ĐỒ ÁN MÔN HỌC 3 THIẾT KẾ CHẾ TẠO MẠCH ĐIỀU ÁP XOAY CHIỀU MỘT PHA ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ

TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

Độc lập-Tự do- Hạnh phúc

------------

------------

ĐỒ ÁN MÔN HỌC 3
THIẾT KẾ CHẾ TẠO MẠCH ĐIỀU ÁP XOAY CHIỀU MỘT PHA
ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ

Giảng viên hướng dẫn:
Sinh viên thực hiện:

Nguyễn Phương Thảo
1: Phan Thị Thu Hân
2: Chu Văn Huấn

Ngành học:

Công nghệ kỹ thuật Điều khiển & Tự động hóa

Lớp:

122201.1

Hưng Yên, 2022


Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Khoa Điện-Điện Tử

Đồ án môn học 3
Điện tử công suất & Truyền động điện

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
Giảng viên hướng dẫn:

GVHD: Nguyễn Phương Thảo

Trang 2

Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Khoa Điện-Điện Tử

Đồ án môn học 3
Điện tử cơng suất & Truyền động điện

MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH ẢNH ........................................................................................................... 4
LỜI NÓI ĐẦU ............................................................................................................................... 5
CHƯƠNG 1 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT .......................................................................................... 6
1.1. Động cơ điện xoay chiều 1 pha. ..................................................................................... 6
1.2. Bộ điều áp xoay chiều một pha. ..................................................................................... 8
1.3. Nguyên tắc điều khiển ................................................................................................... 13
1.4. Giới thiệu vi mạch TCA 785......................................................................................... 14
1.5. Giới thiệu van công suất Triac ...................................................................................... 20
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ MẠCH.............................................................................................. 22
2.1. Sơ đồ khối và chức năng từng khối. ........................................................................... 22
2.2. Tính chọn thông số mạch động lực và bảo vệ............................................................. 29
2.3. Tính chọn mạch điều khiển ........................................................................................... 33
CHƯƠNG 3 : CHẾ TẠO MẠCH ............................................................................................. 34
3.1. Sơ đồ thiết kế nguyên lý ................................................................................................ 34
3.2. Sơ đồ mạch Board. ......................................................................................................... 35
3.3. Hình ảnh mơ phỏng 3D.................................................................................................. 35
3.4. Sơ đồ bố trí chân ............................................................................................................. 36
3.6. Danh mục các linh kiện sử dụng trong đề tài.............................................................. 37
3.7. Các kết quả khảo sát....................................................................................................... 38
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................................... 43

GVHD: Nguyễn Phương Thảo

Trang 3


Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Khoa Điện-Điện Tử

Đồ án môn học 3
Điện tử cơng suất & Truyền động điện

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1: Các phương pháp điều khiển động cơ ....................................................................... 6
Hình 1.2: Các mạch điều khiển động cơ một pha ..................................................................... 7
Hình 1.3: Các phương pháp điều áp xoay chiều một pha ........................................................ 8
Hình 1.4: Sơ đồ điều áp xoay chiều một pha bằng van bán dẫn ............................................. 9
Hình 1.5: Hình dạng đường cong điện áp điều khiển ............................................................. 10
Hình 1.6: Hình dáng dòng điện và điện áp đối với tải R-L.................................................... 11
Hình 1.7: Hình dáng dòng điện và điện áp đối với tải thuần trở và thuần cảm ................... 12
Hình 1.8: Sơ đồ khối các khâu trong mạch điều khiển........................................................... 14
Hình 1.9: Sơ đồ chân TCA 785. ................................................................................................ 15
Hình 1.10: Dạng sóng dịng điện ,điện áp TCA 785............................................................... 16
Hình 1.11: Sơ đồ cấu tạo TCA785 ............................................................................................ 19
Hình 1.12: Khâu tạo xung điều khiển TCA 785...................................................................... 20
Hình 1.13: Cấu tạo và ký hiệu của triac ................................................................................... 20
Hình 1.14: Đặc tuyến V-A của triac ......................................................................................... 21
Hình 2. 1: Sơ đồ khối tổng quan................................................................................................ 22
Hình 2. 2: Sơ đồ khối mạch nguồn 15V ................................................................................... 22
Hình 2. 3: Sơ đồ nguyên lý khối mạch điều khiển .................................................................. 23
Hình 2. 4: Sơ đồ nguyên lý khối cách ly .................................................................................. 25

Hình 2. 5: Cấu tạo của MOC3020............................................................................................. 25
Hình 2. 6: Thơng tin các chân của MOC 3020 ........................................................................ 26
Hình 2. 7: Mạch cách ly sử dụng MOC3020 ........................................................................... 26
Hình 2. 8: Sơ đồ khối và sơ đồ nguyên lý của MOC 3020 .................................................... 27
Hình 2. 9: Sơ đồ chân và hình ảnh thực tế BT136 .................................................................. 30
Hình 2. 10: Hình dạng cánh tản nhiệt cho triac ....................................................................... 32
Hình 2. 11: Sơ đồ mạch động lực được lựa chọn .................................................................... 32
Hình 2. 12: Sơ đồ chân của MOC3020..................................................................................... 33

GVHD: Nguyễn Phương Thảo

Trang 4


Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Khoa Điện-Điện Tử

Đồ án môn học 3
Điện tử cơng suất & Truyền động điện

LỜI NĨI ĐẦU
Cùng với sự phát triển của nền kinh tế và khoa học kỹ thuật trên con đường cơng 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 cơng suất và truyền động điên là một phần hay và lý thú, cuốn hút được
nhiều sinh viên theo đuổi nghiên cứu. Là những sinh viên chuyên ngành điên- điện tử,
chúng em muốn được tiếp cận và hiểu sâu hơn nữa bộ môn điện tử cơng 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 “Thiết kế - chế

tạo mạch điều áp xoay chiều một pha điều khiển tốc độ động cơ”. 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 công sản phẩm, Tuy nhiên, chúng em đã nhận được sự giải đáp
và hướng dẫn kịp thời của cơ Nguyễn Phương Thảo và sự góp ý của các thầy cô trong
khoa cùng các bạn sinh viên trong lớp. Đựơc 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:
Phan Thị Thu Hân
Chu Văn Huấn

GVHD: Nguyễn Phương Thảo

Trang 5


Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Khoa Điện-Điện Tử

Đồ án môn học 3
Điện tử công suất & Truyền động điện

CHƯƠNG 1 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1.1. Động cơ điện xoay chiều 1 pha.
1.1.1. Giới thiệu về động cơ xoay chiều 1 pha.
Động cơ điện xoay chiều một pha (gọi tắt là động cơ một pha) là động cơ điện xoay
chiều khơng cổ góp được chạy bằng điện một pha. Loại động cơ điện này được sử dụng

khá rộng rãi trong công nghiệp và trong đời sống như động cơ bơm nước động cơ quạt
động cơ trong các hệ thống tự động...Khi sử dụng loại động cơ này người ta thường
cần điều chỉnh tốc độ ví dụ như quạt bàn, quạt trần.
1.1.2. Các phương pháp điều chỉnh tốc độ
Để điều khiển tốc độ động cơ một pha người ta có thể sử dụng các phương pháp sau:
-

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.

Trước đây điều khiển tốc độ động cơ bằng điều khiển điện áp xoay chiều đưa vào
động cơ, người ta thường sử dụng hai cách phổ biến là mắc nối tiếp với tải một điện trở
hay một điện kháng mà ta coi là Zf hoặc là điều khiển điện áp bằng biến áp như là
survolter hay 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 Thyristor và Triac vào điều khiển, người ta có thể điều
khiển động cơ một pha bằng bán dẫn.

Hình 1.1: Các phương pháp điều khiển động cơ

GVHD: Nguyễn Phương Thảo

Trang 6


Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Khoa Điện-Điện Tử

Đồ án môn học 3
Điện tử công suất & Truyền động điện

1.1.3. Một số mạch điều khiển động cơ một pha
Một trong những ứng dụng rất rộng rãi của điều áp xoay chiều là điều khiển động cơ
điện một pha mà điển hình là điều khiển tốc độ quay của quạt điện.

Hình 1.2: Các mạch điều khiển động cơ một pha

Chức năng của các linh kiện trong sơ đồ:
T - Triac điều khiển điện áp trên quạt.
VR - biến trở để điều chỉnh khoảng thời gian dẫn của Triac.
R - điện trở đệm.
D - diac - định ngưỡng điện áp để Triac dẫn.
C - Tụ điện tạo điện áp ngưỡng để mở thông diac.
Điện áp và tốc độ của quạt có thể được điều khiển bằng cách điều chỉnh biến trở VR
trên hình a. Tuy nhiên sơ đồ điều khiển này không triệt để, vì ở vùng điện áp nhỏ khi
Triac dẫn ít rất khó điều khiển.
Sơ đồ hình b có chất lượng điều khiển tốt hơn. Tốc độ quay của quạt có thể được
điều khiển cũng bằng biến trở VR. Khi điều chỉnh trị số VR ta điều chỉnh việc nạp tụ
C lúc đó điều chỉnh được thời điểm mở thông diac và thời điểm Triac dẫn. Như vậy
Triac được mở thông khi điện áp trên tụ đạt điểm dẫn thông diac. Kết quả là muốn tăng
tốc độ của quạt ta cần giảm điện trở của VR để tụ nạp nhanh hơn, Triac dẫn sớm hơn

GVHD: Nguyễn Phương Thảo

Trang 7


Trường ĐHSPKT Hưng Yên

Khoa Điện-Điện Tử

Đồ án môn học 3
Điện tử công suất & Truyền động điện

điên áp ra lớn hơn. Ngược lại điên trở của VR càng lớn tụ nạp càng chậm Triac mở
càng chậm lại điện áp và tốc độ của quạt nhỏ xuống.
* Mạch điều khiển trên đây có ưu điểm:
-

Có thể điều khiển liên tục tốc độ quạt - có thể sử dụng cho các loại tải khác như
điều khiển độ sáng của đèn sợi đốt, điều khiển bếp điện rất có hiệu quả.
Kích thước mạch điều khiển nhỏ, gọn.

* Nhược điểm:
Nếu chất lượng Triac, diac không tốt thì ở vùng tốc độ thấp quạt sẽ xuất hiện
tiếng ù do thành phần một chiều của dòng điện.
1.2. Bộ điều áp xoay chiều một pha.
1.2.1. Nguyên lý hoạt động.
Các bộ biến đổi điện áp xoay chiều dùng để biến đổi điện áp hiệu dụng đặt lên tải.
Nguyên lý của bộ biến đổi này là dùng các phần tử van bán dẫn nối tải với nguồn
trong một khoảng thời gian t1 rồi lại cắt đi trong một khoảng thời gian t0 theo 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. Ngun lý này có ưu điểm là điều chỉnh điện áp
ra trong một phạm vi rộng và vơ 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 nước...
1.2.2. Một số phương pháp điều chỉnh điện áp xoay chiều.
Hình 1.3 giới thiệu một số mạch điều áp xoay chiều một pha. Hình 1.3a 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 ).

Zf
U1

TBB§
U2 i

a

Z

U1

i
b

Z U2

U1

i

Z U2

C

Hình 1.3: Các phương pháp điều áp xoay chiều một pha

GVHD: Nguyễn Phương Thảo

Trang 8


Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Khoa Điện-Điện Tử

Đồ án môn học 3
Điện tử cơng suất & Truyền động điện

Người ta có thể dùng biến áp tự ngẫu để điều chỉnh điện áp xoay chiều U2 như trên
hình 1.4b. 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
đạt được yêu cầu như mong muốn, đặc biệt là không 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 1.3a, 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 1.3c 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 1.3c như
sau:

Hình 1.4: Sơ đồ điều áp xoay chiều một pha bằng van bán dẫn

a. bằng hai thyristor song song ngược; b. bằng triac
c. bằng một tiristor một diode; d. bằng bốn diod một thyristor

GVHD: Nguyễn Phương Thảo

Trang 9


Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Khoa Điện-Điện Tử

Đồ án môn học 3
Điện tử công suất & Truyền động điện

Sơ đồ kinh điển hình 1.4.a: Thường được sử dụng rộng rãi 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
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 thyristor gây nên sai số. Điện áp tải thu được gây mất đối xứng như
so sánh trên hình 1.6b.
Điện áp và dịng điện không đối xứng như hình 1.6.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 kì 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.

Hình 1.5: Hình dạng đường cong điện áp
điều khiển
a) Mong muốn
b) Không mong muốn

UTải

U

t

1
b

Sơ đồ hình 1.4.b: Để khắc phục nhược điểm vừa nêu về việc ghép hai thyristor song
song ngược, triac ra đời. Sơ đồ này có ưu điểm là các đường cong điện áp ra gần như
mong muốn như hình 1.5.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 1.4.b ít dùng.
Sơ đồ hình 1.4.c: Có hai thyristor và hai diode 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).

GVHD: Nguyễn Phương Thảo

Trang 10

Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Khoa Điện-Điện Tử

Đồ án môn học 3
Điện tử cơng suất & Truyền động điện

Sơ đồ hình 1.4.d: trước đây thường được dùng, khi cần điều khiển đối xứng điện áp
trên tải, vì ở đây chỉ có một thyristor một mạch điều khiển nên việc điều khiển đối
xứng điện áp dễ dàng hơn.Số lượng thyristor ít hơn, có thể sẽ có ưu điểm hơn khi van
điều khiển cịn 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
Sau khi phân tích một số sơ đồ trên chúng em đã lựa chọn phương án điều áp xoay
chiều sử dụng van bán dẫn triac để điều khiển có ưu điểm:
- Đường cong điện áp gần như mong muốn.
- Công suất của tái không quá lớn nên triac có thể đáp ứng.
- Mạch điều khiển đơn giản.
- Giá thành rẻ, vận hành đơn giản.
Điều áp xoay chiều một pha ứng với tải R-L

Hình 1.6: Hình dáng dòng điện và điện áp đối với tải R-L

Khi thyristor T1 mở có phương trình:
L

GVHD: Nguyễn Phương Thảo

di
+ Ri =
dt

2 sin  t

Trang 11


Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Khoa Điện-Điện Tử

Đồ án môn học 3
Điện tử công suất & Truyền động điện

i=

R

V

2

R 2  (L) 2

sin(    ) + Ae- L 

Hằng dạng số tích phân A được xác định : Khi    thì i = 0. Biểu thức dịng tải i
có dạng:
i=

2

V
R 2  (L) 2

[ sin(    ) - sin(    )e

 
]
tg

Biểu thức này đúng trong khoảng    đến   
Góc  được thay đổi bằng cách thay    và đặt i= 0
 
Sin(    )- sin(    ).e- tg = 0

Trong biểu thức trên: tg =

L
R

Thyristor T1 phải được khoá lại trước khi cho xung mở T2, nếu khơng thì khơng thể
mở được T2, tức      . Để thoả mãn điều kiện này ta phải có:   

Hình 1.7: Hình dáng dòng điện và điện áp đối với tải thuần trở và thuần cảm

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.

GVHD: Nguyễn Phương Thảo

Trang 12

Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Khoa Điện-Điện Tử

Đồ án môn học 3
Điện tử công suất & Truyền động điện

Giá trị hiệu dụng của điện áp trên tải:
Ut =

1



(
 

2V sin  )2.d = U.

2  2  sin 2
2

Giá trị hiệu dụng của dịng tải:
It =

2  2  sin 2
U
.(
)

2
R

Cơng suất tác dụng cung cấp cho mạch tải:
U2
2  2  sin 2
P = Ut It = (
).(
)
2
R

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 =(

U2
) đến 0.
R

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

1.3. Nguyên tắc điều khiển
Điều khiển triac trong sơ đồ điều áp hiện nay có rất nhiều phương pháp khác nhau
thường gặp là điều khiển theo nguyên tắc thẳng đứng tuyến tính.
Theo ngun 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:

GVHD: Nguyễn Phương Thảo

Trang 13


Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Khoa Điện-Điện Tử

Đồ án môn học 3
Điện tử công suất & Truyền động điện

Hình 1.8: Sơ đồ khối các khâu trong mạch điều khiển.

 Nhiệm vụ của các khâu trong sơ đồ khối như sau:
 Khâu đồng bộ: Có nhiệm vụ tạo ra điện áp tựa Urc tuyến tính trùng pha với điện áp
Anot (cực G) của Triac
 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.
 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 công suất.
1.4. Giới thiệu vi mạch TCA 785.
1.4.1. Giới thiệu chung
Vi mạch TCA 785 là vi mạch phức hợp thực hiện 4 chức năng của một mạch điều
khiển: Tạo điện áp đồng bộ, tạo điện áp răng cưa, so sánh và tạo xung ra. TCA 785 do

hang Simen chế tạo được sử dụng để điều khiển các thiết bị chỉnh lưu, thiêt bị điều
chỉnh dòng xoay chiều.



Đặc trưng:
Dễ phát hiện việc chuyển qua điểm không.
Phạm vi ứng dụng rộng rãi
Có thể hoạt động 3 pha (3 IC).
Dịng điện ra 250 mA.
Mạch thiết kế đơn giản, thi công nhanh dễ điều khiển và hiệu chỉnh.
Hoạt động tin cậy.
Dải điều chỉnh và góc điều khiển rộng.
Nhiệm vụ: Tạo ra xung điều khiển mở thyristor với góc mở α giảm dần để tăng
điện áp tải đến điện áp phóng điện.

GVHD: Nguyễn Phương Thảo

Trang 14


Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Khoa Điện-Điện Tử

Đồ án môn học 3
Điện tử cơng suất & Truyền động điện

1.4.2. Kí hiệu của TCA 785.

Hình 1.9: Sơ đồ chân TCA 785.

 Chức năng chân của TCA 785.
Chân

Kí hiệu

Chức năng

1

GND

Chân nối đất

2

Q2

Đầu ra 2 đảo

3

QU

Dầu ra U

4

Q1

Đầu ra 1 đảo

5

VSYNC

Tín hiệu đồng bộ

6

I

Tín hiệu cấm

7

QZ

Đầu ra z

8

VREF

Điện áp chuẩn

9

R9

Điện áp tạo xung răng cưa

10

C10

Tụ tạo xung răng cưa

11

V11

Điện áp điều khiển

12

C12

Tụ tạo độ rộng xung

GVHD: Nguyễn Phương Thảo

Trang 15


Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Khoa Điện-Điện Tử

Đồ án môn học 3
Điện tử cơng suất & Truyền động điện

13

L

Tín hiệu điều khiển xung ngắn, xung rộng

14

Q1

Xung ra ở nửa chu kỳ âm

15

Q2

Xung ra ở nửa chu kỳ dương

16

VS

Điện áp nguồn nuôi

 Dạng sóng dịng điện.

Hình 1.10: Dạng sóng dịng điện ,điện áp TCA 785

GVHD: Nguyễn Phương Thảo

Trang 16


Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Khoa Điện-Điện Tử

Đồ án môn học 3
Điện tử công suất & Truyền động điện

 Các thông số của TCA 785.

Giá trị
nhỏ nhất

Thông số

Giá trị
tiêu biều
F =50Hz

Giá trị
lớn nhất

Đơn vị

10

mA

Vs = 5v
Dòng tiêu thụ

I.S

Điện áp vào điều khiển
chân 11

V11

Trở kháng vào

R11

4,5

6,5

V
0,2

V10max
K

15

Mạch tạo răng cưa
Dòng nạp tụ

I10

Biên độ của răng cưa

V10

A
10

1000
V
VS-2

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

K

R9
3

80

300

TP

S

Tín hiệu cấm vào, chân 6

Cấm

V6I

3,3

V
2,5

Cho phép

V6H

4

3,3

V

Độ rộng xung ra, chân13
Xung hẹp

V13H

2,5
3,5

Xung rộng

V13L

V
2,5

3,5

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

GVHD: Nguyễn Phương Thảo

Trang 17


Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Khoa Điện-Điện Tử

Đồ án môn học 3
Điện tử công suất & Truyền động điện

Độ rộng xung hẹp

tp

20

30

40

S

Độ rộng xung rộng

tp

530

620

760

 S/nF

3,1

3,4

V

2 x10 -4

5x10 -4

1/K

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

Vref
2,8

 ref

Tính tốn các phần tử bên ngoài:
Tụ răng cưa: C10

Min = 500pF; Max = 1  F
V11 .R9 .C10
VREÌ .K

Thời điểm phát xung:

tTr =

Dịng nạp tụ:

I10 =

Điện áp trên tụ:

V10 =

V R K
R9

V REÌ .K .t
R9 .C10

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 180 0 điện. Thông số chủ yếu của TCA 785:









Điện áp nuôi: US = 18V
Dòng 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 = 200  A

 Tụ điện: C10 = 0,5  F
 Tần số xung ra: f = 10  500 Hz

GVHD: Nguyễn Phương Thảo

Trang 18


Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Khoa Điện-Điện Tử

Đồ án môn học 3
Điện tử công suất & Truyền động điện

1.4.3. Sơ đồ cấu tạo của TCA 785.

Hình 1.11: Sơ đồ cấu tạo TCA785

 Nguyên lý làm việc của vi mạch TCA 785
TCA 785 là một vi mạch phức hợp thực hiện 4 chức năng của một mạch điều
khiển: “tề đầu” điện áp đồng bộ tạo điện áp răng cưa đồng bộ, so sánh và tạo xung
ra. Nguồn ni qua chân 16. Tín hiệu đồng bộ được lấy qua chân số 5 và số 1. Tín
hiệu điều khiển được đưa vào chân 11. Một bộ nhận biết điện áp 0 sẽ kiểm tra điện
áp lấy vào chuyển trạng thái và sẽ chuyển tín hiệu này đến bộ phận đồng bộ. Bộ
phận đồng bộ này sẽ điều khiển tụ C10; Tụ C10 sẽ được nạp đến điện áp không đổi
(quyết định bởi R9). Khi điện áp V10 đạt đến điện áp V11 thì một tín hiệu sẽ được
đưa vào khâu logic. Tuỳ thuộc vào biên độ điện áp điều khiển V11 , góc mở α có thể
thay đổi từ 0 đến 180 o. Với mỗi nửa chu kì song một xung dương xuất hiện ở Q1, Q2.
Độ rộng trong khoảng 30-80μs.
Độ rộng xung có thể kéo dài đến 180 o thông qua tụ C12 .
Nếu chân 12 nối đất thì sẽ có xung trong khoảng α đến 180 o.
Nguyên lí hoạt động của khâu tạo xung điều khiển:
Điện áp lưới sau khi qua máy biến áp được hạ xuống 15VAC đưa vào chân số 5 và
chân số 1 qua điện trở R. Tín hiệu điều khiển Vdk được đưa vào chân 11 so sánh
với điện áp răng cưa tạo bởi tụ C10 cho ta xung điều khiển thyristor có góc mở α
tăng dần ở đầu ra chân 14 và 15. Khi xảy ra ngắn mạch chân 16 nhận được tín hiệu
cấm, tại chân 14 và 15 khơng cịn tín hiệu đầu ra.

GVHD: Nguyễn Phương Thảo

Trang 19


Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Khoa Điện-Điện Tử

Đồ án môn học 3
Điện tử công suất & Truyền động điện

Từ yêu cầu thực tiễn ta chọn IC TCA 785 do hãng SIMEN sản xuất cùng các linh
kiện đi kèm sau: C10 = 104, C12 = 473, R9= 33kΩ ,R5= 1MΩ,VR1= VR2= 10kΩ

Hình 1.12: Khâu tạo xung điều khiển TCA 785

1.5. Giới thiệu van công suất Triac
 Cấu tạo và ký hiệu

Hình 1.13: Cấu tạo và ký hiệu của triac

Triac là linh kiện bán dẫn tương tự như hai Thyristor mắc song song ngược, nhưng
chỉ có một cực điều khiển. Triac là thiết bị bán dẫn ba cực, bốn lớp. Có thẻ điều khiển
cho mở dẫn dòng bằng cả xung dương (dòng đi vào cực điều khiển) lẫn xung dòng âm
(dòng đi ra khỏi cực điều khiển). Tuy nhiên xung dòng điều khiển âm có độ nhạy kém
hơn, nghĩa là mở Triac sẽ cần một dòng điều khiển âm lớn hơn so với dòng điểu khiển
dương. Vì vậy trong thực tế để đảm bảo tính đối xứng của dịng điện qua Triac thì sử
dụng dòng điều khiển dương là tốt hơn cả.
GVHD: Nguyễn Phương Thảo

Trang 20


Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Khoa Điện-Điện Tử

Đồ án môn học 3

Điện tử công suất & Truyền động điện

 Nguyên lý hoạt động.
- Có 4 tổ hợp điện thế có thể mở Triac cho dòng chảy qua:
B2

G

+

+

+

-

-

-

-

+

 Nếu G(+), B2 (+) hoặc G(-), B2 (+) khi đó dịng điện chạy từ B2 sang B1
 Nếu G(-), B2 (-) hoặc G(+), B2 (-) khi đó dịng điện chạy từ B1 sang B2.
 Đặc tính V-A.

Hình 1.14: Đặc tuyến V-A của triac

Triac có đường đặc tính V-A đối xứng nhận góc mở  trong cả hai chiều.
Ngồi các van cơng suất đã nêu bên trên cịn có các van cơng suất như IGBT, GTO,
IGTC, MCT, MTO,ETO...

GVHD: Nguyễn Phương Thảo

Trang 21


Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Khoa Điện-Điện Tử

Đồ án môn học 3
Điện tử công suất & Truyền động điện

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ MẠCH
2.1. Sơ đồ khối và chức năng từng khối.

Hình 2. 1: Sơ đồ khối tổng quan

Khối nguồn: Cung cấp nguồn điện cho toàn mạch hoạt động.
Khối mạch điều khiển: Điều khiển mọi hoạt động của mạch.
Khối mạch cách ly: Chống ngược dịng giữa các khối có chênh lệch nhau về điện
áp hay công suất.
- Khối mạch động lực: Làm động cơ điện một pha hoạt động theo sự điều khiển của
khối điều khiển.
2.1.1. Khối nguồn
-

Hình 2. 2: Sơ đồ khối mạch nguồn 15V

-

Nguyên lý hoạt động:
Nguồn điện lưới xoay chiều 220VAC qua biến áp hạ áp xuống 15VAC.
Dòng điện 15VAC qua cầu chỉnh lưu 3A làm biến đổi từ dòng AC thành dòng DC.
Khi qua IC ổn áp 7815 sẽ cho dịng điện có điện áp 15VDC ổn định.

GVHD: Nguyễn Phương Thảo

Trang 22


Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Khoa Điện-Điện Tử

Đồ án môn học 3
Điện tử công suất & Truyền động điện

Sau khối chỉnh lưu cầu điện áp 15V được cho qua tụ 2200µF để san phẳng điện áp
tạo điện áp ổn định, cho IC ổn áp 7815 và mắc song với một tụ gốm để loại bỏ thành
phần sóng hài của điện áp xoay chiều. Sau IC 7815 ta mắc song song với một led để
báo mạch điều khiển có nguồn.
2.1.2. Khối mạch điều khiển
- Sơ đồ mạch điều khiển:

Hình 2. 3: Sơ đồ nguyên lý khối 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 u 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 công suất và tổn thất.
- Bộ phát xung điều khiển được chia làm hai nhóm:
 Hệ thống điều khiển đồng bộ: Các xung ĐK xuất hiện đúng thời điểm cần mở van
và lặp đi lặp lại mang tính chu kỳ.
 Hệ thống ĐK không đồng bộ: Các xung ĐK khơng tn theo giá trị của góc ĐK.
GVHD: Nguyễn Phương Thảo

Trang 23


Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Khoa Điện-Điện Tử
-

Đồ án môn học 3
Điện tử công suất & Truyền động điện

Nguyên 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 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.

GVHD: Nguyễn Phương Thảo

Trang 24


Trường ĐHSPKT Hưng Yên
Khoa Điện-Điện Tử

Đồ án môn học 3

Điện tử cơng suất & Truyền động điện

2.1.3. Khối cách ly.

Hình 2. 4: Sơ đồ nguyên lý khối 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 các thông
số trên chúng em quyết định sử dụng MOC 3020 để thực hiện khâu cách ly này.
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của Moc3020:

Hình 2. 5: Cấu tạo của MOC3020

GVHD: Nguyễn Phương Thảo

Trang 25