Đồ án tốt nghiệp về thiết kế bộ thực hành ổn áp xoay chiều theo nguyên tắc biến áp

Đồ án tốt nghiệp

Đề tài thiết kế: Thiết kế bộ thực hành ổn áp xoay chiều theo nguyên
tắc biến áp

Chương I : GIỚI THIỆU VỀ CÁC LOẠI ỔN ÁP
XOAY CHIỀU
Ổn định điện áp ảnh hưởng rất nhiều tới các thông số kĩ thuật,các chỉ
tiêu kinh tế của thiết bị điện, cụ thể:
• Đối với động cơ khơng đồng bộ khi điên áp giảm xuống 10% thì momen
quay giảm 19%, hệ số trượt tâng 27.5%, dòng roto tăng 14%, dòng Stato
tăng 10%, nếu giảm tiếp 20% thì momen giảm 36%.Ngược lại khi điện áp
tăng lên 10% thì mơ men quay tăng lên 21% ,hệ số trượt giảm xuống 20%,
dịng điện Rơto giảm xuống 18% ,dịng điện stato giảm xuốngcịn 10%.
• Đối với thiết bị chiếu sáng,khi điện áp giảm xuống 10%thì quang thơng
30%. điện áp giảm xuống 20% thì một số đèn huỳnh quang khơng có khả
năng phát sáng. Khi điện áp tăng 10% thì quang thơng của đèn tăng lên 35%,
tuổi thọ của đèn giảm đi ba lần.
Do đó để có một dịng điện chất lượng ,duy trì tuổi thọ của động cơ,
thiết bị điện ổn định điện áp là một yêu cầu vô cùng cấp thiết .cho đến nay
với sự phát triển của khoa học kĩ thuật cho phép thiết kế một bộ nguồn ổn
áp theo nhiều phương pháp như là :
- ổn áp sắt từ có tụ
- ổn áp sắt từ không tụ
- ổn áp dùng khuếch đại từ
- ổn áp dùng máy biến áp kêt hợp điều khiển tự động
- ổn áp kiểu bù
ở mỗi phương án có ưu ,nhược điểm đặc trưng riêng về thơng số kĩ
thuật ,chỉ tiêu kinh tế.

1

Đồ án tốt nghiệp

I/ Giới thiệu chung :
Do lưới điện dao động nhiều ảnh hưởng không tốt đến sự hoạt động
của các thiết bị điện nên người ta đã chế tạo thiết bị tự động ổn định điện áp
(gọi tắt là ổn áp) .

ổn áp là một thiết bị có thể tự động duy trì điện áp ra thay đổi trọng
phạm vi nhỏ khi điện áp vào thay đổi trong một phạm vi lớn .Cùng với sự
phát triển của khoa học kĩ thuật, các loại ổn áp cũng ngaỳ càng được cải
tiến từ đơn giản đến phức tạp và chất lượng ngày càng tốt hơn.
Để đánh giá được chất lượng của ổn áp người ta đưa ra công thức sau
:
K=

ΔUv * ΔUr
ΔUr * Uv

K : hệ số đánh giá chất lượng ổn áp
ΔUv, Uv : độ biến thiên điện áp vào , điện áp vào
ΔUr, Ur : độ biến thiên điện áp ra , điện áp ra

Như vậy qua công thức trên chúng ta đã thấy rằng muốn nâng cao
chất lượng của ổn áp thì phải giảm được độ biến thiên của điện áp ra.

II/ Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của các loại ổn áp thông dụng
1) ổn áp sắt từ không tụ :
1.1) Nguyên lý làm việc :

ổn áp sắt từ không tụ làm việc dựa theo nguyên lý bão hoà từ sơ đồ
nguyên lý làm việc của ổn áp sắt từ khơng tụ được trình bày dưới đây:

2


Đồ án tốt nghiệp

Hình 1.1

1.2)Cấu tạo :

ổn áp loại này gồm hai cuộn dây W1 và cuộn dây W2 quấn trên hai
lõi thép
- Cuộn dây W1 là cuộn tuyến tính ( có khe hở khơng khí trong
mạch từ)
- Cuộn dây W2 là cuộn bão hoà
- Điện áp vào UV đặt lên cả hai cuộn W1 và W2 còn điện áp ra
lấy trên cuộn bão hoà W2

1.3) Nguyên lý làm việc:
Với cấu tạo như trên chúng ta thấy rằng :
UV = U1 + U2
Và nếu bỏ qua tổn hao trên hai cuộn kháng thì ta có:
UV = U1 + UR
Đặc tính V – A của các phần tử được thể hiện ở hình 1.2 dưới đây:

3

Đồ án tốt nghiệp

Hình 1.2
Từ đường đặc tính trên chúng ta nhận thấy rằng với một sự thay đổi
lớn điện áp vào thì đầu ra của ổn áp thay đổi ít hơn . Tuy vậy sự dao động
của điện áp ra vẫn cịn tương đối lớn vì đặc tính V-A của cuộn kháng bão
hồ khơng thể nằm song song với trục hoành được.

1.4) Ưu nhược điểm của ổn áp sắt từ khơng tụ:
Ưu điểm :
- Có cấu tạo đơn giản
- Dễ thiết kế, chế tạo
Nhược điểm :
-

Điện áp ra bị méo dạng
Dòng tổn hao lớn
Hiệu suất thấp
Chất lượng của ổn áp khơng cao

2) Ơn áp sắt từ có tụ:
2.1) Cấu tạo :

4


Đồ án tốt nghiệp

Hình 1.3

Ổn áp sắt từ có tụ cũng gồm hai cuộn kháng :
Cuộn W1 và cuộn W2 . Cuộn W1 là cuộn làm việc ở chế độ tuyến tính,
cuộn W2 làm việc ở chế độ bão hồ .Hai cuộn đươc mắc nối tiếp nhau .Điện
áp đầu vào đươc đặt lên hai cuộn này .Điện áp ra đươc lấy trên hai đầu cuộn
W2 và tụ C . Tụ C được mắc song song với cuộn bão hoà W2
Mục đích để giảm nhỏ dịng chạy trong cuộn W1 . Việc mắc thêm tụ
điên trong mạch tạo ra hiện tương cộng hưởng vì thế ổn ap săt từc có tụ còn
gọi là bộ cổng hưởng.
2.2/ Nguyên lý hoạt động:
Tụ C được tính tốn sao cho khi điện áp vào UV = Uđm thì IC = 1 , lúc
này mạch điện ở trạng thái cộng hưởng dịng điện.
Đặc tính V – A

Hình 1.4

5


Đồ án tốt nghiệp

Khi vào đường đặc tính trên chúng ta thấy rằng :
- Khi UR < UCH : mạch có tính điện dung
- Khi UR < UCH : mạch có tính điện cảm
Vì vậy phải chọn miền làm việc của ổn áp sau điểm cộng hưởng tức là
UV > UCH
2.3) Ưu nhược điểm của ổn áp sắt từ có tụ:
+ Ưu điểm :
- Hiệu suất cao
- Độ tác động nhanh
- Đơn giản , dễ chế tạo

+ Nhược điểm :
- Điện áp ra bị méo dạng
- Dải điện áp đầu vào hẹp
- Xuất hiện những sóng hài bậc

3. Ổn áp kiểu khuyếch đại từ :
3.1) Cấu tạo: Gồm một khuyếch đại từ và một biến áp tự ngẫu
Hình vẽ sau mô tả cấu tạo của ổn áp kiểu khuyếch đại từ :

6


ỏn tt nghip

Đ

đk
đk

Hỡnh 1.5
+ Khuych i t l mt khí cụ điện gồm nhiều cuộn dây cuốn quanh một
lõi thép ,trong đó có cuộn làm việc và cuộn điều khiển . Cuộn điều khiển
đươc cấp điện một chiều thường có hai cuộn mắc ngược cực tính nhau để
Khử sự ảnh hưởng của mạch xoay chiều ở cuộn làm việc vào mạch một
chiều ở cuộn điều khiển . Điều chỉnh điện áp hay dòng điện của cuộn làm
việc nhờ điều khiển dòng điện trong cuộn điều khiển.
+ Điện áp vào được đặt vào đầu vào của biến áp tự ngẫu.
+ Điện áp ra lấy ở đầu ra của biến áp tự ngẫu.

3.2) Nguyên lý hoạt động:

UV = UKĐT + U1TN
UR = K . UTN

= K( UV – U KĐT )

Như vậy muốn cho UR khơng đổi thì iĐK phải được điều chỉnh sao cho
thoả mãn:
- Khi UV tăng thì điều chỉnh IĐK tăng để UKĐT tăng
- Khi UV giảm thì điều chỉnh IĐK giảm để UKĐT giảm
Vì vậy vấn đề cơ bản đặt ra là làm sao tạo được quá trình tự động thay
đổi IĐK thêo quy luật UV ,thay đổi để UR không đổi > Điều này được giải
quyết nhờ hệ thống điều khiển gồm các cơ cấu phát, đo, so sánh bằng các
phần tử điện từ hoặc điện tử .
7


Đồ án tốt nghiệp

3.3) Giới thiệu nguyên lý hoạt động ca n ỏp kiu
khuych i t c th :

tải

đk1

đk2
đk3

Hỡnh 1.6
W1, W2, W3 : 3 cuộn dây điều chỉnh đó chính là cơ cấu phát

Chúng ta phải chỉnh định R1 sao cho khi UV = Uđm và IT = Iđm thì điện
áp Ra UR = Uđm ,tức là :
UV = Uđm
UT = Iđm
Ö

UR = Uđm

8


Đồ án tốt nghiệp
+ Cuộn Uđk2 và Wđk3 được mắc nối tiếp với hai cuộn kháng bão hoà
L2 và cuộn tuyến tính L3 qua bộ chỉnh lưu.
+ Cuộn Wđk2 và Wđk3 đấu ngược cưc tính nhau nên sức từ động của
chúng bằng hiệu hai sức từ động
(iw) Σ = ( iđk2 * wđk2 ) – ( iđk3 * wđk3)
+ Biến trở R2 để chỉnh định dòng iđk2
+ Biến trở R3 để chỉnh định dòng iđk3
+ Việc điều chỉnh dòng điều khiển iđk2 và iđk3 thực hiện sao cho khi
UR = URđm thì (iw) Σ =0
Hình vẽ bên thể hiện đặc tính của ổn áp kiểu khuyếch đại từ:
®k
®k3

®k3
®k2

®k2

r
®m

Hình 1.6
3.4) Ưu nhược điểm của ổn áp kiểu khuyếch đại từ :
* Ưu điểm :
- Khả năng chịu quá tải lớn
- Hiệu suất cao
- Có thể chế tạo với cơng suất lớn
- Điện áp ra khá ổn định
- Độ tác động nhanh

9


Đồ án tốt nghiệp

* Nhược điểm :
- Giá thành hạ
- Thiết bị cồng kềnh phức tạp
- Điện áp ra bị méo dạng

4) ổn áp làm việc theo nguyên tắc biến áp:
Trong máy biến áp , điện áp tỷ lệ với số vòng dây theo biểu thức:
U1 W1
=
U2 W2

U1
U2

W1
W2

: Điện áp sơ cấp của máy biến áp
: Điện áp thứ cấp của máy biến áp
: Số vòng dây sơ cấp của máy biến áp
: Số vòng dây thứ cấp của máy biến áp

4.1) Cấu tạo :
Ổn áp làm việc theo nguyên tắc biến áp có cấu tạo đơn giản gồm :
BL - máy biến áp ổn áp : là máy biến áp tự ngẫu có con trượt chổi
than
ĐSV : Động cơ secvơ ( động cơ 1 chiều kích từ nam châm vĩnh cửu)
truyền động cho con trượt của BL
Mạch điều khiển : Lấy tín hiệu từ đầu ra của ổn áp Ura ,so sánh với
điện áp cần giữ ổn định Uôđ..

10