THIẾT kế bộ CHUYỂN đổi

BÁO CÁO ĐỀ TÀI THIẾT KẾ BỘ CHUYỂN ĐỔI MỘT CHIỀU SANG XOAY CHIỀU Học phần Điện tử công suất Giảng viên Đặng Văn Hải Sinh vi. Có thể thấy, điện tử công suất là một trong những cơ sở cốt lõi của ngành mà mọi sinh viên đều cần nắm chắc để có kiến thức áp dụng vào các công việc. Môn học đưa ta một cái nhìn tổng quan về nhiệm vụ xử lý và điều khiển dòng năng lượng điện bằng cách cung cấp điện áp và dòng điện ở dạng thích hợp cho các tải. Từ đó, tải sẽ quyết định các thông số về điện áp, dòng điện, tần số và số pha tại ngõ ra của bộ biến đổi. Với vai trò và ý nghĩa thực tiễn nêu trên, nhóm sinh viên chúng em đã có những tìm hiểu và tham gia thực hiện đề tài “Thiết kế bộ nguồn chuyển đổi xaoy chiều sang một chiều” với các tham số:

BAN CƠ YẾU CHÍNH PHỦ HỌC VIỆN KỸ THUẬT MẬT MÃ KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG - - BÁO CÁO ĐỀ TÀI THIẾT KẾ BỘ CHUYỂN ĐỔI MỘT CHIỀU SANG XOAY CHIỀU Học phần: Điện tử cơng suất Giảng viên: Đặng Văn Hải Sinh viên: Đồn Duy Trung Nguyễn Văn Tài Lê Thị Minh Phương Hà Nội, tháng 07 năm 2021 MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI NÓI ĐẦU PHẦN 1: CƠ SỞ LÍ THUYẾT CHƯƠNG I : ỨNG DỤNG VÀ NGUYÊN LÝ MẠCH Ứng dụng Nguyên lí hoạt động mạch 2.1 Nguyên lí hoạt động 2.2 Mạch nghịch lưu CHƯƠNG II: THIẾT KẾ BỘ CHUYỂN ĐỔI NGUỒN DC SANG AC 32 Điện áp vào chiều: 12V; Điện áp xoay chiều: 220V, 50Hz 32 Nguồn chiều 12V 32 1.1 Tổng quan nguồn DC 12V 32 1.2 Các cơng thức tính mạch điện DC 33 IC tạo xung (LM555CM) 34 2.1 Tìm hiểu IC 555 34 2.2 Cấu tạo thông số kĩ thuật IC 555 35 2.3 Chức IC 555 36 2.4 Nguyên lí hoạt động IC 555 37 Transistor (Tip41A) 40 3.1 Khái niệm Transistor 40 3.2 Cấu tạo transistor 40 Tụ lọc 44 4.1 Khái niệm 44 4.2 Tác dụng tụ lọc nguồn 45 4.3 Cấu tạo tụ điện 45 Điện trở .46 5.1 Khái niệm điện trở 47 5.2 Cơng thức tính điện trở 47 Biến áp 48 6.1 Ký hiệu cấu tạo máy biến áp: .48 6.2 Nguyên lý hoạt động máy biến áp .51 MẠCH NGUYÊN LÝ 53 PHẦN 2: MÔ PHỎNG TRÊN MULTISIM CHƯƠNG I : LỰA CHỌN THÔNG SỐ LINH KIỆN TRÊN MULTISIMNI 54 Chi tiết thông số linh kiện .54 Linh kiện MultisimNI 14.0 55 Kết mô 57 Kết đo mô 58 CHƯƠNG 2: TỔNG KẾT .60 So sánh lí thuyết thực hành .60 Kết 60 Mở rộng vấn đề 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO .61 LỜI CẢM ƠN Chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo Đặng Văn Hải, thầy tận tình hướng dẫn giúp đỡ chúng em suốt trình làm đề tài Với bảo thầy, chúng em có định hướng tốt việc triển khai thực yêu cầu trình làm đề tài Chúng em xin chân thành cảm ơn dạy bảo giúp đỡ thầy giáo, cô giáo Học viện Kỹ thuật Mật mã trang bị kiến thức để chúng em hồn thành tốt báo cáo Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy giáo, cô giáo khoa Điện tử viễn thông Học viện góp ý tạo điều kiện cho chúng em việc tìm hiểu thực đề tài Xin cảm ơn tới người thân gia đình quan tâm suốt trình học tập làm đề tài Xin gửi lời cảm ơn tất bạn bè, đặc biệt bạn lớp DT3A giúp đỡ đóng góp ý kiến để hồn thành đề tài Chúng em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng 07 năm 2021 LỜI NÓI ĐẦU Cùng với phát triển ngành công nghiệp bán dẫn, ngành điện tử viễn thông bước sang trang với nhiều thành tựu to lớn Các phần tử bán dẫn công suất đóng vai trị trung tâm cơng nghệ biến đổi điện Có thể kể đến ngành kỹ thuật ứng dụng tiêu biểu truyền động điện, giao thông đường sắt, nấu luyện thép, gia nhiệt cảm ứng, điện phân cơng nghiệp hóa chất, nhiều thiết bị cơng nghiệp dân dụng khác Có thể thấy, điện tử công suất sở cốt lõi ngành mà sinh viên cần nắm để có kiến thức áp dụng vào công việc Môn học đưa ta nhìn tổng quan nhiệm vụ xử lý điều khiển dòng lượng điện cách cung cấp điện áp dịng điện dạng thích hợp cho tải Từ đó, tải định thơng số điện áp, dòng điện, tần số số pha ngõ biến đổi Với vai trò ý nghĩa thực tiễn nêu trên, nhóm sinh viên chúng em có tìm hiểu tham gia thực đề tài “Thiết kế nguồn chuyển đổi xaoy chiều sang chiều” với tham số: - Điện áp vào chiều: 12V - Điện áp chiều: 220 V, 50 Hz - Công suất  9W Đồ án công sức nỗ lực chúng em với hướng dẫn bảo tận tình thầy Đặng Văn Hải thầy cô khoa Điện tử viễn thông Tuy nhiên với thời gian trình độ cịn hạn chế nên khơng tránh khỏi sai sót, kính mong thầy đóng góp để đề tài bọn em hồn thiện Chúng em xin chân thành cảm ơn! PHẦN 1: CƠ SỞ LÍ THUYẾT CHƯƠNG I : Ứng dụng nguyên lý mạch Ứng dụng Không thể phủ nhận ứng dụng tuyệt vời của.việc sử dụng dòng điện xoay chiều xã hội đại ngày Nó xem điều kiện tiên đến.có thể vận hành tồn thiết bị, máy móc phục vụ cho nhu cầu sử dụng, làm việc chất lượng sống Trong đời sống sống ngày có thiết bị điện tử hoạt động điện áp xoay chiều với công suất nhỏ, đặc biệt có cố điện xoay chiều, người ta biến dòng điện chiều thành dòng điện xoay chiều công suất thấp qua chuyển đổi nguồn Việc đem lại lợi ích tích cực sống: - Tác dụng quang học: đèn chiếu sáng, đèn trang trí - Tác dụng nhiệt: máy sưởi mini, mỏ hàn mini - Tác dụng từ: chuông điện, nam châm điện - Tác dụng sinh lí, hố học… Nguyên lí hoạt động mạch 2.1 Nguyên lí hoạt động • IC tạo xung LM555CM: Tạo xung cho dịng điện • Mạch chuyển nguồn: chuyển dịng chiều sang xoay chiều • Mạch biến áp: Biến đổi điện áp dòng Mạch nghịch lưu 2.2 2.2.1 Khái niệm nghịch lưu Nghịch lưu độc lập thiết bị biến đổi dòng điện chiều thành dòng điện xoay chiều có tần số thay đổi làm việc với phụ tải độc lập Nguồn điện chiều thông thường điện áp chỉnh lưu, acquy nguồn điện chiều độc lập khác Nghịch lưu độc lập biến tần sử dụng rộng rãi lĩnhvực cung cấp điện từ nguồn độc lập acquy, hệ truyền động xoay chiều, giao thông, truyền tải điện năng, luyện kim… Người ta thường phân loại nghịch lưu theo sơ đồ, ví dụ nghịch lưumột pha, nghịch lưu ba pha Người ta phân loại chúng theo trình điện từ xảy ratrong nghịch lưu như: nghịch lưu áp, nghịch lưu dịng, nghịch lưu cộng hưởng Ngồi nhiều cách phân loại nghịch lưu hai cách phổ biến 2.2.2 Nghịch lưu dòng ➢ Nghịch lưu dòng pha Nghịch lưu dòng thiết bị biến đổi nguồn dòng chiều thành dịng xoay chiều có tần số tùy ý Đặc điểm nghịch lưu dòng nguồn chiều cấp điện cho biến đổi phải nguồn dịng, điện cảm đầu vào Ld thường có giá trị lớn vơ để dịng điện liên tục a) Nguyên lý làm việc Sơ đồ nghịch lưu pha trình bày hình 1.1 sơ đồ cầu hình 1.2 sơ đồ có điểm trung tính Xét sơ đồ cầu : Các tín hiệu điều khiển đưa vào đơi tiristoT1, T2 lệch pha với tín hiệu điều khiển đưa vào đơi T3, T4 góc 1800 Hình 1.1 Sơ đồ nghịch lưu cầu pha Hình 1.2 Sơ đồ nghịch lưu pha có điểm trung tính Điện cảm đầu vào nghịch lưu đủ lớn Ld =  dịng điện đầu vào san phẳng (hình 1.3), nguồn cấp cho nghịch lưu nguồn dòng dạng dòng điện nghịch lưu iN có dạng xung vng Khi đưa xung vào mở cặp van T1, T2, dòng điện iN = id = Id Đồng thời dòng qua tụ C tăng lên đột biến, tụ C bắt đầu nạp điện với dấu “+” bên trái dấu “-” bên phải Khi tụ C nạp đầy, dòng qua tụ giảm không DoiN = iC + iZ = Id = số, nên lúc đầu dòng qua tải nhỏ sau dịng qua tải tăng lên Sau nửa chu kỳ t = t1 người ta đưa xung vào mở cặp van T3, T4 Cặp T3, T4 mở tạo q trình phóng điện tụ C từ cực “+” cực “-” Dịng phóng ngược chiều với dòng qua T1 T2 làm cho T1 T2 bị khố lại Hình 1.3 Giản đồ xung nghịch lưu cầu pha Quá trình chuyển mạch xảy gần tức thời Sau tụ C nạp điện theo chiều ngược lại với cực tính “ + ” bên phải cực tính “ - ” bên trái, dịng nghịch lưu iN = id = Id đổi dấu Đến thời điểm t = t2 người ta đưa xung vào mở T1, T2 T3, T4 bị khóa lại trình lặp lại trước Như chức tụ C làm nhiệm vụ chuyển mạch cho tiristo Ở thời điểm t1, mở T3 T4 , tiristo T1 T2 bị khóa lại điện áp ngược tụ C đặt lên (hình 1.3) Khoảng thời gian trì điện áp ngược t1 t1’ cần thiết để trì q trình khóa phục hồi tính chất điều khiển van t1 - t1’ = tk toff ; toff thời gian khóa tiristo hay làthời gian phục hồi tính chất điều khiển Trong : .tk =  góc khóa nghịch lưu 10 5.1 Khái niệm điện trở Điện trở linh kiện điện tử có cơng dụng dễ hiểu để giảm dòng điện chảy mạch (hạn chế cường độ dòng điện) Đây câu trả lời cho nhiều người khơng biết resistor Trong tiếng Anh, resistor điện trở Khả giảm dòng điện điện trở gọi điện trở suất đo đơn vị ohms (đơn vị điện trở) 5.2 Cơng thức tính điện trở Nếu tạo tương tự với dòng nước chảy qua đường ống, điện trở ống mỏng làm giảm lưu lượng nước Cơng thức tính điện trở chiếu theo định luật Ohm ➢ Định luật Ohm Dòng điện I ampe kế (A) điện áp V điện trở tính vơn (V) chia cho điện trở R tính ohms (Ω): I=V/R Cơng suất tiêu thụ điện trở P tính watt (W) với I điện trở ampe (A) lần điện áp V điện trở tính vơn (V): P=I×V Cơng suất tiêu thụ điện trở P tính watt (W) với giá trị bình phương dòng điện I điện trở ampe (A) nhân điện trở R điện trở ohms (Ω): P=I2×R 47 Cơng suất tiêu thụ điện trở P tính watt (W) với giá trị bình phương điện áp V điện trở tính vơn (V) chia cho điện trở R điện trở ohms (Ω): P=V2/R Biến áp Biến áp linh kiện dùng để ngăn dòng chiều hai cuộn dây biến đổi giá trị điện áp (hoặc cường độ) dòng xoay chiều từ cuộn sang cuộn giữ nguyên tần số 6.1 Ký hiệu cấu tạo máy biến áp: Biến áp gồm hai hay nhiều cuộn dây tráng sơn cách điệu quấn chung lõi thép ( mạch từ ) Lõi biến áp sắt lá, sắt bụi hay khơng khí Cuộn dây đấu vào nguồn cung cấp gọi cuộn sơ cấp, cuộn đấu tải tiêu thụ gọi cuộn thứ cấp 48 Năng lượng từ cuộn sơ cấp snag cuộn thứ cấp thông qua cảm ứng điện từ, biến áp có tác dụng biến đổi chiều điện áp vào thành nhiều điện áp khác Khi hai cuộn dây quấn lõi biến áp biến áp tự ngẫy hay biến áp không cách ly điện Sơ đồ biến áp ➢ Lõi thép (Mạch từ) Lõi thép dùng để dẫn từ thông, chế tạo từ vật liệu dẫn từ tốt Được ghép từ thép kỹ thuật điện thành mạch vịng khép kín, thép mỏng mặt ngồi có sơn cách điện với bề dày từ 0,3 - 0,5mm Lõi thép gồm phần gồm Trụ Gông:  Trụ phần để đặt dây quấn  Gông phần nối liền trụ để tạo thành mạch từ kín 49 Hình ảnh trụ gông lõi thép ➢ Dây quấn Nhiệm vụ nhận lượng vào truyền lượng Dây quấn thường làm dây đồng nhơm, tiết diện trịn hay chữ nhật, bên ngồi có bọc cách điện Dây quấn gồm nhiều vòng dây lồng vào trụ thép, vòng dây, dây quấn dây quấn với lõi ép có cách điện Máy biến áp thường có hai nhiều dây quấn số vòng dây cuộn khác nhau, tùy thuộc vào nhiệm vụ máy biến áp 50 6.2 Nguyên lý hoạt động máy biến áp Cấu tạo máy biến áp Cuộn dây N1 (sơ cấp) cuộn dây N2 (thứ câp) quấn lõi thép khép kín Đặt điện áp xoay chiều U1 vào cuộn dây N1, cuộn dây xuất dòng điện I1 chạy dây dẫn, đồng thời dây dẫn xuất từ thông móc vịng cho hai cuộn N1 N2 Cuộn dây N2 nối với tải cuộn N2 xuất dòng điện I2 với điện áp U2 Như vậy, lượng dòng điện xoay chiều truyền từ dây quấn sang • Ở cuộn sơ cấp ta có: 𝑢1 = 𝑒1 = −𝑁1 𝛥𝜙 (17) 𝛥𝑡 • Ở cuộn thứ cấp ta có: 𝑢2 = 𝑒2 = −𝑁2 𝛥𝜙 (18) 𝛥𝑡 ➢ Các tham số kỹ thuật máy biến áp • Tỉ lệ điện áp : 𝑈1 𝑈2 = 𝑁1 𝑁2 =𝑘 (19) 51 Như vậy, muốn tăng điện áp cần tăng số vòng dây cuộn thứ cấp giảm số vòng dây cuộn sơ cấp ngược lại, muốn giảm điện áp cần giảm số vòng cuộn thứ cấp tăng số vịng cuộn sơ cấp • Tỉ số dòng điện: 𝐼1 𝐼2 = 𝑁2 𝑁1 = (20) 𝑘 Hệ thức cho ta thấy biến áp tăng làm hạ dòng ngược lại, biến áp hạ áp làm tăng dòng 6.3 Phân loại máy biến áp ➢ Biến áp nguồn ( biến áp cấp điện ) : biến áp làm việc tần số 50Hz – 60Hz để biến đổi điện áp lưới thành điện áp dòng điện đầu theo yêu cầu ➢ Biến áp cộng hưởng : làm tải cho tầng khuếch đại trộn tần, lọc tần, … ➢ Biến áp âm tần: làm việc tần số từ 20Hz- 20kHz, dẫn đến sử dụng tần số thấp => Sử dụng máy biến áp nguồn ( biến áp cấp điện ) để thiết kế mạch 52 MẠCH NGUYÊN LÝ Dòng điện DC qua IC555 tạo xung vuông tới mạch chuyển nguồn Khối tạo tín hiệu kích mở cho khối cơng suất Q1-Q4, Q5 dùng để đảo pha, hai tầng Q6,Q7 đảo pha Muốn cho Q1 dẫn Q4 phải dẫn Trong trường hợp Q1 dẫn xung mức => Q5 khóa lại UVE=0 => điện áp đặt vào bazo Q1 điện áp nguồn, đẩy Q1 vào trạng thái dẫn Muốn có dịng điện xoay chiều dây vào biến áp => Q4 phải dẫn Q7 khóa lại, Ve = nguồn (khơng bão hịa), Q4 dẫn => Q3, Q2 khóa lại, dịng điện chạy từ Q1 dương nguồn qua Q1 qua Q4 âm Đầu treo lên mức 1, điện áp nguồn cấp vào Q5 Q5,Q2 dẫn, Q1 khóa lại.Q2 dẫn =>Q3 dẫn dòng điện chảy từ dương nguồn qua Q3,Q2 âm nguồn tạo điện áp xoay chiều 53 PHẦN 2: MÔ PHỎNG TRÊN MULTISIM CHƯƠNG I : Lựa chọn thông số linh kiện MultisimNI Chi tiết thông số linh kiện Bước 1: Chọn nguồn 12V Bước 2: Chọn IC LM555 Để tần số đầu 50Hz thì: F= 1 = = 50hz (R1 + R ).C1 (1000 + 1000).10.10−6 Bước 3: Chọn tụ C1= 10  C2=100  Bước 4: Chọn R1-R11=1kOhm Bước 5: Chọn Transistor TIP41A Bước 6: Chọn biến áp tỉ lệ vòng dây 10:200 54 Linh kiện MultisimNI 14.0 ➢ Nguồn chiều (DC power) ➢ Biến áp (transformer 1P1S) 55 ➢ Transistor TIP41A ➢ Điện trở (resistor) ➢ Tụ điện (capacitor) 56 ➢ IC LMC555CM Kết mô 57 Kết đo mô Dòng vào biến áp Dòng biến áp Tần số dịng 58 Dạng sóng dịng xoay chiều 59 CHƯƠNG 2: TỔNG KẾT So sánh lí thuyết thực hành ➢ Kết tính tốn lí thuyết thực hành tương đồng ➢ Sai số không đáng kể linh kiện thiết bị đo Kết ➢ Đưa điện áp xoay chiều 220V 50Hz từ điện áp vào chiều 12V ➢ Mạch có ứng dụng đời sống ngày ➢ Nhận thấy mạch có nhược điểm khơng thể thay đổi linh động đầu vào đầu ra, gây nên bất tiện sử dụng trường hợp khác ➢ Củng cố kiến thức tích luỹ kinh nghiệm quý giá trình làm báo cáo thực hành, đặc biệt tinh thần làm việc nhóm Mở rộng vấn đề ➢ Phát triển lên mạch chuyển đổi nguồn DC (3V, 9V, 12V,…) sang AC ➢ Đưa vào ứng dụng mạch điện phổ thông cần sử dụng điện chiều (mạch sạc, mạch điều khiển, mạch đèn, mạch khuếch đại,…) ➢ Làm tảng cho đề tài nghiên cứu 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO ➢ Giáo trình : Điện tử Công suất - Đặng Văn Hải ➢ Link : https://bachkhoadientu.vn/ ➢ Link : https://kocher.vn/tu-dien-la-gi-nguyen-ly-lam-viec-cua-tu-dien-beptu.htm ➢ Link: https://dientutuonglai.com/ 61 ... mạch 2.1 Nguyên lí hoạt động 2.2 Mạch nghịch lưu CHƯƠNG II: THIẾT KẾ BỘ CHUYỂN ĐỔI NGUỒN DC SANG AC 32 Điện áp vào chiều: 12V; Điện áp xoay chiều: 220V, 50Hz 32 Nguồn... dịng điện, tần số số pha ngõ biến đổi Với vai trò ý nghĩa thực tiễn nêu trên, nhóm sinh viên chúng em có tìm hiểu tham gia thực đề tài ? ?Thiết kế nguồn chuyển đổi xaoy chiều sang chiều” với tham... điện • Mạch chuyển nguồn: chuyển dịng chiều sang xoay chiều • Mạch biến áp: Biến đổi điện áp dòng Mạch nghịch lưu 2.2 2.2.1 Khái niệm nghịch lưu Nghịch lưu độc lập thiết bị biến đổi dòng điện