Chương III THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ
3.1. Sơ đồ khối
b. Chức năng
Biến đổi dòng xoay chiều điện áp 15V thành dòng một chiều cấp cho mạch điều khiển
c. Nguyên lý hoạt động
Dòng điện 15V xoay chiều qua cầu chỉnh lưu 3A làm biến đổi từ dòng xoay chiều thành dòng một chiều. Khi qua IC ổn áp 7815 sẽ cho dịng điện có điện áp 15V ổn định. Sau khối chỉnh lưu cầu điện áp 15v được cho qua tụ 1000µF để san phẳng điện áp tạo điện áp ổn định cho IC ổn áp 7815 và mắc song với một tụ gốm để loại bỏ thành phần sóng hài của điện áp xoay chiều sau IC 7815 ta mắc song song với một led để báo mạch điều khiển có nguồn.
KHỐI NGUỒN MẠCH ĐIỀU KHIỂN MẠCH CÁCH LY MẠCH LỰC
1.1.2. Khối điều khiển
Hình 3.2. Sơ đồ khối điều khiển 1.1.3. 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 cơng 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 tồn giữa mạch lực và mạch điều khiển từ các thơng số trên chúng em quyết định sử dụng MOC3020 để thực hiện khâu cách ly này.
Sau đây là một số sơ đồ kết nối trong datasheet:
b
c
2
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 1.1.4. 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= 0,35 kW 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 dịng hiệu dụng: Ilv= Itải
Với I
Tai = P = 350/ (220×0.8) = 1,99 A
U.cos
Chọn điều kiện làm việc của van: có cánh tản nhiệt khơng 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 thơng 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 A .
Dịng điện duy trì : Ih = 15 mA. Sụt trên van khi mở : U = 1,5 V.
Thời gian giữ xung điều khiển: tx = 2 s
du
Tốc độ tăng điện áp : dt = 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. Cấu tạo TRIAC BTA06
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.
1.1.5. Chọn thiết bị bảo vệ
a. Bảo vệ quá nhiệt
Triac làm việc với dòng điện tối đa Imax =2A chịu một tổn hao trên van là ( P1) và
khi chuyển mạch ( P2).
Tổng tổn hao sẽ là :
P = P1 + P2 P1 = U.Ilv = 1,7.2 = 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.
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 mơi 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 mơi trường khơng khí bị chậm lại.
b. Bảo vệ q dịng điện cho van
*Chọn cầu chì tác động nhanh để bảo vệ ngắn mạch nguồn : Icc = 1,1.Ilv = 1,1.2 = 2,2A.
Chọn một cầu chì loại 3 A.
c. Bảo vệ quá điện áp cho van
Bảo vệ q điện áp do q 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 ngồi tạo ra dòng điện ngược trong khoảng thời gian ngắn. Sự biến thiên nhanh chóng của dịng 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 vịng phóng điện trong q trình chuyển mạch nên triac (hoặc thyristor) khơng bị quá điện áp.
C R
Hình 3.7. Sơ đồ mạch động lực được lựa chọn
1.1.6. Mạch lực
Hình 3.8. Sơ đồ mạch lực 1.2. 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 47nF để tạo độ rộng xung và một tụ 68nF 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 tồn cho mạch điều khiển khơng 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 1A.
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.
1.3. Mơ phỏng dạng sóng bằng phần mềm
1.4. Sơ đồ mạch in
Hình 3.13. Sơ đồ mạch in
1.5. Sơ đồ bố trí linh kiện
1.7. Dạng sóng đo thực tế
Sóng nguồn vào xoay chiều
Xung ra chân 14, 15 mạch điểu khiển
Điện áp tải khi góc mở = 60�
Điện áp tải khi góc mở = 120�
KẾT LUẬN - KIẾN NGHỊ
Hướng phát triển đề tài
Với mạch điều áp sử dụng IC tích hợp này chúng ta có thể điều khiển hầu hết các loại động cơ một pha công suất nhỏ và vừa trong các xí nghiệp vừa nhỏ. Cách khắc phục hiện tượng khơng mở khi có tải là điện cảm lớn chúng em đã trình bày ở trên. Với ưu điểm là gần như điều khiển trơn được tốc độ và dải điều chỉnh rộng. Mạch còn ứng dụng để điều khiển nhiệt độ của lò điện trở và ứng dụng trong kỹ thuật chiếu sáng. Mạch có thể chuyển thành mạch điều áp xoay chiều 3 pha khi ta nhân 3 mạch điều khiển dùng cho các động cơ ba pha cơng suất lớn trong cơng nghiệp. Thực tế thì nhu cầu điều khiển tốc độ động cơ trong thực tế là khá lớn. Với mạch điều khiển này chúng ta có thể điều khiển hầu hết các loại động cơ. Ưu điểm của mạch là giá thành hợp lý nhỏ gọn và rất dễ vận hành cũng như sửa chữa.
Hưng Yên, ngày 21 tháng 1 năm 2022 Nhóm sinh viên thực hiện đồ án:
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 cơng suất - Nguyễn Bính
[4]. Giáo trình truyền động điện - Đỗ Công Thắng - Nguyễn Phương Thảo
www.alldatasheet.com/ www.dientuvietnam.net/ www.tailieu.vn/