ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
PHẠM ĐÌNH LỊCH NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO BỘ BIẾN ĐỔI
DC – AC CHẤT LƯỢNG CAO CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ
ĐỘNG HÓA
MÃ SỐ: 6052 0216

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Thái Nguyên – 2014
1

CHƯƠNG 1:

thì chưa đáp ứng được yêu cầu của đề tài này.
1.2.1.2. Sơ đồ nghịch lưu một pha có điểm giữa:
- Sơ đồ nghịch lưu một pha có điểm giữa có sơ đồ nguyên lý
như hình 1.3
-
+
L1
L2 L3
C
U1
MCR12DCMT4
U2
MCR12DCMT4
TAI
Ld

Hình 1.3 : Sơ đồ nghịch lưu môt pha có điểm giữa
- Với sơ đồ nghịch lưu một pha có điểm giữa cho chất lượng
điện áp ra chưa đạt yêu cầu của đề tài, nên ta phân tích thêm một số
sơ đồ khác để đi đến lựa chọn sơ nào có chất lượng điện áp ra tốt
hơn.
1.2.1.3. Nghịch lưu áp 1 pha dạng cầu:
- Nguyên lý chung:
+
+
-
-
S2
S1
S4

4

- Dùng VĐK để tạo sóng sin, thực chất là thay thế sóng sin
bằng dạng sóng nấc thang như hình sau:

Hình 1.7a: Nguyên lý điều chế theo mẫu; thay thế hình sin
bằng nấc thang
- Có thể điều chế đối xứng hay không đối xứng. Khi điều chế
đối xứng, số giá trị hình sin trong một chu kỳ bằng bội số điều chế N
= f
c
/ f
0
(tần số lấy mẫu bằng tần số sóng tam giác) như hình 1.7b.

Hình 1.7b: Điều chế đối xứng Hình 1.7c: Điều chế không đối xứng
- Bề rộng xung ở kỳ lấy mẫu thứ n được tính theo công thức
sau:
()
2.2
1();2()1();()();
22
sca
sam
c
TUun
TnTnTTnunUSin
UN
π


cho các hộ gia đình, để thuận tiện trong việc ứng
dụng nên ắc quy là lựa chọn phù hợp.
1.2.2.1, Giới thiệu chung về Ắc quy.
1.2.2.2.Tiêu chuẩn ắc quy: TCVN : 4472 : 93
1.3. Giới thiệu về Atmega8.
1.3.1.Tổng quan về Atmega8.
* Giới thiệu về vi điều khiển AVR
* Sơ đồ chân chíp Atmega8. Chip Atmega8 được đóng gói
trong hai dạng vỏ khác nhau như hình 1.10.

Hình 1.10: Sơ đồ chân chíp Atmega8.
6

* Thông số kỹ thuật :
- 32 x 8 thanh ghi làm việc mục đích chung.
- Tốc độ hoạt động lên đến 12 triệu lệnh/s tại tần số 12MHz
- Bộ nhớ;
+ 8KB bộ nhớ chương trình dạng flash có thể tự lập trình
trong hệ thống.
+ 512 Bytes EEPROM.
+ 1KB SRAM trên chip.
+ 1 timer/counter 16 bít với bộ Prescaler độc lập, chế độ so
sánh.
+ 2 kênh điều chỉnh độ rộng xung PWM.
+ Khối chuyển đổi tương tự - số (ADC) 8 kênh, 10 bit.
+ Giao tiếp nối tiếp.
1.3.2.Sơ đồ khối
1.3.3.Cấu trúc bộ nhớ.
1.3.4. Timer/Counter trong atmega8 và cách sử dụng.
1.3.4.1. Giới thiệu về Timer/Counter.

Cần phải lưu ý đến khái niệm là Output Compare. Trong lúc T/C
hoạt động, giá trị thanh ghi TCNT1 tăng, giá trị này được liên tục so
sánh với các thanh ghi OCR1A và OCR1B (so sánh độc lập với từng
thanh ghi), việc so sánh này trên AVR gọi là Output Compare.
1.3.4.3 Tạo PWM tần số cao (Fast PWM).
8

- Trong chế độ Fast PWM, 1 chu kỳ được tính trong 1 lần
đếm từ BOTTOM lên TOP (single-slope), vì thế mà chế độ này gọi
là Fast PWM (PWM nhanh). Hình 1.22: mô tả ngõ ra qua biểu đồ
thời gian như sau:
1 2 3 4 5 6 7Chu ky
Dâu ra dao
Dâu ra khong dao
TCNTn
Gia tri can so sanh
duoc ghi trong OCRn
Gia tri TOP
COMn1:0=2
COMn1:0=3

Hình 1.22: Dạng ngõ ra chế độ Fast PWM
1.3.5.Ngắt và sử dụng ngắt trong Atmega8.
- Interrupts, thường được dịch là Ngắt, là một “tín hiệu khẩn cấp” gửi
đến bộ xử lí, yêu cầu bộ xử lí tạm ngừng tức khắc các hoạt động hiện
tại để “nhảy” đến một nơi khác thực hiện một nhiệm vụ “khẩn cấp”
nào đó, nhiệm vụ này gọi là trình phục vụ ngắt – isr (interrupt service
routine). Sau khi kết thúc nhiệm vụ trong isr, bộ đếm chương trình sẽ
được trả về giá trị trước đó để bộ xử lí quay về thực hiện tiếp các
nhiệm vụ còn dang dở. Như vậy, ngắt có mức độ ưu tiên xử lí cao
CHƯƠNG 2:

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO BỘ BIẾN ĐỔI

Thiết kế và chế tạo bộ biến đổi điện áp từ 12v một chiều,
thành điện áp 220v xoay chiều, tần số từ 50Hz đến 60Hz cần rất
nhiều thời gian, từ khảo sát, thiết kế phần cứng, viết phần mềm, khảo
sát chất lượng điện áp đầu ra, công suất trên tải…Với thời gian có
hạn nên em chỉ tập trung thiết kế phần cứng của bộ biến đổi, gồm:
Bo mạch chính, biến áp công suất và kết hợp với phần mềm do đề tài
khác thiết kế, để hoàn thiện BBĐ.
2.1.Thiết kế phần cứng BBĐ
2.1.1 Thiết kế bộ phận tổng hợp, xử lý và điều khiển.
- Từ sơ đồ chân của chip ta đặt các ngõ vào, ra như sau:
10 Hình 2.1: Đặt các ngõ vào, ra tại các chân của VĐK
2.1.2. Thiết kế khối nguồn cho VĐK .
BR1.1
BRIDGE
VI
1
VO
3
GND
2
U1.1

Q12.1
2SC2383
Q12.3
2SC2383
R12.1
1k
R12.3
2k2
R12.4
4.7R
R12.2
2k2
Ug

Hình 2.5: Mạch điều khiển (mạch tiền khuếch đại)
2.1.4. Mạch đo điện áp vào. Sơ đồ mạch điện như hình 2.6.
12V Chân 24 U3.1
R5.2
15k
R5.1
56k
C5.3
10u
U

Hình 2.6: Mạch đo điện áp nguồn cấp cho BBĐ
11

2.1.5. Mạch phản hồi điện áp. - Sơ đồ mạch điện như hình 2.7:
Chân 25 U3.113.5v

10
PC6/RESET
1
PD0/RXD
2
PD1/TXD
3
PD2/INT0
4
PD3/INT1
5
PD4/T0/XCK
6
PD5/T1
11
PD6/AIN0
12
PD7/AIN1
13
PC0/ADC0
23
PC1/ADC1
24
PC2/ADC2
25
PC3/ADC3
26
PC4/ADC4/SDA
27
PC5/ADC5/SCL

5v
5v
PB0/ICP1
14
PB1/OC1A
15
PB2/SS/OC1B
16
PB3/MOSI/OC2
17
PB4/MISO
18
PB5/SCK
19
PB6/TOSC1/XTAL1
9
PB7/TOSC2/XTAL2
10
PC6/RESET
1
PD0/RXD
2
PD1/TXD
3
PD2/INT0
4
PD3/INT1
5
PD4/T0/XCK
6

RV2.2
20K
RV2.1
100K
D8.2
1N4007
Q8.1
2SC2383
RL8.1
TEXTELL-KBH-12V
D8.1
1N4007
TAI
100
D2.1
DIODE
C2.1
10n
3
2
1
84
U2.1:A
LM393
5
6
7
8 4
U2.1:B
LM393

LED-Do
R9.2
1K
R9.1
1K

Hình 2.10: Các đèn led
12

- Ngoài các đèn Led báo chế độ làm việc và chế độ bảo vệ
của BBĐ còn có hệ thống còi để báo hiệu, hình 1.11.
5v
PB0/ICP1
14
PB1/OC1A
15
PB2/SS/OC1B
16
PB3/MOSI/OC2
17
PB4/MISO
18
PB5/SCK
19
PB6/TOSC1/XTAL1
9
PB7/TOSC2/XTAL2
10
PC6/RESET
1

AVCC
20
U3.1
ATMEGA8
Q7.1
2SA1013
R3.4
10k
LS1
SPEAKER
R7.2
10R
R7.1
1k

Hình 2.11 : Hệ thống còi báo hiệu
2.1.9. Lựa chọn biến áp.
* Biến áp công suất: Để khắc phục hiện tượng quá dòng khi
khởi động (dùng tải điện cảm) nên ta chọn biến áp công suất là biến
áp lõi silic.
* Biến áp phản hồi dòng: phương án lựa chọn biến áp này
là sử dụng biến áp xung (lõi phe rit).
2.1.10. Sơ đồ nguyên lý mạch điện.
2.1.10.1. Sơ đồ nguyên lý Hình 2.12: Sơ đồ nguyên lý BBĐ
2.1.10.2. Mạch in sau khi thiết kế

Hình 2.13: Mạch in
2.2. Lưu đồ thuật toán.
2.2.1.Sơ đồ khối tín hiệu vào ra.
2.2.2.Sơ đồ khối phần lập trình điều khiển.

2.3.3.1. Biến áp phản hồi dòng điện.
- Hình ảnh biến áp sau khi chế tạo.

Hình 2.34: Biến áp phản hồi dòng điện
2.3.3.2. Biến áp Công suất.
- Hình ảnh cuộn dây máy biến áp sau khi chế tạo.

Hình 2.37: Cuộn dây của biến áp công suất

15

CHƯƠNG 3:

KHẢO SÁT CHẤT LƯỢNG BBĐ

3.1. Thiết bị để kiểm tra.
3.1.1. Đồng hồ đo điện áp ra trên tải.

Hình 3.1: Đồng hồ vạn năng
3.1.2. Đồng hồ đo L,R,C.

Hình 3.2: Đòng hồ đo R,L,C
3.1.3. Máy hiện sóng. Dùng để kiểm tra dạng sóng ra trên tải.



- Dạng sóng ra trên tải khi tải là 02 quạt điện (02 x 45W/cái)

Hình 3.12: Dạng sóng điện áp ra trên tải, khi tải là 02 quạt điện.

19

Hình 3.13: Hình chụp riêng dạng sóng của hình 3.12

Hình 3.14: Hình chụp 1 chu kỳ dạng sóng hình 3.12 Hình 3.15: Chụp BBĐ từ trên xuống

Hình 3.16: Chụp mặt trước của BBĐ
20

* Nhận xét:
- Điện áp ra là 220V, tần số là 55Hz và dạng sóng ra dạng
sin (có độ méo nhỏ), hoàn toàn có thể đáp ứng được với tải là các
thiết bị điện dân dụng.
- Vận hành thử nghiệm BBĐ, với tải là 02 quạt điện, hoạt
động liên tục trong thời gian là 5h, kết quả là: Quạt chạy êm không
gây tiếng ồn và không phát nóng.
- Điện áp ra trên tải luôn ổn định do có phản hồi điện áp.
- Bảo vệ quá tải bằng mạch vòng phản hồi dòng điện, nếu có
hiện tượng quá tải xảy ra thì ngắt xung PWM. Bảo vệ ngắn mạch ở
đầu ra dùng cầu chì.
- Bảo vệ quá nhiệt độ cho BBĐ bằng quạt.
- Bảo vệ điện áp vào quá cao hay quá thấp bằng mạch đo