ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU MỘT PHA

ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU MỘT PHA TRƯỜNG HỢP TẢI THUẦN TRỞ: PHÂN TÍCH NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC, VẼ DẠNG ĐƯỜNG CONG DÒNG ÁP CHO TẢI R: THIẾT BỊ, DỤNG CỤ, VẬT TƯ: KIỂM TRA: VẼ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MẠCH ĐIỆN: PHÂN TÍCH NGUN LÝ LÀM VIỆC, VẼ DẠNG ĐƯỜNG CONG DỊNG ÁP CHO TẢI R: THIẾT BỊ, DỤNG CỤ, VẬT TƯ: KIỂM TRA: BÀI 8: ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU MỘT PHA Mã bài: MĐ 23 - 08 Giới thiệu: Điều chỉnh điện áp xoay chiều pha dùng để điều chỉnh tốc độ động pha, điều chỉnh nhiệt độ lò nhiệt, … Hiểu nguyên lý làm việc lắp ráp điều chỉnh điện áp xoay chiều pha công việc cần thiết sinh viên nghề điện Mục tiêu: - Nắm sơ đồ nguyên lý mạch điều chỉnh điện áp xoay chiều pha - Trình bầy nguyên lý làm việc, vẽ đồ thị dòng, áp đầu - Trình bầy cách lắp đặt linh kiện theo sơ đồ nguyên lý - Xác định loại linh kiện sơ đồ - Biết cách kiểm tra linh kiện - Lắp mạch quy trình, đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, mỹ thuật, thời gian - Sử dụng dụng cụ, thiết bị đo kiểm kỹ thuật - Cẩn thận, xác, nghiêm chỉnh thực theo quy trình - Đảm bảo an tồn cho người thiết bị Nội dung chính: * Khái niệm: Điều chỉnh điện áp xoay chiều pha phương pháp thay đổi điện áp hệ thống có nguồn hình sin cách sử dụng xung kích cổng thyristor có tần số góc lệch pha thay đổi so với hình sin lưới Như thyristor dẫn phần chu kỳ lưới Điểm bắt đầu dẫn thyristor thay đổi theo góc điều khiển Nhưng thyristor trở trạng thái khóa dòng điện không Thông số điều khiển pha (ĐKP) góc mở pha α gọi góc thơng chậm Thơng số khác sơ đồ điều khiển bề rộng xung kích thyristor phải đảm bảo phạm vi thay đổi góc ĐKP rộng từ giá trị áp tối thiểu ( thường không ) tương ứng với α = αmax đến tối đa α = TRƯỜNG HỢP TẢI THUẦN TRỞ: Hình 8.1 Sơ đồ nguyên lý mạch điều chỉnh điện áp xoay chiều pha dùng Thiristor Mạch gồm nguồn điện áp xoay chiều pha hình sin u = Umsinωt mắc nối tiếp với tải R thông qua công tắc xoay chiều bán dẫn Công tắc xoay chiều gồm thyristor mắc song song ngược T1 Và T2 Trong trường hợp cơng suất nhỏ thay chúng triac Hình 8.2 Sơ đồ nguyên lý mạch điều chỉnh điện áp xoay chiều pha dùng Triac PHÂN TÍCH NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC, VẼ DẠNG ĐƯỜNG CONG DÒNG ÁP CHO TẢI R: - Gọi áp nguồn: u= U.sinωt Trong đó: U ω giá trị hiệu dụng tần số góc áp nguồn - Tại ωt = đóng nguồn T khơng dẫn lên i0 = suy áp U0 = Áp thyristor triac Ut = U – U0 > → thyristor phân cực thuận - Tại ωt = α, có dòng kích ig Ut > → T dẫn điện ta có: UT = (sụt áp thyristor) U0 = U → i0 = U/R có dạng hình sin điện áp - Tại ωt = π , U0 = , i0 = → T ngắt khơng cho dòng chảy qua Trong nửa chu kỳ âm, dạng áp dòng lặp lại với giá trị ngược lại Trị trung bình áp tải: π Utb = U Sin ωt π α∫ = U (cos(α + 1)) π - Giá trị trung bình dòng điện qua tải: Itb = Utb/R = U (cos(α + 1)) πR Hình 8.3.Đồ thị dạng điện áp qua tải R - Giá trị hiệu dụng điện áp tải: π ( 2U sin θ )2.dθ π α∫ Uc = = U 2π − 2α + sin 2α 2π - Giá trị hiệu dụng dòng tải: Ic = U R ( 2π − 2α + sin 2α 2π ) - Công suất tác dụng cung cấp cho mạch tải: P = UcIc = ( U2 R ).( Như cách làm biến đổi góc α 2π − 2α + sin 2α 2π từ đến công suất tác dụng từ giá trị cực đại P = ( U2 R π ) , người ta điều chỉnh ) đến Điều nói lên rằng, trường hợp tải trở, lưới điện xoay chiều phải cung cấp lượng công suất phản kháng * Các bước cách thực cơng việc: THIẾT BỊ, DỤNG CỤ, VẬT TƯ: (Tính cho ca thực hành gồm 20HSSV) TT Loại trang thiết bị Số lượng Mỏ hàn 01 Bo vạn 01 Panh kẹp 01 Kìm uốn 01 Kéo 01 Hộp đựng vật liệu hư hỏng 01 Đồng hồ vạn 01 Máy sóng 01 Thiếc, nhựa thơng, dây nối 10 Linh kiện: Theo bảng linh kiện chi tiết kèm theo QUI TRÌNH THỰC HIỆN: 2.1 Qui trình tổng qt: + Cách kiểm tra: dùng đồng hồ vạn để đo: - Bước 1: Cắm que đo màu đỏ vào ổ cắm (-) đồng hồ (dương pin), cắm que đo màu đỏ vào ổ cắm (+) đồng hồ (âm pin) - Bước 2: Vặn núm công tắc để đồng hồ thang đo điện trở x10 (x1), chập hai đầu que đo, vặn chiết áp để kim thị vị trí 0Ω - Bước 3: Đặt hai đầu que đo lên hai cực điốt hình vẽ (hình 1.9a) ta đọc trị số R1 2.2 Qui trình cụ thể: + Bước 1: Lựa chọn linh kiện theo yêu cầu tải: Mạch điều khiển điện áp triac với tải trở R, xung điều khiển cấp IC - TCA 785 - Giới thiệu TCA 785: Chân Ký hiệu Chức Chân Ký hiệu Chức OS Chân nối đất R9 Điện trở tạo mạch cưa Q2 ** Đầu đảo 10 C10 Tụ tạo mạch cưa QU Đầu U 11 V11 Điện áp điều khiển Đầu đảo 12 C12 Tụ tạo độ rộng Q * xung VSYNC Điện áp đồng 13 L Tín hiệu điều khiển xung ngắn, xung rộng I Tín hiệu cấm 14 Q1 Đầu QZ Đầu z 15 Q2 Đầu VREF Điện áp chuẩn 16 Vs Điện áp nguồn ni Hình 8.4 Dạng súng chức chân TCA785 + Các thông số TCA 785: Thông số Giá trị nhỏ Giá trị tiêu Giá trị lớn Đơn vị biều F= 50Hz Vs = 5v Dòng tiêu thụ I.S 4,5 Điện áp vào điều khiển, chân11 V11 0,2 Trở kháng vào R11 6,5 10 mA V10max V 15 K Ω Mạch tạo cưa Dòng nạp tụ I10 Biên độ cưa V10 10 1000 VS-2 µ A V Điện trở mạch nạp Thời gian sườn ngắn xung R9 cưa TP 80 300 K µ Ω S Tín hiệu cấm vào, chân Cấm V6I 3,3 Cho phép V6H 3,3 V13 H 3,5 2,5 2,5 V V Độ rộng xung ra, chân13 Xung hẹp Xung rộng 2,5 3,5 V V V13 L Xung ra, chân 14, 15 Điện áp mức cao Điện áp mức thấp V14/ 15L V14/ 15L VS-3 VS-2,5 0,3 0,8 20 30 VS1,0 V µ 40 V S Độ rộng xung hẹp Độ rộng xung rộng 530 620 760 µ S/n F Điện áp điều khiển Điện áp chuẩn Vref Góc điều khiển ứng với điện áp chuẩn α 2,8 ref 3,1 3,4 V x10-4 5x10- 1/K - Tính tốn phần tử bên ngồi: µ Tụ cưa: C10 Min = 500pF; Max = F Thời điểm phát xung: tTr = V11 R9 C10 VREÌ K V REÌ K Dòng nạp tụ: R9 I10 = VR K t Điện áp tụ: V10 = R9 C10 TCA 785 hãng Siemen chế tạo, sử dụng để điều khiển 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 TCA 785: + Điện áp ni: US = 18V + Dòng điện tiêu thụ: IS = 10mA + Dòng điện ra: I = 50mA + Điện áp cưa: Ur max = (US - 2)V + Điện trở mạch tạo điện áp cưa: R9 = 20K + Điện áp điều khiển: U11 = -0,5 ÷ (US-2)V Ω ÷ 500K Ω µ + Dòng điện đồng bộ: IS = 200 A µ + Tụ điện: C10 = 0,5 F + Tần số xung ra: f = 10 ÷ 500 Hz Sơ đồ chức chân vi mạch TCA785 Hình 8.5 Sơ đồ khối chức TCA785 - Sơ đồ mạch ứng dụng TCA785 điều khiển Triac mạch điều áp Hình 8.6.Sơ đồ ứng dụng TCA785 điều khiển Triac Tính chọn Diac: Dòng điện tối đa chạy qua tải van: Imax = 0,1818 A Dòng điện Imax = 0,1818 A coi dòng lớn để chọn van Với dòng điện khơng q lớn này, tổn hao van dẫn không lớn Nên ta chọn điều kiện làm việc có cánh tản nhiệt đủ diện tích làm mát Khơng cần quạt đối lưu khơng khí Để an tồn cho phép van làm việc với 20% Iđm Dòng điện định mức triac cần chọn: Iđm = 100 20 *Imax = 0,909 A Điện áp làm việc cực đại triac: Ulv Max = 250 = 354 V Giả sử cho phép van dự trữ điện áp Kdt = Điện áp triac cần chọn: UđmT = 2.354 = 708 V Từ hai thơng số dòng điện điện áp cần có ta chọn loại van Triac BTA-137 có thông số sau: + Điện áp định mức: Uđm = 800 V + Dòng điện định mức: Iđm = A + Dòng điện điều khiển: Iđk = 50 m A + Điện áp điều khiển: Uđk = 1.3V + Dòng điện rò: Ir = 500 µA + Dòng điện trì: Ih = 15 mA + Sụt van mở: ∆ U = 1.5 V + Thời gian giữ xung điều khiển: tx = + Tốc độ tăng điện áp: du dt = 500 V/ µ µs s + Nhiệt độ làm việc cực đại: T0C = 1250C Hình 8.7 Hình ảnh Triac Bảo vệ q điện áp q trình đóng cắt Triac thực cách mắc R - C song song với triac (hoặc thyristor) Khi có chuyển mạch điện tích tích tụ lớp bán dẫn, phóng ngồi 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 q trình chuyển mạch nên triac (hoặc thyristor) không bị điện áp - Tính chọn mạch điều khiển: Hình 8.8 Thơng số mạch điều khiển điện áp xoay chiều Thông số mạch điều khiển: µ Ω Ω C1 = 224pF, C2 = 473pF, C3 = 1500 F, R1 = 560 , R1X = 100K , Ω P1VC = 5K - Chọn tất Diode mạch điều khiển dùng loại 1N4007 có thơng số: Dòng điện định mức: Iđm = A Điện áp A - K lớn nhất: UAK = 1000 V Sụt áp Diode: ∆ U = 1,1 V * Do ngưỡng điện áp mạch điều khiển dạng tín hiệu mạch điều khiển khác mạch động lực, để bảo vệ mạch điều khiển ta phải cách ly mạch điều khiển mạch động lực Từ thông số mạch động lực tính tốn ta chọn phần tử cách ly mạch động lực mạch điều khiển cách ly quang MOC 3021 hãng Motorola Hình 8.9 Sơ đồ khối sơ đồ nguyên lý MOC3021 Hình 8.10 Sơ đồ nối TCA785 với MOC3021 Stt Tên thiết bị, dụng cụ,vật liệu Các loại Triac để học viên chọn theo kết Đặc tính 1A, 2A, 5A Số lượng Ghi Stt Tên thiết bị, dụng cụ,vật liệu Đặc tính Số lượng Ghi tính tốn Điện trở 100 Ω – 100W Tấm nhôm tản nhiệt 30x30x30x1mm Đế lắp tản nhiệt gỗ phíp có chân đế 150x300x3mm Máy biến áp pha Sđm=100VA,U2 = 15 ÷ 220V Khoan điện cầm tay mũi khoan Ф3-Ф6 220V/500W Dây dẫn đơn có bọc cách điện 1x1.5mm2 Kìm thường Kìm cắt 10 Kìm tuốt dây 11 Tơ vít 12 Đồng hồ đo vạn 13 Mỏ hàn điện, thiếc hàn, nhựa thơng 14 Vít bắt 15 Cọc đấu dây 16 Phích cắm pha 17 Bộ phát xung điều khiển pha độ nhạy 10.000Ω/V 5m 1 M3 10 – 15 + Bước 2: Vẽ mạch in sơ đồ bố trí linh kiện - Căn vào sơ đồ nguyên lý ta vẽ sơ đồ bố trí thiết bị vẽ mạch in thiếc hàn, nhựa thông đủ dùng + Bước 3: Gá lắp linh kiện, hàn nối - Gá lắp linh kiện vị trí cực - Mối hàn phải chuẩn, đẹp theo yêu cầu + Mối hàn phải gọn, tròn có chóp + Dây nối phải tráng thiếc + Bước 4: Đo vẽ dạng sóng dòng áp tải dụng cụ đo - Dùng đồng hồ đo điện áp đầu - Dùng máy sóng đo dạng điện áp tải KIỂM TRA: * Bảng nhận xét đánh giá học viên: Nội dung cơng việc TT cần hồn thành Số điểm Lập kế hoạch thực công việc Nhận biết kí hiệu, hình dạng thực tế thiết bị cần cho khảo sát Phân tích nguyên lý hoạt động Lắp khảo sát theo sơ đồ Vẽ biểu đồ trạng thái hoạt động Đưa mạch ứng dụng thực tế Tổng điểm Xếp loại 0,5 1,5 10 Điểm Đánh giá Ghi ... VREÌ K t Điện áp tụ: V10 = R9 C10 TCA 785 hãng Siemen chế tạo, sử dụng để điều khiển thiết bị chỉnh lưu, thiết bị chỉnh dòng điện áp xoay chiều Có thể điều chỉnh góc α từ 00 đến 1800 điện Thông... yếu TCA 785: + Điện áp ni: US = 18V + Dòng điện tiêu thụ: IS = 10mA + Dòng điện ra: I = 50mA + Điện áp cưa: Ur max = (US - 2)V + Điện trở mạch tạo điện áp cưa: R9 = 20K + Điện áp điều khiển: U11.. .Điều chỉnh điện áp xoay chiều pha phương pháp thay đổi điện áp hệ thống có nguồn hình sin cách sử dụng xung kích cổng thyristor có tần số góc lệch pha thay đổi so với hình