THIẾT KẾ, THI CÔNG BỘ NGHỊCH LƯU BA PHA 110VAC VÀ BỘ NGUỒN DÒNG THAY ĐỔI

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.51 MB, 11 trang )

BÁO CÁO TIẾN ĐỘ LẦN II

PHẦN MỞ ĐẦU
LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Là sinh viên của khoa Điện Tử chúng em luôn muốn tìm tòi, học hỏi và nghiên
cứu những vấn liên quan đến chuyên ngành để có thể ứng dụng những kiến thức đã
được học, giúp ích cho xã hội và cuộc sống. Đối với một trạm điện trước khi đi vào
hoạt động đòi hỏi độ an toàn rất cao, điện áp trong trạm rất lớn đến hàng trăm KV và
dòng điện đến hàng chục KA. Vì vậy trước khi đi vào vận hành thì các thiết bị được
thử nghiệm một cách rất kĩ để kiểm tra độ an toàn tuyệt đối của chúng, nếu không thì
sự cố xảy ra sẽ để lại những hậu quả khó lường trước được và làm thiệt hại đến kinh tế
xã hội. Dựa trên những điều tất yếu đó, cộng thêm yêu cầu bên phòng kĩ thuật của
Công ty SEE là cần có một bộ nguồn ba pha dùng để thí nghiệm,thử nghiệm, kiểm tra
lại độ an toàn, hoạt động chắc chắn của các thiết bị trước khi cho vận hành trong hệ
thống điện. Vì vậy chúng em đã quyết định chọn đề tài “ THIẾT KẾ, THI CÔNG
BỘ NGHỊCH LƯU BA PHA 110VAC VÀ BỘ NGUỒN DÒNG THAY ĐỔI ” làm
đề tài nghiên cứu khoa học cho mình.
Đây là đề tài liên quan đến rất nhiều môn học chuyên ngành như Điện Tử, Điện
Tử Công Suất, Vi Điều Khiển… Vì vậy giúp chúng em hệ thống lại những kiến thức
đã được học thông qua việc thi công mạch và viết báo cáo.
TỔNG QUAN LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI
Qua tìm hiểu trên internet chúng em thấy rằng vấn đề liên quan đến đề tài được
đề cập rất hạn chế, cụ thể là.
Trong nước: Chưa có công ty nào sản xuất bộ nguồn này
Ngoài nước: Hiện có một số công ty sản xuất tuy nhiên giá thành còn rất cao,
đối với những bộ cho ra sóng sin chuẩn và công suất cao có giá lên đến vài chục nghìn
USD, còn những bộ công suất nhỏ thì cũng có giá vài nghìn USD.

1

BÁO CÁO TIẾN ĐỘ LẦN II

MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
Mục tiêu của đề tài là để thí nghiệm, thử nghiệm những thiết bị trước khi cho
vận hành trong hệ thống điện, thử nghiệm hệ thống scada điều khiển và nhiều ứng
dụng khác trong công ty.
Đề tài gồm nhiều môn học chuyên ngành liên quan cì vậy qua đề tài giúp chúng
em hiểu rõ, nắm sâu hơn về kiến thức đã được học.
NỘI DUNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Nội dung:
Thiết kế thi công bộ nghịch lưu ba pha 110Vac, điện áp mỗi pha là 63V so với
mass.
Tạo ra bộ nguồn dòng một pha thay đổi được từ (0-5A).
Sóng điện áp ngõ ra phải có biên dạng hình sin vì vậy phải có một bộ tạo sóng
sin để kích transistor công suất trước khi đưa ra biến áp.
Phạm vi nghiên cứu:
Trong công ty cổ phần thiết bị điện sài gòn (SEE).
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Dựa vào kiến thức có được, đọc và tìm hiểu tài liệu trong sách liên quan và trên
internet, thiết kế thử mạch kết hợp với máy dao động kí có trên công ty để đo sóng, từ
đó đúc kết và đưa ra sơ đồ mạch giải quyết được những vấn đề nêu ra.
Học hỏi những thầy có nhiều kinh nghiệm bên mảng này để có hướng giải
quyết nhanh và tốt hơn.
Giải quyết từng mạch nhỏ và sau đó ghép thành mạch hoàn chỉnh
Trong quá trình làm ghi chép chi tiết lại để tránh lặp lại những thiết kế đã bị loại
bỏ.
Tính toán thử nghiệm để biết được chính xác hơn.

2

BÁO CÁO TIẾN ĐỘ LẦN II

BỐ CỤC CỦA ĐỀ TÀI
Ngoài phần mở đầu, kết luận, nội dung báo cáo gồm 3 chương:
+ Chương 1: Tổng quan về đề tài
+ Chương 2: Thiết kế, tính toán hệ thống
+ Chương 3: Tổng kết
Phần cuối của bài báo cáo là danh mục tài liệu tham khảo và phụ lục đính kèm.
THỜI GIAN BIỂU ĐỂ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI
+Ngày 30-7 nhận đề tài giao từ công ty.
+Từ 1 đến 15-8 ráp mạch chuyển từ một chiều sang xoay chiều một pha, tìm
cách đưa ra ngõ ra biên dạng sóng sin.
+Từ 16 đến 31-8 hoàn tất mạch đưa ra một pha xoay chiều có biên dạng sóng
sin.
+Từ 1 đến 15-9 thiết kế và thử nghiệm mạch dịch pha 120 độ.
+Từ 16 đến 30 tháng 9 hoàn tất về sơ đồ cho mạch dịch pha 120 và lấy ra một
pha thiết kế bộ nguồn dòng thay đổi được.
+ Trong tháng 10 thiết kế vỏ cho bộ nguồn,ráp thành bộ hoàn chỉnh.
+ Đầu tháng 11 bắt đầu viết báo cáo dự kiến hoàn tất trong tháng 11 để chuẩn bị
báo cáo.

3

BÁO CÁO TIẾN ĐỘ LẦN II

NỘI DUNG
1) Các phương pháp giải quyết vấn đề
Dựa vào kiến thức có được, đọc và tìm hiểu tài liệu trong sách liên quan và trên

internet, thiết kế thử mạch kết hợp với máy dao động kí có trên công ty để đo sóng, từ
đó đúc kết và đưa ra sơ đồ mạch giải quyết được những vấn đề nêu ra.
Học hỏi những thầy có nhiều kinh nghiệm bên mảng này để có hướng giải
quyết nhanh và tốt hơn.
Giải quyết từng mạch nhỏ và sau đó ghép thành mạch hoàn chỉnh
Trong quá trình làm ghi chép chi tiết lại để tránh lặp lại những thiết kế đã loại
bỏ.
Tính toán thử nghiệm để biết được chính xác hơn.
2) Các bước tiến hành để làm.
Bước 1: thiết kế sơ đồ khối tổng thể để nắm được rõ hơn từng vấn đề cần phải
giải quyết.
Nguồn DC cấp
cho mạch

Bộ tạo tần
số và xung
kích 3 pha

Bộ tạo sóng
sin pha 1

Tầng
công
suất

Biến áp1

Bộ tạo sóng
sin pha 2

Tầng
công
suất

Biến áp2

Bộ tạo sóng
sin pha 3

Tầng
công
suất

Biến áp3

Nguồn
dòng
thay
đổi

Bước 2: Từ sơ đồ khối đưa ra tiến hành thử nghiệm từng phần nhỏ.
Mạch tạo ra một pha.
Trong mạch thử nghiệm sao cho sóng ngõ ra có biên dạng tương đối sin và áp ra trước
hết là khoảng 220VAC, tần số khoảng 50Hz. Tiến hành đo đạt và ghi nhận dạng sóng,
tính toán và chỉnh định cho phù hợp

4

Sóng sin có

cùng tần số
BÁO CÁO TIẾN ĐỘ LẦN II

Mạch tạo sóng sin để kích tầng công suất
Sơ đồ khối:
Xung vuông từ
bộ tạo tần số

Mạch chuyển đổi

Sóng sin có
cùng tần số

Trong mạch này sử dụng IC-LM324 để chuyển dạng sóng
o Dùng vi điều khiển để tạo ra dạng sóng ba pha lệch nhau 120 độ.

Pha 1

Vi điều khiển
được lập trình
để tạo ra dạng
sóng ba pha

Pha 2
Pha 3

Chương trình trong vi điều khiển sẽ tạo ra những xung kích làm cho mỗi pha sẽ lệch
nhau 120o và cho phép chỉnh được tần số, dự định dùng vi điều khiển AVR Atmega-8
để điều khiển.
o Bộ nguồn dòng thay đổi được.

PHA A

Bộ điều
chỉnh dòng

Biến áp
dòng

Dòng Ra

Bộ nguồn dòng này yêu cầu phải chỉnh được từ (0-5A), điện áp ngõ ra có thể rất nhỏ
gần bằng 0, nghĩa là chỉ cần có dòng mà không cần có áp.
Bước 3: Sau khi thử nghiệm thành công các vấn đề đặt ra ở bước 2, tiến hành
thiết kế sơ đồ nguyên lý toàn bộ, vẽ sơ đồ layout và đi đến lắp ráp thực tế.
5

BÁO CÁO TIẾN ĐỘ LẦN II

3) Dự kiến kết quả đạt được
Dự kiến sẽ hoàn tất tất cả những yêu cầu mà công ty đưa ra.

4) Đúc kết những gì đã giải quyết được và những gì chưa giải quyết

Những vấn đề đã giải quyết được.
 Mạch chuyển đổi sóng vuông từ bộ dao động sang sóng sin để kích tầng
công suất của bộ nghịch lưu nhằm đưa ra ngõ ra có biên dạng sóng sin.
Sơ đồ mạch:
C4

10 4

VCC 12V

200K

R11

+1 2V

+1 2V

-

1

+

LM324

R10

R1 2
10 K

4

2
3

6
5

-

7

+

LM324

R1 3

11

VR

R1 4 47K

4

IN

VCC

R9
39K

10 4

C5

11

10K

10 K

-1 2V

Sóng vào ra hiển thị trên dao động kí như trên, đây là mạch quyết định biên
dạng sóng ra.
 Mạch nghịch lưu một pha hoàn chỉnh với áp ra 220VAC
Sơ đồ mạch:

6

BÁO CÁO TIẾN ĐỘ LẦN II

200K

VCC

+12V

+12V

LM317
3

7

5 +

LM324

R13
10K

R7

47

2

D1047A

12V
8 T1

R7
470

1

R49 10k

ADJ

6 -

11
-1 2V

2

4
6

+12

R45
10k

VCC

1
LM317

6 -

7

5 +

VIN

R7
VOUT

47

2

2
R7
470

D1047A

BA5A

1

11

R48
10k

LM324

3

5
1

11
10K

10K

VOUT

1

LM324

R10

R12

4

1

VIN

4

2 3 +

VR

R14 47K

4

IN

VCC

104

3

R11

R9
39K

C5

3

104

ADJ

C4
VCC 12V

Dạng sóng ngõ ra đo được trên dao động kí.

Nguyên lý: xung kích từ vi điều khiển đưa vào bộ chuyển đổi sóng và tạo thành
sóng sin, sóng sin này được chia ra. Đầu tiên đưa trực tiếp vào IC LM317 thứ nhất
để tăng dòng kích cho sò công suất 1 và đầu ra của biến áp ta thu được bán kì
dương, xung thứ hai qua một bộ đảo pha làm lệch pha đi khoảng nửa chu kì và đưa
vào IC LM317 thứ hai để tăng dòng kích cho sò công suất 2 và đầu ra của biến áp
ta thu được bán kì còn lại.

 Mạch nghịch lưu một pha chỉnh sửa hoàn chỉnh với áp ra 220v

Sơ đồ mạch:

7

BÁO CÁO TIẾN ĐỘ LẦN II
C 4 104

C 5 104

VC C 12V

200K

R3

R 6 47K
+12V

R2
39K

VC C 12V
R5
6

LM 324

10K

LM 317

R4

3

1

+

-

5

7

+

11

V IN

LM324

R7

VOUT

2

-1 2 V
C4

5

D 1047A

24V
8 T1

R 19
R

4

6

104

VC C 12V

104

C5

4
LM 317

8
TR A N SFO R M ER C T

6
R 21
R

PHASE A
1

5
1

VC C 12V

T2
1

2

1

10K

VC C
R 12
470

11

10K

3

1

3

ADJ

-

4

2

VR3

+12V
4

IN

VCC

VCC

ADJ

2

2
R 14
470

D 1047A

BA 5A

-

1

+

LM 324
11

R4

R5
10K

4

2
3

VR3

+12V

+12V

VOUT

1

R2
39K

V IN

4

IN

3

R 6 47K

3

200K

R3

6
5

-

7

+

LM 324

R7
11

10K
-1 2 V

10K

Đối với sơ đồ trước đó, chỉ sử dụng một bộ tạo sóng sin cho 1 pha sau đó chia
ra cho mỗi xung sin đảo pha nhau 180o và kích vào sò công suất, như vậy sẽ bị hạn chế
ở việc thay đổi biên đô, nếu ta chỉnh pha này sẽ ảnh hưởng đến pha kia và ngược lại.
Đối với sơ đồ này, có hai bộ tạo xung kích độc lập với nhau vì thế mà khi chỉnh xung
kích cho sò công suất của pha này thì không phụ thuộc đến pha kia. Vì vậy dạng sóng
ra được cải thiện tốt hơn trước rất nhiều.
Một phần khác nữa so với sơ đồ trước là ở tầng biến áp cách ly giữa ngõ ra của
IC ổn áp LM317 và ngõ vào của Transistor D1047, biến áp này có tác dụng để bảo vệ
sò công suất. khi mất dao động thì 2 sò công suất có thể dẫn điện mạnh làm ngắn mạch
và gây hư hỏng sò.
Dạng sóng đo được như sau:

8

BÁO CÁO TIẾN ĐỘ LẦN II

Dự định dùng vi điều khiển AVR-Atmega8 để tạo ra ba pha lệch nhau 120o

9

BÁO CÁO TIẾN ĐỘ LẦN II
V C C _ 5 V
R 1

C 5
22 p

C
C
C
C
D
D

0 (A D C 0 )
1 (A D C 1 )
2 (A D C 2 )
3 (A D C 3 )
C 4 /S D A )
C 5 /S C L )
A D C 6
A D C 7

R E S E T

2
2
2
2
2
2
1
2

O
O
O
O
O
O

U T1
U T2
U T3
U T4
U T5
U T6
R ea d A D C

3
4
5

6
7
8
9
2

1 5
1 7
1 6

V C C

V C C

G N D

G N D

2 9

V R 2

2 1

G N D

P B 3 (M O S I/O C 2 )
P B 5 (S C K )
P B 4 (M IS O )

3

Y 1
1 6 M H z

P
P
P
P
P C 4 (A
P C 5 (A

5

1 8

2 0
A R E F
P B 7 (X T A L 2 /T O S C 2 )

P B 0 (IC P )
P B 1 (O C 1 A )
P B 2 (S S /O S C 1 B )

P C 6 (R E S E T )

8

4

(R X D )
(T X D )
(IN T 0 )
(IN T 1 )
(X C K /T 0 )
(T 1 )
(A IN 0 )
(A IN 1 )

A V C C

0
1
2
3
4
5
6
7

V C C

V C C
D
D
D
D
D
D
D

D

7

1 2
1 3
1 4

P
P
P
P
P
P
P
P

P B 6 (X T A L 1 /T O S C 1 )

3 0
3 1
3 2
1
2
9
1 0
1 1

6

1 0 K
IC 1
A T M e g a 8 -T Q F P 3 2

V R 3

C 6
2 2 p
V C C
J 8
1
2
3
4
5
6

R E S E T
C 1
1 0 4

C O N 6

Vi điều khiển sẽ có nhiệm vụ tạo ra các xung kích để đưa vào bộ chuyển đổi sóng,
mỗi pha được kích lệch nhau về mặt thời gian là

1
T. tần số của các xung kích
3

được thay đổi băng giải thuật của chương trình.
Đầu tiên pha thứ nhất sẽ được kích, bộ chuyển đổi sóng sẽ chuyển đổi sóng vuông
thành sóng sin để đưa vào tầng công suất sau đó đưa ra biến áp và cảm ứng ra phía
ngoài. Pha thứ hai được kích sau
thứ 3 thì lệch đi tiếp

1
T và có nguyên lý giống như pha thứ nhất, pha
3

1
T so với pha thứ hai và có nguyên lý giống như vậy. cứ như
3

thế ta thu được dạng sóng ba pha mỗi pha lệch nhau 120 0 . Biến trở được gắn vào
chân adc của vi điều khiển, khi ta chỉnh biến trở nghĩa là thay đổi giá trị adc đưa
vào, giá trị adc sẽ được cập nhật khi có ngắt xảy ra. Khi giá trị adc thay đổi sẽ làm
thay đổi chu kì kích ba pha và làm thay đổi tần số.
 Ghép 3 tầng 1 pha thành ba pha với giải thuật vi điều khiển.
Khi đã thử nghiệm một pha xong chúng em tiến hành thử nghiệm ba pha băng cách
ghép ba tầng một pha lại, nguyên lý hoạt động của mỗi pha giống nhau và lệch
nhau nhau 120o

10

BÁO CÁO TIẾN ĐỘ LẦN II

Sơ đồ nguyên lý tổng thể đã được thử nghiệm và cho ra dạng sóng đo được trên
dao động kí:

Bộ nguồn dòng thay đổi được với sơ đồ như sau:

o

Q 6
T R IA C

C13

Q 1

VR 6

PHASE A

D IO D E D IA C

C10

8

5

BA D ong

BA 5A
4

1

T4

MACH DONG

Khi thay đổi VR nạp cho tụ C13 làm thay đổi góc kích cho triac khi đó triac sẽ dẫn mạnh hoặc
yếu làm cho dòng ngõ ra thay đổi.
o Toàn bộ sơ đồ mạch được thiết kế như sau.
C4

104

104

C 5

VC C 12V

VCC

V C C 12V
R5
6

LM 324

10K

7

+

11

3

V IN

VOUT

LM 324

R7

2

VCC
R 12
470

11

10K

10K

T2
1

R 21

R

TR A N S F O R M E R C T

PHASE A
1

C10

5
1

BA 5A

D 1047A

R 14
470

BA D ong

BA 5A

2

VR 3

R5

-

3

VCC

1

+

6

LM324

10K

7

+

LM 324

R 7
11
10K

-1 2 V
VR2

LM 324

6

10K

-

5

R 16

+

LM 324

2
R 19
R

5

4
LM317

10K

3

V IN

2

VOU T
ADJ

C7

D 1047A

24V

4

R 26 47

R 21
R

C11

1
5
2

R 27
470

104

PHASE B

6

8
TR AN SF O R MER C T

BA 5A

D 1047A

1

104

3

V C C 12V

CON6
C6

1

T2

6

11

10K

VCC

R 25
470

7

R 20

11

VR 4

R 18

1

+

R 24 47

8 T1

ADJ

-

3

2

VOU T

4

2

-1 2 V

200K

R 17
V C C 12V

VC C
4
-

3

+

LM 324

6

10K

LM 324
11

10K

V C C 12V
LM 317
3

+12V

V IN

+12V
R 31

1

+

LM 324

10K

6
5

7

+

V C C 12V

LM324

4

11

LM 317
3

V IN

VOUT
AD J

104

R 29
VCC

104

C 9

200K

1

C8

V C C 12V

R 32 47K

+12V
+12V

R28
39K

R 39 47

11
10K

-1 2 V

3

-

1

+

LM 324

R30
10K

R 31
10K

4

2

-1 2 V

2

D 1047A

24V
8 T1

1

T2

5

R 19
R

4

6

-

R 33

10K

VCC
R 38
470

1

-

3

VR5

2

4
2

R 30

IN

R 37 47
VOUT

3

R 32 47K

1

VCC
R 28
39K

104

C9

200K

6
5

-

7

+

LM 324

R 33
10K

11

2

8

1

TR A N S F O R M E R C T

5
2

R 40
470

PHASE C

6
R 21
R
1

104

R 29

AD J

C 8

VC C 12V

D 1047A

3

-1 2 V

VR5

7

+

R 20

10K

IN

-

5

R 16
11

VR 4

R 18

1

4

2

4

IN

R 19 47K

+12V
+12V

R 15
39K

4

C3
104

V IN

1

1
2

3
4
5
6

LM317
3

+12V

R 15
39K

IN

V C C 12V
R 19 47K

4

J8

104

+12V

1

VC C
VCC

C7

200K

R 17

1

V C C 12V

104

3

C6

4

MACH DONG

-

5

R4
10K

C2
22p

T4

1

+12V

8

2

5

2

AD J

R 6 47K

VOUT

3

V IN

1

IN

VCC

RESET

D IO D E D IA C

4
6

8

4

O U T6
R ead A D C

VC C

R 2
39K

11

C1
22p

3
+12V

VR1
Y 1

16M H z

200K

R3

O U T4

15
17
16

4
LM 317

11

P B 3 (M O S I/O C 2 )
P B 5 (S C K )
P B 4 (M IS O )

O U T1
O U T2

23
24
25
26
27
28

19
22

VR6

4

0 (A D C 0 )
1 (A D C 1 )
2 (A D C 2 )
3 (A D C 3 )
C 4 /S D A )
C 5 /S C L )
ADC6
ADC7

V C C 12V

104

C5

11

VC C
VCC
AVCC
AREF

P B 0 (IC P )

P B 1 (O C 1 A )
P B 2 (S S /O S C 1 B )

PC
PC
PC
PC
P C 4 (A D
P C 5 (A D

P B 7 (X T A L 2 /T O S C 2 )
GND
GN D
G ND

0 (R X D )
1 (T XD )
2 (IN T 0 )
3 (IN T 1 )
4 (X C K /T 0 )
5 (T 1 )
6 (A IN 0 )
7 (A IN 1 )

P B 6 (X T A L 1 /T O S C 1 )

D
D
D
D