BÁO-CÁO-ĐỒ-ÁN-III 06-01

MỤC LỤC MỞ ĐẦU Trong thời đại phát triển nay, việc nâng cao phát triển tối ưu ứng dụng phục vụ cho đời sống vật chất tinh thần người yêu cầu ngành sản xuất Vì mà nhu cầu tiêu thụ điện ngày nâng cao kèm theo khai thác tài nguyên làm cho chúng ngày cạn kiệt, đòi hỏi cần nguồn lượng thay như: lượng gió, lượng mặt trời, lượng sinh khối… Bên cạnh vùng sâu, vùng xa việc lắp đặt mạng lưới điện khó khăn tốn nên việc đưa điện đến người dân nhiều hạn chế Khi vào mùa khơ, tình trạng hạn hán, thiếu nước trầm trọng, dẫn đến phải cắt điện diện rộng để giảm tải, điều ảnh hưởng lớn đến đời sống người Vì cần phải khắc phục tình trạng để cải thiện sống người dân để bảo vệ môi trường Một giải pháp sử dụng pin mặt trời thiết bị lượng thu nguồn điện chiều Mà thiết bị điện dân dụng lại sử dụng nguồn điện xoay chiều Vì vậy, cần phải nghiên cứu, tạo cách chuyển đổi nguồn điện chiều sang xoay chiều để phục vụ cho đời sống ngày người Trên sở kiến thức học hiểu biết nhóm mình, nhóm chúng em chọn đề tài: Thiết kế mạch nghịch lưu12VDC –220VAC công suất 100W, với đối tượng nghiên cứu phần tử linh kiện rời rạc Dưới hướng dẫn tận tình PGS.TS Nguyễn Thị Quỳnh Hoa đến chúng em hoàn thành đề tài Nhóm sinh viên thực hiện: Phạm Thị Dung Cao xn Dũng Võ Đình Điệp Nguyễn Văn Đơng Nguyễn Trung Đức CHƯƠNG I CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Giới thiệu chung mạch nghịch lưu Như biết việc tạo dòng điện bước tiến vĩ đại lịch sử loài người Để sản xuất dịng điện xoay chiều có nhiều phương pháp thủy điện, nhiệt điện Nhìn chung phương pháp áp dụng cho sản xuất điện cơng nghiệp, cịn với hộ gia đình nguồn điện cơng nghiệp bị cắt phương pháp chủ yếu sử dụng nghịch lưu dòng điện chiều thành xoay chiều Dựa phương pháp nhóm chúng em đưa sơ đồ nguyên lý tạo điện áp xoay chiều từ dịng chiều 1.2 Sơ khối thiết kế khối mạch 1.2.1 Sơ đồ khối chức khối Sơ đồ khối mạch nghịch lưu thể hình 1.1 Chức khối chức mơ tả sau: Hình 1.1 Sơ đồ khối mạch nghịch lưu  Khối nguồn Khối nguồn nguồn chiều (DC) Trên thị trường có nhiều lựa chọn cho khối nguồn chiều với nhiều mức điện áp khác như: Pin, ắc quy, pin mặt trời… Tùy theo cấu tạo chất liệu sử dụng để làm chúng khác nên khả tích lũy điện khác Một số nguồn chiều thường sử dụng: - Pin mặt trời (pin quang điện) Pin mặt trời hay pin quang điện thiết bị giúp chuyển hóa trực tiếp lượng ánh sáng mặt trời (quang năng) thành lượng điện dựa hiệu ứng quang điện.Các pin lượng mặt trời có nhiều ứng dụng thực tế Chúng đặc biệt thích hợp cho vùng mà điện lưới khó vươn tới như: núi cao, đảo xa, phục vụ hoạt động không gian, nhiên giá thành cao trình lắp đặt phức tạp Pin mặt trời có hình dạng hình 1.2 Hình 1.2 Pin mặt trời - Ắc quy Ắc quy thiết bị điện có khả tích trữ lượng tái sử dụng nhiều lần cách cắm điện đặt vào sạc để sạc lại Trong q trình hoạt động, ắc quy tích phóng điện liên tục Hình 1.3 Ắc quy Ắc quy sử dụng phổ biến rộng rãi, với chi phí thấp, kích thước đa dạng sử dụng phù hợp với ứng dụng người dùng nên chúng em chọn ắc quy làm nguồn cấp cho mạch nghịch lưu Mạch sử dụng nguồn chiều ắc quy cung cấp Thời gian sử dụng phụ thuộc vào dung lượng dự trữ ắc quy Ngoài ra, phải sử dụng thêm mạch ổn áp dùng để cố định nguồn cấp cho mạch dao động, chống dòng ngược tải Ta dùng ic ổn áp diode-zener để ổn áp cho mạch  Khối tạo dao động Mạch dao động ứng dụng nhiều thiết bị điện tử, mạch dao động nội khối RF Radio, kênh Tivi màu, mạch dao động tạo xung Tivi, tạo sóng hình sin cho IC vi xử lý hoạt động Mạch dao động phân thành loại: mạch tạo tín hiệu sin gọi mạch tạo dao động sin (hay dao động điều hòa) mạch tạo tín hiệt xung xung vng, xung tam giác gọi mạch tạo xung Yêu cầu mạch tạo dao động tạo tín hiệu có biên độ, tần số ổn định cao, chịu ảnh hưởng mơi trường như: nhiệt độ, độ ẩm Một số mạch dao động điển hình thường hay sử dụng bao gồm mạch dao động đa hài dao động dùng IC555 - Mạch dao động đa hài Dao động đa hài dạng dao động không sin dạng sin bị méo biên độ phân hoạch chuỗi Fourier tạo vơ số dao động có tần số bội số n tần số dao động xét đến Các tần số nf(n nguyên dương có giá trị từ đến vô cùng)với n > gọi sóng hài tần số f dao động tần số xét Đặc biệt dao động đa hài qua mạch điện có tính cảm kháng (qua cuộn dây) có tính dung kháng (qua tụ điện) có phân tách thành nhiều tần số bội số tần số xét Hình 1.4 mơ tả mạch dao động đa hài tạo xung vng Hình 1.4 Mạch tạo dao động đa hài - Mạch dao động dùng IC 555 IC tạo dao động họ XX555, Thiết kế mạch dao động tạo xung vng có tần số độ rộng Mạch tạo dao động IC định thời 555 lắp hình1.5: Hình 1.5 Mạch tạo dao động dùng IC 555 Nguồn cung cấp cho IC sử dụng từ 4,5V đến 15V Mạch dao động dùng IC tương đối đơn giản dễ sử dụng nên ứng dụng rộng rãi thực tế Tuy nhiên mạch dùng mạch dao động dùng IC 555 ta phải gắn thêm cổng đảo sau tín hiệu dao động lối để có tín hiệu đối xứng - Mạch tạo dao động dùng IC 4047 Mạch tạo dao động dùng IC 4047 mắc hình: Hình 1.6 Mạch tạo dao động dùng IC 4047  Khối cơng suất Từ dạng sóng nhận từ khối tạo dao động, khối công suất khuếch đại đưa đến biến áp tạo điện áp xoay chiều Khối sử dụng linh kiện công suất chịu dòng lớn transistor D718, 2N3055 Yêu cầu cho khối hoạt động tốt cần có hệ thống tản nhiệt làm mát Một số transistor công suất thông dụng: Hình 1.7 transistor cơng suất  Biến áp nghịch lưu Đây thành phần định tới cơng suất phát mạch Biến áp sử dụng biến áp nghịch lưu có tỷ số vịng dây cuộn thứ cấp lớn nhiều cuộn sơ cấp Cơng suất mạch tính sau: Pmax =U.I Với I dòng điện biến áp chịu U hiệu điện đặt vào cuộn sơ cấp Ví dụ biến áp nghịch lưu 12V → 220V dòng điện 10A Công suất tối đa mạch là: Pmax = 12.10=120W 1.2.2 Thiết kế khối chức mạch a) Khối nguồn Nguồn điện sử dụng nguồn điện chiều lấy từ bình ắc quy sử dụng ổn áp để ổn định điện áp đầu vào khối tạo dao động không thay đổi điện áp nguồn ắc quy thay đổi Thời gian sử dụng phụ thuộc chủ yếu vào dung lượng lưu trữ ắc quy Cơng thức tính cơng suất phát acquy sau: P = U.I Ví dụ: Acquy 12V 10Ah cơng suất phát: P = 12.10=120W Nếu chạy bóng đèn Compac 20W - Mạch ổn áp dùng Diode-Zener Từ nguồn 12V thơng qua điện trở hạn dịng gim Diode-Zener 9V để lấy điện áp cố định 9V để cung cấp cho mạch Khi thiết kế mạch ổn áp ta cần tính tốn điện trở hạn dòng (R) cho dòng điện ngược cực đại qua Dz phải nhỏ dòng (25mA) mà Dz chịu Hình 1.7 Mạch ổn áp dùng Diode-Zener Như sơ đồ dịng cực đại qua Diode-Zener sụt áp R chia cho giá trị R, gọi dịng điện I ta có: b) Khối tạo dao động Nhiệm vụ khối tạo sóng giao động đưa vào khối công suất với tần số điện cơng nghiệp Dạng tín hiệu thu sóng vng Thường khối cơng suất trở kháng đầu vào nhỏ nên thực tế cần khối khuếch đại đệm nhiệm vụ ổn định khối phát xung dao động giảm trở kháng đầu vào cho tầng cơng suất Hình1.8 Mạch dao động dùng IC 4047 IC 4047: 4047 14 13 12 11 10 Hình 1.9 IC 4047 Đây IC gồm 14 chân đóng gói dạng clip 100T Điện áp hoạt động khoảng từ 3V – 15V Tạo xung vuông hai nửa chu kỳ Chúng ta cần quan tâm tới chức chân sau: 10 • • • • • • • Chân 1: Đầu vào tụ C Chân 2: đầu vào điện trở R Chân 3: đầu vào R-C tạo dao động với tần số định sẵn Chân 10: đầu xung vuông bán chu kỳ dương Chân 11: đầu xung vuông bán chu kỳ âm Chân 7: cấp nguồn âm Chân 13: không sử dụng Từ nghiên cứu nhóm chọn mạch tạo dao động dùng IC 4047 cho mạch nghịch lưu Mạch sử dụng IC 4047 để tạo tần số 50Hz, đầu xung vuông nửa chu kỳ Chu kỳ xung vng tính theo cơng thức: T= 4.4RC Để có tần số 50Hz, chọn tụ 0.1uF theo cơng thức ta tính giá trị điện trở cần dùng: R= = = = 45.5k Tuy nhiên, mạch sử dụng điện trở 22k nối tiếp với biến trở 50k để điều chỉnh tần số thay đổi từ 50Hz - 60Hz cho mạch c) Khối công suất Khối công suất có nhiệm vụ khuếch đại tần số từ khối tạo dao động đưa đến biến áp tạo điện áp xoay chiều Thường khối sử dụng linh kiện cơng suất dùngtransistor chịu dịng lớn D718, 2N3055,H1061 Yêu cầu cho khối hoạt động tốt cần có hệ thống tản nhiệt làm mát 11 Hình 1.10 Khối cơng suất TransistorD718 có nhiệm vụ đóng mở liên tục với tần số 50HZ cho cuộn dây cuộn sơ cấp Khối công suất sử dụng transistor D718 chịu dòng I= 30 A (I max I =15A) dịng tính tốn qua cuộn sơ cấp máy biến áp: Lấy hiệu suất máy biến áp 0.8, ta có: P1 = = = 125W Vậy dòng điện qua cuộn sơ cấp: I1 = d) Khối biến áp Đây khối mạch quan trọng mạch nghịch lưu 12 Hình 1.11 Biến áp Hình 1.11 hình dạng biến áp Tùy theo yêu cầu mà biến áp có nhiều vòng dây khác Máy biến áp (MBA) thiết bị hoạt động dựa tượng cảm ứng điện từ, dùng để biến đổi điện áp xoay chiều mà khơng làm thay đổi tần số Cấu tạo nguyên tắc hoạt động: Máy biến áp gồm hai cuộn dây có số vịng khác quấn lõi sắt kín Lõi thường làm sắt thép pha silic, ghép cách điện với để giảm hao phí điện dịng Fu-cơ Các cuộn dây thường làm đồng đặt cách điện với cách điện với lõi Hoạt động MBA dựa tượng cảm ứng điện từ Một hai cuộn MBA nối nguồn điện xoay chiều, gọi cuộn sơ cấp Cuộn thứ hai nối với tải tiêu thụ điện năng, gọi cuộn thứ cấp Dòng điện xoay chiều chạy cuộn sơ cấp gây từ thông biến thiên qua cuộn thứ cấp, làm xuất cuộn thứ cấp suất điện động xoay chiều Nếu mạch thứ cấp kín có dịng điện chạy cuộn thứ cấp Với N1 vòng dây cuộn sơ cấp, N2 vòng dây cuộn thứ cấp ta thấy: Nếu N2> N1 U2> U1, ta gọi máy biến áp máy tăng áp Nếu N 2< N1 U2< U1, ta 13 gọi máy biến áp máy hạ áp Nếu hao phí điện máy biến áp khơng đáng kể cơng suất dịng điện tổng mạch sơ cấp mạch thứ cấp Như vậy: U1.I1 = U2.I2 Hay I1 U = I2 U1 Do đó, MBA làm tăng điện áp lên lần giảm cường độ dịng điện nhiêu lần ngược lại Tính biến áp nghịch lưu cho tải P0 = 100W - Lấy hiệu suất biến áp n=0,8 Ta có cơng suất cuộn là: - Dòng qua cuộn sơ cấp : I1 = - P1 125 = ≈ 10 A V1 12 Xác định tiết diện S lõi thép: S = k P0 Với P = 100W lấy k = 1,2 ta có: S = 1,2 P0 => S = 1,2 100 = 12cm - Vậy ta chọn biến lõi sắt biến áp có thiết diện 3cm x 4cm Số vịng ứng với volt cuộn sơ cấp ( N0 ): N0 = 38 ≈ => N = 3(vòng / volt ) S Ở cuộn thứ cấp phải nhân với hệ số hao hụt (chọn 1.1) 14 N 0' = 1,1* N = 3,3(vòng / volt ) - - Số vòng dây cuộn sơ cấp thứ cấp + Số vòng dây cuộn sơ cấp: n1 = 12 x = 36 (vòng) Quấn cuộn dây 36 vịng có điểm chung + Số vịng dây cuộn thứ cấp: n2 = 220 x 3,3 = 726 (vịng) Kích thước dây quấn Cuộn sơ cấp: D1 = = 1,7 mm → chọn dây 1,5mm Cuộn thứ cấp: P2 = I2 V2 → I2 = D2 == 0,37 mm → chọn dây 0,35mm 15 CHƯƠNG II THIẾT KẾ, THI CÔNG VÀ KHẢO SÁT MẠCH 2.1 Sơ đồ nguyên lý nguyên tắc hoạt động mạch 2.1.1 Sơ đồ nguyên lý Sau nguyên cứu lý thuyết mạch nhóm tiến hành thiết kế mạch điện Sử dụng phần mềm Proteus để thiết kế mạch Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý Trên mạch nguyên lý sau tiến hành mô mạch nghịch lưu phần mềm vẽ mạch Proteus 2.1.2 Nguyên tắc hoạt động mạch Để biến áp hoạt động được, ta cần phải cung cấp cho biến áp dòng điện biến thiên, dòng điện biến thiên sinh từ trường biến thiên, từ trường lại sinh dịng điện Để có tượng cảm ứng điện từ biến áp, cần phải có điện từ biến Biến áp thường hoạt động tần số thấp (âm tần) Đầu tiên, ta dùng IC 4047 để tạo hai dãy xung vng góc với lệch pha 180o Hai xung đưa đến tầng thúc, tầng thúc dùng 16 hai Transistor C1815 Tín hiệu cho vào chân B lấy chân E nên có tác dụng làm tăng biện độ đồng thời cho vng hóa tín hiệu, mạch khuếch đại vào B E pha.Tầng công suất ráp theo dạng cầu đẩy kéo cân với transistor H1061 transistor D718 có tác dụng khóa điện đóng mở nhanh Mạch cơng suất mắc theo kiểu dalington để khuếch đại dòng điện lần Khi tín hiệu vào chân B Q1 mức áp cao đồng thời tín hiệu vào chân B Q2 mức áp thấp Q1, Q3 Q4 dẫn điện, cịn Q2, Q5 Q6 tắt Ngược lại, tín hiệu đảo pha chân B Q1 chân B Q2 Q1, Q3 Q4 tắt, cịn Q2, Q5 Q6 dẫn điện Điều tạo dòng điện đảo chiều chạy qua cuộn sơ cấp biến áp đối xứng, ngã cuộn dây thứ cấp có điện áp cao 220V xuất Với tầng kéo đẩy cân bằng, biên độ tín hiệu ngõ có tính đối xứng cân tốt - Khối tự động bật, tắt điện Ở chúng em sử dụng relay 220v khóa để đóng mở đồng thời pha dương âm điện xoay chiều Relay với nguồn điện 220vAC mạch nghịch lưu điện lưới song song mắc lối vào relay lối relay nối chung tải Khi có điện lối mạch nghịch lưu relay cấp nguồn, lúc cuộn dây relay hút khóa điện sang nối tải với mạch nghịch lưu Khi ắc quy hết, nguồn nuôi cho relay, lúc khóa điện chuyển sang để nối tải với nguồi điện lưới 2.2 Mô hoạt động mạch 17 Hình 2.2 Hình ảnh mơ tín hiệu lối vào biến áp nghịch lưu Tín hiệu lối vào biến áp nghịch lưu có độ rộng biên độ 24vAC, sóng vng Hình 2.3 Hình ảnh mơ tín hiệu lối biến áp nghịch lưu 18 Tín hiệu lối biến áp nghịch lưu có độ rộng biên độ 220vAC, sóng vng 2.3 Thi cơng khảo sát mạch 2.3.1 Thiết kế sơ đồ mạch in Sau tiến hành thiết kế mạch nguyên lý, nhóm tiến hành bước vẽ mạch in phần mềm Proteus Hình 2.3 Sơ đồ mạch in Hình 2.4 Mạch 3D 2.3.2 Dụng cụ vật tư tiêu hao 19 Ắc quy, dây dẫn, thiết bị linh kiện điện tử, bóng đèn 100W … 2.3.3 Các bước thực lắp ráp chế tạo mạch Sau thiết kế xong mạch in nhóm tiến hành in mạch tiến hành làm mạch thật Hình 2.5 Mạch in 2.3.4 Khảo sát mạch kết đạt Tín hiệu thu đầu vào biến áp nghịch lưu Hình 2.6 Hai tín hiệu đối xứng lối vào biến áp nghịch lưu 20 Tín hiệu lối biến áp nghịch lưu có biên độ lớn (220v) nên quan sát máy dao động ký (Oscilloscope) Mặc dù vậy, sau hoàn thành sản phẩm sử dụng đồng hồ vạn để đo đạc khảo sát Hình 2.7.Mạch thực tế sau hồn thành đóng gói 21 KẾT LUẬN Sau thời gian tìm hiểu nghiên cứu đề tài Chúng em hoàn thành thiết kế, chế tạo “mạch nghịch lưu 12VDC – 220VAC công suất 100W” Qua phần giúp ta hiểu rõ lợi ích lĩnh vực điện tử kiến thức Trong q trình thiết kế mạch hồn thiện sản phẩm chúng tơi rút số kết luận sau đây: - Tìm hiểu mạch nghịch lưu hoạt động - Thiết kế thi công mạch với điện áp 22VAC cơng suất 100W - Sau khảo sát thấy mạch hoạt động ổn định đạt yêu cầu đặt - Qua việc làm mạch thật rút lý thuyết thực tế khác nhiều Để hoàn thành mạch điện tử cần phải tìm tịi nghiên cứu làm thực hành thật nhiều Trong trình thiết kế mạch hồn thiện khó tránh sai sót mong q thầy đóng góp ý kiến để chúng tơi rút kinh nghiệm cho thân Chúng xin chân thành cảm ơn PGS.TS Nguyễn Thị Quỳnh Hoa hướng dẫn chúng em hoàn thành đề tài 22 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phạm Minh Hà, Kỹ thuật mạch điện tử, NXB Khoa học kỹ thuật năm 1997 [2] PGS.TS Đặng Văn Chuyết, Kỹ thuật mạch điện tử, nhà xuất giáo dục [3] Website: https://codientu.orgtruy cập cuối ngày 27/11/2016 http://www.dientuvietnam.nettruy cập cuối ngày 27/11/2016 https://congnghe12cnn.wikispaces.com truy cập cuối ngày 27/11/2016 http://webdien.com truy cập cuối ngày 27/11/2016 23