Điền khiển tốc độ động cơ AC dùng TCA785

Khoa Điện – Điện Tư

Đồ án : Điện Tư Công Suất

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

Ngành học: Tự động hóa công nghiệp
Lớp: 112131.2

ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU,THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU ÁP XOAY CHIỀU
MỘT PHA ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ

Giảng viên hướng dẫn:

Nguyễn Trung Thành

Nhóm sinh viên thực hiện:

Phạm Khắc Luần

Đỗ Trọng Nam

Hưng Yên ngày … tháng … năm 2015

GV hướng dẫn: Nguyễn Trung Thành

Trang 1


Khoa Điện – Điện Tư

Đồ án : Điện Tư Công Suất

ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU,THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU ÁP XOAY CHIỀU MỘT PHA ĐIỀU
CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ

I-Số liệu cho trước:
-Dòng xoay chiều với các thông số:
-Động cơ với các thông số: Uđm=220V; Pđm=270W , nđm=1500vg/ph, Iđm=1.4A,
Cosφđm=0.8
II-Nội dung cần hoàn thành:
 Báo cáo về tiến độ thực hiện các công việc theo từng tuần.
 Thuyết minh đề tài: ( Phân tích yêu cầu, trình bày các phương pháp thực hiện, cơ
sở lý thuyết, quá trình thực hiện đồ án,…)
 Các bản vẽ thiết kế cho từng khối, cho toàn bộ mạch đầy đủ chính xác.
 Phải đảm bảo tính khả thi, tính ổn định khi làm việc của sản phẩm.
 Sản phẩm còn phải đảm bảo tính mỹ quan mà vẫn đảm bảo tính kỹ thuật đáp ứng
được yêu cầu của giáo viên hướng dẫn.
 Trình bày được hướng phát trển của đề tài.

GV hướng dẫn: Nguyễn Trung Thành

Trang 2


Khoa Điện – Điện Tư

Đồ án : Điện Tư Công Suất

MỤC LỤC:
PHẦN I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT.................................................................................8
CHƯƠNG I: ĐỘNG CƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU MỘT PHA............................8
1.1.

Khái niệm................................................................................................8

1.2.

Cấu tạo…………………………………………………………………8

1.3.

Nguyên lý điều khiển động cơ xoay chiều một pha..............................10

1.4.

Một số mạch điều khiển động cơ một pha............................................11

CHƯƠNG II: BỘ ĐIỀU ÁP XOAY CHIỀU MỘT PHA................................13
2.1.

Đặt vấn đề..............................................................................................13

2.2.

Giới thiệu một số sơ đồ mạch động lực................................................13

2.3.

Giới thiệu về phần tử bán dẫn triac.......................................................16

2.3.1 Cấu tạo và ký hiệu...............................................................................16
2.3.2 Đặc tính V-A.......................................................................................17
2.4.

Điều áp xoay chiều một pha ứng với tải R-L........................................18

PHẦN II: THIẾT KẾ MẠCH...............................................................................21
CHƯƠNG I: THIẾT KẾ...................................................................................21
1.1.

Sơ đồ khối.............................................................................................21

1.2.

Phân tích từng khối...............................................................................21

1.2.1. Khối nguồn.........................................................................................21
1.2.2 .Mạch lực.............................................................................................22
1.2.3.Mạch điều khiển..................................................................................24

1.2.3.1.Phân tích.......................................................................................24
1.2.3.2. Nguyên lý hoạt động...................................................................25
1.2.3.3.Giới thiệu TCA 785......................................................................26
GV hướng dẫn: Nguyễn Trung Thành

Trang 3


Khoa Điện – Điện Tư

Đồ án : Điện Tư Công Suất

1.2.3.4.Sơ đồ chức năng chân của vi mạch TCA 785..............................31
CHƯƠNG II: CHẾ TẠO...................................................................................32
2.1.

Tính toán thiết kế để chế tạo mô hình...................................................32

2.1.1.

Tính chọn van động lực......................................................................32

2.1.2. Chọn thiết bị bảo vệ...........................................................................33
2.1.2.1. Bảo vệ quá nhiệt..........................................................................34
2.1.2.2. Bảo vệ quá dòng điện cho van....................................................31
2.1.2.3. Bảo vệ quá điện áp cho van.........................................................31
2.2.

Sơ đồ nguyên lí toàn mạch ...................................................................35

2.3.

Sơ đồ board...........................................................................................36

2.4.

Sơ đồ bố trí thiết bị................................................................................37

2.5.

Phương hướng phát triển của đề tài.......................................................37

Lời kết.............................................................................................................39
Tài liệu tham khảo.........................................................................................40

GV hướng dẫn: Nguyễn Trung Thành

Trang 4


Khoa Điện – Điện Tư

Đồ án : Điện Tư Công Suất
LỜI NÓI ĐẦU

Điện tử công suất là một môn học hay và lý thú, cuốn hút được nhiều sinh
viên theo đuổi. Là những sinh viên chuyên ngành tự động hóa, chúng em muốn
được tiếp cận và hiểu sâu hơn nữa bộ môn điện tử công suất.Vì vậy, đồ án môn 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 “Nghiên
cứu,thiết kế bộ 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 thầy Nguyễn Trung Thành, sự góp ý
kiến của 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 thầy giáo và
bạn trong các đồ án sau này.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!
Nhóm thực hiện:
Phạm Khắc Luần
Đỗ Trọng Nam

GV hướng dẫn: Nguyễn Trung Thành

Trang 5


Khoa Điện – Điện Tư

Đồ án : Điện Tư Công Suất

KẾ HOẠCH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN

Tên đồ án : NGHIÊN CỨU,THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU ÁP XOAY CHIỀU MỘT PHA
ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ

Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Trung Thành

ĐT :0982829684

E_mail :
Sinh viên thực hiện : 1.Phạm Khắc Luần

ĐT :01673394459

E_mail :
2.Đỗ Trọng Nam

ĐT : 0979185282

E_mail :
Kế hoạch thực hiện chi tiết :
STT Tuần

Công việc thực hiện

Sinh viên

Ghi chú của

Thực hiện

GVHD

-Nhận đồ án.
1

1

-Tìm hiểu đề tài (Tìm hiểu tài liệu liên Cả nhóm
quan : linh kiện điện tử, điện tử công
suất và truyền động điện…)
-Tìm hiểu các mạch nguyên lí có lien
quan đến đề tài
-Tham khảo ý kiến của người có
chuyên môn (GVHD: thầy Nguyễn
Trung Thành)

GV hướng dẫn: Nguyễn Trung Thành

Trang 6


Khoa Điện – Điện Tư

Đồ án : Điện Tư Công Suất

-Tìm hiểu động cơ điện xoay chiều.
2

2

-Tìm hiểu sơ đồ mạch lực mạch điều Cả nhóm
khiển.
-Tìm kiếm linh kiện liên quan đến đồ
án.
-Đưa ra cơ sở lý thuyết của đồ án.

3

3+4

-Xây dựng sơ đồ khối.

Cả nhóm

-Lựa chọn mạch lực, mạch điều khiển
-Thiết kế sơ đồ nguyên lý.
4

5

6

5+6

7

8

Cả nhóm

-Tính chọn thông số và tiến hành chạy Luần
mô phỏng
-Ráp mạch, khảo sát trên panel

Cả nhóm

-Đo đạc, kiểm tra tín hiệu.

Nam

-Tiến hành làm sản phẩm.

Cả nhóm

-Lắp ráp và hoàn tất sản phẩm
-Chuẩn hóa nội dung, làm bản lý
thuyết.
-Chuẩn bị để bảo vệ

Hưng Yên, ngày…tháng…năm 2015

Người lập

Đỗ Trọng Nam

GV hướng dẫn: Nguyễn Trung Thành

Trang 7


Khoa Điện – Điện Tư

Đồ án : Điện Tư Công Suất

PHẦN I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

CHƯƠNG I: ĐỘNG CƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU MỘT PHA
1.1. Khái niệm

Động cơ điện xoay chiều một pha (gọi tắt là động cơ một pha) là động cơ điện
xoay chiều không 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.
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.
1.2. Cấu tạo.
Cấu tạo của động cơ điện một chiều Động cơ điện một chiều có thể phân thành
hai phần chính: Phần tĩnh và phần động. - Phần tĩnh hay stato hay còn gọi là phần
kích từ động cơ, là bộ phận sinh ra từ trường nó gồm có:
+) Mạch từ và dây cuốn kích từ lồng ngoài mạch từ (nếu động cơ được kích
từ bằng nam châm điện), mạch từ được làm băng sắt từ (thép đúc, thép đặc). Dây
quấn kích thích hay còn gọi là dây quấn kích từ được làm bằng dây điện từ, các
cuộn dây điện từ nay được mắc nối tiếp với nhau.
+) Cực từ chính: Là bộ phận sinh ra từ trường gồm có lõi sắt cực từ và dây
quấn kích từ lồng ngoài lõi sắt cực từ. Lõi sắt cực từ làm bằng những lá thép kỹ
thuật điện hay thép cacbon dày 0,5 đến 1mm ép lại và tán chặt. Trong động cơ điện
nhỏ có thể dùng thép khối. Cực từ được gắn chặt vào vỏ máy nhờ các bulông. Dây
quấn kích từ được quấn bằng dây đồng bọc cách điện và mỗi cuộn dây đều được
bọc cách điện kỹ thành một khối, tẩm sơn cách điện trước khi đặt trên các cực từ.
Các cuộn dây kích từ được đặt trên các cực từ này được nối tiếp với nhau

GV hướng dẫn: Nguyễn Trung Thành

Trang 8


Khoa Điện – Điện Tư

Đồ án : Điện Tư Công Suất

+) Cực từ phụ: Cực từ phụ được đặt trên các cực từ chính. Lõi thép của cực
từ phụ thường làm bằng thép khối và trên thân cực từ phụ có đặt dây quấn mà cấu
tạo giống như dây quấn cực từ chính. Cực từ phụ được gắn vào vỏ máy nhờ những
bulông.
+) Gông từ: Gông từ dùng làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm
vỏ máy. Trong động cơ điện nhỏ và vừa thường dùng thép dày uốn và hàn lại, trong
máy điện lớn thường dùng thép đúc. Có khi trong động cơ điện nhỏ dùng gang làm
vỏ máy.
+) Các bộ phận khác:3 Nắp máy: Để bảo vệ máy khỏi những vật ngoài rơi
vào làm hư hỏng dây quấn và an toàn cho người khỏi chạm vào điện. Trong máy
điện nhỏ và vừa nắp máy còn có tác dụng làm giá đỡ ổ bi. Trong trường hợp này
nắp máy thường làm bằng gang. Cơ cấu chổi than: Để đưa dòng điện từ phần quay
ra ngoài. Cơ cấu chổi than bao gồm có chổi than đặt trong hộp chổi than nhờ một lò
xo tì chặt lên cổ góp. Hộp chổi than được cố định trên giá chổi than và cách điện
với giá. Giá chổi than có thể quay được để điều chỉnh vị trí chổi than cho đúng chỗ,
sau khi điều chỉnh xong thì dùng vít cố định lại. - Phần quay hay rôto: Bao gồm
những bộ phận chính sau.
+) Phần sinh ra sức điện động gồm có: Mạch từ được làm bằng vật liệu sắt
từ (lá thép kĩ thuật) xếp lại với nhau. Trên mạch từ có các rãnh để lồng dây quấn
phần ứng. Cuộn dây phần ứng: Gồm nhiều bối dây nối với nhau theo một qui luật
nhất định. Mỗi bối dây gồm nhiều vòng dây các đầu dây của bối dây được nối với
các phiến đồng gọi là phiến góp, các phiến góp đó được ghép cách điện với nhau và

cách điện với trục gọi là cổ góp hay vành góp. Tỳ trên cổ góp là cặp trổi than làm
bằng than graphit và được ghép sát vào thành cổ góp nhờ lò xo.
+) Lõi sắt phần ứng: Dùng để dẫn từ, thường dùng những tấm thép kỹ thuật
điện dày 0,5mm phủ cách điện mỏng ở hai mặt rồi ép chặt lại để giảm tổn hao do
dòng điện xoáy gây nên. Trên lá thép có dập hình dạng rãnh để sau khi ép lại thì đặt
dây quấn vào. Trong những động cơ trung bình trở lên người ta còn dập những lỗ
thông gió để khi ép lại thành lõi sắt có thể tạo được những lỗ thông gió dọc trục.
Trong những động cơ điện lớn hơn thì lõi sắt thường chia thành những đoạn nhỏ,
giữa những đoạn ấy có để một khe hở gọi là khe hở thông gió. Khi máy làm việc
gió thổi qua các khe hở làm nguội dây quấn và lõi sắt. Trong động cơ điện một
chiều nhỏ, lõi sắt phần ứng được ép trực tiếp vào trục. Trong động cơ điện lớn, giữa
GV hướng dẫn: Nguyễn Trung Thành

Trang 9


Khoa Điện – Điện Tư

Đồ án : Điện Tư Công Suất

trục và lõi sắt có đặt giá rôto. Dùng giá rôto có thể tiết kiệm thép kỹ thuật điện và
giảm nhẹ trọng lượng rôto.
+) Dây quấn phần ứng: Dây quấn phần ứng là phần phát sinh ra suất điện
động và có dòng điện chạy qua, dây quấn phần ứng thường làm bằng dây đồng có
bọc cách điện. Trong máy điện nhỏ có công suất dưới vài Kw thường dùng dây có
tiết diện tròn. Trong máy điện vừa và lớn thường dùng dây tiết diện chữ nhật, dây
quấn được cách điện cẩn thận với rãnh của lõi thép. Để tránh khi quay bị văng ra do
lực li tâm, ở miệng rãnh có dùng nêm để đè chặt hoặc đai chặt dây quấn. Nêm có
thể làm bằng tre, gỗ hay bakelit.
+) Cổ góp: Cổ góp gồm nhiều phiến đồng có được mạ cách điện với nhau

bằng lớp mica dày từ 0,4 đến 1,2mm và hợp thành một hình trục tròn. Hai đầu trục
tròn dùng hai hình ốp hình chữ V ép chặt lại. Giữa vành ốp và trụ tròn cũng cách
điện bằng mica. Đuôi vành góp có cao lên một ít để hàn các đầu dây của các phần
tử dây quấn và các phiến góp được dễ dàng
1.3. Nguyên lý điều khiển động cơ xoay chiều một pha
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 Tiristor và Triac vào điều khiển, người ta có thể
điều khiển động cơ một pha bằng bán dẫn

Hình 1.3.1: điều khiển động cơ bằng điện trở phụ và biến áp tự ngẫu.

GV hướng dẫn: Nguyễn Trung Thành

Trang 10


Khoa Điện – Điện Tư

1.3.

Đồ án : Điện Tư Công Suất

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 1.4.1: một số mạch điều khiển động cơ một pha.
Chức năng của các linh kiện trong sơ đồ hình:
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.

GV hướng dẫn: Nguyễn Trung Thành

Trang 11


Khoa Điện – Điện Tư

Đồ án : Điện Tư Công Suất

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 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.

GV hướng dẫn: Nguyễn Trung Thành

Trang 12


Khoa Điện – Điện Tư

Đồ án : Điện Tư Công Suất

CHƯƠNG II: BỘ ĐIỀU ÁP XOAY CHIỀU MỘT PHA
2.1. Đặt vấn đề
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 t 0 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. Nguyên lý này có ưu điểm là
điều chỉnh điện áp ra trong một phạm vi rộng và vô cấp, hiệu suất cao vì tổn thất
trên các phân tử điện tử công suất rất nhỏ. Điều áp xoay chiều thường được sử
dụng trong điều khiển chiếu sáng, đốt nóng, trong khởi động mềm và điều chỉnh
tốc độ quạt gió hoặc máy bơm.
-Phân loại: Dựa vào số pha nguồn cấp mà ta có các bộ điều chỉnh điện áp khác
nhau là Điều áp xoay chiều một pha, Điều áp xoay chiều ba pha.
2.2. 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 ).

Zf
U1

TBB§
U2 i

Z

U1

a

i

Z U2

i

U1

b

Z U2

C

Hình 2.2.1 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

GV hướng dẫn: Nguyễn Trung Thành

Trang 13


Khoa Điện – Điện Tư

Đồ án : Điện Tư Công Suất

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 vòng 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 quán tính điều chỉnh chậm và không
điều chỉnh liên tục khi dòng 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 1c như sau:

T1
U1

T
T2

T1

a. D
1

D2

T2

U1

b.
D2

D1
Z

c.

Z

U1

Z

U1

T

D4

D3

Z

d.

Hình 2.2.2: Sơ đồ điều áp xoay chiều một pha bằng bán dẫn
a. hai tiristor song song ngược
b. triac
c. một tiristor một diod
d. bốn diod một tiristor

GV hướng dẫn: Nguyễn Trung Thành

Trang 14


Khoa Điện – Điện Tư

Đồ án : Điện Tư Công Suất

Sơ đồ kinh điển hình 2.2.2.a thường được sử dụng nhiều hơn, do có thể điều
khiển được với mọi công suất tải. Hiện nay Tiristor được chế tạo có dòng 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 tiristor song song ngược đôi khi có chất lượng
điều khiển không 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 tiristor gây nên sai số. Điện áp tải thu được gây mất đối
xứng như so sánh trên hình 3b.
Điện áp và dòng điện không đối xứng như hình 3.b cung cấp cho tải, sẽ làm
cho tải có thành phần dòng điện một chiều, các cuộn dây bị bão hoà, 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.

U


U
Tả

i

t
a

U
1

UTả
i 2

t
b

Hình 2.2.3: Hình dạng đường cong điện áp điều khiển
a- Mong muốn
b- Không mong muốn

GV hướng dẫn: Nguyễn Trung Thành

Trang 15


Khoa Điện – Điện Tư

Đồ án : Điện Tư Công Suất

Để khắc phục nhược điểm vừa nêu về việc ghép hai tiristor song song ngược,
triac ra đời và có thể mắc theo sơ đồ hình 2.2.2b. Sơ đồ này có ưu điểm là các
đường cong điện áp ra gần như mong muốn như hình 2.2.3a, nó còn 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 dòng điện không 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 dòng điện trên 400A
thì sơ đồ hình 2.2.2b ít dùng.
Sơ đồ hình 2.2.2c 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 2.2.2d 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 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
2.3. Giới thiệu về phần tư bán dẫn triac.
2.3.1 Cấu tạo và ký hiệu

Hình 2.3.1: 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

GV hướng dẫn: Nguyễn Trung Thành

Trang 16


Khoa Điện – Điện Tư

Đồ án : Điện Tư Công Suất

so với dòng điểu khiển dương. Vì vậy trong thực tế để đảm bảo tính đối xứng của
dòng điện qua Triac thì sử dụng dòng điều khiển âm là tốt hơn cả.
*Nguyên lý hoạt động.
Có 4 tổ hợp điện thế có thể mở Triac cho dòng chảy qua:
B2

G

+

+

+

-

-

-

-

+

Trường hợp MT2 (+), G(+). Thyristor T mở cho dòng chảy qua như một
Thyristor thông thường.
Trường hợp MT2 (-), G(-). Các điện tử từ N2 phóng vào P2. Phần lớn bị trường
nội tại EE1 hút vào, điện áp ngoài được đặt lên J 2 khiến choBarie này cao đến mức
hút vào những điện tích thiểu số(các điện tử của P 1) và làm động năng của chúng
đủ lớn để bẻ gãy các liên kết của các nguyên tử Sillic trong vùng. Kết quả là một
phản ứng dây chuyền thì T’ mở cho dòng chảy qua.
2.3.2 Đặc tính V-A.

GV hướng dẫn: Nguyễn Trung Thành

Trang 17

Khoa Điện – Điện Tư

Đồ án : Điện Tư Công Suất

Hình 2.3.2: Đặc tính V-A của triac
Triac có đường đặc tính V-A đối xứng nhận góc mở  trong cả hai chiều
2.4. Điều áp xoay chiều một pha ứng với tải R-L

Hình 2.4.1: Hình dáng dòng điện và điện áp đối với tải R-L
Khi tiristor T1 mở có phương trình:
L

di
+ Ri =
dt

2 sin  t

R




L
2
2 sin(
)
+
Ae

R  (L)
V

i= 2

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

V



[ sin(    ) - sin(    )e tg ]
R  (L)
2

2

Biểu thức này đúng trong khoảng   đến  
Góc  được thay đổi bằng cách thay   và đặt i= 0
Sin(



GV hướng dẫn: Nguyễn Trung Thành

)- sin(




).e- tg = 0

Trang 18


Khoa Điện – Điện Tư

Đồ án : Điện Tư Công Suất

Trong biểu thức trên: tg =

L
R

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

Hình 2.4.2: 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.
Giá trị hiệu dụng của điện áp trên tải:


Uc =

1

2  2  sin 2
( 2V sin  )2.d = V.


2

Giá trị hiệu dụng của dòng tải:
Ic =

V
2  2  sin 2
.(
)
R
2

Công suất tác dụng cung cấp cho mạch tải:

GV hướng dẫn: Nguyễn Trung Thành

Trang 19


Khoa Điện – Điện Tư

Đồ án : Điện Tư Công Suất

P = UcI c = (

2  2  sin 2

V2
).(
)
2
R

Như vậy bằng cách làm biến đổi góc  từ 0 đến  , người ta có thể điều chỉnh
V2
được công suất tác dụng từ giá trị cực đại P =( ) đến 0
R

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

GV hướng dẫn: Nguyễn Trung Thành

Trang 20


Khoa Điện – Điện Tư

Đồ án : Điện Tư Công Suất

PHẦN II: THIẾT KẾ MẠCH
CHƯƠNG I: THIẾT KẾ
1.1. Sơ đồ khối

1.2.Phân tích từng khối
1.2.1. Khối nguồn
a.Sơ đồ

Hình 1.2.1: sơ đồ nguyên lý mạch nguồn
b.Chức năng
Biến đổi điện áp xoay chiều điện áp 15V thành điện áp một chiều cấp cho
chân vào của TCA785.
Ngoài cung cấp điện áp một chiều cho mạch điều khiển , mạch cách ly, khối
nguồn còn có chức năng cung cấp điện áp xoay chiều 220VAC cho mạch lực.
c.Nguyên lý hoạt động

GV hướng dẫn: Nguyễn Trung Thành

Trang 21


Khoa Điện – Điện Tư

Đồ án : Điện Tư Công Suất

Điện áp 15V xoay chiều qua cầu chỉnh lưu 3A làm biến đổi từ điện áp xoay
chiều thành điện áp một chiều.Khi qua IC ổn áp 7812 sẽ cho điện áp 12V ổn
định.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 7812 và mắc song với một tụ gốm để loại
bỏ thành phần sóng hài của điện áp xoay chiều sau IC 7812 ta mắc song song với
một led để báo mạch điều khiển có nguồn
1.2.2 .Mạch lực
Với yêu cầu của đề tài là thiết kế bộ điều áp xoay chiều cho động cơ (tải
R+L) nên chúng em chọn sơ đồ dùng TRIAC để điều khiển vì sơ đồ dùng Triac có
những ưu điểm sau:
- Công suất tải là không lớn nên Triac đáp ứng đầy đủ về công suất đáp
ứng
- Mạch điều khiển Triac đơn giản.

- Giá thành rẻ, vận hành đơn giản.

Hình 1.2.2.1: mạch điều khiển dùng triac.
a. Sơ đồ mạch

Hình1.2.2.2: sơ đồ nguyên lý mạch lực.

GV hướng dẫn: Nguyễn Trung Thành

Trang 22


Khoa Điện – Điện Tư

Đồ án : Điện Tư Công Suất

b.Nguyên lý làm việc
Tín hiệu được đưa vào chân điều khiển G của Triac. Triac có nhiệm vụ điều
khiển mở dẫn dòng từ đó ta nhận được giá trị điện áp trên tải tương ứng với góc
mở của triac khi ta điều chỉnh biến trở V11 để điều chỉnh độ rộng xung vuông
tương ứng tải ở trên sơ đồ có thể đặt trước hoặc sau van đều được :
Dưới đây là sơ đồ dạng sóng đầu ra của van khi điều chỉnh góc mở:

Hình 1.2.2.3: sơ đồ dạng sóng đầu ra của van khi điều chỉnh góc mở.
Nhìn từ hình trên ta thấy do tải có tính cảm khám nên khi tắt vẫn có một phần
điện áp trả lại của động cơ .Nên có thể xuất hiện một vùng không hoạt động nếu
diện cảm lớn thì mạch có thể không hoạt động hoàn toàn
Nguyên nhân của hiện tượng này như sau :
Em xin trình bày với 2 tiristor mắc song song ngược (tương tự 1 triac)
Khi điện áp nguồn U1 đã đổi dấu mà cuộn dây điện cảm chưa xả hết năng

lượng, làm cho T1 vẫn dẫn từ π cho đến φ1 nếu T1 đang dẫn chứng tỏ T1 đang
phân cực thuận và điện áp Ua1a2>0.Khi T1 phân cực thuận chứng tỏ T2 phân cực
ngược. Do đó trong vùng từ φ1 cho đến π nếu có phát xung điều khiển T2 thì T2
không dẫn được .Phần này em cũng đã trình bày ở trên .

GV hướng dẫn: Nguyễn Trung Thành

Trang 23


Khoa Điện – Điện Tư

Đồ án : Điện Tư Công Suất

Thứ 2 là do khi có điện cảm, dòng điện không biến thiên đột ngột tại thời điểm
mở tiristor,điện cảm càng lớn khi dòng điện biến thiên càng chậm. Nếu độ rộng
xung điều khiển hẹp, dòng điện khi có xung điều khiển không đủ lớn hơn dòng điện
duy trì,do đó van bán dẫn không tự giữ dòng điện. Kết quả không có dòng điện, van
sẽ không mở. Hiện tượng này sẽ thấy ở cuối và đầu chu kỳ điện áp, lúc đó điện áp
tức thời đặt vào van bán dẫn nhỏ. Khi kết thúc xung điều khiển, dòng điện còn nhỏ
hơn dòng duy trì nên van bán dẫn khoá luôn. Chỉ khi nào điện áp mở ở van đủ lớn
hơn dòng dòng điện duy trì, dòng điện mới tồn tại trong mạch
Để khắc phục hiện tường này là tạo xung gián đoạn bằng chùm xung liên tiếp
như hình vẽ dưới đây. Từ thời điểm mở van cho tới cuối bán kỳ:
Dưới đây là sơ đồ:

Hình 1.2.2.4: dạng sóng khi tạo xung gián đoạn bằng trùm xung liên tiếp
Tuỳ theo tải có điện cảm lớn cỡ nào mà ta thiết kế chọn độ rộng xung cho hợp
lý

GV hướng dẫn: Nguyễn Trung Thành

Trang 24


Khoa Điện – Điện Tư

Đồ án : Điện Tư Công Suất

1.2.3.Mạch điều khiển

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

GV hướng dẫn: Nguyễn Trung Thành

Trang 25