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

.......................................................................................................... ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 4.Các bản vẽ và đồ thị(ghi rõ các loại bản vẽ và kích thước: .......................................................................................................................................................................................................................................................................... ……………………………………………………………………………………… 5. Cán bộ hướng dẫn: -Thiết kế bộ thực hành ổn áp xoay chiều 6. Ngày giao nhiệm vụ thiết kế:………………………………………………... 7. Ngày hoàn thành nhiệm vụ:………………………………………………….. Kết quả điểm đánh giá: Quá trình thiết kế Điểm duyệt Bản vẽ thiết kế Ngày........tháng........năm 200... Cán bộ hướng dẫn thiết kế Chủ nhiệm khoa (ký và ghi rõ họ tên) (ký và ghi rõ họ tên) Sinh viên thực hiện và nộp bản thiết kế cho khoa Ngày tháng năm 200 (Chữ ký) Nhận xét của giáo viên hướng dẫn …………………………………………………………………………..................... ………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………..................... ………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………. Nhận xét của giáo viên duyệt …………………………………………………………………………..................... ………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………..................... ………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………. Mục Lục Chương I : Tổng quan về các loại ổn áp xoay chiều I. Giới thiệu chung. II. Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của các loại ổn áp thông dụng. Chương II :Thiết kế và tính toán mạch lực của bộ thực hành ổn áp xoay chiều theo nguyên tắc biến áp I. Cấu trúc của mô hình thực hành. II. Tính toán ,lựa chọn các phần tử trong mô hình thực hành. Chương III : Thiết kế chế tạo mạch điều khiển. I .Thiết kế mạch điều khiển động cơ secvô. II .Thiết kế bộ nguồn cho mạch điều khiển. Chương IV: Thiết kế mạch bảo vệ cho bộ thực hành ổn áp . I. Giới thiệu chung. II .Thiết kế chế tạo mạch bảo vệ điện áp ngoài dải làm việc. III .Nguyên lý làm việc của mạch bảo vệ điện áp ngoài. IV.Chọn linh kiện. V. Một số thiết bị bảo vệ khác Chương V: Lắp ráp chế tạo bộ thực hành ổn áp. I.Lắp ráp mạch điều khiển động cơ secvô. II.Lắp ráp mạch bảo vệ điện áp ngoài dải làm việc. III. Lắp ráp bộ nguồn nuôi mạch điều khiển. IV. Lựa chọn biến áp tín hiệu và biến áp nguồn nuôi. V. Lựa chọn biến áp tự ngẫu và biến áp ổn áp. VI .Lắp ráp khối động lực. VII. Lắp ráp khối modul điều khiển. Chương VI : Tài liệu hướng dẫn thực hành. Kết luận chung Lời Nói Đầu Ngày nay khi nền công nghiệp phát triển thì nhu cầu sử dụng điện trong đời sống và sản xuất chiếm một vị trí vô cùng quan trọng..Nguồn năng lượng điện với ưu thế là nguồn năng lượng dễ sử dụng , không gây ô nhiễm môi trường và con người có thể sản xuất được . Bởi vậy điện năng dần thay thế các năng lượng khác như than , dầu mỏ, khí đốt….. Hiện nay, nhu cầu sử dụng điện rất lớn.. Một vấn đề cần được giải quyết đối với người vận hành điện cũng như các hộ sử dụng điện là có một nguồn điện chất lượng cao, thể hiện ở các tính năng như là :Sự ổn định điện áp ,thời gian cung cấp điện … ổn định điện áp ảnh hưởng rất nhiều tới các thông sô kĩ thuật ,các chỉ tiêu kinh tế của thiết bị điện . Nhóm em đã chọn đề tài ” Thiết kế bộ thực hành nguồn ổn áp xoay chiều theo nguyên tắc biến áp ” làm đề tài tốt nghiệp với mong muốn để các bạn sinh viên khoá sau được thực hành nắm chắc kiến thức hoàn chỉnh về nguồn ổn áp, để từ đó có thể thiết kế máy ổn áp dân dụng hay máy ổn áp trong công nghiệp. 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 không đồng bộ khi điên áp giảm xuống 10% thì momen quay giảm 19%, hệ số trượt tăng 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 mô men quay tăng lên 21% ,hệ số trượt giảm xuống 20%, dòng điện Rôto giảm xuống 18% ,dòng điện stato giảm xuống còn 10%. Đối với thiết bị chiếu sáng,khi điện áp giảm xuống 10%thì quang thông 30%. điện áp giảm xuống 20% thì một số đèn huỳnh quang không có khả năng phát sáng. Khi điện áp tăng 10% thì quang thông của đèn tăng lên 35%, tuổi thọ của đèn giảm đi ba lần. Nguồn ổn áp đặc biệt quan trọng đối với các thiết bị được điều khiển tự động hoá cao, các dây chuyền sản xuất, các bộ vi xử lý. Do đó để có một dòng điện ổn định đáp ứng tốt cho các nhu cầu về sản xuất và dân sinh là một yêu cầu vô cùng cấp thiết. Cho đến nay với sự phát triển của khoa học kỹ thuật cho phép thiết kế bộ nguồn ổn áp theo nhiều phương pháp như: 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 thông số kĩ thuật ,chỉ tiêu kinh tế. 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 chúng ta có thể dựa trên 4 tiêu chí sau: + Dải thay đổi điện áp đầu vào càng lớn càng tốt, điều này chứng tỏ khả năng ổn định điện áp đầu ra của ổn áp khi đầu vào thay đổi. + Độ ổn định của điện áp ra hay sai số của điện áp ra thực tế so với mức điện áp ra mong muốn. + Độ tác động nhanh của ổn áp khi điện áp lưới thay đổi đột ngột nhằm giữ cho điện áp ra của ổn áp luôn ổn định. + Độ méo dạng sóng của điện áp ra. II. Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của các loại ổn áp thông dụng. II.1. ổn áp sắt từ không tụ : II.1.1Nguyên 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 không tụ được trình bày dưới đây: Hình 1.1 II.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 không 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 II.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: 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 còn tương đối lớn vì đặc tính V-A của cuộn kháng bão hoà không thể nằm song song với trục hoành được. II.1.4. Ưu nhược điểm của ổn áp sắt từ không 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 không cao II.2. ổn áp sắt từ có tụ: II. 2.1. Cấu tạo : 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 hoà .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 dòng 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. II.2.2. Nguyên lý hoạt động: Tụ C được tính toán sao cho khi điện áp vào UV = Uđm thì IC = 1 , lúc này mạch điện ở trạng thái cộng hưởng dòng điện. Đặc tính V – A Hình 1.4 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 II.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 II.3. ổn áp kiểu khuyếch đại từ : II.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 : Hình 1.5 + Khuyếch đại từ là một khí cụ điện gồm nhiều cuộn dây cuốn quanh một lõi thép ,trong đó có cuộn làm việc và cuộn điều khiển . Cuộn điều khiểnđươc 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. II.3.2. Nguyên lý hoạt động: UV = UKĐT + U1TN UR = K . UTN = K( UV – U KĐT ) Như vậy muốn cho UR không 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 . II.3.3. Giới thiệu nguyên lý hoạt động của ổn áp kiểu khuyếch đại từ cụ thể : Hình1.6 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 UR = Uđm + 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) = ( 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) =0 Hình vẽ bên thể hiện đặc tính của ổn áp kiểu khuyếch đại từ: Hình 1.6 II.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 công suất lớn - Điện áp ra khá ổn định - Độ tác động nhanh * Nhược điểm : - Giá thành hạ - Thiết bị cồng kềnh phức tạp - Điện áp ra bị méo dạng II.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 : Điện áp sơ cấp của máy biến 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 II. 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.. Hình 1.7 II.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 được cấp tín hiệu thông qua biến áp tín hiệu. ở đây chúng ta có 2 phương pháp cấp điện áp cho biến áp tín hiệu: 1) Cấp thẳng điện áp lưới vào sơ cấp của biến áp tín hiệu. Khi điện áp lưới thay đổi biến áp tín hiệu sẽ cấp tín hiệu cho mạch điều khiển để điều khiển động cơ secvô kéo chổi than tới vị trí vòng dây phù hợp với điện áp lưới. Có thể nối sơ cấp của biến áp tín hiệu với điện áp ra của ổn áp. Khi điện áp lưới thay đổi kéo theo điện áp ra cũng thay đổi, biến áp tín hiệu sẽ cấp tín hiệu cho mạch điều khiển để điều khiển cho động cơ secvô kéo chổi than tới vị trí vòng dây tương ứng với điện áp vào của ổn áp. Trong bộ thực hành của chúng em thiết kế, phương án được chọn là phương án 2. II.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 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 . II.5. ổn áp kiểu bù : ổn áp loại này làm việc theo nguyên tắc bù điện áp thiếu và cắt đi điện áp thừa. Bằng cách sử dụng 1 biến áp bù chúng ta có thể cộng vào một giá trị điện áp cùng pha với điện áp vào khi điện áp vào nhỏ hơn giá trị điện áp ra mong muốn. Cũng như vậy ta có thể trừ đi một giá trị điện áp ngược pha với điện áp vào khi điện áp vào lớn hơn giá trị điện áp ra mong muốn. 5.1) Cấu tạo : 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 + Có 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. II.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 . 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 . II.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 “. Chương II Thiết kế , tính toán mạch lực của bộ thực hành Nguồn ổn áp xoay chiều làm việc theo Nguyên tắc biến áp I.Cấu trúc của bộ thực hành: 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 “ . Bộ thực hành của chúng em thiết kế gồm 2 khối: + Khối động lực gồm các thiết bị chính sau: Một biến áp tự ngẫu Một biến áp ổn áp Một biến áp tín hiệu + Khối điều khiển gồm thành phần chính là mạch điều khiển và một số linh kiện. Cấu trúc khối động lực I.1Thiết kế, tính toán khối động lực: Mạch lực của chúng em được xây dựng như sau: Hình 2.1 : sơ đồ khối động lực a. 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 của 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 . b. Dải làm việc của ổn áp : 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 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, lựa chọn các phần tử trong khối động lực: *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 II.1Tính toán, lựa chọn biến áp tự ngẫu: *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 k : hệ số kinh nghiệm *Tiết diện tác dụng của lõi sắt : ta chọn k = 1,3 F = 1,3 => F = 41,11 (cm2) * Tiết diện thực của lõi sắt : Chọn Kcl = 0,9 Kthực = Kcl * 41,11 => Kthực = 0,9 * 41,11 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 = => S = Vậy S = 1 (mm2) Đường kính dây quấn : d = = => d = 1,13 (mm2) Chọn dây dẫn biến áp tự ngẫu có tiết diện tròn , có thông số sau : Đường 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) *Chu vi lõi xuyến : Chọn hệ số chèn kín Kc = 0,7 C = W : Số vòng dây quấn d : Đường kính dây quấn => C = = 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 = => CT = CT = 550 (mm) * Đường kính ngoài cuả lõi ; Dn = CT / => Dn = 550 / 3,14 Dn = 175 (mm) *Đường kính trong của lõi là : Dtr = Ctr / 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 : Hình 2.2 *Thể tích của toàn bộ lõi sắt : V = (Dn / 2 )2 *3,14 * B - (Dtr / 2 )2 * 3,14 *B V = * (Dn2 -Dtr2 ) => V = ( 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 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 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) II. 2. Tính toán ,lựa chọn 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) *Từ công thức F = 1,3 Ta có tiết diện tác dụng của lõi sắt F = 1,3 -> 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 = = = 1,56 (mm2) -> d = = = 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) 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 = W : số vòng dây quấn d : dưòng kính dây quấn -> Cn = = 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 = -> CT = -> CT = 679 (mm) *Đường kính ngoài của lõi là : dn = CT / = 679 / 3,14 = 216 (mm) *Đường kính trong của lõi là : dtr = Ctr / với Ctr là chu vi của lõi được tính như sau : chọn hệ số xếp chồng Kxc = 2,75 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 : Hình 2.3 *Thể tích của toàn bộ lõi sắt : V = ( dn / 2 ) 2 * * b - ( dtr / 2 )2 * * b V = (dn2 - dtr2) V = (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 là : 55,9 (g/ m) Bảng tóm tắt số liệu của biến áp lực : 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) II.3.Lựa chọn thiết kế máy biến áp tín hiệu : Có các thông số sau : P = 30W U1 = 220V U2 = 12V Itải = 5A Ta chọn máy biến áp tín hiệu với các thông số kỹ thuật như trên 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 : 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 : Hình 3.2 : II.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 R7 , VR2 ,KĐT2 : Khâu so sánh tạo ngưỡng trên z 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 I.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 vào của KĐT1nhờ 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 . *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 ngừ._.