mạch điều khiển động cơ dùng TCA785

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN MÔN HỌC 3

ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

Người hướng dẫn: Đỗ Thành Hiếu
Sinh viên thực hiện: 1. Phạm Đình Tú
2. Vũ Đức Tùng
Lớp: 112182.3

HƯNG YÊN – 2020

1


NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................

......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
Hưng Yên, ngày ..... tháng ..... năm 2020
GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
Đỗ Thành Hiếu

2


KẾ HOẠCH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN
Tuần
1

Nội dung công việc

Chi tiết cơng việc/
Cá nhân thực hiện

Thơng qua

1. Tìm hiểu về các thiết bị hay
các linh kiện liên quan đến đề tài.
2. Đưa ra phương án xây dựng
mơ hình.

Tú : tìm hiểu nội
3. Hoàn thiện sơ đồ khối thiết bị. dung của từng khâu Giáo trình điện tử
Và phân tích chức năng các khối.
trong đề tài động công suất & Truyền
4. Chọn lựa giải pháp thực hiện.
động điện
cơ.
5. Phương pháp ghép nối giữa
Tùng : tìm hiểu các
các khối với nhau.
loại van bán dẫn
(Báo cáo giáo viên hướng dẫn)
công suất.
2

1. Thiết kế mạch nguyên lý các
khối phân tích chức năng các
phần tử trong mạch và ngun
tắc làm việc của mạch điện.
2. Tính tốn và lựa chọn các
tham số của mạch điện (giá trị Cả nhóm thực hiện
linh kiện, loại linh kiện sử dụng,
điện áp, dịng điện, trong các
mạch, cơng suất mạch, cơng suất
nguồn...).

Thiết kế trên giấy
,tính tốn các thơng
số dựa trên lý
thuyết trong giáo

trình Điện tử cơng
suất & Truyền động
điện

3. Chọn các linh kiện thực tế gần
với các giá trị đã tính. Tính toán
theo giá trị thực tế.

3

4. Xây dựng các thuật toán điều
khiển hệ thống.
1. Khảo sát mạch điện của thiết
bị trên chương trình mơ phỏng
(Tina, Circuit Maker, Electric
Workben, Proteus…). Viết báo
cáo kết quả khảo sát.
2. Lắp ráp trên mạch bo test
(Breadboard) và khảo sát theo Cả nhóm thực hiện
từng khối chức năng (Điện áp
3

Sử dụng phần mềm
mơ
phỏng
,
Proteus ,Tina
Tìm kiếm thơng tin

nguồn cung cấp, dòng điện, điện
áp thành phần, và các tham số
khác..)
3. Hiệu chỉnh các tham số theo
các giá trị tính tốn.
4. Viết thuyết minh báo cáo kết
quả sau khi khảo sát thực tế.
4

qua giáo trình điện
tử cơng suất &
truyền động điện

1. Thiết kế mạch in.
2. Làm mạch in.
3. Lắp ráp, hoàn thiện mạch.
4. Kiểm tra mạch và hiệu chỉnh.

Cả nhóm thực hiện

Sử dụng phần mềm
proteus để đo dạng
sóng thiết kế.
Sử dụng phần mềm
eagle

5. Viết báo cáo sau khi kiểm tra
hiệu chỉnh mạch.
GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

SINH VIÊN THỰC HIỆN

Đỗ Thành Hiếu

Phạm Đình Tú
Vũ Đức Tùng

4


LỜI NÓI ĐẦU
Cùng với sự phát triển của nền kinh tế và khoa học kỹ thuật trên con đường công
nghiệp hóa và hiện đại đất nước ngành điện – điện tử nói chung hay điện tử cơng suất
nói riêng đã có những bước tiến vượt bậc và mang lại những thành quả đáng kể. Trong
chương trình đào tạo có điện tử công suất và truyền động điện là một phần hay và lý
thú, cuốn hút được nhiều sinh viên theo đuổi nghiên cứu. Là những sinh viên chuyên
ngành điện - điện tử, chúng em muốn được tiếp cận và hiểu sâu hơn nữa bộ môn điện
tử công suất và truyền động điện.Vì vậy, đồ án mơn học chế tạo sản phẩm là điều kiện
tốt giúp chúng em kiểm chứng được lý thuyết đã được học.
Trong đồ án điện tử công suất lần này, chúng em đã được nhận đề tài “Tính
Tốn - chế tạo bộ điều áp xoay chiều một pha, dùng Thyristor”. Sau thời gian
nghiên cứu, chúng em đã chế tạo thành công bộ điều khiển điện áp xoay chiều 1 pha
đáp ứng được cơ bản yêu cầu của đề tài.
Trong suốt thời gian thực hiện đề tài, chúng em đã gặp một số vướng mắc về lý
thuyết và khó khăn trong việc thi cơng sản phẩm, Tuy nhiên, chúng em đã nhận được
sự giải đáp và hướng dẫn kịp thời của thầy Đỗ Thành Hiếu và sự góp ý của các thầy
cô trong khoa cùng các bạn sinh viên trong lớp. Được như vậy chúng em xin chân
thành cảm ơn và mong muốn nhận được nhiều hơn nữa sự giúp đỡ, chỉ bảo của cô giáo
và các bạn trong các đồ án sau này.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên thực hiện:
1: Phạm Đình Tú
2: Vũ Đức Tùng

DANH MỤC HÌNH

5


Hình 1. 1 Cấu tạo bóng đèn sợi đốt..............................................................................10
Hình 1.2. Các phương án điều áp một pha...................................................................11
Hình 1.3. Sơ đồ điều áp xoay chiều một pha bằng bán dẫn..........................................12
Hình 1.4. Hình dạng đường cong điện áp điều khiển...................................................13
Y
Hình 2.1. Mạch động lực.............................................................................................22
Hình 2.2. Giản đồ dạng sóng làm việc của TCA785....................................................25
Hình 2.3. Sơ đồ khối chức năng chân của TCA 785.....................................................28
Hình 3.1. Sơ đồ khối nguồn.........................................................................................32
Hình 3.2. Sơ đồ khối điều khiển...................................................................................33
Hình 3. 3. Sơ đồ khối cách ly.......................................................................................33
Hình 3.4. Sơ đồ kết nối MOC3020 với mạch động lực và mạch điều khiển................34
Hình 3.5. Sơ đồ khối và sơ đồ nguyên lý của MOC3020............................................35
Hình 3.6. Cấu tạo Thyristor..........................................................................................37
Hình 3.7. Sơ đồ mạch động lực được lựa chọn............................................................38
Hình 3.8. Sơ đồ khối mạch lực.....................................................................................39
Hình 3.9. Sơ đồ ngun lý tồn mạch..........................................................................39
Hình 3.10. Dạng sóng khi bắt đầu làm việc.................................................................41
Hình 3. 11. Dạng sóng của tải mở dần khi thay đổi điện áp.........................................41
Hình 3.12. Dạng sóng tải làm việc ổn định, Thyristor dẫn gần như hồn tồn.............42
Hình 3.13. Sơ đồ mạch in ............................................................................................43

Hình 3.14. Sơ đồ bố trí linh kiện..................................................................................43
Hình 3. 15. Sản phẩm thực tế.......................................................................................43
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1. Chức năng các chân của TCA785................................................................24
Bảng 2.2. Các thơng số chính của TCA785.................................................................26

MỤC LỤC

6


NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN............................................................2
KẾ HOẠCH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN...............................................................................3
LỜI NĨI ĐẦU............................................................................................................... 5
DANH MỤC HÌNH VẼ.................................................................................................6
DANH MỤC BẢNG BIỂU...........................................................................................7
MỤC LỤC..................................................................................................................... 8
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN BÓNG ĐÈN.........................................10
1.1. khái quát về bóng điện xoay chiều....................................................................10
1.1.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của bóng điện sợ đốt...............................10
1.1.2. Giới thiệu một số sơ đồ mạch động lực......................................................10
1.2. Bộ biến đổi điện áp xoay chiều sử dụng hai SCR.............................................13
1.2.1. Trường hợp tải trở thuần trở.......................................................................13
1.2.2. Trường hợp tải L, thuần cảm......................................................................17
1.2.3. Trường hợp tải R+L...................................................................................18
Chương 2. CÁC VAN BÁN DẪN CÔNG SUẤT CƠ BẢN........................................22
2.1. Chọn mạch lực..................................................................................................22
2.2. Chọn mạch điều khiển.......................................................................................22
2.2.1. Giới thiệu TCA 785....................................................................................24
2.3. Phần mềm PROTEUS.......................................................................................28

2.3.1. Giới thiệu tổng quan về phần mềm............................................................28
2.3.2. Các chức năng cơ bản của Proteus.............................................................29
2.3.3. Khả năng phân tích.....................................................................................30
2.3.4. Nhược điểm................................................................................................30
Chương 3. THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ...........................32
3.1. Sơ đồ khối.........................................................................................................32
3.1.1. Khối nguồn.................................................................................................32
3.1.2. Khối điều khiển..........................................................................................33
3.1.3. Phần tử cách ly...........................................................................................33
3.1.4. Tính chọn van động lực..............................................................................35
3.1.5. Chọn thiết bị bảo vệ...................................................................................37
3.1.6. Mạch lực....................................................................................................39
3.2. Sơ đồ nguyên lý toàn mạch...............................................................................39
7


3.3. Mơ phỏng dạng sóng bằng phần mềm...............................................................41
3.4. Sơ đồ mạch in...................................................................................................42
3.6. Mạch thực tế.....................................................................................................44
KẾT LUẬN - KIẾN NGHỊ..........................................................................................45
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................45
PHỤ LỤC.................................................................................................................... 46

8


Chương I. TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN BÓNG ĐÈN
1.1. Khái quát về bóng đèn điện xoay chiều
1.1.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của bóng đèn
a. Cấu tạo

Bóng đèn sợi đốt gồm 3 phần là: Sợi đốt, bóng thuỷ tinh và đui.
Sợi đốt làm bằng vonfram chịu đc nhiệt độ rất cao, dạng lò xo xoắn. Sợi đốt nằm trong
bóng thuỷ tinh chịu nhiệt đã rút chân khơng. Đi đèn làm bằng đồng hoặc sắt mạ kẽm
có dạng xoắn và ngạnh gài, trên đui có 2 cực tiếp xúc với nguồn điện lưới.

Hình 1. 1 Cấu tạo bóng đèn sợi đốt
b. Nguyên lý hoạt động của bóng đèn sợi đốt
Đối với chiếc bóng đèn sợi đốt thì dây tóc chính là bộ phận chính
dùng để phát sáng. Lúc này ánh sáng sẽ phát ra thông qua vỏ thủy
tinh trong suốt. Các dây tóc này sẽ được bảo vệ hồn toàn bằng lớp
thủy tinh bên ngoài trong suốt. Hoặc bị mờ đi khi bơm vào các khí trơ
sau khi rút hết khơng khí bên trong ra.
Kích cỡ bóng đèn sợi đốt phải đủ lớn để khi chiếu sáng không bị hơi
nóng sinh ra từ nhiệt gây cháy nổ. Hầu hết bóng đèn sẽ lắp vào
trong chui đèn. Chính vì thế khi hoạt động thì điện sẽ truyền qua
chui đèn và đến dây tóc sẽ làm nóng lên. Sau khi nhiệt đủ thì ánh
sáng sẽ phát ra ngay lập tức. Hoạt động của bóng đèn sợi đốtThế
nhưng, hiện nay bóng đèn sợi đốt lại ít sử dụng trong gia khơng gian
9


chiếu sáng vì cơng suất q lớn (thường là 60W). Trong khi đó hiệu
suất phát quang rất thấp như tơi đã giải thích ở trên. Cũng vì điều
này gây ra nhiều nguy hiểm cho người dùng. Khi họ không chú ý
chạm vào bóng đèn đang phát sáng sẽ bị nóng, thậm chí là bỏng.
Mọi bóng đèn sợi đốt sẽ sử dụng điện áp từ 1,5V đến 300V. Nhà
lịch sử Robert Friedel và Paul Israel – 2 Người sáng chế ra bóng đèn
sợi đốt đã kết luận rằng: mẫu đèn sợi đốt của Edison có nhiều ưu
điểm nổi bật hơn các phiên bản khác. Chính bởi vì nó được kết hợp
ba yếu tố: điện trở cao + vật liệu đốt hiệu quả hơn + độ chân khơng

có trong đèn cao hơn nhờ sử dụng bơm Sprengel. Các yếu tố này
phối hợp với nhau tạo ra một dịng sản phẩm bóng đèn sợi đốt. Một
bóng đèn có thể phát sáng từ nguồn điện truyền đến trung tâm và
mang hiệu quả về kinh tế cao hơn.
1.1.2 Giới thiệu một số sơ đồ mạch động lực
Hình 1 giới thiệu một số mạch điều áp xoay chiều một pha. Hình 1a là điều áp
xoay chiều điều khiển bằng cách mắc nối tiếp với tải một điện kháng hay điện trở phụ
(tổng trở phụ ) biến thiên. Sơ đồ mạch điều chỉnh này đơn giản dễ thực hiện. Tuy
nhiên, mạch điều chỉnh kinh điển này hiện nay ít được dùng, do hiệu suất thấp (nếu Zf
là điện trở ) hay cos thấp (nếu Zf là điện cảm ).

Z
f
U1

TBB§
U2 i

Z

U1

i

a

Z U2

i

U1

b

Z

U2

C

Hình 1.2. Các phương án điều áp một pha
Người ta có thể dùng biến áp tự ngẫu để điều chỉnh điện áp xoay chiều U 2 như
trên hình 1b. Điều chỉnh bằng biến áp tự ngẫu có ưu điểm là có thể điều chỉnh điện áp
U2 từ 0 đến trị số bất kì, lớn hay nhỏ hơn điện áp vào. Nếu cần điện áp ra có điều
chỉnh, mà vùng điều chỉnh có thể lớn hơn điện áp vào, thì phương án phải dùng biến
áp là tất yếu. Tuy nhiên, khi dòng tải lớn, sử dụng biến áp tự ngẫu để điều chỉnh, khó
10


đạt được yêu cầu như mong muốn, đặc biệt là khơng điều chỉnh liên tục được, do chổi
than khó chế tạo để có thể chỉ tiếp xúc trên một vịng dây của biến áp.
Hai giải pháp điều áp xoay chiều trên hình 1a,b có chung ưu điểm là điện áp
hình sin, đơn giản. Có chung nhược điểm là qn tính điều chỉnh chậm và khơng điều
chỉnh liên tục khi dịng tải lớn. Sử dụng sơ đồ bán dẫn để điều chỉnh xoay chiều, có thể
khắc phục được những nhược điểm vừa nêu.
Các sơ đồ điều áp xoay chiều bằng bán dẫn trên hình 1c được sử dụng phổ biến.
Lựa chọn sơ đồ nào trong các sơ đồ trên tuỳ thuộc dòng điện, điện áp tải và khả năng
cung cấp các linh kiện bán dẫn. Có một số gợi ý khi lựa chọn các sơ đồ hình 2 như
sau:

Hình 1.3. Sơ đồ điều áp xoay chiều một pha bằng bán dẫn
a. Bằng hai thyristor song song ngược
b. Bằng triac
c. Bằng hai thyristor hai diode
d. Bằng bốn diode một thyristor
Sơ đồ kinh điển hình 2.a thường được sử dụng nhiều hơn, do có thể điều khiển
được với mọi cơng suất tải. Hiện nay Thyristor được chế tạo có dịng điện đến 7000A,
thì việc điều khiển xoay chiều đến hàng chục nghìn ampe theo sơ đồ này là hoàn toàn
đáp ứng được.
Tuy nhiên, việc điều khiển hai thyristor song song ngược đôi khi có chất lượng
điều khiển khơng tốt lắm, đặc biệt là khi cần điều khiển đối xứng điện áp, nhất là khi

11


cung cấp cho tải đòi hỏi thành phần điện áp đối xứng (chẳng hạn như biến áp hay động
cơ xoay chiều). Khả năng mất đối xứng điện áp tải khi điều khiển là do linh kiện mạch
điều khiển tiristor gây nên sai số. Điện áp tải thu được gây mất đối xứng như so sánh
trên hình 3b.
Điện áp và dịng điện khơng đối xứng như hình 3.b cung cấp cho tải, sẽ làm cho
tải có thành phần dịng điện một chiều, các cuộn dây bị bão hồ, phát nóng và bị cháy.
Vì vậy việc định kỳ kiểm tra, hiệu chỉnh lại mạch là việc nên thường xuyên làm đối
với sơ đồ mạch này. Tuy vậy, đối với dòng điện tải lớn thì đây là sơ đồ tối ưu hơn cả
cho việc lựa chọn.

U

U
Tải

t
a

U

U
Tải
1

Hình 1.4. Hình dạng đường cong điện áp điều khiển
2

a- Mong muốn b- Không
mong muốn
t

Để khắc phục nhược điểm vừa nêu về việc ghép hai tiristor song song
b thể mắc theo sơ đồ hình 2.b . Sơ đồ này có ưu điểm là các
ngược,triac ra đời và có
đường cong điện áp ra gần như mong muốn như hình 3.a, nó cịn có ưu điểm hơn khi
lắp ráp. Sơ đồ mạch này hiện nay được sử dụng khá phổ biến trong công nghiệp. Tuy
nhiên triac hiện nay được chế tạo với dịng điện khơng lớn (I < 400A), nên với những
dòng điện tải lớn cần phải ghép song song các triac, lúc đó sẽ phức tạp hơn về lắp ráp
và khó điều khiển song song. Những tải có dịng điện trên 400A thì sơ đồ hình 2.b ít
dùng.
Sơ đồ hình 2.c có hai tiristor và hai điốt có thể được dùng chỉ để nối các cực
điều khiển đơn giản, sơ đồ này có thể được dùng khi điện áp nguồn cấp lớn (cần phân
bổ điện áp trên các van, đơn thuần như việc mắc nối tiếp các van).
Sơ đồ hình 2d trước đây thường được dùng, khi cần điều khiển đối xứng điện
áp trên tải, vì ở đây chỉ có một tiristor một mạch điều khiển nên việc điều khiển đối

xứng điện áp dễ dàng hơn. Số lượng tiristor ít hơn, có thể sẽ có ưu điểm hơn khi van
12


điều khiển còn hiếm. Tuy nhiên, việc điều khiển theo sơ đồ này dẫn đến tổn hao trên
các van bán dẫn lớn, làm hiệu suất của hệ thống điều khiển thấp. Ngoài ra, tổn hao
năng lượng nhiệt lớn làm cho hệ thống làm mát khó khăn hơn.
1.2 Bộ biến đổi điện áp xoay chiều sử dụng hai SCR.

Hình 1. 5 Sơ đồ bộ điều áp xoay chiều 1 pha sử dụng hai SCR.

1.2.1 Trường hợp tải thuần trở.
Khi T1 mở thì một phần của nửa chu kỳ dương điện áp nguồn điện đặt lên mạch
tải, cịn khi T2 mở thì một phần của nửa chu kỳ âm của v được đặt lên mạch tải
Góc mở được tính từ điểm đi qua giá trị 0 của điện áp nguồn v.
Dòng điện tải:
I= , với
+2
Thành phần sóng cơ bản của dịng điện tải I lệch chậm sau điện áp nguồn v một góc
Điều đó nói lên rằng, ngay cả trường hợp tải thuần trở, lưới điện xoay chiều vẫn phải
cung cấp một lượng công suất phản kháng.
Giá trị hiệu dụng của điện áp trên tải:
Uc = = V.
Giá trị hiệu dụng của dịng tải:
Ic= .()
Cơng suất tác dụng cung cấp cho mạch tải:
P = UcIc = ().()
Như vậy bằng cách làm biến đổi góc từ 0 đến , người ta co thể điều chỉnh được công
suất tác dụng từ giá trị cực đại P =() đến 0

13


1.2.2 Trường hợp tải L, thuần cảm.
Khi = cho xung mở T1. Dòng điện tải i tăng dần lên và đạt giá trị cực đại, sau đó giảm
xuống và đạt giá trị 0 khi =
Khi tiristor T1 mở, ta có phương trình:
L= Vsint
I= -cos+I0
Hằng số tích phân I0 được xác định : khi = thì i=0. Cuối cùng nhận được biểu thức
của dịng điện tải
I= (cos- cos)
Góc được xác định bằng cách thay = và đặt I=0:
= 2Khi = + 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 dịng điện tải:
Ic =
Công suất mạch tải tiêu thụ là công suất phản kháng.

Ic = .()
Công suất tác dụng cung cấp cho mạch tải:
P = UcIc = (). ()
Như vậy bằng cách làm biến đổi góc từ 0 đến , người ta có thể điều chỉnh được
cơng suất tác dụng từ giá trị cực đại P = () đến 0

14

1.2.3Trường hợp tải R + L.

Hình 1. 6Hình dáng dịng điện và điện áp đối với tải R-L.

Phương trình mơ tả q trình thay đổi dịng điện khi tiristo dẫn điện trong
     
khoảng 
U m sin   i.R  .L

di
d

 - khoảng dẫn điện của tiristo.
Giải phương trình trên ta có:
i  

 

Um
sin       A.e tg
Z

101\* MERGEFORMAT (.)
Z  R 2   .L  ;   arctg
2

.L
R

A là hằng số tích phân, được tính từ điều kiện  =  thì i = 0.

Tính A và thay vào biểu thức (4.6) biểu thức dịng tải sẽ có dạng:
 

Um 
tg
i  
sin       sin      e 
Z 


202\* MERGEFORMAT (.)
Khi  =  +  thì i(t) = 0, thay vào phương trình (4.7) ta có:
sin         sin      e




tg

303\* MERGEFORMAT (.)

15


Khi  >, dòng tải gián đoạn, còn khi  < dòng sẽ liên tục và điện áp trên tải
sẽ khơng thay đổi. Chỉ có thể điều chỉnh điện áp khi góc dẫn của tiristo nằm trong
khoảng   .

16

Chương II. CÁC VAN BÁN DẪN CÔNG SUẤT CƠ BẢN
2.1. Chọn mạch lực
Với yêu cầu của đề tài là thiết kế bộ điều áp xoay chiều sử dụng hai SCR nên chúng
em chọn sơ đồ dùng 2 THYRISTOR(SCR) mắc song song ngược để điều khiển.

Hình 2. 1Mạch động lực.

2.2. Chọn mạch điều khiển
 Khái niệm mạch điều khiển
Như ta đã biết để các van có thể mở đúng các thời điểm mong muốn, thì ngồi
điều kiện phải đặt điện áp thuận thì trên điện cưc điều khiển và Catot phải có một điện
áp điều khiển. Để có hệ thống các tín hiệu điều khiển xuất hiện đúng theo yêu cầu thì
ta phải có một mạch điện để tạo ra các tín hiệu dố và được gọi là mạch điều khiển.
điện áp điều khiển phải đáp ứng các yêu cầu cần thiết như công suất, biên độ, thời gian
tồn tại. Các thơng số cần thiết của tín hiệu điều khiển đã được cho sẵn trong các tài
liệu nghiên cứu về van. Đặc điểm của triac là khi van mở thì việc cịn tín hiệu điều
khiển nữa hay khơng, khơng ảnh hưởng tói dịng qua van. Vì vậy, người ta tạo ra tín
hiệu điều khiển có dạng xung để hạn chế cơng 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: Các xung ĐK không tuân theo giá trị của góc
ĐK.
 Phân tích mạch điều khiển
Điều khiển thyristor 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.

17


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 Urc). Dùng một điện áp một chiều Uđk để so sánh
với điện áp tựa. Tại thời điểm hai điện áp này bằng nhau(Uđk= Urc) .
Trong vùng điện áp dương anot thì phát xung điều khiển cho tới cuối bán kỳ
(hoặc tới khi dòng điện bằng 0) .
Để thực hiện ý đồ trên mạch điều khiển bao gồm 3 khâu cơ bản:

Hình 2. 2Sơ 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 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 Triac.
Xung để mở Triac cần có các yêu cầu: Sườn trước dốc thẳng đứng để đảm bảo mở
Triac tức thời khi có xung điều khiển (Thường gặp là xung kim hoặc xung chữ nhật)
đủ độ rộng (với độ rộng xung lớn hơn thời gian mở củacTriac). Cách ly giữa mạch
điều khiển và mạch động lực (nếu điện áp động lực quá lớn) đủ cơng suất.
 Ngun lý mạch điều khiển:
Tín hiệu điện áp cung cấp cho mạch điều khiển được đưa đến khối đồng pha.
Đầu ra của khối này có điện áp thường là hình sin cùng tần số và có thể lệch pha một
góc xác định so với điện áp nguồn. Điện áp này gọi là điện áp đồng bộ Vđb . Đầu ra của
mạch phát điện răng cưa ta có các điện áp răng cưa đồng bộ về tần số và góc pha với
điện áp đồng bộ. Các điện áp này gọi là điện áp răng cưa Vrc. Điện áp răng cưa Vrc

được đưa vào đầu vào của khối so sánh. Tại đó có một tín hiệu khác nữa là điện áp
một chiều điều chỉnh lấy từ ngồi. Hai tín hiệu này được mắc với cực tính sao cho tác
động của chúng lên mạch so sánh là ngược chiều nhau. Khối so sánh làm nhiệm vụ so
sanh hai tín hiệu này. Tại thời điểm hai tín hiệu này bằng nhau thì tín hiệu đầu ra khối
18


so sánh là các xung xuất hiện với chu kỳ của Vrc . Xung răng cưa có hai sườn trong đó
có một sườn mà tại đó thì đầu ra khối so sánh xuất hiện một xung điện áp thì sườn đó
là sườn sử dụng . Vậy ta có thể thay đổi thời điểm của xung xuất hiện tại đầu ra khối
so sánh bằng cách thay đổi Vđk khi giữ nguyên dạng của Vrc
Trong một số trường hợp xung ra khối so sánh được đưa ngay đến đầu cực của
thiết bị cần điều khiển nhưng trong đa số các trường hợp thì tín hiệu ra khối so sánh
chưa đủ u cầu cần thiết. Người ta phải thực hiện việc khuếch đại thay đổi lại hình
dáng xung. Các nhiệm vụ này được thực hiên bởi một mạch gọi là mạch xung. Đầu ra
của khối tạo xung và khuếch đại xung sẽ được một chuỗi xung điều khiển có đủ các
thơng số u cầu về công suất, độ dài, độ dốc mặt đầu của xung. Tại thời điểm bắt đầu
xuất hiện các xung hoàn toàn trùng với thời điểm xuất hiện xung trên đầu ra khối so
sánh.
Ngày nay các mạch cổ điển như trên thường được thay thế bằng các IC tích hợp
đầy đủ các khâu, với kết cấu nhỏ gọn, giá thành rẻ và đạt được độ chính xác rất cao. IC
TCA 785 là một vi mạch như vậy,cơ sở lý thuyết của nó đã được giới thiệu ở phần
trên.
-

Sơ đồ mạch điều khiển:

Hình 2. 3Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển

-

Các thông số của TCA 785.

19


Bảng 2. 1

Giá trị
nhỏ
nhất

Thông số

Giá trị
tiêu biều
F =50Hz

Giá trị
lớn
nhất

Đơn vị

10

mA

V10max

V

Vs = 5v
Dòng tiêu thụ

I.S

4,5

Điện áp vào điều khiển chân
11

V11

0,2

R11

6,5

15

K

Trở kháng vào
Mạch tạo răng cưa
Dòng nạp tụ

I10

Biên độ của răng cưa

V10

10

1000

A

VS-2

V

300

K

Điện trở mạch nạp
Thời gian sườn ngắn của
xung răng cưa

R9

3

80

TP

S

Tín hiệu cấm vào, chân 6
Cấm

V6I

3,3

Cho phép

V6H

4

3,3

Xung hẹp

V13H

3,5

2,5

Xung rộng

V13L

2,5

V
V

Độ rộng xung ra, chân13
2,5

3,5

V
V

Xung ra, chân 14, 15
Điện áp ra mức cao

V14/15L

VS-3

VS-2,5

VS-1,0

V

Điện áp ra mức thấp

V14/15L

0,3

0,8

2

V

Độ rộng xung hẹp

tp

20

30

40

S

Độ rộng xung rộng

tp

530

620

760

S/nF

Vref

2,8

3,1

3,4

V

Điện áp điều khiển
Điện áp chuẩn

20


Góc điều khiển ứng với điện
áp chuẩn

-

2 x10-4

ref

5x10-4

1/K

Tính tốn các phần tử bên ngồi:

Tụ răng cưa: C10
Thời điểm phát xung:
Dịng nạp tụ:

Min = 500pF; Max = 1F
tTr =
I10 =

Điện áp trên tụ:
V10 =
TCA 785 do hãng Siemen chế tạo, được sử dụng để điều khiển các thiết bị chỉnh lưu,
thiết bị chỉnh dịng điện áp xoay chiều.
Có thể điều chỉnh góc từ 00 đến 1800 điện. Thơng số chủ yếu của TCA 785:
+ Điện áp ni: US = 18V
+ Dịng điện tiêu thụ: IS = 10mA
+ Dòng điện ra: I = 50mA
+ Điện áp răng cưa: Ur max = (US - 2)V
+ Điện trở trong mạch tạo điện áp răng cưa: R9 = 20K 500K
+ Điện áp điều khiển: U11 = -0,5 (US-2)V
+ Dòng điện đồng bộ: IS = 200A
+ Tụ điện: C10 = 0,5F
+ Tần số xung ra: f = 10 500 Hz
2.2.3 Thiết kế mạch cách ly.
Để chống ngược dịng giữa các khối có chênh lệch nhau về điện áp, dịng điện và cơng
suất, ta cần có phần tử cách ly giữa hai mạch điều khiển và mạch động lực.
Có rất nhiều phương án cho khâu cách ly đó có thể dung phần tử cách ly
quang biến áp xung hay với mạch công suất nhỏ chỉ cần dùng diot để chống ngược
dòng.

Trong phạm vi đề tài là ứng dụng với tải công suất như vậy để đáp ứng được
tính an tồn, gọn nhẹ và giá thành của mạch, phương án sử dụng cách ly quang được
chúng em quyết định sử dụng vì cách ly an tồn giữa mạch lực và mạch điều khiển từ
21


các thông số trên chúng em quyết định sử dụng MOC 3020 để thực hiện khâu cách ly
này.
2.2.1. Giới thiệu TCA 785
Vi mạch TCA 785 là vi mạch phức hợp thực hiện được 4 chức năng của một
mạch điều khiển: tạo điện áp đồng bộ, tạo điện áp răng cưa đồng bộ, so sánh và tạo
xung ra.
a.
Bảng 2.2 Ký hiệu và chức năng của TCA 785

Chân

Ký hiệu

Chức năng

Chân

Ký hiệu

Chức năng

1

OS

Chân nối đất

9

R9

Điện trở tạo mạch răng
cưa

2

Q2

**

Đầu ra 2 đảo

10

C10

Tụ tạo mạch răng cưa

3

QU

Đầu ra U

11

V11

Điện áp điều khiển

4

Q

Đầu ra 1 đảo

12

C12

Tụ tạo độ rộng xung

5

VSYNC

Điện áp đồng
bộ

13

L

Tín hiệuđiều khiển xung

ngắn, xung rộng

6

I

Tín hiệu cấm

14

Q1

Đầu ra 1

7

QZ

Đầu ra z

15

Q2

Đầu ra 2

8

VREF

Điện áp chuẩn

16

Vs

Điện áp nguồn nuôi

22


b. Dạng sóng TCA785

Hình 2.4. Giản đồ dạng sóng làm việc của TCA785

23


b. Các thông số của TCA 785
Bảng 2. 3

Thông số

Giá trị
nhỏ nhất

Giá trị
tiêu biểu
F =50Hz
Vs = 5v

6,5

Dòng tiêu thụ

I.S

4,5

Điện áp vào điều khiển

V11

0,2

Giá trị lớn
nhất

10
V10max

Đơn vị

mA
V

Chân 11
Trở kháng vào

R11

15

K

Mạch tạo răng cưa
Dòng nạp tụ

I10

Biên độ của răng cưa

V10

Điện trở mạch nạp

R9

Thời gian sườn ngắn của
xung răng cưa

TP

10

3

80

1000

A

VS-2

V

300

K
S

Tín hiệu cấm vào, chân 6
Cấm

V6I

Cho phép

V6H

Độ rộng xung ra, chân 13

V13

Xung hẹp

H

Xung rộng

V13L

Xung ra, chân 14, 15

V14/
15L

3,3
4

3,3

3,5

2,5

2,5

V

2,5

3,5

VS-3

24

VS-2,5

V

V
V

VS-1,0

V


Điện áp ra mức cao
Điện áp ra mức thấp

V14/
15L

Độ rộng xung hẹp
Độ rộng xung rộng

0,3

0,8

2

V

20

30

40

S

530

620

760

S/nF

tp
tp

Điện áp điều khiển
Điện áp chuẩn
Góc điều khiển ứng với
điện áp chuẩn

Vref

2,8

ref

3,1

3,4

V

2x10-4

5x10-4

1/K

- Tính tốn các phần tử bên ngồi
Tụ răng cưa: C10
Thời điểm phát xung:
Dịng nạp tụ:
Điện áp trên tụ:

Min = 500pF; Max = 1F
tTr =
I10 =
V10 =

TCA 785 do hãng Siemen chế tạo, được sử dụng để điều khiển các thiết bị chỉnh lưu,
thiết bị chỉnh dịng điện áp xoay chiều.
Có thể điều chỉnh góc từ 00 đến 1800 điện.
Thông số chủ yếu của TCA 785:
+ Điện áp ni: US = 15V
+ Dịng điện tiêu thụ: IS = 10mA
+ Dòng điện ra: I = 50mA
+ Điện áp răng cưa: Ur max = (US - 2) V
+ Điện trở trong mạch tạo điện áp răng cưa: R9 = 20K 500K
+ Điện áp điều khiển: U11 = -0,5 (US-2) V

+ Dòng điện đồng bộ: IS = 200A
+ Tụ điện: C10 = 0,5F
25