Báo cáo thí nghiệm điện tử công suất

Báo Cáo Thực Hành ĐTCS GVHD: Vũ Minh Việt LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay cùng với việc phát triển mạnh mẽ các ứng dụng của khoa học kỹ thuật trong công nghiệp, đặc biệt là trong công nghiệp điện tử thì các thiết bị điện tử có công suất lớn cũng được chế tạo ngày càng nhiều. Và đặc biệt các ứng dụng của nó vào các nghành kinh tế quốc dân và đời sống hàng ngày đã và đang được phát triển hết sức mạnh mẽ. Tuy nhiên để đáp ứng được nhu cầu ngày càng nhiều và phức tạp của công nghiệp thì nghành điện tử công suất luôn phải nghiên cứu tìm ra giải pháp tối ưu nhất. Đặc biệt với chủ trương công nghiệp hóa – hiện đại hóa của Nhà nước, các nhà máy, xí nghiệp cần phải thay đổi, nâng cao để đưa công nghiệp công nghệ tự động điều khiển vào trong sản xuất. Do đó đòi hỏi phải có thiêt bị và phương pháp điều khiển an toàn, chính xác. Đó là nhiệm vụ của nghành điện tử công suất cần giải phải quyết. Để giải quyết được vấn đề này thì Nhà nước ta cần có đội ngũ thiết kế đông đảo va tài năng. Là sinh viên Trường CĐCĐ Hải Phòng em luôn tự hào về ngôi trường của mình. Sinh viên nghành Điện – Điện tử tương lai không xa sẽ đứng trong đội ngũ này, do đó cần phải tự trang bị cho mình có một trình độ và tầm hiểu biết sâu rộng. Chính vì vậy đồ án môn học điện tử công suất là một yêu cầu cấp thiết cho mỗi sinh viên TĐH. Nó là bài kiểm tra khảo sát kiến thức tổng hợp của mỗi sinh viên, và cũng là điều kiện để cho sinh viên nghành TĐH tự tìm hiểu và nghiên cứu kiến thức về điện tử công suất. Mặc dù vậy, với sinh viên năm thứ ba còn đang ngồi trong ghế nhà trường thì kinh nghiệm thực tế còn chưa nhiều, do đó cần phải có sự hướng dẫn giúp đỡ của thầy giáo. Qua đây cho chúng em được gửi lời cảm ơn tới thầy Vũ Minh Việt đã tận tình chỉ dẫn giúp chúng em hoàn thành tốt đồ án này môn học này. Đồ án này hoàn thành không những giúp chúng em có được nhiều kiến thức hơn về môn học mà còn giúp chúng em được tiếp xúc với một phương pháp làm việc mới chủ động hơn, linh hoạt hơn và đặc biệt là sự quan trọng của phương pháp làm việc theo nhóm. Quá trình thực hiện đồ án là một thời gian thưc sự bổ ích cho bản thân chúng em về nhiều mặt. Hải Phòng: ngày 13 tháng 11 năm 2008 Sinh Viên Nguyễn Xuân Vĩnh SVTH: Nguyễn Xuân Vĩnh Trang 1 Nguyễn Minh Châu Báo Cáo Thực Hành ĐTCS GVHD: Vũ Minh Việt Nguyễn Minh Châu NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Hải Phòng: ngày tháng 11 năm 2008 Giáo viên hướng dẫn Vũ Minh Việt SVTH: Nguyễn Xuân Vĩnh Trang 2 Nguyễn Minh Châu Báo Cáo Thực Hành ĐTCS GVHD: Vũ Minh Việt MỤC LỤC Phần I: Giới thiệu đề tài 1. Mục tiêu đề tài. 2. Khả năng hệ thống. 3. Một số quy ước. 4. Phương pháp giải quyết. Phần II: Nội dung. 1. Các linh kiện làm mạch. 2. Nguyên lý các linh kiện. 2.1, TL084. 2.2, 74HC08. 2.3, Thysistor. 3. Sơ đồ cấu trúc mạch. 4. Sơ đồ nguyên lý mạch. 4.1, Sơ đồ nguyên lý các khối trong mạch. 4.1.1, Mạch tạo xung vuông. 4.1.2, Mạch tạo xung răng cưa. 4.1.3, Mạch có độ rộng xung thay đổi. 4.1.4, Mạch tạo xung chùm. 4.1.5, Bộ cộng xung. 4.1.6, Mạch khuếch đại xung điều khiển. 4.1.7, Mạch cách ly. 5. Thi công. Phần III: Kết luận và khiến nghị. Phần IV: Tài liệu tham khảo. SVTH: Nguyễn Xuân Vĩnh Trang 3 Nguyễn Minh Châu Báo Cáo Thực Hành ĐTCS GVHD: Vũ Minh Việt PHẦN I: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1. Mục tiêu đề tài. - Mạch dùng IC TL084 điều khiển cặp Thysistor mắc song song ngược trong bộ xung điện áp xoay chiều công suất lớn. 2. Khả năng hệ thống. - Điều khiển cặp Thysistor mắc song song ngược trong bộ xung điện áp xoay chiều công suất lớn. 3. Một số quy ước. - Mạch dùng nguồn 1 chiều +5V, -5V và nguồn xoay chiều 9V, 24V. 4. Phương pháp giải quyết mạch. - Mạch chia làm 5 khối nên khi đo mạch ta sẽ đo từng khối xem có chính xác hay không. SVTH: Nguyễn Xuân Vĩnh Trang 4 Nguyễn Minh Châu Báo Cáo Thực Hành ĐTCS GVHD: Vũ Minh Việt PHẦN II: NỘI DUNG 1. Các linh kiện làm mạch. - TL084. - 74HC08. - 2 Thysistor KY202. - 2 biến trở 100K. - 1 biến trở 50K. - 2 biến áp xung. - 9 diode. - 2 Transistor C828. - 1 Transistor công suất C2335. - 3 tụ không phân cực 104. - 1 tụ phân cực 10µF/50V. - và các điện trở: 2,2K, 3,3K, 33K, 100K,10K,330Ω. - 2 biến áp xung. 2. Nguyên lý các linh kiện. 2.1, Cấu tạo và nguyên lý TL084. 2.1.1, Cấu tạo: Hình 1 : Sơ đồ cấu tạo TL084. - Gồm 4 cổng được tích hợp trong 1 con IC: + Cổng 1: chân 2,3 vào, chân 1 ra. + Cổng 2: chân 5,6 vào, chân 7 ra. + Cổng 3: chân 9,10 vào, chân 8 ra. + Cổng 4: chân 12,13 vào, chân 14 ra. Và chân 4 được nối với +5V, chân 11 được nối với -5V. SVTH: Nguyễn Xuân Vĩnh Trang 5 Nguyễn Minh Châu Báo Cáo Thực Hành ĐTCS GVHD: Vũ Minh Việt 2.1.2. Nguyên lý hoạt động. - 4 cổng trong TL084 là 4 cổng khuếch đại thuật toán. - Đây là sơ đồ nguyên lý của 1 cổng trong IC TL084: Hình 2: Sơ đồ nguyên lý 1 cổng trong TL084. - Để các cổng cho IC hoạt động ta bắt buộc phải cấp nguồn cho IC, chân 4 nối với +5V, chân 11 nối với -5V. - Các thông số: + Giải điện áp nguồn nuôi từ ±3V đến ±18V. + Tốc độ tăng điện áp là 13V/Ms. SVTH: Nguyễn Xuân Vĩnh Trang 6 Nguyễn Minh Châu Báo Cáo Thực Hành ĐTCS GVHD: Vũ Minh Việt 2.2, Cấu tạo và nguyên lý IC 74HC08. 2.2.1, Cấu tạo: Hình 3 : Sơ đồ chân IC TL084. TL084 có 14 chân.Chia ra làm 4 cổng: - Cổng 1: chân 1,2 vào, chân 3 ra. - Cổng 2: chân 4,5 vào, chân 6 ra. - Cổng 3: chân 9,10 vào, chân 8 ra. - Cổng 4: chân 12,13 vào,chân 11 ra. Chân 14 là chân +5V, chân 7 la chân GND. 2.2.3, Nguyên lý: Hình 4 : Sơ đồ nguyên lý IC TL084. + Nguyên lý của nó như sau: AND 2 trạng thái đầu vào cho ra bằng 1 đầu ra. Như hình 4 chân 1(1A) và chân 2(1B) là chân cho trạng thái đầu vào AND 2 trạng thái này cho ra chân 3(1Y). Các cổng khác cũng tương tự như vậy. + Đây là bảng trạng thái: SVTH: Nguyễn Xuân Vĩnh Trang 7 Nguyễn Minh Châu Báo Cáo Thực Hành ĐTCS GVHD: Vũ Minh Việt Bảng 1 : Bảng trạng thái 74HC08. 2.3, Thysistor: Hình 5: Sơ đồ cấu tạo Thysistor. Hình 6: Sơ đồ chân Thysistor. Thysistor là phần tử bán dẫn có cấu tạo từ 4 lớp bán dẫn P-N-P-N tạo ra ba lớp tiếp giáp p-n J1,J2,J3. Thysistor có 3 cực: anot A, katot K, cực điều khiển G. 2.3.1, Đặc tính von-ampe của Thysistor. Đặc tính von-ampe của Thysistor gồm có 2 phần. Phần thứ nhất nằm trong các góc phần tư thứ I là đặc tính thuận tương ứng với trường hợp điện áp U AK >0, phần thứ hai nằm trong góc phần thứ III, gọi là đặc tính ngược, tương ứng với trường hợp U AK <0. SVTH: Nguyễn Xuân Vĩnh Trang 8 Nguyễn Minh Châu Báo Cáo Thực Hành ĐTCS GVHD: Vũ Minh Việt Hình 7: Đặc tính làm việc của Thysistor. - Trường hợp dòng điện vào cực điều khiển bằng 0 (I G =0). + Khi dòng vào cực tiểu điều khiển của Thysistor bằng 0 hay hở mạch cực điều khiển Thysistor sẽ cản trở dòng điện tương ứng với cả 2 trường hợp là phân cực thuận và phân cực ngược. Khi điện áp U AK <0 theo cấu tạo bán dẫn của Thysistor 2 lớp J1,J2 đều phân cực ngược, lớp J2 phân cực thuận, như vậy Thysistor sẽ giống như 2 Diode mắc nối tiếp và bị phân cực ngược. Qua Thysistor sẽ chỉ có một dòng điện rất nhỏ chạy qua, gọi là dòng dò. Khi U AK bị đánh thủng, dòng điện có thể tăng lên rất lớn. + Giống như mở đoạn đặc tính ngược cua Diode quá trình bị đánh thủng là quá trình không thể đảo ngược được, nghĩa là nếu có giảm điện áp U AK xuống dưới mức Ung thì dòng điện cũng không thể giảm về mức dòng dò. Do Thysistor đã bị hỏng. + Khi tăng điện áp anot-katot theo chiều thuận, U AK >0 lúc đầu chỉ có một dòng điện rất nhỏ chạy qua gọi là dòng dò. Điện trở tương đương mạch rất lớn. Khi tiếp giáp J1,J3 phân cực thuận, J2 phân cực ngược. Cho đén khi U AK tăng đến giá trị điện áp thuận lớn nhất Ung sẽ xẩy ra hiện tượng trở tương đương mạch anot-catot đột ngột giảm, dòng điện chạy qua Thysistor và giá trị sẽ chỉ bị giới hạn bởi điện trở tải mạch ngoài. Nếu khi có dòng qua Thysistor có giá trị lớn hơn mức dòng tối thiểu gọi là dòng duy trì Idt thì khi đó Thysistor sẽ dẫn dòng trên đường đặc tính thuận, giông như đường đặc tính thuận của Diode. Đoạn đặc tính chất dòng có thể có giá trị lớn hơn nhưng điện áp rơi trên anot-catot thì nhỏ và hầu như không phụ thuộc vào giá trị dòng điện. - Trường hợp có dòng vào cực điều khiển (I G >0). SVTH: Nguyễn Xuân Vĩnh Trang 9 Nguyễn Minh Châu Báo Cáo Thực Hành ĐTCS GVHD: Vũ Minh Việt Nếu có dòng điều khiển đua vào giữa cực điều khiển và catot thì quá trình chuyển điểm làm việc trên đường đặc tính sẽ xảy ra sớm hơn, trước khi điện áp thuận đạt đến giá trị lớn nhất, Uth,mã 2.3.2, Mở và khóa Thysistor. Thysistor có đặc tính giống Diode, nghĩa là chỉ cho phép dòng chạy qua theo một chiều, từ anot đến catot và cản trở dòng chạy theo chiều ngược lại. Tuy nhiên khác với Diode, để Thysistor có thể dẫn dòng ngoài điều khiển phải có điện áp U AK >0 còn cần thêm một số điều kiện khác. Do đó Thysistor được coi là phần tử bán dẫn có điều khiển để phân biệt với Diode là phần tử không điều khiển được. - Mở Thysistor: Khi được phân cực thuận, U AK >0, Thysistor có thể mở bằng 2 cách : + Tăng điện áp anot-catot cho đến khi đạt giá trị điện áp thuận lớn nhất, Uth,mã. Khi đó điện trở tương đương trong mạch anot-catot sẽ giảm đột ngột và dòng qua Thysistor sẽ hoàn toàn do mạch ngoài xác định. + Phương pháp thứ 2 là đưa một xung dòng điện có giá trị nhất định vào giữa cực điều khiển sẽ chuyển trạng thái cua Thysistor từ trở kháng cao sang trở kháng thấp ở mức điện áp anot-catot nhỏ. Khi đó nếu dòng anot-catot nhỏ. Khi đó nếu dòng qua anot-catot lớn hơn 1 giá trị nhất định gọi là dòng duy trì thì Thysistor sẽ tiếp tục ở trạng thái mở bán dẫn mà không cần đến sự tồn tại của mạch điều khiển nữa. Điều này nghĩa là có thể điều khiển mở các Thysistor bằng xung dòng có độ rộng xung nhất định, do đó công suất của mạch điều khiển có thể là rất nhỏ, so với công suất của mạch lực mà Thysistor là 1 phần tử đóng ngắt, khống chế dòng điện. - Khóa Thysistor: Một Thysistor đang dãn dòng sẽ trở về trạng thái khóa nếu dòng điện giảm xuống, nhỏ hơn giá trị dòng duy trì. Tuy nhiên để Thysistor vẫn ở trạng thái khóa, với trở kháng cao, khi điện áp anot-catot lại dương (U AK >0) cần phải có một thời gian nhất định để các lớp tiếp giáp phục hồi hoàn toàn tính chất cản trở dòng điện của mình. Khi Thysistor dãn dòng theo chiều thuận 2 lớp tiếp giáp J1,J3 phân cực thuận, các điện tích đi qua 2 lớp này dễ dàng và lấp đầy tiếp giáp J2 đang bị phân cực ngược. Vì vậy mà dòng điện có thể chạy qua ba lớp tiếp giáp J1,J2,J3. Để khóa Thysistor lại cần giảm dòng anot-catot về dưới mức duy trì và đặt một điện áp ngược lên anot-catot trong một khoảng thời gian tối thiểu, gọi là thời gian phục hồi. Trong thời gian phục hồi có một -=-== SVTH: Nguyễn Xuân Vĩnh Trang 10 Nguyễn Minh Châu . học kỹ thuật trong công nghiệp, đặc biệt là trong công nghiệp điện tử thì các thiết bị điện tử có công suất lớn cũng được chế tạo ngày càng nhiều. Và đặc. nhiều và phức tạp của công nghiệp thì nghành điện tử công suất luôn phải nghiên cứu tìm ra giải pháp tối ưu nhất. Đặc biệt với chủ trương công nghiệp hóa –