tìm hiểu nguyên lý của bộ nguồn chỉnh lưu một pha nửa chu kỳ và thực hiện mô phỏng trên matlab simulink

M t trong nh ng mọ ộ ữ ạch điện căn bản là m ch ạchỉnh lưu 1 pha nửa chu kỳ, với khả năng biến đổi điện áp xoay chiều thành điện áp một chiều.. Trong quá trình nghiên cứu, chúng tôi đã t

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN KĨ THUẬT ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HÓA

- -

BÁO CÁO NHẬP MÔN NGÀNH ĐIỆN

Đề tài TÌM HI U NGUYÊN LÝ C Ể ỦA B NGU N CH Ộ Ồ ỈNH LƯU MỘT PHA NỬA CHU K VÀ TH C HI N MÔ PH NG TRÊN Ỳ Ự Ệ Ỏ

MATLAB SIMULINK Giảng viên hướng dẫn: PSG TS Nguyễn Huy Phương Sinh viên th c hi n: ự ệ Nguyễn Vi t Thắng 20232300 ệ

Vũ Đăng Quảng 20232268

Lớp: KTĐK&TĐH 07,08 -K68

Mục lục

LỜI NÓI ĐẦU……… 3

GIỚ I THI U CHUNG……… ……… 4 Ệ I Mục tiêu c a báo cáo 5 ủ II Lý thuyết……… 6

1 Mạch chỉnh lưu 1 pha nửa chu kỳ………6

2 Lý thuy t vế ề ử ụ s d ng MATLAB Simulink……….6

III Thiết kế và c u trúc m ấ ạch……… 9

1 Mô tả m ch chạ ỉnh lưu 1 pha nửa chu kỳ……… 9

2 Nguyên lí hoạt động……… 10

IV Mô hình mạch trên MATLAB Simulink …………11

1 Xây d ng mô hìnhự ……… 11

2 Linh ki n và tham s trong mô hìnhệ ố ………11

V Thực hi n mô ph ng và k ệ ỏ ết qu ả……… 14

1 Bước thực hi n mô phệ ỏng……… 14

2 Kết qu mô phỏngả ……… ……… 17

VI Phân tích kết qu mô ph ả ỏng……… 18

1 Điểm quan trọng t kếừ t qu mô ph ngả ỏ ……… 18

2 So sánh lý thuy t vế ới th c nghiệ ………18ự m VII Ưu điểm và h n ch c a s d ng Simulink 20 ạ ế ủ ử ụ …. 1 Ưu điểm……….20

2 Hạn ch và giế ớ ạ ……… 20i h n VIII Thả o lu n và t ng k ậ ổ ết……… 22

IX Tài u tham kh liệ ảo……….23

LỜI NÓI ĐẦU

Sau thời gian gần 4 tháng học tập tại Đại Học Bách Khoa Hà Nội, chúng em cảm nhận được rằng, khác với khi còn học trung học phổ thông, bước vào giảng đường đại học, được tiếp cận với một phương thức đào tạo mới chúng em sẽ phải học tập với một tinh thần hoàn toàn khác, mà điểm khác biệt rõ rệt nhất là chúng em phải thể hiện sự tự chủ, tính độc lập trong học tập Nhưng chúng em luôn vững tin vì biết rằng đồng hành cùng chúng em luôn là các thầy cô giáo– hững người nđang ngày đêm tận tụy trên giảng đường để truyền đạt cho bao thế hệ sinh viên những kiến thức quý báu cùng những kỹ năng, kinh nghiệm

để làm hành trang vào đời

Đặc biệt trong bộ môn Nhập môn ngành điện, được sự phân công

ưu ái của nhà trường, chúng em được thực hiện học phần này dưới sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Huy Phương Dù mới qua bước đầu làm việc với thầy, em đã cảm nhận được ở thầy sự tận tình, nhiệt huyết vô cùng lớn Em xin được gửi tới thầy lời biết ơn sâu sắc nhất!

Chúng em đã cố gắng hoàn thiện tốt nhất báo cáo này trong khả năng của mình, tuy nhiên do không có nhiều kinh nghiệm nên bản báo cáo này khó tránh khỏi còn nhiều thiếu sót Vì vậy em mong nhận được

sự thông cảm, chỉ bảo của thầy cũng như quý thầy cô giảng viên, giáo

vụ của Trường Điện – Điện tử

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

GIỚI THIỆU CHUNG

Trong b i c nh ngày nay, khi s phát tri n c a công ngh ngày càng ố ả ự ể ủ ệnhanh chóng, vi c hi u rõ và áp d ng ki n th c v các mệ ể ụ ế ứ ề ạch điện tr ởnên ngày càng quan tr ng M t trong nh ng mọ ộ ữ ạch điện căn bản là m ch ạchỉnh lưu 1 pha nửa chu kỳ, với khả năng biến đổi điện áp xoay chiều thành điện áp một chiều

Bài báo cáo này không ch là s n ph m c a quá trình h c t p mà còn ỉ ả ẩ ủ ọ ậ

là cơ hội để chia sẻ và thảo luận về những hiểu biết mới mẻ về mạch điện Trong quá trình nghiên cứu, chúng tôi đã tập trung vào thi t k ế ếmạch chỉnh lưu 1 pha nửa chu k và s dỳ ử ụng MATLAB Simulink để mô phỏng, với hy vọng đưa ra cái nhìn sâu sắc và chi tiết về cách m ch này ạhoạt động và tương tác trong hệ ống điệ th n

Qua bài báo cáo này, chúng tôi mong mu n góp ph n vào vi c nâng ố ầ ệcao ki n thế ức c a củ ộng đồng v ề lĩnh vực mạch điện và đồng th i khuyờ ến khích s sáng t o trong vi c áp d ng ki n th c lý thuyự ạ ệ ụ ế ứ ết vào th c tự ế Hơn nữa, bài báo cáo cũng nhấn mạnh sự ứng dụng của công cụ MATLAB Simulink trong vi c mô ph ng m ch, m ra m t cánh c a mệ ỏ ạ ở ộ ử ới cho các sinh viên và người nghiên c u khám phá và hi u bi t sâu s c vứ ể ế ắ ề mạch điện

I M C TIÊU C Ụ ỦA BÁO CÁO

Mục tiêu chính của bài báo cáo này là trình bày chi ti t v thi t kế ề ế ế và hoạt động c a m ch chủ ạ ỉnh lưu 1 pha nửa chu kỳ Chúng tôi hướng đến việc gi i thích cách m ch này chuyả ạ ển đổi điện áp xoay chiều thành điện

áp m t chi u và ộ ề ảnh hưởng của nó đố ới hệ i v thống điện

Một mục tiêu khác là gi i thi u cách s dớ ệ ử ụng MATLAB Simulink để mô phỏng m ch, mang l i cái nhìn th c tạ ạ ự ế và độ chính xác cao trong việc đánh giá hiệu suất của mạch chỉnh lưu Chúng tôi muốn cung cấp cho

độc giả không chỉ kiến th c lý thuy t mà còn kứ ế ỹ năng thực hành trong việc áp d ng công c mô phụ ụ ỏng để nghiên c u và phân tích các m ch ứ ạđiện

Ngoài ra, chúng tôi nhấn mạnh vào việc đưa ra ưu điểm và h n ch cạ ế ủa việc s d ng MATLAB Simulink, t o ra m t cái nhìn toàn di n và cân ử ụ ạ ộ ệnhắc ch t ch vặ ẽ ề ứng d ng th c tụ ự ế c a nghiên củ ứu M c tiêu là khuyụ ến khích s ự hiểu bi t sâu s c và th o lu n xây d ng t ế ắ ả ậ ự ừ các độc gi ả và người quan tâm

1.2 Ưu nhược điểm

*Ưu điểm:

Đơn giản và chi phí thấp

Thích h p cho các ng d ng yêu c u công su t th p và khônợ ứ ụ ầ ấ ấ g đòi hỏi điện áp DC mức độ cao

2 Lý thuyết về s d ử ụng MATLAB Simulink

2.1 Giớ i thi u v ệ ề MATLAB Simulink

MATLAB Simulink là một môi trường mô ph ng và thi t k hỏ ế ế ệ thống được phát tri n b i MathWorks Nó cung c p m t giao diể ở ấ ộ ện đồ h a trọ ực quan để xây d ng, mô ph ng và phân tích hự ỏ ệthống động và hệ thống

điều khiển Simulink thường được s d ng trong nghiên c u, phát triử ụ ứ ển

và thi t kế ế các hệ thống trong nhiều lĩnh vực khác nhau như kỹ thuật điều khi n, truyền dẫn, xử lý tín hi u, và nhiể ệ ều ứng d ng khác.ụ

2.2 Lý thuyết về sử dụng MATLAB Simulink

Lý thuyết sử dụng MATLAB Simulink liên quan đến việc xây d ng và ự

mô ph ng mô hình hỏ ệ thống, hệ thống điều khi n, ho c các ng d ng ể ặ ứ ụkhác trong lĩnh vực kỹ thuật và khoa học máy tính Dưới đây là mộ ốt s khái ni m quan tr ng khi s d ng MATLAB Simulink: ệ ọ ử ụ

-Mô hình hóa và biểu diễn đồ ọa: h

MATLAB Simulink cho phép b n xây d ng mô hình h ạ ự ệ thống b ng cách ằ

sử d ng các kh i và kụ ố ết nối chúng để bi u di n mối quan hệ giữa các ể ễthành phần Điều này t o ra m t biạ ộ ểu đồ block-diagram dễ đọc và d ễhiểu

-Khối và k t nế ối:

Trong Simulink, các thành ph n c a hầ ủ ệ thống được bi u di n b ng các ể ễ ằkhối B n có thạ ể chọ ừn t nhi u lo i khề ạ ối khác nhau như điều khi n, b ể ộchỉnh lưu, bộ ọc, v.v Sau đó, bạ l n kết nối các khối này để định nghĩa

luồng d ữ ệu và điều khiển giữa chúng li

-Sơ đồ liên tục và rời rạc:

Simulink hỗ trợ ả sơ đồ c liên t c và r i rụ ờ ạc Điều này cho phép b n mô ạphỏng các hệ thống có thể mô t bả ằng phương trình liên tục hoặc rời rạc, tùy thu c vào yêu c u cộ ầ ủa ứng d ng ụ

-Hệ thống phụ (Subsystem):

Để tạo ra mô hình ph c tạp hơn, Simulink hỗ trợ hệ thống phụ ứ(subsystem), cho phép b n nhóm các kh i thành m t kh i lạ ố ộ ố ớnhơn đểgiảm s ự phức tạp và làm cho biểu đồ trở nên rõ ràng hơn

-Thư viện và biểu đồ thư viện:

Simulink đi kèm với nhiều thư viện khối sẵn có, giúp bạn nhanh chóng xây d ng các mô hình cho các ng d ng cự ứ ụ ụ thể ạn cũng có thể B tạo

thư viện c a riêng ủ mình để tái s d ng các mô hình và khử ụ ối đã xây dựng.

-Thực hi n mô phệ ỏng:

Sau khi xây d ng mô hình, b n có thự ạ ể thực hi n mô phệ ỏng để kiểm tra

và đánh giá hiệu su t c a h ấ ủ ệ thống Simulink cung c p nhi u công c ấ ề ụ để theo dõi và phân tích d u mô ph ng ữ liệ ỏ

-Tích hợp v i MATLAB và C/C++ Code Generation: ớ

Simulink tích h p ch t ch vợ ặ ẽ ới MATLAB, cho phép s d ng mã MATLAB ử ụtrong mô hình c a bủ ạn Ngoài ra, Simulink cũng hỗ trợ sinh mã C và C++

để triển khai hệ thống trên ph n c ng ầ ứ

-Phân tích và ước lượng tham số:

Simulink cung c p các công c cho phân tích h ấ ụ ệ thống, ước lượng tham

số và tối ưu hóa, giúp bạn điều ch nh và c i thi n hi u su t c a mô hình ỉ ả ệ ệ ấ ủ

III Thi t k ế ế và c u trúc m ấ ạch

1 Mô t m ch ch ả ạ ỉnh lưu 1 pha nử a chu kì

Sơ đồ mạch chỉnh lưu 1 pha nửa chu kì Mạch chỉnh lưu 1 pha nửa chu kì đượ ấc c u thành t các linh ki n sau: ừ ệ-Nguồn đ ện áp đầu vào (AC): i

Mạch chỉnh lưu 1 pha nửa chu k bỳ ắt đầu v i m t nguớ ộ ồn điện áp xoay chiều (AC), thường được cung cấp từ lưới điện công cộng

2 Nguyên lí ho ạt động

Nguyên lý hoạt động c a m ch chủ ạ ỉnh lưu một pha n a chu k d a trên ử ỳ ự

sự s d ng cử ụ ủa một điốt chính lưu Dưới đây là mô tả nguyên lý hoạt động cơ bản:

-Đầu vào AC (Điện áp xoay chiều): M ch chạ ỉnh lưu nhận điện áp xoay chiều đầ vào, thường đượu c biểu diễn dưới dạng sóng sin

-Điốt chính lưu: Một điốt chính lưu được s dử ụng để chỉ cho phép dòng điện ch y qua mả ạch trong một hướng duy nhất, thường là hướng dương của sóng điện áp Điều này t o ra m t phạ ộ ần của sóng được gi ữlại

-Chế độ làm vi c cệ ủa điốt: Trong chu k ỳ dương của sóng, điốt chính lưu làm việc như một ch t mố ở, cho phép dòng điện chảy qua Trong chu

kỳ âm, điốt chính lưu làm việc như một chốt đóng, ngăn chặn dòng điện ngược lại

-Điện áp đầu ra: K t qu là mế ả ột điện áp m t cộ hiều (DC) có biên độdương tương ứng với phần dương của sóng điện áp đầu vào Tuy nhiên, nó sẽ chứa các dao động và có th c n thêm b lể ầ ộ ọc để làm mịn

và ổn định n u c n thiế ầ ết

Nguyên lý hoạt động này giúp chuyển đổi một phần của điện áp xoay chiều thành điện áp một chiều Tuy nhiên, m ch chạ ỉnh lưu một pha nửa chu k ỳ thường có nhược điểm là t o ra nhi u sóng và ch s d ng ạ ễ ỉ ử ụmột ph n nh cầ ỏ ủa năng lượng t nguừ ồn điện, do đó hiệu su t không ấcao b ng so v i m ch chằ ớ ạ ỉnh lưu đầy đủ chu kỳ

IV Mô hình m ch trên MATLAB Simulink ạ

1 Xây d ng mô hình ự

Mô hình m ch ch ạ ỉnh lưu 1 pha nửa chu kì trên MATLAB Simulink

2 Linh ki n và tham s trong mô hình ệ ố

2.1 Linh ki n trong mô hình ệ

- Vôn kế (Voltage Measurement)

Vôn kế 1: Đo điện áp trước chỉnh lưu:

Vôn kế 2: Đo điện áp sau chỉnh lưu:

- Scope :

Được sử dụng để theo dõi và hi n th dể ị ữ liệu đầu ra t mô hình ừ

2.2 Tham s trong mô hình ố

-Nguồn điện áp đầu vào AC :

Điện áp cực đại: 100V

Pha ban đầu: 0

Tần số: 50Hz

- Tải điện trở :

Điện trở : 1Ω

-Thời gian mô ph ng :ỏ 1 giây

V Th c hi n mô ph ng và k ự ệ ỏ ết qu ả

1 Các bước thực hiện mô phỏng

-Bước 1: Trong Simulink ch n Library Browser trên thanh công c ọ ụ

-Bước 2: Chọn Simscape>>Electrical>>Specialized Power System rồi kéo kh i powergui vào c a s làm vi c ố ử ổ ệ

-Bước 3: Nháy đúp vào khối powergui, cửa sổ Block Parameters hiện

ra Chuyển tín hiệu từ Continuos sang Discrete rồi để Sample time mặc định và Apply

-Bước 4: Trên thanh công c ụ chọn Modeling>>Model Settings Trong cửa s v a hi n ra chuyổ ừ ệ ển mục Solver t Continuos sang Discrete rừ ồi Apply(Đồng thời có thể tuỳ chỉnh thời gian mô phỏng)

-Bước 5: Tìm các kh i c n thi t trong Library Browser r i kéo ra cố ầ ế ồ ửa

sổ làm vi c và kệ ết nối lại để được mạch mô ph ng ỏ

-Bước 6: Nháy đúp vào khối Scope, tiếp theo nháy vào mũi tên bên cạnh biểu tượng bánh rang trên thanh công c , chụ ọn Layout 2x1 để thông s c a c 2 vôn kố ủ ả ế được hiển thị

-Bước 7: Nhấn Run trên c a s làm vi c Simulink ho c c a s Scope ử ổ ệ ặ ử ổ

để ch y mô phạ ỏng

Nút Run trên thanh công c c a s Simulink ụ ở ử ổ

Nút Run trên thanh công c c a s Scope ụ ở ử ổ

2 Kết qu mô ph ả ỏng

Hình ảnh đồ thị điệ n áp hai ph n mầ ạch trước chỉnh lưu và sau chỉnh

lưu được ch y mô phạ ỏng

VI Phân tích kết qu mô ph ả ỏng

1 Điểm quan trọng t k ừ ết qu mô ph ả ỏng

-Đồ thị điện áp trong m t chu kì cộ ủa

-Đồ thị điện áp trong m t chu kì cộ ủa

phần m ch sau chạ ỉnh lưu:

→Chu kì âm bị loại bỏ:Chỉnh lưu có thể giữ điện áp không bao giờ giảm về 0 trong m t chu k nộ ỳ ửa song

2 So sánh k t qu v ế ả ới th c nghi m ự ệ

-Chu kì dương: Điốt đượ ấp điệc c n bởi nguồn cực tính dương

(Anode) Khi đó điố ẫn điệt d n và đồ thị điện áp giống với mạch trước chỉnh lưu ( Phần điện áp hao hụt không đáng kể )

-Chu kì âm: Cực tính điện áp đảo chiều Điốt khoá l i ạ và điện áp được giữ m c g n vở ứ ầ ề 0

→Phù hợp với nguyên lí hoạt động c a m ch chủ ạ ỉnh lưu 1 pha nửa chu kì

VII Ưu điểm và h n ch c a s d ng Simulink ạ ế ủ ử ụ

1 Ưu điể m

-Dễ s dử ụng: Simulink cung c p m t giao diấ ộ ện đồ ọ h a d a trên hình ự

ảnh, giúp người sử d ng d dàng tạo, chỉnh sửa và qu n lý mô hình ụ ễ ả

-Hỗ trợ đa nền tảng: Simulink h ỗ trợ nhi u n n t ng khác nhau, cho ề ề ảphép ngườ ử ụi s d ng chạy mô hình trên nhi u h ề ệ điều hành

-Phát tri n nhanh chóng: ể Nhờ tích h p vợ ới MATLAB và s d ng các ử ụkhối xây d ng có sự ẵn, ngườ ử ụi s d ng có th phát tri n mô hình ể ểnhanh chóng

sự quản lý k thu t cao ỹ ậ

-Yêu c u tài nguyên cao:ầ Mô ph ng các h ỏ ệ thống ph c t p có ứ ạ thể đòi hỏi tài nguyên máy tính lớn, điều này có th làm gi m hi u su t trên ể ả ệ ấcác máy tính yếu.

-Khả năng học: Việc h c cách s d ng Simulink và MATLAB có th ọ ử ụ ểđòi hỏi thời gian và kiên thức về ậ l p trình

-Không ph i l a ch n duy nhả ự ọ ất: M c dù Simulink là m t công c ặ ộ ụ mô phỏng m nh mạ ẽ, nhưng không phải lúc nào cũng là lựa chọn tốt nhất cho mọi ứng d ng Có nh ng công c khác phù hụ ữ ụ ợp hơn trong mộ ốt s trường hợp

VIII Th o lu n và t ả ậ ổng kết

Mạch chỉnh lưu 1 pha nửa chu kì (không điều khi n) là 1 h ể ệ thống đã lỗi th i, hiờ ệu năng thấp và gần như không còn được ứng d ng trong ụthực tế nhưng nó là nền tảng cơ bản đ tiếể n hành gi ng dạy nghiên ảcứu nh ng vữ ấn đề cốt lõi của mạch chỉnh lưu

Báo cáo này đã được các thành viên trong nhóm góp s c th c hi n, ứ ự ệmọi người đã cố gắng hoàn thành trong khả năng vàkết hợp để có được phần trình bày t t nh t Tuy v n còn nhi u thiố ấ ẫ ề ếu sót nhưng mong mọi người có th thông cể ảm cũng như ủng h k t qu cộ ế ả ủa chúng tôi Nhóm mình s p thu ý kiẽ tiế ến từ các bạn để ả c i thi n và ệlàm tốt hơn trong những báo cáo tiếp theo

IX Tài li u tham kh o ệ ả

-Bài giảng môn Điện tử công su t Bu i 1:M ch chấ ổ ạ ỉnh lưu không điều khiển với tải thuần trở R

https://www.youtube.com/watch?v=dUKukTgGYrQ&list=PLLbAzPGiTlk2q6F1xelDuo6hvgr7xtSg4&index=1&t=1482s

-Matlab Simulink - Hướng dẫn cơ bản cho người m i bớ ắt đầu https://www.youtube.com/watch?v=Yyic9IHHjmQ