Nghiên cứu thiết kế, chế tạo bộ lưu điện cứu hộ cho thang máy sử dụng công nghệ inverter công suất đến 2500VA

Hệ thống thiết bị cứu hộ tự động cho thang máy bao gồm một hệ thống chuyển mạch được lắp đặt trong tủ điều khiển thang, một nguồn điện pin dự trữ, một máy biến tần phù hợp cho chế độ cứu

MỤC LỤC

Trang

Hình 1.1 Sơ đồi khối các đường cấp nguồn cho thang máy 3

Chương 2 Thiết kế kỹ thuật 5 2.1 Thiết kế các khối chức năng bộ lưu điện cứu hộ cho thang máy 5

Hình 2.1 Sơ đồi khối 5

2.2 Thiết kế giao diện sử dụng 8

Hình 2.3 Sơ đồ động các menu cài đặt và hiển thị 8

Hình 2.4 Sơ đồ động các trạng thái cảnh báo 9

2.5 Thiết kế mạch chuyển đổi nguồn 24VDC/320VDC 13

Hình 2.8 Sơ đồ nguyên lý mạch chuyển đổi nguồn 24VDC/320VDC 13

2.6 Thiết kế mạch chuyển đổi nguồn 320VDC/220VAC - 50Hz 17

Hình 3.2 Dùng máy OSCILLOSCPOE để hiển thị dạng sóng ra 31

Chương 4 Khảo nghiệm 32 Hình 4.1 Máy được lắp đặt và chạy thử nghiệm cho thang máy 1000kg 31

Chương 5 Kết luận và kiến nghị 33

Lời nói đầu

Những năm gần đây ngành Xây dựng đã có những bước phát triển nhanh chóng Các công trình công nghiệp và dân dụng mọc lên ngày càng nhiều nhằm đáp ứng nhu cầu của sự nghiệp công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nước Trong các đô thị lớn ở nước ta khi quỹ đất ngày một thu hẹp, để đáp ứng nhu cầu về văn phòng làm việc và nhà ở ngày càng tăng của xã hội, việc xây dựng nhà cao tầng là một giải pháp hữu hiệu Với việc phát triển nhà cao tầng, yêu cầu đảm bảo lưu thông theo chiều cao là một trong những vấn đề kỹ thuật được đặt ra; do đó việc lắp đặt và sử dụng thang máy để giải quyết vấn đề này

là một yêu cầu tất yếu

Khi mà thang máy đã trở thành một thiết bị hiện đại và tiện nghi bậc nhất,

là phương tiện lưu thông chủ lực trong các toà nhà cao tầng thì ngoài nỗi lo các

sự cố hỏng hóc thang máy vẫn còn nỗi lo thường trực khác là sự cố mất điện

Sự cố này không chỉ gây ách tắc lưu thông mà đôi khi còn gây ngạt thở nguy hiểm tính mạng cho người bị mặc kẹt trong thang máy nếu không được giải cứu kịp thời

Ở nước ta công tác thường trực cứu hộ cho thang máy chưa được làm tốt

mà theo TCVN 5206-1990; TCVN 5207-1990; TCVN 5209-1990; TCVN 4244-2005; về kiểm định an toàn cho thang máy và quy trình kiệm định QTKĐ 003:2008/BLĐTBXH thì chưa có quy định bắt buộc về hệ thống thiết bị cứu

hộ tự động nên số lượng các thiết bị này vẫn còn quá ít so với số lượng lớn thang máy đang được sử dụng hiện nay

Hệ thống thiết bị cứu hộ tự động cho thang máy bao gồm một hệ thống chuyển mạch được lắp đặt trong tủ điều khiển thang, một nguồn điện pin dự trữ, một máy biến tần phù hợp cho chế độ cứu hộ có tích hợp đầu vào nguồn điện DC, một bộ lưu điện cứu hộ cho thang máy

Nhóm nghiên cứu chúng tôi cố gắng với mục tiêu chế tạo được một bộ lưu điện cứu hộ đủ các tính năng cần thiết và đảm bảo chất lượng, làm cơ sở ban đầu cho hướng đầu tư sản xuất thay thế thiết bị nhập khẩu, góp phần bổ xung tính năng cứu hộ tự động cho các thang máy còn đang để chờ thiết bị này

Do các thông tin công bố về các nghiên cứu khoa học đối với thiết bị lưu điện cứu hộ cho thang máy là rất hiếm hoi, chúng tôi chưa có điều kiện tiếp cận và kế thừa nên khó tránh khỏi những thiếu sót Rất mong nhận được nhiều

ý kiến đóng góp để sản phầm đề tài của chúng tôi được hoàn thiện hơn

Chương 1 Tổng quan

Khác với các bộ lưu điện khác như lưu điện cho máy tính, sinh hoạt, y tế hay cho cửa cuốn , bộ lưu điện cứu hộ cho thang máy không cung cấp toàn bộ nguồn điện để thang chạy tiếp khi mất điện lưới Nó chỉ cung cấp một nguồn

điện công suất nhỏ đủ để di chuyển cabin với một tốc độ rất chậm đến tầng gần nhất và mở cửu giải cứu cho người bị mắc kẹt trong cabin rồi ngắt điện Bộ

phận pin (ác quy) có nhiệm vụ cấp nguồn DC trực tiếp cho bộ biến tần chuyên dụng để điều khiển động cơ chính Bộ lưu điện cứu hộ có nhiệm vụ nạp điện tự động cho các ác quy, biến đổi nguồn điện 24VDC thành 220VAC/50Hz cấp

cho toàn bộ hệ thống mạch điện điều khiển trong tủ điều khiển thang, cho

cabin, động cơ đóng mở cửa và các mạch phím bấm gọi thang, chọn tầng

Hình 1.1 Sơ đồ khối các đường cấp nguồn cho thang máy

ĐỘNG CƠ TẢI CABIN

TỦ ĐIỀU KHIỂN

(Board mạch CPU, bộ nguồn và các bộ chuyển mạch)

NGUỒN ĐIỆN LƯỚI

(3Fa/380V)

72VDC

3Fa 380V

110VDC 220V

AC

5V- 24VDC

5V- 24VDC

3Fa inverter

Khi gặp sự cố mất điện, bộ lưu điện cứu hộ lập tức cấp nguồn điện

220VAC để phục hồi hoạt động cho tủ điều khiển thang Lúc này hệ thống chuyển mạch cho chế độ cứu hộ tự động được kích hoạt, hệ thống này chuyển nguồn điện DC đến cho máy biến tần sẵn sàng làm việc ở chế độ cứu hộ, đóng tiếp điểm báo hiệu cho Board mạch CPU chuyển sang chế độ cứu hộ tự động Tại chế độ này thang máy được điều khiển với tốc độ <1/4 so với tốc độ thang chạy lúc có điện lưới để di chuyển cabin đến vị trí tầng gần nhất, mở cửa giải cứu cho người bị mắc kẹt trong thang máy và ngắt điện kết thúc chu trình cứu

hộ tự động

Một chu trình cứu hộ tự động thường chỉ kéo dài không quá 1 phút vì thế

bộ lưu điện cứu hộ cho thang máy phải có chức năng cài đặt được thời gian cấp nguồn sau khi mất điện Hết thời gian này bộ lưu điện phải ngắt nguồn hoàn toàn để bảo toàn nguồn năng lượng còn lại trong pin (ác quy) và đảm bảo thang máy luôn ở trạng thái an toàn chờ điện lưới để hoạt động trở lại Khi có điện lưới trở lại, bộ lưu điện cứu hộ phải tự động khởi động lại và tự động nạp

ác quy

Một tính năng khác phải có đối với bộ lưu điện cứu hộ thang máy là: trong trường hợp chu trình cứu hộ tự động lần 1 không thành công do vấn đề nào đó thì bộ lưu điện phải cho phép người sử dụng nhấn phím khởi động lại, khi đó một chu trình cứu hộ tự động phải được lặp lại Chu trình này được phép lặp lại nhiều lần cho tới khi thang máy về được vị trí an toàn hoặc tới ngưỡng giới hạn thấp áp của nguồn pin (ác quy)

Nguồn điện DC cấp cho máy biến tần điều khiển động cơ chính trong chế

độ cứu hộ thường là 72V và nguồn điện DC cấp cho bộ lưu điện là 24V, 36V hoặc 72V, thông dụng nhất là 24V

Chương 2 Thiết kế kỹ thuật

2.1 Thiết kế các khối chức năng bộ lưu điện cứu hộ cho thang máy

Hình 2.1 Sơ đồi khối

Đường điện lưới 220VAC

Đường điện nạp ác quy ổn dòng 18-29,5VDC; ổn áp 27,4VDC

Đường điện 18-29,5VDC

Đường điện 320VDC

Đường xung PWM công suất ra

Đường điện đã được biến đổi thành sóng sin 220VAC

Đường điện lưới hoặc đường điện 220VAC được tái tạo từ nguồn pin Đường điện lưới 220VAC

Đường điện 18-29,5VDC

Đường điện 18VDC ổn áp

Đường điện 15VDC cách li 4 kênh

Đường điện 24VDC ổn áp 2 kênh

Board mạch hiển thị LED và phím bấm

Board mạch

nguồn

Chuyển mạch nguồn AC

Bộ công suất cầu H

Bộ lọc L-C

Board mạch chuyển đổi điện áp cách li 24VDC/320VDC

Điện ra 220VAC

Điện vào

220VAC

Vi mạch cách li xung điều khiển

i e

Đường điện 24VDC ổn áp

Đường điện lưới 220VAC

Đường tiếp điểm điều khiển quạt gió làm mát máy

Đườngãyung điều khiển công suất 4 kênh

Đường tín hiệu điều khiển đóng ngắt nguồn 320VDC

Đường tín hiệu phản hồi mức điện áp 320VDC

Đường xung cách li điều khiển công suất IGBT

Đường tín hiệu điều khiển bật - tắt máy

Đường tín hiệu điều khiển chuyển mạch điện lưới hoặc điện tái tạo

Đường dữ liệu điều khiển Led màn hình

Đường tín hiệu phím bấm

Đường phản hồi dạng sóng sin đã được tái tạo 220VAC

Từ nguồn điện lưới 220VAC được cấp đến mạch nạp ác quy tự động và chuyển mạch đầu ra Mạch nạp ác quy tạo ra mức điện áp được điều khiển thay đổi từ 18-29,5V sao cho dòng điện nạp ác quy luôn ổn định Ở đây chúng tôi thiết

kế dòng nạp 6A cho ác quy 100AH Khi điện áp nạp lên đến 29,5V thì máy tự động chuyển sang chế độ nạp ổn áp, chế độ này cho điện áp nạp 27,6V và luôn kiểm soát dòng điện nạp, nếu thấy dòng điện nạp lên đến 3A thì máy lại tự động chuyển sang chế độ nạp ổn dòng 6A và lặp lại chu trình nạp tự động

Bộ nguồn lấy điện từ ác quy có mức điện áp dao động trong khoảng 29,5V biến đổi thành các mức điện áp ổn định và phù hợp để cấp cho các mạch

18-Vi điều khiển, hiển thị, chuyển mạch, cách li xung điều khiển, quạt làm mát máy Các nguồn điện này được đóng cắt theo tín hiệu cấp đến từ mạch vi điều khiển Mạch chuyển đổi điện áp cách li 24VDC/320VDC lấy điện từ ác quy cấp cho bộ công suất MOSFET để băm thành dạng xung tần số 40KHz với độ rộng xung thay đổi để được điện áp ra ổn định 320VDC Xung điều khiển công suất MOSFET được một vi mạch chuyên dụng cấp đến theo nguyên lý điều khiển PWM, có phản hồi điện áp ra để điều chỉnh tự động giữ ổn định điện áp ra khi tải thay đổi

Mạch công suất cầu H với các IGBT công suất lấy điện 320VDC từ bộ chuyển đổi điện áp cách li để băm thành dạng xung tần số 10KHz có độ rộng

thay đổi theo thời gian để tao dạng sóng sin 50Hz giống như điện lưới Xung điều khiển IGBT được cấp đến từ bộ vi điều khiển PIC 18F4431 qua vi mạch cách li xung điều khiển, vi mạch này khuyếch đại xung và cách li 4 kênh tín hiệu để cấp cho các nhánh cầu Sau bộ công suất cầu H biên độ xung được khuyếch đại lên 320V và độ rộng xung vẫn đảm bảo thay đổi theo hàm sin

Bộ lọc L-C làm nhiệm vụ lọc bỏ sóng mang 10KHz và biến sự thay đổi độ rộng xung thành thay đổi biên độ để được dạng sóng sin 50Hz như điện lưới

Bộ vi điều khiển luôn đo điện áp ra và điều chỉnh lại độ rộng xung để đảm bảo dạng sóng ra luôn là sóng sin và biên độ hiệu dụng là 220V

Khi điện lưới có trở lại, bộ vi điều khiển sẽ giữ chậm trong 2 giây rồi điều khiển chuyển mạch cho điện lưới đi ra đầu ra của máy, ngừng hoạt động của các mạch chuyển đổi điện áp cách li 24VDC/320VDC, mạch công suất cầu H và nạp lại điện cho ác quy

Hình 2.2 Hình ảnh bên trong bộ lưu điện cứu hộ thang máy

Khối công suất Khối hiển thị

2.2 Thiết kế giao diện sử dụng

Hỡnh 2.3 Sơ đồ động cỏc menu cài đặt và hiển thị

Menu cài đặt điện áp ra

Menu cài đặt chế độ cảnh báo

Menu cài đặt ngắt máy khi điện

áp ác quy quá cao

Menu cài đặt ngắt máy khi điện

áp ác quy quá thấp

Menu cài đặt điều khiển quạt làm

mát máy theo nhiệt độ công suất

Menu hiển thị nhiệt độ công suất

Hình 2.4 Sơ đồ động các trạng thái cảnh báo

MENU

MENU

MENU

MENU

C¶nh b¸o qu¸ t¶i

C¶nh b¸o qu¸ nhiÖt c«ng suÊt

C¶nh b¸o ®iÖn ¸p ¸c quy cao

C¶nh b¸o ®iÖn ¸p ¸c quy thÊp

2.3 Thiết kế mạch hiển thị và phím bấm

Hình 2.5 sơ đồ mạch nguyên lý:

A B C

D

8 7

6 5

4 3

2 1

25 Vu Ngoc Phan DT: 0913219394

1

BO MACH HIEN THI

1.0 11-Dec-2010 06:27:51 F:\DE TAI\DeTai 2010\LuuDienCuuHo\Cac ban ve\Hien thi.ddb - Documents\HienThi.sch Title

A3

D2 ACTIVE D3 MEMO 1

VCC 1

4

7

a d f g

VCC 1 4 7 a d f g

DS2 REDCA

330 Om

C1 104 C9 1000/16

D1 Power

R81 330

VCC

a f c e

VCC 1 4 7 a d f g

DS3 REDCA

VCC

a f c e

VCC 1 4 7 a d f g

DS4 REDCA

VCC

D5 MEMO 2 D4 MEMO 3

D6 ERRO

RUN

4 7 10 J10

Clk Data Latch RUN MENU - + MEMORY

BaoHan Overload

1 4 7 J13

VCC 1

4

7

a d f g

VCC 1 4 7 a d f g

DS6 REDCA

VCC

a f c e

VCC 1 4 7 a d f g

DS7 REDCA

VCC

a f c e

VCC 1 4 7 a d f g

DS8 REDCA

GND

Dữ liệu từ vi điều khiển gửi đến mạch hiển thị màn hình theo chuẩn nối

tiếp SPI gồm 3 đường dây, một đường dữ liệu Data, một đường xung nhịp Clk và một đường chốt STR Dữ liệu được gửi mỗi lần 64 bit cho

8 Led 7 thanh, mỗi bít tương ứng với 1 thanh của Led là a,b,c,d,e,f,g,(.) như hình 2.6

Giả sử muốn có chữ A hiển thị trên màn hình thì các bit điều khiển tương ứng cho các thanh Led đó phải có giá trị là 01110111 nghĩa

là thanh a,b,c,e,f,g sáng còn thanh d và thanh dấu chấm tắt

Các thiết bị có màn hình hiển thị từ 4 Led trở lên thường được thiết kế quét luôn phiên để giảm thiểu chi phí về linh kiện, giảm năng lượng nguồn hiển thị nhưng lại có nhược điểm lớn là độ sáng màn hình kém, tuổi thọ Led bị giảm do phải chịu dòng xung lớn hơn 20mA, khi di chuyển màn hình bị nháy

a

c b

Chúng tôi quyêt định dùng phương pháp điều khiển màn hình sáng liên tục để khắc phục các vấn đề trên, kết quả đã cho đúng như mong muốn, dòng điều khiển Led khoảng 10mA, sáng ổn định không có hiện tượng nháy khi di chuyển

Để thực hiện việc điều khiển các thanh Led như trên, chúng tôi sử dụng

IC chuyên dụng 74HC595 chuyển đổi dữ liệu nối tiếp -> song song, 8 chân ra song song được nối với 8 thanh của 1 Led 7 thanh Màn hình sử dụng 8 Led 7 thanh nên chúng tôi dùng 8 IC 74HC595 ghép nối tiếp nhau để điều khiển

D

4 3

2 1

File: F:\DE TAI\DeTai 2010\LuuDienCuuHo\Cac ban ve\VIXULY detai.DDB Drawn By:

Y1 10MHz

C29 22p C3022p

R35 1k

VDD

S12 Reset

VDD Vpp

C21 10/16 C19

Q10

3 5 7 9 10 12

J7

Clk Data Latch VCC

RUN NEXT (-) (+) STOP

R28 2k2 R27

Do T

Q9 C828

1

J1

DC24V

L1 100uH

C3 1000/16 C2 104 C1 1000/16

C5 1000/16 C6 104

560k

C9 474

VR1 1k

R3 15k

C8 1000/16

R6 10k

R1 10k R2 10k

V+

V-1 3 5

U3

LM2576

L2 100uH

C18 1000/16

D3 DX C17 1000/16

VCC 24V

24V

Activ LED ERR LED

1 3 5 7

M1 LED M2 LED

R24 330R23 330R22 330

1 3 5 7

J5

CPU

GND Power out Contac Power BaoDLuoi SDow GND

MCRL/VPP/RE3 1 RA0/AN0 2 RA1/AN1 3 RA2/AN2/Vref-/CAP1/INDX 4

RA4/AN4/CAP3/QEB 6

RA5/AN5/LVDIN 7 RE0/AN6 8 RE1/AN7 9 RE2/AN8 10

RC0/T1OSO/T1CKI 15

RA3/AN3/Vref-/CAP2/QEA 5

RC1/T1OSI/CCP2/FLTA 16

RC2/CCP1/FLTB 17 RC3/T0CKI/T5CKI/INT0 18

RD0/T0CKI/T5CKI 19

RD1/SD0

RC4/INT1/SDI/SDA 23RC5/INT2/SCK/SCL 24 RC7/RX/DT/SDORD4/FLTA 2627

39 RB7/KBI3/PGD 40

U8 PIC18F4431

DoAC out DoI DC

Do T DoAC in BEEP Contac Power Power out

RELAY LACH BaoDLuoi

ERR LED CLK Ngat X DATA Activ LED M1 LED M3 LED PWM1-4 NEXT STOP (+) (-) PGC

RX

Như hình 2.7 chúng tôi sử dụng loại vi xử lý PIC 18F4431 của hãng

Microchip Loại vi xử lý này có cấu hình rất phù hợp cho ứng dụng làm lưu

điện hoặc điều khiển động cơ

Đây là dòng vi xử lý 8 bít đang được sử dụng phổ biến nhất trên thế giới

do độ ổn định và khả năng chịu nhiễu cao tuân thủ theo chuẩn công nghiệp

Với công nghệ Nano Watt được chế tạo trên một DIP 40 chân, cho tốc độ

xử lý lên đến 10 triệu lệnh/giây, có bộ nhớ đủ lớn và các modul cần thiết mà

chúng tôi sử dụng dưới đây:

- Dao động thạch anh 10 mhz và hệ số nhân tần là 4 (PLLx4)

- Sử dụng module Watchdog (tự động reset lại khi treo)

- Sử dụng mức thấp nguồn reset là 2.7V

- Năm kênh ADC 10 bit tốc độ cao để đo dòng công suất, đo biên độ điện lưới,

đo điện áp ác quy, đo biên độ điện áp ra và đo nhiệt độ công suất

- Sử dụng module Power Control PWM 14 bit để điều khiển công suất IGBT

- Dùng ngắt ngoài INT0 để xác định thời điểm pha không

- Dùng ngắt timer 0 để làm thời gian đồng bộ lấy mẫu

- Dùng ngắt timer 3 để quét phím bÊm và quản lý hệ thống

- Dùng module SPI để đẩy dữ liệu hiển thị 8 LED 7T

- Dùng module UART để giao đẩy các dữ liệu test về PC và phát triển hệ thống khi cần ghép nối máy tính

- Dùng gần 20 byte EEPROM để lưu các thông số thiết lập phòng khi mất điện

- Chương trình đã sử dụng tới 14605 bytes ROM chiếm tỷ lệ 89.1% dung lượng chíp

- Dung lượng RAM đã dùng là 274 bytes chiếm tỷ lệ 35.7% Near RAM sử dụng 22 bytes chiếm tỷ lệ (22.9%)

2.5 Thiết kế mạch chuyển đổi nguồn 24VDC/320VDC

Hình 2.8 Sơ đồ nguyên lý mạch chuyển đổi nguồn 24VDC/320VDC

A B C

D

6 5

4 3

2 1

R36 220R C10

103

R30 470R

R28 47k R27

22k

R17 8k2

15V2

320V

0V

M9 FDB2532 R58 R69 5k6

1 4 J3

CPU

X1 MUR3060

X3

MUR3060

X2 MUR3060

C17 1000/35

GN.CS

Vin 1

U5 7815 C18 1000/25

F1 30A

F2 30A

+V 2 -V 1 SYNC 3

R31 10k

15V

GND

GND

R35 3k9 C12 472

GND

C13 C11 104t

R38 10k R40 10k R37 68R R39

GND SD

VREF

15V

Q8 2383 Q9 1013

Q10 2383 Q11 1013

X1

X2

R41 0,01R/2W

Q7 C828

V+ out 3

FB

DZ3 5V

GND

R70 220k

J1 +DC.IN-

GND

M2 FDB2532 R44 R45 5k6

M1 FDB2532 R42 R43 5k6

BA1

M4 FDB2532 R48 R49 5k6

M3 FDB2532 R46 R47 5k6

BA2 X1

M6 FDB2532 R52 R53 5k6

M5 FDB2532 R50 R51 5k6

M8 FDB2532 R56 R57 5k6

M7 FDB2532 R54 R55 5k6

GN.CS

M10 FDB2532 R60 R61 5k6

M11 FDB2532 R62 R63 5k6

M12 FDB2532 R64 R65 5k6

M13 FDB2532 R66 R67 5k6

M14 FDB2532 R68 R69 5k6

M15 FDB2532 R70 R71 5k6

M16 FDB2532 R72 R73 5k6

X2

F3 30A

F4 30A

F5 30A C19

4700uF/63V

C20 1700uF/63V

R73 0,01R/5W R74 0,01R/5W R75 0,01R/5W R76 0,01R/5W R77 0,01R/5W

1 J2

+DC.OUT-320V 0V

Với công suất dự kiến 2500VA chúng tôi tính toán các thông số cần thiết cho mạch chuyển đổi nguồn DC như sau:

+ Dòng điện đầu vào lớn nhất:

Với nguồn điện ác quy có giải điện áp 20 - 29,5V ta có Umin= 20VDC

Với công suất dự kiến là 2500VA Hiệu suất đối với nguồn inverter thông

thường là từ 80% đến 98% ta chọn mức thấp nhất H=0,8

Ta có I Max =P/U min /H

Như vậy dòng điện đầu vào lớn nhất là 2500 / 20 / 0,8 = 156,25A Đây là thông số quan trọng để thiết kế biến áp xung và lựa chọn linh kiện công suất

+ Lựa chọn linh kiện công suất:

Như hình 2.8 chúng tôi chọn linh kiện công suất là MOSFET FDB2532 của hãng FAIRCHINLD Linh kiện này đáp ứng các thông số cơ bản sau:

Điện áp làm việc: VDS = 150 volts

Dòng làm việc : ID = 79 ampe

Tốc độ chuyển mạch: Td(on) = 16 ns

Td(off) = 39 ns

Điện trở dẫn: rDS(ON) = 0,016 Omh

Điện áp điều khiển: VGS = 20 volts

Chúng tôi thiết kế tần số dao động của mạch là 40KHz nằm ngoài giải sóng âm

để tránh tiếng ồn lớn tạo ra khi máy hoạt động

Điện áp chịu đựng VDS của Mosfet được lựa chọn là 150V lớn hơn nhiều so với

2 lần điện áp lớn nhất của ác quy, đảm bảo luôn tránh được lỗi đánh thủng mặt ghép do điện áp cao

Bộ chỉnh lưu đầu ra chúng tôi chọn loại Diode cao tần MUR3060 với dòng điện chỉnh lưu cho phép 30A và điện áp chịu đựng 600V Ta chỉ sử dụng dòng chỉnh lưu <10A và điện áp làm việc <400V nên đảm bảo tránh được lỗi quá dòng và quá điện áp

+ Máy biến áp xung công suất

* Tính tiết diện dây sơ cấp và thứ cấp:

Từ thực nghiệm với điều kiện có quạt gió làm mát, mật độ dòng trên các

quận dây có thể đạt J = 5A/mm2 Có dòng điện qua quận dây sơ cấp bằng

dòng điện qua mỗi vế công suất nên ta có tiết diện dây là S1 = 163,44 / 5 =

Thực tế không thể cuốn biến áp với số vòng có dư 0,56 vòng nên

chúng tôi cuốn 3 vòng và cũng là để giải điện áp đầu vào cho phép rộng

+ Thiết kế ổn định điện áp ra:

Như hình 2.8 chúng tôi sử dụng một vi mạch chuyên dụng để tạo xung

Tại chân 2 điện áp 2,5V được cấp đến bởi cầu chia điện trở R31 + R34 Khi chưa có sự quá áp ở đầu ra 320V, chân 1 luôn có giá trị thấp hơn chân 2, đầu ra chân 9 ở mức 5V và các xung điều khiển công suất được mở với độ rộng xung tối đa Xung điều khiển được bộ công suất khuyếch đại, truyển tải qua máy biến áp xung và nhân áp lên trên 320Vpp rồi chỉnh lưu và lọc thành điện một chiều trên 320VDC Vi mạch U6 luôn kiểm soát mức điện áp này, nếu nó vượt quá 320VDC thì đầu ra của U6 sẽ tăng điện áp làm cho Q6 tăng dẫn kéo theo U7 mở, tăng dòng từ VREF sang chân 1 của U4 khiến điện áp trên chân 1 (chân -) tăng lên và kết quả là độ rộng xung điều khiển giảm và làm giảm điện áp ra để giữ ổn định điện áp ra luôn là 320VDC

+ Thiết kế bảo vệ công suất:

Tại chân 2 của U4 chúng tôi thiết kế thêm một mạch bảo vệ quá dòng và lấy tín hiệu đo dòng công suất bằng vi mạch U3 Nếu dòng điện qua công suất quá lớn, sẽ làm điện áp trên R73 cũng là điện áp trên chân 3 của U3 tăng cao khiến đầu ra chân 1 của U3 tăng cao dẫn đến Q7 thông làm giảm mạnh điện áp trên chân 2 của U4 và kết quả là độ rộng xung điều khiển giảm mạnh làm giảm mạnh dòng điện qua công suất để bảo vệ quá dòng cho công suất

Ngoài ra tín hiệu đo dòng được gửi đến vi xử lý để theo dõi, xử lý các công đoạn máy khác và thiết lập thêm cấp bảo vệ thứ 2 Khi vi xử lý kiểm soát thấy dòng điện vượt quá mức đặt cắt quá dòng sẽ lấp tức điều khiển cắt hết các xung khiều khiển công suất, ngắt điện áp ra tải, điều khiển ngắt xung của U4 qua chân SD (chân 10) rồi gửi thông báo sự cố quá dòng lên màn hình cùng các cảnh báo bằng còi và đèn

Với cả hai cấp bảo vệ trên, công suất luôn được bảo vệ an toàn khỏi các

sự cố do biến động lớn trên tải

2.6 Thiết kế mạch chuyển đổi nguồn 320VDC/220VAC - 50Hz

Hình 2.9 Sơ đồ mạch nguyên lý

A B C

D

4 3

2 1

File: F:\DE TAI\DeTai 2010\LuuDienCuuHo\Cac ban ve\UPvuong.DDB Drawn By:

R118 68R R119 5k6

J10 AC.OUT

R104 68R R1055k6

R102 68R R1035k6

R108 68R R1095k6

R106 68R R1075k6

R112 68R R1135k6

R110 68R R1115k6

R116 68R R1175k6

R114 68R R1155k6

R120 68R R121 5k6

R122 68R R123 5k6

R124 68R R125 5k6

R126 68R R127 5k6

R128 68R R129 5k6

R130 68R R131 5k6

R132 68R R133 5k6

R80 0,1R/5W R81 0,1R/5W

Q21 MGY25N120

Q22 MGY25N120

Q23 MGY25N120

Q24 MGY25N120

Q25 MGY25N120

Q26 MGY25N120

Q27 MGY25N120

Q28 MGY25N120

Q29 MGY25N120

Q30 MGY25N120

Q31 MGY25N120

Q32 MGY25N120

Q33 MGY25N120

Q34 MGY25N120

Q35 MGY25N120

Q36 MGY25N120

L1 INDUCTOR ISOLATED

C22 105/400V C23 205/400V C24 205/400V

J9 AC.OUT

J16 0V

R78 0,1R/5WR790,1R/5W

Như hình 2.9 chúng tôi thiết kế một mạch công suất cầu H gồm 4 nhánh,

mỗi nhánh cầu là 4 IGBT với các thông số sau:

Điện áp làm việc: VCES = 1200 volts

Dòng làm việc : IC = 25 ampe

Thời gian chuyển mạch: Td(on) = 50 ns

Td(off) = 190 ns

Điện áp mở bão hoà: VCE(sat) = 2 Volts

Điện áp điều khiển: VGS = 20 volts

Do nguồn điện 320VDC đã được khống chế công suất và giữ ổn áp nên

dòng điện hiệu dụng lớn nhất qua bộ công suất chỉ ở mức 9,75 * (320/220) =

14,18A

Vì đây là phần làm việc trực tiếp với tải nên hiện tượng quá dòng tức thời