Thiết kế bộ nghịch lưu điện áp thấpThông số: Nguồn cấp 24VDC, Nguồn ra 110VAC, Công suất 750VA
TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ TÀU BIỂN THIẾT KẾ MÔN HỌC MÔN :ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT ĐỀ BÀI: THIẾT KẾ BỘ NGHỊCH LƯU MỘT PHA. Yêu cầu:Thiết kế bộ nghịch lưu điện áp thấp Thông số: Nguồn cấp 24VDC Nguồn ra 110VAC Công suất 750VA Giáo viên hướng dẫn : ĐOÀN VĂN TUÂN Sinh viên : HOÀNG THỊ LOAN Lớp : ĐTĐ49ĐH2 Hải Phòng,năm 2010 ĐỀ CƯƠNG SƠ BỘ Mục lục Lời nói đầu CHƯƠNG I:TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ NGHỊCH LƯU. 1.1 Giới thiệu về công nghệ 1.2 Yêu cầu công nghệ 1.3 Phạm vi ứng dụng CHƯƠNG II:TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MẠCH CÔNG SUẤT. 2.1 Một vài sơ đồ công suất nghịch lưu có liên quan 2.1.1 Sơ đồ cầu 2.1.3 Sơ đồ hình tia 2.1.2 Sơ đồ bán cầu 2.2 Phân tích ưu nhược điểm của các mạch công suất 2.2.1 Sơ đồ cầu 2.2.2 Sơ đồ bán cầu 2.2.3 Sơ đồ hình tia 2.3 Chọn mạch công suất phù hợp 2.4 Tính chọn các van bán dẫn cho sơ đồ mạch 2.5 Tính chọn các phần tử bảo vệ 2.6 Tính chọn máy biến áp CHƯƠNG III:TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN. 3.1 Sơ đồ cấu trúc điều khiển nghịch lưu tổng quát 3.2 Giới thiệu các khâu điều khiển cần thiết 3.3 Tính toán các khâu điều khiển 3.4 Ghép nối thành sơ đồ hoàn chỉnh KẾT LUẬN Tài liệu tham khảo Giáo viên hướng dẫn Sinh viên 2 Đoàn Văn Tuân Hoàng Thị Loan MỤC LỤC Trang Mục lục 1 Lời nói đầu 3 CHƯƠNG I:TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ NGHỊCH LƯU. 5 1.1 Giới thiệu về công nghệ 5 1.2 Yêu cầu công nghệ 6 1.3 Phạm vi ứng dụng 8 CHƯƠNG II:TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MẠCH CÔNG SUẤT. 9 2.1 Một vài sơ đồ công suất nghịch lưu có liên quan 9 2.1.1 Sơ đồ cầu 2.1.3 Sơ đồ hình tia 2.1.2 Sơ đồ bán cầu 2.2 Phân tích ưu nhược điểm của các mạch công suất 10 2.2.1 Sơ đồ cầu 2.2.2 Sơ đồ bán cầu 2.2.3 Sơ đồ hình tia 2.3 Chọn mạch công suất phù hợp 13 2.4 Tính chọn các van bán dẫn cho sơ đồ mạch 2.5 Tính chọn các phần tử bảo vệ 2.6 Tính chọn máy biến áp CHƯƠNG III:TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN. 23 3.1 Sơ đồ cấu trúc điều khiển nghịch lưu tổng quát 23 3.2 Giới thiệu các khâu điều khiển cần thiết 23 3.3 Tính toán các khâu điều khiển 23 3.4 Ghép nối thành sơ đồ hoàn chỉnh 29 KẾT LUẬN 30 Tài liệu tham khảo 31 3 LỜI NÓI ĐẦU Trong những năm gần đây cùng với việc phát triển ngày càng mạnh mẽ của các lĩnh vực khoa học, ứng dụng của chúng vào công nghiệp nói chung và công điện tử nói riêng, các thiết bị điện tử có công suất lớn đã được chế tạo ngày càng nhiều, đặc biệt là ứng dụng của nó vào các ngành kinh tế quốc dân và đời sống, làm cho yêu cầu về sự hiểu biết và thiết kế các loại thiế bị này là hết sức cần thiết đối với các kỹ sư ngành điện. Hiện nay rất nhiều thiết bị biến đổi công suất được đề xuất để phục vụ những yêu cầu ngày càng cao của cuộc sống. Điện tử công suất đã giúp cho việc sử dụng điện năng một cách hiệu quả, các linh kiện điện tử công suất được sử dụng trong quá trình biến đổi cũng như điều khiển công suất: hiệu quả cao và tổn thất thấp trong lò cao tần, truyền tải điện một chiều. Các thiết bị điện tử công suất mới hiện nay được cải tiến phát triển để nâng cao hiệu suất hơn nữa việc sử dụng năng lượng. Điện tử công suất đóng vai trò rất quan trọng trong các mô hình công nghệ và được thiết kế điều khiển năng lượng. Dòng điện, điện áp và đặc tính đóng ngắt của các linh kiện bán dẫn liên tục được hoàn thiện, phạm vi ứng dụng ngày càng được mở rộng như trong chiếu sáng, bộ nguồn, điều khiển động cơ, tự động hóa công nghiệp, giao thông, lưu trữ năng lượng, truyền tải điện đi xa. Với hiệu suất cao và đặc điểm điều khiển chặt chẽ đã giúp cho điện tử công suất có lợi thế hơn trong điều khiển động cơ so với các hệ thống điều khiển cơ điện và điện tử trước đây. Ngoài ra điện tử công suất còn được ứng dụng trong truyền tải điện xoay chiều, trạm biến đổi công suất, hệ thống truyền tải một chiều mềm dẻo flexible ac transmission system (FACTS ), bù công suất ( SVC ). Trong truyền tải sử dụng biến đổi DC/AC, bộ lọc tích cực, biến đổi tần số. Môn học Điện tử công suất là một trong những môn học chủ yếu để đào tạo sinh viên ngành tự động hóa nói riêng và sinh viên ngành kỹ thuật nói chung. Với sự giảng dạy nhiệt tình của các thầy cô trong khoa, em đã từng bước tiếp cận được với môn học. Để nắm vững phần lý thuyết và áp dụng kiến thức đó vào trong thực tế, ở học kỳ này em được thầy giao cho đồ án môn học với đề tài: : “ Thiết kế bộ nghịch lưu áp một pha “. Đây là một đề tài có quy mô và ứng dụng vào thực tế rất lớn. Các thiết bị nghịch lưu ngày càng phát triển và được sử dụng rộng rãi không chỉ trong công nghiệp mà trong cả đời sống sinh hoạt. 4 Với sự cố gắng của bản thân, cùng với sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của các thầy cô trong khoa, đặc biệt là sự hướng dẫn trực tiếp của thầy Đoàn Văn Tuân đã giúp em hoàn thành đồ án môn học này. Do lần đầu tiên làm đồ án môn học Điện tử công suất kinh nghiệm chưa có nên em không tránh khỏi mắc sai sót, mong các thầy giúp đỡ. Em xin chân thành cảm ơn ! 5 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ NGHỊCH LƯU 1.1 Giới thiệu về công nghệ 1.1.1 Khái niệm về nghịch lưu: Nghịch lưu (inverter) là thiết bị dùng để biến đổi năng lượng điện một chiều thành năng lượng điện xoay chiều với tần số ra cố định hoặc thay đổi. 1.1.2 Phân loại nghịch lưu: 2 loại : +Nghịch lưu phụ thuộc:hoạt động phụ thuộc vào điện áp lưới,tham số điều chỉnh là góc mở α được xác định theo tần số và pha của lưới xoay chiều dùng trong quá trình chỉnh lưu. +Nghịch lưu độc lập:hoạt động với tần số ra do mạch điều khiển quyết định và có thể thay đổi tùy ý,tức là độc lập với lưới điện. -Nghịch lưu độc lập lại phân loại như sau *Theo nguồn năng lượng được biến đổi +Nghịch lưu điện áp:đầu vào và ra là áp +Nghịch lưu dòng điện:đầu vào và ra là dòng +Nghịch lưu cộng hưởng *Ngoài ra còn phân loại theo tải của thiết bị :1 pha hoặc 3 pha 6 1.2.3 Tổng quan về công nghệ: Hiện nay có rất nhiều phương pháp nghịch lưu được sử dụng từ đơn giản đến phức tạp,nhưng nói chung theo 2 cách sau: -Từ nguồn VDC điện áp thấp nghịch lưu sang VAC sau đó dùng khuếch đại công suất và sử dụng biến áp để nâng lên mức VAC theo yêu cầu. -Từ nguồn VDC điện áp thấp nâng lên VDC điện áp cao sau đó nghịch lưu sang VAC . Các bộ nghịch lưu trên thị trường hiện nay có thể chia làm hai loại chính, phân biệt dựa trên dạng sóng đầu ra của nguồn AC: sin mô phỏng và sin thuần. Dạng sóng của sin mô phỏng gần với xung vuông hơn là sin. Các bộ nghịch lưu loại này có giá thành thấp và do đó có tính cạnh tranh tương đối tốt tuy nhiên có rất nhiều thiết bị không hoạt động được khi sử dụng loại nghịch lưu này như máy in laser, máy tính xách tay, động cơ, đồng hồ số và cá thiết bị y tế… 1.2 Yêu cầu công nghệ Biến đổi từ nguồn 1 chiều thành nguồn xoay chiều cung cấp cho tải 1 năng lượng điện liên tục,chất lượng cao,không phụ thuộc mọi tình trạng của hệ thống cung cấp,đặc biệt là các sự cố xảy ra trong quá trình lắp đặt trang thiết bị hoặc ở đầu vào của hệ thống (như quá tải,nhiễu,mất cân bằng pha,sấm sét….) làm gián đoạn việc cung cấp điện. Ví dụ: +Sấm sét làm điện áp tăng đột ngột. 7 +Mưa gió,sương giá,cây cối gãy đổ làm đứt đường dây,việc đào đường thi công cũng có thể làm đứt cáp ngầm dưới đất. +Ảnh hưởng của các thiết bị điện dùng điện :động cơ khi khởi động gây quá áp,các hệ thống điện tử công suất cao,những thiết bị gây nhiễu… Các sự cố này có thể gây ra những hậu quả nghiêm trọng,ảnh hưởng tới các công ty,xí nghiệp công nghiệp hoặc sinh hoạt hàng ngày,đặc biệt là với các thiết bị công nghệ thông tin,điện tử,viễn thông,y tế…việc mất điện dù chỉ 1ms cũng có thể làm mất hết thông tin,làm rối loạn quá trình trao đổi dữ liệu máy tính,chậm truyền tin,tê liệt chức năng…gây thiệt hại rất lớn về kinh tế.Nói chung nhu cầu cần 1 nguồn điện liên tục và tin cậy,chất lượng đang ngày càng trở nên cấp thiết.Công nghệ nghịch lưu ra đời đã đáp ứng 1 phần yêu cầu trên. Trên thị trường hiện nay có rất nhiều lựa chọn cho các bộ nghịch lưu với rất nhiều mức giá, cấp chất lượng, hiệu suất và công suất khác nhau. Các bộ nghịch lưu sin thuần thường sử dụng các linh kiện số công suất cao và đắt tiền trong khi đó các bộ nghịch lưu sin mô phỏng rất đơn giản do không có phần tạo xung phức tạp tuy nhiên điện áp đầu ra chứa nhiều nhiễu có thể gây ảnh hưởng tới các thiết bị nhạy cảm, ví dụ thiết bị y tế.Các bộ nghịch lưu sin thuần cho phép sử dụng được tất cả các loại thiết bị. Các bộ nghịch lưu này còn giảm thiểu tiếng ồn trong các thiết bị do có độ méo thấp.Các bộ nghịch lưu này sử dụng kỹ thuật điều biến độ rông xung (PWM) để tạo ra sin gần thuần với nhiễu rất nhỏ.có hiệu quả và giá thành thấp và có thể ứng dụng thực tế trong sản xuất. 8 1.3 Phạm vi ứng dụng -Bộ nghịch lưu là bộ phận chủ yếu của các bộ biến tần,được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như cung cấp điện,các hệ điều khiển tốc độ động cơ điện xoay chiều,truyền tải điện năng HVDC( high voltage direct curent)-truyền tải điện cao áp một chiều,luyện kim,các bộ biến đổi cho các nguồn năng lượng mới,làm nguồn điện xoay chiều cho nhu cầu gia đình,hệ thống chiếu sáng,bộ chuyển đổi nguồn ở những nơi không có điện lưới như trên oto phục vụ cho các thiết bị quạt,ti vi,trong lĩnh vực bù nhiễu công suất phản kháng… -Nếu sử dụng inverter sóng vuông thì chỉ sử dụng hạn chế cho máy tính, TV, VCD, đèn thắp sáng vì dòng điện nó tạo ra có nhiều sóng hài. Nếu dùng cho quạt điện, sóng hài tạo ra tiếng kêu và nóng động cơ, lâu dài dẫn đến cháy tụ khởi động và các cuộn dây. Để dùng cho quạt và các phụ tải động cơ, biến áp cần dùng Inverter sóng sin -Ứng dụng trong các bộ lưu điện UPS đang được phổ biến hiện nay.UPS là 1 nguồn điện dự phòng,cung cấp tạm thời điện năng nhằm duy trì hoạt động của các thiết bị điện khi xảy ra sự cố,đảm bảo an toàn dữ liệu và an toàn hệ thống. 9 CHƯƠNG II TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MẠCH CÔNG SUẤT. 2.1 Một vài sơ đồ công suất có liên quan Nghịch lưu áp 1 pha có thể sử dụng 1 trong 3 sơ đồ sau 2.1.1 Sơ đồ cầu 2.1.2 Sơ đồ bán cầu 2.1.3 Sơ đồ hình tia 10 . CÔNG SUẤT. 2 .1 Một vài sơ đồ công suất có liên quan Nghịch lưu áp 1 pha có thể sử dụng 1 trong 3 sơ đồ sau 2 .1. 1 Sơ đồ cầu 2 .1. 2 Sơ đồ bán cầu 2 .1. 3 Sơ đồ. đỡ. Em xin chân thành cảm ơn ! 5 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ NGHỊCH LƯU 1. 1 Giới thiệu về công nghệ 1. 1 .1 Khái niệm về nghịch lưu: Nghịch lưu (inverter)