Đồ án 3 Điện tử công suất-TĐĐ

ĐỒ ÁN 3: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT-TĐĐ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT - HƯNG YÊN CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NA KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ Độc lập – Tự Do – Hạnh phúc _ ĐỒ ÁN MÔN HỌC Sinh viên thực hiện: Bùi Minh Nhật Bùi Đức Tuyên Lớp : Khóa học 112183.2 : 2018- 2022 Ngành đào tạo : Công nghệ Kỹ thuật điện –điện tử TÊN ĐỀ TÀI : THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MẠCH ĐIỀU ÁP XOAY CHIỀU ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ MỘT PHA I.Dữ liệu cho trước : Các thông số định mức động cơ: Uđm = 220V; Iđm = 1,2 A II Nội dung cần hoàn thành :  Thuyết minh đề tài: o Các phương pháp điều khiển tốc độ động KĐB pha o Mạch điều áp xoay chiều pha dùng Triac o Dạng sóng dòng điện, điện áp van bán dẫn o Các phương pháp điều khiển thiết bị điều khiển o Tính tốn lựa chọn van bán dẫn, tản nhiệt o Thiết kế mạch khảo sát mạch  Phải đảm bảo tính khả thi, hiệu kinh tế khả ứng dụng thực tế  Các vẽ thiết kế đầy đủ xác  Sản phẩm phải đảm bảo tính kỹ thuật, mỹ thuật hoạt động tốt  Trình bày hướng phát triển đề tài III Sản phẩm:  01 thuyết minh Trang ĐỒ ÁN 3: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT-TĐĐ  Mạch phần cứng Nhận xét giáo viên hướng dẫn Ngày Tháng Năm 2021 Giáo viên hướng dẫn MỤC LỤC Trang ĐỒ ÁN 3: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT-TĐĐ CHƯƠNG I: TÌM HIỂU TỔNG QUAN Khái niệm động xoay chiều pha………………………………… 1.1 Nguyên lý điều khiển động xoay chiều pha 1.2 Một số mạch điều khiển động pha 1.3 Giới thiệu phần tử bán dẫn triac……………………………………….7 1.3.1 Cấu tạo ký hiệu 1.3.2 Nguyên lý hoạt động .9 1.3.3 Đặc tuyến V-A triac CHƯƠNG II: BỘ ĐIỀU ÁP XOAY CHIỀU MỘT PHA…………………………10 2.1 Điều áp xoay chiều pha ứng với loại tải……………………… 10 2.1.1 Trường hợp tải trở .11 2.1.2 Trường hợp tải L, cảm .12 2.1.3 Trường hợp tải R + L 13 2.2 Giới thiệu TCA 785………………………………………………….15 2.2.1 Kí hiệu 15 2.2.2 Chức chân 16 2.2.3 Sơ đồ cấu tạo .17 2.2.4 Dạng sóng dịng điện 18 2.2.5 Các thông số TCA 785 18 2.2.6 Nguyên ký làm việc vi mạch TCA 785 19 CHƯƠNG III:TÍNH TỐN THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MẠCH 22 3.1 Sơ đồ khối chức khối…………………………………….22 3.1.1.Khối nguồn 22 3.1.2 Khối điều khiển 23 Trang ĐỒ ÁN 3: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT-TĐĐ 3.1.3 Khối cách ly 25 3.2 Nguyên lý toàn mạch 28 3.2.1 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 28 3.2.2 Nguyên lý toàn mạch 28 4.1.Tính chọn van động lực………………………………………………….29 4.2.Tính chọn mạch nguồn………………………………………………… 31 4.3 Tính chọn mạch điều khiển…………………………………………… 31 4.4 Tính chọn thiết bị bảo vệ……………………………………………… 32 4.4.1 Bảo vệ nhiệt……………………………………………………….32 4.4.2 Bảo vệ dòng điện cho van .33 4.4.3 Bảo vệ điện áp cho van 33 4.5 Tính chọn mạch cách li………………………………………………….33 4.6 Chế tạo mạch thực tế…………………………………………………….35 4.6.1 Sơ đồ mạch board 35 4.7 Phương hướng phát triển đề tài…………………………………… 35 KẾT LUẬN CHUNG 36 LỜI NÓI ĐẦU *** Trang ĐỒ ÁN 3: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT-TĐĐ Điện tử công suất môn học hay lý thú, hút nhiều sinh viên theo đuổi, tìm hiểu tiện ích khả ứng dụng mạnh mẽ mà mang lại cho phát triển nhiều ngành, đặc biệt điện tự động hoá Là sinh viên chuyên nghành Hệ Thống Điện , chúng em muốn tiếp cận hiểu sâu mơn điện tử cơng suất, đồ án môn học chế tạo sản phẩm điều kiện tốt giúp chúng em kiểm chứng củng cố lý thuyết học.Trong đồ án điện tử công suất lần này, chúng em thầy giáo Đỗ Thành Hiếu giao đề tài “ Thiết kế chế tạo mạch điều áp xoay chiều điều chỉnh tốc độ động pha ” Sau thời gian nghiên cứu, chúng em chế tạo thành công điều khiển điện áp xoay chiều đáp ứng yêu cầu đề tài Trong suốt thời gian thực đề tài, chúng em gặp số vướng mắc lý thuyết khó khăn việc thi cơng sản phẩm.Tuy nhiên, chúng em nhận giải đáp hướng dẫn kịp thời thầy Đỗ Thành Hiếu góp ý kiến thầy khoa bạn sinh viên lớp Đựơc chúng em xin chân thành cảm ơn mong muốn nhận nhiều giúp đỡ, bảo thầy,cô bạn đồ án sau Nhóm sinh viên thực hiện: Bùi Đức Tuyên Bùi Minh Nhật Trang ĐỒ ÁN 3: ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT-TĐĐ CHƯƠNG I: TÌM HIỂU TỔNG QUAN 1.Khái niệm động xoay chiều pha Động điện xoay chiều pha (gọi tắt động pha) động điện xoay chiều khơng cổ góp chạy điện pha Loại động điện sử dụng rộng rãi công nghiệp đời sống động bơm nước động quạt động hệ thống tự động Khi sử dụng loại động người ta thường cần điều chỉnh tốc độ ví dụ quạt bàn ,quạt trần Để điều khiển tốc độ động pha người ta sử dụng phương pháp sau: - Thay đổi số vòng dây Stator - Mắc nối tiếp với động điện trở hay cuộn dây điện cảm - Điều khiển điện áp đưa vào động 1.1 Nguyên lý điều khiển động xoay chiều pha Trước điều khiển tốc độ động điều khiển điện áp xoay chiều đưa vào động cơ, người ta thường sử dụng hai cách phổ biến mắc nối tiếp với tải điện trở hay điện kháng mà ta coi Z f điều khiển điện áp biến áp survolter hay ổn áp Hai cách có nhược điểm kích thước lớn khó điều khiển liên tục dịng điện lớn Ngày với việc ứng dụng Tiristor Triac vào điều khiển, người ta điều khiển động pha bán dẫn Trang ĐỒ ÁN 3: ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT-TĐĐ Hình 1: Ngun lí điều khiển động 1.2 Một số mạch điều khiển động pha Một ứng dụng rộng rãi điều áp xoay chiều điều khiển động điện pha mà điển hình điều khiển tốc độ quay quạt điện Chức linh kiện sơ đồ hình 15 - 4: T - Triac điều khiển điện áp quạt VR - biến trở để điều chỉnh khoảng thời gian dẫn Triac R - điện trở đệm D - diac - định ngưỡng điện áp để Triac dẫn C - Tụ điện tạo điện áp ngưỡng để mở thông diac Điện áp tốc độ quạt điều khiển cách điều chỉnh biến trở VR hình a Tuy nhiên sơ đồ điều khiển khơng triệt để, vùng điện áp nhỏ Triac dẫn khó điều khiển Sơ đồ hình b có chất lượng điều khiển tốt Tốc độ quay quạt điều khiển biến trở VR Khi điều chỉnh trị số VR ta điều chỉnh việc nạp tụ C lúc điều chỉnh thời điểm mở thông diac thời điểm Triac dẫn Như Triac mở thông điện áp tụ đạt điểm dẫn thông diac Kết muốn tăng tốc độ quạt ta cần giảm điện trở VR để tụ nạp nhanh hơn, Trang ĐỒ ÁN 3: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT-TĐĐ Triac dẫn sớm điên áp lớn Ngược lại điên trở VR lớn tụ nạp chậm Triac mở chậm lại điện áp tốc độ quạt nhỏ xuống * Mạch điều khiển có ưu điểm: - Có thể điều khiển liên tục tốc độ quạt - sử dụng cho loại tải khác điều khiển độ sáng đèn sợi đốt, điều khiển bếp điện có hiệu -Kích thước mạch điều khiển nhỏ, gọn * Nhược điểm: Nếu chất lượng Triac, diac không tốt vùng tốc độ thấp quạt xuất tiếng ù thành phần chiều dòng điện Trang ĐỒ ÁN 3: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT-TĐĐ 1.3.Giới thiệu phần tử bán dẫn triac Thyristor làm việc hai nửa chu kỳ điện áp xoay chiều, ta nối song song ngược hai thyristor hình giải làm việc hai nửa chu kỳ điện áp xoay chiều Hình 4: Triac 1.3.1 Cấu tạo ký hiệu Hình 5: Cấu tạo ký hiệu triac Triac linh kiện bán dẫn tương tự hai Thyristor mắc song song ngược, có cực điều khiển Triac thiết bị bán dẫn ba cực, bốn lớp Có thể điều khiển cho mở dẫn dòng xung dương (dòng vào cực điều khiển) lẫn Trang ĐỒ ÁN 3: ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT-TĐĐ xung âm (dịng khỏi cực điều khiển) Tuy nhiên xung dòng điều khiển âm có độ nhạy hơn, nghĩa mở Triac cần dòng điều khiển âm lớn so với dịng điểu khiển dương Vì thực tế để đảm bảo tính đối xứng dịng điện qua Triac sử dụng dịng điều khiển dương tốt 1.3.2 Nguyên lý hoạt động Có tổ hợp điện mở Triac cho dịng chảy qua : B2 G + + + - - - - + Trường hợp MT2 (+), G(+) Thyristor T mở cho dịng chảy qua Thyristor thơng thường Trường hợp MT2 (-), G(-) Các điện tử từ N2 phóng vào P2 Phần lớn bị trường nội EE1 hút vào, điện áp đặt lên J2 khiến choBarie cao đến mức hút vào điện tích thiểu số(các điện tử P1) làm động chúng đủ lớn để bẻ gãy liên kết nguyên tử Sillic vùng Kết phản ứng dây chuyền T’ mở cho dịng chảy qua 1.5.3 Đặc tuyến V-A triac Trang 10 ĐỒ ÁN 3: ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT-TĐĐ phần sóng hài điện áp xoay chiều sau IC 7815 ta mắc song song với led để báo mạch điều khiển có nguồn 3.1.2 Khối điều khiển  Khái niệm mạch điều khiển Như ta biết để van mở thời điểm mong muốn, ngồi điều kiện phải đặt điện áp thuận điện cưc điều khiển Catot phải có điện áp điều khiển Để có hệ thống tín hiệu điều khiển xuất theo u cầu ta phải có mạch điện để tạo tín hiệu gọi mạch điều khiển Điện áp điều khiển phải đáp ứng yêu cầu cần thiết công suất, biên độ , thời gian tồn Các thông số cần thiết tín hiệu điều khiển cho sẵn tài liệu nghiên cứu van.Đặc điểm triac van mở việc cịn tín hiệu điều khiển hay khơng, khơng ảnh hưởng tới dịng qua van Vì vậy,người ta tạo tín hiệu điều khiển có dạng xung để hạn chế cơng suất tổn thất Bộ phát xung điều khiển chia làm hai nhóm: - Hệ thống điều khiển đồng bộ: Các xung ĐK xuất thời điểm cần mở van lặp lặp lại mang tính chu kỳ - Hệ thống ĐK không đồng bộ: Cac xung ĐK khơng tn theo giá trị góc ĐK  Phân tích mạch điều khiển Điều khiển Triac sơ đồ chỉnh lưu có nhiều phương pháp khác thường gặp điều khiển theo nguyên tắc thẳng đứng tuyến tính Theo nguyên tắc để điều khiển góc mở Triac ta tạo điện áp tựa dạng tam giác (điện áp tựa cưa Urc) Dùng điện áp chiều Uđk để so sánh với điện áp tựa Tại thời điểm hai điện áp nhau(Uđk= Urc) Trong vùng điện áp dương anot phát xung điều khiển cuối bán kỳ (hoặc tới dòng điện 0) Để thực ý đồ mạch điều khiển bao gồm khâu bản: Trang 23 ĐỒ ÁN 3: ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT-TĐĐ Hình 2: Sơ đồ khối khâu mạch điều khiển * Nhiệm vụ khâu sơ đồ khối sau: Khâu đồng bộ: Có nhiệm vụ tạo điện áp tựa Urc tuyến tính trùng pha với điện áp Anot (cực G) Thyristor (triac) Khâu so sánh:Nhận tín hiệu điện áp tựa điện áp điều khiển Có nhiệm vụ so sánh điện áp tựa với điện áp điều khiển Uđk Tìm thời điểm hai điện áp nhau(Uđk= Urc) Tại thời điểm hai điện áp phát xung điều khiển đầu để gửi sang tầng tạo xung khuếch đại xung Khâu tạo xung khuếch đại xung: Có nhiệm vụ tạo xung phù hợp để mở Triac Xung để mở Triac cần có yêu cầu: Sườn trước dốc thẳng đứng để đảm bảo mở Triac tức thời có xung điều khiển (Thường gặp xung kim xung chữ nhật) đủ độ rộng (với độ rộng xung lớn thời gian mở củacTriac) Cách ly mạch điều khiển mạch động lực (nếu điện áp động lực lớn) đủ công suất  Nguyên lý mạch điều khiển: Tín hiệu điện áp cung cấp cho mạch điều khiển đưa đến khối đồng pha Đầu khối có điện áp thường hình sin tần số lệch pha góc xác định so với điện áp nguồn Điện áp gọi điện áp đồng Vđb Đầu mạch phát điện cưa ta có điện áp cưa đồng tần số góc pha với điện áp đồng Các điện áp gọi điện áp cưa Vrc Điện áp cưa Vrc đưa vào đầu vào khối so sánh Tại có tín hiệu khác điện áp chiều điều chỉnh lấy từ ngồi Hai tín hiệu mắc với cực tính cho tác động chúng lên mạch so sánh ngược chiều Khối so sánh làm nhiệm vụ so sanh hai tín hiệu Tại thời điểm hai tín hiệu tín hiệu đầu khối so sánh xung xuất với chu kỳ Vrc Trang 24 ĐỒ ÁN 3: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT-TĐĐ Xung cưa có hai sườn có sườn mà đầu khối so sánh xuất xung điện áp sườn sườn sử dụng Vậy ta thay đổi thời điểm xung xuất đầu khối so sánh cách thay đổi Vđk giữ nguyên dạng Vrc Trong số trường hợp xung khối so sánh đưa đến đầu cực thiết bị cần điều khiển đa số trường hợp tín hiệu khối so sánh chưa đủ yêu cầu cần thiết Người ta phải thực việc khuếch đại thay đổi lại hình dáng xung Các nhiệm vụ thực hiên mạch gọi mạch xung Đầu khối tạo xung khuếch đại xung chuỗi xung điều khiển có đủ thông số yêu cầu công suất, độ dài, độ dốc mặt đầu xung Tại thời điểm bắt đầu xuất xung hoàn toàn trùng với thời điểm xuất xung đầu khối so sánh Ngày mạch cổ điển thường thay IC tích hợp đầy đủ khâu, với kết cấu nhỏ gọn, giá thành rẻ đạt độ xác cao.IC TCA 785 vi mạch vậy,cơ sở lý thuyết giới thiệu phần  Sơ đồ mạch điều khiển: Hình 3: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển Trang 25 ... khối…………………………………….22 3. 1.1.Khối nguồn 22 3. 1.2 Khối điều khiển 23 Trang ĐỒ ÁN 3: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT-TĐĐ 3. 1 .3 Khối cách ly 25 3. 2 Nguyên lý toàn mạch 28 3. 2.1 Sơ đồ nguyên... tế…………………………………………………… .35 4.6.1 Sơ đồ mạch board 35 4.7 Phương hướng phát triển đề tài…………………………………… 35 KẾT LUẬN CHUNG 36 LỜI NÓI ĐẦU *** Trang ĐỒ ÁN 3: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT-TĐĐ Điện tử công. .. ĐỒ ÁN 3: ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT-TĐĐ 2.2 .3 Sơ đồ cấu tạo Hình 11: sơ đồ cấu tạo TCA785 2.2.4 Dạng sóng dịng điện Hình 12: Dạng sóng dịng điện ,điện áp Trang 18 ĐỒ ÁN 3: ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT-TĐĐ 2.2.5