bo bien xoay chieu ba pha

ĐẠI HỌC SPKT - HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự Do – Hạnh phúc Hưng yên, ngày tháng 11 năm 2016 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH Khóa học : Ngành học : Lớp : Sinh viên thực hiện: TÊN ĐỀ TÀI : THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU ÁP XOAY CHIỀU BA PHA I.Nội dung cần hoàn thành : CHƯƠNG I: Tổng quan điều chỉnh điện áp xoay chiều ba pha - Giới thiệu bộ, nguyên lý CHƯƠNG II: Thiết điều áp - Lựa chọn phương án - Sơ đồ khối - Sơ đồ khối, sơ đồ mạch hoàn thiện - Nguyên lý - Giới thiệu kỹ linh kiện điện tử công suất : Triac CHƯƠNG III : Chế tạo – Kết - Lựa chọn linh kiện thiết bị - Tính toán Khảo sát – Kết đạt Vẽ sơ đồ board mạch Kết hoàn thiện Kết luận - Kết đạt Phương hướng phát triển Giáo viên hướng dẫn : Ngày giao đề tài : / /2015 Ngày hoàn thành : / /2015 BỘ MÔN TỰ ĐỘNG HÓA Page MỤC LỤC Page Nhận xét giáo viên hướng dẫn ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… Ngày Tháng Năm 2015 Giáo Viên Hướng Dẫn Page Nhận xét giáo viên phản biện ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… Ngày Tháng Năm 2015 Giáo Viên Phản Biện Page LỜI NÓI ĐẦU Cùng với phát triển kinh tế khoa học kỹ thuật đường công nghiệp hóa, đại hóa đất nước Ngành điện tử nói chung có bước tiến vượt bậc mang lại thành đáng kể Chẳng hạn kỹ thuật chế tạo linh kiện điện tử với công nghệ cao vi mạch tổ hợp (IC)…làm cho thiết bị điện tử ngày gọn nhẹ Để tiếp tục dẫn dắt phát triển đất nước ngày giàu mạnh, phải đầu tư cho giáo dục, đào tạo hệ trẻ có đủ kiến thức để đáp ứng nhu cầu ngày cao xã hội Đòi hỏi phải nâng cao chất lượng đào tạo, phải đưa phương tiện dạy học đại vào giảng đường, trường học có trình độ người ngày cao đáp ứng yêu cầu xã hội Trường ĐH SP KT Hưng Yên trường trọng tới việc đại hóa trang thiết bị giảng dạy nhằm nâng cao hiệu giảng dạy giúp sinh viên có khả thực tế cao Để làm quen với công việc học tập nắm vững kiến học để vận dụng vào thực hành chúng em thầy cô khoa gia cho làm đồ án môn học “Thiết kế điều áp xoay chiều ba pha” để củng cố kiến thức học Sau nhận đề tài đồ án với hướng dẫn thầy với cố gắng bạn nhóm, tìm tòi nghiên cứu tài liệu đến đồ án chúng em mặt hoàn thành Trong trình thực kiến thức có hạn, kinh nghiệm thiếu nên tránh khỏi sai sót Vậy em kính mong bảo giúp đỡ đóng góp ý kiến thầy cô để đồ án chúng em hoàn thiện Chúng em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thực Trần Minh Đức Nguyễn Văn Hoa Page CHƯƠNG I:TỔNG QUAN VỀ BỘ ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU BA PHA 1.1.Mạch điều áp xoay chiều ba pha đấu hình có dây trung tính 1.1.1 Sơ đồ nguyên lý (xét với tải trở đấu Y) Hình 1a Sơ đồ nguyên lý mạch điều chỉnh điện áp xoay chiều ba pha *Nguyên lý làm việc dạng sóng dòng điện, điện áp - Mạch điện áp xoay chiều ba pha đấu có dây trung tính nguyên lý dạng sóng dòng điện, điện áp tương tự ba mạch điều áp xoay chiều pha ghép lại Dạng sóng dòng điện điện áp pha không phụ thuộc điện áp rơi van điện áp pha.Các biểu thức tương tự mạch pha Page 1.2 Mạch điều áp xoay chiều ba pha dây trung tính Hình b Mạch điều áp xoay chiều ba pha đấu hình dây trung tính 1.2.10 Nguyên lý làm việc dạng sóng dòng điện, điện áp - Các sơ đồ điều chỉnh dòng điện xoay chiều ba pha nói chung đơn giản, có hiệu không cao qua trình điều chỉnh dòng điện, điện áp xoay chiều Tuy nhiên dạng điện áp, dòng điện phụ thuộc nhiều vào góc điều khiển tính chất tải, dạng điện áp không sin hoàn toàn - Phù hợp với ứng dụng yêu cầu công suất vừa nhỏ, tải trở dạng điện áp không yêu cầu khắt khe - Với công suất lớn áp dụng trường hợp dải điều chỉnh hẹp, trình điều chỉnh diễn thời gian ngắn ví dụ khởi động động - Trong trường hợp phải có biện pháp tránh ảnh hưởng nhiễu lưới điện, dòng điện không sin, ví dụ ta phải lắp thêm lọc đầu vào - Có thể cải thiện đáng kể đặc tính mạch dùng van điều khiển hoàn toàn Khi việc điều chỉnh áp dụng phương pháp điều chế độ rộng xung nửa chu kỳ điện áp lưới Page - Để phân tích hoạt động sơ đồ ta phải xác định lúc ba pha dẫn, lúc có hai pha dẫn, khoảng dẫn van Ta xét với tải trở đấu hình đối xứng Đồ thị dạng điện áp tải với góc điều khiển α = 300 α = 600 hình vẽ - Góc điều khiển mạch tính từ thời điểm điện áp nguồn qua không ta cần lưu ý hệ thống điện áp ba pha dòng điện qua ba pha hai pha Khi dòng chảy qua ba pha điện áp pha điện áp pha Còn dòng chảy qua hai pha điện áp pha tương ứng nửa điện áp dây a) Đồ thị dạng điện áp tải với góc điều khiển α = 300 Page b) Đồ thị dạng điện áp tải với góc điều khiển α = 600 Page c) Đồ thị dạng điện áp tải với góc điều khiển α = 900 Hình Dạng sóng điện áp, dòng điện mạch điều chỉnh điện áp xoay chiều ba pha - Như hình vẽ 2.a với: + θ1 ≤ θ ≤ θ2 Khi dòng chảy qua ba pha, V1 dẫn pha A, V6 dẫn pha B, V5 dẫn pha C nên ta có: UZA = UA Page 10 Độ rộng xung hẹp tP Độ rộng xung rộng 20 30 μs 530 620 40 μs/n 760 F 3.1 3.4 V 2x10-4 5x10-4 1/K Điện áp điều khiển Điện áp chuẩn VRE F Góc điều khiển ứng với điện 2.8 αrsef áp chuẩn * Tính toán phần tử bên µ Tụ cưa: C10 = 500pF(min); F(max) V11 R9 C10 Vref K Thời điểm phát xung: tTr = Vref K Dòng nạp tụ: I10 = R9 Vref K t R9 C10 Điện áp tụ: V10 = TCA 785 hãng SIEMEN chế tạo sử dụng để điều khiển thiết bị chỉnh lưu, thiết bị chỉnh dòng điện áp xoay chiều α Có thể điều chỉnh góc từ 00 đến 1800 điện Thông số chủ yếu TCA là: - Điện áp nguồn nuôi: US= 15V; - Dòng điện tiêu thụ: IS= 10mA; - Điện áp ra: I= 50mA; - Điện áp cưa: URC max= (US- 2)V; ÷ Điện trở mạch tạo điện áp cưa: R9= (20 500) ÷ Điện áp điều khiển: U11 = - 0,5 (US – 2)V; µ Dòng điện đồng bộ: IS = 200 ( A); µ Tụ điện: C10 = 0,5 ( F); ÷ Tần số xung ra: f = (10 500) Hz Page 25 kΩ ; CHƯƠNG III: CHẾ TẠO – KẾT QUẢ 3.1.Tính chọn van động lực Dựa vào yếu tố dòng tải, sơ đồ cần chọn, điều kiện tản nhiệt, điện áp làm việc P: Công suất định mức động P=40W U: Điện áp định mức U=220V cos : Hệ số công suất tải lấy cos =0,8 Khi : -Điện áp ngược lớn Ungmax = K U = 220 = 311,13V - Điện áp ngược van cần chọn U = K U = 1.8.311,13 = 560,034 V K hệ số dự trữ điện áp -Dòng điện làm việc van tính theo dòng hiệu dụng I lv=Itải=2.1 A Tai Với I = P U cos ϕ = 40/(220×0.8)=0.22 A Chọn điều kiện làm việc van: có cánh tản nhiệt quạt đối lưu Ilv =30%Idmvan Với thông số theo datasheet độ phổ biến thị trường chúng em định lựa chọn loại van sau : BTA 16 có thông số sau: Điện áp định mức: Uđm = 600 V Dòng điện định mức: Iđm = 16 A Dòng điện điều khiển: Iđk = 50 m A Điện áp điều khiển: Uđk = 1.3V Dòng điện trì: Ih = 15 mA Page 26 Sụt van mở: ∆ U = 1.7 V Thời gian giữ xung điều khiển: tx = Tốc độ tăng điện áp: = 50A/ µ µs s Nhiệt độ làm việc cực đại: T0C = 1250C Trên thông số em chọn ứng với tải động điện pha công suất nhỏ.các giá trị nguồn khó vượt qua giá trị nên chúng em định sử dung BTA 16 làm van mạch lực Các giá trị em lấy datasheet triac Với giá trị van đáp ứng sát thông số yêu cầu đông nên chúng em định sử dụng van mạch 3.2.Chọn thiết bị bảo vệ a.Bảo vệ nhiệt ∆ Triac làm việc với dòng điện tối đa I max = 5A chịu tổn hao van ( P1) ∆ chuyển mạch ( P2) Tổng tổn hao là: ∆ P= ∆ ∆ P1 + P2 ≈∆ P1 = ∆ U.Ilv = 1,7.5 = 8,5W Tổn hao công suất sinh nhiệt Mặt khác van làm việc tới nhiệt độ tối đa cho phép T = 1250C Do phải bảo vệ van cách gắn van bán dẫn lên cánh toả nhiệt Khi van bán dẫn mắc vào cánh toả nhiệt đồng nhôm, nhiệt độ van toả môi trường xung quanh nhờ bề mặt cánh toả nhiệt Sự toả nhiệt nhờ vào chênh lệch nhiệt cánh toả nhiệt môi trường xung quanh Khi cánh toả nhiệt nóng lên, nhiệt độ xung quanh cánh toả nhiệt nóng lên Nhiệt độ xung quanh cánh toả nhiệt tăng lên Làm cho tốc độ dẫn nhiệt môi trường không khí bị chậm lại Diện tích bề mặt toả nhiệt tính: Tổn hao công suất: ∆ Stn = P = 8,5W Độ chênh lệch nhiệt độ so với môi trường: τ ∆P K tn τ = Tlv – Tmt Page 27 Có Tlv = 1250C, chọn nhiệt độ môi trường: Tmt = 400C ⇒τ = 125 - 40 = 85 0C Ktn: Hệ số có xét tới điều kiện tỏa nhiệt Chọn Ktn = 8.10-4 W/cm2 0C ⇒ Stn = 8.5 8.10 −4.85 = 125 cm2 Hình 6: Hình dạng cánh tản nhiệt cho triac b.Bảo vệ dòng điện cho van *Chọn cầu chì tác động nhanh để bảo vệ ngắn mạch nguồn: Icc = 1,1Ilv = 1,1.5 = 5,5 A Chọn cầu chì loại A c Bảo vệ điện áp cho van Bảo vệ điện áp trình đóng cắt Triac thực cách mắc RC song song với triac(hoặc thyristor) Khi có chuyển mạch điện tích tích tụ lớp bán dẫn, phóng tạo dòng điện ngược khoảnh thời gian ngắn Sự biến thiên nhanh chóng dòng điện ngược gây sức điện động cảm ứng lớn điện cảm làm cho điện áp Anot Katot triac (hoặc thyristor) Khi có mạch R - C mắc song song với triac (hoặc Thyristor) tạo mạch vòng phóng điện trình chuyển mạch nên triac (hoặc thyristor) không bị điện áp Page 28 Hình 7: Sơ đồ mạch động lực lựa chọn Thông thường chọn R = 10 ÷ Ω ÷ µ 100 , C = 0,1 1000 F 3.3 Mạch điều khiển Page 29 • Thông số mạch điều khiển: Dựa vào thông số kỹ thuật TCA785 ta chọn linh kiện sau: C1=68nF, C5=0.1µF ,R =1M, R2=22k, R3=220Ω VR8=10k ,VR7=100k Chọn tất Diode mạch dùng loại 1N4007 có thông số: Dòng điện định mức:Iđm=1A Điện áp A-K lớn nhất:UAK=1000V Sụt áp Diode:∆U=1,1V *Sơ đồ nguyên lý mạch pha 3.4.Tính chọn phần tử cách ly Có nhiều phương án cho khâu cách ly dung phần tử cách ly quang biến áp xung hay với mạch công suất nhỏ cần dùng diot để chống ngược dòng Trong phạm vi đề tài ứng dụng với tải công suất trung bình nhỏ để đáp ứng tính gọn nhẹ gía thành mạch phương án sử dụng cách ly quang chúng em định sử dụng hiệu giá thành rẻ gọn nhẹ cách ly an toàn mạch lực mạch điều khiển từ thong số chúng em định sử dụng MOC 3020 để thực khâu cách ly Page 30 Sau số sơ đồ kết nối datasheet : Đây số sơ đồ kết nối MOC 3020 ứng với loại tải khác sau sơ đồ kết nối khâu cách ly chúng em Page 31 Hình 8: Sơ đồ khối sơ đồ nguyên lý moc 3020 Hình 9: Sơ đồ kết nối MOC3020 với mạch động lực mạch điều khiển 3.5.Khảo sát – Kết đạt ( thí nghiệm pha ) Page 32 Đo dạng sóng:Nguồn AC 220V (U), điện áp tải (U t),điện áp van Uv,điện áp chân 14,15 ( tải quạt ) Ở em xin trình bày dạng sóng góc điều khiển 90 a.Dạng sóng điện áp nguồn AC 220V b.Dạng sóng tải góc 900 c.Dạng sóng van triac góc 900 e d.Điện áp chân số 14,15 góc 900 Page 33 e.Điện áp tải góc 300 f.Điện áp tải góc 600 * Kết : Từ việc khỏa sát dạng dóng ta thấy việc điều chỉnh biến trở R8 giúp thay đổi góc điều khiển để mở triac dẫn dòng, giúp việc điều chỉnh điện áp đặt lên tải điều chỉnh từ 0V đến điện áp nguồn 3.6 Sơ đồ nguyên lý mạch điều áp xoay chiều pha Page 34 *Sơ đồ board Page 35 *Nguyên lý hoạt động điều áp xoay chiều ba pha Nguyên lý hoạt động mạch điều khiển cho pha tương tự pha khảo sát Tín hiệu động pha đưa đến chân số ba TCA 785 thông qua trở 1M Biến trở R8 tạo điện áp điều khiển chung chân số 11 ba TCA 785, giúp việc điều khiển điện áp ba pha Page 36 3.7.Kết hoàn thiện Page 37 KẾT LUẬN Như vậy, sau hai tháng nhận thực đồ môn học với đề tài : “Thiết kế, chế tạo điều áp xoay chiều ba pha” phần tử bán dẫn công suất chúng em hoàn thành Cùng với nỗ lực cố gắng thân, giúp đỡ bạn bè lớp, đặc biệt với giúp đỡ nhiệt tình, tận tâm thầy giáo Chúng em thực cách tương đối tốt yêu cầu mà đề tài đặt Nhưng bên cạnh đó, thời gian thực đề tài, với trình độ kiến thức có hạn nên không tránh khỏi sai sót Do chúng em mong nhận ý kiến đóng góp thầy, cô giáo bạn để đề tài chúng em ngày hoàn thiện * Kết đạt được: - Chúng em thiết kế mạch điều áp xoay chiều ba pha dùng TCA 785 Triac *Hướng phát triển đề tài: - Từ việc nghiên cứu ic TCA 785 phát triển làm mạch sau +) Mạch điều khiển mạch điều áp xoay chiều pha dùng Thyritstor +) Mạch điều khiển điều áp xoay chiều pha dùng Triac +) Mạch điều khiển chỉnh lưu có điều khiển dùng TCA785 +) Mạch chỉnh lưu hình tia ba pha dùng TCA 785 Chúng em xin cảm ơn tất thầy, cô giáo giúp đỡ chúng em ,tận tình bảo để chúng em hoàn thiện đề tài đồ án Một lần nữa, chúng em xin chân thành cảm ơn! TÀI LIỆU THAM KHẢO Page 38 Điện tử công suất – NXB KHKT Tác giả : Lê Văn Doanh ( chủ biên) Nguyễn Thế Công Trần văn Thịnh Kỹ thuật điện tử - NXB Giáo Dục Tác giả : Đỗ Xuân Thụ ( chủ biên) Đặng Văn Chuyết Nguyễn Viết Nguyên Nguyễn Vũ Sơn Nguyễn Đức Thuận Ngô Lệ Thuỷ Ngô Văn Toàn Kỹ thuật mạch điện tử - NXB Khoa học kỹ thuật Tác giả : Phạm Minh Hà Page 39 ... không ta cần lưu ý hệ thống điện áp ba pha dòng điện qua ba pha hai pha Khi dòng chảy qua ba pha điện áp pha điện áp pha Còn dòng chảy qua hai pha điện áp pha tương ứng nửa điện áp dây a) Đồ... ÁP XOAY CHIỀU BA PHA 1.1.Mạch điều áp xoay chiều ba pha đấu hình có dây trung tính 1.1.1 Sơ đồ nguyên lý (xét với tải trở đấu Y) Hình 1a Sơ đồ nguyên lý mạch điều chỉnh điện áp xoay chiều ba pha. .. chỉnh điện áp xoay chiều ba pha - Như hình vẽ 2.a với: + θ1 ≤ θ ≤ θ2 Khi dòng chảy qua ba pha, V1 dẫn pha A, V6 dẫn pha B, V5 dẫn pha C nên ta có: UZA = UA Page 10 + θ2 ≤ θ ≤ θ3 Pha C dòng điện