Nghien cuu che tao bo nghich luu mot pha chuan sin

Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí LỜI NĨI ĐẦU Như biết, nước ta bước vào q trình cơng nghiệp hóa - đại hóa, với xây dựng sở hạ tầng ngày phát triển.Trong lượng điện yếu tố quan trọng cho việc xây dựng phát triển Nhưng thực trạng ngành điện sản xuất không đủ để cung cấp cho công nghiệp đảm bảo người dân ln có điện Chính nhu cầu điện người dân tăng cao mà lượng sản xuất không đáp ứng yêu cầu Do đề tài với mục đích nghiên cứu xây dựng biến đổi cho phép điện lưới ta sử dụng lượng từ acquy để thắp sáng, để sử dụng số vật dụng quạt, tivi, động Trên thị trường có nhiều lựa chọn cho nghịch lưu với nhiều mức giá, cấp chất lượng, hiệu suất công suất khác Các nghịch lưu sin thường sử dụng linh kiện số công suất cao đắt tiền các bộ nghịch lưu sin mơ đơn giản khơng có phần tạo xung phức tạp nhiên điện áp đầu chứa nhiều nhiễu gây ảnh hưởng tới thiết bị nhạy cảm Mục tiêu đề tài phân tích loại thiết kế khác cho phép tạo nghịch lưu pha sin có hiệu suất cao giá thành thấp ứng dụng thực tế sản xuất Bộ nghịch lưu sử dụng kỹ thuật điều biến độ rộng xung để tạo sin gần với nhiễu nhỏ Em xin chân thành cảm ơn thầy cô khoa Điện, mơn tự động hóa đặc biệt thầy Nguyễn Hoàng Mai hướng dẫn em hoàn thành đồ án Tronhg tình thực làm đồ án nên khơng thể khơng mắc phải sai sót, em mong bảo tận tình thầy cô Đà Nẵng, ngày tháng 12 năm 2016 Sinh viên thực Trần Đăng Hùng SVTH: Trần Đăng Hùng i Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí TĨM TẮT Đề tài tập trung nghiên cứu, thiết kế, chế tạo nghịch lưu pha có sóng đầu dạng hình sin, cơng suất 1kW Tất cơng việc đề tài bao gồm: tìm hiểu lý thuyết tổng quan nghịch lưu, nghiên cứu phương pháp điều khiển nghịch lưu, thiết kế tính tốn mạch phần mềm Altium, thiết kế thi công mơ hình thực tế u cầu ban đầu đưa đề tài sau: “ Thiết kế chế tạo nghịch lưu 12VDC/220VAC, tần số 50Hz, công suất 1kW, sóng đầu dạng sin” Thơng số : UDC = 12V, UAC = 220V, f = 50Hz , Công suất P = 1kW Bản thuyết minh cho đề tài chia làm chương: Chương 1: Tổng quan nghịch lưu, khái niệm nghịch lưu, phân loại nghịch lưu, nguyên lý nghịch lưu phương pháp điều chế độ rộng xung Chương 2: Nêu yêu cầu cần thiết điều khiển nghịch lưu, phân loại phương pháp điều khiển, phân tích ưu nhược điểm phương pháp điều biến độ rộng xung SinPWM SVPWM Chương 3: Thiết kế tính tốn mạch động lực mạch điều khiển, từ thông số yêu cầu đặt lựa chọn linh kiện hợp lý Chương 4: Mơ hình thực nghiệm nghịch lưu, phân tích, đánh giá kết Kết xong hoàn thành đồ án tạo thiết bị điện tử nhỏ gọn, giá thành phù hợp với người dân, sử dụng acquy để dùng điện SVTH: Trần Đăng Hùng ii Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí KẾ HOẠCH THỰC HIỆN Tiến trình thực đề tài Tìm hiểu lý thyết Lập trình/ Mơ Đánh giá Viết báo cáo Thời gian Sinh viên Tháng Tháng Tháng Tháng Tháng 08/2016 09/2016 10/2016 11/2016 12/2016 Trần Đăng Hùng Đóng góp thành viên 2.1 Trần Đăng Hùng - Tìm hiểu lý thuyết nghịch lưu - Thiết kế mạch phần cứng lập trình - Thi công mạch thực tế SVTH: Trần Đăng Hùng iii Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí MỤC LỤC CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CÁC BỘ NGHỊCH LƯU 1.1 Tổng quan nghịch lưu 1.1.2 Khái niệm nghịch lưu 1.1.3 Phân loại nghịch lưu .1 1.2 Cấu tạo nguyên lý .2 1.2.2 Nghịch lưu độc lập điện áp pha .2 1.2.3 Bộ nghịch lưu độc lập dòng pha 1.2.4 Nghịch lưu cộng hưởng 1.2.5 Cải thiện điện áp cho nghịch lưu độc lập điện áp .9 1.2.6 Điều chế PWM cho nghịch lưu độc lập điện áp pha 10 CHƯƠNG CHI TIẾT PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN BỘ NGHỊCH LƯU 15 2.1 Yêu cầu đặt 15 2.2 Phân loại 15 2.2.1 Phương pháp điều biến độ rộng xung 15 2.2.2 Phương pháp điều biến sigma - delta 16 2.2.3 Phương pháp điều biến tính tốn trước 16 2.3 Các phương pháp PWM 16 2.3.1 Phương pháp điều rộng xung SinPWM 16 2.3.2 Phương pháp điều chế vector không gian 19 CHƯƠNG THIẾT KẾ MẠCH NGUYÊN LÝ BỘ NGHỊCH LƯU 20 3.1 Bộ biến đổi DC/ AC có thành phần sau 20 3.2 Xây dựng mạch nguyên lý nghịch lưu 21 3.3 Mạch Full bridge (mạch cầu H) .22 3.3.1 Khái niệm 22 3.3.2 Các dạng cấu tạo mạch cầu H 22 3.3.3 Nguyên tắc hoạt động mạch cầu H 23 3.3.4 Cấu tạo nguyên lý điều khiển MOSFET 25 3.4 Thiết kế mạch băm xung (mạch điều khiển) 29 3.4.1 Nhiệm vụ 29 3.4.2 Giới thiệu chung vi điều khiển Pic 12F629 29 3.4.3 Mạch băm xung 31 3.4.4 Lập trình cho Pic 12F629 32 3.5 Mạch lái MOSFET 34 3.5.1 Nhiệm vụ mạch lái 34 3.5.2 Giới thiệu IR 2113 34 SVTH: Trần Đăng Hùng iv Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí 3.6 Tính tốn mạch động lực .37 3.6.1 Tính tốn lựa chọn MOSFET .37 3.6.2 Tính toán quấn biến áp 12V-220V .38 3.7 Mạch lọc LC 40 3.7.1 Lựa chọn phương pháp lọc 40 3.7.2 Tính tốn lọc LC 41 3.8 Mạch tạo điện áp 5V 42 3.9 Mạch bảo vệ thấp áp 44 3.10 Mạch làm quạt mát 45 3.11 Acquy 45 3.12 Lưu đồ thuận toán .47 CHƯƠNG MƠ HÌNH THỰC NGHIỆM 48 4.1 Mục tiêu thiết kế mơ hình 48 4.1.2 Mục tiêu kĩ thuật 48 4.1.3 Yêu cầu nghịch lưu 48 4.2 Mơ hình thực tế .48 4.3 Kết thu 49 KẾT LUẬN 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO 52 SVTH: Trần Đăng Hùng v Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1-1: Sơ đồ nghịch lưu cầu pha .2 Hình 1-2: Đồ thị nghịch lưu áp cầu pha Hình 1-3: Các sóng hài bậc cao .4 Hình 1-4: Sơ đồ nghịch lưu cầu pha Hình 1-5: Giản đồ xung nghịch lưu cầu pha Hình 1-6: Nghịch lưu cộng hưởng song song giản đồ xung .7 Hình 1-7: Mạch nghịch lưu cộng hưởng nối tiếp sơ đồ thay Hình 1-8: Đồ thị dạng xung điều chế PWM 10 Hình 1-9: Điện áp nghịch lưu PWM đơn cực 11 Hình 1-10: Đồ thị xác định thời điểm kích mở van cơng suất 12 Hình 1-11: Điều chế độ rộng xung lưỡng cực .13 Hình 2-1: Nguyên lý phương pháp điều chế SinPWM 17 Hình 3-1: Sơ đồ khối biến đổi 21 Hình 3-2: Sơ đồ nguyên lý biến đổi .21 Hình 3-3: Sơ đồ nguyên lý mạch cầu H dạng 22 Hình 3-4: Sơ đồ nguyên lý mạch cầu H dạng 23 Hình 3-5: Mạch lái MOSFET mạch Full bridge 24 Hình 3-6: Kí hiệu MOSFET 25 Hình 3-7: Cấu tạo MOSFET .25 Hình 3-8: Quá trình mở MOSFET .27 Hình 3-9: Q trình khóa MOSFET .28 Hình 3-10: Sơ đồ chân PIC 12F629 30 Hình 3-11: Sơ đồ khối Pic 12F629 .30 Hình 3-12: Mạch băm xung dao động 31 Hình 3-13: IR 2113 34 Hình 3-.14: Sơ đồ chân IR 2113 35 Hình 3-15: Sơ đồ lắp đặt IR 2113 35 Hình 3-16: Giản đồ quan hệ ngõ ngõ vào .36 Hình 3-17: Hình dáng thật thơng số MOSFET IRF3205 38 Hình 3-18: Mạch lọc LC 41 Hình 3-19: Mạch tạo điện áp 5V từ nguồn 12V 42 Hình 3-20: Sơ đồ chân 7805 43 Hình 3-21: Khối điện dò áp thấp 44 Hình 3-22: Mạch làm quạt mát 45 Hình 4-1: Mơ hình nghịch lưu 48 Hình 4-2: Tổng thể mơ hình nghịch lưu 49 Hình 4-3: Tín hiệu chân G S MOSFET 49 Hình 4-4: Ngõ HO LO IR2113 50 Hình 4-5: Sóng đo đầu 220VAC 50 SVTH: Trần Đăng Hùng vi Đồ án tốt nghiệp TS Nguyễn Hoàng Mai DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3-1: Các trạng thái MOSFET mạch cầu H 24 Bảng 3-2: So sánh ưu nhược acquy axit acquy kiềm 46 SVTH: Trần Đăng Hùng Trang7 Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT PWM: Pule Width Modulation SinPWM: Sine Pule Width Modulation VPWM: Vector Pule Width Modulation AC: Alternating Current DC: Direct Current HR: High right LR: Low right LL: Low left HL: High left LV: Low volt TDH: Total Distortion Harmonic SVTH: Trần Đăng Hùng Đồ án tốt nghiệp TS Nguyễn Hoàng Mai CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CÁC BỘ NGHỊCH LƯU Trong chương này, tìm hiểu tổng quan nghịch lưu pha khái niệm nghịch lưu, phân loại nghịch lưu, nguyên lý nghịch lưu lưa chọn phương pháp tối ưu để làm đề tài 1.1 Tổng quan nghịch lưu 1.1.2 Khái niệm nghịch lưu Nghịch lưu trình biến đổi dịng điện chiều thành dịng điện xoay chiều với tần số cố định thay đổi 1.1.3 Phân loại nghịch lưu 1.1.3.1 Nghịch lưu phụ thuộc Nghịch lưu phụ thuộc có tần số điện áp dịng điện xoay chiều tần số khơng thể thay đổi lưới điện Sự hoạt động nghịch lưu phải phụ thuộc vào điện áp lưới tham số điều chỉnh góc điều khiển α xác định theo tần số pha lưới điện xoay chiều 1.1.3.2 Nghịch lưu độc lập Nghịch lưu độc lập hoạt động tần số mạch điều kiển định thay đổi tùy ý, tức độc lập với lưới điện Nghịch lưu độc lập chia làm loại: - Nghịch lưu độc lập điện áp Cho phép biến đổi từ điện áp chiều E thành nguồn điện xoay chiều có tính chất điện áp lưới Trạng thái khơng tải cho phép trạng thái ngắn mạch tải cố Van bán dẫn nghịch lưu độc lập điện áp hoạt động tác động suất điện động chiều E, thích hợp van điều khiển hoàn toàn: loại transistor, BJT, MOSFET, IGBT - Nghịch lưu độc lập dòng điện Biến đổi nguồn dịng 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 L d thường có giá trị lớn vơ để dịng điện liên tục SVTH: Trần Đăng Hùng Trang Đồ án tốt nghiệp - TS Nguyễn Hồng Mai Nghịch lưu độc lập cộng hưởng Có đặc điểm hoạt động ln hình thành mạch vòng dao động cộng hưởng RLC Với nghịch lưu độc lập dịng điện nghịch lưu độc lập cơng hưởng, tính chất mạch cho phép ứng dụng tốt van bán điều khiển thysistor nên chúng thường dùng 1.2 Cấu tạo nguyên lý 1.2.2 Nghịch lưu độc lập điện áp pha 1.2.2.1 Cấu tạo Sơ đồ nghịch lưu áp pha mô tả sơ đồ hình 1.1 Sơ đồ gồm van động lực chủ yếu là: T1, T2, T3, T4 diode D1, D2, D3, D4 dùng để trả công suất phản kháng lưới tránh tượng áp đầu nguồn Tụ C mắc song song với nguồn để đảm bảo cho nguồn đầu vào nguồn hai chiều (nguồn chiều thường cấp chỉnh lưu cho phép dòng theo chiều) Như tụ C thực việc tiếp nhận công suất phản kháng tải, đồng thời tụ C đảm bảo cho nguồn đầu vào nguồn áp Hình 1-1: Sơ đồ nghịch lưu cầu pha 1.2.2.2 Nguyên lý làm việc Ở nửa chu kỳ đầu (θ ÷ θ2) cặp van T1, T2 dẫn điện, phụ tải đấu vào nguồn Do nguồn nguồn áp lên điện áp tải Ut = E, hướng dòng điện đường nét đậm SVTH: Trần Đăng Hùng Trang 10 ... cầu pha .2 Hình 1-2: Đồ thị nghịch lưu áp cầu pha Hình 1-3: Các sóng hài bậc cao .4 Hình 1-4: Sơ đồ nghịch lưu cầu pha Hình 1-5: Giản đồ xung nghịch lưu cầu pha. .. thời điểm van bán dẫn người ta điều chế sóng tam giác tần số cao sóng sin chuẩn Vì khơng tạo độ lệch pha sóng tam giác sóng sin cần điều biên SVTH: Trần Đăng Hùng Trang 20 ... tài liệu miễn phí TĨM TẮT Đề tài tập trung nghiên cứu, thiết kế, chế tạo nghịch lưu pha có sóng đầu dạng hình sin, công suất 1kW Tất công việc đề tài bao gồm: tìm hiểu lý thuyết tổng quan nghịch