Thiết kế bộ điều áp xoay chiều một pha điều khiển tốc độ động cơ điện 40

TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

Độc lập-Tự do- Hạnh phúc

------------

------------

ĐỒ ÁN MƠN HỌC
Khóa học: 2010-2014
Ngành học: Đo lường-Điều khiển tự động
Lớp: Đ- ĐT K8.4

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU ÁP XOAY CHIỀU MỘT PHA ĐIỀU
KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN.

Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Thị Thanh Tâm
Nhóm sinh viên thực hiện: Hoàng Lương Thái Sơn
Trần Văn Thoại

Hưng Yên ngày 11 tháng 11 năm 2012

GV hướng dẫn: Nguyễn Thị Thanh Tâm

Trang 1

ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU ÁP XOAY CHIỀU MỘT PHA
ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ TẢI R-L.
I-Số liệu cho trước:
-Dịng xoay chiều với các thơng số:
-Động cơ với các thông số: Uđm=220V; Pđm=0.2kw ,nđm=1420vg/ph,I dđm=1.9A,
đm=60%, Cosφđm=0.8; fđm=50Hz.
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 u 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 tồn bộ mạch đầy đủ chính xác.
 Phải đảm bảo tính khả thi, tính ổn định khi làm việc của sản phẩm.
 Sản phẩm cịn 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 Thị Thanh Tâm

Trang 2


MỤC LỤC:

PHẦN I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT............................................................................... 6
CHƯƠNG I: ĐỘNG CƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU MỘT PHA ........................... 6
1.1.

Khái niệm ................................................................................................ 6

1.2.

Nguyên lý điều khiển động cơ xoay chiều một pha ................................ 6

1.3.

Một số mạch điều khiển động cơ một pha .............................................. 7

CHƯƠNG II: BỘ ĐIỀU ÁP XOAY CHIỀU MỘT PHA................................. 9
2.1.

Đặt vấn đề................................................................................................ 9

2.2.

Giới thiệu một số sơ đồ mạch động lực .................................................. 9

2.3.

Giới thiệu về phần tử bán dẫn triac. ...................................................... 12

2.3.1 Cấu tạo và ký hiệu............................................................................... 12
2.3.2 Đặc tính V-A. ..................................................................................... 13
2.4.

Điều áp xoay chiều một pha ứng với tải R-L ........................................ 14

PHẦN II: THIẾT KẾ MẠCH ............................................................................... 17
CHƯƠNG I: THIẾT KẾ ................................................................................... 17
1.1.

Sơ đồ khối.............................................................................................. 17

1.2.

Phân tích từng khối................................................................................ 17

1.2.1. Khối nguồn ......................................................................................... 17
1.2.2 .Mạch lực............................................................................................. 18
1.2.3.Mạch điều khiển .................................................................................. 20
1.2.3.1.Phân tích ....................................................................................... 20
1.2.3.2. Nguyên lý hoạt động. .................................................................. 21

GV hướng dẫn: Nguyễn Thị Thanh Tâm

Trang 3


1.2.3.3.Giới thiệu TCA 785 ..................................................................... 22
1.2.3.4.Sơ đồ............................................................................................. 26
CHƯƠNG II: CHẾ TẠO................................................................................... 27
2.1.
2.1.1.

Tính tốn thiết kế để chế tạo mơ hình ................................................... 27
Tính chọn van động lực...................................................................... 27

2.1.2. Chọn thiết bị bảo vệ. .......................................................................... 29
2.1.2.1. Bảo vệ quá nhiệt.......................................................................... 29
2.1.2.2. Bảo vệ quá dòng điện cho van. ................................................... 30
2.1.2.3. Bảo vệ quá điện áp cho van. ....................................................... 30

2.3.

Sơ đồ board............................................................................................ 35

2.4.

Sơ đồ bố trí thiết bị................................................................................ 36

2.5.

phương hướng phát triển của đề tài....................................................... 36

GV hướng dẫn: Nguyễn Thị Thanh Tâm

Trang 4


LỜI NĨI ĐẦU
Điện tử cơng suất và truyền động điên là một môn học hay và lý thú, cuốn hút được
nhiều sinh viên theo đuổi. Là những sinh viên chuyên ngành đo lường điều khiển, chúng
em muốn được tiếp cận và hiểu sâu hơn nữa bộ môn điện tử công suất và truyền động
điện.Vì vậy, đồ án mơn 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 cơng sản phẩm. Tuy nhiên, chúng em đã nhận được sự
giải đáp và hướng dẫn kịp thời của cô Nguyễn Thị Thanh Tâm, 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 cô giáo và bạn trong các đồ án sau này.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!
Nhóm thực hiện:
Hồng Lương Thái Sơn
Trần Văn Thoại

GV hướng dẫn: Nguyễn Thị Thanh Tâm

Trang 5


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 khơng 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. 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 dịng 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

GV hướng dẫn: Nguyễn Thị Thanh Tâm

Trang 6


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 khơng 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.
-Kích thước mạch điều khiển nhỏ, gọn.
* Nhược điểm:
Nếu chất lượng Triac, diac khơng 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 Thị Thanh Tâm

Trang 7


GV hướng dẫn: Nguyễn Thị Thanh Tâm

Trang 8


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 t0 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. Ngun lý này có ưu điểm là điều chỉnh điện áp ra trong một phạm
vi rộng và vơ 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 1 Các phương án điều áp một pha

Người ta có thể dùng biến áp tự ngẫu để điều chỉnh điện áp xoay chiều U2 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 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

GV hướng dẫn: Nguyễn Thị Thanh Tâm

Trang 9


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 qn tính điều chỉnh chậm và khơng 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

Z

U1

Z

b.

a. D1

D2

D1

D2

T2

U1

T
Z

c.

U1

D4

D3

Z

d.

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

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 dịng điện đến 7000A, thì

GV hướng dẫn: Nguyễn Thị Thanh Tâm

Trang 10


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 khơng 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 dịng điện khơng đối xứng như hình 3.b cung cấp cho tải, sẽ làm cho tải
có thành phần dịng điện một chiều, các cuộn dây bị bão hồ, 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


UTả

i

t
a

U
1

UTả
i2

t
b

Hình 3: Hình dạng đường cong điện áp điều khiển
a- Mong muốn
b- Không mong muốn
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 cịn 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 dịng điện khơng 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 dịng điện trên 400A thì sơ đồ hình 2.B ít dùng.

GV hướng dẫn: Nguyễn Thị Thanh Tâm

Trang 11


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 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 tử bán dẫn triac.
2.3.1 Cấu tạo và ký hiệu
,
E2
P2
N3
(+)

J1

(+)
N2

N1

E1.2

T1
N2

P1

(-)

(-)

(-)

T

P2

J3

J2
N1

(+)

B2

G

P1

T2

T

Hình 4: 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 dịng bằng cả xung dương (dòng đi vào cực điều khiển) lẫn xung dòng âm (dòng
đi ra khỏi cực điều khiển). Tuy nhiên xung dịng điều khiển âm có độ nhạy kém hơn,
nghĩa là mở Triac sẽ cần một dòng điều khiển âm lớn hơn so với dịng điểu khiển dương.
Vì vậy trong thực tế để đảm bảo tính đối xứng của dịng điện qua Triac thì sử dụng dịng
điều khiển âm là tốt hơn cả.
* Nguyên lý hoạt động.
Có 4 tổ hợp điện thế có thể mở Triac cho dịng chảy qua:
B2

G

+

+

GV hướng dẫn: Nguyễn Thị Thanh Tâm

Trang 12

+

-

-

-

-

+

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 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 dịng chảy qua.
2.3.2 Đặc tính V-A.

+

I

O

U

-

Hình 5: Đặc tuyến V-A của triac
Triac có đường đặc tính V-A đối xứng nhận góc mở trong cả hai chiều

GV hướng dẫn: Nguyễn Thị Thanh Tâm

Trang 13


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

Hình7: Hình dáng dịng điện và điện áp đối với tải R-L
Khi tiristor T1 mở có phương trình:
di
+ Ri =
dt

L

V

2

i=

R 2 (L) 2

2 sin t

R

sin( ) + Ae-L

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

2

V
R (L)

2

[ sin( ) - sin( )e


]
tg

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

Sin( )- sin( ).e- tg = 0
Trong biểu thức trên: tg =

L
R

GV hướng dẫn: Nguyễn Thị Thanh Tâm

Trang 14


Tiristor T1 phải được khoá lại trước khi cho xung mở T2, nếu khơng thì khơng thể
mở được 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 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:
( 2V sin )2.d = V.

Uc =

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:
P = UcIc = (

V2
).(
R

2 2 sin 2
)
2

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

GV hướng dẫn: Nguyễn Thị Thanh Tâm

V2
R

) đến 0

Trang 15


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

GV hướng dẫn: Nguyễn Thị Thanh Tâm

Trang 16

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

b.Chức năng
Biến đổi dòng xoay chiều điện áp 15V thành dòng một chiều cấp cho chân vào của
TCA785.
c.Nguyên lý ho ạt động
Dòng điện 15V xoay chiều qua cầu chỉnh lưu 3A làm biến đổi từ dòng xoay chiều
thành dòng một chiều.Khi qua IC ổn áp 7815 sẽ cho dịng điện có điện áp 15V ổn định.

GV hướng dẫn: Nguyễn Thị Thanh Tâm

Trang 17


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 7815 và mắc song với một tụ gốm để loại bỏ thành phần
sóng hài của điện áp xoay chiều sau IC 7815 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.

a. Sơ đồ mạch

b.Nguyên lý làm việc

GV hướng dẫn: Nguyễn Thị Thanh Tâm

Trang 18


Tín hiệu được đưa vào chân điều khiển G của Triac. Triac có nhiệm vụ điều khiển
mở dẫn dịng 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:

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 khơng hoạt động nếu diện cảm lớn
thì mạch có thể khơng hoạt động hồn tồn
Ngun 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 khơng dẫn được. Phần này
em cũng đã trình bày ở trên .

Thứ 2 là do khi có điện cảm, dịng điện khơng 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, dịng điện khi có xung điều khiển khơng đủ lớn hơn dịng điện duy trì,do đó
van bán dẫn khơng tự giữ dịng điện. Kết quả khơng có dịng điện, van sẽ khơng mở. Hiện
tượng này sẽ thấy ở cuối và đầu chu kỳ điện áp, lúc đó điện áp tức thời đặt vào van bán

GV hướng dẫn: Nguyễn Thị Thanh Tâm

Trang 19


dẫn nhỏ. Khi kết thúc xung điều khiển, dòng điện cịn nhỏ hơn dịng duy trì nên van bán
dẫn khố luôn. Chỉ khi nào điện áp mở ở van đủ lớn hơn dịng dịng điện duy trì, dịng
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:

Tuỳ theo tải có điện cảm lớn cỡ nào mà ta thiết kế chọn độ rộng xung cho hợp lý
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) .

GV hướng dẫn: Nguyễn Thị Thanh Tâm

Trang 20

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 khin bao gm 3 khõu c bn:

Kh ầu đồ n g bộ

Kh ầu so sá n h

Tạ o x u n g &
k h u y ếc h đạ i

Va n ®é n g
l ùc

Hình 9: Sơ đồ khối các khâu trong mạch điều khiển
* Nhiệm vụ của các khâu trong sơ đồ khối như sau:
1. Khâu đồng bộ: Có nhiệm vụ tạo ra điện áp tựa Urc tuyến tính trùng pha với điện
áp Anot (cực G) của Thyristor (triac)
2. Khâu so sánh: 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 Uđk. Tìm thời điểm hai điện áp 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 và khuếch đại xung:
Có nhiệm vụ tạo xung phù hợp để mở Triac. Xung để mở Triac cần có các yêu cầu:
Sườn trước dốc thẳng đứng để đảm bảo mở Triac tức thời khi có xung điều khiển
(Thường 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 động lực (nếu điện áp động
lực quá lớn) đủ cơng suất.

1.2.3.2. Ngun lý hoạt động.
Tín hiệu điện áp cung cấp cho mạch điều khiển được đưa đến khối đồng pha. Đầu ra
của khối này có điện áp thường 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 cưa ta có các điện áp răng cưa đồng bộ về tần số và góc pha với điện áp đồng
bộ. Các điện áp này gọi là điện áp răng cưa Vrc. Điện áp răng cưa Vrc được đưa vào đầu
vào của khối so sánh. Tại đó có một tín hiệu khác nữa là điện áp một chiều điều chỉnh lấy
từ ngồi. Hai tín hiệu này được mắc với cực tính sao cho tác động của chúng lên mạch so
sánh là ngược chiều nhau. Khối so sánh làm nhiệm vụ so sánh 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 cưa có hai sườn trong đó có một sườn mà tại đó thì đầu ra

GV hướng dẫn: Nguyễn Thị Thanh Tâm

Trang 21


khối so sánh xuất hiện một xung điện áp thì sườn đó là sườn sử dụng. Vậy ta có thể thay
đổi thời điểm của xung xuất hiện tại đầu ra khối so sánh bằng cách thay đổi Vđk khi giữ
nguyên dạng của Vrc
Trong một số trường hợp xung ra khối so sánh được đưa ngay đến đầu cực của thiết
bị cần điều khiển nhưng trong đa số các trường hợp thì tín hiệu ra khối so sánh chưa đủ
u cầu cần thiết. Người ta phải thực hiện việc khuếch đại thay đổi lại hình dáng xung.
Các nhiệm vụ này được thực hiên bởi một mạch gọi là mạch xung. Đầu ra của khối tạo
xung và khuếch đại xung sẽ được một chuỗi xung điều khiển có đủ các thơng 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.
Ngày nay các mạch cổ điển như trên thường được thay thế bằng các IC tích hợp đầy
đủ các khâu, với kết cấu nhỏ gọn, giá thành rẻ và đạt được độ chính xác rất cao. IC TCA
785 là một vi mạch như vậy

1.2.3.3.Giới thiệu TCA 785
Vi mạch TCA 785 là vi mạch phức hợp thực hiện được 4 chức năng của một mạch
điều khiển: tạo điện áp đồng bộ, tạo điện áp răng cưa đồng bộ, so sánh và tạo xung ra.
a.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
cưa

2

Q *2

*

Đầu ra 2 đảo

10

C10

Tụ tạo mạch răng cưa

3

QU

Đầu ra U

11

V11

Điện áp điều khiển

4

Q1

Đầu ra 1 đảo

12

C12

Tụ tạo độ rộng xung

5

VSYNC

Điện áp đồng bộ

13

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

*

GV hướng dẫn: Nguyễn Thị Thanh Tâm

Trang 22


Hình 13: dạng sóng và chức năng của các chân TCA785
b.Các thông số của TCA 785.

GV hướng dẫn: Nguyễn Thị Thanh Tâm

Trang 23


Giá trị
nhỏ nhất

Thông số

Giá trị
tiêu biều

Giá trị
lớn nhất

Đơn vị

10

mA

V10max

V

F =50Hz
Vs = 5v

Dòng tiêu thụ

I.S

4,5

Điện áp vào điềukhiển,chân11

V11

0,2

Trở kháng vào

R11

6,5

15

K

Mạch tạo răng cưa
Dòng nạp tụ

I10

Biên độ của răng cưa

V10

10

Điện trở mạch nạp
Thời gian sườn ngắn của xung
răng cưa

R9

3

1000

A

VS-2

V

300

K

80

TP

S

Tín hiệu cấm vào, chân 6
Cấm

V6I

Cho phép

V6H

3,3
4

2,5

3,3

V
V

Độ rộng xung ra, chân13
Xung hẹp

V13H

Xung rộng

V13L

3,5

2,5

2,5

3,5

V
V

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

V14/1
5L
V14/1
5L

GV hướng dẫn: Nguyễn Thị Thanh Tâm

VS-3

VS-2,5

VS-1,0

V

0,3

0,8

2

V

20

30

40

S

Trang 24


Độ rộng xung rộng

tp

530

620,m

760

 S/nF

2,8

3,1

3,4

V

tp

Điện áp điều khiển
Điện áp chuẩn

Vref

Góc điều khiển ứng với điện áp

 ref

2 x10

-4

5x10

-4

1/K

chuẩn

Tính tốn các phần tử bên ngoài:
Min = 500pF; Max = 1 F

Tụ răng cưa: C10
Thời điểm phát xung:

tTr =

V11.R9 .C10
VR .K

Dịng nạp tụ:

I10 =

VREÌ K
R9

Điện áp trên tụ:

V10 =

VREÌ .K .t
R9 .C10

TCA 785 do hãng Siemen chế tạo, được sử dụng để điều khiển các thiết bị chỉnh
lưu, thiết bị chỉnh dòng điện áp xoay chiều.
Có thể điều chỉnh góc từ 00 đến 1800 điện.
Thông số chủ yếu của TCA 785:
+ Điện áp ni: US = 18V
+ Dịng điện tiêu thụ: IS = 10mA
+ Dòng điện ra: I = 50mA
+ Điện áp răng cưa: Ur max = (US - 2)V
+ Điện trở trong mạch tạo điện áp răng cưa: R9 = 20K 500K
+ Điện áp điều khiển: U11 = -0,5 (US-2)V

GV hướng dẫn: Nguyễn Thị Thanh Tâm

Trang 25