Đồ án tự động hóa: Tính toán thiết kế bộ điều chỉnh tốc độ cho quạt gió dùng động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc. Động cơ có số liệu: Pđm= 15KW; YΔ = 220380V; hiệu suất động cosφđm =0,82; 2p=4; nđm=1420 vòngphút; đm=0,85

Đồ án chuyên môn Tự Động Hóa

GVHD: Ths. Nguyễn Đăng Toàn

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN


ĐỒ ÁN
ĐỒ ÁN CHUYÊN MÔN TỰ ĐỘNG HÓA

Giáo viên hướng dẫn: Th.s Nguyễn Đăng Toàn
Lớp: Điện 4-K7
Nhóm: Số 26
Sinh viên thực hiện:
•
•

Trịnh Quang Thắng
Nguyễn Đình Thông
NỘI DUNG

Tính toán thiết kế bộ điều chỉnh tốc độ cho quạt gió dùng động cơ không đồng
bộ rôto lồng sóc.

ĐIỆN 4 – K7
Nhóm: Số 26

Page 1

Đồ án chuyên môn Tự Động Hóa

GVHD: Ths. Nguyễn Đăng Toàn

Động cơ có số liệu: Pđm= 15KW; Y/Δ = 220/380V; hiệu suất động cosφđm =0,82;
2p=4; nđm=1420 vòng/phút; ηđm=0,85

T
T

Tên bản vẽ

Khổ giấy

Số lượng

1
2
3
4
PHẦN THUYẾT MINH

1.Khái quát chung về hệ truyền động điện
2.Tính chọn mạch lực và thiết bị liên quan
3.Thiết kế mạch điều khiển cho bộ biến đổi từ đó mô phỏng kiểm chứng
4.Phân tích hoạt động của mạch điều khiển

ĐIỆN 4 – K7
Nhóm: Số 26

Page 2


Đồ án chuyên môn Tự Động Hóa

GVHD: Ths. Nguyễn Đăng Toàn

LỜI NÓI ĐẦU
Hiện nay kỹ thuật vi mạch và tin học ngày càng phát triển tạo nên những thiết
bị điện tử công suất có điều khiển với tính năng ngày càng phong phú,đáp ứng
được những đòi hỏicủa thực tế sản xuất.Điều này tạo cho kỹ thuật điện tử công
suất có một vai trò vô cùng quan trọng trong nền sản xuất công ngiệp.
Ở nước ta do yêu cầu công nghiệp hoá và hiện đại hoá nền kinh tế,ngày càng
phát triển các nhà máy, khu công nghiệp, nhiều dây chuyền sản xuất hiện đại,
trong đó sử dụng máy móc là công cụ chủ yếu, đặc biệt là các loại động cơ
đồng bộ, động cơ không đồng bộ. Bởi tác động nhanh và dễ vận hành, sạch và
cho năng suất cao.
Để giúp sinh viên có được một cách nhìn đúng đắn về môn học này và để làm
quen với việc thiết kế và ứng dụng trong thực tế em được giao làm đồ án môn
học với đề tài là :" Thiết kế bộ điều chỉnh và ổn định tốc độ quạt thông gió dùng
động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc công suất động cơ là : 15 KW.
Được sự hướng dẫn tận tình của thầy Nguyễn Đăng Toàn, chúng em đã hoàn
thành đồ án của mình. Song do còn hạn chế về kiến thức và kinh nghiệm thực
tiễn nên trong đồ án không tránh khỏi những sai sót.

CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT CHUNG VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
1.

Cấu trúc và phân loại quạt thông gió
ĐIỆN 4 – K7

Nhóm: Số 26

Page 3


Đồ án chuyên môn Tự Động Hóa

GVHD: Ths. Nguyễn Đăng Toàn

Quạt thông gió được chia làm 2 loại chính với năng lực thông gió khác nhau:
+ Quạt hút và thông gió cục bộ
+ Quạt hút và thông gió tổng thể
a.

Quạt hút và thông gió cục bộ

-

Thường có công suất nhỏ, độ ồn thấp
Gồm 4 loại:
+ Quạt âm trần: Là quạt thong gió có tính thẩm mỹ cao, hiệu quả rõ rệt nhờ ống
dẫn khí chuyên biệt. Có thể sử dụng khoảng không giữa 2 lớp trần thạch cao
làm ống dẫn khí ra bên ngoài.
+ Quạt gắn tường: Là quạt gió dễ lắp đặt nhất, thường không sử dụng ống dẫn
khí hoặc quạt được lắp ở hộp kỹ thuật.
+ Quạt siêu âm: Có tiếng ồn siêu nhỏ
+ Quạt cắt gió-chắn gió

b.

Quạt hút và thông gió tổng thể
Có công suất và độ ồn lớn hơn
Sử dụng quạt công nghiệp và quạt hút gió hướng trục.

2.

Các phương pháp điều chỉnh tốc độ quạt gió dùng động cơ không đồng bộ
roto lồng sóc

a. Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi số đôi cực

Nói chung, trong điều kiện bình thường, động cơ điện có hệ số trượt khá nhỏ,
vì vậy tốc độ của roto gần bằng tốc độ đồng bộ n 1 = 60f1/p. Do đó khif1 =
const thì thay đổi p (số đôi cực của đây quấn stato) có thể thay đổi được tốc độ.
Dễ thấy, khi thay đổi số đôi cực p là số tự nhiên nên tốc độ chỉ có thể thay đồi
từng cấp, điều chỉnh tốc độ không phẳng.
b.

Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số nguồn cấp
Ưu điểm của phương pháp này là bộ điều chỉnh có thể đặt ở vị trí bất kì, đem
lại hiệu quả kinh tế cao khi có nhiều động cơ điện làm việc đồng thời, có thể
điều chỉnh trơn, dải điều chỉnh rộng có khả năng hãm tái sinh.

ĐIỆN 4 – K7
Nhóm: Số 26

Page 4


Đồ án chuyên môn Tự Động Hóa

GVHD: Ths. Nguyễn Đăng Toàn

c. Điều chỉnh điện áp cấp cho động cơ
Mômen động cơ không đồng bộ tỷ lệ với bình phương điện áp Stato, do đó có
thể điều chỉnh được momen và tốc độ ĐKB bằng cách điều chỉnh giá trị điện áp
Stato trong khi giữ nguyên tần số. Để điều chỉnh điện áp ĐKB phải dùng các bộ
biến đổi điện áp xoay chiều(ĐAXC) mà ta thường dùng bộ 6 Tiristor đấu song
song ngược.
Kết luận :
Do quạt thông gió dùng động cơ không đồng bộ roto lồng sóc với công suất
nhỏ hơn 200KW vớiyêu cầu điều chỉnh trơn, vùng điều chỉnh không quá rộng
(cỡ 3:1) thì áp dụng phương pháp điều áp xoay chiều 3 pha là hợp lý bởi nó áp
dụng cho động cơ làm việc độc lập, tổn thất nhỏ hiệu suất cao.

Vậy ta sẽ dùng phương pháp điều áp xoay chiều 3 pha dùng 6 tiristor mắc
song song ngược điều chỉnh tốc độ bằng cách điều chỉnh góc mở α để điều
chỉnh điện áp cấp cho động cơ.

ĐIỆN 4 – K7
Nhóm: Số 26

Page 5


A

Đồ án chuyên môn Tự Động Hóa

GVHD: Ths. Nguyễn Đăng Toàn

B

CHƯƠNG 2
TÍNH CHỌN MẠCH LỰC VÀ THIẾT BỊ LIÊN QUAN C
1. Sơ đồ mạch động lực
AT

Với bộ điều chỉnh tốc độ quạt thông gió ở đây, không yêu cầu đảo chiều thích
hợp nhất ta sẽ chọn sơ đồ Tiristor đấu song song ngược 3 pha không có điểm
trung tính.

ĐIỆN 4 – K7
Nhóm: Số 26

Page 6


Đồ án chuyên môn Tự Động Hóa

GVHD: Ths. Nguyễn Đăng Toàn

Nguyên lý hoạt động:
+Đóng cầu dao của áptômát AT cấp điện cho mạch. Lúc này bộ biến đổi đang
khoá nên động cơ chưa được cấp điện, nút mở máy đang mở nên điện chưa
được cấp vào động cơ.
+ Để mở máy, ấn nút mở máy M, cuộn hút rơle khởi động có điện tác động
làm các tiếp điểm Rtđ đóng lại, điện được duy trì cấp cho rơle và đồng thời cấp
điện cho mạch điều khiển tác động mở các Tiristor hầu như ngay lập tức. Động
cơ được cấp điện bắt đầu quá trình khởi động
+Trong quá trình làm việc, việc điều chỉnh tốc độ thông qua điều chỉnh một

điện áp đặt nhờ biến trở đặt trên mạch điều khiển để điều chỉnh góc mở α của
bộ Tiristor. Tín hiệu phản hồi để điều chỉnh là điện áp lấy từ bộ phát tốc đưa về
mạch điều khiển.
+ Khi muốn dừng máy ta ấn nút dừng D, rơle Rtđ bị mất điện làm cuộn hút
nhả, các tiếp điểm Rtđ mở ra cắt điện cấp vào mạch điều khiển. Bộ biến đổi bị
khoá, các Tiristor không dẫn, động cơ được cắt khỏi lưới.
+ Các điện trở R,C bảo vệ bộ Tiristor, các cầu chì CC bảo vệ ngắn mạch dòng
quá tải lớn. Bộ biến dòng cấp điện cung cấp cho các rơle nhiệt RN. Các rơle
nhiệt RN để bảo vệ quá tải lâu dài. Khi quá tải lâu dài nhiệt độ tăng quá nhiệt độ
cho phép làm rơle nhiệt tác động mở các tiếp điểm RN ngừng cung cấp điện cho
mạch, cắt động cơ ra khỏi lưới. Khicó hiện tượng mất pha mạch bảo vệ mất pha
nằm trong bộ điều khiển tác động cũng cắt điện lưói vào động cơ và mạch điều
khiển.
2. Tính chọn mạch lực
Các thông số động cơ cần được điều khiển:
Pcơ = 15 kW
η = 0,85

ĐIỆN 4 – K7
Nhóm: Số 26

Uđm = 220/380 V
2p=4

Page 7

Cos ϕ = 0,82
nđm=1420 vòng/phút;

Đồ án chuyên môn Tự Động Hóa

P1 = Pcơ/h = 3.Uf.If.Cos ϕ ⇔ If =

GVHD: Ths. Nguyễn Đăng Toàn
Pco
3.η .Uf . cos ϕ

=

15000
3.0,85 .220.0,82

=32,61(A)

Như vậy It = 32,61 (A)
Dòng hiệu dụng qua van : Iv = 0,5.It=16,305 (A)
Π

Dòng trung bình qua van : Itb =

1
2 Iv. sin(ωt )dt
Π ∫0

Điện áp ngược đặt lên van : Ung=

2

=

2 2
Iv
Π

.U2=380.

2

= 14.68(A)

=537,4 (V)

2.1 Tính chọn van
Các van bán dẫn rất nhạy cảm với nhiệt độ. Nếu khi làm việc, nhiệt độ mặt
ghép vượt quá nhiệt độ cho phép thì dù trong thời gian rất ngắn cũng có thể phá
huỷ thiết bị bán dẫn. Thiết bị không làm mát thì khả năng chịu dòng tải chỉ còn
khoảng (25÷50) dòng định mức.
Trong công nghiệp người ta thường dùng 3 phương pháp làm mát :
+ Làm mát bằng nước (cho nước trực tiếp chảy qua cánh tản nhiệt tức là cần
một hệ thống bơm và ống đẫn rất phức tạp.)
+ Làm mát bằng gió cưỡng bức (dùng quạt thông gió bao quanh cánh tản nhiệt)
+ Làm mát tự nhiên để van tự tản nhiệt tự nhiên qua các cánh tản nhiệt vào môi
trường.
Đối với phương pháp 1 và 2 được dùng cho thiết bị công suất lớn đòi hỏi điều
khiển với chất lượng cao, giá thành làm mát là cao và lắp đặt cồng kềnh phức
tạp. Đối với bộ điều áp xoay chiều ba pha dùng cho động cơ không đồng bộ tải
là quạt thông gió thì sử dụng làm mát cho van là phương pháp làm mát tự nhiên
là hợp lý bởi đây là loại thiết bị tải nhẹ và ít thay đổi. Khi làm việc lượng gió
qua thiết bị lớn nên có thể lợi dụng để làm mát cho van được. Khi đó ta lấy hiệu

suất của van là 25%.
ĐIỆN 4 – K7
Nhóm: Số 26

Page 8


Đồ án chuyên môn Tự Động Hóa

GVHD: Ths. Nguyễn Đăng Toàn

Từ các số liệu tính toán ở trên ta có:
Dòng hiệu dụng qua van : Iv = 0.5It =16,305 (A)
Điện áp ngược đặt lên van : Ung =

- Dòng chọn van : Icv =

2

.U2 = 380.

2

=537,4 (V)

14,68.100
= 58,72( A)
25

- Điện áp chọn van :Ucv=Ungmax.KDT=537,4.1,8=967,32(V)

Như vậy ta có thể chọn loại van T11-80 do Nga sản xuất với các thông số :
Uđk = 5 V

tcm = 100 µs

Itb = 80 A

Tcp = 850C

Idò = 20 mA

∆U = 2,7 A

Iđk=200 mA

Iđ=1200A

cấp điện áp 13-22
du/dt 2-4
di/dt 2

2.2 Tính bảo vệ van
+ Lý do bảo vệ :
Các phần tử bán dẫn công suất đòi hỏi các điều kiện bảo vệ rất khắt khe trước
hết là các trị số giới hạn cho phép sử dụng do nhà sản suất quy định đối với
từng phần tử :
- Điện áp ngược lớn nhất
- Trị số trung bình cho phép đối với đóng điện
- Nhiệt độ lớn nhất cho phép của mạch ghép
- Tốc độ tăng trưởng lớn nhất của điện áp du/dt

- Tốc độ tăng trưởng lớn nhất của dòng điện di/dt
- Thời gian khóa
ĐIỆN 4 – K7
Nhóm: Số 26

Page 9


Đồ án chuyên môn Tự Động Hóa

GVHD: Ths. Nguyễn Đăng Toàn

Nếu quá trị cho phép của nhà sản suất đều gây ra hư hỏng cho van. Do
đó chúng cần được bảo vệ chống những sự cố bất ngờ xảy ra : ngắn mạch
tải,quá điện áp hoặc quá dòng điện.
2.2.1 Thiết kế tản nhiệt
Dòng qua van ở đây không quá lớn 23,91 A nên không cần mắc song song
các Tiristor. Ta chỉ cần thiết kế cánh toả nhiệt cho nó.
Khi làm việc, van bán dẫn có sụt áp, do đó có tổn hao công suất
∆P = ∆U.Ilv. Tổn hao công suất này sinh nhiệt. Mặt khác van chỉ được làm việc
tới nhiệt độ tối đa cho phép Tcp nào đó. Do đó phải tìm cách bảo vệ quá nhiệt
cho van bán dẫn.
a
b

ho

h
h1

c

z

Hình 2.2 Hình dáng và kích thước giới hạn cho cánh toả nhiệt một van bán dẫn

Muốn bảo vệ quá nhiệt cho các van bán dẫn cần phải chọn đúng dòng
điện van theo chế độ làm mát. Làm mát van hiện nay phổ biến người ta
thường dùng cánh toả nhiệt. Diện tích bề mặt toả nhiệt có thể được tính gần
đúng theo công thức:
S tn =

∆P
k tn τ

ĐIỆN 4 – K7
Nhóm: Số 26

= = 2060,1 [cm2 ]

Page 10


Đồ án chuyên môn Tự Động Hóa

GVHD: Ths. Nguyễn Đăng Toàn

∆P

Do tổn hao công suất

= 23,91.2,7 = 64,557 < 100 nên ta chọn phương pháp
làm mát tự nhiên băng cánh toả nhiệt
Trong đó:
Stn - diện tích bề mặt toả nhiệt [cm2 ];

∆P - tổn hao công suất [ W ];
τ - độ chênh nhiệt so với môi trường τ = Tlv -Tmt
Tlv -Tmt - nhiệt độ làm việc và nhiệt độ môitrường [oC ];
ktn - hệ số có xét tới điều kiện tỏa nhiệt (trong điều kiện làm mát tự nhiên
không quạt cưỡng bức, thường chọn ktn = 10.10-4 [W/cm2 oC].
Chọn toả nhiệt có 5 cánh (10 mặt tiếp giáp) thì diện tích 1 mặt là
697,375/10 = 69,74 [cm2 ]
Chọn b =8 cm h = 6cm c = 3cm z= 5cm ho = 1cm
Suy ra a = 35 cm.
2.2.2 Bảo vệ quá điện áp
Linh kiện bán dẫn nói chung và bán dẫn công suất nói riêng, rất nhạy cảm với
sự thay đổi của điện áp. Những yếu tố điện áp ảnh hưởng lớn nhất tới van bán
dẫn mà cần có phương thức bảo vệ là:
+ Điện áp đặt vào van lớn quá thông số của van.
+ Xung điện áp do chuyển mạch van.
+ Xung điện áp từ phía lưới xoay chiều, nguyên nhân thường gặp là do cắt
tải có điện cảm lớn trên đường dây.
+ Xung điện áp do cắt đột ngột biến áp non tải.
Để bảo vệ van khi làm việc dài hạn mà không bị quá điện áp, cần chọn
đúng các van bán dẫn theo điện áp ngược.
ĐIỆN 4 – K7
Nhóm: Số 26

Page 11

Đồ án chuyên môn Tự Động Hóa

GVHD: Ths. Nguyễn Đăng Toàn

Bảo vệ xung điện áp do quá trình đóng cắt các van được dùng mạch R-C mắc
song song với các van bán dẫn. Sơ đồ đơn giản của loại mạch này mô tả trên
hình 2.3. Khi có sự chuyển mạch, do phóng điện từ van ra ngoài tạo nên xung
điện áp trên bề mặt tiếp giáp P-N. Mạch R - C mắc song song với van bán dẫn
tạo mạch vòng phóng điện tích quá độ trong quá trình chuyển mạch van.
Có thể tính các giá trị R,C bằng phương pháp đồ thị nhưng để đơn giản
ta chọn theo kinh nghiệm R = 30

Ω

µF

C=4

Bảo vệ van bán dẫn khỏi đánh thủng do xung điện áp từ lưới.
Để bảo vệ xung điện áp từ lưới điện, mắc song song với tải ở đầu vào một
mạch R - C, nhằm lọc xung như mô tả trên hình 2.3b. Khi xuất hiện xung điện
áp trên đường dây, nhờ có mạch lọc này mà đỉnh xung gần như nằm lại hoàn
toàn trên điện trở đường dây. Trị số R, C phụ thuộc nhiều vào tải.

Bảo vệ van bán dẫn khỏi đánh thủng do cắt biến áp non tải.
Để bảo vệ van do cắt đột ngột biến áp non tải, trong đa số các bộ biến đổi
người ta thường mắc một mạch R-C ở đầu ra một chỉnh lưu cầu ba pha phụ
bằng các điốt công suất bé, như mô tả trên hình 2.3c. Trị số tụ C trong trường
hợp này có thể được tính:

C = 30

Iµ

I2
2
K Tu − 1 U 2

(1.43)
Trong đó: Iµ - Dòng điện từ

hoá biến áp %;
I2;U2 - Dòng điện, điện áp thứ cấp biến áp;
K TU - Khả năng tăng điện áp cho phép của van, thường được
chọn KTU = 1,25 ÷ 1,5.

ĐIỆN 4 – K7
Nhóm: Số 26

Page 12


Đồ án chuyên môn Tự Động Hóa

GVHD: Ths. Nguyễn Đăng Toàn

Biên độ điện áp xung khi đóng biến áp nhỏ hơn nhiều so với khi cắt, do đó
mạch trên cho phép bảo vệ quá điện áp trong cả hai trường hợp này.
ở đây ta chọn phương pháp ghép RC. Sơ đồ như sau :

Thông số của R,C phụ thuộc vào mức độ quá điện áp có thể xảy ra, tốc độ biến
thiên của dòng điện , điện cảm trên đường dây, dòng điện từ hoá máy biến áp
2.2.3 Bảo vệ quá dòng điện
+ Với điện U = 380 V ; Iđm=47,82A Ku = Ki= 1,25 thì :
Điện áp lớn nhất mà Aptômát phải chịu là:
Umax = Ku. U = 1,25. 380 = 475 V
Dòng điện trung bình qua Aptômát là:
Itb = Ki.Iđm = 1,25. 23.91 = 29,89 (A)
Từ các số liệu trên ta chọn loại Aptômát LS_3PABN63c có các thông số :
Iđm = 60 A, Điện áp AC 500V
Dòng tác động tức thời I= 1000A. (có thể đảm bảo cho quá trình mở máy)

ĐIỆN 4 – K7
Nhóm: Số 26

Page 13


Đồ án chuyên môn Tự Động Hóa

GVHD: Ths. Nguyễn Đăng Toàn

CHƯƠNG 3
THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN
Sơ đồ mạch điều khiển
Mô hình hoá mạch điều khiển bằng sơ đồ khối

2.

-15V

15V

D4

RV1

1N4148WT

27k
-15V

R9

100k

22uF

R12

TL084

1

4

R10

7

5

1N4148WT

1k

1nF

D2

1N4148WT

R3

R6

10
8

11k

9

1N4148WT

3k

R4

TL084

R11

R7

1k

TL084

1k

1k

12

+15V

RV2

-15V

84%

15V

10k

Lưới điện 220/380 được đưa vào bộ điều áp xoay chiều 3 pha để cấp điện
áp cho động cơ. Khi động cơ hoạt động mạch đo sẽ có nhiệm vụ đo trạng U3
thái hệ thống đưa về mạch điều khiển để ổn định tốc độ và cắt hệ thống khi

cần thiêt
+15V

AND_2

U4

2.1 Khi 0≤ α ≤ 60

o
AND_2

Kiểu hoạt động này còn được gọi là kiểu hoạt động 2/3 có nghĩa là lúc nào
cũng có 2 đến 3 van cùng dẫn. Khi có 3 van dẫn thì điện áp ra tức thời tới tải sẽ
1k

1

K

Q

10
74LS76

16

R17
1k

Page 14

J

S

2N3019

U5:A
Q

15

Q1

R13

2N3019

1k

CLK
K

R

4

3

Q2

R16

CLK

ĐIỆN 4 – K7
Nhóm: Số 26
12

Q

11

2

U2:B

7
6

J

TL084

R14
500

+15V

9

U1:D

13

1k

4

10k

U1:C
D3

4

3

-15V

1k

U1:B

6

R5

S

R2

D1

C1

R

10k

U1:A

2

8

R1

4

R1(1)

15V
11

11

5,6k

11

-15V

C2

66%

R8

11

1.

Q

14
74LS76

R15
1k

14


Đồ án chuyên môn Tự Động Hóa

GVHD: Ths. Nguyễn Đăng Toàn

bằng điện áp pha. Khi có 2 van dẫn thì điện áp ra tức thời tới tải sẽ bằng nửa

điện áp dây.Ta có đồ thị dạng đường cong điện áp ra như sau: (α = 30o

2.2 Khi 60o ≤ α ≤ 90o.
Kiểu hoạt động này còn được gọi là kiểu 2/2, có nghĩa là luôn có hai van ở hai
pha khác nhau cùng dẫn. Các pha chứa van không dẫn thì có điện áp ra tức thời
tới tải là bằng không. Ta có các đồ thị sau: ( α = 75o )

2.3 Khi 90o ≤ α ≤ 1500.
Kiểu hoạt động này còn được gọi là kiểu hoạt động 0/2 tức là luôn có hai van
dẫn hoặc là chẳng có van nào dẫn cả. Ta có đồ thị dạng đường cong điện áp ra
như sau: ( α = 120o )

ĐIỆN 4 – K7
Nhóm: Số 26

Page 15


Đồ án chuyên môn Tự Động Hóa

GVHD: Ths. Nguyễn Đăng Toàn

3. Giải thích hoạt động mạch điều khiển
3.1. Khâu đồng pha

Khâu đồng pha tạo ra điện áp có pha trùng với pha của điện áp lưới và có biên
độ tỉ lệ thuận với biên độ của nó. Cách đơn giản nhất ta dùng 1 máy biến áp
(Hình 2)

ĐIỆN 4 – K7

Nhóm: Số 26

Page 16


Đồ án chuyên môn Tự Động Hóa

GVHD: Ths. Nguyễn Đăng Toàn

Điện trở R và tụ C tạo thành mạch lọc, nó sẽ lọc các xung nhọn đầu có tần số
cao do máy biến áp tạo ra.
Ω

Chọn R = 1 , C = 0,1
fc =

µF

1
2.Π. R.C

ta có

= 1125(hz )

Hình 3

Mạch lọc này sẽ lọc tất cả các sang điều hoà bậc cao có tần số lớn hơn 1125 hz
3.2. Khâu so sánh

Khâu này tạo ra xung vuông góc có tần số bằng tần số của điện áp lưới
bằng cách so sánh Uv hình Sin với 0v.
KhiUv > 0 thì Ur = 15V
ĐIỆN 4 – K7
Nhóm: Số 26

Page 17


Đồ án chuyên môn Tự Động Hóa

GVHD: Ths. Nguyễn Đăng Toàn

Uv<0 thì Ur =-15V
Ta dùng IC thuật toán TL084
Đồ thị mô phỏng như sau

3.3. Khâu vi phân

Khâu vi phân tạo ra xung kim từ xung vuông góc.

ĐIỆN 4 – K7
Nhóm: Số 26

Page 18


Đồ án chuyên môn Tự Động Hóa

GVHD: Ths. Nguyễn Đăng Toàn

Hình 6
Giả sử Ur = 0 V theo đồ thị ta có Uv = -15V. Lúc này điện áp trên 2 bản tụ là
15V. Tại thời điểm 30ms Uv tăng đột ngột lên +15V điện áp trên tụ không thể
thay đổi đột ngột được nên điện áp ở bản tụ bên phải sẽ tăng lên +30V để đảm
bảo điện áp trên 2 bản tụ vẫn là 15V sau đó nó sẽ giảm dần về 0V.
Tại t=40 ms Uv giảm đột ngột từ +15V xuống –15V, trước thời điểm
này đIện áp trên 2 bản tụ là -15V và nó không thể thay đổi đột ngột được nên tại
thời điểm đó điện thế ở bản cực bên phải sẽ giảm đột ngột xuống –30V để đảm
bảo điện áp trên 2 bản cực vẫn là -15V. Sau đó nó sẽ tăng từ từ lên 0V.
Như vậy ta có xung kim như đồ thị mô phỏng bên trên.

ĐIỆN 4 – K7
Nhóm: Số 26

Page 19


Đồ án chuyên môn Tự Động Hóa

GVHD: Ths. Nguyễn Đăng Toàn

3.4. Tạo điện áp tựa răng cưa

Sơ đồ như sau

1

7

15V

3
6

5

4

2

15V

Đầu tiên ta phải tạo ra xung vuông góc có chu kì 10ms trong đó có 1 ms
xung âm và 9 ms xung dương.
Mạch này thực chất là sự kết hợp của mạch cộng và mạch so sánh xung kim
với 1 mức điện áp được điều chỉnh từ trước thông qua phân áp R6,R7.
Nếu xung kim âm D2 mở D1 khoá. Lúc này ta có mạch so sánh xung kim âm
với 1 điện áp ít âm hơn. Ta thấy Uv > 0 nên Ur = -15V
Nếu xung kim dương D1 mở D2 đóng lúc này ta có mạch so sánh 0V với1
xung âm. Ta thấy Uv < 0 nên Ur = +15V
Chọn R6 = 6,2 KΩ, R7 = 32 KΩ.
Ta có đồ thị mô phỏng như sau

ĐIỆN 4 – K7
Nhóm: Số 26

Page 20

Đồ án chuyên môn Tự Động Hóa

GVHD: Ths. Nguyễn Đăng Toàn

Tiếp theo ta đưa xung vuông vừa tạo ra vào mạch tạo răng cưa như sau
15V

C3
15V

1

7

200n

3
6

5

4

2

15V

Tính toán mạch tạo răng cưa
Khi Uđk = -15v D thông. IR2 = Uđk / R2 = -15/R2
Chọn UDZ = 6V ta phải chọn điện trở sao cho dòng qua tụ C trong khoảng

1ms đạt đến giá trị UDZ.
Nếu dòng qua tụ có giá trị không đổi điện áp trên tụ thay đổi theo quy luật tuyến
tính Uc = (Ic/C)t do đó Ic/C = Uc/t = 6.103.
Suy ra Ic = c.6.103.
Chọn C = 0,22

µF

Ic = 0,22.10-6.6.103 =1,32 (mA)
ĐIỆN 4 – K7
Nhóm: Số 26

Page 21


Đồ án chuyên môn Tự Động Hóa

GVHD: Ths. Nguyễn Đăng Toàn

R2 = 15/Ic = 15/(1,32.10-3) = 11,36.103
Chọn R2 = 11 k

Ω

Ω

Trong khoảng 9ms còn lai dòng qua tụ C bằng dòng qua điện trở Rx+R10
Phải chọn tụ sao cho trong 9ms còn lạitụ vừa phóng điên về 0v.
Uc = Uc0 – (Ic/C)t vớiUco = 6V
0 = 6 – (Ic/C)9.10-3 hay Ic = (C.6)/(9.10-3)

=(0,22.10-6.6)/(9.10-3) = 0,147.10-3 (A)
Ic = 15/(Rx+R10) suy ra Rx+R10 = 15/Ic =15/(0,147.10-3) = 102 k

Ω

Ω

Chọn R1 = 51k . Ta thay đổi Rx để điện áp trên tụ đúng bằng 0V sau
9ms.

3.5 Tạo xung điều khiển
Điện áp răng cưa tạo ra sẽ được so sánh vớiUđk là điện áp cố định. Bằng
cách thay đổiUđk ta có thể điều chỉnh được góc mở α. Khi tăng Uđk góc mở α sẽ
giảm. Uđk được thay đổi bằng cách dùng 1 biến trở.

Diode D3 dùng để chặn điện áp âm làm cho xung ra luôn dương.

Sau đó cho xung này vào bộ trigger 74LS76. Với mỗi sườn âm của xung
trigger sẽ lật trạng thái.
Mô tả 74LS76 như sau
ĐIỆN 4 – K7
Nhóm: Số 26

Page 22


Đồ án chuyên môn Tự Động Hóa

GVHD: Ths. Nguyễn Đăng Toàn

Sơ đồ nguyên lý như sau

Kết quả mô phỏng như sau

ĐIỆN 4 – K7
Nhóm: Số 26

Page 23


Đồ án chuyên môn Tự Động Hóa

GVHD: Ths. Nguyễn Đăng Toàn

Tín hiệu ở 2 đầu ra là nghịch đảo của nhau. Ta cho 2 tín hiệu này And với tín
hiệu vào CLK ta sẽ được 2 xung mở sole nhau trễ 1 khoảng α
Tương tự pha A ta sẽ có xung tại đầu ra của IC AND của cả 3 pha như sau

3.6. Băm xung tạo xung điều khiển dưới dạng chùm xung
Xung tạo ra ở đây là xung vuông sẽ không thuận lợi cho viêc truyền và
khuếch đại xung. Ta phải tiến hành băm xung đó thành các xung có tần số rất
cao khoảng 8-10 khz.
Để thực hiện điều này ta phải tạo ra được 1 xung chuẩn có tần số như vậy
sau đó sẽ đem AND với xung điều khiển ở trên. Tuy nhiên cách làm như vậy sẽ
không thể băm đều được. Ta sẽ dùng 1 IC NAND CD4093 phát ra 1 xung có tần
số khoảng từ 16-20 Khz cho đi vào CLK của FlipFlop 74LS76 còn xung điều
khiển sẽ đi vào J K. Bàng cách như vậy ở đầu ra Q ta sẽ thu được xung chùm rất
đều có tần số bằng 1/2 tần số của NAND (8-10Khz)
ĐIỆN 4 – K7
Nhóm: Số 26

Page 24


Đồ án chuyên môn Tự Động Hóa

GVHD: Ths. Nguyễn Đăng Toàn

Sơ đồ mạch tự dao động tạo xung tần số cao của NAND

Sơ đồ mạch băm xung như sau

3.7 Khuếch đại xung
Sau khi tạo được xung chùm như trên ta đưa qua máy biến áp xung
Sơ đồ biến áp xung

Khi có xung đưa vào Base của Transistor nó sẽ mở, khi đó Colector nối đất
điện áp +24V được đặt vào sơ cấp máy biến áp và điện trở treo tạo ra 1 xung có
độ rộng đúng bằng xung chùm đưa vào ở thứ cấp máy biến áp.
ĐIỆN 4 – K7
Nhóm: Số 26

Page 25