Tiểu luận môn học thiết kế hệ thống điện chuyên đề thiết kế bộ chỉnh lưu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA VŨNG TÀU KHOA KỸ THUẬT – CÔNG NGHỆ TIỂU LUẬN MÔN HỌC: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN CHUYÊN ĐỀ: THIẾT KẾ BỘ CHỈNH LƯU Họ tên GVHD : ThS.Phan Thanh Hồng Anh Nhóm thực : Nhóm Họ tên SV : - Đoàn Hà Phúc Lâm - Vũ Quốc Thắng - Nguyễn Minh Đức - Lê Thành Đạt Chuyên ngành : Kỹ thuật Điện Lớp : DH21DC Vũng Tàu, tháng 03 năm 2023 Tiểu luận môn học GVHD: ThS.Phan Thanh Hoàng Anh ĐÁNH GIÁ CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN 1.Thái độ tác phong nhận thức trình thực hiện: 2.Hình thức, thể thức trình bày: Kiến thức chuyên môn: 4.Đánh giá khác: 5.Đánh giá kết quả: GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ThS Phan Thanh Hoàng Anh Trang Tiểu luận mơn học GVHD: ThS.Phan Thanh Hồng Anh LỜI CÁM ƠN Đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Trường Đại học Bà Rịa Vũng Tàu đưa môn học điện tử công suất vào trương trình giảng dạy Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến giảng viên môn – Thầy Phan Thanh Hoàng Anh dạy dỗ, truyền đạt kiến thức quý báu cho em suốt thời gian học tập vừa qua Trong thời gian tham gia lớp học thầy, em có thêm cho nhiều kiến thức bổ ích, tinh thần học tập hiệu quả, nghiêm túc Đây chắn kiến thức quý báu, hành trang để em vững bước sau Vũng Tàu, ngày 10 tháng năm 2023 Nhóm thực Nhóm Trang Tiểu luận môn học GVHD: ThS.Phan Thanh Hoàng Anh *mục lục CHƯƠNG MỞ ĐẦU 0.1 Đặt vấn đề 0.2 Phương pháp nghiên cứu 0.3 Tính cần thiết chuyên đề 0.4 Mục tiêu, nhiệm vụ giới hạn chuyên đề CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Bộ chỉnh lưu 1.1.1 Chỉnh lưu không điều khiển: Diode 1.1.2 Chỉnh lưu có điều khiển: SCR thyristor 1.2 Chỉnh lưu pha 1.2.1 Chỉnh lưu bán kỳ 1.2.2 Chỉnh lưu toàn kỳ 1.3 Chỉnh lưu pha 1.3.1 Chỉnh lưu tia 1.3.2 Chỉnh lưu cầu toàn phần 1,3.3 Chỉnh lưu cầu bán phần 10 CHƯƠNG 2: (NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI) 25 2.1 Chỉnh lưu bán kỳ 25 2.1.1 Tính tốn cho tải (Diode) 25 2.1.2 Tính tốn cho tải (SCR) 25 2.2 Chỉnh lưu toàn kỳ 28 2.2.1 Tính tốn cho tải (Diode) 28 2.2.2 Tính tốn cho tải (SCR) 33 CHƯƠNG 3: (NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI) 72 3.1 Giới thiệu chỉnh lưu cầu 72 3.1.1 Khái niệm 33 3.1.2 Phân loại 33 3.2 Chức ứng dụng chỉnh lưu cầu 73 3.2.1 Nguyên lý hoạt động 73 3.2.2 Ứng dụng 73 Trang 4 Tiểu luận mơn học GVHD: ThS.Phan Thanh Hồng Anh 3.2.3 Ưu nhược điểm chỉnh lưu cầu 74 3.3 Sơ đồ chỉnh lưu cầu 74 CHƯƠNG 4: Bộ chỉnh lưu 96 4.1 Mơ hình phần cứng 96 4.2 Các linh kiện mạch 96 4.3 Chức linh kiện 97 CHƯƠNG : KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA CHUYÊN ĐỀ 112 5.1 Kết luận 112 5.1.1 Những vấn đề đạt .112 5.1.2 Các mặt tồn 112 5.2 Hướng phát triển chuyên đề .112 TÀI LIỆU THAM KHẢO Trang Tiểu luận mơn học GVHD: ThS.Phan Thanh Hồng Anh CHƯƠNG: MỞ ĐẦU 0.1 Đặt vấn đề Trên giới, nhờ vào khoa học phát triển tiến mà tạo dòng điện để phục vụ đáp ứng nhu cầu thuận lợi cho người.Tuy nhiên, để tạo dịng điện phù hợp với thiết bị điện tử, mà nhà khoa học tìm tịi tạo chỉnh lưu để kiểm sốt, điều chỉnh dịng điện phù hợp với thiết bị 0.2 Phương pháp nghiên cứu Sơ đồ mạch chỉnh lưu - Bộ chỉnh lưu cho phép chuyển đổi dòng điện xoay chiều (AC) thành dòng điện chiều (DC) thơng qua diode để biến dịng điện phù hợp thiết bị điện tử 0.3 Tính cần thiết chuyên đề - Nhờ vào chỉnh lưu cho phép biến đổi dòng điện xoay chiều thành chiều giúp người sử dụng dòng điện phù hợp với thiết bị điện tử 0.3 Mục tiêu, nhiệm vụ giới hạn chuyên đề - Mục tiêu: nhằm tạo dòng điện phù hợp thiệt bị điện tử - Nhiệm vụ: biến dòng điện xoay chiều thành dòng điện chiều Trang Tiểu luận mơn học GVHD: ThS.Phan Thanh Hồng Anh CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Bộ chỉnh lưu 1.1.1 Bộ chỉnh lưu không điều khiển: Diode - Mạch chỉnh lưu thông thường khơng sử dụng diode để biến đổi dịng điện 1.1.2 Bộ chỉnh lưu có điều khiển: SCR Thyristor - Trong mạch chỉnh lưu thường sử dụng diode bán dẫn dùng để điều khiển dòng điện đèn chỉnh lưu thủy ngân linh kiện khác 1.2 Bộ chỉnh lưu pha 1.2.1 Bộ chỉnh lưu bán kỳ -Một mạch chỉnh lưu bán kỳ nửa chu kỳ dương âm dễ dàng ngang qua diode, nửa bị khóa, tùy thuộc vào chiều lắp đặt diode Vì có nửa chu kỳ chỉnh lưu, nên mạch chỉnh lưu nửa sóng có hiệu suất truyền cơng suất thấp Mạch chỉnh lưu nửa sóng lắp diode bán dẫn mạch nguồn pha 1.2.2 Bộ chỉnh lưu toàn kỳ -Mạch chỉnh lưu toàn kỳ biến đổi hai thành phần cực tính dạng sóng đầu vào thành chiều Do có hiệu suất cao Tuy nhiên mạch điện khơng có điểm biến áp người ta cần đến diode thay mạch chỉnh lưu nửa sóng Điều có nghĩa đầu cực điện áp cần đến diode để chỉnh lưu, thí dụ cho trường hợp điểm X dương, cho trường hợp điểm X âm Đầu lại cần xác thế, kết phải cần đến diode Các diode dùng cho kiểu nối gọi cầu chỉnh lưu 1.3 Bộ chỉnh lưu pha 1.3.1 Bộ chỉnh lưu tia - Là mạch biến đổi điện áp xoay chiều pha thành điện áp chiều dùng thyristor Điện áp trung bình ngõ điều chỉnh cách thay đổi thời gian đóng, mở thyristor 1.3.2 Bộ chỉnh lưu cầu toàn phần 1.3.3 Bộ chỉnh lưu cầu bán phần - Các chỉnh lưu pha nửa sóng sử dụng để chuyển đổi nguồn AC ba phần thành nguồn DC Ở đây, cơng tắc diode, chúng cơng tắc khơng kiểm sốt Điều có nghĩa khơng có cách để kiểm sốt thời gian bật tắt cơng tắc Trang Tiểu luận môn học GVHD: ThS.Phan Thanh Hoàng Anh CHƯƠNG Nội dung 2.1 Chỉnh lưu bán kỳ 2.1.1 Tính tốn cho tải (Diode) * Tại R: V - Điện tải trung bình: V AV = πM (1+cosα ); V AV = VM - Dịng trung bình qua tải: I AV = π R L VM π (1+cosα ); I AV = VM π RL - Cơng suất trung bình tải: P AV =V AV I AV - Điện hiệu dụng: V RMS= VM - Dòng hiệu dụng: I RMS= R = L VM IM Trang Tiểu luận mơn học GVHD: ThS.Phan Thanh Hồng Anh - Cơng suất hiệu dụng: P RMS =I 2RMS R L -Hệ số công suất: cos∅= PRMS V RMS I RMS = = S V i Ii √2 -Tính tốn cho (Diode): + Dòng đỉnh qua Diode: I M ¿1 Diode =I M + Dịng trung bình qua Diode: I A V tai Diode =I AV tai +Điện áp ngược cực đại đặt lên SCR: V RM Diode =V M nguon 2.1.2 Tính tốn cho tải (SCR) * Tại R: V - Điện áp tải trung bình: V AV = πM (1+cosα ) - Dịng trung bình qua tải: I AV = V AV V = M (1+ cosα) RL π RL Trang Tiểu luận mơn học GVHD: ThS.Phan Thanh Hồng Anh - Cơng suất trung bình tải: P AV =I AV V AV - Chú ý: α =0 (diode), ta có: V AV = - Điện hiệu dụng: V RMS= - Dòng hiệu dụng: I RMS= VM VM ; I AV = π π RL VM √ ¿ ¿) VM α sin 2α /2 I M α sin α /2 (1− + ) = (1− + ) RL π 2π π 2π - Công suất hiệu dụng: P RMS=I RMS R L = -Hệ số công suất: cos∅= 2 V RMS V M α sin α = (1− + ) RL RL π 2π √ PRMS V RMS I RMS α sin α = = (1− + ) S V i Ii π 2π √2 - Tính tốn cho một(SCR): + Dịng đỉnh qua SCR: I M ¿1 SCR =I M tai + Dòng trung bình qua SCR: I A V =I AV SCR tai +Điện áp ngược cực đại đặt lên SCR: V RM =V M SCR nguon * Tại L Trang 10 Tiểu luận môn học GVHD: ThS.Phan Thanh Hồng Anh + Tính dịng tải trung bình: I AV = VM ¿ πLω + Chú ý: Khi β=π (không liên tục) I AV = VM [( π−α )cosα+ sinα ] πLω + Chú ý: Khi β=π (dẫn liên tục) I AV = VM [( π +cosα +2 sinα )] πLω *Tại R-L dòng gián đoạn β < π +α - Dòng i(t): i(t) = −R ( ωt−α ) VM [sin ( ωt−∅ ) +sin ( ∅−α ) e Lω ] Z Trang 16 Tiểu luận môn học GVHD: ThS.Phan Thanh Hoàng Anh - Hệ thức liên hệ góc kích góc tắt: sin ( β−∅ ) +sin ( α −∅ ) e −R ( β −α ) Lω - Trị số trung bình hiệu điện thế: V AV = VM (cosα−cosβ) π - Trị số trung bình dòng điện: I AV = VM ( cosα−cosβ ) πR *Tại R-L dòng gián đoạn β=π +α - Dòng i(t): i(t) = −R ( ωt−α ) VM [sin ( ωt−∅ ) +sin ( ∅−α ) e Lω ] Z - Hệ thức liên hệ góc kích góc tắt: −R sin ( β−∅ ) +sin ( α −∅ ) e Lω ( β −α ) - Trị số trung bình hiệu điện thế: Trang 17 Tiểu luận mơn học V AV = GVHD: ThS.Phan Thanh Hoàng Anh VM cosα π - Trị số trung bình dịng điện: I AV = VM cosα πR Trang 18 Tiểu luận môn học GVHD: ThS.Phan Thanh Hoàng Anh CHƯƠNG ( NỘI DUNG 2) 3.1 Giới thiệu chỉnh lưu cầu 3.1.1 Khái niệm - Mạch chỉnh lưu cầu mạch điện có chức chuyển đổi dịng điện xoay chiều (AC) thành dòng điện chiều (DC) Hiểu cách đơn giản đầu vào mạch dịng AC đầu dòng DC - Mạch chỉnh lưu cầu phổ biến nguồn cung cấp điện áp DC sử dụng cho thiết bị linh kiện điện tử.(Vd: cục sạc điện thoại, dây sạc máy tính, tv,…) 3.1.2 Phân loại - Chỉnh lưu cầu không điều khiển Chỉnh lưu cầu pha không điều khiển Bộ chỉnh lưu sử dụng diode để chỉnh lưu đầu vào hình Vì diode linh kiện đơn hướng cho phép dòng điện chạy theo chiều Với xếp diode chỉnh lưu, khơng cho phép công suất thay đổi tùy vào yêu cầu tải Vì vậy, chỉnh Trang 19 Tiểu luận mơn học GVHD: ThS.Phan Thanh Hoàng Anh lưu sử dụng mạch nguồn cung cấp cố định.  - Chỉnh lưu cầu có điều khiển Chỉnh lưu cầu pha có điều khiển Trong chỉnh lưu này, thay sử dụng diode khơng điều khiển, linh kiện sử dụng SCR, Mosfet, IGBT,… linh kiện dùng để thay đổi công suất đầu mức điện áp khác nhau, công suất đầu tải thay đổi cách thích hợp 3.2 Chức ứng dụng chỉnh lưu cầu 3.2.1 Nguyên lý hoạt động Trong nửa chu kỳ đầu từ (0 – π), điện áp Vin > với cực tính dương hình bên Ta thấy nhóm D1, D3 điện áp cực dương điốt D1 lớn D3, D1 dẫn Cịn nhóm D2, D4 cực âm điốt D2 nhỏ D4, điốt D2 dẫn => Ở nửa chy kỳ đầu điốt D1, D2 dẫn điốt D3, D4 bị phân cực ngược Dòng điện cực dương nguồn qua D1, qua tải qua D2 trở cực âm nguồn Trang 20