Chế tạo mạch điều chỉnh quạt có thông số Uđm=220V; Pđm=240W dùng Triac

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤTBỘ MÔN TỰ ĐỘNG HÓA XÍ NGHIỆP MỎ - DẦU KHÍ ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Đề tài : Chế tạo mạch điều chỉnh quạt có thông số Uđm=220V; Pđm=240W dùng Triac GI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

BỘ MÔN TỰ ĐỘNG HÓA XÍ NGHIỆP MỎ - DẦU KHÍ

ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

Đề tài : Chế tạo mạch điều chỉnh quạt có thông số Uđm=220V;

Pđm=240W dùng Triac

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN NHÓM SINH VIÊN THỰC HIỆN THS KHỔNG CAO PHONG Trịnh Xuân Phương

Phùng Đặng Tùng Anh Đặng Văn Thuận Hoàng Văn Lĩnh Nguyễn Văn Kiên Phạm Đức Thắng

HÀ NỘI 12/2015 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 ngành tự động hóa, chúng em muốn được tiếp cận và hiểu sâu hơn nữa bộ môn điện tử công suất.Vì vậy, đồ bài tập lớn môn học chế tạo sản phẩm là điều kiện tốt giúp chúng em kiểm chứng được lý thuyết đã được học

Trong bài tập lớn điện tử công suất lần này, chúng em đã được nhận đề tài “Chế

tạo mạch điều chỉnh quạt có thông số U đm =220V; P đm =240W dùng Triac” Sau thời

gian nghiên cứu, chúng em đã chế tạo thành công mạch điều chỉnh quạt 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 thầy Khổng Cao Phong, 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 thầy và bạn trong các đồ án sau này

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Nhóm thực hiện:

Trịnh Xuân Phương

Phùng Đặng Tùng Anh Hoàng Văn Lĩnh

Đặng Văn Thuận Nguyễn Văn Kiên Phạm Đức Thắng

Mục lục

Chương 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1.1Động cơ xoay chiều 1 pha

1.1.1 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

1.1.2 Nguyên lý điều khiển động cơ xoay chiều 1 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

1.1.3Một số mạch điều khiển động cơ 1 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 3

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

a) 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

b) 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

Hình 3

1.2Bộ điều áp xoay chiều 1 pha

1.2.1 Giới thiệu về phần tử bán dẫn triac

a) Cấu tạo và kí hiệu

Hình 4: Cấu tạo và ký hiệu của triac.

Triac là linh kiện bán dẫn tương tự như hai Thyristor mắc song song ngược, nhưng chỉ có một cực điều khiển Triac là thiết bị bán dẫn ba cực, bốn lớp Có thẻ điều khiển cho mở dẫn dòng bằng cả xung dương (dòng đi vào cực điều khiển) lẫn xung dòng âm (dòng đi ra khỏi cực điều khiển) Tuy nhiên xung dòng điều khiển âm có độ nhạy kém hơn, nghĩa là mở Triac sẽ cần một dòng điều khiển âm lớn hơn so với dòng điểu khiển dương Vì vậy trong thực tế để đảm bảo tính đối xứng của dòng điện qua Triac thì sử dụng dòng điều khiển âm là tốt hơn cả

*Nguyên lý hoạt động

Có 4 tổ hợp điện thế có thể mở Triac cho dòng chảy qua:

Điều khiển

Trường hợp MT2 (+), G(+) Thyristor T mở cho dòng chảy qua như một

Thyristor thông thường

Trường hợp MT2 (-), G(-) Các điện tử từ N2 phóng vào P2 Phần lớn bị trường nội tại EE1 hút vào, điện áp ngoài được đặt lên J2 khiến choBarie này cao đến mức hút vào những điện tích thiểu số(các điện tử của P1) và làm động năng của chúng đủ lớn để

bẻ gãy các liên kết của các nguyên tử Sillic trong vùng Kết quả là một phản ứng dây chuyền thì T’ mở cho dòng chảy qua

b) Đặc tính V-A

Hình 5 : Đặc tính V-A của triac Triac có đường đặc tính V-A đối xứng nhận góc mở α

trong cả hai chiều

1.3Phân tích chọn sơ đồ mạch điều khiển quạt

1.3.1 Nguyên lý điều khiển động cơ quạt

Điều khiển tốc độ bằng cách thay đổi điện áp Tốc độ được điều khiển bằng mạch

điện tử thay đổi trị số điện áp đặt vào động cơ.

Hình 6

1.3.2 Một số mạch điều khiển động cơ quạt

Hình 7

Hình 8 Chức năng của các linh kiện:

Ta - Triac điều khiển điện áp trên quạt.

VR - Biến trở để điều chỉnh khoảng thời gian dẫn của triac

R - Điện trở hạn chế

Da - Điac định ngưỡng điện áp để Triac dẫn

C - Tụ điện tạo điện áp ngưỡng để mở thông điac

Nhược điểm của hình 7 là Triac làm việc lâu ngày sẽ bị thiếu chính xác Để khắc

phục, mắc thêm vào mạch một điac như hình 8

1.3.3 Nguyên lý hoạt động

Khi khóa K đóng → triac chưa dẫn → tụ C được nạp → điện áp trên tụ tăng dần Khi nào đủ điều kiện → triac được dẫn từ đó đến bán kì Khi triac dẫn sẽ cung cấp điện cho động cơ hoạt động Việc dẫn của triac phụ thuộc vào sự biến thiên điện áp uc và đặc tính của triac

Khi thay đổi điện trở VR → hằng số thời gian nạp tụ thay đổi → thời điểm mở triac thay đổi → khoảng thời gian dẫn dòng điện của triac thay đổi → điện áp và dòng điện đưa vào động cơ được điều chỉnh

Khi điện áp tụ uc tăng tới ngưỡng điện áp thông (UDA) của diac Da→ có dòng điều khiển chạy vào cực điều khiển củacủa nó bằng 0 Khi triac dẫn sẽ cung cấp điện cho động cơ hoạt động triac → triac được mở từ thời điểm đó tới khi dòng điện

VD: Giảm điện trở VR → tụ nạp nhanh hơn → triac dẫn nhiều hơn → điện áp đưa vào động cơ lớn hơn → động cơ quay với tốc độ nhanh hơn và ngược lại

Chương 2 THIẾT KẾ MẠCH

2.1 Tính toán chọn linh kiện bán dẫn

Dựa vào các yếu tố cơ bản dòng tải, sơ đồ cần chọn, điều kiện tản nhiệt, điện áp làm việc

P: Công suất định mức của tải Pđm=240W

U: Điện áp định mức U=220V

cos : Hệ số công suất tải lấy cos =0,8

Khi đó :

- Điện áp làm việc cực đại của triac

U = K U = 2.220 = 311,13V

Điện áp của van cần chọn

U = K U = 1.2.311,13 = 373.356 V

K là hệ số dự trữ điện áp Với phần tính toán này chúng em lấy điện áp dự trữ của van là Kdt=1.2

- Dòng điện làm việc của van được tính theo dòng hiệu dụng

Itải=1.36 A

Với ITai=U.cosϕ

P

= 240/(220×0.8)=1.36 A Với các thông số trên theo datasheet cũng như độ phổ biến ngoài thị trường chúng

em quyết định lựa chọn loại van TIC226 có các thông số sau :

Hình 9

Điện áp định mức: Uđm = 400-800V

Dòng điện định mức: Iđm = 8 A

Dòng điện điều khiển: Iđk = 50m A

Nhiệt độ làm việc cực đại: T0C = 2300C

Trên đây là thông số em chọn ứng với tải là động cơ điện một pha công suất nhỏ.các giá trị của nguồn khó có thể vượt qua giá trị này nên chúng em quyết định sử dung TIC226 làm van mạch lực

Các giá trị trên em lấy trên datasheet của triac

Với các giá trị của van đều đáp ứng và sát các thông số yêu cầu của đông cơ nên chúng em quyết định sử dụng van này trong mạch

2.2 Bảo vệ quá áp cho van

Bảo vệ quá điện áp do quá trình đóng cắt Triac được thực hiện bằng cách mắc R-C song song với triac Khi có sự chuyển mạch các điện tích tích tụ trong các lớp bán dẫn, phóng ra ngoài tạo ra dòng điện ngược trong khoảnh thời gian ngắn Sự biến thiên nhanh chóng của dòng điện ngược sẽ gây ra sức điện động cảm ứng rất lớn trong các điện cảm làm cho quá điện áp giữa Anot và Katot của triac (hoặc thyristor) Khi có mạch R - C mắc song song với triac tạo ra mạch vòng phóng điện trong quá trình chuyển mạch nên triac không bị quá điện áp

Hình 10 : sơ đồ mạch động lực được lựa chọn

Với R=10k Ohm và C = 220nF

2.3 Sơ đồ mạch mô phỏng trên proteus

Hình 11 : Mạch mô phỏng

Hình 12 : Sơ đồ mạch in

LỜI KẾT

Như vậy, sau khi nhận và thực hiện bài tập lớn môn học với đề tài : “Chế tạo

mạch điều chỉnh quạt có thông số U đm =220V; P đm =240W dùng Triac” bằng các phần

tử bán dẫn công suất cho đến nay chúng em đã hoàn thành Cùng với sự nỗ lực cố gắng của bản thân, sự giúp đỡ của bạn bè trong lớp, và đặc biệt với sự giúp đỡ nhiệt tình, tận

tâm của thầy: Khổng Cao Phong chúng em đã thực hiện được một cách tương đối tốt

những yêu cầu cơ bản mà đề tài đặt ra

Nhưng bên cạnh đó, trong thời gian thực hiện đề tài, do với trình độ kiến thức còn có hạn nên không tránh khỏi những sai sót Do đó chúng em rất mong sẽ nhận được những ý kiến đóng góp của các thầy, cô giáo và các bạn để đề tài của chúng em ngày một được hoàn thiện hơn

Chúng em cũng xin được cảm ơn tất cả các thầy, các cô giáo thuộc bộ môn

‘Điện tử công suất ’đã giúp đỡ chúng em ,tận tình chỉ bảo để chúng em có thể hoàn

thiện được đề tài đồ án này

Một lần nữa, chúng em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, tháng 11 năm 2015

Nhóm sinh viên thực hiện đồ án :

Trịnh Xuân Phương

Phùng Đặng Tùng Anh Đặng Văn Thuận Phạm Đức Thắng Hoàng Văn Lĩnh Nguyễn Văn Kiên