thiết kế bộ nghịch lưu 1 pha điện áp thấp

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ TÀU BIỂN Họ tên : Nguyễn Đức Tuấn Lớp : DTD51-DH2 Mã sinh viên : 39221 Đồ án điện tử công suất Đề tài: Đề số 14 Thiết kế nghịch lưu pha Mục tiêu:thiết kế nghịch lưu điện áp thấp Nội dung:+ Nguồn cấp 12VDC + Nguồn 220V + Công suất 500VA Nhiệm vụ sinh viên:+ Giới thiệu cơng nghệ + Tính mạch cơng suất + Thiết kế mạch điều khiển Lời nói đầu Ngày với phát triển nhanh chóng kỹ thuật bán dẫn công suất lớn, t h i ế t b ị b i ế n đ ổ i đ i ện n ă n g d ù n g c c l i n h k i ệ n b n dẫ n cô n g s u ấ t đ ã đ ợ c s d ụ n g nhiều công nghiệp đời sống nhằm đáp ứng nhu cầu ngày cao xã hội Trong thực tế sử dụng điện ta cần thay đổi tần số nguồn cung cấp, biến tần sử dụng rộng rãi truyền động điện, thiết bị đốt nóng cảm ứng, thiết bị chiếu sáng Bộ nghịch lưu biến tần gián tiếp biến đổi chiều thành xoay chiều có ứng dụng lớn thực tế hệtruyền động máy bay, tầu thuỷ, xe lửa Trong thời gian học tập nghiên cứu, học tập nghiên cứu môn Điện tử công suất ứng dụng lĩnh vực hệ thống sản xuất đại Vìvậy để nắm vững phần lý thuyết áp dụng kiến thức vào thực tế,chúng em nhận đồ án môn học với đề tài: “Thiết kế chế tạo mạch nghịch lưu pha” Với đề tài giao, chúng em vận dụng kiến thức đểtìm hiểu nghiên cứu lý thuyết, đặc biệt chúng em tìm hiểu sâu vào tính tốn thiết kế phục vụ cho việc hồn thiện sản phẩm Dưới hướng dẫn bảo nhiệt tình thầy Đồn Văn Tn em hồn thành xong đồ án Tuy nhiên thời gian kiến thức cịn hạn chế nên khơng tránh khỏi thiếu sót thực đồ án Vì em mong nhận nhiều ý kiến đánh giá, góp ý thầy giáo, bạn bè để đề tài hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Chương 1:Tổng quan mạch nghịch lưu pha với điện áp thấp 1.1.Tổng quan nghịch lưu 1.1.1 Các khái niệm bản: Trong công nghệ, ta thường gặp vấn đề biến đổi điện áp chiều thành điện xoay chiều ngược lại thiết bị nắn điện Các thiết bị gọi nghịch lưu Vậy nghịch lưu trình biến đổi lượng chiều thành lượng xoay chiều Các sơ đồ nghịch lưu chia làm hai loại: Sơ đồ nghịch lưu làm việc chế độ phụ thuộc vào lưới xoay chiều sơ đồ nghịch lưu làm việc chế độ độc lập (với nguồn độc lập ắc quy, máy phát chiều ) Nghịch lưu làm việc chế độ phụ thuộc có sơ đồ nguyên lý giống chỉnh lưu có điều khiển Mạch nghịch lưu phụ thuộc mạch chỉnh lưu có nguồn chiều đổi dấu so với chỉnh lưu góc mở ∝ tiristo thoả mãn điều kiện (π/2 < α ω.toff 1.1.3 Nghịch lưu áp pha Nghịch lưu áp thiết bị đổi nguồn áp chiều thành nguồn áp xoay chiều pha với tần số tuỳ ý Nguồn áp nguồn sử dụng phổ biến thực tế Hơn nữa, điện áp nghịch lưu áp điều chế theo phương pháp khác để giảm sóng điều hồ bậc cao Trước nghịch lưu áp bị hạn chế ứng dụng cơng suất van động lực điều khiển hồn tồn cịn nhỏ Hơn nữa, việc sử dụng nghịch lưu áp tiristor khiến cho hiệu suất biến đổi giảm, sơ đồ điều khiển phức tạp Ngày nay, công suất van động lực như: MOSFET, GTO trở nên lớn có kích thước gọn nhẹ, nghịch lưu áp trở thành biến đổi thơng dụng chuẩn hoá biến tần cơng nghiệp Do đó, sơ đồ nghịch lưu áp trình bày sử dụng van điều khiển hồn tồn Trong q trình nghiên cứu, ta giả thiết van động lực khoá điện tử lý tưởng, tức thời gian đóng mở khơng nên điện trở nguồn không *) Cấu tạo: 10 c.Giới thiệu chân SG3525 +)Pin 1- Inv.Input :Đầu vào đảo +)Pin2 - Noninv.Input :Đầu vào không đảo +)Pin 3- Sync :Chân đồng hoá,cho phép đồng xung với đơn vị khác với dao động gắn +)Pin - OSC Output :Đầu xung tao dao động gắn +)Pin - CT:Chân gắn với tụ điện định tần số dao động tạo dao động =>quyết định xung ra,C= 0.001uF-0.2uF +)Pin - RT:Gắn với điện trở để định tần số tạo dao động=>quyết định xung ra,R=2.0kΩ- 150kΩ 68 +)Pin - Discharge :Chân xả tụ,chân nối với tụ điện trở gắn C định thời gian cách xung +)Pin - Soft-Start :Chân nối với tụ giúp khởi động êm chế độ soft-start kích hoạt so sánh với điện áp tham chiế u Vref +)Pin - Compensation :Chân bù chân hồi tiếp chân đầu vào đảo góp phần điều chỉnh xung bù có sai lệch xung +)Pin 10 - Shutdown :Chân shutdown kiểm soát mạch soft-start mức ra.Khi điện áp cấp vào khơng đạt u cầu qua chân điều khiển mạch soft-start hoạt động pin shutdown nối hồi tiếp đầu vào không đảo để điều chỉnh đầu nối đất để bảo vệ IC +)Pin 11 - Output A :Đầu A,xung vuông dương +)Pin 12 - Ground :Nối đất +)Pin 13 - VC:Điện áp collector transistor mắc Darlington trongSG3525(xem hình miêu tả khối chức SG3525).Điện áp cấp vào pin từ 4.5V đến 35V +)Pin 14 - Output B :Đầu B,xung vuông dương lệch so với xung chân A +)Pin 15 - VCC:Điện áp vào.Dải điện áp hoạt động từ 8.0V đế n 35V +)Pin 16 – Vref:Điện áp tham chi ếu điện áp tham chiế u có giá trị thấp là5.0V cao 5.2V thông thường 5.1V dòng lớn nhấ t vào pin 50mA tối ưu 69 20mA.Điện áp dùng để so sánh với điện áp vào chânSoft-Start để tham chiếu chế độ Soft-Start Shutdow d)Sơ đồ khối chức +)SG3525A SG3527A 70 Rating Symbol Value Unit Supply Voltage VCC +40 Vdc Collector Supply Voltage VC +40 Vdc Logic Inputs -0.3 to +5.5 V Analog Inputs -0.3 to VCC V Output Current, Source or Sink IO ±500 mA Reference Output Current 50 mA Oscillator Charging Current mA Power Dissipation (Plastic & Ceramic Package) 1000 mW Iref PD TA = +25°C (Note 2) 2000 TC = +25°C (Note 3) Thermal Resistance Junction– to–Air RϑΑ 100 ºX/Ω Thermal Resistance Junction– to–Case RϑΧ 60 ºX/Ω Operating Junction Temperature TJ +150 ºX Lead Temperature (Soldering, 10 seconds) TSolder +300 ºX NOTES: Values beyond which damage may occur Derate at 10 mW/°C for ambient temperatures above +50°C 71 Derate at 16 mW/°C for case temperatures above +25°C RECOMMENDED OPERATING CONDITIONS Characteristics Symbol Min Max Unit Supply Voltage VCC 8.0 35 Vdc Collector Supply Voltage Vc 4.5 35 Vdc Output Sink/Source Current IO ±100 mA ±400 (Steady State) (Peak) Reference Load Current Iref 20 mA Oscillator Frequency Range fosc 0.1 400 kHz Oscillator Timing Resistor RT 2.0 150 kΩ Oscillator Timing Capacitor CT 0.001 0.2 Ф Deadtime Resistor Range RD 500 & Operating Ambient Temperature Range TA +70 ºX +)Dạng sóng đầu giản đồ thời gian tín hiệu vào ra: 72 +)Dạng sóng thực tế: e)Tính tốn khâu điều khiển để có xung 50Hz: 73 Ta có: Thay số: V DD = 12 V V TR = 50% V DD s Với f = 50 (hz)  T = 0.02 (s) →  → 4.4 RC = 0.02  RC = 4.55*10 −3 → Chọn tụ Có C = 0.1 µf  → R = 45 K Ω 74 Chọn biến trở có R max = 50 K Ω để điều chỉnh Điện áp U Q Q = 0.05 V U max Q Q = 11 V 3.3.Nguyên lí chung mạch điều khiển(IC SG3525) SG3525 hoạt động theo nguyên tắc điều xung PWM.Với nguyên tắc PWM, thời gian bật tăng, lượng nạp/xả vào cuộn cảm tăng làm tăngđiện ra, ngược lại thời bật giảm.Với nguyên tắc điều tần, tần số tăng, lượng nạp/xả hay lượng truyền từ sơ sang thứ tăng tính chất lõi sắt cuộn cảm biến thế, ngược lại tần số giảm Chân 11 14 phát xung PWM, xung lái MOSFET công suất cuộn cảm biến thế.Có thểm dùng chân 11 14 cho mạch dùng MOSFET dùng hai cho mạch MOSFET kéo đẩy Hai đầu điện ngõ đượ c hồi tiếp vềchân Khối Error Amp dò mức điện ra, điện thay đổi tạo tín hiệu vào phát xung PWM thay đổi Bộ phát xung PWM kết hợp với khối dao động Oscillator Latch làm biến đổi độ bật tắt xung PWM, vàxung PWM đưa qua transistor tầng phát xung Output state Vậy ta thấy xung phát raở chân 11 14 có độ tắt mở thay đổi tùy tính hiệu hồi tiếp chân 2.Và với mạch ổn áp, hồi tiếp âm, tức xung phát ngược lại với tín hiệu hồi tiếp.Khi tín hiệu hồi tiếp giảm thời bật tăng ngược lại Ví dụ cụ thể hơn, dòng tải tăng làm cho điện ngõ giảm, tín hiệu hồi tiếp giảm,mạch điều xung tăng thời gian bật (tăng duty cycle), làm MOSFET công 75 suất bật lâu hơn, làm tăng lượng qua cuộn cảm biến thế, đưa điện lên Khi dịng tải giảm, thìq trình ngược lại Q trình hình thành vịng kín làm ổn định điện Các chân chân (RT) (CT) nối trở tụ để định tần số giao động, tần số xung PWM Chân 3(Sync) dùng để kết hợ p với ổn áp xung khác để hoạt động đồng Nếu biến xung hệ thống ta khơng cần dùng chânnày Chân (C soft-start) nối vớ i tụ để làm khởi động êm Giá trị tụ nối chân nàyđịnh độêm Chân 10 (Shutdown) nối xuống Ground tắt hoạt động chíp Chân 4(OSC Output) khơng cần thiết 76 3.4.Sơ đồ ngun lí hồn chỉnh 77 +)Phân tích mạch điện: Đầu tiên IC 3525 phát sóng vng với hai nửa chu kỳ.Với C=0,1uF ta điều chỉnh biến trở để tần số hoạt động 50Hz Tín hiệu sóng vng xuất chân 11,14 kích mở tran IRF3205,ở hoạt động khóa điện tử đóng ngắt liên tục với tần số 50Hz phát xung Từ đóng ngắt dòng điện qua biến áp thay đổi theo dạng tín hiệu sóng vng Ở chu kỳ dương xung vuông phát từ chân 11 vào chân G MOSFET Q1 làm cho MOSFET mở dẫn dòng từ D=>S cuộn L1 phần sơ cấp cấp nguồn , điện áp đầu khuyếch đại theo tỷ số vòng dây biến áp Lúc đầu chu kỳ dương Ngược lại chu kỳ âm xung vuông phát từ chân 14 vào chân G MOSFET Q2 làm choMOSFET mở dẫn dòng từD=>S cuộn L2 phần sơ cấp cấp điện ,điện áp đầu chu kỳ âm tín hiệu.Do đầu biến áp điện áp dịng điện xoay chiều tần số 50Hz dạng sóng vuông 3.5.Sơ đồ mạch in: 78 79 KẾT LUẬN Sau trình thực đồ án em thu số kết sau: + Giới thiệu số ứng dụng đặc điểm mạch nghịch lưu pha + Phân tích nguyên lý làm việc thông số mạch nghịch lưu pha + Giới thiệu số ứng dụng đặc điểm mạch nghịch lưu pha + Đặc biệt chúng em hồn thiện sản phẩm theo yêu cầu: * Điện áp UR = 220 V tải định mức * Bảo vệ nhiệt độ tản nhiệt * Bảo vệ dòng cầu chì Tuy nhiên đồ án em cịn có nhược điểm chưa ổn định điện áp tải lớn Với cố gắng nỗ lực em hồn thành đồ án theo thời gian Một lần em xin gửi lời cảm ơn tới thầy cô khoa Điện - Điện Tử Tàu Biển, đặc biệt thầy Đoàn Văn Tuân trực tiếp hướng dẫn em việc hoàn thành đồ án.Em mong nhận ý kiến nhận xét, góp ý thầy bạn để đồ án em hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Hải phòng, tháng 11 năm 2012 80 81 ... nghịch lưu βmin > ω.toff 1. 1.3 Nghịch lưu áp pha Nghịch lưu áp thiết bị đổi nguồn áp chiều thành nguồn áp xoay chiều pha với tần số tuỳ ý Nguồn áp nguồn sử dụng phổ biến thực tế Hơn nữa, điện áp nghịch. .. cảm ơn! Chương 1: Tổng quan mạch nghịch lưu pha với điện áp thấp 1. 1.Tổng quan nghịch lưu 1. 1 .1 Các khái niệm bản: Trong công nghệ, ta thường gặp vấn đề biến đổi điện áp chiều thành điện xoay chiều... biến áp xoay chiều(biến đổi gián tiếp) Điện áp chiều 12 V nghịch lưu thành điện áp 12 V xoay chiều sau điện áp 12 V xoay chiều đưa qua máy biến áp để đưa lên điện áp 220V-500W.Đây phương pháp biến