Báo cáo đề tài học phần điện tử công suất thiết kế mạch chỉnh lưu ac – dc (thiết kế nguồn một chiều ổn p có điện p ra 6v)

BÁO CÁO ĐỀ TÀIHỌC PHẦN: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Thiết kế mạch chỉnh lưu AC – DC thiết kế nguồn một chiều ổn p có điện p ra 6V GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: ĐẶNG VĂN HẢI SINH VIÊN THAM GIA: ĐỖ CÔNG S

BÁO CÁO ĐỀ TÀI

HỌC PHẦN: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

Thiết kế mạch chỉnh lưu AC – DC

(thiết kế nguồn một chiều ổn p có điện p ra 6V)

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: ĐẶNG VĂN HẢI

SINH VIÊN THAM GIA: ĐỖ CÔNG SƠN

VŨ THỊ NGUYỆT NGUYỄN TIẾN DŨNG

1

Mc l c 

Lời nói đầu 2

1 Đặt Vấn đề 3

2 My biến p 4

2.1 Định nghĩa my biến p 4

2.2 Cấu tạo của my biến p 4

2.3 Nguyên lý hoạt động của my biến p 5

3 Mạch chỉnh lưu 6

3.1 Cc vấn đề chung của mạch chỉnh lưu 6

3.2 Cấu trúc chung của sơ đồ chỉnh lưu 6

3.3 Mạch chỉnh lưu nửa chu kì 7

3.4 Mạch chỉnh lưu c chu kì 10

4 Mạch lọc nguồn 14

5 Mạch ổn p 16

5.1 Khi niệm mạch ổn p 16

5.2 Nguyên lý hoạt động của mạch ổn p 16

6 Thiết kế mạch chỉnh lưu AC – DC 18

7 Kết luận 22

7.1 Ưu, nhược điểm của mạch 22

7.2 Kết qu đạt được 22

2

Lời nói đầu

Thực tế hầu hết cc ng dng điện tử sử dng nguồn điện một chiều, nhưng nguồn cung cấp lại là dòng điện xoay chiều Vì thế cc mạch chỉnh lưu được sử dng bên trong mạch cấp nguồn của hầu hết cc thiết bị điện tử

Nhằm củng cố lại kiến thc cũng như kiểm chng lại lý thuyết về mạch chỉnh lưu nói chung và chỉnh lưu cầu 1 pha nói riêng Nhóm chúng em lựa chọn đề tài “Thiết kế bộ nguồn 1 chiều ổn p có điện p

ra 6V ” để làm đề tài kết thúc học phần Điện tử công suất

Với đề tài đã chọn, chúng em vận dng kiến thc của mình để tìm hiểu và nghiên cu cc cơ sở lý luận về lý thuyết, tính ton thiết kế phc v cho việc hoàn thiện sn phẩm Dưới sự hướng dẫn của thầy Đặng Văn Hi cùng với sự cố gắng nỗ lực của cc thành viên trong nhóm chúng em đã hoàn thành xong báo cáo của mình Tuy nhiên do thời gian và kiến thc còn hạn chế nên không trnh khỏi thiếu sót khi thực hiện báo cáo này Vì vậy chúng em rất mong sẽ nhận được nhiều

ý kiến đnh gi, góp ý của thầy cô gio, cùng bạn bè để đề tài được hoàn thiện hơn

Chúng em xin trân thành cm ơn!

3

1 Đặt Vấn đề

Trong cc mạch điện tử của cc thiết bị như Radio-Cassette, Âmlpy,

Ti vi màu, Đầu VCD v v Chúng sử dng nguồn một chiều DC ở cc mc điện p khc nhau, nhưng ở ngoài zắc cắm của cc thiết bị này lại cắm trực tiếp vào nguồn điện AC 220V 50Hz , như vậy cc thiết bị điện tử trên cần có một bộ phận để chuyển đổi từ nguồn xoay chiều ra điện p một chiều cung cấp cho cc mạch trên, bộ phận chuyển đổi bao gồm:

• Biến áp nguồn: Hạ thế từ 220V xuống cc điện p thấp hơn như 6V, 9V, 12V, 24V v v

• Mạch chỉnh lưu: Đổi điện AC thành DC

• Mạch lọc: Lọc gợn xoay chiều sau chỉnh lưu cho nguồn DC

phẳng hơn

• Mạch ổn áp: Giữ một điện p cố định cung cấp cho ti tiêu th

4

2 My biến p

2.1 Định nghĩa my biến p

Máy biến áp là thiết bị điện từ tĩnh, hoạt động theo nguyên lý cm

ng điện từ, với mc đích là biến đổi một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện p này thành một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện

p khc, với tần số không thay đổi

2.2 Cấu tạo của my biến p

Thông thường thì một my biến p cơ bn sẽ được cấu thành từ 2 thành phần chính đó là lõi thép và dây quấn Và chúng có cc đặc điểm như sau:

• Với dây quấn thì chúng bao gồm 1 cuộn dây sơ cấp nhận điện p đầu vào và 1 hay nhiều cuộn th cấp có nhiệm v đưa ra điện p

đã được thay đổi Cc vật liệu dây quấn thường được làm bằng đồng hoặc nhôm,…

• Với lõi thép hay lõi sắt thì chúng là một khối hình chữ U đối với loại my biến p có 2 cuộn dây Khối này được cấu thành từ cc l thép kỹ thuật điện ghép lại với nhau và chúng được phủ lên một lớp silic có nhiệm v cch điện

5

2.3 Nguyên lý hoạt động của my biến p

Dựa vào định luật cm ng trường điện từ của Faraday Bao gồm 2 hiện tượng vật lý đó là:

• Dòng điện chạy qua dây dẫn tạo ra từ trường (từ trường)

• Sự biến thiên từ thông trong cuộn dây tạo ra 1 hiệu điện thế cm

ng hay còn gọi là cm ng điện từ

Và được thể hiện qua một công thc:

Trong đó:

• U1 và N 1là điện p và số vòng dây cuộn sơ cấp

• U2 và N 2là điện p và số vòng dây cuộn th cấp

Thông qua công thc chúng ta thấy được tỷ lệ thuận giữa điện p và

số vòng dây của từng cuộn c thể Từ đó chúng ta có thể nhận xét được mối quan hệ của chúng như sau:

• Nếu hệ số K > 1 (tc là U1 > U 2hoặc N1 > N ) thì chúng ta có 2

my tăng p

• Nếu hệ số < 1 (tc là UK 1 < U 2hoặc N1 < N ) thì chúng ta có 2

my hạ p

6

3 Mạch chỉnh lưu

3.1 Cc vấn đề chung của mạch chỉnh lưu

Chỉnh lưu là thiết bị dùng để biến đổi nguồn điện xoay chiều thành nguồn điện một chiều, cung cấp cho nhiều loại ph ti một chiều khc nhau Có thể kể ra một số thiết bị điện hoặc cc quy trình công nghệ yêu cầu nguồn điện một chiều sau đây:

• Cc động cơ điện một chiều

• Hệ thống cung cấp kích từ cho cc my điện đồng bộ, my pht hoặc động cơ Cc qu trình công nghệ điện hỏa yêu cầu nguồn một chiều dòng điện rất lớn như mạ, điện phân, xử lý ho học bề mặt, anôt ho

• Cc hệ thống nạp điện cho ăcquy

• Cc bộ nguồn một chiều cho cc thiểt bị điều khiển, viễn thông

• Trong hệ thống truyền ti điện một chiều với công suất rất lớn Ngoài ra, chỉnh lưu còn là khâu biến đổi năng lượng điện đầu vào, lấy

từ lưới điện, trong cc bộ biến đổi bn dẫn khc như cc bộ biến tần Nối chung, chỉnh lưu là một loại bộ biển đổi cơ bn, có vai trò cực kỳ quan trọng trong lĩnh vực biến đổi điện năng

3.2 Cấu trúc chung của sơ đồ chỉnh lưu

• Máy biến áp: My biến p dùng để phối hợp mc điện p giữa lưới điện và điện p ở dầu vo chỉnh lưu My biến p (MBA) là

• Bộ lọc nguồn: Gồm cc phần tử phn khng như t điện, cuộn cm có chc năng san bằng điện p chỉnh lưu, gim thành phần đập mạch của điện p ra một chiều đến một mc độ cho phép Trong nhiều ng dng, nhất là với công suất lớn, bn thân ph ti đã có tính chất lọc nguồn nên khâu lọc không nhất thiết phi

có

• Bộ đo lường: Gồm cc khâu tạo ra tín hiệu về dòng điện, điện

p, phc v cho cc chc năng về điều chỉnh, cc chc năng theo dõi, hiển thị và bo vệ của c hệ thống

• Mạch điều khiển: Đây là khâu quan trọng trong sơ đồ chỉnh lưu Mạch điều khiển có nhiệm v tạo ra cc xung điều khiển với góc pha điều khiển điều chỉnh được, đồng pha với điện p lưới xoay chiều, đưa đến cực điều khiển của thyristor trong cc khong thời gian mà điện p anốt catốt trên van đang dương - Mạch điều khiển phi có kh năng thay đổi góc điều khiển α trong toàn bộ di điều chỉnh, về lý thuyết là từ 0 đến 180° ° , qua

đó điều chỉnh được điện p chỉnh lưu trong toàn bộ di yêu cầu Mạch điều khiển cũng thực hiện cc chc năng của cc mạch vòng điều chỉnh tự động, cc chc năng bo vệ và tín hiệu hóa cho toàn hệ thống

3.3 Mạch chỉnh lưu nửa chu kì

Sơ đồ chỉnh lưu 1 pha nửa chu kì là sơ đồ chỉnh lưu đơn gin nhất tuy rất ít được sử dng trong thực tế nhưng lại được xét đến với mc đích minh hoạ những khi niệm cơ bn liên quan đến cc bộ chỉnh lưu

• Um= √2U U điện p hiệu dng ( )

• θ = ωt góc pha đơn vị [rad] ω = 2πf tần số góc đơn vị [rad/S]; f (

là tần số lưới điện đơn vị [Hz])

9

Dạng điện áp Ud

Dạng điện áp UDGi thiết trong nửa chu kỳ đầu của điện p lưới, θ = 0 ÷ π, Diode D được phân cực thuận nên D dẫn, nối ti Rt vào nguồn Điện p trên ti lặp lại như điện p u Nếu là ti thuần trở, dòng điện ti sẽ lặp lại như 2

dạng điện p với gi trị: u2, dòng điện ti sẽ lặp lại như dạng điện pvới gi trị:

Đến nửa chu kỳ sau điện p xoay chiều đầu vào đo cực tính, dòng điện ti có xu hướng đo chiều Tuy nhiên Diode không cho dòng chạy qua theo chiều ngược lại nên Diode kho lại, ngắt ti ra khỏi nguồn Điện p và dòng điện chạy trên ti bằng không

10

Cc nửa chu kì tiếp theo lăp lại hoàn toàn giống như trên

• Gi trị điện p chỉnh lưu trung bình:

• Dòng điện chạy trên ti trung bình được tính bằng:

Điện p ngược lớn nhất đặt trên Diode được tính bằng gi trị biên độ của điện p xoay chiều u2:

3.4 Mạch chỉnh lưu c chu kì

Trong ph ần này chúng em chỉ nghiên cu về mạch chỉnh lưu cầu một pha không điều khiển

Mạch chỉnh lưu cầu một pha không điều khiển cấu tạo từ bốn diode,

Dl, D3 mắc catôt chung, D2, D4 mắc anôt chung Sơ đồ có thể dùng my biến p hoặc nối trực tiếp vào lưới điện

Các Diode dẫn dòng theo từng cặp, D1 cùng D2 khi cực tính điện p

u2 có dấu cộng, trừ không có ngoặc, D3 cùng D4 khi cực tính điện p

u2 có dấu cộng, trừ có ngoặc Kết qu là điện p trên ti ud lặp lại dạng của u nhưng đã được "chỉnh lưu" lại để có dạng một chiều đập 2

mạch Dạng dòng điện và điện p trên cc phân tử của sơ đồ ng với hai loại ti cho theo hình

11

Sơ đồ nguyên lý

Dạng điện áp U2

Dạng điện áp Ud

hiệu dng của dòng điện I2 theo phương trình bằng:

Do dòng điện i có dạng hình sin nên i cũng có dạng hình sin, từ đây 2 1

ta tính được quan hệ giữa dòng điện hiệu dng I1 = f(I 2):

13

Dòng điện qua cuộn sơ cấp và th cấp đều có dạng hình sin nên công suất tính ton my biến p phía sơ cấp và phía th cấp bằng nhau và bằng công suất tính ton my biến p Ta tính công suất của my biến

p theo phương trình sau đây:

Do mỗi cặp diode dẫn dòng điện trong một nửa chu kỳ nên ta tính được dòng điện qua diode (hay còn gọi là van):

Điện p ngược đặt lên diode D1 bằng điện p nguồn u2 khi diode D3 dẫn Do vậy điện p ngược lớn nhất đặt lên diode bằng gi trị biên độ của điện p xoay chiều đầu vào bộ cầu chỉnh lưu

❖ TH tải trở cảm, L d≈ ∞

Điện p trung bình sau cầu chỉnh lưu được tính bằng:

Dòng điện trung bình chạy qua cc diode được tính bằng:

Sau khi chỉnh lưu ta thu được điện p một chiều nhấp nhô, nếu không

có t lọc thì điện p nhấp nhô này chưa thể dùng được vào cc mạch điện tử, do đó trong cc mạch nguồn, ta phi lắp thêm cc t lọc t (lọc thường có trị số từ vài trăm µF đến vài ngànµF) vào sau cầu Diode chỉnh lưu

15

Sơ đồ trên minh hoạ cc trường hợp mạch nguồn có t lọc và không

có t l ọc

• Khi công t c K mắ ở, mạch chỉnh lưu không có t ọ l c tham gia,

vì vậy điện p thu được có d ng nh p nhô ạ ấ

• Khi công tắc K đóng, mạch chỉnh lưu có t C tham gia l1 ọc nguồn, k t qu ế là điện p đầu ra đượ ọc tương đốc l i phẳng

• Khi gim điện dung c a t C t ủ  1 ừ còn thì k t qu ế điện p đầu ra như sau

D3 1N3495

D4 1N3495

Rt1

1kΩ U2

C1 100µF

S1A Key = A

Ví d như điện p đầu vào thay đổi từ vài Vôn cho đến vài chc Vôn thì điện p đầu ra luôn luôn cố định gi sử là 5V, 3,3V, 12V…

5.2 Nguyên lý hoạt động của mạch ổn p

Mạch ổn p cơ bn nhất bao gồm một điện trở và một diode ổn p: Khi cho dòng điện ngược cực qua nó, nó sẽ luôn ghim ở mc điện p

cố định

≈ x (rất là tròn).

18

6 Thiết kế mạch chỉnh lưu AC – DC

6.1 Sơ đồ khối

Cc tiêu chuẩn của bộ nguồn:

• Điện p vào: U = 220 V (ACvào –50hz)

Theo yêu cầu bài ton điện p ra bằng khong 6V nên ta có:

Mặt khc ta lại có: nên I Bphi nhỏ hơn I

Tho mãn điều kiện

Q1 2N2221A

D2 1N4007

D3 1N4007

D4 1N4007

D5 1N4736A

21

Điện áp sau khi qua chỉnh lưu Ud

Điện áp sau khi qua bộ lọc U 3

Điện áp ra

22

7 Kết luận

7.1 Ưu, nhược điểm của mạch

❖ Ưu điểm:

• Mạch nh gỏ ọn, đơn gin phù hợp với việc h c tọ ập nghiên cu

• Nguyên lý đơn gin, dễ hiểu

• Linh ki n ph ệ ổ biến, d dàng tìm ki m, có th ễ ế ể thực hi n vi c mô ệ ệphỏng d dàng ễ

Mặc dù đã cố ắng, song do điề g u kiện thời gian, kiến thc cũng như kinh nghi m th c t còn nhi u h n ch nên không th tránh các sai ệ ự ế ề ạ ế ểsót Vì v y, nhóm chúng em r t mong nhậ ấ ận đượ ự đóng góp ý kiến c s của thầy cô cũng như bạn bè quan tâm

Chúng em xin trân thành cm ơn !