CHƯƠNG 3. TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ
Sau khi tìm hiểu cơ sở lý thuyết về sóng siêu âm, cách tạo sóng siêu âm cũng như nguyên lý làm sạch bằng sóng siêu âm, mạch cơng suất, các máy rửa siêu âm hiện nay, trong chương 3 em sẽ trình bày chi tiết các bước thiết kế bao gồm lựa chọn thiết kế sơ đồ khối và lựa chọn linh kiện.
3.1. Thiết kế sơ đồ khối hệ thống.
Dựa vào cơ sở lý thuyết và các máy rửa có trên thị trường có thể thiết kế sơ đồ khối của hệ thống như hình dưới đây với 4 khối chính.
Hinh 1 Sơ đồ khối của hệ thống Chức năng từng khối:
Khối nguồn: có chức năng cung cấp nhiều loại nguồn cho hệ thống, đảm bảo hệ thống khơng bị sụt áp do q dịng, q tải. Khối này là khối quan trọng và phải hoạt động ổn định. Khối này đồng thời tạo ra điện áp một chiều từ điện áp xoay chiều.
Khối điều khiển, tạo xung: tạo ra tần số phù hợp cho mạch công suất và bật tắt hệ thống. khối điều khiển hoạt động ổn định chuẩn xác tránh các xung nhiễu không mong muốn.
Khối cơng suất: nhận tín hiệu dao động của khối tạo xung và biến đổi điện áp một chiều thành điện áp xoay chiều cung cấp cho biến tử siêu âm.
Khối chuyển đổi: nhận điện áp xoay chiều với tần số 40khz từ mạch công suất. biến đổi điện năng thành cơ năng (dao động 40khz với điện áp cao).
Khối Công Suất Khối điều khiển, tạo
xung
Khối Chuyển Đổi
3.2. Thiết kế khối công suất.
Thiết kế khối công suất cho máy rửa là một sự lựa chọn khá khó khăn cho người làm đồ án vì có nhiều mạch cơng suất có thể kích cho biến tử như mạch Royer oscillator được sử dụng ở hầu hết các mạch cơng suất kích cho biến tử (Trung Quốc), Mạch dao động nghẹt (Blocking OSC), mạch nghịch lưu…
Thảo luận: Giảng viên đề nghị sử dụng mạch Mạch dao động nghẹt (Blocking OSC). Sinh viên xin được sử dụng mạch nghịch lưu vì nó có lý thuyết đơn giản hơn hẳn so với các mạch công suất/dao động khác, với tần số có thể dễ dàng thay đổi bằng phần mềm và mạch nghịch lưu đã được học trong môn điện tử công suất.
Kết luận Sinh Viên chọn mạch nghịch lưu (biến áp đôi).
Mạch nghịch lưu cần các linh kiện/ yêu cầu sau
Khóa đóng ngắt với tần số cao
Biến áp xung có cơng suất phù hợp với mạch
3.2.1. Tính tốn biến áp xung có cơng suất phù hợp với mạch. a. Tính toán số vịng dây.
Tính tốn biến áp xung cũng có các công thức tương tự như biến áp thường chỉ khác nhau ở chỗ biến áp xung dùng lõi ferit còn biến áp thường dùng lõi sắt. Biến áp xung có tần số và công suất cao hơn biến áp lõi sắt.
Biến áp xung có nhiều trong các nguồn xung của adaptor laptop, sạc, trong các nguồn công suất của máy tính để bàn. Có thể dùng tạm biến áp xung ETD39 của bộ nguồn máy tính để bàn cũ để quấn biến áp. Cơng suất của biến tử siêu âm khoảng 60W (cơng suất thứ cấp) từ đó ta tính tốn được cơng suất tối đa của biến áp vào khoảng 80W (công suất sơ cấp) (cơng suất hiệu dụng 70-90%). Trong khi đó cơng suất của lõi ferit ETD39 là 382W nên dễ dàng sử dụng mà không sợ thiếu hụt công suất.
Tính tốn số vịng dây của biến áp xung dựa vào ví dụ của Bilal Malik [5].
𝑁𝑝𝑟𝑖 = Vin×108
4×f×Bmax×A𝑒 = số vịng (3.0) Trong đó:
Vin là điện áp ngõ vào DC lấy từ nguồn điện 110VAC qua chỉnh lưu cầu được điện áp 110√2 ≈ 155 𝑉𝐷𝐶.
f tần số của mạch 40Khz.
Bmax có giá trị từ 1300 đến 2000 chọn giá trị Bmax= 1500.
Ae là tiết diện mặt cắt của biến áp xung, được tra trong datasheet của TDK
𝑁𝑝𝑟𝑖 = Vin×108
4×f×Bmax×A𝑒 = 155×108
4×40000×1500×1.25 ≈ 51,6 (𝑣ị𝑛𝑔)
Vì số vịng khơng thể lấy lẻ nên chọn số vịng là 50. Với số vòng là 50 ta phải tính tốn lại thơng số Bmax để thơng số này nằm trong khoảng 1300 đến 2000.
Bmax = 𝑉𝑖𝑛×108
4×𝑓×𝑁𝑝𝑟𝑖×𝐴𝑒 = 155×108
4×40000×50×1.25 = 1500
Bmax vẫn nằm trong khoảng giá trị chấp nhận được nên chọn số vòng sơ cấp là 50 vịng. Đối với biến áp đơi ta phải quấn 50 vòng + 50 vòng cho cuộn sơ cấp.
Điến áp đỉnh đỉnh cấp cho biến tử siêu âm là từ 700Vpp-1000Vpp ta chọn điện áp đỉnh đỉnh (Vpp) khoảng 800V, từ đó ta tính được điện áp tại cuộn thứ cấp là 400V.
Từ số vòng sơ cấp (Npri), điện áp ngõ vào (Vin) và điện áp ngõ ra (Vout) ta tính tốn được số vòng cuộn thứ cấp (Nsec).
𝑁𝑠𝑒𝑐 = 𝑁𝑝𝑟𝑖
𝑉𝑖𝑛 × 𝑉𝑜𝑢𝑡= 50×400
155 = 129,03 (vịng) (3.1)
Vì số vịng khơng thể là số lẻ nên chọn số vòng cuộn thứ cấp (Nsec) 130 vịng.
Kết quả tính tốn số vịng sơ cấp 50 vịng, thứ cấp 130 vịng.