Thiết kế và thi công mạch chỉnh lưu tia 3 pha dùng vi điều khiển giao tiếp với máy tính
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (8.63 MB, 169 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG
THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH CHỈNH LUU TIA 3 PHA
DÙNG VI ÐIỀU KHIỂN GIAO TIẾP VỚI MÁY TÍNH
GVHD: HỒNG NGỌC VĂN
SVTH : TRẦN VĨNH THANH
MSSV: 13141307
SVTH : HÀ VĂN HUY
MSSV: 13141111
SKL 0 0 5 3 7 0
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07/2017
BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ-CÔNG NGHIỆP
---------------------------------
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG
ĐỀ TÀI:
THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH
CHỈNH LƯU TIA 3 PHA DÙNG VI ĐIỀU
KHIỂN GIAO TIẾP VỚI MÁY TÍNH
GVHD: ThS. Hồng Ngọc Văn
SVTH: Trần Vĩnh Thanh MSSV: 13141307
SVTH: Hà Văn Huy
Tp. Hồ Chí Minh - 7/2017
MSSV: 13141111
TRƯỜNG ĐH. SƯ PHẠM KỸ THUẬT
TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP
CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
Tp. HCM, ngày 9 tháng 5 năm 2017
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên:
Chuyên ngành:
Hệ đào tạo:
Khóa:
Trần Vĩnh Thanh
Hà Văn Huy
Điện tử cơng nghiệp
Đại học chính quy
2013
MSSV: 13141307
MSSV: 13141111
Mã ngành: 41
Mã hệ:
1
Lớp:
13141DT1C
I. TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH CHỈNH LƯU TIA 3 PHA DÙNG
VI ĐIỀU KHIỂN GIAO TIẾP VỚI MÁY TÍNH
II. NHIỆM VỤ
1. Các số liệu ban đầu:
Tài liệu liên quan tới cấu tạo, hình ảnh, ngun lí mạch chỉnh lưu tia 3 pha có điều
khiển, các thông số kĩ thuật cần thiết, chức năng, ứng dụng.
Tiến hành kham khảo tài liệu vi điều khiển PIC16F887, tài liệu lập trình PIC.
Tìm hiểu lập trình Visual Basic 2010, phần thiết kế giao diện, cách kết nối, giao tiếp
với máy tính.
2. Nội dung thực hiện:
NỘI DUNG 1: Nghiên cứu thiết kế mạch chỉnh lưu tia 3 pha có điều khiển, tìm hiểu
thơng số kĩ thuật, tính tốn lựa chọn linh kiện.
NỘI DUNG 2: Thiết kế mạch điều khiển cho mạch chỉnh lưu, vẽ lưu đồ, viết chương
trình cho PIC16F887 để điều khiển góc kích cho mạch chỉnh lưu, mục đính là chỉnh
lưu mức điện áp ngõ ra của mạch
NỘI DUNG 3: Thiết kế giao diện trên máy tính bằng ngơn ngữ Visual Bacsic 10 và
cách giao tiếp giữa PIC16F887 và máy tính.
NỘI DUNG 4: Đo được điện áp ngõ ra từ mạch cơng suất, các số liệu hiển thị trên
máy tính như cổng com, điện áp, góc kích thơng qua giao diện điều khiển.
NỘI DUNG 5: Tiến hành thi công mạch, chạy thử nghiệm, cân chỉnh hệ thống, đánh
giá kết quả thực hiện.
NỘI DUNG 6: Viết báo cáo.
ii
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:
30/3/2017
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 20/7/2017
V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: ThS.Hoàng Ngọc Văn
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP
iii
TRƯỜNG ĐH. SƯ PHẠM KỸ THUẬT
TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP
CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
Tp. HCM, ngày 30 tháng 3 năm 2017
LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên 1: Trần Vĩnh Thanh
Lớp:13141DT1C ........................................................ MSSV:13141307 ......................
Họ tên sinh viên 2: Hà Văn Huy
Lớp:13141DT1C ........................................................ MSSV:13141111 ......................
Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH CHỈNH LƯU TIA 3 PHA DÙNG VI
ĐIỀU KHIỂN GIAO TIẾP VỚI MÁY TÍNH ................................................................
......................................................................................................................................
Tuần/ngày
Nội dung
Tuần 1
3/4 – 9/4
Tìm hiểu lí thuyết mạch chỉnh lưu tia 3 pha có
điều khiển .
Tuần 2
10/4 – 16/4
Tìm hiểu Lập trình PIC16F887, lập trình Visual
Bacsic 2010.
Tuần 3
17/4 – 23/4
Thiết kế, thi cơng và kiểm tra mạch đồng bộ.
Tuần 4
24/4 – 30/4
Lập trình phần điều khiển xung kích cho mạch
cơng suất.
Tuần 5
1/5 – 7/5
Thiết kế , thi công và kiểm tra mạch điều khiển
phát xung
Tuần 6
8/5 – 14/5
Thiết kế, thi công mạch cách li và mạch chỉnh
lưu tia 3 pha sử dụng SCR, kết nối các khối mạch
lại với nhau và kiểm tra dạng sóng ngõ ra.
Tuần 7
15/5 – 21/5
Lập trình Visual Basic 2010, PIC16F887 giao
tiếp truyển nhận góc kích.
Tuần 8
22/5 – 28/5
Tuần 9
29/5 – 4/6
-
Xác nhận
GVHD
Thiết kế mạch đo điện áp.
Lập trình PIC16F887 để đo điện áp.
Lập trình Visual Bacsic 2010 gừi yêu cầu
đo điện áp và nhận điện áp từ vi điều
khiển.
Thiết kế phần giao diện trên Visual Bacsic 2010.
iv
Tuần 10
5/6 – 11/6
Tuần 11
12/6 – 18/6
Tuần 12
19/6 – 25/6
Tuần 13
26/6 – 2/7
Tuần 14
3/7 – 9/7
Kiểm tra, cân chỉnh hệ thống
Viết báo cáo.
Viết báo cáo.
Viết báo cáo.
Giáo viên hướng dẫn kiểm tra báo cáo và sinh
viên điều chỉnh sai sót.
GV HƯỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ và tên)
v
LỜI CAM ĐOAN
Đề tài này là do tôi tự thực hiện dựa vào một số tài liệu trước đó và khơng sao chép từ tài
liệu hay cơng trình đã có trước đó.
Người thực hiện đề tài
Trần Vĩnh Thanh
Hà Văn Huy
vi
LỜI CẢM ƠN
Sau gần 5 tháng nỗ lực thực hiện luận văn nghiên cứu “THIẾT KẾ VÀ THI
CÔNG MẠCH CHỈNH LƯU TIA 3 PHA DÙNG VI ĐIỀU KHIỂN GIAO TIẾP
VỚI MÁY TÍNH”. Ngồi sự cố gắng hết mình của bản thân, chúng em đã nhận được sự
khích lệ rất nhiều từ phía nhà trường, thầy cơ, gia đình và bạn bè.
Em xin gởi lời cám ơn sâu sắc đến Thầy Hoàng Ngọc Văn_ Giảng viên khoa Điện
- Điện tử Trường Đại Học Sư Phạm Kĩ Thuật TP HCM đã trực tiếp hướng dẫn và tận tình
giúp đỡ tạo điều kiện để em hoàn thành tốt đề tài.
Em xin gởi lời chân thành cảm ơn các thầy cô trong Khoa Điện-Điện Tử đã tạo
những điều kiện tốt nhất cho em hoàn thành đề tài.
Em cũng gửi lời đồng cảm ơn đến các bạn lớp 13141DT1C đã chia sẻ trao đổi kiến
thức cũng như những kinh nghiệm quý báu trong thời gian thực hiện đề tài.
Em xin gởi lời chân thành cảm ơn người thân trong gia đình đã ln sát cánh bên
em trong quãng thời gian dài học tập và thực hiện đề tài.
Xin chân thành cảm ơn!
Người thực hiện đề tài
Trần Vĩnh Thanh
Hà Văn Huy
vii
MỤC LỤC
Trang bìa ............................................................................................................... i
Nhiệm vụ đồ án ..................................................................................................... ii
Lịch trình ............................................................................................................. iv
Cam đoan ............................................................................................................. vi
Lời cảm ơn ............................................................................................................ vii
Mục lục ................................................................................................................. viii
Liệt kê hình vẽ ...................................................................................................... xii
Liệt kê bảng vẽ …………………………………………………………………… xvii
Tóm tắt ................................................................................................................. xviii
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ...................................................................... 1
1.1. Đặt vấn đề................................................................................................... 1
1.2. Mục tiêu ..................................................................................................... 1
1.3. Nội dung nghiên cứu................................................................................... 2
1.4. Giới hạn ...................................................................................................... 2
1.5. Bố cục......................................................................................................... 2
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT .......................................................... 4
2.1. Giới thiệu phần cứng .................................................................................. 4
2.1.1. Vi điều khiển PIC16F887 ........................................................................ 4
2.1.1a. Cấu hình của vi điều khiển PIC16F887 .................................................. 5
2.1.1b. Timer0................................................................................................... 7
2.1.1c. Timer1 .................................................................................................. 8
2.1.1d. Timer2................................................................................................... 12
2.1.1e. ADC của vi điều khiển .......................................................................... 13
2.1.2. Truyền dữ liệu UART ............................................................................. 17
2.1.2a. Truyền dữ liệu nối tiếp đồng bộ và không đồng bộ ................................ 17
2.1.2b. Khối truyền dữ liệu................................................................................ 18
2.1.2c. Các thanh ghi phục vụ cho khối ESUART của PIC16F887 .................... 19
2.1.2d. Các lệnh truyền dữ liệu EUSART của PIC16F887................................. 19
2.1.2e. Ứng dụng truyền dữ liệu giữa máy tính và vi điều khiển PIC16F887 ..... 20
viii
2.1.3. Ngắt của vi điều khiển PIC16F887 .......................................................... 23
2.1.4. Tìm hiểu SCR.......................................................................................... 27
2.1.4a. Cấu tạo SCR .......................................................................................... 28
2.1.4b. Tính chất cơ bản của SCR ..................................................................... 28
2.1.4c. Mạch kích SCR ..................................................................................... 29
2.1.4d. Phương pháp kiểm tra SCR ................................................................... 32
2.1.4e. Quy trình đo sơ bộ cho SCR .................................................................. 33
2.1.4f. Một số đặc điểm khi lựa chọn SCR ........................................................ 33
2.1.5. Tìm hiểu OPTO ....................................................................................... 35
2.1.5a. Khái niệm .............................................................................................. 35
2.1.5b. Nguyên lí hoạt động .............................................................................. 36
2.1.6. TRANSISTOR ........................................................................................ 36
2.1.6a. Khái niệm .............................................................................................. 36
2.1.6b. Nguyên lí hoạt động .............................................................................. 37
2.1.7. Giới thiệu động cơ 1 chiều DC ............................................................... 39
2.1.7a. Nguyên lí hoạt động .............................................................................. 39
2.1.7b. Cấu tạo chung........................................................................................ 40
2.1.7c. Phương pháp điều chỉnh tốc độ .............................................................. 42
2.2. Nguyên tắc hoạt động của mạch chỉnh lưu tia 3 pha có điều khiển ............. 42
2.2.1. Tải thuần trở ............................................................................................ 44
2.2.2. Tải R+L................................................................................................... 47
2.2.3. Tải R+L+E .............................................................................................. 49
2.3. Lí thuyết phần tạo giao diện bằng Visual Bacsic 2010 ................................ 50
CHƯƠNG 3. TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ. ............................................. 53
3.1. Giới thiệu ................................................................................................... 53
3.2. Tính tốn và thiết kế hệ thống .................................................................... 53
3.2.1. Thiết kế sơ đồ khối hệ thống.................................................................... 53
3.2.2. Tính tốn và thiết kế mạch....................................................................... 55
3.2.2a. Thiết kế khối chỉnh lưu tia 3 pha ............................................................ 55
3.2.2b. Thiết kế khối đồng bộ ............................................................................ 58
3.2.2c. Thiết kế khối điều khiển ngoài bằng tay ................................................. 62
3.2.2d. Thiết kế khối drive cách li ..................................................................... 63
3.2.2e. Thiết kế khối xử lí trung tâm.................................................................. 66
ix
3.2.2f. Thiết kế khối tải ..................................................................................... 70
3.2.2g. Thiết kế khối giao diện trên PC ............................................................. 72
3.2.2h. Thiết kế khối máy biến áp...................................................................... 73
3.2.2i. Giới thiệu khối nguồn điện 3 pha xoay chiều .......................................... 75
3.2.2j. Thiết kế khối ổn áp dùng 7805 ............................................................... 76
3.2.3. Sơ đồ ngun lí tồn mạch ...................................................................... 77
3.3. Công cụ phần mềm hỗ trợ .......................................................................... 78
CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG .................................................. 79
4.1. Giới thiệu. ................................................................................................. 79
4.2. Thi công PCB. ........................................................................................... 79
4.2.1. Khối mạch công suất SCR. ...................................................................... 79
4.2.2. Khối mạch điều khiển. ............................................................................. 80
4.2.3. Khối mạch đồng bộ. ................................................................................ 81
4.2.4. Khối drive và cách li................................................................................ 81
4.2.5. Lắp mạch và kiểm tra. ............................................................................. 84
4.2.5a. Lắp rắp mạch công suất SCR. ................................................................ 84
4.2.5b. Lắp rắp mạch đồng bộ. .......................................................................... 85
4.2.5c. Lắp rắp mạch điều khiển. ....................................................................... 85
4.2.5d. Lắp rắp mạch mạch kích. ....................................................................... 86
4.2.5e. Lắp rắp các máy biến áp. ....................................................................... 86
4.2.5f. Lắp cầu chì và núm xoay điều khiển bên ngoài. ..................................... 86
4.2.5g. Lắp module giao tiếp với máy tính và giao diện điều khiển của mạch. ... 87
4.2.5h. Mơ hình sau khi hồn thành. .................................................................. 88
4.3. Lập trình hệ thống. ..................................................................................... 88
4.3.1. Lưu đồ giải thuật ..................................................................................... 88
4.3.2. Phần mềm lập trình cho điều khiển. ......................................................... 101
4.3.2a. Giới thiệu phần mềm cho vi điều khiển.................................................. 101
4.3.2b. Chương trình hệ thống.. ......................................................................... 106
4.3.3. Phần mềm lập trình cho máy tính. ........................................................... 110
4.3.3a. Ggiới thiệu phần mềm thiết kế giao diện cho máy tính........................... 110
4.3.3b. Chương trình hệ thống. .......................................................................... 113
4.4. Tài liệu hướng dẫn sử dụng và thao tác. ..................................................... 125
4.4.1. Hướng dẫn sử dụng mạch ....................................................................... 125
4.4.2. Quy trình thao tác. .................................................................................. 126
x
CHƯƠNG 5. KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ .............................. 127
5.1. Kết quả ......................................................................................................... 127
5.2. Nhận xét và đánh giá .................................................................................... 132
CHƯƠNG 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN. ........................ 133
6.1. Kết luận . ...................................................................................................... 133
6.2. Hướng phát triển .......................................................................................... 133
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................ 134
PHU LỤC…... .................................................................................................. 135
xi
LIỆT KÊ HÌNH VẼ
Hình
Trang
Hình 2.1: Hệ thống vi xử lí ........................................................................................ 4
Hình 2.2: Cấu trúc của vi điều khiển .......................................................................... 6
Hình 2.3: Sơ đồ chân vi điều khiển PIC16F887 ......................................................... 6
Hình 2.4: Thanh ghi INTCON ................................................................................... 7
Hình 2.5: Thanh ghi kết quả của Timer1 .................................................................... 8
Hình 2.6: Thanh ghi T1CON ..................................................................................... 8
Hình 2.7a: T1 hoạt động đếm xung ngoại từ mạch dao động T1 ................................ 10
Hình 2.7b: T1 hoạt động đếm xung ngoại đưa đến ngõ vào T1CKI ........................... 11
Hình 2.8: Kết nối thạch anh tạo dao động .................................................................. 11
Hình 2.9: Thanh ghi T2CON ..................................................................................... 12
Hình 2.10: Sơ đồ khối của ADC PIC16F887 ............................................................. 14
Hình 2.11: Hệ thống truyền đồng bộ .......................................................................... 17
Hình 2.12: Hệ thống truyền khơng đồng bộ ............................................................... 18
Hình 2.13: Hệ thống truyền dữ liệu giữa máy tính và vi điều khiển ........................... 21
Hình 2.14: Lưu đồ điều khiển truyền dữ liệu ............................................................. 21
Hình 2.15: Giao diện phần mềm Terminal để gởi dữ liệu........................................... 22
Hình 2.16: Thanh ghi INTCON ................................................................................. 23
Hình 2.17: Thanh ghi PIE1 và PIR1 .......................................................................... 24
Hình 2.18: Thanh ghi PIE2 và PIR2 .......................................................................... 26
Hình 2.19: Linh kiện SCR BT151 ngồi thực tế ........................................................ 27
Hình 2.20: Cấu tạo và cấu trúc tương đương của SCR ............................................... 28
Hình 2.21: Kí hiệu SCR ............................................................................................. 29
Hình 2.22: Mạch kích SCR bằng biến áp xung .......................................................... 30
Hình 2.23: Mạch kích SCR bằng opto ....................................................................... 31
Hình 2.24: Mạch bảo vệ RC cho SCR........................................................................ 32
Hình 2.25a: Đo điện trở thuận ................................................................................... 33
Hình 2.25b: Đo điện trở nghịch ................................................................................. 33
Hình 2.26: OPTO PC817 ........................................................................................... 35
Hình 2.27: Sơ đồ chân opto PC817 ............................................................................ 35
Hình 2.28: Loại transistor BJT................................................................................... 36
Hình 2.29: Loại transistor NPN ................................................................................. 38
xii
Hình 2.29: Loại transistor NPN ................................................................................. 38
Hình 2.30: Transistor loại PNP .................................................................................. 38
Hình 2.31: Cấu tạo động cơ điện một chiều ............................................................... 39
Hình 2.32: Cấu tạo stato và rotor ............................................................................... 40
Hình 2.33: Sơ đồ mạch chỉnh lưu tia 3 pha có điều khiển .......................................... 43
Hình 2.34: Xung kích cho mạch tia 3 pha .................................................................. 44
Hình 2.35: Dạng điện áp sóng 3 pha .......................................................................... 45
Hình 2.36: Dạng sóng ngõ ra trên tải R khi α=0˚ ....................................................... 45
Hình 2.37: Dạng sóng ngõ ra trên tải R khi α=30˚ ..................................................... 45
Hình 2.38: Dạng sóng ngõ ra trên tải R khi α=60˚ ..................................................... 46
Hình 2.39: Dạng sóng ngõ ra trên tải R khi α=90˚ ..................................................... 46
Hình 2.40: Dạng sóng ngõ ra trên tải R khi α=150˚.................................................... 46
Hình 2.41: Dạng điện áp tải RL ở chế độ dịng điện gián đoạn .................................. 48
Hình 2.42: Dạng sóng dịng Id trên tải ở chế độ dịng gián đoạn ................................. 48
Hình 2.43: Dạng sóng điện áp ở chế độ dịng liên tục ................................................ 49
Hình 2.44: Tải RLE ................................................................................................... 49
Hình 2.45: Dạng sóng điện áp tải RLE ...................................................................... 50
Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống ................................................................................... 53
Hình 3.2: Sơ đồ chân SCR TYN1225 ........................................................................ 55
Hình 3.3: Sơ đồ kết nối chân của khối chỉnh lưu tia 3 pha ......................................... 56
Hình 3.4: Linh kiện R,C được chọn để bảo vệ SCR ................................................... 58
Hình 3.5: Sơ đồ kết nối chân đồng bộ pha A.............................................................. 59
Hình 3.6: Sơ đồ kết nối chân đồng bộ pha B .............................................................. 60
Hình 3.7: Sơ đồ kết nối chân đồng bộ pha C .............................................................. 60
Hình 3.8: Sơ đồ kế nối chân biến trở.......................................................................... 62
Hình 3.9: Biến trở 10k ............................................................................................... 63
Hình 3.10: Sơ đồ chân cách li tín hiệu cho SCR3....................................................... 64
Hình 3.11: Sơ đồ chân cách li tín hiệu cho SCR2....................................................... 64
Hình 3.12: Sơ đồ chân cách li tín hiệu cho SCR1....................................................... 65
Hình 3.13: Sơ đồ chân của vi xử lí ............................................................................. 67
Hình 3.14: Module PL2303 ....................................................................................... 67
Hình 3.15: Sơ đồ chân LM317T ................................................................................ 68
Hình 3.16: Mạch đo điện áp....................................................................................... 69
Hình 3.17: Hình ảnh động cơ DC .............................................................................. 70
xiii
Hình 3.18: Cấu tạo động điện 1 chiều ........................................................................ 71
Hình 3.19: Sơ đồ kết nối chân.................................................................................... 72
Hình 3.20: Giao diện quản lí trên máy tính ................................................................ 72
Hình 3.21: Sơ đồ cấu tạo của máy biến áp ................................................................. 74
Hình 3.22: Sơ đồ kết nối chân cho các máy biến áp ................................................... 74
Hình 3.23: Dạng sống của nguồn 3 pha đối xứng....................................................... 75
Hình 3.24: Sơ đồ kết nối nguồn 3 pha. ....................................................................... 75
Hình 3.25: Sơ đồ chân 7805 ...................................................................................... 76
Hình 3.26: Diode 14N007.......................................................................................... 77
Hình 3.27: Sơ đồ kết nối của khối ổn áp .................................................................... 77
Hình 3.28: Sơ đồ ngun lí tồn mạch ....................................................................... 78
Hình 4.1: Sắp xếp linh kiện khối cơng suất SCR........................................................ 79
Hình 4.2: Mạch in khối cơng suất .............................................................................. 80
Hình 4.3: Sắp xếp linh kiện khối mạch điều khiển ..................................................... 80
Hình 4.4: Mạch in khối điều khiển............................................................................. 81
Hình 4.5: Sắp xếp linh liện khối mạch đồng bộ.......................................................... 81
Hình 4.6: Mạch in khối mạch đồng bộ ....................................................................... 81
Hình 4.7: Sắp xếp linh kiện khối mạch kích............................................................... 82
Hình 4.8: Mạch in khối mạch kích ............................................................................. 82
Hình 4.9: Khối mạch cơng suất SCR ......................................................................... 84
Hình 4.10: Khối mạch đồng bộ .................................................................................. 85
Hình 4.11: Khối mạch điều khiển .............................................................................. 85
Hình 4.12: Khối mạch kích ........................................................................................ 86
Hình 4.13: Khối các máy biến áp ............................................................................... 86
Hình 4.14: Vị trí núm xoay và các cầu chì ................................................................. 87
Hình 4.15: Giao diện điều khiển ................................................................................ 87
Hình 4.16: Sơ đồ chân của module PL2303 ............................................................... 88
Hình 4.17: Mơ hình mạch chỉnh lưu tia 3 pha, dùng VDK giao tiếp với PC ............... 88
Hình 4.18: Sau khi giải nén file đã tải về ................................................................... 101
Hình 4.19: Thư mục cài đặt trong ổ đĩa C .................................................................. 102
Hình 4.20: Biểu tượng PICC CCS Compliter............................................................. 102
Hình 4.21: Giao diện khi khởi động ........................................................................... 103
Hình 4.22: Cách thức tạo một Project mới ................................................................. 103
Hình 4.23: Chọn thư mục cần lưu .............................................................................. 104
xiv
Hình 4.24: Chọn PIC và cài đặt thơng số ................................................................... 104
Hình 4.25: Cửa sồ lập trình xuất hiện ........................................................................ 105
Hình 4.26: Giao diện phần mềm nạp sử dụng PICKIT2 ............................................. 106
Hình 4.27: Icon Visual Studio 2010 ........................................................................... 111
Hình 4.28: Màn hình khởi động ................................................................................. 111
Hình 4.29: Cách tạo project ....................................................................................... 112
Hình 4.30: Màn hình thiết kế giao diện ...................................................................... 112
Hình 5.1: Mạch hồn chỉnh sau khi thi cơng .............................................................. 128
Hình 5.2: Giao diện điều khiển sau khi hoàn thành .................................................... 128
Hình 5.3: Trường hợp α = 0˚...................................................................................... 129
Hình 5.4: Trường hợp α = 30˚.................................................................................... 129
Hình 5.5: Trường hợp α = 60˚.................................................................................... 130
Hình 5.6: Trường hợp α = 90˚.................................................................................... 130
Hình 5.7: Trường hợp α = 120˚ .................................................................................. 131
Hình 5.8: Trường hợp α = 150˚ .................................................................................. 131
xv
LIỆT KÊ BẢNG
Bảng
Trang
Bảng 2.1: Tóm tắt cấu trúc của 5 loại PIC16F88X ..................................................... 5
Bảng 2.2: lựa chọn tần số và tụ tương ứng với timer1 ................................................ 12
Bảng 2.3: Các bit lựa chọn ngõ ra của bộ chia sau của timer2 .................................... 13
Bảng 2.4: Chức năng các bit trong INTCON cho phép ngắt có đia chỉ 0x0B ............. 24
Bảng 2.5: Chức năng các bit trong PIE1 cho phép ngắt có đia chỉ 0x8C .................... 25
Bảng 2.6: Chức năng các bit trong PIR1 cho phép ngắt có đia chỉ 0x0C .................... 25
Bảng 2.7: Chức năng các bit trong PIE2 cho phép ngắt có đia chỉ 0x8D .................... 26
Bảng 2.8: Chức năng các bit trong PIR2 cho phép ngắt có đia chỉ 0x0D .................... 27
Bảng 3.1: Thông số SCR TYN1225........................................................................... 56
Bảng 3.2: Thông số chính optoPC817........................................................................ 58
Bảng 3.3: Thơng số C1815 ........................................................................................ 59
Bảng 3.4: Thông số A1013 ........................................................................................ 63
Bảng 3.5: Thông số diode 1N4007 ............................................................................ 76
Bảng 4.1: Các linh kiện cần thiết trong mạch ............................................................. 82
Bảng 5.1: Thống kê điện áp lí thuyết và thực tế khi đo .............................................. 132
xvi
TÓM TẮT
Ngày nay cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kĩ thuật, cơng nghệ thì ngày
càng hiện đại, tiên tiến dẫn đến đời sống con người ngày càng được cải thiện và nâng
cao. Do đó nhu cầu sáng tạo, phát minh ra những cái mới có ứng dụng cao trong sản xuất
và đời sống con người luôn được chú trọng. Để làm được điều đó bộ mơn điện tử công
suất thuộc nghành Điện – Điện tử luôn nỗ lực, đáp ứng được sự cấp thiết hiện nay.
Điện tử công suất ứng dụng rộng rãi trong hầu hết các nghành cơng nghiệp hiện đại.
Có thể kể đến các nghành kỹ thuật chuyên nghiên cứu ứng dụng các phần tử bán dẫn
trong các bộ biến đổi năng lượng như truyền động điện, giao thơng, đường sắt, q trình
điện phân trong cơng nghiệp hóa chất, điện tử dân dụng…Trong những năm gần đây
công nghệ chế tạo các phần tử bán dẫn cơng suất đã có những tiến bộ vượt bậc và ngày
càng trở nên hoàn thiện dẫn đến các bộ biến đổi ngày càng nhỏ gọn, nhiều tính năng và
sử dụng ngày càng dễ dàng hơn.
Một trong những bộ biến đổi của điện tử cơng suất đó là bộ chỉnh lưu điện áp có
ứng dụng rộng rãi trong việc điều khiển động cơ. Điển hình là mạch chỉnh lưu tia 3 pha
biến đổi dòng xoay chiều thành dòng một chiều. Bằng việc ứng dụng các kiến thức,
phương pháp đã học về mạch chỉnh lưu, các linh kiện điện tử cũng như giới hạn của đồ
án môn học. Chúng em quyết định chọn đề tài“THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH
CHỈNH LƯU TIA 3 PHA SỬ DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN ĐỂ GIAO TIẾP VỚI MÁY
TÍNH ”.
Phương pháp để thực hiện đề tài này là sử dụng các timer từ vi điều khiển để điều
khiển góc kích từ chân G của các con SCR, nhầm chỉnh lưu mức điện áp ngõ ra như
mong muốn, mọi dữ liệu từ ngõ ra như điện áp, dòng điện cấp cho động cơ sẽ hiển thị
trên máy tính thơng qua giao diện đã thiết kế bằng Visual Bacsic 10. Giao diện sẽ có 2
chế độ, đó là điều chỉnh bằng tay và điều chỉnh bằng máy. Qua đó dễ dàng quản lí, giám
sát thơng tin, nắm bắt được sự thay đổi của hệ thống
xvii
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
Chương 1. TỔNG QUAN
1.1.
ĐẶT VẤN ĐỀ
Hiện nay hầu hết các thiết bị điện tử đều sử dụng nguồn điện một chiều, vì thế bộ
chỉnh lưu đóng vai trò quan trọng trong các mạch chuyển đổi điện xoay chiều sang
điện một chiều bằng việc sử dụng các linh kiện điện tử cơng suất bán dẫn thơng dụng.
Điển hình là bộ chỉnh lưu tia 3 pha có điều khiển.
Bộ chỉnh lưu tia 3 pha có điều khiển là đóng vai trị quan trọng trong bộ mơn
điện tử cơng suất nói riêng cũng như tồn nghành điện tử cơng nghiệp nói chung và
được ứng dụng rộng rãi trong cơng nghiệp và nghành điện trên tất cả các quốc gia trên
thế giới và nước ta không phải là ngoại lệ.
Trong quá trình tìm hiểu đề tài tốt nghiệp khóa trước “Đồng bộ SCR bằng vi xử
lí”[1]. Họ đã thành cơng trong việc đồng bộ các tín hiệu để điều khiển cho SCR cho các
bộ chỉnh lưu như cầu 3 pha, tia 6 pha, tia 3 pha, tia 1 pha nhưng hạn chế là vẫn chưa
thi cơng thành mạch. Qua q trình tiếp thu và học hỏi, để tiện lợi, đơn giản hơn em đã
thiết kế bộ chỉnh lưu tia 3 pha được điều khiển bằng PIC16F887, cái mới ở đề tài thực
hiện lần này là chỉnh lưu mức điện áp ngõ ra bằng cách thay đổi góc kích từ chương
trình viết cho vi điều khiển PIC16F887, quan sát được các thông số điện áp, góc kích
thơng qua giao diện trên máy tính, kết quả thu được một cách gần chính xác, quan sát,
quản lí một cách dễ dàng, kiết kiệm được nhiều chi phí. Hạn chế ở đề tài này là chỉ
điều khiển kích được mạch chỉnh lưu tia 3 pha. Mở rộng ra có thể điều khiển kích
được nhiều mạch chỉnh lưu hơn như chỉnh lưu cầu 3 pha, tia 6 pha…
1.2.
MỤC TIÊU
Hoàn thành mạch chỉnh lưu tia 3 pha có điều khiển, sử dụng vi điều khiển
PIC16F887 để viết chương trình điều khiển góc kích, đo điện áp hồi tiếp, giao tiếp
được với máy tính, mục đích chính là chỉnh lưu được mức điện áp ngõ ra có thể điều
chỉnh được và tạo giao diện điều khiển trên máy tính bao gồm các thơng số điện áp,
góc kích để cho người sử dụng có thể quan sát và quản lí chúng một cách tốt nhất.
BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP - Y SINH
1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.3.
NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
Những cơng việc chính cần tập trung trong đề tài này:
NỘI DUNG 1: Thiết kế mạch chỉnh lưu tia 3 pha có điều khiển, mạch điều khiển
dùng vi xử lí PIC16F887, mạch đồng bộ, mạch cách li.
NỘI DUNG 2: Lập lưu đồ giải thuật, viết chương trình cho vi điều khiển để điều
khiển góc kích cho mạch chỉnh lưu.
NỘI DUNG 3: Lập lưu đồ giải thuật, viết chương trình bằng Visual Basic 2010.
Đo điện áp trên mạch, giao tiếp với vi điều khiển.
NỘI DUNG 4: Thiết kế giao diện dùng Visual Basic 2010.
NỘI DUNG 5: Đánh giá kết quả thực hiện.
NỘI DUNG 6: Viết báo cáo đồ án.
1.4.
GIỚI HẠN
Đề tài giới hạn trong phạm vi điều khiển, chỉnh lưu mức điện áp ngõ ra trung
bình từ 0V-257,5VDC bằng phương pháp dùng 1 con vi điều khiển PIC16F887 làm
phần xử lí trong mạch điều khiển phát xung kích cho các SCR và điều khiển áp ngõ ra
trên tải trong mạch công suất. Mạch sử dụng điện áp 3 pha 220/380VAC, các pha nối
hình sao, điện áp mỗi pha là 220VAC, nên phải dùng các opto quang PC817 cách li.
Mô hình nhỏ gọn, dễ nhìn, có kích thước dài - rộng - cao là 30 x 30 x 12cm được bao
phủ bởi các miếng mica tránh va chạm với điện áp 220/330VAC, đồng thời sử dụng 4
cầu chì 5A để bảo vệ mạch khỏi nguồn 3 pha khi có sự cố. Tải sử dụng để kiểm tra là
tải động cơ DC có thơng số 0V-220V, cơng suất là 100W và 2 tải đèn 220V-40W Ở
phần giao tiếp gồm 2 phương thức điều khiển cho người sử dụng lựa chọn đó là điều
chỉnh bằng tay và điều chỉnh bằng máy, thông số chính là điện áp và góc kích tương
ứng.
1.5.
BỐ CỤC
Chương 1: (Tổng Quan) Chương này trình bày đặt vấn đề dẫn nhập lý do chọn
đề tài, mục tiêu, nội dung nghiên cứu, các giới hạn thông số và bố cục đồ án.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH
2
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
Chương 2: (Cơ sở lí thuyết và tổng quan tài liệu) Chương này làm rõ các
khái niệm cơ bản, cấu tạo chi tiết phần cứng, phần mềm, nguyên lí hoạt động và
cách sử dụng.
Chương 3: (Vật liệu, thiết kế và tính tốn) Chương này liệt kê các phần cứng
được sử dụng trong đồ án cũng như việc tính tốn, thiết kế chi tiết cho mỗi
phần, có hình ảnh, bảng, dẫn chứng cụ thể.
Chương 4: (Thi cơng hệ thống) Chương này nói về cách thiết kế phần cứng và
phần mềm bao gồm các yêu cầu về thuật toán, sơ đồ khối, lưu đồ…
Chương 5: (Kết quả và thảo luận) Chương này trình bày kết quả đạt được và
chưa đạt được, thảo luận các quá trình nghiên cứu khi thiết kế sản phẩm.
Chương 6: (Kết luận) Chương này tập trung đánh giá, nhận xét kết quả đạt
được, liệt kê hạn chế hiện tại, đề ra hướng phát triển trong thời gian tới.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH
3
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1
GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG
Các thiết bị, linh kiện mà đề tài sẽ sử dụng và được phân loại như sau:
Thiết bị đầu vào: Bàn phím, biến trở ngồi.
Thiết bị đầu ra: Tải động cơ DC, led đơn, opto PC817, transistor A1013, SCR
TYN1225.
Thiết bị điều khiển trung tâm: Vi điều khiển, máy tính.
Chuẩn dữ liệu truyền nhận: UART.
Phần mềm thiết kế giao diện điều khiển: Visual basic 2010.
Thiết bị giao diện điều khiển: Máy tính.
2.1.1 Vi điều khiển PIC16F887[4]
Hình 2.1. Hệ thống vi xử lí.
Bộ nhớ sẽ lưu trữ chương trình cho vi xử lí thực hiện và lưu dữ liệu cần xử lí các
port xuất, nhập dữ liệu và để điều khiển trở lại. Các khối này liên kết với nhau tạo thành
một hệ thống vi xử lí.
BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
4
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1.1a Cấu hình của vi điều khiển PIC16F887
Đặc điểm thực thi tốc độ cao của CPU (Reduced Instruction Set Computer-máy
tính thực thi những tập lệnh đơn giản).
Có 35 lệnh đơn.
Tốc độ hoạt động (xung clock có tần số 20Mhz, chu kỳ thực hiện lệnh là
200ns).
Có nhiều nguồn ngắt
Có 3 kiểu định địa chỉ: Trực tiếp, gián tiếp, tức thời.
Cấu trúc ngoại vi
35 chân I/O cho phép lựa chọn theo hướng độc lập.
Có bộ chuyển đổi tương tự số (14 bộ chuyển đổi với độ phân giả là 10bit).
Có timer0 (8 bit hoạt động định thời, có bộ chia trước đếm xung ngoại có
thể lập trình).
Có timer1 (16 bit hoạt động định thời, có bộ chia trước đếm xung ngoại
có thể lập trình, có ngõ vào cổng timer1, cho phép đếm timer1 từ tín hiệu
bên ngồi, có bộ dao động cơng suất thấp 35khz.
Có timer2 (8 bit hoạt động định thời với thanh ghi chu kỳ, có bộ chia trước,
chia sau).
Bảng 2.1. Tóm tắt cấu trúc của 5 loại PIC16F88X.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
5
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Hình 2.2. Cấu hình của Vi điều khiển.
Sơ đồ chân của vi điều khiển PIC16F887.
Hình 2.3. Sơ đồ chân vi điều khiển PIC16F887.
BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
6
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1.1b Timer0
Timer0 có những đặc điểm sau:
Là timer 8 bit.
Có thể đọc và ghi giá trị của timer.
Có bộ chia trước 8 bit cho phép lập trình phần mềm, lựa chọn bộ chia
trước.
Cho phép lựa chọn nguồn xung clock bên trong hoặc bên ngoài.
Phát sinh ngắt khi cờ tràn từ FFH đến 00H.
Cho phép lựa chọn tác động xung CK cạnh lên hoặc cạnh xuống.
Ngắt của timer0:
Khi giá trị đếm trong thanh ghi MR0 tràn từ FFh về 00h thì phát sinh ngắt, cờ
báo ngắt TMR0IF lên 1. Ngắt có thể ngăn bằng bit cho phép TMR0IE.
Trong chương trình con phục vụ ngắt timer0, phải xóa cờ báo ngắt TMR0IF.
Trong datasheet thì biến cho phép ngắt là T0IE và cờ báo ngắt là T0IF. 2 bit này
nằm trong thanh ghi INTCON ở vị trí thứ 5 và thứ 2. Thanh ghi INTCON nằm trong
vùng nhớ Ram có địa chỉ 0xb0.
Hình 2.4. Thanh ghi INTCON.
Timer0 đếm xung ngoại
Muốn đếm xung ngoại thì xung được đưa đến ngõ vào T0CKI, việc đồng bộ tín
hiệu xung ngõ vào T0CKI với xung clock bên trong được thực hiện bằng cách lấy mẫu
ngõ ra bộ chia ở những chu kì Q2 và Q4 của xung clock bên trong. Điều này rất cần
thiết cho T0CKI ở trạng thái mức cao ít nhất 2 TOSC và ở trạng thái mức thấp ít nhất 2
TOSC.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
7
