Thạc Sĩ Thiết kế chế tạo role tự động hòa đồng bộ chính xác dùng vi điều khiển

MỤC LỤC
Lời cam đoan i
Lời cảm ơn ii
Mục lục iii
Danh mục các hình vi
Chương 1 MỞ ĐẦU 1
1.1 Đặt vấn đề 1
1.2 Mục tiêu của đề tài 2
Chương 2 TÌM HIỂU VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP HÒA ĐỒNG BỘ 3
2.1 Các điều kiện hòa đồng bộ máy phát điện 3
2.1.1 Điều kiện về tần số 3
2.1.2 Điều kiện về điện áp 4
2.1.3 Điều kiện về Pha 4
2.1.4 Đồng vị pha trong hai hệ thống lưới 5
2.2 Xác định thời điểm hòa các máy phát đồng bộ 5
2.2.2 Các phương án truyền thống: 7
2.2.3 Phương án được đề xuất 8
2.3 Một số sơ đồ hòa đồng bộ phổ biến tại Việt Nam và trên thế giới 8
2.3.1 Hòa đồng bộ máy phát vào thanh cái 8
2.3.2 Hòa đồng bộ máy phát vào lưới thông qua máy biến áp 9
2.3.3 Hòa đồng bộ máy phát điện hạ áp bằng tay 13
2.3.4 Sơ đồ hòa đồng bộ dùng rơ le - được đề xuất 15
Chương 3 LỰA CHỌN VI ĐIỀU KHIỂN 17
3.1 Tổng quan lựa chọn vi điều khiển 17
3.1.1 Nhiệm vụ của vi điều khiển 17
3.1.2 Giới thiệu về vi điều khiển họ MSC-51 17
3.1.3 Cấu trúc bên trong vi điều khiển: 21
3.1.4 Giới thiệu tập lệnh của 8051: 29
Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ nông nghiệp iii


3.3 Giới thiệu họ vi điều khiển AVR, loại ATMEGA8535 33
3.3.1 Tổng quan vi điều khiển AVR, loại ATMEGA8535 33
3.3.2. Cổng vào ra song song 34
3.3.3 Cấu trúc bộ nhớ 37
3.3.4. Một số thanh ghi của AVR ATMEGA8535: 38
3.3.5. Timer/Counter của AVR ATMEGA8535 41
3.3.6. Watchdog Timer của AVR ATMEGA8535 43
3.3.7. Giao diện ngoại vi nối tiếp SPI 43
3.3.8 Bộ thu phát nối tiếp dị bộ vạn năng UART 45
3.3.9 Bộ so sánh tương tự 46
3.3.10 Bộ biến đổi ADC của AVR ATMEA8535 47
Chương 4 SƠ ĐỒ KHỐI VÀ THIẾT BỊ PHẦN CỨNG 51
4.1 Sơ đồ khối 51
4.2 Thiết kế phần cứng 51
4.2.1 Mạch đo và chuẩn hoá điện áp lưới và điện áp máy phát. 51
4.2.2 Mạch đo và chuẩn hoá tần số lưới và tần số máy phát, đo góc
lệch pha Δϕ 52
4.2.3 Mạch nguồn 56
4.2.4 Mạch hiển thị votl kép và tần số kép (vi điều khiển 2) 59
4.2.5 Mạch hiển thị góc lệch pha 63
4.2.6 Khối ngoại vi ( Phím, LCD, RTC) 67
4.3 Thiết kế bàn thí nghiệm về rơ le hòa đồng bộ chính xác dùng vi
điều khiển 72
Chương 5 LƯU ĐỒ PHẦN MỀM VÀ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 73
5.1 Lưu đồ phần mềm 73
5.1.1 Lưu đồ phần mềm của vi điều khiển 1 73
5.1.2 Lưu đồ chương trình truyền bản tin của VĐK1: 74
5.1.3 Lưu đồ chương trình nhận bản tin của vi điều khiển 1: 75
5.1.4 Các lưu đồ phần mềm của Vi điều khiển 2 76
Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội - Luận văn thạc sĩ nông nghiệp iv


5.2 Chương trình điều khiển 82
5.2.1 Chương trình cho Vi điều khiển 1 82
5.2.2 Chương trình cho vi điều khiển 2 82
Chương 6 THỬ NGHIỆM, ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THIẾT KẾ 83
6.1 Thử nghiệm 83
6.1.1 Kiểm tra phần cứng 83
6.1.2 Kiểm tra phần mềm 84
6.1.3 Kiểm tra tổ hợp 84
6.2 Đánh giá kết quả thiết kế 84
KẾT LUẬN VÀ CÁC ĐỀ XUÂT MỞ RỘNG PHẠM VI NGHIÊN CỨU 85
TÀI LIỆU THAM KHẢO 87
PHỤ LỤC 88

Chương 1
MỞ ĐẦU
1.1. Đặt vấn đề
Điện năng là một dạng năng lượng rất quan trọng đối với nền kinh tế
quốc dân. Việc cung cấp điện năng ổn định và liên tục là một ưu cầu tất yếu.
Năng lượng điện được sản xuất tập trung tại các nhà máy điện, năng lượng
điện từ các nhà máy điện phát ra được hoà vào mạng lưới điện và được truyền
tải đến từng hộ tiêu thụ điện. Các tổ máy phát điện của các nhà máy điện hoà
được vào mạng điện thông qua hệ thống hòa đồng bộ.
Hệ thống hòa đồng bộ trước đây ở các nhà máy điện của Việt Nam đều
do Liên Xô, các nước Đông Âu hoặc Trung Quốc chế tạo. Những năm 1950,
thiết bị hòa đổng bộ được điều khiển bằng các tổ hợp Rơle, Aptomat,
Contactor và điều khiển bằng tay. Đến những năm 1960-1970 thì hệ hòa đổng
bộ điện áp bắt đầu được thực hiện bằng kỹ thuật số. Cho đến nay cùng với sự
phát triển của khoa học, kỹ thuật, công nghệ số ngày càng trở nên phổ biến thì
các thiết bị hòa đồng bộ sử dụng kỹ thuật số cũng đang dần thay thế những kỹ
thuật trước kia.
Các hệ thống hòa đồng bộ sử dụng các tổ hợp rơle, aptomat, contactor
và điều khiển bằng tay trên bộc lộ nhiều nhược điểm:
- Cồng kềnh, phức tạp về cơ khí, độ tin cậy thấp do phụ thuộc vào chủ
quan của người vận hành
- Việc sửa chữa, bảo dưỡng phức tạp, chi phí lớn, kéo dài thời gian
- Khả năng bảo vệ khỏi các sự cố thấp
Từ những năm sau 1970, thế giới đã sử dụng công nghệ số để sản xuất
các hệ thống hòa động bộ. Việc thay thế, hiện đại hóa thiết bị cũ bằng vi mạch
là hoàn toàn hợp lý vì những lý do:
- Nâng cao độ chính xác, độ tin cậy của thiết bị.
- Bền, gọn, nhẹ.
- Có thể tự động chọn được chế độ và các thông số vận hành tối ưu cho
máy phát.
- Việc bảo dưỡng và sủa chữa đơn giản hơn.
Tuy nhiên hệ thống hòa đồng bộ do nước ngoài sản xuất những năm
gần đây khi áp dụng vào điều kiện thực tế của Việt Nam cũng đã bộc lộ một
số nhược điểm sau:
- Chúng ta không chủ động được về mặt công nghệ.
- Giá thành cao
- Chi phí bảo trì, bảo dưỡng lớn do phải phụ thuộc vào chuyên gia nước
ngoài.
Vấn đề đặt ra là phải thiết kế chế tạo thành công rơ le hòa đồng bộ
chính xác dùng vi điều khiển, ứng dụng được tiến bộ khoa học - kỹ thuật của
thời đại
1.2. Mục tiêu của đề tài
Nhằm khắc phục những khó khăn trên, cũng như mong muốn ứng dụng
tiến bộ khoa học công nghệ mới, nhất là kỹ thuật vi điều khiển vào điều khiển
các thiết bị, các dây truyền công nghệ ở Việt Nam. Tiến tới chiếm lĩnh kỹ
thuật công nghệ mới và làm chủ được các hệ thống điều khiển tiên tiến,
PGS, TSKH Trần Hoài Linh đã hướng dẫn tôi thực hiện đề tài: "Thiết kế, chế
tạo rơle tự động hòa đồng bộ chính xác dùng vi điều khiển".
Mục đích đề tài:
- Thiết kế, chế tạo mô hình rơle hoà động hòa đồng bộ chính xác, dùng
vi điều khiển phục vụ làm mô hình thiết bị dạy thực hành môn học vi xử lý tại
trường Cao đẳng nghề Cơ khí nông nghiệp (Bình xuyên - Vĩnh Phúc)
- Ứng dụng sản xuất một rơ le hòa đồng bộ chính xác cho 1 tổ máy phát
gồm 2 máy công suất đến 1MVA