Đồ án Thiết kế bộ ổn áp xoay chiều

Trường ĐH Cơng nghiệp Việt Trì Khoa: Điện -o0o - Đồ án điện tử công suất MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BỘ ỔN ÁP XOAY CHIỀU I Giới thệu chung: II Phân loại nguyên lý hoạt động loại ổn áp thông dụng Ổn áp sắt từ không tụ: Ổn áp sắt từ có tụ Ổn áp kiểu khuếch đại từ Ổn áp làm việc theo nguyên tắc biến áp 10 Ổn áp kiểu bù: 12 CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ BỘ ÁN XOAY CHIỀU PHA 14 I Các dạng ổn áp 14 Kiểu ổn định điện áp kiểu máy biến áp kết hợp điều khiển tự động 14 Ổn định điện áp kiểu khuyếch đại từ 15 Ổn định điện áp sắt từ có tụ: 15 Ổn định điện áp điện tử công suất: 16 II Lựa chọn phương án 16 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THUYẾT MINH SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MẠCH ỔN ÁP 17 I.Giới thiệu chung 17 II Sơ đồ nguyên lý mạch ổn áp 18 Sơ đồ mạch lực 18 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển ổn áp 19 Nguyên lý làm việc ổn áp 20 CHƯƠNG 4: TÍNH CHỌN THIẾT BỊ 23 I Tính chọn thiết bị động lực 23 Chế tạo biến áp tự ngẫu công suất 5KVA: 23 Thiết kế tính tốn máy biến tín hiệu 27 Thiết kế chế tạo máy biến áp lực 27 II.Tính chọn động servo linh kiện mạch điều khiển 30 Động servo 30 Tính chọn linh kiện 30 III Tính chọn nguồn ổn áp chiều cung cấp cho mạch điều khiển 31 GVHD: ThS Vũ Doãn Vượng Sinh Viên : Hoàng Trung Hiếu Lớp: ĐT1Đ17 Trường ĐH Cơng nghiệp Việt Trì Khoa: Điện -o0o - Đồ án điện tử công suất Nhiệm vụ yêu cầu nguồn nuôi 31 2.Tính tốn chế tạo nguồn ni ổn áp 31 IV Tính chọn mạch bảo vệ cho nguồn ổn áp công suất KVA 34 Giới thiệu chung 34 Thiết kế chế tạo mạch bảo vệ điện áp dải làm việc: 35 V Lắp ráp chế tạo ổn áp 36 Giới thiệu chung: 36 Lắp ráp mạch điều khiển động secvô: 37 Mạch bảo vệ dải làm việc ổn áp: 38 Lắp ráp nguồn nuôi mạch điều khiển 40 Hộp động lực: 40 KẾT LUẬN 41 GVHD: ThS Vũ Dỗn Vượng Sinh Viên : Hồng Trung Hiếu Lớp: ĐT1Đ17 Trường ĐH Cơng nghiệp Việt Trì Khoa: Điện -o0o - Đồ án điện tử công suất LỜI NĨI ĐẦU Ngày cơng nghiệp phát triển nhu cầu sử dụng điện đời sống sản xuất chiếm vị trí vơ quan trọng Nguồn lượng điện với ưu nguồn lượng dễ sử dụng, không gây ô nhiễm môi trường người sản xuất Bởi điện dần thay lượng khác than, dầu mỏ, khí đốt… Hiện nay, nhu cầu sử dụng điện lớn Một vấn đề cần giải người vận hành điện hộ sử dụng điện có nguồn điện chất lượng cao, thể tính :Sự ổn định điện áp ,thời gian cung cấp điện,… ổn định điện áp ảnh hưởng nhiều tới thông sô kĩ thuật ,các tiêu kinh tế thiết bị điện Em chọn đề tài ” Thiết kế ổn áp xoay chiều ” làm đề tài với mong muốn để bạn sinh viên khố sau thực hành nắm kiến thức hồn chỉnh nguồn ổn áp, để từ thiết kế máy ổn áp dân dụng hay máy ổn áp công nghiệp Trong thời gian học tập Khoa Điện-Trường Đại Học Cơng Nghiệp Việt Trì, chúng em học tập tìm hiểu nhiều kiến thức chuyên ngành Được giúp đỡ tận tình thầy giáo Vũ Dỗn Vượng, chúng em hồn thành đồ án môn học cách nghiêm túc thời hạn Tuy nhiên, lượng kiến thức thân có hạn, chúng em khơng tránh khỏi sai sót thưc hiện,vì chúng em mong góp ý, bảo tận tình thầy để đồ án thiết kế hoàn thiện Phú Thọ, ngày tháng năm Sinh viên thực Hoàng Trung Hiếu GVHD: ThS Vũ Dỗn Vượng Sinh Viên : Hồng Trung Hiếu Lớp: ĐT1Đ17 Trường ĐH Cơng nghiệp Việt Trì Khoa: Điện -o0o - Đồ án điện tử công suất CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BỘ ỔN ÁP XOAY CHIỀU Ổn áp thiết bị tự động trì điện áp thay đổi phạm vi nhỏ điện áp vào thay đổi phạm vi lớn Cùng với phát triển khoa học kĩ thuật, loại ổn áp ngày cải tiến từ đơn giản đến phức tạp chất lượng ngày tốt Để đánh giá chất lượng ổn áp dựa tiêu chí sau: + Dải thay đổi điện áp đầu vào lớn tốt, điều chứng tỏ khả ổn định điện áp đầu ổn áp đầu vào thay đổi + Độ ổn định điện áp hay sai số điện áp thực tế so với mức điện áp mong muốn + Độ tác động nhanh ổn áp điện áp lưới thay đổi đột ngột nhằm giữ cho điện áp ổn áp ổn định + Độ méo dạng sóng điện áp Ổn định điện áp ảnh hưởng nhiều tới thông số kĩ thuật,các tiêu kinh tế thiết bị điện, cụ thể:  Đối với động không đồng điên áp giảm xuống 10% momen quay giảm 19%, hệ số trượt tăng 27.5%, dòng roto tăng 14%, dịng Stato tăng 10%, giảm tiếp 20% momen giảm 36% Ngược lại điện áp tăng lên 10% mơ men quay tăng lên 21% , hệ số trượt giảm xuống 20%, dịng điện Rơto giảm xuống 18% , dòng điện stato giảm xuống 10%  Đối với thiết bị chiếu sáng, điện áp giảm xuống 10%thì quang thơng 30% điện áp giảm xuống 20% số đèn huỳnh quang khơng có khả phát sáng Khi điện áp tăng 10% quang thơng đèn tăng lên 35%, tuổi thọ đèn giảm ba lần Nguồn ổn áp đặc biệt quan trọng thiết bị điều khiển tự động hoá cao, dây chuyền sản xuất, vi xử lý Do để có dịng điện ổn định đáp ứng tốt cho nhu cầu sản xuất dân sinh yêu cầu vô cấp thiết Cho đến với phát triển khoa học kỹ thuật cho phép thiết kế nguồn ổn áp theo nhiều phương pháp như:  Ổn áp sắt từ có tụ  Ổn áp sắt từ khơng tụ  Ổn áp dùng khuếch đại từ GVHD: ThS Vũ Dỗn Vượng Sinh Viên : Hồng Trung Hiếu Lớp: ĐT1Đ17 Trường ĐH Cơng nghiệp Việt Trì Khoa: Điện -o0o - Đồ án điện tử công suất  Ổn áp dùng máy biến áp kêt hợp điều khiển tự động  Ổn áp kiểu bù Ở phương án có ưu,nhược điểm đặc trưng riêng thơng số kĩ thuật,chỉ tiêu kinh tế I Giới thệu chung: Do lưới điện dao động nhiều ảnh hưởng không tốt đến hoạt động thiết bị điện nên người ta chế tạo thiết bị tự động ổn định điện áp (gọi tắt ổn áp) Phạm vi nhỏ điện áp vào thay đổi phạm vi lớn Cùng với phát triển khoa học kĩ thuật, loại ổn áp ngaỳ cải tiến từ đơn giản đến phức tạp chất lượng ngày tốt Để đánh giá chất lượng ổn áp người ta đưa công thức sau: K= U v U r U r U v K : hệ số đánh giá chất lượng ổn áp ΔUv,Uv : độ biến thiên điện áp vào , điện áp vào ΔUr,Ur : độ biến thiên điện áp , điện áp Như qua công thức thấy muốn nâng cao chất lượng ổn áp phải giảm độ biến thiên điện áp II Phân loại nguyên lý hoạt động loại ổn áp thông dụng Ổn áp sắt từ không tụ: a) Nguyên lý làm việc: Ổn áp sắt từ không tụ làm việc dựa theo nguyên lý bão hoà từ, sơ đồ nguyên lý làm việc ổn áp sắt từ khơng tụ trình bày đây: Hình1.1 Sơ dồ nguyên lý làm việc ổn áp sắt từ không tụ b) Cấu tạo: Ổn áp loại gồm hai cuộn dây W cuộn dây W2 quấn hai lõi thép: GVHD: ThS Vũ Dỗn Vượng Sinh Viên : Hồng Trung Hiếu Lớp: ĐT1Đ17 Trường ĐH Cơng nghiệp Việt Trì Khoa: Điện -o0o - Đồ án điện tử công suất -Cuộn dây W1 cuộn tuyến tính (có khe hở khơng khí mạch từ) -Cuộn dây W2 cuộn bão hoà -Điện áp vào Uv đặt lên hai cuộn W1 W2 điện áp lấy cuộn bão hoà W2 c) Nguyên lý làm việc Với cấu tạo thấy rằng: Uv= U1 + U2 Và bỏ qua tổn hao hai cuộn kháng ta có: UV= U1 + UR Đặc tính V – A phần tử thể hình 1.2 đây: Hình 1.2 Từ đường đặc tính nhận thấy với thay đổi lớn điện áp vào đầu ổn áp thay đổi Tuy dao động điện áp tương đối lớn đặc tính V-A cuộn kháng bão hồ khơng thể nằm song song với trục hồnh d) Ưu nhược điểm ổn áp sắt từ không tụ  Ưu điểm: -Có cấu tạo đơn giản -Dễ thiết kế, chế tạo  Nhược điểm: -Điện áp bị méo dạng -Dòng tổn hao lớn -Hiệu suất thấp GVHD: ThS Vũ Dỗn Vượng Sinh Viên : Hồng Trung Hiếu Lớp: ĐT1Đ17 Trường ĐH Cơng nghiệp Việt Trì Khoa: Điện -o0o - Đồ án điện tử công suất -Chất lượng ổn áp không cao Ổn áp sắt từ có tụ a) Cấu tạo Hình 1.3 Ổn áp sắt từ có tụ gồm hai cuộn kháng:Cuộn W1 cuộn W2 Cuộn W1 cuộn làm việc chế độ tuyến tính,cuộn W2 làm việc chế độ bão hoà Hai cuộn đươc mắc nối tiếp Điện áp đầu vào đươc đặt lên hai cuộn này.Điện áp đươc lấy hai đầu cuộn W2 tụ C Tụ C mắc song song với cuộn bão hồ W2 Mục đích để giảm nhỏ dịng chạy cuộn W 1.Việc mắc thêm tụ điện mạch tạo tương cộng hưởng ổn áp sắt từ có tụ cịn gọi cổng hưởng b) Ngun lý hoạt động Tụ C tính tốn cho điện áp vào U V = Uđm IC = 1, lúc mạch điện trạng thái cộng hưởng dịng điện Đặc tính V – A Hình 1.4 Khi vào đường đặc tính thấy rằng: -Khi UR< UCH : mạch có tính điện dung -Khi UR UCH c) Ưu nhược điểm ổn áp sắt từ có tụ + Ưu điểm -Hiệu suất cao -Độ tác động nhanh -Đơn giản, dễ chế tạo + Nhược điểm -Điện áp bị méo dạng -Dải điện áp đầu vào hẹp -Xuất sóng hài bậc Ổn áp kiểu khuếch đại từ a) Cấu tạo Gồm khuyếch đại từ biến áp tự ngẫu.Hình vẽ sau mơ tả cấu tạo ổn áp kiểu khuyếch đại từ Kđt Wt Wđk Uđk Hình 1.5 Cấu tạo ổn áp khuếch đại từ + Khuyếch đại từ khí cụ điện gồm nhiều cuộn dây quanh mộtlõi thép, có cuộn làm việc cuộn điều khiển Cuộn điều khiển cấp điện chiều thường có hai cuộn mắc ngược cực tính để khử ảnh hưởng mạch xoay chiều cuộn làm việc vào mạch chiều cuộn điều khiển +Điều chỉnh điện áp hay dòng điện cuộn làm việc nhờ điều khiển dòng điện cuộn điều khiển + Điện áp vào đặt vào đầu vào biến áp tự ngẫu + Điện áp lấy đầu biến áp tự ngẫu GVHD: ThS Vũ Doãn Vượng Sinh Viên : Hồng Trung Hiếu Lớp: ĐT1Đ17 Trường ĐH Cơng nghiệp Việt Trì Khoa: Điện -o0o - Đồ án điện tử công suất b) Nguyên lý hoạt động UV = UKĐT + UTN UR = K.UTN = K( UV – U KĐT ) Như muốn cho UR không đổi IĐK phải điều chỉnh cho thoả mãn: - Khi UV tăng điều chỉnh IĐK tăng để UKĐT tăng - Khi UV giảm điều chỉnh IĐK giảm để UKĐT giảm Vì vấn đề đặt tạo trình tự động thay đổi IĐK theo quy luật UV thay đổi để UR không đổi Điều giải nhờ hệ thống điều khiển gồm cấu phát, đo, so sánh phần tử điện từ điện tử c) Nguyên lý hoạt động ổn áp khuyếch đại từ Hình1.6 Sơ đồ nguyên lý làm việc ổn áp khuếch đại từ W1, W2, W3: cuộn dây điều chỉnh cấu phát Chúng ta phải chỉnh định R1 cho UV = Uđm IT = Iđm điện áp Ur = Uđm,tức : UV = Uđm GVHD: ThS Vũ Dỗn Vượng Sinh Viên : Hồng Trung Hiếu Lớp: ĐT1Đ17 Trường ĐH Cơng nghiệp Việt Trì Khoa: Điện Đồ án điện tử công suất -o0o - UT = Iđm UR= Uđm + Cuộn Uđk2 Wđk3 mắc nối tiếp với hai cuộn kháng bão hoà L cuộn tuyến tính L3 qua chỉnh lưu + Cuộn Wđk2 Wđk3 đấu ngược cưc tính nên sức từ động chúng hiệu hai sức từ động + Biến trở R2 để chỉnh định dòng Iđk2 + Biến trở R3 để chỉnh định dòng Iđk3 + Việc điều chỉnh dòng điều khiển Iđk2 Iđk3 thực cho UR = URđm IW=0 Hình vẽ 1.7 thể đặc tính ổn áp kiểu khuyếch đại từ: Wđk3 đk2 Wđk2 Hình 1.7 d) Ưu nhược điểm ổn áp khuyếch đại từ  Ưu điểm - Khả chịu tải lớn - Hiệu suất cao - Có thể chế tạo với cơng suất lớn - Điện áp ổn định - Độ tác động nhanh  Nhược điểm - Giá thành hạ - Thiết bị cồng kềnh phức tạp - Điện áp bị méo dạng Ổn áp làm việc theo nguyên tắc biến áp Trong máy biến áp, điện áp tỷ lệ với số vòng dây theo biểu thức: GVHD: ThS Vũ Dỗn Vượng Sinh Viên : Hồng Trung Hiếu 10 Lớp: ĐT1Đ17 Trường ĐH Cơng nghiệp Việt Trì Khoa: Điện -o0o - Đồ án điện tử công suất Thiết kế tính tốn máy biến tín hiệu Có thơng số sau : P = 30W ,U1 = 220v, U2 = 12v, Itải = 5A Tiết diện lõi sắt: Ta có : F=k P: Cơng suất biểu kiến máy biến áp K: Hệ số kinh nghiệm k= 1,1 ÷ 1,3 F: Tiết diện lõi sắt Chọn k = 1,2 => F = 1,2 = 6,6 (cm2) Vậy trụ đế quấn dây hình vng cạnh 2,6 cm Tiết diện thực lõi thép : FT = Kc.KG.F = 0,94.0,84.6,6 = 5,2 (cm2) Số vòng dây thứ cấp: W2 = U2 (4,44 f FT Bm ) Ta có : f = 50Hz , Bm = 1,1, E2 =4,44 W2 = 12 = 94 ( vòng) 4,44.50.1,1.5,2.10-4 Số vòng dây sơ cấp: W1 = U1 (4,44 f FT B m ) Ta có : f = 50Hz , Bm = 1,1 W1 = 220 = 1732 ( vòng) 4,44.50.1,1.5,2.10 -4 Dòng điện : Thứ cấp I2 = Sơ cấp I1 = I tai = = 4,5 (A) 1,11 1,11 94 w2 I2 = 4,5 = 0,25 (A) 1732 w1 Bề rộng cửa sổ mạch từ : R= 26 = 13 (mm) Thiết kế chế tạo máy biến áp lực Các thông số : S= 5KVA GVHD: ThS Vũ Doãn Vượng Sinh Viên : Hồng Trung Hiếu 27 Lớp: ĐT1Đ17 Trường ĐH Cơng nghiệp Việt Trì Khoa: Điện Đồ án điện tử cơng suất -o0o - Phạm vi thay đổi điện áp lưới : 50 v đến 380 v Với U1min = 50 V I1 = S/U1min = 5000 = 100 (A) 50 Với U2min = 380 V I2 = S/U1max = 5000 = 13,15 (A) 380 => Chọn Iđm = 100 (A) Ta có tiết diện lõi sắt : F = 1,3 = 91,92 (cm2) Tiết diện thực lõi sắt : chọn Kcl = 0,9 => Kthực = F 0.9 = 91,92 0,9 = 82,73 (cm2) Với Kcl hệ số ghép sát tối đa Số vòng dây quấn nv tạo 1v sức điện động cho cuộn dây máy biến áp: Nv = =>Nv = Nv = 0,45 (vòng/V) Với 50 hệ số phụ thuộc vào tần số chất lõi, giá trị thường chọn giá trị từ 35 50 Bm cảm ứng từ thường chọn giá trị từ 1,2T  1,6T Nhưng thường chọn 1,2T Số vòng tạo thành cuộn dây sơ cấp : N1 = Nv U1 N1 = 0,45 380 => N1 = 171 (vòng) Số vòng tạo thành cuộn thứ cấp: N2 = Nv U2 N2 = 0.45 50 =>N2 = 22,5 (vòng) - Chọn mật độ dòng điện: J = 50 A / mm2 100 I Tiết diện dây quấn sau: S = = = (mm2) 50 J Vậy S= (mm2) Đường kính dây quấn : d = 4.S  = 3,14 GVHD: ThS Vũ Dỗn Vượng Sinh Viên : Hồng Trung Hiếu = 1,59 (mm2) 28 Lớp: ĐT1Đ17 Trường ĐH Cơng nghiệp Việt Trì Khoa: Điện -o0o - Đồ án điện tử công suất d = 1.59 (mm2) Chọn dây dẫn biến áp tự ngẫu có tiết diện trịn , có thơng số sau : Đường kính ngồi : d =1,5( bề mặt dây quấn phải mài phần để điện áp chổi than Nên chọn dây có đường kính = 1,5) II.Tính chọn động servo linh kiện mạch điều khiển Động servo Servo loại động điện đặc biệt có khả quay cấu chấp => hành tới vị trí xác giữ cứng vị trí cấu chấp hành bị đẩy trở lại Dải góc quay chuẩn đầu trục thường 900 1800 Cấu tạo động cơ: - Động chiều (motor) gồm hai phần chính: stato phần đứng yên roto phần quay - Stato phần nam châm vĩnh cửu lắp phía nằm sát vỏ động DC - Roto gồm nhiều vòng dây quấn trục động DC - Dòng chiều đưa vào hay lấy roto thông qua chổi than tỳ lên cổ góp.Cổ góp kết cấu hình trụ bề mặt có nhiều phiến góp, số phiến góp số cuộn dây chúng cách điện với mica - Biến trở - Hộp giảm tốc: Do động Servo chạy với tốc độ nhanh nên cần qua giảm tốc (ít sử dụng trực tiếp đáp ứng) nhằm để đạt tốc độ mong muốn - Mạch điều khiển - Vỏ: bảo vệ thành phần servo motor - Dây tín hiệu gồm: + Dây điện dương + Dây tín hiệu + Dây nối mát Tính chọn linh kiện Khi ta tính chọn linh kiện cho mạch điều khiển vấn đề cần quan tâm linh kiện chọn phải loại có sẵn thị trường , để phải sửa chữa thay tìm mua dễ dàng Sau ta tiến hành tính GVHD: ThS Vũ Dỗn Vượng Sinh Viên : Hồng Trung Hiếu 29 Lớp: ĐT1Đ17 Trường ĐH Cơng nghiệp Việt Trì Khoa: Điện -o0o - Đồ án điện tử công suất chọn linh kiện mạch , để đơn giản ta chọn trước tri số vài linh kiện sau tính chọn phần tử lại cho phù hợp Biến áp tín hiệu dùng loại 220 (V) R1 : Điện trở hạn chế dòng chọn loại 10 K R2 : Điện trở phân áp chọn loại 10 K Tụ C1 : tụ lọc tín hiệu , tín hiệu khơng cần hồn tồn phẳng cần thay đổi dùng tụ lớn tín hiệu lì khơng thay đổi nên chọn tụ C1 có giá trị nhỏ 10μ R3, R4 , KĐT1 : khuyếch đại đảo Chọn R3 = 22K , R4 = 560 K Vậy hệ số khuyếch đại : R4 560 = 22,5 (lần) K= = R3 22 R5 : chọn R5 = 10 K R6 , R8 : chọn R6 = 10 K , R8 = 10 K R7 ,R : chọn R7 = 10 K , R9 = 10K Tầng thứ cầu Dalingtơn Tr1-Tr2 chọn loại C828 Tầng thứ cầu Dalingtơn Tr3-Tr4 chọn loại A564 Có thông số sau : Pmax (mW) ICmax (mA) Vcc (V) β ToC Fgh (mhz) 220 50 30 220 125 220 R10 , R11 : điện trở hạn chế dòng cho hai cầu dalingtơn nên phải chọn cho đảm bảo tranzito Tr1- Tr2 Tr3- Tr4 bão hồ Ta có : I bco = ICmax / β = 50 = 0,23 mA 220 Chọn độ dự chữ gấp 10 lần : Ibco = 0,23 10 = 2,3 mA Vậy trị số R10 R11 : 12 R10 = R11 = = 5,2 K 2.3 Chọn điện trở chuẩn R10 = R11 = 4,7 K Chọn động secvơ chiều có cơng suất 10W , điện áp 12V Dòng định mức secvô : Iđm = 10.10  =833mA 12 Từ dịng định mức động secvơ ta chọn tầng thứ cầu dalingtơn: Tr2 H1061 , Tr4 A671 Các khuyếch đại thuật toán KĐT1 , KĐT2 , KĐT3 chọn loại LM741 Có thơng số bảng sau : GVHD: ThS Vũ Doãn Vượng Sinh Viên : Hoàng Trung Hiếu 30 Lớp: ĐT1Đ17 Trường ĐH Cơng nghiệp Việt Trì Khoa: Điện -o0o - Đồ án điện tử công suất A0 Hệ số khuếch đại điện áp hở mạch 100dB Zi Trở kháng vào 1MΩ Z0 Trở kháng 15Ω Ib Dòng điện phân cực vào 200mA Vsmax Điện áp nuôi cực đại 18v V1max Điện áp vào cực đại 13v V0max Điện áp cực đại 14v F0 Tần số chuyển tiếp 1Mhz Cánh tản nhiệt : Để đảm bảo cho tranzito H1061 A671 làm việcđược lâu dài khơng bị nóng nơi mà biến áp phải hoạt động liên tục, tức nơi điện áp phải hoạt động nhiều cần lắp thêm cánh tản nhiệt III Tính chọn nguồn ổn áp chiều cung cấp cho mạch điều khiển Nhiệm vụ yêu cầu nguồn nuôi Như biết, mạch điều khiển ví não thi nguồn nuôi cung cấp cho mạch điều khiển ví mạch máu cung cấp lượng ni não Do tất mạch điều khiển dù đơn giản hay phức tạp thiếu nguồn nuôi Trong ổn áp thiết kế cần nguồn để làm nguồn ni khuyếch đại thuật tốn, làm nguồn chuẩn để so sánh nguồn kí hiệu : + Uư - Uư Hai nguồn phải cung cấp điện áp ổn định +12V -12V điện áp đầu vào dao động từ 127V đến 380V, tức dải làm việc ổn áp Ổn áp làm việc nguồn ni mạch điều khiển có, đảm bảo ổn áp làm việc ln tin cậy 2.Tính tốn chế tạo nguồn ni ổn áp Ổn áp thiết kế có hai nguồn ni giống hệt nên tính tốn ta cần tính cho cịn có số liệu giống Có nhiều sơ đồ để áp dụng cho việc lắp ráp nguồn nuôi này, qua thực tế thử nghiệm em chọn sơ đồ sau: GVHD: ThS Vũ Dỗn Vượng Sinh Viên : Hồng Trung Hiếu 31 Lớp: ĐT1Đ17 Trường ĐH Cơng nghiệp Việt Trì Khoa: Điện -o0o - Đồ án điện tử cơng suất Hình 4.2 Sơ đồ cấu tạo nguồn nuôi ổn áp IC 7812 : vi mạch ổn áp ± 12V có thông số kĩ thuật sau : Mã hiệu Điện áp vào Dòng điện Điện áp UA7812MK 17V-33V 1A 11,5-12,5 Qua sơ đồ thấy đáp ứng yêu cầu độ ổn định điện áp đầu điện áp đầu vào thay đổi từ 50V đến 380V.Số lượng linh kiện ít, chủng loại linh kiện nên thiết kế mạch in dễ dàng Tính tốn thiết kế biến áp nguồn ni: Để điện áp nguồn ổn định +12V -12V cung cấp cho mạch điều khiển ta thiết kế biến áp với thông số sau: * Điện áp đầu nguồn ổn áp: Ura = + 12(V) * Dòng tải lớn nhất: Itải = 1A • Phạm vi thay đổi điện áp lưới: Ulưới =50V đến 380V 1) Chọn điện áp rơi nhỏ ΔUmin =5V IC ổn áp ứng với lúc điện áp xoay chiều đầu vào nhỏ U1min= 50V 2) Điện áp nhỏ cửa vào IC ổn áp (khi có tụ lọc): UVmin = Ura + ΔUmin => UVmin = 12 + = 17V 3) Điện áp chỉnh lưu nhỏ chưa có tụ lọc ( giá trị trung bình điện áp đập mạch ) : Ucl = 2UVmin = 2.17 = 34 V (ở coi tụ lọc nâng giá trị trung bình điện áp đập mạch lên lần ) 4) Điện áp nhỏ thứ cấp máy biến áp theo sơ đồ chỉnh lưu Cầu pha GVHD: ThS Vũ Doãn Vượng Sinh Viên : Hồng Trung Hiếu 32 Lớp: ĐT1Đ17 Trường ĐH Cơng nghiệp Việt Trì Khoa: Điện -o0o - Đồ án điện tử công suất U1max= 1,11 Uclmin + ΔUba  U2min = 1,11.34 + = 41,74 V Trong lấy ΔUba = V điện áp rơi dây quấn máy biến áp dây dẫn 7) Điện áp chỉnh lưu lớn (chưa có tụ lọc): Uclmax= 0,9.U2max =0,9.26 = 23,4V 8) Điện áp lớn cửa vào IC ổn áp (khi có tụ lọc) ứng với điện áp lưới U1max = 380V: Uvmax = 2Uclmax = 33V ( coi tụ C1 nâng điện áp trung bình lên lần ) 9) Sụt áp lớn IC ổn áp Δ Umax = Uvmax – Ur = 33 – 12 = 21V 10) Công suất tổn thất lớn IC ổn áp Δ Pmax= ΔUmax Itải => Δ Pmax = 21.1 = 21W 11) Công suất tải yêu cầu: Ptải = Ur Itải =>Ptải = 12.1 = 12 W 12) Công suất máy biến áp P = Ptải + Δ Pmax => P = 12 + = 33 (W) 13) Tiết diện lõi sắt máy biến áp = 1,2 = 6,9cm2 F = 1,2 14) Hệ số quấn dây F40 → 60 50 N0 = = = 7,2 ( vòng/ vol) F 6.9 Việc chon hệ số 40-> 60 phụ thuộc vào chất lượng tôn tôn máy biến áp ta chọn hệ số = 50 15) Số vòng dây: Cuộn sơ cấp: W1 = No.U1max = 7,2.240 => W1 = 1737 (vòng) Cuộn thứ cấp : W2 = No.U2max = 7,2.26 => W2 = 189 (vòng) 16) Dòng điện: Thứ cấp : I2 = Itải / 1,11 GVHD: ThS Vũ Dỗn Vượng Sinh Viên : Hồng Trung Hiếu 33 Lớp: ĐT1Đ17 Trường ĐH Cơng nghiệp Việt Trì Khoa: Điện Đồ án điện tử công suất -o0o - => I2 = / 1,11 => I2 = 0,9 (A) Sơ cấp: I1 = W2 I2 W1 => I1 = 189 1737.0,9 =>I1 = 0,1 (A) 17) Tiết diện dây : chọn J = Sơ cấp : S1 = => Thứ cấp: S2 = I2 J I1 J => => S1 = S2 = 0,1 = 0,03 (mm2) 0,9 = 0,3 (mm2) 18) Đường kính dây Sơ cấp : d1 = 4.S1 =  4.0.03  = 0.2 (mm) => d1 = 0,2 (mm) Thứ cấp : d2 = 4.S 4.0,3 = = 0.6 (mm)   => d2 = 0,6 (mm) 19) Chọn IC ổn áp tuyến tính loại 7812 Chọn tụ hố C2 : ( 4,7 ÷ 10 ) μ điện áp Ura = 12(V) Chọn tụ hoá C1 : (1000 ÷ 3000) μ Uvmax = 33 (V) Chọn cầu chỉnh lưu : 5(A) IV Tính chọn mạch bảo vệ cho nguồn ổn áp công suất KVA Giới thiệu chung Như biết, tất thiết bị điện muốn làm việc tốt, lâu dài vận hành phải tuân thủ nghiêm ngặt yêu cầu kĩ thuật, giới hạn cho phép điện áp …Thế nhiều nguyên nhân khách quan bất ngờ dẫn đến hỏng hóc thiết bị Do hệ thống bảo vệ thiết bị điện thiếu Bộ ổn áp mà chúng em thiết kế nguồn ổn áp cơng suất KVA, có dải làm việc rộng khả tự động hoá cao Thế ổn áp làm việc khơng tin cậy có cố lưới điện: điện áp vượt GVHD: ThS Vũ Dỗn Vượng Sinh Viên : Hồng Trung Hiếu 34 Lớp: ĐT1Đ17 Trường ĐH Cơng nghiệp Việt Trì Khoa: Điện -o0o - Đồ án điện tử công suất ngồi dải làm việc ổn áp Vì từ giới hạn dải điện áp làm việc thiết kế mạch bảo vệ ngoàI dải làm việc ổn áp Thiết kế chế tạo mạch bảo vệ điện áp dải làm việc: Bộ ổn áp làm việc tốt dải điện áp từ 50V ÷ 380 V Cịn điện áp lưới vượt ngồi phạm vi điện áp đầu ổn áp khơng cịn ổn định định mức Như dựa vào dải làm việc ổn áp mà ta chọn ngưỡng 50V 380 V để thiết kế mạch bảo vệ + Khi Ul < 50V động secvô làm việc, Ura không ổn áp + Khi Ul > 380V cắt khơng cho động secvơ làm việc, Ura không ổn áp + Khi 50V < Ul < 380V động sec vơ tự động làm việc, điện áp biến áp ổn áp Nguyên lý làm việc mạch bảo vệ điện áp ngồi dải làm việc Hình 4.3 Sơ đồ nguyên lý mạch bảo vệ điện áp dải làm việc Khi điện áp lưới giảm xuống < 380 V, theo nguyên lý làm việc mạch điều khiển , Tr3 Tr4 mở có dịng từ GND chạy qua động secvô qua 2KH -Uư Động secvơ quay theo chiều giảm số vịng dây biến áp ổn định Khi điện áp vào biến áp ổn áp giảm xuống < 50 V động secvơ tác động vào cơng tắc hành trình 2KH ngắt nguồn cấp cho động dẫn đến động ngừng hoạt động, (điện áp vào nhỏ nên điện áp nhỏ) Tác dụng Đ2 để ngăn dịng từ GND chạy –Uư, dẫn dịng từ +Uư đến GND trường hợp cơng tắc hành trình 2KH bị tác động Như trường hợp 2KH bị tác động điện áp đầu vào ổn áp tăng lên > 50 V điện áp lớn điện áp ổn định, Tr Tr2 mạch điều khiển mở, dẫn dòng từ +Uư qua Đ2 đến động secvơ GVHD: ThS Vũ Dỗn Vượng Sinh Viên : Hồng Trung Hiếu 35 Lớp: ĐT1Đ17 Trường ĐH Cơng nghiệp Việt Trì Khoa: Điện -o0o - Đồ án điện tử công suất GND Động secvô quay theo chiều tăng số vòng dây tự động chạy khỏi cơng tắc hành trình 2KH dẫn đến mạch Reset lại quay trạng thái làm việc bình thường Tương tự vậy, điện áp vào biến áp ổn áp tăng lên lớn 127V Tr1 Tr2 mạch điều khiển mở, dẫn dịng từ +U qua cơng tắc hành trình 1KH, 2KH đến động GND Động secvơ quay theo chiều tăng số vịng dây biến áp ổn áp Trong trường hợp điện áp vào biến áp ổn áp lớn 380V, động secvơ tác động vào cơng tắc hành trình 1KH ngắt nguồn cấp cho động cơ, động ngừng hoạt động Tác dụng Đ1 để ngăn dòng từ +Uư cấp cho động trường hợp 1KH bị tác động dẫn dịng ngược lại từ GND qua 2KH +Uư Như trường hợp 1KH bị tác động, điện áp đầu vào biến áp ổn áp giảm nhỏ 127V Tr Tr4 mở dẫn dịng từ GND qua 2KH, qua Đ1 -Uư cấp nguồn cho động secvơ quay theo chiều giảm số vịng dây tự động chạy khỏi cơng tắc hành trình 1KH, mạch reset trở trạng thái hoạt động ban đầu Trong trường hợp có cố điện, động secvơ tự động quay theo chiều tăng số vịng dây, tránh trường hợp có điện trở lại điện áp lúc lớn mà trước điện điện áp nhỏ) gây cố tải điện áp đầu vào tăng đột ngột.Ta sử dụng tụ có dung lượng 4700μF, tiếp điểm thường đóng Rơle , điốt Đ3 Khi mạch Reset hoạt động bình thường, tụ C nạp đầy để dự trữ Khi điện Rơle điện, tiếp điểm thường đóng rơle đóng lại, tụ phóng điện qua cực dương tụ, qua động secvô GND cực âm tụ, làm động secvô quay trượt chổi than tăng số vòng dây (vị trí có số vịng dây an tồn) Chọn linh kiện: Kí hiệu Số lượng Giá trị Ghi Tụ 4700 μF 4700 μF chiều Điốt quốc phòng 1A Bảng thống kê linh kiện mạch bảo vệ điện áp dải làm việc V Lắp ráp chế tạo ổn áp Giới thiệu chung: Mỗi thiết bị điện ngồi việc thiết kế tính tốn phải trải qua trình chế tạo thử nghiệm chỉnh định thông số cho phù hợp với GVHD: ThS Vũ Doãn Vượng Sinh Viên : Hồng Trung Hiếu 36 Lớp: ĐT1Đ17 Trường ĐH Cơng nghiệp Việt Trì Khoa: Điện -o0o - Đồ án điện tử cơng suất chế độ làm việc ngồi thực tế Bởi tính tốn thiết kế mang tính lý thuyết nhiều, nên đưa thiết bị vào hoạt động thực tế nhiều nảy sinh vấn đề chưa thật phù hợp cần phải tìm biện pháp khắc phục chỉnh định lại số thông số để đưa vào vận hành, ổn áp thực mang lại hiệu Mặt khác linh kiện thiết kế tính tốn, lựa chọn, thị trường lại nên phải chọn dùng loại khác, số thơng số khác lại phải thay đổi cho phù hợp.Chính u cầu nhóm chúng em giành thời gian lắp chỉnh định Lắp ráp mạch điều khiển động secvô: Với sơ đồ nguyên lý thiết kế linh kiện tiến hành lắp ráp linh kiện theo sơ đồ vào mạch in.Trước lắp linh kiện ta tiến hành kiểm tra chất lượng linh kiện để đảm bảo cho mạch hoạt động tốt Sơ đồ đấu dây: Mạch phải đảm bảo tiêu chuẩn sau : + Khi điện áp vào định mức 50V điện áp giá tri định mức, lúc khơng cần dịng điện điều chỉnh dịng động + Khi điện áp vào nhỏ giá tri định mức điện áp nhỏ giá trị định mức mong muốn, cần tăng giá trị điện áp đầu ra, tăng bằngcách mạch điều khiển điều khiển động secvô di chuyển trượt chổi than đến vị trí giảm số vịng dây máy biến áp động lực, kết điện áp đầu tăng lên đạt giá trị định mức Khi điện áp vào nhỏ địi hỏi điều chỉnh điện áp GVHD: ThS Vũ Doãn Vượng Sinh Viên : Hoàng Trung Hiếu 37 Lớp: ĐT1Đ17 Trường ĐH Cơng nghiệp Việt Trì Khoa: Điện -o0o - Đồ án điện tử công suất cuộn dây lớn, nghĩa mạch điều khiển điều khiển động secvô di chuyển trượt chổi than đến vị trí giảm số vịng dây máy biến áp động lực + Khi điện áp lớn điện áp định mức mạch điều khiển điều khiển động secvô di chuyển trượt chổi than đến vị trí làm tăng số vịng dây máy biến áp động lực, kết điện áp đầu giảm xuống giá trị điện áp định mức mong muốn Điện áp lớn hệ số điều chỉnh điện áp cuộn dây phải lớn, mạch điều khiển điều khiển động secvơ di chuyển trượt chổi than đến vị trí làm tăng số vòng dây máy biến áp động lực trượt chổi than đến vị trí làm tăng số vòng dây máy biến áp động lực Bảng giá trị linh kiện mạch: Mạch bảo vệ dải làm việc ổn áp: Ta tiến hành lắp ráp mạch bảo vệ theo sơ đồ nguyên lý: Tên linh kiện Kí hiệu Giá trị Điện trở R1, R2 ,R5,R6 , 10K R7 , R9 R3 R4 R10 , R11 10 K 22 K 500 K 4,5 K Biến trở VR1=VR2=VR3 50K Tụ điện C1 C2 4,7 μ /16v 104 KĐT Tranzitor KĐT1,KĐT2,KĐT3 Tr1 Tr2 Tr3 Tr4 GVHD: ThS Vũ Dỗn Vượng Sinh Viên : Hồng Trung Hiếu Ghi Xoay chiều μ A741 C828 H1061 A546 A671 38 Lớp: ĐT1Đ17 Trường ĐH Công nghiệp Việt Trì Khoa: Điện -o0o - Đồ án điện tử công suất Mạch bảo vệ gồm: điốt 1A tụ mắc song song có giá trị 4700 μF rơle Lắp ráp nguồn nuôi mạch điều khiển Từ sơ đồ nguyên lý thiết kế mạch in để lắp linh kiện vào kích thước mạch in khống chế vị trí đặt nguồn ổn áp,đồng thời để mộtkhoảng mạch in để lắp cánh tản nhiệt cho hai tranzito.Ở hai đầu mạch in lắp đầu nối để tiện tháo lắp Chọn vị trí lắp led cho đứng ngồi nhìn thấy thi có nguồn cho mạch, với kích thước linh kiện ta khoan lỗ chân linh kiện mm 1Φ để cắm cho dễ dàng Hộp động lực: Hình 7.1 Cấu tạo hộp động lực * Tủ hộp động lực gồm : GVHD: ThS Vũ Dỗn Vượng Sinh Viên : Hồng Trung Hiếu 39 Lớp: ĐT1Đ17 Trường ĐH Cơng nghiệp Việt Trì Khoa: Điện -o0o - Đồ án điện tử công suất - Biến áp tự ngẫu - Biến áp tín hiệu - Biến áp ổn áp - Biến áp nguồn ni - Các mạch điều khiển * Kích thước hộp : - Cao 300 mm - Dài 500 mm - Rộng 300 mm Khung tủ gia công sắt, hộp có mặt đáy mặt bên làm thép, mặt lại sử dụng chất liệu mica để sinh viên tiện theo dõi trình hoạt động thực hành,riêng mặt trước sơn đen in sơ đồ khối mạch lực Mặt trước hộp lực gồm : - đồng hồ vôn kế đo điện áp vào điện áp - đèn báo ổn áp làm việc - núm xoay biến áp tự ngẫu - cọc cắm Bên hơng hộp bố trí áttơmat đóng cắt nguồn cho ổn áp vận hành dừng hoạt động GVHD: ThS Vũ Dỗn Vượng Sinh Viên : Hồng Trung Hiếu 40 Lớp: ĐT1Đ17 Trường ĐH Cơng nghiệp Việt Trì Khoa: Điện -o0o - Đồ án điện tử công suất KẾT LUẬN Sau thời gian thực đề tài, em hoàn thành đề tài nhờ sờ giúp đỡ Thầy giáo Vũ Doãn Vượng Qua để tài em thấy vai trò tầm quan trọng đồ án, qua củng cố phần kiến thức học, đặc biệt tìm hiểu qua thực tế, tiếp xúc với linh kiện thiết bị mà trước chưa có thời gian tìm hiểu Biết cách tính tốn thiết kế quấn dây thiết kế mạch điều khiển ổn áp, đồng thời hiểu nguyên lý cách vận hành ứng dụng động secvo máy ổn áp Một vấn đề biết đến tương quan thực tiện lí thuyết tính tốn có kết lệch sở để đánh giá thực tiễn, lí thuyết xét điều kiện lí tưởng đối lại với thực tế khó xét điều kiện lí tưởng Trong q trình thực đồ án, nhóm hiểu nguyên lý làm việc, tính máy ổn áp, qua biết phương pháp vận hành thiết kế máy biến áp Một lần em xin cảm ơn thầy giáo Vũ Dỗn Vượng, khoa Điện trường Đại Học Cơng nghiệp Việt Trì tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em thực đồ án Song lượng kiến thức thân có hạn nênchắc chắn khơng thể tránh khỏi sai sót mong q thầy góp ý bổ sung thêm để đề tài đồ án chúng em hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! GVHD: ThS Vũ Doãn Vượng Sinh Viên : Hoàng Trung Hiếu 41 Lớp: ĐT1Đ17 ... - Đồ án điện tử cơng suất ngồi dải làm việc ổn áp Vì từ giới hạn dải điện áp làm việc thiết kế mạch bảo vệ ngoàI dải làm việc ổn áp Thiết kế chế tạo mạch bảo vệ điện áp dải làm việc: Bộ ổn áp. .. - Đồ án điện tử công suất điểm khác Tuy nhiên với ưu điểm bật việc thiết kế ổn áp xoay chiều theo nguyên tắc biến áp kết hợp điều khiển tự động em xin chọn thiết kế theo phương án CHƯƠNG 3: THIẾT... phương pháp gặp phải số nhược điểm là: Điện áp không sin Điện áp nhỏ điện áp vào nghĩa giảm điện áp nện cần có nguổn điện áp xoay chiều lớn Van bán dẫn có cơng suất lớn đắt hiếm, thiết kế nguổn có