Link tải luận văn miễn phí cho ae Kết nối
Đề tài này tập trung nghiên cứu, thiết kế, chế tạo bộ nghịch lưu một pha có sóng đầu ra dạng hình sin, công suất 1kW. Tất cả các công việc của đề tài bao gồm: tìm hiểu lý thuyết tổng quan về các bộ nghịch lưu, nghiên cứu các phương pháp điều khiển bộ nghịch lưu, thiết kế tính toán mạch trên phần mềm Altium, thiết kế và thi công mô hình thực tế.
Yêu cầu ban đầu đưa ra của đề tài như sau:
“ Thiết kế chế tạo bộ nghịch lưu 12VDC/220VAC, tần số 50Hz, công suất 1kW, sóng đầu ra dạng thuần sin”
Thông số : UDC = 12V, UAC = 220V, f = 50Hz , Công suất P = 1kW.
Bản thuyết minh cho đề tài được chia làm 4 chương:
Chương 1: Tổng quan các bộ nghịch lưu, khái niệm bộ nghịch lưu, phân loại các bộ nghịch lưu, nguyên lý cơ bản của từng bộ nghịch lưu và phương pháp điều chế độ rộng xung.
Chương 2: Nêu ra yêu cầu đối với sự cần thiết điều khiển bộ nghịch lưu, phân loại các phương pháp điều khiển, phân tích ưu và nhược điểm của phương pháp điều biến độ rộng xung SinPWM và SVPWM.
Chương 3: Thiết kế tính toán mạch động lực và mạch điều khiển, từ thông số yêu cầu đặt ra và lựa chọn các linh kiện hợp lý nhất.
Chương 4: Mô hình thực nghiệm của bộ nghịch lưu, phân tích, đánh giá kết quả.
Kết quả xong khi hoàn thành đồ án đã tạo ra thiết bị điện tử nhỏ gọn, giá thành phù hợp với mọi người dân, sử dụng acquy để dùng khi mất điện.
KẾ HOẠCH THỰC HIỆN
1. Tiến trình thực hiện đề tài
Tìm hiểu lý thyết Lập trình/ Mô phỏng
Đánh giá Viết báo cáo
Thời gian
Sinh viên Tháng
08/2016 Tháng
09/2016 Tháng
10/2016 Tháng
11/2016 Tháng
12/2016
Trần Đăng Hùng
2. Đóng góp của mỗi thành viên
2.1 Trần Đăng Hùng
- Tìm hiểu lý thuyết về bộ nghịch lưu.
- Thiết kế mạch phần cứng và lập trình.
- Thi công mạch thực tế.
MỤC LỤC
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC BỘ NGHỊCH LƯU 1
1.1 Tổng quan về các bộ nghịch lưu 1
1.1.2 Khái niệm về nghịch lưu 1
1.1.3 Phân loại nghịch lưu 1
1.2 Cấu tạo và nguyên lý 2
1.2.2 Nghịch lưu độc lập điện áp một pha 2
1.2.3 Bộ nghịch lưu độc lập dòng một pha 5
1.2.4 Nghịch lưu cộng hưởng 7
1.2.5 Cải thiện điện áp ra cho nghịch lưu độc lập điện áp 9
1.2.6 Điều chế PWM cho nghịch lưu độc lập điện áp một pha 10
CHƯƠNG 2 CHI TIẾT PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN BỘ NGHỊCH LƯU 15
2.1 Yêu cầu đặt ra 15
2.2 Phân loại 15
2.2.1 Phương pháp điều biến độ rộng xung 15
2.2.2 Phương pháp điều biến sigma - delta 16
2.2.3 Phương pháp điều biến tính toán trước 16
2.3 Các phương pháp PWM 16
2.3.1 Phương pháp điều rộng xung SinPWM 16
2.3.2 Phương pháp điều chế vector không gian 19
CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ MẠCH NGUYÊN LÝ BỘ NGHỊCH LƯU 20
3.1 Bộ biến đổi DC/ AC sẽ có các thành phần chính sau 20
3.2 Xây dựng mạch nguyên lý bộ nghịch lưu 21
3.3 Mạch Full bridge (mạch cầu H) 22
3.3.1 Khái niệm 22
3.3.2 Các dạng cấu tạo của mạch cầu H 22
3.3.3 Nguyên tắc hoạt động của mạch cầu H 23
3.3.4 Cấu tạo và nguyên lý điều khiển của MOSFET 25
3.4 Thiết kế mạch băm xung (mạch điều khiển) 29
3.4.1 Nhiệm vụ 29
3.4.2 Giới thiệu chung vi điều khiển Pic 12F629 29
3.4.3 Mạch băm xung 31
3.4.4 Lập trình cho Pic 12F629 32
3.5 Mạch lái MOSFET 34
3.5.1 Nhiệm vụ mạch lái 34
3.5.2 Giới thiệu IR 2113 34
3.6 Tính toán mạch động lực 37
3.6.1 Tính toán lựa chọn MOSFET 37
3.6.2 Tính toán quấn biến áp 12V-220V 38
3.7 Mạch lọc LC 40
3.7.1 Lựa chọn phương pháp lọc 40
3.7.2 Tính toán bộ lọc LC 41
3.8 Mạch tạo điện áp 5V 42
3.9 Mạch bảo vệ thấp áp 44
3.10 Mạch làm quạt mát 45
3.11 Acquy 45
3.12 Lưu đồ thuận toán 47
CHƯƠNG 4 MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM 48
4.1 Mục tiêu thiết kế mô hình 48
4.1.2 Mục tiêu kĩ thuật 48
4.1.3 Yêu cầu của bộ nghịch lưu 48
4.2 Mô hình thực tế 48
4.3 Kết quả thu được 49
KẾT LUẬN 51
TÀI LIỆU THAM KHẢO 52
Để phù hợp với mạch điều khiển dùng ic drive, ta lựa chọn MOSFET kênh N.
Dòng chịu đựng tối đa của mỗi MOSFET:
I = It.Ki = 20.2 = 40 A (với Ki = 2)
Điện áp tối qua mỗi MOSFET:
U = √2.Ut.Ku = √2.12.1.4 = 24,19 V (với Ku = 1.4)
Giới thiệu linh kiện MOSFET IRF 3205:
Hình 3-17: Hình dáng thật và các thông số cơ bản của MOSFET IRF3205
Các thông số cơ bản:
Điện áp chịu đựng : VDSS = 55 V
Điện trở khi mở giữa chân D - S: RDS(on)= 8,0 mΩ
Dòng chịu đựng qua chân D - S: ID = 110 A
Điện áp kích mở: VGS = 10V
Như vậy với yêu cầu thực tế về các thông số mạch ta chọn van động lực loại transistor trường công suất kênh N (MOSFET): IRF 3205
Tính toán quấn biến áp 12V-220V
Xác định thiết diện thực của lõi sắt (trụ): S0 (cm2)
Do các lá thép hình chữ E ghép lại có lớp các điện nên do đó ta phải trừ đi cái lớp cách điện đó do đó thì thiết diện thực của lõi sắt sẽ là:
S0 = k.S
Với S là thiết diện của phần giữa lõi sắt: S = a.b (cm2)
k= 0.9 (hệ số lấp đầy) đối với lá thép E có bề dầy là 0.35mm
Do đó chọn: a= 4 cm, b= 6cm thì S= a.b = 4.6 = 24 (cm2)
S0 = 0,9.24 = 21,6 (cm2)
Công suất của biến áp theo thiết diện thực
S0 = √P / 1.1 = 34,785 (cm2)
Thông thường mọi người hay chọn lõi hình vuông hay hình chữ nhật nên ta có độ rộng của bản:
c = √So = 5,898 cm
Tính số vòng/vôn : nv
nv = 45/(B.So) (vòng/vôn)
= 45/1,2.34,785 = 1,078 (vòng/vôn)
Ở đây 45 là hệ số phụ thuộc vào tần số và bản chất lõi. B ở đây là cảm ứng từ nó được chọn theo lá thép kĩ thuật điện tùy thuộc vào lường silic trong thép nhưng mà thông thường giá trị B này từ (1T đến 1.2T).
Xác định số vòng dây quấn
Để xác định được số vòng dây quấn ta phải biết được điện áp đầu vào và điện áp đầu ra cần lấy.
Theo công thức tính ta sẽ được như sau:
N1 = U1.nv = 12.1,078 = 12,936 Chọn 13 vòng
N2 = 1.1.U2.nv = 1,1.220.1,078 = 260,876 Chọn 260 vòng
Trị số 1.1 đây là giá trị chênh lệch công suất do tổn thất.
Tính toán tiết diện của dây quấn thứ cấp và sơ cấp
Tiết diện của dây quấn được chọn theo mật độ dòng điện J. Mật độ dòng điện J được chọn phù hợp để phù hợp với điều kiện làm việc và nhiệt độ của dây dẫn trong khoảng cho phép.
+ Với J = 2 (A/mm2) - Công suất từ (500÷1000 VA)
Từ đó ta tính được thiết diện của dây quấn sơ cấp và thứ cấp
Các giá trị I1 và I2 tính dựa vào mối quan hệ giữa số vòng dây sơ cấp thứ cấp và điện áp sơ cấp và thứ cấp.
I1 = ( P)/U1=1000/12=83,333 (A)
I2 = P/U2=1000/220=4,545 (A)
+ Thiết diện dây quấn sơ cấp
s1 = I1/J= 83,333/2=41,667 (mm2)
+ Thiết diện dây quấn thứ cấp
s2 = I2/J= 4,545/2=2,273 (mm2)
Tính đường kính của dây nhờ vào thiết diện của dây (Do ta chọn dây đồng là hình tròn nên ta tính được như sau ):
+ Cuộn sơ cấp : d1 = 2√(s1/3,14) =2√(41,667/3,14) = 7,286 (mm)
+ Cuộn thứ cấp : d2 =2√(s2/3,14) =2√(2,273/3,14) = 1,072 (mm)
Mạch lọc LC
Yêu cầu chung khi tinh toán thỏa mãn các yêu cầu sau.
Hệ số méo nhỏ, tùy theo tải mà hệ số yêu cầu khác nhau, thường TDH dưới 20%.
Hệ số sóng hài thấp dưới 5% điện áp ra coi là tốt.
Công suất đặt thấp nhất có thể.
Tổn thất công suất của bộ lọc tốt nhất.
Đặc tính tần số dốc.
Lựa chọn phương pháp lọc
Dùng phương pháp SINPWM cho phép loại bỏ nhiều các sóng hài bậc thấp vì sóng hài bậc thấp có bậc sát với tần số sóng mang, do đó càng tăng tần số sóng mang thì điện áp ra gần sin hơn. Nếu tải có điện cảm thì dòng tải đã rất gần hình sin mặc dù không có bộ lọc, tuy nhiên biên độ của sóng hài có tần số bằng chính sóng mang lại khá cao. Vì vậy bộ lọc phải đạt hai mục tiêu sau:
Lọc lấy sóng hài cơ bản, song giá trị các phần tử không cần lớn do phương pháp đã cho phép giảm hệ số méo đi nhiều.
Chặn sóng hài với tần số bằng sóng mang, đặc biệt với phụ tải như động cơ điện vì tần số sóng này thường khá cao dễ gây ra xung áp lớn làm hỏng thiết bị.
Ở đây em chọn bộ lọc thụ động. Bộ lọc thụ động có 2 loại thường dùng:
Bộ lọc LC
Ưu điểm
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
Đề tài này tập trung nghiên cứu, thiết kế, chế tạo bộ nghịch lưu một pha có sóng đầu ra dạng hình sin, công suất 1kW. Tất cả các công việc của đề tài bao gồm: tìm hiểu lý thuyết tổng quan về các bộ nghịch lưu, nghiên cứu các phương pháp điều khiển bộ nghịch lưu, thiết kế tính toán mạch trên phần mềm Altium, thiết kế và thi công mô hình thực tế.
Yêu cầu ban đầu đưa ra của đề tài như sau:
“ Thiết kế chế tạo bộ nghịch lưu 12VDC/220VAC, tần số 50Hz, công suất 1kW, sóng đầu ra dạng thuần sin”
Thông số : UDC = 12V, UAC = 220V, f = 50Hz , Công suất P = 1kW.
Bản thuyết minh cho đề tài được chia làm 4 chương:
Chương 1: Tổng quan các bộ nghịch lưu, khái niệm bộ nghịch lưu, phân loại các bộ nghịch lưu, nguyên lý cơ bản của từng bộ nghịch lưu và phương pháp điều chế độ rộng xung.
Chương 2: Nêu ra yêu cầu đối với sự cần thiết điều khiển bộ nghịch lưu, phân loại các phương pháp điều khiển, phân tích ưu và nhược điểm của phương pháp điều biến độ rộng xung SinPWM và SVPWM.
Chương 3: Thiết kế tính toán mạch động lực và mạch điều khiển, từ thông số yêu cầu đặt ra và lựa chọn các linh kiện hợp lý nhất.
Chương 4: Mô hình thực nghiệm của bộ nghịch lưu, phân tích, đánh giá kết quả.
Kết quả xong khi hoàn thành đồ án đã tạo ra thiết bị điện tử nhỏ gọn, giá thành phù hợp với mọi người dân, sử dụng acquy để dùng khi mất điện.
KẾ HOẠCH THỰC HIỆN
1. Tiến trình thực hiện đề tài
Tìm hiểu lý thyết Lập trình/ Mô phỏng
Đánh giá Viết báo cáo
Thời gian
Sinh viên Tháng
08/2016 Tháng
09/2016 Tháng
10/2016 Tháng
11/2016 Tháng
12/2016
Trần Đăng Hùng
2. Đóng góp của mỗi thành viên
2.1 Trần Đăng Hùng
- Tìm hiểu lý thuyết về bộ nghịch lưu.
- Thiết kế mạch phần cứng và lập trình.
- Thi công mạch thực tế.
MỤC LỤC
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC BỘ NGHỊCH LƯU 1
1.1 Tổng quan về các bộ nghịch lưu 1
1.1.2 Khái niệm về nghịch lưu 1
1.1.3 Phân loại nghịch lưu 1
1.2 Cấu tạo và nguyên lý 2
1.2.2 Nghịch lưu độc lập điện áp một pha 2
1.2.3 Bộ nghịch lưu độc lập dòng một pha 5
1.2.4 Nghịch lưu cộng hưởng 7
1.2.5 Cải thiện điện áp ra cho nghịch lưu độc lập điện áp 9
1.2.6 Điều chế PWM cho nghịch lưu độc lập điện áp một pha 10
CHƯƠNG 2 CHI TIẾT PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN BỘ NGHỊCH LƯU 15
2.1 Yêu cầu đặt ra 15
2.2 Phân loại 15
2.2.1 Phương pháp điều biến độ rộng xung 15
2.2.2 Phương pháp điều biến sigma - delta 16
2.2.3 Phương pháp điều biến tính toán trước 16
2.3 Các phương pháp PWM 16
2.3.1 Phương pháp điều rộng xung SinPWM 16
2.3.2 Phương pháp điều chế vector không gian 19
CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ MẠCH NGUYÊN LÝ BỘ NGHỊCH LƯU 20
3.1 Bộ biến đổi DC/ AC sẽ có các thành phần chính sau 20
3.2 Xây dựng mạch nguyên lý bộ nghịch lưu 21
3.3 Mạch Full bridge (mạch cầu H) 22
3.3.1 Khái niệm 22
3.3.2 Các dạng cấu tạo của mạch cầu H 22
3.3.3 Nguyên tắc hoạt động của mạch cầu H 23
3.3.4 Cấu tạo và nguyên lý điều khiển của MOSFET 25
3.4 Thiết kế mạch băm xung (mạch điều khiển) 29
3.4.1 Nhiệm vụ 29
3.4.2 Giới thiệu chung vi điều khiển Pic 12F629 29
3.4.3 Mạch băm xung 31
3.4.4 Lập trình cho Pic 12F629 32
3.5 Mạch lái MOSFET 34
3.5.1 Nhiệm vụ mạch lái 34
3.5.2 Giới thiệu IR 2113 34
3.6 Tính toán mạch động lực 37
3.6.1 Tính toán lựa chọn MOSFET 37
3.6.2 Tính toán quấn biến áp 12V-220V 38
3.7 Mạch lọc LC 40
3.7.1 Lựa chọn phương pháp lọc 40
3.7.2 Tính toán bộ lọc LC 41
3.8 Mạch tạo điện áp 5V 42
3.9 Mạch bảo vệ thấp áp 44
3.10 Mạch làm quạt mát 45
3.11 Acquy 45
3.12 Lưu đồ thuận toán 47
CHƯƠNG 4 MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM 48
4.1 Mục tiêu thiết kế mô hình 48
4.1.2 Mục tiêu kĩ thuật 48
4.1.3 Yêu cầu của bộ nghịch lưu 48
4.2 Mô hình thực tế 48
4.3 Kết quả thu được 49
KẾT LUẬN 51
TÀI LIỆU THAM KHẢO 52
Để phù hợp với mạch điều khiển dùng ic drive, ta lựa chọn MOSFET kênh N.
Dòng chịu đựng tối đa của mỗi MOSFET:
I = It.Ki = 20.2 = 40 A (với Ki = 2)
Điện áp tối qua mỗi MOSFET:
U = √2.Ut.Ku = √2.12.1.4 = 24,19 V (với Ku = 1.4)
Giới thiệu linh kiện MOSFET IRF 3205:
Hình 3-17: Hình dáng thật và các thông số cơ bản của MOSFET IRF3205
Các thông số cơ bản:
Điện áp chịu đựng : VDSS = 55 V
Điện trở khi mở giữa chân D - S: RDS(on)= 8,0 mΩ
Dòng chịu đựng qua chân D - S: ID = 110 A
Điện áp kích mở: VGS = 10V
Như vậy với yêu cầu thực tế về các thông số mạch ta chọn van động lực loại transistor trường công suất kênh N (MOSFET): IRF 3205
Tính toán quấn biến áp 12V-220V
Xác định thiết diện thực của lõi sắt (trụ): S0 (cm2)
Do các lá thép hình chữ E ghép lại có lớp các điện nên do đó ta phải trừ đi cái lớp cách điện đó do đó thì thiết diện thực của lõi sắt sẽ là:
S0 = k.S
Với S là thiết diện của phần giữa lõi sắt: S = a.b (cm2)
k= 0.9 (hệ số lấp đầy) đối với lá thép E có bề dầy là 0.35mm
Do đó chọn: a= 4 cm, b= 6cm thì S= a.b = 4.6 = 24 (cm2)
S0 = 0,9.24 = 21,6 (cm2)
Công suất của biến áp theo thiết diện thực
S0 = √P / 1.1 = 34,785 (cm2)
Thông thường mọi người hay chọn lõi hình vuông hay hình chữ nhật nên ta có độ rộng của bản:
c = √So = 5,898 cm
Tính số vòng/vôn : nv
nv = 45/(B.So) (vòng/vôn)
= 45/1,2.34,785 = 1,078 (vòng/vôn)
Ở đây 45 là hệ số phụ thuộc vào tần số và bản chất lõi. B ở đây là cảm ứng từ nó được chọn theo lá thép kĩ thuật điện tùy thuộc vào lường silic trong thép nhưng mà thông thường giá trị B này từ (1T đến 1.2T).
Xác định số vòng dây quấn
Để xác định được số vòng dây quấn ta phải biết được điện áp đầu vào và điện áp đầu ra cần lấy.
Theo công thức tính ta sẽ được như sau:
N1 = U1.nv = 12.1,078 = 12,936 Chọn 13 vòng
N2 = 1.1.U2.nv = 1,1.220.1,078 = 260,876 Chọn 260 vòng
Trị số 1.1 đây là giá trị chênh lệch công suất do tổn thất.
Tính toán tiết diện của dây quấn thứ cấp và sơ cấp
Tiết diện của dây quấn được chọn theo mật độ dòng điện J. Mật độ dòng điện J được chọn phù hợp để phù hợp với điều kiện làm việc và nhiệt độ của dây dẫn trong khoảng cho phép.
+ Với J = 2 (A/mm2) - Công suất từ (500÷1000 VA)
Từ đó ta tính được thiết diện của dây quấn sơ cấp và thứ cấp
Các giá trị I1 và I2 tính dựa vào mối quan hệ giữa số vòng dây sơ cấp thứ cấp và điện áp sơ cấp và thứ cấp.
I1 = ( P)/U1=1000/12=83,333 (A)
I2 = P/U2=1000/220=4,545 (A)
+ Thiết diện dây quấn sơ cấp
s1 = I1/J= 83,333/2=41,667 (mm2)
+ Thiết diện dây quấn thứ cấp
s2 = I2/J= 4,545/2=2,273 (mm2)
Tính đường kính của dây nhờ vào thiết diện của dây (Do ta chọn dây đồng là hình tròn nên ta tính được như sau ):
+ Cuộn sơ cấp : d1 = 2√(s1/3,14) =2√(41,667/3,14) = 7,286 (mm)
+ Cuộn thứ cấp : d2 =2√(s2/3,14) =2√(2,273/3,14) = 1,072 (mm)
Mạch lọc LC
Yêu cầu chung khi tinh toán thỏa mãn các yêu cầu sau.
Hệ số méo nhỏ, tùy theo tải mà hệ số yêu cầu khác nhau, thường TDH dưới 20%.
Hệ số sóng hài thấp dưới 5% điện áp ra coi là tốt.
Công suất đặt thấp nhất có thể.
Tổn thất công suất của bộ lọc tốt nhất.
Đặc tính tần số dốc.
Lựa chọn phương pháp lọc
Dùng phương pháp SINPWM cho phép loại bỏ nhiều các sóng hài bậc thấp vì sóng hài bậc thấp có bậc sát với tần số sóng mang, do đó càng tăng tần số sóng mang thì điện áp ra gần sin hơn. Nếu tải có điện cảm thì dòng tải đã rất gần hình sin mặc dù không có bộ lọc, tuy nhiên biên độ của sóng hài có tần số bằng chính sóng mang lại khá cao. Vì vậy bộ lọc phải đạt hai mục tiêu sau:
Lọc lấy sóng hài cơ bản, song giá trị các phần tử không cần lớn do phương pháp đã cho phép giảm hệ số méo đi nhiều.
Chặn sóng hài với tần số bằng sóng mang, đặc biệt với phụ tải như động cơ điện vì tần số sóng này thường khá cao dễ gây ra xung áp lớn làm hỏng thiết bị.
Ở đây em chọn bộ lọc thụ động. Bộ lọc thụ động có 2 loại thường dùng:
Bộ lọc LC
Ưu điểm
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
You must be registered for see links