dieu ap xoay chieu mot pha dk7lc1

Trờng ĐHSPKT Hng Yên
Khoa Điện- Điện Tử

Đồ án môn học
Môn: Điện Tử Công Suất
Lời nói đầu
--------***--------

Điện tử công suất là một môn học hay và lý thú, cuốn hút đợc nhiều sinh
viên theo đuổi, tìm hiểu bởi những tiện ích và khả năng ứng dụng mạnh mẽ mà
nó mang lại cho sự phát triển của nhiều ngành, đặc biệt là điện tự động hoá.
Là những sinh viên chuyên nghành điện tự động, chúng em muốn đợc 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 đợc lý thuyết đà đợc
học. Trong đồ án điện tử công suất lần này, chúng em đà đợc thầy giáo Nguyễn
Trung Thành giao đề tài Thiết kế chế tạo bộ điều áp xoay chiều một pha.
Sau thời gian nghiên cứu, chúng em đà chế tạo thành công bộ điều khiển điện
áp xoay chiều đáp ứng đợc cơ bản yêu cầu của đề tài.
Trong suốt thời gian thực hiện đề tài, chúng em đà gặp một số vớng mắc
về lý thuyết và khó khăn trong việc thi công sản phẩm. Tuy nhiên, chúng em đÃ
nhận đợc sự giải đáp và hớng dẫn kịp thời của thầy Nguyễn Trung Thành, sự
góp ý kiến của các bạn sinh viên trong lớp. Đựơc nh vậy chúng em xin chân
thành cảm ơn và mong muốn nhận đợc nhiều hơn nữa sự giúp đỡ, chỉ bảo của
các thầy, các bạn trong các đồ án sau này.
Trân trọng
Nhóm sinh viên:
Nguyễn Đức Thành
Lơng Viết Mạnh
Nguyễn Tài Thạnh

Mục lục

Phần I. cơ sở lý thuyết

1.1 Giới thiệu bộ điều áp xoay chiều3
1.2.Bộ điều ¸p xoay chiỊu mét pha……………………………..……3
Gi¸o viªn híng dÉn: Ngun Trung Thµnh
Sinh
vien
thuc
Page 1

hien:pham

dinh

giap


Trờng ĐHSPKT Hng Yên
Đồ án môn học
Khoa Điện- Điện Tử
Môn: Điện Tử Công Suất
1.2.1Giới thiệu một số sơ đồ mạch động lực3
1.2.2 Giới thiệu về phần tử bán dẫn triac.....6
1.2.3. Điều áp xoay chiều một pha ứng với các loại tải...7
Phần ii. lựa chọn sơ đồ thiết kế

2.1 Chọn mạch động lực.13
2.2. Chọn mạch điều khiển.13
Phần Iii. Lựa chọn các khâu trong mạch điều khiển

3.1. Khâu đồng bộ và tạo xung răng ca........................................16
3.2.Khâu so sánh.........................................................................16
3.3. Khâu khuếch đại và tạo xung.................................................17
3.4. Giới thiệu và khảo sát vi mạch tca785.................................18
Phần iv. tính toán thiết kế chế tạo mô hình

4.1. Tính chọn van động lực.23
4.2. Chọn thiết bị bảo vệ.............................................................24
4.3. Tính chọn mạch điều khiển..................................................26
4.3. Chế tạo hộp thiết bị..............................................................28
Kết luận

Phần I. cơ sở lý thuyết

1.1 Giới thiệu bộ điều áp xoay chiều
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 t 1 rồi lại cắt đi trong một khoảng thời
gian t0 theo một chu kỳ lặp lại T. Bằng cách thay đổi độ rộng của t 1 hay t0 trong
khoảng T ta thay đổi đợc giá trị điện áp trung bình ra trên tải. Nguyên lý này
có u 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

Giáo viên hớng dẫn: Nguyễn Trung Thành
Sinh
vien
thuc
Page 2

hien:pham

dinh

giap


Trờng ĐHSPKT Hng Yên
Đồ án môn học
Khoa Điện- Điện Tử
Môn: Điện Tử Công Suất
thờng đợc 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.
1.2.Bộ điều áp xoay chiều một pha
1.2.1. 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 ®iƯn kh¸ng
hay ®iƯn trë phơ (tỉng trë phơ ) biÕn thiên. Sơ đồ mạch điều chỉnh này đơn
giản dễ thực hiện. Tuy nhiên, mạch điều chỉnh kinh điển này hiện nay ít đợc
dùng, do hiệu suất thấp (nếu Zf là điện trở ) hay cos thấp(nếu Zf là điện cảm ).

Zf
U1

TBBĐ
U2 i Z

a

U1

i

Z

U2

U1

b

i

Z

U2

C

Hình 1 Các phơng án điều áp một pha

Ngời ta có thể dùng biến áp tự ngẫu để điều chỉnh điện áp xoay chiều U 2
nh trên hình 1b. Điều chỉnh bằng biến áp tự ngẫu có u 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
phơng 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 đợc yêu cầu nh mong muốn, đặc biệt là
không điều chỉnh liên tục đợc, 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 u điểm là điện
áp hình sin, đơn giản. Có chung nhợc 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 đợc những nhợc điểm vừa nêu.
Các sơ đồ điều áp xoay chiều bằng bán dẫn trên hình 1c đợc 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 cÊp c¸c linh kiƯn b¸n dÉn. Cã mét sè gợi ý khi lựa chọn các
sơ đồ hình 1c nh sau:
Giáo viên hớng dẫn: Nguyễn Trung Thành
Sinh
vien
thuc
hien:pham
dinh
giap
Page 3


Trờng ĐHSPKT Hng Yên
Khoa Điện- Điện Tử

Đồ án môn học
Môn: Điện Tử Công Suất

T1

T

U1

T1

a.

Z

U1

Z

T2

b.
D1

D2

D1

D2

T

T2
Z

U1

U1

c.

D4

D3

Z

d.

Hình 2 Sơ đồ điều áp xoay chiỊu mét pha b»ng b¸n dÉn
a. b»ng hai tiristor song song ngỵc; b. b»ng triac; c. b»ng mét
tiristor mét diod; d. bằng bốn diod một tiristor

Sơ đồ kinh điển hình 2.A thờng đợc sử dụng nhiều hơn, do có thể điều
khiển đợc với mọi công suất tải. Hiện nay Tiristor đợc 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 đợc
Tuy nhiên, việc điều khiển hai tiristor song song ngợc đôi khi có chất lợng
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 nh 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 đợc gây
mất đối xứng nh so sánh trên hình 3b.
Điện áp và dòng điện không đối xứng nh 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 thờng
xuyên làm đối với sơ đồ mạch này. Tuy vậy, đối với dòng điện tải lớn thì đây là
sơ đồ tối u hơn cả cho việc lựa chọn.

U

U
Tả
i
Giáo viên hớng dẫn:Nguyễn Trung Thành
Sinh
vien
thuca
Page 4

t
hien:pham

dinh

giap


Trờng ĐHSPKT Hng Yên
Khoa Điện- Điện Tử

Đồ án môn học
Môn: Điện Tử Công Suất

UTả
i

U
1

t
2

b điện áp điều khiển a- Mong
Hình 3. Hình dạng đờng cong
muốn b- Không mong muốn
Để khắc phục nhợc điểm vừa nêu về việc ghép hai tiristor song song ngợc,
triac ra đời và có thể mắc theo sơ đồ hình 2.B. Sơ đồ này có u điểm là các đờng cong điện áp ra gần nh mong muốn nh hình 3.a, nó còn có u điểm hơn
khi lắp ráp. Sơ đồ mạch này hiện nay đợc sử dụng khá phổ biến trong công
nghiệp. Tuy nhiên triac hiện nay đợc 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.B ít dùng.
Sơ đồ hình 2.C có hai tiristor và hai điốt có thể đợc dùng chỉ để nối các
cực điều khiển đơn giản, sơ đồ này có thể đợc dùng khi điện áp nguồn cấp lớn
(cần phân bổ điện áp trên các van, đơn thuần nh việc mắc nối tiếp các van).
Sơ đồ hình 2D trớc đây thờng đợc 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 lợng tiristor ít hơn, có thể sẽ có u 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 lợng nhiệt lớn làm cho hệ thống làm mát khó khăn
hơn.
1.2.2 Giới thiệu về phần tử bán dẫn triac
1.2.2.a Cấu tạo và ký hiệu
E2

P2
N3

B1

(+)
(-)

G

(-)
(+)

N2

T

,

N1
J1

P2

E1.2

J3

J2

N1

T1

N2

P1

(-)
(+)

B2

G

P1

T2

T

Hình 4: Cấu tạo và ký hiệu của triac.

Giáo viên hớng dẫn: Nguyễn Trung Thành
Sinh
vien
thuc
Page 5

hien:pham

dinh

giap


Trờng ĐHSPKT Hng Yên
Đồ án môn học
Khoa Điện- Điện Tử
Môn: Điện Tử Công Suất
Triac là linh kiện bán dẫn tơng tự nh hai Thyristor mắc song song ngợc,
nhng 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 dơng (dòng đi vào cực điều
khiển) lẫn xung dong 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 dơng. 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.
1.2.2.b. Nguyên lý hoạt động.
Có 4 tổ hợp điện thế có thể mở Triac cho dòng chảy qua:
B2
+
+
-

G
+
+

Trờng hợp MT2 (+), G(+). Thyristor T mở cho dòng chảy qua nh một
Thyristor thông thờng.
Trờng hợp MT2 (-), G(-). Các điện tử từ N2 phóng vào P2. Phần lớn bị trờng
nội tại EE1 hút vào, điện áp ngoài đợc đặt lên J2 khiến choBarie này cao đến

mức hút vào những điện tích thiểu số(các điện tử của P1) 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.
1.2.2.c Đặc tính V-A.

Giáo viên hớng dẫn: Ngun Trung Thµnh
Sinh
vien
thuc
Page 6

hien:pham

dinh

giap


Trờng ĐHSPKT Hng Yên
Khoa Điện- Điện Tử

+

Đồ án môn học
Môn: Điện Tử Công Suất

I

U

O

Hình 5: Đặc tuyến V-A của triac

Triac có đờng đặc tính V-A đối xứng nhận góc mở trong cả hai chiều
1.2.3. Điều áp xoay chiều một pha ứng với các loại tải
Hai tiristor đấu song song ngợc cho phép điều chỉnh dòng điện xoay
chiều. Vì anôt T1 nối với catot T2 và anôt T2 nối với catôt T1 nên trong mạch
điều khiển nhất thiết phải dùng một biến áp xung có hai cuộn dây thứ cấp cách
li với nhau. Các điôt dùng để khoá chặt các xung âm
T1
T2

UT

i1

T1

i2

UN

UT

T2

UC

R

L

Hình 6: Sơ đồ bộ điều áp xoay chiều 1 pha

Giả thiết điện áp nguồn : v = 2 Vsin t
1.2.3.1 Trờng hợp tải thuần trở
Giáo viên hớng dẫn: Ngun Trung Thµnh
Sinh
vien
thuc
Page 7

hien:pham

dinh

giap


Trờng ĐHSPKT Hng Yên
Đồ án môn học
Khoa Điện- Điện Tử
Môn: Điện Tử Công Suất
Khi T1 mở thì một phần của nửa chu kỳ dơng điện áp nguồn điện đặt lên
mạch tải, còn khi T2 mở thì một phần của nửa chu kỳ âm của v đợc đặt lên
mạch tải
Góc mở đợc tính từ điểm đi qua giá trị 0 của điện áp nguồn v.
Dòng điện tải:
2
V sin

R

i=

, với

+ 2
Thành phần sóng cơ bản của dòng điện tải I lệch chậm sau điện áp nguồn
v một góc
Điều đó nói lên rằng, ngay cả trờng hợp tải thuần trở, lới điện xoay chiều
vẫn phải cung cấp một lợng công suất phản kháng.
Giá trị hiệu dụng của điện áp trên tải:


1
( 2V sin  ) 2.d
 

Uc =

= V.

2  2  sin 2
2

Giá trị hiệu dụng của dòng tải:
V
R

Ic =

2 2 sin 2
2

.(

)

Công suất tác dụng cung cấp cho mạch t¶i:
2

P = UcIc = ( V ).(
R

2  2  sin 2
2

)

Nh vậy bằng cách làm biến đổi góc tõ 0 ®Õn  , ngêi ta co thĨ ®iỊu
2

chØnh đợc công suất tác dụng từ giá trị cực đại P =( V ) đến 0
R

1.2.3.2 Trờng 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 më, ta cã ph¬ng tr×nh:
L di =

2

i= - V

cos  +I0

dt

2
L

Vsin  t

H»ng sè tích phân I0 đợc xác định : khi = thì i=0. Cuối cùng nhận đợc biểu thức của dòng điện tải
i=

V

2

L

(cos - cos )

Giáo viên hớng dÉn: Ngun Trung Thµnh
Sinh
vien
thuc
Page 8

hien:pham

dinh

giap


Trờng ĐHSPKT Hng Yên
Đồ án môn học
Khoa Điện- Điện Tử
Môn: Điện Tử Công Suất
Góc đợc xác định bằng cách thay = và đặt i=0
= 2 - 
Khi  =  +  cho xung më T2
§Ĩ sơ đồ làm việc đợc nghiêm chỉnh khi tải thuần cảm thoả mÃn
+ . Do đó góc phải lằm trong giới hạn .


2

Thành phần sóng cơ bản lệch chéo. Sau điện áp nguồn v một góc độc
2

lập với góc
Giá trị hiệu dụng của dòng điện tải
Ic =

V
L

2( )(2 cos 2 ) 3 sin 2


Công suất mạch tải tiêu thụ là công suất phản kháng
1.2.3.3. Trờng hợp tải R + L

Hình7: Hình dáng dòng điện và điện áp đối với tải R-L

Khi tiristor T1 mở có phơng trình:
L di + Ri =
dt

i=

2

2

sin  t

V
R 2  (L) 2

sin(  

)+

R

Ae- L

Giáo viên hớng dẫn: Nguyễn Trung Thành
Sinh
vien
thuc
Page 9

hien:pham

dinh

giap


Trờng ĐHSPKT Hng Yên
Đồ án môn học
Khoa Điện- Điện Tử
Môn: Điện Tử Công Suất
Hằng dạng số tích phân A đợc xác định : Khi thì i = 0. Biểu thức
dòng tải i có dạng:
i=

V

2

2

R (L)

2

[ sin(   ) - sin(    )e


tg

]

BiÓu thøc này đúng trong khoảng đến
Góc đợc thay đổi bằng cách thay và đặt i= 0
Sin(



)- sin(




).e- tg

=0

Trong biểu thức trên: tg = L
R

Tiristor T1 phải đợc khoá lại trớc khi cho xung mở T2, nếu không thì không thể
mở đợc T2, tức

Để thoả mÃn điều kiện này ta phải có:

Hình 8: Hình dáng dòng điện và điện áp đối với tải thuần trở và thuần cảm

Điều đó nói lên rằng, ngay cả trờng hợp tải thuần trở, lới điện xoay chiều
vẫn phải cung cấp một lợng công suất phản kháng.
Giá trị hiệu dụng của điện áp trên tải:


1
( 2V sin ) 2.d


Uc =

= V.

2 2 sin 2
2

Giá trị hiệu dụng của dòng tải:
Ic =

V
R

.(

2 2 sin 2
2

)

Công suất tác dụng cung cấp cho mạch tải:
Giáo viên hớng dẫn: Nguyễn Trung Thµnh
Sinh
vien
thuc
Page 10

hien:pham

dinh

giap


Trờng ĐHSPKT Hng Yên
Khoa Điện- Điện Tử
2

P = UcIc = ( V ).(
R

2 2 sin 2
2

Đồ án môn học
Môn: Điện Tử Công Suất
)

Nh vậy bằng cách làm biến ®æi gãc  tõ 0 ®Õn  , ngêi ta có thể điều
2

chỉnh đợc công suất tác dụng từ giá trị cực đại P =( V ) đến 0
R

Phần ii. lựa chọn sơ đồ thiết kế

2.1 Chọn mạch động 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 lợi 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.
2.2. Chọn mạch điều khiển
Điều khiển Triac trong sơ đồ chỉnh lu hiện nay có rất nhiều phơng pháp
khác nhau thờng 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 ca 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 dơng 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:

Khầu đồng bộ

Khầu so sánh

Tạo xung &
khuyếch đại

Van động
lực

Hình 9: Sơ đồ khối các khâu trong mạch điều khiển

* Nhiệm vụ của các khâu trong sơ đồ khối nh sau:
1. Khâu đồng bộ: Có nhiệm vụ tạo ra điện áp tựa Urc tuyến tính trùng pha với
điện ¸p Anot (cùc G) cđa Thyristor (triac)
2. Kh©u so s¸nh: 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 U đk. Tìm thời điểm hai điện áp
Giáo viên hớng dẫn: Nguyễn Trung Thành
Sinh
vien
thuc
Page 11

hien:pham

dinh

giap


Trờng ĐHSPKT Hng Yên
Đồ án môn học
Khoa Điện- Điện Tử
Môn: Điện Tử Công Suất

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 va khuếch đại xung:
Có nhiệm vụ tạo xung phù hợp để mở Triac. Xung để mở Triac cần có các
yêu cầu: Sờn trớc dốc thẳng ®øng ®Ĩ ®¶m b¶o më Triac tøc thêi khi cã xung
điều khiển (Thờng 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 ®éng lùc (nÕu ®iƯn ¸p ®éng lùc qu¸ lín) ®đ công suất.
2.2.1. Nguyên lý hoạt động.
Tín hiệu điện áp cung cấp cho mạch điều khiển đợc đa đến khối đồng pha.
Đầu ra của khối này có điện áp thờng 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 ca ta có các điện áp răng ca đồng bộ về
tần số và góc pha với điện áp đồng bộ. Các điện áp này gọi là điện áp răng ca
Vrc. Điện áp răng ca Vrc đợc đa vào đầu vào của khối so sánh. Tại đó có một tín
hiệu khác nữa là điện áp một chiều điều chỉnh lấy từ ngoài. Hai tín hiệu này đợc mắc với cực tính sao cho tác động của chúng lên mạch so sánh là ngợc
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 ca có hai sờn trong đó có một sờn mà tại
đó thì đầu ra khối so sánh xuất hiện một xung điện áp thì sờn đó là sờn sử
dụng . Vậy ta cã thĨ thay ®ỉi thêi ®iĨm cđa xung xt hiƯn tại đầu ra khối so
sánh bằng cách thay đổi Vđk khi giữ nguyên dạng của Vrc
Trong một số trờng hợp xung ra khối so sánh đợc đa ngay đến đầu cực của
thiết bị cần điều khiển nhng trong đa số các trờng hợp thì tín hiệu ra khối so
sánh cha đủ yêu cầu cần thiết. Ngời ta phải thực hiện việc khuếch đại thay đổi
lại hình dáng xung. Các nhiệm vụ này đợc thực hiên bởi một mạch gọi là mạch
xung. Đầu ra của khối tạo xung và khuếch đại xung sẽ đợc một chuỗi xung
điều khiển có đủ các thông số yêu 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.

Phần Iii. Lựa chọn các khâu trong mạch điều khiển

3.1. Khâu đồng bộ và tạo xung răng ca
Để tạo điện áp răng ca ngời ta cã thĨ sư dơng tÝnh chÊt phãng, n¹p cđa tụ
điện. Việc kết hợp sử dụng tụ diện với diode, với tranzitor hay với diode quang
Giáo viên hớng dẫn: Nguyễn Trung Thµnh
Sinh
vien
thuc
Page 12

hien:pham

dinh

giap


Trờng ĐHSPKT Hng Yên
Đồ án môn học
Khoa Điện- Điện Tử
Môn: Điện Tử Công Suất
hình thành nên các bộ đồng pha khác nhau. Tuy nhiên chúng có chung một nhợc điểm là việc mở, khoá các tranzitor trong vùng điện áp lân cận 0 là thiếu
chính xác. Điều đó làm cho việc nạp, xả tụ trong vùng điện áp đồng pha lân
cận 0 không đợc nh ý muốn.
Để khắc phục nhợc ®iĨm ®ã ngêi ta sư dơng kh©u ®ång pha cã các vi
mạch chất lợng cao, kích thớc nhỏ gọn và cho chất lợng điện áp tựa tốt.
+12V

22K

A

103

B

220VAC

22K

33K

-12V

PC817

100K

Hình 10: Sơ đồ khâu đồng pha

3.2.Khâu so sánh
Muốn xác định thời điểm mở Triac, tiến hành so sánh hai tín hiệu U đk và
Urc . Việc so sánh các tín hiệu đó có thể đợc thực hiện bằng tranzistor . Tuy
nhiên, do mức độ bÃo hoà của transistor phụ thuộc vào tổng đại số U đk+Urc=Ub . Tổng đại số này có một vùng điện áp nhỏ bằng mV, làm cho tranzistor
không làm việc ở chế độ đóng cắt nh mong muốn. Do đó nhiều khi làm thời
điểm mở Thyristor bị lệch với thời điểm cần mở tại Uđk= Urc
Để khắc phục điều đó các khâu so sánh hiện nay sử dụng KĐTT ,KĐTT
có hệ số khuếch đại vô cùng lớn, chỉ cần một tín hiệu rất nhỏ (có mV) ở đầu
vào thì đầu ra đà có điện áp nguồn nuôi. Việc ứng dụng KĐTT làm khâu so
sánh là hợp lý.

Giáo viên hớng dÉn: Ngun Trung Thµnh
Sinh
vien
thuc
Page 13

hien:pham

dinh

giap


Trờng ĐHSPKT Hng Yên
Khoa Điện- Điện Tử
TL082P
22K

-12V

Đồ án môn học
Môn: Điện Tử Công Suất
10K

22K

50K
Hình 11: Khâu so sánh

3.3. Khâu khuếch đại và tạo xung
Với nhiệm vụ tạo xung phù hợp để mở Triac, tầng khuếch đại cuối cùng đợc thiết kế bằng tranzistor công suất. Để có xung dạng kim gửi tới Triac ta
dùng biến áp xung. Để có thể khuếch đại công suất ta dùng trazistor công suất
hoặc dùng 2 tranzistor công suất nối tầng theo sơ đồ Darlington. Diode D dùng
để bảo vệ transistor và cuộn dây sơ cấp BAX khi transistor khoá đột ngột.
Trong thực tế xung điều khiển chỉ cần có độ rộng bé mà thời gian mở
thông của các tranzistor công suất dài (tối đa tới một nửa chu kỳ=0.01s) làm
cho công suất toả nhiệt d của tranzistor quá lớn và kích thớc dây quấn sơ cấp
biến áp xung lớn.
+24v

BAX

T1 T2

74LS00
Z2

Z3
Z4

X

Z1

Y

H1061

1K

Hình 12: Khâu tạo xung và khuếch đại

Nguyên lý hoạt động :
Giáo viên hớng dẫn: Ngun Trung Thµnh
Sinh
vien
thuc
Page 14

hien:pham

dinh

giap


Trờng ĐHSPKT Hng Yên
Đồ án môn học
Khoa Điện- Điện Tử
Môn: Điện Tử Công Suất
+ Khi điện áp so sánh U 2 có mức logic U2 = 0 thì đầu ra khối NAND1 số 1 có
mức logic 1(A = 1). Đầu ra khèi NAND2 cã møc logic 0 (B = 0). Đầu vào
khối NAND3 có mức logic 0(C = 0) §Çu ra khèi NAND3 cã møc 1 (D = 1)
 ®Çu ra khèi NAND4 cã møc 0 (F = 0)
+ Khi U2 = 1  A = 0,B = 1, tụ C đợc lạp qua điện trở R8 lúc đầu UR= 1. Do ®ã
D = 0  F=1. Sau thêi gian t = R.C th× UR = 0 th× D = 1 và F = 0
+ Độ rộng xung ra lµ tiÕp xóc phơ thc vµo h»ng sè thêi gian R.C ta chọn tụ
R8 = 1
Tuy nhiên, ngày nay các mạch cổ điển nh trên thờng đợc thay thế bằng các IC

tích hợp đầy đủ các khâu, với kết cấu nhỏ gọn, giá thành rẻ và đạt đợc độ chính
xác rất cao. IC TCA 785 là một vi mạch nh vậy
3.4. Giới thiệu và khảo sát vi mạch tca785
Vi mạch TCA 785 là vi mạch phức hợp thực hiện đợc 4 chức năng của một
mạch điều khiển: tạo điện áp đồng bộ, tạo điện áp răng ca đồng bộ, so sánh và
tạo xung ra.
3.4.1. 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
ca

2

Q *2*

Đầu ra 2 đảo

10

C10

Tụ tạo mạch răng ca

3

QU

Đầu ra U

11

V11

Điện áp điều khiển

4

Q 1*

Đầu ra 1 đảo

12

C12

Tụ tạo độ rộng xung

5

VSYNC

Điện áp đồng 13
bộ

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

Giáo viên hớng dẫn: Ngun Trung Thµnh
Sinh
vien
thuc
Page 15

hien:pham

dinh

giap

Trờng ĐHSPKT Hng Yên
Khoa Điện- Điện Tử

Đồ án môn học
Môn: Điện Tử Công Suất

Hình 13: dạng sóng và chức năng của các chân TCA785

3.4.2. Các thông số của TCA 785.

Giáo viên hớng dẫn: Nguyễn Trung Thành
Sinh
vien
thuc
Page 16

hien:pham

dinh

giap


Trờng ĐHSPKT Hng Yên
Khoa Điện- Điện Tử

Thông số

Dòng tiêu thụ

I.S
Điện áp vào điềukhiển,chân11 V11
Trở kháng vào

R11

Mạch tạo răng ca
Dòng nạp tụ
I10
Biên độ của răng ca
V10
Điện trở mạch nạp
Thời gian sờn ngắn của xung R9
răng ca
TP
Tín hiệu cấm vào, chân 6
Cấm
Cho phép
Độ rộng xung ra, chân13
Xung hẹp
Xung rộng

Xung ra, chân 14, 15
Điện áp ra mức cao
Điện áp ra mức thấp
Độ rộng xung hẹp
Độ rộng xung rộng

Đồ án môn học
Môn: Điện Tử Công Suất

Giá trị Giá trị Giá
Đơn
nhỏ
tiêu
trị
vị
nhất
biều
lớn
F =50Hz nhấ
Vs = 5v
t
4,5
6,5
10
mA
0,2
V10max V

V6I
V6H

15
10

K
1000
VS-2

A

V

3

80

300

K
S

2,5

4

3,3
3,3

V
V

V13
H
V13
L

3,5

2,5

3,5

2,5

V
V

V14/
15L
V14/
15L
tp
tp

VS-3
0,3
20
530

VS-2,5
0,8
30
620

VS1,0
2
40
760

V

V

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

2,8

3,1
2 x10-4

S
S/

nF

3,4
V
5x10- 1/K
4

Tính toán các phần tử bên ngoài:
Giáo viên hớng dẫn: Nguyễn Trung Thành
Sinh
vien
thuc
Page 17

hien:pham

dinh

giap


Trờng ĐHSPKT Hng Yên
Khoa Điện- Điện Tử
Tụ răng ca: C10

Đồ án môn học
Môn: Điện Tử Công Suất
Min = 500pF; Max = 1 F
V11 .R9 .C10
V REè .K

Thời điểm phát xung:

tTr =

Dòng nạp tụ:

I10 =

Điện áp trên tụ:

V10 =

V REè K

R9
V REÌ .K .t
R9 .C10

TCA 785 do h·ng Siemen chÕ tạo, đợc sử dụng để điều khiển các thiết bị
chỉnh lu, thiết bị chỉnh dòng điện áp xoay chiều.
Có thể ®iỊu chØnh gãc  tõ 00 ®Õn 1800 ®iƯn. Th«ng 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 ca: Ur max = (US - 2)V
+ Điện trở trong mạch tạo điện áp răng ca: R9 = 20K 500K
+ Điện áp điều khiển: U11 = -0,5 (US-2)V
+ Dòng điện đồng bộ: IS = 200 A
+ Tụ ®iƯn: C10 = 0,5  F
+ TÇn sè xung ra: f = 10 500 Hz
3.4.3. Sơ đồ chức năng chân của vi mạch TCA785

Giáo viên hớng dẫn: Nguyễn Trung Thµnh
Sinh
vien
thuc
Page 18

hien:pham

dinh

giap

Trờng ĐHSPKT Hng Yên
Khoa Điện- Điện Tử

Đồ án môn học
Môn: Điện Tử Công Suất

Hình 14: sơ đồ khối chức năng chân của tca785

3.4.4. Sơ đồ mạch ứng dụng TCA785 điều khiển Triac trong mạch điều áp

Giáo viên hớng dẫn: Nguyễn Trung Thµnh
Sinh
vien
thuc
Page 19

hien:pham

dinh

giap


Trờng ĐHSPKT Hng Yên
Khoa Điện- Điện Tử

Đồ án môn học
Môn: Điện Tử Công Suất

Phần iv. tính toán thiết kế chế tạo mô hình

4.1. Tính chọn van động lực.
Van động lực đợc lựa chọn dựa vào các yếu tố cơ bản là: dòng tải sơ đồ đÃ
chọn, điều kiện toả nhiệt, điện áp làm việc.
Dòng điện tối đa chạy qua tải và van: Imax = 1 A.
Dòng điện Imax = 1 A đợc coi là dòng lớn nhất để chọn van. Với dòng điện
không quá lớn nh thế này, tổn hao khi van dẫn là không quá lớn. Nên ta chọn
điều kiện làm việc có cánh tản nhiệt đủ diện tích làm mát. Không cần quạt đối
lu không khí. Để an toàn cho phép van làm việc với 20% Iđm.
Dòng điện định mức của triac cần chọn:
Iđm =

100
20

= 5 A. s

Điện áp làm việc cực đại của triac:
Ulv Max = 2 .250 = 354 V.
Giả sử cho phép van dự trữ điện áp Kdt = 2. Điện áp của triac cần chọn:
UđmT = 2.354 = 708 V.
Từ hai thông số dòng điện và điện áp cần có ở trên ta chọn loại van la Triac
Giáo viên hớng dẫn: Nguyễn Trung Thành
Sinh
vien
thuc
Page 20

hien:pham

dinh

giap