Kích thước, diện tích lắp đặt giảm đi rấtnhiều so với các hệ truyền động thông thường như: khuếch đại từ, máy phát - độngcơ...Xuất phát từ yêu cầu thực tế đó, trong nội dung môn học Điệ
Giới thiệu chung
Điện năng là một nguồn năng lượng chiếm vị trí quan trọng trong đời sống sản suất Năng lượng này hầu như là năng lượng điện xoay chiều Trong khi đó năng lượng điệu một chiều không kém phần quan trọng như:
+ Truyền điện cho động cơ điện một chiều
+ Cung cấp cho các mạch điện tử, sạc acquy.
Vì vậy, cần biến đổi năng lượng điện xoay chiều thành năng lượng điện một chiều, để làm được điều này, ta dùng các bộ chỉnh lưu.
Chỉnh lưu là biến đổi điện áp xoay chiều thành điện áp một chiều, nghĩa là biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều Sự biến đổi đó được thực hiện nhờ các thiết bị bán dẫn Chỉ cho dòng điện đi qua theo một chiêu nhất định như: Diod ,Tiristor,…
+ Chỉnh lưu không điều khiển (Diod): Không thay đổi được điện áp trên tài + Chỉnh lưu có điều khiển (Tiristor): Thay đổi được điện áp trên tài
Mạch chỉnh lưu có các chức năng sau:
Làm nguồn điện một chiều để điều khiển cho các thiết bị hàn, mạ một chiều.
Là nguồn điện cho một số động cơ điện một chiều.
Ứng dụng trong chuyển đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều để truyền tải đi xa.
Trong các thiết bị biến tần Inverter, mạch chỉnh lưu dùng để truyền động động cơ xoay chiều. Ở đây, ta chỉ xét về bộ chỉnh lưu cầu một pha có điều khiển
Ý tưởng thực hiện
Từ những thực tế, chúng em đã được thấy nhiều mạch điều khiển được ứng dụng
Ứng dụng của mạch
Ứng dụng cơ bản nhất của mạch chỉnh lưu là trích xuất ra dòng điện một chiều từ nguồn xoay chiều Vì vậy, mạch chỉnh lưu thường được sử dụng bên trong mạch cấp nguồn của hầu hết các thiết bị điện tử.
Hình 1.1 Ứng dụng của mạch chỉnh lưu trên thực tế.
Mạch chỉnh lưu cũng là thành phần trong mạch biến đổi điện một chiều từ điện áp này sang điện áp khác.
Một ứng dụng nữa của mạch chỉnh lưu là dùng trong mạch tách sóng các tín hiệu vô tuyến điều biến biên độ.
Ngoài ra, mạch chỉnh lưu cũng được sử dụng để cấp điện có cực tính cho máy hàn điện Đôi khi mạch này có thể thay thế cho các diode trong cầu chỉnh lưu dùng Thyristor.
Khái niệm về chỉnh lưu công suất
Mạch chỉnh lưu là thiết bị dùng để biến đổi nguồn điện xoay chiều thành nguồn điện một chiều nhằm cung cấp cho phụ tải điện một chiều.
Theo số pha: một pha, ba pha, m pha
Theo loại van: diode hoặc thyristor
Mạch chỉ dùng toàn diode là chỉnh lưu không điều khiển.
Mạch chỉ dùng toàn Thyristor là chỉnh lưu có điều khiển.
Một nửa thyristor, một nửa diode là chỉnh lưu bán điều khiển
Phân loại theo sơ đồ mắc: Anode chung hoặc Cathode chung
Luật dẫn của van công suất trong các mạch chỉnh lưu
Hình 2.1 Nhóm nối chung Cathode. Điện áp anode của diode nào dương hơn thì diode ấy dẫn Khi đó điện thế điểm A bằng điện thế anode dương nhất
Hình 2.2 Nhóm nối chung Anode. Điện áp cathode van nào âm hơn hơn thì diode ấy dẫn Khi đó điện thế điểm
K bằng điện thế anode âm nhất.
Cấu trúc mạch chỉnh lưu,các thông số cơ bản
Trong thực tế các mạch chỉnh lưu có nhiều loại và khá đa dạng về hình dáng cũng như tính năng Tuy nhiên về cơ bản cấu trúc trong bộ biến đổi thường có các bộ phận sau:
- Biến áp nguồn nhằm biến đổi điện áp từ cao xuống thấp hoặc ngược lại.
- Van công suất chỉnh lưu, các van này có nhiệm vụ biến đổi nguồn điện xoay chiều thành nguồn một chiều.
- Mạch lọc nhằm lọc và san phẳng dòng điện hay điện áp nguồn để mạch chỉnh lưu có chất lượng tốt hơn.
- Mạch đo lường trong bộ chỉnh lưu thường dùng để đo dòng điện, điện áp.
- Mạch điều khiển là bộ phận rất quan trọng trong các bộ chỉnh lưu có điều khiển, nó quyết định độ chính xác, ổn định và chất lượng bộ chỉnh lưu.
- Phụ tải của mạch chỉnh lưu thường là phần ứng động cơ điện một chiều,kích từ máy điện một chiều, xoay chiều, cuộn hút nam châm điện, các tải có sức điện động E, đôi khi tải là các đèn chiếu sáng hay các điện trở tạo nhiệt vv
Hình 2.3 Sơ đồ cấu trúc của bộ chỉnh lưu.
Phân tích nguyên lý mạch lực
Như ta đã biết để điều chỉnh được động cơ điện thì ta phải chọn mạch lực để điều khiển động cơ Tùy thuộc vào yêu cầu điều chỉnh, công suất động cơ mà ta đưa ra phương án chọn mạch lực điều khiển động cơ hợp lý, tối ưu với yêu cầu đề ra.
Hình 2.4 Sơ đồ chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển hoàn toàn.
Giả sử Ld = ∞ điện áp phía thứ cấp U2 = √2U2*sin(t) với góc điều khiển Xét mạch đang làm việc ở chế độ xác lập Khi van dẫn sụt áp trên nó bằng 0.
Trước thời điểm t = α cặp van T1 và T3 dẫn điện khi đó ta có: UT1=UT3= 0;
Utải = - U2 ; UT2 = UT4 = U2; IT1 = IT3 = Itải ; IT2 = IT4 = 0. Đến thời điểm t=α cấp xung điều khiển mở cặp van T2 và T4 lúc này cặp van T2 và T4 sẽ dẫn điện, cặp van T1 và T3 bị phân cực ngược nên không dẫn điện, khi đó ta có: uT2 = uT4 = 0; utải = u2; uT1 = uT3 = - u2; iT2= iT4= itải; iT1 = iT3 = 0. Đến thời điểm t = , u2 = 0 có xu hướng âm dần và - u2 = 0 có xu hướng dương dần Tuy nhiên điện áp nguồn lúc này tác động ngược chiều với chiều dẫn dòng của dòng điện qua tải, cho nên suất điện động cảm ứng do Ld tạo ra cho cặp van T2 và T4 tiếp tục dẫn điện, còn cặp van T1 và T3 chưa dẫn do chưa có xung điều khiển kích mở Lúc này ta có: uT2= uT4= 0; utải = u2 < 0; uT1 = uT3 = - u2 > 0; iT2 = iT4= itải; iT1 = iT3= 0. Đến thời điểm t = + phát xung điều khiển mở cặp van T1 và T3, lúc này cặp van T1 và T3 sẽ dẫn điện còn cặp van T2 và T4 bị phân cực ngược nên không dẫn điện.
Ta có: uT1= uT3 = 0; uT2 = uT4 = u2 < 0; utải =- u2; iT1 = iT3 = itải; iT2 iT4= 0. Đến thời điểm t =2 , u2= 0 và có xu hướng dương dần, còn - u2 = 0 có xu hướng âm dần, tuy nhiên cặp van T1 và T3 sẽ tiếp tục dẫn do suất điện động của cuộn cảm tải tạo ra để chống lại sự biến thiên của dòng điện Cặp van T2 và T4 chưa dẫn điện do chưa có xung điều khiển kích mở ta có: uT1= uT3 = 0; uT2 uT4= u2 > 0; utải = - u2; iT1 = iT3 = itải; iT2= iT4= 0.
2.4.3 Các dạng sóng và biểu thức tính toán điện áp a) Xét với tải R.
Hình 2.5 Sơ đồ chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển hoàn toàn với tải R.
Hình 2.6 Dạng sóng tương ứng với tải R (α=0α=0 o ).
Hình 2.7 Dạng sóng tương ứng với tải R (α=0α` o ).
- Một số biểu thức tính toán với tải R:
• Điện áp trung bình trên tải:
√ 2 U 2 sinωtdωtωtdωttdωtdωtt=√ 2 U 2 π (1+cosα)
• Dòng điện trung bình trên tải:
• Dòng điện trung bình qua Thyristor:
• Điện áp thuận, điện áp ngược trên thyristor:
UT(thuận) = UT(ngược) =√2U2. b) Với tải R+L
Hình 2.8 Sơ đồ chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển hoàn toàn với tải R+L.
Hình 2.9 Dạng sóng tương ứng với tải R+L (α=0α0 0 ).
- Một số biểu thức tính toán với tải R+L:
• Điện áp trung bình trên tải:
√ 2 U 2 sinωtdωtωtdωttdωtdωtt=0,9.U 2 cosα
• Dòng điện trung bình trên tải
• Dòng điện trung bình qua Thyristor:
• Điện áp thuận, điện áp ngược trên thyristor:
UT(thuận) = UT(ngược) =√2U2 c) Với tải R+L+E
Hình 2.10 Sơ đồ chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển hoàn toàn với tải R+L+E. Dạng sóng mô phỏng
Hình 2.11 Dạng sóng tương ứng với tải R+L+E (α=0α 0 ) Một số biểu thức tính toán với tải R+L+E
• Điện áp trung bình trên tải:
√ 2 U 2 sinωtdωtωtdωttdωtdωtt=0,9.U 2 cosα
• Dòng điện trung bình trên tải:
• Dòng điện trung bình qua Thyristor:
• Điện áp thuận, điện áp ngược trên thyristor:
Phân tích nguyên lý điều khiển
2.5.1 Một số phương án lựa chọn mạch điều khiển
• Phương án 1: Sử dụng IC thuật toán rời rạc thông qua các khâu:
Khâu tạo điện răng cưa
Khâu khuếch đại và biến áp xung
Hình 2.11 Sơ đồ khối mạch điều khiển dùng IC thuật toán rời rạc.
- Ưu điểm: Giá thành rẻ
Mạch phức tạp phải thông qua nhiều khâu Chất lượng điều khiển không cao
Phương án 2: Dùng IC tích hợp TCA 785.
Hình 2.12 Sơ đồ khối mạch điều khiển dùng IC TCA785. Đối với việc điều khiển điện áp một chiều ta có thể sử dụng vi mạch tích hợp TCA 785 để đơn giản mạch điều khiển.
Mạch đơn giản, ít khâu điều khiển
Tạo ra điện áp đối xứng
Chất lượng điện áp ra như mong muốn
Kết luận: Từ việc so sánh ưu nhược điểm của 2 phương án trên ta chọn phương pháp 2 (Sử dụng mạch tích hợp TCA 785)
2.5.2 Khối nguồn của mạch điều khiển dùng TCA 785
Hình 2.13 Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn.
Do yêu cầu điện áp nguồn nuôi của TCA785 là 15 (V), sử dụng mạch nguồn 15VDC.
Hình 2.14 Sơ đồ nguyên lý mạch tạo xung PWM bằng TCA785. a Cấu tạo và nguyên lý hoạt động TCA785
Hình 2.15 Sơ đồ cấu tạo của TCA785.
TCA 785 là một vi mạch phức hợp thực hiện 4 chức năng của một mạch điều khiển: “ tề đầu” điện áp đồng bộ tạo điện áp răng cưa đồng bộ, so sánh và tạo xung ra Nguồn nuôi qua chân 16 Tín hiệu đồng bộ được lấy qua chân số 5 và số 1 Tín hiệu điều khiển được đưa vào chân 11 Một bộ nhận biết điện áp 0 sẽ kiểm tra điện áp lấy vào chuyển trạng thái và sẽ chuyển tín hiệu này đến bộ phận đồng bộ Bộ phận đồng bộ này sẽ điều khiển tụ C10; Tụ C10 sẽ được nạp đến điện áp không đổi (quyết định bởi R9) Khi điện áp V10 đạt đến điện áp V11 thì một tín hiệu sẽ được đưa vào khâu logic
Tuỳ thuộc vào biên độ điện áp điều khiển V11, góc mở α có thể thay đổi từ 0 đến 180 o Với mỗi nửa chu kì song một xung dương xuất hiện ở Q1, Q2 Độ rộng trong khoảng 30-80μs.s. Độ rộng xung có thể kéo dài đến 180 o thông qua tụ C6 Nếu chân 12 nối đất thì sẽ có xung trong khoảng α đến 180 o
Hình 2.16 Dạng sóng các chân của TCA785.
Tín hiệu điều khiển Vdk được đưa vào chân 11 so sánh với điện áp răng cưa tạo bởi tụ C10 cho ta xung điều khiển van tăng dần ở đầu ra chân 14 và 15 Khi xảy ra ngắn mạch chân 6 nhận được tín hiệu cấm, tại chân 14 và 15 không còn tín hiệu đầu ra.
Mô tả chức năng Tín hiệu đồng bộ hóa thu được thông qua điện trở cao từ điện áp đường dây (điện ápV5) Một bộ dò điện áp 0 đánh giá các đoạn bằng không và chuyển chúng vào thanh ghi đồng bộ hóa Nếu điện áp răng cưa V10 vượt quá điện áp điều khiểnV11 (góc kích hoạt φ), một tín hiệu sẽ được xử lý theo logic Phụ), một tín hiệu sẽ được xử lý theo logic Phụ thuộc vào độ lớn của điện áp điều khiển V11, góc kích hoạt φ), một tín hiệu sẽ được xử lý theo logic Phụ có thể thay đổi trong một góc pha từ 0 0 đến 180 0 đối với mỗi nửa sóng, một xung dương xấp xỉ Thời lượng 30 μs.s xuất hiện ở đầu ra Q 1 và Q 2 Thời lượng xung có thể được kéo dài lên đến 180 0 thông qua tụ điện C12 Nếu chân 12 được kết nối với đất, các xung có khoảng thời gian từ φ), một tín hiệu sẽ được xử lý theo logic Phụ đến 180 ̊sẽ xuất hiện Đầu ra và cung cấp tín hiệu nghịch đảo của Q 1 và Q 2 Một tín hiệu của φ), một tín hiệu sẽ được xử lý theo logic Phụ +180 ̊ có thể được sử dụng để điều khiển logic bên ngoài, có sẵn tại chân 3 Một tín hiệu tương ứng với liên kết NOR của Q 1 và Q
2 có sẵn ở đầu ra QZ (chân 7) Đầu vào ức chế có thể được sử dụng để tắt các đầu ra Q1, Q2 và, Chân 13 có thể được sử dụng để mở rộng đầu ra và đến độ dài xung đầy đủ (180 ̊–φ).φ), một tín hiệu sẽ được xử lý theo logic Phụ). b) Sơ đồ và chức năng các chân
Hình 2.17 Sơ đồ chân IC TCA785.
TT Chân Kí hiệu Chức năng
5 5 VSYNC Tín hiệu đồng bộ
9 9 R9 Điện áp tạo xung răng cưa
10 10 C10 Tụ tạo xung răng cưa
12 12 C12 Tụ tạo độ rộng xung
13 13 L Tín hiệu điều khiển xung ngắn, xung rộng
16 16 VS Điện áp nguồn nuôi
Hình 2.18: Bảng thông tin chức năng các chân của IC TCA785.
Thông số Giá trị mi n Giá trị đặc trưng (fPHz,
Giá trị max Đơn vị
Dòng tiêu thụ Is 4.5 6.5 10 MA Điện áp vào điều khiển, chân
MAX V kΩ Mạch tạo răng cưa
Biên độ răng cưa Điện trở mạch nạp
Thời gian sườn ngăn của xung rưng cưa
Tín hiệu cấm vao, chân 6
V Độ rộng xung ra, chân 13
V Xung ra chân 14,15 Điện áp mức cao Điện áp mức thấp Độ rộng xung hẹp Độ rộng xung rộng
VV às às/nF Điện áp điều khiển Điện áp chuẩn
Góc điều khiển ứng với điện áp chuẩn
Bảng 2.19: Bảng các thông số của IC TCA785.
Bảng 2.20 Sơ đồ mạch cách ly dùng MOC3023.
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động MOC3021
Hình 2.21 Cấu tạo của Moc3021.
Moc3023 là optocoupler hay optoisolator tinh chỉnh và điều khiển TRIAC phát hiện điểm 0 Như tất cả chúng ta biết thuật ngữ optocoupler hay optoisolater có nghĩa là tất cả chúng ta sử dụng ánh sáng để ghép nối gián tiếp vào những bộ mạch. Điểm đặc biệt quan trọng của Moc3021 là nó có năng lực phát hiện điểm zero và được điều khiển và tinh chỉnh bởi một Triac Vì đầu ra được tinh chỉnh và điều khiển bởi TRIAC, tất cả chúng ta hoàn toàn có thể điều khiển và tinh chỉnh tải lên đến 400V và triac hoàn toàn có thể dẫn theo cả hai hướng do đó việc trấn áp tải AC sẽ không thành yếu tố Cũng vì nó có năng lực phát hiện điểm 0 nên khi bật tải AC, TRIAC sẽ khởi đầu dẫn điện sau khi sóng AC đạt đến 0V, theo cách này tất cả chúng ta hoàn toàn có thể tránh điện áp đỉnh trực tiếp đến tải và do đó ngăn nó bị hỏng Nó cũng có thời hạn tăng và giảm khá và do đó hoàn toàn có thể được sử dụng để trấn áp điện áp đầu ra.
Hình 2.22 Thông tin chức năng các chân của Moc3023.
Động cơ DC
2.6.1 Tổng quan về động cơ DC
Như ta đã biết máy phát điện một chiều có thể dùng làm máy phát điện hoặc động cơ điện Động cơ điện một chiều là thiết bị quay biến đổi điện năng thành cơ năng Nguyên lý làm việc dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ Động cơ điện một chiều được sử dụng rất rộng rãi trong công nghiệp và giao thông vận tải Động cơ điện một chiều gồm những loại sau đây:
- Động cơ điện một chiều kích từ song song.
- Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp.
- Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp.
2.6.2 Cấu tạo động cơ điện một chiều Động cơ điện một chiều gồm có 2 phần : Phần tĩnh (stator) và phần động (rôtor) a) Phần tĩnh (α=0stator)
Gồm các phần chính sau:
Cực từ chính là bộ phận sinh ra từ trường gồm có lõi sắt cực từ và dây quấn kích từ lồng ngoài lõi sắt cực từ Lõi sắt cực từ làm bằng những lá thép kỹ thuật điện Cực từ được gắn chặt vào vỏ nhờ các bulông Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng bọc cách điện.
Cực từ phụ đặt giữa các cực từ chính và dùng để cải thiện đổi chiều
Dùng để làm mạch từ nối liền các cực từ đồng thời làm vỏ máy.
Cơ cấu chổi than. b) Phần quay (α=0rotor)
Gồm các bộ phận sau:
Lõi sắt phần ứng dùng để dẫn từ thông thường dùng những lá thép kỹ thuật điện dày 0,5 mm phủ cách điện ở hai đầu rồi ép chặt lại Trên lá thép có dập hình dạng rãnh để sau khi ép lại thì đặt dây quấn vào
Dây quấn phần ứng là phần sinh ra s.đ.đ và có dòng điện chạy qua Thường làm bằng dây đồng có bọc cách điện.Trong máy điện nhỏ thường dùng dây có tiết diện tròn, trong máy điện vừa và lớn thường dùng dây tiết diện hình chữ nhật Dây quấn được cách điện với rãnh của lõi thép.
Cổ góp hay còn gọi là vành góp hay vành đổi chiều dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành một chiều cỏ góp gồm có nhiều phiến đồng hình đuôi nhạn cách điện với nhau bằng lớp mica dày 0,4 đến 1,2 mm và hợp thành một hình trụ tròn Đuôi vành góp có cao hơn lên một ít để để hàn các đầu dây của các phần tử dây quấn vào các phiến góp được dễ dàng.
Cánh quạt: Dùng để quạt gió làm nguội máy.
Trục máy: Trên đó đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt và ổ bi Trục máy thường làm bằng thép Cacbon tốt
2.6.3 Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều:
Stato của motor điện 1 chiều thường là 1 hoặc gồm nhiều cặp nam châm vĩnh cửu, (có thể dùng bằng nam châm điện), còn rotor có các cuộn dây quấn và được nối với nguồn điện 1 chiều Đồng thời, bộ phận chỉnh lưu có nhiệm vụ là làm đổi chiều dòng điện trong khi chuyển động quay của rotor là chuyển động liên tục Bộ phận này sẽ gồm có 1 bộ cổ góp và 1 bộ chổi than được mắc tiếp xúc với cổ góp của động cơ.
Khi trục quay của một động cơ điện 1 chiều được kéo bằng 1 lực tác động từ bên ngoài, động cơ sẽ hoạt động tương tự như 1 chiếc máy phát điện 1 chiều để nhằm tạo ra một sức điện động cảm ứng có tên là Electromotive force (EMF).
Trong hoạt động, phần rotor quay sẽ phát ra 1 điện áp (hay còn gọi là sức phản điện động) có tên là counter EMF (CEMF) hoặc còn được gọi là sức điện động đối kháng
Sức điện động này hoạt động tương tự như sức điện động được phát ra khi động cơ được sử dụng với chức năng giống như 1 chiếc máy phát điện Lúc này, điện áp đặt trên động cơ sẽ gồm 2 thành phần chính là: sức phản điện động cùng với điện áp giáng tạo ra do điện trở ở bên trong của các cuộn dây phần ứng
Dòng điện chạy qua motor DC lúc này sẽ được tính bằng công thức sau:
Và công suất cơ sẽ được tính bằng công thức:
Ngày nay, ứng dụng của động cơ điện 1 chiều rất đa dạng và đôi khi không thể thay thế bởi nguyên lý đặc biệt chỉ có ở động cơ điện 1 chiều Nó được có mặt trong mọi lĩnh vực sản xuất công nghiệp và đời sống: dùng trong đài FM, ổ đĩa DC, trong tivi, máy công nghiệp, các loại máy in, máy photo,
Hình 2.23 Động Cơ Điện 1 Chiều.
Ngoài ra, động cơ điện 1 chiều được sử dụng thông dụng trong ngành công nghiệp giao thông vận tải, trong các thiết bị cần điều khiển tốc độ quay thường xuyên, liên tục trong một phạm vi lớn.
Sơ đồ khối toàn hệ thống
Hình 3.1 Sơ đồ khối toàn hệ thống.
Tính toán và thiết kế mạch lực
- Tính chọn Thyristor dựa và các yếu tố dòng tải, sơ đồ đã chọn, điều kiện tản nhiệt, điện áp làm việc Các thông số của van được tính như dưới đây:
- Chọn α=0 0 là nhỏ nhất để van mở lớn nhất. Điện áp trung bình:
√2.U 2 sinωtdωtωtdωttdωtdωtt=0,9.U 2 cosα
R 220 Dòng trung bình qua van: d tb
(0) đ đm đm Dòng làm việc hiệu dụng của van:
Dòng điện định mức của van:
Chọn ki = 4; Hệ số dòng dự trữ.
Thường chọn: Ilv = (10 30)%.Iđmv (ở đây chọn Ilv = 25%Iđmv) Điện áp ngược lớn nhất trên mà Thyristor phải chịu là: ngmaxT 2 ngmax nvan 2 nvan d
2 2 2 2 π π ku=1,7: Hệ số dự trữ điện áp
Kết luận: Chọn Thyristor loại TYN1225 có các thông số sau:
Ung max= 600V; Iđm= 7,5A; Ug= 1,5V; Ig max= 15mA x x on off
Tính toán mạch điều khiển
3.3.1 Tính toán khối tạo nguồn điều khiển
Yêu cầu tạo ra nguồn 15VDC
Yêu cầu : Điện áp một chiều ổn định, đáp ứng yêu cầu về dòng điện và điện áp của mạch điều khiển.
Do yêu cầu điện áp nguồn nuôi của TCA785 là 15 (V), sử dụng IC 7815 ổn áp.
Với chỉ tiêu đầu Ura = 15V, và đặc tính kỹ thuật của IC 7815 thì điện áp Ic cần thoả mãn từ +15V +24V.
Chọn biến áp: 220VAC/15VAC.
Chọn chỉnh lưu: Ulv= 220V, điện áp đặt ngược nên diode chỉnh lưu.
Dòng điện qua diode: có I2=1(A)
- Tần số của biến áp ra bộ chỉnh lưu : f= 50Hz Chọn loại cầu diode:
- Ổn áp chọn: IC 7815 để có điện áp ra Ura(V)
Chọn tụ lọc: do điện áp lớn nhất là 20,5(V) nên chọn tụ lọc có điện áp
Chọn độ gợn sóng sau khối chỉnh lưu là K=5%=0,05.
Sử dụng hai tụ không phân cực 104 mắc song song để lọc nhiễu, loại bỏ dòng xoay chiều gây ra bởi sóng điện áp.
Hiển thị: mắc led nối tiếp với điện trở 1kΩ để báo hiệu mạch điều khiển có nguồn
3.3.2 Tính toán cho khối tạo xung PWM
Yêu cầu dựa vào tham số của Van
Mạch điều khiển được tính xuất phát từ yêu cầu về xung mở Thyristor:
Điện áp điều khiển: UĐK= UG= 1,5(V)
Dòng điện điều khiển: IĐK= 15 (mA)
Độ rộng xung điều khiển TX= 100 ( )
Mức độ sụt biên độ xung: SX= 0,1
Độ mất đối xứng cho phép: = 4 0
Điện áp nguồn nuôi mạch điều khiển: Unguồn= 15 (V)
Tính toán các tham số cho TCA 785
=> 1 chu kì xung răng cưa : T1 = 10ms.
Sườn lên : 9.5 ms Sườn xuống : 0.5ms C10 có giá trị : 500pF –φ) 1uF
I R Điện áp trên tụ ref
TCA 785 do hãng SIEMEN chế tạo được sử dụng để điều khiển các thiết bị chỉnh lưu, thiết bị chỉnh dòng điện áp xoay chiều.
Có thể điều chỉnh góc a từ 0° đến 180° điện Thông số chủ yếu của TCA là: Điện áp nguồn nuôi: Us= 15V
Dòng điện tiêu thụ: Is= 10mA Điện áp ra chân 14,15: U14,15 = Us = 15VDòng đầu ra chân 14,15: I= (-10÷400) mA Điện áp răng cưa: URC max=(Us-2) V Điện trở trong mạch tạo điện áp răng cưa: R9=(20-500) k Điện áp điều khiển: U11 -0,5 (Us - 2) V
Dòng điện đồng bộ: Is = 200 (μs.A)
Tần số xung ra: f=(10÷500) Hz
Chọn giá trị ngoài thực tế: C10-683; C12 = 473; R9 = 22kΩ.
Biến trở điều chỉnh xung răng cưa: VR1k.
Biến trở điều chỉnh chân 11(điện áp điều khiển): VR2 = 100k Ω.
3.3.3 Tính toán cho khối cách ly
Trong phạm vi đề tài là ứng dụng với tải công suất trung bình và nhỏ để đáp ứng được tính gọn nhẹ và giá thành của mạch phương án sử dụng cách ly quang được chúng em quyết định sử dụng vì khá hiệu quả giá thành rẻ, gọn nhẹ và cách ly an toàn giữa mạch lực và mạch điều khiển từ các thông số trên chúng em quyết định sử dụng MOC 3021 để thực hiện khâu cách ly này.
Hình 3.3 Sơ đồ cấu tạo Moc3021.
Yêu cầu: đối với MOC 3021
Dòng điện vào (DC) là 50(mA)
Năng lượng tổn hao ở 25 0 là : 100mW
Điện áp vào điều khiển : 250V
Dòng ra điều khiển (50Hz ≤ f ≤ 60Hz)
Tổn hao năng lượng (TA% 0 C): 300mW Điện áp ra của TCA là Umax=VccV Sụt áp tại diode lúc này điện áp còn lại là:U=Vcc - 0.7= 15-(0.7*2),6( V).
MOC3020 có dòng vào chân 1 là IgtPmA, lúc này ta có điện trở cần trong mạch là:
=> Chọn trở là R4=R9= 220 Ω Điện áp sụt tại đầu ra của MOC là Us=3V và dòng điện vào để điều khiển TYN1225 dẫn là IgtmA, nên ta có: out =
Thiết kế mạch
3.4.1 Sơ đồ nguyên lý toàn bộ hệ thống
Hình 3.4 Sơ đồ nguyên lý toàn hệ thống.
3.4.2 Nguyên lý làm việc toàn mạch
Khi có điện áp từ mạch nguồn cấp vào IC TCA 785 (có tích hợp các khâu dồng pha, so sánh, tạo xung, sửa xung ,khuyếch đại) tạo ra 2 xung điều khiển qua mạch cách ly đến kích mở cho Thyristor BT TYN1225 Chân 11 của TCA là chân nhận điện đáp điều khiển (từ 0 đến 11V) để thay dổi góc kích mở của Thyristor từ 0 đến 180 độ nhờ sự so sánh với điện áp răng cưa chân 10 Mạch lực ta dùng mạch cầu chỉnh lưu điều khiển hoàn toàn Giả sử ta đạt một điện áp điều khiển có thể thay đổi từ 0 đến 11V vào chân 11 của IC TCA785, ở chân 14 và 15 của IC TCA785 sẽ xuất ra một chuỗi xung có thể thay đổi từ 0 đến 180 độ.
Nguyên lý hoạt động của mạch lực:
Giả sử ở một bán kì ta có điện áp dương đặt vào IN2, điện áp âm là IN1 Lúc này ở mạch điều khiển sẽ tạo ra một xung (với góc anpha tuỳ vào điện áp điều khiển) tới ích mở T1 và T2 Dòng điện có chiều từ IN2, qua T1, qua tải, qua T2 vềIN1. Ở bán kì còn lại thì IN1 là dương và IN2 là âm Lúc này ở mạch điều khiển sẽ xuất ra một xung tới kích mở T3 và T4 Dòng điện có chiều từ 24VAC qua T3, qua tải, qua T4, về IN2.
Vậy dòng điện có một chiều cố định từ trên xuống và có thể điều chỉnh được từ 0 đến 21VDC tùy vào thời điểm cấp xung kích mở cho thyristor.
Sơ đồ mạch in
Hình 3.5 Sơ đồ mạch in.
Chuẩn bị: phíp đồng, dung dịch ăn mòn, mỏ hàn, thiếc, các linh kiện điện tử cần thiết, khoan.
- Các bước làm mạch in:
+ Sau khi đã có sơ đồ mạch in ta tiến hành in sơ đồ mạch ra giấy.
+ Áp sơ đồ mạch in trên giấy lên phíp đồng và cố định lại.
+ Dùng bàn là nhiệt là lên mặt giấy cho đến khi mực trên giấy được dính hết vào mặt phíp đồng ( khoảng từ 10-15 phút).
+ Sau khi mực đã dính hết vào mặt phíp đồng ta tiến hành bóc lớp giấy ra khỏi mặt phíp đồng và ngâm phíp đồng vào dung dịch ăn mòn.
+ Quá trình ăn mòn diễn ra khoảng từ 15-20 phút.
+ Sau khi ăn mòn xong ta thu được mạch in vì những vị trí bị mực dính vào sẽ không bị ăn mòn.
+ Kiểm tra các vị trí trên mạch xem có bị đứt mạch hay không.
+ Khoan lỗ để cắm chân linh kiện (tùy thuộc kích cỡ chân linh kiện mà ta sẽ chọn cỡ mũi khoan).
+ Sau khi khoan hết các lỗ tiến hành hàn linh kiện.
Hình ảnh của mạch khi hoàn thiện
Hình 3.6 Hình ảnh mạch thực tế.
Khảo sát mạch chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển hoàn toàn
4.1.1.Dạng sóng điện áp vào
Hình 4.1 Dạng sóng điện áp nguồn vào 220V AC.
4.1.2.Dạng sóng điện áp đồng bộ chân 5
Hình 4.2 Dạng sóng điện áp đồng bộ chân 5 TC. 4.1.3.Dạng sóng điện áp răng cưa chân 10
Hình 4.3 Dạng sóng điện áp răng cưa chân 10 TCA
Hình 4.4 Dạng sóng điện áp xung ra chân 14 TCA
Hình 4.5 Dạng sóng điện áp xung ra chân 15 TCA. 4.1.5.Khảo sát điện áp sau chỉnh lưu a Góc 0 o b Góc 30 o
Hình 4.7 Dạng sóng điện áp sau chỉnh lưu khi = 30 o c Góc 60 o
Hình 4.8 Dạng sóng điện áp sau chỉnh lưu khi = 60 o d Góc 90 o
Hình 4.9 Dạng sóng điện áp sau chỉnh lưu khi = 90 o e Góc 120 o
Hình 4.10 Dạng sóng điện áp sau chỉnh lưu khi = 120 o f Góc 180 o
Hình 4.11 Dạng sóng điện áp sau chỉnh lưu khi = 180 o
Đánh giá mạch sau khi khảo sát
Sản phẩm hoạt động theo đúng nguyên lý làm việc Tuy nhiên xuất hiện sai số giá trị điện áp điều khiển và điện áp ra sau chỉnh lưu so với lý thuyết Nguyên nhân là do sụt áp trên van khi van dẫn và sự bất ổn định của giá trị điện áp xoay chiều đưa vào mạch chỉnh lưu.
Phần điều khiển của sản phẩm cho ra dạng sóng thực tế đúng với lý thuyết mà nhóm đã được học và thực hành, sóng điều khiển ổn định, ít nhiễu.
Sản phẩm được áp dụng để nghiên cứu, điều chỉnh tốc độ động cơ cho các tải công suất nhỏ, điều chỉnh độ sáng của đèn,
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI
Sau một thời gian nghiên cứu đề tài và được sự giúp đỡ nhiệt tình của thầy giáo hướng dẫn Đào Minh Tuấn chúng em đã hoàn thành đồ án môn học điện tử công suất và truyền động điện Trong quá trình làm đồ án chúng em đã rút ra nhiều kiến thức về môn học như cách điều chỉnh độ sáng bóng đèn, điều chỉnh tốc độ động cơ điện xoay chiều một pha Đồng thời, chúng em đã tích lũy được nhiều kinh nghiệm cũng như quy trình tác phong làm đồ án.
Tuy đồ án của chúng em đã hoàn thành xong nhưng vẫn còn nhiều thiếu sót do hạn chế về mặt thời gian, kiến thức và kinh nghiệm Chúng em rất mong nhận được sự đóng góp của các thầy cô và các bạn để đồ án hoàn chỉnh hơn.
Hướng phát triển đề tài Đề tài: “Thiết kế và chế tạo bộ chỉnh lưu cầu một pha điều khiển hoàn toàn” là một đề tài tương đối hấp dẫn, nó có ứng dụng vô cùng thiết thực trong đời sống của con người Với độ linh hoạt và chính xác cao, hệ thống mạch không quá phức tạp, giá thành hợp lý nên được sử dụng rộng rãi trong các xưởng thực hành, xí nghiệp, nhà máy, khu chế xuất….Với đề tài này chúng em có thể mở rộng nội dung nghiên cứu thêm như là các khâu trong mạch điều khiển thay thế cho TCA 785 Nhưng do trình độ còn hạn chế nên chưa biến ước mơ thành hiện thực Đôi khi làm việc còn chưa khoa học, tìm linh kiện còn chưa tối ưu… Nhưng nhìn chung mạch được thiết kế có độ chính xác và tính ổn định cao, chống nhiễu tốt…