Thiết kế hệ thống điều khiển và giám sát tải giả lập trình được

Lời đầu tiên, em xin được gửi lời cảm ơn tới thầy Hoàng Đức Chính đã giao đề tài, hướng dẫn và đưa ra lời khuyên để em có thể thực hiện phần thiết kế giao diện của đề tài, cảm ơn sự tận tình của thầy trong suốt thời gian mà em làm đồ án tốt nghiệp này. Em cũng xin cân thành cảm ơn thầy Hoàng Anh và thầy Nguyễn Duy Đỉnh đã hướng dẫn và đưa ra lời khuyên giúp chúng em thực hiện phần thiết kế mạch điều khiển và mạch công suất. Trong suốt quá trình làm đồ án, em đã gặp rất nhiều những khó khăn, khúc mắc khó mà giải quyết nhưng nhờ sự giúp đỡ của các thầy mà chúng em có thể hoàn thành đồ án tốt nghiệp đúng thời hạn. Em cũng xin gửi lời cảm ơn tới bạn Trần Ngọc Diệu, người bạn cùng em thực hiện đồ án tốt nghiệp này, đã chia sẻ những kiến thức đã học được, giúp đỡ nhau hoàn thiện đề tài. Em cũng xin gửi lời cảm ơn tới Nhà trường, viện Điện và bộ môn Tự động hóa Công nghiệp đã tạo điều kiện cho em có cơ hội được thực hiện đồ án cũng như cho em sử dụng cơ sở vật chất giúp em dễ dàng thực hiện đồ án này. Em xin chân thành cảm ơn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết kế hệ thống điều khiển và giám sát

tải giả lập trình được

Giảng viên hướng dẫn: TS Hoàng Đức Chính

Lời cảm ơn

Lời đầu tiên, em xin được gửi lời cảm ơn tới thầy Hoàng Đức Chính đã giao đềtài, hướng dẫn và đưa ra lời khuyên để em có thể thực hiện phần thiết kế giaodiện của đề tài, cảm ơn sự tận tình của thầy trong suốt thời gian mà em làm đồ ántốt nghiệp này Em cũng xin cân thành cảm ơn thầy Hoàng Anh và thầy NguyễnDuy Đỉnh đã hướng dẫn và đưa ra lời khuyên giúp chúng em thực hiện phần thiết

kế mạch điều khiển và mạch công suất Trong suốt quá trình làm đồ án, em đãgặp rất nhiều những khó khăn, khúc mắc khó mà giải quyết nhưng nhờ sự giúp

đỡ của các thầy mà chúng em có thể hoàn thành đồ án tốt nghiệp đúng thời hạn

Em cũng xin gửi lời cảm ơn tới bạn Trần Ngọc Diệu, người bạn cùng em thựchiện đồ án tốt nghiệp này, đã chia sẻ những kiến thức đã học được, giúp đỡ nhauhoàn thiện đề tài

Em cũng xin gửi lời cảm ơn tới Nhà trường, viện Điện và bộ môn Tự động hóaCông nghiệp đã tạo điều kiện cho em có cơ hội được thực hiện đồ án cũng nhưcho em sử dụng cơ sở vật chất giúp em dễ dàng thực hiện đồ án này

Em xin chân thành cảm ơn!

Tóm tắt nội dung đồ án

Chúng em cần thực hiện thiết kế tải giả lập trình được để phục vụ cho nhiều ứngdụng khác nhau như thử các loại nguồn, mô phỏng công suất tiêu thụ, tiêu tánnăng lượng khi cần thiết Đề tài được chia làm hai phần lớn cần thực hiện là thết

kế mạch điều khiển và thiết kế mạch công suất Các công cụ mà chúng em sửdụng gồm:

Về phần mềm, sử dụng STM32CubeMx để thiết lập cấu hình ban đầu chochương trình, Proteus 8 Professional để mô phỏng các chức năng cần sử dụng,Keil uvision 5 dùng để viết chương trình, Altium Designer để thiết kế mạch in.Ngoài ra còn sử dụng Visual Studio 2019 để thiết kế giao diện điều khiển cho hệthống

Về phần cứng, chúng em lựa chọn Kit STM32f103c8 cho mạch điều khiển, cáclinh kiện phục vụ cho các chức năng của mạch điều khiển như chức năng hiển thị

sử dụng LCD 16x2 giao tiếp thông qua module I2C, giao tiếp người dùng thôngqua nút bấm,… Kết quả mà chúng em đạt được phù hợp với vấn đề đã đặt ra.Trong tương lai, chúng em sẽ cải tiến mạch điều khiển, mạch công suất, tích hợptoàn bộ hệ thống, phát triển thành sản phẩm hoàn chỉnh, có thể áp dụng được vàothực tế

Qua đồ án này, em đã có thêm những kiến thức về thiết kế, điều khiển cũng nhưtrau dồi thêm được các kỹ năng tìm tòi, học hỏi, làm việc nhóm và vượt qua các

áp lực cũng như khó khăn đề hoàn thành nhiệm vụ này

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Đối tượng nghiên cứu 1

1.2.1 Định nghĩa 2

1.2.2 Nguyên lý hoạt động 2

1.2.3 Các đặc điểm chính 2

1.2.4 Thông tin về sản phẩm tải giả khả trình 3

1.3 Mục tiêu thiết kế 4

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MẠCH CÔNG SUẤT 6

2.1 Giới thiệu 6

2.2 Tổng quan về chỉnh lưu tia ba pha 6

2.3 Tổng quan về Thyristor 7

2.3.1 Nguyên lý hoạt động: 7

2.3.2 Đặc tính Volt-Ampe của thyristor 7

2.4 Tính toán thiết kế mạch chỉnh lưu 8

2.4.1 Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lưu 8

2.4.2 Tính chọn thyristor 9

2.4.3 Tính chọn Aptomat bảo vệ quá dòng 10

2.4.4 Tính chọn mạch Snubber circuit 11

2.5 Tính toán thiết kế mạch phát xung thyristor 12

2.5.1 Sơ đồ nguyên lý mạch kích thyristor 12

2.5.2 Tính chọn biến áp xung 12

2.5.3 Tính chọn các linh kiện khác 13

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 16

3.1 Sơ đồ khối mạch điều khiển 16

3.2 Khối xử lý trung tâm 17

3.2.1 Lựa chọn vi điều khiển cho khối xử lý trung tâm 17

3.3 Khối nguồn 19

3.4 Khối đo lường 19

3.4.1 Thiết kế mạch đo dòng điện đầu vào 19

3.4.2 Thiết kế mạch đo điện áp xoay chiều đầu vào 24

3.4.3 Thiết kế mạch đo dòng điện đầu ra 24

3.5 Khối hiển thị 26

3.5.1 Lựa chọn linh kiện 26

3.5.2 Thiết kế khối hiển thị 28

3.6 Khối đèn báo 28

3.6.1 Thiết kế khối đèn báo 28

3.6.2 Lựa chọn linh kiện 28

3.7 Khối keyboard 29

3.7.1 Thiết kế khối keyboard 29

3.7.2 Lựa chọn linh kiện khối keyboard 30

3.8 Khối thời gian thực 30

3.9 Khối ACDET 31

3.9.1 Thiết kế khối ACDET 31

3.9.2 Lựa chọn linh kiện khối ACDET 31

3.10 Giao tiếp với mạch công suất 32

3.11 Giao tiếp với máy tính 32

3.12 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển 33

CHƯƠNG 4 XÂY DỰNG PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN TRÊN MÁY TÍNH 34

4.1 Tổng quan phần mềm điều khiển trên máy tính 34

4.2 Truyền thông giữa máy tính và mạch điều khiển 34

4.3 Giao diện điều khiển và giám sát 35

4.3.1 Giao diện chính 35

4.3.2 Lựa chọn công truyền thông giao tiếp – COM port 35

4.3.3 Lựa chọn chế độ điều khiển 36

4.3.4 Lựa chọn hiển thị 36

4.3.5 Đồ thị 37

4.3.6 Bảng 37

4.3.7 Sơ đồ hướng dẫn sử dụng giao diện 38

4.4 Cơ sở dữ liệu 39

CHƯƠNG 5 XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ 41

5.1 Giới thiệu 41

5.2 Mạch điều khiển 41

5.2.1 Phần cứng 41

5.2.2 Phần mềm 43

5.2.3 Kiểm tra tín hiệu điều khiển 49

5.2.4 Mạch kích xung điều khiển mở thyristor 51

5.2.5 Mạch chỉnh lưu 52

5.3 Giao diện trên máy tính 53

CHƯƠNG 6 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 54

6.1 Kết luận: 54

6.1.1 Hoàn thành 54

6.1.2 Hạn chế 54

6.2 Hướng phát triển trong tương lai 54

TÀI LIỆU THAM KHẢO 55

PHỤ LỤC 56

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Tải giả tự động AC415-1200kW 3

Hình 1.2: Sơ đồ các khối chức năng chính của hệ thống tải giả 4

Hình 2.1: Chỉnh lưu tia ba pha có điều khiển 6

Hình 2.2: Thyristor SCR 7

Hình 2.3: Đường đặc tính Volt-Ampe của thyristor 7

Hình 2.4: Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lưu 8

Hình 2.5: Thyristor BT152-800 TO220 20A 800V 10

Hình 2.6: Mạch R-C bảo vệ thyristor 11

Hình 2.7 Mạch R-C bảo vệ nguồn 11

Hình 2.8: Mạch phát xung mở thyristor 12

Hình 2.9: Lõi ferit EE16 13

Hình 2.10: Phía sơ cấp biến áp xung 14

Hình 2.11: Phía thứ cấp biến áp xung 15

Hình 3.1: Sơ đồ mạch điều khiển 16

Hình 3.2: Kit STM32F103C8T6 17

Hình 3.3: MCU 18

Hình 3.4: Khối nguồn 19

Hình 3.5: Cảm biến dòng Hall 100A 19

Hình 3.6: Tính toán cảm biến Hall 20

Hình 3.7: Lựa chọn các thông số 21

Hình 3.8: Khối đo dòng vào 22

Hình 3.9: Cách sử dụng cảm biến Hall 23

Hình 3.10: Khối đo điện áp 24

Hình 3.11: Khối đo dòng ra 25

Hình 3.12: Điện trở Shunt 26

Hình 3.13: LCD 16x2 26

Hình 3.14: Module I2C 27

Hình 3.15: Kết nối LCD với I2C 28

Hình 3.16: Khối đèn báo 28

Hình 3.17: Led vàng 29

Hình 3.18: Khối keyboard 29

Hình 3.19: Nút bấm 30

Hình 3.20: Sơ đồ chân của IC 74LS21 30

Hình 3.21: Khối thời gian thực 30

Hình 3.22: Pin 3V 31

Hình 3.23: Khối ACDET 31

Hình 3.24: IC LM741 32

Hình 3.25: Cổng nối mạch điều khiển với mạch công suất 32

Hình 3.26: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển 33

Hình 4.1: Các khối chính của phần mềm 34

Hình 4.2: Giao diện điều khiển và giám sát 35

Hình 4.3: Group box "Select COM" 35

Hình 4.4: Group box "Control" 36

Hình 4.5: Group box “Display” 36

Hình 4.6: Đồ thị 37

Hình 4.7: Bảng hiển thị 37

Hình 4.8: Lưu đồ thuật toán 38

Hình 4.9: Giao diện MySQL Workbench 39

Hình 4.10: Bảng Database 39

Hình 5.1: Mối quan hệ giữa các phần 41

Hình 5.2: Thiết kế mạch trên Altium 42

Hình 5.3: Mạch điều khiển thực tế 42

Hình 5.4 Khi kết nối với máy tính với mạch điều khiển bằng dây cáp USB 43

Hình 5.5: Chế độ thông tin đo lường 43

Hình 5.6: Hiển thị thông tin dòng điện, điện áp đầu vào và ra trong chế độ “Measurement” 44

Hình 5.7: Hiển thị thông tin công suất đặt và thực tế trong chế độ “Measurement” .44

Hình 5.8 Hiển thị công suất hiện tại và công suất tại thời điểm tiếp theo 45

Hình 5.9 Chế độ cài đặt công suất 46

Hình 5.10 Cài đặt công suất mong muốn 46

Hình 5.11: Cảnh báo giá trị đặt không phù hợp 47

Hình 5.12 Chế độ chọn góc alpha 47

Hình 5.13 Lựa chọn góc alpha bằng xoay biến trở 48

Hình 5.14 Chế độ “Real Time” 48

Hình 5.15: Hiển thị thời gian thực 49

Hình 5.16: Tín hiệu điều khiển 1 50

Hình 5.17: Tín hiệu điều khiển 2 50

Hình 5.18: Tín hiệu điều khiển 3 51

Hình 5.19: Mạch kích xung điều khiển dạng 3D 51

Hình 5.20: Mạch kích xung điều khiển thực tế 52

Hình 5.21: Mạch chỉnh lưu dạng 3D 52

Hình 5.22: Giao diện người dùng trạng thái hoạt động 53

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: Thông số kỹ thuật 4Bảng 2.1: Một vài thông số quan trọng của transistor 13Bảng 2.2: Một vài thông số quan trọng của thyristor 15

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Đặt vấn đề

Điện là một nguồn năng lượng không thể thiếu trong sinh hoạt, sản xuất, pháttriển kinh tế Ngày nay, với sự tiến bộ của khoa học công nghệ, con người ta cóthể tạo ra được nguồn điện bằng rất nhiều cách khác nhau từ những nguồn nănglượng khác nhau như thủy điện, nhiệt điện, hạt nhân, năng lượng mặt trời, điệngió, v.v…

Các thiết bị điện cần được cung cấp điện với giá trị điện áp, công suất phù hợpvới bản thân thiết bị Việc này rất quan trọng đối bởi nó sẽ quyết định năng suất,tuổi thọ, sự an toàn của thiết bị Trước yêu cầu quan trọng này, vấn đề được đặt

ra là với sự đa dạng của mình, làm thế nào để lựa chọn được nguồn điện nào làphù hợp nhất đối với từng loại thiết bị, với từng lượng tiêu thụ nhất định màkhông gây tổn thất, hỏng hóc cho các thiết bị Trước khi lắp đặt nguồn điệntrong hoặc sử dụng nguồn điện nào đó, ta nên kiểm tra xem nó có đạt được côngsuất như mong muốn hay không, hoạt động cung cấp điện của nó như thế nào đểtránh việc sử dụng một nguồn điện không đạt yêu cầu, gây tổn thất điện, lãng phícũng như gây hư hại cho các thiết bị điện Để thực hiện việc này thì tải giả chính

là một phương pháp dùng để kiểm tra nguồn điện

Tải giả lập trình được có thể mô phỏng các tình huống tải khác nhau, các phảnứng, các mức tiêu thụ điện năng khác nhau Nó là một thiết bị tiêu thụ điện năngdạng điều khiển kỹ thuật số, mô phỏng nhiều hoạt động của nhiều loại phụ tảinhư động cơ cảm ứng, hệ thống chiếu sáng, thiết bị sưởi ấm hoặc thậm chí tổngtải của một tòa nhà, phân xưởng hay một khu vực nào đó Ngày nay, với sự pháttriển của kỹ thuật và công nghệ, người ta cho ra các phương pháp tích hợp đểthiết kế và kiểm tra đối tượng Tuy nhiên hệ thống điều khiển và giám sát tải giảlập trình được, như trình bày trong bài này, cung cấp một nền tảng nơi mà cáchoạt động điều khiển, đo lường hay hiển thị được tích hợp trong cùng phần cứngvới mức công suất thực do chính người dùng yêu cầu Tải vừa có thể cung cấpcác giá trị công suất tải khác nhau tùy yêu cầu của người sử dụng, vừa có thểkiểm tra bởi nó cho phép sử đổi các thông số bằng giao diện người dùng hoặcthậm chí điều khiển từ xa thông qua Internet [1] Do đó, nó cung cấp một nềntảng linh hoạt hơn các thiết bị điều khiển và giám sát khác

Vì những lý do trên nên chúng em đã chọn đề tài thiết kế “Tải giả thông minh khả trình”

1.2 Đối tượng nghiên cứu

Mục tiêu chính là thiết kế hệ thống điều khiển và giám sát tải giả lập trình được

Do đó các trạng thái của tải phải gần với thực tế khi kết nối nguồn điện và phải

được phản ánh rõ rệt trên màn hình giám sát Đối tượng kiểm tra là nguồn điệnxoay chiều ba pha với điện áp tối đa là 380V, tần số 50Hz công suất đạt tối đa là4000W

1.2.1 Định nghĩa

Tải giả lập trình được (Programmable Electronic Load - PEL) là một loại thiết bị

sử dụng để kiểm tra, mô phỏng tải điện trở DC hoặc AC Nó được xây dựng từmột bộ chuyển đổi công suất chẳng hạn như bộ đảo nguồn áp (Voltage SourceInverter) Tải có thể được điều khiển mô phỏng nhiều đặc tính tải khác nhau bằngcách thay đổi hệ số công suất, các trạng thái tải phi tuyến mà giống với tải thựcngoài đời Có nhiều thiết bị có thể được áp dụng với PEL để kiểm tra chẳng hạnnhư nguồn điện liên tục (UPS), đường dây tải điện, v.v… [2] Nhờ khả năng lậptrình các thử nghiệm này có thể được thực hiện mà không cần đưa ra chuyển tiếpchuyển mạch để thay đổi phép đo hoặc hoạt động của nguồn điện cần thửnghiệm

1.2.2 Nguyên lý hoạt động

Mục tiêu chính của tải giả lập trình được là thiết kế giao diện nguồn cho tải thực

tế Do đó, các trạng thái của tải giả phải sát với tải trong thực tế khi kết nối vớinguồn điện Nguồn là dòng điện xoay chiều ba pha lưới hoặc các bộ đảo nguồnđiện áp ba pha khác Tải tạo ra các kịch bản giá trị công suất mong muốn Sau đó

hệ thống điều khiển sẽ đảm bảo nguồn phát cung cấp dòng điện gần với dòngtham chiếu mong muốn Vì bắt chước các trạng thái của tải thực nên tải giả sẽtiêu thụ các mức năng lượng khác nhau từ nguồn [3] Qua đó sẽ thu được nhữngđánh giá khách quan về chất lượng nguồn điện thực tế

- Cấu trúc chống lại các điều kiện thời tiết: siêu bảo vệ nhờ cấu trúc container,cấp bảo vệ cao hơn IP55

- Vật liệu và lớp bao phủ: thân máy thông qua một tấm thép cán nguội được xử

lý bằng mạ kẽm bảo vệ chống ăn mòn, sơn tĩnh điện và phun sơn

- Thiết kế tích hợp và module hóa: dễ dàng lắp đặt, bảo dưỡng và vận chuyển

Hình 1.1: Tải giả tự động AC415-1200kW

1.2.4 Thông tin về sản phẩm tải giả khả trình

Để có thể nắm rõ hơn thông tin về tải giả, ta đi vào xem xét một sản phẩm tải giảtrên thị trường, tải giả 1200kW cho máy phát điện thử nghiệm (như Hình 1 1)[4]

 Giới thiệu

Tải giả tự động AC415-1200kW [4] kết hợp mô-đun tải loại khô và mô-đun điềukhiển và đo tự động, có thể kiểm tra chính xác công suất đầu ra và khả năng tảicủa tất cả các loại máy phát, cung cấp phương pháp thử nghiệm hiệu quả và khoahọc cao cho bộ máy phát điện lớn Hệ thống bao gồm phần đo lường và kiểmsoát và phần tải trọng, chủ yếu bao gồm tải giả AC loại khô, hệ thống thu thập dữliệu điều khiển phụ, hệ thống điều khiển tải / dỡ tự động, hệ thống làm mát, v.v

- Dữ liệu hiển thị: Đồng hồ đo địa phương có thể hiển thị điện áp và dòng điện

- Dừng khẩn cấp: người dùng có thể tải hoặc dỡ tải bằng một phím dễ điềukhiển

- Bảo vệ quá áp: Khi điện áp đầu vào tải vượt quá ngưỡng an toàn, nó sẽ tựđộng dỡ bỏ và báo động

- Bảo vệ ngắn mạch: Các mạch tải trang bị cầu chì, có thể tránh được nguy cơtải ngắn mạch hoặc dòng điện quá lớn

- Bảo vệ quá nhiệt: Khi nhiệt độ tải vượt quá ngưỡng an toàn, nó sẽ tự động tải

và báo động

- Bảo vệ khóa liên động của quạt: tải trọng không thể thêm bất kỳ tải nào khinguồn điện hoạt động của quạt bị tắt.

Hình 1.2: Sơ đồ các khối chức năng chính của hệ thống tải giả

Từ nguồn cần được kiểm tra, thông qua mạch chỉnh lưu, để thay đổi điện ápmong muốn cần đặt lên tải Tải bao gồm các thanh điện trở Việc thay đổi điện ápnày được điều khiển thông qua mạch điều khiển, ngoài ra mạch điều khiển còn

có chức năng thu thập thông tin dòng điện điện áp đầu vào từ nguồn và đầu ra là

từ tải

Yêu cầu của mạch chỉnh lưu: Vì đối tượng cần được kiểm tra là một nguồn

xoay chiều 3 pha có điểm trung tính, sử dụng mạch chỉnh lưu tia 3 pha thyristor

có thể thay đổi các mức điện áp khác nhau phù hợp với yêu cầu kiểm tra côngsuất đầu ra trên tải bằng cách thay đổi góc mở alpha của thyristor Trong bài toánnày, góc alpha sẽ nằm trong phạm vi từ 30̊ đến 150̊ Mạch cần bảo vệ quá dòng,bảo vệ các phần tử của mạch

Yêu cầu của mạch điều khiển: Mạch điều khiển cho phép người dùng có thể cài

đặt các thông số của hệ thống cũng như lựa chọn các chế độ hoạt động khác nhauthông qua màn hình LCD và các nút bấm Có thể đo được các giá trị dòng điện,điện áp và công suất hiển thị trên LCD để người dùng có thể nắm bắt và tươngtác cho phù hợp Mạch có thể giao tiếp với máy tính, có thể nhận lệnh điều khiển

từ máy tính sau đó thực hiện và gửi lên các giá trị đo lường Trên mạch yêu cầu

có hệ thống đèn báo để thông báo các trạng thái khác nhau của hệ thống như: đènbáo nguồn, đèn báo lỗi, đèn báo đang hoạt động, …

Yêu cầu của giao diện máy tính: Máy tính có giao diện đơn giản và dễ dàng

thao tác cho người sử dụng Cung cấp chế độ thủ công có thể gửi từng giá trị đặtyêu cầu xuống cho mạch công suất hoặc có thể gửi một kịch bản xuống cho viđiều khiển Kịch bản này sẽ bao gồm thông tin tại ngày tháng năm giờ cụ thể hệthống sẽ chạy theo một giá trị đặt nào đó được quy định Thu thập thông tin từ hệthống thông qua mạch điều khiển, đưa ra giá trị cụ thể hoặc đồ thị giúp ngườidùng nắm bắt được thông tin của hệ thống

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MẠCH CÔNG SUẤT

2.1 Giới thiệu

Để kiểm tra hoạt động của nguồn điện xoay chiều ba pha, ta có thể mô phỏngthay đổi tải tiêu thụ ở các mức công suất khác nhau Về cơ bản, có hai cách đểthay đổi công suất tiêu thụ của tải là điều chỉnh điện trở của tải hoặc điều chỉnhđiện áp được đưa vào tải Mỗi cách đều có các phương pháp khác nhau Trong đồ

án này chúng em lựa chọn cách điều chỉnh điện áp đưa vào tải bằng phương phápchỉnh lưu tia ba pha bằng thyristor

2.2 Tổng quan về chỉnh lưu tia ba pha

Hình 2.3: Chỉnh lưu tia ba pha có điều khiển

Mạch chỉnh lưu tia ba pha dựa vào việc đóng mở thyristor có thể thay đổi nguồnxoay chiều ba pha thành điện áp một chiều với mức độ điện áp khác nhau để cấpvào tải Từ đó thay đổi công suất tiêu thụ ở trên tải

Về cấu tạo, sơ đồ chỉnh lưu tia ba pha có điều khiển gồm có: Nguồn điện ba phađược nối với thyristor, đầu ra được nối với tải và điểm trung tính [5]

Điều kiện khi cấp xung điều khiển chỉnh lưu:

+ Thời điểm cấp xung điện áp pha tương ứng phải dương hơn so với trung tính+ Sơ đồ chỉnh lưu chung Cathode cho điện áp dương của tải, còn trung tính sẽ

là điện áp âm Ba pha này dịch góc 120̊ theo các đường cong điện áp pha, cóđiện áp của 1 pha dương hơn điện áp của hai pha kia trong khoảng thời gian1/3 chu kỳ

+ Nếu có các Thyristor khác đang dẫn thì điện áp pha tương ứng phải dươnghơn pha kia Vì thế phải xét đến thời gian cấp xung đầu tiên

Góc mở tự nhiên:

+ Góc mở α được xác định từ lúc điện áp đặt lên van tương ứng chuyển từ âmđến 0 cho đến khi bắt đầu đặt xung điều khiển vào

+ Điện áp gây nên quá trình chuyển mạch: điện áp dây

+ 0 < α < 180̊

2.3 Tổng quan về Thyristor

Thyristor là linh kiện bán dẫn gồm 4 lớp bán dẫn loại P và N ghép xen kẽ nhau

và có 3 cực anốt, catốt và cực điều khiển riêng G

Hình 2.4: Thyristor SCR

2.3.2 Đặc tính Volt-Ampe của thyristor

Hình 2.5: Đường đặc tính Volt-Ampe của thyristor

Đoạn 1: Ứng với trạng thái khoá của Thyristor, chỉ có dòng điện rò chảy qua

Thyristor khi tăng U lên đến Uch (điện áp chuyển trạng thái), bắt đầu quá trìnhtăng nhanh chóng của dòng điện Thyristor chuyển sang trạng thái mở

Đoạn 2: Ứng với giai đoạn phân cực thuận của J2 Trong giai đoạn này mỗi

lượng tăng nhỏ của dòng điện ứng với một lượng giảm lớn của điện áp đặt lênThyristor, đoạn này gọi là đoạn điện trở âm

Đoạn 3: Ứng với trạng thái mở của Thyristor Khi này cả 3 mặt ghép đã trở thành

dẫn điện Dòng chảy qua Thyristor chỉ còn bị hạn chế bởi điện trở mạch ngoài.Điện áp rãi trên Thyristor rất lớn khoảng 1V Thyristor được giữ ở trạng thái mởchừng nào I còn lớn hơn dòng duy trì IH

Đoạn 4: Ứng với trạng thái Thyristor bị đặt dưới điện áp ngược Dòng điện rất

lớn, khoảng vài chục mA Nếu tăng U đên Ung thì dòng điện ngược tăng lênnhanh chóng, mặt ghép bị chọc thủng, Thyristor bị hỏng Bằng cách cho Ig lớnhơn 0 sẽ nhận được đặt tính Volt - Ampe với các Uch nhỏ dần đi

2.4 Tính toán thiết kế mạch chỉnh lưu

2.4.1 Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lưu

Hình 2.6: Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lưu

Mạch chỉnh lưu được thiết kế như sơ đồ Hình 2 6 Trong đó các phần tử Q1,Q2, Q3 là các thyristor Header P1 được nối nguồn xoay chiều 3 pha, header P2P3 P4 được nối với mạch kích thyristor, header P5 được nối với tải Các cặp phần

tử RC dùng để bảo vệ quá điện áp, các phần tử từ F1 đến F7 là các aptomat dùng

để bảo vệ quá dòng điện

Ud : Điện áp tải của van

U2 : Điện áp nguồn xoay chiều của van

Trong đó:k dtu: hệ số dự trữ (k dtu=1,5÷ 1,8)

b) Dòng điện làm việc của van

Dòng điện làm việc của van được chọn theo dòng điện hiệu dụng chạy quavan

Dòng điện hiệu dụng

- Dòng đỉnh xung điều khiển: 5A

- Dòng xung điều khiển : 32mA

- Dòng rò: 1mA

- Điện áp đỉnh xung điều khiển: 5V

- Điện áp xung điều khiển: 1,5V

- Tốc độ biến thiên điện áp: 300V/µs

- Nhiệt độ làm việc T = 25̊C

Hình 2.7: Thyristor BT152-800 TO220 20A 800V

2.4.3 Tính chọn Aptomat bảo vệ quá dòng

Aptomat dùng để đóng cắt mạch động lực ,tự động cắt mạch khi quá tải và ngắnmạch Thyristor, ngắn mạch đầu ra bộ biến đổi

- Chọn aptomat cho phía nguồn

- Chọn Aptomat cho thyristor: Dòng điện làm việc của thyristor Ilv = 10,5A nênchọn 2cc loại C16

- Chọn aptomat cho tải: Dòng làm việc của tải Id = 18,1 A nên chọn 3cc loạiC20

2.4.4 Tính chọn mạch Snubber circuit

Hình 2.8: Mạch R-C bảo vệ thyristor

Bảo vệ quá điện áp cho quá trình đóng cắt Thyristor được thực hiện bằng cáchmắc R-C song song với Thyristor.Khi có sự chuyển mạch ,các điện tích tích tụtrong lớp bán dẫn phóng ra ngoài tạo ra dòng điện ngược trong khoảng thời gianngắn ,sự biến thiên nhanh chóng của dòng điện ngược gây ra suất điện động cảmứng rất lớn trong các điện cảm làm cho quá điện áp giữa Anot và Catot củaThyristor.Khi có mạch mắc R-C song song với Thyristor tạo ra mạch vòng phóngđiện tích trong quá trình chuyển mạch nên Thyristor không bị quá điện áp Thôngthường : R =(5÷30)Ω ; C = (0,25÷4)µF

Ta chọn R = 5,1 Ω và C = 0,25 µF

Bảo vệ điện áp từ nguồn ta mắc mạch R-C ,nhờ có mạch lọc này mà đỉnh xunggần như nằm lại hoàn toàn trên điện trở đường dây Ta chọn R =12,5 Ω và C = 4µF

Hình 2.9 Mạch R-C bảo vệ nguồn

2.5 Tính toán thiết kế mạch phát xung thyristor

2.5.1 Sơ đồ nguyên lý mạch kích thyristor

Tín hieu đieu khien mở thyristor cua vi đieu khien kha nho, khong đu lởn đe

kích mở, nen can thong qua mot mach kích đe khue'ch đai tín hieu đo len Sở

đo nguyen ly đưởc thie't ke' như Hí+nh 2 10

Hình 2.10: Mạch phát xung mở thyristor Nguyên lý hoạt động: Thở+i điem kích mở thyristor se- đưởc tính toan trong

STM32 cua mach đieu khien Khi đo, tín hieu phat xung đieu khien se- đưởcphat ra vởi tan so' 8kHz Tín hieu se- đieu khien khoa transistor, đong ca5t đien

ap phía sở ca'p cua bie'n ap xung Xung đieu khien đưởc đưa đe'n cưc đieukhien G cua thyristor ở phía cuon thư ca'p bie'n ap xung Như vay mach lưcđưởc cach ly hoa+n toa+n vởi mach đieu khien bởi bie'n ap xung

Chức năng các linh kiện:

+ Cac đien trở R6, R11 phía cưc B cua transistor co nhiem vu han che' do+ngphan cưc va+o cưc na+y, diode zener D5 cu-ng tưởng tư han đien ap va+o cưcB

+ Đien trở R4 co nhiem vu han do+ng va+o cưc C cua transistor, cac diode D1,

D2 co nhiem vu đieu hưởng do+ng đien va+ han che' qua đien ap cưc C va+ cưc

E transistor

+ Diode D3 co chưc naAng chaAn xung ap am co the co khi thyristor bi khoa

+ Đien trở R3 han che' do+ng đieu khien

+ Đien trở R5 đieu khien bien đo va+ sưở+n xung ra

+ Tu C1 han che' viec đien ap bi nga5t đot ngot

Hình 2.11: Lõi ferit EE16

Với lõi biến áp, chọn lõi Ferit EE16 như Hình 2 11

2.5.3 Tính chọn các linh kiện khác

a) Tính chọn linh kiện phía sơ cấp biến áp xung

Với transistor chọn loại KD718 với một số thông số quan trọng như sau [7]:

Bảng 2.2: Một vài thông số quan trọng của transistor

TSTG StorageTemperatureRange -55~150 °C

Max:160ĐaAc tính cua transistor la+ đieu khien baPng do+ng Đe transistor kích ba-o ho+athí+ do+ng IC phai lởn hởn do+ng IB mot so' lan nha't đinh, goi la+ he so' khue'ch đaido+ng đien β, trong datashet he so' na+y đưởc đe cap la+ hFE

Hình 2.12: Phía sơ cấp biến áp xung

ARp dung cong thưc

Ta sẽ chọn hFE = 55, chọn trường hợp transistor có hệ số khuếch đại nhỏ nhất đểtính toán Với IC chính bằng dòng điện đi qua tải R4 (chọn R4 = 220Ω), ta có thểtính ra được dòng IB

b) Tính chon linh kien phía thư ca'p bie'n ap xung

Vởi thyristor đa- lưa chon, ta co cac thong so' ve xung đieu khien kích mởthyristor như sau:

Bảng 2.3: Một vài thông số quan trọng của thyristor

Vởi cac thong so' cua thyristor như vay, ta chon đien ap kích mở thyristor la+4V

Hình 2.13: Phía thứ cấp biến áp xung

Ta co IG= (VĐK – VGT)/ R3

Chon IG = 15mA ta tính đưởc R3 = 220 Ω

Cac linh kien khac như R5 ,C1 đưởc lưa chon gia tri như Hí+nh 2 13

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN

3.1 Sơ đồ khối mạch điều khiển

Hình 3.14: Sơ đồ mạch điều khiển

Hình 3 14 mô tả sơ đồ khối của mạch điều khiển Chức năng của từng khối nhưsau:

- Khối nguồn: dùng để cấp nguồn nuôi cho vi điều khiển và một số ic khác có

trong mạch

- Khối xử lý trung tâm: dùng để đọc các giá trị gửi về từ khối đo lường, nhận

lệnh điều khiển từ Keyboard hoặc máy tính, sau đó xử lý và gửi lên khối hiểnthị, đồng thời gửi tín hiệu để điều khiển mạch công suất

- Khối đo lường: bao gồm module cảm biến đo dòng điện và module cảm biến

đo điện áp, sau khi đọc các giá trị dòng điện và điện áp từ mạch công suất, sẽchuyển đổi các giá trị đó thành các giá trị analog và gửi thông tin về khối xử

lý trung tâm

- Khối hiển thị: sử dụng màn hình LCD, giao tiếp trực tiếp với khối xử lý trung

tâm, nhận dữ liệu và hiển thị lên màn hình

- Khối Keyboard: gồm các nút bấm, dùng để gửi các tín hiệu điều khiển mong

muốn cho bộ xử lý trung tâm

- Khối đèn báo: thông báo các hoạt động của hệ thống

Khối xử

lý trung tâm

Khối nguồn

Khối đo lường

Khối hiển thị

Keyboard

Khối đèn báo

Khối thời gian thực

Khối AC DET

Giao tiếp với mạch công suất

Giao tiếp với máy tính

- Khối thời gian thực: duy trì thời gian thực cho hệ thống, ngay cả khi hệ thống

bị mất điện Dựa vào thời gian thực để chạy hệ thống theo kịch bản có sẵn

- Khối mạch ACDET: là mạch phát hiện điểm 0 để theo dõi sự thay đổi trong

dạng sóng sin từ âm sang dương hoặc ngược lại của một pha điện áp, từ đótính toán thời điểm để kích mở thyristor

- Khối giao tiếp với mạch công suất: là khối liên kết giữa vi điều khiển và

mạch công suất, dùng để

- Khối giao tiếp với máy tính: sử dụng chuẩn giao tiếp USB Máy tính có thể

gửi giá trị điều khiển cho khối xử lý trung tâm, đồng thời đọc các giá trị dòngđiện, điện áp đo được và hiển thị lên màn hình máy tính

3.2 Khối xử lý trung tâm

3.2.1 Lựa chọn vi điều khiển cho khối xử lý trung tâm

Kit STM32f103c8 được lựa chọn là khối xử lý trung tâm STM32là một trongnhững dòng chip phổ biến của ST với nhiều họ thông dụng như F0, F1, F2, F3,F4,… Stm32f103 thuộc họ F1 với lõi là ARM CORTEX M3 STM32f103 là viđiều khiển 32 bit, tốc độ tối đa là 72Mhz Mạch nạp cũng như công cụ lập trìnhkhá đa dạng và dễ sử dụng

Hình 3.15: Kit STM32F103C8T6

Thông Số Kỹ Thuật:

- Có một cổng giao tiếp USB

- Vi điều khiển: STM32F103C8T6

- Điện áp cấp 5VDC qua cổng Micro USB sẽ được chuyển đổi thành cổng 3.3V

qua IC nguồn và cấp cho vi điều khiển chính

- Có tích hợp sẵn thạch anh 8MHz

- Có tích hợp sẵn thạch anh 32Mhz cho các ứng dụng RTC

- Chân ra đầy đủ tất cả các GPIO và giao tiếp: CAN, I2C, SPI, UART/USART,

USB

- Led trạng thái nguồn

- Có led tích hợp trên Kit để kiểm tra chức năng chân PC13 để kiểm tra xem vi

điều khiển có hoạt động tốt hay không

- Nút reset

3.2.2 Thiết kế khối xử lý trung tâm

Khối xử lý trung tâm được thiết kế như Hình 3 16

Hình 3.16: MCU

Các chân chức năng cần được cài đặt cho vi điều khiển như sau:

- Hai chân RTC1 và RTC2 được mặc định là chân cấp nguồn để duy trì thờigian thực

- Cài đặt 4 chân ADC bao gồm ADC1 để đo điện áp đầu vào, ADC2 để đodòng điện đầu vào, ADC3 để đo dòng điện đầu ra và chân ALPHA được nốivới một biến trở để đo mức điện áp Biến trở này có tác dụng tùy vào mứcđiện áp khác nhau để thay đổi giá trị góc alpha được cài đặt cho hệ thốngtrong chế độ kiểm tra sẽ được nói rõ ở phần sau

- Các chân ERROR, SETTING, RUNNING được cài đặt ở chế độ “output”mức cao kết nối với khối đèn báo

- Chân INT1 được cài đặt ở chế độ ngắt, được kết nối với khối mạch ACDET

để phát hiện điểm Zero của một pha bất kì

- Chân INT2 cũng được cài đặt ở chế độ ngắt dùng để phát hiện nút được bấm.

- Chân SDA và SCL được cài đặt ở chế độ I2C truyền tín hiệu cho khối hiểnthị

- Các chân SELECT, BACK, UP, DOWN, LEFT, RIGHT được cài đặt ở chế

độ “output” mức cao dùng để kết nối với các nút bấm tương ứng

- Các chân DK1, DK2, DK3 được cài đặt ở chế độ phát xung PWM dùng đểphát tín hiệu kích mở thyristor

3.3 Khối nguồn

Hình 3.17: Khối nguồn

Trong đó header P4 được mắc với cuộn dây thứ cấp của biến áp 220V-12V Sau

đó được kết nối với cầu đi-ốt để chỉnh lưu thành 2 nửa chu kì dương Điện áp sau

đó được cấp cho IC LM7805 và IC LM7808 để tạo ra nguồn 5VDC và 8VDC

3.4 Khối đo lường

3.4.1 Thiết kế mạch đo dòng điện đầu vào

Hình 3.18: Cảm biến dòng Hall 100A

Lựa chọn cảm biến đo dòng Hall 100A vì nó có thể chuyển giá trị dòng điệnxoay chiều lên đến 100A ở đầu vào và đưa giá trị ngõ ra tối đa 50mA thuận tiệncho việc xử lý dữ liệu

Cảm biến dòng điện xoay chiều có chức năng chuyển đổi dòng điện từ lớn sangnhỏ sau đó chuyển đổi qua điện áp Người sử dụng có thể biết được dòng điện

AC dựa vào việc đo điện áp ngõ ra

Thông số kỹ thuật:

- Dòng điện ngõ vào: 0~100A AC

- Output: 0~50mA Non-linearity: ±3%

- Turn Ratio: 100A / 0.05A

- Grade Resistance: Grade B

Hình 3.19: Tính toán cảm biến Hall

Sử dụng cảm biến dòng Hall 100A YHDC để đo dòng điện trên các đường dâyđược kết nối với ngõ vào ADC của vi điều khiển để đọc giá trị Như vậy ta cầnlàm rõ các bước sau: Ngõ ra của cảm biến dòng Hall là điện áp, dòng điện xoaychiều phải được biến đổi trước khi được đưa vào vi điều khiển

b) Tính toán các mạch điện liên quan.

Điện trở R1 làm giảm điện áp AC, điện trở R1 và R2 cung cấp điện áp phân cựccho DC offset Tụ điện C1 cung cấp một trở kháng thấp để nối đất cho tín hiệu

AC, giá trị không quan trọng, chọn trong khoảng 1µF và 10 µF sẽ đủ tốt

Theo như Hình 3 19 ta có:

Ngõ ra dòng hiệu dụng của cảm biến dòng tối đa đạt 50mA, khi mà dòng ngõ vàođạt tối đa 100A Do vi điều khiển không thể đo được nguồn có giá trị âm nênchúng ta phải cộng thêm 2.5V vào điện áp ngõ ra của cảm biến Hall.

Như vậy, ta cần tính toán lựa chọn các thông số mạch Đầu tiên ta tính được dòngđiện áp đỉnh lớn nhất ngõ vào:

R= U berden

I out

= 1,650,071=23,34¿Ω) PT 3.14

Nhưng do giá trị điện trở không có trong các giá trị điện trở được sản xuất nên ta

có thể chọn các điện trở gần đó là 22Ω và 24Ω Nên lựa chọn điện trở có giá trịlớn hơn là 24Ω, hoặc sử dụng 2 điện trở có tổng gần với điện trở có giá trị mongmuốn

Đồng thời do phải sử dụng nguồn tham chiếu từ vi điều khiển, và vi điều khiểnkhông thể đo được điện áp giá trị âm nên ta phải sử dụng thêm 2 điện trở R1 vàR2 có giá trị bằng nhau có tác dụng phân áp tạo nguồn 1.65V, để nâng điện áplên 0-3.3V (vào vi điều khiển)

Do 2 điện trở R1 và R2 chỉ có tác dụng phân áp nên ta lựa chọn giá trị của nó từkhoảng 10kΩ – 470kΩ Chúng tôi đề xuất sử dụng điện trở 10kΩ là phù hợp

Hình 3.20: Lựa chọn các thông số

Cuối cùng tụ C1 có chức năng giảm nhiễu ngõ ra tín hiệu khi tiến hành đo vàcũng có tác dụng bypass, có nghĩa là cung cấp một hướng khác cho dòng điện bỏqua điện trở R2 Nhà sản xuất cũng đưa ra một số báo cáo về việc sử dụng hoặckhông sử dụng tụ C1 Và nó có giá trị lựa chọn là 10µF

Tụ C1 có tác dụng làm giảm nhiễu cũng như làm giảm sự khác biệt giữa cácnguồn cung cấp

Sơ đồ nguyên lý kết nối cảm biến dòng điện và vi điều khiển được thiết kế nhưhình 3.8

Hình 3.21: Khối đo dòng vào

Trong đó header P3 được nối với cảm biến dòng Hall, ADC2 được nối với chânADC của vi điều khiển

c) Tính sai số phép đo của thiết bị cảnh báo

- Dựa trên sai số giữa phép đo bằng đồng hồ đo và các thiết bị cảnh báo ta cóthể tìm ra các nguyên nhân

- Sai số của cảm biến dòng Hall 100A YHDC (SCT-013)

- Sai số của mạch đo, mạch chuyển đổi từ dòng xoay chiều sang áp để đưa vào

vi điều khiển

- Sai số bởi một số nguyên nhân khác

- Tiến hành tính toán sai số: Sai số của cảm biến dòng là ±3%

- Tính toán sai số mạch đo: Điện trở sử dụng là 24Ω ± 10% nhưng phép tínhtoán là phải sử dụng điện trở có giá trị là 23.34 Ω theo công thức 2.3

Suy ra điện áp tính toán:

d) Một số lưu ý khi sử dụng Hall 100A YHDC:

- Luôn luôn kết nối cảm biến trước khi kẹp nó với dây dẫn cần đo, và luôn tháocảm biến trước khi ngắt kết nối Không bao giờ được làm hở mạch cảm biếnkhi nó đang kẹp trên một dây dẫn hiện hành Nó sẽ rất dễ dàng làm ngắnmạch cảm biến

- Không bao giờ cố gắng kẹp nó với dây dẫn trần, vì như vậy sẽ khiến cho cảmbiến bị sốc điện Không chỉ thế còn 2 yếu tố ảnh hưởng đó là độ bền của cảmbiến và độ an toàn lớp cách điện của cảm biến

e) Hướng dẫn cách sử dụng Hall 100A YHDC

Hình 3.22: Cách sử dụng cảm biến Hall

Để đo được các giá trị dòng điện từ cảm biến Hall kẹp, phải kẹp cảm biến vào 1dây đơn (như hình bên trái) Nếu đặt như hình bên phải thì dòng đo được sẽ bằngkhông do được tính bằng tổng dòng 2 hướng đối nghịch

3.4.2 Thiết kế mạch đo điện áp xoay chiều đầu vào

Hình 3.23: Khối đo điện áp

Sử dụng phương pháp chia nhỏ điện áp để đưa điện áp xuống dưới 3.3V, từ đó dễdàng đưa vào chân ADC của vi điều khiển để tính toán giá trị đo lường Nguyên

lý thiết kế như Hình 3 23

Trong đó chân A1 và A2 được nối vào 2 đầu cuộn dây thứ cấp của biến áp hạ từ220V xuống 12V, rồi đi qua một diode cầu để chỉnh lưu dòng xoay chiều đầu vàothành 2 nửa chu kỳ dương, sau đó mới phân áp và đưa vào chân vi điều khiển.Chân ADC1 được nối với một chân ADC của vi điều khiển

Cách chọn điện trở

Điện áp sau khi đi qua cầu đi-ốt có giá trị tối đa là 12V, còn chân ADC của viđiều khiển STM32f103c8 chỉ có thể đo được giá trị từ 0-3.3V Ta có tỷ số:

PT 3.18

Chọn R1 = 4.7kΩ thì R4 = 1,78kΩ Có thể chọn R4 = 1,8kΩ hoặc R4 = 1,6kΩ, ởđây chúng em đã lựa chọn trở 1.6kΩ

3.4.3 Thiết kế mạch đo dòng điện đầu ra

a) Sơ đồ nguyên lý

Đầu ra ở đây là dòng điện điện áp một chiều tiêu thụ ở trên tải Chỉ cần đo đượcgiá trị dòng điện hoặc điện áp, vì là tải thuần trở nên chỉ cần dựa vào mối quan hệgiữa dòng điện và điện áp là có thể tính toán được ra giá trị còn lại Ở đây dùngđiện trở shunt để đo giá trị dòng điện đầu ra từ đó suy ra được giá trị của điện áp

Sơ đồ nguyên lý đo dòng điện đầu ra được mô tả như Hình 3 24

V out=V¿×(1+R15

Ta có Vout = 3.3V , Vin = 0.075V, chọn R14 = 1.6kΩ thì R15 = 68.8kΩ Do đóchọn R15 = 68kΩ

Sau khi đo được giá trị dòng điện đầu ra áp dụng định luật Ohm về dòng điệnđiện áp để suy ra giá trị điện áp đầu ra

b) Lựa chọn linh kiện

Điện trở shunt là loại điện trở có điện trở rất thấp Các điện trở shunt chủ yếuđược làm bằng vật liệu có hệ số điện trở nhiệt độ thấp ,thường dưới 1Ω

Điện trở shunt là một điện trở có độ chính xác cao được dùng để đo dòng điệnchạy qua mạch Shunt được sử dụng trong điện kế để đo dòng điện lớn Nó đượckết nối song song với mạch của điện kế Sử dụng định luật Ohm, chúng ta biếtrằng điện áp rơi trên một điện trở, chia cho điện trở của điện trở đó bằng vớidòng điện Do đó, nếu chúng ta đo điện áp trên một điện trở shunt trong mạch,chúng ta có thể dễ dàng tính được dòng điện

Điện trở Shunt có dòng điện định mức tối đa Giá trị điện trở được cho bởi điện

áp rơi ở dòng điện định mức tối đa Ví dụ, một điện trở shunt định mức 100A và50mV có điện trở 50/100 = 0,5Ω Điện áp rơi ở dòng điện tối đa thường đượcđịnh mức là 50, 75 hoặc 100mV

dễ dàng đưa vào mạch ứng dụng theo nhiều giao thức giao tiếp khác nhau, tốn rất

ít tài nguyên hệ thống và giá thành rẻ, …

- Có đèn led nền, có thể dùng biến trở hoặc PWM điều chỉnh độ sáng để sử

dụng ít điện năng hơn

- Có thể được điều khiển với 6 dây tín hiệu

- Giao tiếp: I2C.

- Địa chỉ mặc định: 0X27 (có thể điều chỉnh bằng ngắn mạch chân A0/A1/A2).

- Tích hợp Jump chốt để cung cấp đèn cho LCD hoặc ngắt.

- Tích hợp biến trở xoay điều chỉnh độ tương phản cho LCD

Hình 3.27: Module I2C

3.5.2 Thiết kế khối hiển thị

Hình 3.28: Kết nối LCD với I2C

LCD được kết nối với module I2C như Hình 3 28, rồi từ I2C kết nối với 2 chânSCL và SDA của vi điều khiển để giao tiếp, hai chân còn lại để cấp nguồn

3.6 Khối đèn báo

3.6.1 Thiết kế khối đèn báo

Khối đèn báo bao gồm 4 đèn báo trạng thái của hệ thống gồm: đèn Power báo tínhiệu có nguồn, đèn Setting báo trạng thái đang cài đặt hệ thống, đèn Running báotrạng thái hệ thống đang hoạt động sau khi đã cài đặt xong, đèn Error sẽ đượcbáo khi hệ thống gặp sự cố (Hình 3 29)

Hình 3.29: Khối đèn báo

3.6.2 Lựa chọn linh kiện

Sử dụng các led đơn, mỗi led tượng trưng cho một hoạt động của hệ thống

Hình 3.30: Led vàng

3.7 Khối keyboard

3.7.1 Thiết kế khối keyboard

Hình 3.31: Khối keyboard

Khối Keyboard gồm 6 nút bấm SELECT, BACK, UP, DOWN, LEFT, RIGHTđược nối với 6 chân của vi điều khiển Cả 6 chân này được cài đặt ở chế độ Inputmức cao, đồng thời được nối “And” với nhau bằng IC 74LS21, đầu ra được nốivào chân ngắt của vi điều khiển Sơ đồ nguyên lý khối Keyboard được kết nốinhư hình 3.18.

Các chân đầu vào của logic “And” đều được cài đặt ở mức cao nên đầu ra sẽ ởmức cao Khi có bất kì một nút nào được nhấn, đầu ra của logic “And” sẽ trả vềmức thấp, vi điều khiển thực hiện ngắt để phát hiện nút nào được bấm, từ đó đưa

Hình 3.33: Sơ đồ chân của IC 74LS21

3.8 Khối thời gian thực

Kit STM32f103c8 có sẵn 2 chân để nối với nguồn 3V giúp duy trình việc đếmthời gian thực ngay cả khi MCU không được cấp điện hay bị ngắt điện Tuy

nhiên RTC (Real Time Clock) của STM32f103c8 có sai số khoảng 1%, sai sốnày tuy nhỏ nhưng trong quá trình hoạt động lâu dài, sai số này sẽ ngày một lớn,cần lưu ý để có thể khắc phục.

Hình 3.34: Khối thời gian thực

Hình 3.35: Pin 3V

3.9 Khối ACDET

3.9.1 Thiết kế khối ACDET

Khối ACDET là mạch phát hiện điểm 0 của một trong 3 pha điện áp, từ đó tínhtoán thời gian thích hợp để kích xung mở thyristor Nó là một ứng dụng của Op-amp so sánh Sơ đồ nguyên lý được thiết kế như hình 3.23

Hình 3.36: Khối ACDET