Bộ lưu điện UPS


Đồ án :Bộ lưu điện UPS
GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: TH.S TRẦN VĂN TRINH


UPS được viết tắt từ cụm từ tiếng Anh: Uninterruptible Power Sytem được hiểu như
là hệ thống nguồn cung cấp điện liên tục hay là bộ lưu trữ điện dự phòng. - Bộ lưu
điện UPS là một hệ thống chuyển mạch rất nhanh khi mất điện nó cho phép sử dụng
nguồn điện dự trữ mà các thiết bị vẫn hoạt động liên tục không bị gián đoạn trong
một thời gian nhất định.
Nội dung của đề tài là thiết kế bộ lưu điện UPS :

-Thời gian chuyển mạch không bị mất nguồn

- Thời gian trữ điện 5 phút

- Công suất 300W
Do sự chuyển mạch khi mất điện là rất nhanh nên ta cần nghiên cứu về kết cấu của hệ
thống để đảm bảo sự chính xác và nhanh chóng theo những yêu cầu sau :

+ Tốc độ làm việc nhanh.

+ Thiết bị làm việc phải an toàn, tin cậy.

+ Kết cấu phải đơn giản.
GIỚI THIỆU VỀ BỘ
LƯU ĐIỆN UPS


Giải thích sơ đồ:


Khối nguồn 220V cấp cho bộ chuyển đổi AC-DC và khối điều khiển.

Khối nguồn 12V có chức năng cấp cho khối điều khiển và nạp cho bình
acquy tự động.

Khối điều khiển:

- Nếu khối điều khiển có nguồn cấp vào thì nó sẽ điều khiển cho
nguồn 220V cung cấp cho tải hoạt động.
. SƠ ĐỒ KHỐI:


Nếu khối điều khiển không có nguồn thì nó sẽ đưa nguồn
220V từ khối nghịch lưu vào tải.

Acquy là nguồn điện dự trữ .(Battery -12 v)

Khối nghịch lưu có chức năng chuyển đổi điện áp 12V-220V
cung cấp cho tải hoạt động.

Vậy tải sẽ hoạt động liên tục khi mất nguồn điện chính , tùy
theo nguồn acquy dự trữ để tải hoạt động trong một thời gian
lâu hay chậm.


Hìmh 1.1 Sơ đồ mạch khối điều khiển
SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ
CỦA BỘ LƯU ĐIỆN
UPS:



Relay LS1 hoạt động, tiếp điểm thường hở đóng lại (chân 6,7)
đồng thời mở tiếp điểm thường đóng (chân 3,4). Lúc này tải
đang hoạt động ở nguồn điện VIN 220V thì đèn báo có điện sẽ
sáng.

Relay LS1 không hoạt động, tiếp điểm thường đóng (chân 3,4)
đóng lại nguồn được cấp cho relay LS2,LS3 hoạt động, đóng
tiếp điểm thường hở. Do đó, nguồn dương của bình acquy
được cấp vào dương (+) mạch nghịch lưu , nguồn âm của bình
acquy được cấp vào dương (-) mạch nghịch lưu ->Thông qua
công tác nguồn ->Transitor công suất 2N3055khuyếch đại dòng
biến áp nghịch lưu ->tạo thành nguồn 220V cấp cho tải hoạt
động bằng nguồn diện dự trữ đồng thời đèn báo mất điện sẽ
sáng.
Hình 1.1 Sơ đồ mạch
khối điều khiển


Hình 1.2 :Sơ đồ mạch nạp bình acquy tự động
SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ,Hoạt động
CỦA BỘ LƯU ĐIỆN UPS:


Nhiệm vụ của máy biến áp cho ra điện áp 12V đưa qua cầu chỉnh lưu toàn sóng .Led vàng( sáng) báo trạng thái
mạch đang nạp bình .2 tụ C1 ,C2(2200f +2200f) nối tiếp nhau dùng lọc nhiểu điện áp vào . Vi mạch LM317 có chức
năng so sánh điện áp,điện áp ngõ vào tối thiểu cao hơn điện ngõ ra 3 v để vi mạch họat động ổn định . Vi mạch Lm
317 :

Vi mạch này có thể cung cấp cho ngõ ra có dòng lên đến 1,5 A mà điện áp ngõ ra thay đổi được từ 1,2 v -> 37 v Uo

=Us ()+Iadj+Chọn R3=1(k),R4=820 (),R5=470(),VR=103()

+Giả sử điện áp hết bình <12 (v) .Lấy Us=10(v)

Uo=10()+100()

Uo=10,2 (v)

->Mạch nạp bình .

+Khi acquy nạp đầy bình ,điện áp tăng cao (điện áp khoảng hơn 13v ).Lấy Us=13 (v)

Uo=13 ()+100()

Uo=13,1(v)

-Diod IN5408 phân cực nghịch -> Mạch không nạp bình

Ngoài ra còn có cầu chì bảo vệ quá tải cho mạch nạp .
Hình1.2: Sơ đồ nguyên
lý của mạch nạp bình
acquy tự động


Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý mạch nghịch lưu DC_AC
SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ
CỦA BỘ LƯU ĐIỆN
UPS:



Nguồn ổn áp nối tiếp cung cấp điện ổn định cho mạch dao động đa hài họat động . Điện
áp ngõ ra được ổn định và chỉ phụ thuộc vào Uz . Chọn dòng cho Diod Zener ->Iz=(2-
>3).IB=30(mA)-> U Z= U o +U BE=9 (v) +0.8 (v) =9,8 (v). Đây là mạch dao động đúng nghĩa
vì nó tự phát sinh ra dạng sóng vuông lên tục mà nó không cần xung kích từ bên
ngoài .Mạch không có trạng thái ổn định

Nếu mạch đối xứng nghĩa là phần tử tương ứng giống nhau nhưng trên thực tế vẫn có sự
mất cân xứng dù rất nhỏ ,nên khi mới đóng điện thì có 1 trong 2 transitor dẫn mạnh hơn .

Giả sử T1 dẫn mạnh hơn T2 ,tụ C1 nạp điện qua Rc2 làm cho dòng Ib1 tăng cao nên T1
tiến đến bão hòa .Khi T1 bão hòa dòng Ic1 tăng cao và vc1 = 0,2 .Tụ c2 xả điện qua Rb2 và
T1 xuống mass .Khi C2 xả điện áp âm trên tụ C2 được đưa vào cực Cb2 làm T2 ngưng dẫn
.Thời gian ngưng dẫn của T2 chính là thời gian xả điện C2 qua Rb2 .Khi tụ C2 xả hết điện
áp trên tụ =0 và tụ bắt đầu nạp điện từ Vcc qua Rb2 .Khi điện áp trên cực tụ =0.6v thì T2
dẫn và 0.8 v thì T2 dẫn bão hòa .

Khi T2 dẫn bão hòa áp trên cực C2 =0.2 v ,cực dương của tụ c2 xem như nối mass .Còn cực
âm tụ C1 = - Vcc nên cực nền T1 làm T1 ngưng dẫn .Hiện tượng này lập đi lập lại tùan
hoàn .Chu kỳ của tín hiệu là dạng sóng vuông .
Hình 1.3 Sơ đồ nguyên
lý mạch nghịch lưu DC-
AC


T1 bão hòa ->C2 và B2

T2 bão hòa ->C1 và B1

T=T1 +T2


T1 =0,7 Rb2 .C2

T2 =0,7 Rb1.C1

->T =1,4Rb .C

+Tính toán thực tế:

f= ->T===0,02 (s)

C===1(F)

Rc1===0.88(k)=880(Chọn Rc1=Rc2=820()

Ibbh=3.=3.=0,6(ma)

Rb1=Rb2==-=13,7(k)

Chọn Rb1=Rb2=8,2(k)

Hình 1.4 Sơ đồ nguyên lý mạch khuyếch đại công suất
SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ
CỦA BỘ LƯU ĐIỆN
UPS:

Hình 1.4 Sơ đồ mạch
khuyếch đại công suất .


Theo nguyên lý hoạt động của máy biến áp: Khi ta đặt vào hai đầu cuộn dây sơ

cấp một điện áp AC có trị số là U1 thì trong cuộn sơ cấp xuất hiện dòng điện I1.
Dòng điện I1 sinh ra một từ thông biến thiên theo quy luật của nguồn AC. Do lõi
biến thế là mạch từ khép kín nên từ thông móc vòng qua lòng cuộn dây thứ cấp
và tạo ra trên hai đầu cuộn thứ cấp một suất điện động cảm ứng U2

Ta có tỉ lệ áp và dòng:

= Theo yêu cầu của đồ án là thiết kế bộ lưu điện UPS với công suất P2 300W.

Dòng qua cuộn thứ cấp:

I2 = = = 1,36(A)

Dòng qua cuộn sơ cấp:

I1 = = = 25(A)

Vì máy biến áp INVERTER có điểm giữa nên dòng đặt lên mỗi cuộn là 12,5(A). Do
đó phải chọn transistor có công suất dòng IC-MAX là 10(A) nên em chọn 2
transistor 2N3055 loại NPN mắc song song.


Để đơn giản trong khi ráp mạch và giảm chi phí nên em chọn mạch khuếch đại ghép kiểu
Darlington.

Q1->Q4 là 4 transitor 2N3055.

Ngõ ra của mạch tạo xung dao động là VOUT1 và VOUT2 ở mức cao 2V, do hai ngõ ra là xung dao
động giống nhau nên ta chỉ tính một ngõ ra là VOUT1 cấp vào mạch khuếch đại.


Ta có:

VB1 = (1)

RB1 = (2)

IB1 = = (3)

Thế (1) và (2) vào (3) ta có:

IB1 = (4)

Chọn R7 = 100() , R8 = 10 (K)

Thế R7, R8vào (4) ta có:

IB1 = = 13,94(mA)
(3)
Thế (1) và (2) vào (3) ta có:
IB1 =


Chọn = 25

IC1 = . IB1 = 25.13,94 = 348,5(mA)

Kiểm tra chế độ hoạt động:

Để transistor bão hòa thì VCE1 < 0,2V


VCE1 = 2– IC1.RC1 = 5 – 348,5ma.0.1= 0,2(V)

Vậy transistor bão hòa

Chọn RC sao cho dòng IC đủ kích cho Q2 dẫn

ICQ1 = = = 0,018 (A)

Ta có 2 transisto r2N3055 ghép song song nên ta có dòng khuếch đại tổng:

IT = 2. ICQ 2n3055 = 2.10 = 20 (A)

Đây là mạch khếch đại công suất nên các điện trở R15,R16,R17,R18 phải là điện trở công suất.

Ta có công suất tại RE2

R16 = = = 333 ()

R17 = = = 333 ()

P = VE2.ICQ2 = 6.0,018 = 0,108(W)

Vì R17 nối tiếp với R15 và R18 nối tiếp với R16

Chọn R16 = R17 = 220()/0,5(W)

Chọn R18=R15=15()/15(w)

Nhiệm vụ của 2 tụ C5 và C6 lọc nhiễu .



+ Chọn hiệu suất biến áp là = 0,8

P1 = = = 375 (W)

+ Dòng qua cuộn sơ cấp:

I1 = = = 31 (A)

+ Xác định tiết diện nòng dẫn từ

SC = 1,2 = 1,2 = 20,8 (Cm2)

+ Số vòng dây trên vôn của:

Chọn K = 64

Cuộn sơ cấp:

nV = = = 3,08 (vòng/vôn)
Tính máy biến áp INVERTER có
công suất là P2 = 300W:


Ở cuộn thứ cấp ta phải nhân với hệ số hao hụt chọn 1,1

Cuộn thứ cấp:

nV’ = 1,1. nV = 1,1.3,08 = 3,39 (vòng/vôn)


+ Số vòng dây quấn ở các cuộn dây:

Do biến đổi từ 12VDC nên biên độ xoay chiều max là 12V

Ta có điện áp hiệu dụng:

U1 = = 8,5 (V)

Số vòng dây ở cuộn sơ cấp:

N1 = nV.U1= 3,08.8.5 = 27 (vòng)

Vậy quấn hai cuộn dây sơ cấp 27 vòng có điểm chung ở giữa

Số vòng dây ở cuộn thứ cấp:

N2= nV’.U2 = 3,39.220 = 746 (vòng)

+ Đường kính dây quấn:

Tính máy biến áp INVERTER có
công suất là P2 = 300W:


Cuộn sơ cấp:

đ1cđ = 1,128.+ 0,05 = 1,128. + 0,05 = 3,4(mm)

Cuộn thứ cấp:


I2 = = = 1,36 (A)

đ2cđ = 1,128.+ 0,05 = 1,128. + 0,05 = 0,574 (mm)
Tính máy biến áp INVERTER có
công suất là P2 = 300W:


Đề tài bộ lưu điện UPS không phải là đề tài mới mẻ và cũng không
phải là đề tài lớn nhưng nó đã phản ánh được sự vận dụng kiến thức,
sự tìm tòi học hỏi, nghiên cứu và tinh thần làm việc của em, cùng với
sự giúp đỡ của thầy TRẦN VĂN TRINH và các thầy cô trong khoa
ĐIỆN TỬ.

Hình ảnh bộ lưu điện UPS hoàn chỉnh:
KẾT LUẬN


Nhìn chung đồ án được thiết kế chính xác, độ ổn định tốt… Do
kiến thức còn kém và thời gian có hạn nên đồ án còn nhiều hạn
chế. Để mở rộng đề tài có công suất lớn hơn, thời gian sử dụng
lâu hơn thì chỉ cần ghép thêm transistor 2N3055 mắc song song,
thay máy biến áp theo công suất cần sử dụng và sử dụng bình
acquy có dòng lớn hơn.


Kết quả thực hiện :
