ĐỒ án môn học đề tài THIẾT kế và CHẾ tạo MẠCH CHỈNH lưu HÌNH cầu một PHA CHO NGUỒN UPS

BỘ GIẢO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MẠCH CHỈNH LƯU HÌNH CẦU MỘT PHA CHO NGUỒN UPS GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: SINH VIÊN THỰC HIỆN : LỚP Trường ĐHSPKT Hưng Yên ĐỒ ÁN MƠN HỌC MỤC LỤC LỜI NĨI ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BỘ NGUỒN UPS KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO GVHD: Page Trường ĐHSPKT Hưng Yên ĐỒ ÁN MÔN HỌC NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Hưng Yên, ngày tháng năm 2019 Giáo viên hướng dẫn GVHD: Page LỜI NÓI ĐẦU Sự đời, phát triển nhanh ngày hoàn thiện linh kiện điện tử, đặc biệt vi xủ lý tạo thay đổi sau sắc phát triển mạnh mẽ thiết bị, hệ thống thiết bị điện-điện tử, chẳng hạn máy tính, thiết bị điều khiển khả trình, tổng đài điện thoại, truyền liệu, chiếu sáng đường hầm, hệ thống giám sát điều khiển xử lý cơng nghiệp Nhằm đàm bảo tính liên tục chất lượng cung cấp điện cho tải nhạy cảm mà không phụ thuộc trạng thái hệ thống cung caaso, phương pháp sử dụng nguồn dự trữ làm việc tin cậy, đặc biệt nguồn làm việc “giao điện công suất” nguồn cung cấp tải Để sau vào tìm hiểu, nghiện nguồn dự trữ, Nhóm em nghiên cứu thiết bị chỉnh lưu Bộ phận chỉnh lưu phần quan trọng nguồn liên tục Trong giới hạn dồ án môn học nên đề tài chưa thực sâu sắc xác Mặc dù chúng em nỗ lực cố gắng làm việc với tinh thần học hỏi đặc biệt trình độ hiểu biết chúng em nhiều hạn chế nên chúng em khơng thể tránh khỏi sai sót, chúng em mong nhận phê bình góp ý thầy để giúp chúng em hiểu rõ vấn đề đồ án ứng dụng thực tế để đồ án chúng em hoàn thiện hơn.Và chúng em hi vọng tương lai khơng xa, chúng em áp dụng kiến thức hiểu biết thu từ đồ án đời sinh viên chúng em vào thực tế phát triển đồ án sau Trong q trình làm đồ án chúng em nhận giúp đỡ bảo tận tình Cô giáo Nguyễn Thị Nhung, giáo viên khoa Điện-Điện tử Em xin chân thành cảm ơn Cô hi vọng Cô giúp đỡ chúng em nhiều việc học tập chúng em sau này.Vì kiến thức kinh nghiệm chúng em hạn chế nên đồ án khơng tránh khỏi sai xót Chúng em mong giá quý thầy cô bạn bè, để đồ án hoàn thiện Chúng em xin chân thành cảm ơn ! CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CHUNG VỀ BỘ NGUỒN UPS 1.1Giới thiệu UPS UPS viết tắt cụm từ tiếng Anh: Uninterruptible Power System hiểu hệ thống nguồn cung cấp liên tục hay đơn giản lưu trữ điện dự phòng nhằm làm tăng độ tin cậy cung cấp điện cho hệ thống Nó cấp tạm thời điện nhằm trì hoạt động thiết bị sử dụng điện lưới gặp cố điện ( điện, sụt giảm điện áp thấp, cố khác ) khoảng thời gian với công suất giới hạn theo khả Ở Việt Nam, UPS thường quen gọi là: lưu điện cực lưu điện Như biết, nguồn điện tốt đảm bảo khả làm việc tin cậy, kéo dài thời gian sử dụng thiết bị dùng điện mang lại hiệu kinh tế cho doanh nghiệp Hiện nay, nhu cầu lượng điện ngày tăng, để cao độ tin cậy cung cấp điện, thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật số, sử dụng hai giải pháp: xây dựng khu công nghiệp thương mại cấp điện với chất lượng cao, việc đầu tư cho hệ thống lưới điện đòi hỏi nhiều kinh phí dẫn tới tình trạng thiếu hụt điện chất lượng điện suy giảm Hai sử dụng nguồn liên tục UPS cho tải quan trọng, việc tiết kiệm nhiều chi phi đầu tư xây dựng 1.1.1 Nguyên lý làm việc nguồn liên tục UPS UPS đầu vào nối với lưới điện, đầu nối với thiết bị cần bảo vệ, bên có acqui Bình thường tải cung cấp lượng từ nguồn Khi điện bất thường lượng cung cấp trực tiếp cho tải acqui đả bảo thiết bị cung cấp cách liên tục 1.1.2 Sự cố cung cấp lượng Sự cố nguồn lượng điện xẩy q trình lắp đặt trang thiết bị đầu vào hệ thống (quá tải, nhiễu, cân pha, sấm sét, ) Những cố gây hậu khác Về mặt lý thuyết: Hệ thống phân phối lượng điện tạo điện áphình sin với biên độ tần số thích hợp để cung cấp cho thiết bị điện (400V-50Hz chẳng hạn) Trong thực tế, sóng hình sin điện áp dòng điện tần số bị ảnh hưởng phạm vi khác cố xuất hệ thống Đối với hệ thống cung cấp điện: Có thể bị cố gián đoạn cung cấp điện vì: + Hiện tượng nhiễm điện bầu khí (thường khơng tránh khỏi) Điều ảnh hưởng đến đường dây ngồi trời cáp chơn, chẳng hạn: - Sấm sét làm điện áp tăng đột ngột hệ thống cung cấp điện - Sương giá làm cho đường dây bị đứt + Những tượng ngẫu nhiên, chẳng hạn - Cành rơi gây gắn mạch đứt dây - Đứt cáp đào đất - Sự hư hỏng hệ thống cung cấp Những thiết bị dùng điện ảnh hưởng đến hệ thống cung cấp + Lăp đặt công nghiệp, chẳng hạn: - Động gây điện áp rơi nhiễm RF trình khởi động - Những thiết bị gây nhiễm: lị luyện kim, máy hàn, gây điện áp rơi nhiễm RF - Những hệ thống điện tử công suất cao - Thang máy, đèn huỳnh quang + Những cố ảnh hưởng đến việc cung cấp lượng điện cho thiết bị phân thành loại sau: - Lệch điện áp - Ngừng hoạt động - Tăng đột ngột điện áp - Thay đổi tần số - Xuất sóng hài - Nhiễu tần số cao Sự cố gây hậu nghiêm trọng, đặc biệt làm gián đoan việc cung cấp điện, hệ thống liệu máy tính 1.1.3 Giải pháp dùng UPS + Điều cần ý trước hết cố hậu phương diện: - An toàn cho người - An toàn cho thiết bị, nhà xưởng - Mục tiêu vận hành kinh tế Từ phải tìm cách loại chúng Có nhiều giải pháp kỹ thuật khác cho vấn đề này, giải pháp so sánh sở hai tiêu chuẩn sau để đánh giá: - Liên tục cung cấp điện - Chất lượng cung cấp điện Hoạt động giao diện hệ thống cung cấp điện tải nhạy cảm UPS cung cấp cho tải lượng điện liên tục, chất lượng cao, khơng phụ thuộc tình trạng hệ thống cung cấp + UPS tạo điện áp cung cấp tin cậy - Không bị ảnh hưởng cố hệ thống cung cấp, đặc biệt hệ thống cung cấp ngừng hoạt động - Phạm vi sai số cho phép tuỳ theo yêu cầu thiết bị điện từ nhạy cảm 1.1.4 Ứng dụng thực tế Bộ Nguồn UPS sử dụng rộng rãi nơi cần độ tin cậy cung cấpđiện chất lượng cung cấp điện cao mà không bị ảnh hưởng cố hệ thống cung cấp điện Bảng 1.1 liệt kê vài ứng dụng nguồn UPS Bảo vệ chống lại Những ứng dụng Những hệ thống máy tính nối chung Những hệ thống máy tính cơng nghiệp Viễn Thơng Những thiết bị bảo vệ Máy tính, mạng máy tính Máy in, vẽ đị thị, bàn phím, thiết bị đầu cuối Những điểu khiển lập trình, hệ thống điểu khiển số, hệ thóng điểu khiển giám sát, robot, máy móc tụ động, sản xuất linh hoạt Tổng đài điện thoại, truyền liệu, hệ thống rada Ngừn g hoạt động phần x Ngừn g hoạt động toàn x Các cố khác x x x x x x x x Thay đổi tần số x Y tế công nghiệp Dụng cụ y tế, thang máy, robot hàn, máy ép nhựa, thiết bị x x x x Chiếu sáng điều chỉnh xác, thiết bị đo nhiệt độ trình chuẩn bị chát bán dẫn, nhựa, nguyên liệu Đừng hầm, đường băng, sân bay, tịa nhà cơng cộng x 1.2Phân loại UPS 1.2.1 Phân loại UPS dựa tho chuyển đổi 1.2.1.1 UPS tĩnh Sử dụng biến đổi điện tử công suất làm chức chỉnh lưu nạp acquy để tích trữ điện làm việc bình thường Khi có nghịch lưu làm việc vụ biến đổi điện chiều tích lũy acquy thành điện xoay chiều cung cấp cho tải ưu tiên - Giới hạn dòng điện vận hành tối đa cho phép tới 2,33 ĩn - Cách ly diện, cần dùng máy biến áp cách ly - Bảo dưỡng, vận hành đơn giản, việc chắn - Khả đáp ứng nhanh cho sử dụng thiết bị vi điểu khiển - Trọng lượng kính thước nhỏ, gọn - Biên độ điện áp điều chỉnh phạm vi ± 0,5% khoặc ± 1% - Các cực âm làm Pb ghép song song với thành chùm cực âm Hình 2.2: Cấu tạo ắc quy Bộ chùm cực âm chùm cực dương đặt xen kẽ theo kiểu cài lược, cho cực âm đến cực dương - Tấm chắn đặt cực âm cực dương để tránh tượng chập mạch điện cực khác dấu - Vỏ bình điện ăcquy thường làm cao su cứng (êbonit) đúc thành hinh hộp , chịu khí nóng lạnh, va chạm mạnh chịu a-xit Dưới đáy bình có đế cao để dắt cực lên, mùn chất hoạt động rụng xuống đọng rãnh đế tránh tượng chập mạch điện cực mùn gây Nắp đậy ăc-quy làm vỏ cao su cứng, nắp có lỗ để đổ dung dịch điện phân vào bình đầu cực luồn qua Nút đậy để dung dịch khỏi đổ - Thanh nối chì để nối tiếp đầu cực âm ngăn ăc-quy với cực dương ngăn ăc-quy 1.4.3 Nguyên lý hoạt động ắc quy Àc qui nguồn lượng có tính chất thuận nghịch: tích trữ lượng dạng hố giải phóng lượng dạng điện Quátrình ắc qui cấp điện cho mạch ngồi gọi q trình phóng điện, trình ắc qui dự trữ lượng gọi q trình nạp điện Kí hiệu hố học biểu diễn ắc qui axit có dung dich điện phân axit H 2SO4 nồng độ d = 1,1 + 1,3 % cực âm Pb cực dương PbO2 có dạng : (- ) Pb I H2SO4 d = 1,1 + 1,3 I PbO2 ( + ) Phương trình hố học biểu diễn q trình phóng nạp ắc qui axit : phóng PbO2 + 2H2SO4 + Pb < -> 2PbSO4 + 2H2O nạp Thế điện động E = 2,1 V Nhận xét : Từ điều trình bầy ta nhận thấy q trình phóng-nạp nồng độ dung dịch điện phân thay đổi Khi ắc quy phóng điện nồng độ dung dịch điện phân giảm dần Khi ắc quy nạp điện nồng độ dung dịch điện phân tăng dần Do ta vào nồng độ dung dịch điện phân để đánh giá trạng thái tích điện ắc quy 1.4.4 Các thơng số ắc quy Sức điện động ắc qui chì ắc qui axit phụ thuộc vào nồng độ dung dịch điện phân Người ta thường sử dụng công thức kinh nghiệm: Eo = 0,85 + p ( V ) đó: Eo - sức điện động tĩnh ắc qui ( V ) p - nồng độ dung dịch điện phân 15 OC ( g/cm3 ) Trong q trình phóng điện sức điện động ắc qui tính theo cơng thức : Ep — Up + Ip.rb : Ep - sức điện động ắc qui phóng điện ( V ) Ip - dịng điện phóng ( A ) Up - điện áp đo cực ắc qui phóng điện (V) raq - điện trở ắc qui phóng điện ( Q ) Trong q trình nạp sức điện động En ắc qui tính theo cơng thức: : En - sức điện động ắc qui nạp điện ( V ) En — Un In.raq In - dòng điện nạp ( A ) Un - điện áp đo cực ắc qui nạp điện ( V ) raq - điện trở ắc qui nạp điện ( Q ) Dung lượng phóng ắc qui đại lượng đánh giá khả cung cấp lượng ắc qui cho phụ tải, tính theo cơng thức : Q p — p p I t đó: Qp - dung dịch thu q trình phóng ( Ah ) Ip - dịng điện phóng ổn định thời gian phóng điện (A ) - thời gian phóng điện ( h ) Dung lượng nạp ắc qui đại lượng đánh giá khả tích trữ lượng ắc qui tính theo cơng thức : Qn — In.tn : Cn - dung dịch thu trình nạp ( A.h ) In - dòng điện nạp ổn định thời gian nạp tn ( A ) tn - thời gian nạp điện ( h ) 1.4.5 Đặc tính phóng nạp ắc quy 1.4.5.1 Đặc tính phóng ắc quy Hình 2.3 Đặc tính phóng ắc quy Đặc tính phóng ắc qui đồ thị biểu diễn quan hệ phụ thuộc sức điện động, điện áp ắc qui nồng độ dung dịch điện phân theo thời gian phóng dịng điện phóng khơng thay đổi Từ đặc tính phóng ắc qui hình vẽ ta có nhận xét sau: Trong khoảng thời gian phóng từ = đến = tgh, sức điện động, điện áp, nồng độ dung dịch điện phân giảm dần, nhiên khoảng thời gian độ dốc đồ thị không lớn, ta gọi giai đoạn phóng ổn định hay thời gian phóng điện cho phép tương ứng với chế độ phóng điện ắc qui (dịng điện phóng) Từ thời điểm tgh trở độ dốc đồ thị thay đổi đột ngột Nếu ta tiếp tụccho ắc qui phóng điện sau tgh sức điện động, điện áp ắc qui giảm nhanh Mặt khác tinh thể sun phát chì (PbSO4) tạo thành phản ứng códạng thơ rắn khó hồ tan ( biến đổi hố học) q trình nạp điện trở lại cho ắc qui sau Thời điểm tgh gọi giới hạn phóng điện cho phép ắc qui, giá trị Ep, Up, p tgh gọi giá trị giới hạn phóng điện ắc qui, ắc qui khơng phóng điện dung lượng khoảng 80% Sau ngắt mạch phóng khoảng thời gian nào, giá trị sức điện động, điện áp ắc qui, nồng độ dung dịch điện phân lại tăng lên, ta gọi thời gian hồi phục hay khoảng nghỉ ắc qui Thời gian hồi phục phụ thuộc vào chế độ phóng điện ắc qui (dịng điện phóng thời gian phóng) 1.4.5.2 Đặc tính nạp ắc quy I(A) u E(V) Hình 2.4 Đặc tính nặp ắc quy Đặc tính nạp ắc quy đồ thị biểu diễn quan hệ phụ thuộc sức điện động, điện áp ắc quy nồng độ dung dịch điện phân theo thời gian nạp trị số dòng điện nạp khơng thay đổi Từ đồ thị đặc tính nạp ta có nhận xét: - Trong khoảng thời gian nạp từ đến t = ts , sức điện động, điện áp, nồng độ dung dịch điện phân tăng dần - Tới thời điểm ts bề mặt cực âm xuất bọt khí (cịn gọi tượng sôi) lúc hiệu điện cực ắc quy đơn tăng tới giá trị 2,4V Nếu tiếp tục nạp, giá trị nhanh chóng tăng tới 2,7 V giữ nguyên Thời gian gọi thời gian nạp no, có tác dụng làm cho phần chất tác dụng sâu lòng cực đqợc biến đổi hồn tồn, nhờ làm tăng thêm dung lượng phóng điện ắc quy - Trong sử dụng thời gian nạp no cho ắc quy kéo dài từ ( ^ ) h, suốt thời gian hiệu điện cực ắc quy nồng độ dung dịch điện phân không thay đổi Như dung lượng thu ắc quy phóng điện ln nhỏ dung lượng cần thiết để nạp no ắc quy Sau ngắt mạch nạp, điện áp, sức điện động ắc quy, nồng độ dung dịch điện phân giảm xuống ổn định Thời gian gọi khoảng nghỉ ắc quy sau nạp Trị số dòng điện nạp ảnh hưởng lớn đến chất lượng tuổi thọ ắc quy Dòng điện nạp định mức ắc quy qui định 0,05C20 CHƯƠNG 2: ỨNG DỤNG VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH 2.1.MẠCH CHỈNH LƯU CẦU PHA KHƠNG ĐIỀU KHIỂN 2.1.1 • Sơ đồ nguyên lý Trong nửa chu kỳ đầu dòng điện, Van V1, V2 dẫn Dòng điện qua van V1 qua tải qua Van V2 âm nguồn, lúc V3 V4 khơng dẫn • Trong nửa chu kỳ sau ngược lại, V3 V4 dẫn, dịng điện qua Van V3 qua tải qua V4 2.1.2 Các thơng số biểu thức CHƯƠNG 3: TÍNH CHỌN LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG MẠCH 3.1GIỚI THIỆU CÁC LINH KIỆN TRONG MẠCH Tụ điện 3.1.1 Tụ điện linh kiện thụ động sử dụng rộng rãi mạch điện tử, sử dụng mạch lọc nguồn, lọc nhiểu, mạch truyền tín hiệu, mạch xoay chiều, mạch dao động Khái niệm: Tụ điện linh kiện cản trở phóng nạp cần thiết đặc trưng dung kháng phụ thuộc vào tần số điện áp: X =2nc C Kí hiệu tụ điện sơ đồ nguyên lí là: C1 + I 02 + C3 3.1.2 Diode Diode cấu tạo từ lớp bán dẫn tiếp xúc với Diode có cực Anot Ktot Nó cho dịng điện theo chiều từ Anot (A) sang Ktot (K) coi van môt chiều mạch điện ứng dụng rộng rãi máy thu truyền hình, mạch chỉnh lưu, ổn định điện áp - Tiếp giáp P - N Cấu tạo Diode bán dẫn + Khi có hai chất bán dẫn P N, ghép hai chất bán dẫn theo tiếp giáp P - N ta Diode, tiếp giáp P -N có đặc điểm: + Tại bề mặt tiếp xúc, điện tử dư thừa bán dẫn N khuyếch tán sang vùng bán dẫn P để lấp vào lỗ trống => tạo thành lớp lon trung hoà điện => lớp lon tạo thành miền cách điện hai chất bán dẫn Hình 3.5 Cấu tạo diode bán dẫn Hình 3.6 Ký hiệu hình dáng Diode bán dẫn > Ứng dụng Diode bán dẫn Do tính chất dẫn điện chiều nên Diode thường sử dụng mạch chỉnh lưu nguồn xoay chiều thành chiều, mạch tách sóng, mạch gim áp phân cực cho transistor hoạt động mạch chỉnh lưu Diode tích hợp thành Diode cầu 3.1.3 IC 7812 Do tính dễ sử dụng hiệu suất làm việc cao, dễ lắp ráp nên sử dụng khối ổn áp họ IC 78XX (bao gồm IC 7805, IC 7812 ) 3.3 CHẠY MÔ PHỎNG MẠCH KẾT LUẬN Khi nghiên cứu đề tài chúng em muốn phát huy thành ứng dụng kỹ thuật số nhằm tạo sản phẩm, thiết bị tiên tiến đạt hiệu cao sống Ngoài trình nghiên cứu thực đề tài hội để kiểm tra lại kiến thức học trường đồng thời phát huy tính sáng tạo khả giải vấn đề theo yêu cầu đặt Trong trình thực đồ án chúng em nhiều giúp đỡ thầy cô khoa điện - điện tử đặc biệt cô Nguyễn Thị Nhung tận tình bảo chúng em suốt trình thực đồ án Do kiến thức cịn hạn hẹp lên q trình thực đồ án chúng em cịn gặp nhiều sai xót, mong q thầy hội đồng khảo thí bỏ qua có hướng giúp đỡ chúng em hồn chỉnh đồ án Chúng em xin chân thành cảm ơn! TÀI LIỆU THAM KHẢO • Giáo trình “ Kỹ thuật số” - Tác giả : Phạm Ngọc Thắng - Bùi Thị Kim Thoa • Sách linh kiện điện tử tác giả: Giảng viên Lê Thị Hồng Thắm Trường đại học cơng nghiệp thành phố Hồ Chí Minh • Sách sở đồ chân linh kiện bán dẫn tác giả: Dương Minh Trí - xuất lần thứ 5, Nhà xuất khoa học kỹ thuật • Tìm Internet (google.com, tailieu.vn, dientuvietnam.vn, hoiquandientu.vn) ... cung cấp tải Để sau vào tìm hiểu, nghiện nguồn dự trữ, Nhóm em nghiên cứu thiết bị chỉnh lưu Bộ phận chỉnh lưu phần quan trọng nguồn liên tục Trong giới hạn dồ án môn học nên đề tài chưa thực sâu... ĐHSPKT Hưng Yên ĐỒ ÁN MÔN HỌC MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BỘ NGUỒN UPS KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO GVHD: Page Trường ĐHSPKT Hưng Yên ĐỒ ÁN MÔN HỌC NHẬN XÉT... lớn 40KVA 1.3Cấu trúc UPS 1.3.1 Các thành phần UPS Một hệ thống UPS hoàn chỉnh thường gồm phần tử cho hình 1.3 Hình 1.3: Các thành phần UPS + Đường dây vào: có hai đường vào độc lập từ hệ thống