Thiết kế, chế tạo mạch bảo vệ mất pha, đảo pha

Thiết kế, chế tạo mạch bảo vệ mất pha, đảo pha

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THẬT HƯNG YÊN CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc

-o0o -

-*** -ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Nhóm 8

Ngành đào tạo : Kỹ thuật điện

Tên đề tài : Thiết kế, chế tạo mạch bảo vệ mất pha, đảo pha

* Số liệu cho trước:

- Các tài liệu, giáo trình chuyên môn

- Trang thiết bị, máy móc tại Xưởng thực tập

* Nội dung cần hoàn thành:

1 Lý luận về bảo vệ mất pha, đảo pha và mạch bảo vệ mất pha đảo pha

2 Phân tích các sơ đồ bảo vệ mất, pha đảo pha

3 Thiết kế mạch bảo vệ mất pha, đảo pha dùng linh kiện điện tử

4 Tính toán lựa chọn các phần tử và chế tạo mạch bảo vệ mất pha, đảo pha( thông số điện áp tự chọn )

5 Quyển thuyết minh và các bản vẽ mô tả đầy đủ nội dung của đề tài

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN :

Trần Quang Phú

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

……… Điểm đánh giá:…… Hưng Yên ngày tháng năm 2009

MỤC LỤC Phần I: Lý luận và thiết kế mạch bảo vệ mất pha và đảo pha.

I: Lý luận về bảo vệ mất pha,đảo pha.

1.2 Một số sơ đồ mạch bảo vệ mất pha, đảo pha.

II Sơ đồ nguyên lý và nguyên lý hoạt động của sơ đồ:

2.1 Sơ đồ nguyên lý:

2.2 Sơ đồ mạch in và mạch hàn:

2.3 Nguyên lý hoạt động :

Phần II : Giới thiệu các linh kiện sử dụng trong thiết kế mạch.

I.Giới thiệu chung về rơle:

II Công tắc tơ:

III PHÉP TOÁN AND VÀ CỔNG AND:

3.1.Phép toán AND hay còn gọi là phép nhân logic.

3.2 HÀM NAND:

3.3 PHÉP TOÁN NOT VÀ CỔNG NOT:

3.4 KHẢO SÁT HỌ IC CMOS (4XXX):

3.5.Diode trong mạch điện xoay chiều-mạch chỉnh lưu:

PHẦN III : KẾT LUẬN CHUNG.

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay động cơ điện được sử dụng rất rộng rãi trong các ngành côngnghiệp, nông nghiệp,giao thông vận tải, sinh hoạt hàng ngày….với công suất

từ vài chục W đến hàng nghìn KW.Trong quá trình làm việc động cơ rất dễ bịmất pha do một số lí do nào đấy hoặc do công nhân vận hành lưới điện thaotác nhầm nối nguồn điện cấp điện cho động cơ nên thứ tự pha của nguồn điện

bị thay đổi Trong các trường hợp này đều làm cho động cơ làm việc khôngbình thường gây ra những sự cố nghiêm trọng trong sản xuất Từ trước chođến nay người ta thường dùng các rơle điện từ hoặc các rơle số… để bảo vệcho động cơ khi bị mất pha hoặc khi các thứ tự của các pha bị thay đổi.Nhưng khi sử dụng rơle điện từ sẽ có một số nhược điểm là độ tin cậy khôngcao quán tính lớn không có khả năng hiển thị thông tin cho người sử dụng cònrơle số có cấu tạo phức tạp, rất khó khăn cho việc vận hành và sửa chữa, giáthành rất cao Để khắc phục một số nhược điểm trên của rơle điện từ và rơle

số chúng em qua thời gian tìm hiểu một số tài liệu trong sách vở và được sựgiúp đỡ của thầy giáo Trần Quang Phú chúng em đã lắp mạch điện bảo vệ tựđộng cho động cơ chống mất pha và đảo pha khi thứ tự pha của nguồn điện

bị thay đổi, sử dụng các linh kiện bán dẫn

Với kiến thức còn hạn chế và kinh nghiệm chưa vững, vì vậy không tránhkhỏi những thiếu sót Chúng em rất mong nhận được những ý kiến đóng gópcủa thầy cô và các bạn để đồ án của chúng em hoàn thiện hơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn !

Phần I: Lý luận và thiết kế mạch bảo vệ mất pha và đảo pha.

I: Lý luận về bảo vệ mất pha,đảo pha.

1.1 Ảnh hưởng của hiện tượng khi nguồn điện bị mất pha hoặc thay đổi thứ

tự pha đến quá trình làm việc của động cơ.

a.Trường hợp nguồn điện bị mất pha:

Khi vận hành động cơ 3 pha,có sự cố đứt một pha,hai pha dây quấn còn lạicủa động cơ sẽ tạo thành dây quấn một pha Lúc đó động cơ sẽ chuyển sanglàm việc ở chế độ một pha Nếu động cơ kéo tải không đổi thì thì công suấtđiện đưa vào động cơ ở hai chế độ một pha và ba pha là như nhau

P3p=P1p hay UdI3=UdI1

Trong đó:

I3: dòng điện stato ở chế độ ba pha

I1: dòng điện stato ở chế độ một pha

Từ biểu thức trên ta có: I1= I3

Như vậy dòng điện ở động cơ ba pha làm việc ở chế độ một pha đã tăng lênlần so với khi làm việc ở chế độ bình thường ( ba pha) Khi đó tổn hao sẽ tănglên ba lần nếu không cắt động cơ ra khỏi lưới điện, động cơ sẽ bị cháy

b.Trường hợp thứ tự pha bị thay đổi:

Khi thứ tự pha của nguồn điện đưa vào động thay đổi; động cơ vẫn quaynhưng chiều quay của động bị thay đổi do từ trường quay đổi chiều như vậyquy trình sản xuất bị đảo lộn ( ví dụ: như băng tải đang chạy tiến lại chạylùi,cần trục đang nâng thì lại hạ,thang máy đang lên thì lại xuống…) Điềunày có thể gây ra những hiệu quả nghiêm trọng dẫn đến các thiệt hại khôngnhỏ về người và của.Vì vậy vấn đề bảo vệ mất pha và đảo pha cho động cơ làmột vấn đề hết sức cần thiết trong thời buổi hiện nay Không những bảo vệ antoàn cho động cơ mà còn làm giảm những thiệt hại không nhỏ về người vàcủa

1.2 Một số sơ đồ mạch bảo vệ mất pha, đảo pha.

Nguyên lý hoạt động của sơ đồ:

thường đóng của rơle vẫn được đóng lại,khi ta nhấn nút start thì cuộn dây của công tắc tơ được cấp điện,do đó tiếp điểm chính của công tắc tơ được đóng lạicung cấp điện cho động cơ.Động cơ cơ hoạt động Khi mất một pha làm mạngmắc sao mất cân bằng điện áp ở điểm O tăng lên đủ lớn để rơle hoạt động.Do

đó tiếp điểm thường đóng của rơle được mở ra,cuộn dây của công tắc tơ không được cấp điện tiếp điểm chính của công tắc được mở ra không cung cấp điện cho đọng cơ.Động cơ ngừng hoạt động.Đặc biệt khi mất pha C thì cuộn dây của công tắc tơ không được cấp điện tiếp điểm chính của công tắc được mở ra không cung cấp điện cho động cơ,động cơ ngừng hoạt động.Vì vậy trong mọi trường hợp nguồn điện bị mất pha thì động cơ đều được bảo vệ

an toàn

II Sơ đồ nguyên lý và nguyên lý hoạt động của sơ đồ:

2.1 Sơ đồ nguyên lý:

Sơ đồ nguyên lý mạch bảo vệ tự động cho động cơ khi nguồn điện bị mất phahoặc khi thứ tự pha của nguồn điên bị thay đổi

2.2 Sơ đồ mạch in và mạch hàn:

2.3 Nguyên lý hoạt động :

a Khi nguồn điện bình thường ( có cả ba pha theo đúng thứ tự A,B,C) Tínhiệu được lấy trực tiếp từ các pha của nguồn xoay chiều ba pha có

động từ kép được điều khiển bởi mạch bảo vệ điện tử Trong sơ đồ này cácđiot D1, điện trở R1 và điot ổn áp DZ1 của pha A tạo thành các mạch chỉnh lưu

dương của điện áp pha A) sẽ một có xung với biên độ 12V và độ rộng xungbằng nửa chu kì điện áp nguồn Các phần tử tương ứng ở các pha B và C cũngtạo nên các xung tương tự nhưng lệch pha nhau 1/3 chu kì ( tương ứng với

lưu ghim pha A,có biên độ bằng 12V và có độ rộng xung chỉ phụ thuộc vào

này được tổ hợp với tín hiệu xung 12V độ rộng xung 1/2 chu kì ứng với nửa

đầu vào 1 của nó nếu nguồn đủ pha và các pha của nguồn đúng thứ tự địnhtrước.Quá trình diễn ra tương tự ở các pha B và C nhưng khoảng thời gian lầnlượt chậm sau 1/3 chu kì tính từ pha A lần lượt các đầu ra của mạch AND

(về góc pha là 120 độ).Tín hiệu ở đầu ra của V10 ,V11, V12 được đưa vào đầu

cao.Tụ lọc C4 có tác dụng san bằng điện áp trung bình của xung này đưa vàochân 1 của PC817,khi tín hiệu được đưa vào chân 1 của PC817 thì PC817 dẫn

tắc tơ cung cấp điện cho động cơ theo đúng thứ tự A, B, C

b, Khi nguồn điện mất một pha

Ta vẫn xét trong một chu kì T giả sử mất pha C,

Ở pha A quá trình diễn ra như khi nguồn cấp điện bình thường (có cả ba

mức cao) Ở pha B do mất pha C nên không có tín hiệu đưa đến đầu vào 2 của

không có xung ra

cấp điện Tiếp điểm thường mở của rơle mở ra ,không cung cấp điện cho công

bị cắt khỏi lưới điện và ngừng hoạt động.Với các phân tích tương tự như trênnếu xảy ra mất các pha khác động cơ sẽ không được cấp điện và ngừng hoạtđộng

c, Khi thứ tự pha bị thay đổi

Giả sử thứ tự pha lúc này là ACB

đầu ra của V12 không có xung ra

không có xung ra

Như vậy khi thứ tự pha của nguồn thay đổi thì không có các xung ra ở các đầu

đầu ra của V13 không có xung ra.Chân 1 của PC817 không có tín hiệu nênPC817 không dẫn dòng.Vì vậy cuộn dây của rơle RL1 không được cấp điệntiếp điểm thường mở của nó mở ra, không cấp điện cho công tắc tơ K1 vì vậytiếp điểm chính của K1 mở ra ngắt động cơ ra khỏi lưới điện động cơ ngừnghoạt động.

2;Tính toán các thông số của mạch

Phần II : Giới thiệu các linh kiện sử dụng trong thiết kế mạch.

I.Giới thiệu chung về rơle:

1 Công dụng:

Rơle là một loại thiết bị tự động, thường được lắp đặt ở mạch điện nhị thứ,dung để điều khiển đóng cắt hoặc báo tín hiệu, bảo vệ an toàn trong quá trìnhvận hành của thiết bị điện mạch thứ nhất trong hệ thống điện

Các bộ phận chính của rơle

a Cơ cấu tiếp nhận tín hiệu ( khối tiếp nhận tín hiệu vào) có nhiệm vụ tiếpnhận tín hiệu làm việc không bình thường hoặc sự cố trong hệ thống điện từBU,BI hoặc các bộ cảm biến điện,để biến đổi thành đại lượng cần thiết cungcấp tín hiệu cho khối trung gian

b cơ cấu khối trung gian ( khối trung gian) làm nhiệm vụ tiếp nhận tín hiệu

đã đến từ khối tiếp nhận tín hiệu, để biến đổi nó thành đại lượng cần thiết chocác role tác động

c Cơ cấu chấp hành ( khối chấp hành) làm nhiệm vụ phát tín hiệu cho mạchđiều khiển

Ví dụ: Các khối trong cấu tạo Role điện từ

- Khối tiếp nhận tín hiệu vào là cuộn dây điện từ

- Khối trung gian là mạch từ

-Khối chấp hành là hệ thống tiếp điểm

-Phân loại rơle điện :

- Có nhiều loại role điện với nguyên lý hoạt động với chức năng làm việc rấtkhác nhau được phân thành các nhóm sau:

a.Phân loại theo nguyên lý làm việc gồm:

Rơle điện cơ ( rơle điện từ, rơle cảm ứng, rơle từ điện, rơle phân cực…) Rơle từ

Rơle nhiệt

Rơle điện tử, bán dẫn, vi mạch

Rơle số.a.Phân loại theo nguyên tắc tác động của cơ cấu chấp hành:

Rơle có tiếp điểm : đóng ngắt bằng tiếp điểm Rơle không có tiếp điểm ( Rơletĩnh) tác động đóng cắt mạch bằng cách thay đổi tham số điện trở, điện cảmhoặc điện dung

Rơle nhất thứ lắp đặt trực tiếp ở mạch động lực

Rơle nhị thứ lắp đặt ở mạch nhị thứ thong qua BU, BI, cảm biến

-Rơle cực đại

-Rơle cực tiểu

-Rơle cực đại, cực tiểu

-Rơle so lệch

-Rơle định hướng chiều tiếp nhận tín hiệu đầu vào

Các thông số kỹ thuật cơ bản của Rơle điện

Kđk= Pđk/Ptđ

suất của tiếp điểm Rơle)

điện từ chính là công suất của cuộn dây điện từ

làm việc, ví dụ: Đối với các loại Rơle điện từ là quãng thời gian từ khi cuộndây Rơle có điện đến khi tiếp điểm của nó đóng hoặc mở hoàn toàn

thường mở Rơle đóng hoàn toàn, thí nghiệm giảm từ từ dòng điện khởi động

Rơle càng chính xác

Kn= Ir / Ikđ

dự trữ ( dự phòng) Kn≥1,2

a b

5

63

- Khi cuộn dây nam châm chưa có điện, lũ xo 4 kéo phần nắp ra làm tiếp điểm

5 luôn mở còn tiếp điểm 6 luôn ở trạng thái đóng

- Khi dòng điện vào cuộn dây nam châm đạt giá trị định mức, lực hút của lõi

3 thắng lực kéo của lò xo 4 hút nắp 2 vào làm tiếp điểm 5 đóng lại còn tiếpđiểm 6 lại mở ra Mạch điện cần được khống chế nối qua các tiếp điểm này sẽ

tự động làm việc hoặc tự động ngắt lại

II Công tắc tơ:

Công dụng : công tắc tơ là một loại khí cụ điện hạ áp được sử dụng để điềukhiển đóng cắt mạch từ xa tự động hoặc bằng nút ấn các mạch điện động lực

có phụ tải điện áp đến 500V, dòng điện đến 600A Công tắc tỏ có hai ví tríđóng-cắt Tần số có thể đến 1500 lần /1h

Nhiệm vụ :

Công tắc tơ là một thiết bị điện đóng cắt điện áp thấp dùng để khống chế tựđộng và điều khiển xa các thiết bị điện một chiều và xoay chiều có điện áptới 500V Công tắc tơ được tính với tần số đóng cắt lớn nhất tới 1500 lầntrong một giờ

Phân loại:

a.Phân loại theo nguyên lý truyền động:

-Công tắc tơ điện từ

-Công tắc tơ kiểu hơi ép

-Công tắc tơ kiểu thủy lực

b.Phân loại theo dạng dòng điện

-Loại công tắc tơ điều khiển điện áp một chiều

-Loại công tắc tơ điều khiển điện áp xoay chiều

c.Phân loại theo kiểu kết cấu:

-Công tắc tơ hạn chế chiều cao

-Công tắc tơ hạn chế chiều rộng

Đặc điểm cấu tạo:

Cấu tạo nguyên lý như hình vẽ: gồm các bộ phận chính sau:

1.Lõi thép cố định

2.Lõi thép di động

2

45

-Khi cắt điện vào cuộn hút 3,nhờ lực kéo của lò xo 6,làm lõi thép di động 2nhả ra tiếp điểm 4,5 hở mạch,ngắt điện vào phụ tải

+Khi đóng ngắt sẽ có hồ quang ở tiếp điểm 4,5.Nhờ có buồng đập hồ quang

mà các tiếp điểm điện được đóng cắt an toàn

Ký hiệu trên sơ đồ:

-Cuộn dây(cuộn hút):

-Tiếp điểm thường mở:

-Tiếp điểm thường đóng:

*Các tham số chủ yếu của công tắc tơ:

a Điện áp định mức: là điện áp của mạch điện tương ứng mà tiếp điểm chínhphải đóng cắt, có các cấp : + 110V, 220V, 440 V một chiều.+ 127V, 220V,380V, 500V xoay chiều

Cuộn hút có thể làm việc bình thường ở điện áp trong giới hạn từ 85% tới105%

b Dòng điện định mức: là dòng điện đi qua tiếp điểm chính trong chế độ làmviệc

gián đoạn lâu dài, nghĩa là ở chế độ này thời gian công tắc tơ đóng không lâuquá 8 giờ Công tắc tơ hạ áp có các cấp dòng thông dụng: 10, 25, 40, 60, 75,

100, 150, 250, 300, 600A Nếu đặt công tắc tơ trong tủ điện thì dòng điệnđịnh mức phải lấy thấp hơn 10% vì làm mát kém, khi làm việc dài hạn thìchọn dòng điện định mức nhỏ hơn nữa

c Khả năng đóng cắt: là dòng điện cho phép đi qua tiếp điểm chính khi cắt vàkhi

đóng mạch Ví dụ như công tắc tơ xoay chiều dùng để điều khiển động cơkhông đồng bộ ba pha lồng sóc cần có khả năng đóng yêu cầu (3-7)Iđm

d Tuổi thọ công tắc tơ: Tính bằng số lần đóng cắt, sau số lần đóng cắt ấycông tắc tơ sẽ không dùng được tiếp tục Hư hỏng có thể do mất độ bền cơhọc hoặc bền điện.

e Tần số thao tác: số lần đóng cắt trong thời gian 1 giờ, bị hạn chế bởi sựphát nóng

của tiếp điểm chính do hồ quang Có các cấp : 30, 100, 120, 150, 300, 600,

1200, 1500 lần trên một giờ, tuỳ chế độ công tác của máy sản xuất mà chọncông tắc tơ có tần số thao tác khác nhau

*Ưu nhược điểm :

Kích thước gọn nhỏ có thể tận dụng khoảng không gian hẹp để lắp đặt và thaotác mà cầu dao không thực hiện được Điều khiển đóng cắt từ xa, có vỏ ngăn

hồ quang phóng ra bên ngoài nên an toàn tuyệt đối cho người thao tác, thờigian đóng cắt nhanh, vì những ưu điểm trên công tắc tơ được sử dụng rộng rãiđiều khiển đóng cắt trong mạch điện hạ áp đặc biệt sử dụng nhiều trong cácnhà máy công nghiệp

III PHÉP TOÁN AND VÀ CỔNG AND:

3.1.Phép toán AND hay còn gọi là phép nhân logic

0 0 0 1

Giáo viên hướng dẫn: Trần Quang Phú

0 0

0 1

1 1

3.3 PHÉP TOÁN NOT VÀ CỔNG NOT:

a.Phép toán NOT hay còn đươc goi là phép đảo hay phép phủ định

+Các IC chứa cổng NOT:

Họ CMOS: IC 4049

Họ TTL :IC 7404, IC 7405 ,IC 7416, IC 7419 ,IC 7414

+Sơ đồ chân IC thông dụng:

3.4 KHẢO SÁT HỌ IC CMOS (4XXX):

Họ vi mạch CMOS được cấu tạo từ các phần tử MOSFET Trước đâycông nghệ CMOS được ứng dụng trong ngành hàng không vũ trụ vì có độmiễn nhiễu cao Ngày nay công nghệ CMOS được sử dụng rộng rãi trongngành điện tử công nghiệp

-Phân loại ký hiệu trên vỏ IC : Họ 74XXC, họ 40XX ,họ 45XX

- Với loại IC CMOS cũng có hai phần ký hiệu: phần số và phần chữ Phầnchữ nói lên đặc tính và hãng sản suất, phần số nói lên chức năng của IC đó IC

mà có phần số giống nhau sẽ có sơ đồ chân và chức năng giống nhau

Thấp từ 0 ÷ 0,5V

+Dòng điện ngõ ra từ 4mA ÷ 16mA tuỳ từng loại

+Công suất tiêu tán: Từ vài chục mV, tuỳ theo tần số làm việc.Tần số càng cao thì công suất tiêu tán càng lớn

+Hệ số Fanout: f < 1MHz: vài chục IC tải

f > 1MHz: 10 IC tải

* Một số lưu ý khi sử dụng IC CMOS :

+Phải dữ cẩn thận IC CMOS thông thường ngườ ta để trong ốngnhựa

+Khi hàn thì mỏ hàn phải tiếp Mass +Không nên tháo IC khi đang có điện + Dùng nguồn tốt nhất là 12V, ngõ nào vào không dùng tới thìđấu lên Vdd (Vcc) hoặc Vss (GND)

3.5.Diode trong mạch điện xoay chiều-mạch chỉnh lưu:

-Mạch chỉnh lưu nửa sóng(một bán kì):

-Dạng mạch căn bản cùng với dạng sóng:

Diode chỉ dẫn điện khi bán kì dương của Vi(t) đưa vào mạch ta có:

-Biên độ đỉnh của Vo(t):