Bài báo cáo môn học điện điện tử đề tài mạch dimmer

ĐẠI HỌC LẠC HỒNG KHOA CƠ ĐIỆN ĐIỆN TỬ - BÀI BÁO CÁO MÔN HỌC ĐIỆN ĐIỆN TỬ Đề tài: MẠCH DIMMER SVTH: NHÓM NGUYỄN VĂN TÂM 523000024 LÊ KHƯƠNG TRỌNG 523000004 MAI XUÂN TÙNG 523000007 ĐOÀN MINH TUỆ 523000045 GVHD: Th.S HUỲNH ĐỨC CHẤN Đồng nai, 2023 Chương Mở đầu MỤC LỤC MỤC LỤC CHƯƠNG MỞ ĐẦU 1.1 Lý chọn đề tài 1.2 Mục tiêu nghiên cứu 1.3 Phạm vi nghiên cứu .4 1.4 Kết đạt CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Dimmer gì? 2.2 Nguyên lý hoạt động dimmer 2.3 Các loại dimmer phổ biến 2.4 Trước tiên ta tìm hiểu nguyên lý DIAC (Diode cho dòng điện xoay chiều) 12 2.5 Tiếp theo nguyên lý TRIAC : 13 2.6 Biến trở cấu tạo biến trở 14 2.7 Khái niệm điện trở gì? 16 2.8 Tụ điện gì? cấu tạo, công dụng 17 CHƯƠNG ỨNG DỤNG DIMMER TRONG MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN AC .21 3.1 Mạch nguyên lý Dimmer .21 3.2 Nguyên lí làm việc .22 CHƯƠNG KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 26 4.1 Những kết đạt .26 4.2 Những thuận lợi khó khăn thực đề tài .26 4.2.1 Thuận lợi 26 4.2.2 Khó khăn .26 4.3 Kết luận 26 Trang Chương Mở đầu Trang Chương Mở đầu CHƯƠNG MỞ ĐẦU 1.1 Lý chọn đề tài Trong phát triển mãnh mẽ kinh tế xã hội dất nước, điện lực đóng góp phần khơng nhỏ nhu cầu phát triển đất nước Ngày phát triển tăng dần cách nhanh chóng lĩnh vực đặc biệt cơng nghiệp địi hỏi nhu cầu tiêu thụ điện lớn để đáp ứng sản xuất – kinh doanh hoạt động sinh hoạt chiếu sáng xã hội tăng cao Việc tính tốn cung cấp điện cho hộ tiêu thụ gặp khó khăn kỹ thuật kinh tế kinh tế phát triển nước ta Để đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cần có nghiên cứu , khảo sát phân tích cách cách chắn để thiết kế hệ thống điện có hiệu cao có vốn đầu tư hợp lý đạt yêu cầu cao chi phí vận hành thấp để đảm bảo sản xuất ổn định đáp ứng đủ nhu cầu hộ tiêu thụ điện nước ta Hiện kinh tế khoa học kỹ thuật nước ta đạt nhiều thành tựu to lớn mặt thúc đẩy phát triển toàn diện, phần vào phát triển nguồn lượng đưa nghành điện phát triển thêm tầng cao mới, với đội ngũ lao động công nhân kỹ sư có trình độ cao đáp ứng yêu cầu khát khe kỹ thuật trọng an toàn lao động bồi dưỡng kiến thức kĩ thuật thuòng xuyên Với kiến thức học tập từ trường lớp thời gian qua, kèm với môi trường thực tập trường đại học Lạc Hồng, nghiên cứu tìm hiểu đề tài “ Mạch Dimmer “ Báo cáo 30% môn Điện tử công suất va chạm thực tế học thầy Huỳnh Đức Chấn, trải nghiệm quý giá trước bước vào công việc thực tế sau Sau thời gian học tập làm báo cáo, với nỗ lực nhóm 6, đồng thời vời giúp đỡ tận tình thầy Huỳnh Đức Chấn Nhóm chúng tơi dã hồn thành báo cáo Song với kiến thức hạn chế, tiếp xúc thực tế chúng tơi cịn tương đối khó phức tạp, địi hỏi phải có nhiều kinh nghiệm chun mơn cao nên khơng tránh khỏi sai sót Vì vậy, chúng tơi mong nhận nhận xét góp ý thầy 1.2 Mục tiêu nghiên cứu Thiết kế mạch Dimmer Cấu tạo nguyên lý hoạt động Diac Cấu tạo nguyên lý hoạt động Triac Trang Chương Mở đầu Cấu tạo nguyên lý hoạt động biến trở Cấu tạo nguyên lý hoạt động điện trở Cấu tạo nguyên lý hoạt động tụ điện Nắm cách tổng quan mạch Dimmer Hiểu cách sử dụng điều khiển linh kiện điện tử công suất 1.3 Phạm vi nghiên cứu Mạch dimmer AC dựa nguyên lý cắt xén pha điện áp pha khác theo sóng hình sin dịng điện xoay chiều từ làm giảm lượng đến tải 1.4 Kết đạt Điều chỉnh độ sáng bóng đèn sợi đốt đèn halogen từ điều chỉnh nhiệt lượng tỏa đèn (dùng sưởi ấm chăn nuôi, sấy thực phẩm) Điều chỉnh gia nhiệt (hay gọi trở nhiệt) lò sấy Điều chỉnh nhiệt độ nước nồi phở, nồi hấp Điều chỉnh tốc độ động quạt, khoan pin, động AC công suất nhỏ (giả sử bạn bật quạt số nhỏ thấy mạnh bạn sử dụng mạch Dimmer AC để điều chỉnh cho quạt quay chậm lại) Kết luận: Dimmer AC có ưu điểm vấn đề gọn nhẹ, giá thành hợp lý … Dùng Triac làm biến dạng sin nhược điểm sử dụng Những tải trở (đèn sợi đốt, trở nhiệt) làm việc tốt với giá trị trung bình nhờ tác dụng san làm đồng Tuy nhiên tải cảm bị ảnh hưởng, ví dụ động phát nóng bình thường, tiêu tốn lượng cao Trang Chương Cở sở lý thuyết CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Dimmer gì? Dimmer thiết bị nối với vật phát sáng cố định với mục đích giảm độ sáng ánh sáng dựa nguyên lí thay đổi dạng sóng điện áp cấp cho thiết bị phát sáng Hình 2.1 Dimmer 4000 w 2.2 Nguyên lý hoạt động dimmer Dimmer hoạt động dựa thay đổi hiệu điện chạy qua thiết bị tiêu thụ điện, giúp kiểm soát khả chiếu sáng đèn tốt Hiểu theo cách khác dimmer hoạt động dựa việc điều chỉnh điện trở Vì điện trở làm tiêu hao điện trình sinh nhiệt, dẫn đến thay đổi cường độ dịng điện Từ làm thay đổi cường độ ánh sáng đèn Trang Chương Cở sở lý thuyết Hình 2.2 Mạch dimmer sử dụng Diac Triac 2.3 Các loại dimmer phổ biến Có nhiều loại dimmer phổ biến leading edge dimmer trailing edge dimmer Cả hai hoạt động cách cắt điện áp pha khác sóng hình sin dịng xoay chiều, làm giảm lượng đưa đến bóng đèn Leading edge dimmer (Bộ điều chỉnh độ sáng cạnh đầu) Leading edge dimmer loại phổ biến Loại tồn thời gian dài sử dụng để điều khiển độ sáng đèn sợi đốt, đèn halogen Loại có dãy cơng suất cao nằm khoảng 250W đến 1000W không dùng cho đèn LED cơng suất thấp Hình 2.3 Dạng Sóng Của Bộ Điều Chỉnh Sóng Cạnh Đầu Trailing edge dimming (Bộ điều chỉnh độ sáng cạnh cuối) Trailing edge dimming hay gọi dimmer tương thích với đèn LED sử dụng cho bóng đèn LED có nhiều đặc điểm tương đồng, ví dụ dãy cơng suất tương đương với Công suất cần thiết cho loại dimmer thấp nên phù hợp với bóng đèn LED cơng suất thấp Trang Chương Cở sở lý thuyết Hình 2.4 Dạng Sóng Của Bộ Điều Chỉnh Sóng Cạnh Cuối Hình 2.5 Sóng sin Leading edge dimmer Trailing edge dimming Dimmer vạn Dimmer vạn sử dụng để điều khiển đèn halogen, đèn sợi đốt, đèn huỳnh quang compact đèn LED Loại cho bạn khoảng điều khiển độ sáng đèn tối đa không bị tượngnhấp nháy ánh sáng Tuy nhiên sử dụng với đèn huỳnh quang compact đèn LED cần phải kiểm tra đèn có dimmable hay khơng Trang Chương Cở sở lý thuyết Hình 2.6 Dimer vạn điều khiển đèn Dimmer cho đèn sợi đốt đèn halogen Loại thiết kế riêng để điều chỉnh độ sáng cho đèn sợi đốt halogen Thế nên bạn không sử dụng cho đèn huỳnh quang compact đèn LED hiệu suất Hình 2.7 Dimmer cho đèn cho đèn sợi đốt đèn halogen Dimmer đèn huỳnh quang Loại sử dụng để điều khiển độ sáng đèn huỳnh quang Trang Chương Cở sở lý thuyết Hình 2.8 Dimer dành cho đèn huỳnh quang Dimmer ELV Dimmer ELV sử dụng cho điều khiển máy biến áp điện áp thấp nguồn đèn LED đèn led dây, đèn tracklight Để lắp dimmer ELV cần dây trung tính Hình 2.9 Dimer ELV Dimmer từ tính điện áp thấp MLV Loại sử dụng cho đèn âm tường có từ tính điện áp thấp MLV thường nặng lớn ELV Trang Chương Cở sở lý thuyết  Nguyên lý hoạt động biến trở Đúng tên gọi làm thay đổi điện trở, nguyên lý hoạt động chủ yếu của biến trở là dây dẫn tách rời dài ngắn khác Trên thiết bị có vi mạch điều khiển hay núm vặn Khi thực điều khiển núm vặn mạch kín thay đổi chiều dài dây dẫn khiến điện trở mạch thay đổi Thực tế việc thiết kế mạch điện tử ln có khoảng sai số, nên thực điều chỉnh mạch điện người ta phải dùng biến trở, lúc biến trở có vai trị phân áp, phân dịng mạch Ví dụ: Biến trở được sử dụng máy tăng âm để thay đổi âm lượng chiếu sáng biến trở dùng để thay đổi độ sáng đèn 2.7 Khái niệm điện trở gì? Điện trở hay cịn gọi Resistor linh kiện điện tử thụ động với tiếp điểm kết nối Một số chức điện trở dùng để điều chỉnh mức độ tín hiệu, hạn chế cường độ dòng điện chảy mạch Hơn điện trở dùng để chia điện áp thành phần nhỏ, kích hoạt linh kiện điện tử chủ động Và tiếp điểm cuối đường truyền điện Hình 2.20 Các loại điện trở Theo định luật Ohm: Khi điện áp V qua điện trở tỷ lệ thuận với cường độ dòng điện I Tỷ lệ số điện trở R Công thức định luật Ohm tính: V=I*R Trang 16 Chương Cở sở lý thuyết Nếu điện trở 400Ω nối vào nguồn điện áp chiều 14v cường độ dòng điện qua 14/ 400 = 0.035 Amperes Điện trở thực tế có số điện cảm điện dung có ảnh hưởng tiêu cực đến mối quan hệ điện áp dòng điện mạch điện xoay chiều 2.8 Tụ điện gì? cấu tạo, cơng dụng Tụ điện gì? Tụ điện (tiếng anh capacitor) linh kiện điện tử thụ động cấu tạo hai cực đặt song song ngăn cách lớp điện mơi, tụ điện có tính chất cách điện chiều cho dịng điện xoay chiều đi qua nhờ nguyên lý phóng nạp Ký hiệu: Tụ điện có ký hiệu C Hình 2.21 Ký hiệu tụ điện Hình dáng thực tế tụ điện Hình 2.22 Tụ gốm Trang 17 Chương Cở sở lý thuyết Hình 2.23 Tụ hóa Cấu tạo tụ điện Cấu tạo tụ điện gồm hai dây dẫn điện thường dạng kim loại Hai bề mặt đặt song song với ngăn cách lớp điện mơi Hình 2.24 Cấu tạo tụ điện Dây dẫn tụ điện sử dụng giấy bạc, màng mỏng,… Điện môi sử dụng cho tụ điện chất không dẫn điện thủy tinh, giấy, giấy tẩm hoá chất, gốm, mica, màng nhựa khơng khí Các điện mơi khơng dẫn điện nhằm tăng khả tích trữ lượng điện tụ điện. Tùy theo lớp cách điện hai cực tụ có tên gọi tương ứng Trang 18 Chương Cở sở lý thuyết Nguyên lý hoạt động tụ điện Hình 2.25 Nguyên lý nạp xả tụ điện Tụ điện có khả tích trữ lượng dạng lượng điện trường cách lưu trữ electron, phóng điện tích để tạo thành dịng điện Đây tính chất phóng nạp tụ, nhờ có tính chất mà tụ có khả dẫn điện xoay chiều Nếu điện áp của hai mạch không thay đổi đột ngột mà biến thiên theo thời gian mà ta cắm nạp xả tụ dễ gây tượng nổ có tia lửa điện dòng điện tăng vọt Đây nguyên lý nạp xả tụ điện phổ biến 2.9 Diode Cầu DB107 1A 1000V DIP4 Bốn điốt có nhãn D đến D xếp theo cặp sê-ri dịng, có hai điốt suốt nửa chu kỳ Trong nửa chu kỳ tích cực nguồn cung cấp, điốt D1 D2 tiến hành nối tiếp điốt D3 D4 bị phân cực ngược dòng điện chạy qua tải hình Trang 19 Chương Cở sở lý thuyết Mạch chỉnh lưu nửa sóng (dương) Trong nửa chu kỳ tiêu cực nguồn cung cấp, điốt D3 và D4 tiến hành nối tiếp, điốt D1 và D2 chuyển đổi TẮT TẮT chúng bị phân cực ngược. Dịng điện chạy qua tải hướng trước Mạch chỉnh lưu nửa sóng (âm) Do dịng điện chạy qua tải chiều, điện áp phát tải chiều giống chỉnh lưu tồn sóng hai diode trước đó, điện áp DC trung bình tải là tối đa 0,637V Hình 2.26 Dạng Sóng Khi Qua Chỉnh Lưu Trang 20 Chương Kết luận CHƯƠNG DIMMER TRONG MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN AC 3.1 Mạch nguyên lý Dimmer …Mạch nguyên lý Dimmer điều kiển tải AC Hình 3.1 Mạch nguyên lý dimmer điều khiển đèn ac Linh kiện, thành phần sử dụng mạch : J1-J2 (L-N) : Nguồn điện xoay chiều AC ~ 220VAC/50Hz DUT hay AC Load : Tải xoay chiều Công suất tải phải bé công suất Triac U1 BTA41-600B R1,R4 : Điện trở loại 4,7 Ohm, 1W R2 ,R3: Điện trở loại 33K 1W R4 : Điện trở loại 10Kohm, 1W VR : Biến trở 500Kohm, 0.5W C2 : Tụ kẹo loại 0.01uF/600V C1 : Tụ kẹo tụ không phân cực loại 0.1uF/275V D1 : Diac DB3, dạng Diode AC dẫn dòng chiều U1 : Triac 600V/40A loại BTA41-600B Điều khiển góc pha điện áp, dẫn dịng theo chiều tự đóng điện áp hai đầu A1-A2 triac tức góc 0/360 độ, 180 độ Trang 21 Chương Kết luận BR1 :cầu DB107 1A 1000V DIP4 diode chỉnh lưu có cấu tạo gồm diode đóng gói gói nhất, gồm chân, thiết kế với vỏ nhôm, tản nhiệt tốt Dùng để chuyển đổi điện áp AC – DC 3.2 Nguyên lý làm việc Mạch Dimmer hoạt động dựa nguyên lý xén điện áp hay cắt góc pha điện áp đầu vào sóng hình Sin Theo hình trên, góc cắt pha điện áp tải Triac U1 thay đổi VR C2 Hằng số thời gian tính theo t = RC Biến trở VR dùng để điều chỉnh số thời gian hay thời gian trễ để mở triac (góc cắt điện áp) Triac BT1 kích mở ta cho điện áp chiều vào chân điều khiển G Mạch chiều tạo D 2, R4, VR, C2,BR1 Vào đầu nửa chu kỳ điện áp đường dây thay đổi cực tính, điện áp C1 trễ điện áp có cực tính ngược lại Để phóng điện C1 volt nhanh tốt, dòng điện phân cực qua R4 R5 (tùy thuộc vào cực tính) nhanh chóng phóng điện áp C1 Tại thời điểm đó, bắt đầu tích điện theo cực tính nửa chu kỳ Lưu ý mạch phóng điện C1 – khơng thể sạc C1 diện điốt thấp BR1 làm ngắn mạch dòng điện phân cực tới mạch chung Mạch chống cháy cho TRIAC hay mạch snubber bảo vệ Triac (R1,C1) Sử dụng ta cần đóng mở tải cảm (inductive load) Khi tải cảm (VD: động cơ) bị ngắt điện đột ngột, điện áp tính theo cơng thức U=Ldi/dt vọt lên lớn, đánh thủng TRIAC Do ta cần tụ để tạo dao động điện trở để tiêu tán lượng cuộn dây Xét nửa chu kỳ đầu tín hiệu (0 - 180 độ), chu kỳ dương : Tụ C2 nạp thông qua điện trở R4 biến trở VR (hằng số thời gian nạp RC) chỉnh lưu BR1 Khi tụ nạp đầy phóng điện qua Diac D1 kích mở cho chân G Triac U1 Lúc điện áp chân G chân A1 Triac dương, Triac U1 mở dẫn dòng điện từ nguồn - tải qua chân A1 đến A2 Triac Khoảng tạo thời gian trễ kích mở Triac tạo VR C2 tạo góc cắt pha điện áp (xem hình ảnh dưới, phần nửa chu kỳ đầu) Khi hết chu kỳ đầu tới điểm Triac đóng hồn toàn (Triac Off) Trang 22 Chương Kết luận Ở nửa chu kỳ tiếp theo, chu kỳ âm : Nguồn AC đảo dấu, trình tương tự chu kỳ dương Góc cắt pha điện áp chu kỳ tạo VR C2 Điện áp chân G chân A2 Triac lớn điện áp A1 Triac dẫn từ A2 đến A1 qua tải nguồn Khi hết chu kỳ âm tới điểm Triac lại đóng hồn tồn (Triac off) (xem hình dưới, phân nửa chù kỳ âm) lại bắt đầu chu kỳ Chu kỳ lập lập lại Khi dạng sóng điện áp tải dạng cắt xén hình vẽ (đường nét đứt) Hình Dạng sóng dimmer Với mạch điều khiển góc mở Triac từ đến 180 độ tương ứng với điện áp từ 0V đến 220VAC (điện áp nguồn) Trang 23 Chương Kết luận Trang 24 Chương Kết luận SƠ ĐỒ KẾT NỐI MẠCH DIMMER AC 4000W Hình 3.3 Sơ đồ kết nối dimmer Trang 25 Chương Kết luận CHƯƠNG KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 4.1 Những kết đạt Sau trình thực đề tài nhóm nghiên cứu kết sau: Phân tích chức nguyên lý hoạt động linh kiện mạch Hiểu ứng dụng dimmer thực tế Rèn luyện tác phong làm việc nhóm 4.2 Những thuận lợi khó khăn thực đề tài 4.2.1 Thuận lợi Nhờ trang thiết bị nhà trường, tạo điều kiện thuận lợi cho nhóm trình tìm kiếm tài liệu mạng, q trình thiết kế thi cơng Được hướng dẫn tận tình thầy Th.s Huỳnh Đức Chấn suốt thời gian qua 4.2.2 Khó khăn Thời gian thực đề tài có giới hạn Nhóm gặp nhiều khó khăn việc tìm tài liệu (khả sử dụng tiếng Anh nhóm cịn hạn chế với tài liệu nước ngoài) Mất nhiều thời gian trình thiết kế phải lựa chọn nhiều phương án nhằm đáp ứng yêu cầu đề ban đầu 4.3 Kết luận Đề tài tập lớn giúp nhóm hồn thiện mặt kiến thức trường ngồi thực tế Nâng cao tìm kiếm tài liệu nghiên cứu học hỏi thân Trong q trình làm đề tài nhóm cịn nhiều khó khăn thiếu sót Nhóm mong góp ý dẫn q thầy Nhóm xin cảm ơn quý thầy cô khoa Cơ điện – Điện tử, đặc biệt thầy Th.s Huỳnh Đức Chấn trực tiếp hướng dẫn chúng em việc hoàn thành đề tài Trang 26 TÀI LIỆU THAM KHẢO https://hqdt.vn/baiviet/mach-dimmer-dieu-khien-tai-ac-hoat-dong-nhu-the-nao-1650187096.html https://machdientu.org/triac-la-gi-cau-tao-va-nguyen-ly-hoat-dong https://bkaii.com.vn/tin-tuc/481-khai-niem-cau-tao-nguyen-li-hoat-dong-va-nhung-luu-y-khi-sudung-diac https://banlinhkiendientu.vn/tu-dien-la-gi/ https://www.dienmayxanh.com/kinh-nghiem-hay/dimmer-la-gi-phan-loai-va-ung-dung-cua-dimmertro-1382774 https://baoanjsc.com.vn/tin-san-pham/bien-tro-la-gi-cau-tao-va-nguyen-ly-hoat-dong-cua-bientro_2_70_31531_vn.aspx https://vannhapkhau.com.vn/dien-tro-la-gi-nguyen-ly-van-hanh-cua-dien-tro.html DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình Dimmer 4000 w Hình 2 Mạch dimmer sử dụng Diac Triac .6 Hình Dạng Sóng Của Bộ Điều Chỉnh Sóng Cạnh Đầu Hình Dạng Sóng Của Bộ Điều Chỉnh Sóng Cạnh Cuối .7 Hình Sóng sin Leading edge dimmer Trailing edge dimming Hình Dimer vạn điều khiển đèn Hình Dimmer cho đèn cho đèn sợi đốt đèn halogen Hình Dimer dành cho đèn huỳnh quang .9 Hình Dimer ELV Hình 10 Cơng tắc điều chỉnh độ sáng chiều pk TGCL-153PH-LA 10 Hình 11 Dimmer AC 220V 6000W .10 Hình 12 Dimer Điều chỉnh độ sáng đèn 11 Hình 13 Dimmer điều chỉnh tốc độ quạt 11 Hình 14 Dimmer ứng dụng để thay đổi độ sáng đèn nơng nghiệp 12 Hình 15 Ký hiệu Diac 12 Hình 16 Cấu tạo Diac 13 Hình 17 Cấu tạo Triac ký hiệu 14 Hình 18 Ký hiệu biến trở 15 Hình 19 Cấu tạo bên biến trở 15 Hình 20 Các loại điện trở .16 Hình 21 Ký hiệu tụ điện 17 Hình 22 Tụ gốm .17 Hình 23 Tụ hóa 18 Hình 24 Cấu tạo tụ điện 18 Hình 25 Nguyên lý nạp xả tụ điện 19 Hình Mạch nguyên lý dimmer điều khiển đèn ac .21 Hình Dạng sóng dimmer 23 Hình 3 Sơ đồ kết nối dimmer 25