THIẾT kế hệ THỐNG điều KHIỂN tốc độ ĐỘNG điện XOAY CHIỀU một PHA

THIẾT kế hệ THỐNG điều KHIỂN tốc độ ĐỘNG điện XOAY CHIỀU một PHA THIẾT kế hệ THỐNG điều KHIỂN tốc độ ĐỘNG điện XOAY CHIỀU một PHA THIẾT kế hệ THỐNG điều KHIỂN tốc độ ĐỘNG điện XOAY CHIỀU một PHA THIẾT kế hệ THỐNG điều KHIỂN tốc độ ĐỘNG điện XOAY CHIỀU một PHA THIẾT kế hệ THỐNG điều KHIỂN tốc độ ĐỘNG điện XOAY CHIỀU một PHA THIẾT kế hệ THỐNG điều KHIỂN tốc độ ĐỘNG điện XOAY CHIỀU một PHA THIẾT kế hệ THỐNG điều KHIỂN tốc độ ĐỘNG điện XOAY CHIỀU một PHA

Điện Tử Công Suất ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG ĐIỆN XOAY CHIỀU MỘT PHA I-Số liệu cho trước: -Dòng xoay chiều với các thông số: -Đông cơ với các thông số: U đm =220V; P đm =0.2kw ,n đm =1420vg/ph,I dđm =1.9A, η đm =60%, Cosφ đm =0.8; f đm =50Hz. II-Nội dung cần hoàn thành: •Báo cáo về tiến độ thực hiện các công việc theo từng tuần. •Thuyết minh đề tài: ( Phân tích yêu cầu, trình bày các phương pháp thực hiện, cơ sở lý thuyết, quá trình thực hiện đồ án,…) •Các bản vẽ thiết kế cho từng khối, cho toàn bộ mạch đầy đủ chính xác. • Phải đảm bảo tính khả thi, tính ổn định khi làm việc của sản phẩm. •Sản phẩm còn phải đảm bảo tính mỹ quan mà vẫn đảm bảo tính kỹ thuật đáp ứng được yêu cầu của giáo viên hướng dẫn. •Trình bày được hướng phát trển của đề tài. SVTH: LÊ HOÀI NAM Trang 1 Điện Tử Công Suất MỤC LỤC: CHƯƠNG I: ĐỘNG CƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU MỘT PHA 5 1.1. Khái niệm 5 1.2. Nguyên lý điều khiển động cơ xoay chiều một pha 5 1.3. Một số mạch điều khiển động cơ một pha 6 CHƯƠNG II: BỘ ĐIỀU ÁP XOAY CHIỀU MỘT PHA 8 2.1. Đặt vấn đề 8 2.2. Giới thiệu một số sơ đồ mạch động lực 8 2.3. Giới thiệu về phần tử bán dẫn triac 11 2.3.1 Cấu tạo và ký hiệu 11 2.3.2 Đặc tính V-A 12 2.4. Điều áp xoay chiều một pha ứng với tải R-L 13 PHẦN II: THIẾT KẾ MẠCH 16 CHƯƠNG I: THIẾT KẾ 16 1.1. Sơ đồ khối 16 1.2. Phân tích từng khối 16 1.2.1. Khối nguồn 16 1.2.2 .Mạch lực 17 1.2.3.Mạch điều khiển 19 1.2.3.1.Phân tích 19 1.2.3.2. Nguyên lý hoạt động 20 1.2.3.3.Giới thiệu TCA 785 21 1.2.3.4.Sơ đồ 25 SVTH: LÊ HOÀI NAM Trang 2 Điện Tử Công Suất CHƯƠNG II: CHẾ TẠO MẠCH 26 2.1. Tính toán thiết kế để chế tạo mô hình 26 2.1.1. Tính chọn van động lực 26 2.1.2. Chọn thiết bị bảo vệ 27 2.1.2.1. Bảo vệ quá nhiệt 27 2.1.2.2. Bảo vệ quá dòng điện cho van 28 2.1.2.3. Bảo vệ quá điện áp cho van 28 2.3. Sơ đồ board 33 2.4. Sơ đồ bố trí thiết bị 34 2.5. Phương hướng phát triển của đề tài 34 SVTH: LÊ HOÀI NAM Trang 3 Điện Tử Công Suất LỜI NÓI ĐẦU Điện tử công suất và truyền động điên là một môn học hay và lý thú, cuốn hút được nhiều sinh viên theo đuổi. Là những sinh viên chuyên ngành đo lường điều khiển, chúng em muốn được tiếp cận và hiểu sâu hơn nữa bộ môn điện tử công suất và truyền động điện.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 “Nghiên cứu,thiết kế bộ điều áp xoay chiều một pha điều khiển tốc độ động cơ”. Sau thời gian nghiên cứu, chúng em đã chế tạo thành công bộ điều khiển điện áp xoay chiều 1 pha đáp ứng được cơ 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 cô Nguyễn Thị Thanh Tâm, sự góp ý kiến của các bạn sinh viên trong lớp. Đựơc như vậy chúng em xin chân thành cảm ơn và mong muốn nhận được nhiều hơn nữa sự giúp đỡ, chỉ bảo của cô giáo và bạn trong các đồ án sau này. Chúng em xin chân thành cảm ơn! Nhóm thực hiện: Hoàng Lương Thái Sơn Trần Văn Thoại SVTH: LÊ HOÀI NAM Trang 4 Điện Tử Công Suất PHẦN I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHƯƠNG I: ĐỘNG CƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU MỘT PHA 1.1. Khái niệm Động cơ điện xoay chiều một pha (gọi tắt là động cơ một pha) là động cơ điện xoay chiều không cổ góp được chạy bằng điện một pha. Loại động cơ điện này được sử dụng khá rộng rãi trong công nghiệp và trong đời sống như động cơ bơm nước động cơ quạt động cơ trong các hệ thống tự động Khi sử dụng loại động cơ này người ta thường cần điều chỉnh tốc độ ví dụ như quạt bàn ,quạt trần. Để điều khiển tốc độ động cơ một pha người ta có thể sử dụng các phương pháp sau: - Thay đổi số vòng dây của Stator. - Mắc nối tiếp với động cơ một điện trở hay cuộn dây điện cảm. - Điều khiển điện áp đưa vào động cơ. 1.2. Nguyên lý điều khiển động cơ xoay chiều một pha Trước đây điều khiển tốc độ động cơ bằng điều khiển điện áp xoay chiều đưa vào động cơ, người ta thường sử dụng hai cách phổ biến là mắc nối tiếp với tải một điện trở hay một điện kháng mà ta coi là Zf hoặc là điều khiển điện áp bằng biến áp như là survolter hay các ổn áp. Hai cách trên đây đều có nhược điểm là kích thước lớn và khó điều khiển liên tục khi dòng điện lớn. Ngày nay với việc ứng dụng Tiristor và Triac vào điều khiển, người ta có thể điều khiển động cơ một pha bằng bán dẫn SVTH: LÊ HOÀI NAM Trang 5 Điện Tử Công Suất 1.3. Một số mạch điều khiển động cơ một pha Một trong những ứng dụng rất rộng rãi của điều áp xoay chiều là điều khiển động cơ điện một pha mà điển hình là điều khiển tốc độ quay của quạt điện. Chức năng của các linh kiện trong sơ đồ hình 15 - 4: T - Triac điều khiển điện áp trên quạt. VR - biến trở để điều chỉnh khoảng thời gian dẫn của 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 và tốc độ của quạt có thể được điều khiển bằng cách điều chỉnh biến trở VR trên hình a. Tuy nhiên sơ đồ điều khiển này không triệt để, vì ở vùng điện áp nhỏ khi Triac dẫn ít rất khó điều khiển. Sơ đồ hình b có chất lượng điều khiển tốt hơn. Tốc độ quay của quạt có thể được điều khiển cũng bằng biến trở VR. Khi điều chỉnh trị số VR ta điều chỉnh việc nạp tụ C lúc đó điều chỉnh được thời điểm mở thông diac và thời điểm Triac dẫn. Như vậy Triac được mở thông khi điện áp trên tụ đạt điểm dẫn thông diac. Kết quả là muốn tăng tốc độ của quạt ta cần giảm điện trở của VR để tụ nạp nhanh hơn, Triac dẫn sớm hơn điên áp ra lớn hơn. Ngược lại điên trở của VR càng lớn tụ nạp càng chậm Triac mở càng chậm lại điện áp và tốc độ của quạt nhỏ xuống. * Mạch điều khiển trên đây có ưu điểm: - Có thể điều khiển liên tục tốc độ quạt - có thể sử dụng cho các loại tải khác như điều khiển độ sáng của đèn sợi đốt, điều khiển bếp điện rất có hiệu quả. -Kích thước mạch điều khiển nhỏ, gọn. * Nhược điểm: Nếu chất lượng Triac, diac không tốt thì ở vùng tốc độ thấp quạt sẽ xuất hiện tiếng ù do thành phần một chiều của dòng điện. SVTH: LÊ HOÀI NAM Trang 6 Điện Tử Công Suất SVTH: LÊ HOÀI NAM Trang 7 Điện Tử Công Suất CHƯƠNG II: BỘ ĐIỀU ÁP XOAY CHIỀU MỘT PHA 2.1. Đặt vấn đề Các bộ biến đổi điện áp xoay chiều dùng để biến đổi điện áp hiệu dụng đặt lên tải. Nguyên lý của bộ biến đổi này là dùng các phần tử van bán dẫn nối tải với nguồn trong một khoảng thời gian t 1 rồi lại cắt đi trong một khoảng thời gian t 0 theo một chu kỳ lặp lại T. Bằng cách thay đổi độ rộng của t 1 hay t 0 trong khoảng T ta thay đổi được giá trị điện áp trung bình ra trên tải. Nguyên lý này có ưu điểm là điều chỉnh điện áp ra trong một phạm vi rộng và vô cấp, hiệu suất cao vì tổn thất trên các phân tử điện tử công suất rất nhỏ. Điều áp xoay chiều thường được sử dụng trong điều khiển chiếu sáng, đốt nóng, trong khởi động mềm và điều chỉnh tốc độ quạt gió hoặc máy bơm. -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 xoay chiều ba pha. 2.2. Giới thiệu một số sơ đồ mạch động lực Hình 1 giới thiệu một số mạch điều áp xoay chiều một pha. Hình 1a là điều áp xoay chiều điều khiển bằng cách mắc nối tiếp với tải một điện kháng hay điện trở phụ (tổng trở phụ ) biến thiên. Sơ đồ mạch điều chỉnh này đơn giản dễ thực hiện. Tuy nhiên, mạch điều chỉnh kinh điển này hiện nay ít được dùng, do hiệu suất thấp (nếu Z f là điện trở ) hay cosϕ thấp(nếu Z f là điện cảm ). Hình 1 Các phương án điều áp một pha Người ta có thể dùng biến áp tự ngẫu để điều chỉnh điện áp xoay chiều U 2 như trên hình 1b. Điều chỉnh bằng biến áp tự ngẫu có ưu điểm là có thể điều chỉnh điện áp U 2 từ 0 đến trị số bất kì, lớn hay nhỏ hơn điện áp vào. Nếu cần điện áp ra có điều chỉnh, mà vùng điều chỉnh có thể lớn hơn điện áp vào, thì phương án phải dùng biến áp là tất yếu. Tuy nhiên, khi dòng tải lớn, sử dụng biến áp tự ngẫu để điều chỉnh, khó đạt được yêu cầu như SVTH: LÊ HOÀI NAM Trang 8 U 1 Z f U 2 i Z a U 2 b TBB§ U 2 U 1 C U 1 i Z Z i Điện Tử Công Suất mong muốn, đặc biệt là không điều chỉnh liên tục được, do chổi than khó chế tạo để có thể chỉ tiếp xúc trên một vòng dây của biến áp. Hai giải pháp điều áp xoay chiều trên hình 1a,b có chung ưu điểm là điện áp hình sin, đơn giản. Có chung nhược điểm là quán tính điều chỉnh chậm và không điều chỉnh liên tục khi dòng tải lớn. Sử dụng sơ đồ bán dẫn để điều chỉnh xoay chiều, có thể khắc phục được những nhược điểm vừa nêu. Các sơ đồ điều áp xoay chiều bằng bán dẫn trên hình 1c được sử dụng phổ biến. Lựa chọn sơ đồ nào trong các sơ đồ trên tuỳ thuộc dòng điện, điện áp tải và khả năng cung cấp các linh kiện bán dẫn. Có một số gợi ý khi lựa chọn các sơ đồ hình 1c như sau: Hình 2: Sơ đồ điều áp xoay chiều một pha bằng bán dẫn a. bằng hai tiristor song song ngược b. bằng triac c. bằng một tiristor một diod d. bằng bốn diod một tiristor Sơ đồ kinh điển hình 2.A thường được sử dụng nhiều hơn, do có thể điều khiển được với mọi công suất tải. Hiện nay Tiristor được chế tạo có dòng điện đến 7000A, thì việc điều khiển xoay chiều đến hàng chục nghìn ampe theo sơ đồ này là hoàn toàn đáp ứng được SVTH: LÊ HOÀI NAM Trang 9 T 2 Z T 1 U 1 Z T U 1 a. D 2 Z T U 1 D 1 D 3 D 4 d. b. Z U 1 c. D 1 T 1 T 2 D 2 Điện Tử Công Suất Tuy nhiên, việc điều khiển hai tiristor song song ngược đôi khi có chất lượng điều khiển không tốt lắm, đặc biệt là khi cần điều khiển đối xứng điện áp, nhất là khi cung cấp cho tải đòi hỏi thành phần điện áp đối xứng (chẳng hạn như biến áp hay động cơ xoay chiều). Khả năng mất đối xứng điện áp tải khi điều khiển là do linh kiện mạch điều khiển tiristor gây nên sai số. Điện áp tải thu được gây mất đối xứng như so sánh trên hình 3b. Điện áp và dòng điện không đối xứng như hình 3.b cung cấp cho tải, sẽ làm cho tải có thành phần dòng điện một chiều, các cuộn dây bị bão hoà, phát nóng và bị cháy. Vì vậy việc định kì kiểm tra, hiệu chỉnh lại mạch là việc nên thường xuyên làm đối với sơ đồ mạch này. Tuy vậy, đối với dòng điện tải lớn thì đây là sơ đồ tối ưu hơn cả cho việc lựa chọn. Hình 3: Hình dạng đường cong điện áp điều khiển a- Mong muốn b- Không mong muốn Để khắc phục nhược điểm vừa nêu về việc ghép hai tiristor song song ngược, triac ra đời và có thể mắc theo sơ đồ hình 2.B. Sơ đồ này có ưu điểm là các đường cong điện áp ra gần như mong muốn như hình 3.a, nó còn có ưu điểm hơn khi lắp ráp. Sơ đồ mạch này hiện nay được sử dụng khá phổ biến trong công nghiệp. Tuy nhiên triac hiện nay được chế tạo với dòng điện không lớn (I < 400A), nên với những dòng điện tải lớn cần phải ghép song song các triac, lúc đó sẽ phức tạp hơn về lắp ráp và khó điều khiển song song. Những tải có dòng điện trên 400A thì sơ đồ hình 2.B ít dùng. Sơ đồ hình 2.C có hai tiristor và hai điốt có thể được dùng chỉ để nối các cực điều khiển đơn giản, sơ đồ này có thể được dùng khi điện áp nguồn cấp lớn (cần phân bổ điện áp trên các van, đơn thuần như việc mắc nối tiếp các van). SVTH: LÊ HOÀI NAM Trang 10 U U Tả i t b α 1 α 2 U U Tả i t a α α [...]... nhật) đủ độ rộng (với độ rộng xung lớn hơn thời gian mở củacTriac) Cách ly giữa mạch điều khiển và mạch động lực (nếu điện áp động lực quá lớn) đủ công suất 1.2.3.2 Nguyên lý hoạt động Tín hiệu điện áp cung cấp cho mạch điều khiển được đưa đến khối đồng pha Đầu ra của khối này có điện áp thường là hình sin cùng tần số và có thể lệch pha một góc xác định so với điện áp nguồn Điện áp này gọi là điện áp... sang.Mạch có thể chuyển thành mạch điều áo xoay chiều 3 pha khi ta nhân 3 mạch điều khiển. dùng cho các động cơ ba pha công suất lớn trong công nghiệp (lúc này van bán dẫn là tiristor).Thực tế thì nhu cầu điều khiển tốc độ đông cơ trong thực tế là khá lớn Với mạch điều khiển này SVTH: LÊ HOÀI NAM Trang 34 Điện Tử Công Suất chúng ta có thể điều khiển hầu hết các loại động cơ.Ưu điểm của mạch là giá thành... sử dụng để điều khiển các thiết bị chỉnh lưu, thiết bị chỉnh dòng điện áp xoay chiều Có thể điều chỉnh góc α từ 00 đến 1800 điện Thông số chủ yếu của TCA 785: + Điện áp nuôi: US = 18V + Dòng điện tiêu thụ: IS = 10mA + Dòng điện ra: I = 50mA + Điện áp răng cưa: Ur max = (US - 2)V + Điện trở trong mạch tạo điện áp răng cưa: R9 = 20K Ω ÷ 500K Ω + Điện áp điều khiển: U11 = -0,5 ÷ (US-2)V + Dòng điện đồng.. .Điện Tử Công Suất Sơ đồ hình 2D trước đây thường được dùng, khi cần điều khiển đối xứng điện áp trên tải, vì ở đây chỉ có một tiristor một mạch điều khiển nên việc điều khiển đối xứng điện áp dễ dàng hơn Số lượng tiristor ít hơn, có thể sẽ có ưu điểm hơn khi van điều khiển còn hiếm Tuy nhiên, việc điều khiển theo sơ đồ này dẫn đến tổn hao trên các van bán dẫn lớn, làm hiệu suất của hệ thống điều khiển. .. hoạt động Dòng điện 15V xoay chiều qua cầu chỉnh lưu 3A làm biến đổi từ dòng xoay chiều thành dòng một chiều. Khi qua IC ổn áp 7815 sẽ cho dòng điện có điện áp 15V ổn SVTH: LÊ HOÀI NAM Trang 16 Điện Tử Công Suất định.Sau khối chỉnh lưu cầu điện áp 15v được cho qua tụ 2200µF để san phẳng điện áp tạo điện áp ổn định cho IC ổn áp 7815 và mắc song với một tụ gốm để loại bỏ thành phần sóng hài của điện áp xoay. .. điện định mức: Iđm = 4 A Dòng điện điều khiển: Iđk = 50 m A Điện áp điều khiển: Uđk = 1.5V Dòng điện rò: Ir = 500 µA Dòng điện duy trì: Ih = 15 mA Sụt trên van khi mở: ∆ U = 1.7 V Thời gian giữ xung điều khiển: tx = 2 µs Tốc độ tăng điện áp: du = 500 V/ µ s dt Nhiệt độ làm việc cực đại: T0C = 1250C Trên đây là thông số em chọn ứng với tải là động cơ điện một pha công suất nhỏ.các giá trị của nguồn... SVTH: LÊ HOÀI NAM Trang 32 Điện Tử Công Suất Để điều khiển tốc độ động cơ người điều khiển chỉ cần vặn biến trở R11 để nhận được giá trị điện áp tương ứng góc mở càng nhỏ thì điện áp đặt trên tải càng lớn và ngược lại.Biến trở R9 để điều chỉnh độ mịn cho góc mở nhờ điều chỉnh biên độ của xung răng cưa 2.3 Sơ đồ board SVTH: LÊ HOÀI NAM Trang 33 Điện Tử Công Suất 2.4 Sơ đồ bố trí thiết bị 2.5 Phương hướng... triển của đề tài Với mạch điều áo sử dụng IC tích hợp này chúng ta có thể điều khiển hầu hết các loại động cơ một pha công suất nhỏ và vừa trong các xí nghiệp vừa nhỏ Cách khắc phục hiện tượng không mở khi có tải là điện cảm lớn chúng em đã trình bày ở trên Với ưu điểm là gần như điều khiển trơn được tốc độ và dải điều chỉnh rộng Mạch còn ứng dụng để điều khiển nhiệt độ của lò điện trở và ứng dụng trong... thường gặp là điều khiển theo nguyên tắc thẳng đứng tuyến tính Theo nguyên tắc này để điều khiển góc mở α của Triac ta tạo ra một điện áp tựa dạng tam giác (điện áp tựa răng cưa Urc) Dùng một điện áp một chiều U đk để so sánh với điện áp tựa Tại thời điểm hai điện áp này bằng nhau(Uđk= Urc) Trong vùng điện áp dương anot thì phát xung điều khiển cho tới cuối bán kỳ (hoặc tới khi dòng điện bằng 0) ... với một tụ không phân cực 22nF để tạo độ rộng xung và một tụ 68nF vào chân 10 để tạo biên độ cho mạch điều khiển để điều khiển được triac dùng 2 biến trở 50k vào chân 11 để diều khiển độ rộng xung qua đó điều chỉnh góc mở cho triac và từ đó nhận được một giá trị điện áp tương ứng trên tải (các chân còn lại không dùng chúng em chọn giải pháp để trống không nối mát).Xung ra từ chân điều khiển 14 để điều . cơ một điện trở hay cuộn dây điện cảm. - Điều khiển điện áp đưa vào động cơ. 1.2. Nguyên lý điều khiển động cơ xoay chiều một pha Trước đây điều khiển tốc độ động cơ bằng điều khiển điện áp xoay. Trang 4 Điện Tử Công Suất PHẦN I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHƯƠNG I: ĐỘNG CƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU MỘT PHA 1.1. Khái niệm Động cơ điện xoay chiều một pha (gọi tắt là động cơ một pha) là động cơ điện xoay chiều. Trang 1 Điện Tử Công Suất MỤC LỤC: CHƯƠNG I: ĐỘNG CƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU MỘT PHA 5 1.1. Khái niệm 5 1.2. Nguyên lý điều khiển động cơ xoay chiều một pha 5 1.3. Một số mạch điều khiển động cơ một pha