Đang tải... (xem toàn văn)
NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ BỘ TỰ ĐỘNG CHUYỂN ĐỔI NGUỒN ĐIỆN TRONG HỆ THỐNG ATS
BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM PHẠM ĐỨC ANH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ BỘ TỰ ĐỘNG CHUYỂN ĐỔI NGUỒN ĐIỆN TRONG HỆ THỐNG ATS HẢI PHÒNG - 2015 BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM PHẠM ĐỨC ANH ĐỒ ÁNTỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ BỘ TỰ ĐỘNG CHUYỂN ĐỔI NGUỒN ĐIỆN TRONG HỆ THỐNG ATS NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG; MÃ SỐ: D52027 CHUYÊN NGÀNH: ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG Người hướng dẫn: ThS Ngô Xuân Hường ThS Vũ Xuân Hậu HẢI PHÒNG – 2015 i LỜI CẢM ƠN Trong thời gian thực đồ án tốt nghiệp, em nhận nhiều quan tâm, giúp đỡ, bảo nhiệt tình thầy cô, gia đình bạn bè Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới toàn thể thầy cô giáo cán công nhân viên trường Đại Học Hàng Hải Việt Nam nói chung quý thầy cô Khoa Điện – Điện tử nói riêng tạo điều kiện cho em học tập rèn luyện môi trường tri thức cao Em xin trân trọng cảm ơn thầy giáo Th.S Ngô Xuân Hường thầy giáo Th.S Vũ Xuân Hậu tận tình hướng dẫn, giới thiệu, cung cấp tài liệu tham khảo giúp em hoàn thành tốt đồ án Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn gia đình bạn bè luôn bên động viên, quan tâm, tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ em suốt trình học tập rèn luyện hoàn thành đồ án tốt nghiệp Xin cảm ơn! Hải phòng, tháng 11, năm 2015 Sinh viên thực đề tài Phạm Đức Anh ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan : - Nội dung đồ án nghiên cứu tìm hiểu thực hướng dẫn thầy Ngô Xuân Hường thầy Vũ Xuân Hậu - Mọi tham khảo luận văn trích dẫn rõ ràng tên tác giả , tên công trình , thời gian, địa điểm công bố - Mọi chép không hợp lệ , vi phạm quy chế đào tạo , hay gian trá, xin chịu trách nghiệm Sinh Viên Phạm Đức Anh iii LỜI NÓI ĐẦU Điện truyền tải từ nhà máy phát điện đến phụ tải phải qua trạm biến áp Việc truyền tải điện từ lưới tới quan, trường học, hộ gia đình….có thể xảy cố pha đứt dây bị tải bị ngắn mạch Các cố phụ thuộc vào nhiều yếu tố môi trường tác động thời tiết mưa, gió, bão… cố trạm biến áp Mà nay, nhu cầu sử dụng điện nhu cầu thiết yếu 24/24 nhu cầu sử dụng điện tăng trưởng không ngừng Do cần phải có nguồn dự phòng để có cố nguồn điện lưới đưa nguồn dự phòng vào phụ tải cắt nguồn dự phòng khỏi lưới Nhưng để giảm thiểu thời gian tránh hậu không đáng có xảy ra, nguồn điện dự phòng phải phải kèm với thiết bị tự động đổi nguồn Automatic Transfer Switch( ATS) Vì đồ án đưa giải pháp biến đổi nguồn dự phòng Acquy, máy phát điện thành nguồn điện xoay chiều có chất lượng có công suất đủ lớn để phục vụ nhu cầu sinh hoạt thiết yếu Với đồ án tốt nghiệp “Nghiên cứu, thiết kế tự động chuyển đổi nguồn điện hệ thống ATS” nội dung thiết kế chia làm chương: Chương 1: Tổng quan hệ thống ATS vi điều khiển AVR Chương 2: Thiết kế phần cứng cho hệ thống ATS Chương 3: Thiết kế phần mềm hoàn thiện hệ thống ATS MỤC LỤC iv LỜI CẢM ƠN ii LỜI CAM ĐOAN iii LỜI NÓI ĐẦU iv MỤC LỤC iv MỘT SỐ TỪ VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ vii CHƯƠNG I: TỔNG QUAN HỆ THỐNG ATS VÀ VI ĐIỂU KHIỂN AVR 1.1 Giới thiệu hệ thống ATS 1.1.1 Quy cách chọn tủ ATS: 1.1.2 Phân loại: 1.1.3 Sơ hoạt động thiết bị ATS: 1.2 Nguồn cấp điện không gián đoạn UPS (Uninteruplible Power Supply) 1.2.1 Chức UPS .3 1.2.2 Nguyên lý hoạt động UPS .3 1.3 Nghiên cứu họ vi điều khiển AVR 1.3.1 Chức đặc điểm 1.3.2 Cấu trúc bên AVR 1.3.3 Cấu trúc nhớ 10 1.4 Các thiết bị linh kiện hỗ trợ .12 1.4.1 Đèn báo 12 1.4.2 Nút emergency stop 12 1.4.3 Công tắc chuyển mạch pha .13 1.4.4 Contactor 13 1.4.5 Acquy 14 CHƯƠNG II : THIẾT KẾ PHẦN CỨNG CHO HỆ THỐNG ATS 15 2.1 Sơ đồ khối mạch Inverter 16 2.2 Thiết kế phần cứng cho hệ thống ATS .17 v 2.2.1 Khối nguồn hệ thống 17 2.2.2 Khối điều khiển trung tâm 20 2.2.3 Khối nạp chương trình cho chip Atmega 16 21 2.2.4 Đầu vào chuyển mạch 22 2.2.5 Khối khuếch đại điều khiển Relay 23 2.2.6 Relay điện tử 24 2.3 Mạch động lực ATS 27 CHƯƠNG III: THIẾT KẾ PHẦN MỀM CHO MẠCH VÀ HOÀN THIỆN HỆ THỐNG ATS 30 3.1 Nguyên lý hoạt động hệ thống ATS .30 3.2.1 Lưu đồ chương trình 31 3.2.4 Lưu đồ chương trình tự động chuyển nguồn 35 3.3 Khởi tạo trình dịch codevision AVR 36 3.4 Mạch in nạp chương trình cho vi điều khiển Atmega 16 38 3.4.1 Mạch hoàn chỉnh hệ thống ATS 38 3.4.2 Nạp chương trình cho vi điều khiển 40 TÀI LIỆU THAM KHẢO 43 44 44 NHẬN XÉT TÓM TẮT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN .45 ĐÁNH GIÁ CỦA NGƯỜI PHẢN BIỆN 46 MỘT SỐ TỪ VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN ATS: Automatic Transfer Switch_Thiết bị tự động chuyển nguồn UPS: Uninteruplible Power Supply_Nguồn cấp điện không gián đoạn CTT: Contactor vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Số hình Tên hình Trang Hình 1.1 Sơ đồ tông quan hệ thống ATS Hình 1.2 Sơ đồ cấu trúc UPS Hình 1.3 Sơ đồ cấu trúc bên dòng chip AVR Hình 1.4 Thanh ghi trạng thái Hình 1.5 Cấu trúc nhớ AVR 11 Hình 1.6 Cách truy nhập kiệu ngăn xếp 11 Hình 1.7 Đèn báo 12 Hình 1.8 Emergency stop 13 Hình 1.9 Công tắc chuyển mạch pha 13 Hình 1.10 Contactor 14 Hình 1.11 Acquy 14 Hình 1.12 Aptomat 15 Hình 2.1 Sơ đồ khối kích xung 16 Hình 2.2 Khối nguồn hệ thống ATS 17 Hình 2.3 Mạch nguồn +5V 18 Hình 2.4 Biến áp lưới đầu vào 19 Hình 2.5 Mạch Acquy 19 Hình 2.6 Sơ đồ vi điều Atmega 16 20 vii Hình 2.7 Mạch nạp chương trình cho Atmega 16 22 Hình 2.8 Chương trình nạp PROGISP 22 Hình 2.9 Đầu vào chuyển mạch 23 Hình 2.10 IC ULN2803 24 Hình 2.11 Relay điện tử 26 Hình 2.12 Mạch động lực hệ thống 28 Hình 3.1 Lưu đồ thuật toán chương trình 31 Hình 3.2 Lưu đồ chương trình sử dụng nguồn lưới 33 Hình 3.3 Lưu đồ chương trình sử dụng nguồn UPS 34 Hình 3.4 Lưu đồ chương trình tự động chuyển nguồn 35 Hình 3.5 Giao diện codevisiom 36 Hình 3.6 Khởi tạo Port nhập xuất liệu 37 Hình 3.7 Khởi tạo ADC 38 Hình 3.8 Mạch in hệ thống ATS 39 Hình 3.9 Mạch hoàn chỉnh 40 Hình 3.10 Khởi tạo chương trình nạp Progisp 41 Hình 3.11 Báo nhận mạch nạp chọn loại chip 41 Hình 3.12 Chọn thông số quan trọng trình nạp chương trình 42 Hình 3.13 Nạp chương trình 42 Hình 3.14 Load chương trình kết thúc 43 viii CHƯƠNG I: TỔNG QUAN HỆ THỐNG ATS VÀ VI ĐIỂU KHIỂN AVR 1.1 Giới thiệu hệ thống ATS Thiết bị tự động chuyển nguồn - ATS ( Automatic Transfer Switch) có nhiệm vụ tự động chuyển nguồn sang nguồn dự phòng nguồn gặp cố (Ví dụ: Chuyển từ dùng điện lưới sang dùng điện từ acquy điện lưới bị ngắt) Ngoài ra, Thiết bị chuyển đổi nguồn tự động (ATS) có chức bảo vệ điện lưới bị cố như: pha, trung tính, thấp áp thời gian chuyển đổi điều chỉnh 1.1.1 Quy cách chọn tủ ATS: - Phù hợp với công suất máy - Bảo đảm yêu cầu tính điều khiển 1.1.2 Phân loại: * Phân loại hệ thống ATS theo loại khí cụ điện động lực đóng cắt, ta có loại sau: - ATS dùng contactor cực hay cực - ATS dùng loại Change over switch hay Motorized CB - ATS dùng ACB (máy cắt không khí) * Phân loại hệ thống ATS theo nguồn cấp dự phòng, ta có loại sau: - ATS cho nguồn: nguồn lưới nguồn Ácquy ( Nguồn cấp điện không gián đoạn UPS) - ATS cho nguồn: nguồn lưới vs nguồn lưới dự phòng - ATS cho nguồn: nguồn lưới nguồn từ máy phát điện Nội dung đồ án thiết kế ATS sử dụng Contactor để chuyển mạch nguồn Acquy 3.2.2 Lưu đồ chương trình sử dụng nguồn lưới Hình 3.2- Lưu đồ chương trình sử dụng nguồn lưới Khi nút vặn trạng thái vặn phía nguồn lưới có điện nguồn lưới vi điều khiển chân 15_GRID đưa lên mức 1, Contactor lưới đóng vào Chương trình tiếp tục kiểm tra đến nguồn dự trữ Acquy qua chân 39_DC POWER vi điều khiển , điện áp Acquy 10V chương trình tiến hành đưa chân 17_CHR Atmega 16 lên mức tức Contactor nạp Acquy đóng lại, tiến hành nạp Acquy Còn điện áp Acquy lớn 10V chương trình bỏ qua bước nạp đưa nguồn điện lưới cấp tải, kết thúc chương trình chạy nguồn lưới 33 3.2.3 Lưu đồ chương trình sử dụng nguồn UPS Hình 3.3- Lưu đồ chương trình sử dụng nguồn UPS Khi nút vặn trạng thái vặn phía nguồn UPS, chương trình kiểm tra xem nguồn lượng dự phòng Acquy có hay không Nếu Acquy điện Acquy hệ thống không hoạt động Còn Acquy có điện chương trình đưa chân 1_Enable Atmega 16 lên mức 1, tức khối Inverter hoạt động theo chương trình xây dựng sẵn để tạo nguồn 220V/50Hz Đồng thời chân 14_UPS đưa lên mức để đóng Contactor UPS để cấp điện phụ tải, kết thúc chương trình sử dụng nguồn UPS 34 3.2.4 Lưu đồ chương trình tự động chuyển nguồn Hình 3.4- Lưu đồ chương trình tự động chuyển nguồn Khi chuyển nút vặt trạng thái chế độ Auto, chương trình kiểm tra xem có nguồn lưới hay không Nếu có nguồn lưới thực theo chương trình sử dụng nguồn lưới mục 3.2.2 Còn nguồn lưới chuyển qua thực theo chương trình sử dụng nguồn UPS mục 3.2.3 Kết thúc chương trình tự động chuyển nguồn 35 3.3 Khởi tạo trình dịch codevision AVR Biên soạn chương trình cho vi điều khiển sử dụng Codevision AVR CodevisionAVR môi trường phát triển tích hợp phần mềm cho vi điều khiển Atmega Nó cung cấp hỗ trợ rộng rãi cho thiết bị AVR tạo đoạn mã nhỏ gọn hiệu Mở trình dịch Codevision, tạo file new, project, sau xuất hộp giao diện sau: Hình 3.5- Giao diện Codevision Trong hộp giao diện có hỗ trợ thiết lập tài nguyên chip như: - External IRQ: Ngắt - Timers: Khởi tạo timer, counfer, xung PWM - Analog Comparator: So sánh tương tự - USART: giao diện nối tiếp USART tương thích chuẩn nối tiếp RS-232 - ADC: Chuyển đổi tương tự sang số - SPI: Giao diện nối tiếp dây hãng Motorola đề xướng 36 - I2C: Giao diện nối tiếp dây hãng intel đề xướng - Wire: giao diện nối tiếp dây - TWI(I2C): Truyền thông chip chủ dựa giao diện nối tiếp dây - Alphanumeric LCD: Hỗ trợ LCD 16x2 8x2 - Project Information: Thông tin Project - Chip: Chọn loại chip, giá trị thạch anh - Ports: Chọn đầu xuất nhập I/O cho PORT - Sử dụng vi điểu khiển Atmega 16, giá trị thạch anh 8Mhz Khởi tạo PORT: Hình 3.6- Khởi tạo Port nhập xuất liệu Trong AVR chân nào, lập trình muốn sử dụng chân nhập hay xuất cần phải khai báo Khi muốn sử dụng Port cần chọn Port đó, chân chân đưa tín hiệu vào để In, chân chân đưa tín hiệu chọn Out Out có mức 1, In có mức T P với P sử dụng điện trở kéo nội, ngược lại T không sử dụng điện trở kéo nội Khởi tạo ADC: 37 Chuyển đổi từ tương tự sang số để vi điểu khiển đọc giá trị điện từ AC-POWER DC-POWER Điện áp tham chiếu cho ADC AVR tạo nguồn: dùng điện áp tham chiếu nội 2,56V ( cố định), dùng điện áp AVCC điện áp đặt chân VREF Kích vào ADC Enanled giao diện hình : Hình 3.7- Khởi tạo ADC - Interupt: cho phép ngắt, ngắt xảy trình chuyển đổi ADC kết thúc giá trị chuyển đổi cập nhật - Use bits: Chọn độ phân giải 10 bits bits - Volt Ref: chọn điện áp tham chiếu - Clock: chọn tần số xung đưa vào ADC Ngoài nhiều chức ADC mà trình hỗ trợ không đề cập đến có data sheet chip 3.4 Mạch in nạp chương trình cho vi điều khiển Atmega 16 3.4.1 Mạch hoàn chỉnh hệ thống ATS 38 Hình 3.8- Mạch in hệ thống ATS 39 Hình 3.9- Mạch hoàn chỉnh 3.4.2 Nạp chương trình cho vi điều khiển 40 Các bước nạp chương trình cho Atmega 16 B1: chạy chương trình Hình 3.10- Khởi động chương trình nạp Progisp B2: Chương trình báo nhận mạch nạp Chọn loại chip Hình 3.11- Báo nhận mạch nạp chọn loại chip B3: Chọn thông số quan trọng trình nạp chương trình 41 Hình 3.12- Chọn thông số quan trọng trình nạp chương trình Trong đó: - Chip Erase: cho phép xóa chip - Program FLASH: cho phép nạp file hex - Verify FLASH: Kiểm tra lỗi chương trình FLASH - Data Reload: Tự động cập nhật liệu thay đổi file hex B4: Nạp chương trình Hình 3.13- Nạp chương trình 42 B5: Load chương trình hoàn thành Ấn nút auto để bắt đầu load Khi xuất dòng chữ Erase,Write Flash,Verify Flash,Successfully done chương trình nạp xong Hình 3.14- Load chương trình kết thúc TÀI LIỆU THAM KHẢO 43 http://tailieu.vn/doc/giao-trinh-vi-dieu-khien-avr-203102.html http://luanvantotnghiep.com.vn/tin-tuc/ats-bo-chuyen-doi-nguon-tu-dong.html http://luanvan.co/luan-van/do-an-nghiep-thiet-ke-bo-tu-dong-chuyen-doi- nguon-ats-luoi-may-phat-31313/ 44 NHẬN XÉT TÓM TẮT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN Tinh thần thái độ, cố gắng sinh viên trình thực Đồ án/khóa luận: Đánh giá chất lượng Đồ án/khóa luận tốt nghiệp (so với nội dung yêu cầu đề mặt: lý luận, thực tiễn, chất lượng thuyết minh bản vẽ): Chấm điểm giảng viên hướng dẫn (Điểm ghi số chữ) Hải Phòng, ngày tháng năm 20 Giảng viên hướng dẫn 45 ĐÁNH GIÁ CỦA NGƯỜI PHẢN BIỆN Đánh giá chất lượng Đồ án/khóa luận tốt nghiệp mặt: thu thập phân tích số liệu ban đầu, sở lý thuyết, vận dụng vào điều kiện cụ thể, chất lượng thuyết minh vẽ, mô hình (nếu có) …: Chấm điểm người phản biện (Điểm ghi số chữ) Hải Phòng, ngày tháng năm 20 Người phản biện 46 47