thiết kế chế tạo bộ nguồn lưu điện ups online

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHOA CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG LỜI NÓI ĐẦU Trong sống phát triển giới kèm theo vấn đề đáp ứng nguồn lượng Khi cố điện bất ngờ ảnh hưởng trực tiếp tới thiết bị dùng điện, đặc biệt ảnh hưởng tới tuổi thọ thiết bị điện tử nhạy cảm hệ thống thông tin, điều khiển công nghiệp, gây hậu nghiêm trọng ví dụ dừng hoạt động hệ thống đèn tín hiệu giao thông , liệu máy tính server Vì phải tìm cách tăng chất lượng nguồn lượng cho thiết bị UPS (Uninterruptible Power Supply) đời nhằm đáp ứng yêu cầu cung cấp nguồn điện liên tục cho thiết bị điện trước cố điện bất ngờ Không thế, UPS bảo vệ thiết bị điện tử nhạy cảm cách đưa cảnh báo tắt thiết bị theo quy cách nguồn điện dự trữ hết Trong đề tài này, chúng em nghiên cứu “Thiết kế lưu điện UPS online” cung cấp lượng trực tiếp đến phụ tải mà không cần chuyển mạch UPS online giúp loại bỏ cố điện lưới điện áp đầu vào điều chế trước cấp cho tải sử dụng Nguồn điện lưới không cung cấp trực tiếp cho thiết bị mà biến đổi thành dòng điện chiều nạp cho ắc quy nghịch lưu (Inverter) Bộ nghịch lưu tiếp tục biến đổi dòng chiều nhận thành điện áp đầu phù hợp với thiết bị sử dụng Như thấy lưới điện xảy cố thiết bị an toàn Để hoàn thành đồ án tốt nghiệp này, em xin gửi lời cảm ơn đến thầy cô giáo khoa công nghệ tự động đặc biệt cô giáo Nguyễn Thị Điệp tận tình giảng dạy truyền đạt kiến thức quý báu tạo điều kiện để em học tập tốt năm tháng qua Trong trình làm đồ án, thời gian hạn chế nên đồ án chúng em tránh khỏi thiếu sót, nên chúng em mong thầy cô bạn nêu ý kiến để đồ án chúng em hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thực Lưu Trọng Hiếu GVHD: Th.S Nguyễn Thị Điệp ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHOA CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU BỘ LƯU ĐIỆN (UPS) VÀ MẠCH NGHỊCH LƯU CẦU H NHẬN XÉT (Của giáo viên hướng dẫn) ……………………………………………………………………………………… .…………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… .…………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… .…………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… .…………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… .…………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… .…………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… .…………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… .…………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… GVHD: Th.s Tống Thanh Nhân Trang …………… ……………………………………………………………………… SVTH: Phạm Hào Kiệt Nguyễn Minh Đức ……………………………………………………………………………………… ………… ……………………………… ……………………………………………………………………………… ………………………………………………… GVHD: Th.S Nguyễn Thị Điệp ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHOA CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU BỘ LƯU ĐIỆN (UPS) VÀ MẠCH NGHỊCH LƯU CẦU H NHẬN XÉT (Của giáo viên phản biện) ……………………………………………………………………………………… .…………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… .…………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… .…………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… .…………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… .…………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… .…………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… .…………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… .…………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… .…………… ……………………………………………………………………… GVHD: Th.s Tống Thanh Nhân Trang SVTH: Phạm Hào Kiệt Nguyễn Minh Đức ……………………………………………………………………………………… ………… ……………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ………………………………………………… GVHD: Th.S Nguyễn Thị Điệp ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHOA CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU BỘ LƯU ĐIỆN (UPS) VÀ MẠCH NGHỊCH LƯU CẦU H MỤC LỤC GVHD: Th.s Tống Thanh Nhân Trang SVTH: Phạm Hào Kiệt Nguyễn Minh Đức GVHD: Th.S Nguyễn Thị Điệp ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHOA CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU BỘ LƯU ĐIỆN (UPS) VÀ MẠCH NGHỊCH LƯU CẦU H DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Bảng chọn thiết bị Bảng 1.2 Thông số thiết bị ac quy Bảng 3.3 Bảng thông số thiết bị Bảng 3.4 Bảng thông số thiết bị Bảng 3.5 Thông số thiết bị IGBT Bảng 3.6 Bảng thông số linh kiện dùng mạch Chương TỔNG QUAN VỀ UPS 1.1 Giới thiệu UPS UPS (Uninterruptible Power Supply) thiết bị cung cấp liên tục điện nhằm trì hoạt động thiết bị sử dụng điện lưới điện gặp cố (mất điện, sụt giảm điện áp thấp, cố khác ) khoảng thời gian với công suất giới hạn theo khả Chức UPS đảm bảo cung cấp điện liên tục, có thêm chức sau: - Làm tăng chất lượng nguồn điện thông qua việc lọc nắn lại thay đổi đột ngột điện áp Th.slại Tống Thanh Nhânquá tải ngắn Trangmạch - GVHD: Chống tượng SVTH: Phạm Hào Kiệt Nguyễn Minh Đức - Tự động tắt máy trường hợp nguồn điện dự trữ hết - Theo dõi trạng thái nguồn điện, ghi lại thông tin thay đổi việc cung cấp điện - Đặt thời gian bật tắt cho thiết bị điện GVHD: Th.S Nguyễn Thị Điệp ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHOA CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU BỘ LƯU ĐIỆN (UPS) VÀ MẠCH NGHỊCH LƯU CẦU H 1.2 Phân loại UPS 1.2.1 UPS offline UPS Offline loại UPS mà điện lưới đầu vào qua công tắc chuyển mạch trước cấp cho tải sử dụng UPS lúc sử dụng sạc để nạp đầy điện cho ắc quy Trường hợp điện lưới không ổn định (quá cao, thấp điện) UPS tự động chuyển mạch (thông qua rơ-le), dùng nguồn từ ắc quy cấp cho thiết bị để trì hoạt động Hình 1.1 Sơ đồ tóm tắt nguyên lý UPS offline Nguyên lý làm việc A,Khi cố: - Nguồn điện lưới đầu vào thông qua công tắc ngắt mạch (bypass) đến với đường đầu - Nguồn điện từ pin chuyển đổi thành điện áp xoay chiều theo tham số phù hợp với nguồn dùng B,Khi có cố điện lưới hệ thống: - Ác quy cung cấp cho mạch điện giao động để chuyển thành dòng điện xoay chiều tiếp tục cung cấp cho thiết bị tiêu thụ Công tắc ngắt điện khỏi nguồn lưới để chuyển sang dùng điện từGVHD: pin phải đảm bảo ngắt hoàn toàn raTrang khỏi lưới điện phép cung cấp Th.s Tống Thanh Nhân SVTH: Phạm Hào Kiệt điện từ inverter (trên thực tế UPS có hai “côngNguyễn tắc chuyển Minh Đứcmạch” kiểu dược điều khiển lúc - kỹ thuật thường gọi “rơ le”) không dòng điện cung cấp từ pin phải cấp cho lưới điện địa phương - máy phát điện, hệ thống hư hỏng tải Nhược điểm loại UPS offline thời gian chuyển mạch từ cố điện lưới GVHD: Th.S Nguyễn Thị Điệp ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHOA CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU BỘ LƯU ĐIỆN (UPS) VÀ MẠCH NGHỊCH LƯU CẦU H nguồn pin cung cấp cho thiết bị tiêu thụ lớn khoảng 10 ms mở rộng thời gian lưu điện ắc quy lưu điện gắn gắn 1.2.2 UPS offline với công nghệ line interactive Đây loại UPS thông thường có thêm phần ổn áp biến áp tự ngẫu Hình 1.2 Sơ đồ tóm tắt nguyên lý UPS công nghệ Line interactive Phần nhánh ắc quy nghịch lưu không thay đổi, có phía bên nhánh cung cấp điện cho thiết bị tiêu thụ điện phần khóa chuyển mạch thông qua biến áp tự ngẫu Trong trường hợp điện áp cấp vào UPS bình thường có nghĩa chúng xấp xỉ thông số đầu lưới điện đại phương biến áp tự ngẫu lúc có số vòng dây sơ cấp thứ cấp, can thiệp vào điện áp đầu UPS hoạt động bình thường Khi điện áp lưới thấp điện áp chuẩn điện áp lưới điện cao thông số chuẩn biến áp tự ngẫu chuyển sang nấc khác, làm cho điện áp đầu đảm bảo thông số yêu cầu Trong trường hợp điện lưới UPS chuyển mạch giống UPS offline bình thường 1.2.3 UPS online GVHD: Th.s Tống Nhân hoạt động theo nguyên Trang tắc chuyển SVTH:đổi Phạm Hàotừ KiệtAC sang DC UPS Online Thanh loại UPS kép: Nguyễn Minh Đức sau chuyển ngược DC sang AC Do nguồn điện cung cấp cho tải hoàn toàn UPS tạo đảm bảo ổn định điện áp tần số sóng luôn hình Sin Điều làm cho thiết bị điện cách ly hoàn toàn với thay đổi lưới điện Nguồn điện lưới lúc không cung cấp trực tiếp cho thiết bị mà chúng biến đổi thành điện chiều tương ứng với điện áp acquy Sơ đồ bên ta thấy GVHD: Th.S Nguyễn Thị Điệp ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHOA CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU BỘ LƯU ĐIỆN (UPS) VÀ MẠCH NGHỊCH LƯU CẦU H điện từ lưới thông qua sạc biến đổi điện xoay chiều (AC) thành điện chiều (DC) nạp vào acquy qua nghịch lưu chuyển ngược lại thành điện xoay chiều phù hợp với điện áp thiết bị sử dụng UPS online thời gian chuyển mạch nối lưới kết nối với acquy nên sử dụng nhiều thiết bị quân sự, thông tin liên lạc, thiết bị cần thời gian sử dụng lâu, thời gian trễ Hình 1.3 Sơ đồ khối cấu trúc UPS online Chức khối - Khối acquy cung cấp điện áp 24VDC cho mạch nghịch lưu thiết bị lưu trữ điện áp - để cung cấp cho mạch điện điện lưới Khối chỉnh lưu: chuyển dòng xoay chiều thành chiều để cấp điện áp nạp cho acquy Khối chuyển đổi DC-DC: khuếch đại điện áp từ 24VDC lên 310 VDC cấp cho khối - nghịch lưu Khối nghịch lưu: sử dụng mạch nghịch lưu áp pha với van bán dẫn IGBT điều khiển chip vi điều khiển PIC theo nguyên lý PWM nhằm biến đổi điện áp chiều 310V thành điện áp xoay chiều 220V tần số 50Hz Như vậy, thấy cố lưới điện UPS online cung cấp điện cho thiết bị sử dụng mà thời gian trễ Điều làm cho thiết bị sử dụng an toàn, ổn định UPS online luôn ổn định điện áp Th.s Tống Thanh Nhân Phạmxuống Hào Kiệtmức điện áp đầu GVHD: theo mạch điện áp đầu vào Trang lúc đượcSVTH: biến đổi Nguyễn Minh Đức ắc quy chúng có công dụng ắc quy có dung lượng lớn vô (nếu không bị cố lưới điện).Vì với loại UPS online có công dụng ổn áp cách triệt để GVHD: Th.S Nguyễn Thị Điệp ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHOA CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU BỘ LƯU ĐIỆN (UPS) VÀ MẠCH NGHỊCH LƯU CẦU H 1.3 Lựa chọn phương án 1.3.1 Loại UPS -Với quy mô đồ án tốt nghiệp, thời gian nghiên cứu thi công, chúng em lựa chọn thiết kế thi công UPS online 1.3.2 Thông số mạch UPS - Điện áp vào: 220V Điện áp : 220V Tần số: 50Hz Acquy: 12Vdc Thời gian lưu điện : 25 phút Công suất: 350W dành cho phụ tải bóng đèn, quạt nguồn cấp cho máy tính để bàn Chương TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MẠCH LỰC 2.1 Sơ đồ khối tổng thể mạch lực Hình 2.1 Sơ đồ mạch UPS online Ở chế độ bình thường ups vừa cấp điện trực tiếp cho điện lưới vừa cấp điện để sạc cho acquy thông qua mạch nạp acquy để acquy có đủ điện sau Khi có cố xảy làm điện lưới ac quy làm nhiệm vụ cấp điện để qua khối băm xung nghịch lưu để cấp điện cho lưới 2.2 Tính toán thiết kế khối chỉnh lưu 2.2.1 Nguyên lý làm việc sơ đồ chỉnh lưu cầu pha GVHD: Th.s Tống Thanh Nhân Trong quy mô đồ án, để thiết kế thu Trang gọn 9toàn SVTH: mạchPhạm mà Hào vẫnKiệt đáp ứng Nguyễn Minh Đức yêu cầu toán dùng điện nạp cho acquy, chúng em chọn sơ đồ mạch chỉnh lưu cầu pha Mạch sử dụng rộng rãi thực tế, ưu điểm không cần dùng đến biến áp, dòng tải đồ án từ 2-5A nên đáp ứng yêu cầu thiết kế mạch đơn giản GVHD: Th.S Nguyễn Thị Điệp ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHOA CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU BỘ LƯU ĐIỆN (UPS) VÀ MẠCH NGHỊCH LƯU CẦU H U2 id D1 + Ud (-) U2 t D3 t Ud + E D1,D2 D2 D2 D3,D4 0 0 Hình 2.2 Sơ đồ mạch cầu pha dùng diot Nguyên lý làm việc Mạch chỉnh lưu gồm van điot D1-D4 đấu thành nhóm D1, D3 nhóm catot chung, D2, D4 nhóm anot chung Nguồn xoay chiều đưa vào mạch van lấy trực tiếp từ lưới điện thông qua biến áp Trong nửa chu kì đầu 50) { t=1; j++; } if(j%2 ==0) { set_pwm2_duty((int16)Sin[0]); set_pwm1_duty((int16)Sin[t]); } else { GVHD: Th.s Tống Thanh Nhân set_pwm1_duty((int16)Sin[0]); Trang 53 SVTH: Phạm Hào Kiệt Nguyễn Minh Đức set_pwm2_duty((int16)Sin[50-t]); } if(j==10) j==2; } GVHD: Th.S Nguyễn Thị Điệp 53 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHOA CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU BỘ LƯU ĐIỆN (UPS) VÀ MẠCH NGHỊCH LƯU CẦU H void main() { setup_timer_2(T2_DIV_BY_1,49,1); //10.0 us overflow, 10.0 us interrupt thay doi tan so pwm setup_ccp1(CCP_PWM); //setup ccp1 setup_ccp2(CCP_PWM); set_pwm1_duty((int16)0); set_pwm2_duty((int16)0); setup_timer_0(RTCC_INTERNAL|RTCC_DIV_4|RTCC_8_bit); //200 us overflow enable_interrupts(INT_TIMER0); enable_interrupts(GLOBAL); while(TRUE) { enable_interrupts(INT_TIMER0); } } GVHD: Th.s Tống Thanh Nhân Trang 54 SVTH: Phạm Hào Kiệt Nguyễn Minh Đức GVHD: Th.S Nguyễn Thị Điệp 54