Đồ án Nghiên cứu, thiết kế bộ nạp Acquy ứng dụng vi điều khiển

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG CỘNG HOÀ Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC KHOA ĐIỆN ........ —&–....... BỘ MÔN TỰ ĐỘNG-ĐO LƯỜNG ...—&–.... NHIỆM VỤ THIẾT KẾ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Giáo viên hướng dẩn: PGS.TS. ĐOÀN QUANG VINH Sinh viên thực hiện : NGUYỄN VĂN THIỆN TRẦN ĐỨC VIỆT NGUYỄN VĂN DANH Lớp : 01ĐTĐ Ngành : TỰ ĐỘNG – ĐO LƯỜNG I. Đề tài thiết kế: Nghiên cứu, thiết kế bộ nạp Acquy ứng dụng vi điều khiển II. Số liệu ban đầu: Lấy từ các thông số của các bộ nạp hiện có ở các trạm. Hai bình acquy: Điện áp mỗi bình : U = 12V. Dung lượng mỗi bình : I=5Ah III. Nội dung phần thuyết minh và tính toán : Chương I : Tổng quan về hệ thống tự động sạc acquy trong điện lực. Chương II : Giới thiệu một số tủ nạp. Chương III : Thiết kế bộ nạp. Phần 1 : Thiết kế phần chỉnh lưu. Phần 2 : Thiết kế mạch vi điều khiển. Phần 3 : Giới thiệu các bộ biến đổi DAC, ADC. Phần 4 : Sơ đồ mạch ghép nối giữa AT89C51với các bộ DAC, ADC. IV.Trình chiếu Powerpoint: Gồm có 4 bản. V. Ngày giao nhiệm vụ : Ngày 13 tháng 02 năm 2006 VI. Ngày hoàn thành : Ngày 28 tháng 5 năm 2006 GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN GIÁO VIÊN DUYỆT (Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên) PGS.TS.Đoàn Quang Vinh TRƯỞNG BỘ MÔN SINH VIÊN THỰC HIỆN (Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên) Th.s Lâm Tăng Đức Đà nẵng, ngày........tháng.......năm 2006 CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG (Ký và ghi rõ họ tên)  Nhận xét của giáo viên hướng dẫn: .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. Nhận xét của giáo viên duyệt: .................................................................................................................................. ................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. .................................................................................................................................. LỜI CẢM ƠN Trong 5 năm học tại Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng, chúng em đã nhận được sự giúp đỡ dạy dỗ tận tình từ các Thầy cô trong toàn thể nhà trường nói chung và các thầy cô giáo trong Khoa Điện nói riêng. Trong suốt thời gian nghiên cứu và thực hiện đề tài, để có thể thực hiện tốt và hoàn thành tốt đề tài không chỉ cá nhân tôi mà có sự giúp đỡ của quý thầy cô và bạn bè Đến bây giờ, khoá học sắp hoàn thành em xin được gửi lời cảm ơn chân thành đến: Thầy cô Khoa Điện, các thầy cô trong ngành tự động đo lường đã dạy dỗ chúng em trong suốt 5 năm học. Các thầy cô giáo trong toàn thể nhà trường Đại Học Bách Khoa Đặc biệt em gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy giáo Đoàn Quang Vinh đã giúp đở em hoàn thành đồ án này. Mặc dù đã rất cố gắng để hoàn thành một cách tốt nhất, tuy nhiên vẫn không thể tránh khỏi những sai sót mong quý thầy cô thông cảm và góp ý thêm Em xin chân thành cảm ơn! Đà nẵng, ngày 28 tháng 5 năm 2006 Sinh viên thực hiện NGUYỄN VĂN THIỆN TRẦN ĐỨC VIỆT NGUYỄN VĂN DANH MỤC LỤC Lời nói đầu.................................................................................................0 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG SẠC ACQUI TRONG ĐIỆN LỰC....................................................................................1 Giới thiệu về nguồn thao tác....................................................................1 II. Nguồn thao tác một chiều........................................................................1 Acqui, công dụng và phân loại...............................................................1 Acqui axit...............................................................................................2 Acqui kiềm.............................................................................................6 III. Các chế độ nạp điện..................................................................................8 Giới thiệu các chế độ nạp.......................................................................8 Các chế độ nạp: .....................................................................................8 2.1 Nạp điện đầu........................................................................................8 2.2 Nạp điện thường..................................................................................11 2.3 Nạp điện cân bằng...............................................................................11 2.4 Chế độ phụ nạp....................................................................................12 Chương 2 GIỚI THIỆU MỘT SỐ TỦ NẠP ĐẶC TRƯNG.....................14 I. Giới thiệu chung..........................................................................................14 II. Tủ nạp CDN-HPT 50 220 XE (truyền tải huế)..........................................14 Sơ đồ nguyên lý......................................................................................14 Nguyên tắc hoạt động.............................................................................16 III. Tủ nạp 3PH DC 110 50 của Hyundai-Vinashin........................................21 Sơ đồ nguyên lý.......................................................................................21 Đặc tính chung.........................................................................................24 Đặc tính kỹ thuật......................................................................................25 IV. Tủ nạp CHLORIDE 3CBC 220 50 (công ty Việt Á).................................27 Sơ đồ nguyên lý........................................................................................27 Các thông số bộ nạp..................................................................................27 Chức năng của bộ nạp...............................................................................28 Nguyên tắc chung.....................................................................................28 Mô tả tóm tắt về bộ nạp............................................................................28 Đặc tính kỹ thuật chung............................................................................29 Các chế độ hoạt động................................................................................30 Mô tả tóm tắt mạch điều khiển 3CBC-4...................................................30 Chương 3 THIẾT KẾ BỘ NẠP.....................................................................33 I. Giới thiệu công nghệ......................................................................................33 II. Phần thiết kế.................................................................................................34 Phần 1:Thiết kế phần chỉnh lưu ...................................................................34 Tính toán bộ nguồn và mạch chỉnh lưu......................................................34 Tính toán các thông số và chọn các linh kiện của mạch điều khiển...........40 Phần 2: Thiết kế mạch vi điều khiển..............................................................44 Giới thiệu về họ vi điều khiển....................................................................44 Cấu trúc phần cứng của 8051.....................................................................47 Giới thiệu các chế độ địa chỉ của 8051.......................................................58 Hoạt động của bộ định thời timer...............................................................59 Hoạt động của cổng nối tiếp.......................................................................61 Hệ thống ngắt..............................................................................................65 Phần 3: Giới thiệu các bộ biến đổi DAC, ADC..............................................69 1. Bộ biến đổi tương tự DAC.............................................................................69 1.1 Giới thiệu chung.........................................................................................69 1.2 Ghép nối DAC0808 (MC1408) với 8051...................................................71 2. Bộ biến đổi tương tự số ADC........................................................................72 Giới thiệu chung.........................................................................................72 Ghép nối ADC0804 với 8051.....................................................................72 Phần 4: Chương trình......................................................................................77 Sơ đồ mạch ghép nối giữa AT89C51 với các bộ DAC, ADC......................77 Viết chương trình..........................................................................................78 Tài liêu tham khảo.............................................................................................81 LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật trên đà phát triển. Đặc trưng là kỹ thuật máy tính, công nghệ thông tin và tự động hoá. Điều đó đã mang lại lợi ích to lớn về nhiều mặt như đảm bảo và nâng cao chất lượng sản phẩm, tiết kiệm nguyên vật liệu, nâng cao năng suất và hiệu quả sản xuất.. Cùng trong xu thế đó, năm 1972 hãng Intel đã đưa ra giới thiệu bộ vi điều khiển (microcontroller), một chip tương tự như bộ vi xử lý là một trong những bộ đã và đang có những ứng dụng ngày càng rộng rãi và thâm nhập ngày càng nhiều trong các lĩnh vực kỹ thuật và đời sống xã hội. Hầu hết các thiết bị kỹ thuật từ phức tạp đến đơn giản như thiết bị điều khiển tự động, thiết bị văn phòng cho đến các thiết bị trong gia đình đều có dung các bộ vi điều khiển. Dựa trên những kiến thức đã học, em sử dụng bộ vi điều khiển 8051 để thiết kế bộ sạc acqui điện lực. Đây là dịp để chúng em cũng cố lại kiến thức đã học, từng bước nắm bắt kiến thức thực tế khi ra trường hoà nhập vào trong xã hội. Đề tài của em gồm có 3 chương cơ bản: Chương1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG SẠC ACQUI TRONG ĐIỆN LỰC Nội dung của chương này là giới thiệu tổng quan về hệ thống tự động sạc acqui điện lực, nguồn thao tác một chiều, các nguồn thao tác một chiều và các chế độ nạp của acqui. Chương2 GIỚI THIỆU MỘT SỐ TỦ NẠP ĐẶC TRƯNG Nội dung cơ bản của chương này là đưa ra một số tủ nạp điện lực đặc trưng ứng dụng vi diều khiển gồm các tủ nạp: Tủ nạp CDN-HPT 220 50 XE (của truyền tải huế), tủ nạp 3PH DC 110 50 (của công ty TNHH Hyundai_Vinashin), và tủ nạp CHLORIDE 3CBC 220 50 (của công ty Việt Á) Chương 3 THIẾT KẾ BỘ NẠP Nội dung của chương này là phần thiết kế chính. Giới thiệu công nghệ chính. Phần chỉnh lưu, tính toán phần chỉnh lưu. Phần điều khiển, tính toán mạch điều khiển. Phần vi điều khiển, phần ghép nối với thiết bị tương tự DAC ADC. Sơ đồ thuật toán và viết chương trình. Với điều kiện thời gian cũng như kiến thức có hạn nên chắc chắn đồ án không thể tránh khỏi các thiếu sót. Do vậy em rất mong được sự chỉ bảo của các Thầy Cô. Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ tận tình của thầy Đoàn Quang Vinh-Giáo viên hướng dẫn, cùng với sự giúp đỡ của các thầy cô giáo trong khoa Điện, đặc biệt là quí thầy cô trong bộ môn Tự động - Đo lường đã tạo mọi điều kiện để em có thể hoàn thành tốt đồ án của mình. Đà Nẵng, Ngày 28 tháng 5 năm 2006 Sinh viên thực hiện NGUYỄN VĂN DANH TRẦN ĐỨC VIỆT NGUYỄN VĂN THIỆN CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG SẠC ACQUI TRONG ĐIỆN LỰC I. Giới thiệu về nguồn thao tác : Trong nhà máy điện và trạm biến áp, nguồn điện thao tác làm nhiệm vụ cung cấp điện cho các thiết bị bảo vệ, tự động hóa, điều khiển, tín hiệu, chiếu sáng sự cố, các cơ cấu tự dùng quan trọng…Nguồn điện thao tác cần có độ tin cậy cao, độc lập với lưới điện chính hay sự cố, có công suất đủ lớn để đảm bảo sự làm việc chắc của các thiết bị trong chế độ nặng nề nhất, điện áp trên thanh góp cần có độ tin cậy cao. Muốn vậy các nguồn thao tác và lưới phân phối cần có độ dự trữ lớn, đảm bảo an toàn, dể sử dụng và một yêu cầu chung nửa là kinh tế. Nguồn thao tác có thể là một chiều hoặc xoay chiều. Song để có độ tin cậy cung cấp điện cao và cấu tạo của các thiết bị đơn giản, gọn nhẹ, trong các nhà máy điện và các trạm biến áp lớn người ta thường dung nguồn thao tác một chiều, mặc dù giá thành của chúng đắt và vận hành khá phức tạp. Nguồn thao tác một chiều thường là acqui và các thiết bị chỉnh lưu có công suất lớn, nhưng trong một số trường hợp người ta dung bộ nghịch lưu tạo “điện áp xoay chiều an toàn” để cung cấp điện cho các máy tính và các phương tiện bảo vệ điện tử trong các nhà máy điện và trạm biến áp có hệ thống thứ cấp hiện đại. Điện áp của nguồn thao tác một chiều thường là 220KV và 110KV đối với các lưới cung cấp cho rơle và thiết bị điều khiển; 60V, 48V và 24V đối với các mạch tín hiệu, thông tin… Nguồn thao tác xoay chiều do có nhiều nhược điểm quan trọng, nên chỉ được dùng trong các trạm biến áp nhỏ. II.Nguồn thao tác một chiều: Acqui được xem là nguồn thao tác một chiều tin cậy nhất vì sự làm việc của chúng không phụ thuộc vào lưới điện xoay chiều và đảm bảo cho các thiết bị thứ cấp làm việc tốt ngay cả khi mất toàn bộ nguồn điện chính của nhà máy hoặc của trạm. Một ưu điểm không nhỏ của acqui là khả năng cho phép quá tải ngắn hạn khá lớn, điều này đặc biệt cần thiết khi dung điện một chiều để đóng cắt trực tiếp các máy cắt công suất lớn vì khi đó sẻ có sự nhảy vọt về dòng điện. Acqui, công dụng và phân loại: Acqui là nguồn điện hóa học, cung cấp dòng điện một chiều cho tải, có đặc tính cơ bản là có thể làm việc ở chế độ phóng (nguồn điện) và chế độ nạp (phụ tải). Khi làm việc ở chế độ nạp, acqui tiếp nhận năng lượng của nguồn nạp, tích lũy lại dưới dạng hóa năng. Khi làm việc ở chế độ phóng, hóa năng được biến thành điện năng cung cấp cho tải. Do đó, có thể coi acqui là một bình tích trữ điện năng để dùng khi cần thiết, và acqui có thể xem là bình điện. Do tính chất cơ bản là tích lũy được điện năng, nên acqui chủ yếu được dùng làm nguồn làm nguồn điện dự trữ, để đảm bảo sẳn sàng cung cấp điện liên tục trong các trường hợp cần thiết. Ở các nhà máy điện và trạm biến áp, acqui được dùng làm nguồn dự trữ cơ bản của hệ thống điện một chiều, cấp cho các mạch điều khiển, tín hiệu, bảo vệ rơle, tự động, và nguồn chiếu sáng sự cố khi mất nguồn điện xoay chiều. Acqui còn được dùng trên ôtô, tàu thủy, máy bay làm nguồn điện mở máy động cơ, làm nguồn điện của các thiết bị thông tin, liên lạc và nhiều mục đích khác. Acqui dùng làm nguồn điện thao tác có ưu điểm cơ bản là đảm bảo chắc chắn độ tin cậy cao, ít phụ thuộc vào nguồn xoay chiều. Ngoài ra, acquy có dung lượng lớn, điện áp ít biến thiên, có khả năng cấp dòng điện lớn khi đóng máy cắt, ít làm ảnh hưởng đến sự làm việc của bảo vệ Rơle, hệ thống điều khiển, tín hiệu và tự động của nhà máy điện và trạm biến áp. Chính vì thế nguồn thao thác bằng điện một chiều có hệ thống acqui hiện nay được dùng ở hầu hết các nhà máy điện và trạm biến áp công suất trung bình trở lên. Tuy nhiên, acqui làm phức tạp hóa sơ đồ tự dùng của các nhà máy, quy trình vận hành và bảo quản phiền phức, tăng giá thành xây dựng, nên ở những trạm không lớn lắm, người ta có xu hướng dung nguồn điện thao thác xoay chiều thay cho acqui . Căn cứ theo cấu tạo, acqui có hai loại phổ biến là acqui axit (hay acqui chì) và acqui kiềm. Acqui kiềm có 3 kiểu cấu tạo bản cực là acqui cadmi-kền acqui sắt -kền và acqui bạc-kẽm . Căn cứ theo điều kiện sử dụng, người ta chia acqui tĩnh tại, là acqui đặt cố định trong các phòng riêng (phòng acqui) và acqui di động trên ôtô, tàu thủy, tàu hỏa, máy bay… 2. Acqui axit: 2.1 Cấu tạo của acqui axit: Acqui axit tĩnh tại gồm có vỏ và các tấm cực chì. Võ làm bằng gỗ trong đó có lót lá chì. Nói chung hiện nay acqui đặt ở các nhà máy điện hoặc trạm biến áp đều có vỏ bằng thủy tinh hoặc nhựa tổng hợp. Tấm cực là khung làm bằng hợp kim chì antimoan, có nhét đầy chất hoạt tính là bột chì và chì ôxit hoặc hổn hợp chì ôxit và antimoan. Sau khi đã nạp đầy, các tấm cực sẽ được phân cực. Chất hoạt tính ở cực dương sẽ là chì điôxit còn ở cực âm là chì xốp màu ánh thép. Các tấm cực cùng cực tính được nối với nhau thành các tấm cực và có một đầu ra chung. Như vậy các tấm cực sẽ nối song song với nhau. Các tấm cực dương và âm được đặt xen kẻ với nhau, sao cho chúng ở gần với nhau (song song với nhau), nhưng không được chạm nhau. Để tránh chất hoạt tính bong ra, gây chạm chập, người ta lót giữa các tấm cách. Tấm cách làm bằng gỗ dán hoặc các tấm lưới mắt nhỏ bằng ebonite. Giữa các tấm cưc, còn có đũa ngăn cách bằng gổ hoặc thủy tinh, để tránh bản cực bị cong sẽ chụp vào nhau. Acqui axit di động (acqui ôtô, tàu thủy ….). Khối tấm cực của acqui gồm có khối dương và khối âm, giữa chúng có tấm ngăn cách. Các tấm cực dương có mấu để đưa vào gờ đở tấm cực, còn tấm cực âm t