Nghiên cứu xây dựng và mô phỏng một số bài thí nghiệm về nguồn ổn áp một chiều, phục vụ công tác đào tạo của trường cao đẳng nghề mỏ hữu nghị vinacomin, uông bí quảng ninh

Bộ giáo dục và đào tạo
Trờng đại học mỏ - địa chất hà nội

Lê Ngọc lợi

Nghiên cứu xây dựng và mô phỏng một số bài thí nghiệm về
nguồn ổn áp một chiều,
chiều, phục vụ công tác đào tạo của
trờng cao đẳng nghề mỏ hữu nghị vinacomin,
uông bí quảng ninh

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

hà nội - 2012


Bộ giáo dục và đào tạo
Trờng đại học mỏ - địa chất hà nội

Lê Ngọc lợi

Nghiên cứu xây dựng và mô phỏng một số bài thí nghiệm về
nguồn ổn áp một chiều,
chiều, phục vụ
vụ công tác đào tạo của
trờng cao đẳng nghề mỏ hữu nghị vinacomin,
uông bí quảng ninh

Chuyên ngành: điện khí hoá mỏ
M số: 60.52.52

Luận văn thạc sÜ kü tht
Ng−êi h−íng dÉn khoa häc
PGS.TS. Kim ngäc linh

hµ néi – 2012


Lời cam đoan
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Những nội
dung trình bày trong luận văn do chính bản thân tôi thực hiện. Các số liệu, kết
quả tính toán trong luận văn là trung thực và cha từng đợc ai công bố trong
bất kỳ công trình nào khác.
Hà Nội, ngày 2 tháng 4 năm 2012
Tác giả luận văn

Lê Ngọc Lợi


Lời cảm ơn
Sau một thời gian làm việc nghiêm túc, đến nay luận văn của tác giả đ
đợc hoàn thành.
Trong thời gian nghiên cứu, thực hiện luận văn, tác giả đ đợc sự giúp
đỡ chỉ bảo tận tình của ngời hớng dẫn khoa học PGS.TS. Kim Ngọc Linh và
các thầy cô trong bộ môn Điện khí hoá. PGS.TS. Kim Ngọc Linh không chỉ
gợi ý đề tài mà còn đa ra nhiều ý kiến quí báu để tác giả có thể giải quyết
đợc những vấn đề khó khăn nảy sinh trong quá trình thực hiện luận văn.
Cảm ơn gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đ quan tâm, động viên và giúp
đỡ tác giả trong suốt quá trình thực hiện luận văn.
Mặc dù đ có nhiều cố gắng, song luận văn có thể không tránh đợc các
khiếm khuyết và thiếu sót. Tác giả mong nhận đợc những ý kiến đóng góp

của các nhà khoa học, các thầy cô và bạn bè đồng nghiệp cho nội dung của
luận văn.
Xin chân thành cám ơn!

Tác giả luận văn


mục lục
Trang phụ bìa..
Lời cam đoan..
Mục lục..
Danh mục các hình vẽ và đồ thị
Mở đầu..1
Chơng 1: Giới thiệu tổng quan về Trờng Cao Đẳng nghề mỏ Hữu Nghị
Vinacomin, Uông Bí Quảng Ninh............................................................3
1.1 Giới thiệu chung..3
1.2 Xu thế phát triển của Trờng...5
1.3 Giới thiệu hệ thống phòng thí nghiệm điện - điện tử hiện tại ....5
1.4 Kết luận...8
Chơng 2: Nghiên cứu xây dựng một số bài thí nghiệm về bộ nguồn ổn áp
một chiều..........................................................................................................9
2.1 Bài thí nghiệm về mạch ổn áp một chiều kiểu tham số...9
2.1.1 Mục đích thÝ nghiƯm ……………………………………………………9
2.1.2 C¬ së lý thut…………………………………………………………..9
2.1.3 ThiÕt kÕ s¬ đồ thí nghiệm...12
2.2 Bài thí nghiệm về mạch ổn áp một chiều có khâu điều chỉnh (ổn áp có hồi
tiếp)..20
2.2.1 Mục đích thí nghiệm...20
2.2.2 Cơ sở lý thuyết20
2.2.3 Thiết kế sơ đồ thí nghiệm.......................................................................27

2.3 Bài thí nghiệm về mạch ổn áp kiểu đóng ngắt (ổn áp xung).....................35
2.3.1 Mục đích thí nghiƯm .............................................................................35
2.3.2 C¬ së lý thut........................................................................................36
2.3.2.1 Tổng quan về bộ nguồn ổn áp xung…………………………………36


2.3.2.2 Phơng pháp điều chế độ rộng xung...................................................41
2.3.2.3 Cỏc b băm xung áp một chiều cơ bản trong các bộ n ỏp xung....44
2.3.3 Thiết kế sơ đồ thí nghiệm...................52
2.3.3.1 Mạch điều chế độ rộng xung……………………...............................52
2.3.3.2 Thí nghiệm mạch băm xung nối tiếp (BUCK)………………………54
2.3.3.3 Thí nghiệm mạch băm xung song song (BOOST)..............................57
2.3.3.4 Thí nghiệm mạch băm xung nối tiếp- song song (BUCK-BOOST)...60
Chơng 3: Mô phỏng một số bài thí nghiệm về nguồn ổn áp một chiều
công suất nhỏ.................................................................................................63
3.1 Giới thiệu về phần mềm mô phỏng ...63
3.1.1 Giới thiệu phần mềm Multisim 10..........................................................63
3.1.2 Các chức năng chính của Multisim 10...64
3.1.3 Giao diện của Multisim 10.64
3.1.4 Các bớc tiến hành mô phỏng bằng Multisim10....................................67
3.2 Bài thí nghiệm mạch ổn áp kiểu tham số...................................................68
3.2.1 Mạch ổn áp kiểu tham số một cấp điện áp ra.........................................68
3.2.2 Mạch ổn áp kiểu tham số có Tranzito mắc nối tiếp................................69
3.2.3 Mạch ổn áp kiểu tham số có Tranzito mắc Đa - ling - ton....................70
3.2.4 Mạch ổn áp kiểu tham số có Tranzito mắc song song............................71
3.3 Bài thí nghiệm mạch ổn áp một chiều có khâu điều chỉnh.......................73
3.4 Bài thí nghiệm mạch ổn áp kiểu đóng ngắt(ổn áp xung)...........................74
3.4.1 Mạch điều chế độ rộng xung..................................................................74
3.4.2 Mạch băm xung nối tiếp (Buck).............................................................76
3.4.3 Mạch băm xung xung song song (Boost)...................................77

3.4.4 Mạch băm xung nối tiếp - song song (Buck - Boost) ...........................78
Kết luận và kiến nghị80
Tài liệu tham khảo .81


Danh mục các hình và đồ thị
ST
T

Nội dung

Hình

Sơ đồ bộ máy quản lý của Trờng Cao đẳng nghề

Tra
ng

1

Hình 1-1

2

Hình 2.1

ổn áp dùng điôt Zener

9

3

Hình 2.2

Mạch ổn áp dùng hai điôt Zener và điôt thờng

10

4

Hình 2.3

Mạch ổn áp có khâu khuếch đại

10

5

Hình 2.4

Mạch ổn áp nối tiếp

11

6

Hình 2.5

Mạch ổn áp song song

11

7

Hình 2.6 Mạch ổn áp dùng tranzito ghép Đa-ling-tơn

8

Hình 2.7

9

Hình 2.8

10

Hình 2.9

11

Hình 2.10

12

Hình 2.11 Sơ đồ khối mạch ổn áp có khâu hồi tiếp

21

13

Hình 2.12 Sơ đồ nguyên lý mạch ổn áp có khâu hồi tiếp

21

14 Hình 2.13

Hữu Nghị

Sơ đồ thí nghiệm mạch ổn áp dùng điôt Zener
Sơ đồ thí nghiệm mạch ổn áp có tranzito
mắc nối tiếp
Sơ đồ thí nghiệm mạch ổn áp có tranzito mắc
Đa-ling-tơn
Sơ đồ thí nghiệm mạch ổn áp có tranzito mắc
song song

Mạch ổn áp có khâu hồi tiếp dùng khuếch đại
thuật toán

4

12
12
14

16

18

22

15

Hình 2.14 Sơ đồ nguyên lý một bộ nguồn ổn áp thực tế

23

16

Hình 2.15 Mạch ổn áp dùng IC

25

17

Hình 2.16 Bộ nguồn ổn áp lỡng cực dùng IC

25

18

Hình 2.17 Giải pháp tăng điện áp ra của IC ổn áp

25

19

Hình 2.18 Giải pháp tăng dòng ®iƯn ra cđa IC ỉn ¸p

26

20

Hình 2.19 Mạch IC ổn áp có điều chỉnh đợc điện áp ra

21

Hình 2.20

22

Hình 2.21 Mạch thí nghiệm ổn áp có khâu điều chỉnh dùng IC

23

Hình 2.22

24

Hình 2.23

25

Hình 2.24

26

Hình 2.25 Sơ đồ chức năng của nguồn ổn áp xung

27

Hình 2.26

28

Hình 2.27 Sơ đồ khối IC ổn áp xung LM2576

40

29

Hình 2.28 Sơ đồ nguyên lý mạch ổn áp xung dùng IC LM2576

40

30

H×nh 2.29

31

H×nh 2.30 Sơ đồ nguyên lý mạch tạo xung tam giỏc hai cc tớnh

42

32

Hình 2.31 Tạo răng ca một cực tính từ răng ca hai cực tính

43

33

Hình 2.32 Bm xung một chiều nối tiếp tải RL

44

34

H×nh 2.33 Băm xung một chiều song song

48

35

H×nh 2.34 Băm xung một chiều nối tiếp-song song

50

36

H×nh 2.35 Sơ đồ thí nghiệm mạch điều chế độ rộng xung

53

37

H×nh 2.36

38

H×nh 2.37 Sơ đồ thí nghiệm băm xung song song (BOOST)

39

Hình 2.38

Mạch thí nghiệm ổn áp có khâu điều chỉnh dùng
tranzito
Mạch thí nghiệm về giải pháp tăng điện áp ra của
IC ổn áp
Mạch thí nghiệm về giải pháp tăng dòng điện ra của
IC ổn áp
Nguyên lý mạch khoá và giản đồ thời gian mạch
ổn áp xung
Sơ đồ chức năng nguồn ổn áp xung không dùng biến
áp nguồn

S đồ khối mạch điều chế độ rộng xung và
đồ thị điện áp

Sơ đồ thí nghiệm mạch băm xung áp một chiều nối
tiếp (BUCK)

Sơ đồ thí nghiệm băm xung nối tiếp-song song
(BUCK-BOOST)

27
27

31
32

33

36
38
39

41

54
57
60


40

Hình 3.1

Giao diện của Multisim 10

64

41

Hình 3.2

Nhóm giá trị thực và ảo của linh kiện ANALOG

65

42

Hình 3.3

Th viện nguồn điện

65

43

Hình 3.4

Th viện các phần tử basic

66

44

Hình 3.5

Th viện các phần tử Diode

66

45

Hình 3.6

Th viện các phần tử Transistor

67

46

Hình 3.7

Th viện các phần tử Indicator

67

47

Hình 3.8

Sơ đồ thí nghiệm mạch ổn áp dùng điôt Zener

68

48

Hình 3.9

49

Hình 3.10

50

Hình 3.11 Sơ đồ thí nghiệm mạch ổn áp Tranzito mắc song song

51

Hình 3.12

52

Hình 3.13 Sơ đồ thí nghiệm mạch điều chế độ rộng xung

74

53

Hình 3.14 Dạng sóng tín hiệu đầu ra của U1, U2

75

54

Hình 3.15 Dạng sóng tín hiệu điện áp răng ca hai cực tính

75

55

Hình 3.16 Dạng sóng tín hiệu tại đầu ra U3

76

56

Hình 3.17 Sơ đồ thí nghiệm mạch băm xung nối tiếp

76

57

Hình 3.18 Sơ đồ thí nghiệm mạch băm xung song song

77

58

Hình 3.19 Sơ đồ thí nghiệm mạch băm xung nối tiếp song song

78

Sơ đồ thí nghiệm mạch ổn áp Tranzito mắc
nối tiếp
Sơ đồ thí nghiệm mạch ổn áp Tranzito mắc Đa ling ton
Sơ đồ thí nghiệm mạch ổn áp có khâu điều chỉnh dùng
tranzitor

69

70
72
73

1

mở đầu
1. Tính cấp thiết của đề tài
Việc đào tạo ra ngời công nhân vừa nắm vững lý thuyết, vừa giỏi thực
hành, đáp ứng đợc nguồn nhân lực cho x hội là nhu cầu cấp thiết trong nền
kinh tế hội nhập. Đây cũng chính là mục tiêu, chiến lợc đào tạo của các
trờng nghề ngày nay và trong tơng lai, trong đó có Trờng Cao Đẳng nghề
mỏ Hữu Nghị - Vinacomin. Với chiến lợc phát triển của trờng về quy mô và
chất lợng đào tạo, đòi hỏi Nhà trờng trong những năm tới cần phải xây dựng
một hệ thống các phòng thí nghiệm, thực hành đồng bộ, hiện đại, đáp ứng yêu
cầu đào tạo nguồn nhân lực vừa có kiến thức lý thuyết, vừa có kỹ năng thực
hành cao. Vì vậy, việc nghiên cứu xây dựng và mô phỏng các bài thí nghiệm,
thực hành cho các môn học trong chơng trình đào tạo của trờng nói chung,
trong đó có các môn học về kỹ thuật điện-điện tử có tính cấp thiết.
2. Mục đích nghiên cứu
Nghiên cứu xây dựng và mô phỏng một số bài thí nghiệm về nguồn ổn
áp một chiều phục vụ công tác đào tạo của Trờng Cao Đẳng nghề mỏ Hữu
Nghị - Vinacomin, Uông Bí - Quảng Ninh.
3. Đối tợng và phạm vi nghiên cứu
Đối tợng nghiên cứu của luận văn là các bài thí nghiệm về nguồn ổn
áp một chiều công suất nhỏ phục vụ công tác đào tạo cho trờng Cao đẳng
nghề Hữu Nghị-Vinacomin.
Phạm vi nghiên cứu của luận văn là một số mạch ổn ¸p th«ng dơng nh−
ỉn ¸p kiĨu tham sè, ỉn ¸p có khâu hồi tiếp và mạch ổn áp xung đơn giản.
4. Nội dung nghiên cứu
- Đánh giá tổng quan về hệ thống phòng thí nghiệm Điện-Điện tử của
Trờng Cao Đẳng nghề mỏ Hữu Nghị Vinacomin

2
- Nghiên cứu thiết kế một số bài thí nghiệm về nguồn ổn áp một chiều
phục vụ công tác đào tạo cho Trờng Cao đẳng nghề Hữu Nghị-Vinacomin.
- Nghiên cứu mô phỏng các bài thí nghiệm trên máy vi tính bằng phần
mềm thích hợp.
5. Phơng pháp nghiên cứu
Sử dụng phơng pháp nghiên cứu lý thuyết và phơng pháp mô phỏng
bằng các phần mềm kỹ thuật.
6. ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Đề tài đ thiết kế và mô phỏng đợc một số bài thí nghiệm về nguồn ổn
áp một chiều phù hợp với điều kiện thực tế của Trờng Cao đẳng nghề mỏ
Hữu Nghị - Vinacomin, Uông Bí - Quảng Ninh. Kết quả của đề tài góp phần
nâng cao chất lợng khâu thực hành, thí nghiệm của sinh viên, đồng thời đóng
góp vào việc xây dựng th viện các bài thí nghiệm ảo về Kỹ thuật điện tử.
7. Cấu trúc luận văn
Luận văn gồm phần Mở đầu, Kết luận và 3 ch−¬ng.
Ch−¬ng I: Giíi thiƯu tỉng quan vỊ Tr−êng Cao Đẳng nghề mỏ Hữu
Nghị Vinacomin, Uông Bí Quảng Ninh và hệ thống phòng thí nghiệm,
thực hành về điện-điện tử của trờng.
Chơng II: Nghiên cứu xây dựng một số bài thí nghiệm về bộ nguồn ổn
áp một chiều phục vụ công tác đào tạo của Trờng Cao Đẳng nghề mỏ Hữu
Nghị - Vinacomin, Uông Bí Quảng Ninh.
Chơng III: Mô phỏng một số bài thí nghiệm về bộ nguồn ổn áp một
chiều công suất nhỏ.
Kết luận, kiến nghị
Tổng cộng gồm 80 trang, 58 hình vẽ.
Sau đây là nội dung luận văn.

3
Chơng 1
Giới thiệu tổng quan về Trờng Cao Đẳng nghề mỏ
Hữu Nghị Vinacomin, Uông Bí Quảng Ninh.
1.1 Giới thiệu chung
Trờng Cao Đẳng nghề mỏ Hữu Nghị Vinacomin nằm trên quốc lộ
18A, phờng Thanh Sơn thành phố Uông Bí tỉnh Quảng Ninh.
Trờng Cao đẳng nghề mỏ Hữu Nghị - VINACOMIN tiền thân là Trờng
công nhân kỹ thuật mỏ, đợc thành lập năm 1976. Năm 2006 trờng đợc
nâng cấp thành Trờng Cao đẳng nghề mỏ Hữu Nghị - VINACOMIN theo
quyết định số 1993/QĐ-LĐTBXH ngày 29/12/2006 của Bộ lao động thơng
binh và x hội.
Sau hơn 35 năm xây dựng và phát triển, Trờng Cao đẳng nghề mỏ Hữu
Nghị - VINACOMIN đ làm tốt công tác đào tạo nguồn nhân lực cho ngành
công nghiệp khai thác than và khoáng sản cũng nh các ngành nghề khác
phục vụ yêu cầu x hội. Từ ngày thành lập đến nay, Trờng đ đào tạo trên
20.000 công nhân kỹ thuật lành nghề, đào tạo bồi dỡng trên 500 cán bộ chỉ
huy sản xuất, liên kết đào tạo đại học tại chức với các trờng đại học với trên
1.800 sinh viên.
Hiện nay Trờng Cao Đẳng nghề mỏ Hữu Nghị Vinacomin đào tạo
công nhân kỹ thuật lành nghề theo 03 cấp trình độ: Trung cấp nghề, Sơ cấp
nghề và Cao đẳng nghề.
Bộ máy l nh đạo của Nhà trờng đợc tổ chức và vận hành theo hệ
thống quản lý chất lợng theo tiêu chuẩn ISO9001 phiên bản 2008. Trách
nhiệm, quyền hạn, nghĩa vụ đợc xây dựng tới từng cán bộ, viên chức và công
nhân trong Trờng. Sơ đồ bộ máy tổ chức của nhà Trờng và phân công phụ
trách của Ban Giám Hiệu nên trên hình 1-1.


4

Hình 1-1. Sơ đồ bộ máy quản lý của Trờng Cao đẳng nghề Hữu Nghị
Tổng số các bộ công nhân viên chức của Nhà trờng hiện nay là 125
ngời, trong đó trình độ Đại học: 94 ngời; Sau đại học: 14 ngời; Nghiên cứu
sinh: 03 ngời; Cao đẳng: 13 ngời; Trung cấp CN và thợ bậc cao: 14
ngời.


5
1.2 Xu thế phát triển của Trờng
Tầm nhìn đến năm 2020: Phấn đấu trở thành cơ sở đào tạo chất lợng
cao, hội nhập quốc tế, đáp ứng yêu cầu nguồn nhân lực cho công cuộc Công
nghiệp hóa Hiện đại hóa đất nớc và trở thành trung tâm nghiên cứu khoa
học, ứng dụng và chuyển giao công nghệ phục vụ các yêu cầu phát triển ngành
và các thành phần kinh tế khác.
Sứ mạng đến năm 2015: Xây dựng môi trờng văn hoá nhân văn, tạo cơ
hội để ngời học tự học suốt đời. áp dụng công nghệ thông tin trong dạy học, nâng cao tính cạnh tranh đảm bảo sự phát triển bền vững của Trờng, góp
phần gia tăng thơng hiệu của VINACOMIN.
Chính sách chất lợng đến năm 2013:
1.

Đào tạo nguồn nhân lực chất lợng phù hợp với yêu cầu Công

nghiệp hóa Hiện đại hóa đất nớc vì lợi ích của cộng đồng.
2.

Cải tiến liên tục chơng trình, phơng pháp dạy-học và cách quản

lý của Trờng theo xu thế hội nhập khu vực và thế giới.
3.

áp dụng công nghệ thông tin vào dạy - học, vào quản lý hớng

tới ngời học, ngời sử dụng lao động và x hội.
4.

Phát huy mọi tiềm năng và sự công hiến của tất cả các thành

viên, quan hệ mật thiết với khách hàng, đáp ứng ngày càng cao yêu cầu
nguồn nhân lực của x hội.
1.3 Giới thiệu hệ thống phòng thí nghiệm điện - điện tử hiện tại
Hệ thống các phòng thí nghiệm và thực hành về điện của trờng đào tạo
nghề mỏ Hữu Nghị đợc Liên Xô cũ giúp đỡ xây dựng và lắp đặt từ năm
1979. Các mô hình, thiết bị ở đây đợc lắp đặt nhằm giới thiệu, làm thí
nghiệm và thực hành cho học sinh học nghề. Tuy nhiên trong những năm gần
đây chất lợng tay nghề của ngời thợ khi ra trờng đòi hỏi ngày một nâng
cao. Nhà trờng đ không ngừng đầu t trang thiết bị giảng dậy, các mô hình


6
häc cị, c¸c bé thÝ nghiƯm c¸c m¸y mãc, thiÕt bị điều khiển vào sản xuất,
nhằm thay thế dần các mô hình thí nghiệm đ cũ, các thiết bị ít đợc sử dụng
trong sản xuất khai thác than hiện nay. Cụ thể đối với phòng thí nghiệm nhà
trờng đ đầu t thêm một số bộ thí nghiệm về điện đợc sản xuất trong nớc,
đối với các phòng thực hành đ trang bị thêm một phòng thực hành tự động
hoá quá trình sản xuất.
Hiện nay nhà trờng có một phòng thí nghiệm về điện, 03 phòng thực
hành chuyên môn nghề sửa chữa điện mỏ, 01 phòng thực hành tự động hoá.
1.3.1 Đối với phòng thí nghiệm
Trang thiết bị điện, mô hình phục vụ công tác thí nghiệm về điện trong

phòng thí nghiệm của trờng đợc lắp đặt, sắp xếp làm thí nghiệm cho các
môn học nh: Điện kỹ thuật, Máy điện, Đo lờng điện có các mô hình thí
nghiệm nh sau:
- Mô hình thí nghiệm áp dụng định luật Ôm.
- Bảng thí nghiệm về mạch điện xoay chiều một pha có R- C- L mắc
song song, nối tiếp.
- Mô hình thí nghiệm nguyên lý tạo ra sức điện động xoay chiều điều
hòa.
- Bộ thí nghiệm máy phát điện một pha, ba pha.
- Bộ thí nghiệm động cơ một chiều, xoay chiều mét pha, ba pha.
- Bé thÝ nghiƯm ®iƯn gia dơng.
- Bộ thí nghiệm điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha.
- Mô hình thí nghiệm khởi động động cơ 3 pha bằng các phơng pháp:
đổi nối sao sang tam giác, mắc biến trở vào mạch rô to dây quấn, sử dụng biến
áp tự ngẫu.
- Mô hình thí nghiệm phụ tải ba pha đấu sao và tam giác.
- Mô hình thí nghiệm nguyên lý khuếch đại từ một pha, ba pha.
- Mô hình chỉnh lu dòng điện xoay chiều 3 pha bằng điốt bán dẫn.
- Mô hình thí nghiệm máy lạnh dàn trải.


7
- Mô hình thí nghiệm về Rađiocassltter.
- Mô hình thí nghiệm về Tivi đen trắng.
- Mô hình thí nghiệm về tác dụng của từ trờng lên dòng điện.
- Mô hình thí nghiệm về khuếch đại từ đảo chiều.
- Bảng thí nghiệm nạp điện tự động dùng hai Tiristo.
1.3.2 Đối với phòng thực hành tự động hoá
Phòng thực hành tự động hoá đợc nhà trờng đầu t lắp đặt các mô
hình, hệ thống điều khiển tự động áp dụng các ứng dụng khoa học công nghệ

hiện đại vào quá trình sản xuất gồm có:
- Hệ thống tự động hoá trục tải giếng đứng.
- Hệ thống điều khiển tự động hoá thoát nớc mỏ.
- Hệ thống điều khiển tự động hoá tuyến băng tải mỏ.
- Mô hình mô phỏng hệ thống tự động giám sát khí mỏ.
1.3.3 Đối với các phòng thực hành nghề sửa chữa điện mỏ
Các phòng thực hành chuyên môn nghề sửa chữa điện mỏ đợc bố trí
liền sát nhau tại xởng thực hành A nằm ở phía Bắc của trờng, mỗi phòng
rộng khoảng 190m2. Trong từng phòng đợc lắp đặt bố trí đầy đủ các máy
móc thiết bị điện mỏ. Về cơ bản có đủ các chủng loại máy móc thiết bị điện
đang đợc sử dụng rộng r i ë c¸c má khai th¸c than hiƯn nay do Liên Xô, Ba
Lan, Trung Quốc sản xuất. Các phòng thực hành chuyên môn của trờng nh
một phân xởng cơ điện sưa ch÷a cđa má thu hĐp, nh»m gióp häc sinh sau khi
học lý thuyết đợc trực tiếp làm quen với các máy móc thiết bị điện của mỏ,
cũng nh thực hành các phơng pháp lắp ráp, bảo dỡng, vận hành sửa chữa
các h hỏng của chúng trong quá trình sản xuất. Qua tìm hiểu thực tế các
phòng thực hành về điện của trờng có các thiết bị chủ yếu nh sau:
+ Thiết bị điều khiển trong mỏ nh: cầu dao, hộp khống chế, máy ngắt
tự động AB, các loại khởi động từ một chiều, xoay chiều, thuận nghịch,
không thuận nghịch, tủ cao áp dùng cho mỏ lộ thiên và mỏ hầm lò


8
+ Thiết bị bảo vệ nh cầu chì, rơle cực đại, rơle nhiệt, rơle thời gian,
rơle kiểm tra tốc độ, rơle rò.
+ Các loại máy công tác nh động cơ điện 1 chiều, xoay chiều một pha,
ba pha, máng cào, quạt gió cục bộ máy nén khí, khoan điện cầm tay, băng tải.
Qua tìm hiểu hệ thống các phòng thí nghiệm và thực hành về điện của
trờng Cao đẳng nghề mỏ Hữu Nghị - Vinacomin Uông Bí, Quảng Ninh cho
thấy:

- Hầu hết các mô hình thí nghiệm điện có trong phòng thí nghiệm và
các thiết bị điện trong các phòng thực hành hiện tại của trờng đều đ sử dụng
trên 30 năm. Một số mô hình để làm thí nghiệm và thực hành đ xuống cấp và
thiếu cha đáp ứng đợc quy mô đào tạo cũng nh chất lợng đào tạo của nhà
trờng.
- Mặc dù một số mô hình thí nghiệm và thực hành có ứng dụng các tiến
bộ khoa học kỹ thuật công nghệ mới vào sản xuất đợc bổ sung trong vài năm
gần đây, song vẫn cha đáp ứng đợc nhu cầu tìm hiểu, thực hành, làm thí
nghiệm của học sinh, sinh viên các hệ đào tạo của trờng.
- Để làm tốt phơng pháp giảng dậy gắn lý thuyết với thực hành cũng
nh đáp ứng đợc quy mô đào tạo và phù hợp với sự phát triển của khoa học
kỹ thuật, hệ thống các phòng thí nghiệm, thực hành về điện của trờng cần
trang bị và hoàn thiện thêm.
Với những lý do nêu ở trên và đáp ứng phần nào những yêu cầu đó
nhiệm vụ của đề tài luận văn là : Nghiên cứu xây dựng và mô phỏng một số
bài thí nghiệm về nguồn ổn áp một chiều phục vụ công tác đào tạo cho trờng
Cao đẳng nghề Hữu Nghị-Vinacomin Uông Bí, Quảng Ninh.


9
Chơng 2
Nghiên cứu xây dựng một số bài thí nghiệm
về bộ nguồn ổn áp một chiều

2.1 Bài thí nghiệm về mạch ổn áp một chiều kiểu tham số
2.1.1 Mục đích thí nghiệm
- Khảo sát sự ổn định điện áp ra của bộ nguồn ổn áp kiểu tham số khi
điện áp vào và dòng điện tải thay đổi.
- Khảo sát các giải pháp nâng cao khả năng mang tải và hệ số ổn định
của bộ ổn áp kiểu tham số.

2.1.2 Cơ sở lý thuyết
Mạch ổn áp dùng điôt Zener còn gọi là mạch ổn áp kiểu tham số. Sơ đồ
nguyên lý của mạch ổn áp dùng điôt Zener nh hình 2-1. Theo sơ đồ đó

U ra = U Z ; với UZ là điện áp ổn định của điôt Zener.
Hệ số ổn áp G đối với điện áp một
chiều đồng thời là hệ số lọc đối với

R
Uv

điện áp xoay chiều (độ ù) đợc xác
định theo biểu thức:

U ra

DZ

Hình 2-1. ổn áp dùng điôt Zener

G=

U v R + rZ
R R
=
=1+
U ra
rZ
rZ rZ

(2-1)

Hệ số ổn định tơng đối là :

S=

U v / U v
U
R U
= G. ra ≈ . ra
∆U ra / U ra
U v rZ U v

(2-2)

Mạch ổn định điện áp loại này đợc dùng khi yêu cầu công suất ra nhá
v× hiƯu st cđa nã thÊp (η ≈ 50% ). Để đảm bảo ổn định tốt, nên chọn điện áp
vào U v = (1,5 ÷ 3)U ra . Cã thĨ tăng hệ số ổn áp G bằng cách mắc xâu chuỗi hai


10
khâu ổn áp bằng điôt Zener nh hình 2-2a. Mạch nµy cã G = G1 G 2 vµ hƯ sè ổn
định tơng đối S = S1 S2 (khoảng 10 2 ữ 10 4 ).

Hình 2-2. Mạch ổn áp dùng hai điôt Zener và điôt thờng

Khi cần ổn áp trị số nhỏ có thể dùng điôt thờng mắc theo chiều
thuận nh hình 2-2b. Hệ số ổn áp trong trờng hợp này b»ng :
G=

R + 3rD
R
R
=1+
≈
3rD
3rD 3rD

S=G

(2-3)

U ra
R U ra
.
=
.
Uv 3rD U v

(2-4)

với rD là điện trở thuận của điôt.
Có thể kết hợp mạch ổn áp kiểu tham số trên với khuếch đại thuật toán
để cho điện áp ra có thể thay đổi đợc nh sơ đồ hình 2-3.
RF

RF

Rhc

R1

R1
Rhc

Rt

Uv
DZ

Rt

UZ

U ra

Uv

DZ

U Z R2

Rt

U ra

b)

a)

Hình 2-3. Mạch ổn áp có khâu khuếch đại
Hình 2-3a là sơ đồ mạch ổn áp có khâu khuếch đại có điện áp ra âm với
điện áp ra bằng:

U ra =

RF
UZ
R1

(2-5)

Hình 2-3b là sơ đồ mạch ổn áp có khâu khuếch đại có điện áp ra dơng.


11

 R 
U ra = 1 + F U Z
R1


Điện áp ra bằng:

(2-6)

Để tạo nguồn ổn áp có công suất ra lớn dùng sơ đồ sử dụng điôt Zener
kết hợp với tranzito. Hình 2-4 là sơ đồ mạch ổn áp nối tiếp còn hình 2-5 là
mạch ổn áp song song.
Trong mạch ổn áp nối tiếp,

tranzito đợc mắc nối tiếp với tải. Điện
áp ra:

IR

IB

R

UV

U BE

It
Rt

U ra = U Z U BE = U Z − 0,7 = const .

UZ

VËy điện áp ra đợc ổn định và

+

BJT

+

U ra

DZ
IZ





không phụ thuộc vào điện áp vào. Điều
Hình 2-4. Mạch ổn áp nối tiếp

kiện để mạch hoạt động tốt là:
U V = (1,5 ữ 2)U ra

Ngợc lại với mạch ổn áp nối
tiếp, trong mạch ổn áp song song
tranzito đợc mắc song song với tải.

IR

+

R

+
IZ

DZ

BJT

UV

IB

Điện áp ra:

It
Rt

U ra

U BE

RB

U ra = U Z + U BE = U Z + 0,7 = const .

IC

−

−

§iỊu kiện để mạch hoạt động tốt:
U V = (1,5 ữ 2)U ra

Hình 2-5. Mạch ổn áp song song

.

Để tăng khả năng cung cấp dòng của mạch ổn áp ngời ta dùng hai
tranzito mắc kiểu Đa-ling-tơn nh hình 2-6.
Điện áp ra:
U ra = U Z − 2U BE ≈ U Z − 1,4 = const

Ta cã:

UV

It

β1 β 2

. Nh− vËy dßng IB1 rÊt nhá

−

2U BE

I B1

R

DZ
IZ

+

It

I R BJT1

I t = I E 2 ≈ β 1 I B 2 = β1 I E1 ≈ β1 β 2 I B1 →
I B1 ≈

BJT 2

+

Rt

UZ
−

U ra


12
so với dòng điện tải It. Điều này cho Hình 2-6. Mạch ổn áp dùng tranzito
ghép Đa-ling-tơn

phép chọn điôt Zener có dòng nhỏ.

Các sơ đồ ổn áp dùng điôt Zener xét ở trên thờng có công suất tổn hao

Pth = I Z U Z khá lớn và hệ số ổn định không cao. Khi yêu cầu dòng ra tải lớn,
phải chọn điôt có dòng lớn. Vì vậy, các bộ ổn áp dùng điôt Zener chỉ thích
hợp với bộ chỉnh lu công suất nhỏ và yêu cầu chất lợng không cao.

2.1.3 Thiết kế sơ đồ thí nghiệm

2.1.3 .1 Mạch ổn áp kiểu tham số một cấp điện áp ra
Sơ đồ thí nghiệm nh hình 2-7.

Trong sơ đồ vôn kế V1 đo điện áp vào UV, V2 đo điện áp rơi trên
điện trở hạn chế R1, V3 đo điện áp ra Ura, miliampekế mA đo dòng điện
tải It.
V2

mA
BA

R1

D1 D 4

R2

+

~ 220V
CD

4
3
2

C1

V1

Dz

+

C2

LOAD

V3

R3

1 CM

Hình 2-7. Sơ đồ thí nghiệm mạch ổn áp dùng điôt Zener

Thiết kế bộ ổn áp có điện áp ra U ra = 9V , I t = 8mA .
Chän điôt Zener có thông số kỹ thuật thoả mÃn :
U Z = U L ; I Z max ≥ 4.I L .

Theo [5] chọn điôt ổn áp loại D818A có thông số định mức UZ=9V;
IZ=10mA; IZmin=3mA; IZmax=33mA.
Với IZ=10mA và It=8mA suy ra I R1 = I Z + I t = 18mA .


13

Để mạch làm việc ổn định chọn điện áp vào Uvmin=18V; Uvmax=24V,
suy ra điện áp vào trung bình:
U vTB =

U v min + U v max 18 + 24
=
= 21V
2
2

Chän điện trở R1 có giá trị bằng:
R1 =

U vTB U ra
21 − 9
=
= 667Ω , chän lo¹i 670 Ω
I R1
18.10 3

Công suất của điện trở R1:
PR1 k at .I R21 .R1 = 2.I R21 .R1 = 2.18 2.10 6.670 = 0,434W

Điện trở tải đợc chọn :
R2 + R3 =

U ra
9
=
= 1125Ω
It
8.10 −3

Chän R2 = 900Ω vµ R3 lµ biến trở 500 , suy ra dòng tải lớn nhất :
I t max =

U ra
9
=
= 10.10 −3 A = 10mA
R2
900

C«ng st cđa ®iƯn trë R2:
PR 2 ≥ k at .I t2max .R2 = 2.10 2.10 −6.900 = 0,18W

C«ng st cđa biÕn trë R3:
PR 3 ≥ k at .I t2max .R3 = 2.10 2.10 −6.500 = 0,1W

C¸c tơ läc chän C1 = 1000µF − 100V ; C 2 = 470µF − 50V .
Nhiệm vụ thí nghiệm:
- Đóng cầu dao CD cấp nguån cho biÕn ¸p;


14

- Thay đổi vị trí của chuyển mạch CM lần lợt qua các vị trí từ 1 đến
4. ở mỗi vị trí của chuyển mạch đọc số chỉ của Vôn kế V1 và V3. Ghi kết
quả vào bảng;
- Đặt chuyển mạch CM ở vị trí số 2. Điều chỉnh biến trở R3 để thay
đổi dòng điện tải. Mỗi lần điều chỉnh đọc số chỉ của vôn kế V3 và
miliampekế mA. Ghi kết quả vào bảng;
- Từ kết quả thí nghiệm vẽ các đặc tính Ura=f(Uv) và Ura=f(It);

- Từ kết quả thí nghiệm tính hệ số ổn định của mạch theo biểu thức (21).
2.1.3 .2 Mạch ổn áp kiểu tham số có tranzito mắc nối tiếp
Sơ đồ thí nghiệm nh hình 2-8.

Trong sơ đồ vôn kế V1 đo điện áp vào UV, V2 đo điện áp rơi trên
tranzito BJT, V3 đo điện áp ra Ura, miliampekế mA đo dòng điện tải It.
V2

BJT
BA

D1 D 4
+

~ 220V
CD

mA

4
3
2

C1

R2

R1

+

V1

C2

LOAD

V3
R3

Dz
1 CM

Hình 2-8. Sơ đồ thí nghiệm mạch ổn áp có tranzito mắc nối tiếp
Trong bài thí nghiệm này vẫn chọn điện áp vào U V = (18 ữ 24)V , điện áp ra
U ra = U t = 12V , dòng tải trung bình I t = 500mA. .

Điện áp vào trung bình là :
U vTB =

Chän tranzito cã :

U v min + U v max 18 + 24
=
= 21V
2
2


15

I C max ≥ 2.I t = 1A;
PC max ≥ 2.PT = 2.I C .U CE ≈ 2 I t .(U VTB − U ra ) = 2.2.0,5.(21 − 12) = 9W .

Theo [5] chän tranzito lo¹i 2SC843 cã Icmax=2, Pcmax =20W, β = 50 .
Dßng cùc gèc tranzito :
IB =

IC



=

It



=

500
= 10mA. .
50

Chọn dòng qua điôt Zener bằng :
I Z = 2.I B = 2.10 = 20mA.

Vậy chọn điôt Zener có các thông số :
U Z = U ra + U BE = 12 + 0,6 = 12,6V ;
I Z max = 100mA.

TÝnh ®iƯn trë R1 :
R1 =

U VTB − U ra U VTB − U ra
21 − 12
=
=
= 300 .
I R1
IZ + IB
(20 + 10).10 3

Công suất của điện trë R1:
PR1 = k at .I R21 .R1 = 2.I R21 .R1 = 2.30 2.10 6.300 = 0,54W

Điện trở tải ®−ỵc chän :
R2 + R3 =

U ra 12
=
= 24Ω
It
0,5

Chän R2 = 20Ω vµ R3 lµ biÕn trë 10Ω , suy ra dòng tải lớn nhất :
I t max =

U ra 12
=

= 0,6 A = 600mA
20
R2

Công suất của điện trở R2:
PR 2 ≥ k at .I t2max .R2 = 2.0,6 2.20 = 14,4W


16

C«ng st cđa biÕn trë R3:
PR 3 ≥ k at .I t2max .R3 = 2.0,6 2.10 = 7,2W

C¸c tơ läc chän C1 = 1000µF − 100V ; C 2 = 470àF 50V .
Nhiệm vụ thí nghiệm:
- Đóng cầu dao CD cấp nguồn cho biến áp;
- Thay đổi vị trí của chuyển mạch CM lần lợt qua các vị trí từ 1 đến
4. ở mỗi vị trí của chuyển mạch đọc số chỉ của Vôn kế V1 và V3. Ghi kết
quả vào bảng;
- Đặt chuyển mạch CM ở vị trí số 2. Điều chỉnh biến trở R3 để thay
đổi dòng điện tải. Mỗi lần điều chỉnh đọc số chỉ của vôn kế V3 và
miliampekế mA. Ghi kết quả vào bảng;
- Từ kết quả thí nghiệm vẽ các đặc tính Ura=f(Uv) và Ura=f(It);
- Từ kết quả thí nghiệm tính hệ số ổn định của mạch theo biểu thức (21).
2.1.3 .3 Mạch ổn áp kiểu tham số có tranzito mắc Đa-ling-tơn
Sơ đồ thí nghiệm nh hình 2-9.

Trong sơ đồ vôn kế V1 đo điện áp vào UV, V2 đo điện áp rơi trên
tranzito BJT1, V3 đo điện áp ra Ura, miliampekế mA đo dòng điện tải It.
V2

BJT1
BA

D1 D 4

BJT 2

+

~ 220V
CD

4
3
2
1 CM

C1

mA

V1

R2
+

R1

C2

LOAD

V3

R3

Dz

Hình 2-9. Sơ đồ thí nghiệm mạch ổn áp có tranzito mắc Đa-ling-tơn