BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG…………… Luận văn Xây dựng hệ thống biến đổi DC/AC đốt đèn trong trường hợp mất điện lưới. Thông số : UDC= 6V, UAC= 220V, f=50Hz 1 Lêi nãi ®Çu Điện tử công suất còn có tên gọi là “Kỹ thuật biến đổi điện năng” là một ngành kỹ thuật điện tử nghiên cứu ứng dụng các phần tử bán dẫn trong các bộ biến đổi để khống chế biến đổi nguồn năng lượng điện. Các bộ biến đổi điện tử công suất thế hệ mới ngày càng thể hiện rõ các ưu việt nổi bật như: kích thước gọn nhẹ, độ tác động nhanh, làm việc ổn định với độ tin cậy cao, giá thành hạ… Trong các bộ biến đổi điện tử công suất không thể không nhắc đến các bộ biến đổi điện áp DC/DC, DC/AC. Các bộ biến đổi này ngày càng được ứng dụng rộng rãi đặc biệt trong lĩnh vực điều khiển động cơ, truyền động điện, tiết kiệm năng lượng, sử dụng trong sinh hoạt khi mất điện lưới. Đây cũng chính là đề tài của đồ án này: “ Xây dựng hệ thống biến đổi DC/AC đốt đèn trong trường hợp mất điện lưới. Thông số : U DC = 6V, U AC = 220V, f=50Hz ” Bản đồ án gồm 3 chương: Chương 1. Các bộ nghịch lưu. Chương 2. Xây dựng hệ thống biến đổi DC/AC từ 6VDC lên 220VAC tần số 50Hz. Chương 3. Xây dựng mô hình vật lý hệ thống biến đổi DC/AC từ 6VDC lên 220VAC tần số 50Hz. Em xin chân thành cảm ơn GS.TSKH. Thân Ngọc Hoàn cùng các thầy cô giáo bộ môn đã hướng dẫn em hoàn thành đồ án này. Do đây là lần đầu tiên thực hiện làm đồ án nên không thể mắc phải sai sót, em mong được sự chỉ bảo tận tình của các thầy. Hải Phòng, ngày 12 tháng 07 năm 2010 Sinh viên thực hiện Lê Văn Kiên 2 Ch-¬ng 1 : c¸c bé nghÞch l-u Nghịch lưu độc lập là thiết bị biến đổi dòng điện một chiều thành dòng điện xoay chiều có tần số ra có thể thay đổi được và làm việc với phụ tải độc lập. Nguồn điện một chiều thông thường là điện áp chỉnh lưu, acquy và các nguồn điện một chiều độc lập khác. Nghịch lưu độc lập và biến tần được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như cung cấp điện từ các nguồn độc lập như acquy, các hệ truyền động xoay chiều, giao thông, truyền tải điện năng, luyện kim… Người ta thường phân loại nghịch lưu theo sơ đồ, ví dụ như nghịch lưu một pha, nghịch lưu ba pha. Người ta cũng có thể phân loại chúng theo quá trình điện từ xảy ra trong nghịch lưu như: nghịch lưu áp, nghịch lưu dòng, nghịch lưu cộng hưởng. Ngoài ra còn nhiều cách phân loại nghịch lưu nhưng hai cách trên là phổ biến hơn cả. 1.1. NGHÞCH L¦U DßNG [3]. 1.1.1. Nghịch lưu dòng một pha. Nghịch lưu dòng là thiết bị biến đổi nguồn dòng một chiều thành dòng xoay chiều có tần số tùy ý. Đặc điểm cơ bản của nghịch lưu dòng là nguồn một chiều cấp điện cho bộ biến đổi phải là nguồn dòng, do đó điện cảm đầu vào L d thường có giá trị lớn vô cùng để dòng điện là liên tục. 1.1.1.1. Nguyên lý làm việc. Sơ đồ nghịch lưu một pha được trình bày trên hình 1.1 sơ đồ cầu và hình 1.2 sơ đồ có điểm trung tính. 3 Xét sơ đồ cầu : Các tín hiệu điều khiển được đưa vào từng đôi tiristo T 1 , T 2 thì lệch pha với tín hiệu điều khiển đưa vào đôi T 3 , T 4 một góc 180 0 . Điện cảm đầu vào nghịch lưu đủ lớn L d = do đó dòng điện đầu vào được san phẳng (hình 1.3), nguồn cấp cho nghịch lưu là nguồn dòng và dạng dòng điện của nghịch lưu i N có dạng xung vuông. Khi đưa xung vào mở cặp van T 1 , T 2 , dòng điện i N = i d = I d . Đồng thời dòng qua tụ C tăng lên đột biến, tụ C bắt đầu được nạp điện với dấu “+” ở bên trái và dấu “-” ở bên phải. Khi tụ C nạp đầy, dòng qua tụ giảm về không. Do i N = i C + i Z = I d = hằng số, nên lúc đầu dòng qua tải nhỏ và sau đó dòng qua tải tăng lên. Sau một nửa chu kỳ t = t 1 người ta đưa xung vào mở cặp van T 3 , T 4 . Cặp T 3, T 4 mở tạo ra quá trình phóng điện của tụ C từ cực “+” về cực “-”. L d T 1 T 4 T 2 T 3 + - C + Z - (-) (+) i Z i N i d i C Hình 1.1. Sơ đồ nghịch lưu cầu một pha T 1 C + Z t (-) (+) L d + i d i c - T 2 W 1 W 1 i 1 - C o W 2 i b Hình 1.2. Sơ đồ nghịch lưu một pha có điểm trung tính tính 4 Dòng phóng ngược chiều với dòng qua T 1 và T 2 sẽ làm cho T 1 và T 2 bị khóa lại. Quá trình chuyển mạch xảy ra gần như tức thời. Sau đó tụ C sẽ được nạp điện theo chiều ngược lại với cực tính “ + ” ở bên phải và cực tính “ - ” ở bên trái, dòng nghịch lưu i N = i d = I d nhưng đã đổi dấu. Đến thời điểm t = t 2 người ta đưa xung vào mở T 1 , T 2 thì T 3 , T 4 sẽ bị khóa lại và quá trình được lặp lại như trước. Như vậy chức năng cơ bản của tụ C là làm nhiệm vụ chuyển mạch cho các tiristo. Ở thời điểm t 1 , khi mở T 3 và T 4 , tiristo T 1 và T 2 sẽ bị khóa lại bởi điện áp ngược của tụ C đặt lên ( hình 1.3). Khoảng thời gian duy trì điện áp ngược t 1 t 1 ’ là cần thiết để duy trì quá trình khóa và phục hồi tính chất điều khiển của van và t 1 - t 1 ’ = t k t off ; t off là thời gian khóa của tiristo hay chính là thời gian phục hồi tính chất điều khiển. Trong đó : .t k = là góc khóa của nghịch lưu. Hình 1.3. Giản đồ xung của nghịch lưu cầu một pha T I d i N 0 U T1 i T1 i z t 1 t’ 1 t k i c i d t i T2 t t t t t 5 1.1.1.2. Ảnh hưởng của phụ tải đối với chế độ làm việc của nghịch lưu. Ta xét trường hợp L d = (điện cảm vô cùng lớn). Sơ đồ trên hình 1.2 có thể thay thế bằng sơ đồ hình 1.4. Từ sơ đồ thay thế có thể viết hệ phương trình sau : i d = i t + i c = I d = const i C = C dt dU C (1.1) i t t t R U Giải hệ phương trình trên đối với U (t) ta có: U t (t) = A 1 + A 2 e CR t 1 (1.2) Để tìm hệ số A 1 và A 2 ta sử dụng các điều kiện sau:  Điện áp trên tải có tính chất thay đổi chu kỳ nên: U t 0t = -U t 2/Tt  Giá trị trung bình của điện áp trên điện cảm L d ở chế độ xác lập bằng không, tức là : 0)( 2/ 1 2/ 0 dtUE T T t Giải các phương trình trên ta tìm được: Hình 1.4. Sơ đồ thay thế của nghịch lưu dòng một pha. i d i c i z Z + - 6 A 1 CR T t CR T CR T tt t eCRe T e T E 22 2 11 4 1 4 (1.3) A 2 CR T t CR T tt eCRe T T E 22 11 4 2 (1.4) Thay các giá trị A 1 và A 2 vào (1.2) ta có: U t (t) CR T t CR T CRt t CR T tt t e T CR e eeE 22 . 2 1 4 1 21 (1.5) Biểu thức (1.5) cho thấy điện áp trên tải biến thiên theo quy luật hàm mũ cơ số e. Khi thay đổi phụ tải như giảm dòng tải, dòng qua tụ sẽ ít thay đổi vì const C I dt dU CC (nguồn dòng), do đó điện áp trên tải sẽ có dạng là những đường gần tuyến tính, góc khóa = .t k 2 , với t k là thời gian khóa của nghịch lưu. Nghịch lưu dòng không có khả năng làm việc ở chế độ không tải, vì nếu R t thì U t và i d . Trên thực tế khi R t lớn vô cùng thì điện áp trên tải cũng tiến đến giá trị rất lớn, do đó quá trình chuyển mạch không thể thực hiện được, cũng như không có thiết bị bán dẫn nào chịu đựng nổi độ quá điện áp lớn như vậy. Ngược lại khi tăng phụ tải nghĩa là tương đương với việc giảm R t , lúc này dòng nạp cho tụ sẽ giảm, ngược lại dòng phóng của tụ qua tải sẽ tăng lên. Điều đó dẫn đến giảm năng lượng tích trữ trong tụ, dạng điện áp trên tải sẽ có dạng gần với hình chữ nhật, nhưng góc cũng giảm đáng kể và ảnh hưởng tới quá trình chuyển mạch của nghịch lưu. 7 Thời gian t k là thời gian duy trì điện áp ngược đặt lên tiristo được xác định từ biểu thức (1.5) nếu cho U t = 0: U t tkt = 0 CR T t CR T CR t CR T tt t k t e T CR e eeE 22 2 1 4 1 21 (1.6) Giải phương trình (1.6) ta tìm được: t k = R t .C ln CR T t e 2 1 2 (1.7) = e kt k 1 2 ln. (1.8) k = CR k (1.9) Biểu thức (1.8) và (1.9) cho thấy góc khóa của nghịch lưu phụ thuộc vào tần số, phụ tải và tụ chuyển mạch. Để thỏa mãn điều kiện làm việc của nghịch lưu thì min off t. , trong đó t off là thời gian khóa của tiristo có trong trong sổ tay tra cứu. 1.1.1.3. Đặc tính của nghịch lưu dòng. Nếu nguồn là nguồn dòng thì dạng dòng điện của nghịch lưu i NL sẽ là dòng xoay chiều hình xung vuông góc (hình 1.3). Phân tích theo chuỗi Foruier và lấy thành phần điều hòa bậc 1 ta có biên độ của sóng điều hòa bậc 1 (sóng cơ bản) là: I m (1) 0 2 0 4 sin 2 sin 1 ddNL IdIdi Giá trị hiệu dụng của sóng cơ bản là: I (1) d I 22 (1.10) 8 Sơ đồ thay thế của nghịch lưu nguồn dòng quy đổi về sóng điều hòa bậc 1 có dạng như ở hình 1.5a. Từ sơ đồ thay thế ta dựng được đồ thị véc tơ của nghịch lưu dòng : I (1) = I C + I t (1.11) Trong sơ đồ thay thế hình 1.5b U NL chính là U t . U t - Điện áp trên tải hay là điện áp ra của nghịch lưu U NL . Nếu bỏ qua tổn hao trong nghịch lưu và coi là góc lệch pha giữa điện áp ra của nghịch lưu và sóng cơ bản của dòng nghịch lưu, theo định luật bảo toàn năng lượng, công suất phía xoay chiều sẽ bằng phía một chiều P d = P 1 , tức là: E.I d = n.U t .I (1) .cos (1.12) Thay (1.10) vào (1.12) ta có: E.I d = n.U t .I(1).cos (1.13) 1.1.2. Nghịch lưu dòng ba pha. Trong thực tế nghịch lưu dòng ba pha được sử dụng phổ biến vì công suất của nó lớn và đáp ứng được các ứng dụng trong công nghiệp. Cũng giống như nghịch lưu dòng một pha nghịch lưu dòng ba pha cũng sử dụng tiristo. Để khoá được các tiristo thì phải có các tụ chuyển mạch C 1 , C 3 , C 5 . I (1) I (t) R t I C C I d I (t) I C I (1) U NL L t a) b) Hình 1.5. a) Sơ đồ thay thế - b) Biểu đồ véc tơ 9 Vì là nghịch lưu dòng nên nguồn đầu vào phải là nguồn dòng, vì vậy giá trị cuộn cảm d L . Đảm bảo khoá được các tiristo chắc chắn và tạo ra dòng điện ba pha đối xứng thì luật dẫn điện của các tiristo phải tuân theo đồ thị như trên hình 1.7. Qua đồ thị ta thấy mỗi van động lực chỉ dẫn trong khoảng thời gian 120 . Hình 1.6. Sơ đồ nghịch lưu dòng ba pha L d T 1 + - - i d + C 1 C 3 C 5 + - Z A Z B Z C T 3 T 5 T 2 T 4 T 6 E t 1 t 2 t 3 t 4 t 5 t 6 T 1 T 4 T 6 T 3 T 6 T 2 T 5 T t 0 Hình 1.7. Giản đồ xung của nghịch lưu dòng ba pha. 0 0 T 5 [...]... điều biến 3.24 ma Hỡnh 1.20 Quan h in ỏp v ma Mch nghch lu ba pha PWM gm ba mch nghch lu mt pha ghộp li vi nhau Trong s nghch lu ba pha ta cú th s dng chung mt b phỏt dao ng súng mang Cũn in ỏp iu khin so sỏnh thỡ phi cú 3 b phỏt dao ng hỡnh sin cú cựng biờn nhng lch pha nhau 120o theo th t pha 22 Ch-ơng 2: xây dựng hệ thống biến đổi dc/ac từ 6vdc lên 220vac tần số 50hz 2.1 lựa chọn hệ thống biến đổi. .. bin i DC/AC s gm hai thnh phn chớnh nh sau : 23 Mch iu khin : Cú nhim v phỏt xung vuụng dao ng vi tn s 50 Hz cp xung m cho transitor, transitor dn s lm cho mosfet dn Mch lc b nghch lu mt pha :cú nhim v y kộo in ỏp 6V DC lờn 220VAC tn s 50Hz 2.2 thiết kế mạch biến đổi điện áp dc/ac từ 6vdc lên 220vac tần số 50hz 2.2.1 Nguyờn lý mch bin i in ỏp Nguyờn lý mch nõng in ỏp acquy cú th trỡnh by nh sau: Hỡnh... Tớnh s vũng dõy: Thay tr s vo cụng thc trờn ta cú : N 108 4.44 16.5 50 10.000 2,73 vũng / volt Do ú ta qun th cp : 220 volt x 2,73 vũng = 600 vũng S cp : 6 volt x 2.73 vũng = 16,4 vũng Tớnh c dõy : I 2 D(mm) (2) Thay giỏ tr vo cụng thc (2) tỡm c c dõy th cp l : 0.5 2 0.35(mm) Thay giỏ tr vo cụng thc (2) tỡm c c dõy s cp l : 18,3 2 2,1(mm) 2.2.5 Gii thiu v IC chuyờn dng s dng trong mch [13] Trong mch iu... thit k dựng cho mch push pull nờn bờn s cp cú hai cun Tuy nhiờn d tớnh toỏn ta quy v mt cun nh hỡnh v Thc t dng súng i2b(t) cng ging nh i2a(t) nhng lch pha 1800 Trong trng hp ny in ỏp Vg chớnh l in ỏp trờn hai cc ca acquy Acquy dựng cho b nghch lu l loi acquy chỡ 6V-20Ah Vgmax khi acquy np y l V Chn tn s chuyn mch fs = 50 Hz , nh vy tn s hot ng ca bin ỏp l f0 = 50Hz Bin ỏp thc t s dng trong mch: a b... t s dng trong mch: a b Bin ỏp cú kớch thc : a = 3(cm), b = 5,5 (cm) Cụng thc tớnh s vũng cho mt volt l : N 108 4.44 S F B Vi : S tớnh = cm2 F tớnh = Hezt B tớnh = Gausse (chn 10.000) Bin ỏp cú in th ngun l 6 Volt, in th ra l 220 Volt dũng th cp l 0.5 (A), ta s dng st t cú lừi in tớch l 16,5 cm2 ,tn s 50 Hz Tớnh cụng sut v dũng s cp : 30 Cụng sut cun th cp l : 220 Volt x 0,5 Ampere = 110 Watt Ngun 6... iu bin biờn c nh ngha l: ma U dkm U xm (1.20) Uxm Ux Uk Trong ú : Udkm biờn ca tớn hiu iu khin 2 Umx biờn ca tớn hiu xung tam giỏc H s iu bin tn s l : fx f1 mx (1.21) E Xột mt chu k in ỏp mang ( hỡnh 1.16) Khi xp chng udk v ux chỳng ct nhau ti cỏc honh ) Cỏc giao im ca v (2 Hỡnh 1.16 Lut iu khin PWM chỳng quyt nh giỏ tr trung bỡnh ca in ỏp ra U tb 1 2 0 E d 2 Mt khỏc ta cú : 2 2 E d 2 2 2 E d 2... Chỳng ó to ra c mt cuc cỏch mng trong vic ch to b ngun chuyn mch Ngoi IC CD4047BC trờn th trng hin nay cũn cú mt s loi IC chuyờn dng iu bin rng xung nh LT1524, SG3524, HCF4047B, HCC4047B, SG3525, TL494 Loi IC chuyờn dng ny cú nhiu u im vt tri nh : Lm vic vi di in ỏp rng: 3.0V 15V i vi CD4047BC , 3.0 18V vi HCC4047B Cú kh nng chng nhiu cao Hot ng n nh trong di nhit khỏ rng: -650C 1500C vi CD4047BC To... dng v c chun húa trong cỏc b bin tn cụng nghip Do ú s nghch lu ỏp trỡnh by sau õy s dng van iu khin hon ton Trong quỏ trỡnh nghiờn cu ta gi thit cỏc van ng lc l cỏc khúa in t lý tng, tc l thi gian úng v m bng khụng nờn in tr ngun bng khụng 1.2.1 Nghch lu ỏp mt pha 1.2.1.1 Cu to S nghch lu ỏp mt pha c mụ t trờn hỡnh 1.9 S gm 4 van ng lc ch yu l: T1, T2, T3, T4 v cỏc iụt D1, D2, D3, D4 dựng tr cụng... 1 ma 19 E 2 2 1 (1.22) (1.23) 2U tb E Do ú : ma (1.24) Qua biu thc (1.24) ta thy rng : giỏ tr trung bỡnh ca in ỏp ra trong mt chu k in ỏp mang t l vi in ỏp iu khin Nu in ỏp iu khin cú dng hỡnh sin thỡ Utb dng hỡnh sin Ngi ta cú th iu chnh biờn in ỏp ra bng cỏch tỏc ng vo t s Udkm /Uxm Trờn hỡnh 1.17 biu din s khi iu khin cỏc tiristo ca PWM T s cho ta thy: hai tớn hiu iu khin Uk v tớn hiu súng mang... nh bi thnh phn in tr v t in bờn ngoi Rt v Ct, giỏ tr xp x : T = Rt.Ct 34 Mt b khuch i sai s so sỏnh mt phn in ỏp ngừ ra KV 0 vi in ỏp chun Vref v sinh ra in ỏp sai s Vea, Vea c so sỏnh vi in ỏp rng ca Vst trong b iu bin rng xung PWM Chỳ ý rng trong b khuch i sai s, mt phn ca in ỏp ngừ ra KV0 c cp n ngừ o khi V0 tng thỡ in ỏp sai s Vea gim Trong b iu bin rng xung PWM xung rng ca c cp vo ngừ vo khụng . ĐÀO TẠO TRƯỜNG…………… Luận văn Xây dựng hệ thống biến đổi DC/AC đốt đèn trong trường hợp mất điện lưới. Thông số : UDC= 6V, UAC= 220V, f=50Hz . này: “ Xây dựng hệ thống biến đổi DC/AC đốt đèn trong trường hợp mất điện lưới. Thông số : U DC = 6V, U AC = 220V, f=50Hz ” Bản đồ án gồm 3 chương: Chương