Thiết kế bộ ups phần nghịch lưu

NHIỆM VỤ THIẾT KẾ 1. Nhiệm vụ thiết kế. Thiết kế bộ UPS phần nghịch lưu với các thông số sau: - Điện áp nguồn 220V, 50Hz (10%) - Công suất 15kVA - Thời gian lưu điện 10 phút. 2. Nội dung: - Tính toán lựa chọn các thiết bị mạch động lực (dùng Transitor IGBT) - Thiết kế sơ đồ điều khiển van nghịch lưu. 3. Các bản vẽ: - Sơ đồ nguyên lý mạch động lực và mạch điều khiển. - Các biểu đồ thời gian. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. PGS. TS. Nguyễn Trọng Thuần - Điều khiển logic và ứng dụng - Nhà xuất bản Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 2000. 2. Điện tử công suất - Nguyễn Bính. 3. Vi mạch và mạch tạo sóng - Tống Văn On. 4. Master Replacement Guide (ECG is ISO - 9002 register). CHƯƠNG I GIỚI THIỆU VỀ BỘ UPS 1. GIỚI THIỆU CHUNG Một nguồn điện tốt sẽ đảm bảo khả năng làm việc liên tục và có độ tin cậy cao đặc biệt là đối với các thiết bị, các hộ tiêu thụ điện nhạy cảm như: hệ thống mạng máy tính, các đài phát thanh, các trạm thông tin liên lạc, hệ thống chiếu sáng sân bay và các hệ thống quan trọng khác. Đối với hệ thống nhạy cảm về điện này, việc xảy ra một sự cố nhỏ có thể gây ra những thiệt hại lớn về chính trị và kinh tế. Hệ thống lưu điện chuyển đổi tĩnh được thiết kế để cung cấp cho các thiết bị nhạy cảm một điện áp ổn định, liên tục, thoát khỏi những nhiễu loạn đường điện như sự gián đoạn điện thế tức thời Hệ thống lưu điện với dự trữ năng lượng trong pin (ắc quy) sẽ tiếp tục cung cấp năng lượng điện cho tải trong một khoảng thời gian, khoảng thời gian này thường đủ cho người dùng thực hiện những hành động cần thiết và tránh những hậu quả xấu đối với thiết bị. Vì vậy ngày nay UPS có mặt trong tất cả các hệ thống điện.

doc29 trang | Chia sẻ: lvcdongnoi | Ngày: 12/06/2013 | Lượt xem: 1953 | Lượt tải: 6download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Thiết kế bộ ups phần nghịch lưu, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
NhiÖm vô thiÕt kÕ 1. NhiÖm vô thiÕt kÕ. ThiÕt kÕ bé UPS phÇn nghÞch l­u víi c¸c th«ng sè sau: §iÖn ¸p nguån 220V, 50Hz ( ±10%) C«ng suÊt 15kVA Thêi gian l­u ®iÖn 10 phót. 2. Néi dung: - TÝnh to¸n lùa chän c¸c thiÕt bÞ m¹ch ®éng lùc (dïng Transitor IGBT) - ThiÕt kÕ s¬ ®å ®iÒu khiÓn van nghÞch l­u. 3. C¸c b¶n vÏ: - S¬ ®å nguyªn lý m¹ch ®éng lùc vµ m¹ch ®iÒu khiÓn. - C¸c biÓu ®å thêi gian. Tµi liÖu tham kh¶o PGS. TS. NguyÔn Träng ThuÇn - §iÒu khiÓn logic vµ øng dông - Nhµ xuÊt b¶n Khoa häc Kü thuËt, Hµ Néi 2000. §iÖn tö c«ng suÊt - NguyÔn BÝnh. Vi m¹ch vµ m¹ch t¹o sãng - Tèng V¨n On. Master Replacement Guide (ECG is ISO - 9002 register). Ch­¬ng i Giíi thiÖu vÒ bé ups 1. Giíi thiÖu chung Mét nguån ®iÖn tèt sÏ ®¶m b¶o kh¶ n¨ng lµm viÖc liªn tôc vµ cã ®é tin cËy cao ®Æc biÖt lµ ®èi víi c¸c thiÕt bÞ, c¸c hé tiªu thô ®iÖn nh¹y c¶m nh­: hÖ thèng m¹ng m¸y tÝnh, c¸c ®µi ph¸t thanh, c¸c tr¹m th«ng tin liªn l¹c, hÖ thèng chiÕu s¸ng s©n bay vµ c¸c hÖ thèng quan träng kh¸c. §èi víi hÖ thèng nh¹y c¶m vÒ ®iÖn nµy, viÖc x¶y ra mét sù cè nhá cã thÓ g©y ra nh÷ng thiÖt h¹i lín vÒ chÝnh trÞ vµ kinh tÕ. HÖ thèng l­u ®iÖn chuyÓn ®æi tÜnh ®­îc thiÕt kÕ ®Ó cung cÊp cho c¸c thiÕt bÞ nh¹y c¶m mét ®iÖn ¸p æn ®Þnh, liªn tôc, tho¸t khái nh÷ng nhiÔu lo¹n ®­êng ®iÖn nh­ sù gi¸n ®o¹n ®iÖn thÕ tøc thêi… HÖ thèng l­u ®iÖn víi dù tr÷ n¨ng l­îng trong pin (¾c quy) sÏ tiÕp tôc cung cÊp n¨ng l­îng ®iÖn cho t¶i trong mét kho¶ng thêi gian, kho¶ng thêi gian nµy th­êng ®ñ cho ng­êi dïng thùc hiÖn nh÷ng hµnh ®éng cÇn thiÕt vµ tr¸nh nh÷ng hËu qu¶ xÊu ®èi víi thiÕt bÞ. V× vËy ngµy nay UPS cã mÆt trong tÊt c¶ c¸c hÖ thèng ®iÖn. ii. ph©n lo¹i hÖ thèng l­u ®iÖn * Nguyªn lý ho¹t ®éng cña thiÕt bÞ l­u ®iÖn. UPS lµ mét thiÕt bÞ nguån, cã nguån ®Çu vµo ®­îc nèi víi l­íi ®iÖn, ®Çu ra nèi víi thiÕt bÞ tiªu thô ®iÖn. Bªn trong UPS cã mét bé ¾c quy dïng ®Ó dù tr÷ n¨ng l­îng. Khi cã ®iÖn l­íi nã cÊp ®iÖn th¼ng tõ ®iÖn l­íi cho thiÕt bÞ. Khi mÊt ®iÖn l­íi nã sÏ ®­a ®iÖn tõ ¾c quy lªn. Môc ®Ých lµ ®Ó cho ho¹t ®éng cña thiÕt bÞ ®iÖn kh«ng bÞ gi¸n ®o¹n. C¸c kh©u chøc n¨ng cña UPS. - ChØnh l­u/n¹p ®iÖn - NghÞch l­u - ¾c quy Trong khu«n khæ ®Ò tµi lµ ThiÕt kÕ phÇn nghÞch l­u cña bé UPS nªn em chØ ®i s©u vÒ phÇn nµy. Khèi nghÞch l­u: CÊu t¹o bëi c¸c van ®iÖn tö (b»ng c¸c quy luËt ®ång më sÏ t¹o ra ®iªn ¸p xoay chiÒu gÇn sin cã tÇn sè 50Hz) biÕn ®æi nguån ®iÖn mét chÒu tõ ¸c quy cung cÊp cho t¶i. UPS nµy khèi nghÞch l­u ®­îc l¾p song song víi l­íi vµ kh«ng tham gia vµo bÊt kú ho¹t ®éng nµo khi l­íi æn ®Þnh. Khi ngußn x¶y ra sù cè mÊt ®iªn, th× lóc nµy t¶i ®­îc ng¾t ra khái l­íi ®iÖn vµ nèi tíi nghÞch l­u b¾t ®Çu ho¹t ®éng biÕn ®æi ®iÖn ¸p mét chiÒu tõ ¸c quy sang xoay chiÒu cung cÊp cho t¶i. iii. s¬ ®å cÊu tróc nguån l­u ®iÖn dù phßng Trong ®å ¸n nµy nhiÖm vô thiÕt kÕ mét nguån cÊp ®iÖn dù phßng ho¹t ®éng ë chÕ ®é chê cã kh¶ n¨ng cung cÊp mét c«ng suÊt thiÕt kÕ lµ 15kVA ®¶m b¶o ®é æn ®Þnh dßng ®iÖn ¸p trong thêi gian gi¸n ®o¹n cÊp ®iÖn khi nguån ®iÖn l­íi bÞ mÊt, ®iÖn ¸p nµy lµ møc ®iÖn ¸p b×nh th­êng cña m¹ng ®iÖn 220V/50Hz ®é dao ®éng 10%. Thêi gian cÊp ®iÖn cã thÓ duy tr× ®­îc trong kho¶ng 10 – 15 phót lµ kho¶ng thêi gian cÇn thiÕt ®Ó khëi ®éng m¸y ph¸t dù phßng. 1. ¾c quy. Lµ n¬i tÝch tr÷ n¨ng l­îng ®iÖn mét chiÒu ®Ó cung cÊp ngußn cho bé nghÞch l­u khi mÊt nguån ®iÖn l­íi. Tham gia cÊp ®iÖn cña bé nghÞch l­u do dung l­îng cña ¾c quy quyÕt ®Þnh. 2. Bé nghÞch l­u. BiÕn ®æi ®iÖn ¸p mét chiÒu lÊy tõ nguån ¾c quy thµnh ®iÖn ¸p xoay chiÒu 1 pha. Bé nghÞch l­u ®­îc ®Êu song song víi l­íi vµ chØ ho¹t ®éng khi nguån vµo chÝnh cã sù cè. 3. Bé ®iÒu khiÓn nghÞch l­u. Cã nhiÖm vô ®iÒu khiÓn thêi gian dÉn dßng cña c¸c van trªn bé nghÞch l­u ®Ó t¹o ra diÖn ¸p xoay chiÒu cã ®é æn ®Þnh cao cÊp cho phô t¶i. 4. Kho¸ chuyÓn m¹ch. Cã chøc n¨ng ®ãng hoÆc c¾t ®Ó chuyÓn chÕ ®é lµm viÖc cña hÖ thèng cung cÊp ®iÖn ¸p tõ nguån ®iÖn l­íi sang nguån ®iÖn dù phßng l­u ®iÖn vµ ng­îc l¹i. Ch­¬ng ii ThiÕt kÕ m¹ch lùc cña bé l­u ®iÖn i. thiÕt kÕ m¹ch lùc cña bé nghÞch l­u I.1. Lùa chän s¬ ®å nghÞch l­u. Trong c¸c bé nguån l­u ®iÖn nghÞch l­u thùc hiÖn chøc n¨ng chÝnh lµ lÊy ®iÖn tõ ¾c quy cho thiÕt bÞ khi mÊt ®iÖn nguån. Ng­êi ta th­êng sö dông mét trong hai bé nghÞch l­u ®ã lµ: + NghÞch l­u nguån dßng + NghÞch l­u nguån ¸p. Trong khu«n khæ ®Ò tµi lµ thiÕt kÕ bé nghÞch l­u nguån ¸p vµ phÇn m¹ch lùc dïng transistor IGBT nªn chóng ta sÏ ®i s©u vÒ phÇn nµy. Ngµy nay, trong c¸c bé l­u ®iÖn nguån ta th­êng sö dông c¸c van b¸n dÉn trong s¬ ®å nghÞch l­u lµ transistor IGBT, bëi nã cã nhiÒu tÝnh ­u viÖt nh­ tèc ®é chuyÓn m¹ch nhanh. C«ng suÊt ®iÒu khiÓn yªu cÇu rÊt nhá. ViÖc sö dông c¸c transistor IGBT lµm ®¬n gi¶n ®¸ng kÓ viÖc thiÕt kÕ c¸c bé biÕn ®æi vµ lµm cho kÝch th­êc cña hÖ thèng ®iÒu khiÓn ngµy cµng thu nhá. Tõ yªu cÇu cña ®Ò tµi ta chän s¬ ®å nghÞch l­u lµ s¬ ®å “nghÞch l­u mét pha nguån ¸p dïng transistor IGBT”. Víi s¬ ®å nµy ta cã thÓ n©ng cao ®­îc chÊt l­îng ®iÖn ¸p ®Çu ra cña bé nghÞch l­u b»ng ph­¬ng ph¸p ®iÒu biÕn ®é réng xung ®Ó võa ®iÒu khiÓn ®­îc ®iÖn ¸p ra vµ vÉn gi¶m nhá ®­îc ¶nh h­ëng cña sãng hµi. I.2. S¬ ®å nghÞch l­u 1 pha nguån ¸p dïng transistor IGBT. II.1.3. TÝnh chän van cho bé nghÞch l­u. Bé nghÞch l­u ®­îc thiÕt kÕ ®Ó cung cÊp cho t¶i cã c«ng suÊt tèi ®a lµ 1,5kVA. Gi¶ sö hiÖu suÊt cña bé nghÞch l­u lµ 0,80 th× c«ng suÊt vµo bé nghÞch l­u lµ. Gi¸ trÞ dßng ®iÖn phãng cña ¾c quy lµ: (Do ®iÖn ¸p tõ ¾c quy tíi ta chän 240V) Dßng ®iÖn trung b×nh qua van bé nghÞch l­u lµ: §iÖn ¸p mçi van ph¶i chÞu: Chän hÖ sè an toµn vÒ dßng cho van lµ: k1 = 1,4 HÖ sè an toµn vÒ ®iÖn ¸p cho van lµ: ku = ,12 Khi ®ã dßng ®iÖn trung b×nh qua van lín nhÊt lµ: Ivmax = Itbv. 1,4 = 51 (A) x 1,4 = 71,4 (A) §iÖn ¸p ®Æt lªn van lín nhÊt lµ: UCE =UCE. 1,2 = 240 . 1,2 = 288 (V) Chän van transistor IGBT lo¹i ký hiÖu ECG3328 cña PHILIPS chÕ t¹o cã th«ng sè nh­ sau: Icmax UCEbh UCEmax uGEmax UCE ton toff IGE 80A 6V 400v ±20V 80ns 400ns 1mA TÝnh chän diod cho bé nghÞch l­u. Diod ®Öm cho bé nghÞch l­u ph¶i chÞu ®­îc ®iÖn ¸p ng­îc b»ng gi¸ trÞ ®iÖn ¸p lín nhÊt ®Æt lªn mçi van. Dßng ®iÖn mµ diot chÞu ®­îc còng b»ng dßng ®iÖn lín nhÊt ch¹y qua van do ®ã Ungmax = 144V C¨n cø vµo c¸c th«ng sè cña van ta chän lo¹i diot lµ lo¹i ECG6064 do PHILIPS chÕ t¹o cã th«ng sè nh­ sau: Itb Ungmax DU 85A 400V 0,7V Ch­¬ng iv ThiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn nghÞch l­u. i. giíi thiÖu nguyªn t¾c ®iÒu biÕn ®é réng xung §iÖn ¸p xoay chiÒu ®­îc t¹o ra tõ bé nghÞch l­u lµ ®iÖn ¸p kh«ng cã d¹ng h×nh sin nh­ mong muèn mµ chØ cã d¹ng gÇn h×nh sin ch÷ nhËt hoÆc gÇn nh­ ch÷ nhËt cã chøa rÊt nhiÒu tr¹ng th¸i lµm ¶nh h­ëng ®Õn chÊt l­îng ®iÖn ¸p ®Çu ra cÊp cho t¶i. §iÒu mong muèn lµ lµm thÕ nµo ®Ó võa ®iÒu chØnh ®­îc ®iÖn ¸p ra mµ vÉn gi¶m nhá ®­îc së h÷u cña c¸c sãng hµi bËc thÊp. §Ó lµm ®­îc ®iÒu ®ã cã rÊt nhiÒu biÖn ph¸p thùc hiÖn nh­: sö dông bé läc LC. Nh­ vËy, träng l­îng vµ gi¸ thµnh cña thiÕt bÞ biÕn tÇn sÏ cao. V× vËy, ph­¬ng ph¸p “®iÒu biÕn ®é réng xung PWM – Pulse Width Modulation” cã thÓ ®¸p øng ®­îc yªu cÇu trªn hiÖu qu¶ nhÊt. §iÒu biÕn ®é réng xung cã nguyªn lý c¬ b¶n sau: T¹o mét sãng d¹ng h×nh sin Um ®­îc gäi lµ sãng ®iÒu biÕn (xung mÉu) cã tÇn sè lín h¬n nhiÒu tÇn sè sãng ®iÒu biÕn th­êng lµ béi ba (tõ 1 – 10Khz). Dïng mét kh©u so s¸nh 2 tÝn hiÖu Um vµ Up, tõ c¸c giao ®iÓm cña 2 sãng nµy ta x¸c ®Þnh ®­îc kho¶ng t¸c ®éng cña xung ®iÒu khiÓn thyristor hoÆc transistor c«ng suÊt (gãc chuyÓn m¹ch). NÕu sãng tam gi¸c cã tÇn sè cµng lín th× ®é mÞn cña ®iÖn ¸p ®Çu ra cµng cao, chÊt l­îng ®¶m b¶o bëi theo yªu cÇu cña phô t¶i. - §iÒu biÕn ®é réng xung ®¬n cùc. §iÖn ¸p trªn t¶i lµ mét chuçi xung, ®é réng kh¸c nhau, cã trÞ sè 0 vµ ±E - §iÒu biÕn ®é réng xung l­ìng cùc. §iÖn ¸p ra trªn t¶i lµ mét chuçi xung, ®é réng kh¸c nhau, cã trÞ sè ±E. Tû sè gi÷a biªn ®é sãng ®iÒu biªn vµ biªn ®é sãng mang, ký hiÖu lµ M ®­îc gäi lµ hÖ sè ®iÒu biÕn. Khi ta ®iÒu chØnh ®é lín Am còng chÝnh lµ ®iÒu chØnh ®é réng xung. Khi M = 1 th× ®iÖn ¸p ra t¶i cã biªn ®é lµ lín nhÊt vµ muèn gi¶m nhá ®iÖn ¸p ra th× ta gi¶m nhá Am. I.1. §iÒu chÕ ®é réng xung ®¬n cùc 1 pha. Transistor T1 ®­îc kÝch më bëi xung chïm, trong nöa chu k× d­¬ng cña sãng ®iÒu biÕn Up, cßn transistor T4 trong nöa chu kú am cña Uv. Dßng t¶i i, chËm pha so víi ®iÖn ¸p t¶i U, trong kho¶ng U vµ i kh¸c dÊu, dßng t¶i nguån e qua 2 dièt. Trong kho¶ng U = 0, th× dßng t¶i ch¶y qua mét transistor cña nh¸nh nµy vµ mét ®ièt cña nh¸nh kh¸c, t¶i bÞ ng¾n m¹ch, dßng ®iÖn nguån is = 0. Sãng hµi trong ®iÖn ¸p t¶i. NÕu chuyÓn gèc to¹ ®é sang 0’, ®iÖn ¸p t¶i U lµ mét hµm chu k× lÎ. Khai triÓn Fourier cña nã chØ chøa c¸c thµnh phÇn sãng sin. Biªn ®é cña sãng hµi ®­îc tÝnh theo c«ng thøc. Khi n = 1 th× Khi n = 3. Biªn ®é sãng hµi cã d¹ng tæng qu¸t nh­ sau: Trong ®ã: n = 1, 3, 5… ai lµ gãc chuyÓn tr¹ng th¸i, i biÕn thiªn tõ 1 ®Õn k ak lµ gãc chuyÓn tr¹ng th¸i cuèi cïng tr­íc p/2 Nh­ vËy, ®èi víi ®iÒu biÕn ®é réng xung ®¬n cùc, ®Ó ®iÖn ¸p t¶i kh«ng chøa c¸c sãng hµi bËc 3, 5 vµ 7 cÇn ph¶i cã. * §iÒu biÕn ®é réng xung l­ìng cùc. Tû sè ®iÒu biÕn M > 1, c¸c transistor ®­îc ®iÒu khiÓn tõng cÊp T1, T3 vµ T2, T4. Nguån E lu«n lu«n ®­îc nèi víi t¶i, th«ng qua hoÆc T1, T3 vµ T2, T4. Do ®ã ®iÖn ¸p gåm 1 chuçi xung, ®« réng kh¸c nhau, kh«ng cã nh÷ng kho¶ng u = 0. * Sãng hµi trong ®iÖn ¸p t¶i. NÕu chuyÓn gèc to¹ ®é sang 0’, dÔ thÊy r»ng ®iÖn ¸p t¶i cã d¹ng hµm chu kú lÎ, chØ chøa c¸c thµnh phÇn sin. BiÓu thøc tæng qu¸t cña biªn ®é sãng hµi cña ®iÒu biÕn réng xung l­ìng cùc. Khi u b¾t ®Çu b»ng mét xung d­¬ng Khi u b¾t ®Çu b»ng mét xung ©m §èi víi tr­êng hîp ®ang xÐt, muèn lo¹i trõ sãng hµi bËc 3 vµ 5 cÇn ph¶i cã: B»ng ph­¬ng ph¸p tÝnh gÇn ®óng t×m ®­îc nh­ vËy, ®iÖn ¸p ra chØ chøa sãng c¬ b¶n vµ c¸c sãng hµi bËc cao 7, 9, 11… cã thÓ xem 1.2. S¬ ®å khèi vµ chøc n¨ng c¸c khèi trong hÖ thèng ®iÒu khiÓn nghÞch l­u mét pha theo nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn PWM. M¹ch ®iÒu khiÓn gåm nh÷ng khèi chÝnh nh­ sau: - Khèi 1: Khèi t¹o ®iÖn ¸p gÇn h×nh sin Um (tÇn sè 50Hz) Chøc n¨ng cña khèi nµy lµ t¹o ®iÖn ¸p h×nh sin mét pha cã tÇn sè 50Hz vµ biªn ®é cã thÓ ®iÒu chØnh ®­îc (gäi lµ sãng ®iÒu biÕn) ®Ó ®­a tíi ®Çu vµo cña bé so s¸nh. - Khèi 2: Khèi t¹o ®iÖn ¸p tam gi¸c Cã nhiÖm vô t¹o mét sãng tam gi¸c cã biªn ®é lín h¬n (th­êng lµ béi 3) tÇn sè cña sãng ®iÒu biÕn ®Ó ®­a tíi bé so s¸nh cïng víi sãng ®iÒu biÕn. - Khèi 3: Khèi so s¸nh. Thùc hiÖn viÖc so s¸nh 2 tÝn hiÖu sãng ®iÒu biÕn vµ sãng mang, t¹i c¸c giao ®iÓm cña 2 sãng mang nµy ta x¸c ®Þnh ®­îc thêi ®iÓm ph¸t xung ®Ó ®iÒu khiÓn më c¸c transistor IGBT trªn m¹ch lùc. - Khèi 4: Khèi khuÕch ®¹i xung. §Ó ®¶m b¶o cho transistor lµm viÖc ë chÕ ®é b·o hoµ th× ta ph¶i ®­a dßng ®iÒu khiÓn vµo cùc B cì 10%, dßng qua transistor nªn bé khuÕch ®¹i xung cã chøc n¨ng khuÕch ®¹i tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn ®Ó ®¶m b¶o cho viÖc më c¸c transistor mét c¸ch ch¾c ch¾n. - Khèi 4: Khèi nguån T¹o mét nguån nu«i æn ®Þnh vµ ®ñ c«ng suÊt cung cÊp cho m¹ch ®iÒu khiÓn. I.3. TÝnh to¸n vµ chän linh kiÖn cho m¹ch ®iÒu khiÓn. I.3.1. M¹ch t¹o ®iÖn ¸p h×nh sin cho mét pha tÇn sè 50Hz. Sö dông m¹ch dao ®éng cÇu viªn §iÖn trë Rf vµ Ra lµ nhiÖt ®iÖn trë sao cho 2,9 < Kumax < 3,1 Chän Ra = 10KW ta cã Rf = 30 KW LÊy R = R1 = R2 = 10KW th× f0 = 1/6,28C1. 1000 = 50Hz Þ CH = 0,3mF Dïng khuÕch ®¹i thuËt to¸n mA 741 víi nguån cung cÊp ±15V ® Ura = Ubh = 80% Vcc = ±12V I.3.2. M¹ch t¹o ®iÖn ¸p tam gi¸c tÇn sè cao (xung r¨ng c­a) C¸c th«ng sè ®­îc chän nh­ trªn s¬ ®å Chän IC1 vµ IC2 lµ mA 741 trong ®ã IC1 ®­îc nèi thµnh m¹ch dao ®éng tù phôc håi t¹o ra d¹ng sãng r¨ng c­a trªn tô C1 vµ sãng vu«ng ngâ ra chan 6 cña IC2 (m¾c theo kiÓu khuÕch ®¹i kh«ng ®¶o cã hÖ sè khuÕch ®¹i K = 1) nã cã t¸c dông nh­ m¹ch ®Öm gi÷a sãng trªn tô C1 vµ m¹ch t¶i bªn ngoµi. Ho¹t ®éng cña m¹ch nh­ sau: Tô C1 ®­îc n¹p ®iÖn theo hµm mò vÒ phÝa ®iÖn ¸p d­¬ng ë ngâ ra cña IC1 qua R1 – RV6 cho ®Õn khi ®¹t ®iÖn ¸p kÝch khëi (x¸c ®Þnh bëi ph©n ¸p R2-R3). Lóc nµy ngâ ra cña OMRAMP chuyÓn xuèng tr¹ng th¸i møc thÊp cña tô C1 phãng ®iÖn vÒ ph¸i ®iÖn ¸p ©m cña IC1 qua R1 – RV6 cho ®Õn khi ®¹t ®Õn ®iÖn ¸p kÝch khëi lÇn thø 2 (còng x¸c ®Þnh bëi ph©n ¸p R2 – R3) lµm ngâ ra cña OP chuyÓn tr¹ng th¸i ban ®Çu vµ chu kú l¹i ®­îc lÆp l¹i. Thay ®æi trÞ sè biÕn trë RV6 ta cã thÓ hiÖu chØnh ®­îc tÇn sè ra mong muèn (800Hz ®Õn 8000Hz). I.3.3. M¹ch so s¸nh: (Um vµ Up) Bé so s¸nh tÝn hiÖu gi÷a r¨ng c­a vµ xung h×nh sin, ë chÕ ®é nµy khuÕch ®¹i thuËt to¸n lµm viÖc ë chÕ ®é b·o hoµ. Ta chän khuÕch ®¹i thuËt to¸n mA741 víi nguån cung cÊp ±15V. Khi ta cã: U = V+ - V Khi V+ > V th× Ura = + USAT Khi V+ < V th× Ura = -USAT Víi USAT lµ ®iÖn ¸p cña IC, víi USAT = 80%U nguån cÊp cho IC. Xung ë ®Çu ra cña m¹ch so s¸nh lµ xung ch÷ nhËt víi c¸c ®é réng kh¸c nhau. Chän khuÕch ®¹i thuËt to¸n mA741 lµm m¹ch so s¸nh, cã c¸c th«ng sè. Vcc = ±12V Ira = ±25mA Chän Um = Up = 12V hay tØ sè ®iÒu biÕn b»ng lµ mét th× ®iÖn ¸p trªn t¶i ®¹t max. 1.3.4. M¹ch khuÕch ®¹i xung. U s R a R b FT R 1 R 2 +E 2 R 4 R 3 R 6 R 5 C 2 Q T¶i C 1 T Nguyªn lý ho¹t ®éng: TÝn hiÖu ®iÖn ¸p ®Çu ra sau bé so s¸nh lµ d¹ng xung vu«ng víi biªn ®é xung lµ ± US ®­îc ®­a vµo ®Çu vµo cña m¹ch khuÕch ®¹i xung lµ ±Us ®­îc ®­a vµo ®Çu vµo cña m¹ch khuÕch ®¹i xung qua ph« t« quang. Tuú theo c¸ch m¾c ®Çu vµo ë ph«to quang mµ ta cho xung d­¬ng hoÆc xung ©m qua. Khi ph« t« më th× sÏ cã sù sôt ¸p trªn R1 vµ R4 më transitor Q vµ cã dßng ch¶y qua R3 vµ R4. Sôt ¸p trªn R4 chÝnh lµ ®iÖn ¸p më cho T. Chän thiÕt bÞ cho m¹ch khuÕch ®¹i xung. + Ph« t« quang chän lo¹i EGC 3081 cã c¸c th«ng sè: - §Çu ra kiÓu NPN transitor. - §iÖn ¸p c¸ch ly: 6000V. - C«ng suÊt tiªu t¸n: Ph¸t triÓn = 250mW. - Dßng chuyÓn m¹ch ®Çu vµo 60mA - Dßng Collector ®Çu ra 100mA - §iÖn ¸p ®Çu vµo thuËn: 3V. + Sôt ¸p trªn RB = 3V, víi US = ±12V. Chän RB = 150W. Þ RA = + Chän transistor Q cã tÇn sè lµm viÖc cao, kho¸, më ch¾c ch¾n. Ta chän lo¹i EGC397 cã c¸c th«ng sè: §iÖn ¸p chÞu ®ùng: §iÖn ¸p më cho transistor Q nhá nhÊt lµ 0,6V ®Ó më ch¾c ch¾n ta chän UBE = 1,5V. Nh­ vËy sôt ¸p trªn R1 lµ 1,5V. Chän R1 = 1,5 KW R2 = 100 KW + Chän T lµ lo¹i EGC3328 cã ®iÖn ¸p më ®Æt vµo cùc G UGemax = 6V ®Ó më cho T më ch¾c ch¾n ta chän Umë = 2V. Chän R3 = 100 KW R2 = 2 KW Nh­ vËy ®iÖn ¸p sôt ¸p trªn R4 » 2,2V ®­îc ph©n ¸p qua R5 vµ R6 ®Æt vµo cùc G cña T. R5 ®· h¹n chÕ dßng IG cña T chän = 100W nh­ vËy nÕu chän UGE = 2V th× Tô C1, C2 ®¶m b¶o cho h»ng sè thêi gian t¸c ®éng nhanh cña Q vµ T . Chän C1 = C2 = 102p. I.3.5. Khèi nguån nu«i m¹ch ®iÒu khiÓn. V× m¹ch ®iÒu khiÓn vµ m¹ch lùc ®­îc c¸ch ly bëi photo quang nh­ng v× ®iÖn ¸p cÊp cho m¹ch lùc lµ ®iÖn ¸p 1 chiÒu. V× vËy ta cã thÓ lÊy 1 phµn ®iÖn ¸p trªn ¾c quy cÊp ë m¹ch lùc ®Ó cÊp cho m¹ch ®iÒu khiÓn ®iÖn ¸p m¹ch ®iÒu khiÓn lµ ± 15V v× vËy ta chän ¾c quy 12V vµ ®­îc cÊp qua IC7815 vµ 7915. M¹ch cÊp nh­ sau: §iÖn ¸p ®Çu vµo IC æn ¸p nhá nhÊt lµ ±18V do ®ã sôt ¸p trªn R1 vµ R2 sÏ lµ 24 – 18 = 6V. Dßng tiªu thô toµn bé m¹ch ®iÒu khiÓn » 500mA. §Ó ®¶m b¶o ®iÖn ¸p lu«n æn ®Þnh ±15V th× ta chän dßng cùc ®¹i Idkmax = 1A. Þ FT 1 R 4 R 6 R 3 R 5 T¶i +E 1 R 2 R 1 Q 1 T 1 T 4 R 8 R 9 FT 2 R 12 R 10 R 11 T 2 R 7 Q 2 T 3 +E 2 FT 3 R 16 R 18 +E 2 Q 3 R 15 R 14 R 17 R 13 R 24 R 22 FT 4 R 21 R 23 R 20 Q 4 R 19 +E 3 R B R A R S +Ed = 120V a b -Ed = 0V Nguyªn lý ho¹t ®éng cña s¬ ®å. §iÖn ¸p sau bé so s¸nh lµ ±Us d¹ng xung vu«ng cã cùc tÝnh ®æi dÊu. Khi Us < 0 lµm FT1 vµ FT3 më lµm Q1 vµ Q3 më cÊp ¸p vµo ch©n G T1 vµ T3 lµm T1 vµ T3 më dÉn dßng ch¶y tõ +E2(120V) qua T1, qua t¶i, qua T3 vÒ –E2 (0V). Trªn t¶i ta cã dßng ch¶y tõ a ® b. Khi Us > 0 th× FT2 vµ FT4 më ® ®iÖn ¸p UBE Q2 vµ Q4 thÊp lµm Q2 vµ Q4 më cÊp ¸p vµo ch©n G T2 vµ T4 lµm T2 vµ T4 më dÉn dßng ch¶y tõ +E2 (120V) qua T4 qua t¶i, qua T2 vÒ -E2. Trªn t¶i cã dßng ch¶y tõ b ® a nh­ vËy ë trªn t¶i nhËn ®­îc dßng ®iÖn ®¶o chiÒu liªn tôc. +15V -15V _ + - + - + E 1 E 2 E 3 +Ed 240V BAX R S MDC 3842 +Ed -Ed S G K2545 D U ht IC MPC 3842: §iÒu chÕ ®é réng xung. §Çu ra IC lµ d¹ng xung vu«ng cã ®é réng thay ®æi, ®­îc ®­a vµo cùc G cña MOSFET K2545. MOSTET K2545 lµm viÖc ng¾t më theo xung ®iÒu khiÓn lµm dßng qua s¬ cÊp biÕn ¸p xung thay ®æi g©y ra c¶m øng song bªn thø cÊp BAX. Cuèi cïng bªn thø cÊp BAX tat thu ®­îc c¸c møc ®iÖn ¸p kh¸c nhau phô thuéc vµo sè vßng d©y cña cuén thø cÊp. ë ®©y ®iÖn ¸p thø cÊp vµ s¬ cÊp ®­îc csach ly hoµn toµn, c¸c nguån bªn thø cÊp còng riªng biÖt kh«ng phô thuéc nhau. Ch­¬ng iii Lùa chän ¾c quy. i. giíi thiÖu vÒ ¾c quy. ¾c quy lµ thiÕt bÞ quan träng trong bé nguån dù phßng UPS cã chøc n¨ng dù tr÷ n¨ng l­îng ®iÖn lµm viÖc dùa trªn nguyªn lý ®iÖn ho¸ ho¹c, ¾c quy s¶n xuÊt ra cÇn ph¶i ®¶m b¶o ®­îc c¸c tÝnh n¨ng vÒ ®iÖn nh­ sau: SuÊt ®iÖn ®éng lín, Ýt thay ®æi khi phãng hay n¹p ®iÖn ¾c quy ph¶i lµm viÖc thuËn nghÞch nghÜa lµ hiÖu suÊt n¨ng l­îng cao Dung l­îng cho mét ®¬n vÞ träng l­îng vµ mét ®¬n vÞ thÓ tÝch ph¶i lín Qu¸ tr×nh tù phãng ®iÖn nhá Tuæi thä sö dông cao. ¾c quy cã rÊt nhiÒu lo¹i kh¸c nhau: ¾c quy axit hoÆc ¾c quy kiÒm… song thÝch hîp dïng UPS c«ng suÊt lín vÉn lµ ¾c quy ch× axit do cã gi¸ thµnh h¹. CÊu t¹o c¬ b¶n cña ¾c quy ch× axit gåm c¸c b¶n cùc d­¬ng lµm b¨ng oxit ch× (Pb2O) vµ b¶n cùc ©m lµm b»ng ch× (Pb) ®­îc nhóng trong dung dÞch axit. §Ó t¨ng diÖn tÝch trao ®æi gi÷a c¸c b¶n cùc ©m, c¸c b¶n cùc ©m ®­îc cµi r¨ng l­îc víi c¸c b¶n cùc d­¬ng. Mçi b×nh ¾c quy gåm mét b¶n cùc ©m vµ d­¬ng nãi trªn ®­îc gäi lµ mét ®¬n nguyªn hay gäi lµ mét ng¨n. Mçi ¾c quy ch× axit cho ®iÖn ¸p hë m¹ch lµ 2,1V. Dung l­îng vµ dßng ®iÖn cho phÐp cña mçi ng¨n ¾c quy phô thuéc vµo diÖn tÝch vµ hîp chÊt c¸c b¶n cùc. Dung dÞc ®iÖn m«i axit H2O víi tû träng lµ D =1,2 – 1,3 g/cm3. Khi n¹p vµ phãng ®iÖn t¹i c¸c b¶n cùc x¶y ra c¸c ph¶n øng thuËn nghÞch nh­ sau: Phãng ®iÖn N¹p ®iÖn Pb + SO4 PbSO4 + 2e T¹i c¸c b¶n cùc ©m: T¹i c¸c b¶n cùc d­¬ng Phãng ®iÖn N¹p ®iÖn PbO2 + 4H+ +SO-4 + 2e- PbSO4 + 2H2O Qu¸ tr×nh phãng ®iÖn x¶y ra khi c¸c b¶n cùc d­¬ng vµ ©m kh¸c nhau vÒ thµnh phÇn ho¸ häc ®­îc nhóng trong dung dÞch axit sunfuric tham gia vµ kÕt thóc khi thµnh phÇn ho¸ häc cña hai b¶n cùc gièng nhau. Axit sunfuric tham gia vµo ph¶n øng lµm cho dung dÞch ®iÖn m«i d·n dÇn, c¸c ph¶n øng ho¸ häc yÕu dÇn vµ ¾c quy mÊt dÇn kh¶ n¨ng phãng ®iÖn. Qu¸ tr×nh n¹p ®iÖn nhê mét dßng ®iÖn c­ìng bøc vµo ¾c quy lµm cho ph¶n øng x¶y ra theo chiÒu ng­îc l¹i víi qu¸ tr×nh phãng ®iÖn. KÕt qu¶ lµ c¸c cùc ©m vµ cùc d­¬ng ®­îc ho¹t ho¸ vµ mang c¸c thµnh phÇn ho¸ häc kh¸c nhau, c¸c ion kÕt hîp víi 2H+ lµm cho nång ®é dung dÞch ®iÖn m«i t¨ng lªn dung l­îng cña ¾c quy l¹i ®­îc kh«i phôc, ng­êi ta nãi ¾c quy ®­îc n¹p no. Dung l­îng cña ¾c quy ®­îc tÝnh b»ng ampe giê (Ah) x¸c ®Þnh dßng phãng ®iÖn cã thÓ trong mét kho¶ng thêi gian phãng ®iÖn cho tr­íc ë mét nhiÖt ®é vµ chÕ ®é phãng ®iÖn nhÊt ®Þnh. Dung l­îng cña ¾c quy phô thuéc vµo chÕ ®é phãng ®iÖn. D­íi chÕ ®é phãng ®iÖn “s©u” (hay phãng ®iÖn chËm), dßng ®iÖn nhá, thêi gian phãng ®iÖn dµi th× dung l­îng ¾c quy lín. Khi phãng ®iÖn víi dßng ®iÖn lín, thêi gian phãng ®iÖn ng¾n (thêi gian phãng ®iÖn “n«ng”) th× dung l­îng ¾c quy gi¶m. NhiÖt ®é cã ¶nh h­ëng trùc tiÕp ®Õn dung l­îng cña ¾c quy, dung l­îng cña ¾c quy thÊp khi nhiÖt ®é thÊp bëi khi ®ã c¸c ph¶n øng ho¸ häc x¶y ra chËm h¬n. Xong nhiÖt ®é Ýt ¶nh h­ëng ®Õn chÕ ®éphãng ®iÖn “s©u” hay cßn gäi lµ chÕ ®é phãng ®iÖn chËm. Tuæi thä cña ¾c quy ®­îc tÝnh theo sè chu kú phãng – n¹p. Tuæi thä cña ¾c quy t¨ng trong chÕ ®é phãng ®iÖn nhanh vµ gi¶m ®i trong chÕ ®é phãng ®iÖn chËm v× c¸c ho¹t chÊt trong chÕ ®é phãng ®iÖn chËm ®­îc sö dông triÖt ®Ó h¬n. Th­êng tuæi thä cña ¾c quy kho¶ng tõ 500 – 2000 chu kú tïy thuéc vµo chÕ ®é phãng ®iÖn v× c¸ch b¶o qu¶n. Trong qu¸ tr×nh phãng ®iÖn, ®iÖn ¸p cña ¾c quy thay ®æi, kh«ng nªn ®Ó ¾c quy phãng ®iÖn ë ®iÖn ¸p thÊp h¬n 1,8V/1 ®¬n nguyªn. Qu¸ tr×nh n¹p ®iÖn th× ®iÖn ¸p cña ¾c quy còng thay ®æi theo quy luËt nhÊt ®Þnh. Cuèi qu¸ tr×nh n¹p ®iÖn ¸p lµm viÖc cña nã, ng­ìng trªn ®iÖn ¸p n¹p ®iÖn ®­îc chän ë møc sinh khÝ võa ®ñ ®Ó trén vµo dung dÞch ®iÖn m«i vµ lµm gi¶m sù ®ãng líp trªn bÒ mÆt ®iÖn cùc. Ng­ìng d­íi cña ®iÖn ¸p phãng ®iÖn ph¶i ®¶m b¶o dung l­îng sö dông lµ lín nhÊt nh­ng vÉn gi÷ ®­îc tuæi thä ¾c quy theo yªu cÇu. §èi víi ng­ìng trªn cña ®iÖn ¸p n¹p ®iÖn cña ¾c quy ch× axit lµ: ChÕ dé phãng ®iÖn “n«ng”: 2,6 + 2,54V/ng¨n ¾c quy. ChÕ dé phãng ®iÖn “s©u”: 2,6 + 2,65V/ng¨n ¾c quy. §èi víi ng­ìng d­íi cña ®iÖn ¸p phãng ®iÖn cña ¾c quy ch× axit lµ: ChÕ dé phãng ®iÖn “n«ng”: 1,9 V/ng¨n ¾c quy. ChÕ dé phãng ®iÖn “s©u”: 1,7V/ng¨n ¾c quy. Lùa chän ¾c quy vµ c¸ch ghÐp nèi Nguån ¾c quy ®­îc tÝnh to¸n ®Ó cung cÊp ®iÖn ¸p 1 chiÒu lµ 240V trong thêi gian kho¶ng 10 phót. Trªn thÞ tr­êng hiÖn nay ¾c quy dïng cho UPS phæ biÕn lµ c¸c lo¹i 12/20Ah vµ 6V/7Ah ®Ó cã ®iÖn ¸p 240V cÇn ph¶i nèi tiÕp c¸c ¾c quy cã ®iÖn ¸p bÐ víi nhau. Sè l­îng ¾c quy ®ñ ®Ó cung cÊp mét ®iÖn ¸p 240V lµ kho¶ng 10 b×nh lo¹i 12V/20Ah. C¸c ¾c quy ®­îc ®Êu nèi tiÕp víi nhau. KÕt luËn Sau kho¶ng thêi gian nghiªn cøu, t×m hiÓu vµ thiÕt kÕ, ®Õn nay ®å ¸n cña em ®· ®­îc hoµn thµnh. Néi dung cña ®å ¸n nµy ®· nªu lªn ®­îc hai vÊn ®Ò chÝnh sau: + Nghiªn cøu t×m hiÓu vÒ bé nguån dù phßng. + ThiÕt kÕ bé nguån dù phßng 15kVA (phÇn nghÞch l­u). Tuy nhiªn do tr×nh ®é cßn h¹n chÕ, kho¶ng thêi gian lµm ®å ¸n ng¾n bé phËn thiÕt kÕ chØ lµ nh÷ng kh©u c¬ b¶n cña bé nguån dù phßng. Do ®ã ®Ó cã tÝnh kh¶ thi trong thùc tÕ cÇn ph¶i nghiªn cøu thªm vÒ bé nguån dù phßng ®Ó tõ ®ã ®­a ra ®­îc ph­¬ng ¸n tèi ­u.

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • docDA0289.DOC