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

1
MỤC LỤC

Trang
Lời nói đầu 2
Chương 1. Tổng quan 3
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
Hình 2.2. Hình ảnh bên trong bộ lưu điện cứu hộ thang máy
7
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
2.3. Thiết kế mạch hiển thị và phím bấm. 10
Hình 2.5. sơ đồ mạch nguyên lý: 10
H×nh 2.6. CÊu t¹o cña Led 7 thanh
10
2.4. Thiết kế mạch vi xử lý. 11
Hình 2.7. Sơ đồ nguyên lý mạch vi xử lý. 11
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 2.9. Sơ đồ mạch nguyên lý 17
2.7. Thiết kế mạch nạp ác quy tự động 24
Hình 2.10. Sơ đồ mạch nguyên lý 24
Hình 2.11. Đồ thị V - A quá trình nạp ác quy 24V/100AH 25
2.8. Thiết kế cơ khí 27

Chương 3. Kết quả đạt được 28
3.1. Giao diện sử dụng 28
3.2. Hình ảnh các menu cài đặ
t và hiển thị khi máy đang hoạt động 28
3.3. Các thông số đạt được 30
Hình 3.1. ảnh chụp tổng thể máy 30
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
Tài liệu tham khảo
34
Phụ lục
35

2
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 hộ
i, 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 nh
ất,
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 t
ốt
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 thố
ng
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 c
ứu 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 rấ
t 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.

3
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


CỤM ÁC QUY
(Gồm 6 ác quy
12V để lấy ra hai
mức 24VDC và
72VDC)
PHANH
TỪ
(Phanh từ
của cụm
động cơ tải
cabin)
MẠCH GỌI
THANG
(Các mạch điện
gọi thang đặt tại
các tầng)
MÁY BIẾN TẦN
(Máy biến tần điều khiển
động cơ có hai chế độ nguồn
điện vào là 3Fa 380V và
72VDC)

BỘ LƯU ĐIỆN
(Bộ lưu điện cứu
hộ thang máy ác
quy rời)
CABIN

(động cơ đóng mở cửa, đèn
chiếu sáng, mạch hiển thị và
chọn tầng, quạt dưỡng khí,
mạch liên lạc cứu hộ)

ĐỘNG CƠ
TẢI
CABIN




TỦ ĐIỀU KHIỂN

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

NGUỒN ĐIỆN
LƯỚI
(3Fa/380V)
220VAC 220VAC
72VDC
3Fa
380V
110VDC
220V
AC
5V-
24VDC

5V-
24VDC
3Fa
inverter
24VDC
Nạp

4
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 tầ
n 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 ng
ười 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 ngu
ồn 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 trườ
ng 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.










5
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.
Đường điện 5VDC ổn áp.
Đường điện 5VDC ổn áp.
Board mạch hiển thị
LED và
p
hím bấm
Board mạch
nguồn
Chuyển mạch
nguồn AC
Ác quy
24VDC
Board mạch
nạp ác quy

tự động
Board mạch vi điều khiển
Quạt gió
làm mát
máy
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
1
2
3 4
8
7
6
5
a
d
b
c
q

n
g
f

h
k
o
t
m j
i
e
u v
1
2
3
4
5
6
7
8
a
b
c
d
e
f


6
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 khiể
n 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. M
ạch 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 18-
29,5V biến đổi thành các mức điện áp ổn định và phù hợp để cấp cho các mạch
Vi điều khiển, hiển thị, chuyển mạch, cách li xung điều khiển, quạt làm mát máy.
Các nguồn điện này đượ
c 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 đi
ều 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
g

h
i
j
q

k
m
n
t
u
v

o

7
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 nhiệ
m 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 ch
ậm 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
Khối nạp ác quy tự độngKhối vi xử lý Khối ác quy

8

2.2. Thit k giao din s dng
Hỡnh 2.3. S ng cỏc menu ci t v hin th
MENU
MENU
1 ữ 255
1 ữ 25,0
STOP MEMORY
STOP MEMORY
MEMORYSTOP
STOP MEMORY
MENU
STOP
110ữ220
MEMORY
MENU
STOP MEMORY
10s
10s
10s
MENU
STOP MEMORY
MENU
MENU
STOP MEMORY
MENU
STOP MEMORY
MENU
STOP MEMORY
1 ữ 50
MENU

STOP MEMORY
MENU
0 ữ 50
10s
10s
10s
10s
10s
10s
17 ữ 50
10s
10s
10s
10s
10s
MENU
MENU
MENU
Chế độ đa dụng
Menu cài đặt chế độ điều khiển
Chế độ cứu hộ
Menu cài đặt thời gian cấp nguồn
ở chế độ cứu hộ
Menu cài đặt điện áp hàn trong
chế độ tự động
Menu cài đặt điện áp ra
Menu cài đặt chế độ cảnh báo
bằng còi
Menu cài đặt bảo vệ quá nhiệt
công suất

Menu cài đặt ngắt bảo vệ quá
dòng DC
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
Menu hiển thị dòng hàn
Menu hiển thị điện áp hàn
Menu chính thuờng trực màn
hình
on/off
1
ữ 25,0
1
ữ 250
Menu hiển thị điện áp luới
MENU
STOP+1s
M1 M2 M3
10s
10s
10s
10s
10s
10s
10s
10s

DC
DC

9


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



10
2.3. Thiết kế mạch hiển thị và phím bấm.
Hình 2.5. sơ đồ mạch nguyên lý:
1 2 3 4 5 6 78
A
B
C
D
8
7654321
D

C
B
A
1
TTCDT
Tran Thanh Tuyen
Vien Cong Nghe
25 Vu Ngoc Phan
DT: 09132193941
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
Size: Number:
Date:
File:
Revision:
Sheet of
Time:
A3
D2
ACTIVE
D3
MEMO 1
SER
14
SRCLK
11
SRCLR

10
RCLK
12
E
13
O0
15
O1
1
O2
2
O3
3
O4
4
O5
5
O6
6
O7
7
Q7
9
VCC
16
GND
8
IC1
74HC595
SER

14
SRCLK
11
SRCLR
10
RCLK
12
E
13
O0
15
O1
1
O2
2
O3
3
O4
4
O5
5
O6
6
O7
7
Q7
9
VCC
16
GND

8
IC2
74HC595
Data
Clk
Latch
VCC VCC
R1 330R
VCC
a
bf
c
g
d
e
VCC
1
2
3
4
5
6
7
a
b
c
d
e
f
g

8
dp
dp
9
DS1
REDCA
a
bf
c
g
d
e
VCC
1
2
3
4
5
6
7
a
b
c
d
e
f
g
8
dp
dp

9
DS2
REDCA
330 Om
C1
104
C9
1000/16
VCC VCC
D1
Power
R81
330
SER
14
SRCLK
11
SRCLR
10
RCLK
12
E
13
O0
15
O1
1
O2
2
O3

3
O4
4
O5
5
O6
6
O7
7
Q7
9
VCC
16
GND
8
IC3
74HC595
VCC
a
bf
c
g
d
e
VCC
1
2
3
4
5

6
7
a
b
c
d
e
f
g
8
dp
dp
9
DS3
REDCA
VCC
SER
14
SRCLK
11
SRCLR
10
RCLK
12
E
13
O0
15
O1
1

O2
2
O3
3
O4
4
O5
5
O6
6
O7
7
Q7
9
VCC
16
GND
8
IC4
74HC595
VCC
a
bf
c
g
d
e
VCC
1
2

3
4
5
6
7
a
b
c
d
e
f
g
8
dp
dp
9
DS4
REDCA
VCC
D5
MEMO 2
D4
MEMO 3
D6
ERRO
RUN
MENU -SETUP +SETUP STOP
1
2
3

4
5
6
7
8
9
10
11
12
J10
Display1
Clk
Data
Latch
RUN
MENU
-
+
MEMORY
BaoHan
Overload
1
2
3
4
5
6
7
J13
Display2

Memo1
Memo2
Memo3
R2 330R
R3 330R
R4 330R
R5 330R
R6 330R
R7 330R
R8 330R
R9 330R
R10 330R
R11 330R
R12 330R
R13 330R
R14 330R
R15 330R
R16 330R
R17 330R
R18 330R
R19 330R
R20 330R
R21 330R
R22 330R
R23 330R
R24 330R
R25 330R
R26 330R
R27 330R
R28 330R

R29 330R
R30 330R
R31 330R
R32 330R
SER
14
SRCLK
11
SRCLR
10
RCLK
12
E
13
O0
15
O1
1
O2
2
O3
3
O4
4
O5
5
O6
6
O7
7

Q7
9
VCC
16
GND
8
IC5
74HC595
SER
14
SRCLK
11
SRCLR
10
RCLK
12
E
13
O0
15
O1
1
O2
2
O3
3
O4
4
O5
5

O6
6
O7
7
Q7
9
VCC
16
GND
8
IC6
74HC595
Clk
Latch
VCC VCC
R33 330R
a
bf
c
g
d
e
VCC
1
2
3
4
5
6
7

a
b
c
d
e
f
g
8
dp
dp
9
DS5
REDCA
a
bf
c
g
d
e
VCC
1
2
3
4
5
6
7
a
b
c

d
e
f
g
8
dp
dp
9
DS6
REDCA
330 Om
VCC
SER
14
SRCLK
11
SRCLR
10
RCLK
12
E
13
O0
15
O1
1
O2
2
O3
3

O4
4
O5
5
O6
6
O7
7
Q7
9
VCC
16
GND
8
IC7
74HC595
VCC
a
bf
c
g
d
e
VCC
1
2
3
4
5
6

7
a
b
c
d
e
f
g
8
dp
dp
9
DS7
REDCA
VCC
SER
14
SRCLK
11
SRCLR
10
RCLK
12
E
13
O0
15
O1
1
O2

2
O3
3
O4
4
O5
5
O6
6
O7
7
Q7
9
VCC
16
GND
8
IC8
74HC595
VCC
a
bf
c
g
d
e
VCC
1
2
3

4
5
6
7
a
b
c
d
e
f
g
8
dp
dp
9
DS8
REDCA
VCC
R34 330R
R35 330R
R36 330R
R37 330R
R38 330R
R39 330R
R40 330R
R41 330R
R42 330R
R43 330R
R44 330R
R45 330R

R46 330R
R47 330R
R48 330R
R49 330R
R50 330R
R51 330R
R52 330R
R53 330R
R54 330R
R55 330R
R56 330R
R57 330R
R58 330R
R59 330R
R60 330R
R61 330R
R62 330R
R63 330R
R64 330R
VCC
C2
104
C3
104
C4
104
C5
104
C6
104

C7
104
C8
104
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 điề
u 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 chuy
ển màn hình bị nháy.
a
c
b
d

f

e
o
g

H
×nh 2.6. CÊu t¹o
c
ña Led 7 thanh

11
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 s
ử dụng 8 Led 7
thanh nên chúng tôi dùng 8 IC 74HC595 ghép nối tiếp nhau để điều khiển
Led như hình 2.5.

2.4. Thiết kế mạch vi xử lý.
Hình 2.7. Sơ đồ nguyên lý mạch vi xử lý.
1 2 34
A
B
C
D

4
321
D
C
B
A
Title
Number RevisionSize
A4
Date: 11-Dec-2010 Sheet of
File: F:\DE TAI\DeTai 2010\LuuDienCuuHo\Cac ban ve\VIXULY detai.DDBDrawn By:
Y1
10MHz
C29
22p
C30
22p
R35
1k
VDD
S12
Reset
VDD
Vpp
C1+
1
C2-
2
C1-
3

C3+
4
C3-
5
C4-
6
Rx5
12
Tx5
11
Rx5
9
Tx5
10
Rx12
14
Tx12
13
Rx12
7
Tx12
8
VDD
16
GND
15
U6
MAX232
C22
10/16

C21
10/16
C19
10/16
C20
10/16
VDD
1
6
2
7
3
8
4
9
5
RS232
DB9
RX
TX
C27
104/tt
C28
47/25
VDD
R32
1k
R33
10k
1

1
2
2
D4
LED_PRO
VDD
VDD
R38
5k6
R39
5k6
R40
5k6
R41
5k6
Q10
C828
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
J7

Display1
Clk
Data
Latch
VCC
RUN
NEXT
(-)
(+)
STOP
R28
2k2
R27
33R
A
1
B
2
U5
BUZZER
VCC
BEEP
1
2
3
J8
TEMP.SS
VDD
R29
5k6

Do T
Q9
C828
IN
1
OUT
3
GND
2
U1
7805
1
2
J1
DC24V
L1
100uH
C3
1000/16
C2
104
C1
1000/16
C5
1000/16
C6
104
VDD
C4
104

R5
10k
R7
10k
1
2
J4
AC3V
D1
1N4148
R8
560k
C9
474
VR1
1k
R3
15k
1
2
3
J3
AC 6+6 V
D2C
1BQ20
C7
1000/16
C8
1000/16
3

2
6
1
5
74
U2
741
DoAC in
R4
10k
R6
10k
R1
10k
R2
10k
V+
V-
1
2
3
4
5
U3
LM2576
L2
100uH
C18
1000/16
D3

DX
C17
1000/16
VCC
24V
24V
Activ LED
ERR LED
1
2
3
4
5
6
7
J6
Display2
R25
330
R26
330
M1 LED
M2 LED
M3 LED
R24
330
R23
330
R22
330

1
2
3
4
5
6
7
J5
CPU
GND
Power out
Contac Power
BaoDLuoi
SDow
GND
RELAY
C10
47/25
R20
33k
VR.HT
10k
1
2
J2
V.B
BATERY
C11
104/tt
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
AVDD
11
AVSS
12
OSC1/CLKI/RA7
13
OSC2/CLK0/RA6
14
RC1/T1OSI/CCP2/FLTA

16
RC2/CCP1/FLTB
17
RC3/T0CKI/T5CKI/INT0
18
RD0/T0CKI/T5CKI
19
RD1/SD0
20
RD2/SDI/SDA
21
RD3/SCK/SCL
22
RC4/INT1/SDI/SDA
23
RC5/INT2/SCK/SCL
24
RC7/RX/DT/SDO
26
RD4/FLTA
27
RD5/PWM4
28
RD6/PWM6
29
RD7/PWM7
30
RB2/PWM2
35
RC6/TX/CK/SS

25
VSS
31
VDD
32
RB0/PWM0
33
RB1/PWM1
34
RB3/PWM3
36
RB4/KBI0/PWM5
37
RB5/KBI1/PWM4/PGM
38
RB6/KBI2/PGC
39
RB7/KBI3/PGD
40
U8
PIC18F4431
DoAC out
BATERY
DoI DC
Do T
DoAC in
BEEP
Contac Power
Power out
RELAY

LACH
BaoDLuoi
SDow FAN
ERR LED
CLK
Ngat X
DATA
Activ LED
M1 LED
M2 LED
M3 LED
PWM1-4
PWM2-3
NEXT
STOP
(+)
(-)
PGC
PGD
RX
TX


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.

12

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 li
ệu 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%)

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

Hình 2.8. Sơ đồ nguyên lý mạch chuyển đổi nguồn 24VDC/320VDC.
1 2 3 4 56
A
B
C
D
6
54321
D
C
B
A
Title
Number RevisionSize
B
Date: 13-Dec-2010 Sheet of
File: F:\DE TAI\DeTai 2010\LuuDienCuuHo\Cac ban ve\UPvuong.DDBDrawn By:
R36
220R
C10
103
R30
470R
R28

47k
R27
22k
R17
8k2
R14
470k
R15
33k
R16
33k
R13
560k
R19
6k8
15V2320V
0V
M9FDB2532
R58
68R
R69
5k6
1
2
3
4
5
6
J3
CPU

X1
MUR3060
X3
MUR3060
X2
MUR3060
X4
MUR3060
320V
0V
+AQ
XBA1 XBA2
DoI
R18
150k
C17
1000/35
GN.CS
Vin
1
GND
2
Vout
3
U5
7815
C18
1000/25
15V
R25

10k
R26
2k2
R29
1k
3
2
1
84
U3A
LM358
C16
100/450V
F1
30A
F2
30A
+V
2
-V
1
SYNC
3
CT
5
RT
6
DISC
7
CSS

8
COMP
9
SD
10
VREF
16
OSC
4
OUTA
11
OUTB
14
VC
13
VCC
15
GND
12
U4
PX1200
R33
10k
R32
33k
R34
10k
R31
10k
15V

GND
GND
R35
3k9
C12
472
GND
C13
104t
C11
104t
R38
10k
R40
10k
R37
68R
R39
68R
GND
SD
VREF
15V
Q8
2383
Q9
1013
Q10
2383
Q11

1013
X1
X2
R41
0,01R/2W
Q7
C828
GND
GND
15V
GN.CS
GND
1
1
2
2
3
3
4
4
5
5
T1
TRANS5
V+ out
3
2
1
84
U6A

LM358
Q6
828
FB
DZ3
5V
GND
R70
220k
1
2
J1
+DC.IN-
GND
M2FDB2532
R44
68R
R45
5k6
M1FDB2532
R42
68R
R43
5k6
BA1
M4FDB2532
R48
68R
R49
5k6

M3FDB2532
R46
68R
R47
5k6
BA2
X1
M6FDB2532
R52
68R
R53
5k6
M5FDB2532
R50
68R
R51
5k6
M8FDB2532
R56
68R
R57
5k6
M7FDB2532
R54
68R
R55
5k6
GN.CS
M10FDB2532
R60

68R
R61
5k6
M11FDB2532
R62
68R
R63
5k6
M12FDB2532
R64
68R
R65
5k6
M13FDB2532
R66
68R
R67
5k6
M14FDB2532
R68
68R
R69
5k6
M15FDB2532
R70
68R
R71
5k6
M16FDB2532
R72

68R
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
U7
PC521
0V
FB VREF
GND
DoI

V+ out
SD
GND
1
2
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 U
min
= 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:

14
Điện áp làm việc: V
DS
= 150 volts.
Dòng làm việc : I
D
= 79 ampe.
Tốc độ chuyển mạch: T
d(on)
= 16 ns.
T
d(off)
= 39 ns.
Điện trở dẫn: r
DS(ON)
= 0,016 Omh.
Điện áp điều khiển: V
GS
= 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.
Chu kỳ dao động là T = 1 / 40000 = 2500ns.
Theo nguyên lý PUSH-PULL inverter ta có độ rộng xung tối đa cho mỗi vế
công suất để tránh trùng dẫn là:
Duty cycle = T / 2 - T
d(on)
- T
d(off)

Ta được d = 2500/2 - 16 - 39 = 1195ns = 0,478T
.
Dòng điện lớn nhất qua công suất là:
I
DCS
= I
Max
/ 2d = 156,25/0,956 = 163,44A.
Với mỗi vế ghép song song 8 MOSFET FDB2532 chịu được dòng tối đa là
79*8A=632A gấp 3,86 lần so với dòng dự kiến. Như vậy cho phép các Mosfet
mắc song song có độ lệch trở dẫn rất lớn. Điều này rất quan trọng để công suất
làm việc ổn định và không bị quá dòng phân nhánh.
Điện áp chịu đựng V
DS
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 đả
m bảo tránh được lỗi
quá dòng và quá điện áp.
+ Máy biến áp xung công suất
* Tính tỷ lệ biến áp:
Từ nguyên lý PUSH-PULL inverter như hình 2.5.1 ta có điện áp ra theo
công thức:
U
out
= 2 U
in

* ( N
2
/ N
1
) * d
Có U
out
= 320V; U
in
= 20V; d = 0,478.
Ta được tỷ lệ N
2
/ N
1
= 320/20/0.478 = 16,736.


15
* 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 S
1
= 163,44 / 5 =
32,688mm2
.
Để được công suất ra lớn nhất ta sử dụng công thức:
I
1

/ I
2
= N
2
/ N
1

Như vậy ta được dòng điện qua quận dây thứ cấp là:
I
2
=I
1
/ (N
2
/N
1
) = 163,44/16,736 = 9,765A.
Ta được tiết diện dây thứ cấp là S
2
= 9,765 / 5 = 1,953mm2.
* Tính số vòng dây sơ cấp và thứ cấp:
Bộ lõi từ chúng tôi sử dụng là loại Ferit có các thông số:
S = 54 x 20 = 1080*10
-6
m2.
B
Max
= 0,06T.
Áp dụng công thức tính số vòng dây sơ cấp:
N

1
= U
1
/ (4,44 * f * B
Max
* S)
Có U
1
= 29,5V; f = 40KHz.
Ta được N
1
= 29,5 / (4,44 * 40000 * 0,06 * 1080 * 10
-6
) = 2,56
vòng.
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
hơn.
* Tính số vòng dây thứ cấp:
Biết số vòng dây quận dây sơ cấp N
1
= 3 vòng.
Tỷ lệ máy biến áp N
2
/ N
1
= 16,736.
Ta có số vòng dây thứ cấp là:
N

2
= N
1
* (N
2
/ N
1
) = 3*16,736 = 50,208 vòng.
+ Thiết kế ổn định điện áp ra:
Như hình 2.8. chúng tôi sử dụng một vi mạch chuyên dụng để tạo xung
tần số 40KHz với độ rộng xung được điều khiển thay đổi qua modul
comparator được nối ra các chân: 1 (chân -); 2 (chân +) và 9 (chân out).

16
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
đ
iện 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 suấ
t:
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 giả
m
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 tả
i, 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.









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

Hình 2.9. Sơ đồ mạch nguyên lý
1 2 34
A
B
C

D
4
321
D
C
B
A
Title
Number RevisionSize
A4
Date: 16-Dec-2010 Sheet of
File: F:\DE TAI\DeTai 2010\LuuDienCuuHo\Cac ban ve\UPvuong.DDBDrawn By:
R118
68R
R119
5k6
1
2
J10
AC.OUT
R104
68R
R105
5k6
R102
68R
R103
5k6
R108
68R

R109
5k6
R106
68R
R107
5k6
R112
68R
R113
5k6
R110
68R
R111
5k6
R116
68R
R117
5k6
R114
68R
R115
5k6
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
1
2
J9
AC.OUT
1
2
J13
IGBT3
1
2
J14
IGBT4
1
2
J11
IGBT1
1
2
J12
IGBT2
1
J15
320V
1
J16
0V

R78
0,1R/5W
R79
0,1R/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: V
CES
= 1200 volts.
Dòng làm việc : I
C
= 25 ampe.
Thời gian chuyển mạch: T
d(on)
= 50 ns.
T
d(off)
= 190 ns.
Điện áp mở bão hoà: V
CE(sat)
= 2 Volts.
Điện áp điều khiển: V
GS
= 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

và xung điện áp cao là yếu tố rất hay xảy ra làm hỏng công suất. Chúng tôi

18
thiết kế bộ công suất với mức điện áp chịu đựng 1200V và dòng làm việc đạt
đến 100A ở nhiệt độ 100
0
C để tránh các sự cố có thể xảy ra do các biến động
của tải và điều kiện môi trường khắc nghiệt.
Bộ công suất hoạt động cho ra dạng xung vuông tần số 10KHz với biên
độ 320V và độ rộng xung thay đổi liên tục theo thời gian. Sự thay đổi độ rộng
xung được điều khiển có tỷ lệ theo giá trị sin của một góc quay với vận tốc góc
không đổi và tần số là 50Hz.
Để thực hiện điều này chúng tôi lập ra một mảng
hằng số gồm 3060 phần tử tương ứng với từng thời điểm trong một chu kỳ sin
cho vi xử lý như sau:
const unsigned char Font[3060]=
{
127,119,111,103,96,89,82,75,70,65,60,57,54,52,50,50,50,52,54,57,60,65,7
0,75,82,88,96,103,111,119,127,135,143,151,158,165,172,179,184,189,194,197,
200,202,204,204,204,202,200,197,194,189,184,179,172,166,158,151,143,135
,127,119,111,103,95,88,81,75,69,64,59,56,53,51,49,49,49,51,53,56,59,64,
69,75,81,88,95,103,111,119,127,135,143,151,159,166,173,179,185,190,195,19
8,201,203,205,205,205,203,201,198,195,190,185,179,173,166,159,151,143,135
,127,119,111,103,95,88,81,74,68,63,59,55,52,50,48,48,48,50,52,55,59,63,
68,74,81,87,95,103,111,119,127,135,143,151,159,166,173,180,186,191,195,19
9,202,204,206,206,206,204,202,199,195,191,186,180,173,167,159,151,143,135
,127,119,110,102,94,87,80,73,68,62,58,54,51,49,47,47,47,49,51,54,58,62,
68,73,80,87,94,102,110,119,127,135,144,152,160,167,174,181,186,192,196,20
0,203,205,207,207,207,205,203,200,196,192,186,181,174,167,160,152,144,135
,127,119,110,102,94,87,79,73,67,61,57,53,50,48,46,46,46,48,50,53,57,61,

67,73,79,86,94,102,110,119,127,135,144,152,160,167,175,181,187,193,197,20
1,204,206,208,208,208,206,204,201,197,193,187,181,175,168,160,152,144,135
,127,118,110,102,94,86,79,72,66,61,56,52,49,47,45,45,45,47,49,52,56,61,
66,72,79,86,94,102,110,118,127,136,144,152,160,168,175,182,188,193,198,20
2,205,207,209,209,209,207,205,202,198,193,188,182,175,168,160,152,144,136
,127,118,110,101,93,86,78,71,65,60,55,51,48,46,44,44,44,46,48,51,55,60,
65,71,78,85,93,101,110,118,127,136,144,153,161,168,176,183,189,194,199,20
3,206,208,210,210,210,208,206,203,199,194,189,183,176,169,161,153,144,136

19
,127,118,110,101,93,85,78,71,65,59,54,50,47,45,43,43,43,45,47,50,54,59,
65,71,78,85,93,101,110,118,127,136,144,153,161,169,176,183,189,195,200,20
4,207,209,211,211,211,209,207,204,200,195,189,183,176,169,161,153,144,136
,127,118,109,101,92,85,77,70,64,58,53,49,46,44,42,42,42,44,46,49,53,58,
64,70,77,84,92,101,109,118,127,136,145,153,162,169,177,184,190,196,201,20
5,208,210,212,212,212,210,208,205,201,196,190,184,177,170,162,153,145,136
,127,118,109,100,92,84,76,69,63,57,53,48,45,43,41,41,41,43,45,48,53,57,
63,69,76,84,92,100,109,118,127,136,145,154,162,170,178,185,191,197,201,20
6,209,211,213,213,213,211,209,206,201,197,191,185,178,170,162,154,145,136
,127,118,109,100,92,84,76,69,62,57,52,48,44,42,40,40,40,42,44,48,52,57,
62,69,76,83,92,100,109,118,127,136,145,154,162,170,178,185,192,197,202,20
6,210,212,214,214,214,212,210,206,202,197,192,185,178,171,162,154,145,136
,127,118,109,100,91,83,75,68,62,56,51,47,43,41,39,39,39,41,43,47,51,56,
62,68,75,83,91,100,109,118,127,136,145,154,163,171,179,186,192,198,203,20
7,211,213,215,215,215,213,211,207,203,198,192,186,179,171,163,154,145,136
,127,118,108,99,91,83,75,67,61,55,50,46,42,40,38,38,38,40,42,46,50,55,6
1,67,75,82,91,99,108,118,127,136,146,155,163,171,179,187,193,199,204,208,
212,214,216,216,216,214,212,208,204,199,193,187,179,172,163,155,146,136
,127,118,108,99,90,82,74,67,60,54,49,45,41,39,37,37,37,39,41,45,49,54,6
0,67,74,82,90,99,108,118,127,136,146,155,164,172,180,187,194,200,205,209,

213,215,217,217,217,215,213,209,205,200,194,187,180,172,164,155,146,136
,127,117,108,99,90,82,74,66,59,53,48,44,40,38,36,36,36,38,40,44,48,53,5
9,66,74,81,90,99,108,117,127,137,146,155,164,172,180,188,195,201,206,210,
214,216,218,218,218,216,214,210,206,201,195,188,180,173,164,155,146,137
,127,117,108,99,90,81,73,65,59,53,47,43,40,37,36,35,36,37,40,43,47,53,5
9,65,73,81,90,99,108,117,127,137,146,155,164,173,181,189,195,201,207,211,
214,217,218,219,218,217,214,211,207,201,195,189,181,173,164,155,146,137
,127,117,108,98,89,81,72,65,58,52,46,42,39,36,35,34,35,36,39,42,46,52,5
8,65,72,80,89,98,108,117,127,137,146,156,165,173,182,189,196,202,208,212,
215,218,219,220,219,218,215,212,208,202,196,189,182,174,165,156,146,137
,127,117,107,98,89,80,72,64,57,51,46,41,38,35,34,33,34,35,38,41,46,51,5
7,64,72,80,89,98,107,117,127,137,147,156,165,174,182,190,197,203,208,213,
216,219,220,221,220,219,216,213,208,203,197,190,182,174,165,156,147,137

20
,127,117,107,98,88,80,71,63,56,50,45,40,37,34,33,32,33,34,37,40,45,50,5
6,63,71,79,88,98,107,117,127,137,147,156,166,174,183,191,198,204,209,214,
217,220,221,222,221,220,217,214,209,204,198,191,183,175,166,156,147,137
,127,117,107,97,88,79,71,63,56,49,44,39,36,33,32,31,32,33,36,39,44,49,5
6,63,71,79,88,97,107,117,127,137,147,157,166,175,183,191,198,205,210,215,
218,221,222,223,222,221,218,215,210,205,198,191,183,175,166,157,147,137
127,117,107,97,88,79,70,62,55,49,43,38,35,32,31,30,31,32,35,38,43,49,5
5,62,70,78,88,97,107,117,127,137,147,157,166,175,184,192,199,205,211,216,
219,222,223,224,223,222,219,216,211,205,199,192,184,176,166,157,147,137
,127,117,107,97,87,78,69,61,54,48,42,37,34,31,30,29,30,31,34,37,42,48,5
4,61,69,78,87,97,107,117,127,137,147,157,167,176,185,193,200,206,212,217,
220,223,224,225,224,223,220,217,212,206,200,193,185,176,167,157,147,137
,127,117,106,96,87,78,69,61,53,47,41,37,33,30,29,28,29,30,33,37,41,47,5
3,61,69,77,87,96,106,117,127,137,148,158,167,176,185,193,201,207,213,217,
221,224,225,226,225,224,221,217,213,207,201,193,185,177,167,158,148,137

,127,117,106,96,86,77,68,60,53,46,40,36,32,29,28,27,28,29,32,36,40,46,5
3,60,68,77,86,96,106,117,127,137,148,158,168,177,186,194,201,208,214,218,
222,225,226,227,226,225,222,218,214,208,201,194,186,177,168,158,148,137
,127,116,106,96,86,77,68,59,52,45,40,35,31,28,27,26,27,28,31,35,40,45,5
2,59,68,76,86,96,106,116,127,138,148,158,168,177,186,195,202,209,214,219,
223,226,227,228,227,226,223,219,214,209,202,195,186,178,168,158,148,138
,127,116,106,95,86,76,67,59,51,44,39,34,30,27,26,25,26,27,30,34,39,44,5
1,59,67,76,86,95,106,116,127,138,148,159,168,178,187,195,203,210,215,220,
224,227,228,229,228,227,224,220,215,210,203,195,187,178,168,159,148,138
,127,116,106,95,85,76,66,58,50,44,38,33,29,26,25,24,25,26,29,33,38,44,5
0,58,66,75,85,95,106,116,127,138,148,159,169,178,188,196,204,210,216,221,
225,228,229,230,229,228,225,221,216,210,204,196,188,179,169,159,148,138
,127,116,105,95,85,75,66,57,50,43,37,32,28,25,24,23,24,25,28,32,37,43,5
0,57,66,75,85,95,105,116,127,138,149,159,169,179,188,197,204,211,217,222,
226,229,230,231,230,229,226,222,217,211,204,197,188,179,169,159,149,138
,127,116,105,95,84,75,65,57,49,42,36,31,27,24,23,22,23,24,27,31,36,42,4
9,57,65,74,84,95,105,116,127,138,149,159,170,179,189,197,205,212,218,223,
227,230,231,232,231,230,227,223,218,212,205,197,189,180,170,159,149,138

21
,127,116,105,94,84,74,65,56,48,41,35,30,26,23,22,21,22,23,26,30,35,41,4
8,56,65,74,84,94,105,116,127,138,149,160,170,180,189,198,206,213,219,224,
228,231,232,233,232,231,228,224,219,213,206,198,189,180,170,160,149,138
127,116,105,94,83,74,64,55,47,40,34,29,25,22,21,20,21,22,25,29,34,40,4
7,55,64,73,83,94,105,116,127,138,149,160,171,180,190,199,207,214,220,225,
229,232,233,234,233,232,229,225,220,214,207,199,190,181,171,160,149,138
,127,116,105,94,83,73,64,55,47,40,33,28,24,21,20,19,20,21,24,28,33,40,4
7,55,64,73,83,94,105,116,127,138,149,160,171,181,190,199,207,214,221,226,
230,233,234,235,234,233,230,226,221,214,207,199,190,181,171,160,149,138
,127,116,104,93,83,73,63,54,46,39,33,27,23,20,19,18,19,20,23,27,33,39,4

6,54,63,72,83,93,104,116,127,138,150,161,171,181,191,200,208,215,221,227,
231,234,235,236,235,234,231,227,221,215,208,200,191,182,171,161,150,138
,127,116,104,93,82,72,62,53,45,38,32,27,22,19,18,17,18,19,22,27,32,38,4
5,53,62,72,82,93,104,116,127,138,150,161,172,182,192,201,209,216,222,227,
232,235,236,237,236,235,232,227,222,216,209,201,192,182,172,161,150,138
,127,115,104,93,82,72,62,53,45,37,31,26,21,18,17,16,17,18,21,26,31,37,4
5,53,62,71,82,93,104,115,127,139,150,161,172,182,192,201,209,217,223,228,
233,236,237,238,237,236,233,228,223,217,209,201,192,183,172,161,150,139
,127,115,104,92,81,71,61,52,44,36,30,25,20,17,16,15,16,17,20,25,30,36,4
4,52,61,71,81,92,104,115,127,139,150,162,173,183,193,202,210,218,224,229,
234,237,238,239,238,237,234,229,224,218,210,202,193,183,173,162,150,139
,127,115,104,92,81,71,61,51,43,36,29,24,20,16,15,14,15,16,20,24,29,36,4
3,51,61,70,81,92,104,115,127,139,150,162,173,183,193,203,211,218,225,230,
234,238,239,240,239,238,234,230,225,218,211,203,193,184,173,162,150,139
,127,115,103,92,81,70,60,51,42,35,28,23,19,15,14,13,14,15,19,23,28,35,4
2,51,60,70,81,92,103,115,127,139,151,162,173,184,194,203,212,219,226,231,
235,239,240,241,240,239,235,231,226,219,212,203,194,184,173,162,151,139
,127,115,103,91,80,70,59,50,42,34,27,22,18,15,13,12,13,15,18,22,27,34,4
2,50,59,69,80,91,103,115,127,139,151,163,174,184,195,204,212,220,227,232,
236,239,241,242,241,239,236,232,227,220,212,204,195,185,174,163,151,139
,127,115,103,91,80,69,59,49,41,33,27,21,17,14,12,11,12,14,17,21,27,33,4
1,49,59,69,80,91,103,115,127,139,151,163,174,185,195,205,213,221,227,233,
237,240,242,243,242,240,237,233,227,221,213,205,195,185,174,163,151,139

22
,127,115,103,91,79,69,58,49,40,32,26,20,16,13,11,10,11,13,16,20,26,32,4
0,49,58,68,79,91,103,115,127,139,151,163,175,185,196,205,214,222,228,234,
238,241,243,244,243,241,238,234,228,222,214,205,196,186,175,163,151,139
,127,115,102,91,79,68,58,48,39,32,25,19,15,12,10,9,10,12,15,19,25,32,39
,48,58,68,79,91,102,115,127,139,152,163,175,186,196,206,215,222,229,235,2

39,242,244,245,244,242,239,235,229,222,215,206,196,186,175,163,152,139
,127,115,102,90,79,68,57,47,39,31,24,18,14,11,9,8,9,11,14,18,24,31,39,4
7,57,67,79,90,102,115,127,139,152,164,175,186,197,207,215,223,230,236,240
,243,245,246,245,243,240,236,230,223,215,207,197,187,175,164,152,139
,127,114,102,90,78,67,56,47,38,30,23,17,13,10,8,7,8,10,13,17,23,30,38,4
7,56,67,78,90,102,114,127,140,152,164,176,187,198,207,216,224,231,237,241
,244,246,247,246,244,241,237,231,224,216,207,198,187,176,164,152,140
,127,114,102,90,78,67,56,46,37,29,22,16,12,9,7,6,7,9,12,16,22,29,37,46,5
6,66,78,90,102,114,127,140,152,164,176,187,198,208,217,225,232,238,242,24
5,247,248,247,245,242,238,232,225,217,208,198,188,176,164,152,140
,127,114,102,89,77,66,55,45,36,28,21,16,11,8,6,5,6,8,11,16,21,28,36,45,5
5,66,77,89,102,114,127,140,152,165,177,188,199,209,218,226,233,238,243,24
6,248,249,248,246,243,238,233,226,218,209,199,188,177,165,152,140
,127,114,101,89,77,66,55,45,36,27,20,15,10,7,5,4,5,7,10,15,20,27,36,45,5
5,65,77,89,101,114,127,140,153,165,177,188,199,209,218,227,234,239,244,24
7,249,250,249,247,244,239,234,227,218,209,199,189,177,165,153,140
,127,114,101,89,77,65,54,44,35,27,20,14,9,6,4,3,4,6,9,14,20,27,35,44,54,
65,77,89,101,114,127,140,153,165,177,189,200,210,219,227,234,240,245,248,
250,251,250,248,245,240,234,227,219,210,200,189,177,165,153,140
,127,114,101,88,76,65,54,43,34,26,19,13,8,5,3,2,3,5,8,13,19,26,34,43,54,
64,76,88,101,114,127,140,153,166,178,189,200,211,220,228,235,241,246,249,
251,252,251,249,246,241,235,228,220,211,200,190,178,166,153,140
,127,114,101,88,76,64,53,43,33,25,18,12,7,4,2,1,2,4,7,12,18,25,33,43,53,
64,76,88,101,114,127,140,153,166,178,190,201,211,221,229,236,242,247,250,
252,253,252,250,247,242,236,229,221,211,201,190,178,166,153,140
,127,114,101,88,75,64,52,42,33,24,17,11,6,3,1,0,1,3,6,11,17,24,33,42,52,
63,75,88,101,114,127,140,153,166,179,190,202,212,221,230,237,243,248,251,
253,254,253,251,248,243,237,230,221,212,202,191,179,166,153,140
};

23
Cứ 60 phần tử liên tiếp trong mảng thì tạo ra được một chu kỳ sin với
mức biên độ tăng giảm tỷ lệ thuận với thứ tự của các phần tử.
Vi xử lý thực hiện việc điều khiển 4 nhánh cầu bằng modul Power
cotroler PWM với tần số 10KHz và độ rộng xung được điều chế theo biên độ
sóng sin 50Hz.
Từ dạng xung đã được đ
iều chế này chúng tôi cho qua bộ lọc L-C gồm 1
cuộn cảm L1 và 3 tụ điện C22, C23 và C24 như hình 2.6.1. Trên tụ C23 và
C24 dạng sóng sin điều chế 50Hz được tách ra khỏi sóng mang 10KHz và đưa
đến tải. Tại đây một đường tín hiệu phản hồi được đưa về vi xử lý đển đo biên
độ điện áp ra. Kết quả đo được là dữ liệu để vi xử lý tính toán tự động hiệu
chỉ
nh lại độ rộng xung sao cho dạng sóng sin và điện áp ra luôn ổn định trong
khi tải biến động.
Chúng tôi tính giá trị của bộ lọc L-C như sau:
Theo công thức C = 1/2πfU
Có f = 10000Hz; U = 320V ta được C = 0,5 * 3,14 * 10000 * 320 =
5,024uF.
Chúng tôi chọ giá trị làm tròn là C = 5 uF
và thêm vào một điện trở 0.05
omh để dạng sóng được sạch hoàn toàn thành phần sóng mang.
Vì thành phần R trong mạch là không đáng kể nên chúng tôi bỏ qua để
tính giá trị của L theo công thức ZL = ZC hay 2πfL = 1/2πfC =>
L=1/(2πf)
2
*C
Có C = 5uF; f = 10000Hz. Ta được L = 1/19719200000 = 50,7125 * 10
-6
H

Chúng tôi làm tròn L = 51 uH
.










24
2.7. Thiết kế mạch nạp ác quy tự động

Hình 2.10. Sơ đồ mạch nguyên lý mạchnạp ác quy tự động
1 2 34
A
B
C
D
4
321
D
C
B
A
Title
Number RevisionSize
A4

Date: 16-Dec-2010 Sheet of
File: F:\DE TAI\DeTai 2010\LuuDienCuuHo\Cac ban ve\Nap1Modul.DdbDrawn By:
U4
P521
R13
0,22/2W
1
2
3
J3
R LED G
R37
1k5
R36
15k
R34
1k5
R38
1k5
-AQ
X1A
MUR1660
L1A
160mH
1
2
J2
- BATERY +
315V
D17

LEDG
D18
LEDR
1
2
J1
220VAC.IN
FB
2
ISEN
3
RTCT
4
COMPN
1
OUT
6
VREF
8
VCC
7
GND
5
U2
OP08
R10
10k
R33
2k2
R9

1k
R8
10k
C12
102
C11
472
GND
R11
33R
R12
15k
M1A
IRFZ44
C13
103
20V
R27
100k
R29
33k
R25
10k
R23
10k
R30
2k2
R31
2k2
Q4

828
Q3
828
R26
10k
R35
1k5
GND
FB
-AQ
R18
33k
R19
47k
R15
10k
R14
10k
R22
2k2
R20
100k
R16
10k
+AQ
R21
6k8
R17
150k
R28

18k
D16
148
D1
5408
D3
5408
D2
5408
D4
5408
Q1
2335
R2
560k
R3
22R
R4
22R
D5 407
C4
473
Q2
2335
R5
560k
R6
22R
R7
22R

D6 407
C5
473
0V
R1
2R2
D15
DX4A
CS
CS
+AQ
-AQ
-AQ+AQ
1
1
2
2
3
3
4
4
5
5
6
6
7
7
8
8
9

9
10
10
11
11
12
12T1AB
TRANS12
C6
1000/63
C7
220/25
-AQ
GND
12V
+AQ
9V
Vin
1
GND
2
Vout
3
U1
7809
C9
220/16
9V
-AQ
12V

Q6
828
Q5
828
R32
15k
DIP
DIP
L GA
L RA
C14
103
C10
220/25
9V
FB
C3
474/250
C2
474/250
3
2
1
84
U3A
LM358
5
6
7
U3B

LM358
R43
1k
DA
Q8
2383
Q9
2383
R42
5k6
R41
3k3
1
2
J4
+FAN-
-AQ
C1
100/450V
1
1
2
2
3
3
4
4
T1
FILTER
F1

2A/250V
0V
315V
0V
R24
10k
12V
DA
D7
148
D9
148
D8
148
D10
148
D11
148
D13
148
D12
148
D14
148
C8
220/25
20V
GND
20a
20b

12a
12b
Q7
564
R39
2k2
R40
10k
9V


Đây là mạch nạp ác quy tự động chúng tôi thiết kế để nạp cho 2 ác quy
12V, 100AH đấu nối tiếp thành 24V.
Quy trình nạp được thiết kế như sau:
Với ác quy 24V mức điện áp thấp nhất không được xả tiếp là 20V (theo
quy định của nhà sản xuất). Mức điện áp cao nhất của quá trình nạp ổn dòng là
29,5V. Mức điện áp duy trì sau quá trình nạp ổn dòng là 27,6V. Dòng nạp tốt
nhất cho ác quy là 5-10% dòng danh định. Đ
ó là những thông số rất quan trọng
ảnh hưởng trực tiếp đến tuổi thọ của ác quy. Nếu sai một trong số các thông số
đó thì rất có nguy cơ làm hỏng ác quy trong thời gian rất ngắn. Ví dụ nạp đến
điện áp 35V và duy trì thì chỉ sau khoảng 1 ngày là ác quy hỏng không con
dùng được nữa. Nếu nạp với dòng quá 30% dòng danh định thì cũng làm tuổi
thọ ác quy giảm rất nhanh.


25
Chúng tôi thiết kế quy trình nạp tự động với dòng nạp 6A được thể hiện
bằng đồ thị dưới đây:
Hình 2.11. Đồ thị V - A quá trình nạp ác quy 24V/100AH

Quá trình nạp được bắt đầu với dòng nạp 6A và giữ ổn định cho điện áp
tăng dần và kiểm soát điện áp. Khi điện áp trên ác quy dạt giá trị 29,5V thì
chuyển sang chế độ nạp ổn áp 27,6V. Ngay sau khi chuyển sang chế độ
nạp ổn
áp, dòng nạp sẽ ngắt hẳn rồi tăng dần tới khoảng 1-2A tuỳ từng loại ác quy,
sau khoảng 15-30 phút dòng nạp sẽ giảm dần, sau khoảng 2-3 giờ dòng nạp chỉ
còn vài chục mA, đây là dòng dò của ác quy, dòng điện này càng nhỏ thì chất
lượng ác quy càng cao.
Như hình 2.10. từ nguồn điện lưới 220VAC được chỉnh lưu thành
315VDC bởi các diode D1, D2, D3, D4. Lọc phẳng bằng tụ C1 rồi cấp cho b
ộ
tạo dao động tự kích với tần số 33KHz. Bộ tạo dao động gồm Q1, Q2, C4, C5,
R3, R6 và biến áp xung T1 được thiết kế có quận dây dao động chính làm quận
dây sơ cấp. Hai quận hồi tiếp gửi xung qua C4, C5 về Q1, Q2 để tạo vòng hồi
tiếp duy trì dao động.
Các quận dây thứ cấp của biến áp xung T1 tạo ra các mức điện áp cần
thiết cách li để chỉnh lưu và lọc phẳng rồi cấ
p cho mạch điều khiển nạp, mạch
công suất nạp và quạt làm mát.

Mạch công suất nạp dùng 1 Mosfet M1 loại 50A/60V kết hợp với quân
dây L1, diode D15 và được điều khiển bởi vi mạch chuyên dụng U2 theo
0 t(h)
V/A
6
27,6
29,5
20
(V)
(A)
20