Đang tải... (xem toàn văn)
mạch tích hợp nghịch lưu 1 pha 3 pha.bộ môn điện tử công suất.đây là một tài liệu tuyệt vời, chúng tôi đã thực hiện đề tài trong vòng 6 tháng bằng tất cả kiến thức của mình và tài liệu tham khảo.chúc các bạn hoàn thành đồ án của mình một cách thành công.
Thiết kế, chế tạo mô đun thực tập mạch điều áp chiều LỜI CẢM ƠN Qua thời gian nghiên cứu thực sự giúp đỡ bảo thầy (cô) đến đồ án tốt nghiệp với đề tài: “Thiết kế, chế tạo mô đun thực tập mạch điều áp chiều” giảng viên – Đỗ Cơng Thắng hướng dẫn hồn thiện Trong suốt thời gian nghiên cứu thi công đề tài, em gặp khơng vướng mắc định nhận nhiều sự giúp đỡ nhiệt thành quý báu thầy (cô) Trước tiên, cho phép em gửi lời cảm ơn sâu sắc tới giảng viên – Đỗ Công Thắng tin tưởng giao đồ án, đạo hướng dẫn tận tình suốt trình thực đề tài Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy cô giáo khoa Điện - Điện Tử động viên, góp ý, tạo điều kiện thuận lợi giúp cho em hoàn thành đề tài tiến độ giao Do lực thời gian hạn chế nên việc tìm thêm nhiều tài liệu làm giàu cho đồ án cịn thiếu sót Em mong nhận nhiều ý kiến đóng góp thầy giáo, sự chia sẻ tài liệu bạn sinh viên để em hồn thiện kiến thức Em xin chân thành cảm ơn ! Sinh viên thực Đặng Như Ý Thiết kế, chế tạo mô đun thực tập mạch điều áp chiều LỜI NÓI ĐẦU Chúng em xin cam đoan nội dung trình bày đồ án tốt nghiệp kết nghiên cứu thân thành viên nhóm Nội dung đồ án chúng em có tham khảo sử dụng tài liệu, thông tin đăng tải tác tạp chí, Website theo danh mục tài liệu tham khảo đồ án phần cuối Hưng Yên, Ngày tháng năm 2020 Thiết kế, chế tạo mô đun thực tập mạch điều áp chiều MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI NÓI ĐẦU MỤC LỤC MỤC LỤC HÌNH ẢNH MỞ ĐẦU CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ BỘ BIẾN ĐỔI ĐỘC LẬP 1.2 PHÂN TÍCH MỘT SỐ MẠCH XUNG ÁP MỘT CHIỀU 1.2.1 Khái quát điều áp chiều .8 1.2.1 Mạch xung áp đơn nối tiếp 10 1.2.2 Mạch xung áp song song .12 1.2.3 Mạch xung áp đảo dòng (loại B) 13 1.2.4 Mạch xung đảo chiều ( loại B kép ) .14 1.3 PHÂN TÍCH MỘT SỐ MẠCH NGHỊCH LƯU 17 1.3.1 Phân tích mạch nghịch lưu pha nguồn dịng 17 1.3.2 Phân tích mạch nghịch lưu pha nguồn áp 19 1.3.3 Phân tích số mạch nghịch lưu ba pha nguồn dòng .22 1.3.4 Phân tích mạch nghịch lưu ba pha nguồn áp .25 1.4 YÊU CẦU VÀ CÁC NGUYÊN TẮC ĐIỀU KHIỂN BỘ BIẾN ĐỔI ĐỘC LẬP 28 Các yêu cầu mạch điều khiển 28 CHƯƠNG 29 TÍNH TỐN THIẾT KẾ CHẾ TẠO MƠ ĐUN THÍ NGHIỆM CÁC MẠCH BỘ BIẾN ĐỔI ĐỘC LẬP 29 2.1 PHÂN TÍCH Ý TƯỞNG THIẾT KẾ 29 2.2 TÍNH CHỌN VẬT LIỆU VÀ THIẾT BỊ 30 2.3 THIẾT KẾ BỘ BIẾN ĐỔI DC-AC .31 2.3.1 Sơ đồ khối tổng quan 31 2.3.2 Thiết kế mạch điều khiển 33 2.3.3 Thiết kế mạch cách ly khuếch đại 36 2.3.4 Thiết kế mạch lái xung IR2101 .40 2.3.5 Mạch động lực 42 2.4 THIẾT KẾ MẶT GIAO DIỆN 44 2.4.1 Thiết kế giao diện mô đun điều khiển 44 2.4.2 Thiết kế giao diện mô đun công suất 45 2.4.3 Thiết kế giao diện mô đun PLC FX3U-24MR 46 2.4.4 Thiết kế chế tạo modul tải ba pha 47 2.5 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ VÀ LẬP TRÌNH .48 2.5.1 Thiết kế sơ đồ mạch điều khiển 48 2.5.2 Thiết kế sơ đồ mạch công suất .49 2.5.3 Thiết kế sơ đồ bo mạch 50 Thiết kế, chế tạo mô đun thực tập mạch điều áp chiều 2.5.4 Thiết kế lưu đồ thuật toán .51 2.5.5 Chương trình điều khiển .52 2.6 CHẾ TẠO VÀ LẮP RÁP CÁC MÔ ĐUN 52 2.6.1 Quy trình thực .52 2.6.2 Sản phẩm hoàn thiện .52 CHƯƠNG 53 LẮP RÁP THỬ NGHIỆM VÀ KHẢO SÁT SẢN PHẨM 53 3.1 KHẢO SÁT MẠCH XUNG ÁP ĐẢO DÒNG VỚI TẢI ĐIỆN TRỞ 53 3.1.1 Sơ đồ mạch điện 53 3.1.2 Kết khảo sát 53 3.2 KHẢO SÁT MẠCH XUNG ÁP ĐẢO DÒNG VỚI TẢI ĐỘNG CƠ ĐIỆN DC 54 3.2.1 Sơ đồ mạch điện 54 3.2.2 Kết khảo sát 54 3.3 KHẢO SÁT MẠCH NGHỊCH LƯU NGUỒN ÁP MỘT PHA DÙNG IGBT VỚI TẢI ĐIỆN TRỞ 55 3.3.1 Sơ đồ nguyên lý 55 3.3.2 Kết thí nghiệm 56 3.4 KHẢO SÁT MẠCH NGHỊCH LƯU NGUỒN ÁP BA PHA VỚI TẢI THUẦN TRỞ .56 3.4.1 Sơ đồ nguyên lý 56 3.4.2 Kết thí nghiệm 57 CHƯƠNG 58 KẾT LUẬN 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO .59 Phụ lục 60 Thiết kế, chế tạo mô đun thực tập mạch điều áp chiều MỤC LỤC HÌNH ẢNH Chương CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI Hình 1 Sơ đồ cấu trúc chung mạch biến đổi điện áp DC Hình Sơ đồ nguyên lý mạch xung áp đơn nối tiếp dùng thyristor 10 Hình Dạng sóng dịng điện điện áp với tải R+L+E mạch xung áp đơn 10 Hình Sơ đồ nguyên lý mạch xung áp đơn nối tiếp dùng IGBT(a) dạng sóng điện áp(b) 11 Hình Sơ đồ mạch xung áp song song 12 Hình Sơ đồ nguyên lý xung áp đảo dịng 13 Hình Họ đường đặc tính động điện chiều, làm việc với xung áp đảo dòng 13 Hình Bộ biến đổi đảo chiều 15 Hình Biểu đồ xung biến đổi đảo chiều (Ud>0 quay thuận) 15 Hình 10 Sơ đồ nguyên lý mạch nghịch lưu nguồn dòng pha sơ đồ cầu H 17 Hình 11 Dạng sóng dịng điện, điện áp mạch nghịch lưu nguồn dòng pha dùng sơ đồ cầu H 18 Hình 12 Sơ đồ nguyên lý mạch nghịch lưu nguồn áp pha 19 Hình 13 Dạng sóng dịng điện điện áp mạch nghịch lưu nguồn áp với tải R+L 20 Hình 14 Sơ đồ nguyên lý mạch nghịch lưu nguồn dòng pha dải điều chỉnh hẹp 22 Hình 15 Sơ đồ nguyên lý mạch nghịch lưu nguồn dòng pha dải điều chỉnh hẹp 24 Hình 16 Dạng sóng dịng điện qua pha mạch nghịch lưu nguồn dòng pha dải điều chỉnh hẹp 24 Hình 17 Sơ đồ nguyên lý mạch nghịch lưu nguồn áp pha 25 Hình 18 Dạng sóng điện áp mạch nghịch lưu nguồn áp pha 27 Hình 19 Dạng xung điều khiển 120 độ dạng xung điều khiển 180 độ 28 Chương TÍNH TỐN THIẾT KẾ CHẾ TẠO MƠ ĐUN THÍ NGHIỆM CÁC MẠCH BỘ BIẾN ĐỔI ĐỘC LẬP Hình Sơ đồ tổng quan mạch hệ thống .31 Hình 2 Sơ đồ chân vi điều khiển DSPIC30F4011 33 Hình Sơ đồ khuếch đại cách ly có đảo .36 Hình Hình ảnh IC 37 Hình Sơ đồ chân IC cách ly HCPL0611 38 Hình Bảng bit logic vào ,ra IC HCPL0611 .38 Hình Cấu tạo chân IC 7414 39 Hình Dạng xung dùng IC 7414 39 Hình Dạng xung không dùng IC 7414 39 Hình 10 Sơ đồ chân IC 2101 .40 Hình 11 Cấu tạo bên IC IR2101 .40 Hình 12 Chức chân IC IR2101 40 Hình 13 Giản đồ xung vào ,ra IC IR2101 41 Hình 14 Định nghĩa dạng song theo thời gian đóng cắt .41 Thiết kế, chế tạo mô đun thực tập mạch điều áp chiều Hình 15 Sơ đồ nguyên lý mạch lái xung PWM 41 Hình 16 Sơ đồ mạch động lực sử dụng van công suất 42 Hình 17 Giao diện mơ đun điều khiển .44 Hình 18 Giao diện mô đun công suất 45 Hình 19 Giao diện mô đun PLC FX3U-24MR 46 Hình 20 Giao diện modul tải chiếu sáng 47 Hình 21 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển 48 Hình 22 Sơ đồ nguyên lý mạch công suất 49 Hình 23 Sơ đồ Board mạch công suất .50 Hình 24 Sơ đồ Board mạch điều khiển 50 Hình 25 Lưu đồ thuật tốn chương trình điều khiển 51 Chương LẮP RÁP THỬ NGHIỆM VÀ KHẢO SÁT SẢN PHẨM Hình Sơ đồ mạch xung áp đảo dòng với tải điện trở .53 Hình Sơ đồ mạch xung áp đảo dòng với tải động điện DC 54 Hình 3 Sơ đồ mạch nghịch lưu nguồn áp sử dụng van IGBT với tải điện trở 55 Hình Sơ đồ mạch nghịch lưu nguồn áp ba pha với tải trở .56 Phụ lục Hình Datasheet FGA25N120ANTD 60 Hình Mơ đun điều khiển biến đổi DC-AC/DC-AC 65 Hình Mô đun van công suất biến đổi DC-AC/DC-DC .66 Hình 4 Mơ đun tải chiếu sáng 67 Hình Mơ đun PLC FX3U-24MR 68 Hình Dạng sóng điện áp nguồn cấp với U=15VDC 69 Hình Dạng sóng điện áp tải điện trở với PWM = 5% 69 Hình Dạng sóng điện áp tải điện trở với PWM=30% 69 Hình Dạng sóng điện áp tải điện trở với PWM=50% .70 Hình 10 Dạng sóng điện áp tải điện trở với PWM=70% 70 Hình 11 Dạng sóng điện áp tải điện trở với PWM=94% 70 Hình 12 Dạng sóng điện áp nguồn với U=15DCV .71 Hình 13 Dạng sóng điện áp tải động với PWM=5% 71 Hình 14 Dạng sóng điện áp tải động với PWM=50% 71 Hình 15 Dạng sóng điện áp tải động với PWM=94% 72 Hình 16 Dạng sóng điện áp nguồn U=15 DCV 72 Hình 17 Dạng sóng điều khiển van V1 V2 72 Hình 18 Dạng sóng điều khiển van V2 V5 73 Hình 19 Dạng sóng điện áp tải với U=15 DCV 73 Hình 20 Dạng sóng điều khiển van V1 V3 73 Hình 21 Dạng sóng điều khiển van V1 V5 74 Hình 22 Dạng sóng điều khiển van V1 V4 74 Hình 23 Dạng sóng điều khiển van V3 V2 74 Hình 24 Dạng sóng điều khiển van V5 V6 75 Hình 25 Dạng sóng điện áp tải pha A với U=15 DCV 75 Hình 26 Dạng sóng điện áp tải pha A,pha B với U=15 DCV .75 Thiết kế, chế tạo mô đun thực tập mạch điều áp chiều MỞ ĐẦU I ) Lý chọn đề tài Hiện điện tử công suất lĩnh vực quan trọng hệ thống điện, điện tử Do môn học điện tử công suất trường đại học cao đẳng dạy nghề ngày trọng Trong vấn đề mà cần quan tâm thiết bị dùng để đào tạo thực hành hay thí nghiệm sử dụng trường hạn chế nhiều số lượng chất lượng Đặc biệt vấn đề giá thành thiết bị thực tập thí nghiệm điện tử cơng suất cao tính đặc thù cơng suất cơng nghệ Để góp phần cải thiện vấn đề nhóm đồ án nhận đề tài thiết kế, chế tạo mơ đun thí nghiệm điện tử cơng suất Với mục đích chế tạo thiết bị đáp ứng phần lĩnh vực thực hành thí nghiệm mơn điện tử cơng suất II) Mục đích, đối tượng, phạm vi nghiện cứu đồ án Trên sở định hướng giáo viên hướng dẫn nhóm chúng em tập chung nghiện cứu chế tạo mơ đun nghịch lưu ba pha III) Tóm tắt nội dung đồ án Nội dung đồ án gồm bốn chương: CHƯƠNG 1: Cơ sở lý luận đề tài CHƯƠNG 2: Thiết kế, tính tốn sản phẩm CHƯƠNG 3: Lắp ráp thử nghiệm khảo sát sản phẩm CHƯƠNG 4: Kết luận IV) Phương pháp nghiện cứu Để hoàn thành nội dung nhóm nghiện cứu áp dụng phương pháp sau: - Khảo sát, đánh giá thiết bị có - Tìm phân tích tài liệu - Sử dụng phương pháp thực nghiệm - Trao đổi kinh nghiệm kiến thức với thầy cô chuyên gia điện tử công suất Thiết kế, chế tạo mô đun thực tập mạch điều áp chiều Chương CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI 1.1 Giới thiệu chung biến đổi độc lập Trong biến đổi cơng suất gồm có biến đổi AC-DC; ACAC; DC-DC; DC-AC Trong biến đổi AC –DC; AC-AC van công suất hoạt động phải phụ thuộc vào tần số, dạng tín hiệu góc pha nguồn điện đầu vào cơng suất nên biến đổi loại gọi biến đổi phụ thuộc Còn biến đổi DC-DC; DC – AC van hoạt động không phụ thuộc vào nguồn điện cấp vào công suất nên biến đổi loại gọi biến đổi độc lập 1.2 Phân tích số mạch xung áp chiều 1.2.1 Khái quát điều áp chiều 1) Khái quát chung Bộ biến đổi điện áp chiều hay gọi băm xung điện áp chiều, sử dụng để biến đổi nguồn điện áp chiều không đổi thành nguồn điện áp chiều thay đổi để cấp điện cho phụ tải chiều Trong truyền động điện chiều giao thông đường sắt, ôtô điện, cầu trục, việc điều chỉnh tốc độ động điện chiều với mục đích khác nhau, người ta thường sử dụng phương pháp điều chỉnh dịng điện điện áp trung bình phương pháp đóng cắt tự động Tùy thuộc vào thời gian đóng Tđ thời gian cắt T c chu kỳ T, mà ta có dịng điện điện áp trung bình tải khác 2) Phân loại sơ đồ cấu trúc biến đổi điện áp DC Có nhiều cách phân loại biến đổi điện áp chiều, tuỳ thuộc vào đặc điểm mắc van cơng suất phân loại theo điện áp tăng hay giảm so với điện áp đầu vào phân loại theo chiều điện áp, dòng điện mạch… Trên sở ta phân loại biến bổi điện áp chiều sau: Thiết kế, chế tạo mô đun thực tập mạch điều áp chiều + Mạch xung áp nối tiếp + Mạch xung áp song song + Mạch xung áp tăng áp + Mạch xung áp giảm áp + Mạch xung áp đảo dịng + Mạch xung áp kép ( có đảo chiều) Tuy có nhiều cách phân loại mạch xung áp chiều có cấu trúc chung hình vẽ: Hình 1 Sơ đồ cấu trúc chung mạch biến đổi điện áp DC - Khối nguồn DC thường lấy từ bình Acquy hay chỉnh lưu - Mạch lọc đầu vào thường dùng mạch lọc LC để san phẳng điện áp đàu vào - Van công suất dùng Tranzitor, thyritstor, GTO, Mosfet, IGBT…vv Việc chọn van tuỳ thuộc vào công suất yêu cầu công nghệ cụ thể - Mạch lọc đầu thường dùng cuộn cảm L để san phẳng dòng điện tải - Phụ tải thường động điện chiều - Khối đo lường có nhiệm vụ đo kiểm tra thơng số dịng điện, điện áp tải - Khối điều khiển (ĐK) có nhiệm vụ điều khiển hay điểu chỉnh van công suất để dáp ứng yêu cầu dòng hay áp đầu tải Thiết kế, chế tạo mô đun thực tập mạch điều áp chiều 1.2.1 Mạch xung áp đơn nối tiếp 1) Mạch xung áp đơn nối tiếp sử dụng thyristor a) Sơ đồ nguyên lý Mạch gồm có hai thyristor T1 T2 Trong T1 phần tử đóng cắt chính, T2 thyristor phụ dùng để tắt T1 DC; LC tụ điện C phần tử chuyển mạch, Dr diode hoàn lượng trường hợp tải có điện Hình Sơ đồ ngun lý mạch xung áp đơn nối tiếp dùng thyristor cảm Hình Dạng sóng dịng điện điện áp với tải R+L+E mạch xung áp đơn 10 Thiết kế, chế tạo mô đun thực tập mạch điều áp chiều Chương trình điều khiển #include #FUSES NOWDT,NOPROTECT,NOPUT,NOWRT,NODEBUG,HPOL_low,LPOL _low #define AC input(PIN_C13) #define DC input(PIN_C14) #define one_phase input(PIN_E8) #define three_phase input(PIN_D1) unsigned int8 Count=0; unsigned int16 value,duty,i=0,sum=0; #int_timer1 void ngat_timer1(){ output_toggle(PIN_B8); Count++; if(Count==7){ Count==0; } clear_interrupt(int_timer1); } void main() { setup_timer1(TMR_INTERNAL|TMR_DIV_BY_1| TMR_CONTINUE_IDLE,16667); enable_interrupts(INT_TIMER1); enable_interrupts(GLOBAL); setup_motor_pwm(1,MPWM_UP_DOWN,1,0,2000); setup_adc_ports(sAN0, VSS_VDD); 61 Thiết kế, chế tạo mô đun thực tập mạch điều áp chiều setup_adc(ADC_CLOCK_INTERNAL | ADC_TAD_MUL_0); set_adc_channel(0); while(TRUE) { //Che hoat dong nghich luu if(AC==0&DC==1){ if(one_phase==0&three_phase==1){//Che nghich luu pha set_motor_unit(1,1,MPWM_DISABLED,10,10); set_motor_unit(1,2,MPWM_DISABLED,10,10); output_high(PIN_E4); output_high(PIN_E5); if(Count==3){ output_high(PIN_E0); output_high(PIN_E2); delay_us(50); output_low(PIN_E3); output_low(PIN_E1); } if(Count==6){ Count=0; output_high(PIN_E1); output_high(PIN_E3); delay_us(50); output_low(PIN_E0); output_low(PIN_E2); } } if(one_phase==1&three_phase==0){//Che nghich luu3 pha set_motor_unit(1,1,MPWM_DISABLED,10,10); set_motor_unit(1,2,MPWM_DISABLED,10,10); 62 Thiết kế, chế tạo mô đun thực tập mạch điều áp chiều if(Count==1){ output_high(PIN_E5);//g6 delay_us(30); output_low(PIN_E4);//g5 } if(Count==2){ output_high(PIN_E2);//g3 delay_us(30); output_low(PIN_E3);//g2 } if(Count==3){ output_high(PIN_E1);//g4 delay_us(30); output_low(PIN_E0);//g1 } if(Count==4){ output_high(PIN_E4);//g5 delay_us(30); output_low(PIN_E5);//g6 } if(Count==5){ output_high(PIN_E3);//g2 delay_us(30); output_low(PIN_E2);// } if(Count==6){ 63 Thiết kế, chế tạo mô đun thực tập mạch điều áp chiều count=0; output_high(PIN_E0);//g1 delay_us(30); output_low(PIN_E1);//g4 } } } //Che xung ap chieu if(AC==1&DC==0){ output_high(PIN_E4); output_high(PIN_E5); set_motor_unit(1,1,MPWM_ENABLE,10,10); set_motor_unit(1,2,MPWM_ENABLE,10,10); set_motor_pwm_duty(1,2,0); if(i++