Nội dung

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 1 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 2 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”. 3 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 tử………………6 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 vào……………………………………………………9 1.3.2.Điện thế lối vào……………………………………………………...9 1.3.3.Dòng điện lối vào…………………………………………………..10 1.3.4.Hệ số PF……………………………………………………………12 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/RFI……………………………………………………………14 1.3.10.Tạp âm của chấn lưu……………………………………………...15 4 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 việc…………………………………………………18 1.4.Phấn loại chấn lưu…………………………………………………………..19 1.4.1.Phân loại theo bóng đèn……………………………………………19 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 5 3.1.2.Mô phỏng mạch điện………………………………………………59 3.1.3.Biểu diễn các tham số phần tử……………………………………..59 3.2.Mạch băm xung một chiều tăng áp…………………………………………61 3.3.Mô phỏng…………………………………………………………………...63 KẾT LUẬN…………………………………………………………………….66 TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………………….67 6 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 7 - 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. 8 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 9 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. 10