GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NGUỒN ỔN ÁP MỘT CHIỀU

CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NGUỒN ỔN ÁP MỘT CHIỀU Hiện nay trong công nghiệp có rất nhiều ứng dụng dùng điện áp một chiều do những ưu điểm vượt trội của nó. Điện áp một chiều được sử dụng trong các máy vận chuyển; trong truyền động máy cắt gọt, trong giao thông đường sắt: ôtô chạy điện, xe rùa bốc dỡ hàng, trong kỹ thuật điện hoá . Động cơ một chiều có mômen mở máy lớn, điều chỉnh trơn được tốc độ và rất đa dạng trong việc lựa chọn công suất. Tuy nhiên việc dùng động cơ điện một chiều có một số hạn chế là dòng điện một chiều không sử dụng rộng rãi, chế tạo phức tạp, cồng kềnh. Do đó để có được dòng điện một chiều ta phải biến đổi từ dòng điện xoay chiều được dùng rộng rãi nhờ “ Nguồn ổn áp một chiều ”. Nguồn ổn áp một chiều là một máy điện biến dòng điện xoay chiều tần số 50Hz thành dòng điện một chiều có điện áp tuỳ ý dựa vào yêu cầu của phụ tải. Điện áp đầu ra có thể giữa cố định trong một khoảng điện áp nào đó nhờ vào tín hiệu xung điều khiển Tranzitor. Mạch ổn áp gồm 4 phần chính sau: + Biến áp: Biến đổi điện áp từ lưới điện 220V tần số 50Hz thành điện áp thấp phù hợp với đầu vào của bộ chỉnh lưu bán dẫn. + Chỉnh lưu: Là bộ biến đổi điện áp xoay chiều ở đầu vào thành điện áp một chiều ở đầu ra có độ nhấp nhô phụ thuộc vào sơ đồ chỉnh lưu. + Bộ lọc: là bộ để lọc bớt thành phần sóng hài bậc cao của điện áp chỉnh lưu nhằm mục đích san phẳng điện áp chỉnh lưu + Mạch ổn áp: là mạch để duy trì điện áp tải ở một khoảng nhất định khi phụ tải thay đổi đột ngột. CHƯƠNG 2 CÁC PHƯƠNG ÁN MẠCH CHỈNH LƯU Để điều chỉnh điện áp ra ta có thể sử dụng các phương án mạch như sau : Với yêu cầu của đề tài, mạch chỉnh lưu cần phải có chất lượng điện áp ra rất tốt với hệ số đập mạch rất nhỏ, vì vậy ở đây ta chỉ xét đến các sơ đồ cầu : chỉnh lưu điều khiển cầu một pha đối xứng, không đối xứng ; chỉnh lưu điều kiển cầu ba pha đối xứng , không đối xứng và chỉnh lưu cầu không điều khiển 1 pha , 3 pha kết hợp với băm xung. 1. Chỉnh lưu điều khiển một pha sơ đồ cầu : 1.1.Sơ đồ đối xứng : - ta có sơ đồ mạch lực như hình vẽ sau : a. sơ đồ nguyên lý ( hình 1.a) I T1 I T4 b. đồ thị dòng áp (hình 1.b) α Π u d i d i 1 i 4 i 2 ωt ωt ωt ωt ωt 2Π I d I d I d I d - I d Hình 1.b_đồ thị dòng áp _sơ đồ cầu điều khiển một pha đối xứng - điện áp vào tsinU2u 22 ω= (V) ω = 2πf , f = 50Hz Nguyên tắc hoạt động của sơ đồ như sau : trong nửa chu kỳ đầu u 2 > 0 T 1 có khả năng mở, tại thời điểm t 1 ta đưa xung mở thysistor T 1 và T 3 , chúng mở ngay và cho dòng chảy theo đường T 1 - Tải - T 3 - Nguồn , áp đặt lên tải u d = u 2 và có chiều như hình vẽ .Tương tự trong nửa chu kỳ sau , tại t = t 2 ta đưa xung vào mở thysistor T 2 và T 4 , dòng sẽ chảy theo đường T 2 - Tải - T 4 - Nguồn . C . Hoạt động của sơ đồ: (khi không xét đến trùng dẫn) cầu gồm 6 thyristor chia thành 2 nhóm nhóm Catốt chung :T 1, , T 3 , T 5 ; nhóm Anốt chung : T 2 , T 4 , T 6 ; điện áp các pha thứ cấp máy biến áp lần lượt là: U a = 2 2sinU θ ; U b = 2 2sin( 2 3 U ) π θ − ; U c = 2 2sin( 4 3 U ) π θ − ; Góc mở α được tính từ điểm chuyển mạch tự nhiên( giao điểm của các nửa hình sin). Giả thiết T 5 , T 6 đang dẫn cho dòng chảy qua V F = V c ; V G = V b ; * Khi θ = θ 1 = 6 π + α cho xung điều khiển mở T 1 .thyristor này được mở vì V a >0 sự mở của T 1 làm cho T 5 bị khoá lại một cách tự nhiên vì V a > V c . Lúc này T 6 và T 1 cho dòng chảy qua, và điện áp trên tải là: U d =U ab =V a -V b ;  Khi θ = θ 2 = 3 6 π + α cho xung điều khiển mở T 2 khi T 2 mở nó làm cho T 6 bị khóa lại tương tự trên .  Quá trình cứ tiếp tục như vậy, mỗi van được đưa xung vào mở sau 1 3 T ;  Ta có biểu thức tính toán sau: điện áp trung bình trên tải : U d = 5 6 2 6 63 2sin cos 2 Ud π α π α 6 θ θα ππ + + = ∫ điện áp ngược lớn nhất đặt lên van: U nmax = 2 6U ; dòng điện chảy qua các van là : I T = I d / 3; 2. Sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 fa điều khiển : a. sơ đồ:( Hình 2a) Hình 2a_sơ đồ chỉnh điều khiển cầu 3 fa I T4 I T1 I 6 b. Đồ thị dòng áp mạch chỉnh lưu cầu 3 fa ĐK( Hình 2b ) d . hoạt động của sơ đồ: (khi không xét đến trùng dẫn) cầu gồm 6 thyristor chia thành 2 nhóm nhóm Catốt chung :T 1, , T 3 , T 5 ; nhóm Anốt chung : T 2 , T 4 , T 6 ; điện áp các pha thứ cấp máy biến áp lần lượt là: U a = 2 2sinU θ ; U b = 2 2sin( 2 3 U u A u B u C t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 0 ω t uf 2 Π Π ) π θ − ; Ud I 1 I 6 I d Ungmax ω t ω t ω t ω t ω t i T1 i T6 u T1 ω t i a 0 0 0 0 0 0 U c = 2 2sin( 4 3 U ) π θ − ; Góc mở α được tính từ điểm chuyển mạch tự nhiên( giao điểm của các nửa hình sin). Giả thiết T 5 , T 6 đang dẫn cho dòng chảy qua V F = V c ; V G = V b ; * Khi θ = θ 1 = 6 π + α cho xung điều khiển mở T 1 .thyristor này được mở vì V a >0 sự mở của T 1 làm cho T 5 bị khoá lại một cách tự nhiên vì V a > V c . Lúc này T 6 và T 1 cho dòng chảy qua, và điện áp trên tải là: U d =U ab =V a -V b ;  Khi θ = θ 2 = 3 6 π + α cho xung điều khiển mở T 2 khi T 2 mở nó làm cho T 6 bị khóa lại tương tự trên .  Quá trình cứ tiếp tục như vậy, mỗi van được đưa xung vào mở sau 1 3 T ;  Ta có biểu thức tính toán sau: điện áp trung bình trên tải : U d = 5 6 2 6 63 2sin cos 2 Ud π α π α 6 θ θα ππ + + = ∫ điện áp ngược lớn nhất đặt lên van: U nmax = 2 6U ; dòng điện chảy qua các van là : I T = I d / 3;  nhận xét: sơ đồ chỉnh lưu cầu 3fa điều khiển có ưu điểm là có thể dễ dàng điều khiển các thyristor đóng mở thông qua góc mở α , và công suất của sơ đồ là khá lớn . Nhưng bên cạnh đó nó có những hạn chế nhất định như : chất lượng điện áp ra xấu phụ thuộc vào góc mở α và hiện tượng trùng dẫn. Sơ đồ này chỉ nên dùng với yêu cầu công suất lớn mà không quan tâm đến chất lượng áp ra ! . 3. Bộ băm xung áp một chiều 1. Giới thiệu chung Bộ băm xung áp một chiều dùng để biến đổi điện áp một chiều E thành xung điện áp một chiều có trị số trung bình U tb có thể thay đổi được. Khi bộ băm xung áp làm việc ở chế độ giảm áp trị số trung bình U tb của các xung điện áp đặt vào phụ tải có thể điều chỉnh từ trị số không đến trị số lớn nhất bằng điện áp một chiều E cung cấp cho bộ băm: 0 < U tb ≤ E. Khi bộ băm xung áp làm việc ở chế độ tăng áp có thể điều chỉnh cho điện áp trung bình trên tải U tb đạt đến giá trị lớn hơn điện áp E đặt của nguồn điện: E < U tb <∝. Bộ băm xung áp một chiều được coi như là một công tắc tơ tĩnh đóng mở liên tục một cách chu kỳ. Nó được sử dụng rộng rãi trong các máy vận chuyển, trong truyền động máy cắt gọt, trong giao thông đường sắt, ôtô chạy điện, xe rùa bốc dỡ hàng, trong kỹ nghệ điện hoá . Thiết bị băm xung làm việc với hiệu suất cao tổn hao năng lượng ít hơn so với phương pháp điều chỉnh điện áp một chiều liên tục, ít nhạy cảm với môi trường vì tham số điều chỉnh là thời gian đóng mở để đặt hoặc cắt nguồn trên tải, kích thước nhỏ. Tuy nhiên bộ băm xung áp có nhược điểm là : phải dùng cùng với bộ lọc đầu ra do đó làm tăng quán tính của qúa trình điều khiển khi sử dụng các mạch điều khiển kín. Nếu tần số đóng mở lớn sẽ phát sinh ra nhiễu vô tuyến. 2. Nguyên tắc hoạt động của bộ băm xung áp một chiều làm việc ở chế độ giảm áp. Bộ băm xung áp một chiều là một khoá điện H làm bằng tranzito hay bằng tiristo được điều khiển đóng mở một cách chu kỳ. Khi làm việc ở chế độ giảm áp bộ băm xung áp một chiều H được đặt nối tiếp giữa nguồn điện áp một chiều E và phụ tải như trên hình vẽ. a) Trị số trung bình của điện áp trên tải U tb . Khi bộ băm H đóng điện thì điện áp đặt lên tải có trị số u = E. Còn khi H ngắt điện thì u = 0. Sơ đồ nguyên lý: Trị số trung bình của điện áp một chiều đặt lên phụ tải là: EE T T Edt T udt T U d T T tb d α ==== ∫∫ 00 11 với T đ là thời gian đóng của khoá H, hay độ rộng xung T là chu kì băm, hay chu kì xung α = T T d là hệ số lấp đầy xung áp còn gọi là tỉ số chu kì: ta có α ≤ 1. Bằng cách biến đổi trị số của hệ số α ta nhận được các trị số khác nhau của điện áp trung bình của điện áp trung bình U tb trên phụ tải. Có thể cho α biến đổi bằng hai cách: 1 - Cố định chu kì băm T, thay đổi thời gian đóng điện T đ của bộ băm, ta có bộ băm tần số cố định. 2 - Cố định thời gian đóng điện T đ , biến đổi chu kì băm T, ta có bộ băm tần số biến thiên. H L R E U Nếu T đ = 0 thì α = 0 ta có U tb = 0 lúc này bộ băm thường xuyên ngắt mạch. Khi T đ = T, ta có α =1 và U tb = E, bộ băm thường xuyên đóng mạch điện. Bộ băm xung áp một chiều thường đóng điện và ngắt điện liên tục với tần số cao (200 ÷ 500Hz) nên thường là một khoá bán dẫn. b) Sơ đồ thực tế của bộ xung áp một chiều dùng transistor Bộ băm xung áp sử dụng tranzito có tần số băm lớn khoảng vài kilohert. Các tranzito không cần mạch để khoá lại như tiristo nên rất đơn giản và có thể làm việc với tần số tương đối lớn. Các bộ băm dùng tranzito công suất có thể đạt tới tần số băm từ 10 đến 100 kHz một cách dễ dàng. Khi dùng bộ băm xung áp có thể không cần dùng cuộn cảm san bằng hoặc chỉ cần cuộn cảm có điện cảm nhỏ nối tiếp với tải cũng đủ san bằng dòng điện trên tải thành dòng điện một chiều có trị số không đổi. Nhược điểm của bộ băm điện bằng Tranzito là có công suất nhỏ, chỉ đạt cỡ vài kilôoát đến vài chụ kilôoát là cùng. Sơ đồ của bộ băm xung áp một chiều dùng Tranzito. Tải Chỉnh lưu không điều khiển L 2 • • • • • • K D C 1 Sơ đồ nguyên lý của bộ băm xung áp một chiều Ld Rd Trên sơ đồ thì bộ băm xung áp làm việc như một công tác tơ tĩnh (K) đóng mở liên tục 1 cách chu kì . Nhờ vậy mà biến đổi được điện áp một chiều không đổi E thành các xung điện áp một chiều U tb có trị số có thể điều chỉnh được. Điện áp U tb này đặt vào phần ứng động cơ sẽ làm thay đổi tốc độ động cơ ô tô. Khi bộ băm xung áp làm việc ở chế độ giảm áp thì 0<U tb <E. Khi bộ băm xung áp làm việc ở chế độ tăng áp thì E<U tb <0. Trong sơ đồ trên L,C là bộ phận lọc để san bằng và giữ cho điện áp tải thực tế là không đổi ,mục đích là giảm hệ số đập mạch nâng cao chất lượng điều chỉnh . Điện áp trên tải thu được phụ thuộc vào tần số đóng cắt khoá K.Trong khi đó các hạn chế về công nghệ và tổn hao của bộ biến đổi điện áp một chiều quyết định giới hạn tần số làm việc của bộ biến đổi .Để tránh các sóng không mong muốn và từ đấy tránh được Momen đập mạch thì tần số phải lớn hơn một mức nào đó .Tần số đóng cắt càng nhanh thì càng giảm được kích thước của bộ lọc ,nhưng nếu quá lớn sẽ sinh ra nhiễu vô tuyến .Vì vậy phải cân nhắc để lựa chọn được bộ biến đổi làm việc ở dải tần thích hợp( dưới 1KHz). Thực tế thường dùng tần số băm khoảng 400Hz ÷ 600Hz. Thực tế khoá K trên sơ đồ nguyên lý được thay bằng khoá điện tử cụ thể là Tiristor hoặc Transistor(Công suất hoặc MOS). Dùng Tiristor có ưu điểm là trị số giới hạn cao ,làm việc chắc chắn rẻ tiền,tổn hao khi dẫn nhỏ nhưng có nhược điểm là mở chậm nên chỉ sử dụng rộng rãi ở tần số đóng mở thấp (dưới 500Hz). Transistor MOS thích hợp với dải tần số chuyển mạch cao hơn 100KHz. Transistor công suất thích hợp với dải tần từ 10->100Khz,có giá thành rẻ hơn,tổn hao ít hơn MOS. Với hệ thống dùng Transistor thì yêu cầu làm mát không cao bằng Tiristor,nhưng Tiristor lại cho phép dễ bảo vệ chống lại các sự cố hơn Transistor 4.So sánh các phương án : [...]... 1 điện áp đầu vào sẽ có một điện áp đầu ra có độ lớn gấp K (tuỳ ý)lần điện áp đầu vào 8 Khối nguồn điện áp chuẩn: LM78L15CH 1 3 + 15V 2 C1 u2 C2 C3 - Điện áp u2 được lấy từ lưới vào qua biến áp phụ (Có thể ghép chung với biến áp chính ) sau đó qua bộ chỉnh lưu công suất nhỏ và đưa vào đầu vào của vi mạch ổn áp LM78L15CH với các tụ lọc như sau : C1 = 1000μF C2 = 330nF C3 = 100nF Ngoài điện áp chuẩn... 4.Khâu lấy áp sai lệch : -E Để lấy sự thay đổi của điện áp lưới ta làm như sau: Khi áp vào chuẩn là 220VAC ta có áp chỉnh lưu ra chuẩn là 60 VDC và có áp sai lệch u = 0 V ; khi áp vào thay đổi ( biến động 10% ) ta có sai lệch khác 0 áp từ đầu vào đưa đến Bộ phân áp R1 R4 R3 -E R2 OP3 +E R5 Uref +E RX3 Đầu vào của bộ phân áp ta nối vào mạch lực Nguyên tắc hoạt động của khâu này như sau : khi áp vào là... việc điều khiển cũng dễ dàng hơn Do yêu cầu của bộ ổn áp một chiều công suất nhỏ nên ta sẽ chọn phương án dùng chỉnh lưu không điều khiển kết hợp với bộ băm xung áp một chiều Phương pháp này có ưu điểm là dùng các van Diode rẻ tiền hơn các van Thysistor đồng thời việc điều khiển dễ dàng hơn do ta không cần bộ đồng pha , dịch pha và ta chỉ điều khiển một van điều khiển hoàn toàn CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN MẠCH... khâu này cho áp ra bằng 0V khi áp vào tăng lên nó cho áp ra âm đủ lớn để bù lại áp điều khiển sao cho áp ra không đổi Ta chọn các thông số : với R1 và R2 ta chọn sao cho khi áp vào là 220V thì có áp ra bằng 6V , ta chọn R1, R2 khá lớn để hạn chế dòng điện cụ thể : chọn R1 = 900k ; R2 = 100k ; con trượt trên RX3 đặt ở vị trí sao cho Uref = 6 V (với E = 15 V) Khi áp vào là 220V+10% thì áp vào bộ băm... lực cho bộ ổn áp như sau : Máy biến áp Chỉnh lưu không điều khiển Bộ băm Bộ điều chỉnh dòng Bộ lọc UR = 24 VDC Ta có sơ đồ mạch lực như sau : T1 + 220 V 24VDC T2 L + MBA D0 B 60VDC C1 C2 Trong mạch lực như trên T1 làm việc ở chế độ bão hoà như một khoá đóng cắt , T2 làm việc ở chế độ tuyến tính để ổn định áp ra 1 Tính toán các thông số điện áp, dòng điện và công suất máy biến áp Máy biến áp công suất... đảm bảo áp ra bằng 24V ta phải có hệ số băm lúc này là : ε = 24 = 0,3636 hay áp điều khiển lúc này là 66 uđk = ε.15 = 5,45 V Tương tự ta có lúc áp lưới giảm 10% thì : ε= udk 24 = 0,44 54 = ε.15 = 6,55V Vậy bộ lấy áp sai lệch phải thoả mãn : khi áp vào tăng lên 66V thì có áp ra bằng u = - (6 – 5,45 ) = - 0,55V và khi áp vào bằng 54 V thì : u = - (6 – 6,67) = 0,55V Từ sơ đồ bộ phân ta có : khi áp vào... 1,1.4 chọn R1 = 8 Ω dòng điện lớn nhất qua đèn T0 là IT 0 max = 6.Khâu phản hồi áp : U V − UR = 4,5A R1 Khi dòng tải càng lớn làm cho T2 càng dẫn và sụt áp trên van này càng giảm do đó khi áp vào không thay đổi thì áp ra sẽ tăng lên do vậy ta phải thay đổi giá trị áp vào để giữ cho áp ra không đổi URa =24VDC R1 Uph R2 Khi áp ra bằng 24 ta chọn Uph = 3V do đó điện trở R1 lấy bằng 23 K và R2 = 1K 7 Khâu... Điện áp răng cưa được đưa vào cửa đảo của OP3 - Khi UD = (Udk2-UIII) > 0 thì UIV= (E-2) (V) - Khi UD=(Udk2-UIII) < 0 thì UIV= - (E - 2) V Kết quả là ở đầu ra của khuếch đại thuật toán OP3 có một dãy xung vuông liên tiếp Uphd là tín hiệu lấy từ bộ phản hồi dương dòng được chuyển thành tín hiệu áp đưa về Upha là tín hiệu lấy từ sự thay đổi của áp lưới qua bộ phân áp đưa đến Chỉnh RX3 sao cho áp chuẩn... tải và điện áp vào Mạch hoạt động dựa trên nguyên tắc lấy sự thay đổi của dòng điện tải phản hồi về và lấy sự thay đồi của áp lưới để thay đổi độ rộng xung điều khiển đặt lên Transistor Nguyên tắc hoạt động của mạch điều khiển như sau : khi dòng tải nhỏ ta điều chỉnh tỉ số băm ε để cho áp ra bằng 24 V, khi tải tăng lên kéo theo sụt áp trên van Transistor điều dòng giảm đồng thời sụt áp trên MBA và... làm cho áp ra thay đổi do vậy ta phải thay đổi tỉ số băm để giữ cho áp ra không đổi ) và khi áp vào thay đổi kéo theo sự thay đổi của áp ra ta phải thay đổi tỉ số băm để giữ cho áp ra không đổi Trong mạch điều khiển có những khối chính sau : khối tạo dao động làm nhiệm vụ tạo ra xung dao động chuẩn Khối tạo xung răng cưa tạo ra dạng xung răng cưa chuẩn để tạo ra xung điều khiển Khối lấy điện áp sai . 3. Bộ băm xung áp một chiều 1. Giới thiệu chung Bộ băm xung áp một chiều dùng để biến đổi điện áp một chiều E thành xung điện áp một chiều có trị số trung. xoay chiều được dùng rộng rãi nhờ “ Nguồn ổn áp một chiều ”. Nguồn ổn áp một chiều là một máy điện biến dòng điện xoay chiều tần số 50Hz thành dòng điện một