(TIỂU LUẬN) báo cáo kỹ THUẬT điện THUẬT MẠCH INVERTER

GVHD: Võ Thị Ngọc Bích Sinh viên: Trần Phan Mạnh Cường BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO KỸ THUẬT ĐIỆN THUẬT MẠCH INVERTER Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN, ĐIỆN TỬ Giảng viên hướng dẫn : Th.s Võ thị Bích Ngọc Sinh viên thực MSSV: 1511020081 : Trần Phan Mạnh Cường Lớp: 15DDC02 TP Hồ Chí Minh, ngày….tháng….năm 2022 GVHD: Võ Thị Ngọc Bích Sinh viên: Trần Phan Mạnh Cường LỜI CẢM ƠN L hướng dẫn bảo tận tình thời gian em làm Đồ án mơn học vừa qua, đặc biệt ờiđầutiênemxinchânthànhcảmơntấtcảqthầy/cơgiáođã Viện Kỹ Thuật Hutech tạo điều kiện thuận lợi cho em hồn thành đồ án Em vơ biết ơn Cơ Võ Thị Bích Ngọc người trực tiếp hướng dẫn bảo tận tình cho em hồn thành Đồ án Mạch INVERTER Vì lần đầu làm đồ án thiết kế thi công mạch, với kiến thức thời gian hạn chế nên khơng tránh khỏi thiếu sót Với mong muốn học hỏi, em mong nhận góp ý q thầy, giáo bảo, hướng dẫn thêm để em rút kinh nghiệm cho đồ án tốt Xin chân thành cảm ơn Thành phố Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2022 Sinh viên thực ……………………… GVHD: Võ Thị Ngọc Bích Sinh viên: Trần Phan Mạnh Cường Viện: KỸ THUẬT HUTECH PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN: …………………………… Họ tên sinh viên/ nhóm sinh viên giao đề tài (sĩ số nhóm……): Tên đề tài : Các liệu ban đầu : Nội dung nhiệm vụ : Kết tối thiểu phải có: 1) 2) 3) 4) Ngày giao đề tài: ……./…… /……… Ngày nộp báo cáo: ……./…… /……… Sinh viên thực (Ký ghi rõ họ tên) GVHD: Võ Thị Ngọc Bích Sinh viên: Trần Phan Mạnh Cường NHẬN XÉT GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Họ tên sinh viên: Trần Phan Mạnh Cường Lớp: 15DDC02 Mã số sinh viên: 1511020081 Tên đề tài: Mạch Auto INVERTER Ưu điểm: Nhược điểm: Điểm đánh giá: Ngày….tháng….năm 2022 Giáo viên hướng dẫn Th.S Võ Thị Bích Ngọc GVHD: Võ Thị Ngọc Bích Sinh viên: Trần Phan Mạnh Cường MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỒ ÁN…………………………… ………5 1.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI………………………………… …………….5 1.2 MỤC TIÊU CHỌN ĐỀ TÀI…………………………………… …… CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT…………………………… ………….6 2.1 IC NE555………………………………………………… ……… .6 2.2 ĐIỆN TRỞ 2.3 TRANSISTOR 2N222 10 2.4 ZENNER DIODE:“DIODE XUNG – 1N4148” 13 2.5 IRF840 15 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH 18 3.1 Sơ đồ khối chức khối 18 3.1.1 Sơ đồ khối 18 3.1.2 Chức khối 18 3.2 TÍNH TỐN THIẾT KẾ MẠCH, NGUN LÝ CHI TIẾT 19 3.2.1 Khối nguồn 19 3.2.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH 19 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 23 4.1 KẾT LUẬN 23 4.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 23 GVHD: Võ Thị Ngọc Bích Sinh viên: Trần Phan Mạnh Cường CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỒ ÁN 1.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Với tiến nhân loại, nhu cầu tiêu hao lượng ngày lớn, đời inverter Inverter biết công nghệ biến tần, công nghệ áp dụng rộng rãi thiết bị điện lạnh Cơng nghệ inverter biến dịng điện chiều thành dịng điện xoay chiều, qua giúp thiết bị kiểm sốt cơng suất hoạt động, tránh tiêu hao nhiều lượng hoạt động Chính nhiều loại inverter đời để phục vụ đời sống Vì vậy, việc trang bị kiến thức inverter lý quan trọng q trình tìm hiểu cơng nghệ tự động hóa 1.2 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI Điện tử ứng dụng rộng rãi phổ biến lĩnh vực nên với sinh viên học ngành kỹ thuật yêu cầu cần phải trang bị kiến thức điện, điện tử để phân tích, thiết kế, thi cơng, lắp đặt vận hành, bảo trì, bảo dưỡng thiết bị điện tử, dây chuyền sản xuất công nghiệp Nhằm mục đích áp dụng kiến thức học lý thuyết môn kỹ thuật điện tử vào thiết kế ứng dụng thực tế nên em định chọn thực đề tài: “Thiết kế mạch Inverter” Với việc thực đồ án môn học nhằm giúp em hiểu chức linh kiện dùng mạch, liên kết chúng việc thiết kế mạch điện tử sử dụng linh kiện điện tử Ngoài ra, việc thực đồ án giúp em hiểu được: cách tính tốn thiết kế mạch; biết sử dụng phần mềm Proteus để mô thiết kế PCB cho mạch điện tử; biết cách kiểm tra số vấn đề linh kiện mạch có hư hỏng,… GVHD: Võ Thị Ngọc Bích Sinh viên: Trần Phan Mạnh Cường CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 IC NE555 Ký hiệu Hình ảnh thực tế Cấu tạo Cấu tạo bên gồm có điện trở mắc nối tiếp để chia điện áp nguồn (Vcc) thành phần giúp tạo nên điện áp chuẩn Điện áp ⅓ Vcc nối với chân dương OP – AMP điện áp ⅔ Vcc lại nối với chân âm OP – AMP Trong trường hợp điện áp chân nhỏ ⅓ Vcc chân S= lúc FF kích hoạt Khi điện áp chân số mà lớn ⅔ Vcc chân R FF= AF reset Thơng số kỹ thuật Điện áp đầu vào: 4.5-16V Dịng điện cung cấp : 10mA - 15mA Điện áp logic mức cao : 0.5 - 15V Điện áp logic mức thấp : 0.03 - 0.06V Công suất lớn : 600mW Nhiệt độ hoạt động: – 70oC IC NE555 mạch tích hợp hãng CMOS sản xuất, linh kiện phổ biến để tạo xung PWM thay đổi tần số tùy thích NE555 làm việc với sơ đồ mạch đơn giản, điều chế độ rộng xung Vì vậy, NE555 sử dụng loạt đếm thời gian, hệ xung, dao động ứng dụng GVHD: Võ Thị Ngọc Bích Sinh viên: Trần Phan Mạnh Cường NE555 sử dụng để cung cấp cho chậm trễ thời gian, dao động, yếu tố flip-flop Các dẫn xuất cung cấp lên đến bốn mạch thời gian gói Cấu trúc bên NE555 tương đương với 20 transitor, 15 điện trở diode phụ thuộc vào nhà sản xuất Trong mạch tương đương có: đầu vào kích thích, khối so sánh, khối điều khiển chức hay cơng suất đầu Một số đặc tính 555 là: Điện áp cung cấp nằm khoảng từ 4V đến 16V, dòng cung cấp từ đến mA Khi làm việc chế độ ổn định kép NE555 hoạt động flip-flop, pin DIS không kết nối không sử dụng tụ điện Chế độ đơn ổn - chế độ NE55 hoạt động nguồn phát xung Chế độ tự – NE555 hoạt động tạo dao động Ứng dụng  Mạch điều chỉnh độ sáng bóng đèn  Mạch đèn led nhấp nháy  Mạch báo động âm dùng SCR  Mạch báo nguồn điện  Mạch khóa nghiêng  Cảnh báo mắt điện  Máy nhịp điệu âm  Máy nhịp điệu âm GVHD: Võ Thị Ngọc Bích Sinh viên: Trần Phan Mạnh Cường  Trigio Smith  Dao IC 555 trog thí nghiệm âm  Mạch nhấp nháy LED 2.2 ĐIỆN TRỞ Ký hiệu hình ảnh thực tế Điện trở đại lượng vật lý, viết tắt R với tên tiếng anh Resistor Điện trở định nghĩa đại lượng đặc trưng cho tính chất cản trở dịng điện vật liệu GVHD: Võ Thị Ngọc Bích Sinh viên: Trần Phan Mạnh Cường Vạch màu thứ nhất: Chỉ giá trị hàng trăm giá trị điện trở Vạch màu thứ hai: Chỉ giá trị hàng chục giá trị điện trở Vạch màu thứ ba: Chỉ giá trị hàng đơn vị giá trị điện trở Vạch màu thứ 4: Chỉ hệ số nhân với giá trị số mũ 10 dùng nhân với giá trị điện trở Vạch màu thứ 5: Chỉ giá trị sai số điện trở Ví dụ: Một điện trở có vạch màu xanh dương, vàng, đỏ, nâu, nâu, ứng với chữ số 6,4,2,1,1 Giá trị tính sau: 642×10^1±1%=6420Ω±1% 2.3 Transistor 2N2222 Ký hiệu Hình ảnh thực tế 2N2222 transistor sử dụng rộng rãi thiết bị thương mại, dự án giáo dục Transistor có nhiều tính tốt kích thước nhỏ Ví dụ, dịng điện cực góp transistor 600mA, tốt để sử dụng làm cơng tắc để điều khiển nhiều tải lúc mạch điện tử Công suất tiêu tán cực góp tối đa transistor 625mW, nên transistor lý tưởng để sử dụng giai đoạn khuếch đại âm khuếch đại đầu để điều khiển loa âm nhỏ Điện áp cực đại phát transistor 40V, người dùng sử dụng mạch hoạt động 40V DC 10 GVHD: Võ Thị Ngọc Bích Sinh viên: Trần Phan Mạnh Cường Cấu tạo Transistor 2N2222 có cấu tạo gồm lớp bán dẫn ghép với thành mối nối P-N, thuộc loại transistor nghịch NPN Transistor 2N2222 sản xuất theo chuẩn TO92, thứ tự chân từ trái qua phải: E B C Sơ đồ chân Transistor 2N2222 có điện áp giới hạn lên tới Uce = 30V, dòng điện giới hạn Transistor 2N2222 Ic = 800mA Hệ số khuếch đại hFE Transistor 2N2222 lên đến 75 Transistor 2N2222 hoạt động dải nhiệt độ từ -55oC ~ 150oC Transistor 2N2222 transistor công suất 500mW, nhiên Thông số kỹ thuật Model: NPN – TO92 Điện áp cực đại: VCBO = 60V VCEO = 30V VEBO = 5V Dòng điện cực đại: IC = 800mA Nhiệt độ làm việc: -55oC ~ 150o Nguyên lý hoạt động Transistor ngược hay thuận có hoạt động khác nhau, xét hoạt động transistor NPN theo sơ đồ: 11 GVHD: Võ Thị Ngọc Bích Sinh viên: Trần Phan Mạnh Cường Ta cấp nguồn chiều UCE vào hai cực C E Trong (+) nguồn vào cực C, (-) nguồn vào cực E Cấp nguồn chiều UBE qua công tắc trở hạn dòng vào hai cực B E, cực (+) vào chân B cực (-) vào chân E Khi công tắc mở, ta thấy hai cực C E cấp điện khơng có dịng điện chạy qua, lúc dịng IC = Khi cơng tắc đóng, mối P – N phân cực thuận có dịng điện chạy từ nguồn (+) UBE qua cơng tắc tới R hạn dòng qua mối BE cực (-) tạo thành dòng IB Ngay dòng IB xuất hiện, dòng IC chạy qua mối CE làm bóng đèn phát sáng, dịng IC mạnh gấp nhiều lần dòng IB Như rõ ràng dòng IC hồn tồn phụ thuộc vào dịng IB, có cơng thức IC = β.IB Trong đó: IC là dòng chạy qua mối CE IP dòng chạy qua mối BE βLà hệ số khuếch đại transistor Khi có điện UCE điện tử lỗ trống vượt qua mối tiếp giáp P-N để tạo thành dòng điện, xuất dòng IBE lớp bán dẫn P cực mỏng nồng độ pha tạp thấp, số điện tử tự từ lớp bán dẫn nhỏ số điện tử vào lỗ trống tạo thành dịng IB Cịn lại phần lớn số điện tử bị hút phía cực C tác dụng điện áp UCE tạo thành dòng ICE chạy qua transistor Đối với hoạt động PNP: 12 GVHD: Võ Thị Ngọc Bích Sinh viên: Trần Phan Mạnh Cường Transistor PNP có hoạt động tương tự transistor NPN cực tính nguồn điện UCE UBE ngược lại Dòng IC từ E sang C dòng IB từ E sang B Ứng dụng Bộ tiền khuếch đại âm Các giai đoạn khuếch đại âm Chuyển đổi nhiều tải lúc (Nhờ đầu 600mA gói TO-92 nhỏ) Cặp Darlington Mạch RF Mạch cảm biến 2.4 ZENNER DIODE: “DIODE XUNG – 1N4148” Ký hiệu Hình ảnh thực tế 1N4148 la loại diode đóng cắt tốc độ cao, dịng điện, điện áp thấp, cấu tạo từ hai lớp tiếp xúc P-N Đây loại diode có thời gian phục hồi nhanh Đóng cắt xung có tần số cao đường truyền tín hiệu xung mạch tín hiệu 1N4148 khơng giống diode chỉnh lưu thơng thường Ngồi có chức đóng cắt tần số cao cịn có chức của diode thông thường Nhưng thường sử dụng cho mạch đóng cắt với tần số cao., hay để ngăn tín hiệu ngược với cơng suất thấp Thông số kỹ thuật Điện áp ngược : 75V Thời gian phục hồi : 4ns Dòng điện thuận : 300mA Công suất tiêu tán : 500mW 13 GVHD: Võ Thị Ngọc Bích Sinh viên: Trần Phan Mạnh Cường Nhiệt độ hoạt động : -65 ~ 175 độ C Sơ đồ chân Chức diode 1N4148 1N4148 sử dụng nhiều ứng dụng điện tử khác Nó sử dụng có yêu cầu tạo dịng điện xoay chiều thành chiều Nó sử dụng để chặn xung điện áp để bảo vệ linh kiên điện tử không bị cháy bên hư hỏng Nó sử dụng mạch logic ky tht sơ Hơn hoạt động tốt mạch sạc pin, mạch cấp nguồn mạch nhân đôi điện áp Cach chạy lâu dài an tồn mạch Để có hiệu suất lâu dài với diode 1N4148 mach, bạn nên kiểm tra dấu cực âm diode sơ đồ để đặt vào cực mạch điện tử Khơng cấp dịng điện điện áp nhiêu gia tri ghi thông số kỹ thuật lưu trữ hoạt động nhiệt độ -65 độ C +175 độ C Các ứng dụng Chuyển mach tốc độ cao Chuyển mach chung Chỉnh lưu Bảo vệ linh kiên Chặn điện áp đến không cần thiết Lọc tín hiệu 14 GVHD: Võ Thị Ngọc Bích Sinh viên: Trần Phan Mạnh Cường 2.5 IRF840 Ký hiệu Hình ảnh thực tế IRF840 MOSFET kênh N đóng gói TO-220 Nó thiết kế cho ứng dụng điện áp cao lên đến 500V với khả chuyển mạch tốc độ cao Nó sử dụng cho mục đích cơng tắc khuếch đại Là cơng tắc, điều khiển tải tối đa 8A tải lên tới 30A chế độ xung Thiết bị sử dụng nhiều ứng dụng điện áp cao nguồn điện, điều khiển động cơ, UPS, … Ngoài IRF840 kết nối điều khiển trực tiếp với đầu mạch tích hợp Cơng suất tiêu tán tối đa 125W sử dụng mạch khuếch đại âm Thơng số kỹ thuật Loại gói: TO-220 Loại transistor: Kênh N Điện áp tối đa từ cực máng đến cực nguồn: 500V Điện áp tối đa từ cực cổng đến cực nguồn phải là: ± 20V Dòng cực máng liên tục tối đalà: 8A Dòng cực máng xung tối đa là: 32A Công suất tiêu tán tối đa là: 125W Điện áp tối thiểu cần thiết để dẫn: 2V đến 4V Nhiệt độ lưu trữ hoạt động phải là: -55 đến +150 độ C Sơ đồ chân 15 GVHD: Võ Thị Ngọc Bích Sinh viên: Trần Phan Mạnh Cường Nơi sử dụng cách sử dụng IRF640 sử dụng mạch mà bạn muốn điều khiển tải điện áp cao lên đến 500V với dịng tải lên tới 8A Nó sử dụng mạch cần chuyển mạch tốc độ cao Ngồi ra, bạn sử dụng trực tiếp đầu IC, vi điều khiển tảng điện tử khác Arduino Raspberry Pi để điều khiển tải Ngồi ra, sử dụng để xây dựng khuếch đại âm công suất lớn Các ứng dụng Mạch sạc pin Ứng dụng lượng mặt trời Các ứng dụng yêu cầu chuyển mạch nhanh Trình điều khiển / Bộ điều khiển động AC Trình điều khiển / Bộ điều khiển động DC Nguồn cung cấp điện liên tục Cách chạy an tồn mạch Để có hiệu suất lâu dài, tốt hết sử dụng linh kiện mức độ vừa đủ giới hạn tối đa Do đó, Điện Tử Tương Lai khuyên bạn nên sử dụng linh kiện mức 80% khả thấp 20% so 16 GVHD: Võ Thị Ngọc Bích Sinh viên: Trần Phan Mạnh Cường với định mức tối đa Điện áp tải tối đa mà IRF840 xử lý 500V khơng tải q 400V Dịng cực máng tối đa 8A khơng điều khiển tải 6.4A vận hành transistor nhiệt độ -55 độ C +150 độ C 17 GVHD: Võ Thị Ngọc Bích Sinh viên: Trần Phan Mạnh Cường CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH 3.1 Sơ đồ khối chức khối 3.1.1 Sơ đồ khối KHỐI NGUỒN CÔNG TẮC KHỐI TẢI KHỐI HIỂN THỊ 3.1.2 Chức khối Khối nguồn Chức cung cấp nguồn cho hệ thống mạch hoạt động Nếu ta cung cấp không đủ nguồn q điện áp với linh kiện mạch không hoạt động bị hư hỏng Khối tải Nhận nguồn từ khối nguồn để dẫn tới khối biến tần Khối biến tần thiết bị làm thay đổi tần số dòng điện đặt lên cuộn dây bên động thơng qua điều khiển tốc độ động cách vô cấp, không cần dùng đến hộp số khí Biến tần sử dụng linh kiện bán dẫn để đóng ngắt dòng điện đặt vào cuộn dây động để làm sinh từ trường xoay làm quay động Cơng tắc Nhận tín hiệu ngõ khối biến tần để tiến hành điều khiển ngắt hay bật tải hoạt động Khối hiển thị Nhận nhiệm vụ hiển thị từ khối biến tần truyền tới 18 GVHD: Võ Thị Ngọc Bích Sinh viên: Trần Phan Mạnh Cường 3.2 TÍNH TỐN THIẾT KẾ MẠCH, NGUN LÝ CHI TIẾT Sơ đồ nguyên lý mạch 3.2.1 Khối nguồn 3.2.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH Inverter hoạt động dựa việc kiểm soát tần số dao động Tùy theo thiết kế bo mạch bên ngun lí hoạt động diễn đơn giản Dòng điện xoay chiều biến đổi thành nguồn điện chiều Quá trình chuyển đổi thực chỉnh lưu cầu tụ điện Lúc này, hệ số công suất cosφ không phụ thuộc vào tải có giá trị ≥ 0.96 19 GVHD: Võ Thị Ngọc Bích 3.4 SƠ ĐỒ MẠCH THI CƠNG Sơ đồ mạch thi cơng Sơ đồ mạch PCB 20 GVHD: Võ Thị Ngọc Bích Sinh viên: Trần Phan Mạnh Cường Sơ đồ mạch 3D 21 GVHD: Võ Thị Ngọc Bích Sinh viên: Trần Phan Mạnh Cường Sơ đồ thực tế 22 GVHD: Võ Thị Ngọc Bích Sinh viên: Trần Phan Mạnh Cường CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 4.1 Kết luận Mạch inverter sử dụng biến tần chạy đươc, thực chưa ổn định Mạch hạn chế cần khắc phục, mạch inverter sử dụng biến tần công nghệ áp dụng rộng rãi thiết bị điện lạnh, giúp thiết bị kiểm sốt cơng suất hoạt động, tránh tiêu hao nhiều lượng hoạt động, mạch cồng cành, nhiều chổ trống, thẩm mỹ chưa bắt mắt 4.2 Hướng dẫn phát triển Nếu sử dụng rộng rãi mạch sử dụng để điều khiển thiết bị làm mát nhà, xí nghiệp, thiết bị điện tử,… giảm đến tiêu hao nhiều lượng, giúp tiết kiệm nhiều lượng 23 GVHD: Võ Thị Ngọc Bích Sinh viên: Trần Phan Mạnh Cường Tài liệu tham khảo Ths Võ Thị Bích Ngọc / Ths Nguyễn Thị Ngọc Anh – Giáo trình kỹ thuật điện tử – Đại học công nghệ HUTECH- 2016 Ths Bùi Hữu Hiên – Giáo trình thực tập công nhân điện tử - Đại học công nghệ HUTECH – 2016 Website http://www.alldatasheet.com https://machdienlythu.vn/tim -hieu - nguyen - tac -hoat -dong -ic - khuech dai -thuat - toan - 741/ https://automation.net.vn/The -gioi - cam -bien/Cam -bien - nhiet - -la - gi Chi - tiet - ve-khai -niem -nguyen -ly - hoat - dong - va-huong -dan -cach - ung dung - cua -tung -loai - cam -bien - nhiet.html https://www.christianlouboutinoutlets.org/cau - tao- cua -relay -5-chan - vaung - dung/ https://html.alldatasheet.com/html -pdf/76165/MICROSEMI/ 1N4148 1/819/2/1N4148 - 1.html https://www.alldatasheet.com/datasheet pdf/pdf/354281/MCC/ 2N3904.html 24 ... tạo dao động Ứng dụng  Mạch điều chỉnh độ sáng bóng đèn  Mạch đèn led nhấp nháy  Mạch báo động âm dùng SCR  Mạch báo nguồn điện  Mạch khóa nghiêng  Cảnh báo mắt điện  Máy nhịp điệu âm... FF kích hoạt Khi điện áp chân số mà lớn ⅔ Vcc chân R FF= AF reset Thơng số kỹ thuật Điện áp đầu vào: 4.5-16V Dịng điện cung cấp : 10mA - 15mA Điện áp logic mức cao : 0.5 - 15V Điện áp logic mức... tốt mạch sạc pin, mạch cấp nguồn mạch nhân đơi điện áp Cach chạy lâu dài an tồn mạch Để có hiệu suất lâu dài với diode 1N4148 mach, bạn nên kiểm tra dấu cực âm diode sơ đồ để đặt vào cực mạch điện