TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
Phân tích yêu cầu đề tài
Chúng tôi thiết kế một bộ nghịch lưu nhằm chuyển đổi nguồn ắc quy 12VDC thành điện áp xoay chiều 220VAC với tần số 50Hz.
Mạch sử dụng nguồn ắc quy 12VDC để cấp điện trực tiếp cho cả mạch và biến áp Biến áp trong mạch hoạt động như một bộ kích, nâng cao giá trị điện áp lên nhiều lần so với điện áp ban đầu Với khả năng chuyển đổi nguồn một chiều thành nguồn xoay chiều, mạch này mang lại tính thiết thực cao trong ứng dụng thực tế.
Mạch công suất chủ yếu sử dụng linh kiện công suất như Transistor, MOSFET và IGBT Trong quá trình hoạt động, mạch tạo ra xung vuông và được khuyếch đại thông qua các van bán dẫn như Transistor, diode và diac.
Mục tiêu của đề tài
Nắm được một cách tổng quan về các phần tử bán dẫn công suất
Tạo ra bộ nghịch lưu một pha bậc tăng áp có ngõ ra điện áp được cải thiện hơn về độ gợn sóng và tần số ổn định hơn
Nghiên cứu mạch nghịch lưu giúp hiểu rõ nguyên lý hoạt động và các phương pháp biến đổi, từ đó lựa chọn phương án tối ưu nhất cho đồ án và ứng dụng thực tiễn.
Có khả năng tính toán, thiết kế và chế tạo mạch nghịch lưu điện áp một pha với công suất cho trước.
Kế hoạch tiến độ từng tuần
STT Tuần Nội dung công việc thực hiện Người thực hiện
1 1,2 - Nhận đề tài, sắp xếp công việc cho từng tuần (phân chia công việc cho từng thành viên)
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
- Tìm tài liệu liên quan: điện tử công suất, truyền động điện
- Tìm hiểu nguyên lý các mạch có liên quan đến đề tài
- Tham khảo ý kiến những người có chuyên môn, các anh chị khóa trước
-Đưa ra cơ sở lý thuyết chung của đề tài
- Đưa ra ý tưởng thiết kế mạch
- Thiết kế sơ đồ nguyên lý mạch, tính toán thông số rồi tiến hành chạy mô phỏng Văn Trung
- Ráp mạch và khảo sát trên bo mạch(nếu gặp lỗi chỉnh sửa lại) Quang Vương
- Lắp ráp hoàn tất sản phẩm
- Chuẩn hoá nội dung, làm quyển báo cáo
- Hoàn tất sản phẩm, kiểm tra toàn bộ nội dung Cả Nhóm
Cách phương án thực hiện
Phương pháp nghiên cứu chính của đề tài dựa trên những yếu tố sau:
Nghiên cứu lý thuyết dựa trên các bài báo khoa học đã công bố
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
Nguồn tài liệu chủ yếu bằng tiếng anh được tìm kiếm trên mạng Internet
Bài viết này nhấn mạnh việc kế thừa các phần cứng đã được thiết kế từ những nghiên cứu trước đó, từ đó tiếp tục mở rộng nghiên cứu nhằm phát triển thêm các tính năng mới.
Dựa vào lý thuyết tến hành mô phỏng bằng phần mềm và xây dựng mô hình chạy thực tế
Ghi nhận kết quả từ thực nghiệm và đánh giá.
Ý nghĩa của đề tài
Đề tài này nhằm giúp sinh viên củng cố và nâng cao kiến thức chuyên ngành cũng như kiến thức thực tế, đặc biệt cho sinh viên khoa Điện – Điện tử Qua việc thiết kế và chế tạo thiết bị, mô hình, sinh viên có thể tham khảo và học hỏi, tạo tiền đề cho các thế hệ học sinh, sinh viên sau này Kết quả đạt được từ đề tài sẽ giúp chúng em hiểu sâu hơn về bộ nghịch lưu và các phương pháp biến đổi điện áp, từ đó tích lũy kiến thức cho những năm học tiếp theo và áp dụng vào thực tế.
Nội dung hoàn thành
Lập kế hoạch thực hiện Giới thiệu một số ứng dụng và đặc điểm của mạch nghịch lưu một pha
Phân tích nguyên lý làm việc và các thông số trong mạch nghịch lưu một pha Thiết kế, chế tạo mạch nghịch lưu một pha đảm bảo yêu cầu:
Điện áp đầu vào một chiều U = 12VDC lấy từ bình ắc quy
Điện áp đầu ra dùng cho các thiết bị điện xoay chiều U = 220VAC, tần số f = 50Hz, và công suất đạt được P = 300AV
Thí nghiệm, kiểm tra sản phẩm, sản phẩm phải đạt yêu cầu kỹ thuật, mỹ thuật Làm quyển thuyết minh báo cáo về quá trình thực hiện.
Giới hạn đề tài
Chỉ áp dụng với công suất nhỏ
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
Mô hình này chỉ áp dụng cho thông số lưới điện phân phối tại Việt Nam, nhằm mục đích tham khảo và kiểm chứng sự tương đồng giữa lý thuyết và thực tế.
Các trang thiết bị dễ gây ra sai số trong quá trình thực nghiệm.
GIỚI CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Diện trở
1.1 Khái niệm Điện trở hay Resistor là một trong những linh kiện điện tử rất phổ biến trong các mạch điện tử Trên các bản mạch điện tử và các sơ đồ nguyên lý thì điện trở được ký hiệu là R Điện trở thường được dùng để hạn chế cường độ dòng điện chảy trong mạch, điều chỉnh mức độ tín hiệu, dùng để chia điện áp, kích hoạt các linh kiện điện tử chủ động như transistor, tiếp điểm cuối trong đường truyền điện và có trong rất nhiều ứng dụng khác
1.2 Cấu tạo của điện trở Điện trở được cấu tạo từ những vật liệu có điện trở suất cao như làm bằng than, magie kim loại Ni-O2, oxit kim loại, dây quất Để biểu thị giá trị điện trở Người ta dùng các vòng màu để bểu thị giá trị điện trở
1.3 Ký hiệu và hình dáng điện trở
Hình 2 1: Ký hiệu của điện trở trong mạch Điện trở cố định
Quang điện trở Điện trở thay đổi
(Biến trở - chiết áp) Điện trở thay đổi theo điện áp (Varixto) Điện trở thay đổi theo nhiệt độ (Thermixto)
CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1.4 Công thức tính điện trở Điện trở của một vật dẫn điện phụ thuộc vào chất liệu làm nên vật dẫn điện đó
Ta có công thức như sau:
R là điện trở (Đơn vị: Ohm)
𝜌 là điện trở suất phụ thuộc vào chất liệu
L là chiều dài dây dẫn
S là tiết diện của dây dẫn
Công thức áp dụng cho dòng điện một chiều, trong khi dòng điện xoay chiều chỉ có điện trở trong mạch Tại thời điểm điện áp đạt cực đại, dòng điện cũng đạt cực đại Khi điện áp bằng không, dòng điện trong mạch cũng sẽ bằng không Điều này cho thấy điện áp và dòng điện luôn cùng pha.
Tất cả các công thức áp dụng cho mạch điện một chiều cũng có thể sử dụng cho mạch điện xoay chiều, miễn là chỉ có điện trở và các giá trị dòng điện xoay chiều được lấy theo trị số hiệu dụng.
Hình 2 2: Hình dáng điện trở thường
CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Tụ điện
Tụ điện là linh kiện điện tử thụ động phổ biến, bao gồm hai bản cực song song Nó có khả năng cách điện một chiều nhưng cho phép dòng điện xoay chiều đi qua nhờ nguyên lý phóng nạp.
2.2 Cấu tạo của tụ điện Cấu tạo của tụ điện bao gồm hai dây dẫn điện thường ở dạng tấm kim loại Hai bề mặt này được đặt song song với nhau và được ngăn cách bởi một lớp điện môi Dây dẫn của tụ điện có thể sử dụng là giấy bạc, màng mỏng Điện môi sử dụng cho tụ điện là các chất không dẫn điện gồm thủy tinh, giấy, giấy tẩm hoá chất, gốm, mica, màng nhựa hoặc không khí Các điện môi này không dẫn điện nhằm tăng khả năng tích trữ năng lượng điện của tụ điện
Hình 2 3: Cấu tao của tụ điện
CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.3 Ký hiệu, nguyên lý làm việc a) Ký hiệu
Hình 2 4: Ký hiệu tụ điện trong mạch điện b) Nguyên lý làm vệc của tụ điện
Nguyên lý hoạt động của tụ điện dựa trên hai nguyên lý đó là nguyên lý phóng nạp và nguyên lý xả nạp Cụ thể như sau:
Nguyên lý phóng nạp của tụ điện cho thấy khả năng tích trữ năng lượng điện tương tự như một bình ắc quy nhỏ, với năng lượng được lưu trữ dưới dạng điện trường Tụ điện có khả năng lưu trữ hiệu quả electron và phóng ra các điện tích để tạo ra dòng điện Tuy nhiên, điểm khác biệt lớn nhất giữa tụ điện và bình ắc quy là tụ điện không thể tự sản sinh ra các điện tích electron.
Nguyên lý xả nạp của tụ điện là tính chất cơ bản giúp linh kiện điện tử thụ động này dẫn điện xoay chiều Khi điện áp giữa hai bản mạch biến thiên theo thời gian mà không thay đổi đột ngột, việc nạp hoặc xả có thể dẫn đến hiện tượng nổ và tia lửa điện do dòng điện tăng vọt đột ngột.
CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
3.1 Đặc điểm và cấu tạo:
Diode công suất là loại diode thường được sử dụng trong các mạch điện tử công suất Nó có cấu tạo đặc biệt, khác với diode tiêu chuẩn, cho phép dẫn dòng điện một chiều với khả năng chịu đựng dòng điện cao hơn.
Diode bán dẫn được cấu tạo từ một khối bán dẫn loại P kết hợp với một khối bán dẫn loại N, với hai chân ra là anode và cathode Mạch chỉnh lưu là mạch điện tử sử dụng linh kiện điện tử để chuyển đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều.
Hình 2 5: Cấu tạo và ký hiệu diode công suất
3.2 Nguyên lý hoạt động Khi tiếp giáp PN của diode được đặt đưới tác dụng của điện áp bên ngoài, nếu điện trường ngoài cùng chiều với điện trường E thì vùng nghèo điện tích xẽ được mở rộng ra, nên điện trở tương đương của diode càng lớn và dòng điện xẽ không thể chạy qua Lúc này toàn bộ điện áp xẽ được đặt lên vùng nghèo điện tích, ta nói rằng diode bị phân cực ngược Hình 2.7 Khi điện trường ngoài ngược chiều với điện trường E thì vùng nghèo điện tích xẽ bị thu hẹp lại Nếu điện áp bên ngoài lớn hơn 0,65V thì vùng nghèo điện tích xẽ thu hẹp lại đến bằng không, và các điện tích có thể di chuyển tự do qua cấu trúc của
CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Diode được phân cực thuận khi dòng điện đi qua nó chỉ bị giới hạn bởi điện trở tải trong mạch ngoài.
3.3 Đặc tính Vôn-Ampe: Đặc tính gồm 2 phần, đặc tính thuận nằm trong góc phần tư thứ I tương ứng với U AK >0, đặc tính ngược nằm trong góc phần tư thứ III tương ứng với U AK < 0
Khi điện áp A-K tăng từ 0 và vượt qua ngưỡng điện áp V F, dòng điện sẽ bắt đầu chảy qua Diode Dòng điện i D có thể biến đổi một cách đáng kể trong quá trình này.
Hình 2 8: Đặc tính Von-Ampe và đặc tính lý tưởng
CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT lớn nhưng điện áp rơi trên Diode U AK hầu như ít thay đổi Như vậy đặc tính thuận của Diode đặc trưng bởi tính chất có điện trở tương đương nhỏ
Trên đường đặc tính ngược của Diode, khi điện áp U AK tăng từ 0 đến giá trị U ng.max, dòng điện qua Diode vẫn rất nhỏ, gọi là dòng rò, cho thấy Diode cản trở dòng điện theo chiều ngược Khi U AK đạt U ng.max, dòng qua Diode tăng đột ngột, làm mất tính chất cản trở dòng điện ngược và được gọi là hiện tượng đánh thủng Diode Đặc tính Von-Ampe của các Diode có sự khác biệt, nhưng trong phân tích sơ đồ các bộ biến đổi, đặc tính lý tưởng thường được sử dụng Theo đặc tính lý tưởng, Diode cho phép dòng điện lớp bất kỳ chạy qua mà không có sụt áp và chịu được điện áp ngược lớn mà không có dòng rò, tức là có điện trở tương đương bằng 0 khi dẫn và vô cùng khi khóa.
3.4 Các thông số Dòng điện thuận I D : Giá trị trung bình của dòng điện cho phép chạy qua diode theo chiều thuận I D Đây là giá trị lựa chọn diode cho ứng dụng thực tế Điện áp ngược U Ng.max : Giá trị điện áp ngược lớn nhất mà diode có thể chịu dựng được Luôn lựa chọn:
Dòng điện thuận I D là giá trị trung bình của dòng điện cho phép lưu thông qua diode theo chiều thuận Đây là tiêu chí quan trọng để lựa chọn diode phù hợp cho các ứng dụng thực tế.
Transitor lưỡng cựu (BJT)
CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Transistor lưỡng cực nối (BJT) là một linh kiện bán dẫn có cấu trúc gồm hai tiếp xúc và ba khối chất bán dẫn với các đặc tính dẫn điện khác nhau.
4.2 Đặc điểm cấu tạo Transistor có cấu tạo gồm các miền bán dẫn p và n xen kẽ nhau
Miền Emitter (miền phát) của Transistor là miền bán dẫn đầu tiên, nổi bật với nồng độ tạp chất cao nhất Điện cực kết nối với miền này được gọi là cực Emitter, ký hiệu là E.
Miền Base (miền gốc) có nồng độ tạp chất thấp và độ dày khoảng vài micromet Điện cực tương ứng với miền này được gọi là cực Base, ký hiệu là B.
Miền còn lại là miền Collector (miền thu) với nồng độ tạp chất trung bình và điện cực tương ứng là Collector (cực thu) ký hiệu C
Hình 2 9: Cấu tạo và kí hiệu của BJT loại NPN
CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Điểm khác nhau duy nhất giữa hai loại transistor NPN và PNP đó là hướng mũi tên ở cực phát Mũi tên ở cực phát trên transistor NPN hướng đi ra và trên transistor PNP, hướng đi vào
Transistor hoạt động dựa trên nguyên lý của chất bán dẫn, một loại vật liệu không hoàn toàn dẫn điện như đồng, nhưng cũng không phải là chất cách điện như không khí Đặc điểm nổi bật của chất bán dẫn là độ dẫn điện của nó có thể thay đổi tùy thuộc vào các yếu tố như nhiệt độ và mật độ electron.
Mạch tương đương của transitor:
Transistor có thể được coi là một phần mở rộng của diode, với cấu trúc cơ bản là hai diode được kết nối với nhau qua cực âm hoặc cực dương.
Hình 2 11: Mạch tương đương với cấu tạo Hình 2 10: Cấu tạo và kí hiệu của BJT loại PNP
CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Ở đây, diode nối giữa cực gốc với cực phát là một diode quan trọng nó khớp với hướng của mũi tên trên ký hiệu mạch của transistor, và cho thấy hướng đi của dòng điện chạy qua transistor
Hoạt động của transistor có thể được hiểu thông qua mạch tương đương, nhưng điều này không hoàn toàn chính xác Sự tương tác giữa ba chân của transistor bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố kỳ lạ ở cấp độ vật lý lượng tử.
Nguyên lý hoạt động của transitor:
Chúng ta có một cái nhìn mới về các dòng transistor, vốn hoạt động theo hai phương thức thuận nghịch khác nhau Điều quan trọng là nếu hiểu một trong hai phương thức, ta chỉ cần đổi cực để áp dụng phương thức còn lại.
Nguyên lý làm việc của transitor nghịch NPN
Transistor NPN hoạt động bằng cách chuyển các electron từ cực phát sang cực thu, với dòng điện chảy từ cực thu đến cực phát Cực phát "phát" electron vào cực nền, trong khi cực gốc điều khiển số lượng electron được phát ra Hầu hết các electron này sẽ được cực thu "thu" và sau đó gửi đến phần tiếp theo của mạch.
Hình 2 12: Hoạt động của NPN
CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Hình 2 13: Hoạt động của PNP
Transistor nghịch cho phép dòng điện I B chảy từ khu B sang khu E, tạo ra dòng điện I C mới từ khu C sang khu E Điều quan trọng là dòng điện I C luôn lớn gấp nhiều lần dòng I B trong mọi trường hợp.
Phần tăng dòng này chính là sự khuếch đại dòng điện một chiều của con linh kiện transistor
Nguyên lý cụ thể như sau: Dòng điện từ chân B truyền vào hướng như hình thì lập tức 2 chân C và E sẽ tạo thành một hình nối tiếp
Nguyên lý làm việc của transitor thuận PNP
Transistor PNP hoạt động theo nguyên lý tương tự như transistor NPN, nhưng yêu cầu đảo ngược cực âm dương của các nguồn điện Trong mạch, dòng điện I C di chuyển từ chân E sang chân C, trong khi dòng điện I B chảy từ chân E sang chân B.
CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Xét mạch như hình 2.14 Với V BE là hiệu điện thế giữa cực nền B và cực phát E
V CE là hiệu điện thế giữa cực thu C và cực phát E Đặc tuyến ngõ vào I B (V BE ) ứng với V CE = const
Để xác định V CE = const, hãy chọn nguồn V CC dương Điều chỉnh nguồn V BB để thay đổi V BE từ 0 đến giá trị nhỏ hơn điện thế ngưỡng Vγ, lúc này dòng I B sẽ gần bằng 0 Tiếp tục tăng nguồn V BB cho đến khi V BE đạt Vγ, tại đây dòng I B bắt đầu xuất hiện và tăng theo dạng hàm số mũ tương tự như dòng I D của diode phân cực thuận.
Hình 2 14: Mạch khảo sát đặc tuyến tính BJT
Hình 2 15: Đặc tuyến ngõ vào của BJT
CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Đặc tuyến truyền dẫn I C (V BE ) ứng với V CE = const Để khảo sát đặc tuyến này, ta đo, chỉnh nguồn tương tự đặc tuyến ngõ vào nhưng dòng thì đo I C , quan sát xem I C thay đổi như thế nào khi V BE thay đổi Ta có đặc tuyến truyền dẫn I C (V BE ) có dạng giống như đặc tuyến ngõ vào I B (V BE ) nhưng dòng I C có trị số lớn hơn I B nhiều lần
I C = β I B Đặc tuyến ngõ ra I C (V CE ) ứng với I B = const
Nguồn V BB phân cực thuận mối nối P – N giữa B và E để tạo dòng I B V CC Khi điện thế V B < Vγ tức V BE < Vγ thì có dòng I B = 0 và I C = 0 mặc dù có tăng nguồn Khi điện thế V BE ≥ Vγ thì có dòng I B ≠ 0
THIỆU VỀ MÁY BIẾN ÁP VÀ ẮC QUY.18 1 Máy biến áp
Định nghĩa
Máy biến áp là thiết bị điện từ tĩnh hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ, có chức năng biến đổi điện áp trong hệ thống dòng điện xoay chiều mà không thay đổi tần số Hệ thống điện đầu vào của máy biến áp bao gồm điện áp U1, dòng điện I1 và tần số f, trong khi hệ thống điện đầu ra sẽ có điện áp đã được biến đổi.
Máy biến áp có hai đầu nối: đầu vào gọi là sơ cấp, kết nối với nguồn điện, và đầu ra gọi là thứ cấp, kết nối với tải Các thông số sơ cấp bao gồm số vòng dây W1, điện áp U1, dòng điện I1 và công suất sơ cấp Các đại lượng này được ký hiệu với chỉ số 1 để phân biệt với các thông số thứ cấp.
P 1 Các đại lượng và thông số thứ cấp có chỉ số 2: số vòng dây thứ cấp W 2 , điện áp thứ cấp U 2 , dòng điện thứ cấp I 2 , công suất thứ cấp P 2
Máy biến áp được phân loại thành hai loại chính: máy biến áp tăng áp, khi điện áp thứ cấp lớn hơn điện áp sơ cấp, và máy biến áp giảm áp, khi điện áp thứ cấp nhỏ hơn điện áp sơ cấp.
Cấu tạo máy biến áp
Hình 3 1: Cấu tạo máy biến áp
CHƯƠNG III: GIỚI THIỆU VỀ MÁY BIẾN ÁP VÀ ẮC QUY
Vỏ của máy biến áp
Máy biến áp được chế tạo từ nhiều chất liệu khác nhau như nhựa, gỗ, thép, gang hoặc tôn mỏng, tùy thuộc vào loại máy Những chất liệu này có vai trò bảo vệ các thành phần bên trong máy biến áp, bao gồm nắp thùng và thùng, trong đó nắp thùng được sử dụng để đậy kín thùng.
Lõi thép của máy biến áp
Hình 3 3: Lõi thép máy biến áp Gông
𝛿 Hình 3 2: Vỏ máy biến áp
CHƯƠNG III: GIỚI THIỆU VỀ MÁY BIẾN ÁP VÀ ẮC QUY
Lõi thép của máy biến áp, được làm từ vật liệu dẫn từ chất lượng cao như thép kỹ thuật điện, đóng vai trò quan trọng trong việc dẫn từ thông chính của máy Cấu trúc của lõi thép bao gồm hai phần chính: trụ và gông.
Trụ là nơi để đặt dây quấn
Gông là bộ phận kết nối các trụ, tạo thành một mạch từ kín Để giảm thiểu dòng điện xoáy trong lõi thép, người ta sử dụng lá thép kỹ thuật điện có độ dày từ 0,35mm đến 0,5mm, với hai mạch được sơn cách điện và ghép lại thành lõi thép.
Dây quấn của máy biến áp
Dây quấn máy biến áp được làm từ dây đồng hoặc nhôm, được bọc cách điện để nhận và truyền năng lượng Biến áp sử dụng dây đồng dẫn điện tốt hơn, chống ôxy hóa và kéo dài tuổi thọ Dây quấn có thể có tiết diện tròn hoặc chữ nhật.
Cuộn dây sơ cấp là phần nhận năng lượng và kết nối với mạch điện xoay chiều, trong khi cuộn dây thứ cấp có nhiệm vụ truyền năng lượng đến tải tiêu thụ.
Số vòng dây ở hai cuộn phải khác nhau, tuỳ thuộc nhiệm vụ của máy mà có thể N1 > N2 hoặc ngược lại
Hình 3 4: Dây quấn máy biến áp
CHƯƠNG III: GIỚI THIỆU VỀ MÁY BIẾN ÁP VÀ ẮC QUY Để làm mát và tăng cường cách điện cho máy biến áp, người ta thường đặt lõi thép và dây quấn trong một thùng chứa dầu máy biến áp Đối với biến áp công suất lớn, vỏ thùng dầu dầu có chứa cánh tản nhiệt.
Nguyên lý hoạt động
Có thể giải thích hoạt động của máy biến áp qua 2 hiện tượng vật lý:
Dòng điện chạy qua cuộn dây tạo ra từ trường
Sự biến thiên từ thông trong cuộn dây tạo ra hiệu điện thế cảm ứng
Khi dòng điện xoay chiều với hiệu điện thế U1 đi qua cuộn dây sơ cấp, nó tạo ra dòng điện sơ cấp I1 Dòng điện này sinh ra từ thông biến thiên trong lõi thép, với chiều tương tự như chiều kim đồng hồ Nhờ vào mạch từ khép kín, từ thông biến thiên này đi qua cuộn dây thứ cấp, tạo ra dòng điện thứ cấp I2 và hiệu điện thế U2.
Hiệu điện thế sơ cấp U1 có khả năng điều chỉnh hiệu điện thế thứ cấp U2 thông qua sự biến thiên của từ thông Biến đổi này có thể được kiểm soát bằng cách thay đổi số vòng dây quấn trên lõi sắt.
N 2 = k Hình 3 5: Nguyên lý hoạt động máy biến áp
CHƯƠNG III: GIỚI THIỆU VỀ MÁY BIẾN ÁP VÀ ẮC QUY
Tỷ số điện áp giữa cuộn sơ cấp và thứ cấp của biến áp tỉ lệ với số vòng quấn và được gọi là tỉ số biến áp k Nếu k > 1, đây là trường hợp hạ áp, trong khi k < 1 biểu thị cho tình huống tăng áp.
TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MẠCH
Chức năng từng khối
2.1 Khối nguồn DC Nguồn điện được sử dụng ở đây là nguồn điện một chiều lấy từ bình ắc quy Thời gian sử dụng phụ thuộc chủ yếu vào dung lượng lưu trữ của ắc quy
2.2 Khối tạo tần số 50Hz
Khối tạo sóng dao động cung cấp tín hiệu cho khối công suất với tần số điện công nghiệp, thường là dạng sóng sin hoặc sóng vuông Do khối công suất có trở kháng đầu vào rất nhỏ, cần thiết phải có một khối khuyếch đại đệm để ổn định và giảm trở kháng đầu vào cho tầng công suất.
Khối công suất khuyếch đại tín hiệu từ khối phát, cung cấp điện áp xoay chiều qua biến áp Các linh kiện công suất như thyristor, mosfet và transistor chịu dòng lớn như D718 và 2N3055 thường được sử dụng Để đảm bảo hiệu suất hoạt động tốt, hệ thống tản nhiệt mát là yêu cầu thiết yếu cho khối này.
2.4 Biến áp nghịch lưu Đây là thành phần chính quyết định tới công suất phát của mạch Biến áp được sử dụng là biến áp nghịch lưu có tỉ số vòng dây của cuộn thứ cấp lớn hơn nhiều cuộn sơ cấp, dùng để biến đổi điện áp đầu vào có giá trị nhỏ thành điện áp có giá trị lớn.
Tính toán
Khối tạo tần số 50Hz
Khối công suất Biến áp nghịch lưu
CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MẠCH
Nguồn điện sử dụng trong hệ thống này là nguồn một chiều từ bình ắc quy, với thời gian sử dụng chủ yếu phụ thuộc vào dung lượng lưu trữ của ắc quy.
Ví dụ: Ắc quy 12VDC-75Ah Đây là ắc quy có đện áp 12VDC và dung lượng là 75Ah
Công suất phát của bình ắc quy là: 12× 75= 900W
Giả sử ta có 1 tải tiêu thụ 300W, với công suất phát ắc quy là 900W thì ta sử dụng được 3 giờ
IC CD4047 là bộ điều khiển đa vi mạch CMOS, chuyên dùng để chuyển đổi tín hiệu DC thành AC với công suất thấp Bộ biến tần này rất hữu ích ở các quốc gia gặp vấn đề về giảm tải, vì nó có khả năng lưu trữ và xả năng lượng điện khi không có nguồn điện chính IC CD4047 tạo ra xung vuông với điện áp làm việc tối đa 18VDC, bao gồm 14 chân được thiết kế dạng dịp 100T.
Hình 4 1: Sơ đồ chân IC CD4047
CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MẠCH
Chân 1: C-Timing được nối với đầu dương của tụ điện Chân 2: R-Timing được nối với 1 đầu của trở
Chân 3: Chân chung kết nối điện trở và tụ điện tạo dao động vơi tần số định sẵn Chân 4: Trạng thái bền
Chân 5: Trạng thái không bền Chân 6: Chân kích khởi âm chúng cung cấp chuyển đổi cao xuống thấp Chân 7: Chân nối đất GND
Chân 8: Chân kích khởi dương chúng cung cấp chuyển đổi thấp đến cao Chân 9: Thiết lập lại trạng thái ban đầu
Chân 10: Đầu ra Q không đảo Chân 11: Đầu ra Q đảo
Chân 12: Kích khởi lại Chân 13: Cung cấp đầu ra dao động Chân 14: Nguồn dương VCC
CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MẠCH
Hình 4 2: Sơ đồ khối IC 4047
Hình 4 3: Sơ đồ logic IC 4047
CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MẠCH
Hoạt động của IC CD4047
Hoạt động của chân astable diễn ra khi đầu vào chân 5 ở mức cao hoặc thấp từ chân 4 hoặc hai chân Độ rộng xung vuông tại Q và Q ̅ phụ thuộc vào đầu vào và giá trị RC của chân 5, cho phép mạch hoạt động như một bộ tạo dao động đa hài qua cổng 5 Độ rộng xung ở chân 13 bằng một nửa đầu ra Q trong chế độ astable, tuy nhiên, điều này chỉ đúng 50%.
Trong chế độ ổn định đơn, khi có sườn dương ở đầu vào và chân trigger(6) ở mức thấp, các xung đầu vào có thể xảy ra bất kỳ lúc nào, tương ứng với xung đầu ra ở chân 12 Điều này cho phép kích mở trở lại khi xung đầu ra là dương Các đặc điểm của vi mạch này rất quan trọng để hiểu cách thức hoạt động của nó.
Công suất tiêu thụ thấp
Hoạt động ở trạng thái đơn là chế độ không ổn định
Các đầu ra ổn định yêu cầu một tín hiệu duy nhất ngoài R hoặc C, với các đầu vào có điểm kiểm tra tĩnh ở điện áp 20V Đặc tính được chuẩn hóa và đầu ra đạt tiêu chuẩn, đồng thời có tính đối xứng.
Chu kỳ xung vuông của IC CD4047 được tính theo công thức sau:
CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MẠCH
Từ công thức trên để có tần số 50Hz, ta chọn tụ là 0,1μf:
Chọn R = 47KΩ Trong mạch sử dụng biến trở 100KΩ để điều chỉnh tần số 50Hz hay 60Hz
3.3 Khối động lực công suất Yêu cầu biến áp:
Điện áp ở cuộn dây sơ cấp là U 1 = 12V
Điện áp ở cuộn dây thứ cấp là U 2 = 220V, fPHz
Công suất yêu cầu là 300W
Do máy biến áp điểm giữa nên điện áp U 1 = 2.U 1 = 2.12 $(V)
Công suất của máy biến áp: P = Ƞ.U2.I 2 = 300 (AV)
Trong đó: P là công suất máy biến áp
U 2 là điện áp của cuộn thứ cấp máy biến áp
I 2 là dòng điện của cuộn thứ cấp máy biến áp
Hình 4 4: Sơ đồ máy biến áp có điểm giữa
CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MẠCH Ƞ là hiệu suất máy biến áp
Chọn Ƞ là hiệu suất máy biến áp bằng 0,85
Vậy ta có dòng điện thứ cấp của máy biến áp:
0.85.220 = 1, 6(A) Áp dụng tỉ số máy biến áp:
U 1 Áp dụng tỉ số biến áp điểm giữa nên điện áp sơ cấp được tính bằng U1= 24 (V)
24 = 14,6 (A) Công suất máy biến áp cần chọn:
P = U 1 I 1 = 24.14,6 = 350 (VA) Vậy ta chọn máy biến áp có công suất P= 360VA với I = 15 A
Lựa chọn van công suất
Ta lựa chọn Transistor NPN vì có những ưu điểm sau:
Lượng tiêu thụ điện năng không lớn
Hiệu suất cao và tuổi thọ dài
Độ trễ gần như không có khi khởi động và không chứa chất độc hại bởi chúng không có bộ phận làm nóng cathode
Chọn NPN có dòng điện làm việc là: Điện áp ngược đặt lên van:
K dc thường được chọn lớn hơn 1,6 và nhỏ hơn 2
Vậy chọn van có điện áp làm việc lớn hơn 24V là được
CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MẠCH
Từ các điều kiện tính toán trên ta đi chọn van: H1061, D718 với các tham số như sau:
Transistor H1061 là loại NPN hoạt động với công suất trung bình, có dòng điện tối đa I c.max đạt 4A, điện áp 100V và công suất tản nhiệt tối đa P max là 40W Nhiệt độ mối nối hoạt động tối đa của transistor này là 150℃, thường được sử dụng để khuếch đại đệm dòng cho tầng khuếch đại công suất.
D718 là loại transistor họ NPN hoạt động với công suất lớn có dòng điện tối đa I c.max
= 8A, điện áp 120V, công suất tản nhiệt tối đa
P max = 80W, nhiệt độ mối nối hoạt động tối đa
T j = 150℃, dùng để khuếch đại dòng điện đưa ra biến áp.