Nghiên cứu, mô phỏng mạch bảo vệ thấp áp cho ic Điều khiển Động cơ biến tần trong Điều hòa không khí

Nội dung cua dé tai gồm: Chương I1 : Tổng quan về mạch bảo vệ trên điều hòa không khí Chương 2 : Các linh kiện sử dụng trong mạch bảo vệ thấp áp trên điều hòa không Mặc dù đã đi sâu tìm

NGANH DIEN LANH DIEU HOA KHONG KHi

CHUYÊN NGÀNH: ĐIỆN LẠNH ĐIÊU HÒA KHÔNG KHÍ

TÊN ĐÈ TÀI: Nghiên cứu, mô phỏng mach bao vệ thấp áp cho IC điều khiển

động cơ biến tần trong điều hòa không khí

Người hướng dẫn: Thực sĩ Nguyễn Thị Nhung Sinh viên: Đào Minh Huân

Mã số SV: 11820033

Hưng Yên — Năm 2023

Muc luc

1 LY DO CHON DO AN 4

2 MUC TIEU CUA DO AN ccccsescesssssssssessesssssssssssesssssnsessesesnscsssssssseseseeseeceseeses 4

3 GIOI HAN VA PHAM VI CUA DO AN 4

4 Y NGHIA KHOA HOC VA THUC TIEN CỦA ĐÈ TÀI 4

CHUONG I: TONG QUAN VE MACH BAO VE 6

1.3 Giới thiệu về mạch bảo vệ thấp áp 9

1.3.1 Nguyên lý hoạt động của mạch bảo vệ thấp áp - 9

CHUONG II: CÁC LINH KIEN SU DUNG TRONG MACH BAO VE THAP

CHUONG III: MO PHONG MACH BAO VE QUA AP CHOI C DIEU

KHIỂN DONG CO BIẾN TẢN BẰNG PHẢN MÈM PROTEUS

3.1 Giới thiệu chung về phần mềm proteus

3.1.1 Phần mềm Proteus

3.1.2 Cách tạo một bản vẽ mới

3.1.3 Ưu điểm và nhược điểm

3.2 Mô phỏng mạch bảo vệ quá áp bằng phần mềm protesus

3.2.1 Khối nguồn

3.2.2 Sơ đồ nguyên lý mạch bảo vệ thấp áp

3.2.3 Tính toán cầu phân áp

Mo dau

1 Lý do chọn đồ án

Nền công nghiệp sản xuất mạch điện tử đang phát triển nhanh chóng, với sự gia tăng nhanh chóng của các thiết bị điện tử thông minh Các công ty sản xuất mạch điện tử đang tìm cách cải tiến quy trình sản xuất và tăng cường khả năng sản xuất

để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của thị trường Trong nền công nghiệp sản xuất điều hòa cũng vậy, các công ty sản xuất điều hòa đang ngày một cải tiến

công nghệ để đưa ra những sản phẩm tốt nhất của mình Những chiếc điều hòa

được sản xuất ra không chỉ đáp ứng được những nhu cầu cơ bản về làm mát và

lọc không khí mà còn phải đảm bảo yêu cầu về an toàn kỹ thuật Chính vì thế

trong những chiếc mạch điều khiên điều hòa phải tích hợp những mạch bảo vệ cơ bản đề khi có sự cô Sảy ra yếu tố an toàn được đặt lên hàng đầu

Xuất phát từ những lý do trên em xin nhận đẻ tải ““ Nghiên cứu, mô phỏng mạch

bảo vệ thấp áp cho IC điều khiến động cơ biến tần trong điều hòa không khí”

Đối tượng nghiên cứu: Mạch điều khiên trên điều hòa không khí

Phạm vi nghiên cứu: Mạch điều khiến trên điều hòa không khí

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Cung cấp kiến thức cơ bản về các mạch bảo vệ trên điều hòa không khí nhằm xây dựng kiến thức chuyên sâu cho người học

Thực hiện việc mô phỏng mạch bảo vệ thấp áp cho IC điều khiển trên điều hòa không khí

Từ những vấn đề trên em đã được định hướng lựa chọn đề tài “ Nghiên cứu, mô phỏng mạch bảo vệ thấp áp cho IC điều khiển động cơ biến tần trong điều hòa không khí'ˆ Nội dung cua dé tai gồm:

Chương I1 : Tổng quan về mạch bảo vệ trên điều hòa không khí

Chương 2 : Các linh kiện sử dụng trong mạch bảo vệ thấp áp trên điều hòa không

Mặc dù đã đi sâu tìm hiểu nhưng do trinh độ nhận thức và kinh nghiệm thức tế của bản thân còn nhiều hạn chế, những ý kiến đề xuất chủ yếu dựa vảo lý thuyết

được học nên đề tải của em không tránh khỏi những thiếu sót Em rất mong tiếp tục

nhận được nhiều ý kiến đóng góp của các thầy giáo, cô giáo để em bổ sung và hoản thiện hơn nữa cho bài cua minh

Em xin chân thành cảm ơn Ì

CHUONG I: TONG QUAN VE MACH BAO VE

1.1 Khái niệm về mạch bảo vệ

Mạch bảo vệ là một hệ thong được thiết kế để bảo vệ các thiết bị điện và điện tử

khỏi các tác động bất thường hoặc nguy hiểm từ các nguồn điện khác nhau Nó

được thiết kế để ngăn chặn các thiết bị điện bị hỏng hoặc bị phá hủy do các nguyên

nhân như quá tải, quá áp, quá nhiệt, ngắn mạch, quá điện áp, và các nguyên nhân

khác Mạch bảo vệ thường được tích hợp trong các thiết bị điện tử và điện lực đề

đảm bảo an toàn và tăng độ tin cậy cho hệ thống

Các loại mạch bảo vệ phổ biến bao gồm mạch bảo vệ quá dòng, mạch bảo vệ quá

áp, mạch bảo vệ quá nhiệt, mạch bảo vệ quá tải, mạch bảo vệ quá điện áp và mạch

bảo vệ ngắn mạch Mỗi loại mạch bảo vệ có chức năng bảo vệ khác nhau và được

sử dụng trong các thiết bị điện tử và điện lực khác nhau

Hình 1 1 Hình ảnh về mạch bảo vệ

1.2 Các mạch bảo vệ trong điều hòa không khí

Trong hệ thống điều hoà không khí, các mạch bảo vệ thường được phân loại theo

các chức năng bảo vệ khác nhau Dưới đây là một số loại mạch bảo vệ thường được

sử dụng trong điều hoà không khí:

1.2.1 Mạch bảo vệ quá dòng

Mạch bảo vệ quá dòng được chia thành 2 loại là mạch bảo vệ quá dòng trực tiếp

và mạch bảo vệ quá dòng gián tiếp

Khi dòng điện trong hệ thống điều hoà không khí vượt quá giới hạn an toàn,

mạch bảo vệ quá đòng sẽ ngắt kết nối điện và ngăn chặn dòng điện tiếp tục chảy

qua thiết bị Điều này giúp bảo vệ các thiết bị điện khác trong hệ thống và đảm bảo

an toàn cho người sử dụng Mạch bảo vệ quá dòng trong điều hoà không khí thường

được tích hợp trong bảng điều khiển của máy điều hòa không khí và được kết nỗi

với các thiết bị điện khác trong hệ thống Nó là một phần quan trọng trong việc đảm

bảo hoạt động én định và an toàn của máy điều hòa không khí

1.2.2 Mach bao vé qua ap

Mach nay được sử dụng để ngăn chặn các thiết bị điện trong hệ thống điều hoà

không khí bị hóng do quá áp điện

Mạch bảo vệ quá điện áp trên điều hoà là một phần của hệ thống bảo vệ của thiết

bị Nó được thiết kế để ngăn chặn các điện áp quá cao từ nguồn điện vảo thiết bị,

giup bảo vệ các linh kiện bên trong khỏi bị hư hỏng hoặc chay nô Khi mạch bảo vệ

quá điện áp phát hiện một điện áp quá cao, nó sẽ ngắt nguồn điện đến thiết bị để

ngăn chặn các thiệt hại có thê xảy ra

1.23 Mạch bảo vệ quá nhiệt

Mạch này được sử dụng để ngăn chặn các thiết bị điện trong hệ thông điều hoà

không khí bị hóng do quá nhiệt Mạch bảo vệ quá nhiệt là một phần của hệ thống

bảo vệ của các thiết bị điện tử Nó được thiết kế để ngăn chặn các nhiệt độ quá cao

từ các linh kiện bên trong thiết bị, giup bảo vệ chúng khỏi bị hư hỏng hoặc chay nỗ

Khi mạch bảo vệ quá nhiệt phát hiện một nhiệt độ quá cao, nó sẽ ngắt nguồn điện

đến thiết bị dé ngăn chặn các thiệt hại có thé xảy ra

1.2.4 Mach bao vé thap ap

Trong hệ thống điều hòa không khí, mạch bảo vệ điện áp thấp được sử dụng để

bảo vệ máy nén và các thiết bị khác khỏi tác động của điện áp quá thấp Khi điện áp

7

vào hệ thông giảm xuống mức đưới ngưỡng cho phép, mạch bảo vệ sẽ hoạt động để

noăn chặn hoặc giải quyết vấn đề

Mach bảo vệ điện áp thấp trong hệ thống điều hòa có thể bao gồm các cảm biến

điện áp và relay điện áp thấp Cảm biến điện áp được sử dụng để giám sát mức điện

áp và gửi tín hiệu đến bộ điều khiến Khi điện áp xuống mức quá thấp, relay điện áp

thấp sẽ được kích hoạt để ngắt nguồn điện hoặc thực hiện các biện pháp bảo vệ khác

như cảnh báo

Mục đích của mạch bảo vệ điện áp thấp trong hệ thông điều hòa là đảm bảo rằng

máy nén và các thiết bị khác hoạt động trone khoảng điện áp an toàn Nếu điện áp

quá thấp, máy nén có thê không hoạt động hiệu quả, gây ra sự gián đoạn trong khả

năng làm mát và làm tăng nguy cơ hư hỏng Do đó, mạch bảo vệ điện áp thấp đóng

vai trò quan trong trong viéc dam bao sw ổn định và độ tin cậy của hệ thống điều

hỏa không khí

1.2.5 Mach bao vé mat pha

Mạch bảo vệ mắt pha trong điều hòa là một tính năng quan trọng được tích hợp

vào hệ thong điều khiển của máy lạnh hoặc điều hòa không khí Mục đích chính của

mạch này là bảo vệ máy và người dùng khỏi các tình huỗng nguy hiểm do mat pha

xảy Ta

Khi xảy ra mat pha,mach bao vé sé phát hiện diéu nay và thực hiện một số biện

pháp bảo vệ như:

Tắt nguồn: Mạch bảo vệ có thể tự động ngắt nguồn điện để ngăn chặn việc vận

hành thiết bị khí không có đủ các pha cung cấp điện cần thiết

Cảnh báo: Ngoài việc tắt nguồn, mạch bảo vệ cũng có thể cung cấp cảnh báo âm

thanh hoặc hiến thị thông báo trên màn hình đề người dùng nhận biết mắt pha

Việc sử dụng mạch bảo vệ mắt pha trong điều hòa rat quan trong dé dam bao an

toàn và duy trì vận hành ôn định của thiết bị

1.3 Giới thiệu về mạch bảo vệ thấp áp

1.3.1 Nguyên lý hoạt động của mạch bảo vệ thấp áp

Mạch bảo vệ thấp áp tron điều hòa không khí hoạt động giống như một cầu

phân áp, điện áp 300v DC được trích ra và đi qua các điện trở mắc nối tiếp nhau để

hạ điện áp xuống trong khoảng từ 2,5v cho đến 3,2v đề đi vào vi xử lý Ví xử lý đọc

tín hiệu điện áp đầu vào nếu dưới 2,5v thì lúc này vi xử lý sẽ ngắt nguồn điện đến

IC điều khiển để đảm bảo an toàn cho hệ thông Điều này được thực hiện thông qua

việc sử dụng các linh kiện điện tử như transistor, điode, tụ điện và các linh kiện

khác

Khi điện áp đầu vào vượt quá giới hạn cho phép, mạch bảo vệ sẽ kích hoạt một

tín hiệu điện tử để ngắt nguồn điện đến thiết bị Tín hiệu này được truyền từ mạch

bảo vệ đến bộ điều khiến của thiết bị, và sau đó bộ điều khiến sẽ ngắt nguồn điện

đến các linh kiện bên trong thiết bị

1.3.2 Chức năng của mạch bảo vệ thấp áp

Mạch bảo vệ thấp áp có chức năng rất quan trọng trong hệ thống mạch của điều

hòa không khí Mạch bảo vệ thấp áp được sử dụng để bảo vệ các thiết bị khỏi các

tác động của điện áp thấp Khi điện áp đầu vào thấp dưới giới hạn cho phép, có thé

gay ra những hư hỏng không đáng có hoặc cháy nô cho các linh kiện bên trong của

điều hòa Điều này có thê gây ra nguy hiểm cho người sử dụng và làm giảm tuổi thọ

của thiết bị

CHUONG II: CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG

MẠCH BẢO VỆ THÁP ÁP

2.1 Điện trở

Khai niệm: điện trở là linh kiện điện tử thụ động dùng đề làm vật can tro dong điện theo mong muôn người sử dụng, đôi khi người ta sử dụng điện trở đề phan cap điện áp theo mỗi vị trí trone mạch điện Điện trở có khả năng làm việc với cả tín hiệu một chiêu và xoay chiêu

Trong mạch thuân trở, điện trở có quan hệ với hiệu điện thê và dòng điện bởi biêu thức:

U R=— I

Trong đó: R là điện trở, don vi la Om (Q);

U la hiệu điện thé hai dau điện trở (V);

Ila cường độ dòng điện chạy qua dién tro (A)

Khi có hai hay nhiều điện trở mắc nối tiếp nhau thì điện trở tông các điện trở

Giả trị danh định: được tính bằng Ôm (Q2), c6 thé dùng các đơn vi dẫn suất

như KÔ, MQ, GQ

Dung sai: là sai số không mong muốn, phát sinh trong quá trình chế tạo, dung sai phụ thuộc vào công nghệ chế tạo Trong dân dụng, học tập có các cấp dung sai là: I=+5%,K=+10%,:M=+20%,

Đặc tính điện trở - nhiệt độ: độ biến thiên trị số của điện trở theo nhiệt độ

Bang 2.1 Cac gia trị điện áp

Vạch số 1: chỉ nhất Vạch số 2: chỉ số thực thứ hai Vạch số 3: chỉ các số 0 kèm theo Vạch số 4: chỉ sai số

+ é>R=4500Q +5%

số thực thứ

Điện trở dán tiêu chuân được thê hiện băng mã 3 chữ số Hai số đầu tiên sẽ cho biệt gia tri thong dụng, và số thứ ba sô mũ của mười, có nghĩa là hai chữ sô đâu tiên sẽ nhân với số mũ của 10 Điện trở đưới 10Q không có hệ số nhân, ký tự 'R' được sử dung dé chi vị trí của dấu thập phân

12

SMD Resistors Cheat Sheet

êm Ả ::::2"

= 22K Ohm = 82 KOhm Three- Digit Resistor Four-Digit Resistor

OR22

247 Ohm OR22 = 0.22 Ohm

Resistor Weh Radix Post Resistor With Radix Point

Tính chất điện dung: là đại lượng nói lên khả năng tích điện trên hai bản cực của tụ điện, điện dung của tụ phụ thuộc vào diện tích của bản cực, vật liệu chất điện môi và khoảng cách ø1ữa hai bản cực theo công thức:

5 C=¿x—

: d

Trong đó: C là điện dung tụ điện, đơn vị Fara (F);

E: la hằng số điện môi của lớp cách điện;

d: là chiều dày của lớp cách điện;

5: là diện tích bản cực của tụ điện

Tính chất cơ bản nhất của tụ là nạp và phóng điện

Tụ điện được ký hiệu như sau:

14

Bảng 2.2 Một số ký hiệu của tụ điện

Trong thực tế có những loại tụ phô biến sau:

Tụ gốm: điện môi bằng gốm có kích thước nhỏ, dạng ống hoặc dạng đĩa có

tráng kim loại lên bề mặt

Hinh 2.7 Tu hod Quy tắc xác định giá trị tụ điện:

Đối với tụ hóa: giá trụ của tụ phí ngay trên thân của tụ, ta có thé dé dang doc được trị số này

Bang 2.3 Bảng kí hiệu và giá trị sai số

Tính chất: hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ

Trị số của cuộn cảm phụ thuộc vào dòng điện, số vòng dây và câu tạo của

cuộn cảm

Don vi do: Henri (H)

Cuộn cảm được ký hiệu như sau:

Bảng 2.4 Ký hiệu của cuộn cảm

không có lõi co 161 Ferit

Phân loại theo vật liệu làm 161, ta co

Cuộn cảm lõi không khí: được cuốn trên khung giấy hoặc nhựa, bên trong lõi

là không khí

17

Điện cảm danh định: giá trị này được thiết kế cho từng loại

Tần số làm việc: mỗi loại có giải tần làm việc nhất định

Nhiệt độ làm việc cực đại: là nhiệt độ tối đa cho phép cuộn cảm không bị hủy

Hệ số phẩm chất Q: phản ánh chất lượng của cuộn cảm

18

Điện dung ký sinh: cuộn dây cảng nhiều vòng, điện dung ký sinh càng nhiễu Điện trở dây quấn: cuộn đây có điện trở cảng nhỏ càng tốt

Điện áp danh định: là điện áp mà khi mắc cuộn cảm vào mạch điện không bị phá hủy

2.4 Biến áp

Biến áp là một thiết bị bao gồm từ hai cuộn dây trở lên được cuộn trong cùng một lối từ Trong đó có một cuộn nối với đầu vào gor la cu6n so cap Các cuộn dây khác nối với đầu ra gọi là cuộn thứ cấp Biến áp dùng để biến đổi điện áp của dòng xoay chiều, cách ly điện áp vào và điện áp ra

Biến Áp, còn được gọi là máy biến áp hoặc máy biến đổi, là một thiết bị điện

tử được sử dụng để chuyên đổi điện áp giữa hai hoặc nhiều mạng lưới điện khác nhau Biến áp thường bao gồm hai cuộn dây dẫn được đặt cạnh nhau trên một lõi từ,

và khi dòng điện chảy qua một cuộn dây, nó tạo ra một từ trường xung quanh dây

đó, và từ đó tạo ra một áp điện trong cuộn day kia

Nâng cao hoặc giảm áp điện: Biến áp nâng cao hoặc giảm áp điện tùy thuộc vào số lần cuộn dây cudi củng có nhiều hoặc ít vòng so với cuộn dây đầu Nếu cuộn dây cuôi cùng có nhiều vòng hơn, nó sẽ tạo ra một áp điện cao hơn và ngược lại

19

ứng sang cuộn thứ cấp và sinh ra điện áp cảm ứng trên đầu cuộn thứ cấp theo định luật cảm ứng điện từ

Các loại biến áp:

Biến áp xung, còn được gọi là bién ap chuyén déi (flyback transformer) la mét loại biến áp thường được sử dụng trong các nguồn điện chuyến đổi (switching power supplies) và các ứng dụng đổi nguồn (inverters) Biến áp này thường được thiết kế đề chuyên đổi điện áp và dòng điện từ một mức đầu vào sane một mức đầu

ra khác nhau

Các biến áp xung thường sử dụng nguyên tắc hoạt động của các linh kiện chuyền đổi, như transistor hoặc MOSEET, để chuyền đôi nguồn điện liên tục (DC) thành các xung đao động Các xung này sau đó được chuyên đổi lại thành nguồn điện xoay chiều (AC) ở mức đầu ra mong muốn thông qua biến áp xung

Biến áp xung có những đặc điểm nhất định, như khả năng chuyến đổi tần số và

điện áp, tính hiệu quả cao trong các ứng dụng chuyên đổi năng lượng, và khả năng cách điện tốt Điều này giúp chúng trở thành lựa chọn phô biến trong các thiết bị điện tử, nguồn điện chuyên đổi, và các hệ thống điện tử công suất như máy tính, đèn

LED, và các thiết bị điện tử khác

- Biến áp nâng cao và biến áp giảm áp (Step-Up và Step-Down Transformers) Biến áp nâng cao áp điện từ mức thấp lên mức cao hơn, trong khi biến áp giảm

áp làm ngược lại Chúng thường được sử dụng để điều chỉnh áp điện đối với các thiết bị hoặc hệ thống cu thé

Bién ap cach ly (Isolation Transformer):

Loai bién ap nay duoc su dung để cách ly điện siữa hai mạng lưới hoặc để cách ly nguồn và thiết bị để đảm bảo an toàn cho người sử dụng và thiết bị

20