Thiết kế mạch chỉnh lưu cầu 1 chiều

BÁO CÁO MÔN THIẾT KẾ MẠCH TƯƠNG TỰ Đề Tài: Thiết Kế Mạch Chỉnh Lưu Cầu 1 Chiều Giảng viên hướng dẫn: Ths.Nguyễn Văn Sơn Lớp: K20A LỜI NÓI ĐẦU Như chúng ta đã biết, khoa học công nghệ đang phát triển một cách nhanh chóng trong những năm gần đây, đặc biệt là ngành kỹ thuật - điện tử. Sự xuất hiện của các vi mạch, IC số tổng hợp đã giúp cho kích thước mạch nhỏ gọn, tiện lợi hơn. Trải qua sự phát triển của khoa học công nghệ, giờ đây chúng ta đã chế tạo ra rất nhiều loại tần số, phục vụ trong ngành điện tử viễn thông, công nghệ thông tin, tự động hóa. Điện tử công suất đã và đang đóng một vai trò quan trọng trong quá trình công nghiệp hóa đất nước. Sự ứng dụng của điện tử công suất trong các hệ thống truyền động điện là rất lớn bởi sự nhỏ gọn của các phần tử bán dẫn và việc dễ dàng tự động hóa cho các quá trình sản xuất. Các hệ thống truyền động điều khiển bởi điện tử công suất đem lại hiệu quả rất cao. Kích thước, diện tích lắp đặt giảm đi rất nhiều so với các hệ truyền động thông thường: khuyếch đại từ, máy phát- động cơ… Trên cơ sở đó và được sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Văn Sơn, em xin phép được trình bày và thiết kế đề tài “ Thiết kế mạch chỉnh lưu cầu 1 chiều”

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ - THÔNG TIN BÁO CÁO MÔN THIẾT KẾ MẠCH TƯƠNG TỰ Đề Tài: Thiết Kế Mạch Chỉnh Lưu Cầu Chiều Giảng viên hướng dẫn: Ths.Nguyễn Văn Sơn Lớp: K20A LỜI NÓI ĐẦU Như biết, khoa học cơng nghệ phát triển cách nhanh chóng năm gần đây, đặc biệt ngành kỹ thuật - điện tử Sự xuất vi mạch, IC số tổng hợp giúp cho kích thước mạch nhỏ gọn, tiện lợi Trải qua phát triển khoa học công nghệ, chế tạo nhiều loại tần số, phục vụ ngành điện tử viễn thông, công nghệ thông tin, tự động hóa Điện tử cơng suất đóng vai trị quan trọng q trình cơng nghiệp hóa đất nước Sự ứng dụng điện tử công suất hệ thống truyền động điện lớn nhỏ gọn phần tử bán dẫn việc dễ dàng tự động hóa cho trình sản xuất Các hệ thống truyền động điều khiển điện tử công suất đem lại hiệu cao Kích thước, diện tích lắp đặt giảm nhiều so với hệ truyền động thông thường: khuyếch đại từ, máy phát- động cơ… Trên sở hướng dẫn thầy Nguyễn Văn Sơn, em xin phép trình bày thiết kế đề tài “ Thiết kế mạch chỉnh lưu cầu chiều” LỜI CẢM ƠN Lời chúng em xin chân thành cảm ơn đến tất thầy khoa điện tử tận tình giúp đỡ, tạo điều kiện cho chúng em để có thực môn học Đặc biệt, em cảm ơn thầy Nguyễn Văn Sơn trực tiếp, hướng dẫn bảo cho chúng em tận tình để hoàn thành đề tài Với mong muốn học hỏi, trau dồi kiến thức kinh nghiệm, chúng em mong thầy góp ý hướng dẫn thêm cho chúng em Chúng em xin trân thành cảm ơn! MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU .2 LỜI CẢM ƠN CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CÁC KINH KIỆN 1.1 : Điện Trở 1.2 : Biến Áp 1.3 : Tụ Điện 1.3.1 : Tụ Điện Phân Cực… 10 1.3.2 : Tụ Điện Không Phân Cực 11 1.4 : Diode… 13 1.5 .: Cuộn Cảm 15 1.6 : Giới thiệu chung mạch chỉnh lưu… 17 CHƯƠNG 2: SƠ ĐỒ MẠCH ĐỘNG LỰC VÀ NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG 2.1 : Sơ Đồ Mạch Chỉnh lưu cầu diod… 22 2.2 : Nguyên Lí Hoạt Động 23 2.3 : Sơ Đồ Mạch In… 24 KẾT LUẬN 25 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CÁC LINH KIỆN 1.1 : Điện Trở - Khái niệm: + Điện trở cản trở dòng điện vật dẫn điện, vật dẫn điện tốt điện trở nhỏ ngược lại, vật cách điện có điện trở cực lớn + Điên trở dây dẫn phụ thuộc vào chất liệu tiết diện dây dẫn - Điện trở thực tế mạch điện tử: Trong thực tế điện trở loại linh kiện điện tử khơng phân cực, linh kiện quan trọng mạch điện tử Điện trở làm từ chất cacbon kim loại pha theo tỉ lệ mà tạo điện trở có dung tích khác Hình dạng điện trở mạch điện tử Kí hiệu điện trở - Giá trị điện trở: Bảng đọc giá trị điện trở 1.2 : Biến Áp - Là thiết bị điện thực truyền đưa lượng tín hiệu điện xoay chiều mạch điện thông qua cảm ứng điện từ Kí hiệu Biến áp - Cấu tạo: phận chính: + Lõi thép máy biến áp: Lõi thép gồm có Trụ Gơng Trụ phần để đặt dây quấn cịn Gơng phần nối liền trụ để tạo thành mạch từ kín Lõi thép máy biến áp chế tạo từ nhiều sắt mỏng ghép cách điện với thường chế tạo vật liệu dẫn từ tốt + Dây quấn ( Cuộn dây ) máy biến áp: Phần dây quấn thường chế tạo đồng nhơm bên ngồi bọc cách điện Nó có nhiệm vụ nhận lượng vào truyền lượng Phần có nhiệm vụ nhận lượng vào ( nối với mạch điện xoay chiều ) gọi cuộn dây sơ cấp, cịn phần có nhiệm vụ truyền lượng ( nối với tải Số vòng dây hai cuộn phải khác nhau, tuỳ thuộc nhiệm vụ máy mà Cuộn dây máy Biến áp + Vỏ máy biến áp :Phần vỏ tùy theo loại máy biến áp mà thường làm từ nhựa, gỗ, thép, gang tôn mỏng, có cơng dụng để bảo vệ phần tử máy biến áp bên nó, bao gồm : nắp thùng thùng Nắp thùng : dùng để đậy thùng Bên có phận : Sứ dây quấn cao áp dây quấn hạ áp, Bình dãn dầu (bình dầu phụ) ống bảo hiểm - Ngun lí hoạt động: Trong đó:  U1 N1 điện áp số vòng dây cuộn sơ cấp  U2 N2 điện áp số vịng dây cuộn thứ cấp Thơng qua công thức thấy tỷ lệ thuận điện áp số vòng dây cuộn cụ thể Từ nhận xét mối quan hệ chúng sau:  Nếu hệ số k > (tức U1 > U2 N1 > N2) có máy tăng áp  Nếu hệ số k < (tức U1 < U2 N1 < N2) có máy hạ áp 1.3 : Tụ điện - Khái niệm: + Tụ điện linh kiện cản trở phóng nạp cần thiết đặc trưng dung kháng, phụ thuộc vào tần số điện áp: + Tụ điện thiết bị điện tử thiếu mạch lọc, mạch dao dộng loại mạch truyền dẫn tín hiệu xoay chiều, kí hiệu C Tụ điện có chân dạng phân cực không phân cực, tụ với phân cực cần cấp điện áp để tụ hoạt động (cực dương có hiệu điện cao cực âm) + Tụ điện linh kiện có cực thụ động lưu trữ lượng điện Hay tích tụ điện tích bề mặt dẫn điện điện trường bề mặt dẫn điện tụ điện ngăn cách điện môi (dielectric) – chất khơng dẫn điện như: Giấy, giấy tẩm hố chất, gốm, mica… + Khi bề mặt có chênh lệch điện thế, cho phép dịng điện xoay chiều qua Các bề mặt có điện tích điện lượng trái dấu Kí hiệu Tụ điện - Cấu tạo: + Cấu tạo tụ điện gồm hai cực đặt song song, có lớp cách điện gọi điện môi + Điện môi sử dụng cho tụ điện chất không dẫn điện gồm thủy tinh, giấy, giấy tẩm hoá chất, gốm, mica, màng nhựa khơng khí Các điện mơi khơng dẫn điện nhằm tăng khả tích trữ lượng điện tụ điện + Tùy thuộc vào chất liệu cách điện cực tụ điện có tên gọi tương ứng Ví dụ như lớp cách điện khơng khí ta có tụ khơng khí, giấy ta có tụ giấy, cịn gốm ta có tụ gốm lớp hóa chất cho ta tụ hóa Cấu tạo tụ điện 1.3.1 : Tụ điện phân cực: Hầu hết tụ hóa tụ điện phân cực, tức có cực xác định Khi đấu nối phải cực âm - dương  Thường tụ có kích thước đủ lớn cực âm phân biệt dấu - vạch màu sáng dọc theo thân tụ, tụ chưa cắt chân chân dài cực dương  Các tụ cỡ nhỏ, tụ dành cho hàn dán SMD đánh dấu + cực dương để đảm bảo tính rõ ràng Trị số tụ phân cực vào khoảng 0,47μF - 4.700μF, thường dùng mạch tần số làm việc thấp, dùng lọc nguồn Các loại tụ điện phân cực 1.3.2 : Tụ điện khơng phân cực: Tụ điện khơng phân cực khơng xác định cực dương âm, tụ giấy, tụ gốm, tụ mica, Các tụ có trị số điện dung nhỏ μF thường sử dụng mạch điện tần số cao mạch lọc nhiễu Các tụ cỡ lớn, từ vài μF đến cỡ Fara dùng điện dân dụng (tụ quạt, mơ tơ, ) hay dàn tụ bù pha cho lưới điện Các loại tụ điện không phân cực 1.4 : Diode - Khái niệm: Diode linh kiện điện tử bán dẫn chế tạo hợp chất Silic, Photpho Bori nguyên tố pha tạp với tạo hai lớp bán dẫn loại P loại N tiếp xúc với Một cực diode đấu với lớp P gọi Anot, cực lại đấu với lớp N gọi Katot Đặc tính diode cho phép dòng điện từ A sang K - Kí hiệu: - Cấu tạo: Diode bán dẫn có cấu tạo gồm hai lớp chất bán dãn Lớp chất bán dẫn loại P chất bán dẫn loại N - Nguyên lí hoạt động: + Khi cấp nguồn cho diode theo mạch: Chân dương cấp vào chân dương anode diode, chân âm nguồn cấp vào chân Cathode diode Khi nguồn cấp lớn 0.7V với chất bán dẫn loại Si hay 0.2V với chất bán dẫn loại Ge, diode dẫn hay cịn gọi phân cực thuận Lúc dòng điện qua diode + Ngược lại, chân dương nguồn cấp vào chân Cathode diode chân âm nguồn cấp vào chân Anode điốt khơng dẫn tức khơng cho dịng điện chạy qua Người ta gọi trường hợp phân cực ngược + Diode có cực tính, điốt dẫn theo chiều thuận cực 1.5 : Cuộn Cảm - Khác với tụ điện, cuộn cảm thành phần quen thuộc mạch điện tử Mặt khác, lại cịn thành phần rắc rối mạch điện tử Cuộn cảm có hai chân hai không phân cực cắm chiều Cuộn cảm (hay cuộn từ, cuộn từ cảm) loại linh kiện điện tử thụ động tạo từ dây dẫn điện với vài vòng quấn, sinh từ trường có dịng điện chạy qua Cuộn cảm có độ tự cảm (hay từ dung) L đo đơn vị Henry (H) - Nguyên lý làm việc Đối với dòng điện chiều (DC), dịng điện có cường độ chiều khơng đổi (tần số 0) Cuộn dây hoạt động điện trở có điện kháng gần khơng hay nói khác cuộn dây nối đoản mạch Dòng điện cuộn dây sinh từ trường (B) có cường độ chiều không đổi Khi mắc điện xoay chiều (AC) với cuộn dây, dòng điện cuộn dây sinh từ trường (B) biến thiên điện trường (E) biến thiên, ln vng góc với từ trường Cảm kháng cuộn dây phụ thuộc vào tần số dịng xoay chiều Cuộn cảm L có đặc tính lọc nhiễu tốt cho mạch nguồn DC có lẫn tạp nhiễu tần số khác tùy vào đặc tính cụ thể cuộn dây, giúp ổn định dòng, ứng dụng mạch lọc tần số - Cấu tạo cuộn cảm Dựa vào cấu tạo phạm vi ứng dụng mà người ta phân chia cuộn cảm thành loại sau: cuộn cảm âm tần, cuộn cảm trung tần cuộn cảm cao tần Cuộn cảm cao tần âm tần bao gồm số vòng dây quấn lại thành nhiều vòng, dây quấn sơn emay cách điện Lõi cuộn dây khơng khí, vật liệu dẫn từ Ferrite hay lõi thép kỹ thuật - Công dụng cuộn cảm Trong mạch điện tử, cuộn cảm vật dụng dùng để dẫn dòng điện chiều Ghép nối hay ghép song song với tụ để tạo thành mạch cộng hưởng Trong mạch điện, cuộn cảm có tác dụng chặn dòng điện cao tần Các đại lượng đặc trưng cuộn cảm:   Hệ số tự cảm: đại lượng đặc trung cho sức điện động cảm ứng cuộn dây có dịng điện biến thiên chạy qua Cảm kháng: đại lượng đặc trưng cho cản trở dòng điện cuộn dây dòng điện xoay chiều  Điện trở cuộn dây: điện trở mà người sử dụng đo thơng qua đồng hồ vạn Nếu cuộn dây có chất lượng điện trở tương đối nhỏ so với cảm kháng Điện trở điện trở hao tổn q trình hoạt động điện trở sinh nhiệt làm cho cuộn dây nóng lên 1.6 : Giới Thiệu Chung Về Mạch Chỉnh Lưu Mạch chỉnh lưu cầu biết đến phần tử phổ biến nguồn điện tử Nhiều mạch điện tử thiết kế yêu cầu nguồn DC qua chỉnh lưu để cung cấp nguồn cho linh kiện điện tử mạch từ nguồn cung cấp điện xoay chiều có sẵn Chúng ta tìm thấy chỉnh lưu nhiều thiết bị điện gia dụng, điều khiển động cơ,… Mạch chỉnh lưu cầu chuyển đổi dòng điện xoay chiều (AC) sang dòng chiều (DC) để giúp điều chỉnh đầu vào AC thành đầu DC Cầu chỉnh lưu sử dụng rộng rãi mạch nguồn cung cấp điện áp DC cần thiết cho thiết bị linh kiện điện tử Tùy thuộc vào yêu cầu tải để lựa chọn chỉnh lưu cho phù hợp Các thông số tính đến như: Thơng số linh kiện, điện áp cố, dải nhiệt độ, dòng điện chạy qua mạch, dòng chuyển tiếp, yêu cầu lắp đặt,…Và số thông số khác tính đến q trình chọn nguồn cung cấp chỉnh lưu cho mạch điện tử thích hợp Sơ đồ mạch chỉnh lưu cầu 1pha chuyển từ AC sang DC Các loại chỉnh lưu cầu thường gặp: Chỉnh lưu cầu phân thành nhiều loại dựa yếu tố sau: Loại cung cấp, khả điều khiển, cấu hình mạch,… Chỉnh lưu cầu chủ yếu phân thành loại chỉnh lưu pha chỉnh lưu pha Cả loại phân thành chỉnh lưu khơng kiểm sốt, bán kiểm sốt kiểm sốt tồn phần  Chỉnh lưu pha chỉnh lưu pha Chỉnh lưu cầu pha pha Nguồn cung cấp pha hay pha định chỉnh lưu Bộ chỉnh lưu cầu pha bao gồm diode để chuyển từ nguồn AC sang DC, pha sử dụng đến diode hình Có thể sử dụng mạch kiểm sốt khơng kiểm sốt tùy thuộc vào thành phần mạch Diode hay SCR  Chỉnh lưu cầu không điều khiển Cầu chỉnh lưu pha không điều khiển Bộ chỉnh lưu sử dụng diode để chỉnh lưu đầu vào hình Vì diode linh kiện đơn hướng cho phép dòng điện chạy theo chiều Với xếp diode chỉnh lưu, không cho phép công suất thay đổi tùy vào yêu cầu tải Vì vậy, chỉnh lưu sử dụng mạch nguồn cung cấp cố định  Chỉnh lưu cầu có điều khiển Cầu chỉnh lưu pha có điều khiển Trong chỉnh lưu này, thay sử dụng diode khơng điều khiển, linh kiện sử dụng SCR, Mosfet, IGBT,… linh kiện dùng để thay đổi công suất đầu mức điện áp khác nhau, công suất đầu tải thay đổi cách thích hợp CHƯƠNG 2: SƠ ĐỒ MẠCH CHỈNH LƯU CẦU DIOD VÀ NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG 2.1: Sơ Đồ Mạch Chỉnh Lưu Cầu Mạch Chỉnh Lưu Dùng Diod 2.2: Nguyên Lí Hoạt Động Đầu vào ( Input ) dòng 220V 50Hz chạy qua cục biến áp có dịng điện xoay chiều 220V -12V nối với diod (Cầu Diod ) dòng điện chiều Cầu diod nối với tải ,Tụ điện cuộn cảm mạch có tác dụng làm phẳng gợn mấp mơ dịng sau chỉnh lưu,làm cho dòng chạy ổn định, tránh gây nhiễu hoạt động Về nguyên lý hoạt động cầu Diod ,nhóm em phân tích hình mạch - Trong nửa chu kỳ (+) diode dạng sóng AC đầu vào D1 D2 phân cực thuận, D3 D4 phân cực ngược Khi điện áp đến điện áp ngưỡng D1 D2 lúc dòng tải qua hiển thị hình với đường dẫn màu đỏ - Ở nửa chu kỳ (-) dạng sóng AC đầu vào, Diode D3 D4 phân cực thuận, D1 D2 phân cực ngược Dòng tải lúc chạy qua D3 D4 - Có thể thấy với chu kỳ điện áp AC đầu vào hướng dịng tải giống qua diode theo hướng, có nghĩa dịng điện theo chiều Do đó, việc sử dụng chỉnh lưu cầu dịng điện xoay chiều AC đầu vào chuyển đổi thay dòng điện chiều DC - Diod mắc với tụ điện C1 ,khi nạp điện tụ nạp lượng điện với điện từ diod nạp vào phóng lượng điện để điện liên tục khơng bị ngắt qng - Dịng (+ ) từ Diod cầu qua cuộn cảm lọc qua tụ gốm C2 để dịng sạch, ổn định tiêu hao bớt lượng mạch qua vòng dây để tránh gây tải mạch - Sau lọc ta có dịng điện DC hình Dòng qua Led làm led sáng qua điện trở quay trở 2.3: Sơ Đồ Mạch In KẾT LUẬN Qua thời gian tìm hiểu làm Báo cáo, bảo tận tình giúp đỡ Thầy, em hiểu nhiều đề tài Tuy nhiên, thời gian có hạn kiến thức hạn hẹp, chưa thực tế nên việc tìm hiểu cịn có phần hạn chế Em mong có góp ý thầy để hoàn thiện Em xin trân thành cảm ơn Thầy ! ... hình mạch, … Chỉnh lưu cầu chủ yếu phân thành loại chỉnh lưu pha chỉnh lưu pha Cả loại phân thành chỉnh lưu khơng kiểm sốt, bán kiểm sốt kiểm sốt tồn phần  Chỉnh lưu pha chỉnh lưu pha Chỉnh lưu cầu. .. đến q trình chọn nguồn cung cấp chỉnh lưu cho mạch điện tử thích hợp Sơ đồ mạch chỉnh lưu cầu 1pha chuyển từ AC sang DC Các loại chỉnh lưu cầu thường gặp: Chỉnh lưu cầu phân thành nhiều loại dựa... cuộn dây nóng lên 1. 6 : Giới Thiệu Chung Về Mạch Chỉnh Lưu Mạch chỉnh lưu cầu biết đến phần tử phổ biến nguồn điện tử Nhiều mạch điện tử thiết kế yêu cầu nguồn DC qua chỉnh lưu để cung cấp nguồn