TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP
CHUYÊN NGÀNH : ĐIỆN CÔNG NGHIỆP
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO
BỘ AVR BẰNG PHƯƠNG PHÁP SỐ
VŨ ANH TÚ
Bình Dương, tháng5/2014
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CAO ĐẲNG
NIÊN KHÓA 2011 – 2014
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO
BỘ AVR BẰNG PHƯƠNG PHÁP SỐ
Ngành: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
Chuyên ngành: ĐIỆN CÔNG NGHIỆP
Giáo viên hướng dẫn: ThS. NGUYỄN VĂN SƠN
Sinh viên thực hiện: VŨ ANH TÚ
MSSV: 111C660015
Lớp: C11DT01
Bình Dương, tháng 5/2014
LỜI MỞ ĐẦU
Trong giai đoạn công nghiệp hóa và hiện đại hóa nền kinh tế đất nước ngày nay
càng có nhiều hệ thống điều khiển tự động được sử dụng không chỉ trong lĩnh vực sản
xuất mà cả trong việc phục vụ đời sống sinh hoạt của con người.
Do nhu cầu ứng dụng các tiến bộ khoa học kỹ thuật nhằm đáp ứng nhu cầu đổi
mới công nghệ, xuất hiện nhiều thiết bị và dây chuyền sản xuất tiên tiến trong đó sử dụng
nhiều thiết bị điều khiển có tính năng kỹ thuật ngày càng được hoàn thiện. Trên cơ sở đó,
bộ AVR (Automatic Voltage Regulator) bằng phương pháp số được đưa ra nhằm giới
thiệu một ứng dụng của kỹ thuật số vào hệ thống điều khiển máy điện.
Nội dung đồ án gồm 5 chương:
K Chương 1:
Tổng quan về AVR
K Chương 2: Lý thuyết về điều khiển PID tương tự và số
K Chương 3: thiết kế AVR bằng phương pháp số
K Chương 4: Thiết kế phần cứng và chương trình thực hiện
K Chương 5: Kết quả thực nghiệm
Tuy đã rất chú ý và cẩn thận trong quá trình thực hiện nhưng vì trình độ và thời
gian có hạn nên đồ án này chắc chắn còn nhiều thiếu sót, em xin chân thành mong quý
thầy cô thông cảm và đóng góp ý kiến để đồ án này được hoàn thiện hơn.
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ AVR
Một nguồn điện có chất lượng cao là nguồn điện có các thông số kỹ thuật được ổn
định và có tính liên tục. Các thông số kỹ thuật đặc trưng của nguồn điện xoay chiều công
nghiệp là điện áp và tần số, trong đó điện áp là quan trọng nhất.
Lưới điện công nghiệp do bị phụ thuộc vào nhiều yếu tố như nguồn phát điện
(thủy điện, nhiệt điện hay diesel…), phụ tải thay đổi, tính chất của phụ tải, chiều dài dây
dẫn… nên thường lưới điện công nghiệp có điện áp không ổn định. Điều này ảnh hưởng
đến tình trạng làm việc của thiết bị công nghiệp, tuổi thọ của thiết bị điện – điện tử và
nhiều trường hợp ảnh hưởng đền chất lượng sản phẩm của các nhà máy, xí nghiệp công
nghiệp.
Để có nguồn điện công nghiệp với điện áp ổn định, người ta dùng mạch AVR làm
nhiệm vụ ổn định điện áp tự động.
Trong những năm gần đây, điều khiển máy điện có bước phát triển nhảy vọt. Đó là
kết quả của việc tăng công suất và các tính năng của linh kiện điện tử công suất cùng với
việc phát triển và hoàn thiện các cơ cấu điều khiển số có lập trình của các bộ vi xử lý, vi
điều khiển. Truyền động điện thông minh dựa trên kỹ thuật điều khiển số cho phép tạo
nên hệ thống truyền động điện công nghiệp chắc chắn, tin cậy, hiệu suất cao, dải điều
khiển rộng, đảm bảo các chức năng bảo vệ.
Những hạn chế của kỹ thuật tương tự như sự trôi thông số, sự làm việc ổn định dài
hạn, những khó khăn của việc thực hiện các chức năng điều khiển phức tạp đã thúc đẩy
việc chuyển nhanh sang công nghệ số trong những năm 70. Sự xuất hiện và hoàn thiện
của các bộ vi xử lý mạnh những năm 80 cho phép thực hiện điều khiển vectơ, tạo nên hệ
truyền động xoay chiều có chất lượng cao. Kỹ thuật số cũng cho phép tạo nên các thuật
toán điều khiển phức tạp mà kỹ thuật tương tự không cho phép.
Ngoài ra, kỹ thuật số còn có những ưu thế quyết định về mặt công nghệ, cùng một
cơ cấu điều khiển số có thể đóng vai tró giao diện với người vận hành, thực hiện các chức
năng chạy, dừng, đổi chiều, dự báo, tư vấn… Mọi chức năng phức tạp của truyền động
điện đều có thể giải quyết được bằng các cơ cấu điều khiển số. Điều khiển số còn cho
phép tiết kiệm linh kiện phần cứng, cùng với một bộ vi xử lý, một cấu trúc phần cứng có
thể dùng cho các ứng dụng khác bằng cách thay đổi nội dung bộ nhớ.
Bộ AVR (Automatic Voltage Regulator) bằng phương pháp số là một bộ hiệu
chỉnh điện thế tự động cho máy phát điện, cấu trúc của nó được xây dựng dựa trên bộ
hiệu chỉnh vi tích phân tỉ lệ PID (Proportional Intergrated Differential). Bộ AVR bằng
phương pháp số hoạt động bằng cách lấy điện áp mẫu từ máy phát điện sau đó đưa vào
bộ xử lý tín hiệu số thong qua bộ đổi tương tự K số, bộ xử lý tín hiệu số ở đây được thực
hiện bằng vi điều khiển 89S52 sẽ lấy điện áp mẫu so sánh với điện áp đặt, điện áp sai là
điện áp chênh lệch được đưa vào phương trình sai phân để tiến hành lặp cho đến khi điện
áp sai bằng không, tín hiệu điều khiển là nghiệm của phương trình sai phân được đựa vào
bộ chỉnh lưu có điều khiển thông qua bộ đổi số K tương tự để kích từ máy phát điện, ổn áp
điện áp của máy phát.
Hình 1.1. Sơ đồ khối hệ thống điều khiển máy phát điện