đồ án_Chỉnh lưu tia một pha hải nửa chu kì

Mục LụcDanh mục hình ảnh LỜI NÓI ĐẦU Ngày inay ivới isự iphát itriển inhanh ichóng icủa ikỹ ithuật ibán idẫn icông isuất ilớn, icác ithiết ibị ibiến iđổi iđiện inăng idùng icác ilinh iki

Mục Lục

Danh mục hình ảnh

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày inay ivới isự iphát itriển inhanh ichóng icủa ikỹ ithuật ibán idẫn icông isuất

ilớn, icác ithiết ibị ibiến iđổi iđiện inăng idùng icác ilinh ikiện ibán idẫn icông isuất iđã

iđược isử idụng inhiều itrong icông inghiệp ivà iđời isống inhằm iđáp iứng icác inhu icầu

ingày icàng icao icủa ixã ihội. iTrong ithực itế isử idụng iđiện inăng ita icần ithay iđổi itần

isố icủa inguồn icung icấp, i icác ibộ ibiến itần iđược isử idụng irộng irãi itrong itruyền

iđộng iđiện, itrong icác ithiết ibị iđốt inóng ibằng icảm iứng, itrong ithiết ibị ichiếu isáng

iBộ ichỉnh ilưu ilà ibộ ibiến itần igián itiếp ibiến iđổi ixoay ichiều ithành imột ichiều icó

iứng idụng irất ilớn itrong ithực itế inhư itrong icác ihệ itruyền iđộng iđiều ihòa, itủ ilạnh,

iquạt imáy,

LỌC

Trong ithời igian ihọc itập ivà inghiên icứu, iđược ihọc itập ivà inghiên icứu imôn

iĐiện itử icông isuất ivà iứng idụng icủa inó itrong icác ilĩnh ivực icủa ihệ ithống isản ixuất

ihiện iđại. iVì ivậy iđể icó ithể inắm ivững iphần ilý ithuyết ivà iáp idụng ikiến ithức iđó

ivào itrong ithực itế, ichúng iem i iđược inhận iđề itài imôn ihọc iĐồ ián i1: i“Thiết i kế i va

i chế i tạo i mạch i chỉnh i lưu i tia i một i pha i cả i chu i kì, i có i điều i khiển”. iVới iđề itài

iđược igiao, ichúng iem i iđã ivận idụng ikiến ithức icủa imình iđể itìm ihiểu ivà inghiên

icứu ilý ithuyết, iđặc ibiệt ichúng iem itìm ihiểu isâu ivào itính itoán ithiết ikế iphục ivụ

icho iviệc ihoàn ithiện isản iphẩm. i

i i i i i iDưới isự ihướng idẫn ichỉ ibảo inhiệt itình icủa icô iVũ i Thị i Thu icùng ivới isự

icố igắng inỗ ilực icủa icác ithành iviên itrong inhóm ichúng iem i iđã ihoàn ithành ixong

iđồ ián icủa imình. i iTuy inhiên ido ithời igian ivà ikiến ithức icòn ihạn ichế inên ikhông

itránh i ikhỏi ithiếu isót ikhi ithực ihiện iđồ ián inày. iVì ivậy ichúng iem irất imong isẽ

inhận iđược inhiều iý ikiến iđánh igiá, igóp iý icủa ithầy icô igiáo, icùng ibạn ibè iđể iđề itài i

iđược ihoàn ithiện ihơn

Chương I KHÁI QUÁT MẠCH CHỈNH LƯU TIA MỘT PHA

CẢ CHU KÌ CÓ ĐIỀU KHIỂN

1.1.1 Khái niệm về chỉnh lưu

_Chỉnh lưu là bộ biến đổi năng lượng dòng điện xoay chiều thành nănglượng dòng điện một chiều (AC>DC) bằng cách sử dụng các phần tử bán dẫncông suất như điôt, tiristor

Hình 1.1 Sơ đồ cấu trúc mạch chỉnh lưu

_Mạch ichỉnh ilưu icó isơ iđồ icấu itrúc inhư ihình i1.1, ibao igồm icác ikhối: iBA

i(biến iáp), iMV i(mạch ivan), iLọc

_Khối ibiến iáp idùng iđể ichuyển itừ iđiện iáp icủa ilưới iđiện ixoay ichiều iU1

isang iđiện iáp iU2 ithích ihợp ivới iyêu icầu icủa itải i(tùy itheo itải imà imáy ibiến iáp icó

ithể ilà ităng iáp ihoặc igiảm iáp). iNgoài ira ikhối ibiến iáp icòn icó ithể ibiến iđổi isố ipha

icủa inguồn ilưới isang isố ipha itheo iyêu icầu icủa imạch ivan ichỉnh ilưu. iThông

ithường isố ipha icủa ilưới ilớn inhất ilà i3. iMạch ivan icó ithể icần isố ipha ilà

i1,3,6,12 Trong imột isố itrường ihợp ikhi imà inguồn ilưới iđã iphù ihợp ivới iyêu icầu

icủa ikhối ivan ichỉnh ilưu ithì icó ithể ibỏ iqua imáy ibiến iáp

_Khối imạch ivan iMV igồm icác ivan ibán idẫn i( iđiôt ivà itiristo) iđược imắc

itheo icách inhất iđịnh iđể icó ithể itiến ihành iquá itrình ichỉnh ilưu

_Khối iLọc icó itác idụng ilàm icho iđiện iáp iđầu ira icủa imạch ichỉnh ilưu ilà iđiện

iáp imột ichiều ibằng iphẳng itheo iyêu icầu

2

2.1.1 Phân loại

_Chỉnh lưu được phân loại theo các cách thức sau:

* Dựa theo số pha nguồn cấp cho các van chỉnh lưu: có mạch một pha, ba pha,

sáu pha v.v

* Dựa theo loại van bán dẫn:

+ Mạch van dùng toàn điôt: Chỉnh lưu không điều khiển+ Mạch van dùng kết hợp điot và tiristo : Chỉnh lưu bán điều khiển+ Mạch van dùng toàn bằng tiristo: Chỉnh lưu điều khiển

* Dựa theo sơ đồ mắc van có 2 kiểu:

+ iSơ iđồ ihình itia i: iTrong isơ iđồ inày isố ivan idùng icho ichỉnh ilưu isẽ ibằng isố

ipha inguồn icấp icho imạch ichỉnh ilưu. iCác ivan iđấu ichung imột iđầu inào iđó ivới

inhau: ihoặc iA ichung, ihoặc iK ichung

+ iSơ iđồ ihình icầu: iTrong isơ iđồ inày isố ilượng ivan igấp iđôi isố ipha inguồn

icấp icho imạch ichỉnh ilưu, itrong iđó imột inửa isố ivan imắc ichung inhau iA i, imột inửa

isố ivan imắc ichung iK

3

3.1.1 Ứng dụng

 Trong đời sống:

_ Sạc xe đạp điện, sạc điện thoại, nạp điện acquy

_ Các hệ thống giao thông dùng điện một chiều

 Trong công nghiệp:

_ Truyền động động cơ điện một chiều có điều khiển (công suất đến hàngMW)

_ Nguồn cho mạch kín từ máy phát điện

_ Công nghệ luyện kim màu, công nghệ hóa học

_ Thiết bị hàn một chiều, mạ kim loại …

_ Là bộ phận của thiết bị biến tần

_ Chọn tải thuần trở.

 Thuyết minh nguyên lý sơ đồ động lực:

_Dòng điện có xu hướng chảy từ dương sang âm

_Ở nửa chu kì đầu, khi điện áp U2’ dương dòng điện chảy từ dươngnguồn U2’, qua thyristor T1, qua tải R1 về điểm trung tính

_Ở nửa chu kì sau, khi điện áp U2” dương dòng điện chảy từ dươngnguồn U2”, qua thyristor T2, qua tải R1 về điểm trung tính

3.3. Đồ thị dòng điện, điện áp đầu ra

Hình 1 3 Đồ thị dòng điện, điện áp đầu ra

Trên hình 1.3 thể hiện đồ thị điện áp phía thứ cấp của máy biến áp, có thếthấy U2’ sớm pha hơn U2” một góc , điểm đen trên đồ thị chính là thời điểmphát xung cho thyristor T1 và T2 Đồ thị phía dưới là điện áp và dòng điện quavan T1 và T2, do chọn tải thuần trở nên dòng điện và điện áp cùng pha nhau

• 0 ÷ α: T1T2 khóa do chưa có xung điều khiển vào T1.

• a ÷ π: phát xung cho T1, T1 dẫn T2 khóa.

• π ÷ π+α: UT1=0 dẫn đến T1 khóa, UT2 > 0 nhưng chưa có xung điều khiển

nên T2 khóa

• π+α ÷ 2π: T1 khóa T2 dẫn do có xung điều khiển vào T2.

(1.1)(1.2)

(1.4)

Chương II KIỂM TRA THÔNG SỐ, LỰA CHỌN THYRISTOR

2.1.1.Khái niệm

_Thyristor hay Chỉnh lưu silic có điều khiển là phần tử bán dẫn cấu tạo

từ bốn lớp bán dẫn, ví dụ như P-N-P-N, tạo ra ba lớp tiếp giáp P-N: J1, J2, J3.Thyristor có ba cực hoạt động là anode (A), cathode (K) và cực điều khiển (G)

Nó được dùng cho chỉnh lưudòng điện có điều khiển.

_Khi được phân cực thuận, Uak>0, thyristor có thể mở bằng hai cách +Thứ inhất, icó ithể ităng iđiện iáp ianode-cathode icho iđến ikhi iđạt iđến igiá itrị

iđiện iáp ithuận ilớn inhất, iUth.max. iĐiện itrở itương iđương itrong imạch icathode isẽ igiảm iđột ingột ivà idòng iqua ithyristor isẽ ihoàn itoàn ido imạch ingoài ixác

anode-iđịnh. iPhương ipháp inày itrong ithực itế ikhông iđược iáp idụng ido inguyên inhân imở

ikhông imong imuốn ivà ikhông iphải ilúc inào icũng ităng iđược iđiện iáp iđến igiá itrị

iUth.max. iHơn inữa inhư ivậy ixảy ira itrường ihợp ithyristor itự imở ira idưới itác idụng

icủa icác ixung iđiện iáp itại imột ithời iđiểm ingẫu inhiên, ikhông iđịnh itrước

+Phương ipháp ithứ ihai, iđược iáp idụng itrong ithực itế, ilà iđưa imột ixung idòng

iđiện icó igiá itrị inhất iđịnh ivào icác icực iđiều ikhiển ivà icathode. iXung idòng iđiện

iđiều ikhiển isẽ ichuyển itrạng ithái icủa ithyristor itừ itrở ikháng icao isang itrở ikháng

ithấp iở imức iđiện iáp ianode-cathode inhỏ. iKhi iđó inếu idòng iqua ianode-cathode ilớn

ihơn imột igiá itrị inhất iđịnh igọi ilà idòng iduy itrì i(Idt) ithyristor isẽ itiếp itục iở itrong

itrạng ithái imở idẫn idòng imà ikhông icần iđến isự itồn itại icủa ixung idòng iđiều ikhiển

iĐiều inày inghĩa ilà icó ithể iđiều ikhiển imở icác ithyristor ibằng icác ixung idòng icó iđộ

irộng ixung inhất iđịnh, ido iđó icông isuất icủa imạch iđiều ikhiển icó ithể ilà irất inhỏ, iso

ivới icông isuất icủa imạch ilực imà ithyristor ilà imột iphần itử iđóng icắt, ikhống ichế

idòng iđiện

2.1.2.Thyristor 2P4M

Hình 2 1 Thyristor 2P4M

_Gồm bốn lớp bán đãn P-N ghép xen kẽ và nối ra ba chân

_Tương đương với hai loại BJT gồm NPN và PNP ghép lại với nhau

_Kiểu chân cắm (DIP): TO252

_Dòng định mức: 2A

_Điện áp định mức: 400VDC

_Dòng kích mở 3mA

Hình 2 2 Sơ đồ khối điều khiển thyristor

Nhiệm vụ của các khâu trong hình trên:

 Khâu iđồng ipha: iTạo ira iđiện iáp irăng icưa

 Khâu iso isánh: iSo isánh igiữa iđiện iáp irăng icưa ivới iđiện iáp iđiều ikhiển, itìm

ithời iđiểm ihai iđiện iáp inày ibằng inhau ithì iphát ixung iở iđầu ira iđể igửi isang

itầng ikhuếch iđại

 Khâu itạo ixung: iTạo ixung iphù ihợp iđể imở iThyristor. iXung imở iThyristor icó

iyêu icầu isườn itrước idốc ithẳng iđứng iđể iđảm ibảo iyêu icầu iThyristor imở itức

ithời ikhi icó ixung iđiều ikhiển, iđủ iđộ irộng ivới iđộ irộng ixung ilớn ihơn ithời

igian imở icủa iThyristor, iđủ icông isuất, icách ily igiữa imạch iđiều ikhiển ivới

Chọn => 0 ≤ 10,8 (A)Dòng trung bình qua van:

=> 0 ≤ ≤ 5,4 (A)

Điện áp ngược lớn nhất Thyristor phải chịu:

= 24 = 48 (V)_Van công suất được chọn phải căn cứ vào thông số dòng điện và điện áptrong mạch Cụ thể các van công suất khi tính chọn phải thỏa các điều kiện donhà sản xuất quy định Trong đó các thông số thường phải được ưu tiên hàngđầu khi tính chọn va công suất là điện áp làm việc của van Uv; dòng điện hiệudụng chảy qua van

_Trong đó điện áp van được chọn phải thỏa mãn điều kiện

_Còn idòng iđiện icủa ivan isông isuất iđược ichọn iphụ ithuộc ivào iđiều ikiện ilàm

imát. iNếu ivan ibán idẫn icông isuất ichỉ iđược ilàm imát ibằng itản inhiệt iđối ilưu itự

inhiên ithì ikhả inăng ichịu idòng iđiện ichỉ ibằng i25÷30% idòng iđịnh imức ighi itrên

ivan

Nếu ivan ibán idẫn icông isuất iđược ilàm imát ibằng itản inhiệt ivà icó iquạt igió ilàm imát

ithì ikhả inăng ichịu idòng iđiện ibằng i50÷70% idòng iđịnh imức ighi itrên ivan

Nếu ivan ibán idẫn icông idược ilàm imát ibằng itản inhiệt ivà icó idung idịch ilàm imát ithì

ikhả inăng ichịu idòng iđiện icó ithể iđạt iđược i100% idòng iđịnh imức ighi itrên ivan

iTheo inhưng icách itrên ita ichọn iđiều ikiện ilàm imát ibằng itản inhiệt iđối ilưu itự

Dòng điều khiển: I G = 100µA

Datasheet 2P4M:

Hình 2 3 Datasheet Thyristor 2P4M

Chương III CHỌN LINH KIỆN, MÔ PHỎNG PROTEUS VÀ

LẮP MẠCH THỰC

_ iIC iổn iáp iđược idùng ivới inhững imạch iđiện ikhông iđòi ihỏi iđộ iổn iđịnh icủa

iđiện iáp iquá icao, isử idụng iIC iổn iáp ithường iđược ingười ithiết ikế isử idụng ivì imạch

iđiện ikhá iđơn igiản. iCác iloại iổn iáp ithường iđược isử idụng ilà iIC i78xx i- i79xx, ivới

ixx ilà iđiện iáp icần iổn iáp inhư i5V, i6V, i12V, iTrong iđó ihọ i78xx iổn iđịnh iđiện iáp

iâm, icòn i79xx ithì iổn iđịnh iđiện iáp iâm

_Sự ikết ihợp icủa ihai icon inày isẽ itạo ira iđược ibộ inguồn iđối ixứng

Về imặt inguyên ilý inó ihoạt iđộng itương iđối igiống inhau. i

IC78xx

i_78xx ilà iloại idòng iIC idùng iđể iổn iđịnh iđiện iáp idương iđầu ira ivới iđiều

ikiện iđầu ivào iluôn iluôn ilớn ihơn iđầu ira i3V

i_Tùy iloại iIC i78 imà inó iổn iáp iđầu ira ilà ibao inhiều

Hình 3 1 Sơ đồ chân IC78xx

Chú iý: iđiện iáp iđặt itrước iIC78xx iphải ilớn ihơn iđiện iáp icần iổn iáp itừ i2V iđến i3V

+78Lxx iChuyển iđổi iđiện iáp idương itừ i+5V i > i+24V. iDòng i0.1A

i i i i i+78Mxx iChuyển iđổi iđiện iáp idương itừ i+5V i > i+24V. iDòng i0.5A

i i i i i i i i ii+78Sxx iChuyển iđổi iđiện iáp idương itừ i+5V i > i+24V. iDòng i0.2A

IC79xx

_ i79xx ilà iloại idòng iIC idùng iđể iổn iđịnh iđiện iáp iâm iđầu ira, ivới iđiều ikiện

iđầu ivào iluôn iluôn inhỏ ihơn iđầu ira i3V itrở ilên. iVí idụ inếu idùng iIC i7912 iđể iổn

iđịnh iđiện iáp iđầu ira i-12V ithì iphải icấp iđiện iáp iđầu ivào icho iIC i>= -15V _ iCũng inhư ihọ i78 ithì ihọ i79 icó ihoạt iđộng itương itự inhững iđiện iáp iđầu ira

ilà iâm i(-) itrái ingược ivới ihọ i78xx icũng icó inhiều iloại imức iổn iáp iđầu ira inhư idòng

i78: i7905, i7912 ivới idòng ilà i1A, i0.1A. i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i

i i i i i i i i i i i i i_ iThứ itự icác ichân icủa i79xx ikhác ivới i78xx

1: iGND i- iChân inối iđất2: iVin i- iChân inguồn iđầu ivào

3: iVo i- iChân inguồn iđầu ira.

+ Đo điện áp cấp vào :12V Đo điện áp đầu ra :-12V

+ Tính toán dòng tải với dòng 50mA, 100mA, 250mA

+ Đo dòng điện, điện áp

+ Kiểm tra nhiệt độ ấm dần theo thời gian làm việc

_IC ikhuếch iđại ithuật itoán iLM324N iđược itạo ibởi ibốn ibộ ikhuếch iđại ithuật

itoán i(OP-OAMP) iđộc ilập iđược itích ihợp itrên imột ichip iđơn. iĐiểm iđặc ibiệt icủa

iLM324N ilà inó iđược ithiết ikế iđể ihoạt iđộng ivới inguồn inuôi icó ivùng iđiện iáp

irộng. iLM324N icó ithể ihoạt iđộng ivới icả inguồn iđôi. iNguồn icấp icho icực imáng

ithấp ivà iđộc ilập ivới ibiên iđộ iđiện iáp icung icấp. iSơ iđồ ichân iđược ithiết ikế iđơn

igiản, iđiện inăng ithấp. iMột iđiều iđặc ibiệt inữa ilà inguồn icung icấp icủa iLM324N icó

ithể ihoạt iđộng iđộc ilập ivới inguồn itín ihiệu

_Thứ inhất iđó ilà iđiện iáp icung icấp: iNguồn icung icấp icho iLM324 itầm itừ

i5V~32V. iTuy inhiên inên idùng i5V iđến i<12V. i

_Thứ ihai iđó ilà iáp itối iđa ingõ ivào: iĐiện iáp ingõ ivào itừ i0 i~ i32V iđối ivới inguồn

iđơn ivà icộng itrừ i15V iđối ivới inguồn iđôi

_ThứiibaiilàiicôngiisuấtiicủaiiLM324iiloạiiichâniicắmii(Dip)iikhoảngii1W

_Thứ itư ilà iđiện iáp ivà idòng ingõ ira itừ i0 i- i1,5VDC

_Thứ inăm ilà itần isố ihoạt iđộng icủa iLM324 ilà i1MHz

_Thứ isáu ilà iđộ ilợi ikhuếch iđại iđiện iáp iDC icủa iLM324 itối iđa ikhoảng i100db

Nếu V1>V2, Vout là logic 1 (high)

Nếu V1 < V2, Vout là logic 0 (low)

Hình 3 5 Sơ đồ mạch so sánh

Mạch khuếch đại điện áp (k=2) sử dụng khuếch đại thuật toán:

_Sơ đồ mạch

Hình 3 6 Sơ đồ mạch khuyếch đại.

_Giải thích nguyên lý của mạch:

Đầu ivào ivi isai icủa imạch ikhuếch iđại igồm icó iđầu ivào iđảo ivà iđầu ivào

ikhông iđảo, ivà imạch ikhuếch iđại ithuật itoán ithực itế isẽ ichỉ ikhuếch iđại ihiệu isố

iđiện ithế igiữa ihai iđầu ivào inày. iĐiện iáp inày igọi ilà iđiện iáp ivi isai iđầu ivào. iTrong

ihầu ihết icác itrường ihợp, iđiện iáp iđầu ira icủa imạch ikhuếch iđại ithuật itoán isẽ iđược

iđiều ikhiển ibằng icách itrích imột itỷ ilệ inào iđó icủa iđiện iáp ira iđể iđưa ingược ivề iđầu

ivào iđảo. iTác iđộng inày iđược igọi ilà ihồi itiếp iâm. iNếu itỷ ilệ inày ibằng i0, inghĩa ilà

ikhông icó ihồi itiếp iâm, imạch ikhuếch iđại iđược igọi ilà ihoạt iđộng iở ivòng ihở. iVà

iđiện iáp ira isẽ ibằng ivới iđiện iáp ivi isai iđầu ivào inhân ivới iđộ ilợi itổng icủa imạch

ikhuếch iđại, itheo icông ithức isau: Vout i= i(V+ i- iV-) i

_Đo và đánh giá mạch khuếch đại:

_Diode bán dẫn thường đều có nguyên lý cấu tạo chung là một khối bándẫn loại P ghép với một khối bán dẫn loại N và được nối với 2 chân ra là anode

_Khối ibán idẫn iP ichứa inhiều ilỗ itrống itự ido imang iđiện itích idương inên ikhi

ighép ivới ikhối ibán idẫn iN ithì icác ilỗ itrống inày icó ixu ihướng ichuyễn iđộng ikhuếch

itán isang ikhối iN. iCùng ilúc ikhối iP ilại inhận ithêm icác iđiện itử i(điện itích iâm) itừ

ikhối iN ichuyển isang. iKết iquả ilà ikhối iP itích iđiện iâm i(thiếu ihụt ilỗ itrống ivà idư

ithừa iđiện itử) itrong ikhi ikhối iN itích iđiện idương i(thiếu ihụt iđiện itử ivà idư ithừa ilỗ

itrống)

_Ở ibiên igiới ihai ibên imặt itiếp igiáp, imột isố iđiện itử ibị ilỗ itrống ithu ihút ivà ikhi

ichúng itiến ilại igần inhau, ichúng icó ixu ihướng ikết ihợp ivới inhau itạo ithành icác

inguyên itử itrung ihòa. iQuá itrình inày icó ithể igiải iphóng inăng ilượng idưới idạng iánh

isáng ihình ithành iđiện iáp itiếp ixúc