đồ án: thiết kế mạch nghịch lưu

Trong thời đại ngày nay điện tử công suất đóng một vai trò hết sức quan trọng trong đời sống. Việc biến đổi năng lượng từ dạng này sang dạng khác nhờ các mạch công suất được ứng dụng rộng rãi. Đặc biệt nhờ có sự phát triển của van bán dẫn công suất mà lĩnh vực này ngày càng phát triển mạnh mẽ.Ta có thể phân loại thành một số dạng biến đổi sau: AC→DC (Chỉnh lưu) ; DC→AC (Nghịch lưu) AC→AC (Điều chỉnh điện áp xoay chiều); DC→DC (Điều chỉnh điện áp một chiều). Mỗi nhóm trên đều có những ứng dụng riêng của nó trong từng lĩnh vực cụ thể.

BÁO CÁO ĐỒ ÁN

Môn: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

GV : NGUYỄN TUẤN ANH

SINH VIÊN THỰC HIỆN :

CHU TUYÊN HOÀNG

I GIỚI THIỆU VỀ NGHỊCH LƯU

Ngày nay, khi nhu cầu năng lượng ngày càng tăng, sự quá tải của hệ thống điện lưới làm chúng ta thường xuyên bị mất điện Trong cuộc sống ngày nay chúng ta đã quá phụ thuộc vào điện Những lúc mất điện, chúng ta cần một nguồn điện dự trữ để mang ra

sử dụng Ngày nay, hầu hết nguồn điện được lưu trữ ở nguồn điện một chiều 12V hoặc 16V hoặc 24V, trong khi hầu hết các thiết bị điện của chúng ta sử dụng nguồn điện 220V xoay chiều Để sử dụng được các thiết bị điện, ta cần một mạch biến đổi điện áp 12V

DC thành 220v AC Thiết bị đó được gọi chung là nghịch lưu

Nghịch lưu là thiết bị biến đổi nguồn điện 1 chiều thành nguồn điện xoay chiều với tần số tùy ý

Nguồn 1 chiều thông thường là điện áp chỉnh lưu,ăcquy,

Phân loại:

+ Theo sơ đồ: nghịch lưu 1 pha, nghịch lưu 3 pha

+ Theo quá trình điện từ xảy ra trong mạch: nghịch lưu áp,nghịch lưu dòng,nghịch lưu cộng hưởng

Nghịch lưu áp là thiết bị biến đổi nguồn điện áp 1 chiều thành nguồn điện áp xoay chiều với tần số tùy ý

II GIỚI THIỆU MẠCH

1 Sơ đồ khối

Chức năng các khối

+ Khối tạo xung: Sử dụng một IC chính, IC4047 để tạo ra hai dãy xung vuông góc ngược pha nhau, để đưa vào hai transistor CMOS

+ Khối khuyếch đại: Gồm có các transistor CMOS công suất IRF540, đây là một transistor CMOS công xuất IDMAX của nó là 22A Vậy, nếu đầu vào là 12V thì công suất lớn nhất của mạch là 264W

+ Biến áp là một biến áp thường, 12v/220v Sau khi qua bộ nghịch lưu, đầu ra ta thu được điện áp 220v ở đầu ra của biến áp

2 Các linh kiện cần dùng khi làm mạch

Khối tạo xung

Khối khuyếh đại

Nguồ n 12v

Biến áp

Out 220v

Khối

khuyếch

đại

Biến áp

xung

2.2 Biến trở: Kí hiệu:

+2.3 Tụ điện: Kí hiệu:

2.4 Biến áp thường

2.5 Transistor CMOS công xuất loại IRF540

Sau đây là một số đặc điểm của transistor CMOS IRF540

2.6 IC CD4047:

IC 4047 là một vi mạch đa hài họ CMOS ,dùng để phát ra một xung đơn(mạch đa hài đơn ổn),hoặc một dãy xung vuông góc(mạch đa hài phiếm định).Nó gồm 14 chân đánh

số thứ tự theo chiều tăng dần ngược chiều kim đòng hồ từ 1 đến 14

+ Các chân 1,2,3 được nối với các điên trở và điện dung định thời

+ Chân 10 là đầu ra đảo.

+ Chân 11 là đầu ra không đảo.Chúng phát ra 2 xung đơn ngược nhau khi làm việc ở chế độ đơn ổn

+ Chân 12 dùng để kích trở lại

+ Chân 13 để phát ra dãy xung vuông góc khi làm việc ở chế độ IC làm việc ở chế độ

đa hài phiếm định

+ Chân 14 là chân cấp nguồn +3V đến +18V

Ở đây chúng ta dung IC4047 coi như là một mạch đa hài phiếm định (là mạch mà điện

áp đầu ra liên tục chuyển qua lại giữa 2 mức cao và thấp)

Cách nối chân IC4047 để nó hoạt động như 1 mạch đa hài phiếm định được mô tả như hình dưới

( + 3 V = > * 1 8 V )

C 4

C A P N P

R 5 R

U 2

4 0 4 7

4

1 0

1 1

1 3

1 2 3

1 2 9

1 4

A S T -T

Q Q

O S C

C X

R X

R C C

R E T

R S T

V D D

Khi đó đầu ra 13 cho ta dãy xung vuông góc đố xứng có tần số

F= 1/2.2RC

Đầu ra 10 ,11 cho ta hai dãy xung vuông góc ngược pha nhau với tần số:

F= 4,41R. C

Trong đó R= 1KΩ ÷ 1MΩ và C ≥ 100pF là các điện trở, điện dung định thời Trong mạch ta sử dụng ở tần số 50 Hz nên các giá tri R, C trong mạch là:

C = 1uF, R= 4,545KΩ

2.7 Máy Biến Áp.

- Là những thiết bị có khả năng biến đổi điện áp (xoay chiều) và không làm thay đổi tần

số của nó

2.7.1 Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động

a Cấu tạo:

- Gồm có hai cuộn dây : cuộn sơ cấp có N1 vòng và cuộn thứ cấp có N2 vòng Lõi biến

áp gồm nhiều lá sắt mỏng ghép cách điện với nhau để tránh dòng Fu-cô và tăng cường

từ thông qua mạch

- Số vòng dây ở hai cuộn phải khác nhau, tuỳ thuộc nhiệm vụ của máy mà có thể N1 >

N2 hoặc ngược lại

- Cuộn sơ cấp nối với mạch điện xoay chiều còn cuộn thứ cấp nối với tải tiêu thụ điện

- Trong thực thế thì máy biến áp có dạng như hình 2, còn trong việc biểu diễn sơ đồ máy biến áp thì có dạng như hình 1

Hình1

Hình2

b Nguyên tắc hoạt động:

- Đặt điện áp xoay chiều tần số f ở hai đầu cuộn sơ cấp Nó gây ra sự biến thiên từ thông trong hai cuộn Gọi từ thông này là: φ = φ0cosωt

- Từ thông qua cuộn sơ cấp và thứ cấp lần lượt là : φ1 = N1φ0cosωt và φ2 = N2φ0cosωt

- Trong cuộn thứ cấp xuất hiện suất điện động cảm ứng e2 có biểu

c Khảo sát máy biến áp

Gọi N1 N2 là số vòng của cuộn sơ cấp và thứ cấp

Gọi U1, U2 là hiệu điện thế 2 đầu cuộn sơ cấp và thứ cấp

Gọi I1, I2 là cường độ hiệu dụng của dòng điện 2 đầu cuộn sơ cấp và thứ cấp

Trong khoảng thời gian Δt vô cùng nhỏ từ thông biến thiên gây ra trong mỗi vòng dây của cả hai cuộn suất điện động bằng:

Suất điện động trên một cuộn sơ cấp là:

Suất điện động trên cuộn thứ cấp:

=> Tỉ số điện áp 2 đầu cuộn thứ cấp bằng tỉ số vòng dây của 2 cuộn tương ứng

Tỉ số không đổi theo thời gian nên ta có thể thay bằng giá trị hiệu dụng ta

Điện trở thuần của cuộn sơ cấp rất nhỏ nên , khi mạch thứ cấp hở nên

, (2)

• Nếu N2 > N1 => U2 > U1 : gọi là máy tăng áp

• Nếu N2 < N1 => U2 < U1 : gọi là máy hạ áp

Vì hao phí ở máy biến áp rất nhỏ, coi như công suất ở 2 đầu cuộn thứ cấp và sơ cấp như nhau

, (**)

Từ (*) và (**) ta có

Kết luận: Dùng máy biến áp tăng điện áp bao nhiêu lần thì cường độ dòng điện giảm bấy nhiêu lần và ngược lại

Chú ý : Công thức (*) luôn được áp dụng cho máy biến áp còn công thức (**) chỉ được

áp dụng khi hao phí không đáng kể hoặc hai đầu cuộn thứ cấp để hở

II.SƠ ĐỒ MẠCH VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG

1 Sơ đồ nguyên lý.

2 Nguyên Lý Hoạt Động.

Để biến áp hoạt động được, ta cần phải cung cấp cho điến áp một đòng điện biến thiên, dòng điện biến thiên sinh ra từ trường biến thiên, từ trường này lại sinh ra dòng điện để có hiện tượng cảm ứng điện từ trên biến áp, cần phải có điện từ biến Biến áp thường chỉ hoạt động ở tần số thấp (âm tần)

Đầu tiên, ta dùng IC 4047 để tạo ra hai dãy xung vuông góc với nhau và lệch pha

Sau đó xung được đưa thẳng tới biến áp để thực hiện biến đổi điện áp Điện áp đưa vào là 12v, điện áp đầu ra là 220v Máy biến áp hoạt động ở chế độ tăng áp Máy biến áp sử dụng là loại biến áp 220v/24v có điểm giữa

Vì khi xung kích vào biến áp là dãy xung vuông nên có hiện tượng tự cảm sinh ra sức điện động phản kháng, có thể là hỏng ic 4047 nên trong mạch cần phải có thành phần hạn chế và triệt tiêu thành phần này

Trong mạch, diode D4, tụ C4 làm nhiệm vụ này Diode D4 chỉ cho dòng điện chảy theo một chiều từ dương nguồn vào ic và ngăn lại không cho chảy theoc chiều ngược lại tụ C4 triệt tiêu hết thành phần xoay chiều trên đầu vào của mạch

Khi Q3 thông, thì Q4 tắt Dòng điện chảy theo chiều: dương nguồn  biến áp  Q3  mát

Khi Q4 thông, Q3 tắt Dòng điện chảy theo chiều: dương nguôn  biến áp  Q4

 mát

Dòng điện chảy theo hai chiêu khác nhau trên 2 cuôn dây Nữa chu kỳ đầu tiên, dòng điện chảy trên cuộn dây thứ nhất của biến áp, nữa chu kỳ tiếp theo, dòng điện chảy theo chiều ngược lại trong cuôn dây sơ cấp thứ 2 của biến áp Xét trong một chu kỳ ta có thể xem như dòng điện chảy theo hai chiều khác nhau trong một chu kỳ trên một cuộn dây

III Kết Luận

Mạch có ứng dụng rất cao trong cuộc sông ngày nay khi mà chúng ta đã quá phụ thuộc vào nguồn điện trong tình trạng thiếu trầm trọng điện năng như hiện nay thì mạch ngược lưu là một giải pháp tạp thời khác phục tình trạng mất điện thường xuyên.

Xung đưa vào đầu vào của mạch là xung vuông nên dạng sóng đầu ra của mạch chưa thật sự là dạng Sin Ta có thể dùng để thắp sáng, tuy nhiên, chưa thể sử dụng cho các thiết bị yêu cầu đầy vào là dạng sin như quạt.

Mặc dù đã có nhiều cố gắng trong quá trình nghiên cứu và làm mạch,nhưng do làm lần đầu nên chúng em khó có thể tránh khỏi những sai xót

Chúng em rất mong nhận được những lời đóng góp chỉ bảo của thầy Chúng em xin chân thành cảm ơn

Ý KIẾN NHẬN XÉT CỦA THẦY GIÁO