Tài liệu Đề tài Thiết kế bộ thực hành ổn áp xoay chiều theo nguyên tắc biến áp: Đồ án tốt nghiệp
1
Nhiệm Vụ
Thiết kế đồ án tốt nhgiệp
Đề tài thiết kế: Thiết kế bộ thực hành ổn áp xoay chiều theo nguyên
tắc biến áp
2/Các số liệu ban đầu:
Công suất : 1 KVA
Dải điện áp đầu vào từ 160v đến 240v
Sai số đầu ra cho phép : +3v
- 3v
3/Nội dung phân thuyết minh và tính toán:
4/Phần bản vẽ:
Lời Nói Đầu
Ngày nay khi nền công nghiệp càng phát triển thì nhu cầu sử dụng
diện trong đời sống và sản xuất càng rộng rãi .Nguồn năng lượng điện vơi
Đồ án tốt nghiệp
2
ưu thế là nguồn năng lượng dễ sử dụng , không gây ô nhiễm môi trường
và con người có thể sản xuất được . Bởi vậy điện năng dần thay thế các
năng lượng khác như than , dầu mỏ, khí đốt…..
Hiện nay, nhu cầu sử dụng điện rất lớn, nhưng lưới điện nước ta
vẫn chưa ổn định , nhất là vào giờ cao điểm. Một vấn đề cần được giải
quyết đối với người vận hành điện cũng như các hộ sử dụng điện là có
một nguồn điện chất lượng cao , thể hiện ở các tính năng như là :sự ổn
định điện...
68 trang |
Chia sẻ: hunglv | Lượt xem: 1355 | Lượt tải: 1
Bạn đang xem trước 20 trang mẫu tài liệu Đề tài Thiết kế bộ thực hành ổn áp xoay chiều theo nguyên tắc biến áp, để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Đồ án tốt nghiệp
1
Nhiệm Vụ
Thiết kế đồ án tốt nhgiệp
Đề tài thiết kế: Thiết kế bộ thực hành ổn áp xoay chiều theo nguyên
tắc biến áp
2/Các số liệu ban đầu:
Công suất : 1 KVA
Dải điện áp đầu vào từ 160v đến 240v
Sai số đầu ra cho phép : +3v
- 3v
3/Nội dung phân thuyết minh và tính toán:
4/Phần bản vẽ:
Lời Nói Đầu
Ngày nay khi nền công nghiệp càng phát triển thì nhu cầu sử dụng
diện trong đời sống và sản xuất càng rộng rãi .Nguồn năng lượng điện vơi
Đồ án tốt nghiệp
2
ưu thế là nguồn năng lượng dễ sử dụng , không gây ô nhiễm môi trường
và con người có thể sản xuất được . Bởi vậy điện năng dần thay thế các
năng lượng khác như than , dầu mỏ, khí đốt…..
Hiện nay, nhu cầu sử dụng điện rất lớn, nhưng lưới điện nước ta
vẫn chưa ổn định , nhất là vào giờ cao điểm. Một vấn đề cần được giải
quyết đối với người vận hành điện cũng như các hộ sử dụng điện là có
một nguồn điện chất lượng cao , thể hiện ở các tính năng như là :sự ổn
định điện áp ,thời gian cung cấp điện … ổn định điện áp ảnh hưởng rât
nhiều tới các thông sô kĩ thuật ,các chỉ tiêu kinh tế của thiết bị điện .
Nhóm em đã chọn đề tài ” Thiết kế bộ thực hành nguồn ổn áp
xoay chiều theo nguyên tắc biến áp ” làm đề tài tốt nghiệp với mong
muốn để các bạn sinh viên khoá sau được thực hành nắm chắc kiến thức
hoàn chỉnh về nguồn ổn áp, để từ đó có thể thiết kế máy ổn áp dân dụng
hay máy ổn áp trong công nghiệp.
Qua 4 năm học tâp tại khoa điện –cơ-điện tử, trường Đại Học
Phương Đông chúng em đã được tìm hiểu sâu về các kiên thức về thiêt bị
điện, biến đổi điện năng . Được sự giúp đỡ tận tình của thầy Lưu Đức
Dũng và các anh tại trung tâm Nghiên cứu và phát triển công nghệ tự
động-418 Bạch Mai- Hà Nội; chúng em đã hoàn thành Đồ án tốt nghiệp
một cách nghiêm túc và đúng thời hạn. Tuy nhiên ,vì thời gian có hạn và
khối lượng kiến thức đã được học tập , chúng em không tránh khỏi sai
sót trong khi thưc hiện,vì vậy chúng em rất mong sự góp ý, chỉ bảo tận
tình của các thầy cô để đồ án thiết kế này hoàn thiện hơn.
Chương I : GIỚI THIỆU VỀ CÁC LOẠI ỔN ÁP
XOAY CHIỀU
Ổn định điện áp ảnh hưởng rất nhiều tới các thông số kĩ thuật,các chỉ
tiêu kinh tế của thiết bị điện, cụ thể:
• Đối với động cơ không đồng bộ khi điên áp giảm xuống 10% thì momen
quay giảm 19%, hệ số trượt tâng 27.5%, dòng roto tăng 14%, dòng Stato
tăng 10%, nếu giảm tiếp 20% thì momen giảm 36%.Ngược lại khi điện áp
tăng lên 10% thì mô men quay tăng lên 21% ,hệ số trượt giảm xuống 20%,
dòng điện Rôto giảm xuống 18% ,dòng điện stato giảm xuốngcòn 10%.
Đồ án tốt nghiệp
3
• Đối với thiết bị chiếu sáng,khi điện áp giảm xuống 10%thì quang thông
30%. điện áp giảm xuống 20% thì một số đèn huỳnh quang không có khả
năng phát sáng. Khi điện áp tăng 10% thì quang thông của đèn tăng lên 35%,
tuổi thọ của đèn giảm đi ba lần.
Do đó để có một dòng điện chất lượng ,duy trì tuổi thọ của động cơ,
thiết bị điện ổn định điện áp là một yêu cầu vô cùng cấp thiết .cho đến nay
với sự phát triển của khoa học kĩ thuật cho phép thiết kế một bộ nguồn ổn
áp theo nhiều phương pháp như là :
- ổn áp sắt từ có tụ
- ổn áp sắt từ không tụ
- ổn áp dùng khuếch đại từ
- ổn áp dùng máy biến áp kêt hợp điều khiển tự động
- ổn áp kiểu bù
ở mỗi phương án có ưu ,nhược điểm đặc trưng riêng về thông số kĩ
thuật ,chỉ tiêu kinh tế.
I/ Giới thiệu chung :
Do lưới điện dao động nhiều ảnh hưởng không tốt đến sự hoạt động
của các thiết bị điện nên người ta đã chế tạo thiết bị tự động ổn định điện áp
(gọi tắt là ổn áp) .
ổn áp là một thiết bị có thể tự động duy trì điện áp ra thay đổi trọng
phạm vi nhỏ khi điện áp vào thay đổi trong một phạm vi lớn .Cùng với sự
phát triển của khoa học kĩ thuật, các loại ổn áp cũng ngaỳ càng được cải
tiến từ đơn giản đến phức tạp và chất lượng ngày càng tốt hơn.
Để đánh giá được chất lượng của ổn áp người ta đưa ra công thức sau
:
K =
UvUr
UrUv
*
*
Δ
ΔΔ
K : hệ số đánh giá chất lượng ổn áp
Đồ án tốt nghiệp
4
UvUv,Δ : độ biến thiên điện áp vào , điện áp vào
UrUr,Δ : độ biến thiên điện áp ra , điện áp ra
Như vậy qua công thức trên chúng ta đã thấy rằng muốn nâng cao
chất lượng của ổn áp thì phải giảm được độ biến thiên của điện áp ra.
II/ Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của các loại ổn áp thông dụng
1) ổn áp sắt từ không tụ :
1.1) Nguyên lý làm việc :
ổn áp sắt từ không tụ làm việc dựa theo nguyên lý bão hoà từ sơ đồ
nguyên lý làm việc của ổn áp sắt từ không tụ được trình bày dưới đây:
Hình 1.1
1.2)Cấu tạo :
ổn áp loại này gồm hai cuộn dây W1 và cuộn dây W2 quấn trên hai
lõi thép
- Cuộn dây W1 là cuộn tuyến tính ( có khe hở không khí trong
mạch từ)
- Cuộn dây W2 là cuộn bão hoà
- Điện áp vào UV đặt lên cả hai cuộn W1 và W2 còn điện áp ra
lấy trên cuộn bão hoà W2
Đồ án tốt nghiệp
5
1.3) Nguyên lý làm việc:
Với cấu tạo như trên chúng ta thấy rằng :
UV = U1 + U2
Và nếu bỏ qua tổn hao trên hai cuộn kháng thì ta có:
UV = U1 + UR
Đặc tính V – A của các phần tử được thể hiện ở hình 1.2 dưới đây:
Hình 1.2
Từ đường đặc tính trên chúng ta nhận thấy rằng với một sự thay đổi
lớn điện áp vào thì đầu ra của ổn áp thay đổi ít hơn . Tuy vậy sự dao động
của điện áp ra vẫn còn tương đối lớn vì đặc tính V-A của cuộn kháng bão
hoà không thể nằm song song với trục hoành được.
1.4) Ưu nhược điểm của ổn áp sắt từ không tụ:
Ưu điểm :
- Có cấu tạo đơn giản
- Dễ thiết kế, chế tạo
Nhược điểm :
Đồ án tốt nghiệp
6
- Điện áp ra bị méo dạng
- Dòng tổn hao lớn
- Hiệu suất thấp
- Chất lượng của ổn áp không cao
2) Ôn áp sắt từ có tụ:
2.1) Cấu tạo :
Hình 1.3
Ổn áp sắt từ có tụ cũng gồm hai cuộn kháng :
Cuộn W1 và cuộn W2 . Cuộn W1 là cuộn làm việc ở chế độ tuyến tính,
cuộn W2 làm việc ở chế độ bão hoà .Hai cuộn đươc mắc nối tiếp nhau .Điện
áp đầu vào đươc đặt lên hai cuộn này .Điện áp ra đươc lấy trên hai đầu cuộn
W2 và tụ C . Tụ C được mắc song song với cuộn bão hoà W2
Mục đích để giảm nhỏ dòng chạy trong cuộn W1 . Việc mắc thêm tụ
điên trong mạch tạo ra hiện tương cộng hưởng vì thế ổn ap săt từc có tụ còn
gọi là bộ cổng hưởng.
2.2/ Nguyên lý hoạt động:
Tụ C được tính toán sao cho khi điện áp vào UV = Uđm thì IC = 1 , lúc
này mạch điện ở trạng thái cộng hưởng dòng điện.
Đặc tính V – A
Đồ án tốt nghiệp
7
Hình 1.4
Khi vào đường đặc tính trên chúng ta thấy rằng :
- Khi UR < UCH : mạch có tính điện dung
- Khi UR < UCH : mạch có tính điện cảm
Vì vậy phải chọn miền làm việc của ổn áp sau điểm cộng hưởng tức là
UV > UCH
2.3) Ưu nhược điểm của ổn áp sắt từ có tụ:
+ Ưu điểm :
- Hiệu suất cao
- Độ tác động nhanh
- Đơn giản , dễ chế tạo
+ Nhược điểm :
- Điện áp ra bị méo dạng
- Dải điện áp đầu vào hẹp
- Xuất hiện những sóng hài bậc
3. Ổn áp kiểu khuyếch đại từ :
3.1) Cấu tạo: Gồm một khuyếch đại từ và một biến áp tự ngẫu
Đồ án tốt nghiệp
8
Hình vẽ sau mô tả cấu tạo của ổn áp kiểu khuyếch đại từ :
®k
§
®k
Hình 1.5
+ Khuyếch đại từ là một khí cụ điện gồm nhiều cuộn dây cuốn quanh một
lõi thép ,trong đó có cuộn làm việc và cuộn điều khiển . Cuộn điều khiển
đươc cấp điện một chiều thường có hai cuộn mắc ngược cực tính nhau để
Khử sự ảnh hưởng của mạch xoay chiều ở cuộn làm việc vào mạch một
chiều ở cuộn điều khiển . Điều chỉnh điện áp hay dòng điện của cuộn làm
việc nhờ điều khiển dòng điện trong cuộn điều khiển.
+ Điện áp vào được đặt vào đầu vào của biến áp tự ngẫu.
+ Điện áp ra lấy ở đầu ra của biến áp tự ngẫu.
3.2) Nguyên lý hoạt động:
UV = UKĐT + U1TN
UR = K . UTN = K( UV – U KĐT )
Như vậy muốn cho UR không đổi thì iĐK phải được điều chỉnh sao cho
thoả mãn:
- Khi UV tăng thì điều chỉnh IĐK tăng để UKĐT tăng
- Khi UV giảm thì điều chỉnh IĐK giảm để UKĐT giảm
Đồ án tốt nghiệp
9
Vì vậy vấn đề cơ bản đặt ra là làm sao tạo được quá trình tự động thay
đổi IĐK thêo quy luật UV ,thay đổi để UR không đổi > Điều này được giải
quyết nhờ hệ thống điều khiển gồm các cơ cấu phát, đo, so sánh bằng các
phần tử điện từ hoặc điện tử .
3.3) Giới thiệu nguyên lý hoạt động của ổn áp kiểu
khuyếch đại từ cụ thể :
®k3
®k2
®k1 t¶i
Hình 1.6
W1, W2, W3 : 3 cuộn dây điều chỉnh đó chính là cơ cấu phát
Chúng ta phải chỉnh định R1 sao cho khi UV = Uđm và IT = Iđm thì điện
áp Ra UR = Uđm ,tức là :
UV = Uđm
Đồ án tốt nghiệp
10
UT = Iđm
Ö UR = Uđm
+ Cuộn Uđk2 và Wđk3 được mắc nối tiếp với hai cuộn kháng bão hoà
L2 và cuộn tuyến tính L3 qua bộ chỉnh lưu.
+ Cuộn Wđk2 và Wđk3 đấu ngược cưc tính nhau nên sức từ động của
chúng bằng hiệu hai sức từ động
(iw) Σ = ( iđk2 * wđk2 ) – ( iđk3 * wđk3)
+ Biến trở R2 để chỉnh định dòng iđk2
+ Biến trở R3 để chỉnh định dòng iđk3
+ Việc điều chỉnh dòng điều khiển iđk2 và iđk3 thực hiện sao cho khi
UR = URđm thì (iw) Σ =0
Hình vẽ bên thể hiện đặc tính của ổn áp kiểu khuyếch đại từ:
®k3
®k
®m
r
®k2 ®k2
®k3
Hình 1.6
3.4) Ưu nhược điểm của ổn áp kiểu khuyếch đại từ :
* Ưu điểm :
- Khả năng chịu quá tải lớn
- Hiệu suất cao
- Có thể chế tạo với công suất lớn
Đồ án tốt nghiệp
11
- Điện áp ra khá ổn định
- Độ tác động nhanh
* Nhược điểm :
- Giá thành hạ
- Thiết bị cồng kềnh phức tạp
- Điện áp ra bị méo dạng
4) ổn áp làm việc theo nguyên tắc biến áp:
Trong máy biến áp , điện áp tỷ lệ với số vòng dây theo biểu thức:
2
1
2
1
W
W
U
U =
U1 : Điện áp sơ cấp của máy biến áp
U2 : Điện áp thứ cấp của máy biến áp
W1 : Số vòng dây sơ cấp của máy biến áp
W2 : Số vòng dây thứ cấp của máy biến áp
4.1) Cấu tạo :
Ổn áp làm việc theo nguyên tắc biến áp có cấu tạo đơn giản gồm :
BL - máy biến áp ổn áp : là máy biến áp tự ngẫu có con trượt chổi
than
ĐSV : Động cơ secvô ( động cơ 1 chiều kích từ nam châm vĩnh cửu)
truyền động cho con trượt của BL
Mạch điều khiển : Lấy tín hiệu từ đầu ra của ổn áp Ura ,so sánh với
điện áp cần giữ ổn định Uôđ..
Đồ án tốt nghiệp
12
con truît
Ul=Uvμo
M¹ch ®iÒu khiÓn
§SV
ra=U«®
Hình 1.7
4.2) Nguyên lý làm việc :
Ổn áp làm việc theo nguyên tắc biến áp hoạt động theo nguyên lý khi
điện áp đầu vào thay đổi thì mạch điều khiển sẽ phát tín hiệu để động cơ
secvô sẽ kéo chổi than làm thay đổi số vòng dây để tương ứng với điện áp
đầu vào sao cho điện áp đầu ra sẽ là định mức thì dừng lại
Mạch điều khiển có đầu vào nối với đầu ra của ổn áp, đó chính là cơ
cấu so sánh và phát tín hiệu điều khiển bằng các phần tử điện tử bán dẫn .
4.3) Ưu nhược điểm của loại ổn áp làm việc theo nguyên
tắc biến áp :
+ Ưu điểm :
- Giá thành rẻ
- Không cồng kềnh ,dễ chế tạo
- Không méo dạng điện áp
Đồ án tốt nghiệp
13
- Dải làm việc rộng
+ Nhược điểm :
- Mạch điều khiển phức tạp
- Độ tác động chậm
- Bị giới hạn công suất lớn do tiếp xúc chổi than
- Khi thay đổi đầu vào đột ngột thi đầu ra cũng có sai
số lớn do sử dụng hệ cơ khí) sau đó mới có sai số
nhỏ .
5) ổn áp kiểu bù :
Ổn áp loại này làm việc theo nguyên tắc bù công suất thiếu
5.1) Cấu tạo :
®k
Hình 1.8
+ Gồm một biến áp kiểu cảm ứng ,đầu ra được nối tiếp với cuộn thứ
cấp của biến áp , sơ cấp của biến áp được nối với điện áp điều khiển
Đồ án tốt nghiệp
14
+ Có nhiều nhiều cách để điều khiển cuộn sơ cấp của biến áp bù như
dùng biến áp vi sai , hai mặt được mài đi để lấy điện áp qua hai chổi quay
ngược chiều nhau cấp cho sơ cấp biến áp bù . Hoặc cách khác là dùng các
phần tử không tiếp điểm để đóng, cắt biến áp bù tuỳ theo điện áp lưới là cao
hay thấp.
5.2) Nguyên lý hoạt động của ổn áp dùng biến áp bù có
biến áp vi sai để điều khiển sơ cấp biến áp bù :
ra
M¹ch
®iÒu
khiÓn
M M
Hình 1.9
Nguyên lý hoạt động của loại ổn áp này là bù công suất thiếu. Khi
điện áp đầu vào mà thay đổi bao nhiêu so với điện áp định mức thì biến áp
bù chỉ cần bù dương hay bù âm một lượng bấy nhiêu để điện áp ra là định
mức.
Từ sơ đồ trên chúng ta có : UR = Ulưới + U bù
Để điều khiển điện áp đặt vào sơ cấp của biến áp bù, mạch điều khiển
được lấy tín hiệu từ đầu ra cua ổn áp sẽ phát tín hiệu để điều khiển 2 secvô
motơ quay ngược chiều nhau một lượng để sao cho bên thứ cấp biến áp bù
có được lượng điện áp cần thiết để đầu ra của ổn áp là định mức .
Đồ án tốt nghiệp
15
5.3) Ưu, nhược điểm của ổn áp kiểu bù ;
* Ưu điểm :
- Gọn nhẹ
- Dải làm việc rộng , điều chỉnh trơn
- Không bị méo dạng điện áp
- Có thể chế tạo với công suất lớn
* Nhược điểm:
- Độ tác động chậm do có tác động cơ cấu chuyến
động quay
- Mạch điều khiển phức tạp
Kết luận :
Qua sự phân tích trên thì ở mỗi hình thức ổn áp có những ưu điểm và
nhược điểm riêng , căn cứ vào yêu cầu của đồ án : “ Thiết kế bộ thực hành
nguồn ổn áp xoay chiều “ , từ ưu điểm của ổn áp hoạt động theo nguyên tắc
biến áp rất thích hợp cho đề tài này nên chúng em đã chọn hình thức ổn áp
hoạt đọng theo nguyên tắc biến áp làm cơ sở để thiết kế “ Bộ thực hành
nguồn ổn áp “.
Đồ án tốt nghiệp
16
Chương II : THIẾT KẾ , TÍNH TOÁN MẠCH LỰC CỦA BỘ
THỰC HÀNH NGUỒN ỔN ÁP XOAY CHIỀU
LÀM VIỆC THEO NGUYÊN TẮC BIẾN ÁP
CÔNG SUẤT 1KVA
I/ Sơ đồ mạch lực và mối quan hệ giữa các biến áp thành
phần:
Như đã giới thiệu ở chương I , trên thực tế hiện nay có nhiều loại ổn
áp sử dụng các nguyên lý khác nhau . Việc lưa chọn kết hợp những nguyên
lý đó để tạo ra một sơ đồ mạch lực có thể đáp ứng được những yêu cầu về kỹ
thuật và kinh tế là một việc quan trọng. Mỗi loại ổn áp có những ưu và
nhược điểm riêng nên khi lựa chọn phương án thiết kế mạch lực nhóm em đã
chọn hình thức ổn áp làm việc theo nguyên tắc biến áp , với ưu điểm dải
làm việc rộng, không méo dạng điện áp phù hợp với yêu cầu của “ bộ thực
hành ổn áp “ .
Qua quá trình nghiên cứu chúng em đã thiết kế sơ đồ mạch lực gồm :
- Một biến áp tự ngẫu
- Một biến áp ổn áp
- Một biến áp tín hiệu
Mạch lực của chúng em được xây dựng như sau:
Đồ án tốt nghiệp
17
S¬ cÊp §SVUth
B.A tÝn hiÖu
Ulu¬Ý
B.A tô ngÉu B.A æn ¸p
Uvμo
+12v
+Uu -Uu
-12vGND
GND
V«n kÕ V«n kÕ
Hình 2.1 : vẽ sơ đồ của mạch lực
1) Chức năng của các phần tử trong mạch :
• Máy biến áp ổn áp ( máy biến áp động lực ) : là máy biến áp tự
ngẫu có con trượt chổi than
• Chức năng : Biến áp ổn áp tạo ra điện áp ổn định 220V khi điện
áp vào thay đổi từ 160V đến 240V .
• Động cơ secvô ĐSV : ( động cơ 1 chiều kích từ nam châm
vĩnh cửu).Truyền động cho con trượt của máy biến áp ổn áp.
• Máy biến áp tự ngẫu có chức năng giả làm Ulưới thay đổi và
khảo sát dải điện áp có Ulưới thay đổi ( khi chỉnh định )của bộ ổn áp .
• Máy biến áp tín hiệu có chức năng : lấy tín hiệu điện áp từ Ura
của máy ổn áp tới mạch điều khiển .
2) Dải làm việc của ổn áp :
Đồ án tốt nghiệp
18
Dải làm việc của ổn áp rộng hay hẹp cũng quyết định đến chất
lượng của ổn áp , mặt khác cũng để phù hợp với điều kiện thực tế ở
Việt Nam nên quyết định chọn dải làm việc của ổn áp là từ 160V đến
240V.
• Khi lưới điện áp dao đông trong phạm vi 160V -> 217 là 160V
thì : Động cơ secvô tự động thay đổi kéo con trượt chổi than giảm số
vòng dây sơ cấp tương ứng với điện áp vào để giữ cho Ura ổn định
xung quanh giá trị 220V
• Khi lưới điện áp dao động trong phạm vi 223V -> 240V thì :
Động cơ secvô tự động kéo con trượt chổi than tăng số vòng dây sơ
cấp tương ứng với điện áp vào , giữ cho điện áp ra ổn định xung
quanh giá trị 220V
Sai số cho phép là : ± 3V
Qua đó chúng ta thấy rằng điện áp ra qua ổn áp sẽ được ổn định ở
điện áp định mức là 220V khi điện áp lưới dao động từ 160V đến 240V, với
sai số cho phép là +3V và -3V .
II/ Tính toán thiết kế máy biến áp thành phần:
Tìm hiểu về máy biến áp tự ngẫu :
Trong trường hợp điện áp sơ cấp và thứ cấp khác nhau không đáng kể
nghĩa là tỉ số biến áp nhỏ ,để được kinh tế hơn về mặt chế tạo và vận hành
người ta thường dùng máy biến áp tự ngẫu .
Giống như máy biến áp thường, máy biến áp tự ngẫu cũng có hai cuộn
Sơ cấp và thứ cấp . Hai cuộn này không chỉ liên hệ với nhau về từ mà còn
liên hệ với nhau về điện
+ Máy biến áp tự ngẫu tăng áp : n = Uvào / Ura < 1
+ Máy biến áp tự ngẫu hạ áp : n = Uvào /Ura >1
Đồ án tốt nghiệp
19
1) Tính toán chế tạo biến áp tự ngẫu công suất 1KVA
• Công suất 1 KVA :
Từ đó ta tính được dòng định mức là :
Iđm = S / Uđm
=> Iđm = 1000 / 220
Iđm = 4,55 (A)
Thông số thiết kế :
S = 1 KVA
Iđm = 4,55 (A)
Quấn dây từ 0 -> 250 (V)
Để thừa 1/10 lõi không quấn dây
• Từ công thức : F = k S
k : hệ số kinh nghiệm
• Tiết diện tác dụng của lõi sắt : ta chọn k = 1,3
F = 1,3 1000
=> F = 41,11 (cm2)
• Tiết diện thực của lõi sắt :
Chọn Kcl = 0,9
Kthực = Kcl * 41,11
=> Kthực = 0,9 * 41,11
Đồ án tốt nghiệp
20
Kthực = 37 (cm2)
• Số vòng dây trên toàn bộ lõi sắt là :
W = 250 / 4,44 * f * Kthực * BT
=> W = 250 / 4,44 *50 *37 * 1,2
W = 250 / 1
W = 250 (vòng)
• Chọn mật độ dòng điện :
J = 4,55 A / mm2
• Tiết diện dây quấn như sau :
S =
J
I
=> S =
55,4
55,4
Vậy S = 1 (mm2)
Đường kính dây quấn :
d = Π
S*4 =
14,3
1*4
=> d = 1,13 (mm2)
Chọn dây dẫn biến áp tự ngẫu có tiết diện tròn , có thông số sau :
Đương kính ngoài : d = 1,4 ( vì trên bề mặt của dây quấn phải mài
đi 1 phần để điện áp ra chổi than. Nên chọn dây có đường kính = 1,4)
Đồ án tốt nghiệp
21
• Chu vi lõi xuyến :
Chọn hệ số chèn kín Kc = 0,7
C =
7,0
* dW
W : Số vòng dây quấn
d : Đường kính dây quấn
=> C =
7,0
4,1*250 = 500 (mm)
Vì phải để lại 1/10 chu vi của lõi không quấn dây nên chu vi của lõi
cần phải có là :
CT = C
C +
10
=> CT = 50010
500 +
CT = 550 (mm)
* Đường kính ngoài cuả lõi ;
Dn = CT / Π
=> Dn = 550 / 3,14
Dn = 175 (mm)
• Đường kính trong của lõi là :
Đồ án tốt nghiệp
22
Dtr = Ctr / Π
Với Ctr là chu vi của lõi được tính như sau :
Chọn hệ số xếp chồng KXC = 2,75 thì chu vi trong của lõi là :
Ctr = CT / 2,75
=> Ctr = 550 / 2,75
Vậy Ctr = 200 (mm)
Vậy đường kính trong của lõi là :
Dtr = Ctr / 3,14
=> Dtr = 200 / 3,14 (mm)
Dtr =64 (mm)
• Chiều dầy của lõi sắt là :
A = Dn - Dtr / 2
=> A = 56 (mm)
• Chiều cao của lõi sắt :
B = F / A
=> B = 41,11 / 5,6
B = 73,4 (mm) = 0,734 (dm)
Vậy lõi sắt sẽ có kích thước như hình vẽ :
Đồ án tốt nghiệp
23
q
dn
dtr
Hình 2.2
• Thể tích của toàn bộ lõi sắt :
V = (Dn / 2 )2 *3,14 * B - (Dtr / 2 )2 * 3,14 *B
V =
4
*14,3 B * (Dn2 -Dtr2 )
=> V =
4
734,0*14,3 ( 1,752 - 0,642 ) = 1,53 (dm3)
• Trọng lượng toàn bộ lõi sắt :
Chọn m = 7,5 (kg)
=> M = 7,5 * 1,53 = 11,5 (kilogam)
• Dây quấn :
Giữa lõi sắt và dây quấn đặt 1 lớp cách điện dày 2mm
Đồ án tốt nghiệp
24
Ta có chu vi của lõi là :
C = 2 * ( A + B + 2*2 )
=> C = 2 * ( 56 + 73,4 + 4 )
C = 267 (mm)
• Chiều dài toàn bộ dây quấn là ;
L = C * W
=> L = 267 * 250
Vậy L = 66 (mm)
• Trọng lượng toàn bộ dây quấn là : chọn dây quấn emay
M = 66 * 55,9 => M = 3,689 (KG)
Bảng tóm tắt số liệu của biến áp tự ngẫu:
Dây quấn
Mạch từ
Loại
Dây
d W M
Loại
Tôn
A B Dtr Dn M
Đồ án tốt nghiệp
25
Tròn
emay
1,4
(mm)
250
(vòng)
3,689
(KG)
Silic
Quấn
tròn
56
(mm)
73,4
(mm)
64
(mm)
175
(mm)
11,5
(KG)
2) Thiết kế chế tạo máy biến áp lực :
Các thông số :
S =1 KVA
Quấn dây từ 0 đến 250 V
Để thừa 1/10 lõi không quấn dây
Phạm vi thay đổi điện áp lưới : 160V đến 240V
• Với U1min = 160 (V)
-> I1 = S / U1min
-> I1 = 1000 / 160
-> I1 = 6,25 (A)
• Với U1max = 240(V)
-> I1 = S / U1max
-> I1 = 4,17 (A)
=> Chọn Iđm = 6,25 (A)
Đồ án tốt nghiệp
26
• Từ công thức F = 1,3 S
Ta có tiết diện tác dụng của lõi sắt F = 1,3 1000
-> F = 41 (cm2)
• Tiết diện thực của lõi sắt : chọn Kcl = 0,9
Kthực = Kcl * F
-> Kthực = 0,9 * 41 = 37 (cm2)
• Số vòng dây trên toàn bộ lõi sắt :
W = 250 / 4,44 * f * Kthực * BT
Chọn Bt = 1,2
-> W = 250 / 4,44 * 50 * 37 * 10-4 * 1,2
-> W = 254 (vòng )
• Chọn mật độ dòng điện J = 4 A / mm2
• Tiết diện dây quấn như sau :
T =
J
I =
4
25,6 = 1,56 (mm2)
-> d = ∏
T*4 =
14,3
56,1*4 = 1,4 (mm2)
Chọn dây dẫn biến áp tự ngẫu có tiết diện tròn với các thông số sau :
đường kính ngoài : d = 1,7 (mm2)
Đồ án tốt nghiệp
27
Vì trên bề mặt dây quấn phải mài đi 1 phần để điện áp ra chổi than ,
nên chọn dây có đường kính =1,7(mm2)
• chu vi lõi xuyến :
Chọn hệ số chèn kín : Kc = 0,7
Cn = 7,0
* dW W : số vòng dây quấn
d : dưòng kính dây quấn
-> Cn = 7,0
7,1*250 = 617 (mm)
Vì phải để lại 1/10 chu vi của lõi không quấn dây nên chu vi của lõi
cần phải có là :
CT = C
C +
10
-> CT = 61710
617 +
-> CT = 679 (mm)
• Đường kính ngoài của lõi là :
dn = CT / Π = 679 / 3,14 = 216 (mm)
• Đường kính trong của lõi là :
dtr = Ctr / Π
với Ctr là chu vi của lõi được tính như sau :
chọn hệ số xếp chồng Kxc = 2,75
Đồ án tốt nghiệp
28
Ö chu vi của lõi sắt là :
Ctr = CT / 2,75 = 679 / 2,75 = 247 (mm)
Vậy đường kính trong của lõi là ;
dtr = 247 / 3,14 = 79 (mm)
• Chiều dầy của lõi sắt là :
a = dn - dtr / 2 = 216- 79 / 2 = 68 (mm)
• Chiều cao của lõi sắt :
b = F / a = 41 / 6,8 = 60(mm) = 0,6(dm)
Vậy lõi sắt có kích thước như hình vẽ sau :
b
dn
dtr
Hình 2.3
Đồ án tốt nghiệp
29
• Thể tích của toàn bộ lõi sắt :
V = ( dn / 2 ) 2 * Π * b - ( dtr / 2 )2 * Π * b
Î V =
4
*bΠ (dn2 - dtr2)
Î V =
4
6,0*14,3 (2,162 – 0,792 ) = 1,9 (dm2)
• Trọng lượng toàn bộ lõi sắt :
m = 7,5 (KG)
=> M = 7,5 * 1,9 = 14,25(KG)
• Dây quấn : Giữa lõi sắt và dây quấn có đặt khuôn quấn dây ở
mặt trên và dưới của lõi sắt dày 2 mm . Vậy chu vi 1 vòng dây quấn sẽ
là :
C = 2 ( a+ b + 2 *2 ) = 2 ( 68+ 60+ 4 ) = 264 (mm)
• Chiều dài toàn bộ dây quấn là :
L = C * W = 264 * 254 = 67056 (mm)= 67,056 (mm)
-> L = 67 (mm)
• Trọng lượng toàn bộ dây quấn là :
M = 67 * 55,9 = 3,75(KG)
Ta chọn dây emay có trọng lượng riêng là : 55,9 (g/ m)
Bảng tóm tắt số liệu của biến áp lực :
Đồ án tốt nghiệp
30
Dây quấn
Mạch từ
Loại
dây
d
W
M
Loại
Tôn
a
b
dtr
dn
M
Tròn
emay
1,7
(mm)
254
(
vòng)
3,75
(KG)
Silic
quấn
tròn
68
(mm)
60
(mm)
79
(mm)
216
(mm)
13,8
(KG)
2) Tính toán thiết kế máy biến áp tín hiệu :
Có các thông số sau :
P = 30W
U1 = 220V
U2 = 12V
Itải = 5A
• Tiết diện của lõi sắt :
Ta có : F = k P
P : công suất biểu kiến máy biến áp
K : Hệ số kinh nghiệm k = 1,1 -> 1,3
F : Tiết diện lõi thép
Đồ án tốt nghiệp
31
Chọn k = 1,2
-> F = 1,2 30 = 6,6 (cm2 )
Vậy trụ để quấn dây là hình vuông cạnh 2,6 cm
• Tiết diện thực của lõi thép :
F T = KC * KG * F
Chọn KC = 0,94
KG = 0,84
-> FT = 0,94 * 0,84 * 6,6 = 5,2 (cm2 )
• Số vòng dây thứ cấp :
W2 = U2 / 4,44 * f * FT * Bm
Ta có : f = 50 Hz
Bm = 1,1
-> W2 = 12 / 4,44 * 50 * 1,1 * 5,2 * 10 -4
-> W2 = 94 (vòng )
• Số vòng dây sơ cấp :
W1 = U1 / 4,44 * f * FT * Bm
Î W1 = 220 / 4,44 * 50 * 1,1 * 5,2 * 10 -4
Î W1 = 1732 ( vòng )
Đồ án tốt nghiệp
32
• Dòng điện :
Thứ cấp I2 = Itải / 1,11 = 5 / 1,11 = 4,5 ( A )
Sơ cấp I1 = 2*1
2 I
W
W = 5,4*
1732
94 = 0,25 (A)
• Dây quấn : dùng ống dây là hình vuông cạnh 2,6 cm , dầy
1mm làm vật liệu cách điện
• Sơ cấp :
Chu vi trung bình là :
C1 = 4 ( 26 + 2+e1 )
Với e1 là chiều dày lớp dây sơ cấp
e1 = 8,0
)02,035,0(16 + = 7,4 (mm)
Thay vào công thức C1 : C1 = 4 ( 26 + 2 + 7,4 )
Î C1 = 141,6 (mm)
Vậy chiều dài dây quấn sơ cấp là :
L1 = W1 * C1 = 1732 * 141,6 = 245 (m)
Trọng lượng dây quấn sơ cấp là :
m1 = L1 * 0,8555 = 0,209 (kilôgam)
• Thứ cấp :
Chiều dài lớp dây quấn thứ cấp :
Đồ án tốt nghiệp
33
e2 = 8,0
)1,05,1(4 + = 8 (mm)
Chu vi trung bình của lớp dây thứ cấp là :
C2 = 4 ( 26 +2 + 2e1 + 0,1 *2 + e2 )
C2 = 4( 26 + 2 + 2 * 7,4 + 0,2 +8)
Î C2 = 204 (mm)
Chiều dài dây quấn thứ cấp là :
L2 = W2 * C2 = 94 * 204 = 19,2 (m)
• Bề rộng cửa sổ mạch từ :
R =
2
26 = 13 (mm)
Vậy mạch từ sẽ có kích thước như sau :
V2 V1 V2
V3
V3
54
13
13 26
26
Đồ án tốt nghiệp
34
Hình 2.4
Chương III : Thiết kế chế tạo mạch điều
khiển
∗ Giới thiệu chung :
Mạch điều khiển trong các hệ thống tự động đóng 1 vai trò quan trọng
không thể thiếu được . mạch điều khiển thực hiện chức năng điều chỉnh 1
hay nhiều thông số nào đó của thiết bị như dòng điện , điện áp theo 1 yêu
cầu điều chỉnh cho trước hoặc giữ 1 thông số nào đó ổn định theo 1 giá trị
yêu cầu đặt ra . Tuy rằng kích thước , khối lượng của mạch điều khiển là nhỏ
nhưng hàm lượng chất xám và giá trị kinh tế chứa trong nó chiếm rất cao ,
cho nên nó giữ vai trò hết sức quan trọng tới việc đánh giá tiêu chuẩn kĩ
thuật và giá trị kinh tế của thiết bị . Để đảm bảo yêu cầu kĩ thuật đặt ra ,
mạch điều khiển phải được thiết kế sao cho hoạt động thật tin cậy nhận biết
và sử lý tín hiệu 1 cách chính xác bảo đảm hoàn toàn tự động để người sử
dụng vận hành , thao tác đơn giản dễ dàng . Cùng với mạch điều khiển các
phần tử chấp hành cũng đóng 1 vai trò không kém phần quan trọng . Nếu ví
mạch điều khiển như bộ não của con người thì các phần tử chấp hành chính
là chân tay để thực hiện những mệnh lệnh do bộ não điều khiển .
I/ Thiết kế mạch điều khiển động cơ Secvô :
Sơ đồ khối của mạch điều khiển động cơ secvô :
Đồ án tốt nghiệp
35
C¬
cÊu
chÊp
hμnh
T¹o nguìng
trªn
K. ®¹i b·o
hoμ cã ®¶o
T¹o nguìng
duíi
TÝn hiÖu
®iÖn ¸p
Hình 3.1
Sơ đồ khối của mạch điều khiển như trên kết hợp với việc đảm bảo
yêu cầu làm việc lâu dài trong môi trường khắc nghiệt và tìm kiếm linh
kiện để lắp ráp và thay thế dễ dàng , chúng ta thiết kế mạch điều khiển
động cơ secvô như sau :
Đồ án tốt nghiệp
36
3
4
2
1
+12V
-12V
A
B
C
R6
R7
R8
R9
VR2
VR3
223v
217v
R11
R10
R
1
R5
R2 C
R3
R4
VR1
220v
+12V
-12 V
+12V
-12 V
+12V
-12 V
+12V
BA tÝn hiÖu
Uæn ¸ p
§ SV
Chæi than
cña biÕn ¸ p æn ¸ p (BL)
Cl
Tr1
Tr2
Tr3
Tr4
K®T1
2
3
U-
U-
GND
GND
K®T
K®T
Ura
th
R12
1
2C
C828 H1061
A564
A671
§ SV
M¹ ch ®iÒu khiÓn
Con t r- î t
l - í i vµo
«®
U = U
ra U = U
BL
223v217v 220v
U
220v 223v217v
U A
U B
U C
Ul- í i
Ul- í i
Ul- í i
Ul- í i
B¶n vÏ s¬ ®å nguyªn lý
2
0 0 5
Hình 3.2 :
1) Chức năng của các linh kiện trong mạch điều khiển
Tụ C1 : lọc tín hiệu điều khiển
Tụ C2 : Mắc // R4 , KĐT1 tạo thành khâu quán tính
Điện trở R1 , R2 : Điện trở hạn chế dòng và phân áp tín hiệu điều
khiển
R5 , VR 1 : Khâu so sánh tạo ra điện áp chuẩn
R3, R4 , KĐT1 : KHâu khuyếch đại bão hoà có đảo
R6 ,R8 : Vì ở đây ta nối tầng nên R6 ,R8 có chức năng
bảo vệ cho KĐT1 , khi KĐT2 hoặc KĐT3 có bị chết thì không ảnh hưởng
đến KĐT1
Đồ án tốt nghiệp
37
R7 , VR2 ,KĐT2 : Khâu so sánh tạo ngưỡng trên
R9 , VR3 : Khâu so sánh tạo ngưỡng dưới
R10, R11 : Hạn chế dòng cho hai nhóm tranristo
CL : cầu chỉnh lưu diot chỉnh lưu tín hiệu điện áp
xoay chiều Thành 1 chiều
ĐSV : Động cơ secvô kéo chổi than
2) Nguyên lý hoạt động của mạch điều khiển
• Khi điện áp lưới ở trong phạm vi : 217V đến 223 V , tín hiệu
lấy
Về từ biến áp tín hiệu đưa tới cổng đảo của KĐT1 bằng tín hiệu đặt ở
cổng không đảo của KĐT1 . Vậy điểm A = 0 . Khi điểm A = 0 thì | UR7| âm
hơn | UR6| , tức là tín hiệu đưa vào cổng không đảo âm hơn tín hiệu đưa vào
cổng đảo KĐT2 nên điện áp ra ở điểm B âm , điểm B âm Tr1 – Tr2 khoá
đồng thời | UR9| dương hơn | UR8| , tín hiệu đưa vào cổng không đảo dương
hơn tín hiệu đưa vào cổng đảo của KĐT3 . Vậy tại điểm C dương đặt vào
cực bazơ của Tr3 – Tr4 , Tr3 – Tr4 khoá ,động cơ không được cấp điện do
đó ĐSV sẽ không quay.
• Khi 160V ≤ Ul < 217 V , tín hiệu điện áp lấy về đưa vào cổng
không đảo của KĐT1 nhỏ hơn tín hiệu đặt ở cổng đaơ của KĐT1 nhờ
VR1 , Vì vậy tại điểm A sẽ dương dần . Khi điểm A dương thì | UR6|
>| UR7| , tức là tín hiệu đưa vào cổng đảo của KĐT2 nhờ VR2 lớn
hơn tín hiệu đưa vào cổng không đảo của KĐT2 nhờ VR2 . Vì vậy tín
hiệu ra của điểm B âm . Khi B âm thì Tr1 khoá, Tr2 khoá . Đồng thời |
UR8| dương hơn | UR9| tức là tín hiệu đưa vào cổng đảo của KĐT3
lớn hơn tín hiệu đặt đưa vào cổng không đảo của KĐT3 nhờ VR3 , do
đó tín hiệu ra của điểm C âm. Lúc này có dòng I c qua Tr3 , có dòng IB
cho Tr4 vì vậy có dòng chạy từ GND qua ĐSV qua Tr4 về – Uư .
Động cơ Secvô quay thêo chiều rút ngắn số vòng dây sơ cấp của biến
áp lực BL để giữ cho điện áp ra ổn định . Khi Ura của biến áp lực bằng
Uôđ thì điểm A = 0 , điểm B 0 , động cơ Secvô ngừng
quay .
Đồ án tốt nghiệp
38
• Khi 223V < Ul ≤ 240 V , tín hiệu điện áp lấy về từ biến áp tín
hiệu sau cầu chỉnh lưu đưa về cổng không đảo của KĐT1 lớn hơn tín
hiệu đặt ở cổng không đảo của KĐT1 nhờ VR1 , điểm A sẽ âm dần .
Khi A âm , | UR6| âm hơn | UR7| , tức là tín hiệu đưa vào cổng đảo âm
hơn tín hiệu đặt đưa vào cổng không đảo của KĐT2 nhờ VR2 , tín
hiệu ra của điểm B dương , Tr1 mở, có dòng IB cho Tr2 , Tr2 mở thì
cấp nguồn phần ứng +Uư cho ĐSV làm ĐSV quay theo chiều tăng số
vòng dây sơ cấp của biến áp BL để giữ cho Ura của BL bằng Uôđ ,
đồng thời| UR8| lớn hơn | UR9| tức là tín hiệu đưa vào cổng đảo âm
hơn tín hiệu đưa vào cổng không đảo của KĐT3 , điện áp ra của điểm
B dương , Tr3 – Tr4 khoá . Khi Tr1 – Tr2 mở ĐSV quay theo chiều
tăng số vòng dây sơ cấp của bién áp BL . Khi Ura bằng Uôđ thì điểm A
= 0 , điểm B 0 , do đó Tr1 – Tr2 khoá Tr3 – Tr4 khoá
ĐSV sẽ ngừng quay .
Ta rút ra bảng trạng thái :
Ul (V)
Điểm A Điểm B Điểm C
Ul = 220
(V)
= 0
< 0
> 0
Ul = 217
(V)
> 0
< 0
< 0
Ul = 223
(V)
< 0
> 0
> 0
Kết luận :
Đồ án tốt nghiệp
39
Với phương án thiết kế trên , ĐSV được điều khiển để truyền động
cho con trượt chổi than đến vị trí có số vòng dây tương ứng với điện áp vào
Ul . Nếu điện áp đầu vào < Uôđ thì điều khiển sẽ điều khiển ĐSV quay con
trượt chổi than giảm số vòng dây để U ra = 220 (V) , nếu điện áp đầu vào lớn
hơn Uôđ thì mạch điều khiển sẽ điều khiển sẽ điều khiển ĐSV quay con trượt
chổi than tăng số vòng dây để Ura ổn định = 220 (V) ( với sai số cho phép là
± 3 V )
*/ Từ nguyên lý làm việc của mạch điều khiển ĐSV ta rút ra được
đường đặc tính sau :
U
217v
Uluíi
A
220v 223v
U
Uluíi
B
U
Uluíi
C
U
Uluíi
*
217v 220v 223v
Hình 3.3
3 ) Tính chọn linh kiện mạch điều khiển :
Đồ án tốt nghiệp
40
Khi ta tính chọn linh kiện cho mạch điều khiển 1 vấn đề cần được
quan tâm là những linh kiện được chọn phải là loại có sẵn trên thị trường ,
để khi phải sửa chữa thay thế có thể tìm mua được dễ dàng . Sau đây ta sẽ
tiến hành tính chọn từng linh kiện trong mạch , để đơn giản ta có thể chọn
trước tri số của vài linh kiện sau đó sẽ tính chọn các phần tử còn lại cho phù
hợp .
+ Biến áp tín hiệu dùng loại 220 (V)
+ R1 : Điện trở hạn chế dòng chọn loại 10 K
+ R2 : Điện trở phân áp chọn loại 10 K
+ Tụ C1 : là tụ lọc tín hiệu , tín hiệu không cần hoàn toàn phẳng vì cần
thay đổi nếu dùng tụ lớn thì tín hiệu lì không thay đổi nên chọn tụ C1 có giá
trị nhỏ hơn 10μ .
+R3, R4 , KĐT1 : là bộ khuyếch đại đảo
Chọn R3 = 22K , R4 = 560 K
Vậy hệ số khuyếch đại sẽ là : K =
3
4
R
R =
22
560 = 22,5
(lần)
+ R5 : chọn R5 = 10 K
+R6 , R8 : chọn R6 = 10 K , R8 = 10 K
+ R7 ,R 9 : chọn R7 = 10 K , R9 = 10K
+ Tầng thứ nhất cầu Dalingtơn của Tr1-Tr2 chọn loại C828
Tầng thứ nhất cầu Dalingtơn của Tr3-Tr4 chọn loại A564
Có các thông số sau :
Pmax
(mw)
I Cmax
(mA)
VCC
(V)
β
ToC
F gh
(mhz)
220
50
30
220
125
220
Đồ án tốt nghiệp
41
+ R10 , R11 : là 2 điện trở hạn chế dòng cho hai cầu dalingtơn nên phải
được chọn sao cho đảm bảo các tranzito Tr1- Tr2 và Tr3- Tr4 bão hoà .
Ta có : I bco = I Cmax / β = 50 / 220 = 0,23 mA
Chọn độ dự chữ gấp 10 lần : I bco = 0,23 * 10 = 2,3 mA
Vậy trị số của R10 và R11 là :
R10 = R11 = 3,2
12 = 5,2 K
Chọn điện trở chuẩn R10 = R11 = 4,7 K
+ Chọn động cơ secvô 1 chiều có công suất 10W , điện áp 12V
Dòng định mức của secvô là :
Iđm = 10*10-3 / 12 =833mA
Từ dòng định mức của động cơ secvô ta chọn tầng thứ 2 của cầu
dalingtơn:
Tr2 là H1061 , Tr4 là A671
+ Các khuyếch đại thuật toán KĐT1 , KĐT2 , KĐT3 chọn loại LM741
có
Các thông số trong bảng sau :
Ao
Hệ số khuyếch đại điện áp hở mạch 100dB
Zi
Trở kháng vào 1MΩ
Zo
Trở kháng ra 150Ω
Ib
Dòng điện phân cực vào
200mA
Đồ án tốt nghiệp
42
Vsmax
Điện áp nuôi cực đại 18V
V1max
Điện áp vào cực đại 13V
Vomax
Điện áp ra cực đại 14V
Fo
Tần số chuyển tiếp 1 MHz
+ Cánh tản nhiệt : Để đảm bảo cho tranzito H1061 và A671 làm việc
được lâu dài không bị nóng ở nơi mà biến áp phải hoạt động liên tục, tức là
nơi điện áp phải hoạt động nhiều cần lắp thêm cánh tản nhiệt.
4) Thiết kế và chê tạo mạch in cho mạch điều khiển:
Để có thể đạt được mục đích tốt nhất khi sinh viên tiến hành nghiên
cứu và thực hành chúng em đã thiết kế mặt môdul điều khiển như hình vẽ:
Đồ án tốt nghiệp
43
223v217v 220v
U
220v 223v217v
U A
U B
U C
Ul- í i
Ul- í i
Ul- í i
Ul- í i
+12V
-12V
A
B
C
R6
R7
R8
R9
VR2
VR3
R11
R10
R1
R5
R2
R3
R4
VR1
Uth
+12V Gn d -12V § iÒu khiÓn ®éng c¬ secvo
t rong m¸ y æn ¸ p xoay chiÒu
+12V
-12 V
+12V
-12 V
+12V
-12 V
+12V
Cl
Tr1
Tr2
Tr3
Tr4
2
3
K®T1
K®T
K®T
U-
U-
B¶n vÏ dï ng ®Ó khoan khoÐt mÆt
2C
1C
CcCt
Lç cÇu ch×
Lç c«ng c¾c
Lç chiÕt ¸ p
Lç ®o
Lç ®o
Lç chiÕt ¸ p
Lç chiÕt ¸ p
Lç led
Lç led
2
0 0 5
Lç ®o
Hình 3.4: Mặt môdul điều khiển
Từ bản vẽ thiết kế mặt ở trên ta có thể thiết kế mạch in như sau:
Đồ án tốt nghiệp
44
1
+12
R
GND
2 0 0 53
4
A
6
2
-12
10
7
B
11
*
12
8
C
9
R
C
R R
R
R
R
R
R
RR
H1061C828
A564 A671
CL
+
741
741 741
§ iÒu khiÓn ®éng c¬ SECVO
trong m¸ y æn ¸ p xoay chiÒu
§ iÒu khiÓn ®éng c¬ SECVO
trong m¸ y æn ¸ p xoay chiÒu
2 0 0 5
Hình 3.5: Sơ đồ mạch in và bố trí linh kiện
Đồ án tốt nghiệp
45
II/ Thiết kế bộ nguồn ổn áp 1 chiều cung cấp cho mạch
điều khiển
II.1 ) Nhiệm vụ và yêu cầu đối với nguồn nuôi:
Như chúng ta đã biết , các mạch điều khiển nếu ví như các bộ não thi
nguồn nuôi cung cấp cho mạch điều khiển được ví như các mạch máu cung
cấp năng lượng nuôi bộ não . Do đó tất cả các mạch điều khiển dù đơn giản
hay phức tạp cũng không thể thiếu được nguồn nuôi .
Trong ổn áp của chúng ta thiết kế cần 2 bộ nguồn để làm nguồn nuôi
các khuyếch đại thuật toán , làm nguồn chuẩn để so sánh .
2 bộ nguồn này kí hiệu là : + Uư
- Uư
Hai bộ nguồn này đều phải cung cấp ra điện áp ổn định +12V và -
12V khi điện áp đầu vào dao động từ 160V đến 240V, tức là trong dải làm
việc của ổn áp. ổn áp chỉ làm việc khi nguồn nuôi các mạch điều khiển đã có
, đảm bảo ổn áp làm việc luôn tin cậy .
II.2) Tính toán chế tạo bộ nguồn ổn áp:
Ổn áp mà chúng ta thiết kế có hai bộ nguồn nuôi giống hệt nhau nên
khi tính toán ta chỉ cần tính cho 1 bộ còn bộ kia có các số liệu giống như
vậy . Trong thực tế có nhiều sơ đồ để có thể áp dụng cho việc lắp ráp bộ
nguồn nuôi này , nhưng qua thực tế và thử nghiệm nhóm em đã chọn sơ đồ
sau :
Đồ án tốt nghiệp
46
U1
GND
U2
U2
CL1
CL2
7812
7812
+12v
Hình 3.6: Vẽ sơ đồ nguồn nuôi
IC 7812 : vi mạch ổn áp ± 12V có thông số kĩ thuật như sau :
Mã hiệu
Điện áp vào
Dòng điện ra
Điện áp ra
UA 7812MK
17v -> 33v
1A
11,5 ->12,5
Qua sơ đồ trên chúng ta thấy nó đáp ứng được các yêu cầu về độ ổn
định điện áp đầu ra khi điện áp đầu vào thay đổi từ 160V đến 240V . Số
lượng linh kiện ít , chủng loại linh kiện ít nên khi thiết kế mạch in dễ dàng .
Tính toán thiết kế biến áp nguồn nuôi :
Để điện áp ra của bộ nguồn được ổn định ở +12V và -12V cung cấp
cho các mạch điều khiển ta thiết kế biến áp với các thông số như sau :
* Điện áp đầu ra của nguồn ổn áp Ura = + 12(V)
* Dòng tải lớn nhất Itải = 1A
Đồ án tốt nghiệp
47
• Phạm vi thay đổi của điện áp lưới Ulưới = 160V đến 240V
1) Chọn điện áp rơi nhỏ nhất ΔUmin = 5V trên IC ổn áp ứng với
lúc điện áp xoay chiều đầu vào nhỏ nhất U1min = 160(V)
2) Điện áp nhỏ nhất ở cửa vào IC ổn áp ( khi đã có tụ lọc ) :
UVmin = Ura + ΔUmin
Ö UVmin = 12 + 5 = 17 (V)
3) Điện áp chỉnh lưu nhỏ nhất khi chưa có tụ lọc ( giá trị trung
bình của điện áp đập mạch ) :
Ucl =
2
minUv =
2
17 = 12 (V)
(ở đây đã coi tụ lọc nâng giá trị trung bình của điện áp đập mạch lên
2 lần )
4) Điện áp nhỏ nhất của thứ cấp máy biến áp theo sơ đồ chỉnh lưu
Cầu 1 pha
U1max = 1,11 Uclmin + ΔUb.a
Ö U2min = 1,11 * 12 + 4 = 17 (V)
Trong đó lấy ΔUb.a = 4 (V) là điện áp rơi trên dây quấn máy biến áp
và dây dẫn
6) Điện áp lớn nhất của thứ cấp máy biến áp ứng với lúc
U1max = 240(V)
U2max = U1max / U1min * U2min
Đồ án tốt nghiệp
48
=> U2max = 240 / 160 * 17 = 26 (V)
7) Điện áp chỉnh lưu lớn nhất khi (chưa có tụ lọc )
Uclmax = 0,9 * U2max =0,9 * 26 = 23,4 (V)
8) Điện áp lớn nhất khi cửa vào IC ổn áp (khi đã có tụ lọc ) ứng
với
Khi điện áp lưới U1max = 240(V)
Uvmax = 2 * Uclmax = 33 (V)
(coi tụ C1 nâng điện áp trung bình lên 2 lần )
9) Sụt áp lớn nhất trên IC ổn áp
Δ Umax = Uvmax – Ur = 33 – 12 = 21 (V)
10) Công suất tổn thất lớn nhất trên IC ổn áp
Δ Pmax = Δ Umax * Itải
=> Δ Pmax = 21 * 1 = 21 ( W)
11) Công suất tải yêu cầu :
Ptải = Ura * Itải
Ö Ptải = 12 * 1 = 12 (W)
12) Công suất máy biến áp
Đồ án tốt nghiệp
49
P = Ptải + Δ Pmax
-> P = 12 + 21 = 33 (W)
13) Tiết diện lõi sắt máy biến áp
F = 1,2 P = 1,2 * 33 = 6,9 (cm2)
14) Hệ số quấn dây
No = F
6040 → =
9,6
50 = 7,2 ( vòng/ vol)
Việc chon hệ số 40-> 60 phụ thuộc vào chất lượng tôn đối với tôn
trong máy biến áp này ta chọn hệ số = 50.
15) Số vòng dây:
Cuộn sơ cấp : W1 = No* U1max = 7,2 * 240
-> W1 = 1737 (vòng)
Cuộn thứ cấp : W2 = No * U2max = 7,2 * 26
-> W2 = 189 (vòng)
16) Dòng điện:
Thứ cấp : I2 = Itải / 1,11
-> I2 = 1 / 1,11
-> I2 = 0,9 (A)
Sơ cấp : I1 = W2 / W1 * I2
-> I1 = 189/ 1737 * 0,9
Đồ án tốt nghiệp
50
-> I1 = 0,1 (A)
17) Tiết diện dây : chọn J = 3
Sơ cấp : S1 = I1 / J
-> S1 = 0,1 / 3 = 0,03 (mm2)
-> Thứ cấp : S2 = I2 / 3
S2 = 0,9 / 3 = 0,3 (mm2)
18) Đường kính dây
Sơ cấp : d1 = Π
1*4 S =
14,3
03,0*4
-> d1 = 0,2 (mm)
Thứ cấp : d2 = Π
2*4 S =
14,3
3,0*4
->d2 = 0,6 (mm)
19) Chọn IC ổn áp tuyến tính loại 7812
Chọn tụ hoá C2 : ( 4,7 -> 10 ) μ và điện áp Ura = 12(V)
Chọn tụ hoá C1 : (1000 -> 3000) μ và Uvmax = 33 (V)
Chọn cầu chỉnh lưu : 5(A)
Đồ án tốt nghiệp
51
Chương IV : Thiết kế mạch bảo vệ cho bộ
thực hành nguồn ổn áp công suất 1
KVA
I/ Giới thiệu chung :
Như chúng ta đã biết , tất cả các thiết bị điện muốn làm việc được tốt ,
lâu dài thì khi vận hành đều phải tuân thủ nghiêm ngặt những yêu cầu kĩ
thuật , những giới hạn cho phép về điện áp …Thế nhưng , nhiều khi những
nguyên nhân khách quan , bất ngờ dẫn đến hỏng hóc thiết bị . Do vậy hệ
thống bảo vệ trong từng thiết bị điện là không thể thiếu được.Bộ thực hành
ổn áp mà chúng ta thiết kế là bộ nguồn ổn áp công suất 1 KVA, có dải làm
việc rộng và khả năng tự động hoá cao . Thế nhưng bộ thực hành ổn áp sẽ
làm việc không tin cậy nữa khi có những sự cố của lưới điện : điện áp vượt
ra ngoài dải làm việc của bộ thực hành ổn áp . Vì vậy từ giới hạn về dải điện
áp làm việc chúng ta sẽ thiết kế mạch bảo vệ ngoàI dải làm việc của bộ thực
hành ổn áp
II/ Thiết kế chế tạo mạch bảo vệ điện áp ngoài dải làm
việc:
Bộ thực hành ổn áp của chúng ta chỉ làm việc tốt trong dải điện áp từ
160V -> 240 V . Còn khi điện áp lưới vượt ra ngoài phạm vi đó thì điện áp
ở đầu ra của bộ thực hành ổn áp không còn ổn định ở định mức nữa .
Như vậy dựa vào dải làm việc của bộ thực hành ổn áp mà ta chọn 2
ngưỡng 160V và 240 V để thiết kế mạch bảo vệ .
Đồ án tốt nghiệp
52
+ Khi Ul < 160 V thì động cơ secvô làm việc , Ura không
được ổn áp.
+ Khi Ul > 240 V thì cắt không cho động cơ secvô làm việc ,
Ura không được ổn áp .
+ Khi 160 V < Ul < 240 V thì động cơ sec vô tự động làm việc,
điện áp ra của biến áp được ổn áp .
III/ Nguyên lý làm việc của mạch bảo vệ điện áp ngoài dải
làm việc:
Sơ đồ nguyên lý của mạch bảo vệ điện áp ngoài dải làm việc :
1KH 2KH
*
§1 §2
C
§3
Rl
GND
§SC
240v 160v
Hình 4.1
Khi điện áp lưới giảm xuống < 217 V , theo nguyên lý làm việc của
mạch điều khiển , Tr3 và Tr4 mở có dòng từ GND chạy qua động cơ secvô
qua 2KH về –Uư . Động cơ secvô quay theo chiều giảm số vòng dây trên
biến áp ổn định.
Khi điện áp vào biến áp ổn áp giảm xuống < 160 V thì động cơ secvô
sẽ tác động vào công tắc hành trình 2KH ngắt nguồn cấp cho động cơ dẫn
Đồ án tốt nghiệp
53
đến động cơ ngừng hoạt động ,( điện áp vào rất nhỏ nên điện áp ra cũng nhỏ
).
Tác dụng của Đ2 là để ngăn dòng từ GND chạy về –Uư , nhưng vẫn có
thể dẫn dòng từ + Uư đến GND trong trường hợp công tắc hành trình 2KH
đang bị tác động . Như vậy trong trường hợp 2KH đang bị tác động nếu điện
áp đầu vào ổn áp tăng lên > 160 V thì điện áp ra lớn hơn điện áp ổn định ,
do đó Tr1 và Tr2 trên mạch điều khiển mở , dẫn dòng từ +Uư qua Đ2 đến
động cơ secvô về GND . Động cơ secvô quay theo chiều tăng số vòng dây
và tự động chạy ra khỏi công tắc hành trình 2KH dẫn đến mạch Reset lại
quay về trạng thái làm việc bình thường .
Tương tự như vậy , khi điện áp vào biến áp ổn áp tăng lên lớn hơn
223V Tr1 và Tr2 trên mạch điều khiển mở , dẫn dòng từ + Uư qua công tắc
hành trình 1 KH , 2 KH đến động cơ và về GND . Động cơ secvô quay theo
chiều tăng số vòng dây trên biến áp ổn áp .
Trong trường hợp điện áp vào biến áp ổn áp lớn hơn 240 V , động cơ
secvô sẽ tác động vào công tắc hành trình 1 KH ngắt nguồn cấp cho động cơ
, động cơ ngừng hoạt động .
Tác dụng của Đ1 để ngăn dòng từ + Uư cấp cho động cơ trong trường
hợp 1 KH đang bị tác động nhưng vẫn có thể dẫn dòng ngược lại từ GND
qua 2 KH về + Uư .Như vậy trong trường hợp 1 KH đang bị tác động , nếu
điện áp đầu vào biến áp ổn áp giảm nhỏ hơn 240V thì Tr3 và tr4 mở dẫn
dòng từ GND qua 2 KH , qua Đ1 về – Uư cấp nguồn cho động cơ secvô
quay theo chiều giảm số vòng dây và tự động chạy ra khỏi công tắc hành
trình 1 KH , mạch reset trở về trạng thái hoạt động ban đầu .
Trong trường hợp có sự cố mất điện , động cơ secvô sẽ tự động quay
theo chiều tăng số vòng dây , tránh trường hợp có điện trở lại ( điện áp lúc
này rất lớn mà trước khi mất điện điện áp đang nhỏ ) gây sự cố quá tải khi
điện áp đầu vào tăng đột ngột .Ta sử dụng 2 tụ có dung lượng 4700μ F , 1
tiếp điểm thường đóng của Rơle , 1 điốt Đ3 .
Khi mạch Reset hoạt động bình thường , tụ C được nạp đầy để dự trữ .
Khi mất điện Rơle cũng mất điện , tiếp điểm thường đóng của rơle đóng lại ;
tụ phóng điện qua bản cực dương của tụ , qua động cơ secvô về GND về bản
cực âm của tụ , làm động cơ secvô quay con trượt chổi than tăng số vòng
dây ( vị trí có số vòng dây an toàn ) .
Đồ án tốt nghiệp
54
IV/ Chọn linh kiện :
Bảng thống kê các linh kiện của mạch bảo vệ điện áp
ngoài dải làm việc:
Ký hiệu
Số lượng
Giá trị
Ghi chú
Tụ 4700μ F
2
4700μ F
1 chiều
Điốt quốc
phòng
3
1 A
Đồ án tốt nghiệp
55
Chương V : Lắp ráp chế tạo bộ thực hành ổn áp
Giới thiệu chung :
Mỗi thiết bị điện ngoài việc thiết kế và tính toán bao giờ cũng phải
trải qua quá trình chế tạo thử nghiệm và chỉnh định các thông số cho phù
hợp với các chế độ làm việc ngoài thực tế . Bởi khi tính toán thiết kế vẫn
mang tính lý thuyết nhiều , nên khi đưa thiết bị vào hoạt động oqr trong
thực tế nhiều khi mới nảy sinh những vấn đề chưa thật phù hợp cần phải tìm
biện pháp khắc phục và chỉnh định lại một số thông số để khi đưa vào vận
hành , bộ thực hành này thực sự mang lại hiệu quả cho các bạn sinh viên .
Mặt khác những linh kiện khi thiết kế đã được tính toán , lựa chọn ,
nhưng ngoài thị trường lại hiếm nên phải chọn dùng loại khác , khi đó một
số thông số khác lại phải thay đổi cho phù hợp .Chính vì những yêu cầu đó
nhóm chúng em đã giành thời gian lắp và chỉnh định.
I ) Lắp ráp mạch điều khiển động cơ secvô :
Với sơ đồ nguyên lý như đã thiết kế cùng các linh kiện chúng ta tiến
hành lắp ráp các linh kiện theo đúng sơ đồ vào mạch in .Trước khi lắp các
Đồ án tốt nghiệp
56
linh kiện ta tiến hành kiểm tra chất lượng của các con linh kiện để đảm bảo
cho mạch hoạt động tốt nhất.
Sơ đồ đấu dây, lắp ráp dựa trên mạch in đã có ở hình 3.5:
223v217v 220v
U
220v 223v217v
U A
U B
U C
Ul- í i
Ul- í i
Ul- í i
Ul- í i
+12V
-12 V
A
B
C
R6
R7
R8
R9
VR2
VR3
223v
217v
R11
R10
R1
R5
R2
R3
R4
VR1
220v
Uth
+12VGn d -12 V § iÒu khiÓn ®éng c¬ secvo
t rong m¸ y æn ¸ p xoay chiÒu
+12V
-12 V
+12V
-12 V
+12V
-12 V
+12V
Cl
Tr1
Tr2
Tr3
Tr4
2
3
K®T1
K®T
K®T
U-
U-
2C
1C
CcCt
Lç ®o
2
0 0 5
1
2
3
4
6
7
8
9
10
11
12
Hình 5.1
Mạch này phải đảm bảo những tiêu chuẩn sau :
+ Khi điện áp vào định mức là 220 V thì điện áp ra cũng bằng giá tri
định mức , lúc này không cần dòng điện điều chỉnh dòng của động cơ .
Đồ án tốt nghiệp
57
+ Khi điện áp vào nhỏ hơn giá tri định mức thì điện áp ra cũng nhỏ
hơn giá trị định mức mong muốn , cần tăng giá trị điện áp của đầu ra , tăng
bằngcách mạch điều khiển sẽ điều khiển động cơ secvô di chuyển con trượt
chổi than đến vị trí giảm số vòng dây của máy biến áp động lực , kết quả là
điện áp ở đầu ra tăng lên đạt giá trị định mức . Khi điện áp vào càng nhỏ thì
đòi hỏi sự điều chỉnh điện áp giữa các cuộn dây càng lớn , nghĩa là mạch
điều khiển sẽ điều khiển động cơ secvô di chuyển con trượt chổi than đến vị
trí giảm số vòng dây của máy biến áp động lực .
+ Khi điện áp ra lớn hơn điện áp ra định mức thì mạch điều khiển sẽ
điều khiển động cơ secvô di chuyển con trượt chổi than đén vị trí làm tăng
số vòng dây của máy biến áp động lực , kết quả là điện áp ở đầu ra giảm
xuống bằng giá trị điện áp ra định mức mong muốn . Điện áp ra càng lớn
thì hệ số điều chỉnh điện áp trên các cuộn dây phải lớn , do đó mạch điều
khiển điều khiển động cơ secvô di chuyển con trượt chổi than đến vị trí làm
tăng số vòng dây trên máy biến áp động lực .
Độ sai lệch điện áp vào và độ sai lệch điện áp ra là tỉ lệ thuận :
UΔ = Ura - Ura ôđ
Ngoài ra độ sai lệch điện áp ra phụ thuộc vào phụ tải do đó ở lĩnh vực
điều chỉnh ta có thể coi sai lệch điện áp ở đầu vào và đầu ra là một .
Các trị số của linh kiện lắp trên mạch như bảng dưới đây :
Tên linh kiện
Ký hiệu
Giá trị
Ghi chú
Điện trở
R1, R2 ,R5,R6 ,
R7 , R9
R 3
R4
R10 , R11
10K
10 K
22 K
500 K
4,5 K
Biến trở
VR1=VR2=VR3
50 K
Đồ án tốt nghiệp
58
Tụ điện
C1
C2
4,7 μ
/16v
104
Xoay chiều
KĐT
KĐT1,KĐT2,KĐT3
μ A741
Tranzito
Tr1
Tr2
Tr3
Tr4
C828
H1061
A546
A671
II) Mạch bảo vệ ngoài dải làm việc của bộ thực hành:
Ta tiến hành lắp ráp mạch bảo vệ theo sơ đồ nguyên lý :
1KH 2KH
*
§1 §2
C
§3
Rl
GND
§SC
240v 160v
Hình 5.2
Mạch bảo vệ gồm : 3 điốt 1A
2 tụ mắc song song có giá trị 4700 μ F
1 rơle
Đồ án tốt nghiệp
59
III)Lắp ráp bộ nguồn nuôi mạch điều khiển:
Từ sơ đồ nguyên lý chúng ta thiết kế mạch in để lắp các linh kiện vào
kích thước mạch in được khống chế bởi vị tí đặt bộ nguồn trong ổn áp ,đồng
thời để 1 khoảng trên mạch in để lắp cánh tản nhiệt cho 2 tranzito.ở hai đầu
mạch in còn lắp các đầu nối để tiện khi tháo lắp . Chọn vị trí lắp led sao cho
đứng ngoài có thể nhìn thấy chỉ thi có nguồn cho các mạch , với kích thước
của các linh kiện ta khoan các lỗ chân linh kiện mm1Φ để cắm cho dễ dàng .
IV ) Chế tạo biến áp tín hiệu và biến áp nguồn nuôi:
Các thông số về lõi thép và dây quấn của hai biến áp này như đã tính
ở chương II và chương III
Chế tạo :
- Lõi từ của các biến áp được chế tạo theo hình E
- Các cuộn dây sơ cấp và thứ cấp được quấn trên trụ giữa
của lõi từ .
- Sau khi quấn dây xong ta tiến hành tẩm sơn cách điện rồi
sấy khô .
- Lõi của biến áp được gông chặt bằng thép góc , các đầu
dây ra của biến áp được đóng đàu cốt để đảm bảo tiép xúc và
dễ lắp ráp.
-
V ) Chế tạo biến áp tự ngẫu và biến áp lực:
Các thông số kĩ thuật của biến áp tự ngẫu và biến áp lực đã được tính
toán ở chương II .
Chế tạo :
- Định vị dây quấn bằng các rãnh nhựa và keo chịu nhiệt
- Mài các lớp cách điện phần tiếp xúc với chổi than
Các cơ cấu cơ khí :
Chổi than được làm từ than graphít, chổi than được gắn vào trục quay
đồng trục của lõi biến áp .Trục được gia công từ thép. Hai đầu trục được tiện
ren để gá bằng ốc vít , trục được luồn qua thân quận dây
VI) Chế tạo hộp động lực :
Đồ án tốt nghiệp
60
* Tủ hộp động lực gồm :
- Biến áp tự ngẫu
- Biến áp tín hiệu
- Biến áp ổn áp
- Biến áp nguồn nuôi
- Các mạch điều khiển
* Kích thước hộp :
- Cao 300 mm
- Dài 500 mm
- Rộng 300 mm
Khung tủ được gia công bằng sắt , hộp có mặt đáy và mặt bên làm
bằng thép , 3 mặt còn lại sử dụng chất liệu mica trong để sinh viên tiện theo
dõi quá trình hoạt động của bộ thực hành ,riêng mặt trước đã được sơn đen
và in sơ đồ khối của mạch lực :
S¬ cÊp
§SV
Uth
B.A tÝn hiÖu
Ulu¬Ý
B.A tô ngÉu B.A æn ¸p
Uvμo
+12v
+Uu -Uu
-12vGND
GND
V«n kÕ V«n kÕ
*
æn ¸p xoay chiÒu theo nguyªn t¾c biÕn ¸p
Bé thùc hμnh
Hình 5.3: sơ đồ mạch lực
Đồ án tốt nghiệp
61
Mặt trước của hộp lực gồm :
- 2 đồng hồ vôn kế đo điện áp vào và điện áp ra
- 1 đèn báo ổn áp đang làm việc
- 1 núm xoay của biến áp tự ngẫu
- 6 cọc cắm
Bên hông hộp bố trí 1 áttômat đóng cắt nguồn cho ổn áp vận hành và
dừng hoạt động.
• Trong hộp động lực của bộ thực hành ổn áp xoay chiều :
- Biến áp tự ngẫu : Có điện áp vào là điện áp lưới 220V,
điện áp ra là điện áp xoay chiều từ 0 -> 250V.
- Biến áp tự ngẫu dùng để giả làm điện áp thay đổi khi tiến
hành thực hành .
- Biến áp ổn áp : Dải điện áp vào biến thiên từ 160V đến
240V,điện áp ra ổn định ở 220 V .
- Biến áp tín hiệu : Cấp tín hiệu thay đổi điện áp cho mạch
điều khiển .
- Biến áp dùng cho mạch nguồn ± 12v :
Đồ án tốt nghiệp
62
18v
18v
18v
18v
220v
Hình 5.4
- Ta sử dụng 2 mạch nguồn ± 12v và GND có dùng IC
7812,bảo vệ ngắn mạch bằng cầu chì 0,5A
- Mạch điều khiển bảo vệ điện áp ngoài dải làm việc: có
sử dụng Rơle đóng cắt tiếp điểm ( điện áp cấp vào cuộn hút là
220V )
VII) Thiết kế , chế tạo hộp môdul điều khiển:
Hộp môđul có kích thước như sau :
80
50
465
265
Hình 5.5:
Đồ án tốt nghiệp
63
Hộp môdul được làm bằng thép , sơn phủ bên ngoài , mặt trước hộp
môdul bố trí cọc cắm dây , hai đền led , cầu chì bảo vệ , núm vặn của biến
trở .
Hình vẽ dưới đây là sơ đồ mặt hộp modul :
223v217v 220v
U
220v 223v217v
U A
U B
U C
Ul- í i
Ul- í i
Ul- í i
Ul- í i
+12V
-12V
A
B
C
R6
R7
R8
R9
VR2
VR3
R11
R10
R1
R5
R2
R3
R4
VR1
Uth
+12V Gn d -12V § iÒu khiÓn ®éng c¬ secvo
t rong m¸ y æn ¸ p xoay chiÒu
+12V
-12 V
+12V
-12 V
+12V
-12 V
+12V
Cl
Tr1
Tr2
Tr3
Tr4
2
3
K®T1
K®T
K®T
U-
U-
2C
1C
CcCt
Lç cÇu ch×
Lç c«ng c¾c
Lç chiÕt ¸ p
Lç ®o
Lç ®o
Lç chiÕt ¸ p
Lç chiÕt ¸ p
Lç led
Lç led
2
0 0 5
Lç ®o
Hình 5.6:
Chương VI : Thử nghiệm
I ) Thử nghiệm:
Sau khi lắp ráp hoàn chỉnh “ Bộ thực hành ổn áp “ ta tiến hành thử
nghiệm :
Mắc sơ cấp của biến áp tự ngẫu vào lưới điện , đầu ra của biến áp tự
ngẫu đưa vào sơ cấp của biến áp tín hiệu ; lấy điện áp sơ cấp của biến áp tín
hiệu đưa vào mạch điều khiển ( ở đây ta đã cấp nguồn nuôi vào mạch theo
sơ đồ nguyên lý).
Đồ án tốt nghiệp
64
• Chỉnh ở điểm A :
Xoay núm điều chỉnh của biến áp tự ngẫu , quan sát thấy vôn kế ở đầu
ra có giá trị = 220 v thì dừng lại . Dùng đồng hồ vạn năng để thang đo điện
áp 1 chiều thích hợp kiểm tra giá trị này . Sử dụng đồng hồ vạn năng đô điện
áp tại điểm A. Nếu UA ≠ 0 xoay núm điều chỉnh biến trở VR1 , 1 cách thận
trọng , điều chỉnh VR1 sao cho tại điểm A lúc này có giá trị = 0 , quan sát
đồng hồ vạn năng , cố định vị trí vừa tìm được trên VR1 .
Kiểm tra lại việc điều chỉnh 0 ở điểm A : Xoay núm điều chỉnh biến
áp tự ngẫu để đầu ra biến áp tự ngẫu có giá trị = 217 V , quan sát sự thay đổi
điện áp UA trên đồng hồ vạn năng , lúc này A phải dương , nếu A chưa
dương ta chỉnh biến trở VR1 . Xoay núm điều chỉnh biến áp tự ngẫu để đầu
ra có giá trị = 223 V . Quan sát sự thay đổi của điện áp tại điểm A trên
ddồng hồ vạn năng , lúc này điểm A phải âm , nếu thấy điểm A chưa âm ta
chỉnh biến trở VR1 .
• Chỉnh điểm B :
Xoay núm điều chỉnh biến áp tự ngẫu để điện áp ra của biến áp tự
ngẫu có giá trị = 223 V ( dùng đồng hồ vạn năng để kiểm tra giá trị này ) ,
lúc này điểm B phải dương , nếu điểm B chưa dương ta điều chỉnh biến trở
VR2 1 cách thận trọng , tìm vị trí để UB chuyển đổi ngưỡng , cố định vị trí
vừa tìm được trên VR2 .Kiểm tra lại việc chỉnh ngưỡng điểm B bằng cách
xoay núm điều chỉnh biến áp tự ngẫu để điện áp vào sơ cấp biến áp tín hiệu
thay đổi xung quanh giá trị 223V Ta xoay núm điều chỉnh của biến trở để
điện áp vào sơ cấp biến áp tín hiệu có giá trị bằng 217V (dùng đồng hồ vạn
năng để kiểm tra giá trị này ) . Ta thấy lúc này điểm B phải âm , nếu điểm B
chưa am ta tiếp tục điều chỉnh biến trở VR2 .
• Tại điểm C :
Xoay núm điều chỉnh biến áp tự ngẫu để đầu ra biến áp tự ngẫu có giá
trị bằng 220V (dùng đồng hồ vạn năng để kiểm tra giá trị này ) .Tại thời
điểm này dương. Tiếp tục xoay núm biến áp tự ngẫu , khi đầu ra biến áp tự
ngẫu có giá trị bằng 223 V , dùng đồng hồ vạn năng để kiểm tra lại . Tại thời
điểm này ta quan sát thấy điểm điểm C dương . Nếu điểm C chưa dương ta
chỉnh cho điểm C dương .Xoay núm biến áp tự ngẫu ta thấy đầu ra biến áp
tự ngẫu có giá tri bằng 217 V ,lúc này quan sát ta thấy điểm C âm .
Sau khi cố định 3 điểm A, B , C ta thựcnhiện động tác :
Đồ án tốt nghiệp
65
Nối đầu ra của của mạch điều khiển đến động cơ secvô , xoay núm
điều chỉnh biến áp tự ngẫu , quan sát chuyển động của động cơ secvô và con
trượt chổi than trên máy biến áp .
Kết quả ta thâý :
Khi điện áp vào biến áp tín hiệu < 217 V , con trượt chổi than của
biến áp ổn áp chuyển động theo hướng rút ngắn số vòng dây sơ cấp của máy
biến áp ổn áp .Khi điện áp vào biến áp tín hiệu > 223 V , con trượt chổi than
của biến áp ổn áp chuyển động theo hướng tăng số vòng dây sơ cấp của biến
áp ổn áp để đầu ra đạt giá tri ổn định .
Kết Luận :
Bộ thực hành ổn áp của nhóm em đã đáp ứng được yêu cầu đặt ra về
độ ổn định điện áp đầu ra , với dải làm việc rộng đạt yêu cầu thiết kế , các
mạch điều khiển thực hiện được các luật điều khiển đưa ra .Bộ thực hành
hoạt động tốt .Tuy nhiên máy có nhược điểm dòng qua chổi than không lớn
do kết cấu cơ khí , công suất nhỏ . Nhưng như chúng em đã trình bày , mục
đích của chúng em là thiết kế ra bộ thực hành cho sinh viên thực tập nên bộ
thực hành đã đáp ứng được những yêu cầu đề ra .
II ) Xây dựng các bước thực hiện trên bộ thực hành:
Qua quá trình thiết kế “ Bộ thực hành ổn áp xoay chiều theo nguyên
tắc biến áp “ , chúng em đã xây dựng các bước thực hiện trên bộ thực hành
để chỉ dẫn cho các sinh viên thực tập để các bạn sinh viên nắm chắc kiến
thức về nguyên lý hoạt động của ổn áp xoay chiều theo nguyên tắc biến áp
trứơc khi thiết kế máy ổn áp dân dụng hay máy biến áp trong công nghiệp .
Thao tác để tìm hiểu nguyên lý làm việc và chỉnh định tham số các phần tử
trên mạch điều khiển :
1) Sử dụng dây nối có cọc cắm , nối sơ cấp biến áp tự ngẫu ( có trên bộ
thực hành ) với lưới điện .Nối sơ cấp BT ( đầu ra thay đổi được điện
áp nhờ con trượt ) với sơ cấp biến áp tín hiệu BAt.h .
2) Cấp nguồn nuôi ổn áp ( có sẵn trên bộ thực hành ) vào mạch điều
khiển.
3) Chỉnh 0 ở điểm A :
Đồ án tốt nghiệp
66
a) Xoay núm điều chỉnh con trượt BT để điện áp ra của BT
bằng 220V . Dùng đồng hồ vạn năng để kiểm tra giá trị này .
b) Dùng đồng hồ vạn năng đo điện áp tại điểm A . Nếu UA
≠ 0 Xoay núm điều chỉnh biến trở VR1 một cách thận trọng .
Quan Sát đồng hồ vạn năng . Khi UA = 0 , cố định vị trí vừa tìm
được trên VR1 .
c) Kiểm tra lại việc chỉnh 0 ở điểm A : Xoay núm điều
chỉnh con trượt BT để điện áp vào sơ cấp BAt.h thay đổi xung
quanh giá trị 220v . Quan sát sự thay đổi UA trên đồng hồ vạn
năng .
4) Chỉnh ngưỡng ở điểm B :
a) Xoay núm điều chỉnh con trượt BT để điện áp ra của BT
bằng 223V . Dùng đồng hồ vạn năng để kiểm tra giá trị này .
b) Dùng đồng hồ vạn năng đo điện áp tại điểm B . Xoay
núm điều chỉnh của biến trở VR2 , một cách thận trọng tìm vị trí
để UB chuyển đổi ngưỡng , cố định vị trí vừa tìm được trên
VR2.
c) Kiểm tra lại việc chỉnh ngưỡng ở điểm B :Xoay núm điều
chỉnh con trượt BT để điện áp vào sơ cấp của biến áp tín hiệu
thay đổi xung quanh giá trị 223V . Quan sát sự thay đổi UA trên
đồng hồ vạn năng . Đối chiếu với giản đồ tín hiệu .
5 ) Chỉnh ngưỡng ở điểm C :
Thực hiện như mục 4 với ngưỡng 217V
6) Nối đầu ra của mạch điều khiển đến động cơ secvô . Xoay núm điều
chỉnh BT , quan sát chuyển động của ĐSV và con trượt chổi
than BL khi điện áp vào biến áp tín hiệu nhỏ hơn 217 V , con
trượt của BL chuyển động theo hướng rút ngắn số vòng dây sơ
cấp của BL . Khi điện áp vào BAt.h lớn hơn 223V thì ngựoc lại
7) Nối sơ cấp của BL ( tức là đầu vào của máy ổn áp ) với thứ cấp của
BT
Nối thứ cấp của BL ( tức là đầu ra của máy ổn áp ) với sơ cấp của
BAt.h .
8) Xoay núm điều chỉnh BT giả làm sự thay đổi điện áp vào của máy
ổn áp ( điện áp lưới điện ) . Theo dõi sự ổn định điện áp đầu ra
máy ổn áp và phản ứng (độ tác động nhanh ) của hệ thống .
Kết luận chung :
Đồ án tốt nghiệp
67
Sau hơn 3 tháng làm việc khẩn trương , với sự nỗ lực của cả nhóm
và được sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo Lưu Đức Dũng , sự giúp đỡ tận
tình của các anh tại trung tâm Tự động hoá, đến nay bản đồ án của chúng em
đã hoàn thành đúng thời hạn .
Qua quá trình nghiên cứu và lắp đặt thử nghiệm , đồ án đã giải quyết
được những vấn đề đặt ra là ổn định điện áp ở 220V (± 3 v ) khi điện áp
lưới thay đổi trong dải từ 160V ÷ 240V .
Do thời hạn và bước đầu làm quen với công việc thiết kế nên bản đồ
án này không tránh khỏi những sai sót , chúng em rất mong sự đóng góp ý
kiến của các thầy cô và các bạn để bản đồ án này được hoàn thiện hơn .
Một lần nữa chúng em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Lưu Đức
Dũng , cùng các anh tại trung tâm Tự động hoá đã giúp chúng em hoàn
thành bản đồ án này .
Tài liệu tham khảo
Đồ án tốt nghiệp
68
1 . Thiết kế máy biến áp
Phan tử Thụ
2 . Sửa chữa chế tạo biến áp dân dụng và công nghiệp
Đỗ ngọc Long
3 . Điện tử công suất
Nguyễn Bính
4 . Khí cụ điện
Nguyễn tiến Tôn
Phạm văn Chới
Bùi hữa Tín
5 . Kĩ thuật mạch điện tử
Phạm minh Hà
6. Máy điện
Vũ gia Hanh
Phan tử Thụ
Trần khánh Hà
Nguyễn Văn Sáu
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- on_ap_xc_67_4638.pdf