He thong bu ha ap tu dong(in ra)

16

CHƯƠNG 2:
TỦ TỤ BÙ HẠ ÁP DELAB NV-14
2.1 CẤU TẠO
2.1.1. Mạch động lực

Hình 2.1. Sơ đồ tụ bù hạ áp DELAB NV-14

Mạch gồm 14 cặp tụ ba pha nối vào thanh cái đầu tải thông qua 14 contactor
ba pha. Tụ điện tĩnh được làm trong một vỏ kim loại nhôm hình trụ, có tính năng an
tồn cao, cấu trúc của tụ ngăn cản được rò rỉ ngay cả khi vỏ của nó bị thủng. Tụ có
phần điện mơi có thể tự phục hồi phẩm chất, tự tách rời khỏi mạch khi có sự vuợt áp
là tự phục hồi. Trong trường hợp bị sự cố quá tải điện áp, quá trình tự phục hồi diễn
ra. Nếu quá trình tự phục hồi nào khơng hoạt động (ví dụ vì điện áp, q dòng hoặc
quá tải nhiệt) các tấm chắn được thiết kế như là một van quá tải, được nâng lên và
phá hủy các kết nối nội bộ các cuộn dây điện, do đó tụ được tách ra khỏi nguồn
chính.
-Tụ điện ba pha có các thơng số như sau:
Điện áp định mức:

Udm = 415 (V).

Dịng điện định mức: Idm = 38 (A).
Cơng suất phản kháng:Q = 25 (KVAr).
Điện dung:

C = 154 (µF).


17

-Contactor ba pha có các thơng số như sau:
Điện áp định mức:

Udm = 600 (V).

Dòng điện định mức: Idm = 100 (A).
Điện áp điều khiển: Udk = 220 (V).
2.1.2. Mạch điều khiển
Mạch gồm bộ điều khiển DELAB NV-14 và 3 TI đặt ngay tại thanh cái đầu tải.
14 đầu xuất (OUT) của bộ điều khiển nối với 14 contactor để đóng cắt tụ bù ra vào
tải, đây chính là 14 cấp bù của tủ. Bộ điều khiển lấy tín hiệu của mạch phụ tải: điện
áp vào các chân: 5, 6, 7, 8 và dòng vào các chân: 12 và 14. Các tín hiệu này qua
mạch đo lường để cho ra hệ số cosφ của tải. Bộ điều khiển trung tâm đem so sánh
kết quả đo lường với thông số mặc định đã được cài đặt trước để điều khiển 14 rơle
theo tuần tự. Khi hệ số cosφ của tải ≤ hệ số cosφ mặc định mức ở mức thấp (LPF)
thì bộ điều khiển ra lệnh cho rơle số 1 đóng để cấp nguồn cho chân 16 (chân 16
được gọi là chân xuất). Trong bộ điều khiển có 14 chân xuất, đó là các chân từ 16
đến 29; 14 chân này được nối với 14 contactor làm nhiệm vụ đóng cắt các tụ ba pha
vào ra tải. Sau khi chân 16 có nguồn contactor thứ nhất đóng tụ bù cho tải. Nếu hệ
số cosφ của tải được nâng lên trên mức thấp (LPF) thì bộ điều khiển duy trì lệnh
cho rơle số 1, còn nếu vẫn ở dưới mức thấp (LPF) thì bộ điều khiển tiếp tục ra lệnh
cho rơle thứ hai đóng để cấp nguồn cho chân 17 làm nhiệm vụ đóng contactor
tương ứng đưa tiếp tụ vào bù cho tải. Quá trình cứ tiếp tục cho tới khi hệ số cos φ
của tải lớn hơn mức thấp (LPF) thì dừng lại. Khi hệ số cosφ của tải đạt giá trị bằng
mức cao nhất (UPF) thì bộ điều khiển ra lệnh cắt rơle đang đóng có thứ tự cao nhất,
contactor tương ứng cắt tụ bù ra khỏi tải làm hệ số cosφ của tải giảm xuống dưới
mức cao nhất (UPF). Như vậy bộ điều khiển hoạt động theo cấp, mỗi cấp có một
lượng dung kháng nhất định được đưa vào bù cho tải.

2.2 BỘ ĐIỀUKHIỂN DELAB NV-14


18

2.2.1 Sơ đồ nguyên lý

Hình 2.2. Sơ đồ bộ điều khiển Delab với PIC 18F452

2.2.2. Nguyên lý hoạt động
Trung tâm điều khiển DELAB NV-14 là bộ vi điều khiển PIC18F 452, bộ điều
khiển DELAB NV-14 hoạt động với nguyên lý cấu trúc gồm ba phần chính như sau:
- Khâu thứ nhất: làm nhiệm vụ chuyển đổi tín hiệu điện áp và dòng điện đầu vào
sang mức điệp áp hoạt động của PIC (trường hợp ở đây là 5V). Ở đây ta phải sử
dụng các mạch hạ áp như là biến áp hạ áp chẳng hạn.
- Khâu thứ hai làm nhiệm vụ chuyển đổi tín hiệu tương tự (analog) sang tín hiệu
số (digital). Điều này được thực hiện dễ dàng bằng PIC18F452. Trong giai đoạn này
ta tính tốn góc pha giữa dịng điện và điện áp. Tín hiệu số của điện áp và dòng điện
thu thập được được đưa vào xử lý ở PIC với sự trợ giúp của các thuật tốn thích hợp
bằng phần mềm. Trên cơ sở góc lệch pha PIC đưa ra hệ số công suất cosϕ để hiển
thị lên màn hình LCD đồng thời so sánh kết quả đo được với tín hiệu cài đặt sẵn để
đưa ra lệnh điều khiển chuyển mạch.
- Khâu thứ ba là khâu xuất lệnh chuyển mạch tới các contactor. Hoạt động của nó
là việc khuếch đại tín hiệu đầu ra của PIC bằng các transistor làm đóng cắt các Rơle
đưa điện áp 220VAC tới đóng /mở các contactor tới cắt các tụ điện ra vào mạch tải.
PIC 18F452 phù hợp để thực hiện những cơng việc này vì tính năng của nó
như sau:
- Xây dựng bên trong module chuyển đổi tín hiệu tương tự sang số (ADC) 10bit
với tốc độ lấy mẫu khoảng 0,632 MHz và độ tuyến tính tốt (≤ 1 LSB).
- Có điểm thốt dịng /nguồn (25 mA) cao cho đầu vào / đầu ra số.

19

- Có có 3 chân ngắt từ bên ngồi và bốn module định giờ, cụ thể là: Timer0: 8bit/16-bit định giờ / bộ đếm với bộ chia 8-bit có thể lập trình được; Timer1: 16-bit
định giờ/ bộ đếm; Timer2: 8-bit timer/bộ đếm với thanh ghi chu kỳ 8-bit (cơ sở thời
gian cho PWM); Timer3: 16-bit định giờ/bộ đếm.
- Có thư viện hỗ trợ giao tiếp thẻ đa phương tiện (MMC); thực hiện bằng một
lệnh đơn để viết hay đọc dữ liệu từ MMC.
2.2.3 Bộ vi điều khiển PIC 18F 452
2.2.3.1. Sơ đồ khối
P
IC

Hình 2.3. Sơ đồ khối của PIC 18F 452

18F452 là vi điều khiển 16 bit có CPU RISC hiệu suất cao được tối ưu hóa cấu
trúc/tập lệnh, mã nguồn tương thích với tập lệnh PIC16 và PIC17. Bộ nhớ chương
trình tuyến tính có thể định địa chỉ lên đến 32 Kbyte và bộ nhớ dữ liệu tuyến tính có
thể định địa chỉ lên đến 1.5 Kbyte. Sơ đồ khối của 18F452 được thể hiện trên hình
2.3
2.2.3.2 Kiến trúc vi điều khiển PIC 18F 452
PIC 18F452 có cấu trúc RISC Harvard. Cấu trúc Harvard là một khái niệm mới
so với von-Neumann. Trong cấu trúc Harvard bus dữ liệu và bus địa chỉ là riêng
biệt. Vì vậy, một luồng dữ liệu lớn hơn có thể thơng qua đơn vị xử lý trung


20

tâm(CPU) và dĩ nhiên tốc độ làm việc cao hơn. Tách một bộ nhớ chương trình và bộ

nhớ dữ liệu cho phép các lệnh có thể có nhiều hơn thay vì chỉ là các từ 8bit.
PIC18F452 sử dụng 16 bit các lệnh điều này cho phép tất cả các lệnh chỉ là các lệnh
gồm 1 từ. Nó cũng là điển hình cho kiến trúc Harvard có ít lệnh hơn von-Neumann,
và các lệnh thường được thực thi trong một chu kỳ.
Vi điều khiển với cấu trúc Harvard được gọi là "vi điều khiển RISC". RISC là
viết tắt của Reduced Instruction Set Computer. Vi điều khiển với cấu trúc von
Neumann được gọi là 'CISC vi điều khiển', đó là viết tắt của Complex Instruction
Set Computer. Vì PIC18F452 là vi điều khiển RISC, điều đó có nghĩa là nó có tập
lệnh được giảm bớt, chính xác hơn 35 lệnh. PIC18F452 hồn tồn phù hợp được sử
dụng nhiều, từ ngành công nghiệp ô tô và điều khiển thiết bị gia dụng đến thiết bị
trong cơng nghiệp, cảm biến từ xa, cửa khóa điện và các thiết bị an tồn. Nó cũng
rất lý tưởng cho các thẻ thông minh cũng như cho các thiết bị cung cấp nguồn bằng
pin nhớ mức tiêu thụ năng lượng thấp.

Hình 2.


21

Hình 2.4. Cấu trúc vi điều khiển PIC 18F 452


22

2.2.3.3.Sơ đồ chân

Hình 2.5. Sơ đồ chân của PIC 18F 452

Sơ đồ chân của PIC 18F452 được trình bày trong hình 2.5. 18F452 có 5 cổng được
đặt tên là RA, RB, RC, RD và RE. Mỗi chân của PIC 18F452 có nhiều hơn một

chức năng. Chân 11 và 32 được sử dụng như V DD, chân 12 và 31 được sử dụng như
là VSS. Chân 13 và 14 được sử dụng cho dao động. Chân 1 được dùng để reset và nó
được sử dụng trong trường hợp nạp chương trình. Chân 3- RA1/AN1 là chân đầu
vào của tín hiệu analog và tương tự, chân 4- RA2/AN2/Vref - là chân đầu vào của
tín hiệu điện áp.
2.2.3.4 Nguồn cấp cho PIC
Nguồn cung cấp sơ đồ mạch được thể hiện trong hình 2.6, được sử dụng bởi các
chân điện áp lập trình VPP và chân VDD. Chân VPP chỉ sử dụng cho việc cung cấp
điện áp VPP cho PIC trong quá trình lập trình cho nó.

Hình 2.6. Nguồn cung cấp cho vi mạch


23

2.2.3.5 Bộ tạo xung nhịp
Mặc dù vi điều khiển đã được xây dựng bên trọng bộ tạo dao động, nó không thể
hoạt động mà không cần các thành phần bên ngồi để ổn định và xác định tần số
của nó (tốc độ hoạt động của các vi điều khiển). Do thực tế là nó gần như khơng thể
tạo các dao động mà chỉ hoạt động khơng mục đích trên một dải tần số rộng, trong
vi điều khiển phải biết thạch anh nào được kết nối để nó có thể điều chỉnh hoạt động
của các cấu trúc điện tử bên trong nó. Đó là lý do tại sao tất cả các chương trình
được sử dụng cho chip phải chứa một tùy chọn để lựa chọn chế độ bộ dao động.
Phụ thuộc vào các yếu tố đang sử dụng cũng như tần số của nó, dao động có thể là
một trong bốn kiểu khác nhau, chế độ: LP - Low Power Crystal; XT - Crystal /cộng
hưởng; HS - tốc độ cao Crystal /cộng hưởng; RC - Resistor / Tụ.
2.2.3.6. Thẻ MMC và kết nối với PIC
Multi Media Card (MMC) là một bộ nhớ flash card chuẩn. MMC hiện tại có
kích thước lưu trữ lên đến 1 GB, và được sử dụng trong điện thoại di động, máy
nghe nhạc MP3, máy ảnh kỹ thuật số, và PDA. Secure Digital (SD) là một bộ nhớ

flash card tiêu chuẩn, dựa trên định dạng MultiMedia Card (MMC) cũ. SD card
hiện tại có kích thước lưu trữ lên đến 2 GB, và được sử dụng trong điện thoại di
động, máy nghe nhạc MP3, máy ảnh kỹ thuật số, và PDA. Cả hai có thể tương thích
với họ PIC18.


24

Hình 2.7. Kết nối thẻ MMC với PIC

2.2.4 Hoạt động của bộ vi điều khiển.
2.2.4.1 Thuật tốn và lập trình
Một thuật toán được phát triển để làm cho PIC đọc các (tín hiệu) đầu vào và
xuất ra các đáp ứng phù hợp. Có hai phần của một chương trình liên quan đến bộ
đếm, đó là được khởi tạo thơng qua các ngắt Timer0. Thứ hai là phần chính của
chương trình tại đó tín hiệu được PIC thu thập và cung cấp cho các đáp ứng phù
hợp với chương trình kiểm sốt.
Chương trình chính được chia thành sáu phần
1. Khởi tạo ngắt Timer
2. Khởi tạo của LCD
3. Module ADC
4. Tính tốn hệ số công suất
5. So sánh sự thống nhất hệ số cơng suất
6. Tạo ra các tín hiệu chuyển mạch.
2.2.4.2 Khởi tạo Bộ định thời/Bộ đếm (Timer/Counter)

Hình 2.8. Thanh ghi (Timer register)


25

Thanh ghi của timer 0 được thể hiện trong hình 2.8 [18F452 hướng dẫn sử dụng].
Các bit khác nhau của thanh ghi này được lập trình theo sơ đồ sau đây:
Bit 7 TMR0ON: Timer0 On / Off Control bit
1 = Cho phép Timer0
0 = Dừng Timer0

(1 =
(0 =

Enables Timer0)

Stops Timer0)

Bit 6 T08BIT: Timer0 8-bit/16-bit Control bit
1 = Timer0 được cấu hình như là một Timer/Counter 8bit
0 = Timer0 được cấu hình như là một Timer/Counter 16bit
Bit 5 T0CS: Timer0 Clock Source Select bit
1 = chuyển tiếp trên chân T0CKI
0 = chỉ dẫn nội chu kỳ clock (xung clock) (CLKO)
Bit 4 T0SE: Timer0 Nguồn Edge Chọn bit
1 = Increment (gia số) từ cao đến thấp chuyển tiếp trên chân T0CKI
0 = Increment (gia số) từ thấp đến cao chuyển tiếp trên chân T0CKI
Bit 3 PSA: Timer0 Prescaler Assignment bit (sự xác định prescaler bit)
Prescaler 1 = Timer0 là không được xác định. Timer0 clock đầu vào đi qua
prescaler.
Prescaler 0 = Timer0 là được xác định. Timer0 clock đầu vào đến từ đầu ra
prescaler.
bit 2-0 T0PS2: T0PS0: Timer0 Prescaler Select bit (lựa chọn Prescaler bit)
111 = 1:256 prescale value

110 = 1:128 prescale value
101 = 1:64

prescale value

100 = 1:32

prescale value

011 = 1:16

prescale value

010 = 1:8

prescale value

001 = 1:4

prescale value

000 = 1:2

prescale value


26

Để lập trình cho Bộ đếm ta phải khởi tạo bộ đếm bằng giá trị ban đầu là 101, giá trị
này được tính bằng cách sử dụng cơng thức:

Delay (trong ms) = (# ticks) * 4 * prescale * 1000 / (tần số xung nhip)
Sau khi khởi tạo ta cho phép ngắt Timer với lệnh INTCON = 0xA0 để cho một ngắt
được tạo ra mỗi khi thanh ghi bộ định thời tràn, tại thời điểm này việc đếm sẽ tăng
lên. Đối với một giây, giá trị đếm tùy thuộc vào giá trị đặt trước prescale như đã đề
cập trong bảng 2.1.
Bảng 2.1: Giá trị đếm theo giá trị prescale
Sr.no.
(Số thứ tự)
1

Prescale value

Count value

1:2

(giá trị đếm)
6400

2

1:4

3200

3

1:8

1600

4

1:16

800

5

1:32

400

6

1:64

200

7

1:128

100

8

1:256

50

2.2.4.3 Khởi tạo LCD
Hình 2.9 cho thấy phần cứng giao tiếp của màn hình tinh thể lỏng (LCD) với vi
điều khiển PIC. MikroC cung cấp một thư viện để giao tiếp với LCD thông dụng
(giao tiếp 4bit).
Ta phải thiết lập các đầu ra nối với LCD, trước khi sử dụng bất kỳ hàm nào
thư viện sau. MikroC cung cấp cho người sử dụng với bảy chương trình con thơng
thường sử dụng cho LCD. Bảng 2.2 hướng dẫn sử dụng mikroC.
Sau khi khởi tạo, ta có thể hiển thị đầu ra bằng cách sử dụng một số lệnh
như, LCD_Out (hàng. . cột., “đoạn thông tin”) hay LCD_char_cp (‘ký tự’).


27

Hình 2.9. Sơ đồ kết nối LCD

Bảng 2.2: LCD thư viện thơng thường
STT
1
2
3
4
5
6
7

Lệnh
Lcd_Config
Lcd_Init
Lcd_Out

Lcd_Out_
Lcd_Chr
Lcd_Chr_Cp
Lcd_Cmd

Cơng việc
Cấu hình cho LCD
Khởi tạo LCD
Xuất ra LCD ở vị trí định trước
Xuất ra LCD ở vị trí kế tiếp
Xuất ký tự ra LCD ở vị trí được định
Xuất ký tự ra LCD ở vị trí kế tiếp
Gởi lệnh đến LCD

2.2.4.4 Chuyển đổi tương tự -số
Ngoài một số lượng lớn các đầu vào/ra (I/O) là tín hiệu số (digital), PIC18F452
cịn có 8 đầu vào tương tự (analog). Nó cho phép vi điều khiển khơng chỉ nhận ra
được logic không (0)hoặc một (1) (0 hoặc +5 V), mà cịn đo được một cách chính
xác điện áp ở đầu vào và chuyển nó thành giá trị bằng số. Tồn bộ các thủ tục diễn
ra trong một module chuyển đổi A/D có các tính năng sau: bộ chuyển đổi tạo ra 1
kết quả nhị phân 10bit bằng cách sử dụng phương pháp xấp xỉ và lưu các kết quả
chuyển đổi vào các thanh ghi ADC (ADRESL và ADRESH); có 8 đầu vào tương tự
(analog input) riêng biệt; chuyển đổi A/D cho phép chuyển đổi của một tín hiệu đầu


28

vào analog tới 10-bit nhị phân đại diện của tín hiệu đó; bằng cách chọn điện áp
tham chiếu Vref- và Vref +, độ phân giải tối thiểu hoặc chất lượng chuyển đổi có thể
được điều chỉnh cho các nhu cầu khác nhau. Bộ chuyển đổi A/D cho phép chuyển

1tín hiệu tương tự vào thành một số nhị phân 10bit đại diện cho tín hiệu đó; bằng
cách lựa chọn điện áp tự Vref- và Vref+, độ phân giải nhỏ nhất hay chất lượng của
việc chuyển đổi A/D có thể được điều chỉnh cho phù hợp với yêu cầu khác nhau.
* Chế độ ADC và thanh ghi
Mặc dù việc sử dụng các chuyển đổi A/D có vẻ là rất phức tạp, về cơ bản
nó rất đơn giản, đơn giản cả cách sử dụng bộ định thời và phân hệ giao tiếp nối
tiếp (serial communication module).

Hình 2.10. Chế độ ADC và thanh ghi

Module này dưới sự kiểm soát của các bit của bốn thanh ghi trong bảng 2.3
Bảng 2.3: Chế độ thanh ghi ADC
STT
1

Thanh ghi
Ý nghĩa
ADRESH chứa byte cao của kết quả chuyển đổi


29

2
3
4

ADRESL

Chứa byte thấp của kết quả chuyển

ADCON0
ADCON1

đổi
điều khiển thanh ghi 0
điều khiển thanh ghi 1

*Thanh ghi ADRESH và ADRESL

Hình 2.11. Thanh ghi ADRESH và
ADRESL

Khi chuyển đổi một giá trị tương tự thành một giá trị số, kết quả của quá trình
chuyển đổi 10-bit A/D sẽ được lưu trữ trong hai thanh ghi. Để làm việc với giá
trị này dễ dàng hơn, nó có thể xuất hiện trong hai định dạng: hiệu chỉnh bên
trái (left justified) và hiệu chỉnh bên phải (right justified). Bit ADFM của thanh
ghi ADCON1 xác định định dạng của kết quả chuyển đổi. Trong trường hợp
này chuyển đổi A/D không được sử dụng, các thanh ghi nay có thể được sử
dụng như là thanh ghi mục đích chung.
* Thanh ghi ADCON0

Hình 2.12. Thanh ghi ADCON0

Thanh ghi ADCON0 được sử dụng để kiểm soát hoạt động của module A/D.
Thanh ghi ADCON0 được hiển thị trong hình 2.12 [18F452 hướng dẫn sử
dụng].


30

ADCS1, ADCS0 - A/D Conversion Clock Select bit: chọn tần số xung nhịp
được sử dụng để đồng bộ hóa cho bộ chuyển đổi A/D. Nó cũng ảnh hưởng đến
thời gian chuyển đổi.Xung nhip lựa chọn phụ thuộc vào bit, 6, 7 và thanh ghi
ADCON1 như trong bảng 2.4.
Bảng 2.4: Lựa chọn xung nhịp
Sr.No
(STT
)
1
2
3
4
5
6
7
8

ADCON1

ADCON0

Clock Conversion

(ADCS2) (ADCS1:ADCS0)
0
0
0
0
0
0

0
0

0
0
1
1
0
0
1
1

0
1
0
1

Fosc/2
Fosc/8
Fosc/32
Frc(xung nhịp từ bộ dao động RC nội

0
1
0
1

của bộ A/D)
Fosc/4
Fosc/16

Fosc/64
Frc

bit 5-3 CHS2:CHS0: Analog Channel Select bits (lựa chọn bit kênh analog)
Bảng 2.5: Lựa chọn kênh analog
CHS2 :CHS1: CHS0
0 0
0
0 0
1
0 1
0
0 1
1
1 0
0
1 0
1
1 1
0
1 1
1

Analog Channel
channel 0, (AN0)
channel 1, (AN1)
channel 2, (AN2)
channel 2, (AN2)
channel 4, (AN4)
channel 5, (AN5)

channel 6, (AN6)
channel 7, (AN7)

*Thanh ghi ADCON1
Thanh ghi ADCON1, hiển thị trong hình 2.13, cấu hình các chức năng của các
chân cổng [18F452 hướng dẫn sử dụng].


31

Hình 2.13. Thanh ghi ADCON1

Ở đây chỉ có bit 3-0 PCFG3: PCFG0 được sử dụng để cấu hình cổng các chân
như trong bảng 2.6.
Bảng 2.6: Cấu hình port A/D
PCF AN7

AN6 AN5 AN4 AN3

AN2

AN1 AN0 VREF+

VREF-

C/R

A
A
A

A
A
A
D
A
A
A
A
A
A
D
D

VSS
VSS
VSS
VSS
VSS
VSS
----AN2
VSS
VSS
AN2
AN2
AN2
VSS
AN2

8/0
7/1

5/0
4/1
3/0
2/1
0/0
6/2
6/0
5/1
4/2
3/2
2/2
1/0
1/2

G
<3:0>

0000
0001
0010
0011
0100
0101
011X
1000
1001
1010
1011
1100
1101

1110
1111

A
A
D
D
D
D
D
A
D
D
D
D
D
D
D

A
A
D
D
D
D
D
A
D
D
D

D
D
D
D

A
A
D
D
D
D
D
A
A
A
A
D
D
D
D

A
A
A
A
D
D
D
A
A

A
A
A
D
D
D

A
VREF+
A
VREF+
A
VREF+
D
VREF+
A
VREF+
VREF+
VREF+
VREF+
D
VREF+

A
A
A
A
D
D
D

VREFA
A
VREFVREFVREFD
VREF-

A
A
A
A
A
A
D
A
A
A
A
A
A
A
A

VDD
AN3
VDD
AN3
VDD
AN3
----AN3
VDD
AN3

AN3
AN3
AN3
VDD
AN3

A = Analog input;D = Digital I/O, AN= Analog channel.
C/R = No. of analog input channels / No. of A/D voltage references,
Module Analog được hiển thị trong hình 2.14

Hình 2.14. Analog module


32

Tóm lại, để đo điện áp trên chân đầu vào bằng chuyển đổi A/D thực hiện như
sau:
Bước 1 - Cấu hình cổng: cho logic một (1) đến bit tương ứng của thanh ghi
TRIS để cấu hình nó như là đầu vào; cho logic một (1) đến bit tương ứng của
thanh ghi ADCON để cấu hình nó như tín hiệu analog đầu vào.
Bước 2 - Định cấu hình module ADC: cấu hình điện áp tham chiếu trong thanh
ghi ADCON1; chọn xung nhịp chuyển đổi ADC trong thanh ghi ADCON0; lựa
chọn một trong những kênh đầu vào CH0-CH8 của thanh ghi ADCON0; chọn
định dạng dữ liệu bằng cách sử dụng bit ADFM của thanh ghi ADCON1; cho
phép chuyển đổi A/D bằng cách thiết lập bit ADON của thanh ghi ADCON0.
Bước 3 - Cấu hình ngắt ADC (tùy chọn): giải phóng bit ADIF ; đặt các bit
ADIE,
PEIE và GIE.
Bước 4 - Chờ thời gian thủ tục ghi nhận (khoảng 20uS).
Bước 5 - Bắt đầu chuyển đổi bằng cách thiết lập các bit GO/DONE của thanh

ghi ADCON0.
Bước 6 - Chờ cho chuyển đổi ADC hồn thành. Nó là cần thiết để kiểm tra
vịng lặp trong chương trình để lực chọn chân GO/DONE được giải phóng
hoặc chờ ngắt A/D (trước đây phải được kích hoạt).
Bước 7 - Đọc kết quả ADC: Đọc thanh ghi ADRESH và ADRESL.
2.2.4.5. Thuật toán mạch điều
khiển
Bước 1 – Thiết lập để xác định công suất
ở mức thấp và mức cao (lower and upper
power factor LPF & UPF).
Bước 2 – Thiết lập xác định giá trị
ngưỡng của dòng điện (threshold value of
current TUC).
Bước 3 - Xác định hệ số cơng suất.

Hình 2.15. Khoảng cách thời gian giữa dòng và áp


33

Bước 4 - Xác định giá trị của dòng điện.
Bước 5 - Nếu giá trị của dòng điện nhỏ hơn TUC, không hoạt động và quay lại
bước 3.
Bước 6 – Nếu giá trị của hệ số công suất ở giữa LPF và UPF không hoạt động
và quay lại bước 3.
Bước 7 - Nếu giá trị của hệ số công suất thấp hơn LPF bật (mở) tụ điện tiếp
theo và chờ 1,0 giây. Quay lại bước 3.
Bước 8 - Nếu giá trị của hệ số công suất lớn hơn UPF hoặc là đang tăng cao, tắt
tụ điện đầu tiên và chờ 1,0 giây. Quay lại bước 3.
2.2.4.6 Thuật toán xác định hệ số công suất

Bước 1 - Kiểm tra điện áp qua giao điểm không (0) từ âm đến dương.
Bước 2 – Định thời T bắt đầu (T).
Bước 3 – Định thời ∆T bắt đầu (∆T).
Bước 4 - Kiểm tra dòng điện qua giao điển không (0)từ âm đến dương.
Bước 5 – Định thời ∆T dừng lại.
Bước 6 - Kiểm tra một lần nữa điện áp qua giao điểm không (0) từ âm đến
dương.
Bước 7 – Định thời T dừng lại.
Bước 8 - Pha φ = (∆T / T) * 3600.
Bước 9 – Lấy được cos φ từ bảng tra cứu.
Bước 10 - Nếu ∆T > T/4 ghi nhận hệ số cơng suất đang dẫn.
Dịng điện và điện áp dạng sóng với khoảng chu kỳ thời gian (T) và dạng sóng
kết hợp với khoảng cách thời gian (∆T) được hiển thị trong hình 2.15.
Trong bộ DELAB NV-14 này, cơng suất được điều chỉnh bằng cách sử dụng
PIC 18F452. Ở đây có hai cơ sở được đề cập, một là tối thiểu dịng điện và thứ
hai là điều chình hệ số cơng suất. Hệ thống đòi hỏi tối thiểu dòng điện để điều
chỉnh hệ số cơng suất và nó liên tục theo dõi hệ số công suất. Nếu hệ số nằm
trong khoảng thiết lập thỉ khơng hành động gì, nếu khơng nó sẽ hành động


34

bằng cách giảm bớt hoặc bù vào hệ số công suất. Việc thiết kế hệ thống thực
hiện và thử nghiệm được chia làm năm phần chính:
- Kiểm tra các cấp điện áp và mức độ hiện tại
- Phát hiện giao điểm khơng (0)
- Tìm khoảng cách thời gian giữa dịng điện và điện áp
- Tính hệ số cơng suất
- Kiểm tra vật lý bộ điều khiển hệ số công suất
2.2.5 Tính tốn hệ số cơng suất.

2.2.5.1 Kiểm tra mức điện áp và dòng điện:
Bước đầu tiên là hạ áp điện áp từ mức độ cao xuống cấp 4V đến 5V là cấp
thích hợp cho PIC. Kết quả của điện áp đầu vào sau khi đi qua diode trước khi
nhập vào cổng pin (A1&A2), các diode cắt bớt phần âm (chỉnh lưu) của các
dạng sóng sin để ngăn chặn điện áp âm ở PIC.
Đồng thời, nó xả ra một số kênh điện áp dạng sóng hơi thấp hơn. Một điện
trở song song với giá trị bật kỳ phải được kết nối sau diode và được nối đất, để
ngăn cản song hài xuất hiện.
2.2.5.2 Phát hiện giao điểm khơng (0)
Tín hiệu đầu vào đi theo kênh analog 1 (A1) cho dòng điện và kênh analog 2
(A2) cho điện áp như thể hiện trong hình 2.16. Các kênh tương tự (analog)
được nối với modole ADC. Module ADC chuyển đổi các tín hiệu tương tự
(analog) sang giá trị số 10 bit sử dụng phương pháp liên tục. Để phát hiện điểm
không, ta viết chương trình và lấy giá trị dịng điện và điện áp từ module ADC.
Sau đó lấy giá trị đếm được đó tùy thuộc vào
giá trị prescale.
Ta bắt đầu định thời khi lần đầu tiên giao
điểm không (0) được phát hiện và dừng định
thời khi lần thứ hai giao điểm không được
phát hiện. Trong khoảng thời gian giao điểm
không đầu tiên qua và giao điểm khơng thứ

Hình 2.16. Kết nối với các
kênh analoge 1 và 2


35

hai giá trị đếm liên tục tăng lên và ta có thể xác định được giá trị này. Nó cho
ta giá trị của chu kỳ thời gian. Chu kỳ thời gian được hiển thị trong hình 2.17.

Ta đặt timer0 ở giá trị 101deximal và lấy giá trị prescale là 01:04. Vì prescale
cao hơn mức độ chính xác tăng. Giá trị prescale và giá trị định thời ban đầu
xác định giá trị thời gian thiết lập trôi
qua. Khi định thời trôi từ FF đến 00,
giá trị đếm tăng tăng một.
Với giá trị prescale này 1 giá trị đếm

Hình 2.17. Chu kỳ thời gian giao điểm không

bằng 3,125 x 10-4 giây
Bảng 2.7: So sánh đếm với prescale
Prescale value
1:2
1:4
1:8
1:16
1:32
1:64
1:128
1:256

Count
128
64
32
16
8
4
2
1

Count for 1 sec
6400
3200
1600
800
400
200
100
50

Frequency (Hz)
50
50
50
60
50
50
50
50

Dòng in đậm trong bảng 2.7 được sử dụng trong tính tốn của hệ số
cơng suất. Kết quả sẽ hiển thị giá trị đếm trên LCD. Trong dịng PIC 18 khơng
có mẫu so sánh do đó chỉ sử dụng định thời và chế độ ADC để tìm chu kỳ thời
gian và tần số.
2.2.5.3 Tính tốn thời gian khoảng cách giữa dịng điện và điện áp
Để tính khoảng cách thời gian giữa dòng điện và điện áp , ta đặt cả hai tín
hiệu và chờ cho đến khi dịng điện qua giao điểm khơng. Khi dịng điện đi qua
giao điểm khơng bắt đầu định thời và ngừng định thời khi điện áp đi qua giao
điểm không. Ở giữa hai thời điểm qua không, ta xác định giá trị đếm. Số này

cho khoảng cách thời gian. Hình 2.15 cho thấy khoảng cách thời gian giữa
dịng điện và điện áp dạng sóng.


36

Giá trị định thời ban đầu và giá trị prescale là giá trị thập phân 101 và 1:04
tương ứng.
∆T có thể được tính với sự trợ giúp của count1 (ở đây lấy count1 cho
khoảng cách thời gian) và count tính cho 1 giây, như sau:
∆T = count1 / count cho 1 giây
Ví dụ: Tại prescale 1:32 count1 là 2 và count cho 1 giây là 400 và do đó khoảng
cách thời gian sẽ là
∆T = 2/400 sec= 0.005sec

(1)

2.2.5.4 Tính tốn hệ số cơng suất
Ở đây có giá trị đếm (count) và giá trị của count1 sau đó tỷ lệ của count1 và
count. Nó sẽ cho tỷ lệ giữa khoảng cách thời gian và chu kỳ thời gian. Góc lệch
pha được tính như sau:
Góc lệch = (coun1 /count)*360

(2)

Hệ số cơng suất = cos (góc lệch).

(3)

Và sau đó:

Hệ số cơng suất của các mạch được thử nghiệm tại prescale khác nhau được
hiển thị trong bảng 2.8
Ở đây ta đã thấy rằng ở prescale thấp giá trị của count1 là khơng chính xác
như nét chấm hình chữ nhật được hiển thị. Điều này là do count thấp. Giải
quyết bằng cách lấy giá trị count1 mức prescale cao để ta có thể đưa mức độ
chính xác cao hơn. Tỉ lệ phù hợp là 1:4.
Bảng 2.8: Hệ số công suất của mạch tại các prescale khác nhau.


37

2.2.5.5 Thử nghiệm vật lý của bộ điều khiển công suất
Chế tạo bộ điều khiển công suất đã được thử nghiệm trên các điện trở
biến thiên trong loạt với các cuộn dây tự cảm cố định. Bằng cách thay đổi điện
trở, đo lường giá trị của hệ số công suất được thực hiện dưới giới hạn LPF. Nó
đã được quan sát thấy rằng các lệnh chuyển mạch PFC trên bộ tụ bù ở khoảng
thường xuyên của một giây, như mong đợi trong chương trình. Những cải tiến
trong điều chỉnh cơng suất được mô phỏng bằng cách thay đổi điện trở lại và
đáp ứng được một lần nữa như được lập trình, tức là khơng có hành động trên
bộ tụ điện. Một kết quả tương tự tắt các tụ được thu được ở cuối mỗi dãy tụ trong
mỗi giây, nếu hệ số công suất ghi nhận bằng giá trị UPF hoặc lớn hơn. Xác
nhận đã được thực hiện để kiểm tra hiệu suất tổng thể của điều chỉnh công
suất.
2.3. ƯU ĐIỂM VÀ NHƯỢC ĐIỂM CỦA TỦ TỤ BÙ
2.3.1. Ưu điểm
Phù hợp để triển khai lắp đặt cho các nhà máy xí nghiệp cũng như cụm dân
cư có sử dụng nhiều loại thiết bị điện có biểu đồ tải phức tạp
2.3.2. Nhược điểm

38

- Các block tụ được đóng - cắt bằng contactor nên việc đóng - cắt khơng
khơng ln phiên làm cho một số block tụ thường xuyên mang tải, một số khác
ít hoạt động.
- Tủ hoạt động theo ngun lý đóng – cắt từng block tụ nên khi tủ tụ bù
hoạt động có khả năng bị bù dư dẫn đến quá áp cục bộ.
2.3.3. Giải pháp
- Sử dụng bộ điều áp xoay chiều dùng thyristor thay thế contactor đồng
thời nối thêm một block kháng để điều chỉnh việc bù dư nhằm điều khiển trơn.
- Viết chương trình đóng – cắt ln phiên các block tụ bằng vi điều
khiển PIC 18F452.
2.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2
Chương này trình bày sơ đồ cấu tạo, nguyên lý hoạt động mạch động
lực, mạch điều khiển của tủ tụ bù hạ áp DELAB NV – 14 đóng/cắt bằng
contactor. Nêu lên ưu điểm và nhược điểm của việc đóng/cắt các block tụ bằng
contactor, trên cơ sở đó đưa ra giải pháp để đóng/cắt các block tụ bằng các bộ
đóng/mở khơng tiếp điểm dùng thyristor và ứng dụng vi điều khiển PIC
18F452 để điều khiển góc mở α của thyristor.