Thiết kế bộ thực hành ổn áp xoay chiều theo nguyên tắc biến áp

n áp U2 : Điện áp thứ cấp của máy biến áp W1 : Số vòng dây sơ cấp của máy biến áp W2 : 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 secvô ( 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.. Đồ án tốt nghiệp 12 con truît Ul=Uvμo M¹ch ®iÒu khiÓn §SV ra=U«® Hình 1.7 4.2) Nguyên lý làm việc : Ổn áp làm việc theo nguyên tắc biến áp hoạt động theo nguyên lý khi điện áp đầu vào thay đổi thì mạch điều khiển sẽ phát tín hiệu để động cơ secvô sẽ kéo chổi than làm thay đổi số vòng dây để tương ứng với điện áp đầu vào sao cho điện áp đầu ra sẽ là định mức thì dừng lại Mạch điều khiển có đầu vào nối với đầu ra của ổn áp, đó chính là cơ cấu so sánh và phát tín hiệu điều khiển bằng các phần tử điện tử bán dẫn . 4.3) Ưu nhược điểm của loại ổn áp làm việc theo nguyên tắc biến áp : + Ưu điểm : - Giá thành rẻ - Không cồng kềnh ,dễ chế tạo - Không méo dạng điện áp Đồ án tốt nghiệp 13 - Dải làm việc rộng + Nhược điểm : - Mạch điều khiển phức tạp - Độ tác động chậm - Bị giới hạn công suất lớn do tiếp xúc chổi than - Khi thay đổi đầu vào đột ngột thi đầu ra cũng có sai số lớn do sử dụng hệ cơ khí) sau đó mới có sai số nhỏ . 5) ổn áp kiểu bù : Ổn áp loại này làm việc theo nguyên tắc bù công suất thiếu 5.1) Cấu tạo : ®k Hình 1.8 + Gồm một biến áp kiểu cảm ứng ,đầu ra được nối tiếp với cuộn thứ cấp của biến áp , sơ cấp của biến áp được nối với điện áp điều khiển Đồ án tốt nghiệp 14 + Có nhiều nhiều cách để điều khiển cuộn sơ cấp của biến áp bù như dùng biến áp vi sai , hai mặt được mài đi để lấy điện áp qua hai chổi quay ngược chiều nhau cấp cho sơ cấp biến áp bù . Hoặc cách khác là dùng các phần tử không tiếp điểm để đóng, cắt biến áp bù tuỳ theo điện áp lưới là cao hay thấp. 5.2) Nguyên lý hoạt động của ổn áp dùng biến áp bù có biến áp vi sai để điều khiển sơ cấp biến áp bù : ra M¹ch ®iÒu khiÓn M M Hình 1.9 Nguyên lý hoạt động của loại ổn áp này là bù công suất thiếu. Khi điện áp đầu vào mà thay đổi bao nhiêu so với điện áp định mức thì biến áp bù chỉ cần bù dương hay bù âm một lượng bấy nhiêu để điện áp ra là định mức. Từ sơ đồ trên chúng ta có : UR = Ulưới + U bù Để điều khiển điện áp đặt vào sơ cấp của biến áp bù, mạch điều khiển được lấy tín hiệu từ đầu ra cua ổn áp sẽ phát tín hiệu để điều khiển 2 secvô motơ quay ngược chiều nhau một lượng để sao cho bên thứ cấp biến áp bù có được lượng điện áp cần thiết để đầu ra của ổn áp là định mức . Đồ án tốt nghiệp 15 5.3) Ưu, nhược điểm của ổn áp kiểu bù ; * Ưu điểm : - Gọn nhẹ - Dải làm việc rộng , điều chỉnh trơn - Không bị méo dạng điện áp - Có thể chế tạo với công suất lớn * Nhược điểm: - Độ tác động chậm do có tác động cơ cấu chuyến động quay - Mạch điều khiển phức tạp Kết luận : Qua sự phân tích trên thì ở mỗi hình thức ổn áp có những ưu điểm và nhược điểm riêng , căn cứ vào yêu cầu của đồ án : “ Thiết kế bộ thực hành nguồn ổn áp xoay chiều “ , từ ưu điểm của ổn áp hoạt động theo nguyên tắc biến áp rất thích hợp cho đề tài này nên chúng em đã chọn hình thức ổn áp hoạt đọng theo nguyên tắc biến áp làm cơ sở để thiết kế “ Bộ thực hành nguồn ổn áp “. Đồ án tốt nghiệp 16 Chương II : THIẾT KẾ , TÍNH TOÁN MẠCH LỰC CỦA BỘ THỰC HÀNH NGUỒN ỔN ÁP XOAY CHIỀU LÀM VIỆC THEO NGUYÊN TẮC BIẾN ÁP CÔNG SUẤT 1KVA I/ Sơ đồ mạch lực và mối quan hệ giữa các biến áp thành phần: Như đã giới thiệu ở chương I , trên thực tế hiện nay có nhiều loại ổn áp sử dụng các nguyên lý khác nhau . Việc lưa chọn kết hợp những nguyên lý đó để tạo ra một sơ đồ mạch lực có thể đáp ứng được những yêu cầu về kỹ thuật và kinh tế là một việc quan trọng. Mỗi loại ổn áp có những ưu và nhược điểm riêng nên khi lựa chọn phương án thiết kế mạch lực nhóm em đã chọn hình thức ổn áp làm việc theo nguyên tắc biến áp , với ưu điểm dải làm việc rộng, không méo dạng điện áp phù hợp với yêu cầu của “ bộ thực hành ổn áp “ . Qua quá trình nghiên cứu chúng em đã thiết kế sơ đồ mạch lực gồm : - Một biến áp tự ngẫu - Một biến áp ổn áp - Một biến áp tín hiệu Mạch lực của chúng em được xây dựng như sau: Đồ án tốt nghiệp 17 S¬ cÊp §SVUth B.A tÝn hiÖu Ulu¬Ý B.A tô ngÉu B.A æn ¸p Uvμo +12v +Uu -Uu -12vGND GND V«n kÕ V«n kÕ Hình 2.1 : vẽ sơ đồ của mạch lực 1) Chức năng của các phần tử trong mạch : • Máy biến áp ổn áp ( máy biến áp động lực ) : là máy biến áp tự ngẫu có con trượt chổi than • Chức năng : Biến áp ổn áp tạo ra điện áp ổn định 220V khi điện áp vào thay đổi từ 160V đến 240V . • Động cơ secvô ĐSV : ( động cơ 1 chiều kích từ nam châm vĩnh cửu).Truyền động cho con trượt của máy biến áp ổn áp. • Máy biến áp tự ngẫu có chức năng giả làm Ulưới thay đổi và khảo sát dải điện áp có Ulưới thay đổi ( khi chỉnh định )của bộ ổn áp . • Máy biến áp tín hiệu có chức năng : lấy tín hiệu điện áp từ Ura của máy ổn áp tới mạch điều khiển . 2) Dải làm việc của ổn áp : Đồ án tốt nghiệp 18 Dải làm việc của ổn áp rộng hay hẹp cũng quyết định đến chất lượng của ổn áp , mặt khác cũng để phù hợp với điều kiện thực tế ở Việt Nam nên quyết định chọn dải làm việc của ổn áp là từ 160V đến 240V. • Khi lưới điện áp dao đông trong phạm vi 160V -> 217 là 160V thì : Động cơ secvô tự động thay đổi kéo con trượt chổi than giảm số vòng dây sơ cấp tương ứng với điện áp vào để giữ cho Ura ổn định xung quanh giá trị 220V • Khi lưới điện áp dao động trong phạm vi 223V -> 240V thì : Động cơ secvô tự động kéo con trượt chổi than tăng số vòng dây sơ cấp tương ứng với điện áp vào , giữ cho điện áp ra ổn định xung quanh giá trị 220V Sai số cho phép là : ± 3V Qua đó chúng ta thấy rằng điện áp ra qua ổn áp sẽ được ổn định ở điện áp định mức là 220V khi điện áp lưới dao động từ 160V đến 240V, với sai số cho phép là +3V và -3V . II/ Tính toán thiết kế máy biến áp thành phần: Tìm hiểu về máy biến áp tự ngẫu : Trong trường hợp điện áp sơ cấp và thứ cấp khác nhau không đáng kể nghĩa là tỉ số biến áp nhỏ ,để được kinh tế hơn về mặt chế tạo và vận hành người ta thường dùng máy biến áp tự ngẫu . Giống như máy biến áp thường, máy biến áp tự ngẫu cũng có hai cuộn Sơ cấp và thứ cấp . Hai cuộn này không chỉ liên hệ với nhau về từ mà còn liên hệ với nhau về điện + Máy biến áp tự ngẫu tăng áp : n = Uvào / Ura < 1 + Máy biến áp tự ngẫu hạ áp : n = Uvào /Ura >1 Đồ án tốt nghiệp 19 1) Tính toán chế tạo biến áp tự ngẫu công suất 1KVA • Công suất 1 KVA : Từ đó ta tính được dòng định mức là : Iđm = S / Uđm => Iđm = 1000 / 220 Iđm = 4,55 (A) Thông số thiết kế : S = 1 KVA Iđm = 4,55 (A) Quấn dây từ 0 -> 250 (V) Để thừa 1/10 lõi không quấn dây • Từ công thức : F = k S k : hệ số kinh nghiệm • Tiết diện tác dụng của lõi sắt : ta chọn k = 1,3 F = 1,3 1000 => F = 41,11 (cm2) • Tiết diện thực của lõi sắt : Chọn Kcl = 0,9 Kthực = Kcl * 41,11 => Kthực = 0,9 * 41,11 Đồ án tốt nghiệp 20 Kthực = 37 (cm2) • Số vòng dây trên toàn bộ lõi sắt là : W = 250 / 4,44 * f * Kthực * BT => W = 250 / 4,44 *50 *37 * 1,2 W = 250 / 1 W = 250 (vòng) • Chọn mật độ dòng điện : J = 4,55 A / mm2 • Tiết diện dây quấn như sau : S = J I => S = 55,4 55,4 Vậy S = 1 (mm2) Đường kính dây quấn : d = Π S*4 = 14,3 1*4 => d = 1,13 (mm2) Chọn dây dẫn biến áp tự ngẫu có tiết diện tròn , có thông số sau : Đương kính ngoài : d = 1,4 ( vì trên bề mặt của dây quấn phải mài đi 1 phần để điện áp ra chổi than. Nên chọn dây có đường kính = 1,4) Đồ án tốt nghiệp 21 • Chu vi lõi xuyến : Chọn hệ số chèn kín Kc = 0,7 C = 7,0 * dW W : Số vòng dây quấn d : Đường kính dây quấn => C = 7,0 4,1*250 = 500 (mm) Vì phải để lại 1/10 chu vi của lõi không quấn dây nên chu vi của lõi cần phải có là : CT = C C + 10 => CT = 50010 500 + CT = 550 (mm) * Đường kính ngoài cuả lõi ; Dn = CT / Π => Dn = 550 / 3,14 Dn = 175 (mm) • Đường kính trong của lõi là : Đồ án tốt nghiệp 22 Dtr = Ctr / Π Với Ctr là chu vi của lõi được tính như sau : Chọn hệ số xếp chồng KXC = 2,75 thì chu vi trong của lõi là : Ctr = CT / 2,75 => Ctr = 550 / 2,75 Vậy Ctr = 200 (mm) Vậy đường kính trong của lõi là : Dtr = Ctr / 3,14 => Dtr = 200 / 3,14 (mm) Dtr =64 (mm) • Chiều dầy của lõi sắt là : A = Dn - Dtr / 2 => A = 56 (mm) • Chiều cao của lõi sắt : B = F / A => B = 41,11 / 5,6 B = 73,4 (mm) = 0,734 (dm) Vậy lõi sắt sẽ có kích thước như hình vẽ : Đồ án tốt nghiệp 23 q dn dtr Hình 2.2 • Thể tích của toàn bộ lõi sắt : V = (Dn / 2 )2 *3,14 * B - (Dtr / 2 )2 * 3,14 *B V = 4 *14,3 B * (Dn2 -Dtr2 ) => V = 4 734,0*14,3 ( 1,752 - 0,642 ) = 1,53 (dm3) • Trọng lượng toàn bộ lõi sắt : Chọn m = 7,5 (kg) => M = 7,5 * 1,53 = 11,5 (kilogam) • Dây quấn : Giữa lõi sắt và dây quấn đặt 1 lớp cách điện dày 2mm Đồ án tốt nghiệp 24 Ta có chu vi của lõi là : C = 2 * ( A + B + 2*2 ) => C = 2 * ( 56 + 73,4 + 4 ) C = 267 (mm) • Chiều dài toàn bộ dây quấn là ; L = C * W => L = 267 * 250 Vậy L = 66 (mm) • Trọng lượng toàn bộ dây quấn là : chọn dây quấn emay M = 66 * 55,9 => M = 3,689 (KG) Bảng tóm tắt số liệu của biến áp tự ngẫu: Dây quấn Mạch từ Loại Dây d W M Loại Tôn A B Dtr Dn M Đồ án tốt nghiệp 25 Tròn emay 1,4 (mm) 250 (vòng) 3,689 (KG) Silic Quấn tròn 56 (mm) 73,4 (mm) 64 (mm) 175 (mm) 11,5 (KG) 2) Thiết kế chế tạo máy biến áp lực : Các thông số : S =1 KVA Quấn dây từ 0 đến 250 V Để thừa 1/10 lõi không quấn dây Phạm vi thay đổi điện áp lưới : 160V đến 240V • Với U1min = 160 (V) -> I1 = S / U1min -> I1 = 1000 / 160 -> I1 = 6,25 (A) • Với U1max = 240(V) -> I1 = S / U1max -> I1 = 4,17 (A) => Chọn Iđm = 6,25 (A) Đồ án tốt nghiệp 26 • Từ công thức F = 1,3 S Ta có tiết diện tác dụng của lõi sắt F = 1,3 1000 -> F = 41 (cm2) • Tiết diện thực của lõi sắt : chọn Kcl = 0,9 Kthực = Kcl * F -> Kthực = 0,9 * 41 = 37 (cm2) • Số vòng dây trên toàn bộ lõi sắt : W = 250 / 4,44 * f * Kthực * BT Chọn Bt = 1,2 -> W = 250 / 4,44 * 50 * 37 * 10-4 * 1,2 -> W = 254 (vòng ) • Chọn mật độ dòng điện J = 4 A / mm2 • Tiết diện dây quấn như sau : T = J I = 4 25,6 = 1,56 (mm2) -> d = ∏ T*4 = 14,3 56,1*4 = 1,4 (mm2) Chọn dây dẫn biến áp tự ngẫu có tiết diện tròn với các thông số sau : đường kính ngoài : d = 1,7 (mm2) Đồ án tốt nghiệp 27 Vì trên bề mặt dây quấn phải mài đi 1 phần để điện áp ra chổi than , nên chọn dây có đường kính =1,7(mm2) • chu vi lõi xuyến : Chọn hệ số chèn kín : Kc = 0,7 Cn = 7,0 * dW W : số vòng dây quấn d : dưòng kính dây quấn -> Cn = 7,0 7,1*250 = 617 (mm) Vì phải để lại 1/10 chu vi của lõi không quấn dây nên chu vi của lõi cần phải có là : CT = C C + 10 -> CT = 61710 617 + -> CT = 679 (mm) • Đường kính ngoài của lõi là : dn = CT / Π = 679 / 3,14 = 216 (mm) • Đường kính trong của lõi là : dtr = Ctr / Π với Ctr là chu vi của lõi được tính như sau : chọn hệ số xếp chồng Kxc = 2,75 Đồ án tốt nghiệp 28 Ö chu vi của lõi sắt là : Ctr = CT / 2,75 = 679 / 2,75 = 247 (mm) Vậy đường kính trong của lõi là ; dtr = 247 / 3,14 = 79 (mm) • Chiều dầy của lõi sắt là : a = dn - dtr / 2 = 216- 79 / 2 = 68 (mm) • Chiều cao của lõi sắt : b = F / a = 41 / 6,8 = 60(mm) = 0,6(dm) Vậy lõi sắt có kích thước như hình vẽ sau : b dn dtr Hình 2.3 Đồ án tốt nghiệp 29 • Thể tích của toàn bộ lõi sắt : V = ( dn / 2 ) 2 * Π * b - ( dtr / 2 )2 * Π * b Î V = 4 *bΠ (dn2 - dtr2) Î V = 4 6,0*14,3 (2,162 – 0,792 ) = 1,9 (dm2) • Trọng lượng toàn bộ lõi sắt : m = 7,5 (KG) => M = 7,5 * 1,9 = 14,25(KG) • Dây quấn : Giữa lõi sắt và dây quấn có đặt khuôn quấn dây ở mặt trên và dưới của lõi sắt dày 2 mm . Vậy chu vi 1 vòng dây quấn sẽ là : C = 2 ( a+ b + 2 *2 ) = 2 ( 68+ 60+ 4 ) = 264 (mm) • Chiều dài toàn bộ dây quấn là : L = C * W = 264 * 254 = 67056 (mm)= 67,056 (mm) -> L = 67 (mm) • Trọng lượng toàn bộ dây quấn là : M = 67 * 55,9 = 3,75(KG) Ta chọn dây emay có trọng lượng riêng là : 55,9 (g/ m) Bảng tóm tắt số liệu của biến áp lực : Đồ án tốt nghiệp 30 Dây quấn Mạch từ Loại dây d W M Loại Tôn a b dtr dn M Tròn emay 1,7 (mm) 254 ( vòng) 3,75 (KG) Silic quấn tròn 68 (mm) 60 (mm) 79 (mm) 216 (mm) 13,8 (KG) 2) Tính toán thiết kế máy biến áp tín hiệu : Có các thông số sau : P = 30W U1 = 220V U2 = 12V Itải = 5A • Tiết diện của lõi sắt : Ta có : F = k P P : công suất biểu kiến máy biến áp K : Hệ số kinh nghiệm k = 1,1 -> 1,3 F : Tiết diện lõi thép Đồ án tốt nghiệp 31 Chọn k = 1,2 -> F = 1,2 30 = 6,6 (cm2 ) Vậy trụ để quấn dây là hình vuông cạnh 2,6 cm • Tiết diện thực của lõi thép : F T = KC * KG * F Chọn KC = 0,94 KG = 0,84 -> FT = 0,94 * 0,84 * 6,6 = 5,2 (cm2 ) • Số vòng dây thứ cấp : W2 = U2 / 4,44 * f * FT * Bm Ta có : f = 50 Hz Bm = 1,1 -> W2 = 12 / 4,44 * 50 * 1,1 * 5,2 * 10 -4 -> W2 = 94 (vòng ) • Số vòng dây sơ cấp : W1 = U1 / 4,44 * f * FT * Bm Î W1 = 220 / 4,44 * 50 * 1,1 * 5,2 * 10 -4 Î W1 = 1732 ( vòng ) Đồ án tốt nghiệp 32 • Dòng điện : Thứ cấp I2 = Itải / 1,11 = 5 / 1,11 = 4,5 ( A ) Sơ cấp I1 = 2*1 2 I W W = 5,4* 1732 94 = 0,25 (A) • Dây quấn : dùng ống dây là hình vuông cạnh 2,6 cm , dầy 1mm làm vật liệu cách điện • Sơ cấp : Chu vi trung bình là : C1 = 4 ( 26 + 2+e1 ) Với e1 là chiều dày lớp dây sơ cấp e1 = 8,0 )02,035,0(16 + = 7,4 (mm) Thay vào công thức C1 : C1 = 4 ( 26 + 2 + 7,4 ) Î C1 = 141,6 (mm) Vậy chiều dài dây quấn sơ cấp là : L1 = W1 * C1 = 1732 * 141,6 = 245 (m) Trọng lượng dây quấn sơ cấp là : m1 = L1 * 0,8555 = 0,209 (kilôgam) • Thứ cấp : Chiều dài lớp dây quấn thứ cấp : Đồ án tốt nghiệp 33 e2 = 8,0 )1,05,1(4 + = 8 (mm) Chu vi trung bình của lớp dây thứ cấp là : C2 = 4 ( 26 +2 + 2e1 + 0,1 *2 + e2 ) C2 = 4( 26 + 2 + 2 * 7,4 + 0,2 +8) Î C2 = 204 (mm) Chiều dài dây quấn thứ cấp là : L2 = W2 * C2 = 94 * 204 = 19,2 (m) • Bề rộng cửa sổ mạch từ : R = 2 26 = 13 (mm) Vậy mạch từ sẽ có kích thước như sau : V2 V1 V2 V3 V3 54 13 13 26 26 Đồ án tốt nghiệp 34 Hình 2.4 Chương III : Thiết kế chế tạo mạch điều khiển ∗ Giới thiệu chung : Mạch điều khiển trong các hệ thống tự động đóng 1 vai trò quan trọng không thể thiếu được . mạch điều khiển thực hiện chức năng điều chỉnh 1 hay nhiều thông số nào đó của thiết bị như dòng điện , điện áp theo 1 yêu cầu điều chỉnh cho trước hoặc giữ 1 thông số nào đó ổn định theo 1 giá trị yêu cầu đặt ra . Tuy rằng kích thước , khối lượng của mạch điều khiển là nhỏ nhưng hàm lượng chất xám và giá trị kinh tế chứa trong nó chiếm rất cao , cho nên nó giữ vai trò hết sức quan trọng tới việc đánh giá tiêu chuẩn kĩ thuật và giá trị kinh tế của thiết bị . Để đảm bảo yêu cầu kĩ thuật đặt ra , mạch điều khiển phải được thiết kế sao cho hoạt động thật tin cậy nhận biết và sử lý tín hiệu 1 cách chính xác bảo đảm hoàn toàn tự động để người sử dụng vận hành , thao tác đơn giản dễ dàng . Cùng với mạch điều khiển các phần tử chấp hành cũng đóng 1 vai trò không kém phần quan trọng . Nếu ví mạch điều khiển như bộ não của con người thì các phần tử chấp hành chính là chân tay để thực hiện những mệnh lệnh do bộ não điều khiển . I/ Thiết kế mạch điều khiển động cơ Secvô : Sơ đồ khối của mạch điều khiển động cơ secvô : Đồ án tốt nghiệp 35 C¬ cÊu chÊp hμnh T¹o nguìng trªn K. ®¹i b·o hoμ cã ®¶o T¹o nguìng duíi TÝn hiÖu ®iÖn ¸p Hình 3.1 Sơ đồ khối của mạch điều khiển như trên kết hợp với việc đảm bảo yêu cầu làm việc lâu dài trong môi trường khắc nghiệt và tìm kiếm linh kiện để lắp ráp và thay thế dễ dàng , chúng ta thiết kế mạch điều khiển động cơ secvô như sau : Đồ án tốt nghiệp 36 3 4 2 1 +12V -12V A B C R6 R7 R8 R9 VR2 VR3 223v 217v R11 R10 R 1 R5 R2 C R3 R4 VR1 220v +12V -12 V +12V -12 V +12V -12 V +12V BA tÝn hiÖu Uæn ¸ p § SV Chæi than cña biÕn ¸ p æn ¸ p (BL) Cl Tr1 Tr2 Tr3 Tr4 K®T1 2 3 U- U- GND GND K®T K®T Ura th R12 1 2C C828 H1061 A564 A671 § SV M¹ ch ®iÒu khiÓn Con t r- î t l - í i vµo «® U = U ra U = U BL 223v217v 220v U 220v 223v217v U A U B U C Ul- í i Ul- í i Ul- í i Ul- í i B¶n vÏ s¬ ®å nguyªn lý 2 0 0 5 Hình 3.2 : 1) Chức năng của các linh kiện trong mạch điều khiển Tụ C1 : lọc tín hiệu điều khiển Tụ C2 : Mắc // R4 , KĐT1 tạo thành khâu quán tính Điện trở R1 , R2 : Điện trở hạn chế dòng và phân áp tín hiệu điều khiển R5 , VR 1 : Khâu so sánh tạo ra điện áp chuẩn R3, R4 , KĐT1 : KHâu khuyếch đại bão hoà có đảo R6 ,R8 : Vì ở đây ta nối tầng nên R6 ,R8 có chức năng bảo vệ cho KĐT1 , khi KĐT2 hoặc KĐT3 có bị chết thì không ảnh hưởng đến KĐT1 Đồ án tốt nghiệp 37 R7 , VR2 ,KĐT2 : Khâu so sánh tạo ngưỡng trên R9 , VR3 : Khâu so sánh tạo ngưỡng dưới R10, R11 : Hạn chế dòng cho hai nhóm tranristo CL : cầu chỉnh lưu diot chỉnh lưu tín hiệu điện áp xoay chiều Thành 1 chiều ĐSV : Động cơ secvô kéo chổi than 2) Nguyên lý hoạt động của mạch điều khiển • Khi điện áp lưới ở trong phạm vi : 217V đến 223 V , tín hiệu lấy Về từ biến áp tín hiệu đưa tới cổng đảo của KĐT1 bằng tín hiệu đặt ở cổng không đảo của KĐT1 . Vậy điểm A = 0 . Khi điểm A = 0 thì | UR7| âm hơn | UR6| , tức là tín hiệu đưa vào cổng không đảo âm hơn tín hiệu đưa vào cổng đảo KĐT2 nên điện áp ra ở điểm B âm , điểm B âm Tr1 – Tr2 khoá đồng thời | UR9| dương hơn | UR8| , tín hiệu đưa vào cổng không đảo dương hơn tín hiệu đưa vào cổng đảo của KĐT3 . Vậy tại điểm C dương đặt vào cực bazơ của Tr3 – Tr4 , Tr3 – Tr4 khoá ,động cơ không được cấp điện do đó ĐSV sẽ không quay. • Khi 160V ≤ Ul < 217 V , tín hiệu điện áp lấy về đưa vào cổng không đảo của KĐT1 nhỏ hơn tín hiệu đặt ở cổng đaơ của KĐT1 nhờ VR1 , Vì vậy tại điểm A sẽ dương dần . Khi điểm A dương thì | UR6| >| UR7| , tức là tín hiệu đưa vào cổng đảo của KĐT2 nhờ VR2 lớn hơn tín hiệu đưa vào cổng không đảo của KĐT2 nhờ VR2 . Vì vậy tín hiệu ra của điểm B âm . Khi B âm thì Tr1 khoá, Tr2 khoá . Đồng thời | UR8| dương hơn | UR9| tức là tín hiệu đưa vào cổng đảo của KĐT3 lớn hơn tín hiệu đặt đưa vào cổng không đảo của KĐT3 nhờ VR3 , do đó tín hiệu ra của điểm C âm. Lúc này có dòng I c qua Tr3 , có dòng IB cho Tr4 vì vậy có dòng chạy từ GND qua ĐSV qua Tr4 về – Uư . Động cơ Secvô quay thêo chiều rút ngắn số vòng dây sơ cấp của biến áp lực BL để giữ cho điện áp ra ổn định . Khi Ura của biến áp lực bằng Uôđ thì điểm A = 0 , điểm B 0 , động cơ Secvô ngừng quay . Đồ án tốt nghiệp 38 • Khi 223V < Ul ≤ 240 V , tín hiệu điện áp lấy về từ biến áp tín hiệu sau cầu chỉnh lưu đưa về cổng không đảo của KĐT1 lớn hơn tín hiệu đặt ở cổng không đảo của KĐT1 nhờ VR1 , điểm A sẽ âm dần . Khi A âm , | UR6| âm hơn | UR7| , tức là tín hiệu đưa vào cổng đảo âm hơn tín hiệu đặt đưa vào cổng không đảo của KĐT2 nhờ VR2 , tín hiệu ra của điểm B dương , Tr1 mở, có dòng IB cho Tr2 , Tr2 mở thì cấp nguồn phần ứng +Uư cho ĐSV làm ĐSV quay theo chiều tăng số vòng dây sơ cấp của biến áp BL để giữ cho Ura của BL bằng Uôđ , đồng thời| UR8| lớn hơn | UR9| tức là tín hiệu đưa vào cổng đảo âm hơn tín hiệu đưa vào cổng không đảo của KĐT3 , điện áp ra của điểm B dương , Tr3 – Tr4 khoá . Khi Tr1 – Tr2 mở ĐSV quay theo chiều tăng số vòng dây sơ cấp của bién áp BL . Khi Ura bằng Uôđ thì điểm A = 0 , điểm B 0 , do đó Tr1 – Tr2 khoá Tr3 – Tr4 khoá ĐSV sẽ ngừng quay . Ta rút ra bảng trạng thái : Ul (V) Điểm A Điểm B Điểm C Ul = 220 (V) = 0 < 0 > 0 Ul = 217 (V) > 0 < 0 < 0 Ul = 223 (V) < 0 > 0 > 0 Kết luận : Đồ án tốt nghiệp 39 Với phương án thiết kế trên , ĐSV được điều khiển để truyền động cho con trượt chổi than đến vị trí có số vòng dây tương ứng với điện áp vào Ul . Nếu điện áp đầu vào < Uôđ thì điều khiển sẽ điều khiển ĐSV quay con trượt chổi than giảm số vòng dây để U ra = 220 (V) , nếu điện áp đầu vào lớn hơn Uôđ thì mạch điều khiển sẽ điều khiển sẽ điều khiển ĐSV quay con trượt chổi than tăng số vòng dây để Ura ổn định = 220 (V) ( với sai số cho phép là ± 3 V ) */ Từ nguyên lý làm việc của mạch điều khiển ĐSV ta rút ra được đường đặc tính sau : U 217v Uluíi A 220v 223v U Uluíi B U Uluíi C U Uluíi * 217v 220v 223v Hình 3.3 3 ) Tính chọn linh kiện mạch điều khiển : Đồ án tốt nghiệp 40 Khi ta tính chọn linh kiện cho mạch điều khiển 1 vấn đề cần được quan tâm là những linh kiện được chọn phải là loại có sẵn trên thị trường , để khi phải sửa chữa thay thế có thể tìm mua được dễ dàng . Sau đây ta sẽ tiến hành tính chọn từng linh kiện trong mạch , để đơn giản ta có thể chọn trước tri số của vài linh kiện sau đó sẽ tính chọn các phần tử còn lại cho phù hợp . + Biến áp tín hiệu dùng loại 220 (V) + R1 : Điện trở hạn chế dòng chọn loại 10 K + R2 : Điện trở phân áp chọn loại 10 K + Tụ C1 : là tụ lọc tín hiệu , tín hiệu không cần hoàn toàn phẳng vì cần thay đổi nếu dùng tụ lớn thì tín hiệu lì không thay đổi nên chọn tụ C1 có giá trị nhỏ hơn 10μ . +R3, R4 , KĐT1 : là bộ khuyếch đại đảo Chọn R3 = 22K , R4 = 560 K Vậy hệ số khuyếch đại sẽ là : K = 3 4 R R = 22 560 = 22,5 (lần) + R5 : chọn R5 = 10 K +R6 , R8 : chọn R6 = 10 K , R8 = 10 K + R7 ,R 9 : chọn R7 = 10 K , R9 = 10K + Tầng thứ nhất cầu Dalingtơn của Tr1-Tr2 chọn loại C828 Tầng thứ nhất cầu Dalingtơn của Tr3-Tr4 chọn loại A564 Có các thông số sau : Pmax (mw) I Cmax (mA) VCC (V) β ToC F gh (mhz) 220 50 30 220 125 220 Đồ án tốt nghiệp 41 + R10 , R11 : là 2 điện trở hạn chế dòng cho hai cầu dalingtơn nên phải được chọn sao cho đảm bảo các tranzito Tr1- Tr2 và Tr3- Tr4 bão hoà . Ta có : I bco = I Cmax / β = 50 / 220 = 0,23 mA Chọn độ dự chữ gấp 10 lần : I bco = 0,23 * 10 = 2,3 mA Vậy trị số của R10 và R11 là : R10 = R11 = 3,2 12 = 5,2 K Chọn điện trở chuẩn R10 = R11 = 4,7 K + Chọn động cơ secvô 1 chiều có công suất 10W , điện áp 12V Dòng định mức của secvô là : Iđm = 10*10-3 / 12 =833mA Từ dòng định mức của động cơ secvô ta chọn tầng thứ 2 của cầu dalingtơn: Tr2 là H1061 , Tr4 là A671 + Các khuyếch đại thuật toán KĐT1 , KĐT2 , KĐT3 chọn loại LM741 có Các thông số trong bảng sau : Ao Hệ số khuyếch đại điện áp hở mạch 100dB Zi Trở kháng vào 1MΩ Zo Trở kháng ra 150Ω Ib Dòng điện phân cực vào 200mA Đồ án tốt nghiệp 42 Vsmax Điện áp nuôi cực đại 18V V1max Điện áp vào cực đại 13V Vomax Điện áp ra cực đại 14V Fo Tần số chuyển tiếp 1 MHz + Cánh tản nhiệt : Để đảm bảo cho tranzito H1061 và A671 làm việc được lâu dài không bị nóng ở nơi mà biến áp phải hoạt động liên tục, tức là nơi điện áp phải hoạt động nhiều cần lắp thêm cánh tản nhiệt. 4) Thiết kế và chê tạo mạch in cho mạch điều khiển: Để có thể đạt được mục đích tốt nhất khi sinh viên tiến hành nghiên cứu và thực hành chúng em đã thiết kế mặt môdul điều khiển như hình vẽ: Đồ án tốt nghiệp 43 223v217v 220v U 220v 223v217v U A U B U C Ul- í i Ul- í i Ul- í i Ul- í i +12V -12V A B C R6 R7 R8 R9 VR2 VR3 R11 R10 R1 R5 R2 R3 R4 VR1 Uth +12V Gn d -12V § iÒu khiÓn ®éng c¬ secvo t rong m¸ y æn ¸ p xoay chiÒu +12V -12 V +12V -12 V +12V -12 V +12V Cl Tr1 Tr2 Tr3 Tr4 2 3 K®T1 K®T K®T U- U- B¶n vÏ dï ng ®Ó khoan khoÐt mÆt 2C 1C CcCt Lç cÇu ch× Lç c«ng c¾c Lç chiÕt ¸ p Lç ®o Lç ®o Lç chiÕt ¸ p Lç chiÕt ¸ p Lç led Lç led 2 0 0 5 Lç ®o Hình 3.4: Mặt môdul điều khiển Từ bản vẽ thiết kế mặt ở trên ta có thể thiết kế mạch in như sau: Đồ án tốt nghiệp 44 1 +12 R GND 2 0 0 53 4 A 6 2 -12 10 7 B 11 * 12 8 C 9 R C R R R R R R R RR H1061C828 A564 A671 CL + 741 741 741 § iÒu khiÓn ®éng c¬ SECVO trong m¸ y æn ¸ p xoay chiÒu § iÒu khiÓn ®éng c¬ SECVO trong m¸ y æn ¸ p xoay chiÒu 2 0 0 5 Hình 3.5: Sơ đồ mạch in và bố trí linh kiện Đồ án tốt nghiệp 45 II/ Thiết kế bộ nguồn ổn áp 1 chiều cung cấp cho mạch điều khiển II.1 ) Nhiệm vụ và yêu cầu đối với nguồn nuôi: Như chúng ta đã biết , các mạch điều khiển nếu ví như các bộ não thi nguồn nuôi cung cấp cho mạch điều khiển được ví như các mạch máu cung cấp năng lượng nuôi bộ não . Do đó tất cả các mạch điều khiển dù đơn giản hay phức tạp cũng không thể thiếu được nguồn nuôi . Trong ổn áp của chúng ta thiết kế cần 2 bộ nguồn để làm nguồn nuôi các khuyếch đại thuật toán , làm nguồn chuẩn để so sánh . 2 bộ nguồn này kí hiệu là : + Uư - Uư Hai bộ nguồn này đều phải cung cấp ra điện áp ổn định +12V và - 12V khi điện áp đầu vào dao động từ 160V đến 240V, tức là trong dải làm việc của ổn áp. ổn áp chỉ làm việc khi nguồn nuôi các mạch điều khiển đã có , đảm bảo ổn áp làm việc luôn tin cậy . II.2) Tính toán chế tạo bộ nguồn ổn áp: Ổn áp mà chúng ta thiết kế có hai bộ nguồn nuôi giống hệt nhau nên khi tính toán ta chỉ cần tính cho 1 bộ còn bộ kia có các số liệu giống như vậy . Trong thực tế có nhiều sơ đồ để có thể áp dụng cho việc lắp ráp bộ nguồn nuôi này , nhưng qua thực tế và thử nghiệm nhóm em đã chọn sơ đồ sau : Đồ án tốt nghiệp 46 U1 GND U2 U2 CL1 CL2 7812 7812 +12v Hình 3.6: Vẽ sơ đồ nguồn nuôi IC 7812 : vi mạch ổn áp ± 12V có thông số kĩ thuật như sau : Mã hiệu Điện áp vào Dòng điện ra Điện áp ra UA 7812MK 17v -> 33v 1A 11,5 ->12,5 Qua sơ đồ trên chúng ta thấy nó đáp ứng được các yêu cầu về độ ổn định điện áp đầu ra khi điện áp đầu vào thay đổi từ 160V đến 240V . Số lượng linh kiện ít , chủng loại linh kiện ít nên khi thiết kế mạch in dễ dàng . Tính toán thiết kế biến áp nguồn nuôi : Để điện áp ra của bộ nguồn được ổn định ở +12V và -12V cung cấp cho các mạch điều khiển ta thiết kế biến áp với các thông số như sau : * Điện áp đầu ra của nguồn ổn áp Ura = + 12(V) * Dòng tải lớn nhất Itải = 1A Đồ án tốt nghiệp 47 • Phạm vi thay đổi của điện áp lưới Ulưới = 160V đến 240V 1) Chọn điện áp rơi nhỏ nhất ΔUmin = 5V trên IC ổn áp ứng với lúc điện áp xoay chiều đầu vào nhỏ nhất U1min = 160(V) 2) Điện áp nhỏ nhất ở cửa vào IC ổn áp ( khi đã có tụ lọc ) : UVmin = Ura + ΔUmin Ö UVmin = 12 + 5 = 17 (V) 3) Điện áp chỉnh lưu nhỏ nhất khi chưa có tụ lọc ( giá trị trung bình của điện áp đập mạch ) : Ucl = 2 minUv = 2 17 = 12 (V) (ở đây đã coi tụ lọc nâng giá trị trung bình của điện áp đập mạch lên 2 lần ) 4) Điện áp nhỏ nhất của thứ cấp máy biến áp theo sơ đồ chỉnh lưu Cầu 1 pha U1max = 1,11 Uclmin + ΔUb.a Ö U2min = 1,11 * 12 + 4 = 17 (V) Trong đó lấy ΔUb.a = 4 (V) là điện áp rơi trên dây quấn máy biến áp và dây dẫn 6) Điện áp lớn nhất của thứ cấp máy biến áp ứng với lúc U1max = 240(V) U2max = U1max / U1min * U2min Đồ án tốt nghiệp 48 => U2max = 240 / 160 * 17 = 26 (V) 7) Điện áp chỉnh lưu lớn nhất khi (chưa có tụ lọc ) Uclmax = 0,9 * U2max =0,9 * 26 = 23,4 (V) 8) Điện áp lớn nhất khi cửa vào IC ổn áp (khi đã có tụ lọc ) ứng với Khi điện áp lưới U1max = 240(V) Uvmax = 2 * Uclmax = 33 (V) (coi tụ C1 nâng điện áp trung bình lên 2 lần ) 9) Sụt áp lớn nhất trên IC ổn áp Δ Umax = Uvmax – Ur = 33 – 12 = 21 (V) 10) Công suất tổn thất lớn nhất trên IC ổn áp Δ Pmax = Δ Umax * Itải => Δ Pmax = 21 * 1 = 21 ( W) 11) Công suất tải yêu cầu : Ptải = Ura * Itải Ö Ptải = 12 * 1 = 12 (W) 12) Công suất máy biến áp Đồ án tốt nghiệp 49 P = Ptải + Δ Pmax -> P = 12 + 21 = 33 (W) 13) Tiết diện lõi sắt máy biến áp F = 1,2 P = 1,2 * 33 = 6,9 (cm2) 14) Hệ số quấn dây No = F 6040 → = 9,6 50 = 7,2 ( vòng/ vol) Việc chon hệ số 40-> 60 phụ thuộc vào chất lượng tôn đối với tôn trong máy biến áp này ta chọn hệ số = 50. 15) Số vòng dây: Cuộn sơ cấp : W1 = No* U1max = 7,2 * 240 -> W1 = 1737 (vòng) Cuộn thứ cấp : W2 = No * U2max = 7,2 * 26 -> W2 = 189 (vòng) 16) Dòng điện: Thứ cấp : I2 = Itải / 1,11 -> I2 = 1 / 1,11 -> I2 = 0,9 (A) Sơ cấp : I1 = W2 / W1 * I2 -> I1 = 189/ 1737 * 0,9 Đồ án tốt nghiệp 50 -> I1 = 0,1 (A) 17) Tiết diện dây : chọn J = 3 Sơ cấp : S1 = I1 / J -> S1 = 0,1 / 3 = 0,03 (mm2) -> Thứ cấp : S2 = I2 / 3 S2 = 0,9 / 3 = 0,3 (mm2) 18) Đường kính dây Sơ cấp : d1 = Π 1*4 S = 14,3 03,0*4 -> d1 = 0,2 (mm) Thứ cấp : d2 = Π 2*4 S = 14,3 3,0*4 ->d2 = 0,6 (mm) 19) Chọn IC ổn áp tuyến tính loại 7812 Chọn tụ hoá C2 : ( 4,7 -> 10 ) μ và điện áp Ura = 12(V) Chọn tụ hoá C1 : (1000 -> 3000) μ và Uvmax = 33 (V) Chọn cầu chỉnh lưu : 5(A) Đồ án tốt nghiệp 51 Chương IV : Thiết kế mạch bảo vệ cho bộ thực hành nguồn ổn áp công suất 1 KVA I/ Giới thiệu chung : Như chúng ta đã biết , tất cả các thiết bị điện muốn làm việc được tốt , lâu dài thì khi vận hành đều phải tuân thủ nghiêm ngặt những yêu cầu kĩ thuật , những giới hạn cho phép về điện áp …Thế nhưng , nhiều khi những nguyên nhân khách quan , bất ngờ dẫn đến hỏng hóc thiết bị . Do vậy hệ thống bảo vệ trong từng thiết bị điện là không thể thiếu được.Bộ thực hành ổn áp mà chúng ta thiết kế là bộ nguồn ổn áp công suất 1 KVA, có dải làm việc rộng và khả năng tự động hoá cao . Thế nhưng bộ thực hành ổn áp sẽ làm việc không tin cậy nữa khi có những sự cố của lưới điện : điện áp vượt ra ngoài dải làm việc của bộ thực hành ổn áp . Vì vậy từ giới hạn về dải điện áp làm việc chúng ta sẽ thiết kế mạch bảo vệ ngoàI dải làm việc của bộ thực hành ổn áp II/ Thiết kế chế tạo mạch bảo vệ điện áp ngoài dải làm việc: Bộ thực hành ổn áp của chúng ta chỉ làm việc tốt trong dải điện áp từ 160V -> 240 V . Còn khi điện áp lưới vượt ra ngoài phạm vi đó thì điện áp ở đầu ra của bộ thực hành ổn áp không còn ổn định ở định mức nữa . Như vậy dựa vào dải làm việc của bộ thực hành ổn áp mà ta chọn 2 ngưỡng 160V và 240 V để thiết kế mạch bảo vệ . Đồ án tốt nghiệp 52 + Khi Ul < 160 V thì động cơ secvô làm việc , Ura không được ổn áp. + Khi Ul > 240 V thì cắt không cho động cơ secvô làm việc , Ura không được ổn áp . + Khi 160 V < Ul < 240 V thì động cơ sec vô tự động làm việc, điện áp ra của biến áp được ổn áp . III/ Nguyên lý làm việc của mạch bảo vệ điện áp ngoài dải làm việc: Sơ đồ nguyên lý của mạch bảo vệ điện áp ngoài dải làm việc : 1KH 2KH * §1 §2 C §3 Rl GND §SC 240v 160v Hình 4.1 Khi điện áp lưới giảm xuống < 217 V , theo nguyên lý làm việc của mạch điều khiển , Tr3 và Tr4 mở có dòng từ GND chạy qua động cơ secvô qua 2KH về –Uư . Động cơ secvô quay theo chiều giảm số vòng dây trên biến áp ổn định. Khi điện áp vào biến áp ổn áp giảm xuống < 160 V thì động cơ secvô sẽ tác động vào công tắc hành trình 2KH ngắt nguồn cấp cho động cơ dẫn Đồ án tốt nghiệp 53 đến động cơ ngừng hoạt động ,( điện áp vào rất nhỏ nên điện áp ra cũng nhỏ ). Tác dụng của Đ2 là để ngăn dòng từ GND chạy về –Uư , nhưng vẫn có thể dẫn dòng từ + Uư đến GND trong trường hợp công tắc hành trình 2KH đang bị tác động . Như vậy trong trường hợp 2KH đang bị tác động nếu điện áp đầu vào ổn áp tăng lên > 160 V thì điện áp ra lớn hơn điện áp ổn định , do đó Tr1 và Tr2 trên mạch điều khiển mở , dẫn dòng từ +Uư qua Đ2 đến động cơ secvô về GND . Động cơ secvô quay theo chiều tăng số vòng dây và tự động chạy ra khỏi công tắc hành trình 2KH dẫn đến mạch Reset lại quay về trạng thái làm việc bình thường . Tương tự như vậy , khi điện áp vào biến áp ổn áp tăng lên lớn hơn 223V Tr1 và Tr2 trên mạch điều khiển mở , dẫn dòng từ + Uư qua công tắc hành trình 1 KH , 2 KH đến động cơ và về GND . Động cơ secvô quay theo chiều tăng số vòng dây trên biến áp ổn áp . Trong trường hợp điện áp vào biến áp ổn áp lớn hơn 240 V , động cơ secvô sẽ tác động vào công tắc hành trình 1 KH ngắt nguồn cấp cho động cơ , động cơ ngừng hoạt động . Tác dụng của Đ1 để ngăn dòng từ + Uư cấp cho động cơ trong trường hợp 1 KH đang bị tác động nhưng vẫn có thể dẫn dòng ngược lại từ GND qua 2 KH về + Uư .Như vậy trong trường hợp 1 KH đang bị tác động , nếu điện áp đầu vào biến áp ổn áp giảm nhỏ hơn 240V thì Tr3 và tr4 mở dẫn dòng từ GND qua 2 KH , qua Đ1 về – Uư cấp nguồn cho động cơ secvô quay theo chiều giảm số vòng dây và tự động chạy ra khỏi công tắc hành trình 1 KH , mạch reset trở về trạng thái hoạt động ban đầu . Trong trường hợp có sự cố mất điện , động cơ secvô sẽ tự động quay theo chiều tăng số vòng dây , tránh trường hợp có điện trở lại ( điện áp lúc này rất lớn mà trước khi mất điện điện áp đang nhỏ ) gây sự cố quá tải khi điện áp đầu vào tăng đột ngột .Ta sử dụng 2 tụ có dung lượng 4700μ F , 1 tiếp điểm thường đóng của Rơle , 1 điốt Đ3 . Khi mạch Reset hoạt động bình thường , tụ C được nạp đầy để dự trữ . Khi mất điện Rơle cũng mất điện , tiếp điểm thường đóng của rơle đóng lại ; tụ phóng điện qua bản cực dương của tụ , qua động cơ secvô về GND về bản cực âm của tụ , làm động cơ secvô quay con trượt chổi than tăng số vòng dây ( vị trí có số vòng dây an toàn ) . Đồ án tốt nghiệp 54 IV/ Chọn linh kiện : Bảng thống kê các linh kiện của mạch bảo vệ điện áp ngoài dải làm việc: Ký hiệu Số lượng Giá trị Ghi chú Tụ 4700μ F 2 4700μ F 1 chiều Điốt quốc phòng 3 1 A Đồ án tốt nghiệp 55 Chương V : Lắp ráp chế tạo bộ thực hành ổn áp Giới thiệu chung : Mỗi thiết bị điện ngoài việc thiết kế và tính toán bao giờ cũng phải trải qua quá trình chế tạo thử nghiệm và chỉnh định các thông số cho phù hợp với các chế độ làm việc ngoài thực tế . Bởi khi tính toán thiết kế vẫn mang tính lý thuyết nhiều , nên khi đưa thiết bị vào hoạt động oqr trong thực tế nhiều khi mới nảy sinh những vấn đề chưa thật phù hợp cần phải tìm biện pháp khắc phục và chỉnh định lại một số thông số để khi đưa vào vận hành , bộ thực hành này thực sự mang lại hiệu quả cho các bạn sinh viên . Mặt khác những linh kiện khi thiết kế đã được tính toán , lựa chọn , nhưng ngoài thị trường lại hiếm nên phải chọn dùng loại khác , khi đó một số thông số khác lại phải thay đổi cho phù hợp .Chính vì những yêu cầu đó nhóm chúng em đã giành thời gian lắp và chỉnh định. I ) Lắp ráp mạch điều khiển động cơ secvô : Với sơ đồ nguyên lý như đã thiết kế cùng các linh kiện chúng ta tiến hành lắp ráp các linh kiện theo đúng sơ đồ vào mạch in .Trước khi lắp các Đồ án tốt nghiệp 56 linh kiện ta tiến hành kiểm tra chất lượng của các con linh kiện để đảm bảo cho mạch hoạt động tốt nhất. Sơ đồ đấu dây, lắp ráp dựa trên mạch in đã có ở hình 3.5: 223v217v 220v U 220v 223v217v U A U B U C Ul- í i Ul- í i Ul- í i Ul- í i +12V -12 V A B C R6 R7 R8 R9 VR2 VR3 223v 217v R11 R10 R1 R5 R2 R3 R4 VR1 220v Uth +12VGn d -12 V § iÒu khiÓn ®éng c¬ secvo t rong m¸ y æn ¸ p xoay chiÒu +12V -12 V +12V -12 V +12V -12 V +12V Cl Tr1 Tr2 Tr3 Tr4 2 3 K®T1 K®T K®T U- U- 2C 1C CcCt Lç ®o 2 0 0 5 1 2 3 4 6 7 8 9 10 11 12 Hình 5.1 Mạch này phải đảm bảo những tiêu chuẩn sau : + Khi điện áp vào định mức là 220 V thì điện áp ra cũng bằng giá tri định mức , lúc này không cần dòng điện điều chỉnh dòng của động cơ . Đồ án tốt nghiệp 57 + Khi điện áp vào nhỏ hơn giá tri định mức thì điện áp ra cũng nhỏ hơn giá trị định mức mong muốn , cần tăng giá trị điện áp của đầu ra , tăng bằngcách mạch điều khiển sẽ điều khiển động cơ secvô di chuyển con trượt chổi than đến vị trí giảm số vòng dây của máy biến áp động lực , kết quả là điện áp ở đầu ra tăng lên đạt giá trị định mức . Khi điện áp vào càng nhỏ thì đòi hỏi sự điều chỉnh điện áp giữa các cuộn dây càng lớn , nghĩa là mạch điều khiển sẽ điều khiển động cơ secvô di chuyển con trượt chổi than đến vị trí giảm số vòng dây của máy biến áp động lực . + Khi điện áp ra lớn hơn điện áp ra định mức thì mạch điều khiển sẽ điều khiển động cơ secvô di chuyển con trượt chổi than đén vị trí làm tăng số vòng dây của máy biến áp động lực , kết quả là điện áp ở đầu ra giảm xuống bằng giá trị điện áp ra định mức mong muốn . Điện áp ra càng lớn thì hệ số điều chỉnh điện áp trên các cuộn dây phải lớn , do đó mạch điều khiển điều khiển động cơ secvô di chuyển con trượt chổi than đến vị trí làm tăng số vòng dây trên máy biến áp động lực . Độ sai lệch điện áp vào và độ sai lệch điện áp ra là tỉ lệ thuận : UΔ = Ura - Ura ôđ Ngoài ra độ sai lệch điện áp ra phụ thuộc vào phụ tải do đó ở lĩnh vực điều chỉnh ta có thể coi sai lệch điện áp ở đầu vào và đầu ra là một . Các trị số của linh kiện lắp trên mạch như bảng dưới đây : Tên linh kiện Ký hiệu Giá trị Ghi chú Điện trở R1, R2 ,R5,R6 , R7 , R9 R 3 R4 R10 , R11 10K 10 K 22 K 500 K 4,5 K Biến trở VR1=VR2=VR3 50 K Đồ án tốt nghiệp 58 Tụ điện C1 C2 4,7 μ /16v 104 Xoay chiều KĐT KĐT1,KĐT2,KĐT3 μ A741 Tranzito Tr1 Tr2 Tr3 Tr4 C828 H1061 A546 A671 II) Mạch bảo vệ ngoài dải làm việc của bộ thực hành: Ta tiến hành lắp ráp mạch bảo vệ theo sơ đồ nguyên lý : 1KH 2KH * §1 §2 C §3 Rl GND §SC 240v 160v Hình 5.2 Mạch bảo vệ gồm : 3 điốt 1A 2 tụ mắc song song có giá trị 4700 μ F 1 rơle Đồ án tốt nghiệp 59 III)Lắp ráp bộ nguồn nuôi mạch điều khiển: Từ sơ đồ nguyên lý chúng ta thiết kế mạch in để lắp các linh kiện vào kích thước mạch in được khống chế bởi vị tí đặt bộ nguồn trong ổn áp ,đồng thời để 1 khoảng trên mạch in để lắp cánh tản nhiệt cho 2 tranzito.ở hai đầu mạch in còn lắp các đầu nối để tiện khi tháo lắp . Chọn vị trí lắp led sao cho đứng ngoài có thể nhìn thấy chỉ thi có nguồn cho các mạch , với kích thước của các linh kiện ta khoan các lỗ chân linh kiện mm1Φ để cắm cho dễ dàng . IV ) Chế tạo biến áp tín hiệu và biến áp nguồn nuôi: Các thông số về lõi thép và dây quấn của hai biến áp này như đã tính ở chương II và chương III Chế tạo : - Lõi từ của các biến áp được chế tạo theo hình E - Các cuộn dây sơ cấp và thứ cấp được quấn trên trụ giữa của lõi từ . - Sau khi quấn dây xong ta tiến hành tẩm sơn cách điện rồi sấy khô . - Lõi của biến áp được gông chặt bằng thép góc , các đầu dây ra của biến áp được đóng đàu cốt để đảm bảo tiép xúc và dễ lắp ráp. - V ) Chế tạo biến áp tự ngẫu và biến áp lực: Các thông số kĩ thuật của biến áp tự ngẫu và biến áp lực đã được tính toán ở chương II . Chế tạo : - Định vị dây quấn bằng các rãnh nhựa và keo chịu nhiệt - Mài các lớp cách điện phần tiếp xúc với chổi than Các cơ cấu cơ khí : Chổi than được làm từ than graphít, chổi than được gắn vào trục quay đồng trục của lõi biến áp .Trục được gia công từ thép. Hai đầu trục được tiện ren để gá bằng ốc vít , trục được luồn qua thân quận dây VI) Chế tạo hộp động lực : Đồ án tốt nghiệp 60 * Tủ hộp động lực gồm : - Biến áp tự ngẫu - Biến áp tín hiệu - Biến áp ổn áp - Biến áp nguồn nuôi - Các mạch điều khiển * Kích thước hộp : - Cao 300 mm - Dài 500 mm - Rộng 300 mm Khung tủ được gia công bằng sắt , hộp có mặt đáy và mặt bên làm bằng thép , 3 mặt còn lại sử dụng chất liệu mica trong để sinh viên tiện theo dõi quá trình hoạt động của bộ thực hành ,riêng mặt trước đã được sơn đen và in sơ đồ khối của mạch lực : S¬ cÊp §SV Uth B.A tÝn hiÖu Ulu¬Ý B.A tô ngÉu B.A æn ¸p Uvμo +12v +Uu -Uu -12vGND GND V«n kÕ V«n kÕ * æn ¸p xoay chiÒu theo nguyªn t¾c biÕn ¸p Bé thùc hμnh Hình 5.3: sơ đồ mạch lực Đồ án tốt nghiệp 61 Mặt trước của hộp lực gồm : - 2 đồng hồ vôn kế đo điện áp vào và điện áp ra - 1 đèn báo ổn áp đang làm việc - 1 núm xoay của biến áp tự ngẫu - 6 cọc cắm Bên hông hộp bố trí 1 áttômat đóng cắt nguồn cho ổn áp vận hành và dừng hoạt động. • Trong hộp động lực của bộ thực hành ổn áp xoay chiều : - Biến áp tự ngẫu : Có điện áp vào là điện áp lưới 220V, điện áp ra là điện áp xoay chiều từ 0 -> 250V. - Biến áp tự ngẫu dùng để giả làm điện áp thay đổi khi tiến hành thực hành . - Biến áp ổn áp : Dải điện áp vào biến thiên từ 160V đến 240V,điện áp ra ổn định ở 220 V . - Biến áp tín hiệu : Cấp tín hiệu thay đổi điện áp cho mạch điều khiển . - Biến áp dùng cho mạch nguồn ± 12v : Đồ án tốt nghiệp 62 18v 18v 18v 18v 220v Hình 5.4 - Ta sử dụng 2 mạch nguồn ± 12v và GND có dùng IC 7812,bảo vệ ngắn mạch bằng cầu chì 0,5A - Mạch điều khiển bảo vệ điện áp ngoài dải làm việc: có sử dụng Rơle đóng cắt tiếp điểm ( điện áp cấp vào cuộn hút là 220V ) VII) Thiết kế , chế tạo hộp môdul điều khiển: Hộp môđul có kích thước như sau : 80 50 465 265 Hình 5.5: Đồ án tốt nghiệp 63 Hộp môdul được làm bằng thép , sơn phủ bên ngoài , mặt trước hộp môdul bố trí cọc cắm dây , hai đền led , cầu chì bảo vệ , núm vặn của biến trở . Hình vẽ dưới đây là sơ đồ mặt hộp modul : 223v217v 220v U 220v 223v217v U A U B U C Ul- í i Ul- í i Ul- í i Ul- í i +12V -12V A B C R6 R7 R8 R9 VR2 VR3 R11 R10 R1 R5 R2 R3 R4 VR1 Uth +12V Gn d -12V § iÒu khiÓn ®éng c¬ secvo t rong m¸ y æn ¸ p xoay chiÒu +12V -12 V +12V -12 V +12V -12 V +12V Cl Tr1 Tr2 Tr3 Tr4 2 3 K®T1 K®T K®T U- U- 2C 1C CcCt Lç cÇu ch× Lç c«ng c¾c Lç chiÕt ¸ p Lç ®o Lç ®o Lç chiÕt ¸ p Lç chiÕt ¸ p Lç led Lç led 2 0 0 5 Lç ®o Hình 5.6: Chương VI : Thử nghiệm I ) Thử nghiệm: Sau khi lắp ráp hoàn chỉnh “ Bộ thực hành ổn áp “ ta tiến hành thử nghiệm : Mắc sơ cấp của biến áp tự ngẫu vào lưới điện , đầu ra của biến áp tự ngẫu đưa vào sơ cấp của biến áp tín hiệu ; lấy điện áp sơ cấp của biến áp tín hiệu đưa vào mạch điều khiển ( ở đây ta đã cấp nguồn nuôi vào mạch theo sơ đồ nguyên lý). Đồ án tốt nghiệp 64 • Chỉnh ở điểm A : Xoay núm điều chỉnh của biến áp tự ngẫu , quan sát thấy vôn kế ở đầu ra có giá trị = 220 v thì dừng lại . Dùng đồng hồ vạn năng để thang đo điện áp 1 chiều thích hợp kiểm tra giá trị này . Sử dụng đồng hồ vạn năng đô điện áp tại điểm A. Nếu UA ≠ 0 xoay núm điều chỉnh biến trở VR1 , 1 cách thận trọng , điều chỉnh VR1 sao cho tại điểm A lúc này có giá trị = 0 , quan sát đồng hồ vạn năng , cố định vị trí vừa tìm được trên VR1 . Kiểm tra lại việc điều chỉnh 0 ở điểm A : Xoay núm điều chỉnh biến áp tự ngẫu để đầu ra biến áp tự ngẫu có giá trị = 217 V , quan sát sự thay đổi điện áp UA trên đồng hồ vạn năng , lúc này A phải dương , nếu A chưa dương ta chỉnh biến trở VR1 . Xoay núm điều chỉnh biến áp tự ngẫu để đầu ra có giá trị = 223 V . Quan sát sự thay đổi của điện áp tại điểm A trên ddồng hồ vạn năng , lúc này điểm A phải âm , nếu thấy điểm A chưa âm ta chỉnh biến trở VR1 . • Chỉnh điểm B : Xoay núm điều chỉnh biến áp tự ngẫu để điện áp ra của biến áp tự ngẫu có giá trị = 223 V ( dùng đồng hồ vạn năng để kiểm tra giá trị này ) , lúc này điểm B phải dương , nếu điểm B chưa dương ta điều chỉnh biến trở VR2 1 cách thận trọng , tìm vị trí để UB chuyển đổi ngưỡng , cố định vị trí vừa tìm được trên VR2 .Kiểm tra lại việc chỉnh ngưỡng điểm B bằng cách xoay núm điều chỉnh biến áp tự ngẫu để điện áp vào sơ cấp biến áp tín hiệu thay đổi xung quanh giá trị 223V Ta xoay núm điều chỉnh của biến trở để điện áp vào sơ cấp biến áp tín hiệu có giá trị bằng 217V (dùng đồng hồ vạn năng để kiểm tra giá trị này ) . Ta thấy lúc này điểm B phải âm , nếu điểm B chưa am ta tiếp tục điều chỉnh biến trở VR2 . • Tại điểm C : Xoay núm điều chỉnh biến áp tự ngẫu để đầu ra biến áp tự ngẫu có giá trị bằng 220V (dùng đồng hồ vạn năng để kiểm tra giá trị này ) .Tại thời điểm này dương. Tiếp tục xoay núm biến áp tự ngẫu , khi đầu ra biến áp tự ngẫu có giá trị bằng 223 V , dùng đồng hồ vạn năng để kiểm tra lại . Tại thời điểm này ta quan sát thấy điểm điểm C dương . Nếu điểm C chưa dương ta chỉnh cho điểm C dương .Xoay núm biến áp tự ngẫu ta thấy đầu ra biến áp tự ngẫu có giá tri bằng 217 V ,lúc này quan sát ta thấy điểm C âm . Sau khi cố định 3 điểm A, B , C ta thựcnhiện động tác : Đồ án tốt nghiệp 65 Nối đầu ra của của mạch điều khiển đến động cơ secvô , xoay núm điều chỉnh biến áp tự ngẫu , quan sát chuyển động của động cơ secvô và con trượt chổi than trên máy biến áp . Kết quả ta thâý : Khi điện áp vào biến áp tín hiệu < 217 V , con trượt chổi than của biến áp ổn áp chuyển động theo hướng rút ngắn số vòng dây sơ cấp của máy biến áp ổn áp .Khi điện áp vào biến áp tín hiệu > 223 V , con trượt chổi than của biến áp ổn áp chuyển động theo hướng tăng số vòng dây sơ cấp của biến áp ổn áp để đầu ra đạt giá tri ổn định . Kết Luận : Bộ thực hành ổn áp của nhóm em đã đáp ứng được yêu cầu đặt ra về độ ổn định điện áp đầu ra , với dải làm việc rộng đạt yêu cầu thiết kế , các mạch điều khiển thực hiện được các luật điều khiển đưa ra .Bộ thực hành hoạt động tốt .Tuy nhiên máy có nhược điểm dòng qua chổi than không lớn do kết cấu cơ khí , công suất nhỏ . Nhưng như chúng em đã trình bày , mục đích của chúng em là thiết kế ra bộ thực hành cho sinh viên thực tập nên bộ thực hành đã đáp ứng được những yêu cầu đề ra . II ) Xây dựng các bước thực hiện trên bộ thực hành: Qua quá trình thiết kế “ Bộ thực hành ổn áp xoay chiều theo nguyên tắc biến áp “ , chúng em đã xây dựng các bước thực hiện trên bộ thực hành để chỉ dẫn cho các sinh viên thực tập để các bạn sinh viên nắm chắc kiến thức về nguyên lý hoạt động của ổn áp xoay chiều theo nguyên tắc biến áp trứơc khi thiết kế máy ổn áp dân dụng hay máy biến áp trong công nghiệp . Thao tác để tìm hiểu nguyên lý làm việc và chỉnh định tham số các phần tử trên mạch điều khiển : 1) Sử dụng dây nối có cọc cắm , nối sơ cấp biến áp tự ngẫu ( có trên bộ thực hành ) với lưới điện .Nối sơ cấp BT ( đầu ra thay đổi được điện áp nhờ con trượt ) với sơ cấp biến áp tín hiệu BAt.h . 2) Cấp nguồn nuôi ổn áp ( có sẵn trên bộ thực hành ) vào mạch điều khiển. 3) Chỉnh 0 ở điểm A : Đồ án tốt nghiệp 66 a) Xoay núm điều chỉnh con trượt BT để điện áp ra của BT bằng 220V . Dùng đồng hồ vạn năng để kiểm tra giá trị này . b) Dùng đồng hồ vạn năng đo điện áp tại điểm A . Nếu UA ≠ 0 Xoay núm điều chỉnh biến trở VR1 một cách thận trọng . Quan Sát đồng hồ vạn năng . Khi UA = 0 , cố định vị trí vừa tìm được trên VR1 . c) Kiểm tra lại việc chỉnh 0 ở điểm A : Xoay núm điều chỉnh con trượt BT để điện áp vào sơ cấp BAt.h thay đổi xung quanh giá trị 220v . Quan sát sự thay đổi UA trên đồng hồ vạn năng . 4) Chỉnh ngưỡng ở điểm B : a) Xoay núm điều chỉnh con trượt BT để điện áp ra của BT bằng 223V . Dùng đồng hồ vạn năng để kiểm tra giá trị này . b) Dùng đồng hồ vạn năng đo điện áp tại điểm B . Xoay núm điều chỉnh của biến trở VR2 , một cách thận trọng tìm vị trí để UB chuyển đổi ngưỡng , cố định vị trí vừa tìm được trên VR2. c) Kiểm tra lại việc chỉnh ngưỡng ở điểm B :Xoay núm điều chỉnh con trượt BT để điện áp vào sơ cấp của biến áp tín hiệu thay đổi xung quanh giá trị 223V . Quan sát sự thay đổi UA trên đồng hồ vạn năng . Đối chiếu với giản đồ tín hiệu . 5 ) Chỉnh ngưỡng ở điểm C : Thực hiện như mục 4 với ngưỡng 217V 6) Nối đầu ra của mạch điều khiển đến động cơ secvô . Xoay núm điều chỉnh BT , quan sát chuyển động của ĐSV và con trượt chổi than BL khi điện áp vào biến áp tín hiệu nhỏ hơn 217 V , con trượt của BL chuyển động theo hướng rút ngắn số vòng dây sơ cấp của BL . Khi điện áp vào BAt.h lớn hơn 223V thì ngựoc lại 7) Nối sơ cấp của BL ( tức là đầu vào của máy ổn áp ) với thứ cấp của BT Nối thứ cấp của BL ( tức là đầu ra của máy ổn áp ) với sơ cấp của BAt.h . 8) Xoay núm điều chỉnh BT giả làm sự thay đổi điện áp vào của máy ổn áp ( điện áp lưới điện ) . Theo dõi sự ổn định điện áp đầu ra máy ổn áp và phản ứng (độ tác động nhanh ) của hệ thống . Kết luận chung : Đồ án tốt nghiệp 67 Sau hơn 3 tháng làm việc khẩn trương , với sự nỗ lực của cả nhóm và được sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo Lưu Đức Dũng , sự giúp đỡ tận tình của các anh tại trung tâm Tự động hoá, đến nay bản đồ án của chúng em đã hoàn thành đúng thời hạn . Qua quá trình nghiên cứu và lắp đặt thử nghiệm , đồ án đã giải quyết được những vấn đề đặt ra là ổn định điện áp ở 220V (± 3 v ) khi điện áp lưới thay đổi trong dải từ 160V ÷ 240V . Do thời hạn và bước đầu làm quen với công việc thiết kế nên bản đồ án này không tránh khỏi những sai sót , chúng em rất mong sự đóng góp ý kiến của các thầy cô và các bạn để bản đồ án này được hoàn thiện hơn . Một lần nữa chúng em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Lưu Đức Dũng , cùng các anh tại trung tâm Tự động hoá đã giúp chúng em hoàn thành bản đồ án này . Tài liệu tham khảo Đồ án tốt nghiệp 68 1 . Thiết kế máy biến áp Phan tử Thụ 2 . Sửa chữa chế tạo biến áp dân dụng và công nghiệp Đỗ ngọc Long 3 . Điện tử công suất Nguyễn Bính 4 . Khí cụ điện Nguyễn tiến Tôn Phạm văn Chới Bùi hữa Tín 5 . Kĩ thuật mạch điện tử Phạm minh Hà 6. Máy điện Vũ gia Hanh Phan tử Thụ Trần khánh Hà Nguyễn Văn Sáu