(Đồ án hcmute) thiết kế và thi công mạch nghịch lưu sin chuẩn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH NGHỊCH LƯU SIN CHUẨN GVHD: HOÀNG NGỌC VĂN SVTH : ĐẶNG QUÀNG TIN MSSV: 13141366 SKL 0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 01/2018 an Trang i PHỤ BÌA BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ-CÔNG NGHIỆP §§§§§ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH NGHỊCH LƯU SIN CHUẨN GVHD: ThS Hoàng Ngọc Văn SVTH: Đặng Quàng Tin MSSV: 13141366 Tp Hồ Chí Minh - 01/2018 an Trang ii TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP CỘNG HỊA Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC Tp HCM, ngày 01 tháng năm 2018 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Chuyên ngành: Hệ đào tạo: Khóa: Đặng Quàng Tin Kỹ thuật Điện tử truyền thơng Đại học quy 2013 MSSV: 13141366 Mã ngành: 01 Mã hệ: Lớp: 13941DT I TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH NGHỊCH LƯU SIN CHUẨN II NHIỆM VỤ Các số liệu ban đầu:  Điện áp nguồn acquy vào 12Vdc 24Vdc Nội dung thực hiện:  NỘI DUNG 1: Tìm hiểu lý thuyết liên quan đến mạch nghịch lưu sin chuẩn  NỘI DUNG 2: Thiết kế tính tốn mạch DC-DC  NỘI DUNG 3: Thiết mạch tính tốn mạch DC-AC  NỘI DUNG 4: Thi công mạch điện  NỘI DUNG 5: Đánh giá kết thực III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 10/10/2017 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 10/01/2018 V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: ThS Hoàng Ngọc Văn CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP ThS Hồng Ngọc Văn an Trang iii TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP CỘNG HÒA Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC Tp HCM, ngày 15 tháng năm 2018 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Đặng Quàng Tin Lớp: 13941DT MSSV: 13141366 Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH NGHỊCH LƯU SIN CHUẨN Tuần/ngày Xác nhận GVHD Nội dung Gặp giáo viên hướng dẫn nhận nhiệm vụ đồ án Nộp đề cương đồ án tốt nghiệp Thiết kế sơ đồ khối hệ thống Thu thập tài liệu liên quan đến đồ án, xác định phương pháp thực 5+6 Thiết kế sơ đồ nguyên lý Chọn lựa linh kiện Mô mạch phần mềm multisim, hoàn thiện sơ đồ nguyên lý 8+9 Vẽ mạch PCB dựa theo sơ đồ nguyên lý 10 Thi công mạch DC-DC, DC-AC 11 Kiểm tra, tinh chỉnh mạch 12+13 Viết báo cáo đề tài 14+15 Kiểm tra tổng thể đề tài, hoàn thiện báo cáo GV HƯỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) Hoàng Ngọc Văn an Trang iv LỜI CAM ĐOAN Đề tài em tự thực dựa vào số tài liệu không chép từ tài liệu hay cơng trình có trước Người thực đề tài Đặng Quàng Tin an Trang v LỜI CẢM ƠN Trong suốt thời gian học tập trường, em nhận nhiều quan tâm, giúp đỡ thầy cơ, gia đình bạn bè Trước hết, em xin cảm ơn đến quý thầy cô trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh thầy giáo khoa Điện – Điện Tử truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm quý báu cho em Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến giáo viên hướng dẫn thầy Hồng Ngọc Văn Thầy tận tình theo sát, bảo, vạch hướng đắn, sửa chữa thiếu sót, cung cấp kiến thức, kinh nghiệm bổ ích cho em Cuối em xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè động viên, giúp đỡ trình học tập, nghiên cứu để em hồn thành đồ án tốt nghiệp Người thực đề tài Đặng Quàng Tin an Trang vi MỤC LỤC PHỤ BÌA i NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ii LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP iii LỜI CAM ĐOAN iv LỜI CẢM ƠN v MỤC LỤC vi LIỆT KÊ BẢNG viii LIỆT KÊ HÌNH ix TÓM TẮT xii Chương TỔNG QUAN .1 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ .1 1.2 MỤC TIÊU 1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 1.4 GIỚI HẠN .2 1.5 BỐ CỤC Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 BỘ NGHỊCH LƯU .4 2.1.1 Giới thiệu nghịch lưu .4 2.1.2 Nghịch lưu áp pha 2.2 PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN NGHỊCH LƯU ÁP 2.2.1 Tổng quan SPWM 2.2.2 Tạo sóng sin mẫu 2.3.1 Cầu H .9 2.3.2 IRF2113 với cầu H .12 2.4 CHUYỂN ĐỔI DC-DC TRONG BỘ NGHỊCH LƯU 15 2.4.1 Giới thiệu chuyển đổi DC-DC nghịch lưu .15 2.4.2 Nguồn Push-Pull converter 16 Chương TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ 24 3.1 GIỚI THIỆU .24 3.2 TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 24 3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống 24 3.2.2 Tính tốn thiết kế mạch 25 3.2.3 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 45 Chương THI CÔNG HỆ THỐNG 47 4.1 GIỚI THIỆU .47 4.2 THI CÔNG HỆ THỐNG 47 an Trang vii 4.2.1 Thi công mạch DC-DC 47 4.2.1 Thi công mạch DC-AC 50 4.2.2 Lắp ráp kiểm tra .54 4.3 MÔ PHỎNG 58 4.3.1 Mô dạng sóng KA3525 .58 4.3.2 Mô tạo sóng sin cầu wien 59 4.3.3 Tạo sin ngõ 60 4.4 VIẾT TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG, THAO TÁC 61 4.4.1 Viết tài liệu hướng dẫn sử dụng 61 4.4.2 Quy trình thao tác 61 Chương KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ 62 5.1 KẾT QUẢ MẠCH DC-DC 62 5.2 KẾT QUẢ MẠCH DC-AC 63 5.3 ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 66 Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 67 6.1 KẾT LUẬN 67 6.1.1 Phương pháp nghiên cứu 67 6.1.2 Phương tiện nghiên cứu 67 6.1.3 Vấn đề tồn .67 6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO 68 PHỤ LỤC .69 an Trang viii LIỆT KÊ BẢNG Bảng chương 2: Bảng Bảng thông số cho IC KA3525 19 Bảng chương 3: Bảng Hoạt động mosfet theo tín hiệu pwm 30 Bảng Kích thước lõi ETD49 30 Bảng 3 Thông số lõi ETD49 31 Bảng Bảng trạng thái IC 4030 43 Bảng Hin Lin theo SPWM 43 Bảng Sự phụ thuộc tín hiệu SD vào hai tín hiệu BT169 Enable 44 Bảng chương 4: Bảng Danh sách linh kiện mạch DC-DC 49 Bảng Danh sách linh kiện mạch DC-AC 53 an Trang ix LIỆT KÊ HÌNH Hình chương 2: Hình Kích đóng khóa cầu H(a) đồ thị điện áp tải (b) Hình 2 Hình nghịch lưu áp dạng nửa cầu (a) đồ thị điện áp tải (b) Hình Hình nghịch lưu áp pha dạng tia (a) đồ thị điện áp tải (b) Hình Dạng sóng ngõ nghịch lưu Hình Cách tạo tín hiệu SPWM Hình Mạch wien (a) hệ thống hồi tiếp (b) Hình Sơ đồ nguyên lý cầu wien Hình Hình minh họa cầu H 10 Hình Hình chiều dòng điện theo hướng thuận 10 Hình 10 Hình chiều dịng điện theo hướng nghịch 11 Hình 11 Hình thực tế sơ đồ chân IC IRF2113 16 chân dạng dán 12 Hình 12 Hình thực tế sơ đồ chân IC IRF2113 14 chân dạng cắm 12 Hình 13 Hình Bootstrap điều khiển mosfet bên cao 13 Hình 14 IRF2113 lái nửa cầu 14 Hình 15 IRF2113 lái mosfet bên cao 15 Hình 16 IRF2113 lái mosfet bên thấp 15 Hình 18 Hình Sơ đồ nguồn đẩy kéo 16 Hình 19 Hình thực tế IC sơ đồ chân KA3525 18 Hình 20 Sơ đồ nguyên lý IC 18 Hình 21 Dạng sóng ngõ KA3525 21 Hình 22 Hình biến áp thường 21 Hình 23 Hình biến áp xung 22 Hình chương 3: Hình Sơ đồ khối hệ thống 24 Hình Hình nguồn pin acquy 26 Hình 3 Sơ đồ nguyên lý khối tạo xung ổn áp 26 Hình Sơ đồ chân KA3525 27 Hình Linh kiện thực tế sơ đồ chân EL817 28 Hình Kích thước lõi Ferit ETD49 30 Hình Sơ đồ máy biến áp 31 an Chương THI CƠNG HỆ THỐNG Trang 55 Hình Mạch DC-DC lúc chưa hàn linh kiện Bước 1: Hàn linh kiện khu vực KA3525 sau tiến hành cấp nguồn vào đo dạng sóng ngõ pwm Bước 2: Hàn tất linh kiện lại Bước 3: Chỉ cấp nguồn 12V đo điện áp ngõ MC34063 xem có nguồn hay khơng Bước 4: Tiến hành đo áp Nếu chưa đủ áp tiến hành giảm điện áp hồi tiếp cho KA3525 đến đạt yêu cầu Mạch hàn xong linh kiện: an Chương THI CƠNG HỆ THỐNG Hình Mạch DC-DC hàn linh kiện b Lắp ráp mạch DC-AC an Trang 56 Chương THI CÔNG HỆ THỐNG Hình Mạch DC-AC lúc chưa hàn linh kiện Bước 1: Lắp linh kiện cho khối tạo 5V, dùng đồng hồ đo kiểm tra Bước 2: Lắp linh kiện cho khối tạo sóng sin mẫu Bước 3: Lắp linh kiện cho khối tạo xung vuông Bước 4: Lắp linh kiện cho khối tạo xung tam giác Bước 4: Lắp linh kiện cho khối so sánh Bước 5: Lắp linh kiện cho khối lái, cầu H an Trang 57 Chương THI CƠNG HỆ THỐNG Hình 10 Mạch DC-AC hàn linh kiện 4.3 MƠ PHỎNG 4.3.1 Mơ dạng sóng KA3525 Hình 11 Sơ đồ ngun lý mô an Trang 58 Chương THI CƠNG HỆ THỐNG Hình 12 Dạng sóng ngõ KA3525 4.3.2 Mơ tạo sóng sin cầu wien - Dùng phần mềm multisim để mơ phỏng: Hình 13 Sơ đồ nguyên lý mô cầu wien - Dạng sóng sin (cầu wien): an Trang 59 Chương THI CƠNG HỆ THỐNG Hình 14 Dạng sóng sin cầu wien 4.3.3 Tạo sin ngõ - Sơ đồ nguyên lý mô phần mềm multisim Hình 15 Sơ đồ nguyên lý tạo sin ngõ - Dạng sóng mơ được: an Trang 60 Chương THI CƠNG HỆ THỐNG Trang 61 Hình 16 Mơ dạng sóng ngõ Việc so sánh tín hiệu sóng sin tam giác, điều khiển đóng mở mosfet, lọc ngõ lọc LC thu sóng sin ngõ 4.4 VIẾT TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG, THAO TÁC 4.4.1 Viết tài liệu hướng dẫn sử dụng Bước 1: Kết nối jack cắm dây từ mạch DC-DC sang DC-AC Bước 2: Kết nối dây từ mạch DC-DC sang DC-AC Đây dây điện áp 311V Bước 3: Cấp nguồn cho hệ thống: nguồn 12Vdc 24Vdc lấy từ acquy Bước 4: Bật nút nguồn Đèn báo nguồn mạch DC-DC sáng đèn báo mạch DC-AC sáng Bước 5: Kết nối ngõ vào tải 4.4.2 Quy trình thao tác Hình 17 Quy trình thao tác an Chương KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ Chương Trang 62 KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ Trong 15 tuần nghiên cứu làm đề tài em đã: -Hiểu rõ hoạt động nguồn xung Kiểu nguồn đẩy kéo -Biết sử dụng IC S3525 để tạo pwm Tính tốn tần số, điện áp hồi tiếp -Biết điều khiển mosfet -Biết quấn máy biến áp xung -Biết kỹ thuật SPWM -Biết hoạt động cầu H với IRF2110 -Biết thiết kế mạch nguyên lý mạch in 5.1 KẾT QUẢ MẠCH DC-DC  Điện áp hồi tiếp 𝑉𝐹𝐵 : Hình Điện áp hồi tiếp  Mạch tạo điện áp -12V: an Chương KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ Hình Giá trị điện áp mạch tạo -12V Giá trị thực tế là: -13,62V so với tính tốn -13,75V  Điện áp ngõ DC-DC: Hình Giá trị điện áp mạch DC-DC Giá trị mong muốn 311V Thực tế 311.4V Mạch cho kết tốt 5.2 KẾT QUẢ MẠCH DC-AC  Mạch tạo sóng vuông: an Trang 63 Chương KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ Hình Dạng sóng vng đo Tần số đo 67.69Khz, với tính tốn 67.68Khz sai lệch nhỏ  Mạch tạo sóng tam giác: Hình 5 Dạng sóng tam giác đo Sóng tam giác đẹp, có tần số với sóng vng  Mạch tạo sóng sin: an Trang 64 Chương KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ Trang 65 Hình Dạng sóng sin mẫu Sóng sin đẹp có tần số 49.374Hz so với tín tốn 48.228Hz Có sai lệch nhỏ thực tế so với tính tốn - Đo ngõ ra: + Dạng sóng điện áp ngõ ra: Hình Dạng điện áp ngõ đo mạch DC-AC + Giá trị hiệu dụng đo thực tế ngõ ra: an Chương KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ Trang 66 Hình Điện áp hiệu dụng ngõ Có dạng sin đầu giá trị hiệu dụng chưa tốt Điện áp mong muốn 220Vac, mạch thực tế thi công đạt 190,7V Nếu chỉnh biến trở để thay đổi độ méo dạng biên độ sóng sin mẫu giá trị hiệu dụng lên 200V dễ sảy tượng dòng 5.3 ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC  Mạch DC-DC: Mạch hoạt động tốt so với thiết kế yêu cầu đặt ra: - Điện áp ngõ ổn định, có giá trị gần giống với yêu cầu thiết kế - Mạch tạo điện áp -12V hoạt động tốt, với yêu cầu thiết kế  Mạch DC-AC: - Mạch tạo sóng sin mẫu cầu wien hoạt động tốt, sóng sin đẹp - Mạch tạo sóng tam giác tốt tần số với thiết kế - Tạo dạng sóng sin ngõ Tuy nhiên giá trị hiệu dụng điện áp chưa tốt an Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Trang 67 Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.1 KẾT LUẬN Mạch nghịch lưu sin chuẩn đáp ứng 80% yêu cầu đặt - Mạch DC-DC xây dựng thiết kế theo kiểu nguồn xung đẩy kéo hoạt động tốt Ngõ hoạt động ổn định Phù hợp với lý thuyết trình bày - Mạch DC-AC với việc ứng dụng kĩ thuật SPWM điều khiển cầu H Các khâu tạo sóng sin mẫu, tạo sóng mang tam giác hoạt động tốt theo thiết kế lý thuyết Tạo dạng sóng sin ngõ Giá trị hiệu dụng điện áp ngõ chưa đáp ứng tốt theo yêu cầu lý thuyết 6.1.1 Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết, mô phỏng, thực nghiệm kiểm tra cân chỉnh hệ thống - Dựa vào lý thuyết, tiến hành thiết kế sơ đồ nguyên lý, thi công mạch điện - Đo đạt giá trị đạt thực tế so sánh lý thuyết sau tiến hành cân chỉnh - Tham khỏa nhiều nguồn tài liệu khác từ sách vở, báo điện tử, internet Chọn lọc lựa chọn tài liệu có độ tin cậy 6.1.2 Phương tiện nghiên cứu - Máy tính cá nhân - Phần mềm: Proteus, orcad, multisim - Thiết bị đo lường kiểm tra: đồng hồ đo, oscillator, đo transistor, đo cuộn cảm 6.1.3 Vấn đề tồn - Khắc phục mạch DC-AC để đạt thông số yêu cầu đề 6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN - Phát triển thêm màng hình hiển thị thông số mạch - Ứng dụng mạch vào thiết bị UPS, hệ thống lượng mặt trời - Nâng cao suất cho mạch an Trang 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Hoàng Ngọc Văn, “Giáo trình điện tử cơng suất”, NXB ĐH Quốc Gia Tp.HCM, 2007 [2] Đinh Hùng Dương, “Thiết Kế Mạch Dao Động Cầu wien”, Niên Luận Điện Tử I, Trường ĐH Cần Thơ, 2012 [3] “Mạch Cầu H”, http://www.hocavr.com [4] BILAL, “pure sine wave inverter A-Z”,2015”, http://microcontrollerslab.com, 2015 [5] Sagar Khare ,“Offline UPS Reference Design Using the dsPIC® DSC”, Microchip Technology Inc, 2011 [6] http://linhkienvietnam.com, “Bộ Điều Chế Độ Rộng Xung PWM SG3525”, 2016 an Trang 69 PHỤ LỤC an ... TÍNH TOÁN VÀ THI? ??T KẾ 24 3.1 GIỚI THI? ??U .24 3.2 TÍNH TỐN VÀ THI? ??T KẾ HỆ THỐNG 24 3.2.1 Thi? ??t kế sơ đồ khối hệ thống 24 3.2.2 Tính tốn thi? ??t kế mạch. .. ứng dụng cao mạch nghịch lưu Đồng thời với mong muốn tạo mạch nghịch lưu cung cấp cho tải, tốt cho thi? ??t bị điện dân dụng Nhóm em chọn đề tài ? ?Thi? ??t kế thi cơng mạch nghịch lưu sin chuẩn? ?? 1.2 MỤC... thứ cấp: