồn điện Ngƣời ta giảm thứ ảnh hƣởng ý đến đặc trƣng làm việc chấn lƣu 1.1.2.Những đặc trƣng chấn lƣu Để lựa chọn chấn lƣu cho ứng dụng thực tế cần để ý đến ba thông tin sau : Loại đèn Số lƣợng đèn mà chấn lƣu phải làm việc đồng thời Thế hiệu lối vào hệ thống chiếu sáng Sau xác định đƣợc ba tham số chấn lƣu đƣợc lựa chọn tiếp tục dựa đặc trƣng sau đây: 1.1.2.a.Cơng suất lối vào Đó tổng công suất cần thiết để chấn lƣu đèn làm việc nhƣ thể thống Ta khơng tính cơng suất lối vào nhƣ tổng số học công suất chấn lƣu cộng công suất đèn đa số chấn lƣu khơng điều khiển đèn làm việc hết công suất danh định Do công suất lối vào đại lƣợng cần đo xác sau xác định công suất đèn làm việc Các nhà sản xuất chấn lƣu khác biểu diễn cơng suất lối vào khác Mất mát công suất chấn lƣu phần công suất tổn hao riêng chấn lƣu Nếu tổn hao xác định đƣợc cơng suất lối vào tổng tổn hao cộng với công suất đèn Tuy nhiên việc tính dẫn đến sai phạm ta không chắn đèn làm việc hết công suất danh định 1.1.2.b.Điện lối vào Mỗi chấn lƣu làm việc với điện danh định ghi nhãn chấn lƣu Nếu dùng không danh định gây hỏng chấn lƣu đèn hai Bảng 1.1 : Bảng thông số điện danh định chấn lƣu HIỆU ĐIỆN THẾ DANH KHOẢNG THẾ HIỆU LỐI VÀO ĐỊNH 120 208 220 240 250 277 347 480 112-127 199-216 210-230 225-250 235-260 255-290 322-365 450-500 Chấn lƣu điện tử làm việc với hiệu lối vào khoảng 10% hiệu điện danh định Để đáp ứng yêu cầu đa hiệu điện lối vào ứng dụng đèn HID, công nghiệp sản xuất chấn lƣu phát triển loại chấn lƣu cho nhiều giá trị hiệu điện lối vào rơi cuộn biến áp sơ cấp Bù lại tiện nghi thích ứng với nhiều giá trị hiệu điện lối vào, hiệu suất chúng bị giảm Nếu việc giảm hiệu suất khơng đáng kể khơng gây ảnh hƣởng lên việc lên kế hoạch sử dụng đèn HID đại trà Nhận xét loại chấn lƣu đa hiệu có nhiều đầu dây nối với cuộn sơ cấp Điều tạo nên điểm yếu chấn lƣu giãn nở cuộn dây lõi sắt từ q trình làm việc 1.1.2.c Dịng điện lối vào Đó dịng điện tiêu thụ danh định chấn lƣu đèn Đối với đa số chấn lƣu có giá trị dịng điện lối vào đƣợc định Đối với số chấn lƣu khác, thí dụ nhƣ chấn lƣu điện từ dùng cho đèn huỳnh quang thu gọn có dịng làm việc, dịng khởi động dịng mạch hở Có khả dòng khởi động dòng mạch hở lớn dòng làm việc Dòng lớn phải đƣợc ý để thiết kế mạch hệ thống chiếu sáng, mạch khởi động, cầu chì bảo vệ Ngƣợc lại gây hỏng thiệt hại cho hệ thống Dịng khởi động Dòng điện lối vào lúc khởi động ban đầu lớn vài lần so với dòng làm việc danh định Dòng xảy thời gian ngắn khoảng – ms Thông thƣờng chấn lƣu điện tử có dịng khởi động lớn chấn lƣu điện từ chấn lƣu lai Chấn lƣu điện tử nói chung có dịng vào cao chấn lƣu sắt từ chấn lƣu lai Mạch ngắt làm việc liên tục cầu chì nhảy chúng khơng chịu dịng khởi động chấn lƣu Cầu chì bảo vệ Việc dùng cầu chì riêng biệt đơi đƣợc xem xét nhiều đèn làm việc với chấn lƣu ta muốn tắt đèn làm việc tồi Điều giúp ta sửa đèn tránh hỏng toàn hệ thống chấn lƣu bị ngắn mạch Nếu dùng cầu chì nên dùng loại cánh cung kéo mở thuận tiện chịu đƣợc dòng khởi động chấn lƣu Chấn lƣu điện tử thƣờng chịu đƣợc dòng khởi động lớn chấn lƣu sắt từ nên thƣờng không gặp rắc rối cầu chì chịu khơng dịng danh định Méo hài tổng cộng Do dịng đèn phóng điện khơng có dạng hình sin nên dịng chấn lƣu tiêu thụ khơng có dạng hình sin Méo hài kiểu lớn gây nhiều vấn đề cho cơng ty dịch vụ làm q nóng đƣờng dây trung hòa mạng lƣới ba pha Để phân tích nhiễu hài ta phân tích chúng thành tổng hài( tần số 50Hz 60Hz) Độ méo hài đƣợc đánh giá số lƣợng hài có mặt tồn sóng bị méo Ngồi kết phân tích thơng thƣờng chứa tổng hài có mặt gọi độ méo hài tổng cộng THD THD nhỏ dạng sóng gần với dạng sóng hình sin Mức nhiễu hài tổng cộng chấp nhận đƣợc cho hệ lắp đặt thay đổi, nhiên đốt nóng dây trung hịa tránh đƣợc THD nhỏ 33% Hệ số công suất PF Hệ số công suất xác định tƣơng quan hai loại công suất : hữu công vô công Hữu cơng đo kW Đó cơng mà hệ thống thực chuyển động, sản nhiệt thứ tƣơng tự Vô công đo kVAR Hai loại công chung lại tạo công biểu kiến đo đơn vị kVA Cuối hệ số công suất tỷ số hữu cơng cơng biểu kiến, kW/kVAR PF Pvào U I Hệ số công suất chấn lƣu xác định hiệu chuyển hóa hiệu dịng điện nguồn điện thành cơng suất tiêu thụ chấn lƣu đèn Sự tận dụng hiệu dịng điện khiến hệ số cơng suất đạt giá trị 100% Hệ số công suất số xác định khả chấn lƣu tạo ánh sáng đèn Chấn lƣu đƣợc thiết kế có hệ số PF cao thƣờng có PF thích ứng Loại có PF cao dùng chiếu sáng thƣơng mại có giá trị lớn 90% Chấn lƣu loại PF cao dùng dòng khởi động thấp loại có PF thấp, chỗ lắp đặt nhiều chóa đèn Loại chấn lƣu có PF thấp thƣờng có dịng khởi động lớn gấp đơi loại có PF cao Chúng địi hỏi phí tổn dây nối nhiều nhánh đèn số chóa đèn lắp đặt đƣợc hơn, gây q tải tồn mạng bị nhà cung cấp điện bắt phạt Hệ số chấn lƣu Hệ số chấn lƣu tỷ số Thông lƣợng ánh sáng đèn dùng với chấn lƣu xét với Thông lƣợng ánh sáng đèn dùng với chấn lƣu chuẩn Do chấn lƣu phần tử tích hợp hệ thống chiếu sáng nên chúng có ảnh hƣởng trực tiếp lên thông lƣợng ánh sáng phát Hệ số chấn lƣu BF đại lƣợng đánh giá khả chấn lƣu tạo ánh sáng từ đèn Đó tỷ số thông lƣợng đèn phát dùng chấn lƣu quan tâm dùng chấn lƣu chuẩn theo tiêu chuẩn ANSI BF nhân với lumen đèn số lƣợng đèn thành số lumen tổng cộng mà hệ thống gồm chấn lƣu đèn phát Một chấn lƣu có nhiều giá trị BF khác cho đèn khác Thí dụ chấn lƣu điện từ dùng với đèn tiêu chuẩn có BF 95% dùng với đèn tiết kiệm lƣợng có BF 88% Nói chung BF chấn lƣu nhỏ 1, chấn lƣu loại đặc biệt có BF lớn Để tiết kiệm lƣợng thƣờng chọn chấn lƣu với BF thấp Tuy nhiên chọn nhƣ mức ánh sáng phát thấp Do phải xuất phát chọn BF sở đảm bảo độ chiếu sáng, sử dụng lời khuyên nhà sản xuất để chọn BF tối ƣu 10 Hình 3.8: Sơ đồ mạch nạp cấp nguồn cho vi điều khiển Nguyên lý hoạt động phần tử: Pic 16F684: Bộ xử lý trung tâm, thu thập thơng tin đƣa tín hiệu điều khiển thích hợp LS1, LS2 role dùng để đóng mạch nạp cho acquy, chuyển chế độ từ điện áp lƣới sang chế độ inverter Điện trở nhiệt 2.2 dùng để giảm dòng nạp cho acquy Các Transistor dùng để đóng cắt role, kèm theo diode bảo vệ ngắt cuộn hút role Các mạch cầu chia áp dùng điện trở kết hợp diode ổn áp 5V để lấy tín hiệu áp từ acquy, tín hiệu có hay khơng có đèn sáng từ LDR Q3 transitor điều khiển mức logic, mục đích cho phép khơng cho phép mạch inverter hoạt động 3.2.CHƢƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH #include #device *=16 #device adc=8 #FUSES NOWDT //No Watch Dog Timer 55 #FUSES HS //High speed Osc (> 4mhz for PCM/PCH) (>10mhz for PCD) #FUSES NOPUT //No Power Up Timer #FUSES MCLR //Master Clear pin enabled #FUSES NOPROTECT //Code not protected from reading #FUSES NOCPD //No EE protection #FUSES NOBROWNOUT //No brownout reset #use delay (clock=20000000) #byte PortA= 0x05 #byte PortC= 0x07 #bit Role_Acquy =PortC.5 #bit Switch_Inverter =PortC.4 #bit Battery_Error =PortA.2 #bit Inverter_Error =PortC.0 #bit Lamp_Error =PortC.1 #bit Ok =PortC.2 unsigned int8 data[3]={},check=0; int1 enable_time=0,mode_load=0,number_net=0,number_inv=0,error_load=0; int1 error_lamp=0; unsigned int16 time=0; #INT_RTCC void RTCC(void)// CT phuc vu ngat { if(enable_time==1)// Neu yeu cau tao tre { time ; if(time==0) 56 { enable_time=0; } } if(check