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

LỜI NÓI ĐẦU Ở nước ta năm gần với đòi hỏi sản xuất 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 bước phát triển tạo sản phẩm có hàm lượng 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 người Trong công đổi đất nước song song với công Công nghiệp hóa, Hiện đại hóa địi hỏi phát triển kĩ thuật phải tiến hành Do yêu cầu cấp thiết phải tìm giải pháp tiết kiệm lượng Mặc dù gần 90% đèn sợi đốt tiêu thụ chuyển hóa thành nhiệt sử dụng rộng rãi đời sống hàng ngày Những nguồn sáng phóng điện tiết kiệm lượng thấp áp cao áp với chấn lưu điện từ hiệu suất cao chấn lưu điện tử tần số cao lựa chọn thơng dụng để trang bị lắp đặt hệ thống chiếu sáng tiết kiệm lượng Sau đây, em xin trình bày đồ án em với đề tài : “Xây dựng chấn lưu cố dùng vi điều khiển cho đèn huỳnh quang” Đồ án em gồm chương : Chương 1: Chấn lưu khởi động chấn lưu Chương 2: Xây dựng chấn lưu cố dùng vi điều khiển cho đèn huỳnh quang Chương 3: Xây dựng mô hình vật lý chấn lưu 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 đồ án Em xin cảm ơn đến thầy GS.TSKH Thân Ngọc Hoàn hướng dẫn, giúp đỡ nhiệt tình để em hồn thành tốt đồ án Hải phòng, ngày 07 tháng 07 năm 2019 Sinh viên CHƯƠNG 1: CHẤN LƯU VÀ CÁC BỘ KHỞI ĐỘNG CHẤN LƯU 1.1.CHẤN LƯU 1.1.1.Vị trí vai trị chấn lưu Không giống đèn sợi đốt đèn phóng điện khơng thể mắc trực tiếp vào lưới điện Trước 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 tuýp 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 hút chân khơng, bên có chút thủy ngân bơm đầy khí trơ, thường khí argon hay neon Mặt bên ống tráng lớp lớp huỳnh quang tức bột phốt Ống có hai điện cực hai đầu, nối với mạch điện xoay chiều Khi ta bật công tắc đèn xảy tượng hồ quang điện tức phóng điện khí trơ để kích thích tạo ánh sáng Hiện tượng 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 đường 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 thường khơng thấy Do đó, loại ánh sáng cần phải 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 thường thấy mà không sinh nhiệt lượng 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 không chuyển đổi sang tia hồng ngoại chế đèn huỳnh quang Đồng thời đèn sợi đốt tỏa nhiệt nhiều sợi tóc nóng sáng làm lãng phí lượng Chính vậy, bóng đèn huỳnh quang có hiệu suất phát sáng hiệu bóng đèn sợi đốt thông thường từ 4-6 lần với tuổi thọ khoảng 8.000 Đèn huỳnh quang dạng đèn phóng điện mơi trường khí Sự phóng điện mơi trường khí khơng giống dây dẫn, để có 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 lưu hay cịn gọi tăng phơ tắc te (khởi động) Chấn lưu: Chấn lưu 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 mắc song song với hai đầu điện cực Bản chất tụ điện dùng rơle nhiệt lưỡng 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 chưa đủ lớn để phóng điện Khi đó, tắc te mắc song song với bóng đèn nên có điện áp 220V đóng vai trị 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 lưu 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 lưu 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, tượng hồ quang điện giải thích xảy đèn phát sáng Nếu đèn chưa cháy tắc te phải khởi động vài lần gây nên tượng “chớp tắt” mà thường thấy Đồng thời, đèn sáng lên, chấn lưu lại có nhiệm vụ giảm điện áp lên bóng đèn, trì mức 80 - 140V tùy theo loại đèn Tắc te lúc khơng cịn tác dụng điện áp đặt lên hai đầu tắc te nhỏ điện áp hoạt động đèn sáng liên tục Sử dụng chấn lưu điện từ có ưu điểm rẻ tiền, dễ lắp ráp sửa chữa, nhiên có nhược điểm khởi động chậm, hay khó khởi động giảm áp lưới điện Do vậy, người ta thay loại chấn lưu điện tử khơng cần tắc te khởi động tiết kiệm đắt Độ dài đường 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 lưu” để trợ giúp cho việc phát sáng Chấn lưu 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 dòng để tránh bị hỏng hồ quang xuất tổng trở đèn giảm (hiệu ứng điện trở vi phân âm) Đầu tiên đèn coi khối khí khơng dẫn hai điện cực Chấn lưu cần phải cung cấp điện để tạo hồ quang hai điện cực Thế hiệu cấp biến áp nằm chấn lưu trợ giúp tắc te để tạo xung cao Khi khí đèn bị ion hóa, điện trở đèn giảm nhanh tránh cho điện cực khơng 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 lưu cần phải điều khiển dòng để đèn làm việc ổn định cơng suất danh định.Thiếu việc điều khiển dịng chấn lưu,áp suất tăng đặt vào hai điện cực giảm, ion hóa tắt đèn ngừng làm việc Nếu chấn lưu không thích hợp chúng khiến đèn làm việc trạng thái không tối ưu Kết đèn không làm việc công suất không phát ánh sáng, tuổi thọ chúng giảm Chấn lưu cần phải cung cấp hiệu danh định để khởi động trì hồ quang cần phải điều khiển dịng để đèn làm việc cơng suất Một số chấn lưu tự gây ảnh hưởng bất lợi cho nguồn điện Những vấn đề nguồn lưới điện lúc tự có mà thường bị thiết bị (giống chấn lưu điện từ điện tử) nối vào nguồn điện gây Những cuộn biến áp tụ điện q nóng, trục trặc máy tính, ngắt mạch nhảy thường xuyên,những thiết bị radio điện thoại gây ảnh hưởng lên chất lượng nguồn điện Người ta giảm thứ ảnh hưởng ý đến đặc trưng làm việc chấn lưu 1.1.2.Những đặc trưng chấn lưu Để lựa chọn chấn lưu cho ứng dụng thực tế cần để ý đến ba thông tin sau : Loại đèn Số lượng đèn mà chấn lưu phải làm việc đồng thời Thế hiệu lối vào hệ thống chiếu sáng Sau xác định ba tham số chấn lưu lựa chọn tiếp tục dựa đặc trưng sau đây: 1.1.2.a.Cơng suất lối vào Đó tổng cơng suất cần thiết để chấn lưu đèn làm việc thể thống Ta khơng tính công suất lối vào tổng số học công suất chấn lưu cộng cơng suất đèn đa số chấn lưu không điều khiển đèn làm việc hết công suất danh định Do công suất lối vào đại lượng cần đo xác sau xác định công suất đèn làm việc Các nhà sản xuất chấn lưu khác biểu diễn công suất lối vào khác Mất mát công suất chấn lưu phần công suất tổn hao riêng chấn lưu Nếu tổn hao xác định 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 lưu làm việc với điện danh định ghi nhãn chấn lưu Nếu dùng không danh định gây hỏng chấn lưu đèn hai Bảng 1.1 : Bảng thông số điện danh định chấn lưu 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 lưu 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 lưu phát triển loại chấn lưu 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 không đáng kể khơng gây ảnh hưởng lên việc lên kế hoạch sử dụng đèn HID đại trà Nhận xét loại chấn lưu đa hiệu có nhiều đầu dây nối với cuộn sơ cấp Điều tạo nên điểm yếu chấn lưu 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 lưu đèn Đối với đa số chấn lưu có giá trị dịng điện lối vào định Đối với số chấn lưu khác, thí dụ chấn lưu điện từ dùng cho đèn huỳnh quang thu gọn có dịng làm việc, dịng khởi động dịng mạch hở Có khả dịng khởi động dòng mạch hở lớn dòng làm việc Dòng lớn phải ý để thiết kế mạch hệ thống chiếu sáng, mạch khởi động, cầu chì bảo vệ Ngược lại gây hỏng thiệt hại cho hệ thống Dòng 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 Thơng thường chấn lưu điện tử có dòng khởi động lớn chấn lưu điện từ chấn lưu lai Chấn lưu điện tử nói chung có dòng vào cao chấn lưu sắt từ chấn lưu lai Mạch ngắt làm việc liên tục cầu chì nhảy chúng khơng chịu dịng khởi động chấn lưu Cầu chì bảo vệ Việc dùng cầu chì riêng biệt đơi xem xét nhiều đèn làm việc với chấn lưu ta muốn tắt đèn làm việc tồi Điều giúp ta sửa đèn tránh hỏng toàn hệ thống chấn lưu bị ngắn mạch Nếu dùng cầu chì nên dùng loại cánh cung kéo mở thuận tiện chịu dòng khởi động chấn lưu Chấn lưu điện tử thường chịu dòng khởi động lớn chấn lưu sắt từ nên thường khơng gặp rắc rối cầu chì chịu khơng dòng danh định Méo hài tổng cộng Do dòng đèn phóng điện khơng có dạng hình sin nên dịng chấn lưu tiêu thụ khơng có dạng hình sin Méo hài kiểu lớn gây nhiều vấn đề cho công ty dịch vụ làm nóng đường dây trung hịa mạng lưới ba pha Để phân tích nhiễu hài ta phân tích chúng thành tổng hài( tần số 50Hz 60Hz) Độ méo hài đánh giá số lượng hài có mặt tồn sóng bị méo Ngồi kết phân tích thơng thường 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 cho hệ lắp đặt thay đổi, nhiên đốt nóng dây trung hịa tránh THD nhỏ 33% Hệ số công suất PF Hệ số công suất xác định tương quan hai loại công suất : hữu công vô công Hữu công đo kW Đó cơng mà hệ thống thực chuyển động, sản nhiệt thứ tương tự Vô công đo kVAR Hai loại công chung lại tạo công biểu kiến đo đơn vị kVA Cuối hệ số cơng suất tỷ số hữu công công biểu kiến, kW/kVAR PF P vào U I Hệ số công suất chấn lưu xác định hiệu chuyển hóa hiệu dịng điện nguồn điện thành cơng suất tiêu thụ chấn lưu 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 lưu tạo ánh sáng đèn Chấn lưu thiết kế có hệ số PF cao thường có PF thích ứng Loại có PF cao dùng chiếu sáng thương mại có giá trị lớn 90% Chấn lưu loại PF cao dùng dòng khởi động thấp loại có PF thấp, chỗ lắp đặt nhiều chóa đèn Loại chấn lưu có PF thấp thường 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 hơn, gây q tải tồn mạng bị nhà cung cấp điện bắt phạt Hệ số chấn lưu Hệ số chấn lưu tỷ số Thông lượng ánh sáng đèn dùng với chấn lưu xét với Thông lượng ánh sáng đèn dùng với chấn lưu chuẩn Do chấn lưu phần tử tích hợp hệ thống chiếu sáng nên chúng có ảnh hưởng trực tiếp lên thông lượng ánh sáng phát Hệ số chấn lưu BF đại lượng đánh giá khả chấn lưu tạo ánh sáng từ đèn Đó tỷ số thông lượng đèn phát dùng chấn lưu quan tâm dùng chấn lưu chuẩn theo tiêu chuẩn ANSI BF nhân với lumen đèn số lượng đèn thành số lumen tổng cộng mà hệ thống gồm chấn lưu đèn phát Một chấn lưu có nhiều giá trị BF khác cho đèn khác Thí dụ chấn lưu điện từ dùng với đèn tiêu chuẩn có BF 95% dùng với đèn tiết kiệm lượng có BF 88% Nói chung BF chấn lưu nhỏ 1, chấn lưu loại đặc biệt có BF lớn Để tiết kiệm lượng thường chọn chấn lưu với BF thấp Tuy nhiên chọn 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 ưu 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 đưa tín hiệu điều khiển thích hợp LS1, LS2 role dùng để đóng mạch nạp cho acquy, chuyển chế độ từ điện áp lưới sang chế độ inverter Điện trở nhiệt 2.2 dùng để giảm dịng 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.CHƯƠNG 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