Đồ án Xây dựng mô hình bộ chấn lưu điện tử sóng chữ nhật tần số thấp điều khiển số với mạch điều khiển cộng hưởng và vòng công suất
1.1.VAI TRÒ VÀ CHỨC NĂNG CỦA CHẤN LƢU DÙNG CHO ĐÈN
PHÓNG ĐIỆN
Chiếu sáng có thể chiếm đến 40% năng lượng tiêu thụ tại các công sở là
trung tâm thương mại khiến chúng trở thành mục tiêu đáng chú ý của những
sáng kiến quản lý tiết kiệm năng lượng. Mặc dù gẩn 90% năng lượng đèn sợi
đốt tiêu thụ chuyển hóa nhiệt nhưng chúng vẫn thịnh hành trong khắp các ngôi
nhà của chúng ta, trong các trung tâm thương mại và công nghiệp . Hoạt động
của chúng rất đơn giản và tự điều chỉnh. Những nguồn sáng phóng điện tiết
kiệm năng lượng thấp và cao áp cùng với các chấn lưu điện từ hiệu suất cao và
chấn lưu điện tử tần số cao là sự lựa chọn thông dụng hiện nay để trang bị thêm
hoặc lắp đặt mới các hệ thống chiếu sáng tiêu tốn ít năng lượng.
Không giống như đèn sợi đốt, các đèn phóng điện không thể mắc trực tiếp
vào lưới điện . Trước khi dòng điện ổn định bằng một cách nào đó thì chúng đã
tăng và tăng mạnh làm đèn bị đốt nóng quá và bị phá hủy . Độ dài và đường
kính của dây tóc trong đèn sợi đốt chính là hạn chế dòng chạy qua nó và điều
chỉnh dòng điện phát ra . Thay vì dây tóc đèn phóng điện dùng hiệu ứng hồ
quang điện nên nó cần đến phần tử gọi là chấn lưu để trợ giúp ánh sáng phát ra.
Chấn lưu có 3 công dụng chính :
- Cung cấp hiệu thế khởi động một cách chính xác bởi vì đèn cần
hiệu thế khởi động lớn hơn hiệu thế làm việc .
- Làm hợp điện thế nguồn về giá trị điện thế làm việc của đèn8
- Hạn chế dòng để tránh hỏng đèn vì khi hồ quang xuất hiện thì tổng
trở của đèn sẽ giảm (hiệu ứng điện trở vi phân âm)
Đầu tiên đèn được coi như một khối khí dẫn giữa hai điện cực . Chấn lưu cần
phải cung cấp điện thế để hồ quang chạy giữa hai điện cực. Điện thế này được
cung cấp bởi bộ biến áp nằm trong chấn lưu và đôi khi nó dùng tắc te để tạo
xung cao thế. Khi khí trong đèn đã bị ion hóa, điện trở của đèn sẽ bị giảm rất
nhanh tránh cho điện cực không bị đốt quá nóng . Khi dòng điện đã chạy qua
dòng hồ quang khí sẽ nóng lên và tạo áp suất trong ống phóng điện, áp suất này
làm tăng điện trở của dòng hồ quang dẫn đến việc tiếp tục đốt nóng khí và nâng
cao áp suất . Chấn lưu phải điều khiển điện thế và dòng đèn làm việc ổn định tại
công suất danh định . Thiếu việc điều khiển dòng của chấn lưu áp suất sẽ tăng
cho đến khi thế đặt vào hai điện cực sẽ giảm , ion hóa sẽ tắt và đèn sẽ ngưng làm
việc.
Nếu chấn lưu không thích hợp chúng sẽ khiến đèn làm việc trong trạng thái
không tối ưu . Kết quả là đèn không làm việc tại đúng công suất và sẽ không
phát đúng ánh sáng, tuổi thọ của chúng sẽ giảm đi . Chấn lưu cũng cần phải cung
cấp đúng điện thế danh định để duy trì dòng hồ quang và cần phải điều khiển
dòng để đèn làm việc đúng công suất. Một số chấn lưu tự nó gây ra những ảnh
hưởng bất lợi cho nguồn điện . Những vấn đề của nguồn lưới điện không phải
lúc nào cũng tự có mà thường bị chính các thiết bị ( giống như chấn lưu điện từ
và điện tử ) được nối vào nguồn điện gây ra . Những cuộn biến áp và tụ điện quá
nóng là những nguyên nhân gây ảnh hưởng đến chất lượng của nguồn điện .
Người ta có thể giảm những ảnh hưởng này khi chú ý đến những đạc trưng làm
việc của chấn lưu.
Tóm tắt nội dung tài liệu: Đồ án Xây dựng mô hình bộ chấn lưu điện tử sóng chữ nhật tần số thấp điều khiển số với mạch điều khiển cộng hưởng và vòng công suất
1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG ISO 9001:2008 XÂY DỰNG MÔ HÌNH BỘ CHẤN LƢU ĐIỆN TỬ SÓNG CHỮ NHẬT TẦN SỐ THẤP ĐIỀU KHIỂN SỐ VỚI MẠCH ĐIỀU KHIỂN CỘNG HƢỞNG VÀ VÒNG CÔNG SUẤT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHÍNH QUY NGÀNH ĐIỆN CÔNG NGHIỆP 2 BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG ISO 9001:2008 XÂY DỰNG MÔ HÌNH BỘ CHẤN LƢU ĐIỆN TỬ SÓNG CHỮ NHẬT TẦN SỐ THẤP ĐIỀU KHIỂN SỐ VỚI MẠCH ĐIỀU KHIỂN CỘNG HƢỞNG VÀ VÒNG CÔNG SUẤT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHÍNH QUY NGÀNH ĐIỆN CÔNG NGHIỆP Sinh viên: Mai Trung Chiến Người hướng dẫn: GS.TSKH Thân Ngọc Hoàn 3 LỜI MỞ ĐẦU Chấn lưu điện tử không xa lạ với các nước phát triển trên thế giới,ở nhiều nước đã ban hành các luật trong đó cấm sử dụng các sản phẩm không tiết kiệm điện như chấn lưu sắt từ và đèn T10.Ở Việt Nam, trước các nhu cầu bức xúc của việc thiếu điện và tiết kiệm năng lượng các sản phẩm như chấn lưu điện tử, đèn compact mới được thị trường chú ý và phát triển được mấy năm gần đây nhưng tốc độ phát triển rất nhanh chóng.Tuy nhiên do thiếu thông tin và cũng do thói quen hơn nữa người tiêu dùng lại có tâm lý sợ dùng chấn lưu điện tử do trên thị trường Việt Nam có nhiều loại chấn lưu kém chất lượng : loại chấn lưu này có ưu điểm là khởi động được ở điện thế thấp,giá rẻ do kết cấu mạch đơn giản, số linh kiện được giảm đến mức tối thiểu khi sử dụng thì lượng ánh sáng phát ra rất thấp, đèn đen đầu rất nhanh và rất mau hết tuổi thọ. Chính vì các đặc điểm trên nên thị trường Việt Nam hiện nay chỉ chiếm khoảng 30% - 40% so với chấn lưu sắt từ. Chính vì ưu điểm tiết kiệm điện của chấn lưu điện tử mà em được thầy giáo GS.TSKH Thân Ngọc Hoàn giao cho nghiên cứu đề tài “Xây dƣng mô hình bộ chấn lƣu điện tử sóng chữ nhật tần số thấp điều khiển số với mạch điều khiển cộng hƣởng và vòng công suất”. 4 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU..1 CHƢƠNG 1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CHẤN LƢU VÀ CHẤN LƢU ĐIỆN TỬ ...2 1.1.Vai trò và chức năng của chấn lưu dùng cho đèn phóng điện.2 1.2.Các mạch khởi động của chấn lưu...4 1.2.1.Khởi động do điện cực bị đốt nóng trước...4 1.2.2.Khởi động ngay...5 1.2.2.1.Mạch kéo co...5 1.2.2.2.Mạch nối tiếp theo chuỗi...6 1.2.2.3.Mạch khởi động ngay dùng chấn lưu điện tử6 1.2.3.Mạch khởi động nhanh...7 1.2.4.Mạch khởi động nhanh cải tiến...8 1.2.5.Mạch khởi động tức thời của đèn khởi động nhanh...8 1.3.Các thông số kĩ thuật của chấn lưu..9 1.3.1.Công suất lối vào9 1.3.2.Điện thế lối vào...9 1.3.3.Dòng điện lối vào..10 1.3.4.Hệ số PF12 1.3.5.Hệ số chấn lưu..13 1.3.6.Hệ số hiệu suất chấn lưu...13 1.3.7.Hệ số đỉnh.14 1.3.8.Chống nóng...14 1.3.9.EMI/RFI14 1.3.10.Tạp âm của chấn lưu...15 5 1.3.11.Định nghĩa hình thang.16 1.3.12.Điều khiển thế hiệu lối ra của chấn lưu..18 1.3.13.Nhiệt độ làm việc18 1.4.Phấn loại chấn lưu..19 1.4.1.Phân loại theo bóng đèn19 1.4.2.Phân loại theo công suất đầu ra.21 1.5.Chấn lưu điện tử.22 1.5.1.Nguyên lí làm việc của chấn lưu điện tử..22 1.5.2.Ưu điểm của chấn lưu điện tử...23 1.5.3.Phân loại chấn lưu điện tử.24 1.5.4.Các cơ sở của công nghệ sản xuất chấn lưu điện tử.26 1.5.5.Ứng dụng của chấn lưu điện tử.26 CHƢƠNG 2.TÌM HIỂU CHẤN LƢU ĐIỆN TỬ SÓNG CHỮ NHẬT TẦN SỐ THẤP (LFSW) ĐIỀU KHIỂN SỐ VỚI MẠCH ĐIỀU KHIỂN CỘNG HƢỞNG VÀ VÒNG CÔNG SUẤT......................27 2.1.Đặt vấn đề..27 2.2.Chấn lưu điện tử LFSW(Low frequency square wave).30 2.3.Tầng PFC: Bộ biến đổi SEPIC...34 2.4.Nguyên lí hoạt động của chế độ dòng và chế độ công suất của LFSW.40 2.5.Thực nghiệm..48 2.6.Kết quả thực nghiệm..50 2.7.Nhận xét.55 CHƢƠNG 3.MÔ PHỎNG BỘ BĂM XUNG MỘT CHIỀU TĂNG ÁP (BOOST) BẰNG PESIM...57 3.1.Phần mềm Pesim(Power Electronics Simulation)..57 3.1.1.Khái niệm chung...57 6 3.1.2.Mô phỏng mạch điện59 3.1.3.Biểu diễn các tham số phần tử..59 3.2.Mạch băm xung một chiều tăng áp61 3.3.Mô phỏng...63 KẾT LUẬN.66 TÀI LIỆU THAM KHẢO.67 7 CHƢƠNG 1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CHẤN LƢU VÀ CHẤN LƢU ĐIỆN TỬ 1.1.VAI TRÒ VÀ CHỨC NĂNG CỦA CHẤN LƢU DÙNG CHO ĐÈN PHÓNG ĐIỆN Chiếu sáng có thể chiếm đến 40% năng lượng tiêu thụ tại các công sở là trung tâm thương mại khiến chúng trở thành mục tiêu đáng chú ý của những sáng kiến quản lý tiết kiệm năng lượng. Mặc dù gẩn 90% năng lượng đèn sợi đốt tiêu thụ chuyển hóa nhiệt nhưng chúng vẫn thịnh hành trong khắp các ngôi nhà của chúng ta, trong các trung tâm thương mại và công nghiệp . Hoạt động của chúng rất đơn giản và tự điều chỉnh. Những nguồn sáng phóng điện tiết kiệm năng lượng thấp và cao áp cùng với các chấn lưu điện từ hiệu suất cao và chấn lưu điện tử tần số cao là sự lựa chọn thông dụng hiện nay để trang bị thêm hoặc lắp đặt mới các hệ thống chiếu sáng tiêu tốn ít năng lượng. Không giống như đèn sợi đốt, các đèn phóng điện không thể mắc trực tiếp vào lưới điện . Trước khi dòng điện ổn định bằng một cách nào đó thì chúng đã tăng và tăng mạnh làm đèn bị đốt nóng quá và bị phá hủy . Độ dài và đường kính của dây tóc trong đèn sợi đốt chính là hạn chế dòng chạy qua nó và điều chỉnh dòng điện phát ra . Thay vì dây tóc đèn phóng điện dùng hiệu ứng hồ quang điện nên nó cần đến phần tử gọi là chấn lưu để trợ giúp ánh sáng phát ra. Chấn lưu có 3 công dụng chính : - Cung cấp hiệu thế khởi động một cách chính xác bởi vì đèn cần hiệu thế khởi động lớn hơn hiệu thế làm việc . - Làm hợp điện thế nguồn về giá trị điện thế làm việc của đèn 8 - Hạn chế dòng để tránh hỏng đèn vì khi hồ quang xuất hiện thì tổng trở của đèn sẽ giảm (hiệu ứng điện trở vi phân âm) Đầu tiên đèn được coi như một khối khí dẫn giữa hai điện cực . Chấn lưu cần phải cung cấp điện thế để hồ quang chạy giữa hai điện cực. Điện thế này được cung cấp bởi bộ biến áp nằm trong chấn lưu và đôi khi nó dùng tắc te để tạo xung cao thế. Khi khí trong đèn đã bị ion hóa, điện trở của đèn sẽ bị giảm rất nhanh tránh cho điện cực không bị đốt quá nóng . Khi dòng điện đã chạy qua dòng hồ quang khí sẽ nóng lên và tạo áp suất trong ống phóng điện, áp suất này làm tăng điện trở của dòng hồ quang dẫn đến việc tiếp tục đốt nóng khí và nâng cao áp suất . Chấn lưu phải điều khiển điện thế và dòng đèn làm việc ổn định tại công suất danh định . Thiếu việc điều khiển dòng của chấn lưu áp suất sẽ tăng cho đến khi thế đặt vào hai điện cực sẽ giảm , ion hóa sẽ tắt và đèn sẽ ngưng làm việc. Nếu chấn lưu không thích hợp chúng sẽ khiến đèn làm việc trong trạng thái không tối ưu . Kết quả là đèn không làm việc tại đúng công suất và sẽ không phát đúng ánh sáng, tuổi thọ của chúng sẽ giảm đi . Chấn lưu cũng cần phải cung cấp đúng điện thế danh định để duy trì dòng hồ quang và cần phải điều khiển dòng để đèn làm việc đúng công suất. Một số chấn lưu tự nó gây ra những ảnh hưởng bất lợi cho nguồn điện . Những vấn đề của nguồn lưới điện không phải lúc nào cũng tự có mà thường bị chính các thiết bị ( giống như chấn lưu điện từ và điện tử ) được nối vào nguồn điện gây ra . Những cuộn biến áp và tụ điện quá nóng là những nguyên nhân gây ảnh hưởng đến chất lượng của nguồn điện . Người ta có thể giảm những ảnh hưởng này khi chú ý đến những đạc trưng làm việc của chấn lưu. 9 1.2.CÁC MẠCH KHỞI ĐỘNG CỦA CHẤN LƢU Tùy theo cơ chế khởi động có 3 loại mạch chủ yếu của chấn lưu điện từ được dùng hiện nay. Ba loại chấn lưu này được phân loại theo 3 kiểu khởi động: kiểu khởi động do đốt nóng trước , kiểu khởi động trong chốc lát và kiểu khởi động nhanh.Cùng với việc sử dụng chấn lưu lai và chấn lưu điện tử có thêm hai loại nữa: khởi động nhanh cải tiến và kiểu khởi động tức thời của những đèn thuộc loại khởi động nhanh. 1.2.1.Khởi động do điện cực đƣợc đốt nóng trƣớc Capacitor Hình 1.1:Mạch khởi động đốt nóng trước Mạch đốt nóng trước được trình bày trên hình 1.1, nó cấp điện để đốt nóng điện cực trước khi đèn khởi động, đây là kiểu dùng đầu tiên để khởi động đèn huỳnh quang. Cần thiết đốt nóng điện cực để thiết lập sự phóng điện trong đèn.Việc đốt nóng này được thực hiện bằng tay hay tự động dùng tắc te mắc nối tiếp chấn lưu. Khi nguồn điện được cấp ,tắc te đóng lại và thông qua chấn lưu một dòng điện cực khiến chúng nóng lên. Sau một vài giây để điện cực đạt đến nhiệt độ nhất định tắc te tự động mở ra.Việc mở của tắc te mà trước đó như đang làm ngắn mạch khiến cho dòng chạy qua khối khí ở trong đèn. Do hai điện cực được đốt nóng , sự phóng điện được thiết lập và đèn phát sáng .Kiểu khởi động này thường dùng cho đèn huỳnh quang ống dài và thu gọn(công suất từ 4 đến 30 10 watts). Đèn ống dài có tắc te ngoài còn đèn huỳnh qung thu gọn có tắc te gắn gắn liền trong đui đèn. Đèn huỳnh quang ống dài khởi động kiểu đốt nóng trước có thể làm việc với chấn lưu khởi động điều khiển. Chấn lưu này có cuộn riêng để đốt nóng điện cực và không cần đến tắc te nữa. 1.2.2.Khởi động ngay Loại đèn kiểu này khởi động nay không cần đến trợ giúp của tắc te.Để đạt được điều này chấn lưu cấn phải cung cấp thế hở mạch có giá trị gấp đến 3 lần so với thế hiệu danh định của đèn.Cao thế này lấy từ cuộn biến áp tự ngẫu lớn nằm ngay trong chấn lưu.Kiểu khởi động này khiến cho chấn lưu có kích thước lớn hơn kích thước chấn lưu nói trên. Chấn lưu kiểu khởi động ngay dùng cho hai đèn có hai dạng: mạch kéo co và mạch nối tiếp theo chuỗi 1.2.2.1.Mạch kéo co Hình 1.2:Mạch kéo co khởi động ngay Mạch kéo co khởi động ngay hình 1.2 khác với mạch đốt nóng trước, như đã nói ở trên , ở chỗ nó không có tắc te và thế khởi động lớn.Nó khởi động hai đèn riêng rẽ không phụ thuộc vào nhau.Kiểu khởi động riêng rẽ này khiến chấn lưu càng to hơn. 11 Một tụ điện được mắc nối tiếp với một đèn để cải thiện tham số nguồn.Mạch có cuộn cảm mắc nối tiếp với đèn gọi là mạch trễ(kéo), mạch có tụ điện mắc nối tiếp với đèn gọi là mạch trội (co). Do vậy mạch nói trên có tên là mạch kéo co. 1.2.2.2.Mạch nối tiếp theo chuỗi Hinh 1.3:Mạch nối tiếp theo chuỗi Để giảm kích thước ,cân nặng và giá thành của chấn lưu kiểu kéo co khởi động ngay một loại chấn lưu khác đã được chế tạo(hình 1.3). Trong mạch chấn lưu này hai đèn mắc nối tiếp và chúng mắc nối tiếp với cuộn khởi động đèn. Trong mạch này cuộn khởi động bật ngay một đèn còn đèn kia tự khởi động sau đấ. Bởi vì hai đèn mắc nối tiếp chấn lưu không cần cấp dòng riêng cho hai đèn như trường hợp trên và làm chấn lưu nhẹ hơn và làm giảm kích thước đến 1/3 so với các chấn lưu nói trên. 1.2.2.3.Mạch khởi động ngay dùng chấn lƣu điện tử Hình 1.4:Mạch khởi động ngay dùng chấn lưu điện tử 12 Mạch khởi động ngay dùng chấn lưu điện tử hình 1.4 làm việc giống như mạch kéo co cung cấp cao thế để khởi động độc lập hai đèn được mắc song song.Sau đó chấn lưu điều chỉnh dòng qua hai đèn.Kích thước của chấn lưu nhỏ hơn vì nó thuộc loại chấn lưu điện tử. 1.2.3.Mạch khởi động nhanh Hình 1.5:Mạch khởi động nhanh Hệ thống chiếu sáng với mạch khởi động nhanh hình 1.5 hiện nay đang được phổ biến v ... phần tử logic (ví dụ như các cổng logic, flip_flop) và các phần tử phi tuyến (ví dụ như bộ nhân, bộ chia). Các phần tử cảm biến sẽ đo các giá trị điện áp, dòng điện trong mạch lực để đưa ra các tín hiệu đo này về mạch điều khiển.Sau đó mạch điều khiển sẽ cho các tín hiệu đến bộ điều khiển chuyển mạch để điều khiển quá trình đóng cắt các van bán dẫn trong mạch lực Hình 3.2:Biểu diễn một mạch điện trên Pesim Power circuit Switch Controller Sensors Control Circuit 64 3.1.2.Mô phỏng mạch điện - Khởi động PESIM. Chọn open từ file menu để nạp file “ chop.sch” - Từ menu Simulate, chọn Run simulation để khởi động quá trình mô phỏng. Kết quả mô phỏng sẽ được lưu trong file “chop.txt”.Mọi thông báo sẽ được lưu trong file “message.doc” - Nếu như không chọn trên menu Options phần Auto – run SIMVIEW, thì từ menu Simulate lựa chọn Run SIMVIEW để khởi động SIMVIEW.Còn nếu đã lựa chọn Auto – run SIMVIEW thì phần mềm sẽ tự động chạy SIMVIEW. Trên SIMVIEW chúng ta có thể chọn đường cong hiển thị trên màn hình 3.1.3.Biểu diễn các tham số phần tử Các tham số mỗi phần tử, bộ phận của mạch được đối thoại trên ba cửa sổ của PESIM như trên hình 3.3 bao gồm: Các tham số (Parameters), các thông tin khác (Other Info) và mầu sắc (Color) Hình 3.3:Cửa sổ trao đổi tham số trên PESIM 65 Cửa sổ Parametters được sử dụng trong quá trình mô phỏng ; còn cửa sổ Other Info không sử dụng cho mô phỏng mà chỉ dành cho người sử dụng, các thông tin sẽ được hiện ra trong mục View/Elements List, ví dụ như các thông tin loại thiết bị, tên nhà sản xuất, số sản xuấtCòn cửa sổ Color để xác định mầu sắc cho từng phần tử Trên cửa sổ Parameters,các tham số được đưa vào dưới dạng các số thập phân hoặc dạng biểu thức toán học.Ví dụ một điện trở có thể được biểu diễn dưới các dạng sau: 12.5 ; 12.5k ; 12.5 Ohm ; 12.5 kOhm ; 25/2 Ohm Các lũy thừa được sau sử dụng các chữ cái để thể hiện: 10 9 : G 10 6 : M 10 3 : K 10 -3 : m 10 -6 : u 10 -9 : n 10 -12 : p Các hàm toán học say được sử dụng : + phép cộng - phép trừ * phép nhân / phép chia ^ hàm mũ SQRT hàm căn bậc hai SIN hàm sin COS hàm cos TAN hàm tang ATAN hàm artang EXP hàm mũ tự nhiên (ví dụ: EXP(x) = ex) LOG hàm logarit cơ số tự nhiên (ví dụ : LOG(x) = ln(x)) LOG10 hàm logarit cơ số 10 ABS hàm giá trị tuyệt đối 66 3.2.MẠCH BĂM XUNG MỘT CHIỀU TĂNG ÁP Hình 3.4:Mạch nguyên lí boost Bộ biến đổi boost hoạt động theo nguyên tắc sau: khi khóa (van) đóng, điện áp ngõ vào đặt lên điện cảm, làm dòng điện trong điện cảm tăng dần theo thời gian. Khi khóa (van) ngắt, điện cảm có khuynh hướng duy trì dòng điện qua nó sẽ tạo điện áp cảm ứng đủ để diode phân cực thuận. Ở điều kiện làm việc bình thường, điện áp ngõ ra có giá trị lớn hơn điện áp ngõ vào, do đó điện áp đặt vào điện cảm lúc này ngược dấu với với khi khóa (van) đóng, và có độ lớn bằng chênh lệch giữa điện áp ngõ ra và điện áp ngõ vào, cộng với điện áp rơi trên diode. Dòng điện qua điện cảm lúc này giảm dần theo thời gian. Tụ điện ngõ ra có giá trị đủ lớn để dao động điện áp tại ngõ ra nằm trong giới hạn cho phép. Dòng điện qua điện cảm sẽ thay đổi tuần hoàn và điện áp rơi trung bình trên điện cảm trong một chu kỳ sẽ bằng 0 nếu dòng điện qua điện cảm là liên tục (nghĩa là dòng điện tải có giá trị đủ lớn). Gọi T là chu kỳ chuyển mạch (switching cycle), T1 là thời gian đóng khóa (van), và T2 là thời gian ngắt khóa (van). Như vậy, T = T1 + T2. Giả sử điện áp rơi trên diode, và dao động điện áp ngõ ra là khá nhỏ so với giá trị của điện áp ngõ vào và ngõ ra. Khi đó, điện áp rơi trung bình trên điện cảm khi đóng khóa (van) là (T1/T)×Vin, còn điện áp rơi trung bình trên điện cảm khi ngắt khóa (van) là (T2/T)×(Vin − Vout). 67 Điều kiện điện áp rơi trung bình trên điện cảm bằng 0 có thể được biểu diễn là: (T1/T)×Vin + (T2/T)×(Vin − Vout) = 0 (3.1) Hay (T1/T + T2/T)×Vin − ( T2/T)×Vout = 0 ⇔Vin = (T2/T)×Vout (3.2) Với cách định nghĩa chu kỳ nhiệm vụ D = T1/T, T2/T = 1 − D, ta có Vin = (1 − D)×Vout, hay Vout = Vin/(1 − D). D thay đổi từ 0 đến 1 (không bao gồm các giá trị 0 và 1), do đó 0 < Vin < Vout. Một trong những bài toán thường gặp là như sau: cho biết phạm vi thay đổi của điện áp ngõ vào Vin, giá trị điện áp ngõ ra Vout, độ dao động điện áp ngõ ra cho phép, dòng điện tải tối thiểu Iout,min, xác định giá trị của điện cảm, tụ điện, tần số chuyển mạch và phạm vi thay đổi của chu kỳ nhiệm vụ, để đảm bảo ổn định được điện áp ngõ ra. Phạm vi thay đổi của điện áp ngõ vào và giá trị điện áp ngõ ra xác định phạm vi thay đổi của chu kỳ nhiệm vụ D: Dmin = 1 − Vin,max/Vout (3.3) Dmax = 1 − Vin,min/Vout. (3.4) Độ thay đổi dòng điện cho phép sẽ bằng 2 lần dòng điện tải tối thiểu. Trường hợp xấu nhất ứng với độ lớn của điện áp trung bình đặt vào điện cảm khi khóa (van) ngắt đạt giá trị lớn nhất, tức là hàm số Vin/Vout×(Vin − Vout) đạt giá trị nhỏ nhất khi D thay đổi từ Dmin đến Dmax (chú ý là hàm số này có giá trị âm trong khoảng thay đổi của D). Gọi giá trị của D và Vin tương ứng với giá trị nhỏ nhất 68 đó là Dth và Vin,th (giá trị tới hạn), đẳng thức sau (chỉ xét về độ lớn) được dùng để chọn giá trị chu kỳ (hay tần số) chuyển mạch và điện cảm: (1 − Dth)×T×(Vout − Vin,th) = Lmin×2×Iout,min (3.5) 3.3.MÔ PHỎNG Hình 3.5:Mạch mô phỏng bộ băm xung một chiều tăng áp Nguồn tạo xung mở mosfet gồm có 2 nguồn là :nguồn 1 chiều và nguồn áp sóng tam giác qua 1khối so sánh và 1bộ điều khiển đóng cắt để tạo xung vuông kích mở cho mosfet hoạt động. 69 Nguồn áp tam giác: các thông số mô tả - Vpeak-peak: giá trị từ đỉnh giá trị cao đến giá trị thấp Vpp - Frequency:tần số f , Hz - Duty cycle: chu kì sóng D: tỷ số của khoảng thời gian sườn sóng tăng và chu kì T(T=1/f) - DC offset: giá trị một chiều Voffset - Phase delay: góc trễ θ, tính theo độ Hình 3.6:Ký hiệu và dạng sóng của nguồn sóng tam giác Khối so sánh: tín hiệu ra của khối so sánh sẽ có giá trị dương khi tín hiệu vào ở cực (+) lớn hơn ở cực (-), sẽ có giá trị bằng 0 khi tín hiệu cực dương nhỏ hơn.Khi giá trị vào ở 2 cực bằng nhau thì tín hiệu ra luôn giữ tại thời điểm trước đó Hình 3.7:Khối so sánh 70 Bộ điều khiển đóng cắt: Tín hiệu đầu vào của khối là 0 hoặc là 1 từ mạch điều khiển sẽ đưa đến cực điều khiển của khóa động lực Hình 3.8:Bộ điều khiển đóng cắt Hình 3.9:Dạng điện áp ra 71 KẾT LUẬN Qua 3 tháng nghiên cứu đề tài “Xây dƣng mô hình bộ chấn lƣu điện tử sóng chữ nhật tần số thấp điều khiển số với mạch điều khiển cộng hƣởng và vòng công suất” cùng với sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo GS.TSKH Thân Ngọc Hoàn và một số thầy cô trong bộ môn em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình với những nội dung sau: - Tổng hợp được các bộ chấn lưu điện tử - Tìm hiểu về bộ chấn lưu điện tử tần số thấp sóng chữ nhật điều khiển số với mạch điều khiển cộng hưởng điện và vòng công suất - Mô phỏng bộ băm xung một chiều tăng áp bằng Pesim Theo đề tài thì em phải xây dựng được mô hình vật lí bộ chấn lưu điện tử nhưng do có khó khăn về linh kiện và kiến thức có hạn nên đồ án chỉ dừng lại ở phần lí thuyết bộ chấn lưu trên Em rất mong đón nhận các ý kiến đóng góp, bổ sung quý báu của các thầy cô cũng như tất cả bạn bè để đồ án của em được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo GS.TSKH Thân Ngọc Hoàn và thầy cô trong bộ môn đã nhiệt tình giúp đỡ em! Hải Phòng ngày 5 tháng 7 năm 2011 Sinh viên thực hiện Mai Trung Chiến 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. W.Yan,Y.K.E.Ho,S.Y.R.Hui (2000), Investigation of elimitnating acoutic resonance wattage high-intensity-discharge (HID) lamps, Nhà xuất bản IEEE. [2]. F.J.Azcondo.Diaz,R.Casanueva - C.Branas (2006), Microcontroller power mode stabilazied power factor correction stage for electronic ballast applied to metal hadie lamps, Nhà xuất bản IEEE. [3]. C.M.Huang,T.J.Liang,R.Lin - J.F.Chen (2005),Constant power control circuit for HID electronics ballast,Nhà xuất bản IEEE. [4]. M.Shen,Z.Qian - F.Z.Feng (2003), Design of a two-stage low- frequency square wave electronic ballasts for HID lamps,Nhà xuất bản IEEE. [5]. EMC (1995), Limits for Hamonic Current Emissions,Nhà xuất bản IEC 1000-3-2. [6]. F.J.Azcondo,Diaz,R.Casanueva,C.Branas - R.Zane (2006), Low frequency squave wave electronic ballast with resonant ignition using digital mode and power loop, IEEE. [7]. C.Branas, F.J.Azcondo - S.Bacho (2002), Experimental study of HPS lamp ignition by using LC network resonance,Nhà xuất bản IEEE. [8]. R.Guo,Y.Lang - Z.Quian (2005), Investigation on the start up of low wattage metal hadile lamp controlled by low frequency square wave ballast,Nhà xuất bản IEEE. [9]. T.S.Cho,N.O.Kwon,Y.M.Kim,H.S.Kim,J.C.Kang,E.H.Choi - G.Cho (2002), Capacitive coupled electrodeless discharge black driven square pulses,Nhà xuất bản IEEE. 73 [10]. M.A.Dalla Costa,J.M.Alonso,J.Ribas,J.Caresin - J.Garcia (2005), Small-signal characterization of acoustic resonance in low-wattage metal hadile lamps, Nhà xuất bản IEEE. [11].F.J.Azcondo,F.J.Diaz,R.Casanueva - C.Branas (2007), Microcontroller power mode stabilized power factor correction stage for high intensity discharge lamp electronic ballast, Nhà xuất bản IEEE. [12]. D.Adar,G.Rahav - S.Ben-Yakoov (1996), Behavioral average model of SEPIC converter with coupled inductor, Nhà xuất bản IEEE. [13]. R.W.Erickson - D.Maksimovic (2001), Fundamentals of Power Electronics, Nhà xuất bản Norwell,MA: Kluwer. [14]. Y.Yan - R.Zane (2004), Digital controller design for electronic ballast with phase control, Nhà xuất bản IEEE. [15]. R.L.Lin và M.C.Yeh (2005), Inductor phase feedback for phase – looked loop control of electronic ballast, Nhà xuất bản IEEE. [16].J.Ribas,J.M.Alonso,A.J.Calleja,E.Lopez,J.Cardesin,J.Garcia- M.Rico (2002), Small signal dymatic characterzination of HID lamps, Nhà xuất bản IEEE. [17]. E.Deng - S.Cuk (1997), Negative incremental impedance and stability of fluorescent lamps, Nhà xuất bản IEEE. [18]. I.K.Lee - B.H.Cho (2005), A new control method for a low frequency inverter of MHD lamp ballast with synchronous rectifier, Nhà xuất bản IEEE. [19]. H.Peng,A.Prodic,E.Alarco – D.Maksimovic (2007), Modeling of quantization effects in digitally controlled DC-DC converters, Nhà xuất bản IEEE 74 [20]. GS.TSKH Thân Ngọc Hoàn (2004), Điện tử công suất, Nhà xuất bản xây dựng. [21]. GS.TSKH Thân Ngọc Hoàn – TS. Nguyễn Tiến Ban(2007), Điều chỉnh tự động các hệ thống truyền động điện, Nhà xuất bản khoa học - kỹ thuật Hà Nội. [22]. Nguyễn Văn Nhờ(2002),Giáo trình điện tử công suất 1, Nhà xuất bản Đại học quốc gia TP.HCM. [23]. Nguyễn Bính (2000), Điện tử công suất, Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật. [24]. Lê Văn Doanh (2007), Điện tử công suất_Lý thuyết thiết kế và ứng dụng tập 2, Nhà xuất bản khoa học - kỹ thuật.
File đính kèm:
- do_an_xay_dung_mo_hinh_bo_chan_luu_dien_tu_song_chu_nhat_tan.pdf