Đồ án thiết kế mạch nghịch lưu một pha

Mạch đơn giản dễ sử dụng Khoa Điện tử Tự động hóa Trường ĐHQT Hồng Bàng đào tạo các hệ Đại học, Liên thông Đại học từ Trung cấp chuyên nghiệp và Cao đẳng, mùa tuyển sinh 2016, Khoa tuyển sinh 2 ngành là Kỹ thuật điện – điện tử (Mã ngành D520201) và Trong đợt này có tổng cộng 31 đề tài tốt nghiệp của 67 sinh viên, các đề tài mang tính thực tiễn ứng dụng cao từ dân dụng đến công nghiệp, điển hình như hệ thống điều khiển nhà thông minh, máy khắc lazer hay máy phân loại sản phẩm tự động… Các đề tài là thành quả nghiên cứu và sáng tạo của sinh viên cùng sự hỗ trợ từ các giảng viên.

MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU Ngày với phát triển nhanh chóng kỹ thuật bán dẫn cơng suất lớn, thiết bị biến đổi điện dùng linh kiện bán dẫn công suất sử dụng nhiều công nghiệp đời sống nhằm đáp ứng nhu cầu ngày cao xã hội Trong thực tế sử dụng điện ta cần thay đổi tần số nguồn cung cấp, biến tần sử dụng rộng rãi truyền động điện, thiết bị đốt nóng cảm ứng, thiết bị chiếu sáng Bộ nghịch lưu biến tần gián tiếp biến đổi chiều thành xoay chiều có ứng dụng lớn thực tế hệ truyền động máy bay, tầu thuỷ, xe lửa Trong thời gian học tập nghiên cứu, học tập nghiên cứu môn Điện tử công suất ứng dụng lĩnh vực hệ thống sản xuất đại Vì để nắm vững phần lý thuyết áp dụng kiến thức vào thực tế, chúng em nhận đồ án môn học với đề tài: “Nghiên cứu chế tạo mạch nghịch lưu pha” Với đề tài giao, chúng em vận dụng kiến thức để tìm hiểu nghiên cứu lý thuyết, đặc biệt chúng em tìm hiểu sâu vào tính tốn thiết kế phục vụ cho việc hoàn thiện sản phẩm Dưới hướng dẫn bảo nhiệt tình thầy NGUYỄN TRUNG THÀNH với cố gắng nỗ lực thành viên nhóm chúng em hồn thành xong đồ án Tuy nhiên thời gian kiến thức hạn chế nên khơng tránh khỏi thiếu sót thực đồ án Vì chúng em mong nhận nhiều ý kiến đánh giá, góp ý thầy giáo, bạn bè để đề tài hoàn thiện Chúng em xin chân thành cảm ơn! CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ CÁC MẠCH NGHỊCH LƯU 1.1 Động điện xoay chiều pha Động điện xoay chiều pha loại động thường có cơng suất nhỏ khơng q vài KW trở xuống sử dụng điện xoay chiều pha, dùng phổ biến sản xuất nhỏ (máy dụng cụ cầm tay) đời sống (các loại quạt điện, đồ điện gia dụng), máy có cấu tạo đơn giản, gọn nhẹ nên cần sử dụng nguồn điện có hai dây Thường có số loại như: • Động điện khơng đồng pha có vòng ngắn mạch (cơng suất 150w) • Động không đồng pha dùng tụ điện có vòng dây chập ngược • Các kiểu động dùng rơto lồng sóc để chạy máy gia dụng • Động điện vạn năng: stato rơto có dây quấn +Động pha khơng có từ trường quay độc đáo động nhiều pha Trường đảo dấu (đảo ngược cực) cặp cực xem hai trường quay theo hướng ngược Cho nên cần phải có từ trường thứ cấp làm rôto di chuyển theo hướng định Sau khởi động, trường stator đảo dấu quay tương đối so với rôto Một số phương pháp thường sử dụng là: +Động cực xẻ rãnh Động có cực xẻ rãnh loại động pha phổ biến Nó sử dụng thiết bị yêu cầu mô-men xoắn khởi động thấp, chẳng hạn quạt điện, máy bơm nhỏ thiết bị gia dụng nhỏ Trong động này, "cuộn xẻ rãnh" đồng vòng đơn tạo từ trường chuyển động Một phần cực bao quanh cuộn dây vòng đồng; dòng điện cảm ứng vòng chống lại thay đổi thông lượng qua cuộn dây Điều gây khoảng thời gian trễ thông lượng qua cuộn xẻ rãnh, cường độ trường tối đa di chuyển cao mặt cực chu kỳ Điều tạo từ trường quay mức độ thấp đủ lớn để quay rotor tải trọng Khi rơto tăng tốc độ, mơ-men xoắn tích lũy đến mức đầy đủ từ trường xoay vòng tương ứng với rơto quay +Động tách pha Một động AC pha phổ biến khác động cảm ứng tách pha ,thường sử dụng thiết bị máy điều hòa khơng khí máy sấy quần áo So với động cực xẻ rãnh, động có mơ-men khởi động lớn nhiều Động pha có cuộn khởi động thứ cấp lệch pha 90 độ cho cuộn chính, ln ln nằm cực cuộn dây kết nối với cuộn dây tiếp điểm điện Các cuộn dây cuộn dây quấn với vòng quay dây quấn nhỏ cuộn chính, có điện cảm thấp trở kháng cao Vị trí cuộn dây tạo dịch chuyển pha nhỏ thông lượng cuộn dây thơng lượng cuộn khởi đong, làm rôto quay Khi tốc độ động đủ để vượt qua quán tính tải, tiếp điểm mở tự động công tắc ly tâm rơle điện Hướng xoay xác định kết nối cuộn dây mạch khởi động Trong ứng dụng mà động yêu cầu quay cố định, đầu mạch khởi động kết nối vĩnh viễn với cuộn dây chính, với tiếp điểm tạo kết nối đầu + Động khởi động tụ điện Động khởi động tụ điện động cảm ứng tách pha với tụ điện khởi động mắc nối tiếp với cuộn khởi động, tạo mạch LC tạo lệch pha lớn (và đó, mơ men khởi động lớn nhiều) so với động tách pha động cực xẻ rãnh + Động khởi động điện trở Động khởi động trở kháng động cảm ứng tách pha có mạch khởi động mắc nối tiếp với cuộn khởi động, tạo điện kháng Mạch khởi động hỗ trợ việc khởi động hướng quay ban đầu Cuộn khởi động quấn dây nhỏ có vòng nên có trở cao cảm ứng điện từ Cuộn làm dây lớn với số vòng quấn lớn khiến trở nên điện trở cảm ứng + Động tụ tách vĩnh cửu (Động PSC) Một dạng khác động tụ tách vĩnh cửu (PSC) Còn gọi động chạy tụ điện, loại động sử dụng tụ điện không phân cực với điện áp làm việc cao để tạo lệch pha cuộn khởi động cuộn chạy Động PSC loại động dùng chủ yếu châu Âu nhiều nơi giới, Bắc Mỹ, chúng thường sử dụng ứng dụng có mơ-men xoắn thay đổi (như quạt gió, quạt máy bơm) trường hợp đòi hỏi thay đổi tốc độ Một tụ điện có điện dung tương đối thấp điện áp làm việc tương đối cao, mắc nối tiếp với cuộn khởi động trì mạch tồn chu kỳ hoạt động Giống động lệch pha khác, cuộn sử dụng cuộn khởi động nhỏ chiều xoay thay đổi cách đảo chiều kết nối cuộn mạch khởi động, cách thay đổi chiều phân cực cuộn cuộn khởi động ln kết nối với tụ điện Tuy nhiên, có khác biệt đáng kể; việc sử dụng công tắc ly tâm nhạy tốc độ yêu cầu động lệch pha khác phải hoạt động gần tốc độ tối đa Động PSC hoạt động phạm vi tốc độ rộng, thấp nhiều so với tốc độ điện động Ngoài ra, ứng dụng dụng cụ mở cửa tự động yêu cầu động đảo chiều thường xuyên, việc sử dụng cấu yêu cầu động phải chậm lại gần dừng lại trước kết nối với cuộn khởi động thiết lập lại Kết nối 'vĩnh viễn' với tụ điện động PSC có nghĩa việc thay đổi chiều quay tức thời + Động ba pha chuyển đổi thành động PSC cách tạo hai cuộn dây thông thường kết nối thứ ba thông qua tụ điện để hoạt động cuộn dây khởi động Tuy nhiên, định mức cơng suất cần phải lớn 50% so với động pha so sánh cuộn dây không sử dụng 1.1.1 Cấu tạo Động điện gồm có hai phần stator rotor Stato gồm cuộn dây ba pha điện quấn lõi sắt bố trí vành tròn để tạo từ trường quay Rơto hình trụ có tác dụng cuộn dây quấn lõi thép Khi mắc động vào mạng điện xoay chiều, từ trường quay stato gây làm cho rôto quay trục Chuyển động quay rôto trục máy truyền sử dụng để vận hành máy công cụ cấu chuyển động khác 1.1.2 Nguyên lý hoạt động Stato động xoay chiều pha gồm hai cuộn dây đặt lệch góc, dây nối thẳng với mạch điện, dây nối với mạng điện qua tụ điện Cách mắc làm cho hai dòng điện hai cuộn dây lệch pha tạo từ trường quay Động xoay chiều pha tạo cơng suất nhỏ, chủ yếu dùng dụng cụ gia đình quạt điện, máy hút bụi, máy bơm nước - Một số động thường gặp thực tế 1.2 Tổng quan nghịch lưu 1.2.1 Các khái niệm bản: Trong công nghệ, ta thường gặp vấn đề biến đổi điện áp chiều thành điện xoay chiều ngược lại thiết bị nắn điện Các thiết bị gọi nghịch lưu Vậy nghịch lưu trình biến đổi lượng chiều thành lượng xoay chiều Các sơ đồ nghịch lưu chia làm hai loại: Sơ đồ nghịch lưu làm việc chế độ phụ thuộc vào lưới xoay chiều sơ đồ nghịch lưu làm việc chế độ độc lập (với nguồn độc lập ắc quy, máy phát chiều ) Nghịch lưu làm việc chế độ phụ thuộc có sơ đồ nguyên lý giống chỉnh lưu có điều khiển Mạch nghịch lưu phụ thuộc mạch chỉnh lưu có nguồn chiều đổi dấu so với chỉnh lưu góc mở ∝ tiristo thoả mãn điều kiện (π/2 24V Từ điều kiện tính tốn ta chọn van IRF3205 với tham số sau: MOSFET cơng suất IRF 3205 Như tính ta chọn MOSFET cơng suất IRF3205 dòng định mức là:110A Thơng số bảng: a)Hình dạng b)Thơng số đặc tính 3.3 Tính tốn mạch điều khiển: Để tạo khối phát xung ta sử dụng vi mạch CD4047B Vi mạch CD4047B mục đích mạch tạo dao đơng(xung vng),chính xung tạo từ IC nên IC CD4047B chọn để tạo dao động mạch nghịch lưu Điện áp đầu đạt dạng sin hay không phụ thuộc phần lớn vào xung tác động vào chân điều khiển van Các đầu ổn định đặc tính chuẩn đối xứng Và cơng suất tiêu thụ thấp Chính ưu điểm mà ta chọn vi mạch CD4047B để thiết kế mạch điều khiển cho mạch nghịch lưu 3.3.1 Sơ đồ chân vi mạch 3.3.2 Cấu trúc bên vi mạch sau +)IC4047 có 14 chân đó: -Chân 1,2,3 chân đầu vào(làm thay đổi xung đầu ra) - Chân astable cho phép mạch làm tạo dao động đa hài qua cổng -Chân nối mass -Chân chân khởi động lại(nối mas) -Chân 10chân 11 chân đầu - Chân 12 cho phép kích mở trở lại xung dương -Chân 13 hiển thị sóng đầu (bình thường khơng cấp gì) -Chân 14 chân cho nguồn (+) vào cung cấp cho IC 3.3.3 Hoạt động IC sau Hoạt động chân astable phép đạt đầu vào chân mức cao mức thấp chân chân Độ rộng xung vuông Q Q hàm đầu vào phụ thuộc vào RC Chân astable cho phép mạch làm tạo dao động đa hài qua cổng Độ rộng xung chân 13 1/2 đầu Q chế độ astable Tuy nhiên điều 50% Trong chế độ ổn định đơn có sườn dương đầu vào +trigger(8), chân trigger(6) mức thấp xung đầu vào thuộc thời điểm tương ứng với xung đầu +)Ta tính tốn để có xung 50Hz sau: -Giản đồ thời gian tin hiệu vào,ra công thức tính độ rộng xung Dạng sóng đầu Thay số: V DD = 12 V V TR = 50% V DD  → T = 0.02 (s) Với f = 50 (hz)  → 4.4RC = 0.02  → RC = 4,5*10-3 Chọn tụ có C = 10 -4 µf R=47kΏ , U max Q Q = 11 V 3.4 Tính tốn mạch cách ly Điện áp vào làm việc PC lớn 6V nối đầu Q Q 4047 PC ta nối qua điện trở để gây sụt áp điện trở Sơ lược hoạt động mạch sau: Khi điện áp đầu chân 11của 4047 4,8V qua diode điện trở cấp vào chân Opto PC817 chân 3Opto có điện áp 5,8V tác động xung đến mạch lực làm cho tải hoạt động Tính chọn giá trị điện trở: == 930  => Vậy ta chọn điện trở 1KΩ 3.5 Tính chọn cầu chì ( Mạch bảo vệ ) - Mạch điện tính tốn với dòng làm việc tối đa bên mạch sơ cấp MBA 5A Để tránh tượng làm việc tải hay ngắn mạch gây cố phá hỏngthiết bị ta nên chọn thiết bị bảo vệ cầu chì cắt nhanh, với dòng điện làm việc xác định ICC = K.I = 1,5x = 7.5 (A) Vậy chọn cầu chì có dòng điện làm việc 10A ; điện áp 250V loại cắt nhanh 3.6 Tính tốn tản nhiệt CHƯƠNG IV : THIẾT KẾ CHẾ TẠO PHẦN CỨNG 4.1 Sơ đồ mạch in Hình 3.8: sơ đồ mạch in 4.2 Mạch thực tế KẾT LUẬN Sau trình thực đồ án chúng em thu số kết sau: - Giới thiệu số ứng dụng đặc điểm mạch nghịch lưu mộtpha - Phân tích nguyên lý làm việc thông số mạch nghịch lưu - Giới thiệu số ứng dụng đặc điểm mạch nghịch lưu mộtpha Với cố gắng nỗ lực thành viên nhóm chúng em hồn thành đồ án theo thời gian Một lần chúng em xin gửi lời cảm ơn tới thầy cô khoa Điện - Điện Tử, đặc biệt thầy NGUYỄN TRUNG THÀNH trực tiếp hướng dẫn chúng em việc hoàn thành đồ án Chúng em mongnhận ý kiến nhận xét, góp ý thầy cô bạn để đồ án cúng em hoàn thiệnhơn Chúng em xin chân thành cảm ơn! ... hai dạng sơ đồ nghịch lưu độc lập mạch cầu mạch dùng biến áp có trung tính Sơ đồ nghịch lưu lập chia ba loại bản: - Nghịch lưu độc lập điện áp - Nghịch lưu độc lập dòng điện - Nghịch lưu độc lập... lại thiết bị nắn điện Các thiết bị gọi nghịch lưu Vậy nghịch lưu trình biến đổi lượng chiều thành lượng xoay chiều Các sơ đồ nghịch lưu chia làm hai loại: Sơ đồ nghịch lưu làm việc chế độ phụ... việc nghịch lưu βmin>ω.toff 1.2.3 Nghịch lưu dòng ba pha Trong thực tế, nghịch lưu dòng ba pha sử dụng phổ biến cơng suất lớn đáp ứng ứng dụng công nghiệp Hình 2.4: Nghịch lưu dòng ba pha (a)