CHẤN LƯU VÀ CÁC BỘ KHỞI ĐỘNG CHẤN LƯU
CHẤN LƯU
1.1.1.Vị trí và vai trò của chấn lưu
Đèn phóng điện, khác với đèn sợi đốt, không thể kết nối trực tiếp vào lưới điện do dòng điện có thể tăng mạnh, dẫn đến quá nhiệt và hư hỏng Đèn huỳnh quang bao gồm hai bộ phận chính: ống tuýp và hai điện cực ở hai đầu Cơ chế phát sáng diễn ra trong ống thủy tinh hình trụ kín, được hút chân không và chứa một lượng nhỏ thủy ngân cùng khí trơ như argon hoặc neon Bên trong ống được tráng một lớp bột phốt pho, và hai điện cực được kết nối với mạch điện xoay chiều để tạo ra ánh sáng.
Khi bật công tắc đèn, hiện tượng hồ quang điện xảy ra, tức là sự phóng điện trong khí trơ để tạo ra ánh sáng Dòng điện gây ra hiệu điện thế lớn giữa các điện cực, làm cho dây tóc nóng lên và phát xạ electron Những electron này di chuyển với vận tốc cao trong ống, va chạm với các phân tử khí trơ và tạo ra nhiều hạt ion hơn.
Quá trình tỏa nhiệt trong ống sẽ làm thủy ngân hóa hơi, tạo ra sự di chuyển của các electron và ion Khi chúng va chạm với các nguyên tử khí thủy ngân, các nguyên tử này sẽ phát xạ photon ánh sáng cực tím, không thể nhìn thấy bằng mắt thường Để sử dụng ánh sáng này cho việc chiếu sáng bóng đèn, cần phải chuyển đổi nó thành ánh sáng nhìn thấy, và nhiệm vụ này được thực hiện bởi lớp huỳnh quang.
Khi tia cực tím va chạm vào mặt trong bóng đèn, các nguyên tử phốt pho giải phóng hạt photon dưới dạng tia hồng ngoại và ánh sáng trắng có thể nhìn thấy, mà không tạo ra nhiệt lượng lớn Các nhà sản xuất có thể điều chỉnh màu sắc ánh sáng bằng cách sử dụng các hợp chất huỳnh quang khác nhau.
Bóng đèn sợi đốt phát ra một lượng nhỏ tia tử ngoại nhưng không chuyển đổi thành tia hồng ngoại như đèn huỳnh quang, đồng thời tỏa nhiệt nhiều hơn do sợi tóc nóng sáng, dẫn đến lãng phí năng lượng Điều này khiến đèn huỳnh quang có hiệu suất phát sáng cao gấp 4-6 lần so với bóng đèn sợi đốt, với tuổi thọ khoảng 8.000 giờ Đèn huỳnh quang hoạt động dựa trên nguyên lý phóng điện trong môi trường khí, yêu cầu một hiệu điện thế lớn giữa hai điện cực để kích thích sự phát sáng, do đó cần có chấn lưu và tắc te để khởi động.
Chấn lưu là thiết bị được kết nối nối tiếp với hai đầu điện cực, có chức năng điều chỉnh và ổn định tần số dòng điện Thiết bị này hoạt động như một cuộn dây cảm kháng, giúp duy trì độ tự cảm, từ đó giữ cho điện áp rơi trên nó và điện áp tại bóng đèn luôn ổn định trong khoảng từ 80 đến 140V.
Tắc te là một thiết bị điện được mắc song song với hai đầu điện cực, hoạt động như một tụ điện sử dụng rơle nhiệt lưỡng kim và chứa khí neon bên trong Khi dòng điện đi qua, hai cực tích điện đến một mức nhất định sẽ tạo ra hiện tượng phóng điện, giúp khởi động đèn ban đầu.
Khi bật công tắc, lúc này điện áp giữa hai đầu cực là 220V chƣa đủ lớn để phóng điện
Khi đó, vì tắc te mắc song song với bóng đèn nên nó cũng có điện áp là
220V và đóng vai trò nhƣ con mồi sẽ phóng điện khiến hai mạch của nó nóng lên chạm vào nhau khép kín mạch điện
Khi đèn nguội và co lại, cuộn chấn lưu mất điện áp, tạo ra suất điện động chống lại sự mất dòng điện ban đầu Lúc này, điện áp giữa hai điện cực của đèn đạt khoảng 350V đến 400V, tùy thuộc vào mức độ lão hóa của đèn Nguồn điện cao này làm nóng dây tóc, gây ra hiện tượng hồ quang điện và đèn phát sáng Nếu đèn chưa cháy, tắc te sẽ khởi động nhiều lần, dẫn đến hiện tượng “chớp tắt.” Khi đèn đã sáng, chấn lưu giảm điện áp xuống mức 80 - 140V, tùy theo loại đèn, và tắc te không còn tác dụng do điện áp thấp hơn mức hoạt động của nó, giúp đèn sáng liên tục.
Chấn lưu điện từ có ưu điểm là chi phí thấp và dễ dàng lắp ráp, nhưng nhược điểm là khởi động chậm và khó khăn khi áp lưới điện giảm Do đó, chấn lưu điện tử không cần tắc te là lựa chọn thay thế, giúp khởi động ngay lập tức và tiết kiệm hơn, mặc dù giá thành cao hơn Độ dài và đường kính của dây tóc trong đèn sợi đốt hạn chế dòng điện và điều chỉnh ánh sáng phát ra, trong khi đèn phóng điện sử dụng hiệu ứng hồ quang điện cần có chấn lưu để hỗ trợ quá trình phát sáng.
Chấn lưu có ba công dụng chính: cung cấp điện thế khởi động chính xác cho đèn, làm hợp điện thế nguồn về giá trị điện thế làm việc của đèn, và hạn chế dòng điện để tránh hư hỏng Đèn cần một điện thế khởi động lớn hơn điện thế làm việc, và chấn lưu phải tạo ra điện thế này thông qua bộ biến áp bên trong Đôi khi, tắc te cũng được sử dụng để tạo ra xung điện cao thế Khi hồ quang xuất hiện, điện trở của đèn sẽ giảm nhanh chóng, giúp bảo vệ các điện cực khỏi việc bị đốt nóng quá mức.
Khi dòng điện chạy qua hồ quang, khí trong ống phóng điện sẽ nóng lên và tạo ra áp suất, làm tăng điện trở của hồ quang Áp suất này dẫn đến việc tiếp tục đốt nóng khí, từ đó nâng cao áp suất hơn nữa Để đảm bảo đèn hoạt động ổn định tại công suất danh định, chấn lưu cần điều khiển điện thế và dòng điện Nếu không có sự điều khiển dòng của chấn lưu, áp suất sẽ tăng cho đến khi điện thế giữa hai điện cực giảm, dẫn đến việc ion hóa ngừng lại và đèn sẽ ngừng hoạt động.
Nếu chấn lưu không thích hợp chúng sẽ khiến đèn làm việc trong trạng thái không tối ƣu
Đèn không hoạt động ở công suất tối ưu sẽ dẫn đến ánh sáng không chính xác và giảm tuổi thọ Để khởi động và duy trì hồ quang, chấn lưu cần cung cấp đúng điện áp danh định và điều chỉnh dòng điện để đèn hoạt động hiệu quả.
Một số chấn lưu tự nó có thể gây ra ảnh hưởng tiêu cực đến nguồn điện Các vấn đề của lưới điện thường không chỉ do nguyên nhân tự nhiên mà còn do thiết bị như chấn lưu điện từ và điện tử khi kết nối vào nguồn điện Những yếu tố như cuộn biến áp và tụ điện quá nóng, sự cố máy tính, ngắt mạch thường xuyên, cũng như các thiết bị như radio và điện thoại đều ảnh hưởng đến chất lượng nguồn điện Để giảm thiểu những tác động này, cần chú ý đến đặc trưng hoạt động của các chấn lưu.
1.1.2.Những đặc trưng cơ bản của chấn lưu Để lựa chọn chấn lưu cho các ứng dụng trên thực tế cần để ý đến ba
Để chọn chấn lưu cho hệ thống chiếu sáng, trước tiên cần xác định ba tham số quan trọng Sau khi có các tham số này, việc lựa chọn chấn lưu sẽ dựa trên các đặc trưng kỹ thuật liên quan.
1.1.2.a.Công suất lối vào Đó là tổng công suất cần thiết để cả chấn lưu và đèn làm việc như một thể thống nhất Ta không thế tính công suất lối vào nhƣ tổng số học của công suất chấn lưu cộng công suất đèn bởi vì đa số chấn lưu không điều khiển đèn làm việc hết công suất danh định Do vậy công suất lối vào là một đại lƣợng cần đo chính xác sau khi xác định đúng công suất của đèn đang làm việc
CÁC BỘ KHỞI ĐỘNG CỦA CHẤN LƯU ĐIỆN TỬ
Có ba loại mạch chấn lưu điện tử chính được sử dụng hiện nay, phân loại theo cơ chế khởi động: khởi động bằng cách đốt nóng trước, khởi động trong chốc lát và khởi động nhanh Ngoài ra, khi sử dụng chấn lưu lai và chấn lưu điện tử, còn có hai kiểu khởi động bổ sung: khởi động nhanh cải tiến và khởi động tức thời cho các loại đèn khởi động nhanh.
1.2.1.Khởi động do điện cực được đốt nóng trước(Chấn lưu điện từ)
Hình 1.2: Mạch khởi động đốt nóng trước
Mạch đốt nóng trước, như trình bày trong hình 1.2, cung cấp điện để làm nóng điện cực trước khi đèn huỳnh quang khởi động, đây là phương pháp khởi động đầu tiên cho loại đèn này Việc đốt nóng điện cực là cần thiết để thiết lập sự phóng điện trong đèn, có thể thực hiện bằng tay hoặc tự động thông qua tắc te mắc nối tiếp với chấn lưu Khi nguồn điện được cấp, tắc te đóng lại, cho phép dòng điện chạy qua hai điện cực, làm chúng nóng lên Sau vài giây, khi điện cực đạt nhiệt độ nhất định, tắc te tự động mở ra, cho phép dòng điện chạy qua khối khí trong đèn, dẫn đến sự phóng điện và ánh sáng được phát ra Phương pháp khởi động này thường được sử dụng cho đèn huỳnh quang loại ống dài và loại thu gọn (công suất từ 4W đến 30W), trong đó đèn ống dài có tắc te bên ngoài, còn đèn thu gọn có tắc te gắn liền trong đui đèn Đèn ống dài khởi động bằng phương pháp đốt nóng trước có thể hoạt động với chấn lưu khởi động điều khiển, loại chấn lưu này có cuộn riêng để đốt nóng điện cực mà không cần tắc te.
1.2.2.Khởi động ngay (Chấn lưu điện từ và điện tử)
Loại đèn này có khả năng khởi động ngay mà không cần tắc te, nhờ vào việc chấn lưu cung cấp thế hở mạch gấp ba lần so với thế hiệu làm việc danh định Thế cao này được lấy từ cuộn biến áp tự ngẫu lớn nằm trong chấn lưu, dẫn đến việc chấn lưu có kích thước lớn hơn so với loại chấn lưu điện từ.
Chấn lưu kiểu khởi động ngay dùng cho hai đèn có hai dạng: Mạch kéo co và mạch nối tiếp theo chuỗi
1.2.2.a.Mạch kéo co(Chấn lưu điện từ)
Hình 1.3: Mạch kéo co khởi động ngay
Mạch kéo co khởi động ngay khác với mạch khởi động đốt nóng trước ở chỗ không sử dụng tắc te và không có thế khởi động lớn Mạch này khởi động hai đèn riêng rẽ, độc lập với nhau, dẫn đến việc chấn lưu lớn hơn Để cải thiện tham số nguồn, một tụ điện được mắc nối tiếp với một đèn Mạch có cuộn cảm mắc nối tiếp với đèn được gọi là mạch trễ (kéo), trong khi mạch có tụ điện mắc nối tiếp với đèn được gọi là mạch trội (co) Vì vậy, mạch này được gọi là mạch kéo co.
1.2.2.b.Mạch nối tiếp theo chuỗi(Chấn lưu điện từ)
Mạch chấn lưu khởi động ngay giúp giảm kích thước, giá thành và trọng lượng của chấn lưu kiểu kéo co Trong mạch này, hai đèn được mắc nối tiếp với nhau và kết nối với cuộn khởi động của đèn.
Trong mạch điện này, cuộn khởi động sẽ bật ngay một đèn, trong khi đèn còn lại tự khởi động sau đó Việc mắc hai đèn nối tiếp cho phép chấn lưu không cần cấp dòng riêng cho từng đèn, giúp giảm trọng lượng và kích thước của chấn lưu xuống chỉ còn 1/3 so với loại chấn lưu thông thường.
1.2.2.c.Mạch khởi động ngay dùng chấn lưu điện tử
Hình 1.5: Mạch khởi động ngay dùng chấn lưu điện tử
Mạch khởi động sử dụng chấn lưu điện tử hoạt động tương tự như mạch kéo co, cung cấp điện áp cao để khởi động độc lập hai đèn mắc song song Sau khi khởi động, chấn lưu điều chỉnh dòng điện đi qua hai đèn, và kích thước của chấn lưu nhỏ hơn do thuộc loại chấn lưu điện tử.
1.2.3.Khởi động nhanh (Chấn lưu điện từ và điện tử)
Hình 1.6: Mạch khởi động nhanh
Hệ thống chiếu sáng với mạch khởi động nhanh đang trở nên phổ biến cho đèn huỳnh quang 1,2m và các loại đèn huỳnh quang có thông lượng phát lớn như HO 800mA và VHO 1500mA Điện cực của đèn được đốt nóng tự động nhờ cuộn biến áp trong chấn lưu, không cần sử dụng tắc te, nhưng toàn bộ bộ đèn cần được tiếp đất cẩn thận để đảm bảo khởi động hiệu quả Các đèn cần được đặt cách nhau 3 inch (đối với đèn F40T12), 1 inch (đối với đèn F32T8) hoặc sát nhau (đối với đèn 800mA HO và 1500mA VHO) trong cùng một chóa đèn để khởi động phù hợp Sau khi khởi động, các điện cực vẫn tiếp tục được đốt nóng.
Do các điện cực luôn được đốt nóng, thế hiệu cần thiết để khởi động đèn sẽ nhỏ hơn so với mạch khởi động ngay, dẫn đến kích thước của chấn lưu cũng giảm Đèn với mạch khởi động nhanh phát sáng ngay lập tức với độ sáng yếu và đạt cực đại trong khoảng 2 giây.
Các đèn thường được mắc nối tiếp,nhưng đôi khi các chấn lưu điện tử cũng đƣợc mắc song song
1.2.4.Mạch khởi động nhanh cải tiến (Chấn lưu lai)
Hình 1.7: Mạch khởi động nhanh sửa đổi
Mạch khởi động nhanh cải tiến hoạt động tương tự như mạch khởi động nhanh nhưng có khả năng tự động ngắt dòng điện đốt nóng điện cực sau khi đèn đã được khởi động Sau khi quá trình phóng điện đã được thiết lập, việc duy trì đốt điện cực trở nên không cần thiết Việc ngắt dòng điện này giúp tiết kiệm khoảng 3 watts cho mỗi bóng đèn.
1.2.5.Mạch khởi động tức thời của đèn khởi động nhanh (Chấn lưu điện tử)
Hình 1.8: Mạch khởi động tức thời của đèn khởi động nhanh
Mạch khởi động nhanh thường được sử dụng với đèn T8, cung cấp thế hở mạch lớn cho hai điện cực không được đốt nóng trước Đèn T8 được khởi động độc lập và mắc song song, nhưng loại mạch này có thể làm giảm tuổi thọ của đèn đến 25% tùy thuộc vào số lần bật trong ngày Điện cực của đèn T8 được thiết kế đặc biệt để tương thích với mạch khởi động này Để hoạt động hiệu quả, các bóng đèn phóng điện cần thêm chấn lưu và thiết bị mồi Chấn lưu có chức năng tạo điện áp cao để khởi động đèn và ổn định dòng điện khi đèn sáng.
Ballast điện từ (sắt từ) hoạt động ở tần số thấp từ 50-60 Hz, bao gồm một cuộn dây đồng quấn quanh lõi thép kỹ thuật điện Loại ballast này gây tổn hao điện, làm chậm quá trình khởi động đèn, dẫn đến việc bóng đèn nhanh hỏng và chớp tắt nhiều lần, ảnh hưởng tiêu cực đến các thiết bị điện tử.
Ballast điện từ hiệu suất cao hoạt động ở tần số 50-60Hz, tích hợp mạch điện tử giúp loại bỏ điện áp đốt nóng điện cực khi đèn khởi động Sử dụng lá thép kỹ thuật điện mỏng và dây đồng chất lượng cao, cùng với việc tối ưu hóa số vòng dây quấn, ballast này không chỉ tiết kiệm năng lượng mà còn vận hành mát mẻ Với tuổi thọ lên đến hơn 15 năm, ballast điện từ hiệu suất cao giảm thiểu chi phí bảo trì.
Ballast điện tử là thiết bị nhận dòng điện với tần số 50÷60 Hz và cung cấp ra dòng điện tần số từ 20÷60 KHz, giúp giảm tiếng ồn có thể nghe được Sử dụng linh kiện điện tử, ballast điện tử điều khiển dòng điện trong mạch một cách chính xác, giảm ánh sáng nhấp nháy, cải thiện hiệu quả của phosphor đèn và tăng quang thông Điều này không chỉ kéo dài tuổi thọ bóng đèn mà còn giảm tổn thất điện năng, với hệ số công suất cao (0,9 – 0,99).
XÂY DỰNG CHẤN LƯU SỰ CỐ DÙNG VI ĐIỀU KHIỂN
GIỚI THIỆU CHUNG
Việc sử dụng vi điều khiển trong ứng dụng chiếu sáng đã được áp dụng trong nhiều hệ thống, với mục tiêu tiết kiệm năng lượng thông qua việc điều khiển chấn lưu Bài báo này trình bày một thiết kế vi điều khiển có khả năng thực hiện đồng thời chức năng kiểm soát và giám sát Nó được lập trình để điều khiển các hệ thống con khác nhau và xây dựng một hệ thống tự kiểm tra, nhằm đảm bảo hoạt động chính xác và giảm chi phí bảo trì.
Hệ thống chiếu sáng sự cố truyền thống có chức năng cung cấp ánh sáng tối thiểu khi xảy ra mất điện lưới Để đảm bảo hoạt động của đèn trong tình huống này, một module pin được sử dụng để cấp năng lượng Sơ đồ khối của hệ thống được thể hiện trong hình 2.1(a).
Các sự cố như hỏng pin, đèn và mạch khởi động cần được phát hiện và sửa chữa bởi nhân viên đào tạo Việc thiếu khả năng tự chẩn đoán có thể làm giảm khả năng sử dụng của hệ thống.
Việc tự kiểm tra và chẩn đoán lỗi là yêu cầu cấp thiết cho hệ thống chất lượng cao, giúp cải thiện an ninh và giảm chi phí bảo trì Một hệ thống chiếu sáng thông minh có khả năng tự kiểm tra chức năng mỗi 14 ngày và hiển thị kết quả trên màn hình LED Hệ thống này mang lại nhiều ưu điểm vượt trội so với các hệ thống truyền thống.
ĐỀ XUẤT HỆ THỐNG
Sơ đồ khối của Chấn lưu cho đèn huỳnh quang được thiết kế để thay thế khối cảm biến điện áp lưới đơn giản bằng vi điều khiển có chức năng vượt trội Mạch mới này không chỉ cung cấp bộ cảm biến điện áp lưới mà còn kích hoạt biến tần và giám sát hệ thống, bao gồm các yếu tố như đèn pin, trạng thái ắc quy, liên lạc ngoại vi và các bậc năng lượng hoạt động.
Hình 2.1: Sơ đồ khối của chấn lưu sự cố
(a) Hệ thống truyền thống (b)Hệ thống đề xuất
Cấu trúc trong hình 2.2(b) rất linh hoạt, cho phép nhiều thiết bị giao tiếp với máy tính chủ, đồng thời hiển thị trạng thái của từng thiết bị liên tục.
Việc chọn lựa bộ vi xử lý làm thiết bị điều khiển trong một chip duy nhất cung cấp tất cả các thành phần cần thiết cho một hệ thống điều khiển hoàn chỉnh, bao gồm CPU, RAM và nhiều thiết bị khác.
ROM, A / D à D / A, bộ biến đổi, bộ định thời, các cổng nối tiếp và song song, vv…
Quá trình thiết kế vi điều khiển bao gồm ba bước cơ bản:
2) Phát triển Phần mềm và phần cứng cho một mẫu thử nghiệm đầu tiên Trong bước này, phần mềm và phần cứng được kiểm tra bằng một hệ thống tiên tiến Sử dụng một hệ thống tiên tiến có độ chính xác vƣợt trội bằng cách thử và gỡ lỗi, từ đó tạo thuận lợi cho quá trình thiết kế kỹ thuật Một nguyên mẫu đầu tiên sau đó được phát triển với các chương trình và dữ liệu được lưu trữ trong bộ nhớ EPROM của vi điều khiển
Khi hệ thống đã được gỡ rối hoàn toàn, tất cả dữ liệu sẽ được kết hợp trong một chương trình cụ thể và lưu trữ trong ROM của vi điều khiển Bước cuối cùng này do các nhà sản xuất chip thực hiện.
Bộ não của hệ thống sự cố được xây dựng trên vi điều khiển, trong khi phần lớn hệ thống sử dụng công nghệ điện tử công suất Thiết kế thiết bị điện tử công suất tập trung vào hiệu suất, độ tin cậy, kích thước và trọng lượng tối thiểu, nhằm đảm bảo chi phí thấp nhất Biến tần đẩy kéo tạo ra điện áp cao tần từ pin DC điện áp thấp, cung cấp ánh sáng chất lượng cao cho đèn huỳnh quang mà không gây nhấp nháy Bộ sạc pin hoạt động theo nguyên lý flyback với cầu chỉnh lưu diode cả chu kỳ, ở chế độ dẫn điện không liên tục, giúp duy trì hệ số công suất cao và giảm thiểu độ biến dạng điện áp.
MÔ HÌNH THỬ NGHIỆM
Sơ đồ khối của mô hình thử nghiệm được minh họa trong hình 2.2, bao gồm ba khối chính và tín hiệu giao diện của chúng Mỗi khối cơ bản sẽ được trình bày chi tiết trong các phần tiếp theo.
Bộ sạc pin giúp duy trì việc nạp pin khi điện áp lưới bị sụt, đặc biệt trong các hệ thống chiếu sáng khẩn cấp Trong trường hợp này, không cần thiết phải sử dụng phương pháp nạp nhanh Thay vào đó, pin được sạc bằng phương pháp chuẩn với dòng giới hạn 0.1C A, trong đó C là tỷ lệ đo bằng ampe tương ứng với dung lượng ắc quy tính bằng ampe-giờ (Ah).
Tiếp tục nạp ắc quy sau khi đã đạt trạng thái tối đa sẽ dẫn đến quá tải, làm cho toàn bộ năng lượng được chuyển thành nhiệt trong ắc quy Điều này rất quan trọng để tránh tình trạng quá tải, nhằm bảo vệ tuổi thọ và hiệu suất của ắc quy.
Hình 2.2 :Sơ đồ khối nguyên mẫu phát triển
O.K vệ ắc qui khỏi suy thoái và tiết kiệm năng lƣợng Điện áp quá tải của một ắc qui nickel-cadmium thường 1.45V mỗi mô dun
Trạng thái nạp đầy của ắc quy có thể được kiểm tra bằng cách đo điện áp Khi ắc quy đã được sạc đầy, bộ vi điều khiển sẽ chuyển sang chế độ sạc chậm, giảm dòng điện xuống mức nhỏ để duy trì ắc quy Giá trị dòng nhỏ giọt tiêu chuẩn hiện tại là 0.01C A, và bộ vi điều khiển sử dụng kỹ thuật số ở đầu ra C/M cho mục đích này.
Sơ đồ cơ bản của bộ sạc ắc quy được trình bày trong hình 2.3, là bộ chỉnh lưu cả chu kỳ theo sơ đồ flyback hoạt động ở chế độ dẫn điện không liên tục (DCM) với tần số không đổi Trong chế độ hoạt động này, giá trị trung bình của dòng điện tỷ lệ thuận với điện áp, và bộ biến đổi hoạt động như một tải điện trở trong điều kiện lý tưởng.
Đầu tiên, điện áp đầu vào của mạch vg là đầu ra của bộ chỉnh lưu, được biểu diễn bằng công thức: Vg = Vmax * sin(ωt), trong đó Vmax là giá trị cực đại của điện áp và ω là tần số của điện áp lưới.
Khi Q1 đóng, nghĩa là dòng chảy qua cuộn cảm đầu vào là LM1
Hình 2.3:Sơ đồ cơ bản của bộ sạc pin t
Giả thiết rằng bộ chuyển đổi hoạt động ở chế độ DCM và dòng chạy qua cảm kháng bằng không Khi tần số đóng ngắt vượt xa tần số dòng điện, như 100kHz so với 50-60Hz, ta có thể coi điện áp đầu vào vg là không đổi trong suốt thời gian dẫn Q1 Dạng sóng ig sẽ là một đường thẳng với độ dốc không đổi, như minh họa trong hình 4 (a) Giá trị cực đại của dòng đầu vào trong mỗi khoảng thời gian dẫn sẽ được tính bằng công thức: s M g gp dT.
Trong đó, d là chu kỳ tải và Ts là thời gian đóng ngắt Giá trị trung bình trong khoảng thời gian dẫn có thể được tính toán bằng công thức: g M s gp gm v.
1 (4) Điều đó có nghĩa là sự thay đổi trong mỗi chu kỳ đóng ngắt và tự lập lại mỗi nửa chu kỳ điện áp lưới Sử dụng (1) vào (4)
Hình 2.4:Pin sạc dạng sóng
(a)Điện áp và dòng điện đầu vào (b)Dòng điện đầu ra
Khi giả thiết chu kỳ làm việc và tần số đóng ngắt không đổi, dòng vào có dạng hình sin và tỷ lệ thuận với điện áp đầu vào Do đó, bộ chuyển đổi hoạt động như một điện trở tải, với giá trị được xác định bởi tỷ số giữa điện áp lưới và dòng lưới ở tần số 50 Hz.
Bộ biến đổi Flyback hoạt động ở chế độ DCM cung cấp hệ số chỉnh công suất (PFC) mà không cần vòng phản hồi Chúng ta đã xem xét vấn đề sạc pin với dòng ra của bộ biến đổi Hình 2.4 (b) mô tả dòng điện trong một chu kỳ đóng ngắt, chảy qua diode D1 khi transistor tắc, cho đến khi năng lượng trong lõi giảm xuống bằng không (khoảng t1) Lúc này, điện áp đầu ra VB giữ nguyên và bằng điện áp ắc quy, giả định các thành phần là lý tưởng.
Lúc này khoảng t1 có thể đƣợc tính sp B
M i V t 1 L 2 (7) là công thức liên quan đến điện cảm ra của bộ biến đổi flyback, trong đó isp là xung dòng ra Để tính toán mối quan hệ giữa dòng cực đại và độ tự cảm, ta có thể áp dụng công thức gp sp i i n 1.
M (8) trong đó n = N 2 /N 1 và thay (3) và (8) vào (7), chúng ta có đƣợc
Giá trị trung bình của dòng ra sẽ là : s sp sm T i t i 1
Và thay (1), (3), (8), và (9) vào (10), chúng ta có đƣợc:
Dựa vào mối quan hệ lƣợng giác sin2a = (1-cos2a) / 2, chúng ta có thể viết giá trị trung bình dòng ra một cách rõ ràng hơn i sm I sm ( 1 cos 2 L t )
Vì vậy, dòng điện này bao gồm một dòng một chiều Ism và một dòng xoay chiều ở tần số gấp 2 lần tần số lưới
Phương trình (13) xác định giá trị trung bình cuối cùng của mạch nạp điện, cho phép chúng ta tính toán các thông số của bộ biến đổi để cung cấp mức sạc cần thiết cho ắc quy Tuy nhiên, dòng nạp ắc quy có thể thay đổi dựa trên giá trị trung bình của chu kỳ tải.
Chuyển từ dòng nạp định mức sang giá trị dòng duy trì được thực hiện thông qua việc giảm trong chu kỳ làm việc Các tín hiệu số C / M cung cấp hai mức độ sạc ắc quy: khi C / M cao, chu kỳ điều chỉnh về giá trị định mức, và khi C / M thấp, chu kỳ giảm để cung cấp dòng duy trì tương ứng Một vi mạch so sánh được sử dụng để tạo ra điện áp so sánh ở chân 2 của mạch điều khiển bộ chuyển đổi.
Sự thay đổi chu kỳ làm việc chỉ tạo ra một xung của dòng đầu vào, trong khi dòng đầu vào luôn là hình sin, điều này đảm bảo PFC ở cả hai mức sạc.
Cuối cùng, điều kiện để bảo đảm cho hoạt động chuyển đổi trong DCM là :
(14) kể từ t1 là sóng sin biến đổi Thay (9) vào (14), sắp xếp lại g
Phương trình (15) xác định điều kiện cuối cùng của chế độ dẫn không liên, yêu cầu xem xét giá trị tối thiểu của điện áp bình ắc quy, đặc biệt khi ắc quy phóng điện Đối với ắc quy Ni-Cd, giá trị điện áp mỗi tế bào là 0.9V Cần lưu ý rằng sự thay đổi điện áp lưới cũng ảnh hưởng đến quá trình này, vì vậy giá trị cực đại, thường khoảng 125% giá trị danh định, phải được sử dụng Trong trường hợp tổng quát, các quá trình phóng nạp của ắc quy có thể được mô tả bằng bảng.
Bảng 2.1 : Đặc trƣng quá trình phóng nạp của ắc qui
Trạng thái của ắc quy Bản cực dương Dung dịch điện phân Bản cực âm Đã đƣợc nạp no Đã phóng hết điện
(sun fát chì tinh thể nhỏ)
PbSO4 (sun fát chì tinh thể nhỏ )
XÂY DỰNG MÔ HÌNH VẬT LÝ HỆ THỐNG CHẤN LƯU SỰ CỐ DÙNG VI ĐIỀU KHIỂN CHO ĐÈN HUỲNH QUANG
XÂY DỰNG SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MẠCH
3.1.1.Giới thiệu các linh kiện chính sử dụng trong mạch
Trong mạch ta sử dụng PIC16F688 có cấu tạo14 chân, ADC 10bit, 4K word
Hình 3.1: Sơ đồ chân của PIC 16F688
Hình 3.2 : Hình dạng thực tế của PIC 16F688
Rơ le SPDT : Bộ chuyển mạch đơn cực hai vị trí
Coil: 12Vdc, 275 Ohm, 43.6mA Current
Hình 3.3 : Hình dạng thực tế của rơ le
Hình 3.4: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển đèn huỳnh quang
Hình 3.5:Sơ đồ mạch in mạch điều khiển thực tế
Hình 3.6: Sơ đồ nguyên lý mạch inverter
Hình 3.7 :Sơ đồ mạch in thực tế
Hình 3.8: Sơ đồ mạch nạp và cấp nguồn cho vi điều khiển
Nguyên lý hoạt động chính của các phần tử:
Pic 16F684: Bộ xử lý trung tâm, thu thập thông tin và đƣa ra tín hiệu điều khiển thích hợp
LS1 và LS2 là các role quan trọng trong việc đóng mạch nạp cho acquy, giúp chuyển đổi chế độ từ điện áp lưới sang chế độ inverter Điện trở nhiệt 2.2 được sử dụng để giảm dòng nạp cho acquy, đảm bảo hiệu suất và an toàn trong quá trình sạc.
Các Transistor dùng để đóng cắt role, kèm theo các diode bảo vệ khi ngắt cuộn hút role
Các mạch cầu chia áp sử dụng điện trở kết hợp với diode ổn áp 5V để thu nhận tín hiệu áp từ acquy, đồng thời xác định tín hiệu có hay không có đèn sáng thông qua cảm biến LDR.
Q3 là transitor điều khiển mức logic, mục đích là cho phép hoặc không cho phép mạch inverter hoạt động.
CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH
#FUSES NOWDT //No Watch Dog Timer
#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
#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
Set_Adc_Channel(7);//Chuan bi doc dien ap luoi if(check)
{ data[check-1]=Read_Adc();// lay Adc
Set_Adc_Channel(0);//Chuan bi doc dien ap acquy if(check==3)
{ data[check-2]=Read_Adc();// lay Adc
Set_Adc_Channel(1);//Chuan bi doc LDR if(check==5)
{ data[check-3]=Read_Adc();// lay Adc
{ check=0;// Da doc xong cac dau vao Adc }
{ time=t175 && number_inv==0)// Acquy Full
Role_Acquy=0;//Tat role nap acquy
Battery_Error=1;// Tat den Led bao loi nap acquy mode_load=0;// Da nap xong
} else if(data[1]180 && number_inv==0)// Neu nap acquy ma
// Dien ap ko vao acquy
Battery_Error=0;// Bat den Led bao loi nap acquy
Ok=1;// Den Ok tat error_load=1;// Bao loi nap acquy
Role_Acquy=0;// Tat Role nap Acquy
} else if(mode_load==1 && data[1]160)// Neu LDR bao loi
Lamp_Error=0;// Bat Led bao loi lamp
Ok=1;// Den Ok tat error_lamp=1;// Bao loi den
} else if(data[2]