Thiết kế sơ đồ nguyên lý,nguyên tắc hoạt động toàn mạch

CHƯƠNG I : CƠ SỞ LÝ THUYẾT

c, Trường hợp tải R+ L

2.3 Thiết kế sơ đồ nguyên lý,nguyên tắc hoạt động toàn mạch

2.3.1 Thiết kế sơ đồ nguyên lý toàn mạch

Hình 21: Sơ đồ nguyên lý toàn mạch.

2.3.2 Nguyên lý hoạt động toàn mạch.

Khi cấp nguồn cho mạch điều khiển qua khối chỉnh lưu điện áp 15V DC vào các chân 13,6,16,11 cho TCA 785, chân 5 của mạch nối với điện áp xoay chiều 15V

sau máy biến áp để tạo điện áp đồng với mạch lực (mạch lực và mạch điều khiển chung nguồn).

- IC TCA 785 (có tích hợp các khâu dồng pha, so sánh, tạo xung, sửa xung, khuyếch đại) tạo ra 2 xung điều khiển đến kích mở cho Thyristor BT151 ( T1 và T2).

- Chân 11 của TCA là chân nhận điện đáp điều khiển ( từ 0 đến 11V) để thay dổi góc kích mở của Thyristor từ 0 đến 180 độ.

- Mạch lực ta dùng mạch cầu chỉnh lưu bán điều khiển.

Giả sử ta đạt một điện áp diều khiển có thể thay đổi từ 0 đến 11V vào chân 11 của IC TCA785, ở chân 14 và 15 của IC TCA785 sẽ xuất ra một chuỗi xung có thể thay đổi từ 0 đến 180 độ.

- Nguyên lí hoạt động của mạch động lực:

+ Giả sử khi X2-1 có điện áp dương và X2-2 có điện áp âm. Có 1 xung điều khiển từ chân 14 của TCA785 đến T1 lúc này T1 sẽ dẫn. Dòng điện đi từ X2-1 qua T1 qua động cơ rồi về X2-2.

+ Giả sử khi X2-1 có điện áp âm và X2-2 có điện áp dương. Có 1 xung điều khiển từ chân 15 của TCA785 kích mở T2 lúc này T2 sẽ dẫn. Dòng điện đi từ X2-2 qua động cơ qua T2 rồi về X2-1.

Để điều khiển tốc độ động cơ người điều khiển chỉ cần vặn biến trở R3 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 R4 để điều chỉnh độ mịn cho góc mở nhờ điều chỉnh biên độ của xung răng cưa.

TCA 785 là một vi mạch phức hợp thực hiện 4 chức năng của một mạch điều khiển: “tề đầu” điện áp đồng bộ tạo điện áp răng cưa đồng bộ, so sánh và tạo xung ra.

Nguồn nuôi qua chân 16. Tín hiệu đồng bộ đượclấy qua chân số 5 và số 1. Tín hiệu điều khiển được đưa vào chân 11.

Một bộ nhận biết điện áp 0 sẽ kiểm tra điện áp lấy vào chuyển trạng thái và sẽ chuyển tín hiệu này đến bộ phận đồng bộ. Bộ phận đồng bộ này sẽ điều khiển tụ C10; Tụ C10 sẽ được nạp đến điện áp không đổi (quyết định bởi R9). Khi điện áp V10 đạt đến điện áp V11 thì một tín hiệu sẽ được đưa vào khâu logic. Tuỳ thuộc vào biên độ điện áp điều khiển V11, góc mở α có thể thay đổi từ 0 đến 180°. Với mỗi nửa chu kì song một xung dương xuất hiện ở Q1, Q2. Độ rộng trong khoảng 30-80μs. Độ rộng xung có thể kéo dài đến 180° thông qua tụ C12. Nếu chân 12 nối đất thì sẽ có xung trong khoảng α đến 180°.

2.3.3 Sơ đồ mạch in

Hình 23: Sơ đồ mạch in. 2.3.4 Sản phẩm thực tế

2.4 Tính chọn mạch điều khiển.

Thông số mạch điều khiển:

C1 = 2A683j ; C2 = 2A473j ; VR1 = 100KΩ

; VR2 = 50KΩ

; R5=220Ω ; R6=220Ω ; R8=1MΩ ; R9=2,2kΩ ; R10=R11=4,7KΩ

;

- Chọn tất cả Diode trong mạch điều khiển dùng loại 1N4007 có thông số: Dòng điện định mức: Iđm = 1 A.

Điện áp giữa A-K lớn nhất: UAK = 1000 V. Sụt áp trên Diode: ∆

U = 1,1 V.

2.5.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=1800W U: Điện áp định mức U=220V

Cosφ : Hệ số công suất tải lấy cosφ =0.67 Khi đó :

- Điện áp làm việc cực đai của van: Umax = 2xU = 2x 220 = 311,13V Điện áp của thyristor cần chọn: U = K . U = 1,8 x 311,13 = 560,034 V K là hệ số dự trữ điện áp lấy bằng 1,8

Dòng điện tối đa chạy qua tải và qua thyristor: Itải=12,21 A

Với Itải=U.cosϕ

P

= = 12,21 A

Chọn điều kiện làm việc của van: có cánh tản nhiệt không có quạt đối lưu =30% = 3,66A

Với các thông số trên theo datasheet cũng như độ phổ biến ngoài thị trường chúng em quyết định lựa chọn loại van sau :

- BT-151có các thông số sau:

• Điện áp định mức: Uđm = 800 V.

• Dòng điện định mức: Iđm = 100 A.

• Dòng điện điều khiển: Iđk = 15mA.

• Điện áp điều khiển: Uđk = 12V.

• Dòng điện rò: Ir = 0.5mA.

• Dòng điện duy trì: Ih = 0.1A.

• Sụt trên van khi mở: ∆U = 1.75 V.

• Thời gian giữ xung điều khiển: tx = 2µs • Tốc độ tăng điện áp: dt

du

= 1000 V/µ

• 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 tương đối lớn các giá trị của nguồn khó có thể vượt qua giá trị này nên chúng em quyết định sử dụng BT – 151 làm van mạch lực.

Các giá trị trên em lấy trên datasheet của thyrister.

Với các giá trị của van đều đáp ứng và sát các thông số yêu cầu của động cơ nên chúng em quyết định sử dụng van này trong mạch.

Hình 23: BT – 151.

2.6 Tính chọn thiết bị bảo vệ.

2.6.1 Bảo vệ quá dòng điện cho van.

*Chọn cầu chì tác động nhanh để bảo vệ ngắn mạch nguồn: Icc = 1,1Ilv = 1,1.12,21 = 13.431A.

Chọn một cầu chì loại 15A

2.6.2 Bảo vệ quá điện áp cho van.

Bảo vệ quá điện áp do quá trình đóng cắt thyristor được thực hiện bằng cách mắc R-C song song với 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 khoảnh 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 Katot của

thyristor Khi có mạch R - C mắc song song với thiristor tạo ra mạch vòng phóng điện trong quá trình chuyển mạch nên thyristor không bị quá điện áp.

Thông thường chọn R = 10 ÷ 100Ω, C = 0,1÷1000µ

F.

KẾT LUẬN.

Đề tài "Thiết kế chế tạo bộ điều chỉnh tốc độ động cơ điện "là một đề tài hết sức hấp dẫn nó có ứng dụng thực tế trong cuộc sống. Được sự hướng dẫn tận tình của thầy Nguyễn Viết Ngưvà các thầy cô trong khoa chúng em đã thiết kế và chế tạo mạch này. Mạch này có ứng dụng thực tế trong cuộc sống như điều khiển quạt,máy bơm nước…

Do trình độ còn hạn chế nên đồ án chúng em còn có một số hạn chế nhưđôi khi làm việc chưa khoa học hay tìm linh kiện chưa tối ưu...Nhưng nhìnchung mạch được thiết kế có độ chính xác, tính ổn định cao, chống nhiễu tốt…

Sau một thời gian làm đồ án chúng em đã rút ra được rất nhiều kinhnghiệm cho bản thân và tích lũy được thêm nhiều kiến thức chuyên ngành bổ ích, đó cũng là nhờ vàosự chỉ dạy nhiệt tình của các thầy cô và sự giúp đớ của các anh chị trong khoa, sự góp ý của các bạn.

Sau cùng một lần nữa chúng em xin chân thành bảy tỏ lòng biết ơn đối với thầy Nguyễn Viết Ngưvà thầy cô trong khoa đã giúp chúng em hoàn thành đồ án này.