ĐỒ án môn học THIẾT kế bộ điều áp XOAY CHIỀU một PHA điều KHIỂN tốc độ ĐỘNG cơ điện

ĐỘNG CƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU MỘT PHA

Khái niệm

Động cơ điện xoay chiều một pha, hay còn gọi là động cơ một pha, là loại động cơ không cổ góp hoạt động bằng điện một pha, được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp và đời sống, như trong bơm nước, quạt, và các hệ thống tự động Để điều chỉnh tốc độ của động cơ một pha, người ta có thể áp dụng nhiều phương pháp khác nhau, ví dụ như sử dụng biến tần hoặc điều chỉnh điện áp.

- 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.

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 cung cấp cho động cơ Hai phương pháp phổ biến được sử dụng là mắc nối tiếp với tải một điện trở hoặc điện kháng, được gọi là Zf, và điều chỉnh điện áp thông qua biến áp như survolter hoặc 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

GV hướng dẫn: Nguyễn Thị Thanh Trang 6 Đồ án 3: Điện Tử Công Suất-TĐĐ

Một số mạch điều khiển động cơ một pha

Điều áp xoay chiều được ứng 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 kích hoạt diac Việc điều chỉnh điện áp và tốc độ quạt có thể thực hiện thông qua biến trở VR như trong hình a Tuy nhiên, sơ đồ điều khiển này không hiệu quả hoàn toàn, vì trong 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 quạt Tốc độ quay của quạt được điều chỉnh thông qua biến trở VR, ảnh hưởng đến quá trình nạp tụ C Khi điều chỉnh giá trị VR, thời điểm mở thông diac và thời điểm Triac dẫn cũng được điều chỉnh Triac sẽ mở khi điện áp trên tụ đạt đến điểm dẫn của thông diac Để tăng tốc độ quạt, cần giảm điện trở của VR, giúp tụ nạp nhanh hơn và Triac dẫn sớm hơn, từ đó điện áp ra lớn hơn Ngược lại, nếu điện trở của VR tăng, tụ nạp sẽ chậm hơn, Triac mở chậm hơn, dẫn đến điện áp và tốc độ quạt giảm.

* Mạch điều khiển trên đây có ưu điểm:

Bạn có thể điều khiển liên tục tốc độ quạt và áp dụng công nghệ này cho nhiều thiết bị khác, như điều chỉnh độ sáng của đèn sợi đốt và kiểm soát hiệu quả bếp điện.

-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.

BỘ ĐIỀU ÁP XOAY CHIỀU MỘT PHA

Đặt vấn đề

Các bộ biến đổi điện áp xoay chiều được sử dụng để điều chỉnh điện áp hiệu dụng cung cấp cho tải Nguyên lý hoạt động của những bộ biến đổi này dựa trên việc sử dụng các phần tử van bán dẫn, kết nối tải với nguồn điện trong khoảng thời gian t1 và ngắt kết nối trong khoảng thời gian t0, tạo thành một chu kỳ lặp lại.

T Bằng cách thay đổi độ rộng của t1 hay t0 trong khoảng T ta thay đổi được giá trị điện áp trung bình ra trên tải Nguyên lý này có ưu điểm là điều chỉnh điện áp ra trong một phạm vi rộng và vô cấp, hiệu suất cao vì tổn thất trên các phân tử điện tử công suất rất nhỏ Điều áp xoay chiều thường được sử dụng trong điều khiển chiếu sáng, đốt nóng, trong khởi động mềm và điều chỉnh tốc độ quạt gió hoặc máy bơm.

Có hai loại bộ điều chỉnh điện áp dựa trên số pha nguồn cấp: Điều áp xoay chiều một pha và Điều áp xoay chiều ba pha.

Giới thiệu một số sơ đồ mạch động lực

Hình 1 trình bày một số mạch điều áp xoay chiều một pha, trong đó Hình 1a mô tả mạch điều áp xoay chiều sử dụng điện kháng hoặc điện trở phụ kết nối theo cách mắc nối tiếp với tải Mặc dù sơ đồ mạch điều chỉnh này đơn giản và dễ thực hiện, nhưng hiện nay nó ít được sử dụng do hiệu suất thấp khi Zf là điện trở, hoặc hệ số công suất cos thấp khi Zf là điện cảm.

Hình 1 Các phương án điều áp một pha

Biến áp tự ngẫu có khả năng điều chỉnh điện áp xoay chiều U2 từ 0 đến bất kỳ giá trị nào lớn hơn hoặc nhỏ hơn điện áp đầu vào, như thể hiện trong hình 1b Ưu điểm của phương pháp này là tính linh hoạt trong việc điều chỉnh điện áp, nhưng khi dòng tải lớn, việc sử dụng biến áp tự ngẫu để điều chỉnh gặp khó khăn trong việc đạt yêu cầu mong muốn Đặc biệt, việc điều chỉnh không thể thực hiện liên tục do chổi than khó chế tạo để chỉ tiếp xúc trên một vòng dây của biến áp.

Giải pháp điều áp xoay chiều trong hình 1a, b có ưu điểm là cung cấp điện áp hình sin đơn giản Tuy nhiên, chúng cũng gặp phải nhược điểm như quán tính điều chỉnh chậm và không thể điều chỉnh liên tục khi dòng tải lớn Việc sử dụng sơ đồ bán dẫn để điều chỉnh xoay chiều giúp khắc phục những nhược điểm này.

Các sơ đồ điều áp xoay chiều bằng bán dẫn, như hình 1c, rất phổ biến trong ứng dụng thực tế Việc chọn lựa sơ đồ phù hợp phụ thuộc vào dòng điện, điện áp tải và khả năng cung cấp linh kiện bán dẫn Dưới đây là một số gợi ý hữu ích khi lựa chọn các sơ đồ trong hình 1c.

Sơ đồ điều áp xoay chiều một pha bằng bán dẫn có thể được thực hiện qua nhiều phương pháp khác nhau, bao gồm: sử dụng hai tiristor song song ngược, áp dụng triac, kết hợp một tiristor với một diod, hoặc sử dụng bốn diod kết hợp với một tiristor.

Sơ đồ kinh điển hình 2.A là lựa chọn phổ biến nhờ khả năng điều khiển với mọi công suất tải Hiện tại, tiristor có thể chế tạo với dòng điện lên đến 7000A, cho phép điều khiển xoay chiều lên đến hàng chục nghìn ampe, hoàn toàn đáp ứng nhu cầu sử dụng.

Việc điều khiển hai tiristor song song ngược có thể gặp khó khăn trong việc duy trì chất lượng điều khiển, đặc biệt khi yêu cầu điều khiển đối xứng điện áp trong quá trình cung cấp.

Đồ án 3: Điện Tử Công Suất - TĐĐ cho tải yêu cầu thành phần điện áp đối xứng, như biến áp hay động cơ xoay chiều, nhưng việc điều khiển bằng linh kiện tiristor có thể gây ra mất đối xứng điện áp Điều này dẫn đến điện áp và dòng điện không đối xứng, gây ra thành phần dòng điện một chiều trong tải, làm cuộn dây bị bão hòa, phát nóng và có nguy cơ cháy Do đó, việc kiểm tra và hiệu chỉnh định kỳ mạch là cần thiết, mặc dù sơ đồ này vẫn là lựa chọn tối ưu cho dòng điện tải lớn.

Triac ra đời để khắc phục nhược điểm của việc ghép hai tiristor song song ngược, cho phép mắc theo sơ đồ hình 2.B với ưu điểm là đường cong điện áp ra gần như mong muốn như hình 3.a Sơ đồ mạch này hiện nay được sử dụng phổ biến trong công nghiệp Tuy nhiên, triac hiện tại chỉ được chế tạo với dòng điện tối đa dưới 400A, do đó, với những tải lớn hơn 400A, cần ghép song song nhiều triac, dẫn đến sự phức tạp trong lắp ráp và điều khiển.

Sơ đồ hình 2.C bao gồm hai tiristor và hai điốt, cho phép kết nối các cực điều khiển một cách đơn giản Sơ đồ này thích hợp sử dụng khi điện áp nguồn cấp lớn, giúp phân bổ điện áp trên các van, tương tự như việc mắc nối tiếp các van.

Sơ đồ hình 2D được sử dụng phổ biến trong việc điều khiển đối xứng điện áp trên tải, nhờ vào việc chỉ cần một tiristor và một mạch điều khiển, giúp đơn giản hóa quá trình điều khiển.

GV Nguyễn Thị Thanh Trang đã hướng dẫn về Đồ án 3: Điện Tử Công Suất, nhấn mạnh rằng việc sử dụng ít tiristor có thể mang lại lợi ích khi van điều khiển khan hiếm Tuy nhiên, phương pháp điều khiển này gây ra tổn hao lớn trên các van bán dẫn, dẫn đến hiệu suất hệ thống điều khiển giảm Hơn nữa, tổn hao năng lượng nhiệt cao làm cho việc làm mát hệ thống trở nên khó khăn hơn.

Giới thiệu về phần tử bán dẫn triac

2.3.1 Cấu tạo và ký hiệu

Hình 4: Cấu tạo và ký hiệu của triac.

Triac là một linh kiện bán dẫn tương tự như hai Thyristor mắc song song ngược, nhưng chỉ có một cực điều khiển Là thiết bị bán dẫn ba cực với bốn lớp, Triac có khả năng mở dẫn dòng thông qua cả xung dương và xung âm Tuy nhiên, xung dòng điều khiển âm yêu cầu một dòng lớn hơn so với xung dương để có thể kích hoạt Triac, do độ nhạy kém hơn của nó.

Vì vậy trong thực tế để đảm bảo tính đối xứng của dòng điện qua Triac thì sử dụng dòng điều khiển âm là tốt hơn cả.

Có 4 tổ hợp điện thế có thể mở Triac cho dòng chảy qua:

GV hướng dẫn: Nguyễn Thị Thanh Trang Đồ án 3: Điện Tử Công Suất-TĐĐ

Trường hợp MT 2 (+), 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 các điện tử này bị trường nội tại E E1 hút vào, trong khi điện áp ngoài được đặt lên J2 làm tăng Barie, đủ cao để thu hút các điện tích thiểu số từ P1 Điều này tạo ra động năng lớn giúp bẻ gãy các liên kết của nguyên tử Sillic trong khu vực, dẫn đến một phản ứng dây chuyền mở ra dòng chảy qua T’.

Hình 5: Đặc tuyến V-A của triac

Triac có đường đặc tính V-A đối xứng nhận góc mở trong cả hai chiều

Điều áp xoay chiều một pha ứng với tải R-L

Hình7: Hình dáng dòng điện và điện áp đối với tải R-

L Khi tiristor T1 mở có phương trình: i = 2

Hằng dạng số tích phân A được xác định: Khi thì i = 0 Biểu thức dòng tải i có dạng: i 2

Biểu thức này đúng trong khoảng đến Góc được thay đổi bằng cách thay và đặt i= 0

Trong biểu thức trên: tg = L

Tiristor T1 phải được khoá lại trước khi cho xung mở T2, nếu không thì không thể mở được T 2 , tức Để thoả mãn điều kiện này ta phải có:

Hình 8 cho thấy mối quan hệ giữa dòng điện và điện áp trong tải thuần trở và thuần cảm Điều này chứng tỏ rằng, ngay cả trong trường hợp 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:

Uc Giá trị hiệu dụng của dòng tải:

I c 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 =( V 2

Dưới đây là bảng góc mở α ứng với từng loại tải :

THIẾT KẾ MẠCH

1.2.1 Khối nguồn a Sơ đồ b Chức năng

Biến đổi dòng xoay chiều điện áp 15V thành dòng một chiều cấp cho chân vào của TCA785. c Nguyên lý hoạt động

Dòng điện 15V xoay chiều được chuyển đổi thành dòng một chiều thông qua cầu chỉnh lưu 3A Sau khi đi qua IC ổn áp 7815, điện áp được ổn định ở mức 15V Tiếp theo, điện áp 15V này được đưa qua tụ điện 2200µF để làm phẳng điện áp.

GV hướng dẫn: Nguyễn Thị Thanh Trang

THIẾT KẾ

Phân tích từng khối

1.2.1 Khối nguồn a Sơ đồ b Chức năng

Biến đổi dòng xoay chiều điện áp 15V thành dòng một chiều cấp cho chân vào của TCA785. c Nguyên lý hoạt động

Dòng điện 15V xoay chiều được chỉnh lưu qua cầu 3A, chuyển đổi thành dòng một chiều Sau khi đi qua IC ổn áp 7815, điện áp đầu ra được duy trì ổn định ở mức 15V Để làm phẳng điện áp, dòng điện 15V sau khối chỉnh lưu được cung cấp qua tụ 2200µF.

Hướng dẫn GV Nguyễn Thị Thanh Trang về đồ án 3: Điện Tử Công Suất, đề xuất thiết kế mạch ổn áp sử dụng IC 7815 Mạch được kết nối song song với một tụ gốm nhằm loại bỏ thành phần sóng hài của điện áp xoay chiều sau IC Bên cạnh đó, một LED cũng được mắc song song để báo hiệu rằng mạch điều khiển đang có nguồn hoạt động.

Chúng em đã chọn sơ đồ sử dụng TRIAC để thiết kế bộ điều áp xoay chiều cho động cơ (tải R+L) vì sơ đồ này mang lại nhiều ưu điểm nổi bật.

- Công suất tải là không lớn nên Triac đáp ứng đầy đủ về công suất đáp ứng

- Mạch điều khiển Triac đơn giản.

- Giá thành rẻ, vận hành đơn giản. a Sơ đồ mạch b.Nguyên lý làm việc

Tín hiệu đầu vào tại chân điều khiển G của Triac cho phép điều khiển việc mở dẫn dòng Nhờ đó, điện áp trên tải sẽ tương ứng với góc mở của Triac, giúp điều chỉnh hiệu suất hoạt động của mạch điện.

GV hướng dẫn: Nguyễn Thị Thanh Trang Đồ án 3: Điện Tử Công Suất-TĐĐ Khi điều chỉnh biến trở V11, chúng ta có thể điều chỉnh độ rộng xung vuông tương ứng với tải trong sơ đồ, cho phép vị trí đặt tải trước hoặc sau van đều khả thi.

Dưới đây là sơ đồ dạng sóng đầu ra của van khi điều chỉnh góc mở:

Khi nhìn vào hình trên, ta nhận thấy rằng do tải có tính cảm kháng, khi tắt, động cơ vẫn có một phần điện áp trả lại Điều này có thể dẫn đến việc xuất hiện một vùng không hoạt động, và nếu diện cảm lớn, mạch có thể không hoạt động hoàn toàn.

Nguyên nhân của hiện tượng này như sau :

Em xin trình bày với 2 tiristor mắc song song ngược (tương tự 1 triac)

Khi điện áp nguồn U1 đổi dấu mà cuộn dây điện cảm chưa xả hết năng lượng, T1 vẫn dẫn từ π đến φ1, cho thấy T1 đang phân cực thuận với điện áp Ua1a2>0 Điều này cũng đồng nghĩa với việc T2 phân cực ngược Vì vậy, trong khoảng thời gian từ φ1 đến π, nếu có tín hiệu điều khiển T2, thì T2 sẽ không dẫn được.

Thứ 2 là do khi có điện cảm, dòng điện không biến thiên đột ngột tại thời điểm mở tiristor, điện cảm càng lớn khi dòng điện biến thiên càng chậm Nếu độ rộng xung điều khiển hẹp, dòng điện khi có xung điều khiển không đủ lớn hơn dòng điện duy trì,do đó van bán dẫn không tự giữ dòng điện Kết quả không có dòng điện, van sẽ không mở Hiện tượng này sẽ thấy ở cuối và đầu chu kỳ điện áp, lúc đó điện áp tức thời đặt vào van bán dẫn nhỏ Khi kết thúc xung điều khiển, dòng điện còn nhỏ hơn dòng duy trì nên van bán dẫn khoá luôn Chỉ khi nào điện áp mở ở van đủ lớn hơn dòng dòng điện duy trì, dòng điện mới tồn tại trong mạch

GV hướng dẫn: Nguyễn Thị Thanh Trang Đồ án 3: Điện Tử Công Suất-TĐĐ Để khắc phục hiện tượng này, cần tạo xung gián đoạn bằng chùm xung liên tiếp, như minh họa trong hình vẽ dưới đây Thời gian từ khi mở van cho đến khi kết thúc bán kỳ là rất quan trọng.

Dưới đây là sơ đồ:

Tuỳ theo tải có điện cảm lớn cỡ nào mà ta thiết kế chọn độ rộng xung cho hợp lý

1.2.3.1.Phân tích Điều khiển Triac trong sơ đồ chỉnh lưu hiện nay có rất nhiều phương pháp khác nhau thường gặp là điều khiển theo nguyên tắc thẳng đứng tuyến tính Theo nguyên tắc này để điều khiển góc mở của Triac ta tạo ra một điện áp tựa dạng tam giác (điện áp tựa răng cưa

U rc ) Dùng một điện áp một chiều U đk để so sánh với điện áp tựa Tại thời điểm hai điện áp này bằng nhau(Uđk= Urc)

Trong vùng điện áp dương của anot, tín hiệu phát xung điều khiển được duy trì cho đến cuối bán kỳ hoặc cho đến khi dòng điện đạt giá trị bằng 0 Để thực hiện mục tiêu này, mạch điều khiển cần bao gồm ba khâu cơ bản.

Hình 9: 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(U đk = U rc ) 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:

Để mở Triac, cần tạo ra một xung phù hợp với các yêu cầu cụ thể Xung điều khiển cần có sườn trước dốc thẳng đứng để đảm bảo Triac mở ngay lập tức khi nhận tín hiệu Xung thường là xung kim hoặc xung chữ nhật với độ rộng lớn hơn thời gian mở của Triac Ngoài ra, cần đảm bảo cách ly giữa mạch điều khiển và mạch động lực, đặc biệt khi điện áp động lực cao, để đảm bảo an toàn và đủ công suất.

Điện áp cung cấp cho mạch điều khiển được đưa đến khối đồng pha, tạo ra điện áp đồng bộ Vđb có hình sin cùng tần số và có thể lệch pha so với điện áp nguồn Đầu ra của mạch phát điện răng cưa cung cấp điện áp răng cưa Vrc đồng bộ về tần số và góc pha với điện áp đồng bộ Vrc được đưa vào khối so sánh, nơi có điện áp một chiều điều chỉnh từ bên ngoài Hai tín hiệu này được mắc ngược chiều, và khối so sánh sẽ so sánh chúng Khi hai tín hiệu bằng nhau, đầu ra của khối so sánh sẽ tạo ra các xung với chu kỳ của Vrc Trong đó, một sườn của xung xuất hiện tại đầu ra khối so sánh là sườn sử dụng, cho phép thay đổi thời điểm xuất hiện của xung bằng cách điều chỉnh Vđk trong khi giữ nguyên dạng của Vrc.

Trong nhiều trường hợp, tín hiệu từ khối so sánh không đủ mạnh để điều khiển thiết bị, mặc dù có những tình huống tín hiệu được đưa trực tiếp đến đầu cực của thiết bị.

CHẾ TẠO

Tính toán thiết kế để chế tạo mô hình

2.1.1 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

Pđm=0.2 Kw U: Điện áp định mức

U"0V cos: Hệ số công suất tải lấy cos =0,8 Khi đó:

-Điện áp làm việc cực đại của triac

U = K U = 2 220 = 311,13V Điện áp của van cần chọn

K là hệ số dự trữ điện áp Với phần tính toán này chúng em lấy điện áp dự trữ của van là Kdt=1.8

- Dòng điện làm việc của van được tính theo dòng hiệu dụng Itải=1.136 A

Chọn điều kiện làm việc của van: có cánh tản nhiệt không có quạt đối lưu Dòng điện định mức của 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-136 600E có các thông số sau: Điện áp định mức: U đm = 600 V.

Dòng điện định mức: I đm = 4 A.

Dòng điện điều khiển: Iđk = 50 m

A Điện áp điều khiển: U đk = 1.5V.

Dòng điện duy trì: Ih = 15 mA.

Sụt trên van khi mở: U = 1.7 V Thời gian giữ xung điều khiển: tx = 2 s

Tốc độ tăng điện áp: du

Nhiệt độ làm việc cực đại: T 0 C = 125 0 C.

Chúng tôi đã chọn thông số phù hợp cho động cơ điện một pha công suất nhỏ, với các giá trị nguồn khó có thể vượt quá mức này, vì vậy chúng tôi quyết định sử dụng TCA.

Các giá trị trên em lấy trên datasheet của triac

Chúng tôi đã quyết định sử dụng van này trong mạch vì các giá trị của van hoàn toàn đáp ứng và phù hợp với các thông số yêu cầu của động cơ.

2.1.2 Chọn thiết bị bảo vệ

Triac làm việc với dòng điện tối đa Imax = 1.136 A chịu một tổn hao trên van là ( P1) và khi chuyển mạch ( P 2 ) Tổng tổn hao sẽ là:

Tổn hao công suất gây ra nhiệt, và để bảo vệ van hoạt động hiệu quả, cần lắp đặt van bán dẫn trên cánh tỏa nhiệt, vì van chỉ có thể hoạt động ở nhiệt độ tối đa 125°C.

Khi van bán dẫn được gắn vào cánh tỏa nhiệt bằng đồng hoặc nhôm, nhiệt độ của van sẽ được truyền ra môi trường xung quanh thông qua bề mặt cánh tỏa nhiệt Quá trình tỏa nhiệt này xảy ra nhờ sự chênh lệch nhiệt độ giữa cánh tỏa nhiệt và môi trường xung quanh Khi cánh tỏa nhiệt nóng lên, nó làm tăng nhiệt độ của không khí xung quanh, góp phần vào hiệu suất làm mát của hệ thống.

GV hướng dẫn Nguyễn Thị Thanh Trang trong Đồ án 3 về Điện Tử Công Suất cho biết rằng, khi nhiệt độ toả nhiệt tăng lên, tốc độ dẫn nhiệt ra môi trường không khí sẽ bị chậm lại Để tính toán diện tích bề mặt toả nhiệt, cần xem xét các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình này.

Tổn hao công suất: P = 1,82W. Độ chênh lệch nhiệt độ so với môi trường: = Tlv – Tmt

Có Tlv = 1250C, chọn nhiệt độ môi trường: Tmt = 400C.

Ktn: Hệ số có xét tới điều kiện tỏa nhiệt Chọn Ktn = 8.10 -4 W/cm 2 0 C.

Hình 15: hình dạng cánh tản nhiệt cho triac

2.1.2.2 Bảo vệ quá dòng điện cho van

*Chọn cầu chì tác động nhanh để bảo vệ ngắn mạch nguồn:

Chọn một cầu chì loại 1 A.

2.1.2.3 Bảo vệ quá điện áp cho van

Để bảo vệ quá điện áp do quá trình đóng cắt Triac, cần mắc R-C song song với triac hoặc thyristor Khi chuyển mạch, các điện tích trong các lớp bán dẫn sẽ phóng ra, tạo ra dòng điện ngược trong thời gian ngắn Sự biến thiên nhanh chóng của dòng điện ngược gây ra sức điện động cảm ứng lớn trong các điện cảm, dẫn đến quá điện áp giữa Anot và Katot của triac hoặc thyristor.

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 16: sơ đồ mạch động lực được lựa chọn Thông thường chọn R = 10 100 , C = 0,1 1000 F.

Trên đây chúng em xin trình bày cách tính chọn van và mạch dộng lực cho mạch điều khiển !

3 tính chọn phần tử cách ly

Có nhiều phương án cho khâu cách ly, bao gồm việc sử dụng phần tử cách ly quang biến áp xung Đối với mạch công suất nhỏ, chỉ cần sử dụng diode để ngăn ngừa dòng điện ngược.

Trong bài viết này, chúng tôi tập trung vào ứng dụng cho các tải công suất trung bình và nhỏ, với yêu cầu về tính gọn nhẹ và giá thành hợp lý Chúng tôi đã quyết định sử dụng cách ly quang, cụ thể là MOC 3021, vì nó mang lại hiệu quả cao, chi phí thấp và đảm bảo an toàn giữa mạch lực và mạch điều khiển.

Sau đây là một số sơ đồ kết nối trong datasheet :

GV Nguyễn Thị Thanh Trang hướng dẫn Đồ án 3 về Điện Tử Công Suất-TĐĐ Dưới đây là một số sơ đồ kết nối của MOC 3020 tương ứng với các loại tải khác nhau, bao gồm sơ đồ kết nối trong khâu cách ly mà nhóm chúng em đã thực hiện.

Hình 18: Sơ đồ khối và sơ đồ nguyên lý của moc 3020

2.2 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch

Khi cấp nguồn cho mạch điều khiển, chúng tôi sử dụng khối chỉnh lưu điện áp 15V AC vào các chân 13, 6, 16 của TCA 785, với chân 5 nối với điện áp xoay chiều 15V sau máy biến áp để đồng bộ hóa với mạch lực Để tạo xung răng cưa, chân 12 được kết nối với tụ không phân cực 22nF nhằm điều chỉnh độ rộng xung, trong khi tụ 68nF ở chân 10 giúp điều chỉnh biên độ cho mạch điều khiển triac Hai biến trở 50k được sử dụng ở chân 11 để điều chỉnh độ rộng xung, từ đó điều chỉnh góc mở cho triac và đạt được giá trị điện áp mong muốn trên tải Chân 14 phát xung điều chỉnh góc mở cho điện áp dương, trong khi chân 15 phát xung cho điện áp âm, cho phép điều chỉnh tốc độ động cơ Để bảo vệ mạch điều khiển khỏi điện áp ngược, chúng tôi sử dụng hai diot chống ngược dòng và mạch cách ly quang MOC 3020 Mạch lực được bảo vệ bởi cầu chì 1A.

Để điều khiển tốc độ động cơ trong đồ án 3: Điện Tử Công Suất-TĐĐ, người dùng chỉ cần vặn biến trở R11, với góc mở nhỏ hơn sẽ tạo ra điện áp lớn hơn trên tải Biến trở R9 được sử dụng để điều chỉnh độ mịn cho góc mở bằng cách điều chỉnh biên độ của xung răng cưa.

Sơ đồ board

phương hướng phát triển của đề tài

Mạch điều khiển sử dụng IC tích hợp cho phép điều khiển động cơ một pha công suất nhỏ và vừa trong các xí nghiệp, đồng thời khắc phục hiện tượng không mở khi có tải điện cảm lớn Mạch này nổi bật với khả năng điều chỉnh tốc độ mượt mà và dải điều chỉnh rộng Ngoài ra, nó còn được ứng dụng để kiểm soát nhiệt độ trong lò điện trở và trong kỹ thuật chiếu sáng Đặc biệt, mạch có thể chuyển đổi thành mạch điều khiển xoay chiều 3 pha bằng cách kết hợp ba mạch điều khiển, phù hợp cho 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 hiện nay rất lớn.

GV Nguyễn Thị Thanh Trang hướng dẫn Đồ án 3: Điện Tử Công Suất-TĐĐ, cho phép điều khiển hầu hết các loại động cơ Mạch có ưu điểm là giá thành hợp lý, kích thước nhỏ gọn và dễ dàng trong việc vận hành cũng như sửa chữa.

Sau hai tháng thực hiện đồ án với đề tài “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo bộ điều chỉnh điện áp xoay chiều điều khiển động cơ một pha” bằng các phần tử bán dẫn công suất, chúng em đã hoàn thành công việc Nhờ vào nỗ lực cá nhân, sự hỗ trợ của bạn bè và đặc biệt là sự giúp đỡ tận tình từ cô giáo Nguyễn Thị Thanh Tâm, chúng em đã đáp ứng được các yêu cầu cơ bản của đề tài một cách tương đối tốt.

Trong quá trình thực hiện đề tài, chúng em nhận thức được rằng kiến thức của mình còn hạn chế, dẫn đến không tránh khỏi một số sai sót Vì vậy, chúng em rất mong nhận được ý kiến đóng góp từ các thầy cô giáo và bạn bè để giúp đề tài ngày càng hoàn thiện hơn.

Chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo bộ môn ‘Điện tử công suất và truyền động điện’ đã tận tình hỗ trợ và hướng dẫn chúng em trong quá trình hoàn thiện đề tài đồ án này.

Một lần nữa, chúng em xin chân thành cảm ơn!

Hưng yên, tháng 11 năm 2012 Nhóm sinh viên thực hiện đồ án :

Hoàng Lương Thái Sơn Trần Văn Thoại

Tài liệu tham khảo: Điện tử công suất- Nguyễn Văn Doanh Điện tử công suất – Nguyễn Bính

Giáo trình truyền động điện- Đỗ Công Thắng-Nguyễn Phương Thảo www.alldatasheet.com/ www.dientuvietnam.net/ www.tailieu.vn/ www.hoiquandientu.com/

Tiêu đề	Thiết Kế Bộ Điều Áp Xoay Chiều Một Pha Điều Khiển Tốc Độ Động Cơ Điện
Tác giả	Hoàng Lương, Thái Sơn, Trần Văn Thoại
Người hướng dẫn	Nguyễn Thị Thanh Tâm
Trường học	Trường Đại Học
Chuyên ngành	Đo Lường-Điều Khiển Tự Động
Thể loại	Đồ Án
Năm xuất bản	2012
Thành phố	Hưng Yên

Định dạng
Số trang	44
Dung lượng	1,59 MB