MỞ ĐẦU Điện năng chiếm vị trí rất quan trọng trong đời sống xã hội và nền kinh tế quốc dân nhưng chủ yếu vẫn là phục vụ sản xuất và sinh hoạt. Đôi khi nguồn điện từ nhà máy phát đến cho chúng ta không liên tục, mặt khác ở những vùng chưa có lưới điện và ở những nơi mà vì một yếu tố khách quan nào đó không thể sử dụng được mạng lưới điện thì nhu cầu sử dụng điên là một vấn đề cần quan tâm. Đề khỏi lệ thuộc vào nguồn điện nhà máy để có một nguồn điện thông dụng 110V hoặc 220V ta có thể chạy máy phát điện riêng nhưng điều này đôi khi rất phức tạp và không kinh tế. Trong khi đó, nguồn điện một chiều mà chủ yếu là acqui rất phổ biến trên thị trường và được sử dụng rộng rãi.
Tuy nhiên, hầu hết các thiết bị sử dụng điện đều hoạt động bằng nguồn điện xoay chiều được cung cấp từ các nhà máy phát điện. Vậy làm thế nào để có thể sử dụng nguồn một chiều cung cấp năng lượng cho các thiết bị sử dụng điện xoay chiều hoạt động? Điện tử ngày nay có những mạch nghịch lưu tương đối đơn giản có thể tạo ra nguồn điện xoay chiều từ nguồn điện một chiều với tần số mong muốn và công suất khá lớn. Dé tài: “Thiết kế và chế tạo bộ chuyển déi điện một chiều (DC) sang điện xoay chiều (AC) bằng vi điều khiển” sẽ nghiên cứu chế tạo bộ mạch nghịch lưu nhằm đáp ứng được nhu cầu sử dụng điện xoay chiều từ nguồn một chiều trong những trường hợp trên. MỤC ĐÍCH LUẬN VĂN Mục đích chung: Ứng dung vi điều khiển dé thiết kế và chế tạo được một thiết bị biến đổi năng lượng điện một chiều thành năng lượng điện xoay chiều có tần số mong muốn trong phạm vi cho phép nhằm ứng dụng rộng rãi trong các vùng không có lưới điện, ở những nơi không thé sử dụng nguồn điện xoay chiều từ lưới điện vì một lý do nào đó như: sử dụng điện trên tàu xe phục vụ khách xem phim khi đi du lịch, sử dụng khi gặp sự cô mat điện.
Mục đích cụ thể: - Thiết kế và chế tạo mạch nghịch lưu sử dụng vi điều khiển với tần số dòng điện ngõ ra có thé thay đôi từ 50Hz — 100Hz, công suất dự tính là 300W. - Khảo nghiệm tần số và công suất dòng điện ngõ ra của mạch nghịch lưu đã chế tạo. TRA CỨU TÀI LIỆU 4.1 Giới thiệu các đặc tính của Transistor Transistor được chế tạo trong thực tế gồm 4 loại: 4.1 UJN UJT được chế tạo bởi hai chất bán dẫn P và N ghép với nhau e Chất P có mật độ hạt điện dương bé được nối ra cực E e Chat N có mật độ hạt điện âm it và được nối ra hai cực Bi va Bạ © Chỉ có một mối nối đơn P-N giữa lớp P và nhóm N quanh cực B, chính vi vậy mà có tên gọi là Transistor đơn nôi Ký hiệu : B, B B, B E: Emitter: cuc phat B: Base: cực nên - Khi ta phân cực ( bởi nguồn DC) cho UIT thoả điền kiện : Vp2> Ve> Vai thì UJT sẽ dẫn. Khi do: Tpi = Ie + Ibo Cong dung: tao xung 4.2 BJT Được chia làm 2 loại: ¢ Loại NPN - Ciing là cách ghép tiếp hợp 2 loại ban dẫn P ( hạt điện dương) và N ( hạt điện âm) với nhau, dé điều khiển sự tương tác giữa P-N — làm thay đổi nội trở.
Ở BJT cách ghép phối hợp 2 mối nối P-N giữa hai cực BC và BE. Chính vì vậy có tên gọi là Transistor lưỡng môi.1: Sơ đồ cầu tạo BJT loại NPN. Kỹ hiệu: € C : Collector( thu) BEE B: Base ( nén) E: Emitter( phat) - BJT được chế tạo phân phối mật độ hạt điện tai 3 cực B,C,E với đặc điểm sau: Mật độ hat dẫn tại lớp N của cực E là lớn nhất Mật độ hạt dẫn tại lớp P của cực B là nhỏ nhất Mật độ hạt dẫn tại lớp N của cực C là trung bình - _ Khi mắc nguồn Ei, E2 ( nguồn DC) dé phân cực cho 3 chân B, C, E sao cho : Vc>> Vz >VE thi BJT sẽ dẫn. Khi đó: Ir =Ip+Ic Ip << Ig, Ic Với kết cấu tiếp hop N-P-N thi các dòng điện Ic, Is va Iz qui ước ngược lại với dòng hạt âm của lớp N ( chiều di chuyển của hạt âm mới đúng là điện thực sự).
Do đó BJT theo tô hợp N-P-N là loại BJT nghịch. Loại PNP Chế tạo hoán đổi vi trí của các loại bán dan P và N với nhau— ta được loại P-N-P Nguyên lý vận hành hoàn toàn giống như N-P-N nhưng dòng điện chạy trong loại P-N-P đúng là dòng của các hạt dương của lớp bán dẫn P. Do đó chiều qui ước của các dòng điện Is, Ic, Is đúng với chiều dong điện thực chạy trong BJT, vì vậy P-N-P có tên gọi là Transistor thuận. Ký hiệu: cS = E Phân cực cơ bản : Ve > Vp >> Vc_ thi BJT sé dẫn.
Khi đó IE= Ip + Ic Ip<< Ig, Ic m Công dung: Khuyéch đại, tao xung, tạo sóng, so sánh.3 JFET ( Junction Field Effect Transistor: Transistor hiệu ứng trường mối nối) Loại linh kiện nay về tính năng ứng ung hoàn toàn giống BJT: chỉ có thêm điểm hon BJT đó là tổng trở vào, ra lớn hơn nhiều so với BJT. Do đó, độ nhạy cùng độ miễn nhiễu đảm bảo tốt hơn so với mạch thiết kế dùng BJT. Tuy nhiên xét về mặt chế tạo, BJT rẻ tiền hơn JFET. JFET được chia làm hai loại: Loại kênh N Cơ bản gồm môt miếng bán dẫn loại N và phủ lên một miếng nhỏ loại P để phân chia miếng N thành 2 phan: DỤ, G ¡ỊP lãi —] g[ Hình 4.2: Sơ đồ cấu tạo JFEET - Phan chứa mật độ hạt điện nhiều, nối ra chân bên ngoài có tên gọi cực nguồn( Source).
- Phan có mật độ hat điện ít hon, nối ra chân bên ngoài có tên gọi cực mang (Drain). - Chan nối chất bán dẫn P ( mật độ hat điện ít) ra ngoài , gọi là cực cổng ( Gate). Ky hiệu: D St 5 Dẫn khi: Vp >> Vs> Ve Khi đó Is = Ip + Is - KênhN: gọi là loại nghịch ( dong qui ước nghịch chiều với dong thực) e Loại kênh P Hòan toàn tương tự như ở kênh N, chỉ có điểm khác là: - Thay dồi qua lại loại bán dẫn P và N với nhau - _ Chiều dong điện Ip,Is và Ic cũng ngược lại so với chiều dòng điện Ip, Is, và Ig của loại kênh N Ký hiệu: D 4 S: cực nguồn D: cực máng G: cực công - Dẫn khi: Vp<< Vs <Ve Và Is = Ip + IG 4.4 MOSFET ( Mental Oxide Semiconductor FET) Ở loại JFET - ta biết hoạt động theo nguyên lý tương tác mối nối (Junction) giữa P va N tạo hiệu ứng trường, cho nên có ưu điểm hơn loại BJT ở chỗ tong trở lớn — chất lượng cao hơn. Tuy nhiên, giữa mỗi nối P — N vẫn tồn tại hiệu ứng tụ gọi là tụ ký sinh tạo nên giữa mối nối PN.
Sẽ gây ảnh hưởnh đáng kể. Để khắc phục nhược điểm trên của JFET người ta chế tạo ra MOSFET MOSFET gồm2 loại: © Loại kênh N: > -ÍÈ S - Gitta kênh N và công P được phân cách nhau bởi lớp điện môi MOS ( Metal Oxide Silicium ) > hiệu ứng tụ kí sinh sẽ giảm rất nhiều so với kết cấu kiểu JFET - - Dẫn khi: Vp>> Vs > Vo e Loại kênh P Ký hiệu: D « -Í S - Tinh chất giống như ở loại kênh N, chỉ có khác ở chỗ cấu tạo ngược lại là P và N hoán đồi với nhau - Dan khi Vp << Vs < Ve.2 Mach nghich luu - Céng dụng: Déi từ nguồn một chiều ra nguồn xoay chiều có tần số thay đổi được Các sơ đồ nghịch lưu có thé được chia làm 3 loại co bản sau: Nghịch lưu độc lập điện áp, nghịch lưu đôc lập dòng điện và nghịch lưu độc lập cộng hưởng 4.1 Nghịch lưu độc lập điện áp: có nguồn cung cấp lay từ các nguồn điện áp, vi dụ như acqui, pin. e_ Sơ đồ mạch nghịch lưu điện áp một pha/2/ 2 Se che Í 6 7 = aa s D6 l@ 55 At—] TAL B ra D8 2 D7 +^ |F #3 | a | đụ Ta TS é —— o-.3: Sơ đồ nguyên ly mạch nghịch lưu điện áp C, Cl, C2.1 Cấu tạo Mạch nghịch lưu điện áp môt pha dung cầu SCR từ T1 đến T4 chia ra hai cặp T1-T3 và T2 -T4 được điều khiển luân phiên. Tụ C là tụ lọc thành phần xoay chiều va là tụ lọc điện áp phan kháng đưa trả về nguồn.
Hai tụ C1-C2 là tụ chuyên mạch đề ngắt các SCR đang dẫn, cầu diod D1 đến D4 là mạch nắn điện ngược đưa điện áp phản kháng về tụ lọc C. Cầu diod từ D5 đến D6 dùng để cách ly không cho các tụ chuyên mạch C1 và C2 phóng điện qua tải. Cuộn dây có tác dụng hạn dòng ban đầu.2 Nguyên lý hoạt động Giả thiết Tl và T3 đã được kích và dẫn điện, dòng sẽ đi từ nguén dương qua TI- D5- Tải- DI-T3 rồi trở về nguồn âm. Như vậy, dòng điện qua tải theo nguont ừ A sang B.
Lúc đó, A có điện áp của nguồn dương và B có điện áp của nguồn âm nên tụ Cl và C2 sẽ nạp điện như hình vẽ. Khi có xung kích cho T2 va T4 thì tụ Cl sẽ xả điện áp âm làm phân cực ngược T3, lúc đó T1- T3 ngưng và T2 -T4 dẫn. Dòng điện bây giờ sẽ đi từ nguồn dương qua T2-D6- Tải- D§-T4 rồi trở về nguồn âm. Như vậy dòng điện qua tải theo chiều B sang A.
Trường hợp này A sẽ có điện áp của nguồn âm, B có điện áp của nguồn dương nên 2 tụ Cl -C2 sẽ nạp điện áp theo chiều ngược lại với hình vẽ dé chuẩn bị làm ngắt T2-T4. Tần số của dòng điện xoay chiều cấp cho tải chính là tần số của mạch tạo xung kích cho các SCR từ T1 đến T4.2 Nghịch lưu dòng điện: Nguồn cung cấp được lấy từ các nguồn dòng và tụ điện được mắc song song với tải e Sơ đồ mạch nghịch lưu dòng một pha/2/ « lŨ-= Hình 4.4: Sơ đồ nguyên lý mạch nghịch lưu dòng một pha C.Biếnáp TỊ, T2 Thyristor 4.1 Cau tạo - _ Biến áp T dùng trong mach này là loại biến áp có điểm giữa ở sơ cấp chia sơ cấp ra làm 2 phần bằng nhau về số vòng dây và có nhiều cuốn dây là điểm A đầu và O cuối, điểm O đầu và B cuối.