MẠCH ĐIỀU ÁP XOAY CHIỀU 1 PHA DÙNG TRIAC

Vai trò các linh kiện: -Ta Triac điều khiển điện áp trên đèn -VR Biến trở để điều chỉnh thời gian dẫn của triac -R Điện trở hạn chế -Da Điac định ngưỡng điện áp để triac dẫn -K Công tắc sơ đồ điều khiển này không triệt để, vì ở vùng điện áp nhỏ khi Triac dẫn ít rất khó điều khiển.

Đồ án 3: Điện Tử Công Suất-TĐĐ TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ------------ CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập-Tự do- Hạnh phúc ------------ tuthienbao.com ĐỒ ÁN MÔN HỌC Khóa học: 2010-2014 Ngành học: Đo lường-Điều khiển tự động Lớp: Đ- ĐT K8.4 ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU ÁP XOAY CHIỀU MỘT PHA ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN. Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Thị Thanh Tâm Nhóm sinh viên thực hiện: Hoàng Lương Thái Sơn Trần Văn Thoại Hưng Yên ngày 11 tháng 11 năm 2012 GV hướng dẫn: Nguyễn Thị Thanh Tâm Trang 1 Đồ án 3: Điện Tử Công Suất-TĐĐ ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU ÁP XOAY CHIỀU MỘT PHA ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ TẢI R-L. I-Số liệu cho trước: -Dòng xoay chiều với các thông số: -Đông cơ với các thông số: U đm =220V; P đm =0.2kw ,n đm =1420vg/ph,I dđm =1.9A, η đm =60%, Cosφ đm =0.8; f đm =50Hz. tuthienbao.com II-Nội dung cần hoàn thành: •Báo cáo về tiến độ thực hiện các công việc theo từng tuần. •Thuyết minh đề tài: ( Phân tích yêu cầu, trình bày các phương pháp thực hiện, cơ sở lý thuyết, quá trình thực hiện đồ án,…) •Các bản vẽ thiết kế cho từng khối, cho toàn bộ mạch đầy đủ chính xác. • Phải đảm bảo tính khả thi, tính ổn định khi làm việc của sản phẩm. •Sản phẩm còn phải đảm bảo tính mỹ quan mà vẫn đảm bảo tính kỹ thuật đáp ứng được yêu cầu của giáo viên hướng dẫn. •Trình bày được hướng phát trển của đề tài. GV hướng dẫn: Nguyễn Thị Thanh Tâm Trang 2 Đồ án 3: Điện Tử Công Suất-TĐĐ MỤC LỤC: CHƯƠNG I: ĐỘNG CƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU MỘT PHA 6 1.1. Khái niệm .6 1.2. Nguyên lý điều khiển động cơ xoay chiều một pha 6 1.3. Một số mạch điều khiển động cơ một pha 7 CHƯƠNG II: BỘ ĐIỀU ÁP XOAY CHIỀU MỘT PHA .9 2.1. Đặt vấn đề 9 2.2. Giới thiệu một số sơ đồ mạch động lực 9 2.3. Giới thiệu về phần tử bán dẫn triac .12 2.3.1 Cấu tạo và ký hiệu .12 2.3.2 Đặc tính V-A 13 2.4. Điều áp xoay chiều một pha ứng với tải R-L 14 PHẦN II: THIẾT KẾ MẠCH .17 CHƯƠNG I: THIẾT KẾ .17 1.1. Sơ đồ khối .17 1.2. Phân tích từng khối .17 1.2.1. Khối nguồn .17 1.2.2 .Mạch lực .18 1.2.3.Mạch điều khiển 20 1.2.3.1.Phân tích .20 1.2.3.2. Nguyên lý hoạt động .21 1.2.3.3.Giới thiệu TCA 785 22 1.2.3.4.Sơ đồ .26 CHƯƠNG II: CHẾ TẠO MẠCH .27 GV hướng dẫn: Nguyễn Thị Thanh Tâm Trang 3 Đồ án 3: Điện Tử Công Suất-TĐĐ 2.1. Tính toán thiết kế để chế tạo mô hình .27 2.1.1. Tính chọn van động lực 27 2.1.2. Chọn thiết bị bảo vệ .28 2.1.2.1. Bảo vệ quá nhiệt 28 2.1.2.2. Bảo vệ quá dòng điện cho van 29 2.1.2.3. Bảo vệ quá điện áp cho van .29 2.3. Sơ đồ board .34 2.4. Sơ đồ bố trí thiết bị 35 2.5. Phương hướng phát triển của đề tài .35 GV hướng dẫn: Nguyễn Thị Thanh Tâm Trang 4 Đồ án 3: Điện Tử Công Suất-TĐĐ LỜI NÓI ĐẦU Điện tử công suất và truyền động điên là một môn học hay và lý thú, cuốn hút được nhiều sinh viên theo đuổi. Là những sinh viên chuyên ngành đo lường điều khiển, chúng em muốn được tiếp cận và hiểu sâu hơn nữa bộ môn điện tử công suất và truyền động điện.Vì vậy, đồ án môn học chế tạo sản phẩm là điều kiện tốt giúp chúng em kiểm chứng được lý thuyết đã được học. Trong đồ án điện tử công suất lần này, chúng em đã được nhận đề tài “Nghiên cứu,thiết kế bộ điều áp xoay chiều một pha điều khiển tốc độ động cơ”. Sau thời gian nghiên cứu, chúng em đã chế tạo thành công bộ điều khiển điện áp xoay chiều 1 pha 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 cô Nguyễn Thị Thanh Tâm, 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 cô giáo và bạn trong các đồ án sau này. Chúng em xin chân thành cảm ơn! Nhóm thực hiện: Hoàng Lương Thái Sơn Trần Văn Thoại GV hướng dẫn: Nguyễn Thị Thanh Tâm Trang 5 Đồ án 3: Điện Tử Công Suất-TĐĐ PHẦN I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHƯƠNG I: ĐỘNG CƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU MỘT PHA 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. 1.2. Nguyên lý điều khiển động cơ xoay chiều một 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 GV hướng dẫn: Nguyễn Thị Thanh Tâm Trang 6 Đồ án 3: Điện Tử Công Suất-TĐĐ 1.3. Một số mạch điều khiển động cơ một 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 15 - 4: 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. * 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. * 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. GV hướng dẫn: Nguyễn Thị Thanh Tâm Trang 7 Đồ án 3: Điện Tử Công Suất-TĐĐ GV hướng dẫn: Nguyễn Thị Thanh Tâm Trang 8 Đồ án 3: Điện Tử Công Suất-TĐĐ CHƯƠNG II: BỘ ĐIỀU ÁP XOAY CHIỀU MỘT PHA 2.1. Đặt vấn đề Các bộ biến đổi điện áp xoay chiều dùng để biến đổi điện áp hiệu dụng đặt lên tải. Nguyên lý của bộ biến đổi này là dùng các phần tử van bán dẫn nối tải với nguồn trong một khoảng thời gian t 1 rồi lại cắt đi trong một khoảng thời gian t 0 theo một chu kỳ lặp lại T. Bằng cách thay đổi độ rộng của t 1 hay t 0 trong khoảng T ta thay đổi được giá trị điện áp trung bình ra trên tải. Nguyên lý này có ưu điểm là điều chỉnh điện áp ra trong một phạm vi rộng và vô cấp, hiệu suất cao vì tổn thất trên các phân tử điện tử công suất rất nhỏ. Điều áp xoay chiều thường được sử dụng trong điều khiển chiếu sáng, đốt nóng, trong khởi động mềm và điều chỉnh tốc độ quạt gió hoặc máy bơm. -Phân loại: Dựa vào số pha nguồn cấp mà ta có các bộ điều chỉnh điện áp khác nhau là Điều áp xoay chiều một pha, Điều áp xoay chiều ba pha. 2.2. Giới thiệu một số sơ đồ mạch động lực Hình 1 giới thiệu một số mạch điều áp xoay chiều một pha. Hình 1a là điều áp xoay chiều điều khiển bằng cách mắc nối tiếp với tải một điện kháng hay điện trở phụ (tổng trở phụ ) biến thiên. Sơ đồ mạch điều chỉnh này đơn giản dễ thực hiện. Tuy nhiên, mạch điều chỉnh kinh điển này hiện nay ít được dùng, do hiệu suất thấp (nếu Z f là điện trở ) hay cosϕ thấp(nếu Z f là điện cảm ). Hình 1 Các phương án điều áp một pha Người ta có thể dùng biến áp tự ngẫu để điều chỉnh điện áp xoay chiều U 2 như trên hình 1b. Điều chỉnh bằng biến áp tự ngẫu có ưu điểm là có thể điều chỉnh điện áp U 2 từ 0 đến trị số bất kì, lớn hay nhỏ hơn điện áp vào. Nếu cần điện áp ra có điều chỉnh, mà vùng điều chỉnh có thể lớn hơn điện áp vào, thì phương án phải dùng biến áp là tất yếu. Tuy nhiên, khi dòng tải lớn, sử dụng biến áp tự ngẫu để điều chỉnh, khó đạt được yêu cầu như GV hướng dẫn: Nguyễn Thị Thanh Tâm Trang 9 U 1 Z f U 2 i Z a U 2 b TBB§ U 2 U 1 C U 1 i Z Z i Đồ án 3: Điện Tử Công Suất-TĐĐ mong muốn, đặc biệt là không điều chỉnh liên tục được, do chổi than khó chế tạo để có thể chỉ tiếp xúc trên một vòng dây của biến áp. Hai giải pháp điều áp xoay chiều trên hình 1a,b có chung ưu điểm là điện áp hình sin, đơn giản. Có chung nhược điểm là quán tính điều chỉnh chậm và không điều chỉnh liên tục khi dòng tải lớn. Sử dụng sơ đồ bán dẫn để điều chỉnh xoay chiều, có thể khắc phục được những nhược điểm vừa nêu. Các sơ đồ điều áp xoay chiều bằng bán dẫn trên hình 1c được sử dụng phổ biến. Lựa chọn sơ đồ nào trong các sơ đồ trên tuỳ thuộc dòng điện, điện áp tải và khả năng cung cấp các linh kiện bán dẫn. Có một số gợi ý khi lựa chọn các sơ đồ hình 1c như sau: Hình 2: Sơ đồ điều áp xoay chiều một pha bằng bán dẫn a. bằng hai tiristor song song ngược b. bằng triac c. bằng một tiristor một diod d. bằng bốn diod một tiristor Sơ đồ kinh điển hình 2.A thường được sử dụng nhiều hơn, do có thể điều khiển được với mọi công suất tải. Hiện nay Tiristor được chế tạo có dòng điện đến 7000A, thì việc điều khiển xoay chiều đến hàng chục nghìn ampe theo sơ đồ này là hoàn toàn đáp ứng được GV hướng dẫn: Nguyễn Thị Thanh Tâm Trang 10 T 2 Z T 1 U 1 Z T U 1 a. D 2 Z T U 1 D 1 D 3 D 4 d. b. Z U 1 c. D 1 T 1 T 2 D 2 . số pha nguồn cấp mà ta có các bộ điều chỉnh điện áp khác nhau là Điều áp xoay chiều một pha, Điều áp xoay chiều ba pha. 2.2. Giới thiệu một số sơ đồ mạch. thiệu một số sơ đồ mạch động lực Hình 1 giới thiệu một số mạch điều áp xoay chiều một pha. Hình 1a là điều áp xoay chiều điều khiển bằng cách mắc nối tiếp