§ Tool lập trình và debug: AVRStudio 4.2
§ Phần mềm nạp cho vi điều khiển: AVRISP-U
§ Phần mềm mô phỏng: Proteus 7.6 SP0
§ Phần mềm thiết kế giao diện: Visual Basic 6
§ Phần mềm thiết kế lưu đồ: Visio Microsoft Office 2003
3.3.2 Cơ sở thiết kế
Như đã đề cập trong chương lí thuyết,phương án khởi động động cơ được chọn là dùng mạch biến đổi xung áp. Về bản chất đây là phương pháp hạ điện áp đặt vào động cơ. Đối với khởi động mềm, điện áp được tăng dần một cách tuyến tính từ giá trị đặt Ukd đến giá trị điện áp làm việc của động cơ trong một khoảng thời gian tkd. Tùy theo loại tải mà giá trị của Ukd và tkd là khác nhau. Trong quá trình dừng mềm thì nguyên lí hoàn
toàn ngược lại. Điện áp từ giá trị làm việc của động cơ được giảm tuyến tính trong một khoảng thời gian tkd đến giá trị Ustop. Các giá trị này được tra theo bảng 3.6. Ta có qui luật biến đổi U theo t như sau:
Hình 3.31: Qui luật biến đổi điện áp đặt vào động cơ theo thời gian.
Mặt khác điện áp cấp cho động cơ lại phụ thuộc vào góc điều khiển α. Đối với bộ điều áp xoay chiều ba pha, mối quan hệ giữa điện áp đầu ra và góc mở α khá phức tạp, tùy vào từng khoảng giá trị của α. Đối với động cơ có cosφ=0.85 tức 0
32
ϕ≈ ta có các giai đoạn của góc α như sau:
v 0
32
α< : điện áp đầu ra trên tải chính bằng điện áp nguồn.
v 0 0
32 ≤ ≤α 150 : sẽ có những giai đoạn hai van của hai pha dẫn hoặc ba van của ba van dẫn.
v 0
150
α > : không có van nào dẫn.
Một cách gần đúng ta có sơ đồ mối quan hệ giữa U và α như đã đề cập ở chương lí thuyết như sau:
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 Hình 3.32: Mối quan hệ giữa U và α.
Với nguồn điện 50Hz, thời gian của một chu kì lưới điện là 1 20 50
T = = ms. Tương ứng với góc mở α là từ 0
0→360 . Dùng Timer có tần số 125KHz để đếm tương ứng 10ms là 1800 tương ứng là 1250 lần đếm==> 10 cần đếm 1250/180 lần. Bằng cách lập bảng tra 100 giá trị của Uload từ 0à100% ta có được góc mở α tương ứng nằm trong khoảng 0x45 đến 0x49C( 10° and 150°)
Như vậy với mỗi loại tải nhất định ta có được điện áp và thời gian khởi động tương ứng. Từ đó ta có được đường đặc tính của U theo t. Tại mỗi thời điểm của t( tương ứng là chu kì lưới) ta tính ra được U từ đó tra bảng để ra giá trị của α.
Trong mỗi chu kì lưới, các van mở lần lượt cách nhau một góc 600 tương ứng cách nhau số lần đếm của Timer 1 là:
1250
60 * 417
180 =
Thời điểm phát xung điều khiển cho mỗi van( tương ứng chính là góc mở α) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
được thực hiện chỉ cần nhờ đến Timer 1 với chức năng Input Capture và Compare. Mỗi khi có tín hiệu đồng bộ( có sườn xuống xuất hiện trên chân ICP của vi xử lí), giá trị thanh ghi ICR1A sẽ được lưu vào biến synch_time. Thời điểm mở cho các van được tính như sau:
_
Tx
t =synch time+alpha+shift
Trong đó: - Alpha góc mở được tra theo bảng đã nói ở trên.
- Shift là thời gian cần dịch đi để có được góc mở của van kế tiếp trong cùng một chu kì lưới điện được tính theo công
thức:shift=n* 417 trong đó n=1è6 là thứ tự van theo sơ đồ. Giá trị tTx này sẽ được update cho thanh ghi OCR1A sau mỗi lần có một van nào đó mở.
3.3.3 Lưu đồ trạng thái phần mềm.
3.3.3.1 Lưu đồ trạng thái phần mềm bộ HS2P-200
Đối với bộ HS2P-200, chương trình phần mềm được chia thành các module được thể hiện trong hình 3.33:
Quá trình khởi động mềm được thực hiện thông qua việc ngắn mạch S0-S1 và việc dừng mềm được thực hiện thông qua hở mạch S0-S1.
Các phục vụ ngắt chỉ được cho phép trong quá trình khởi động mềm, quá trình chờ dừng mềm và quá trình dừng mềm. Các phục vụ ngắt bao gồm:
- Ngắt chuyển đổi ADC phục vụ việc đo dòng qua động cơ.
- Ngắt báo quá nhiệt.
- Các ngắt cập nhật thời gian đồng bộ phục vụ phát xung điều khiển các van bán dẫn.
3.3.3.2Lưu đồ trạng thái phần mềm bộ HS3P-200
Các module phần mềm được thể hiện trong hình 3.34
Quá trình khởi động mềm được thực hiện thông qua phím bấm START hoặc thông qua việc ngắn mạch S0-S1. Quá trình dừng mềm được thực hiện thông qua phím bấm STOP hoặc hở mạch S0-S1. Trong các trạng thái của chương trình thì việc giao tiếp với bàn phím và LCD vẫn được thực hiện để cài đặt các thông số hoặc phục vụ cho việc hiển thị. Các ngắt được cho phép trong các trạng thái khởi động mềm, chờ dừng mềm và trạng thái dừng mềm. Các ngắt này bao gồm:
- Ngắt giao tiếp ISP với bộ chuyển đổi ADC.
- Các ngắt phục vụ việc cập nhật thời gian đồng bộ và phát xung điều khiển các van bán dẫn.
CHƯƠNG IV: THỬ NGHIỆM 5.1 Các chức năng cần thử.
5.1.1 Mẫu HS2P-200
- Kiểm tra điện áp cũng như thời gian khởi động và dừng.
- Kiểm tra sự thay đổi của các thông số U(t) và I(t).
- Kiểm tra các chức năng cảnh báo.
5.1.2 Mẫu HS3P-200
- Chức năng thiết lập các tham số.
- Kiểm tra điện áp cũng như thời gian khởi động và dừng.
- Kiểm tra sự thay đổi của các thông số U(t) và I(t).
- Kiểm tra các chức năng cảnh báo. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Kiểm tra chức năng tiết kiệm điện năng.
5.2 Phương pháp thử
- Thử tại phòng thí nghiệm: Sử dụng động cơ ba pha công suất nhỏ. So sánh sản phẩm của đề tài với sản phẩm tương đương của một hãng nước ngoài.
- Thử tại hiện trường: Sử dụng động cơ ba pha công suất 30-40kW.
- Tạo các tình huống thật để kiểm tra các tính năng cảnh báo của sản phẩm.
5.3 Chuẩn bị.
- Thiết bị thử: Chuẩn bị hai mẫu sản phẩm của đề tài là mẫu HS2P-200 và HS3P-200.
- Thiết bị thử đối chứng: Với mẫu đơn giản là Start Master SM44 IP20 và mẫu thông minh XFE132 của FairFord.
- Các tài liệu hướng dẫn sử dụng của các sản phẩm trên.
- Thiết bị phục vụ thử:
ü Hai máy đo Fluke 187 loại Real RMS: một máy đo dòng hiệu dụng, một máy đo điện áp hiệu dụng.
ü Một máy đo U/I RMS-HTC do trung tâm công nghệ cao thiết kế và chế tạo (xem phần phụ CHƯƠNG 5.3).
- Các thiết bị trên được đấu nối theo sơ đồ:
Hình 4.1: Sơđồđấu nối thử nghiệm. 5.4 Thực hiện và kết quả.
5.4.1 Trong phòng thí nghiệm.
Cùng một sơ đồ đấu nối, trên cùng một loại tải và cùng một bộ tham số như nhau thực hiện trên mẫu thử và mẫu đối chứng kết quả như sau:
5.4.1.1 Mẫu đơn giản HS2P-200:
v Thử chức năng cảnh báo lỗi:
Lưu ý khi thử với chức năng này: Sau mỗi lần thử, cần phải ngắt bộ HS2P-200 ra khỏi nguồn cấp ba pha trước khi đấu nối và thử chức năng mới.
§ Mất pha phía nguồn cấp:
- Thực hiện: Ngắt một pha bất kì kết nối từ bộ HS2P-200 với phía nguồn cấp. Ngắn mạch S0-S1(thông qua công tắc Start-Stop) để khởi động động cơ.
- Kết quả: Động cơ không được khởi động, đèn báo lỗi sáng.
- Thực hiện: Ngắt một pha bất kì kết nối từ bộ HS2P-200 với động cơ. Ngắn mạch S0-S1 để khởi động động cơ.
- Kết quả: Động cơ không được khởi động, đèn báo lỗi sáng.
§ Quá dòng khi khởi động:
- Thực hiện:
ü Như đã được đề cập trong mục Bảo vệ quá dòng ở mục 3.2.2.5 của chương 3 về các chức năng bảo vệ. Các điện trở R1, R2 có chức năng tạo ra điện áp sau biến dòng. Bằng cách thay đổi giá trị của R1 và R2 mà ngưỡng bảo vệ quá dòng cũng thay đổi. Đối với bộ HS2P-200, động cơ thử nghiệm có công suất là 1.1kW, dòng làm việc khoảng 1.7A, dùng biến dòng có tỉ lệ 2000/1 nên đầu ra biến dòng là 1.7 0.85
2000 ≈ mA. Để có thể đo và cảnh báo quá dòng gấp 2 lần dòng định mức (= 2*0.85 = 1.7mA) thì điện trở cần chọn là 5 300
1.7
V (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
mA≈ Ω. Chọn R1 = R2 = 150Ω để lắp vào mạch.
ü Kết nối lại bộ HS2P-200 với lưới ba pha, chọn tải khởi động là Standard. Ngắn mạch S0-S1 để khởi động động cơ
- Kết quả: Động cơ đang khởi động thì tự động chuyển sang dừng mềm và đèn báo lỗi sáng.
§ Quá nhiệt.
- Thực hiện: Tháo sensor tản nhiệt ra khỏi bộ tản nhiệt. Chuẩn bị một thiết bị phát nhiệt (đèn sợi đốt chẳng hạn). Cấp điện lưới ba pha cho bộ HS2P-200. Chọn loại tải khởi động là Standard. Ngắn mạch S0-S1 để khởi động động cơ. Sau khi động cơ khởi động xong, đưa đầu sensor nhiệt lại gần bóng đèn.
- Kết quả: Động cơ sẽ tự động dừng mềm, đèn báo lỗi sáng.
§ Chức năng khởi động và dừng mềm:
- Thực hiện: Chức năng này được thực hiện trên cả hai bộ là bộ HS2P-200 và bộ thử mẫu SM44 IP20 với việc chọn cùng một loại tải khởi động là Standard có thời gian khởi động là 5s và thời gian dừng là 10s, điện áp khởi động là 30%, điện áp dừng là 10%.
Hình 4.2: Đồ thịđiện áp và dòng với bộ HS2P-200
5.4.1.2 Mẫu thông minh HS3P-200
v Chức năng thiết lập các tham số hệ thống.
o Thực hiện: Việc lựa chọn loại tải khởi động hoặc việc thay đổi thời gian cũng như điện áp khởi động và dừng… được thực hiện thông qua các phím bấm và được quan sát trên LCD.
o Kết quả: Đạt yêu cầu.
v Chức năng cảnh báo và xử lí lỗi.
Các chức năng này được thực hiện giống như thử nghiệm với bộ HS2P- 200. Kết quả ngoài việc thể hiện giống như bộ HS2P-200 còn thể hiện thông báo trên màn hình LCD với các mã lỗi được đề cập trong mục 5.2 của chương 6.
v Chức năng khởi động và dừng mềm.
- Thực hiện: Chức năng này được thực hiện trên cả hai bộ là HS3P-200 với bộ tương đương XFE 132 của FairFord với việc cùng chọn một chế độ khởi động là Default với các tham số: thời gian khởi động là 10s, thời gian dừng là 10s, điện áp khởi động là 10%, điện áp dừng là 10%.
- Kết quả:
Hình 4.5: Đồ thị áp và dòng với bộđối chứng XFE132 của FairFord.
5.4.2 Thử nghiệm thực tế.
v Địa điểm thử nghiệm: Nhà máy cơ khí công trình 199 Minh Khai – Hai Bà Trưng – Hà nội.
v Thiết bị cần thử nghiệm: Hai bộ sản phẩm của đề tài bao gồm bộ đơn giản HS2P-200 và bộ thông minh HS3P-200.
v Thiết bị phục vụ thử nghiệm:
o Động cơ không đồng bộ ba pha 45kW chạy với tải là quạt hút cho trạm trộn Asphalt.
o Một máy đo điện áp và dòng hiệu dụng U/I RMS – HTC do trung tâm công nghệ cao chế tạo.
o Một máy tính dùng để kết nối với bộ U/I RMS – HTC phục vụ việc giám sát và lưu trữ.
Các tính năng cảnh báo đã được thử nghiệm tại phòng thí nghiệm nên việc thử nghiệm thực tế là không thực sự cần thiết. Vì vậy đề tài tập trung chủ yếu vào việc thử nghiệm tính năng khởi động và dừng mềm.
v Một số hình ảnh thử nghiệm:
Hình 4.8: Máy tính phục vụ việc lưu trữ và đồ thị hóa. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
v Kết quả thử nghiệm:
Việc thử nghiệm được thực hiện trên cả hai bộ sản phẩm của đề tài với việc chọn các loại tải khởi động khác nhau thông qua núm vặn(với bộ HS2P-200) hoặc thông qua giao diện phím bấm và màn hình LCD(với bộ HS3P-200). So với phương pháp khởi động đổi nối sao tam giác(được thiết kế sẵn cho động cơ này), rõ ràng phương pháp khởi động mềm dùng Thyristor ưu việt hơn hẳn.
o Phương pháp đổi nối sao tam giác:
Với rơle thời gian được đặt ở ngưỡng 10s, toàn bộ điện áp và dòng khởi động được thể hiện trên hình 4.9. Phương pháp này không có chức năng dừng mềm.
o Khởi động mềm với bộ HS2P-200: Chọn tải khởi động là Standard: - Thời gian khởi động: 5s.
- Thời gian dừng: 10s.
- Điện áp khởi động: 30%.
- Điện áp dừng: 10%.
Tải khởi động là High inertia Fan: - Thời gian khởi động: 15s.
- Thời gian dừng: 0s.
- Điện áp khởi động: 30%.
- Điện áp dừng: 0%.
Hình 4.11 : Đồ thị áp và dòng với bộ HS2P-200 chế độ High inertia Fan.
Chức năng khởi động có kick: - Ukick = 75%.
- Thời gian kick: 25 chu kì lưới điện (= 0.5s).
- Thời gian khởi động: 5s.
- Thời gian dừng: 15s.
- Điện áp khởi động: 530%.
- Điện áp dừng: 10%.
o Khởi động mềm với bộ HS3P-200:
Chọn loại tải khởi động là Default với thời gian khởi động là 10s, thời gian dừng là 10s, điện áp khởi động là 10%, điện áp dừng là 10%. Việc khởi động là có kick. Điện áp và dòng được thể hiện trên hình 4.13. và hình 4.14 bản phóng to quá trình khởi động của bộ ba pha.
PHỤ LỤC 5.1 Các sơđồđấu nối của bộ khởi động mềm
Hình 5.2: Sơđồđấu nối với bộ HS3P-200 5.2 Một số lưu ý khi vận hành thiết bị
5.2.1 Bộ HS2P-200
Trong quá trình vận hành, một số lỗi có thể xảy ra trong quá trình khởi động và vận hành động cơ và các phương án xử lí:
Có thể nguyên nhân là do mất pha hệ thống. Cần kiểm tra kết nối từ bộ HS2P-200 tới nguồn cung cấp và tới động cơ. Cũng cần kiểm tra kết nối giữa 2 chân S0 và S1. Lưu ý là cần reset lại toàn bộ hệ thống khi mọi thứ đã kiểm tra xong.
b. Khởi động nhưng sau đó lại dừng.
Có thể quá dòng khởi động. Có thể giải quyết bằng cách chọn một tải có thời gian khởi động dài hơn. Nếu vẫn xảy ra vấn đề này thì dải làm việc của dòng qua Thyristor nhỏ hơn của động cơ. Cần chọn bộ HS2P-200 có dải làm việc của dòng lớn hơn.
c. Khởi động và chạy một thời gian sau đó lại dừng.
Có thể hầu hết các nguyên nhân là do mất pha hoặc động cơ quá tải động cơ khi chạy ở chế độ normal. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
5.2.2 Bộ HS3P-200
Như đã đề cập trong mục chi tiết các tính năng, bộ HS3P-200 có khả năng phát hiện, tự xử lí và thông báo lỗi thông qua màn hình LCD. Mỗi khi có lỗi xảy ra, người vận hành cần xem loại lỗi và khắc phục lỗi. Dưới đây là bảng các loại lỗi:
Mã lỗi Chú thích