I. Thiết kế mạch chỉnh lưu 3 pha
Phần này tập trung vào thiết kế mạch chỉnh lưu 3 pha, một khía cạnh cốt lõi của đề tài. Đề tài sử dụng mạch chỉnh lưu tia 3 pha, một cấu trúc phổ biến trong điện tử công suất. Việc lựa chọn loại mạch chỉnh lưu này dựa trên yêu cầu về khả năng điều khiển điện áp đầu ra. Các yếu tố thiết kế bao gồm việc lựa chọn linh kiện phù hợp như SCR (Thyristor) TYN1225, diode 1N4007, và các thành phần khác. Mạch chỉnh lưu 3 pha cầu diode và mạch chỉnh lưu 3 pha sử dụng IGBT được xem xét nhưng không được sử dụng trong đề tài này. Quá trình thiết kế bao gồm tính toán các thông số điện như điện áp, dòng điện, công suất, và lựa chọn các linh kiện đáp ứng các thông số kỹ thuật đã tính toán. Thiết kế mạch nguồn 3 pha là một phần quan trọng, cung cấp điện năng cho toàn bộ hệ thống. Kiểm soát điện áp 3 pha và kiểm soát dòng điện 3 pha là các yếu tố cần được xem xét kỹ lưỡng trong quá trình thiết kế để đảm bảo an toàn và hiệu quả hoạt động của hệ thống.
1.1 Lựa chọn linh kiện và tính toán thông số
Việc lựa chọn linh kiện SCR TYN1225 là dựa trên các thông số kỹ thuật như điện áp và dòng điện cho phép. Các tính toán liên quan đến việc xác định giá trị điện trở, tụ điện, và các thành phần khác trong mạch được thực hiện dựa trên các công thức và phương pháp tính toán trong điện tử công suất. Mạch chỉnh lưu 3 pha có lọc không được đề cập đến trong đề tài này. Tài liệu đề cập đến việc đo sơ bộ cho SCR để đảm bảo chất lượng linh kiện trước khi lắp ráp. Việc tính toán các thông số như điện áp đầu ra, dòng điện tải, và công suất tiêu thụ là rất quan trọng để đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định và hiệu quả. Mục tiêu là thiết kế một hệ thống kiểm soát công suất 3 pha chính xác và đáng tin cậy. Các phương pháp bảo vệ mạch như sử dụng cầu chì được đề cập để đảm bảo an toàn cho hệ thống. Thiết kế mạch ổn áp dùng 7805 được thực hiện để cung cấp điện áp ổn định cho vi điều khiển.
1.2 Sơ đồ mạch và mô phỏng
Sơ đồ nguyên lí toàn mạch được trình bày chi tiết, bao gồm các khối chức năng chính như khối chỉnh lưu, khối điều khiển, và khối giao tiếp. Tuy nhiên, đề tài không đề cập đến việc sử dụng các phần mềm mô phỏng như Proteus thiết kế mạch chỉnh lưu 3 pha hay Multisim thiết kế mạch chỉnh lưu 3 pha để kiểm tra và tối ưu hóa thiết kế trước khi chế tạo. Mô phỏng mạch chỉnh lưu 3 pha có thể giúp phát hiện lỗi thiết kế sớm và giảm chi phí chế tạo. MATLAB điều khiển chỉnh lưu 3 pha cũng không được đề cập đến. Mặc dù không có mô phỏng, đề tài nhấn mạnh đến việc kiểm tra thực tế trên mạch sau khi lắp ráp. Hình ảnh mạch in PCB được cung cấp, thể hiện sự sắp xếp các linh kiện trên mạch. Việc thi công PCB cần được thực hiện cẩn thận để đảm bảo chất lượng và hiệu quả hoạt động của mạch.
II. Điều khiển mạch chỉnh lưu 3 pha bằng vi điều khiển
Phần này tập trung vào việc điều khiển chỉnh lưu 3 pha bằng vi điều khiển. Đề tài sử dụng vi điều khiển PIC16F887 để điều khiển góc kích của các SCR, từ đó điều chỉnh điện áp đầu ra của mạch chỉnh lưu. Việc chọn vi điều khiển Arduino điều khiển chỉnh lưu 3 pha hoặc vi điều khiển STM32 điều khiển chỉnh lưu 3 pha không được đề cập. Phần mềm điều khiển chỉnh lưu 3 pha được viết cho vi điều khiển PIC16F887 dựa trên thuật toán điều khiển góc kích. Các timer của vi điều khiển được sử dụng để tạo ra các xung điều khiển chính xác. Quá trình lập trình bao gồm việc viết mã, biên dịch, và nạp chương trình vào vi điều khiển. Lập trình vi điều khiển là một phần quan trọng, yêu cầu kiến thức về ngôn ngữ lập trình C và kiến thức về cấu trúc vi điều khiển. Lập trình PIC16F887 được sử dụng. ADC của vi điều khiển đóng vai trò quan trọng trong việc đo điện áp hồi tiếp để điều khiển hệ thống.
2.1 Thuật toán điều khiển và lập trình
Thuật toán điều khiển góc kích được trình bày dưới dạng lưu đồ. Mã nguồn chương trình viết cho vi điều khiển được cung cấp. Việc sử dụng các ngắt của vi điều khiển PIC16F887 để đảm bảo độ chính xác và thời gian thực của quá trình điều khiển. Các chức năng của chương trình bao gồm: tạo xung điều khiển cho SCR, đọc dữ liệu từ ADC, và xử lý dữ liệu. Các lệnh truyền dữ liệu EUSART của PIC16F887 được sử dụng để giao tiếp với máy tính. Truyền dữ liệu UART được sử dụng làm giao thức truyền dữ liệu giữa vi điều khiển và máy tính. Việc lập trình hệ thống cần được thực hiện một cách cẩn thận để đảm bảo sự ổn định và chính xác của hệ thống. Phần mềm lập trình cho điều khiển được sử dụng là CCS C Compiler.
2.2 Giao tiếp với máy tính
Đề tài sử dụng giao tiếp nối tiếp cổng giao tiếp UART để truyền dữ liệu giữa vi điều khiển và máy tính. Cổng giao tiếp USB và các cổng giao tiếp khác như cổng giao tiếp SPI hay cổng giao tiếp I2C không được sử dụng. Giao tiếp vi điều khiển với máy tính được thực hiện bằng phần mềm được viết bằng Visual Basic 2010. Phần mềm này có nhiệm vụ hiển thị dữ liệu từ vi điều khiển, bao gồm điện áp đầu ra và góc kích. Thiết kế giao diện trên máy tính bằng ngôn ngữ Visual Basic 2010 là một phần quan trọng của đề tài. Thu thập dữ liệu chỉnh lưu 3 pha và phân tích dữ liệu chỉnh lưu 3 pha được thực hiện thông qua giao diện này. Ứng dụng truyền dữ liệu giữa máy tính và vi điều khiển PIC16F887 được thể hiện qua việc hiển thị các thông số trên giao diện người dùng.
III. Thực nghiệm và đánh giá
Phần này trình bày quá trình thực hành thiết kế mạch chỉnh lưu 3 pha, bao gồm việc lắp ráp mạch, chạy thử nghiệm, và đánh giá kết quả. Các kết quả đo đạc được ghi lại và so sánh với kết quả lý thuyết. Hệ thống điện 3 pha được sử dụng làm nguồn cấp cho hệ thống. Điện tử công suất 3 pha là lĩnh vực liên quan trực tiếp đến đề tài. Đề tài đề cập đến việc đo điện áp đầu ra của mạch chỉnh lưu và góc kích. Hiệu chỉnh hệ số công suất 3 pha không được đề cập. Các hình ảnh và biểu đồ minh họa kết quả thực nghiệm được cung cấp. Hướng dẫn thiết kế mạch chỉnh lưu 3 pha được trình bày một cách chi tiết. Bài tập thiết kế mạch chỉnh lưu 3 pha có thể được phát triển dựa trên đề tài này.
3.1 Kết quả thực nghiệm
Kết quả thực nghiệm cho thấy hệ thống hoạt động ổn định trong phạm vi điều khiển đã định. Các thông số điện áp đầu ra và góc kích được đo đạc và so sánh với kết quả lý thuyết. Độ chính xác của hệ thống được đánh giá dựa trên sai số giữa kết quả thực nghiệm và lý thuyết. Ảnh chụp màn hình giao diện người dùng trên máy tính minh họa cho việc hiển thị dữ liệu. Ứng dụng chỉnh lưu 3 pha trong thực tiễn được đề cập đến. Lý thuyết chỉnh lưu 3 pha được áp dụng để giải thích các kết quả thực nghiệm. Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ DC được thực hiện bằng cách điều chỉnh điện áp đầu ra của mạch chỉnh lưu.
3.2 Nhận xét và đánh giá
Phần này đưa ra nhận xét tổng quan về kết quả thực nghiệm. Các ưu điểm và nhược điểm của hệ thống được phân tích. Các hạn chế của đề tài được chỉ ra, ví dụ như phạm vi điều khiển điện áp đầu ra còn hạn chế. Các đề xuất cho các nghiên cứu trong tương lai được đưa ra. Kết luận và hướng phát triển đề cập đến những cải tiến có thể thực hiện để nâng cao hiệu suất và tính năng của hệ thống. Tài liệu tham khảo được liệt kê đầy đủ. Đề tài cung cấp hướng dẫn thiết kế mạch chỉnh lưu 3 pha chi tiết, hữu ích cho sinh viên và các nhà nghiên cứu.
