THIẾT kế bộ điều áp XOAY CHIỀU một PHA điều KHIỂN tốc độ ĐỘNG cơ

- Đồ án môn học số 3-
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
Khóa học : 2009-2013
Ngành học : Tự động hóa công nghiệp
Lớp : ĐK7.1
ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU ÁP XOAY CHIỀU MỘT PHA
ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ
Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Trung Thành
Nhóm sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Đông
Nguyễn Quang Đức
Phạm Đình Giáp



Hưng Yên, ngày 06 tháng 06 năm 2011
1
- Đồ án môn học số 3-

ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU ÁP XOAY CHIỀU MỘT PHA
I-Số liệu cho trước:
-Dòng xoay chiều với các thông số:
U=220V; I=5A; f=50Hz
-Đông cơ với các thông số: P=370w
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.

Ngày giao đề tài: 24/03/2011
Ngày hoàn thành :06/06/2011
2
- Đồ án môn học số 3-

MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU 4
PHẦN I.CƠ SỞ LÝ THUYẾT 5
1.1 .Động cơ điện xoay chiều một pha..…………………………………………5
1.2 .Bộ điều áp xoay chiều một pha……………………………………………...7
1.2.1.Giới thiệu một số sơ đồ mạch động lực……………………………………7
1.2.2.Giới thiệu về phần tử bán dẫn triac………………………………………..11
1.2.3.Điều áp xoay chiều một pha ứng với các loại tải………………………….12
PHẦN II.LỰA CHỌN SƠ ĐỒ THIẾT KẾ MẠCH
2.1.Chọn mạch động lực…………………………………………………………18
2.2.Chọn mạch điều khiển……………………………………………………….18
2.2.1.Giới thiệu về TCA785……………………………………………………...20
PHẦN III.TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÔ HÌNH
3.1.Sơ đồ khối…………………………………………………………………….25
3.1.1Khối nguồn…………………………………………………………………..25
3.1.2.Mạch điều khiển…………………………………………………………….26
3.1.3.Chọn phần tử cách ly………………………………………………………..26
3.1.4.Tính chọn van động lực……………………………………………………..29
3.1.5.Chọn thiết bị bảo vệ…………………………………………………………31

3.2.Sơ đồ nguyên lý toàn mạch…………………………………………………...33
3.3.Sơ đồ bố trí linh kiện………………………………………………………..35
LỜI KẾT 36
3
- Đồ án môn học số 3-
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, chế tạo bộ điều áp xoay chiều một pha”. 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 hướng dẫn , 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 sinh viên:
Nguyễn Văn Đông
Nguyễn Quang Đức
Phạm Đình Giáp
4
- Đồ án môn học số 3-
PHẦN I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1.1.Động cơ điện xoay chiều một pha

1.1.1.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.
1.1.2. 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
5
- Đồ án môn học số 3-
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.
Chức năng của các linh kiện trong sơ đồ hình 15 - 4:
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 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.
6
- Đồ án môn học số 3-
-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. 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 Z
f
là điện trở ) hay cosϕ thấp(nếu Z
f

là điện cảm ).
7

- Đồ án môn học số 3-
Hình 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 U
2
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 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:
8
U
1
Z
f

U
2
i
Z
a
U
2
b
TBB§
U
2
U
1
C
U
1
i
Z
Z
i
- Đồ án môn học số 3-
Sơ đồ kinh điển hình 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.
9
T
2
Z
T
1
U
1
Z
T
U
1
a.
D
2
Z
T
U
1
D
1
D
3
D

4
d.
b.
Hình 2 Sơ đồ điều áp xoay chiều một pha bằng bán dẫn
a. bằng hai tiristor song song ngược; b. bằng triac; c. bằng một
tiristor một diod; d. bằng bốn diod một tiristor
Z
U
1
c.
D
1
T
1
T
2
D
2
- Đồ án môn học số 3-



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.B. Sơ đồ này có ưu điểm là
các đường cong điện áp ra gần như mong muốn như hình 3.a, 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.B ít dùng.

Sơ đồ hình 2.C có hai tiristor và hai điốt có thể được dùng chỉ để nối các cực
điều khiển đơn giản, sơ đồ này có thể được dùng khi điện áp nguồn cấp lớn
(cần phân bổ điện áp trên các van, đơn thuần như việc mắc nối tiếp các van).
Sơ đồ hình 2D trước đây thường được dùng, khi cần điều khiển đối xứng điện
áp trên tải, vì ở đây chỉ có một tiristor một mạch điều khiển nên việc điều khiển đối
xứng điện áp dễ dàng hơn. Số lượng tiristor ít hơn, có thể sẽ có ưu điểm hơn khi
van điều khiển còn hiếm. Tuy nhiên, việc điều khiển theo sơ đồ này dẫn đến tổn
10
U
U
Tả
i
t
b
α
1
α
2
U
U
Tả
i
t
a
α
α
Hình 3. Hình dạng đường cong điện áp điều khiển
a- Mong muốn b- Không mong muốn