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

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

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

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

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

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

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

Nguồn DC cấp

cho mạch

Bộ tạo tần

số và xung

kích 3 pha

Bộ tạo sóng sin pha 1

Bộ tạo sóng sin pha 2

Bộ tạo sóng sin pha 3

Tầng công suất

Tầng công suất

Tầng công suất

Biến áp1

Biến áp2

Biến áp3

Nguồn dòng thay đổi

BÁO CÁO TIẾN ĐỘ LẦN II

Mạch tạo sóng sin để kích tầng công suất

Sơ đồ khối:

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

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

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

Xung vuông từ

bộ tạo tần số

Mạch chuyển đổi

Sóng sin có cùng tần số

Sóng sin có cùng tần số

Vi điều khiển được lập trình

để tạo ra dạng sóng ba pha

Pha 1

Pha 2

Pha 3

chỉnh dòng

Biến áp dòng

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:

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:

R12 10K

R9 39K

VR

VCC 12V

+

-LM324

6

200K

IN

R13 10K

R10 10K

104 C5

R14 47K +12V R11

+12V

+

-LM324

2

VCC

-12V

BÁO CÁO TIẾN ĐỘ LẦN II

R12 10K

R9 39K

+

-LM324

6

5 7

VR

VCC 12V

R7 47

+

-LM324

6

5 7

C4 104 200K

IN

R45 10k

R48 10k

D1047A

2

R13 10K

T1

BA 5A

1 4

5 6 8

LM317

3

2

VIN

VOUT

R7 470 R49 10k

R7 470

R10 10K

D1047A

2

12V

104 C5

LM317

3

2

VIN

VOUT

VCC

R14 47K +12V

+12

R11 +12V

+

-LM324

2 3 1

VCC

VCC

R7 47

-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:

L M 3 1 7 3

2

V I N

V O U T

L M 3 1 7 3

2

V I N

V O U T

2 0 0 K

V C C

+

-L M 3 2 4 6

T 2

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

6

I N

R 5

1 0 K

R 1 2

4 7 0

R 4

1 0 K

R 5

1 0 K

V R 3

2 4 V

R 7

1 0 K

+

-L M 3 2 4 6

- 1 2 V

+ 1 2 V

R 6 4 7 K + 1 2 V

R 2

3 9 K

R 3 + 1 2 V

V C C

P H A S E A

D 1 0 4 7 A

2

R 1 9 R

V C C 1 2 V

V R 3

T 1

B A 5 A

1 4

5 6 8

R 4

1 0 K

+

-L M 3 2 4

2

- 1 2 V

+

-L M 3 2 4

2

I N

R 2 1 R

C 4 1 0 4

V C C 1 2 V + 1 2 V

R 7

1 0 K

R 2

3 9 K

V C C 1 2 V

V C C

1 0 4

C 5

R 1 4

4 7 0

D 1 0 4 7 A

2

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:

BÁO CÁO TIẾN ĐỘ LẦN II

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

V C C

I C 1

A T M e g a 8 - T Q F P 3 2

1

7 8

9

1 0

1 2

1 4

1 5

1 6

1 9

2 2

2 3

2 5

2 7

2 9

3 0

3 2

P D 3 ( I N T 1 )

P D 4 ( X C K / T 0 )

P D 5 ( T 1 )

P D 6 ( A I N 0 )

P B 0 ( I C P )

P B 1 ( O C 1 A )

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

P B 3 ( M O S I / O C 2 )

P B 4 ( M I S O )P B 5 ( S C K )

A D C 6

A D C 7

P C 0 ( A D C 0 )

P C 2 ( A D C 2 )

P C 4 ( A D C 4 / S D A )

P C 5 ( A D C 5 / S C L )

P C 6 ( R E S E T )

P D 0 ( R X D )

P D 1 ( T X D )

P D 2 ( I N T 0 )

V R 3

R e a d A D C

O U T 4

R E S E T

C 6

2 2 p

Y 1

1 6 M H z

O U T 6

J 8

C O N 6

1 3 5

V R 2

R E S E T

O U T 2

C 1

1 0 4

O U T 3

O U T 5

V C C

1 0 K

C 5

2 2 p

V C C

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 31T tần số của các xung kích 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 31T và có nguyên lý giống như pha thứ nhất, pha thứ 3 thì lệch đi tiếp 31T so với pha thứ hai và có nguyên lý giống như vậy cứ như thế ta thu được dạng sóng ba pha mỗi pha lệch nhau 1200 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

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:

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

C 1 3

B A 5 A

Q 1

D I O D E D I A C

P H A S E A

Q 6

T R IA C

M A C H D O N G

V R 6

C 1 0

T 4

B A D o n g

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

L M 3 1 7 3

2

V I N

V O U T

+ L M 3 2 4

6 7

V R 2

L M 3 1 7 3

2

V I N

V O U T

C 1 2

L M 3 1 7 3

2

V I N

V O U T

2 0 0 K

V C C 1 2 V

+ L M 3 2 4

6 7

V C C

V R 5

2 4 V

1 0 4

C 9

C 1 3

+ L M 3 2 4

6 7

V R 5

T 2

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

I N

V C C 1 2 V

R 3 0

R 5

1 0 K

- 1 2 V

V C C

R 1 2

4 7 0

R 4

1 0 K

V R 4

R 3 1

1 0 K

R 2 8

3 9 K

I N

C 6

1 0 4

R 5

1 0 K

V C C 1 2 V

R 1 9 R

V C C 1 2 V

V R 3

R 1 6

V C C 1 2 V

T 1

B A 5 A 1 4

5 6 8

+ L M 3 2 4

2 1

R 1 5

2 0 0 K

R 1 7 + 1 2 V

2 4 V

1 0 4

C 5

R 3 3

1 0 K

V C C 1 2 V

R 7

1 0 K

C 2

2 2 p

T 2

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

+ L M 3 2 4

6 7

I N

+ L M 3 2 4

2 1

D 1 0 4 7 A

2

+ L M 3 2 4

6 7

L M 3 1 7 3

2

V I N

V O U T

T 1

B A 5 A 1 4

5 6 8

- 1 2 V

R 6 4 7 K + 1 2 V

V C C _ 5 V

R 2 0

I C 1

A T M e g a 8 - T Q F P 3 2

1

9

1 0

1 9

2 2

2 3

2 6

2 9

3 0

P D 3 ( I N T 1 )

P D 4 ( X C K / T 0 )

P D 5 ( T 1 )

P D 6 ( A I N 0 )

P B 0 ( I C P )

P B 1 ( O C 1 A )

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

P B 3 ( M O S I / O C 2 )

P B 4 ( M I S O )P B 5 ( S C K )

A D C 6

A D C 7

P C 0 ( A D C 0 )

P C 3 ( A D C 3 )

P C 4 ( A D C 4 / S D A )

P C 6 ( R E S E T )

P D 0 ( R X D )

P D 2 ( I N T 0 )

2 0 0 K

C 6

1 0 4

R 6 4 7 K + 1 2 V

R e a d A D C

R 2 9 + 1 2 V

R 1 6

- 1 2 V

R 2

3 9 K

R 2 4 4 7

D 1 0 4 7 A

2

V C C

R 2 7

4 7 0

B A 5 A

R 2 1 R

Q 1

D I O D E D I A C

R E S E T

R 3 + 1 2 V

V C C

D 1 0 4 7 A

2

L M 3 1 7 3

2

V I N

V O U T

1 0 4

C 9

V R 4

P H A S E A

D 1 0 4 7 A

2

V R 1

R 2 1 R

O U T 6

R 1 9 R

V C C

J 8

C O N 6

1

4

Q 6

T R IA C

V C C 1 2 V

L M 3 1 7 3

2

V I N

V O U T

R 1 9 R

P H A S E C

V C C

R 2 8

3 9 K

V R 3

2 0 0 K

R E S E T

R 1 5

R 4 0

4 7 0

T 1

B A 5 A 1 4

5 6 8

V C C

C 1

2 2 p

R 4

1 0 K

+ L M 3 2 4

2 1

- 1 2 V

C 4 1 0 4

+ L M 3 2 4

2 1

V C C

R 1 9 4 7 K + 1 2 V

I N

O U T 1

Y 1

1 6 M H z

C 8 1 0 4

R 3 8

4 7 0

R 2 1 R

- 1 2 V

R 1 7 + 1 2 V

R 2 0

V C C 1 2 V

V C C

+ L M 3 2 4

2 1

M A C H D O N G

O U T 2

R 1 8

1 0 K

+ L M 3 2 4

2 1

C 4 1 0 4

R 2 6 4 7

1 0 4

C 7

V C C 1 2 V

V R 6

V C C

C 1 0

I N

V C C 1 2 V

O U T 4

R 3 7 4 7

R 3 9 4 7

C 1 1

R 3 + 1 2 V

R 3 2 4 7 K + 1 2 V

R 7

1 0 K

V C C 1 2 V

2 4 V

R 2

3 9 K

+ L M 3 2 4

6 7

I N

V C C 1 2 V

V C C

1 0 4

C 5

2 0 0 K

T 2

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

D 1 0 4 7 A

2

C 8 1 0 4

R 3 2 4 7 K + 1 2 V

R 3 1

1 0 K

R 3 0

R 1 4

4 7 0

P H A S E B

T 4

B A D o n g

D 1 0 4 7 A

2

R 2 9 + 1 2 V

C 3

1 0 4

R 1

1 0 K

R 2 5

4 7 0

1 0 4

C 7

2 0 0 K

R 1 9 4 7 K + 1 2 V

V C C

R 1 8

1 0 K