Đề tài TÍNH TOÁN THIẾT kế MẠCH NGHỊCH lưu điên ̣ áp môt PHA ̣ 12VDC – 220VAC

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.05 MB, 53 trang )

TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CAO THẮNG
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Đề tài:
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MẠCH
NGHỊCH LƯU ĐIÊN
̣ ÁP MỘT PHA
12VDC – 220VAC
GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU PHƯỚC
SVTH: HUỲNH MINH QUỐC
VÕ THIỆN VĨ
LỚP: CĐ ĐKTĐ 19A
TP.HCM, tháng 6 năm 2021

LỜI NĨI ĐẦU
Trong thời đại ngày nay điện tử cơng suất đóng một vai trị hết sức quan trọng
trong đời sống. Việc biến đổi năng lượng từ dạng này sang dạng khác nhờ các mạch
công suất được ứng dụng rộng rãi. Đặc biệt nhờ có sự phát triển của van bán dẫn
công suất mà lĩnh vực này ngày càng phát triển mạnh mẽ. Ta có thể phân loại thành
một số dạng biến đổi sau: AC→DC (Chỉnh lưu); DC→AC (Nghịch lưu); AC→AC
(Điều chỉnh điện áp xoay chiều); DC→DC (Điều chỉnh điện áp một chiều). Mỗi
nhóm trên đều có những ứng dụng riêng của nó trong từng lĩnh vực cụ thể.
Q trình thực hiện đồ án này dưới sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Hữu Phước
nhóm thực hiện đề tài đi sâu tìm hiểu mảng biến đổi năng lượng một chiều ra năng
lượng xoay chiều mà cụ thể là mạch kích điện áp 12V một chiều lên điện áp 220V
xoay chiều công suất 30W. Mạch này được ứng dụng nhiều trong đời sống sinh
hoạt. Mạch có nhiê ̣m vụ cung cấp nguồn năng lượng cho tải khi xảy ra sự cố mất
điện. Do thời gian thực hiện khơng nhiều nên cịn nhiều hạn chế. Chúng em sẽ tiếp

tục tìm hiểu và phát triển mở rộng hơn nữa các ứng dụng của mạch sau này.

LỜI CẢM ƠN
Nhóm thực hiện đề tài xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Hữu Phước đã tận
tình quan tâm hướng dẫn nhóm thực hiện đề tài trong suốt thời gian qua. Do cịn
việc hạn chế về trình độ ngoại ngữ, chuyên môn và thiếu kinh nghiệm làm bài nên
báo cáo của nhóm cịn nhiều khiếm khuyết, sai sót. Nhóm thực hiện đề tài mong
nhận được nhiều ý kiến đóng góp cũng như những lời khun hữu ích từ thầy có thể
thấy rõ những điều cần nghiên cứu bổ sung, giúp cho việc xây dựng đề tài đạt đến
kết quả hồn thiện hơn và tạo tiền đề cho nhóm sau này.
Nhóm thực hiện đề tài xin chân thành cảm ơn!

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________

____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
TP.HCM, ngày… tháng … năm 2021
Giảng viên hướng dẫn

MỤC LỤC
CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI....................................................................1
1.1 Đă ̣t vấn đề........................................................................................................1
1.2 Mục tiêu của đề tài..........................................................................................1
1.3 Nô ̣i dung của đề tài..........................................................................................1
1.4 Ý nghĩa của đề tài............................................................................................1
CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT...........................................................................3
2.1 Cơ sở lý thuyết................................................................................................3
2.1.1 Dòng điện một chiều DC (Direct Current)................................................3
2.1.2 Dòng điện xoay chiều AC (Alternating Current)......................................4
2.1.3 Bộ đổi điện (Bộ kích điện)........................................................................5
2.2 Nghịch lưu.......................................................................................................6
2.2.1 Giới thiệu về nghịch lưu...........................................................................7
2.2.1.1 Nghịch lưu phụ thuộc........................................................................7
2.2.1.2 Nghịch lưu độc lập.............................................................................7
2.2.2 Phạm vi ứng dụng của mạch nghịch lưu.................................................11
2.3 Tổng quan và giới thiệu các linh kiện............................................................11

2.3.1 IC (Intergrated Cicuit)............................................................................11
2.3.1.1 Tổng quan về IC..............................................................................11
2.3.1.2 IC CD4047.......................................................................................12
2.3.1.3 IC LM358........................................................................................14
2.3.2 Transistor................................................................................................16
2.3.2.1 Tổng quan về Transistor..................................................................16
2.3.2.2 Transistor 2N3055...........................................................................17
2.3.2.3 Transistor H1061.............................................................................19
2.3.3 Linh kiện điện tử thụ động......................................................................20
2.3.3.1 Tổng quan về linh kiện điện tử thụ động..........................................20
2.3.3.2 Điện trở (Resistor)...........................................................................20
2.3.3.3 Tụ điện (Capacitor)..........................................................................22
2.3.4 Diode......................................................................................................25
2.3.4.1 Tổng quan về Diode.........................................................................25

2.3.4.2 Kí hiê ̣u.............................................................................................25
2.3.4.3 Nguyên lý hoạt đô ̣ng........................................................................25
2.3.4.4 Mô ̣t số loại Diode thường gă ̣p.........................................................25
2.3.5 Cầu chì (Fuse).........................................................................................27
2.3.6 Máy biến áp (MBA)................................................................................29
CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG................................................................31
3.1 Sơ đồ khối mạch tồn mạch...........................................................................31
3.2 Thiết kế..........................................................................................................32
3.2.1 Phân tích u cầu thiết kế mạch nghịch lưu............................................32
3.2.2 Tính tốn, thiết kế mạch điều khiển........................................................33
3.2.3 Thiết kế mạch động lực..........................................................................34
3.2.4 Lựa chọn máy biến áp.............................................................................34
3.3 Mạch nghịch lưu sử dụng IC CD4047...........................................................35
3.4 Thi công mạch...............................................................................................37

3.5 Thực nghiệm test mạch..................................................................................38
CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI............................40
4.1 Kết luận.........................................................................................................40
4.1.1 Về board mạch........................................................................................40
4.1.2 Về kiến thức nắm được...........................................................................40
4.2 Phương hướng phát triển đề tài......................................................................40
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................41

DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ BẢNG
Hình 2. 1: Minh họa sơ đồ mạch điện một chiều DC................................................3
Hình 2. 2: Dịng điện có chiều khơng thay đổi theo thời gian...................................4
Hình 2. 3: Hình ảnh mơ phỏng máy phát điện xoay chiều........................................4
Hình 2. 4: Điện áp dịng điện xoay chiều..................................................................5
Hình 2. 5: Dạng sóng vng.....................................................................................5
Hình 2. 6: Dạng sóng giả sin....................................................................................6
Hình 2. 7: Dạng sóng chuẩn sin................................................................................6
Hình 2. 8: Sơ đồ nghịch lưu độc lập dịng một pha có điểm giữa.............................8
Hình 2. 9: Sơ đồ nghịch lưu độc lập dòng sử dụng cầu H.........................................8
Hình 2. 10: Sơ đồ nghịch lưu nguồn áp một pha....................................................10
Hình 2. 11: Hình ảnh một số loại IC thơng dụng....................................................12
Hình 2. 12: Hình ảnh IC CD4047 DIP14...............................................................13
Hình 2. 13: Sơ đồ khối IC CD4047........................................................................14
Hình 2. 14: Cấu tạo và sơ đồ chân LM358.............................................................15
Hình 2. 15: Hình ảnh ba nhà Vật lý đã phát minh ra Transistor..............................16
Hình 2. 16: Hình ảnh cấu tạo Transistor.................................................................17
Hình 2. 17: Hình ảnh sơ đồ chân và kí hiệu của Transistor....................................17
Hình 2. 18: Hình ảnh dạng sị và sơ đồ chân của Transistor 2N3055.....................18
Hình 2. 19: Hình ảnh dạng TIP và sơ đồ chân của Transistor 3055........................18
Hình 2. 20: Hình dạng và sơ đồ chân Transistor H1061.........................................19

Hình 2. 21: Kí hiê ̣u điê ̣n trở thường gă ̣p trên mạch điê ̣n.........................................20
Hình 2. 22: Mơ ̣t sớ loại điê ̣n trở..............................................................................21
Hình 2. 23: Mơ ̣t sớ loại điê ̣n trở khác.....................................................................21
Hình 2. 24:Cấu tạo bên trong tụ điê ̣n......................................................................23
Hình 2. 25: Mơ ̣t sớ kí hiê ̣u của tụ điê ̣n trên mạch điê ̣n...........................................23
Hình 2. 26: Mơ ̣t sớ loại tụ điê ̣n...............................................................................24
Hình 2. 27: Kí hiê ̣u Diode trên mạch điê ̣n..............................................................25
Hình 2. 28: Hình ảnh Diode chỉnh lưu....................................................................26
Hình 2. 29: Mơ ̣t loại của Diode Schottky...............................................................26
Hình 2. 30: Hình ảnh và kí hiê ̣u của Diode phát quang (LED)...............................26
Hình 2. 31: Hình ảnh và kí hiê ̣u của Diode thu quang............................................27
Hình 2. 32: Hình ảnh Diode Zener..........................................................................27
Hình 2. 33: Hình ảnh mơ ̣t sớ loại cầu chì................................................................28
Hình 2. 34: Mơ ̣t số kí hiê ̣u cầu chì thường gă ̣p trên mạch điê ̣n..............................29
Hình 2. 35: Hình ảnh mơ phỏng và kí hiệu MBA................................................30Y
Hình 3. 1: Sơ đồ khối mạch nghịch lưu..................................................................31
Hình 3. 2: Sơ đờ ngun lý mạch điều khiển..........................................................33
Hình 3. 3: Sơ đồ nguyên lý mạch động lực.............................................................34

Hình 3. 4: Sơ đồ biến áp đối xứng..........................................................................35
Hình 3. 5: Máy biến áp đối xứng 12V 3A...............................................................35
Hình 3. 6: Sơ đồ nguyên lý sử dụng IC CD4047....................................................35
Hình 3. 7: Hình ảnh mơ phỏng 3D của mạch nghịch lưu........................................37
Hình 3. 8: Mạch đồng đã in và ngâm......................................................................37
Hình 3. 9: Board mạch đã hàn xong.......................................................................38
Hình 3. 10: Mặt dưới của board..............................................................................38
Hình 3. 11: Đo điện áp ở đầu ra của máy biến áp...................................................39
Hình 3. 12: Hình ảnh test với tải là bóng đèn 20W.................................................39
Bảng 3. 1: Danh sách linh kiện sử dụng trong mạch...............................................36

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI

CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI
1.1 Đă ̣t vấn đề
Hiê ̣n nay vào thời kì công nghê ̣ tiên tiến, nền kỹ thuâ ̣t bán dẫn công suất đang
phát triển nhanh chóng dẫn đến các thiết bị biến đổi điê ̣n năng dùng các linh kiê ̣n
bán dẫn công suất đã được sử dụng nhiều trong công nghiê ̣p và đời sống nhằm đáp
ứng nhu cầu sử dụng điê ̣n năng ngày càng cao của con người.
Viê ̣c tạo ra dòng điê ̣n đồng thời đã tạo ra bước tiến vĩ đại trong lịch sử loài
người cùng với sự phát triển công nghiê ̣p như hiê ̣n nay thì không thể nào phủ nhâ ̣n
sự tích cực của dòng điê ̣n. Dòng điê ̣n xoay chiều được tạo ra theo nhiều phương
pháp khác nhau như thủy điê ̣n, nhiê ̣t điê ̣n,… mà trong đó có phương pháp dùng
nguồn điê ̣n mô ̣t chiều thông qua bô ̣ biến đổi nghịch lưu để tạo ra dòng điê ̣n xoay
chiều cũng là mô ̣t phát minh lớn của con người.
Trong quá trình học tâ ̣p và thực hành môn điê ̣n tử công suất, nhóm thực hiê ̣n đề
tài quyết định tìm hiểu và nghiên cứu “ Mạch nghịch lưu” để có thể nắm vững kiến
thức lý thuyết và áp dụng kiến thức đó vào trong cuô ̣c sống hằng ngày.
1.2 Mục tiêu của đề tài
Nắm được một cách tổng quan về các phần tử bán dẫn công suất.
Nghiên cứu về các mạch nghịch lưu, hiểu được nguyên lý làm việc của mạch
nghịch lưu, các phương pháp biến đổi từ đó lựa chọn một phương án tối ưu nhất để
áp dụng trên đồ án của mình và ngồi thực tiễn.
1.3 Nơ ̣i dung của đề tài
Nô ̣i dung chính của đề tài này gồm có:
 Sơ lược về dòng điê ̣n mô ̣t chiều, dòng điê ̣n xoay chiều, bô ̣ đổi điê ̣n.
 Sơ lược về mạch nghịch lưu và các loại nghịch lưu.

 Tổng quan và giới thiê ̣u về các linh kiê ̣n sử dụng trong đề tài mạch nghịch
lưu này.
 Tính toán và thiết kế mạch mạch nghịch lưu.
 Rút ra kết luâ ̣n và phương hướng phát triển.
1.4 Ý nghĩa của đề tài

Trang 1

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI

Giúp nhóm thực hiê ̣n đề tài củng cố kiến thức, tổng hợp và nâng cao kiến thức
chuyên nghành cũng như kiến thức ngoài thực tế.
Đề tài còn mang tính chế tạo, thiết kế mô hình mạch điê ̣n giúp nhóm thực hiê ̣n
đề tài cũng như các sinh viên khác có thêm cảm hứng tham khảo, học tâ ̣p.
Kết quả thu được sau khi hoàn thành đề tài này sẽ giúp ích rất nhiều cho viêc̣
trao dồi kiến thức lý thuyết cũng như kĩ năng thực hành làm viêc̣ nhóm, dễ dàng áp
dụng những kiến thức kĩ năng đó trong học tâ ̣p và ngoài thực tế.

Trang 2

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

CHƯƠNG 2
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 Cơ sở lý thuyết
2.1.1 Dòng điện một chiều DC (Direct Current)
a. Khái niệm
Dòng điện một chiều là dòng chuyển động đơn hướng của các điện tích. Dịng

điện một chiều được tạo ra từ các nguồn như pin, tế bào năng lượng mặt trời. Dịng
điện một chiều có thể di chuyển trong vật dẫn như dây điện hoặc trong các vật liệu
bán dẫn, vật liệu cách điện hoặc trong chân khơng ví như trong các chùm ion hoặc
chùm electron. Trong dịng một chiều, các điện tích chuyển động theo cùng một
chiều là từ cực âm của nguồn điện sang cực dương, khác với chiều của dòng điện
xoay chiều và chiều dịng điện quy ước.

Hình 2. 1: Minh họa sơ đồ mạch điện một chiều DC
b. Tính chất
 Cường độ dịng điện một chiều có thể tăng hoặc giảm nhưng khơng hề đổi
chiều.
 Dịng điện một chiều được tạo ra từ các nguồn như pin, nguồn năng lượng
mặt trời.
 Dòng điện đi từ cực dương của nguồn điện qua các thiết bị điện đến cực âm
của nguồn điện.
 Dòng điện một chiều là dòng chuyển động của các hạt electron mang điện

theo chiều chuyển động một hướng nhất định từ dương sang âm hay dòng
chuyển động của các điện tử tự do.

Trang 3

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Hình 2. 2: Dịng điện có chiều khơng thay đổi theo thời gian
2.1.2 Dịng điện xoay chiều AC (Alternating Current)
a. Khái niệm
Dòng điện xoay chiều là dòng điện có chiều và cường độ biến đổi điều hồ
theo thời gian, những thay đổi này thường tuần hoàn theo một chu kỳ nhất định.

Dòng điện xoay chiều thường được tạo ra từ các máy phát điện xoay chiều hoặc
được biến đổi từ nguồn điện một chiều bởi một mạch điện tử thường gọi là bộ
nghịch lưu dùng các thyristor hoặc transistor.

Hình 2. 3: Hình ảnh mơ phỏng máy phát điện xoay chiều
b. Chu kỳ và tần số
Chu kỳ của dòng điện xoay chiều kí hiệu T là khoảng thời gian mà điện xoay
chiều lặp lại vị trí cũ, chu kỳ được tính bằng giây (s).
Tần số kí hiệu f là số lần lặp lại trạng thái cũ của dòng điện xoay chiều trong
một giây (Hz).

Trang 4

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Cơng thức:
f=

1
T

(2.1)

Hình 2. 4: Điện áp dòng điện xoay chiều
Hiện nay, hệ thống điện dân dụng của Việt Nam sử dụng là 220V 50Hz.
2.1.3 Bộ đổi điện (Bộ kích điện)
a. Khái niệm
Bộ đổi điện là thiết bị có tác dụng đổi nguồn điện một chiều DC sang điện xoay
chiều AC để sử dụng cho các thiết bị xoay chiều.

b. Phân loại
Trên thị trường hiện nay có ba loại:
 Bộ đổi điện sóng vng (square wave): là dạng kích điện cho ra sóng
vng. Đây là dạng kích điện rẻ và dễ làm nhất. Dạng này dùng được cho
hầu hết các thiết bị điện tần số 50 -60Hz nhưng nếu sử dụng lâu cho các
thiết bị sẽ làm hỏng thiết bị.

Hình 2. 5: Dạng sóng vng
Trang 5

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

 Bộ đổi điện sóng giả sin (modified sine wave): cũng là một dạng sóng
vng nhưng được điều chỉnh cho giống dạng sóng sin. Loại inverter này
có thể dùng cho tất cả thiết bị điện xoay chiều và hiện nay cũng có nhiều
dạng đang bán trên thị trường.

Hình 2. 6: Dạng sóng giả sin
 Bộ đổi điện sóng chuẩn sin: Là dạng bộ đổi điện cho ra sóng sin dạng chuẩn
như sin thật. Hầu như khơng có khác biệt giữa điện lưới và nguồn điện ra
của bộ đổi điện inverter này, nguồn điện ra này còn gọi là điện sạch. Nếu
cần nối lưới, chắc chắn phải dùng dạng này. Tuy có nhược điểm là tiêu hao
khơng tải cao nhưng do sóng sin chuẩn như điện lưới, thiết bị điện được bảo
vệ tốt nhất, không bị hỏng hóc như dùng loại sóng vng hay giả sin. Bộ
đổi điện sin chuẩn khi hoạt động không gây tiếng ồn, khơng gây méo hài.

Hình 2. 7: Dạng sóng chuẩn sin
2.2 Nghịch lưu
2.2.1 Giới thiệu về nghịch lưu

Trang 6

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Bộ nghịch lưu là bộ biến đổi tĩnh đảm bảo biến đổi một chiều thành xoay chiều.
Nguồn cung cấp là một chiều, nhờ các khóa chuyển mạch làm thay đổi cách nối
đầu vào và đầu ra một cách chu kì để tạo nên đầu ra xoay chiều. Khác với bộ biến
tần việc chuyển mạch được thực hiện nhờ lưới điện xoay chiều, còn trong bộ nghịch
lưu hoặc trong bộ điều áp một chiều hoạt động của chúng phụ thuộc vào loại nguồn
và tải.
Có hai loại nghịch lưu: nghịch lưu phụ thuộc và nghịch lưu độc lập.
2.2.1.1 Nghịch lưu phụ thuộc
 Bộ nghịch lưu này làm việc ở chế độ phụ thuộc vào lưới điện xoay chiều
được gọi là bộ nghịch lưu phụ thuộc.
 Nghịch lưu phụ thuộc có sơ đồ nguyên lý giống như chỉnh lưu có điều
khiển.
 Mạch nghịch lưu phụ thuộc là mạch chỉnh lưu trong đó có nguồn một chiều
được đổi dấu so với chỉnh lưu và góc mở  của các tiristo thỏa mãn điều
kiện (/2 <  <  ) lúc đó cơng suất của máy phát điện một chiều trả về lưới
xoay chiều.
 Tần số và điện áp của mạch nghịch lưu này phụ thuộc vào tần số lưới điện
quốc gia.
2.2.1.2 Nghịch lưu độc lập
Bộ nghịch lưu độc lập (với các nguồn độc lập như acquy, máy phát điện…).
Nghịch lưu độc lập làm nhiệm vụ biến đổi điện áp một chiều từ các nguồn độc lập
(không phụ thuộc vào lưới xoay chiều) thành xoay chiều với tần số pha tùy ý. Tần
số và điện áp nghịch lưu nói chung có thể điều chỉnh được.
Nghịch lưu độc lập được chia thành hai loại: Nghịch lưu độc lập nguồn dòng và
nghịch lưu đô ̣c lâ ̣p nguồn áp.

a. Nghịch lưu độc lập nguồn dịng
Nghịch lưu độc lập nguồn dịng thì ln định ra một dịng điện có biên độ, tần
số, góc pha và thứ tự pha không phụ thuộc vào loại tải và chỉ phụ thuộc vào tín hiê ̣u
điều khiển, dịng điện thường có dạng hình chữ nhật cịn điện áp phụ thuộc vào tải
có thể là hình chữ nhật, hình răng cưa, hình sin, dạng hàm mũ.
 Nghịch lưu độc lập dịng một pha có điểm giữa:

Trang 7

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Sơ đồ nguyên lý:

Hình 2. 8: Sơ đồ nghịch lưu độc lập dòng một pha có điểm giữa
Hoạt động của mạch:
Giả thiết cho xung mở T1. Điểm A được T1 nối với cực âm của nguồn E. Bây
giờ V0-Va=u1=E, do hiệu ứng biến áp tự ngẫu nên Vb-V0=u1=E. Như vậy tụ điện C
được nạp điệp áp bằng 2E, bản cực dương ở bên phải.
Bây giờ nếu cho xung mở T2, Thyristor này mở và đặt điện thế điểm B vào
mạch Catot T1 khiến T1 bị khóa lại, tụ điện C sẽ bị nạp ngược lại, sẵn sàng để khóa
T2 khi cho xung mở T1. Phía thứ cấp nhận được dòng “sin chữ nhật” mà tần số của
nó thuộc vào nhịp phát xung mở T1, T2.
 Nghịch lưu độc lập nguồn dòng sử dụng cầu H
Sơ đồ mạch:

Hình 2. 9: Sơ đồ nghịch lưu độc lập dịng sử dụng cầu H
Hoạt đơ ̣ng của mạch:
Trang 8

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Các tín hiệu điều khiển được đưa vào từng đôi thyritstor T1, T2 lệch pha với tín
hiệu điều khiển đưa vào đơi T3, T4 một góc 180 độ điện. Điện cảm đầu vào nghịch
lưu lớn do đó dịng điện vào id được san phẳng, nguồn cấp cho nghịch lưu là nguồn
dòng và dạng dòng điện nghịch lưu (i) có dạng xung vng. Khi đưa xung vào mở
cặp van T1, T2, dòng điện i =i d =I d . Đồng thời dòng qua tụ C tăng lên đột biến, tụ C
bắt đầu nạp với cực (+) ở bên trái và cực (-) ở bên phải. Khi tụ C nạp đầy, dịng qua
tụ giảm về khơng. Do i = i c =id =const , nên lúc đầu dịng qua tải nhỏ và sau đó dịng
qua tải tăng lên. Sau một nửa chu kỳ ( t=t 1 ¿ người ta đưa vào mở cặp T3, T4. Cặp
T3, T4 mở tạo ra q trình phóng điện của tụ C từ cực (+) về cực (-). Dịng phóng
ngược chiều với dòng qua T1, T2 sẽ làm cho T1 và T2 bị khóa lại. Q trình chuyển
mạch gần như tức thời. Sau đó tụ C sẽ nạp điện theo chiều ngược lại với cực (+) ở
bên phải và cực (-) ở bên trái. Dòng nghịch lưu i¿ id =−i d ( đã đổi dấu). Đến thời
điểm t =t 2, người ta đưa xung vào mở T1, T2 thì T3, T4 sẽ bị khóa lại và q trình
được lặp lại như trước.
Như vậy chức năng cơ bản của tụ C làm nhiệm vụ chuyển mạch cho các
Thyritstor. Tại thởi điểm t1, khi mở T3 và T4 thì T1 và T2 sẽ bị khóa lại bởi điện áp
ngược của tụ C đặt vào. Khoảng thời gian duy trì điện áp ngược ( t 1 ¿ t ' 1 ¿ là cần thiết
để duy trì q trình khóa và phục hồi tính điều khiển của van và t ' 1−t 1=t k ≥ t off là
thời gian khóa của Thyritstor hay chính là thời gian phục hồi tính điều khiển.
b. Nghịch lưu độc lập nguồn áp
Nghịch lưu độc lập nguồn áp thì ln định ra một điện áp có biên độ, tần số,
góc pha và thứ tự pha không thuộc vào loại tải và chỉ phụ thuộc vào tín hiệu điều
khiển, điện áp thường có dạng hình chữ nhật cịn dịng điện phụ thuộc vào tải có thể
là hình chữ nhật, hình răng cưa, hình sin, dạng hàm mũ.
 Sơ đờ mạch nghịch lưu nguồn áp mô ̣t pha

Trang 9

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Hình 2. 10: Sơ đồ nghịch lưu nguồn áp một pha
Trong đó:
T1, T2, T3, T4: Là các IGBT có nhiệm vụ để đóng cắt hoặc điều chỉnh
thay đổi điện áp xoay chiều ra tải
R, L: là phụ tải
D1, D2, D3, D4: Là các diode dẫn dịng khi tải trả năng lượng về nguồn
ni
Is: là dịng nguồn xoay chiều dạng răng cưa
Khi is > 0 thì nguồn cung cấp năng lượng cho tải (các thyristor dẫn dịng)
Khi is < 0 thì tải trả năng lượng về nguồn ni (các diode dẫn dịng)
C: Tụ điện có nhiệm vụ san phẳng điện áp đầu vào và dự trữ năng
lượng dưới dạng điện trường
 Hoạt động của mạch:
Giả sử T2 và T4 đang cho dòng chạy qua (dòng tải đi từ B đến A). Khi t = 0 cho
xung mở T1 và T3, T2 và T4 bị khóa lại, dịng tải i s = -Im khơng thể đảo chiều một
cách đột ngột. Nó tiếp chảy theo chiều cũ nhưng theo mạch D1 đến E đến D3 đến
tải đến D1 và suy giảm dần, D1 và D3 dẫn dòng khiến T1 và T3 vừa kịp mở đã bị
khóa lại. Khi t =t1, i = 0, D1 và D3 bị khóa lại, T1 và T3 sẽ mở lại do vẫn còn xung
điều khiển tác đô ̣ng ở các cực G1, G3 dòng tải i > 0 và chạy theo chiều từ A đến B.
Giai đoạn t = 0 đến t1 là giai đoạn hoàn năng lượng. Khi t =

T
( tại thời điểm t 2)
2

cho xung mở T2 và T4, T1 và T3 bị khóa lại, dịng tải chạy qua D2 và D4 khiến

cho T2 và T4 vừa kịp mở khóa đã bị khóa lại. Khi t = t 3, i = 0, T2 và T4 sẽ mở lại,
i < 0 chảy theo chiều B đến A. Dòng tải I biến thiên theo quy luật hàm mũ giữa hai
giá trị Im và –Im.
Trang 10

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.2.2 Phạm vi ứng dụng của mạch nghịch lưu
Bộ nghịch lưu là bộ phận chủ yếu của các bộ biến tần, được sử dụng rộng rãi
trong các lĩnh vực như cung cấp điện, các hệ điều khiển tốc độ động cơ điện xoay
chiều, truyền tải điện năng HVDC ( high voltage direct curent).
Ứng dụng trong các bộ lưu điện UPS đang được phổ biến hiện nay. UPS là một
nguồn điện dự phòng, cung cấp tạm thời điện năng nhằm duy trì hoạt động của các
thiết bị điện khi xảy ra sự cố, đảm bảo an toàn dữ liệu và an toàn hệ thống.
Truyền tải điện cao áp một chiều, luyện kim, các bộ biến đổi cho các nguồn
năng lượng mới, làm nguồn điện xoay chiều cho nhu cầu gia đình, hệ thống chiếu
sáng, bộ chuyển đổi nguồn ở những nơi khơng có điện lưới như trên ơ tô phục vụ
cho các thiết bị quạt, ti vi, trong lĩnh vực bù nhiễu công suất phản kháng.
Nếu sử dụng inverter sóng vng thì chỉ sử dụng hạn chế cho máy tính, TV,
VCD, đèn thắp sáng vì dịng điện nó tạo ra có nhiều sóng hài. Nếu dùng cho quạt
điện, sóng hài tạo ra tiếng kêu và nóng động cơ, lâu dài dẫn đến cháy tụ khởi động
và các cuộn dây. Để dùng cho quạt và các phụ tải động cơ, biến áp cần dùng
Inverter sóng sin.
2.3 Tổng quan và giới thiệu các linh kiện
2.3.1 IC (Intergrated Cicuit)
2.3.1.1 Tổng quan về IC
a. Tên gọi và lịch sử ra đời
IC là viết tắt của từ Intergrated Cicuit, có nghĩa là mạch tích hợp được phát
minh bởi một kỹ sư người Đức vào ngày 12 tháng 9 năm 1958.

b. Cấu tạo cơ bản
IC là tập hợp các linh kiện bán dẫn nhỏ (như là transistor) và các linh kiện thụ
động (như là điện trở) được kết nối lại với nhau để thực hiện được một số chức
năng xác định.
c. Cơng dụng
IC có cơng dụng trong việc giảm kích thước của mạch điện. Đồng thời nhờ vào
IC mà độ chính xác của thiết bị được tăng lên và là một phần khá quan trọng của
các mạch logic.

Trang 11

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Có khá nhiều loại IC, loại lập trình được và cố định chức năng hay những loại
khơng lập trình được. Mỗi IC có tính chất riêng về môi trường như: nhiệt độ, điện
áp giới hạn, công suất làm việc và tất cả đều được ghi trong Datasheet của nhà sản
xuất tạo ra chúng.
d. Phân loại
 Theo tín hiệu được xử lý bao gồm các loại: IC digital, IC analog, IC hỗn
hợp.
 Theo công nghệ bao gồm các loại: Monolithic, mạch màng mỏng hay mạch
phim, lai mạch dày kết hợp với chip.
 Theo mức độ tích hợp bao gồm các loại: SSI, VLSI, LSI, ULSI.
 Theo công dụng bao gồm các loại: CPU, Memory, công nghệ RFID, IC
logic, ASSP, ASIC, IC cảm biến, DSP, ADC, DAC, FPGA, SoC, IC cơng
suất có thể xử lý các dịng hay điện áp lớn, vi điều khiển ( microcontroller).

Hình 2. 11: Hình ảnh một số loại IC thơng dụng
2.3.1.2 IC CD4047

a. Khái niệm
CD4047 là IC tạo xung vuông thuộc họ CMOS (Complementary Metal Oxide
Semiconductor).
b. Đặc điểm
 IC bao gồm một bộ đa năng có thể điều chỉnh được với các kỹ thuật logic
được kết hợp để cho phép kích cạnh cao hoặc cạnh thấp.
 Với mức tiêu thụ điện năng thấp, hoạt động đầu ra đệm đúng và bổ sung.
 Các đầu vào có đệm kiểm tra tĩnh ở điện áp 20V được chuẩn hóa đặc tính.
 Đặc tính đầu ra đối xứng được chuẩn hóa điện áp với tham số 5V, 10V,
15V.
Trang 12

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

 Đáp ứng tất cả các yêu cầu của tiêu chuẩn JEDEC.

Hình 2. 12: Hình ảnh IC CD4047 DIP14
c. Thông số kĩ thuâ ̣t
 Dải điện áp hoạt động: -0.5 ~ 20V.
 Dải nhiệt độ hoạt động: -55 ~ 125 độ C.
 Độ rộng xung đầu ra độc lập với xung kích.
 Có thể truy xuất lại để mở rộng độ rộng xung.
 Độ rộng xung dài có thể sử dụng các thành phần RC.
 Độ chính xác độ rộng xung được duy trì theo từng chu kỳ.
d. Cấu tạo và sơ đồ khối
IC CD4047 gồm 14 chân, mỗi chân có một chức năng riêng biệt:
Chân 1 : Đầu vào tụ C.
Chân 2 : Đầu vào điện trở R.
Chân 3 : Đầu vào R-C tạo dao động với tần số định sẵn.

Chân 4 : Trạng thái bền.
Chân 5 : Trạng thái không bền.
Chân 6 : Chân kích khởi âm.
Chân 7 : Nguồn âm.
Chân 8 : Chân kích khởi dương.
Chân 9 : Reset.
Chân 10 : Đầu ra xung vuông bán kỳ dương.
Chân 11 : Đầu ra xung vng bán kỳ âm.
Chân 12 : Kích khởi lại.
Chân 13 : Đầu ra OSC.
Chân 14 : Nguồn dương.
Tần số xung vng được tính theo cơng thức:
Trang 13

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1

f = 4.4 RC

(2.1)

Trong đó: f được tính bằng Hz
R được tính bằng Ohm
C được tính bằng Farads

Hình 2. 13: Sơ đồ khối IC CD4047
e. Hoạt động của IC
IC CD4047 có khả năng hoạt động ở một trong hai chế độ đơn ổn hoặc astable.

Nó địi hỏi một tụ điện bên ngồi (giữa chân 1 và 3) và một điện trở bên ngoài (giữa
chân 2 và 3) để xác định độ rộng xung đầu ra trong chế độ đơn ổn, và tần số đầu ra
trong chế độ astable.
Hoạt động của chân astable được phép khi đạt đầu vào chân 5 ở mức cao hoặc
mức thấp của chân 4 hoặc của 2 chân. Độ rộng của xung vuông của Q và Q´ là hàm
của đầu vào phụ thuộc vào R C.
Chân 5 astable cho phép mạch làm bộ tạo dao động đa hài qua cổng 5. Độ rộng
xung ở chân 13 bằng 1/2 đầu ra Q trong chế độ astable. Trong chế độ ổn định đơn
khi có điện dương ở đầu vào + trigger (8) khi chân - trigger (6) ở mức thấp các xung
đầu vào có thể thuộc bất kỳ thời điểm nào tương ứng với xung đầu ra. Chân 12 cho
phép kích mở trở lại khi nó là xung dương.
2.3.1.3 IC LM358
a. Khái niệm và đặc điểm
Là bộ khuếch đại thuật tốn kép cơng suất thấp.
Bộ khuếch đại này có ưu điểm hơn so với bộ khuếch đại thuật toán chuẩn trong
các ứng dụng dùng nguồn đơn.
Trang 14

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

b. Thông số kỹ thuật
 Dải nguồn hoạt động:
Với nguồn đơn: 3 ~ 32VDC.
Với nguồn đôi: 1.5 ~ 16VDC.
 Độ lợi khuếch đại DC là 100dB.
 Dải tần hoạt động là 1MHz.
 Điện áp ngõ ra: 0 ~ ±1.5VDC.
 Dịng hoạt động thấp: 500µA.
c. Cấu tạo và sơ đồ khối

Cấu tạo bên trong gồm hai bộ thuật tốn nên tương thích với nhiều loại mạch
logic khác nhau.
Có hai opamp bên trong đều có thể vận hành từ một nguồn duy nhất vào chân 8.

Hình 2. 14: Cấu tạo và sơ đồ chân LM358
d. Hoạt đô ̣ng Op-amp
Đầu vào vi sai của mạch khuếch đại gồm có đầu vào đảo và đầu vào khơng đảo.
Mạch khuếch đại thuật toán thực tế sẽ chỉ khuếch đại hiệu số điện thế giữa hai
đầu vào này. Điện áp này được gọi là điện áp vi sai đầu vào.
Trong hầu hết các trường hợp, điện áp đầu ra của mạch khuếch đại thuật tốn sẽ
được điều khiển bằng cách trích một tỉ lệ nào đó của điện áp ra để đưa ngược về đầu
và đảo. Tác động này được gọi là hồi tiếp âm.
Nếu tỷ lệ trên bằng 0, thì có nghĩa là khơng có hồi tiếp âm, mạch khuếch đại
được gọi là hoạt động ở vòng hở. Và điện áp ra sẽ được tính như sau:
Vra = (V+ - V-) * Gvongho

Trang 15

(2.2)

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Trong đó: V+ là điện áp tại đầu vào không đảo
V- là điện áp tại đầu vào đảo
Gvongho là độ lợi vòng hở của mạch khuếch đại
e. Ứng dụng
IC LM358 được ứng dụng trong các mạch cảm biến, mạch khuếch đại tín hiệu
nhỏ, mạch opamp chung, bộ tiền khuếch đại âm thanh,…
2.3.2 Transistor

2.3.2.1 Tổng quan về Transistor
a. Tên gọi
Transistor là một loại linh kiện bán dẫn chủ động, thường được sử dụng như
một phần tử khuếch đại hoặc một khóa điện tử.
b. Lịch sử ra đời
Transistor lần đầu tiên được phát minh tại phịng thí nghiệm Bell ở New Jersey
vào những năm 1947 bởi ba nhà Vật lý tài giỏi của Hoa Kì đó là Jonh Bardeen,
Walter Brattain và William Shockley.

Hình 2. 15: Hình ảnh ba nhà Vật lý đã phát minh ra Transistor
c. Cấu tạo cơ bản

Trang 16

Đề tài TÍNH TOÁN THIẾT kế MẠCH NGHỊCH lưu điên ̣ áp môt PHA ̣ 12VDC – 220VAC

Tài liệu liên quan

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về