đề tài thiết kế chế tạo mạch điều áp xoay chiều một pha dùng hai thyristor mắc song song ngược tải lò điện trở

LỊCH BÁO CÁO ĐỒ ÁN Tuần làm việc Công việc dự kiến Thành viên thực hiện GVHD đánh giáTuần 1+ nhận đề tài+ Tìm tài liệu liên quan đến đề tài - Tìm hiểu trong sách- Tìm hiểu trên mạng- Khả

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN

ĐỒ ÁN MÔN HỌC 3

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ CHẾ TẠO MẠCH ĐIỀU ÁP XOAY CHIỀU MỘT PHA DÙNG HAI THYRISTOR MẮC SONG SONG NGƯỢC

TẢI LÒ ĐIỆN TRỞ

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: Nguyễn Phương Thảo

SINH VIÊN THỰC HIỆN : Uông Văn Thuỷ

Lê Trung Thành

LỚP : 112194.1

GVHD: Nguyễn Phương Thảo

SVTH: Uông Văn Thuỷ

Lê Trung Thành

NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Hưng Yên, Ngày Tháng Năm 2021 Giáo viên hướng dẫn

LỊCH BÁO CÁO ĐỒ ÁN Tuần

làm việc

Công việc dự kiến Thành viên

thực hiện

GVHD đánh giáTuần 1

Tuần 2

+ Nghiên cứu tổng quan về động cơ

điện xoay chiều một pha và các

phương pháp điều khiển tốc độ

+ Nghiên cứu và tìm hiểu đưa ra các

phương pháp phù hợp để thực hiện đề

tài (ít nhất 2 phương pháp)

+ Trình lên xin ý kiến Cô

Cả 2 thành viên cùng thực hiện

Tuần 3 + So sánh ưu nhược điểm của từng phương pháp

+ Lựa chọn phương pháp

+ Tiến hành hoàn thiện Chương 1

+ Nghiên cứu chọn lọc sơ đồ nguyên lý

của đề tài

Cả 2 thành viên cùng thực hiện

Tuần 4

+ Thực hiện thiết kế sơ đồ nguyên lý

+ Mô phỏng sơ đồ nguyên lý trên phần

mềm

Cả 2 thành viên cùng thực hiện

GVHD: Nguyễn Phương Thảo

SVTH: Uông Văn Thuỷ

Lê Trung Thành

+ Sửa lỗi sơ đồ trên mô phỏng

Tuần 5 + Tính toán lựa chọn thông số linh kiện

+ Tiến hành làm Chương 2

+ Nếu mô phỏng ổn định xin ý kiến

Thầy để tiến hành mua linh kiện test

trên balen và in mạch chạy thử nghiện

Cả 2 thành viên cùng thực hiện

Tuần 6

+ Đặt mua linh kiện cần dùng

+ Test trên balen nếu ổn định thực hiện

triển khai làm mạch in

Cả 2 thành viên cùng thực hiện

Tuần 9 + Kiểm tra và sửa lỗi modul

+ Hoàn thiện các phần còn thiếu trong

bản mềm

+ Kiểm tra hoàn thiện hết chương

Cả 2 thành viên cùng thực hiện

GVHD: Nguyễn Phương Thảo

SVTH: Uông Văn Thuỷ

Lê Trung Thành

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 5

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 7

1.1:TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 7

1.1.1GIỚI THIỆU CHUNG 7

1.1.2 Ý TƯỞNG THỰC HIỆN 7

1.1.3 ỨNG DỤNG CỦA MẠCH 7

1.2 GIỚI THIỆU LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG MẠCH 8

1.2.1 ĐIỆN TRỞ 8

1.2.2 TỤ ĐIỆN 11

1.2.3 CUỘN CẢM 15

1.2.4 MÁY BIẾN ÁP 16

1.2.5 IC 7805 18

1.2.6 IC 74192 20

1.2.7 IC 74N 47 21

1.2.8 IC 7414 23

1.3 XÂY DỰNG SƠ ĐỒ CÁC KHỐI TRONG MẠCH 25

1.3.1 SƠ ĐỒ KHỐI TOÀN MẠCH 25

1.3.2 KHỐI NGUỒN 25

1.3.3 KHỐI THU PHÁT 27

1.3.4 KHỐI ĐẾM SỬ DỤNG IC 74192 28

1.3.5 KHỐI GIẢI MÃ SỬ DỤNG IC 7447 30

1.3.6 KHỐI HIỂN THỊ - LED 7 THANH 31

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MẠCH 33

2.1: SƠ ĐỒ KHỐI NGUỒN 33

2.2: SƠ ĐỒ KHỐI THU PHÁT TÍN HIỆU 34

2.3: SƠ ĐỒ KHỐI HIỂN THỊ 35

2.4: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG 36

2.4.1 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ TOÀN MẠCH 36

2.4.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG 37

2.4.3 MẠCH IN VÀ SƠ ĐỒ ĐI DÂY 39

2.4.4 HÌNH ẢNH SẢN PHẨM 40

TÀI LIỆU THAM KHẢO 42

GVHD: Nguyễn Phương Thảo

SVTH: Uông Văn Thuỷ

Lê Trung Thành

LỜI NÓI ĐẦU

Điện tử công suất là một môn học hay và lý thú, cuốn hút được nhiều sinh viên theo đuổi Là những sinh viên chuyên nghành điều khiển tự động, chúng em muốn được tiếp cận và hiểu sâu hơn nữa bộ môn điện tử công suất Vì vậy, đồ án môn học chế tạo sản phẩm là điều kiện tốt giúp chúng em kiểm chứng được lý thuyết đã được học.

Trong đồ án điện tử công suất lần này, chúng em đã được nhận đề tài “Thiết kế chế tạo mạch điều áp xoay chiều một pha dùng hai thyristor mắc song song ngược tải lò điện

tr ở ” Sau thời gian nghiên cứu, chúng em đã chế tạo thành công đáp ứng được bản yêu cầu của đề tài.

Trong suốt thời gian thực hiện đề tài, chúng em đã gặp một số vướng mắc về lý thuyết và khó khăn trong việc thi công sản phẩm Tuy nhiên, chúng em đã nhận được

sự giải đáp và hướng dẫn kịp thời của thầy Nguyễn Phương Thảo , sự góp ý kiến của các bạn sinh viên trong lớp Được như vậy chúng em xin chân thành cảm ơn và mong muốn nhận được nhiều hơn nữa sự giúp đỡ, chỉ bảo của thầy giáo và bạn trong các đồ

án sau này.

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

GVHD: Nguyễn Phương Thảo

SVTH: Uông Văn Thuỷ

Lê Trung Thành

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1.1 Tổng quan đề tài

1.1.1 Giới thiệu chung về lò điện trở

Lò điện trở dựa trên nguyên lý khi dòng điện chạy qua vật dẫn có điện trở R (vật rắn hoặc chất lỏng), nó sẽ tỏa nhiệt lượng trong vật theo định luật Joule - Lence Năng lượng nhiệt này sẽ đốt nóng bản thân vật dẫn hoặc gián tiếp đốt nóng các vật nung xếp

gần đó.

1.1.2 Phân loại lò điện trở : Lò điện trở được chia thành hai nhóm : gồm lò điện trở

tác dụng trực tiếp và lò điện trở tác dụng gián tiếp

1) Lò điện trở tác dụng trực tiếp : Lò là điện trở mà vật nung được nung nóng trực

tiếp bằng dòng điện chạy qua nó Đặc điểm của loại lò này là tốc độ nung nhanh, cấu

trúc lò đơn giản, nhiều khi không cần tường buồng lò Để đảm bảo nung đều thì vật nung phải có tiết diện như nhau theo suốt chiều dài vật

2) Lò điện trở tác dụng gián tiếp : Lò điện trở tác dụng gián tiếp là lò điện trở mà

nhiệt được tỏa ra ở dây điện trở, rồi dây điện trở sẽ truyền nhiệt cho vật nung bằng bức xạ, đối lưu hoặc dẫn nhiệt Các lò điện trở thường có nhiệt độ đạt tới 1200oC ( khi dây điện trở bằng kim loại ) 1350oC ( khi dùng thanh nung cacborun ) Lò điện trở được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp, cũng như trong dân dụng

Yêu cầu đối với lò điên trở : Lò phải được đảm bảo chịu nhiệt, cách nhiệt trong

buồng lò an toàn bằng vật liệu chịu lửa cách nhiệt, mục đích tránh thất thoát nguồn nhiệt tỏa ra môi trường xung quanh, tránh làm hư thiết bị khác của lò và đảm bảo an toàn cho người vận hành

Chương 2 Thiết kế mạch và mô đun thí

nghiệm

2.1 Giới thiệu bộ biến đổi điện áp xoay chiều.

.2.1.1 Khái niệm, phân loại.

- Bộ điều chỉnh điện áp xoay chiều gọi tắt là điều áp xoay chiều thực hiện biến đổi điện áp xoay chiều về độ lớn và dạng sóng nhưng tần số không thay đổi ( AC.voltage controler)

- Phân loại: Dựa vào số pha nguồn cấp mà ta có các bộ điều chỉnh điện áp khác nhau là Điều áp xoay chiều một pha, Điều áp xoaychiều ba pha.

GVHD: Nguyễn Phương Thảo

SVTH: Uông Văn Thuỷ

Lê Trung Thành

2.1.2 Nguyên lý hoạt động .

Các b biếến đ i đi n áp xoay chiếều dùng đ biếến đ i đi n áp hi uộ ổ ệ ể ổ ệ ệ

d ng đ t lến t i Nguyến lý c a b biếến đ i này là dùng các phầền t ụ ặ ả ủ ộ ổ ửvan bán dầẫn nốếi t i v i nguốền trong m t kho ng th i gian tả ớ ộ ả ờ 1 rốềi l i cắếtạ

đi trong m t kho ng th i gian tộ ả ờ 0 theo m t chu kỳ l p l i T Bắềng cách ộ ặ ạthay đ i đ r ng c a tổ ộ ộ ủ 1 hay t trong kho ng T ta thay đ i đ0 ả ổ ược giá tr ị

đi n áp trung bình ra trến t i Nguyến lý này có u đi m là điếều ch nhệ ả ư ể ỉ

đi n áp ra trong m t ph m vi r ng và vố cầếp, hi u suầết cao vì t n thầếtệ ộ ạ ộ ệ ổtrến các phần t đi n t cống suầết rầết nh ử ệ ử ỏ

Điếều áp xoay chiếều th ường đ ược s d ng trong điếều khi n chiếếu ử ụ ểsáng, đốết nóng, trong kh i đ ng mếềm và điếều ch nh tốếc đ qu t gió ở ộ ỉ ộ ạ

ho c máy b m nặ ơ ước

2.1.3 Một số phương pháp điều chỉnh điện áp xoay chiều.

Hình 3 gi i thi u m t sốế m ch điếều áp xoay chiếều m t pha ớ ệ ộ ạ ộHình 3a là điếều áp xoay chiếều điếều khi n bắềng cách mắếc nốếi tếếp v i ể ớ

t i m t đi n kháng hay đi n tr ph (t ng tr ph ) biếến thiến S đốềả ộ ệ ệ ở ụ ổ ở ụ ơ

m ch điếều ch nh này đ n gi n dếẫ th c hi n.Tuy nhiến, m ch điếều ạ ỉ ơ ả ự ệ ạ

ch nh kinh đi n này hi n nay ít đỉ ể ệ c dùng, do hi u suầết thầếp (nếếu Zượ ệ f

là đi n tr ) hay cosệ ở  thầếp(nếếu Z là đi n c m ).f ệ ả

Hình 4: Các phương pháp điếều áp xoay chiếều m t phaộ

Ng ười ta có th dùng biếến áp t ngầẫu đ điếều ch nh đi n áp ể ự ể ỉ ệxoay chiếều U nh trến hình 2 ư 3b Điếều ch nh bắềng biếến áp t ngầẫu có ỉ ự

u đi m là có th điếều ch nh đi n áp U

nh h n đi n áp vào Nếếu cầền đi n áp ra có điếều ch nh, mà vùng điếềuỏ ơ ệ ệ ỉ

ch nh có th l n h n đi n áp vào, thì phỉ ể ớ ơ ệ ương án ph i dùng biếến áp làảtầết yếếu Tuy nhiến, khi dòng t i l n, s d ng biếến áp t ngầẫu đ điếều ả ớ ử ụ ự ể

ch nh, khó đ t đỉ ạ ược yếu cầều nh mong muốến, đ c bi t là khống điếềuư ặ ệ

ch nh liến t c đỉ ụ ược, do ch i than khó chếế t o đ có th ch tếếp xúc ổ ạ ể ể ỉtrến m t vòng dầy c a biếến áp.ộ ủ

Hai gi i pháp điếều áp xoay chiếều trến hình ả 3a,b có chung u ư

đi m là đi n áp hình sin, đ n gi n Có chung nhể ệ ơ ả ược đi m là quán ểtnh điếều ch nh ch m và khống điếều ch nh liến t c khi dòng t i l n Sỉ ậ ỉ ụ ả ớ ử

d ng s đốề bán dầẫn đ điếều ch nh xoay chiếều, có th khắếc ph c đụ ơ ể ỉ ể ụ ược

nh ng nhữ ược đi m v a nếu.ể ừ

GVHD: Nguyễn Phương Thảo

SVTH: Uông Văn Thuỷ

Các s đốề b biếến đ i đi n áp xoay chiếều bắềng bán dầẫn trến hình ơ ộ ổ ệ 3c

đ ược s d ng ph biếến L a ch n s đốề nào trong các s đốề trến tuỳ ử ụ ổ ự ọ ơ ơthu c dòng đi n, đi n áp t i và kh nắng cung cầếp các linh ki n bán ộ ệ ệ ả ả ệdầẫn Có m t sốế g i ý khi l a ch n các s đốề hình ộ ợ ự ọ ơ 3c nh sau:ư

U1

D1

D3 D4

d.

b.

Hình 5: S đốề b biếến đ i đi n áp xoay chiếều m t pha bắềng van bán dầẫn ơ ộ ổ ệ ộ

bắềng hai tristor song song ng ượ c; b bắềng triac

c bắềng m t tristor m t diod; d bắềng bốến diod m t tristor ộ ộ ộ

c bắềng m t tristor m t diod; d bắềng bốến diod m t tristor ộ ộ ộ

Z U1

c.

D1 T1

T2 D2

- S đốề kinh đi n hình 5.a: Thơ ể ường được s d ng r ng rãi h n, ử ụ ộ ơ

do có th điếều khi n để ể ược v i m i cống suầết t i Hi n nay Tiristor ớ ọ ả ệ

đ ược chếế t o có dòng đi n đếến 7000A, thì vi c điếều khi n xoay chiếều ạ ệ ệ ểđếến hàng ch c nghìn ampe theo s đốề này là hoàn toàn đáp ng ụ ơ ứ

được

Tuy nhiến, vi c điếều khi n hai tristor song song ngệ ể ược đối khi

có chầết l ượng điếều khi n khống tốết lắếm, đ c bi t là khi cầền điếều khi nể ặ ệ ểđốếi x ng đi n áp, nhầết là khi cung cầếp cho t i đòi h i thành phầền ứ ệ ả ỏ

đi n áp đốếi x ng (ch ng h n nh biếến áp hay đ ng c xoay chiếều) ệ ứ ẳ ạ ư ộ ơ

Kh nắng mầết đốếi x ng đi n áp t i khi điếều khi n là do linh ki n ả ứ ệ ả ể ệ

m ch điếều khi n tristor gầy nến sai sốế Đi n áp t i thu đạ ể ệ ả ược gầy mầết đốếi x ng nh so sánh trến hình 5.b.ứ ư

Đi n áp và dòng đi n khống đốếi x ng nh hình 6.b cung cầếp ệ ệ ứ ưcho t i, seẫ làm cho t i có thành phầền dòng đi n m t chiếều, các cu n ả ả ệ ộ ộdầy b bão hoà, phát nóng và b cháy.Vì v y vi c đ nh kì ki m tra, hi u ị ị ậ ệ ị ể ệ

ch nh l i m ch là vi c nến thỉ ạ ạ ệ ường xuyến làm đốếi v i s đốề m ch ớ ơ ạnày.Tuy v y, đốếi v i dòng đi n t i l n thì đầy là s đốề tốếi u h n c ậ ớ ệ ả ớ ơ ư ơ ảcho vi c l a ch n.ệ ự ọ

GVHD: Nguyễn Phương Thảo

SVTH: Uông Văn Thuỷ

2

T i ả

t a

- Sơ đồ hình 5.b: Để khắc phục nhược điểm vừa nêu về việc ghéphai tiristor song song ngược, triac ra đời Sơ đồ này có ưu điểm là cácđường cong điện áp ra gần như mong muốn như hình 6.a, nó còn có

ưu điểm hơn khi lắp ráp Sơ đồ mạch này hiện nay được sử dụng kháphổ biến trong công nghiệp.Tuy nhiên triac hiện nay được chế tạo vớidòng điện không lớn (I < 400A), nên với những dòng điện tải lớn cầnphảighép song song các triac, lúc đó sẽ phức tạp hơn về lắp ráp vàkhó điều khiển song song.Những tải có dòng điện trên 400A thì sơ đồhình 5.b ít dùng

- S đốề hình 5.c: Có hai tristor và hai điốết có th đơ ể ược dùng ch ỉ

đ nốếi các c c điếều khi n đ n gi n, s đốề này có th để ự ể ơ ả ơ ể ược dùng khi

đi n áp nguốền cầếp l n (cầền phần b đi n áp trến các van, đ n thuầền ệ ớ ổ ệ ơ

nh vi c mắếc nốếi tếếp các van) ư ệ

- S đốề hình 5.d: trơ ước đầy thường được dùng, khi cầền điếều khi n đốếi x ng đi n áp trến t i, vì đầy ch có m t tristor m t m ch ể ứ ệ ả ở ỉ ộ ộ ạđiếều khi n nến vi c điếều khi n đốếi x ng đi n áp dếẫ dàng h n.Sốế ể ệ ể ứ ệ ơ

l ng tristor ít h n, có th seẫ có u đi m h n khi van điếều khi n còn

hiếếm Tuy nhiến, vi c điếều khi n theo s đốề này dầẫn đếến t n hao ệ ể ơ ổtrến các van bán dầẫn l n, làm hi u suầết c a h thốếng điếều khi n ớ ệ ủ ệ ểthầếp Ngoài ra, t n hao nắng lổ ượng nhi t l n làm cho h thốếng làm ệ ớ ệmát khó khắn h n.ơ

Hình 6 Hình dạng đường cong điện áp điều khiển

2.1.4 Bộ biến đổi điện áp xoay chiều sử dụng hai SCR.

Hình 7: Sơ đồ bộ điều áp xoay chiều 1 pha sử dụng hai SCR

a, Trường hợp tải thuần trở.

Khi T m thì m t phầền c a n a chu kỳ d1 ở ộ ủ ử ương đi n áp nguốền ệ

đi n đ t lến m ch t i, còn khi Tệ ặ ạ ả 2 m thì m t phầền c a n a chu kỳ ầm ở ộ ủ ử

GVHD: Nguyễn Phương Thảo

SVTH: Uông Văn Thuỷ

Lê Trung Thành

Điếều đó nói lến rắềng, ngay c trả ường h p t i thuầền tr , lợ ả ở ưới

đi n xoay chiếều vầẫn ph i cung cầếp m t lệ ả ộ ượng cống suầết ph n kháng.ảGiá tr hi u d ng c a đi n áp trến t i:ị ệ ụ ủ ệ ả

b, Trường hợp tải L, thuần cảm.

Khi θ = α cho xung m Tở 1 Dòng đi n t i i tắng dầền lến và ệ ả

đ t giá tr c c đ i, sau đó gi m xuốếng và đ t giá tr 0 khi ạ ị ự ạ ả ạ ị θ = β

Khi tristor T m , ta có ph1 ở ương trình:

Khi θ = π + α cho xung m Tở 2

Đ s đốề làm vi c để ơ ệ ược nghiếm ch nh khi t i thuầền c m tho ỉ ả ả ảmãn

GVHD: Nguyễn Phương Thảo

SVTH: Uông Văn Thuỷ

Lê Trung Thành

Hình 8: Hình dáng dòng điện và điện áp đối với tải R-L

Phương trình mố t quá trình thay đ i dòng đi n khi tristo dầẫn ả ổ ệ

đi n trong kho ng ệ ả        

Khi = + thì i(t) = 0, thay vào ph   ương trình (4.7) ta có:

sin  sin e tg



         

303\* MERGEFORMAT (.)

Khi  >, dòng t i gián đo n, còn khi ả ạ  < dòng seẫ liến t c và ụ

đi n áp trến t i seẫ khống thay đ i Ch có th điếều ch nh đi n áp khi ệ ả ổ ỉ ể ỉ ệgóc dầẫn c a tristo nắềm trong kho ng ủ ả 

2.2 Nguyên tắc điều khiển bộ biến đổi điện áp xoay chiều.

Nh ta đã biếết đ các van có th m đúng các th i đi m mong muốến,ư ể ể ở ờ ểthì ngoài điếều ki n ph i đ t đi n áp thu n thì trến đi n c c điếều ệ ả ặ ệ ậ ệ ưkhi n và Catot ph i có m t đi n áp điếều khi n Đ có h thốếng các tnể ả ộ ệ ể ể ệ

hi u điếều khi n xuầết hi n đúng theo yếu cầều thì ta ph i có m t m ch ệ ể ệ ả ộ ạ

đi n đ t o ra các tn hi u dốế và đệ ể ạ ệ ược g i là m ch điếều khi n ọ ạ ể Đi n ệ

áp điếều khi n ph i đáp ng các yếu cầều cầền thiếết nh cống suầết, biếnể ả ứ ư

đ , th i gian tốền t i Các thống sốế cầền thiếết c a tn hi u điếều khi n ộ ờ ạ ủ ệ ể

đã được cho sắẫn trong các tài li u nghiến c u vếề van.ệ ứ

+ Dùng IC tch h p TCA 785ợ

Đối với việc điều khiển điện áp một chiều ta có thể sử dụng vi mạchtích hợp TCA 785 để đơn giản mạch điều khiển

+ Ưu điểm:

-Mạch đơn giản, ít khâu điều khiển.

-Tạo ra điện áp đối xứng

-Chất lượng điện áp ra như mong muốn

+ Nhược điểm :Giá thành đắt

GVHD: Nguyễn Phương Thảo

SVTH: Uông Văn Thuỷ

Lê Trung Thành

2.2.1 Giới thiệu về vi mạch TCA 785.

Vi m ch TCA 785 là vi m ch ph c h p th c hi n 4 ch c nắng c a m tạ ạ ứ ợ ự ệ ứ ủ ộ

m ch điếều khi n: T o đi n áp đốềng b , t o đi n áp rắng c a, so sánh ạ ể ạ ệ ộ ạ ệ ư

và t o xung ra TCA 785 do hang Simen chếế t o đạ ạ ược s d ng đ điếềuử ụ ểkhi n các thiếết b ch nh l u, thiết b điếều ch nh dòng xoay chiếều.ể ị ỉ ư ị ỉ

- D i điếều ch nh và góc điếều khi n r ng.ả ỉ ể ộ

2.2.2 Kí hiệu của TCA 785.

GVHD: Nguyễn Phương Thảo

SVTH: Uông Văn Thuỷ

Lê Trung Thành

11 V11 Đi n áp điếều khi nệ ể

ngắến, xung r ngộ

2.2.4 Dạng sóng dòng điện.

Hình 10: Dạng sóng dòng điện ,điện áp