Báo cáo Đồ Án Điện tử công suất Đề tài thiết kế và chế tạo mạch sạc Ắc quy tự Động ngắt

? Dòng điện DC đầu ra luôn có cùng chiều nhờ nguyên lý hoạt động của điốt.Chỉnh lưu 1 pha không điều khiển Hình 2.2 Sơ đồ chỉnh lưu 1 pha không điều khiển... Nguyên lý hoạt động của mạch

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

-🙞🙞🙞🙞🙞 -BÀI BÁO CÁO

ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

Giảng viên hướng dẫn: PHẠM DUY DƯỠNG

Sinh viên thực hiện : PHẠM XUÂN TIẾN:22115055122162

ĐẶNG VĂN PHONG:22115055122151

GIÁP HOÀNG CHÍ CƯỜNG:22115055122105

Lớp học phần:224DADTCS2002

Đà Nẵng, ngày 12 tháng 3 năm 2025

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

Thành viên nhóm: Phạm Xuân Tiến Msv: 22115055122162

Đặng Văn Phong 22115055122151

Giáp Hoàng Chí Cường 22115055122105

GVHD: Phạm Duy Dưởng

1.Tên đề tài:

Thiết kế và chế tạo mạch sạc ắc quy tự động ngắt

2 Các số liệu ban đầu:

Phạm Duy Dưởng

Chương 2: Lý thuyết về chỉnh lưu 1 pha

Lý thuyết về chỉnh lưu một pha

1 Khái niệm chỉnh lưu cầu một pha

Chỉnh lưu cầu 1 pha là một mạch chỉnh lưu (rectifier) sử dụng bốn điốt mắc theo dạng cầu để chuyển đổi dòng điện xoay chiều (AC) thành dòng điện một chiều (DC) So với chỉnh lưu nửa chu kỳ hoặc toàn chu kỳ dùng biến áp có điểm giữa, mạch chỉnh lưu (rectifier) cầu có hiệu suất cao hơn và không cần biến áp có trung tính

2 Cấu tạo

Nguồn AC: Cung cấp điện áp xoay chiều đầu vào

4 điốt (D1, D2, D3, D4): Mắc theo dạng cầu

Tải (R_load): Tiêu thụ điện áp DC sau chỉnh lưu

Hình 2.1 Cấu tạo chỉnh lưu cầu một pha

🙞 AC input (Nguồn AC): Hai đầu vào của nguồn điện xoay chiều

🙞 D1, D2, D3, D4: Bốn điốt mắc theo kiểu cầu chỉnh lưu

🙞 Load (Tải): Điện trở tải tiêu thụ điện áp một chiều (DC)

🙞 Dòng điện DC đầu ra luôn có cùng chiều nhờ nguyên lý hoạt động của điốt.Chỉnh lưu 1 pha không điều khiển

Hình 2.2 Sơ đồ chỉnh lưu 1 pha không điều khiển

Thông số của Sơ đồ

Chỉnh lưu điều khiển đối xứng

Sơ đồ, các đường cong:

Hình 2.3 chỉnh lưu điều khiển đối xứng

Đặc điểm điều khiển đồng thời 2 van

Hình 2 4 Sơ đồ điều khiển đồng thời 2 tiristor

Chỉnh lưu không đối xứng

+ Tùy theo cách mắc tristor có 2 loại Sơ đồ

A)Van bán dẫn nối cùng cực tính B) Van bán dẫn nối không cùng cực tính

Mạch chỉnh lưu có vai trò chuyển đổi nguồn điện xoay chiều (AC) thành nguồn điện một chiều (DC) Nguyên lý hoạt động của mạch chỉnh lưu (rectifier) dựa trên

sự sử dụng các thành phần điện tử như diode và tụ điện (capacitor) để làm việc.Khi nguồn điện xoay chiều đầu vào được kết nối với mạch chỉnh lưu (rectifier), diode trong mạch sẽ cho phép dòng điện chỉ đi theo một hướng, loại bỏ thành phần

âm của nguồn điện và chỉ để lại thành phần dương Điều này gây ra sự biến đổi từ nguồn điện xoay chiều thành nguồn điện một chiều không đổi

Sau đó, tụ điện (capacitor) trong mạch chỉnh lưu (rectifier) sẽ chứa và lưu trữ nănglượng từ nguồn điện một chiều, tạo thành một nguồn điện DC có thể sử dụng đượccho các thiết bị điện tử

Hình 3.1: Sơ đồ khối bộ điều khiển qua LoRa

Vai trò của mạch chỉnh lưu (rectifier) là cung cấp nguồn điện một chiều ổn định vàkhông gây nhiễu cho các thiết bị hoạt động trong hệ thống Nó giúp đảm bảo rằng các thiết bị như bộ sạc, mạch điều khiển và các linh kiện điện tử khác được cung cấp nguồn điện phù hợp và ổn định, đảm bảo hoạt động hiệu quả và bảo vệ chúng khỏi các tác động tiềm năng từ nguồn điện xoay chiều

Tính toán các thành phần của mạch chỉnh lưu (rectifier)

Mạch chỉnh lưu sử dụng mạch cầu chỉnh lưu toàn sóng với diode cầu 25A dẹt 1000V KBJ2510 để chuyển đổi nguồn điện xoay chiều 220V - 50Hz thành dòng điện một chiều

Hình 3.4: Sơ đồ mạch chỉnh lưu (rectifier) có sử dụng một tụ điện (capacitor) để lọc nhiễu

Tuy nhiên, đầu ra của mạch chỉnh lưu (rectifier) có điện áp một chiều không ổn định và có biên dạng sóng nhấp nhô Để giải quyết vấn đề này, một tụ điện

(capacitor) 100uF 400V được kết nối ở ngõ ra của mạch chỉnh lưu (rectifier) để làm san phẳng và ổn định điện áp

II TÍNH TOÁN MÁY BIẾN ÁP CHỈNH LƯU:

a.Tính công suất biểu kiến của máy biến áp

Sba = Ks =Ks Udo Id = 1.34 238.2 48.12 =15359.3(VA)

Trong đó:

Ks: hệ số công suất theo Sơ đồ mạch động lực( Ks = 1,34)

Pdmax: công suất cực đại của tải (W)

Sba: công suất biểu kiến máy biến áp (VA)

b Tính các thông số cơ bản:

1 Điện áp pha sơ cấp máy biến áp

U1 = 220 (V)

Điện áp pha thứ cấp máy biến áp:

Phương trình cân bằng điện áp khi không có tải:

Udo.cosα min = Ud + 2∆Uv + ∆Udn + ∆Uba

Trong đó: Ud: Điện áp chỉnh lưu

αmin = 10°: góc dự trữ khi có suy giảm điện áp lưới

∆Uv = 1,8 (V): sụt áp trên Thyristor

∆Udn ≈ 0: sụt áp trên dây nối

∆Uba = ∆Ur + ∆Ux: sụt áp trên điện trở và điện kháng máy biến áp

Sơ bộ ∆Uba = 5% Ud = 220×5% = 11 (V)

Suy ra Udo===238.2(V)

Điện áp pha thứ cấp máy biến áp:

U2f = = = 203.6 (v)

2) Dòng điện các cuộn dây:

Dòng điện hiệu dụng thứ cấp của máy biến áp

Trong đó : công suất biến áp

KQ: Hệ số phụ thuộc phương thức làm mát, lấy KQ = 6 ( biến áp khô)m: số pha máy biến áp (m=3)

f: tần số nguồn điện xoay chiều (f = 50hz)

Suy ra: QFE = 6 = 60.82()

4)Đường kính trụ:

dFE = = 8.8(cm)

chuẩn hóa đường kính trụ theo tiêu chuẩn d= 9cm

5) Chọn loại thép:

Ta chọn loại thép kỹ thuật điện có độ dày 0.5mm

Chọn sơ bộ mật độ từ cảm trong trụ B= 1 tesla

6) chọn tỷ số:

m = =2.3 (m=2 – 2.5)

suy ra: chọn chiều sao trụ là 20 (cm)

TÍNH TOÁN DÂY QUẤN:

7) Số vòng dây mỗi pha sơ cấp máy biến áp:

9)chọn sơ bộ mật độ dòng điện trong máy biến áp:

Đối với dây dẫn bằng đồng, máy biến áp khô J= 22,75[A/m]

Chọn J1 = J2 = 2,75 (A/m)

10)Tiết diện dây dẫn sơ cấp máy biến áp:

S1 = = = 7.67 (m)

Chuẩn hóa tiết diện theo tiêu chuẩn S1 = 11.4 (m)

Chọn dây dẫn tiết diện hình chữ nhật (rectangular), cách điện cấp B.Kích thước dây dẫn có kể cách điện:

S1cd = a1b1 = 1.35 8.6 = 11.6 (m)

11) Tiết diện dây dẫn thứ cấp máy biến áp:

S2 = = = 14,28 (m)

Chuẩn hóa tiết diện theo tiêu chuẩn S1 = 20,4 (m)

Chọn dây dẫn tiết diện hình chữ nhật (rectangular), cách điện cấp B

Kích thước dây dẫn có kể cách điện:

S2cd = = 2,83 7,4= 24,27 (m)

12) Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn sơ cấp:

J2 = = = 2,75 (A/m)

Kết cấu dây quấn sơ cấp:

Thực hiện dây quấn kiểu đồng tâm, bố trí theo chiều dọc trục

1) Tính sơ bộ số vòng dây trên một lớp của cuộn sơ cấp:

6) khoảng cách từ trụ tới cuộn sơ cấp: Cd01 = 1,0(cm)7) Đường kính trong của ống cách điện:

Kết cấu dây quấn thứ cấp:

1)chọn sơ bộ chiều cao cuộn thứ cấp:

h1 = h2 = 18 (cm)

2) Tính sơ bộ số vòng dây trên 1 lớp:

12) Đường kính trung bình các cuộn dây

Với khq = 0,95 là hệ quả hiệu quả

Tổng chiều dày các bậc thang của trụ:

Dt = 2 (1,6 + 1,1 + 0,7 + 0,6 + 0,4+0.7) = 10,2 (cm)

Số lá thép dùng trong các bậc:

Bậc 1: n1 = 2= 64 (lá)

H = h +2a = 21 + 28,5 = 38 (cm)

- Tính các thông số máy biến áp

1) Điện trở cuộn sơ cấp của máy biến áp ở 75ºC

U = Ud0 Cosαmin – 2ΔUv – ΔUBA

= 238,2Cos10º – 21,8 – 15,4 = 215,5 (V)10) Tổng trở ngắn mạch quy qui đổi về thứ cấp

-Khi mở góc nhỏ nhất α = αthì điện áp trên tải là lớn nhất.

Udmax = Udo.Cos α= Udđm và tương ứng tốc độ động cơ sẽ lớn nhất

n= n

-Khi góc mở lớn nhất α = thì điện áp trên tải là nhỏ nhất

Udmin = Udo Cos và tương ứng tốc độ động cơ sẽ nhỏ nhất nmin

Điện áp tức thời trên tải điện Ud không sin và tuần hoàn với chu kỳ:

t=

Trong đó: P = 6 là số xung đập mạch trong một chu kì điện áp lưới

Khai triển chuỗi Furier của điện áp Ud:

5.4 Thiết kế kết cấu cuộn kháng lọc

Các thông số ban đầu:

Điện cảm yêu cầu của cuộn kháng lọc: Lk = 0,13 (mH)

Dòng điện định mức chạy qua cuộn kháng: Iudm = 70,34 (A)

Biện độ dòng điện xoay chiều bậc 1: I1m = 10%Iđm = 7,034 (A)

-Do dòng điện cuộn kháng lớn và điện trở bé do đó ta có thể coi tổng trở của cuộn kháng xấp xỉ bằng điện kháng của cuộn kháng:

Chuẩn hóa tiết diện trụ theo kích thước có sẵn: Q = 4,25 (cm2)

-Với tiết diện trụ(Q = 4,25 cm2)

Chọn loại thép 330A, tấm thép dày 0,35mm

a = 20 (mm) b = 25 (mm)

Hình 3.6 Kết cấu mạch từ cuộn kháng

-Chọn mật độ từ cảm trong trụ BT = 0,8T

-Khi có thành phần dòng điện xoay chiều chạy qua cuộn cảm thì trong cuộn cảm

sẽ xuất hiện một suất điện động Ek

Ek = 4,44.w.f’.BT.Q

Gần đúng ta có thể viết: ΔU = Ek = 74,44(V)

-Chọn mật độ dòng điện qua cuộn kháng: J = 2,75 (A/mm2)

Tiết diện cuộn kháng:

Ltb = = 317 (mm)

-Điện trở của dây quấn ở 75ºC

CHƯƠNG 4: TÍNH CHỌN VÀ THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN

I.Tính toán khối nguồn cấp

-Khi cấp nguồn cho mạch, bộ ổn áp sẽ liên tục so sánh và điều chỉnh điện áp đầu

ra sao cho không bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi của điện áp đầu vào hoặc tải tiêu thụ Quá trình này giúp loại bỏ các nhiễu điện áp, dao động tần số cao hoặc thấp,

và duy trì điện áp ổn định trong suốt quá trình hoạt động

-Nhờ đó, mạch đảm bảo cung cấp nguồn điện sạch và tin cậy cho các thiết bị điện

tử khác trong hệ thống, góp phần giúp các thiết bị hoạt động ổn định, chính xác và kéo dài tuổi thọ Đây là một phần quan trọng trong thiết kế mạch điện tử, đặc biệt

là trong các hệ thống yêu cầu nguồn điện ổn định như vi điều khiển, cảm biến, mạch logic hoặc thiết bị truyền thông.Tính toán các thông số mạch tạo xung

Kết nối ngõ ra (VOUT): Chân thứ 3 của LM7809 là ngõ ra cung cấp điện áp ổn định 9V Đây là nguồn điện mà bạn sẽ sử dụng để nuôi vi điều khiển.

Tạo tụ lọc: Để làm phẳng dòng điện và tránh nhiễu, bạn có thể thêm một tụ lọc trước ngõ ra của LM7809 Tụ lọc được kết nối song song với ngõ ra và có giá trị thích hợp để lọc và ổn định dòng điện

Cấu trúc và nguyên lý hoạt động của IC LM7809 cho phép nó nhận vào nguồn điện không ổn định từ nguồn vào và tạo ra một nguồn điện ổn định và không thay đổi tại ngõ ra Điện áp đầu ra sẽ được giữ ở mức 9V, bất kể điện áp đầu vào là cao hơn hay thấp hơn Điều này giúp vi điều khiển hoạt động ổn định và bảo vệ nó khỏi những dao động không mong muốn của nguồn điện

Hình 3.13: Tụ hóa 100F – 50V

mạch so sánh và điều khiển rơ le

(vẽ lại tên auto cad) ko để y hình

1.1.3.1: nguyên lý hoạt động mạch so sánh

-Mạch sử dụng nguyên lý so sánh điện áp để kích hoạt hoặc ngắt rơle nhằm điều khiển nguồn cấp cho tải Khi được cấp nguồn, mạch sẽ so sánh điện áp đầu vào với các mức điện áp tham chiếu được thiết lập thông qua mạch chia áp

-Dựa trên kết quả so sánh, nếu điện áp đầu vào vượt quá hoặc thấp hơn ngưỡng quy định, mạch sẽ thay đổi trạng thái đầu ra, từ đó điều khiển một linh kiện

chuyển mạch bán dẫn để kích hoạt hoặc ngắt rơle

-Khi rơle được kích hoạt, tiếp điểm của nó sẽ đóng, cho phép dòng điện đi qua để cấp nguồn cho tải bên ngoài; ngược lại, khi rơle ngắt, tải sẽ được cách ly khỏi nguồn điện Ngoài chức năng điều khiển, mạch còn tích hợp cơ chế bảo vệ và hiểnthị trạng thái giúp người dùng dễ dàng quan sát hoạt động

-Với nguyên lý hoạt động như vậy, mạch thường được ứng dụng trong các hệ thống giám sát điện áp, tự động bảo vệ thiết bị điện khi xảy ra hiện tượng quá áp hoặc thấp áp, góp phần nâng cao độ an toàn và ổn định cho toàn bộ hệ thống điện

1.1.3.2 mạch so sánh dùng ic 555

- Mạch này dùng để giám sát điện áp đầu vào và tạo tín hiệu đầu ra khi điện áp vượt quá hoặc thấp hơn một ngưỡng nhất định, được thiết lập thông qua hai biến trở (VR1 và VR2) Khi điện áp tại chân 2 (TRIG) và chân 6 (THR) thay đổi vượt qua các mức so sánh nội bộ (1/3 Vcc và 2/3 Vcc), đầu ra tại chân 3 sẽ thay đổi tương ứng sang mức cao hoặc thấp Dưới đây là cách kết nối và hoạt động của mạch:

Nguồn cấp: Mạch được cấp điện áp DC (ví dụ: 9V) tại điểm Vbat

IC555: Được cấu hình hoạt động như một bộ so sánh điện áp:

Chân 8 (VCC) nối nguồn dương (+9V)

Chân 4 (RESET) nối lên VCC để không bị vô hiệu hóa

Chân 5 (CONT) có gắn zener diode để ổn định điện áp

Chân 7 (DISCHARGE) nối trở và LED để hiển thị tình trạng

Hình 3.14 ic555

Những thông số chính của ic 555

Điện áp ngưỡng THR (xả 2/3 Vcc

1.1.3.3 nguyên lý hoạt động khối điều khiên role

Khi chân out ở mức cao:

Dòng điện chạy qua điện trở R3 vào chân base của transistor Q1, khiến Q1 dẫn điện

Khi đó, dòng điện từ nguồn Vbat sẽ đi qua cuộn hút của rơle RL1, qua mạch collector-emitter của Q1 xuống đất (GND), làm cho rơle được kích hoạt

LED2 sẽ sáng lên báo hiệu rơle đang hoạt động, vì dòng điện cũng chạy qua LED2

và điện trở R2

Tiếp điểm của rơle (chân 1 và chân 2) sẽ đóng lại, cho phép điện áp Vin cấp cho tải qua công tắc KF2.

Khi chân “out” ở mức thấp:

Transistor Q1 không dẫn, dòng điện không chạy qua cuộn dây rơle

Rơle sẽ nhả ra, tiếp điểm rơle mở (hở), do đó tải bị ngắt nguồn

LED2 cũng tắt theo vì không còn dòng điện chạy qua

Dưới đây là cách kết nối của mạch

+ Q1 (2SC1815): Transistor NPN hoạt động như công tắc điều khiển rơle

+ RL1 (Rơle 10A/12V): Rơle 12V dùng để đóng hoặc ngắt mạch tải

+ D1 (Diode mắc ngược song song với cuộn rơle): Bảo vệ transistor khỏi dòng điện ngược sinh ra khi rơle tắt do hiện tượng cảm ứng từ

+ R2 (13kΩ): Điện trở giới hạn dòng cho LED2, giúp bảo vệ LED khỏi dòng quá lớn

+ LED2: Đèn báo trạng thái hoạt động của rơle (sáng khi rơle được kích hoạt).+ R3 (1kΩ): Điện trở hạn dòng cho tín hiệu điều khiển vào chân base của

transistor Q1

+ KF2: Jack kết nối đầu ra để điều khiển tải

+ Vbat: Nguồn 12V cung cấp cho cuộn rơle

+ Vin: Nguồn điện áp cấp cho tải thông qua tiếp điểm rơle