Đồ Án Thiết kế và thi công Ups online 220Vac/ 400Hz

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
​

BỘ MÔN THIẾT BỊ ĐIỆN

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
​
HỌ VÀ TÊN: NGÔ THANH TUẤN (A) MSSV: 40602785
NGUYỄN KHẢI HOÀN (B) 40600767
NGÀNH : Kỹ thuật điện LỚP : DD06KTD


1. Đề tài luận văn:

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG UPS ONLINE 220Vac/ 400Hz

2. Nhiệm vụ (yêu cầu về nội dung):

6 Giới thiệu bộ nguồn UPS online (A), đặc tính acquy(B), bộ nghịch lưu dùng cầu H (A)
(10%)
6 Tìm hiểu chip ATMEGA 16 (B)
6 Thiết kế và thi công mạch điều khiển nghịch lưu cầu H (H full Brigde) (B) (30%)
6 Mạch lọc true sin 220Vac/ 400Hz (A) (10%)
6 Lập trình ATmega 16 điều khiển mạch nghịch lưu cầu H (220Vac/ 400Hz) từ acquy
100Ah (A) (30%)
6 Vận hành thí nghiệm mô hình thực nghiệm (A+B) (20%)
6 Đánh giá hoạt động (ưu, khuyết, so sánh sản phẩm thực tế) (10%)

3. Ngày giao nhiệm vụ luận văn: 20/09/2010
4. Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 09/01/2011
5. Họ tên người hướng dẫn: Phần hướng dẫn:
1/ Trần Công Binh 100%
Nội dung và yêu cầu LVTN đđược thông qua bộ môn .

Ngày tháng năm 2010.
CHỦ NHIỆM BỘ MÔN NGƯỜI HƯỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ tên ) (Ký và ghi rõ họ tên )





PHẦN DÀNH CHO KHOA , BỘ MÔN :
Người duyệt (chấm sơ bộ) : .
Đơn vị : .
Ngày bảo vệ :
Điểm tổng kết :
Nơi lưu trữ luận văn :

TÓM TẮT LUẬN VĂN



Luận văn này trình bày cách tính toán, thi công mạch điều khiển bộ nghịch lưu
và cách xây dựng thuật toán điều khiển dựa vào phương pháp điều rộng xung (sin
PWM), từ đó đưa ra hướng lập trình vi điều khiển cho một bộ bộ lưu điện UPS từ
acquy 24V ra điện áp AC 220V/400Hz được ứng dụng trong các thiết bị quân sự. Tần
số đầu ra của UPS là 400Hz sẽ giúp làm giảm bớt khối lượng các thiết bị điện bên
trong tạo ra độ linh hoạt khi sử dụng.
Để tạo ra được điện áp xoay chiều từ acquy, đề tài này dùng phương pháp điều
rộng xung Sin PWM. Tín hiệu xung được lấy từ vi điều khiển đưa vào kích các
MOSFET trong mạch cầu H. Nhờ thay đổi độ rộng xung sẽ thay đổi được trị trung
bình trên tải, từ đó điện áp DC của acquy có thể chuyển thành điện áp AC ở tải.
Sử dụng vi điều khiển trong mạch nghịch lưu sẽ tạo ra tần số sóng mang cao, có
thể cùng một lúc tạo được nhiều tín hiệu xung PWM và thực hiện các chức năng hiển
thị, giám sát
Điện áp ở AC sau khi được chỉnh lưu từ mạch cầu H sẽ đi qua một bộ lọc thông
thấp nhằm lọc các sóng hài bậc cao gây nhiễu đảm bảo cho tần số đầu ra của UPS là
400Hz. Sau đó, tín hiệu điện áp sẽ được đưa đến máy biến áp cách ly để điện áp đầu ra
đạt được 220V AC như yêu cầu.


MỤC LỤC

Đề mục
Trang bìa . i
Nhiệm vụ luận văn
Lời cảm ơn . ii
Tóm tắt luận văn . iii
Mục lục . iv
Danh sách hình vẽ . vi

Chương 1: BỘ NGHỊCH LƯU TRUE SIN 400Hz DÙNG CẦU H .1
1.1 Sơ lược về bộ nghịch lưu . 1
1.2 Giới thiệu về bộ nghịch lưu . 4
1.2.1 .Tổng quan về các bộ nghịch lưu
1.2.2 Các phương pháp điều khiển bộ nghịch lưu
1.3 Mạch cầu H 8
1.4 Các bộ lọc tần số 9
1.5 Tóm gọn sơ đồ nguyên lý hoạt động 11

Chương 2: GIỚI THIỆU VỀ ACQUY SỬ DỤNG 12
2.1 Giới thiệu chung về acquy . 12
2.2 Quá trình hóa học xảy ra trong acquy axit . 13
2.3 Các thông số cơ bản của acquy 15
2.3.1 Dung lượng
2.3.2 Điện áp
2.3.3 Điện trở trong
2.3.4 Đặc tính phóng điện
2.3.5 Đặc tính nạp
2.3.6 Dấu hiệu nhận biết acquy đầy
2.4 Tiêu chuẩn acquy . 19

Chương 3: TÌM HIỂU VI XỬ LÝ ĐỂ ĐIỀU KHIỂN UPS ONLINE . 23
3.1 Giới thiệu về vi điều khiển AVR . 23
3.2 Các thông số hoạt động của ATMega16 24
3.3 Mô tả chân và tính năng của chúng . 25
3.4 Sơ đồ khối 27
3.5 Cấu trúc bộ nhớ 28
3.6 Giới thiệu chế độ PWM trong vi điều khiển ATmega 16 31
3.7 Bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự 6 số (ADC) . 39
3.8 Các thanh ghi Port xuất nhập . 44
3.9 Giới thiệu ngắt trong ATmega 16 46

Chương 4: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH NGHỊCH LƯU DÙNG ATMEGA16 . 49
4.1 Mạch nghịch lưu cầu H 50
4.2 Mạch nguồn 5V 51
4.3 Mạch điều khiển . 53
4.4 Mạch đo dòng và áp acquy 56
4.5 Mạch hồi tiếp áp tải (áp ngõ ra) . 60
4.6 Tính toán các giá trị của mạch lọc LC . 61
4.7 Kết quả thi công . 62

Chương 5: THUẬT TOÁN VÀ LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN BỘ NGHỊCH LƯU DÙNG ATMEGA16 66
5.1 Thuật toán điều khiển . 66
5.2 Giới thiệu về phần mềm và ngôn ngữ lập trình sử dụng 68
5.3 Phần lập trình và giải thích 68

Chương 6: KẾT QUẢ, NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 73

Tài liệu tham khảo . 75
Phụ lục 1: Hướng dẫn cơ bản về lập trình C . 76
Phụ lục 2: Code chương trình 85
DANH SÁCH HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Sơ đồ đơn giản của UPS online
Hình 1.2 Sơ đồ dạng nghịch lưu áp 1 pha dạng cầu
Hình 1.3 Sơ đồ bộ nghịch lưu áp 1 pha nửa cầu không có biến áp và có biến áp
Hình 1.4 Sơ đồ mạch bộ nghịch lưu áp 3 pha
Hình 1.5 Các dạng sóng: sin mô phỏng (MODIRED SINE WAVE), thuần sin (SINE
WAVE), xung vuông (SQUARE WAVE)
Hình 1.6 Sơ đồ cách tạo ra tín hiệu sin PWM
Hình 1.7 Sơ đồ đơn giản của mạch cầu H sử dụng Mosfet làm công tắc
Hình 1.8 Sơ đồ khối mạch nghịch lưu acquy dùng cầu H
Hình 2.1 Cấu tạo Acquy
Hình 2.2. Ảnh hưởng của nồng độ dd γ tới điện trở và sức điện động
Hình 2.3 Đồ thì biểu thị sự phụ thuộc của dung lượng phóng và dòng điện sinh ra
Hình 2.4 Đặc tính phóng của acquy
Hình 2.5 Đặc tính nạp của acquy
Hình 3.1. Sơ đồ chân trong ATMega16
Hình 3.2. Sơ đồ khối ATMega16
Hình 3.3 Cấu trúc bộ nhớ AVR
Hình 3.4 Cấu trúc bên trong của AVR
Hình 3.5 Dạng xung ngõ ra chế độ Fast pwm
Hình 3.6 Dạng xung ngõ ra chế độ Fhase correct pwm
Hình 3.7 Dạng xung ngõ ra chế độ Phase and Frequency Correct pwm
Hình 3.8: Fast PWM mode 14 ở chân OC1A
Hình 3.9 các bít thuộc thanh ghi ADMUX
Hình 3.10 Thanh ghi ADCSRA
Hình 4.1 Sơ đồ khối toàn hệ thống
Hình 4.2 Sơ đồ nguyên lý mạch nghịch lưu cầu H
Hình 4.3 Mạch kích Mosfet dùng IR2110 (driver)
Hình 4.4 Sơ đồ chân và cấu trúc bên trong của LM7805
Hình 4.5 Mạch LM7805 tạo ra 5V
Hình 4.6 Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn
Hình 4.7 Sơ đồ nguyên lí mạch điều khiển
Hình 4.8 Sơ đồ chân ATMega16
Hình 4.9 Sơ đồ chân ULN2804
Hình 4.10 Sơ đồ cấu trúc bên trong của ULN2804
Hình 4.11 Sơ đồ mạch điều khiển được thiết kế bằng Orcad
Hình 4.12 Sơ đồ nguyên lý mạch đo áp trên acquy
Hình 4.13 Sơ đồ nguyên lý mạch đo dòng trên acquy
Hình 4.14: Sơ đồ chân Opnamp LM358
Hình 4.15: Dạng cơ bản của Opnamp
Hình 4.16 Sơ đô mạch đo dòng, đo áp trên acquy thiết kế bằng Orcad
Hình 4.17 Sơ đồ nguyên lý mạch hồi tiếp áp ngõ ra
Hình 4.18 Sơ đồ mạch hồi tiếp áp ngõ ra thiết kế bằng orcad
Hình 4.19 Mạch lọc LC trong sơ đồ
Hình 4.20 Mạch đo dòng và đo áp trên acquy
Hình 4.21 Mạch đo áp ngõ ra
Hình 4.22 Mạch vi xử lý
Hình 4.23 Các mạch được kết nối vào Board công suất và biến áp
Hình 4.24 Dạng sóng và điện áp ngõ ra
Hình 5.1 Cách tạo sóng sin ở đầu ra bộ nghịch lưu
Hình 5.2 Tạo ra xung PWM dựa trên so sánh với bảng sin
Hình 5.3 Kết quả sau khi nghịch lưu với tải đèn 15W