Đang tải... (xem toàn văn)
Trong quá trình học môn đồ án Điện tử công suất, em được nhận đề tài: “Thiết kế bộ nguồn cấp một chiều cho UPS, công suất 5KVA, điện áp ra 110V, tần số 60 Hz”. Toàn bộ đồ án được chia làm các chương sau|:Chương 1: Tổng quan chung về bộ nguồn UPSChương 2: Tính toán và lựa chọn bộ biến đổi cho bộ nguồn UPSChương 3: Lựa chọn và tính toán mạch lựcChương 4: Lựa chọn và tính toán mạch điều khiển
LỜI NÓI ĐẦU Sự đời ,phát triển nhanh ngày hoàn thi ện linh ki ện ện tử, đặc biệt vi xử lý tạo thay đổi sâu sắc phát tri ển m ạnh mẽ thiết bị điện-điện tử, chẳng hạn máy tính, thiết bị điều ển khả trình, tổng đài điện thoại, truyền liệu, chiều sáng hầm đường, nh ững hệ th ống giám sát xử lý cơng nghiệp Nhằm đảm bảo tính liên tục kh ả cung c ấp điện cho tải nhạy cảm mà không phụ thuộc vào tr ạng thái c ấp, phương pháp dụng nguồn dự trữ làm việc tin cậy, đặc bi ệt nguồn làm việc “giao diện công suất” nguồn cung cấp tải Trong q trình học mơn đồ án Điện tử công suất, em nhận đề tài: “Thiết kế nguồn cấp chiều cho UPS, công suất 5KVA, ện áp 110V, t ần số 60 Hz” Toàn đồ án chia làm chương sau|: Chương 1: Tổng quan chung nguồn UPS Chương 2: Tính tốn lựa chọn biến đổi cho nguồn UPS Chương 3: Lựa chọn tính tốn mạch lực Chương 4: Lựa chọn tính tốn mạch điều khiển Do kiến thức hạn chế, phạm vi thời gian có hạn, l ượng kiến th ức l ớn nên khơng khỏi có sai sót Em mong nh ận đ ược s ự góp xây d ựng c thầy, cô giáo bè bạn để đồ án hoàn thiện h ơn Em xin chân thành cảm ơn! MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BỘ NGUỒN UPS .5 1.1.Giới thiệu UPS 1.1.1 Cung cấp lượng cho tải nhạy cảm 1.1.2 Giải pháp dùng UPS 1.1.3 Ứng dụng UPS thực tế .7 1.1.4 Ưu nhược điểm UPS 1.2 Phân loại UPS 1.3 Sơ đồ nguyên lý chung UPS 12 1.4 Giới thiệu chung acqui 14 1.4.1 Khái niệm 14 1.4.2 Cấu tạo acquy: 14 1.4.3.Các thông số acquy .14 1.4.4 Đặc tính nạp acquy 15 1.4.6 Sự khác acquy kiềm acquy axit 17 1.4.7 Các phương pháp nạp acquy tự động 18 CHUONG II: LỰA CHỌN TÍNH TỐN M ẠCH CH ỈNH L ƯU .20 2.1 Phân loại sơ đồ chỉnh lưu ứng dụng 20 2.2 Chỉnh lưu cầu pha đối xứng điều khiển hoàn toàn .22 2.3 Thiết kế mạch lực .24 2.3.4 Tính tốn thơng số máy biến áp .27 2.3.5 Bảo vệ điện áp cho van .27 CHƯƠNG III: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN .29 3.1 Cấu trúc tổng quát mạch điều khiển 29 3.1.1 Khâu đồng pha tạo điện áp đồng 30 3.1.2 Khâu tạo điện áp cưa .32 3.1.3 Khâu so sánh 34 3.1.4 Khâu tạo xung chùm 35 3.1.5 Khâu khuếch đại xung biến áp xung .37 3.1.6 Khâu tách xung .40 Chương IV: mô mạch lực mạch điều khiển .42 4.1 Sơ đồ 42 4.1.1 Sơ đồ mạch lực 42 4.1.2 Sơ đồ mạch điều khiển .42 4.2 Đồ thị điện áp dòng điện 42 KẾT LUẬN 46 Tài liệu tham khảo 47 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BỘ NGUỒN UPS 1.1.Giới thiệu UPS Hinh 1: Hình ảnh UPS UPS(Uninterruptible Power Supply) hiểu hệ thống nguồn cung c ấp liên tục hay đơn giản lưu trữ điện dự phòng nhằm làm tăng độ tin cậy cung cấp điện cho hệ thống Nó cung cấp điện tạm th ời nh ằm trì s ự ho ạt động thiết bị sử dụng điện lưới gặp cố (mất điện, sụt giảm điện áp thấp, cố khác, …) khoảng thời gian với cống suất giới hạn Ở Việt Nam, UPS gọi là: lưu điện hay lưu điện, cục lưu điện, M ột nguồn lưu điện tốt đảm bảo khả làm việc tin cậy, kéo dài th ời gian s dụng thiết bị dùng điện mang lại hiệu kinh tế cho doanh nghi ệp Hiện nay, nhu cầu sử dụng lượng điện ngày tăng, vi ệc đ ầu t cho hệ thống lưới điện đòi hỏi nhiều kinh phí dẫn tới tình trạng thiếu h ụt điện chất lượng điện suy giảm Từ yêu cầu thiết bị mức độ nguồn điện liên tục ch ất lượng, UPS phân thành dịng sản phẩm cơng nghệ như: UPS offlne đơn thuần, UPS offline công nghệ Line-interactive, UPS online,UPS tĩnh, UPS quay 1.1.1 Cung cấp lượng cho tải nhạy cảm Sự cố nguồn lượng điện xẩy q trình lắp đ ặt trang thiết bị đầu vào hệ thống (quá tải, nhiễu, cân pha, s ấm sét, …) Những cố gây hậu khác Về mặt lý thuyết: Hệ thống phân phối lượng điện tạo m ột ện áp hình sin với biên độ tần số thích hợp để cung cấp cho thi ết b ị ện (400V-50Hz chẳng hạn) Trong thực tế, sóng hình sin điện áp dịng điện t ần s ố b ị ảnh hưởng phạm vi khác cố xuất hệ thống Đối với hệ thống cung cấp điện: Có thể bị cố gián đoạn cung cấp điện vì: Hiện tượng nhiễm điện bầu khí (thường khơng tránh khỏi).Điều ảnh hưởng đến đường dây ngồi trời cáp chơn, chẳng hạn: -Sấm sét làm điện áp tăng đột ngột hệ thống cung cấp điện -Sương giá làm cho đường dây bị đứt Những tượng ngẫu nhiên, chẳng hạn: -Cành rơi gây gắn mạch đứt dây -Đứt cáp đào đất -Sự hư hỏng hệ thống cung cấp Những thiết bị dùng điện ảnh hưởng đến hệ thống cung cấp Lăp đặt công nghiệp, chẳng hạn: -Động gây điện áp rơi nhiễm RF trình khởi động -Những thiết bị gây nhiễm: lị luyện kim, máy hàn, … gây ện áp r nhiễm RF Những hệ thống điện tử công suất cao: - Thang máy, đèn huỳnh quang Những cố ảnh hưởng đến việc cung cấp lượng điện cho thiết bị có th ể phân thành loại sau: Lệch điện áp Ngừng hoạt động Tăng đột ngột điện áp Thay đổi tần số Xuất sóng hài Nhiễu tần số cao… 1.1.2 Giải pháp dùng UPS Điều cần ý trước hết cố hậu phương diện: -An toàn cho người -An toàn cho thiết bị, nhà xưởng -Mục tiêu vận hành kinh tế Từ phải tìm cách loại chúng Có nhiều giải pháp kỹ thuật khác cho vấn đề này, giải pháp so sánh sở hai tiêu chuẩn sau để đánh giá: -Liên tục cung cấp điện -Chất lượng cung cấp điện Về tính liên tục cung cấp điện: Cách cung c ấp ngu ồn d ự tr ữ M ột vài giải pháp kỹ thuật đảm bảo tính liên tục cung cấp điện: -Trong trình lắp đặt sử dụng vài nguồn khác tốt h ơn dùng m ột nguồn -Chia nhỏ mạch tải mạch ưu tiên không ưu tiên, cần lo ại b ỏ t ải không cần thiết -Lựa chọn điểm nối trung tính -Lựa chọn phương pháp kết nối Những giải pháp bổ sung cho hạn chế cố phát sinh trình lắp đặt Tuy nhiên, phương pháp nh ất đ ảm bào tính liên t ục cung cấp điện sử dụng nguồn trữ, tối thiểu cung c ấp cho t ải ưu tiên Nguồn đảm bảo cung cấp điện sau thời gian chuyển đ ổi, ph ụ thuộc vào nguồn ni thời gian dự trữ cực đại Cần ý thời gian chuy ển đổi dường bị gián đoạn,điều khơng chấp nhận được, việc loại bỏ thời gian thiết bị chuyển mạch tĩnh s d ụng kh ả đóng ngắt cực nhanh thiết bị điện tử công suất Về chất lượng cung cấp điện: Phương pháp đề cập đ ảm bảo tính liên tục cung cấp điện cho phù hợp với phụ tải, hạn chế hậu qu ả cố, ổn định trình lắp đặt, đặc biệt cho nh ững t ải ưu tiên cung cấp điện liên tục xảy cố nguồn 1.1.3 Ứng dụng UPS thực tế Hiện nhu cầu ứng dụng UPS lĩnh vực tin học, viễn thông, ngân hàng,y tế,hàng không lớn Số lượng UPS sử dụng gần 1/3 số lượng máy tính sử dụng Có thể lấy vài ví dụ thiết bị sử dụng UPS, máy tính, việc truyền liệu tồn thiết bị trạng thái quan trọng không cho phép điện UPS sử dụng ngành hàng không để đảm bảo thắp sáng liên tục đường băng sân bay Ứng dụng -Máy tính,mạng máy tính 1.Hệ thống máy tính nói chung -Máy in,hệ thống vẽ đồ thị,bàn phímvà thiết bị đầu cuối -Bộ điều khiển lập trình,hệ thống điều 2.Hệ thống máy tính cơng nghiệp số,điều khiển giám sát,máy tự động -Tổng đài điện thoại ,hệ thống truyền 3.Viễn thông liệu,hệ thống rađa Dụng cụ y tế,thang máy,thiết bị điề khiển xác,thiết bị đo nhiệt độ,bơm plastic 4.Y tế,công nghiệp -Đường hầm ,đường băng sân bay, 5.Chiếu sáng nhà công cộng -Máy quét hình,cung cấp lượng 6.Các ứng dụng khác cho máy bay Bảng 1 Ứng dụng UPS Nói tóm lại UPS nguồn điện dự phịng có mặt chỗ nơi, nơi đòi hỏi cao yêu cầu cấp điện liên tục 1.1.4 Ưu nhược điểm UPS +Ưu điểm việc sử dụng nguồn cung cấp điện liên tục UPS: Không chậm trễ việc chuyển đổi từ nguồn điện sang UPS Có thể hỗ trợ tốt so với máy phát điện về thời gian đáp ứng Người tiêu dùng chọn loại kích cỡ UPS, tùy thu ộc vào l ượng điện họ cần cung cấp cho thiết bị UPS hoạt động êm, không gây tiếng ồn Bảo trì hệ thống UPS rẻ so với máy phát điện +Nhược điểm việc sử dụng nguồn cung cấp điện liên tục UPS: Khơng có khả chạy thiết bị nặng – nguồn ắc quy, pin c UPS có giới hạn Độ bền phụ thuộc vào chất lượng ắc quy, pin Nếu sử dụng pin khơng đạt tiêu chuẩn, người dùng thay pin thường xuyên UPS cần cài đặt chuyên nghiệp Trong trạng điện lưới nguồn thường xuyên bị tải Dẫn đến nhi ều lúc điện đột ngột Về lâu dài ảnh hưởng đến hệ thống điều khiển trung tâm vận hành nhà máy sản uất, bệnh viện, tr ường h ọc, trung tâm liệu,… 1.2 Phân loại UPS Do yêu cầu thiết bị mức độ nguồn điện liên tục chất lượng, UPS phân thành dòng sản phẩm cơng nghệ sau:UPS Offline (đơn thuần), UPS Offline công nghệ Line-interactive, UPS Online, UPS tĩnh, UPS quay Trong loại phổ thơng UPS Offline, UPS Offline cơng ngh ệ Lineinteractive, UPS Online cịn lại UPS tĩnh, UPS quay sử dụng 1.2.1 UPS Offline Sơ đồ thể hai trạng thái làm việc UPS offline thông thường: Ở trạng thái lưới điện ổn định nguồn tiêu thụ sử dụng điện trực tiếp | lưới điện UPS lúc sử dụng nạp (charger) để nạp điện m ột cách tự động cho ắc quy mà Khi điện áp lưới điện không đảm bảo cao, thấp) ện lúc mạch điện chuyển sang dùng điện cung cấp từ ắc quy inverter Hinh Sơ đồ UPS Offline Qua ngun lý phân tích ta thấy r ằng th ời gian cung c ấp ện cho thiết bị tiêu thụ mà bị gián đoạn Sự gián đoạn gây vi ệc cung cấp nguồn điện khơng ổn định phía thiết bị tiêu thụ: Cũng qua sơ đồ, ta thấy UPS offline khơng có cơng d ụng ổn áp chúng s dụng điện lưới bình thường - đơn giản khơng có cố lưới ện thiết bị phía sau UPS đơn nối trực ti ếp với lưới điện thông qua rơ le (phần bypass sơ đồ 1.2.2 UPS offline với công nghệ Line interactive Khắc phục nhược điểm loại UPS offline thông thường loại UPS offline cơng nghệ Line interactive Do tích c ực nguyên lý ho ạt đ ộng nên chúng lại có giá thành cao so với loại UPS offline thông thường Hinh Sơ đồ UPS offline công nghệ Line interactive Ưu điểm UPS offline công nghệ Line interactive so với b ộ UPS thơng thường biến áp Điện áp xoay chiều thay đổi bơi biến áp b ằng cách thay đổi số vòng cuộn dây sơ cấp thứ cấp Các biến áp tự ngẫu thường thay đổi số vòng cuộn dây đầu vào tức cu ộn sơ c ấp đ ể có th ế thay đ ổi điện áp đầu Trường hợp điện áp cấp vào UPS bình thường , có nghĩa chúng x ấp x ỉ thông s ố đầu mạch UPS hoạt động khung hình phía bên trái, có nghĩa biến áp tự ngẫu lúc có số vịng dây sơ cấp thứ c ấp, khơng có s ự can thiệp vào điện áp đầu ra-và UPS hoạt động giống UPS thông thường Trong trường hợp điện áp lưới thấp so với điện áp chu ẩn, bi ến áp t ự ngẫu chuyển mạch sang bên nấc khác, làm cho điện áp đ ầu đ ảm b ảo thông số yêu cầu Trong trường hợp điện áp lưới điện cao so với thơng số chuẩn trường hợp Trong trường hợp điện lưới UPS công nghệ Line interactive chuyển mạch giống UPS thông thường: tức chúng ngắt nhánh qua bi ến áp t ụ ng ẫu sang sử dụng nhánh ắc quy với inverter UPS offline theo công nghệ line inverter tiến h ơn lo ại UPS offline truy ền thống: Chúng ổn định điện áp so với việc khơng có chút chức ổn áp loại offline truyền thống 1.2.3 UPS online Khắc phục hồn tồn nhược điểm loại UPS online, v ậy mà lo ại UPS thường có giá bán cao so v ới lo ại D ưới s đ nguyên lý làm việc đơn giản nó: Hinh UPS online Ở đây, thấy việc cấp điện cho thi ết bị tiêu th ụ hoàn tồn liên tục có cố lưới điện Nguồn điện lưới lúc không cung cấp điện trực tiếp cho thi ết b ị, mà chúng biến đổi thành dòng điện chiều tương ứng với điện áp ắc quy Ở mạch thể cung cấp từ ắc quy từ l ưới ện đ ến inverter để biến đổi thành điện áp đầu phù hợp với thiết bị sử d ụng Như vậy, thấy cố lưới điện UPS online cung cấp điện cho thiết bị sử dụng mà khơng có th ời gian tr ễ Điều làm cho thiết bị sử dụng an toàn, ổn định UPS online sễ luôn ổn định điện áp đầu vào lúc đ ược bi ến đ ổi xu ống mức điện áp ắc quy có dung lượng vơ lớn( khơng bị cố lưới điện) mạch inverter đóng vai trị ổn định điện áp Vì v ậy v ới lo ại UPS online có cơng dụng ổn áp cách triệt để 1.2.4 UPS tĩnh 10