TÌM HIỂU TỔNG QUAN
Khái niệm động cơ xoay chiều một pha
Động cơ điện xoay chiều một pha, hay còn gọi là động cơ một pha, là loại động cơ không có cổ góp, hoạt động bằng điện một pha và được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp cũng như trong đời sống hàng ngày, chẳng hạn như trong các động cơ bơm nước, quạt và các hệ thống tự động Để điều chỉnh tốc độ của động cơ một pha, người dùng có thể áp dụng nhiều phương pháp khác nhau, đặc biệt trong các thiết bị như quạt bàn và quạt trần.
- Thay đổi số vòng dây của Stator.
- Mắc nối tiếp với động cơ một điện trở hay cuộn dây điện cảm.
- Điều khiển điện áp đưa vào động cơ.
1.1 Nguyên lý điều khiển động cơ xoay chiều một pha.
Trước đây, việc điều khiển tốc độ động cơ thường được thực hiện bằng cách điều chỉnh điện áp xoay chiều cấp vào động cơ Hai phương pháp phổ biến là mắc nối tiếp với tải thông qua một điện trở hoặc điện kháng, được gọi là Zf, hoặc sử dụng biến áp để điều chỉnh điện áp, như survolter và các ổn áp.
Hai cách trên đây đều có nhược điểm là kích thước lớn và khó điều khiển liên tục khi dòng điện lớn.
Ngày nay với việc ứng dụng Tiristor và Triac vào điều khiển, người ta có thể điều khiển động cơ một pha bằng bán dẫn
Hình 1: Nguyên lí điều khiển động cơ.
1.2 Một số mạch điều khiển động cơ một pha
Điều áp xoay chiều được sử dụng phổ biến trong việc điều khiển động cơ điện một pha, đặc biệt là trong việc điều chỉnh tốc độ quay của quạt điện.
Chức năng của các linh kiện trong sơ đồ hình 15 - 4:
T - Triac điều khiển điện áp trên quạt.
VR - biến trở để điều chỉnh khoảng thời gian dẫn của Triac.
D - diac - định ngưỡng điện áp để Triac dẫn.
C - Tụ điện tạo ra điện áp ngưỡng cần thiết để mở diac Việc điều chỉnh điện áp và tốc độ quạt có thể thực hiện thông qua biến trở VR, như minh họa trong hình a Tuy nhiên, phương pháp điều khiển này không hoàn hảo, vì ở vùng điện áp thấp, khi Triac dẫn ít, việc điều khiển trở nên khó khăn.
Sơ đồ hình b cho thấy chất lượng điều khiển tốt hơn, cho phép điều chỉnh tốc độ quay của quạt thông qua biến trở VR Khi điều chỉnh trị số VR, chúng ta có thể thay đổi quá trình nạp tụ C, từ đó kiểm soát thời điểm mở thông diac và thời điểm Triac dẫn Triac sẽ được mở khi điện áp trên tụ đạt đến điểm dẫn thông diac Để tăng tốc độ quạt, cần giảm điện trở của VR nhằm giúp tụ nạp nhanh hơn.
Triac hoạt động hiệu quả hơn khi điện áp ra lớn, nhưng nếu điện trở của VR tăng, quá trình nạp tụ sẽ chậm lại, dẫn đến việc Triac mở chậm hơn Điều này làm giảm điện áp và tốc độ của quạt.
* Mạch điều khiển trên đây có ưu điểm:
Có khả năng điều chỉnh liên tục tốc độ quạt, thiết bị này cũng có thể được áp dụng cho nhiều loại tải khác, chẳng hạn như điều khiển độ sáng của đèn sợi đốt và vận hành bếp điện một cách hiệu quả.
-Kích thước mạch điều khiển nhỏ, gọn.
Nếu chất lượng Triac, diac không tốt thì ở vùng tốc độ thấp quạt sẽ xuất hiện tiếng ù do thành phần một chiều của dòng điện.
1.3.Giới thiệu về phần tử bán dẫn triac
Thyristor chỉ hoạt động trong một nửa chu kỳ của điện áp xoay chiều Tuy nhiên, khi kết nối hai thyristor song song và ngược chiều, như hình 4, ta có thể tận dụng được khả năng làm việc của chúng trong cả hai nửa chu kỳ của điện áp xoay chiều.
1.3.1 Cấu tạo và ký hiệu
Hình 5: Cấu tạo và ký hiệu của triac
Triac là một linh kiện bán dẫn có cấu trúc tương tự như hai Thyristor mắc song song ngược, nhưng chỉ cần một cực điều khiển Thiết bị này có ba cực và bốn lớp, cho phép điều khiển dòng điện bằng cả xung dương và xung âm Tuy nhiên, độ nhạy của xung dòng điều khiển âm thấp hơn, đòi hỏi dòng điều khiển âm lớn hơn để mở Triac so với dòng điều khiển dương Do đó, trong thực tế, việc sử dụng dòng điều khiển dương là phương pháp tối ưu để đảm bảo tính đối xứng của dòng điện qua Triac.
Có 4 tổ hợp điện thế có thể mở Triac cho dòng chảy qua :
Trường hợp MT2 (+), G(+) Thyristor T mở cho dòng chảy qua như một Thyristor thông thường.
Trong trường hợp MT2 (-) và G(-), các điện tử từ N2 được phóng vào P2 Phần lớn điện tử bị trường nội tại EE1 hút vào, trong khi điện áp ngoài đặt lên J2 làm cho Barie tăng cao, đủ để thu hút các điện tích thiểu số (các điện tử của P1) Điều này tạo ra động năng lớn, giúp bẻ gãy các liên kết của nguyên tử Sillic trong vùng, dẫn đến một phản ứng dây chuyền mà T' mở ra dòng chảy qua.
Hình 6: Đặc tuyến V-A của triac
Hình 6 trình bày đặc tính = f() của triac khi chưa sử dụng cực điều khiển
Khi dương tổ hợp hoạt động như Thyristor thứ nhất, nó sẽ dẫn khi điện áp đạt tới giá trị của chuyển tiếp phân cực ngược Tương tự, âm tổ hợp hoạt động như Thyristor thứ hai, dẫn khi điện áp đạt giá trị điện áp của chuyển tiếp phân cực ngược Khi kích tạp các vùng P1 và P2 như nhau, điện áp theo chiều thuận và ngược sẽ bằng nhau, nhưng do sự không đối xứng trong cấu trúc, dòng điện duy trì sẽ lớn hơn nhiều ở chiều dương so với chiều âm.
Trị số trung bình, hiệu dụng hay quá tải về dòng điện và điện áp được ký hiệu như đối với Thyristor.
BỘ ĐIỀU ÁP XOAY CHIỀU MỘT PHA
Điều áp xoay chiều một pha ứng với các loại tải
Thyristor đấu song song ngược cho phép điều chỉnh dòng điện xoay chiều hiệu quả Trong mạch điều khiển, anôt T1 được nối với catot T2 và anôt T2 nối với catot T1, do đó cần sử dụng một biến áp xung với hai cuộn dây thứ cấp cách li Các điôt được sử dụng để khoá chặt các xung âm, đảm bảo hoạt động ổn định cho hệ thống.
Hình 7: Sơ đồ bộ điều áp xoay chiều 1 pha
Giả thiết điện áp nguồn : U = Vsin
2.1.1 Trường hợp tải thuần trở
Khi T1 được mở, nửa chu kỳ dương của điện áp nguồn sẽ được áp dụng lên mạch tải Ngược lại, khi T2 mở, nửa chu kỳ âm của điện áp V sẽ được truyền đến mạch tải.
Góc mở được tính từ điểm đi qua giá trị 0 của điện áp nguồn V.
Dòng điện tải I lệch chậm so với điện áp nguồn V một góc, cho thấy rằng ngay cả trong trường hợp tải thuần trở, lưới điện xoay chiều vẫn cần cung cấp một lượng công suất phản kháng.
Giá trị hiệu dụng của điện áp trên tải:
Giá trị hiệu dụng của dòng tải:
Ic= () Công suất tác dụng cung cấp cho mạch tải:
Như vậy bằng cách làm biến đổi góc từ 0 đến , người ta có thể điều chỉnh được công suất tác dụng từ giá trị cực đại P =() đến 0
2.1.2 Trường hợp tải L, thuần cảm
Khi thyristor T1 được mở, dòng điện tải i bắt đầu tăng dần cho đến khi đạt giá trị cực đại, sau đó giảm xuống và cuối cùng đạt giá trị 0.
Hằng số tích phân I0 được xác định : khi = thì i=0 Cuối cùng nhận được biểu thức của dòng điện tải
I= (cos- cos) Góc được xác định bằng cách thay = và đặt I=0:
= 2- Khi = + cho xung mở T2 Để sơ đồ làm việc được nghiêm chỉnh khi tải thuần cảm thoả mãn
+ Do đó góc phải nằm trong giới hạn
Thành phần sóng cơ bản lệch chéo Sau điện áp nguồn v một góc độc lập với góc
Giá trị hiệu dụng của dòng điện tải:
Ic Công suất mạch tải tiêu thụ là công suất phản kháng
Hình 8: Hình dáng dòng điện và điện áp đối với tải R-L
Khi thyristor T1 mở có phương trình:
Hằng dạng số tích phân A được xác định : Khi thì i = 0 Biểu thức dòng tải i có dạng: i = [ sin() - sin()e]
Biểu thức này đúng trong khoảng đến
Góc được thay đổi bằng cách thay và đặt i= 0:
Trong biểu thức sin() - sin().e - = 0, để mở thyristor T2, thyristor T1 cần phải được khoá lại trước Nếu không thực hiện điều này, T2 sẽ không thể mở được Do đó, điều kiện cần thiết để thực hiện thao tác này là phải đảm bảo rằng T1 đã được khoá trước khi kích hoạt T2.
Dòng điện và điện áp trong tải thuần trở và thuần cảm có hình dáng khác nhau, cho thấy rằng ngay cả với tải thuần trở, lưới điện xoay chiều vẫn cần cung cấp một lượng công suất phản kháng nhất định.
Giá trị hiệu dụng của điện áp trên tải:
Giá trị hiệu dụng của dòng tải:
Ic= ()Công suất tác dụng cung cấp cho mạch tải:
Giới thiệu về TCA 785
Như vậy bằng cách làm biến đổi góc từ 0 đến , người ta có thể điều chỉnh được công suất tác dụng từ giá trị cực đại P =() đến 0.
Vi mạch TCA 785 là một vi mạch phức hợp với bốn chức năng chính trong mạch điều khiển, bao gồm tạo điện áp đồng bộ, tạo điện áp răng cưa, so sánh và tạo xung ra Được sản xuất bởi hãng Simen, TCA 785 thường được sử dụng để điều khiển các thiết bị chỉnh lưu và thiết bị điều chỉnh dòng xoay chiều.
- Dễ phát hiện việc chuyển qua điểm không.
- Phạm vi ứng dụng rộng rãi
- Có thể hoạt động 3 pha (3 IC).
- Mạch thiết kế đơn giản, thi công nhanh dễ điều khiển và hiệu chỉnh.
- Dải điều chỉnh và góc điều khiển rộng.
Hình 10: Sơ đồ chân TCA785
Chân Kí hiệu Chức năng
5 VSYNC Tín hiệu đồng bộ
9 R9 Điện áp tạo xung răng cưa
10 C10 Tụ tạo xung răng cưa
12 C12 Tụ tạo độ rộng xung
13 L Tín hiệu điều khiển xung ngắn, xung rộng
14 Q1 Xung ra ở nửa chu kỳ dương
15 Q2 Xung ra ở nửa chu kỳ âm
16 VS Điện áp nguồn nuôi
Hình 11: sơ đồ cấu tạo TCA785 2.2.4 Dạng sóng dòng điện
Hình 12: Dạng sóng dòng điện ,điện áp
2.2.5 Các thông số của TCA 785
Thông số Giá trị min
Giá trị max Đơn vị
Dòng tiêu thụ IS 4,5 6,5 10 MA Điện áp vào điều khiển , chân 11trở kháng vào
Biên độ răng cưa Điện trở mạch nạp
Thời gian sườn ngăn của xung răng cưa
Tín hiệu cấm vào, chân 6
V Độ rộng xung ra, chân 13
V Xung ra chân 14,15 Điện áp mức cao Điện áp mức thấp Độ rộng xung hẹp Độ rộng xung rộng
VV μs μs/n tP 760 F Điện áp điều khiển Điện áp chuẩn
Góc điều khiển ứng với điện áp chuẩn
2.2.6 Nguyên ký làm việc của vi mạch TCA 785
Vi mạch TCA 785 thực hiện bốn chức năng chính trong mạch điều khiển, bao gồm tạo điện áp răng cưa đồng bộ, so sánh và phát xung ra Nguồn nuôi được cấp qua chân 16, trong khi tín hiệu đồng bộ được lấy từ chân 5 và chân 1 Tín hiệu điều khiển được đưa vào chân 11, và bộ nhận biết điện áp 0 sẽ kiểm tra điện áp đầu vào để chuyển trạng thái, sau đó gửi tín hiệu đến bộ phận đồng bộ Bộ phận này điều khiển tụ C10, nạp đến điện áp không đổi theo giá trị xác định bởi R9 Khi điện áp V10 đạt V11, tín hiệu sẽ được đưa vào khâu logic, cho phép góc mở α thay đổi từ 0 đến 180 độ tùy thuộc vào biên độ điện áp điều khiển V11, với mỗi nửa chu kỳ, một xung dương sẽ xuất hiện ở Q1 và Q2.
Độ rộng trong khoảng 30-80μs. Độ rộng xung có thể kéo dài đến 180 o thông qua tụ C12
Nếu chân 12 nối đất thì sẽ có xung trong khoảng α đến 180 o
Nguyên lí hoạt động của khâu tạo xung điều khiển:
Hình 13: Khâu tạo xung điều khiển
Tín hiệu điều khiển Vdk được đưa vào chân 11 để so sánh với điện áp răng cưa từ tụ C10, tạo ra xung điều khiển van tăng dần ở chân 14 và 15 Khi xảy ra ngắn mạch, chân 6 nhận tín hiệu cấm, dẫn đến việc không còn tín hiệu đầu ra tại chân 14 và 15.
Từ yêu cầu thực tiễn ta chọn IC TCA 785 do hãng SIMEN sản xuất cùng các linh kiện đi kèm sau: C10= 104, C12= 473, R9= 22kΩ ,R5= 1MΩ,VR1= VR2= 50kΩ
TOÁN THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MẠCH
Sơ đồ khối và chức năng từng khối
Hình 1: Sơ đồ mạch nguồn 15V
Chức năng: Cấp nguồn cho mạch điều khiển và tải
Nguyên lý hoạt động:Nguồn điện lưới xoay chiều 220V qua biến áp hạ áp xuống
Điện áp 15V xoay chiều qua cầu chỉnh lưu 1A được biến đổi thành điện áp 1 chiều Sau khi đi qua IC ổn áp 7815, điện áp này sẽ được ổn định ở mức 15V Để tạo ra điện áp ổn định cho IC, điện áp 15V sau khối chỉnh lưu được cung cấp qua tụ điện 2200μF nhằm làm phẳng điện áp, đồng thời mắc song song với một tụ gốm để loại bỏ nhiễu.
Khối mạch cách ly là một phần quan trọng trong hệ thống điện, giúp điều khiển sóng hài của điện áp xoay chiều Sau IC 7815, khối mạch này được kết nối song song với một đèn LED, nhằm thông báo rằng mạch điều khiển đang có nguồn hoạt động.
Khái niệm mạch điều khiển
Để các van hoạt động đúng thời điểm, cần có điện áp thuận và điện áp điều khiển trên điện cực điều khiển và Catot Hệ thống tín hiệu điều khiển yêu cầu một mạch điện chuyên dụng, gọi là mạch điều khiển, để tạo ra các tín hiệu cần thiết Điện áp điều khiển phải đáp ứng các yêu cầu về công suất, biên độ và thời gian tồn tại Các thông số tín hiệu điều khiển đã được nêu trong tài liệu nghiên cứu về van Đặc điểm của triac là khi van mở, tín hiệu điều khiển không còn ảnh hưởng đến dòng qua van, do đó, tín hiệu điều khiển được thiết kế dưới dạng xung để giảm thiểu công suất và tổn thất.
Bộ phát xung điều khiển được chia làm hai nhóm:
- Hệ thống điều khiển đồng bộ: Các xung ĐK xuất hiện đúng thời điểm cần mở van và lặp đi lặp lại mang tính chu kỳ.
- Hệ thống ĐK không đồng bộ: Cac xung ĐK không tuân theo giá trị của góc ĐK.
Phân tích mạch điều khiển Triac trong sơ đồ chỉnh lưu hiện nay cho thấy có nhiều phương pháp khác nhau, trong đó điều khiển theo nguyên tắc thẳng đứng tuyến tính là một trong những phương pháp phổ biến.
Để điều khiển góc mở của Triac, ta sử dụng điện áp tựa dạng tam giác (Urc) và so sánh với điện áp một chiều (Uđk) Khi hai điện áp này bằng nhau (Uđk = Urc), quá trình điều khiển sẽ được thực hiện.
Trong vùng điện áp dương của anot, phát xung điều khiển được duy trì cho đến khi kết thúc bán kỳ hoặc khi dòng điện đạt giá trị bằng 0 Để thực hiện mục tiêu này, mạch điều khiển cần trải qua ba khâu cơ bản.
Hình 2: Sơ đồ khối các khâu trong mạch điều khiển
* Nhiệm vụ của các khâu trong sơ đồ khối như sau:
1 Khâu đồng bộ : Có nhiệm vụ tạo ra điện áp tựa Urc tuyến tính trùng pha với điện áp Anot (cực G) của Thyristor (triac)
2 Khâu so sánh :Nhận tín hiệu điện áp tựa và điện áp điều khiển Có nhiệm vụ so sánh giữa điện áp tựa với điện áp điều khiển Uđk Tìm thời điểm hai điện áp bằng nhau(Uđk= Urc) Tại thời điểm hai điện áp này bằng nhau thì phát xung điều khiển ở đầu ra để gửi sang tầng tạo xung và khuếch đại xung.
3 Khâu tạo xung và khuếch đại xung: Có nhiệm vụ tạo xung phù hợp để mở
Để mở Triac, cần có một xung điều khiển với sườn trước dốc thẳng đứng nhằm đảm bảo Triac mở tức thời Xung điều khiển thường là xung kim hoặc xung chữ nhật, với độ rộng lớn hơn thời gian mở của Triac Ngoài ra, cần đảm bảo có sự cách ly giữa mạch điều khiển và mạch động lực, đặc biệt khi điện áp động lực cao, để đảm bảo an toàn và công suất đủ.
Nguyên lý mạch điều khiển:
Điện áp cung cấp cho mạch điều khiển được đưa đến khối đồng pha, nơi đầu ra tạo ra điện áp hình sin cùng tần số, có thể lệch pha một góc xác định so với điện áp nguồn, gọi là điện áp đồng bộ Vđb Đầu ra từ mạch phát điện răng cưa sẽ có các điện áp răng cưa đồng bộ về tần số và góc pha với điện áp đồng bộ, được gọi là điện áp răng cưa Vrc Điện áp răng cưa Vrc sau đó được đưa vào khối so sánh, nơi có tín hiệu điện áp một chiều điều chỉnh từ bên ngoài Hai tín hiệu này được kết nối với cực tính ngược chiều nhau, và khối so sánh sẽ thực hiện nhiệm vụ so sánh hai tín hiệu này Khi hai tín hiệu đạt giá trị bằng nhau, quá trình so sánh sẽ được hoàn tất.
Xung răng cưa có hai sườn, trong đó một sườn tạo ra xung điện áp tại đầu ra khối so sánh, được gọi là sườn sử dụng Chúng ta có thể điều chỉnh thời điểm xuất hiện của xung tại đầu ra khối so sánh bằng cách thay đổi Vđk, trong khi vẫn giữ nguyên dạng của Vrc.
Trong nhiều trường hợp, tín hiệu đầu ra từ khối so sánh không đủ mạnh để điều khiển thiết bị, do đó cần phải khuếch đại và điều chỉnh hình dáng xung Quá trình này được thực hiện bởi một mạch gọi là mạch xung Đầu ra của khối tạo xung và khuếch đại xung sẽ tạo ra một chuỗi xung điều khiển đáp ứng đầy đủ các yêu cầu về công suất, độ dài và độ dốc mặt đầu của xung Các xung này bắt đầu xuất hiện đồng thời với thời điểm xung trên đầu ra khối so sánh.
Hiện nay, các mạch cổ điển thường được thay thế bằng các IC tích hợp, mang lại thiết kế nhỏ gọn, chi phí thấp và độ chính xác cao Một ví dụ điển hình là vi mạch TCA 785, với cơ sở lý thuyết đã được trình bày ở phần trước.
Sơ đồ mạch điều khiển:
Hình 3: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển
Có nhiều giải pháp cho quá trình cách ly, bao gồm việc sử dụng phần tử cách ly quang biến áp xung hoặc áp dụng mạch công suất nhỏ với diode để ngăn chặn dòng điện ngược.
Trong nghiên cứu về ứng dụng cho tải công suất trung bình và nhỏ, chúng tôi đã chọn giải pháp sử dụng cách ly quang MOC 3020 Giải pháp này không chỉ hiệu quả mà còn có giá thành rẻ và gọn nhẹ, đảm bảo an toàn giữa tải và mạch điều khiển.
Sau đây là một số sơ đồ kết nối trong datasheet :
Hình 4: Mạch cách ly sử dụng MOC3020
Hình 6: Sơ đồ kết nối MOC3020 với mạch động lực và mạch điều khiển
Nguyên lý toàn mạch
3.2.1 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch
Hình 7 : Sơ đồ nguyên lý toàn mạch
Khi cấp nguồn cho mạch điều khiển qua khối chỉnh lưu điện áp 15V vào các chân 13, 6, 16 của TCA 785, chân 5 được kết nối với điện áp xoay chiều 220V để tạo điện áp đồng bộ với tải Để tạo xung răng cưa, chân 12 được nối với tụ không phân cực 47nF nhằm tạo độ rộng xung, trong khi tụ 0,1nF được kết nối vào chân 10 để điều chỉnh biên độ mạch điều khiển Biến trở 50k được sử dụng ở chân 11 để điều khiển độ rộng xung, từ đó điều chỉnh góc mở cho triac và nhận được giá trị điện áp tương ứng trên tải Xung ra từ chân điều khiển 14 điều chỉnh góc mở phần điện áp dương, trong khi chân 15 phát xung điều khiển mở phần điện áp âm cho triac, giúp điều chỉnh tốc độ động cơ theo ý muốn Để bảo vệ mạch điều khiển khỏi điện áp ngược từ mạch lực, hai diot chống ngược dòng được sử dụng cùng với mạch cách ly quang MOC.
Để điều khiển tốc độ động cơ trong hệ thống 3020, người sử dụng chỉ cần điều chỉnh biến trở R8, với góc mở nhỏ hơn sẽ tạo ra điện áp lớn hơn trên tải Đồng thời, biến trở R7 được sử dụng để điều chỉnh độ mịn cho góc mở thông qua việc điều chỉnh biên độ của xung răng cưa.
Tính chọn van động lực
+Thông số của động cơ:
-Tính chọn van : Tính chọn van dựa vào các yếu tố cơ bản như : dòng điện tải , sơ đồ chỉnh lưu, điều kiện tản nhiệt , điện áp làm việc
Ta có: Điện áp hiệu dụng trên tải đạt giá trị lớn nhất khi góc mở α = 0ᵒ
Vậy điện áp hiệu dụng cực đại trên tải là :
=> U Cmax = 220V Điện áp làm việc cực đại của triac là :
UTngcmax = UCmax =.220 = 311,13 V Điện áp chọn van:
U đmvan =k u U Tngcmax =(1,6-2).311,13=(497,84÷622,3)V ku =(1,6-2) : Hệ số dự trữ điện áp.
+Chọn van làm việc với điều kiện có cánh tản nhiệt và đủ diện tích tản nhiệt , không có quạt đối lưu không khí:
Dòng điện định mức qua van cần chọn:
*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-08 600 có các thông số sau:
Điện áp định mức: Uđm = 600 V.
Dòng điện định mức: Iđm = 8 A.
Dòng điện điều khiển: Iđk = 25 m A.
Điện áp điều khiển: Uđk = 1.3V.
Dòng điện duy trì: Ih = 25 mA.
Sụt trên van khi mở: U = 1.7 V.
Thời gian giữ xung điều khiển: tx = 2
Nhiệt độ làm việc cực đại: T 0 C = 110 0 C.
Chúng tôi đã chọn thông số BTA-08 600 cho van mạch lực, phù hợp với tải của động cơ điện một pha công suất nhỏ Các giá trị của nguồn không thể vượt qua ngưỡng này, do đó việc sử dụng BTA-08 600 là quyết định hợp lý.
Các giá trị trên em lấy trên datasheet của triac
Với các giá trị của van phù hợp với các thông số yêu cầu của động cơ, chúng tôi đã quyết định sử dụng van này trong mạch.
Tính chọn mạch nguồn
-Do yêu cầu điện áp nguồn nuôi của TCA785 là 15 (V), sử dụng IC 7815 ổn áp. -Chọn máy biến áp:
+Với chỉ tiêu đầu Ura V, và đặc tính kĩ thuật của IC 7815 thì điện áp vào IC cần
Chọn biến áp : 220VAC/18VAC
-Ổn áp chọn: IC 7815 để có điện áp ra Ura(V)
Ta chọn tụ lọc C2,3: 2200àF
Sử dụng một tụ khụng phõn cực C1,4mắc song song (C1,4 =0,1àF)
-Hiển thị: mắc led nối tiếp với R1 để báo hiệu mạch điều khiển có nguồn.
Tính chọn mạch điều khiển
-Thông số mạch điều khiển:Theo datasheet của TCA 785:
+Chân 9 nối 1 trở R2 "k và 1 biến trở 50k để để điều chỉnh độ mịn cho góc mở nhờ điều chỉnh biên độ của xung răng cưa.
+Chân 10 nối tụ C6 =0.1uF tạo biên độ.
+Chân 12 nối tụ C5 GnF tạo độ rộng sung.
Để điều khiển triac, cần sử dụng biến trở 50k gắn vào chân 11, giúp điều chỉnh độ rộng xung và góc mở của triac, từ đó tạo ra giá trị điện áp tương ứng trên tải.
Để bảo vệ mạch điều khiển khỏi điện áp ngược từ mạch lực, cần sử dụng hai diode chống ngược dòng Tất cả các diode trong mạch điều khiển nên được chọn là loại 1N4007 với các thông số kỹ thuật phù hợp.
Dòng điện định mức: Iđm = 1 A. Điện áp giữa A-K lớn nhất: UAK = 1000 V.
Tính chọn thiết bị bảo vệ
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:
Tổn hao công suất tạo ra nhiệt, trong khi van chỉ hoạt động hiệu quả ở nhiệt độ tối đa 125°C Do đó, cần bảo vệ van bằng cách lắp đặt van bán dẫn trên cánh tỏa nhiệt để đảm bảo hiệu suất và độ bền của hệ thống.
Khi van bán dẫn được kết nối với cánh tỏa nhiệt bằng đồng hoặc nhôm, nhiệt độ của van được truyền ra môi trường xung quanh thông qua bề mặt cánh tỏa nhiệt Sự truyền nhiệt giữa cánh tỏa nhiệt và môi trường xung quanh phụ thuộc vào sự chênh lệch nhiệt độ Khi cánh tỏa nhiệt nóng lên, nhiệt độ xung quanh cũng tăng, dẫn đến việc tốc độ dẫn nhiệt ra không khí bị giảm Diện tích bề mặt tỏa nhiệt đóng vai trò quan trọng trong quá trình này.
Stn Tổn hao công suất: P = 8W. Độ chênh lệch nhiệt độ so với môi trường: = Tlv – Tmt
Có Tlv = 125 0 C, chọn nhiệt độ môi trường: Tmt = 40 0 C.
Ktn: Hệ số có xét tới điều kiện tỏa nhiệt.
Hình 2: hình dạng cánh tản nhiệt cho triac
4.4.2 Bảo vệ quá dòng điện cho van
Chọn cầu chì tác động nhanh để bảo vệ ngắn mạch nguồn:
Chọn một cầu chì loại 3A.
4.4.3 Bảo vệ quá điện áp cho van
Để bảo vệ triac khỏi quá điện áp do quá trình đóng cắt, cần mắc một mạch R-C song song với triac Khi triac chuyển mạch, các điện tích trong lớp bán dẫn sẽ phóng ra, tạo ra dòng điện ngược trong thời gian ngắn Sự biến thiên nhanh chóng của dòng điện ngược này sẽ tạo ra sức điện động cảm ứng lớn trong các điện cảm, dẫn đến quá điện áp giữa Anot và Katot của triac.
R - C mắc song song với triac tạo ra mạch vòng phóng điện trong quá trình chuyển mạch nên triac không bị quá điện áp.
Hình 3: sơ đồ mạch động lực được lựa chọn
Tính chọn mạch cách li
Hình 4 Sơ đồ, cấu tạo của cách ly quang
Trong nghiên cứu về ứng dụng cho tải công suất trung bình và nhỏ, chúng tôi chọn giải pháp sử dụng cách ly quang để đảm bảo tính gọn nhẹ và chi phí hợp lý MOC 3020 được lựa chọn để thực hiện cách ly an toàn giữa tải và mạch điều khiển, mang lại hiệu quả cao với giá thành rẻ.
Yêu cầu: đối với MOC 3020
Dòng điện vào (DC) là 50(mA)
Năng lượng tổn hao ở 25 0 là : 100mW
-Output: Điện áp vào điều khiển : 250V
Dòng ra điều khiển (50Hz ≤ f ≤ 60Hz)
Tổn hao năng lượng (TA% 0 C): 300mW
-Điện áp ra của TCA là U max =V cc V Sụt áp tại diode lúc này điện áp còn lại là:
MOC3020 có dòng vào chân 1 là I gt PmA, lúc này ta có điện trở cần trong mạch là:
Chế tạo mạch thực tế
Phương hướng phát triển của đề tài
Mạch điều áp sử dụng IC tích hợp cho phép điều khiển hiệu quả các loại động cơ một pha công suất nhỏ và vừa trong các xí nghiệp Để khắc phục hiện tượng không mở khi có tải điện cảm lớn, chúng ta đã trình bày giải pháp trước đó Mạch này nổi bật với khả năng điều khiển tốc độ mượt mà và dải điều chỉnh rộng Ngoài ra, nó còn được ứng dụng trong việc điều khiển nhiệt độ của lò điện trở và trong kỹ thuật chiếu sáng Đặc biệt, mạch có thể chuyển đổi thành mạch điều áp xoay chiều 3 pha bằng cách kết hợp ba mạch điều khiển, phù hợp cho các động cơ ba pha công suất lớn trong công nghiệp, sử dụng van bán dẫn tiristor Nhu cầu điều khiển tốc độ động cơ trong thực tế đang gia tăng, và mạch điều khiển này đáp ứng hầu hết các loại động cơ với ưu điểm giá thành hợp lý, thiết kế nhỏ gọn và dễ vận hành cũng như sửa chữa.
Đề tài "Thiết kế chế tạo mạch điều áp xoay chiều điều chỉnh tốc độ động cơ một pha" mang lại nhiều ứng dụng thực tiễn trong cuộc sống, như điều khiển quạt và máy bơm nước Dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy Đỗ Thành Hiếu và các thầy cô trong khoa, chúng em đã hoàn thành thiết kế và chế tạo mạch này.
Mặc dù đồ án của chúng em còn một số hạn chế do trình độ chưa cao, như việc làm việc chưa khoa học và tìm linh kiện chưa tối ưu, nhưng nhìn chung, mạch thiết kế vẫn đạt độ chính xác và tính ổn định cao, đồng thời có khả năng chống nhiễu tốt.
Sau thời gian thực hiện đồ án, chúng em đã tích lũy được nhiều kinh nghiệm quý báu và kiến thức chuyên ngành bổ ích Điều này có được nhờ sự chỉ dẫn tận tình của các thầy cô, sự hỗ trợ từ các anh chị trong khoa, cùng với những góp ý từ các bạn.
Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Đỗ Thành Hiếu cùng các thầy cô trong khoa đã hỗ trợ chúng em trong quá trình hoàn thành đồ án này.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!
Danh mục tài liệu tham khảo
1 Điện tử công suất "lý thuyết, thiết kế, ứng dụng"- Lê Văn Doanh(chủ biên).NXB khoa học và kỹ thuật.
2 Đề cương bài giảng "Điện tử công suất và truyền động điện" – Đỗ Công Thắng - Nguyễn Phương Thảo – Khoa Điện - Điện TửTrường Đại Học SPKT Hưng Yên
3 Đề cương bài giảng "Điện tửcăn bản" – Đặng Văn Khanh– Khoa Điện - Điện TửTrường Đại Học SPKT Hưng Yên
4 Điều chỉnh tự động truyền động điện– Bùi Quốc Khánh(chủ biên)).NXB khoa học và kỹ thuật.
5 Điện tử công suất – (Nguyễn Bính).NXB khoa học và kỹ thuật.
6 Máy điện 1 – Vũ Gia Hanh(chủ biên).NXB khoa học và kỹ thuật.
7 Các trang web tham khảo :
http://www book.edu.vn
