Bộ nguồn liên tục UPS là một trong những ứng dụng quan trọng của điện tử công suát. Bộ nguồn liên tục UPS sử dụng bộ biến đổi điện tử công suất làm chức năng chỉnh lưu và nặp Ắc Quy để tích trữ điện năng khi làm việc bình thường. Khi có sự cố bộ ngịch lưu làm nhiệm vụ biến đổi điện năng một chiều tích lũy trong tụ thành điện năng xoay chiều cung cấp cho tải. Chính vì vậy nhận thấy được tầm quan trọng và ứng dụng thực tế của bộ biến đổi UPS trong đời sống và sản xuất nên nhóm em đã chọn đề tài nghiên tài này để làm đồ án tốt nghiệp. Toàn bộ bài đồ án được chia làm 5 chương.Chương I : giới thiệu tổng quan về UPS (uninterruptible power system)Chương II : Tính toán và lựa chọn bộ Ắc Quy cho nguồn UPS.Chương III : Giới thiệu tổng quan về các van bán dẫn.Chương IV : Tổng quan về nghịch lưu.Chương V : Tính toán và thiết kế mạch điều khiển.
LỜI MỞ ĐẦU Ngày nhà máy công nghiệp đại, thiết bị điện tử công suất ngày sử dụng nhiều Việc thay thiết bị điện động có tiếp điểm kích thước lớn phần tử tĩnh tiếp điểm, kích thước nhỏ gọn, công suất lớn làm cho thiết bị máy móc công nghiệp phát triển lên tầm cao Đó nhiệm vụ điện tử công suất Sinh viên ngành tự động hóa điện tử công suất nên việc học điện tử công suất cần thiết Trong trình học tập lớp thời gian có hạn nên tìm hiểu nhiều môn học quan trọng này, làm đồ án tốt nghiệp điện tử công suất làm chúng em hiểu thêm môn học toán thực tế Bộ nguồn liên tục UPS ứng dụng quan trọng điện tử công suát Bộ nguồn liên tục UPS sử dụng biến đổi điện tử công suất làm chức chỉnh lưu nặp Ắc Quy để tích trữ điện làm việc bình thường Khi có cố ngịch lưu làm nhiệm vụ biến đổi điện chiều tích lũy tụ thành điện xoay chiều cung cấp cho tải Chính nhận thấy tầm quan trọng ứng dụng thực tế biến đổi UPS đời sống sản xuất nên nhóm em chọn đề tài nghiên tài để làm đồ án tốt nghiệp Toàn đồ án chia làm chương Chương I : giới thiệu tổng quan UPS (uninterruptible power system) Chương II : Tính toán lựa chọn Ắc Quy cho nguồn UPS Chương III : Giới thiệu tổng quan van bán dẫn Chương IV : Tổng quan nghịch lưu Trường ĐH Công nghiệp Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Chương V : Tính toán thiết kế mạch điều khiển Trong trình làm đồ án chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy giáo hướng dẫn chúng em: Ths……………… thầy cô giáo khoa tận tình giúp đỡ hướng dẫn em hoàn thành đồ án Trong trình thực làm đồ án, chúng em cố gắng song tránh khỏi thiếu sót sai lầm định Chúng em mong nhận góp ý bảo thầy cô khoa Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội ngày 20 tháng năm 2011 Sinh viên thực Lương Xuân Hương Hoàng Văn Hưng Hoàng Đình Trung Khoa Điện – Bộ môn Tự động hóa GVHD: Th.s Dương Anh Tuấn SVTH: Nhóm SV Lớp CĐ Điện6 – K10 Trường ĐH Công nghiệp Hà Nội Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG I :GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ UPS ( uninterruptible power system ) Giới thiệu chung UPS * Sơ đồ đấu UPS: Hình 1.1 Hình dạng UPS, sơ đồ đấu UPS 1.1 Cung cấp lượng điện cho tải nhạy cảm 1.1.1 Sự cố nguồn lượng điện Sự cố nguồn lượng điện xẩy trình lắp đặt trang thiết bị đầu vào hệ thống (quá tải, nhiễu, cân pha, sấm sét, …) Những cố gây hậu khác Về mặt lý thuyết: Hệ thống phân phối lượng điện tạo điện áp hình sin vơi biên độ tần số thích hợp để cung cấp cho thiết bị điện (220V50Hz chẳng hạn) Trong thực tế, sóng hình sin điện áp dòng điện tần số bị ảnh hưởng phạm vi khác cố xuất hệ thống Đối với hệ thống cung cấp điện: Có thể bị cố gián đoạn cung cấp điện vì: Khoa Điện – Bộ môn Tự động hóa GVHD: Th.s Dương Anh Tuấn SVTH: Nhóm SV Lớp CĐ Điện6 – K10 Trường ĐH Công nghiệp Hà Nội Đồ án tốt nghiệp • Hiện tượng nhiễm điện bầu khí (thường không tránh khỏi) Điều ảnh hưởng đến đường dây trời cáp chôn, chẳng hạn: -Sấm sét làm điện áp tăng đột ngột hệ thống cung cấp điện -Sương giá làm cho đường dây bị đứt • Những tượng ngẫu nhiên, chẳng hạn: -Cành rơi gây gắn mạch đứt dây -Đứt cáp đào đất -Sự hư hỏng hệ thống cung cấp Những thiết bị dùng điện ảnh hưởng đến hệ thống cung cấp • Lăp đặt công nghiệp, chẳng hạn: -Động gây điện áp rơi nhiễm RF trình khởi động -Những thiết bị gây ô nhiễm: lò luyện kim, máy hàn, … gây điện áp rơi nhiễm RF • Những hệ thống điện tử công suất cao • Thang máy, đèn huỳnh quang Những cố ảnh hưởng đến việc cung cấp lượng điện cho thiết bị phân thành loại sau: • Lệch điện áp • Ngừng hoạt động • Tăng đột ngột điện áp • Thay đổi tần số • Xuất sóng hài • Nhiễu tần số cao… Khoa Điện – Bộ môn Tự động hóa GVHD: Th.s Dương Anh Tuấn SVTH: Nhóm SV Lớp CĐ Điện6 – K10 Trường ĐH Công nghiệp Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Sự cố gây hậu nghiêm trọng, đặc biệt làm gián đoạn việc cung cấp điện, hệ thống liệu máy tính trình sản xuất 1.1.2.Giải pháp dùng UPS Điều cần ý trước hết cố hậu phương diện: • An toàn cho người • An toàn cho thiết bị, nhà xưởng • Mục tiêu vận hành kinh tế Từ phải tìm cách loại chúng Có nhiều giải pháp kỹ thuật khác cho vấn đề này, giải pháp so sánh sở hai tiêu chuẩn sau để đánh giá: • Liên tục cung cấp điện • Chất lượng cung cấp điện 1.2 Những chức UPS Hoạt động giao diện hệ thống cung cấp điện tải nhạy cảm UPS cung cấp cho tải lượng điện liên tục, chất lượng cao, không phụ thuộc tình trạng hệ thống cung cấp UPS tạo điện áp cung cấp tin cậy - Không bị ảnh hưởng cố hệ thống cung cấp, đặc biệt hệ thống cung cấp ngừng hoạt động Khoa Điện – Bộ môn Tự động hóa GVHD: Th.s Dương Anh Tuấn SVTH: Nhóm SV Lớp CĐ Điện6 – K10 Trường ĐH Công nghiệp Hà Nội Đồ án tốt nghiệp - Phạm vi sai số cho phép tuỳ theo yêu cầu thiết bị điện từ nhạy cảm (chẳng hạn: GALAXY-sai số cho phép biên độ ± 0,5 %, tần số ± %) UPS cung cấp điện áp tin cậy, độc lập liên tục thông qua khâu trung gian: Acquy chuyển mạch tĩnh Sơ đồ cấu trúc UPS: Lưới Biến áp vào Chỉnh lưu Bộ lọc Nghịch lưu BiếnTải áp Bộ Ăcqui ĐK CL ĐK NL Nguồn Hình 1.2 Sơ đồ cấu trúc UPS - Chức khối: Biến áp vào: Hạ áp từ điện áp lưới xuống điện áp thích hợp để đưa vào chỉnh lưu Cách ly hệ thống lưới, chống ngắn mạch nguồn Chỉnh lưu: tạo điện áp chiều dùng cho việc nạp ắc quy đưa tới nghịch lưu Bộ lọc: San phẳng điện áp từ chỉnh lưu để đưa đến nghịch lưu nhằm nâng cao chất lượng điện áp đầu nghịch lưu Khoa Điện – Bộ môn Tự động hóa GVHD: Th.s Dương Anh Tuấn SVTH: Nhóm SV Lớp CĐ Điện6 – K10 Trường ĐH Công nghiệp Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Nghịch lưu: biến điện áp chiều lấy từ đầu nghịch lưu thành điện áp xoay chiều tần số f cấp cho tải Đây khối quan trọng UPS Biến áp ra: tăng điện áp từ nghịch lưu lên phù hợp theo yêu cầu tải nạp Ắc quy: Dùng để điều khiển việc nạp Ắc quy Khi có điện Ắc quy nơi tích trữ lượng Khi điều khiển mạch điều khiển nạp Ắc quy nạp Khi điện áp Ắc quy tăng đến mức mạch điều khiển cắt việc nạp Ắc quy Ắc Quy: nơi tích trữ lượng có điện áp nguồn kho cung cấp lượng cho phụ tải lưới điện bị Thời gian trì điện UPS phụ thuộc nhiều vào dung lượng Ắc quy Trên thị trường Ắc quy dùng cho UPS phổ biến loại 12 V/7 Ah V/7 Ah Khi thiết kế tùy theo điện áp mà ta mắc nối tiếp Ắc quy để điện áp nguồn 24 ÷ 48 V Việc sử dụng nguồn cấp có điện áp cao giảm dòng tiêu thụ tăng hiệu suất nguồn UPS song làm tăng kích thước nguồn Điều khiển chỉnh lưu: Điều khiển góc mở thyristor mạch chỉnh lưu cho điện áp sau chỉnh lưu ổn định theo yêu cầu Điều khiển nghịch lưu: Điều khiển thời gian dẫn van hợp lý cho điện áp cung cấp cho tải không đổi thay đổi nhỏ Mạch điều khiển đóng vai trò quan trọng ổn áp hoạt động song song với nghịch lưu 10 Nguồn: dùng để cung cấp mức điện áp khác cho điều khiển chỉnh lưu nghịch lưu Khoa Điện – Bộ môn Tự động hóa GVHD: Th.s Dương Anh Tuấn SVTH: Nhóm SV Lớp CĐ Điện6 – K10 Trường ĐH Công nghiệp Hà Nội Đồ án tốt nghiệp 3.Phân loại UPS Dựa theo nguyên lý làm việc có ba loại UPS phổ thông: UPS offline (đơn thuần), UPS - offline công nghệ Line interactive, UPS online (ngoài hai loại khác là: UPS tĩnh, UPS quay chúng không sử dụng nguyên lý loại UPS phổ thông dùng dân dụng nên nhắc tới) 3.1 UPS offline Hình 1.3 sơ đồ nguyên lý UPS offline Ở hình 1.3 thể hai trạng thái làm việc UPS offline thông thường Ở trạng thái lưới điện ổn định tải tiêu thụ sử dụng điện trực tiếp lưới điện UPS lúc sử dụng nạp (charger) để nạp điện cách tự động cho Ắc quy mà Khi điện áp lưới điện không đảm bảo (cao quá,thấp quá), điện lúc mạch điện chuyển sang dùng điện cung cấp từ Ắc quy inverter Qua nguyên lý phân tích ta thấy thời gian cung cấp điện cho thiết bị tiêu thụ mà bị gián đoạn Sự gián đoạn gây việc cung cấp nguồn điện không ổn định phía thiết bị tiêu thụ Một số máy tính bị tắt nguồn (UPS) thuộc loại chất lượng thường hay công suất thấp, có khả tích tụ điện tụ đầu nguồn đầu vào thấp so với nhu cầu công suất linh kiện máy tính, nên thời gian chuyển mạch Khoa Điện – Bộ môn Tự động hóa GVHD: Th.s Dương Anh Tuấn SVTH: Nhóm SV Lớp CĐ Điện6 – K10 Trường ĐH Công nghiệp Hà Nội Đồ án tốt nghiệp UPS gây dừng hoạt động PSU Rất nhiều người gặp điều lại đổ lỗi cho PSU họ - họ mang bảo hành lại bị trả lại kĩ thuật viên nơi bán hàng kiểm tra thấy chúng chẳng bị Cũng qua sơ đồ, ta thấy UPS offline công dụng ổn áp sử dụng điện lưới bình thường – đơn giản cố lưới điện thiết bị phía sau UPS đơn nối trực tiếp với lưới điện thông qua rơle (phần bypass sơ đồ trên) 3.2 UPS offline với công nghệ Line interactive Hình 1.4 Sơ đồ nguyên lý UPS offline với công nghệ Line interactive Khắc phục nhược điểm loại UPS offline thông thường loại UPS offline với công nghệ Line interactive Do tích cực nguyên lý Khoa Điện – Bộ môn Tự động hóa GVHD: Th.s Dương Anh Tuấn SVTH: Nhóm SV Lớp CĐ Điện6 – K10 Trường ĐH Công nghiệp Hà Nội Đồ án tốt nghiệp hoạt động nên chúng thường có giá thành cao so với UPS offline thông thường.So với sơ đồ nguyên lý UPS offline thông thường ta thấy: Phần nhánh Ắc quy inverter không thay đổi, có phía nhánh cung cấp điện cho thiết bị tiêu thụ lẽ nối trực tiếp lại nối thêm qua phần (boost/buck) có kí hiệu hình vẽ Theo hình phía ta nhận thấy nhánh cung cấp điện trực tiếp cho thiết bị tiêu thụ thông qua biến áp tự ngẫu Ở dây có trường hợp sau: • Trong trường hợp điện áp cấp vào UPS bình thường, có nghĩa chúng xấp xỉ thông số đầu lưới điện mạch UPS hoạt động khung hình phía - bên trái Có nghĩa biến áp tự ngẫu lúc có số vòng dây sơ cấp thứ cấp, can thiệp vào điện áp đầu – UPS hoạt động UPS offline thông thường • Trong trường hợp điện áp lưới thấp so với điện áp chuẩn, biến áp tự ngẫu chuyển mạch sang nấc khác, làm cho điện áp đầu đảm bảo thông số yêu cầu Trong trường hợp điện áp lưới cao so với thông số chuẩn trường hợp cúng giống điện áp thấp so với điện áp thấp • Trong trường hợp điện lưới UPS offline với công nghệ Line interactive chuyển mạch giống UPS thông thường: Tức chúng ngắt nhánh qua biến áp tự ngẫu chuyển sang sử dụng nhánh Ắc quy với inverter Qua ta thấy rõ ràng UPS offline với công nghệ Line interactive tiến UPS offline truyền thống: Chúng ổn định điện áp so với việc chút chức ổn áp UPS offline truyền thống Máy biến áp tự ngẫu chuyển mạch rơle Rơle mạch UPS điều khiển chúng 3.3 UPS online Khoa Điện – Bộ môn Tự động hóa GVHD: Th.s Dương Anh Tuấn 10 SVTH: Nhóm SV Lớp CĐ Điện6 – K10 Trường ĐH Công nghiệp Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Sin hóa PWM : Kỹ thuật sin hóa PWM ứng dụng thông dụng công nghiệp (Hình 5.6) trình bày nguyên lý PWM, sóng mang chuẩn hình tam giác so sánh với thành phần tần số sóng điều biến hình sin, điểm giao cắt chúng đánh dấu điểm chuyển mạch phần tử bán dẫn công suất Trong PWM ba pha, sóng mang chung sử dụng cho ba pha Hình dạng chuẩn sóng điện áp dây điện áp pha với điểm so sánh điện áp điểm trung tính trình bày (Hình 3.6) Những loạt xung vuông biến đổi đầu nghịch lưu điều biến thành hình sin, dạng sóng bao gồm thành phần tần số điều biến Biên độ thành phần thay đổi tần số điện áp sóng điều biến thay đổi Xử lý chuỗi Fourier sóng điện áp đầu phức tạp, có thê trình bày theo công thức sau: v(t) = m Vd sin ( ω s t + φ ) + thành phần hàm điều hòa Basel Trong công thức trên: + m: hệ số điều biến, + ω s số góc ( tần số điều biến), + φ góc lệch pha đầu ra, phụ thuộc vào độ dương sóng đầu Hình 5.6: Nguyên lý PWM Khoa Điện – Bộ môn Tự động hóa GVHD: Th.s Dương Anh Tuấn 67 SVTH: Nhóm SV Lớp CĐ Điện6 – K10 Trường ĐH Công nghiệp Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Hệ số điều biến định nghĩa = V P/VT , VP biên độ sóng điều biến VT biên độ sóng mang Lý tưởng m biến đổi khoảng cho ta quan hệ tuyến tính điện áp điều tần điện áp đầu Khi m= 1, giá trị lớn thành phần điện áp điều tần điện áp đầu Khi m= 1, giá trị lớn thành phần điện áp đầu có giá trị 0,5U d 78,5% biên độ điện áp xung vuông ( 4Ud/2 π ) Khi giá trị m = điện áp đầu xung hình vuông đối xứng với khoảng trống Khoảng trống định nghĩa khoảng thời gian khóa phần tử chuyển mạch Khi giá trị m tiến dần tới 1, độ rộng khoảng trống gần nửa chu kì sóng hình sin tiến dần tới không Khi vận hành nghịch lưu hoàn hảo, độ rộng xung khoảng trống đạt tới giá trị nhỏ trì cho chuyển mạch phục hồi đóng cắt Cũng giống vậy, khoảng thời gian trễ đóng cắt nhỏ yêu cầu trình đóng mở hai phần tử đóng cắt cao thấp hai phần tử khóa Khoảng thời gian đưa để loại trừ khả ngắn mạch van trình trùng dẫn Dạng sóng đầu PWM bao gồm thành phần sóng hài bậc cao tần số sóng mang hài bậc cao tần số dải tần sóng điều biến Tần số góc sóng hài tính theo công thức: M ωc ± Nωs Trong đó: + ωc : tần số sóng mang + ωs : tần số sóng điều biến + M, N số nguyên M + N số lẻ Biên độ thành phần sóng hài không phụ thuộc vào hệ số điều biến tần số P giảm bớt tăng độ lớn M + N Với giá trị cao hệ số điều biến tần số, thành phần sóng hài dòng điện dây lọc tốt điện kháng tản động dòng điện dây tiến dần đến dòng điện sin chuẩn Khi lựa chọn hệ số điều biến tần số bội 3, thành phần nhân ba Khoa Điện – Bộ môn Tự động hóa GVHD: Th.s Dương Anh Tuấn 68 SVTH: Nhóm SV Lớp CĐ Điện6 – K10 Trường ĐH Công nghiệp Hà Nội Đồ án tốt nghiệp tần số dòng điện dây bị triệt tiêu dây Lựa chọn P phụ thuộc vào cân tổn hao nghịch lưu tổn hao sóng hài động Khi tăng giá trị P ( tương đương với tăng số lần đóng cắt giây) làm tăng tổn hao đóng cắt nghịch lưu lại giảm thành phần sóng hài động Nguyên lý PWM khác so với kĩ thuật trình bày (Hình 5.6) Điện áp đầu tăng tuyến tính tăng hệ số điều biến biên độ đạt giá trị đỉnh điện áp điện áp xung vuông Khi hệ số điều biến tần số tăng lớn chuyển sang giai đoạn điều biến, điện áp đầu không tuyến tính với điện áp hình sin, trình điều biến chuyển sang giai đoạn điều biến Khi chuyển sang giai đoạn điều biến xuất thành phần sóng hài bậc cao tần số sóng ( thông thường bậc 3, ,7 ), thành phần nguyên nhân làm tổn hao máy điện tăng lên Hình 5.7: Tương qua điện áp tam giác điện áp Mặc dù mục tiêu nghịch lưu điều biến điện áp hình sin, song điện áp xung vuông xung hình thang ý đến Những nghịch lưu dạng đưa điện áp xung có độ rộng đối xứng đầu nghịch lưu Điện áp đầu điều khiển tuyến tính dải từ đến điện áp có dạng sóng hình vuông điều chỉnh biên độ sóng điều biến Điện áp dạng xung vuông động không tốt điện áp hình sin, trình điều biến đơn giản Khoa Điện – Bộ môn Tự động hóa GVHD: Th.s Dương Anh Tuấn 69 SVTH: Nhóm SV Lớp CĐ Điện6 – K10 Trường ĐH Công nghiệp Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Một số tiêu đánh giá kỹ thuật PWM nghịch lưu Chỉ số điều biến ( Modulation index) m: Được định nghĩa tỉ số biên độ thành phần hài tạo nên phương pháp điều khiển V (1)m biên độ thành phần hài đạt điều khiển bước V(1)m-six_tep: V(1) m m = V(1) m − six _ tep = V(1) m V(1) R = 2 V V π π Trong đó: V thành phần nguồn chiều DC V (1)R thành phần điện áp Sóng hài dòng ( áp) đánh giá qua THD% dòng áp ngõ ra: Hệ số méo dòng điện ngõ ra: ∞ THD%= 100 ∑ I nR2 n =2 I 1R ∞ = 100 I −I R I 1R 1R = 100 ∑I n =2 nm I 1m Trong đó: IR giá trị hiệu dụng; I1R hiệu dụng thành phần bản; I1m biên đọ thành phần bản; Inm biên độ thành phần bậc n dòng Biểu thức cho hệ số méo áp có dạng tương tự Khi tải RL, hiệu dụng thành phần bậc n dòng điện InR: I nR = VnR R + (n.ω.L) 2 ≈ VnR I V V hay nR ≈ nR = nm n.ω.L I 1R n.V1R n.V1m Nếu để ý VnR/V1R thường 1/n , dòng bậc cao thường giảm nhanh ( tỷ lệ 1/n ) Khoa Điện – Bộ môn Tự động hóa GVHD: Th.s Dương Anh Tuấn 70 SVTH: Nhóm SV Lớp CĐ Điện6 – K10 Trường ĐH Công nghiệp Hà Nội Đồ án tốt nghiệp II Thiết kế mạch điều khiển Mạch điều khiển Hình 5.8: Mạch điều khiển sử dụng Atmega – 16PU Chọn thiết bị điều khiển : Từ yêu cầu điều khiển toán, điều khiển mạch nghịch lưu theo phương pháp PWM để tạo điện áp sin đầu Và dựa thực tế ứng dụng vi điều khiển nay, vi điều khiển sử dụng mạch Atemega – 16PU Hình 5.9 Atemega8 Khoa Điện – Bộ môn Tự động hóa GVHD: Th.s Dương Anh Tuấn 71 SVTH: Nhóm SV Lớp CĐ Điện6 – K10 Trường ĐH Công nghiệp Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Hình 5.10 Cấu trúc chân Atemega8 AVR họ vi điều khiển hãng Atmel sản xuất AVR chip vi điều khiển bit với cấu trúc tập lệnh đơn giản hóa – RISC ( Reduced Instruction Set Computer), kiểu cấu trúc thể ưu xử lý So với chip vi điều khiển bit khác, AVR có nhiều đặc tính hẳn, ứng dụng đặc biệt chức năng: + Gần không cần mắc thêm linh kiện phụ sử dụng AVR, chí không cần nguồn tạo xung clock cho chip ( thường khối thạch anh) + Thiết bị lập trình ( mạch nạp) cho AVR đơn giản, có loại mạch nạp cần vài điện trở làm được, số AVR hỗ trợ lập trình on – chip Bootloader không cần mạch nạp… + Bên cạnh lập trình ASM, cấu trúc AVR thiết kế tương thích C + Nguồn tài nguyên source code, tài liệu, application note… lớn internet Khoa Điện – Bộ môn Tự động hóa GVHD: Th.s Dương Anh Tuấn 72 SVTH: Nhóm SV Lớp CĐ Điện6 – K10 Trường ĐH Công nghiệp Hà Nội Đồ án tốt nghiệp + Hầu hết chip AVR có tính sau: - Có thể sử dụng xung clock đến 16 MHz, sử dụng xung clock nội lên đến MHz ( sai số 3%) Bộ nhớ chương trình Flash lập trình nhiều lần với dung lượng lớn, có SRAM ( RAM tĩnh) lớn, đặc biệt có nhớ lưu trữ lập trình EEPROM - Nhiều ngõ vào ( I/O – PORT) hướng ( bi – directional) - bit, 16 bit timer/counter tích hợp PWM - Các chuyển đổi Analog – Digital phân giải 10 bit, nhiều kênh - Chức Analog comparator - Giao diện nối tiếp USART ( tương thích chuẩn nối tiếp RS-232) - Giao diện nối tiếp Two – Wire – Serial ( tương thích chuẩn I2C) Mater Slaver - Giao diện nối tiếp Serial Pripheral Interface ( SPI) Khoa Điện – Bộ môn Tự động hóa GVHD: Th.s Dương Anh Tuấn 73 SVTH: Nhóm SV Lớp CĐ Điện6 – K10 Trường ĐH Công nghiệp Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Hình 5.11: Sơ đồ khối AVR Khoa Điện – Bộ môn Tự động hóa GVHD: Th.s Dương Anh Tuấn 74 SVTH: Nhóm SV Lớp CĐ Điện6 – K10 Trường ĐH Công nghiệp Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Trên chip AVR, Timer/ Counter có chức tạo xung điều rộng PWM ( Pulse Width Modulation) a Tổng quan Timer/ Counter chip Atmega8: Timer/ Counter modul độc lập với CPU Chức Timer/ Counter định ( tạo khoảng thời gian, đếm thời gian…) đếm kiện Atmega8 có hai Timer bit (Timer/ Counter0 Timer/ Counter2) 16 bit (Timer/ Counter1) Chế độ hoạt động phương pháp điều khiển Timer/ Counter không hoàn toàn giống nhau: + Timer/ Counter0: Là định thời, đếm đơn giản với bit Bộ có chế độ hoạt động, thực chất coi hai chế độ nhỏ tạo khoảng thời gian đếm kiện + Timer/ Counter1: Là đếm định thời, đếm đa với 16 bit Bộ Timer/ Counter có chế độ hoạt động Ngoài chức thông thường, Timer/ Counter1 dùng để tạo xung điều rộng PWM dùng cho mục đích điều khiển Có thể tạo hai tín hiệu PWM độc lập chân OC1A ( chân 15) chân OC1B ( chân 16) Timer/ Counter1 + Timer/ Counter2: Tuy modul bit Timer/ Counter0, lại có chế độ hoạt động Timer/ Counter1, sử dụng modul canh chỉnh thời gian cho ứng dụng thời gian thực b Tính toán giá trị bảng sin: Như biết phần nghịch lưu phải có điều chế PWM dạng sóng đầu sau nghịch lưu dạng sin chạy tải cảm , tải dung, tải trở Còn dạng sóng đầu xung vuông đối xứng chạy tải trở bóng đèn, nóng lạnh Còn động không chạy Đóng mở nghịch lưu đóng mở tín hiệu On – Off ( Mosfet, IGBT, GTO, Thyristor) Các tín hiệu đóng mở nghịch lưu phải theo quy luật để thu dạng điện áp đầu phải dạng hình sin Trong vi xử lý xuất tín hiệu On – Off PWM thời gian On hay Off điều chỉnh hay người ta gọi Khoa Điện – Bộ môn Tự động hóa GVHD: Th.s Dương Anh Tuấn 75 SVTH: Nhóm SV Lớp CĐ Điện6 – K10 Trường ĐH Công nghiệp Hà Nội Đồ án tốt nghiệp PWM Thực vi điều khiển tạo tín hiệu hình sin đầu chân biến đổi DAC ( số - tương tự) cần phải tính giá trị bảng sin Các giá trị bảng Sin làm thay đổi thời gian On hay Off Tức làm thay đổi giá trị ghi điều chế thời gian On – Off vi điều khiển Giá trị ghi thay đổi theo bảng Sin Như biết điện áp hình sin có dạng sau : Hình 5.12: Dạng điện áp hình sin Qua hình vẽ ta thấy sóng sin đối xứng qua gốc tọa độ Các điểm hình vẽ thể giá trị điện áp điểm + Tại điểm điện áp 0V + Tại điểm điện áp dương > điểm mang giá trị + Tại điểm tức điện áp dương lớn > điểm mang giá trị A + Tại điểm điện áp dương < điểm mang giá trị điện áp + Tại điểm điện áp =0V + Tại điểm điện áp âm < điểm mang giá trị đối xứng với + Tại điểm điện áp âm nhỏ có giá trị = -A Khoa Điện – Bộ môn Tự động hóa GVHD: Th.s Dương Anh Tuấn 76 SVTH: Nhóm SV Lớp CĐ Điện6 – K10 Trường ĐH Công nghiệp Hà Nội Đồ án tốt nghiệp + Tại điểm điện áp âm mang giá trị > điểm + Tại điểm điện áp trở 0V Do có thay đổi điện áp theo thời gian nên điện áp thời gian khác Điện áp lớn tức đỉnh sin mang giá trị A -A Tại đỉnh sin điện áp lớn sau giảm dần tăng dần PWM thực chất làm thay đổi điện áp tải Cái phụ thuộc vào thời gian On thời gian Off ( T = On + Off) Hình 5.13 Giản đồ điều chế xung PWM Sơ đồ dạng xung điều chế chu kì thời gian xung lên ( Sườn dương) thay đổi dãn co vào Và độ rộng tính phần trăm tức độ rộng tính sau : Độ rộng = ( t1/T).100 U0 = UV.t1/T ( Điện áp đầu ra) Như thời gian xung lên lớn chu kì điện áp đầu lớn Nhìn hình vẽ ta tính điện áp tải : + Đối với PWM = 25% ==> Ut = Umax.( t1/T) = Umax.25% ( V) Khoa Điện – Bộ môn Tự động hóa GVHD: Th.s Dương Anh Tuấn 77 SVTH: Nhóm SV Lớp CĐ Điện6 – K10 Trường ĐH Công nghiệp Hà Nội Đồ án tốt nghiệp + Đối với PWM = 50% ==> Ut = Umax.50% ( V) + Đối với PWM = 75% ==> Ut = Umax.75% ( V) Cứ ta tính điện áp đầu tải với độ rộng xung Kết Luận : Như giá trị bảng sin làm thay đổi PWM từ thay đổi điện áp tải Tại giá trị bảng sin ứng với PWM khác Mỗi điểm hình sin mang giá trị ứng với điện áp khác => Bảng Sin thay đổi độ rộng xung ( PWM) Như biết sóng dạng sin có phương trình x = Asin( ω t) + A biên độ sóng sin sin + ω t góc pha ( từ đến 360 độ) Giá trị sin chạy từ [ -1;1] Vậy sin = x = A tức sin qua góc 900 sinx = -1 x = -A sin qua góc 2700 Dựa vào công thức Sin ta tính toán công thức cho bảng Sin Do giá trị đặt vào ghi điều chế độ rộng xung vi xử lý giá trị dương nên ta có công thức tổng quát sau: sin_table = A/2Sin( 2*3.14*i/n) + A/2 + A biên độ sóng sin tức giá trị lớn đặt vào ghi PWM PWM = 100% + n số bước sóng sin hay tương đương với chu kì Tức số điểm cần lấy điểm sin + i điểm Sin giá trị i nằm khoảng từ [0 - n] Số bước sin lấy nhiều hay tùy mà nhiều dạng sóng sin đầu chuẩn, có tải méo Nó dựa vào đưa giá trị vào ghi PWM vi điều khiển Tại i = tức sin_table = A/2 hết i = n Như ta tính giá trị bảng sin việc lại ta làm để đưa giá trị vào ghi PWM vi xử lý Thông thường làm sau: + Lưu giá trị bảng sin vào mảng : Khoa Điện – Bộ môn Tự động hóa GVHD: Th.s Dương Anh Tuấn 78 SVTH: Nhóm SV Lớp CĐ Điện6 – K10 Trường ĐH Công nghiệp Hà Nội Đồ án tốt nghiệp + Sau ghi PWM truy xuất bảng sin Thời gian truy xuất hết giá trị sin tần số đầu sóng Sin Mạch kích mở van bán dẫn IRF540 Hình 5.14: Mạch kích mở MOSFET Ngoài có mạch lọc , mạch lọc có tác dụng bảo vệ nghịch lưu, lọc xung điện tần số lớn cho nguồn cung cấp Mạch lọc mạch RC LC Mạch lọc nghịch lưu: + Bao gồm mạch lọc trước sau nghịch lưu Các mạch có tác dụng lọc thành phần điện áp cung cấp cho tải ngăn không cho thành phần sóng hài sang phần điện áp chiều Thiết bị bảo vệ đóng cắt mạch Aptomat bên sơ cấp cầu chì bên thứ cấp Khoa Điện – Bộ môn Tự động hóa GVHD: Th.s Dương Anh Tuấn 79 SVTH: Nhóm SV Lớp CĐ Điện6 – K10 Trường ĐH Công nghiệp Hà Nội Đồ án tốt nghiệp KẾT LUẬN Qua thời gian làm việc với nỗ lực nhóm hướng dẫn tận tình thầy, đặc biệt thầy Dương Anh Tuấn hướng dẫn trực tiếp, tới chúng hoàn thành đồ án tốt nghiệp Qua trình làm việc, Chúng em hiểu phần lý thuyết học nhà trường biết thêm nhiều thực tế Tuy nhiên thời gian hạn chế nên đồ án tốt nghiệp không tránh khỏi thiếu sót Em mong thầy bảo giúp đỡ để em hoàn thành tốt nhiệm vụ trước sau trường Em xin chân thành cảm ơn! Khoa Điện – Bộ môn Tự động hóa GVHD: Th.s Dương Anh Tuấn 80 SVTH: Nhóm SV Lớp CĐ Điện6 – K10 Trường ĐH Công nghiệp Hà Nội Đồ án tốt nghiệp TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liêu Việt Nam [1] Lê Văn Doanh – Nguyễn Thế Công – Trần Văn Thịnh, Điện tử công suất 1, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật [2] Lê Hải Sâm – Lương Ngọc Hải – Nguyễn Quốc Cường, Điện tử tương tự Nhà xuất Khoa học kỹ thuật [3] Phạm Minh Hà ( 2008), Kĩ thuật mạch điện tử Nhà xuất Khoa học kỹ thuật [4] Trần Văn Thịnh, Tính toán thiết kế thiết bị điện tử công suất Nhà xuất giáo dục [5] Đỗ Đức Trí ( 2010), Giáo trình điện tử thực hành Nhà xuất Đại học quốc gia thành phố Hồ Chí Minh Tài liệu nước [1] Bimal K.Bose, Modern Power Electronics and AC Drives Ngoài nhóm chúng em tìm tài liệu trang: http://www.tailieu.vn : http://www.ebook.vn http://www.webtailieu.vn số trang khác Khoa Điện – Bộ môn Tự động hóa GVHD: Th.s Dương Anh Tuấn 81 SVTH: Nhóm SV Lớp CĐ Điện6 – K10 [...]... cú cụng dng n ỏp mt cỏch trit 4 ng dng ca UPS trong thc t: Hin nay nhu cu ng dng UPS trong cỏc lnh vc tin hc, vin thụng, ngõn hng,y t,hng khụng l rt ln S lng UPS c s dng gn bng 1/3 s lng mỏy tớnh ang c s dng Cú th ly mt vi vớ d v cỏc Khoa in B mụn T ng húa GVHD: Th.s Dng Anh Tun 11 SVTH: Nhúm SV Lp C in6 K10 Trng H Cụng nghip H Ni ỏn tt nghip thit b s dng UPS, ú l nhng mỏy tớnh, vic truyn d liu v... no v li in thỡ UPS online cng cú th cung cp in cho thit b s dng m khụng cú mt thi gian tr no Diu ny lm cho thit b s dng rt an ton v n nh - UPS online s luụn luụn n nh in ỏp u ra bi cng theo mch thỡ in ỏp u vo lỳc ny c bin i xung mc in ỏp c quy v chỳng cú cụng dng nh mt c quy cú dung lng ln vụ cựng (nu khụng b s c li in), mch inverter s úng vai trũ mt b n nh in ỏp Vỡ vy ch vi cỏc loi UPS online mi cú...Trng H Cụng nghip H Ni ỏn tt nghip Khc phc hon ton cỏc nhc im trờn l loi UPS online, chớnh vỡ vy m UPS online thng cú giỏ bỏn cao nht so vi cỏc loi trờn Hỡnh 1.5 s nghuyờn lý UPS online Ta thy rng õy vic cp in cho thit b tiờu th l hon ton liờn tc khi cú s c v li in Phõn tớch s nh sau: - ngun in lỳc ny khụng cp trc tip cho... -ng hm, ng bng sõn bay, nh cụng cng -Mỏy quột hỡnh,cung cp nng lng Núi túm li UPS l mt ngun in d phũng nú cú mt mi ch mi ni, nhng ni ũi hi cao v yờu cu cp in liờn tc Khoa in B mụn T ng húa GVHD: Th.s Dng Anh Tun 12 SVTH: Nhúm SV Lp C in6 K10 Trng H Cụng nghip H Ni ỏn tt nghip CHNG II : TNH TON V LA CHN B C QUY CHO NGUN UPS 1 Gii thiu chung v c quy: c Quy l loi bỡnh in hoỏ hc dựng tớch tr nng lng... v lm ngun in cung cp cho cỏc thit b in nh ng c in, búng ốn,lm ngun nuụi cho cỏc linh kin in t.v.v - Sc in ng ln ,ớt thay i khi phúng np in Cỏc tớnh nng c bn ca c Quy: - S t phúng in bộ nht - Nng lng in np vo bao gi cng bộ hn nng lng in m c Quy phúng ra - in tr trong ca c Quy nh Nú bao gm in tr ca cỏc bn cc, in tr dung dch in phõn cú xột n s ngn cỏch ca cỏc tm ngn gia cỏc bn cc Thng tr s in tr trong... Anh Tun 11 SVTH: Nhúm SV Lp C in6 K10 Trng H Cụng nghip H Ni ỏn tt nghip thit b s dng UPS, ú l nhng mỏy tớnh, vic truyn d liu v ton b thit b mt trng thỏi no ú l rt quan trng v khụng cho phộp c mt in UPS c s dng trong ngnh hng khụng m bo s thp sỏng liờn tc ca ng bng sõn bay ng dng chớnh Thit b c bo v -Mỏy tớnh, mng mỏy tớnh 1.H thng mỏy tớnh núi chung -Mỏy in, h thng v th, bn phớm v cỏc thit b u... dũng in np In = 0,2C10 + c quy st kin : dũng np In = 0,2C10; np cng bc vi dũng in np In = 0,5C10 Qua phõn tớch v yờu cu k thut ca b lu in trờn, em chn phng ỏn thit k b chnh lu cho b lu in loi Offline UPS vỡ nú khỏ n gin v thit k v ỏp ng c nhng ũi hi c bn ca 1 ngun in d phũng - Chn loi c quy chỡ - axit 12V, 100Ah Khoa in B mụn T ng húa GVHD: Th.s Dng Anh Tun 24 SVTH: Nhúm SV Lp C in6 K10 Trng H Cụng