JP2 kết nối với 2 chân vi điều khiển, JP4 là jack cấp nguồn 5 VDC và JP-AC jack cấp nguồn 220VAC cho PZEM 004T, JP-CT là jack kết nối CT (cảm biến dòng) với PZEM 004T.
d) Khối chấp hành
Hình 3.7 Khối điều cơng suất ngõ ra
37
Hình 3.8 Sơ đồ chân của Arduino Uno R3
f ) Khối nguồn
Bảng 3.1 Tính tốn dịng điện các linh kiện sử dụng trong mạch
STT Tên linh kiện Số
lượng Điện áp (VDC) Dòng tiêu thụ (mA) Tổng dòng tiêu thụ (mA) 1 Arduino UNO R3 1 5 260 260 2 Module PZEM 004T 1 5 10 10 3 LCD 20x4 module I2C 1 5 50 50 4 Còi báo 1 5 25 25 5 LED đơn 8 5 18 144 6 Relay 5V 8 5 70 560
Tổng dòng điện mạch tiêu thụ (mA) 1049
Với tổng dòng điện tiêu thụ như đã tính ở bảng 3.1, để mạch hoạt động tốt nhất với điện áp 5VDC và dòng cung cấp khoảng 1A.
38 Nguồn xoay chiều 220VAC qua module nguồn AC - DC Hi-Link HLK-5M05 5V 5Wchuyển đổi điện áp sang 5VDC cấp nguồn nuôi cho bộ điều khiển hoạt động. Lắp thêm tụ để lọc phẳng dòng điện hơn giúp mạch điều khiển hoạt động ổn định.
3.2.3 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch
39
3.3 Thiết kế tủ bù hệ số công suất 3.3.1 Sơ đồ mạch tủ bù hệ số công suất 3.3.1 Sơ đồ mạch tủ bù hệ số cơng suất
Hình 3.11 Sơ đồ mạch tủ bù hệ số cơng suất
3.3.2 Tính tốn cơng suất của tủ
Bài tốn đặt ra là có 4 động cơ 1 pha chạy không tải với công suất từng động cơ là khoảng 200W, Cos(φ) ≈ 0.5 muốn nâng Cos(φ) > 0.9. Lưới có có U ≈ 220V và tần số 50Hz .
Áp dụng công thức ở chương 2 ta dễ dàng tính Được dung lượng tụ cần bù cho từng động cơ.
C = π .(tg(φ1) - tg(φ2))
Bảng 3.2 Tính dung lượng cần bù
P (W) U (V) Cos(φ1) Cos(φ2) C (uf)
788 227 0.5 0.91 62.13
664 228 0.5 0.91 51.90
426 227 0.5 0.91 33.59
40 - Từ đó bảng và thêm sai số của tụ bù là ±5% dung lượng, nên tủ cần có tổng dung
lượng cao hơn Ccần = 62.13 * 5% = 66 (uf).
- Và giá trị nhỏ nhất là 15uf cần có tụ nhỏ hơn 15 uf để bù cho lúc bật 1 động cơ. Mà trên thị trường chỉ có loại tụ với dung lượng: 10uf, 20uf, 25uf, … .
=> Vì vậy quyết định sử dụng các loại tụ như sau:
Mã SP Dung lượng (uf) Điện áp Số lượng
Tụ SU CBB65 10 400 V 4
Tụ SU CBB65 20 400 V 2
41 CHƯƠNG 4 THI CÔNG VÀ THỬ NGHIỆM
4.1 Thi công bộ điều khiển 4.1.1 Làm mạch 4.1.1 Làm mạch
Vì nhóm khơng đủ khả năng để làm mạch in lên sẽ thuê bên ngoài hộ trợ làm mạch in và nhóm sẽ đi mua linh kiện về và hàn trên mạch.
Bảng 4.1 Số lượng linh kiện trên bo mạch
STT Tên linh kiện Số lượng STT Tên linh kiện Số lượng
1 Arduino UNO R3 1 11 Điện trở 10KΩ 6
2 Module PZEM 004T 1 12 Điện trở 100KΩ 8
3 Module HLK 5M12 1 13 Điện trở 120KΩ 8
4 LCD 20x4 và module I2C 1 14 Transistor A1015 8
5 Còi báo 1 15 Transistor C1815 1
6 LED đơn 8 16 Diode 9
7 Relay 5V 8 17 Header 2 chân 5
8 Nút nhấn 4 chân 6 18 Tụ C104 2
9 Điện trở 220Ω 8 19 Tụ 1000μF/16V 1
10 Điện trở 1KΩ 7
42
Hình 4.2 Bo mạch thực tế
4.1.2 In 3D hộp
Nhóm khơng có máy in 3D lên sẽ th bên ngồi gia cơng hộp theo thiết kế của nhóm.
Hình 4.3 Hộp theo thiết kế
4.1.3 Bộ điều khiển bù tự động
43
4.1.4 Lập trình bộ điều khiển tự động bù
Bắt đầu
Thiết các giá trị ban đầu cho các ngõ ra vi điềukhiển Hiển thị LCD Nếu P 0 Nếu P thay đổi Đóng tụ và cập nhật dữ liệu đúng Cập nhật dữ liệu sai Cắt tụ và cập nhật dữ liệu Đóng tụ và cập nhật dữ liệu P Tăng P Giảm Vịng lặp
Hình 4.5 Sơ giải thuật chương trình tự động bù hệ số cơng suất
44
4.2 Thi công tủ bù hệ số cơng suất
Hình 4.6 Mặt trước của tủ
45
4.3 Thi cơng mơ hình tạo ra dịng có cơng suất phản kháng cao
Theo như lý thuyết thì cơng suất phản kháng sinh chủ yếu từ tải cảm mà động cơ chính là tải cảm vì vậy nhóm đề xuất làm một kiểm tra cho bộ điều khiển bằng các tạo dịng điện có một hệ số cơng suất thấp bằng cách động cơ 1 pha chạy ko tải.
Hình 4.8 Động cơ chạy không tải.
4.4 Kết quả thử nghiệm
4.4.1 Độ chính xác của bộ điều khiển
Để đảm bảo độ chính xác của bộ điều khiển ta dùng Ampe kìm để so sánh với bộ điều khiển,
46
4.4.2 Chạy thử nghiệm tủ bù hệ số công suất
Sau khi cung cấp điện vào tủ ta tiến hành cho động cơ chạy và tăng giảm số lượng động cơ để tạo ra sử thay đổi về công suất phản kháng để bổ điều khiển tự động thực hiện tư động đóng cắt tụ tĩnh điện vào hệ thống điện từ đó ta quan sát được các trạng thái của dịng điện vào hệ số cơng suất sau được bù.
Bảng 4.2 Kết quả chạy thử nghiệm
Kiểu thử nghiệm Hệ số công suất Tốc độ xử lí
ổn định
Phương
pháp bù Tự nhận xét
Công suất tăng dần Đạt 8 s Tuần tự Đáp ứng được
yêu cầu
Công suất giảm dần Đạt 8 s Tuần tự Đáp ứng được
yêu cầu Tăng giảm công suất
ngẫu nhiên Đạt 8 s Tuần tự
Đáp ứng được yêu cầu
Nhìn theo cái bảng kết quả thì ta có thể thấy khả năng xử lý chưa cao vào phương pháp đóng tụ chỉ có một loại tùy nhiện vẫn có thể bù chính xác được khi phân suất phản kháng thay đổi. Nhìn chung thì nhóm cảm thấy cịn cần phát triển ở phần giải thuật tốt hơn.
47 CHƯƠNG 5 KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
5.1 Kết quả đạt được
Qua quá trình nghiên cứu và thực hiện đề tài, nhóm nhận thấy được có khả năng ứng dụng vào các môn học thực hành về hệ thống điện giúp cho sinh viên hiểu rõ hơn về các loại cơng suất,hệ số cơng suất và có khả năng ứng dụng vào một số hệ thống điện một pha.
Bên cạnh đó nhóm cũng đã bổ sung cho mình những kiến thức hay và bổ ích như: - Nguyên nhân gây ra công suất phản kháng.
- Các phương pháp nâng cao hệ số công suất. - Tính tốn cơng suất và thiết kế cho tủ mạch điện. - Tính tốn và thiết kế mạch điện.
- Sử dụng phần mềm Arduino IDE viết chương trình hệ thống. - Sử dụng các ngoại vi như PZEM 004T, LCD.
5.2 Tự nhận xét
Sau thời gian 16 tuần nghiêm cứu và thực hiện đề tài, mạch cơ bản đáp ứng được mục đích ban đầu.
Ưu điểm:
- Rễ ràng giám sát.
- Có cơng suất nhỏ phù hợp với việc tính tốn và nghiêm cứu. - Rễ ràng thay đổi lập trình theo ý thích.
Nhược điểm:
- Chỉ đo được được điện một pha 220V.
- Chỉ đo được hệ số công suất từ 0-0.99 chưa đo được từ -0.99-0. - Giới hạn dòng đo được chỉ được 100A.
- Tốc độ xử lý còn thấp.
48
5.3 Phương phát triển
Đối với đề tài đề cần khắc phục việc sử dụng module PZEM 004T đấy chính là phần quan trọng nhất trong đề tài. Việc có thể đo được hệ số công suất từ -0.99-0.99 là rất quan trọng vào việc lấy mẫu kết quả đo được sàng lọc lại lấy được kết quả đúng là chính xác nhất sẽ giúp việc tính tốn chính xác hơn.
Một số phương án mở rộng:
- Sử dụng thêm chip để xử lý thông tin từ PZEM 004T - Chọn loại vi điều khiển có nhiều chân sử lí tín hiệu hơn.
- Sử dụng nhiều hơn một module PZEM 004T để có thể đo dịng điện ở nhiều điểm trên hệ thống điện.
49 Tài Liệu kham khảo
[1] Ngơ Hồng Quang, Giáo trình cung cấp điện, NXB Giáo Dục, 2007.
[2] Nguyễn Xuân Phú, Nguyễn Công Hiền, Nguyễn Bội Khuê, Giáo trình cung cấp điện, NXB Khoa học và kỹ thuật, 2010.