Tải bản đầy đủ

Xây dựng phương thức điều chỉnh bám của dòng điện cho bộ điều khiển đèn led

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
PHÙNG VĂN PHƯƠNG

XÂY DỰNG PHƯƠNG THỨC ĐIỀU CHỈNH BÁM
CỦA DÒNG ĐIỆN CHO BỘ ĐIỀU KHIỂN ĐÈN LED

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN – 60520202

S K C0 0 4 7 1 6

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2015


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH


LUẬN VĂN THẠC SĨ
PHÙNG VĂN PHƯƠNG

XÂY DỰNG PHƯƠNG THỨC ĐIỀU CHỈNH BÁM CỦA DÒNG
ĐIỆN CHO BỘ ĐIỀU KHIỂN ĐÈN LED

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN – 60520202
Hướng dẫn khoa học:
TS. VÕ VIẾT CƯỜNG

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2015


LÝ LỊCH KHOA HỌC

I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC:
Họ & tên: Phùng Văn Phương.
Giới tính: Nam.
Ngày, tháng, năm sinh: 06 – 02 – 1987.
Nơi sinh: Bình Dương.
Quê quán: Bình Dương.
Dân tộc: Kinh.
Địa chỉ: 173 – Tổ 6 - Ấp 2 – Xã Tân Mỹ - Huyện Bắc Tân Uyên – Bình Dương.
Điện thoại cơ quan: 06503 675 007.
Điện thoại nhà: 01698 708 875.
E-mail: phuongvppgcte@gmail.com
II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:
Đại học:
- Hệ đào tạo: Đại học chính quy.
- Thời gian đào tạo: Từ năm 2006 đến năm 2011.
- Nơi học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh.
- Ngành học: Điện công nghiệp.
- Tên đồ án tốt nghiệp: “Việt Nam hướng tới nền kinh tế không carbon (Zero
Carbon)”.
- Ngày & nơi bảo vệ đồ án tốt nghiệp: Năm 2011, Trường Đại Học Sư Phạm
Kỹ Thuật Tp. Hồ Chí Minh.
- Người hướng dẫn: TS. Võ Viết Cường.
III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP
ĐẠI HỌC:
Thời gian

10/2011 –
09/2015

Nơi công tác

Công việc đảm nhiệm

Trường Trung cấp Kỹ thuật Phú
Giáo

Giáo Viên

Tp. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2015
Người khai

Phùng Văn Phương

i


LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai
công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2015
(Ký tên và ghi rõ họ tên)

Phùng Văn Phương

ii


LỜI CẢM ƠN
Em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến:
Thầy TS. Võ Viết Cường đã tận tình hướng dẫn em trong suốt quá trình thực
hiện luận văn.
Quý Thầy, Cô trường Đại học sư phạm kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh đã tạo điều
kiện giúp đỡ về tài liệu, sử dụng phòng thí nghiệm trong suốt quá trình thực hiện
luận văn.
Cảm ơn Ban giám hiệu, các đồng nghiệp trường Trung cấp Kỹ thuật Phú Giáo
đã tạo điều kiện thuận lợi để em có thể hoàn thành luận văn.
Cảm ơn các bạn bè đã giúp đỡ, động viên tinh thần trong suốt quá trình thực
hiện luận văn.
Cảm ơn Ba, Mẹ và các anh chị em trong gia đình đã ủng hộ em về mặt vật
chất và tinh thần, tạo mọi điều kiện để em có thể nghiên cứu.
Xin chân thành cảm ơn!

Ngày…….. tháng …… năm 2015
Người nghiên cứu

Phùng Văn Phương

iii


TÓM TẮT
Đề tài nghiên cứu này trình bày một phương pháp để nâng cao hệ số công suất
và giảm tổng méo dạng sóng hài (THD) của dòng điện sử dụng mạch biến đổi một
chiều tăng áp boost PFC ứng dụng cho bộ điều khiển đèn Led. Dòng điện nguồn
được điều chỉnh để có dạng sin và hệ số công suất cao. Phương thức điều chỉnh bám
của dòng điện cho hệ số công suất cao dựa trên mạch biến đổi một chiều tăng áp và
IC UC 3854 được đề xuất. Hệ số công suất được nâng cao đáng kể. Các kết quả mô
phỏng và thực nghiệm thể hiện tính hiệu quả và khả thi của phương pháp được đề
xuất, các thành phần hài của dòng điện nguồn thấp, dòng điện có dạng sóng hình sin
và hệ số công suất gần bằng 1.
Từ khóa: Đèn Led; Hiệu chỉnh hệ số công suất (PFC); Tổng méo dạng sóng
hài (THD); UC3854; Bộ biến đổi; Hài dòng điện.

iv


ABSTRACTS
This research presents method to improve power factor correction and reduce
the THD of input current of a boost PFC converter used in applications to LED
lamp driver. The input current is directly controlled to deliver sinusoidal current
waveform and to gain a high power factor. A novel high-power-factor Boost type
converter with force current control based on IC UC 3854 is proposed. Power factor
is significantly enhanced. Simulation and experimental results illustrate the
effectiveness and feasibility of the proposed control technique, which achieves low
harmonic contents in the supply current, a near unity power factor (PF), a sinusoidal
current waveform.
Keywords: LED lamp; Power factor correction (PFC); Total harmonic
distortion (THD); UC3854; Converter; Harmonic currents.

v


MỤC LỤC
Quyết định giao đề tài ....................................................................................
Xác nhận của cán bộ hướng dẫn....................................................................
Lý lịch khoa học.............................................................................................. i
Lời cam đoan .................................................................................................. ii
Lời cảm ơn ...................................................................................................... iii
Tóm tắt ........................................................................................................... iv
Abstracts ......................................................................................................... v
Mục lục............................................................................................................ vi
Danh mục các chữ viết tắt .............................................................................. x
Danh sách các hình ......................................................................................... xi
Chương 1. GIỚI THIỆU LUẬN VĂN ........................................................... 1
1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ ......................................................................................... 1
1.2. MỤC TIÊU, NHIỆM VỤ VÀ GIỚI HẠN CỦA LUẬN VĂN.................. 2
1.2.1.Mục tiêu của luận văn .............................................................................. 2
1.2.2.Nhiệm vụ của luận văn ............................................................................ 3
1.2.3.Giới hạn của luận văn .............................................................................. 3
1.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................................................ 3
1.4. ĐIỂM MỚI CỦA LUẬN VĂN ................................................................ 3
1.5. GIÁ TRỊ THỰC TIẾN CỦA LUẬN VĂN ............................................... 3
1.6. KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC........................................................................... 3
1.7. BỐ CỤC LUẬN VĂN ............................................................................. 4
Chương 2. TỔNG QUAN VỀ BỘ NGUỒN CỦA ĐÈN LED VÀ ĐIỀU CHỈNH
BÁM CỦA DÒNG ĐIỆN ............................................................................... 5
2.1.

TỔNG QUAN VỀ LED ......................................................................... 5

2.1.1. Khái niệm LED...................................................................................... 5
2.1.2. Lịch sử của LED .................................................................................... 6
2.1.3. Ưu điểm của LED .................................................................................. 7
2.2.

BỘ NGUỒN CỦA ĐÈN LED ............................................................... 11

vi


2.2.1. Tổng quan về các bộ nguồn của đèn LED .............................................. 11
2.2.2. Khảo sát bộ nguồn của LED âm trần thương hiệu DOB ......................... 13
2.3.

ĐIỀU CHỈNH BÁM CỦA DÒNG ĐIỆN CƠ SỞ HIỆU CHỈNH TÍCH CỰC
HỆ SỐ CÔNG SUẤT ............................................................................ 16

2.4.

CÔNG SUẤT DC .................................................................................. 17

2.5.

CÔNG SUẤT AC .................................................................................. 17

2.6.

KHÁI NIỆM HỆ SỐ CÔNG SUẤT ....................................................... 19

2.7.

NGUYÊN NHÂN HIỆU CHỈNH HỆ SỐ CÔNG SUẤT ....................... 20

2.7.1. Giảm giá thành năng lượng điện và chi phí truyền tải ............................ 20
2.7.2. Tối ưu hóa kinh tế, kỹ thuật ................................................................... 21
2.8.

NGUYÊN TẮC CƠ BẢN ĐỂ HIỆU CHỈNH HỆ SỐ CÔNG SUẤT PFC
.............................................................................................................. 21

2.8.1. Hiệu chỉnh hệ số công suất tuyến tính .................................................... 21
2.8.2. Hiệu chỉnh hệ số công suất phi tuyến tính .............................................. 23
2.8.3. Hiệu chỉnh hệ số công suất thụ động – Passive PFC............................... 23
2.8.4. Hiệu chỉnh hệ số công suất tích cực – Active PFC ................................. 24
2.8.5. Một ví dụ cụ thể giữa số đo thực của hai PSU có PFC và không PFC .... 26
2.9.

KHÁI NIỆM VỀ SÓNG HÀI ................................................................ 27

2.10. ẢNH HƯỞNG CỦA SÓNG HÀI .......................................................... 29
2.10.1. Tải không tuyến tính ............................................................................. 30
2.10.2. Thiết bị điện tử công suất...................................................................... 32
Chương 3. XÂY DỰNG PHƯƠNG THỨC ĐIỀU CHỈNH BÁM CỦA DÒNG
ĐIỆN ............................................................................................................... 35
3.1. CÁC PHƯƠNG THỨC ĐIỀU CHỈNH BÁM CỦA DÒNG ĐIỆN PHỔ BIẾN
......................................................................................................................... 35
3.1.1. Phương thức điều chỉnh dòng đỉnh (peak current control) ....................... 35
3.1.2. Phương thức điều chỉnh dòng trung bình (Average current mode control)
......................................................................................................................... 36
3.1.3. Một số mạch băm áp có thể sử dụng trong bộ PFC ................................. 38

vii


3.2. PHƯƠNG THỨC ĐIỀU CHỈNH BÁM CỦA DÒNG ĐIỆN ..................... 40
3.2.1. Mô hình mạch Boost PFC ....................................................................... 42
3.2.2. Luật điều khiển ....................................................................................... 51
3.2.3. Chỉnh lưu cầu một pha ............................................................................ 55
3.2.4. Khối lọc (LOC)....................................................................................... 56
Chương 4. THIẾT KẾ MÔ PHỎNG MẠCH ĐIỀU CHỈNH BÁM CỦA DÒNG
ĐIỆN CHO BỘ ĐIỀU KHIỂN ĐÈN LED .................................................... 58
4.1.

BÀI TOÁN THIẾT KẾ MẠCH ............................................................. 58

4.2.

PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU CHỈNH ................................. 58

4.2.1. Đặc điểm IC UC3854 ............................................................................ 58
4.2.2. Sơ đồ khối và sơ đồ chân ....................................................................... 60
4.3.

MÔ PHỎNG MẠCH KHÔNG CÓ ĐIỀU CHỈNH BÁM BẰNG PHẦN
MỀM PSIM ........................................................................................... 62

4.3.1. Dạng sóng điện áp và dòng điện nguồn khi không có điều chỉnh bám .... 62
4.3.2. Hệ số công suất cosφ khi không có điều chỉnh bám ............................... 63
4.3.3. Tổng méo dạng sóng hài dòng điện nguồn khi không có điều chỉnh bám
.............................................................................................................. 63
4.4.

MÔ PHỎNG MẠCH CÓ ĐIỀU CHỈNH BÁM BẰNG PHẦN MỀM PSIM
.............................................................................................................. 64

4.4.1. Dạng sóng điện áp và dòng điện nguồn khi có điều chỉnh bám .............. 64
4.4.2. Dạng sóng điện áp đầu ra cấp cho Led khi có điều chỉnh bám ................ 65
4.4.3. Hệ số công suất cosφ khi có điều chỉnh bám .......................................... 65
4.4.4. Tổng méo dạng sóng hài dòng điện nguồn khi có điều chỉnh bám .......... 66
Chương 5. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM THIẾT KẾ THI CÔNG MẠCH
ĐIỀU CHỈNH BÁM CỦA DÒNG ĐIỆN CHO BỘ ĐIỀU KHIỂN ĐÈN LED
......................................................................................................................... 67
5.1. THIẾT KẾ MẠCH THỰC......................................................................... 67
5.2. THI CÔNG MẠCH THỰC........................................................................ 68
5.3. KẾT QUẢ ĐO ĐẠT THỰC TẾ ................................................................ 69

viii


5.3.1. Tổng méo dạng sóng hài dòng điện nguồn .............................................. 69
5.3.2. Dạng sóng điện áp và dòng điện nguồn ................................................... 70
5.3.3. Hệ số công suất cosφ .............................................................................. 70
5.4. NHẬN XÉT KẾT QUẢ ............................................................................. 71
Chương 6. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................... 72
6.1. KẾT LUẬN ............................................................................................... 72
6.2. KIẾN NGHỊ .............................................................................................. 72
TÀI LIỆU THAM KHẢO

ix


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
LED

:

Light Emitting Diode

PF

:

Power Factor

SSL

:

Solid – State Lighting

SiC

:

Silic và Cacbon

GaAs

:

Gallium và Arsenide

PFC

:

Power Factor Correction

THD

:

Total harmonic distortion

PSU

:

Power supply unit

PWM

:

Pulse Width Modulation

UPS

:

Uninterruptible Power Supply

SVC

:

Static VAR Compensator

HVDC

:

High-Voltage Direct Current

x


DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 2.1: Sự chuyển dời của hạt điện tử và lỗ trống qua mối nối PN và hình dạng
của LED ................................................................................................................. 7
Hình 2.2: Đèn đường LED 30W – 40W thay thế cho đèn đường cao áp thông
thường

................................................................................................................. 8

Hình 2.3: Chiếu sáng Cầu Thủ Thiêm – TP. Hồ Chí Minh bằng công nghệ LED
................................................................................................................. 8
Hình 2.4: Bộ nguồn của đèn LED âm trần hãng Kosoom ...................................... 12
Hình 2.5: Bộ nguồn của đèn LED âm trần thương hiệu DOB................................ 13
Hình 2.6: Sơ đồ mạch của bộ nguồn đèn LED âm trần thương hiệu DOB ............. 13
Hình 2.7: Dạng xung cơ cấu dập xung kim ........................................................... 15
Hình 2.8: Sơ đồ khối hiệu chỉnh tích cực hệ số công suất ..................................... 16
Hình 2.9: Các loại công suất tải tiêu thụ................................................................ 19
Hình 2.10: Tam giác công suất ............................................................................. 20
Hình 2.11: Các dạng mạch Active PFC................................................................. 24
Hình 2.12: Mạch Passive PFC thực tế trong PSU.................................................. 25
Hình 2.13: Mạch Active PFC thực tế trong PSU ................................................... 25
Hình 2.14: Giá trị đo của PSU không có PFC ....................................................... 26
Hình 2.15: Giá trị đo của PSU có Passive PFC ..................................................... 26
Hình 2.16: a - Dạng sóng sine, b – Dạng sóng hài ................................................. 27
Hình 2.17: Thành phần cơ bản và các hài.............................................................. 27
Hình 2.18: Phổ của sóng hài ................................................................................. 28
Hình 2.19: Giá trị đỉnh và RMS theo các thành phần sóng hài .............................. 29
Hình 2.20: Hiện tượng bão hòa mạch từ máy biến thế .......................................... 30
Hình 2.21: Dòng pha a và phổ của nó khi máy biến thế hoạt động ở 110% điện áp
định mức ............................................................................................................... 30
Hình 2.22: Dòng điện của máy lạnh ...................................................................... 31
Hình 2.23: Dòng điện của máy điều hòa không khí............................................... 31

xi


Hình 2.24: Bộ chỉnh lưu cầu 1 pha diode .............................................................. 32
Hình 2.25: Điện áp và dòng điện thiết bị thu của tivi – tivi receiver ...................... 33
Hình 2.26: Bộ chỉnh lưu cầu 3 pha không điều khiển ............................................ 34
Hình 2.27: Dạng sóng dòng điện bộ chỉnh lưu cầu 3 pha ...................................... 34
Hình 3.1: Sơ đồ điều chỉnh dòng đỉnh ................................................................... 35
Hình 3.2: Sơ đồ điều chỉnh dòng trung bình .......................................................... 37
Hình 3.3: Sơ đồ mạch Boost ................................................................................. 38
Hình 3.4: Dạng sóng điện áp và dòng điện vào bộ Boost PFC .............................. 38
Hình 3.5: Sơ đồ mạch Buck .................................................................................. 39
Hình 3.6: Dạng sóng điện áp và dòng điện vào bộ Buck PFC ............................. 40
Hình 3.7: Sơ đồ mạch Buck/Boost ........................................................................ 40
Hình 3.8: Sơ đồ phương thức điều chỉnh bám của dòng điện ................................ 41
Hình 3.9: Biểu đồ dạng sóng của dòng điện bám .................................................. 41
Hình 3.10: Sơ đồ mạch Boost PFC ....................................................................... 42
Hình 3.11: Sơ đồ thay thế khi van đóng ................................................................ 43
Hình 3.12: Sơ đồ thay thế khi van cắt ................................................................... 44
Hình 3.13: Dạng sóng dòng điện trên cuộn dây ở chế độ dòng liên tục ................. 45
Hình 3.14: Mạch tương đương của bộ biến đổi ..................................................... 47
Hình 3.15: Mối quan hệ giữa hiệu suất của mạch với các đại lượng liên quan....... 50
Hình 3.16: Sự hoạt động của bộ PWM.................................................................. 53
Hình 3.17: Sơ đồ mạch điều khiển ........................................................................ 55
Hình 3.18: Sơ đồ chỉnh lưu cầu 1 pha với các tải khác nhau ................................. 55
Hình 3.19: Sơ đồ bộ lọc san bằng độ đập mạch ..................................................... 56
Hình 3.20: Bộ lọc RC ........................................................................................... 57
Hình 4.1: Sơ đồ khối IC UC3854 .......................................................................... 60
Hình 4.2: Sơ đồ chân và hình ảnh IC UC3854 thực tế........................................... 60
Hình 4.3: Sơ đồ mạch mô phỏng........................................................................... 62
Hình 4.4: Dạng sóng điện áp và dòng điện nguồn khi không có điều chỉnh bám ... 62
Hình 4.5: Hệ số công suất cosφ khi không có điều chỉnh bám............................... 63

xii


Hình 4.6: Tổng méo dạng hài dòng khi không có điều chỉnh bám ......................... 63
Hình 4.7: Sơ đồ mạch mô phỏng........................................................................... 64
Hình 4.8: Dạng sóng điện áp và dòng điện nguồn khi có điều chỉnh bám .............. 64
Hình 4.9: Dạng sóng điện áp cấp cho Led ............................................................. 65
Hình 4.10: Hệ số công suất cosφ khi có điều chỉnh bám ....................................... 65
Hình 4.11: Tổng méo dạng sóng hài dòng điện nguồn khi có điều chỉnh bám ....... 66
Hình 5.1: Hình ảnh cầu diode KBPC610 .............................................................. 67
Hình 5.2: Hình ảnh Mosfet IRF630N.................................................................... 67
Hình 5.3: Sơ đồ chân IC 7407N ............................................................................ 67
Hình 5.4: Hình ảnh IC KA7809 ............................................................................ 68
Hình 5.5: Hình ảnh thi công mạch thực................................................................. 68
Hình 5.6: Hình ảnh mạch thực hoạt động .............................................................. 69
Hình 5.7: Tổng méo dạng sóng hài dòng điện nguồn đo đạc thực tế...................... 69
Hình 5.8: Dạng sóng điện áp và dòng điện nguồn đo đạc thực tế .......................... 70
Hình 5.9: Hệ số công suất cosφ đo đạc thực tế ...................................................... 70

xiii


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS. VÕ VIẾT CƯỜNG

Chương 1

GIỚI THIỆU LUẬN VĂN
1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Đèn LED rất thuận tiện cho việc chiếu sáng trong nhà cũng như kết hợp chiếu
sáng với quảng cáo. Công nghệ bán dẫn hiện nay đã cho phép chế tạo được các đèn
LED có công suất phát sáng và một số tính chất cao hơn. Chúng được gọi là LED
có độ sáng cao (High – Brightness LED). Hiệu suất phát sáng của các LED này đã
cao hơn 100 lm/W và được dự báo sẽ vượt 200 lm/W trong tương lai không xa [1].
Ngoài hai ưu điểm nổi bật là hiệu suất phát sáng và tuổi thọ cao, LED còn có
một số ưu điểm khác như: dải nhiệt độ làm việc khá rộng từ -40 0C đến +1200C, thời
gian quá độ rất nhỏ khoảng phần mười mili giây, điện áp sử dụng thấp nên tương
đối an toàn, có thể tạo ra ánh sáng đơn sắc rất phù hợp với các ứng dụng trong y tế
và quảng cáo [1].
Tuy nhiên, chiếu sáng bằng LED cũng có nhược điểm đó là đòi hỏi bộ nguồn
phức tạp. Bộ nguồn này là một trong những thiết bị điện tử công suất được xây
dựng trên cơ sở các chuyển mạch nên trong quá trình tiêu thụ năng lượng còn tạo ra
các dạng sóng hài có tần số là bội số của tần số điện lưới [1], [2]. Khi giá trị hiệu
dụng và giá trị biên độ của tín hiệu điện áp hay dòng điện tăng do sóng hài sẽ kéo
theo một loạt những nguy hại xảy ra với toàn bộ hệ thống lưới điện như làm tăng
phát nóng của dây dẫn điện, thiết bị điện sinh ra nhiệt cao gây hư hỏng thiết bị, hỏa
hoạn và nguy cơ cháy nổ, làm cho tụ điện bị quá nhiệt và trong nhiều trường hợp có
thể dẫn tới phá hủy chất điện môi. Các sóng hài bậc cao còn có thể làm moment tác
động của rơle biến dạng gây ra hiện tượng nhảy rơle dẫn đến thời điểm tác động của
rơ le sai lệch, gây cảnh báo nhầm của các UPS đồng thời gây ra tổn thất đồng, tổn
thất từ thông tản và tổn thất sắt làm tăng nhiệt độ máy biến áp dẫn đến làm tăng tổn
thất điện năng [3].

1


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS. VÕ VIẾT CƯỜNG

Ngoài ra, sóng hài còn làm tổn hao trên cuộn dây và lõi thép động cơ tăng, làm
méo dạng momen, giảm hiệu suất máy, gây tiếng ồn, ảnh hưởng đến sai số của các
thiết bị đo, làm cho kết quả đo bị sai lệch, làm các thiết bị sử dụng điện và đèn
chiếu sáng bị chập chờn ảnh hưởng đến con người đồng thời gây sóng điện từ lan
truyền trong không gian làm ảnh hưởng đến thiết bị thu phát sóng. Thay thế các
thiết bị hư hỏng mà nguyên nhân gây ra bởi sóng hài là giải pháp tốn kém, làm tăng
kinh phí đầu tư đến 15% và kinh phí vận hành đến 10% [4].
Như chúng ta đã biết hệ số công suất (Power Factor – PF) là một trong số các
chỉ tiêu đánh giá chất lượng một hệ thống cung cấp điện. Hệ số công suất phụ thuộc
vào thành phần hài bậc cao, góc lệch pha giữa dòng điện và điện áp [2]. Để minh
chứng ta sẽ xét hệ số công suất trong trường hợp dạng sóng không sin khi đó điện
áp và dòng điện lưới chứa sóng hài. Trong đó một số sóng hài được sinh ra bởi các
hệ thống phi tuyến như máy biến áp bão hòa, một số sóng hài được tạo ra bởi các tải
điện tử công suất như bộ điều chỉnh tốc độ động cơ và các cầu chỉnh lưu diode (bộ
phận không thể thiếu của bộ nguồn đèn LED).
Để nâng cao hệ số công suất thì tổng méo dạng sóng hài dòng điện phải nhỏ.
Chính vì vậy việc nghiên cứu thiết kế bộ nguồn cho đèn LED có điều chỉnh hệ số
công suất là cần thiết, mà điều chỉnh hệ số công suất chính là điều chỉnh sao cho
dòng điện lưới có dạng sin và đồng pha với điện áp lưới. Do đó đề tài “Xây dựng
phương thức điều chỉnh bám của dòng điện cho bộ điều khiển đèn LED” không
những góp phần nâng cao hệ số công suất cos đảm bảo chất lượng điện năng trong
trong chiếu sáng mà còn khắc phục được các tác hại do sóng hài dòng điện gây ra
cho lưới điện.
1.2. MỤC TIÊU, NHIỆM VỤ VÀ GIỚI HẠN CỦA LUẬN VĂN
1.2.1. Mục tiêu của luận văn
 Mô phỏng và thiết kế thi công được mạch điện đáp ứng yêu cầu dòng và áp
ngõ vào có dạng sin và đồng pha.
 Tổng méo dạng sóng hài dòng điện ≤ 5%.

2


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS. VÕ VIẾT CƯỜNG

1.2.2. Nhiệm vụ của luận văn
 Nghiên cứu, xây dựng phương thức và mô phỏng điều chỉnh bám để dòng
điện ngõ vào bám theo dạng sin của điện áp lưới.
 Thiết kế mô phỏng.
 Thi công mạch điện điều chỉnh.
 Đánh giá kết quả mô phỏng và thực nghiệm.
1.2.3. Giới hạn của luận văn
Chỉ áp dụng cho bộ nguồn có hiệu chỉnh hệ số công suất của đèn LED.
1.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Để xây dựng được phương thức điều chỉnh bám của dòng điện cho bộ điều
khiển đèn LED, tác giả đã tìm hiểu tổng quan và cơ sở lý thuyết về bộ nguồn của
đèn LED, điều chỉnh bám của dòng điện để đặt ra bài toán thiết kế mạch điện điều
chỉnh, mô phỏng mạch điện trên máy tính sau đó tiến hành thi công mạch điện và
kiểm chứng lại kết quả thực tế so với mô phỏng.
1.4. ĐIỂM MỚI CỦA LUẬN VĂN
 Không sử dụng cảm biến dòng.
 Mạch nguồn và mạch điều khiển được tách riêng.
 Độ chính xác cao.
1.5. GIÁ TRỊ THỰC TIỄN CỦA LUẬN VĂN
 Ứng dụng nâng cao hiệu quả năng lượng trong chiếu sáng.
 Giảm giá thành sản phẩm chiếu sáng đèn LED.
1.6. KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC
 Xây dựng phương thức điều chỉnh bám của dòng điện cho bộ điều khiển đèn
LED đạt hệ số công suất cao (cosφ ≥ 0.90), mô phỏng mạch điện trên máy
tính.
 Thi công mạch điện điều chỉnh bám ứng dụng vào thực tế.

3


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS. VÕ VIẾT CƯỜNG

1.7. BỐ CỤC CỦA LUẬN VĂN
Chương 1: Giới thiệu luận văn.
Chương 2: Tổng quan về bộ nguồn của đèn Led và điều chỉnh bám của dòng
điện.
Chương 3: Xây dựng phương thức điều chỉnh bám của dòng điện.
Chương 4: Thiết kế mô phỏng mạch điều chỉnh bám của dòng điện cho bộ điều
khiển đèn LED.
Chương 5: Kết quả thực nghiệm thiết kế thi công mạch điều chỉnh bám của
dòng điện cho bộ điều khiển đèn LED.
Chương 6: Kết luận và kiến nghị.

4


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS. VÕ VIẾT CƯỜNG

Chương 2

TỔNG QUAN VỀ BỘ NGUỒN CỦA ĐÈN LED VÀ
ĐIỀU CHỈNH BÁM CỦA DÒNG ĐIỆN
Có thể nói lịch sử phát triển của ánh sáng là quá trình loài người tìm tòi, phát
triển những nguồn sáng mới, hiệu quả hơn phù hợp với con người hơn. Trước thế
kỷ XIX, ba công nghệ chiếu sáng truyền thống của loài người là: Cháy sáng, chiếu
sáng bằng đèn dây tóc và đèn phóng điện huỳnh quang. Ba công nghệ truyền thống
đã đạt được những tiến bộ đáng kể trong hơn 200 năm qua, nhưng hiệu quả chuyển
đổi năng lượng trong chiếu sáng chỉ đạt từ 1% đến tối đa là 25%.
Sang cuối thế kỷ XX, công nghệ chiếu sáng thứ tư ra đời, đó là chiếu sáng
trạng thái rắn mà tiếng Anh là Solid-State Lighting (SSL). SSL là thể loại ánh sáng
nhân tạo phát ra từ các linh kiện phát quang làm từ điôt phát quang bán dẫn vô cơ
(LEDs).
2.1. TỔNG QUAN VỀ LED
2.1.1. Khái niệm LED
LED, viết tắt của cụm từ tiếng Anh Light Emiting Diode tạm dịch là điôt phát
quang, được biết tới từ những năm đầu của thế kỷ 20, công nghệ LED ngày càng
phát triển, từ những điôt phát sáng đầu tiên với ánh sáng yếu và đơn sắc đến những
nguồn phát sáng đa sắc, công suất lớn và hiệu quả chiếu sáng cao. Trái tim của LED
là một chip bán dẫn, được gắn lên trên một cái đế cũng chính là cực âm của nguồn
điện vào, mặt kia của chíp được nối với một sợi dây dẫn và rồi được nối với cực
dương của nguồn. Đây là phần quan trọng nhất của một LED và tất cả nó được bọc
trong một vỏ nhựa epoxy [5].
Hoạt động của LED dựa trên công nghệ bán dẫn. Trong khối điôt bán dẫn,
electron chuyển từ trạng thái có mức năng lượng cao xuống trạng thái có mức năng
lượng thấp hơn và sự chênh lệch năng lượng này được phát xạ thành những dạng
ánh sáng khác nhau. Màu sắc của LED phát ra phụ thuộc vào hợp chất bán dẫn và

5


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS. VÕ VIẾT CƯỜNG

đặc trưng bởi bước sóng của ánh sáng được phát ra. Tùy thuộc vào vật liệu làm chip
LED, ta sẽ có các bước sóng ánh sáng khác nhau [5].
2.1.2. Lịch sử của LED
Điôt bán dẫn phát sáng đầu tiên được biết đến vào năm 1907 bởi nhà thí
nghiệm người Anh H.J.Round tại phòng thí nghiệm Marconi khi ông làm thí
nghiệm với tinh thể SiC (Silic và Cacbon). Sau đó, nhà khoa học Nga Oleg
Vladimirovich Losev đã tạo ra LED đầu tiên, nghiên cứu sau đó đã bị quên lãng do
không có ứng dụng nhiều trong thực tiễn. Năm 1955, Rubin Braunstein đã phát hiện
ra sự phát xạ hồng ngoại bởi hợp chất GaAs (Gallium và Arsenide) và một số hợp
chất bán dẫn khác.
Năm 1961, hai nhà thí nghiệm là Bod Biard và Gary Pittman làm việc tại
Texas Instruments đã nhận thấy rằng hợp chất GaAs phát ra tia hồng ngoại khi có
dòng điện tác động và sau đó Bob và Gary được cấp bằng sáng chế ra điôt phát
hồng ngoại.
LED phát ánh sáng đỏ đầu tiên được phát triển vào năm 1962 bởi nhà nghiên
cứu khoa học Nick Holonyak Jr trong khi ông đang công tác tại công ty General
Electric. Sau đó ông chuyển tới trường đại học Illinois và tại đây ông đã được gặp
“cha đẻ” của điốt phát xạ”, M. George Craford. George là người đã phát minh ra
bóng LED có màu vàng đầu tiên có cường độ sáng gấp 10 lần ánh sáng của bóng
LED màu đỏ và màu cam vào năm 1972. Năm 1976, T.P. Pearsall đã tạo ra LED
hiệu suất cao có ứng dụng quan trọng cho lĩnh vực thông tin liên lạc bằng sợi
quang.
Ứng dụng thực tiễn đầu tiên của điôt phát quang là chúng được sử dụng rộng
rãi thay thế cho thiết bị chỉ thị bằng bóng sợi đốt. Điôt còn được ứng dụng trong
việc chế tạo LED 7 đoạn và sau này là ứng dụng trong tivi, radio, điện thoại, máy
tính, chiếu sáng cả một vùng. Sau đó, khi mà công nghệ LED phát triển, các nguồn
LED có hiệu suất phát sáng hiệu quả được phát minh dần dần phục vụ cho mục đích

6




Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×