Hình 3.2. Sơ đồ khối điều khiển 3.1.3. Phần tử cách ly
Có rất nhiều phương án cho khâu cách ly đó có thể dùng phần tử cách ly quang biến áp xung hay với mạch công suất nhỏ chỉ cần dùng diode để chống ngược dòng.
Trong phạm vi đề tài là ứng dụng với tải công suất trung bình và nhỏ để đáp ứng được tính gọn nhẹ và gái thành của mạch phương án sử dụng cách ly quang được chúng em quyết định sử dụng vì khá hiệu quả giá thành rẻ gọn nhẹ và cách ly an toàn giữa mạch lực và mạch điều khiển từ các thông số trên chúng em quyết định sử dụng MOC3020 để thực hiện khâu cách ly này.
Hình 3. 3. Sơ đồ khối cách ly
Sau đây là một số sơ đồ kết nối trong datasheet:
a
b
c
Hình 3.4. Sơ đồ kết nối MOC3020 với mạch động lực và mạch điều khiển
Đây là một số sơ đồ kết nối của MOC3020 ứng với các loại tải khác nhau, sau đây là sơ đồ kết nối trong khâu cách ly của chúng em:
Hình 3.5. Sơ đồ khối và sơ đồ nguyên lý của MOC3020
3.1.4. Tính chọn van động lực
Dựa vào các yếu tố cơ bản dòng tải, sơ đồ cần chọn, điều kiện tản nhiệt, điện áp làm việc.
P: Công suất định mức của tải P= 0,35Kw U: Điện áp định mức U= 220V cos: Hệ số công suất tải lấy cos= 0,8 Khi đó:
- Điện áp ngược lớn nhất
Ungmax = K.U = .220 = 311,13V - Điện áp ngược của van cần chọn U = K. U = 1,8. 311,13 = 560,034 V
K là hệ số dự trữ điện áp
- Dòng điện làm việc của van được tính theo dòng hiệu dụng: Ilv= Itải= 2,1 A
Với I= = 350/ (220×0.8) = 1,99 A
Chọn điều kiện làm việc của van: có cánh tản nhiệt không có quạt đối lưu Ilv =30%Idmvan
Với các thông số trên theo datasheet cũng như độ phổ biến ngoài thị trường chúng em quyết định lựa chọn loại van sau.
BTA-06 có các thông số sau:
Điện áp định mức: Uđm = 700 V.
Dòng điện định mức: Iđm = 6A. Dòng điện điều khiển: Iđk = 50 m A.
Điện áp điều khiển: Uđk = 1,3V. Dòng điện rò : Ir = 500.
Dòng điện duy trì : Ih = 15 mA. Sụt trên van khi mở : U = 1,5 V.
Thời gian giữ xung điều khiển: tx = 2 Tốc độ tăng điện áp : = 500 V/ s.
Nhiệt độ làm việc cực đại : T0C = 1250C.
Trên đây là thông số em chọn ứng với tải là động cơ điện một pha công suất nhỏ. Các giá trị của nguồn khó có thể vượt qua giá trị này nên chúng em quyết định sử dung
BTA- 06 làm van mạch lực.
Hình 3.6. BT-151
Các giá trị trên em lấy trên datasheet của triac.
Với các giá trị của van đều đáp ứng và sát các thông số yêu cầu của đông cơ nên chúng em quyết định sử dụng van này trong mạch.
3.1.5. Chọn thiết bị bảo vệ
a. Bảo vệ quá nhiệt
Triac làm việc với dòng điện tối đa Imax =1,99A chịu một tổn hao trên van là (P1) và khi chuyển mạch (P2).
Tổng tổn hao sẽ là :
P = P1 +P2 P1 = U.Ilv = 1,7.1,99 = 3,39W.
Tổn hao công suất này sinh ra nhiệt. Mặt khác van chỉ làm việc tới nhiệt độ tối đa cho phép là T = 1250C. Do đó phải bảo vệ van bằng cách gắn van bán dẫn lên cánh toả nhiệt.
Khi van bán dẫn được mắc vào cánh toả nhiệt bằng đồng hoặc nhôm, nhiệt độ của van được tỏa ra môi trường xung quanh nhờ bề mặt của cánh toả nhiệt. Sự tỏa nhiệt này là nhờ vào sự chênh lệch nhiệt giữa cánh tỏa nhiệt và môi trường xung quanh. Khi cánh toả nhiệt nóng lên. Nhiệt độ xung quanh cánh toả nhiệt tăng lên. Làm cho tốc độ dẫn nhiệt ra môi trường không khí bị chậm lại.
b. Bảo vệ quá dòng điện cho van
*Chọn cầu chì tác động nhanh để bảo vệ ngắn mạch nguồn : Icc = 1,1.Ilv = 1,1.1,99 = 2,19A.
Chọn một cầu chì loại 3 A.
c. Bảo vệ quá điện áp cho van
Bảo vệ quá điện áp do quá trình đóng cắt Triac được thực hiện bằng cách mắc R-C song song với triac (hoặc thyristor). Khi có sự chuyển mạch các điện tích tích tụ trong các lớp bán dẫn, phóng ra ngoài tạo ra dòng điện ngược trong khoảng thời gian ngắn. Sự biến thiên nhanh chóng của dòng điện ngược sẽ gây ra sức điện động cảm ứng rất lớn trong các điện cảm làm cho quá điện áp giữa Anot và Catot của triac (hoặc thyristor). Khi có mạch R - C mắc song song với triac (hoặc thyristor) tạo ra mạch vòng phóng điện trong quá trình chuyển mạch nên triac (hoặc thyristor) không bị quá điện áp.
Hình 3.7. Sơ đồ mạch động lực được lựa chọn
` Thông thường chọn R = 10 100, C = 0,11000F.
3.1.6. Mạch lực
Hình 3.8. Sơ đồ mạch lực
3.2. Sơ đồ nguyên lý toàn mạch
Hình 3.9. Sơ đồ nguyên lý toàn mạch * Nguyên lý hoạt động:
Khi cấp nguồn cho mạch điều khiển qua khối chỉnh lưu điện áp 15V - DC vào các chân 13,6,16 cho TCA785 chân 5 của mạch nối với điện áp xoay chiều 220AC qua trở R8 để tạo điện áp đồng với mạch lực.
Để tạo được xung răng cưa sau khi tham khảo sơ đồ chân của datasheet chúng em nối chân 12 với một tụ không phân cực 68nF để tạo độ rộng xung và một tụ 47nF vào chân 10 để tạo biên độ cho mạch điều khiển, để điều khiển được triac dùng 2 biến trở 10k và 100k vào chân 11 và chân 9 để điều khiển độ rộng xung qua đó điều chỉnh góc mở cho triac và từ đó nhận được một giá trị điện áp tương ứng trên tải. (Các chân còn lại không dùng chúng em chọn giải pháp để trống không nối mát).
Xung ra từ chân điều khiển 15 để điều chỉnh góc mở phần điện áp dương, chân 14 để phát xung điều khiển mở phần điện áp âm để mở cho triac ta có thể nhận được giá trị điện áp tương ứng đặt cho tải từ đó điều chỉnh được tốc độ động cơ theo ý muốn.
Để an toàn cho mạch điều khiển không bị điện áp ngược từ mạch lực sử dụng 2 diode chống ngược dòng và qua mạch cách ly quang sử dụng MOC3020, mạch lực được bảo vệ bởi cầu chì 3A.
Để điều khiển tốc độ động cơ người điều khiển chỉ cần vặn biến trở VR1 để nhận được giá trị điện áp tương ứng góc mở càng nhỏ thì điện áp đặt trên tải càng lớn và ngược lại. Biến trở VR2 để điều chỉnh độ mịn cho góc mở nhờ điều chỉnh biên độ của xung răng cưa.
3.3. Mô phỏng dạng sóng bằng phần mềm
Hình 3.10. Dạng sóng khi bắt đầu làm việc
Hình 3. 11. Dạng sóng của tải mở dần khi thay đổi điện áp
Hình 3.12. Dạng sóng tải làm việc ổn định, Triac dẫn gần như hoàn toàn
3.4. Sơ đồ mạch in
Hình 3.13. Sơ đồ mạch in 3.5. Sơ đồ bố trí linh kiện
Hình 3.14. Sơ đồ bố trí linh kiện
3.6. Mạch thực tế
Hình 3. 15. Sản phẩm thực tế
KẾT LUẬN
Sau một thời gian thực hiện đồ án: “Tính toán và chế tạo mạch điều áp xoay
chiều một pha sử dụng Thyristor ( Sơ đồ 2 Thyristor mắc song song )” bằng các
phần tử bán dẫn công suất cho đến nay chúng em đã hoàn thành. Cùng với sự nỗ lực cố gắng của bản thân, sự giúp đỡ của bạn bè trong lớp và đặc biệt với sự giúp đỡ nhiệt tình, tận tâm của thầy Đỗ Thành Hiếu chúng em đã thực hiện được một cách tương đối tốt những yêu cầu cơ bản mà đề tài đặt ra.
Nhưng bên cạnh đó, trong thời gian thực hiện đề tài, do với trình độ kiến thức còn có hạn nên không tránh khỏi những sai sót. Do đó chúng em rất mong sẽ nhận được những ý kiến đóng góp của các thầy - cô giáo và các bạn để đề tài của chúng em ngày một được hoàn thiện hơn.
Chúng em cũng xin được cảm ơn tất cả các thầy - cô giáo thuộc bộ môn ‘Điện tử công suất và truyền động điện’ đã giúp đỡ chúng em tận tình chỉ bảo để chúng em có thể hoàn thiện được đề tài này.
Một lần nữa, chúng em xin chân thành cảm ơn!
Hưng Yên, ngày...tháng....năm 2020
Nhóm sinh viên thực hiện đồ án:
Phạm Đình Tú Vũ Đức Tùng
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Nguyễn Văn Đạm. Thiết kế các mạng và hệ thống điện. Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật, 2004.
[2]. Điện tử công suất - Nguyễn Văn Doanh [3]. Điện tử công suất - Nguyễn Bính
[4]. Giáo trình truyền động điện - Đỗ Công Thắng - Nguyễn Phương Thảo www.alldatasheet.com/
www.dientuvietnam.net/ www.tailieu.vn/
www.hoiquandientu.com/
PHỤ LỤC