Luận án Xây dựng giải pháp chẩn đoán sự cố trong máy biến áp 3 pha sử dụng các phương pháp xử lý tín hiệu thông minh

1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Hệ thống điện là một hệ thống phức tạp trong cả cấu trúc và vận hành, khi xảy ra sự

cố bất kỳ một phần tử nào trong hệ thống đều ảnh hưởng đến độ tin cậy cung cấp

điện, chất lượng năng lượng và gây thiệt hại lớn về kinh tế. Tốc độ phát triển nhanh

chóng của hệ thống điện trong vài thập kỷ qua cũng đã dẫn đến một sự tăng nhanh

về số lượng các máy biến áp (MBA).

Trong quá trình vận hành, MBA có thể gặp những sự cố như hỏng cách điện giữa

các vòng dây, ngắn mạch, đứt dây, chạm đất, hoạt động sai của thiết bị hay sự cố từ

phía người sử dụng, tình trạng quá tải và sự lão hóa của thiết bị, . Khi xảy ra sự cố

trong MBA, bảo vệ rơle sẽ tác động tách phần tử bị sự cố ra khỏi hệ thống điện và

loại trừ sự ảnh hưởng của phần tử sự cố với các phần tử liền kề không bị sự cố.

Chẩn đoán dạng sự cố trong máy biến áp 3 pha là một bài toán cấp thiết để phát

hiện và khắc phục sự cố của một thiết bị rất quan trọng trong hệ thống điện. Việc

xây dựng thành công giải pháp chẩn đoán các sự cố tiềm ẩn trong MBA nói chung

và MBA phân phối 22/0.4kV nói riêng sẽ có ý nghĩa thực tế tốt, nếu đưa vào áp

dụng sẽ giúp cho người vận hành nhận biết được sớm các sự cố MBA do đó tránh

được thiệt hại về kinh tế do phải sửa chữa hoặc thay thế MBA mới, cũng như nâng

cao được tính liên tục cung cấp điện.

2. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

Luận án nghiên cứu và đưa ra giải pháp chẩn đoán sự cố trong MBA phân phối 3

pha 22/0.4kV. Phần mềm ANSYS được sử dụng để xây dựng mô hình MBA phân

phối 22/0.4kV và mô phỏng MBA làm việc ở chế độ bình thường và một số chế độ

sự cố để tạo các tín hiệu điện và rung cơ học dùng cho nhận dạng. Mạng nơron

MLP với thuật toán học Levenberg – Marquadrt được sử dụng để chẩn đoán các

dạng sự cố trong MBA dựa trên các đặc tính được trích chọn từ các tín hiệu điện và

tín hiệu rung cơ học thu được từ mô phỏng bằng phần mềm ANSYS.2

3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Các tài liệu về phần mềm ANSYS và xử lý tín hiệu trong MBA được nghiên cứu để

xây dựng mô hình MBA phân phối 22/0.4kV trong các trạng thái làm việc bình

thường và sự cố. Mô hình MBA được xây dựng và mô phỏng trong phần mềm

ANSYS ở trạng thái làm việc bình thường và 5 trường hợp sự cố để lấy kết quả là

các tín hiệu điện và rung động cơ khí. Các tín hiệu này sẽ được phân tích và trích

chọn các thông số đặc trưng để tạo mẫu dành cho huấn luyện mô hình nhận dạng sử

dụng mạng nơron MLP với thuật toán học Levenberg – Marquadrt để chẩn đoán các

dạng sự cố tiềm ẩn trong MBA. Quá trình học và kiểm tra mạng MLP được thực

hiện trong môi trường Matlab với sự hỗ trợ của thư viện Neural Network Toolbox.

Bên cạnh các kết quả mô phỏng, luận án bước đầu thực nghiệm đo độ rung của

MBA với việc sử dụng cảm biến gia tốc trong thiết bị đo. Bước đầu đã đo được độ

rung của MBA ở chế độ làm việc bình thường với tải thay đổi.

pdf 147 trang chauphong 16/08/2022 320
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Luận án Xây dựng giải pháp chẩn đoán sự cố trong máy biến áp 3 pha sử dụng các phương pháp xử lý tín hiệu thông minh", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên

Tóm tắt nội dung tài liệu: Luận án Xây dựng giải pháp chẩn đoán sự cố trong máy biến áp 3 pha sử dụng các phương pháp xử lý tín hiệu thông minh

Luận án Xây dựng giải pháp chẩn đoán sự cố trong máy biến áp 3 pha sử dụng các phương pháp xử lý tín hiệu thông minh
i 
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN 
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP 
 
ĐÀO DUY YÊN 
XÂY DỰNG GIẢI PHÁP CHẨN ĐOÁN SỰ CỐ TRONG 
MÁY BIẾN ÁP 3 PHA SỬ DỤNG CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ 
TÍN HIỆU THÔNG MINH 
Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển tự động hóa 
Mã số: 9520216 
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT 
Người hướng dẫn KH: 1. PGS.TSKH. Trần Hoài Linh 
 2. PGS.TS. Trần Xuân Minh 
Thái Nguyên, năm 2021 
ii 
LỜI CAM ĐOAN 
Tôi xin cam đoan: bản luận án “Xây dựng giải pháp chẩn đoán sự cố trong 
máy biến áp 3 pha sử dụng các phương pháp xử lý tín hiệu thông minh” là công 
trình nghiên cứu của riêng tôi được hoàn thành dưới sự chỉ bảo tận tình của tập 
thể thầy giáo hướng dẫn khoa học. Các kết quả nghiên cứu trong luận án là trung 
thực, một phần được công bố trên các tạp chí khoa học chuyên ngành với sự 
đồng ý của các đồng tác giả, phần còn lại chưa được ai công bố trong bất kỳ 
công trình nào khác. 
Thái Nguyên, ngày ..... tháng ..... năm 2021 
Nghiên cứu sinh 
 Đào Duy Yên 
iii 
LỜI CẢM ƠN 
Trong quá trình làm luận án, tôi đã nhận được nhiều ý kiến đóng góp từ các thầy 
giáo, cô giáo, các anh chị và các bạn đồng nghiệp. 
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến PGS.TSKH. Trần Hoài Linh, PGS.TS. Trần Xuân 
Minh và Hội đồng Khoa học Khoa Điện - Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - 
ĐH Thái Nguyên 
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo Khoa Điện - Trường Đại học Kỹ 
thuật Công nghiệp - ĐH Thái Nguyên và các đồng nghiệp ở Viện nghiên cứu phát 
triển công nghệ cao về kĩ thuật công nghiệp Nhà trường và gia đình đã có những ý 
kiến đóng góp quí báu và tạo các điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình hoàn 
thành luận án. 
Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - 
ĐH Thái Nguyên, phòng Đào tạo (Bộ phận sau đại học) Nhà trường đã tạo nhiều 
điều kiện tốt nhất về mọi mặt để tôi hoàn thành luận án này. 
 Tác giả luận án 
 Đào Duy Yên 
iv 
MỤC LỤC 
LỜI CAM ĐOAN .................................................................................................... ii 
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................ iii 
DANH MỤC CÁC BẢNG ..................................................................................... xi 
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ....................................................................... xii 
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU .............................................................................. xiii 
MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1 
1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI........................................................................ 1 
2. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU ................................................................................ 1 
3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........................................................................ 2 
4. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU ............................................................................. 2 
5. PHẠM VI NGHIÊN CỨU ................................................................................... 2 
6. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI .................................... 3 
7. NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN ..................................................... 3 
8. BỐ CỤC LUẬN ÁN............................................................................................ 3 
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẨN ĐOÁN SỰ CỐ 
TRONG MÁY BIẾN ÁP ......................................................................................... 5 
1.1. Ý NGHĨA CỦA BÀI TOÁN CHẨN ĐOÁN SỰ CỐ MÁY BIẾN ÁP .............. 5 
1.2. MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP CHẨN ĐOÁN SỰ CỐ MBA ................................ 6 
1.2.1. Các công trình nghiên cứu ngoài nước ........................................................... 6 
1.2.2. Các công trình nghiên cứu trong nước ......................................................... 13 
1.2.3. Những tồn tại của các phương pháp chẩn đoán sự cố trong và ngoài nước ... 14 
1.2.4. Đề xuất của luận án ...................................................................................... 14 
1.3. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 ............................................................................... 15 
CHƯƠNG 2: ......................................................................................................... 16 
CƠ SỞ LÝ THUYẾT CÁC ĐỀ XUẤT CỦA LUẬN ÁN ...................................... 16 
2.1. HIỆN TƯỢNG RUNG TRONG MÁY BIẾN ÁP ........................................... 16 
2.1.1. Rung động của cuộn dây .............................................................................. 16 
2.1.2. Rung động của lõi thép ................................................................................ 17 
2.2. NHU CẦU GIÁM SÁT ĐỘ RUNG MÁY BIẾN ÁP ...................................... 18 
2.3. PHÂN TÍCH RUNG ĐỘNG THEO MIỀN TẦN SỐ ...................................... 19 
2.3.1. Cơ sở của việc đáp ứng tần số ...................................................................... 19 
2.3.2. Phạm vi áp dụng của phương pháp............................................................... 20 
v 
2.3.3. Nhận xét phương pháp phân tích rung động theo miền tần số ...................... 21 
2.4. PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN ....................................................... 21 
2.4.1. Giới thiệu chung phương pháp phần tử hữu hạn ........................................... 21 
2.4.2. Sơ đồ tính toán bằng phương pháp phần tử hữu hạn ..................................... 24 
2.4.3. Hệ phương trình Maxwell tổng quát cho trường điện từ. .............................. 25 
2.4.4. Mối liên hệ giữa mật độ dòng điện và phương trình từ thế vectơ A
 
. ............ 28 
2.5. ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN TRONG PHẦN MỀM 
ANSYS MAXWELL ĐỂ XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN MBA ......................... 30 
2.5.1. Phương trình trường điện từ ......................................................................... 30 
2.5.2. Hệ phương trình cơ học ............................................................................... 33 
2.5.3. Ghép nối bài toán trường điện từ và bài toán cơ học .................................... 36 
2.6. MẠNG NƠRON MLP .................................................................................... 38 
2.6.1. Cấu trúc mạng nơron MLP [40] ................................................................... 39 
2.6.2. Quá trình học mạng nơron MLP .................................................................. 41 
2.6.3. Thuật toán bước giảm cực đại ...................................................................... 43 
2.6.4. Thuật toán Levenberg – Marquardt cho mạng MLP ..................................... 44 
2.7. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 ............................................................................... 45 
CHƯƠNG 3: ......................................................................................................... 47 
XÂY DỰNG MÔ HÌNH TRONG PHẦN MỀM ANSYS CHO MBA PHÂN PHỐI 
TRONG MỘT SỐ TRƯỜNG HỢP SỰ CỐ ........................................................... 47 
3.1. GIỚI THIỆU CHUNG PHẦN MỀM ANSYS ................................................ 47 
3.1.1. Một số module chính của phần mềm ANSYS .............................................. 48 
3.1.2. Khối chức năng mô phỏng điện từ ANSYS Maxwell ................................... 48 
3.1.3. Khối chức năng mô phỏng kết cấu ANSYS Structure .................................. 49 
3.1.4. Khối chức năng xây dựng mô hình ANSYS desing modeler và ANSYS 
meshing ................................................................................................................. 49 
3.1.5. Khối chức năng ANSYS mechanical workbench ......................................... 50 
3.1.6. Khối chức năng mô phỏng ANSYS mechanical ........................................... 51 
3.2. XÂY DỰNG MÔ HÌNH MBA PHÂN PHỐI 400KVA 22-0.4KV Y-Y0 
TRONG ANSYS ................................................................................................... 52 
3.2.1. Nguyên lý làm việc của MBA ...................................................................... 52 
3.2.2. Xây dựng mô hình MBA phân phối 400kVA 22-0.4kV Y-Y0 ..................... 53 
vi 
3.3. XÂY DỰNG CÁC MÔ HÌNH CHUẨN BỊ CHO QUÁ TRÌNH MÔ PHỎNG 
TRẠNG THÁI LÀM VIỆC BÌNH THƯỜNG VÀ TRẠNG THÁI SỰ CỐ CỦA 
MBA PHÂN PHỐI ................................................................................................ 59 
3.3.1. Mô hình chia lưới MBA làm việc ở trạng thái bình thường .......................... 60 
3.3.2. Mô hình chia lưới MBA làm việc khi sự cố các cuộn dây bị nới lỏng theo thời 
gian ....................................................................................................................... 61 
3.3.3. Mô hình chia lưới MBA làm việc khi sự cố chập 2 vòng dây 5%, 10% tổng số 
vòng dây cuộn cao áp pha B .................................................................................. 63 
3.3.4. Mô hình chia lưới MBA làm việc khi sự cố lỏng bulông gá cuộn dây .......... 64 
3.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 ............................................................................... 65 
CHƯƠNG 4: ......................................................................................................... 66 
KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM ..................................................... 66 
4.1. BỘ DỮ LIỆU TÍN HIỆU ĐIỆN, CƠ LẤY TỪ MÔ PHỎNG TRONG PHẦN 
MỀM ANSYS ....................................................................................................... 66 
4.1.1. Trường hợp MBA hoạt động bình thường, tải 50% (trường hợp A-1) .......... 66 
4.1.2. Trường hợp sự cố ngắn mạch chập hai vòng dây cao áp ............................... 70 
4.1.3. Trường hợp sự cố nới lỏng vòng dây ........................................................... 71 
4.1.4. Trường hợp sự cố nới lỏng bu lông gá cuộn dây .......................................... 72 
4.1.5. Trường hợp sự cố chập 5% số vòng dây....................................................... 74 
4.1.6. Trường hợp sự cố chập 10% số vòng dây ..................................................... 75 
4.1.7. Nhận xét các kết quả mô phỏng ................................................................... 76 
4.2. KẾT QUẢ HUẤN LUYỆN MẠNG MLP ...................................................... 77 
4.2.1. Các thông số đặc trưng của tín hiệu thu thập từ MBA .................................. 77 
4.2.2. Kết quả huấn luyện mạng MLP .................................................................... 80 
4.3. THỰC NGHIỆM TRÊN MBA PHÂN PHỐI .................................................. 87 
4.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 4 ............................................................................... 94 
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................... 95 
KẾT LUẬN ............................. ... uts_05 InputAll_5 OutputAll_5 
load Data_Preprocessing_15inputs_08 InputAll_8 OutputAll_8 
load Data_Preprocessing_15inputs_10 InputAll_10 OutputAll_10 
XLearn = [InputAll_5; InputAll_8; InputAll_10]; 
DLearn = [OutputAll_5; OutputAll_8; OutputAll_10]; 
tt = 1: length(DLearn); 
%% Take for each group of 13 samples, take first 10 for training 
%% and last 3 for testing 
cut_idx = 10; 
idx_learn = find(rem(tt-1,13)<cut_idx); 
idx_test = find(rem(tt-1,13)>=cut_idx); 
XTest = XLearn(idx_test, :); 
DTest = DLearn(idx_test); 
XLearn = XLearn(idx_learn, :); 
DLearn = DLearn(idx_learn); 
%% Randomize the weights of MLP for a new learning 
rng(123,'twister') 
%% Number of hidden neurons 
hidden=3; 
BestErr = inf; 
%% Randomize 50 networks and train 
IterCount=50; 
BestNet=[]; 
for k=1:IterCount 
 disp(sprintf('Iter: %d',k)) 
 MLP=newff(XLearn',DLearn', [hidden], {'tansig', 'purelin'}, 
 'trainlm'); 
 MLP.trainParam.epochs=200; 
 MLP.divideParam.trainRatio = 1; 
 MLP.divideParam.valRatio = 0; 
122 
 MLP.divideParam.testRatio = 0; 
 MLP.trainParam.goal = 5e-4; 
 [MLP_post, tr] = train(MLP,XLearn',DLearn'); 
 yTest=sim(MLP_post,XLearn'); 
 yTest=yTest'; 
 SSEVec = sum((yTest - DLearn).^2,2); 
 meanSSE = mean(SSEVec); 
 if (meanSSE<BestErr) 
 BestErr = meanSSE; 
 BestNet = MLP_post; 
 tr_best = tr; 
 end; 
end; 
yLearn=sim(BestNet,XLearn'); 
yLearn=yLearn'; 
SSEVec = sum((yLearn - DLearn).^2,2); 
meanSSE = mean(SSEVec); 
MaxSSE = max(SSEVec) 
yTest=sim(BestNet,XTest'); 
yTest=yTest'; 
SSEVec_test = sum((yTest - DTest).^2,2); 
meanSSE_test = mean(SSEVec_test); 
MaxSSE_test = max(SSEVec_test) 
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
%% Plotting the results %% 
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
[a,b]=sort(DLearn'); 
tt = 1: length(DLearn); 
plotDLearn = DLearn(b); 
plotyLearn = yLearn(b); 
[a_test,b_test]=sort(DTest'); 
tt_test = 1: length(DTest); 
123 
plotDTest = DTest(b_test); 
plotyTest = yTest(b_test); 
figure(1) 
plot(1:length(idx_learn), plotDLearn, '*', 
1:length(idx_learn),plotyLearn,'o',1:length(idx_learn),abs(plotDLearn-
plotyLearn),'m', [1, length(idx_learn)], [0.5, 0.5], '--k') 
xlabel('Sample number') 
legend('Destination','MLP Output','Error','0.5 Threshold', 
'Location','NorthWest') 
title('Learning results') 
figure(2) 
plot(1:length(idx_test), plotDTest, '*', 
1:length(idx_test),plotyTest,'o',1:length(idx_test),abs(plotDTest-
plotyTest),'m', [1, length(idx_test)], [0.5, 0.5], '--k') 
xlabel('Sample number') 
legend('Destination','MLP Output','Error','0.5 
Threshold','Location','NorthWest') 
title('Testing results') 
B.2. Ví dụ tính toán kiểm tra mạng MLP đã huấn luyện 
Ví dụ tính toán cho một mẫu tín hiệu đầu vào (mẫu số 1 trong bộ số liệu kiểm tra) 
 Tín hiệu đầu vào 
x = [x1,...,x15] = [0.0001, 0.0004, 0.0061, 37.3399, 6.3138, 
25.8010, 30.8834, 5.3090, 19.5523, 308.3533, 260.7647, 458.0543, 
4.4098, 325.3161, 325.3161] 
Đầu ra đích cần đạt d = 1 (MBA ở chế độ bình thường) 
Mạng MLP đã huấn luyện (như đã trình bày ở mục 4.2): 
 Ma trận ghép nối giữa 15 đầu vào và 3 nơron ẩn W R3x15 : 
Các cột từ 1 đến 5: 1:3,1: 5 W 
1 2 5 4
2 5 3
1 5 3
8.040 8.120 10 5.390 10 1.028 10 3.923 10
12.800 1.461 9.840 10 5.556 10 1.833 10
3.237 11.954 9.776 10 8.519 10 9.252 10
    
    
    
Các cột từ 6 đến 10: 1:3,6 :10 W 
124 
3 3 5 6 5
2 3 3 4 6
4 3 3 5 5
2.816 10 2.780 10 7.516 10 8.656 10 4.521 10
1.746 10 6.145 10 1.172 10 1.166 10 9.453 10
2.930 10 6.234 10 4.777 10 9.843 10 5.673 10
     
      
     
Các cột từ 11 đến 15: 1:3,11:15 W 
5 5 3 4 4
5 5 3 3 3
3 4 4 4 3
9.147 10 1.643 10 1.477 10 2.750 10 1.315 10
1.813 10 2.859 10 3.198 10 4.128 10 1.767 10
2.864 10 4.976 10 7.064 10 9.501 10 1.249 10
     
     
     
 Véc-tơ các giá trị phân cực cho 3 nơron ẩn Wj0 R3x1 : 
0
2
5.919
1.358
8.944 10
j
  
W 
 Ma trận ghép nối giữa 3 nơron ẩn và nơron đầu ra (duy nhất) V R3x1 : 
5 11.270.10 5.193.10 2.752 V
 Giá trị phân cực của nơron đầu ra :  00 2.732V . 
Các bước tính toán: 
 Tổng đáp ứng đầu vào của ba nơ-rôn ẩn (công thức (2.64)): 
u = [u1,...,u3] = [-5.8422, -1.4659, 0.4696] 
 Đầu ra của ba nơ-rôn ẩn (công thức (2.65)): 
v = [v1,...,v3] = [-1.0000, -0.8988, 0.4379] 
 Đầu ra của mạng MLP (công thức (2.67)): 
y = 1.0609 
 Kết quả sau làm tròn về số nguyên gần nhất: d = round(y) = 1 -> MBA 
ở chế độ bình thường (Kết quả chính xác). 
125 
C. THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐO ĐỘ RUNG CỦA MBA 
C.1. Sơ đồ khối của hệ thống đo 
Trong khuôn khổ luận án này, NCS đề xuất thử nghiệm một hệ thống đo giám sát 
trực tuyến độ rung MBA sử dụng cảm biến gia tốc 3 trục với những tính năng như 
sau: 
 Tốc độ lấy mẫu 500 mẫu/giây, lưu dữ liệu đo vào thẻ nhớ SD để đảm bảo 
thời gian lưu liên tục trong 48 giờ, 
 Thiết bị nhỏ gọn có thể đo di động và gắn được trên các máy biến áp, 
 Có thể kết nối với máy tính để đọc dữ liệu từ thẻ nhớ SD vào máy tính để 
xử lý tiếp, 
 Thiết bị có thể chạy nguồn điện lưới hay chạy pin. 
Thiết bị còn có một số tính năng phụ để thuận tiện trong quá trình vận hành thiết bị 
như: có màn hình LCD, khối thời gian thực. Một số thông số của thiết bị: 
Đặc tính kỹ thuật Thông số kỹ thuật 
Nguồn cung cấp 6÷48 VDC, 0.5A 
Cổng truyền thông USB, I2C, SPI để kết nối với PC, MPU6050 và thẻ nhớ SD 
LCD 2x16 ký tự 
Từ những mục đích yêu cầu trên xuất ra sơ đồ khối của thiết bị như sau: 
Hình PL.1: Sơ đồ khối hệ thống đo 
126 
C.2. Nguyên lý hoạt động của một số phần tử chính trong thiết bị đo 
C.2.1. Khối cảm biến 
Sử dụng cảm biến gia tốc MPU 6050 với sơ đồ nguyên lý mạch in như sau: 
1
2
3
4
MPU6050
VCC GND
10K
R7
104
C13
VCC
GND
SCK
DATA10K
R18
VCC
(a) (b) 
Hình PL.2: Cảm biến gia tốc MPU 6050 (a) và sơ đồ nguyên lý khối MPU 6050 (b) 
C.2.2. Bộ nhớ ngoài 
Trong luận án này sử dụng thẻ nhớ SD có dung lượng lớn 2G thỏa mãn được yêu 
cầu lưu trữ kết quả đo trong thời gian dài (có thể lưu liên tục trong 48 giờ). 
6
5
4
3
2
1
MMC
Header 6
GND
SCK1
MOSI1
MISO1
VCC
GND
CS1
104
C10
(a) (b) 
Hình PL.3: Thẻ nhớ dung lượng cao SD và sơ đồ nguyên lý thẻ nhớ SD 
C.2.3. Khối Realtime 
Sử dụng DS1307 đây là chip đồng hồ thời gian thực (RTC: Real-time clock). Khái 
niệm thời gian thực ở đây được dùng với ý nghĩa thời gian tuyệt đối mà con người 
127 
đang sử dụng, tính bằng giây, phút, giờ Chip này có 7 thanh ghi 8-bit chứa thời 
gian là: giây, phút, giờ, thứ (trong tuần), ngày, tháng, năm. 
BTBattery3.3V
GNDGND
SCL_I2C
VCC
SDA_I2C
CX1
CX2
VCC
VCC GND
32K
GND
4K7
R2
4K7
R3
104
C1
VCC GND
1uF
C19
Tu Tantalum
X1
1
X2
2
VBAT
3
GND
4
SDA
5
SCL
6
SQW/OUT
7
VCC
8
U1
DS1307
Hình PL.4: Sơ đồ nguyên lý khối Retime DS1307 
C.2.4. Khối nguồn 
GND
VCC
24V
GND
IN
1
3
OUT
2
GND
5
ON/OFF
FEEDBACK
4
T1
LM2576_(dan)
D1
3A
100mH
L1
Cuon cam (dan)
VCC
10uF
C11
10uF
C12
GND
24V
1 2
470R
R8
1
2
DC
Hình PL.5: Sơ đồ nguyên lý khối nguồn 
C.2.5. Khối LCD 
Yêu cầu đối với thiết bị đo là có màn hình LCD hiển thị được thông số hoạt động 
của thiết bị. Thiết bị đo sử dụng màn hình LCD của hãng Hitachi (2x16) là màn 
hình hiển thị thông dụng. 
128 
1 2
3 4
5 6
7 8
9 10
LCD
CABLE 10
VCCGND
V0
P3.6
P3.0
P3.4
P3.5
P3.3
P3.1
P3.2
(a) (b) 
Hình PL.6: Màn hình LCD 2x16 (a) và sơ đồ nguyên lý ghép nối vào mạch 
C.2.6. Khối vi xử lý trung tâm 
Từ các chức năng của thiết bị đo nên vi xử lý trung tâm cần có các chuẩn truyền 
thông cơ bản để ghép nối với các thiết bị ngoại vi (bộ nhớ ngoài, PC, retime, LCD, 
MPU6050 ). PSoC (Programmable System On Chip) là dòng vi xử lý có khả năng 
tích hợp các chức năng ghép nối cơ bản nên có tính mở, tính linh hoạt, khả năng kết 
nối cao với các thiết bị ngoại vi. Cho phép tạo ra được các thiết bị nhỏ gọn, với 
những giao diện thông dụng nhất, thiết bị sẽ có đầy đủ các chức năng cần thiết, 
thuận tiện cho người sử dụng. 
VCC
GND
P
0
(7
)
4
0
P
0
(5
)
4
1
P
0
(3
)
4
2
P
0
(1
)
4
3
P
2
(7
)
4
4
P
2
(5
)
1
P
2
(3
)
2
P
2
(1
)
3
SMP
8
P1(7)/SCL
13
P1(5)/SDA
14
P1(3)
15
P1(1)/XTALin/SCL
16
Vss
17
P1(0)/XTALout/SDA
18
P1(2)
19
P1(4)/EXTCLK
20
P1(6)
21
XRES
26
P
2
(0
)
3
1
P
2
(2
)
3
2
P
2
(4
)/
E
X
T
 A
G
N
D
3
3
P
2
(6
)/
E
X
T
 V
R
E
F
3
4
P
0
(0
)
3
5
P
0
(2
)
3
6
P
0
(4
)
3
7
P
0
(6
)
3
8
V
d
d
3
9
P4(0)
27
P4(2)
28
P4(4)
29
P4(6)
30
P4(7)
4
P4(5)
5
P4(3)
6
P4(1)
7
P3(7)
9
P3(5)
10
P3(3)
11
P3(1)
12
P3(0)
22
P3(2)
23
P3(4)
24
P3(6)
25
U3
CY8C29566-24AXI
XRES
SCL
SDA
V
2
V
1
K5
K4
K3
K2
S
C
L
_
I2
C
S
D
A
_
I2
C
P4_0
P4_1
P4_2
P4_3
P4_4
P4_5
P4_6
K1
RE/DE
TXD
RXD
MISO_PSOC
IN4
IN5
CSN_PSOC
MOSI_PSOC
IN6
D
A
T
A
S
C
K
VCC
GND
1
2
3
4
5
P4
Programming
VCC
GND
XRES
SCL
SDA
GND
LED
470R
R9
104
C17
VCC
GND
104
C18
1 2
S
C
K
1
M
O
S
I1
M
IS
O
1
C
S
1
L
E
D
IN
1
IN
2
IN
3
Hình PL.7: Sơ đồ nguyên lý khối vi xử lý PSoC CY8C29566 
129 
Dòng vi xử lý PSoC bên trong có tích hợp các khối tương tự như: Bộ chuyển đổi 
ADC, các bộ khuếch đại, các bộ lọc... tiện lợi cho việc sử dụng và giảm linh kiện 
cho hệ thống. Bên cạnh đó còn có các khối số có thể lập trình được như: Bộ truyền 
thông SPI MASTER hay SPI SLAVE, I2C... hơn nữa nó có thể kết nối mềm dẻo 
giữa các khối chức năng với nhau hoặc giữa các khối với cổng vào ra, chính vì vậy 
mà vi xử lý PSoC có thể thay thế cho một số hệ thống cơ bản chỉ trên cùng một 
chip. Do đó IC PSoC hoàn toàn thích hợp làm vi xử lý trung tâm cho thiết bị đo. 
Lựa chọn sử dụng PSoC CY8C29566 của hãng Cypress. 
C.2.7. Khối truyền thông 
Thiết bị đo đa kênh có thể giao tiếp với máy vi tính theo giao thức truyền nhận 
thông tin nối tiếp với máy vi tính qua cổng USB. Thiết bị sử dụng IC driver PL2302 
để đồng bộ chuẩn UART đã được tích hợp trên vi xử lý PsoC với chuẩn USB. 
V33
GND
GND
GND
VCC_PC
GND
GND
RXD
TXD
GND
VCC
USB+
USB-
GND
Y1
12MHz
VCC_PC
GND
VCC_PC
1uF
C7
Tu Tantalum
104
C8
1uF
C9
Tu Tantalum
1K5
R4
27R
R5
27R
R6
104
C2
22p
C3
22p
C4
104
C6
GND
1
2
3
4
USB_COM
Header 4Hien
TXD
1
DTR_N
2
RST_N
3
VCCIO
4
RXD
5
RI_N
6
GND
7
NC
8
DSR_N
9
DCD_N
10
CTS_N
11
SHTD_N
12
EE_CLK
13
EE_DATA
14
USBDP
15
USBDM
16
VO_33
17
GND
18
NC
19
VCC
20
GND
21
GP0
22
GP1
23
NC
24
AGND
25
PLL_TEST
26
OSC1
27
OSC2
28
U2
PL2303HX
GND
DM
DP
Hình PL.8: Sơ đồ nguyên lý khối truyền thông PL2302 
130 
C.3. Mạch in 
Mặt trên 
Hình PL.9: Mặt trên của mạch in 
Mặt dưới 
Hình PL.10: Mặt dưới của mạch in 
131 
C.4. Lưu đồ thuật toán hoạt động của vi xử lý và cảm biến gia tốc 
132 
C.5. Hình ảnh thiết bị đã đóng vỏ 
133 
D. KẾT QUẢ ĐO XA CỦA ĐIỆN LỰC THÁI NGUYÊN CHO TRẠM ĐH 
CÔNG NGHIỆP 3 (ngày 15/9/2020) 

File đính kèm:

  • pdfluan_an_xay_dung_giai_phap_chan_doan_su_co_trong_may_bien_ap.pdf
  • docxBản giải trình.docx
  • doctom tắt(Tiếng việt).doc
  • pdftóm-tắt-tiếng anh.pdf
  • pdfTRANG-THÔNG-TIN-LUẬN-ÁN-TIẾN-SĨ (1).pdf