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

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 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 : 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 : Hình 3.3: I.3. Tính chọn linh kiện mạch điều khiển : 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 10. +R3, R4 , KĐT1 : là bộ khuyếch đại đảo Chọn R3 = 22K , R4 = 560 K Vậy hệ số khuyếch đại sẽ là : K = = = 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) ToC F gh (mhz) 220 50 30 220 125 220 + 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 / = 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 = = 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 1M Zo Trở kháng ra 150 Ib Dòng điện phân cực vào 200mA 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. I.4. Thiết kế và chế 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: Hình 3.4: Mặt môdul điều khiển Từ bản vẽ thiết kế mặt ở trên ta thấy rằng mạch điều khiển đã được chia ra làm 3 khâu nhằm giúp cho sinh viên khi thực hành có thể dễ dàng phân biệt các trạng thái làm việc khác nhau của khuyếch đại thuật toán, thuận tiện trong việc chỉnh định.Dựa vào bản vẽ thiết kế mặt ở trên ta có thể bố trí linh kiện trên mạch in như sau: Hình 3.5: Sơ đồ bố trí linh kiện Hình 3.6: Sơ đồ mạch in 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 : Hình 3.6: 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 . II.3.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 *Phạm vi thay đổi của điện áp lưới Ulưới = 160V đến 240V Chọn điện áp rơi nhỏ nhất Umin = 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 + Umin 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 = = = 12 (V) (ở đây đã coi tụ lọc nâng giá trị trung bình của điện áp đập mạch lên lần ) 4)Điện áp nhỏ nhất của thứ cấp máy biến áp theo sơ đồ chỉnh lưu Cầu 1 pha U1max = 1,11 Uclmin + Ub.a U2min = 1,11 * 12 + 4 = 17 (V) Trong đó lấy Ub.a = 4 (V) là điện áp rơi trên dây quấn máy biến áp và dây dẫn 5)Điện áp lớn nhất của thứ cấp máy biến áp ứng với lúc U1max = 240(V) U2max = U1max / U1min * U2min => U2max = 240 / 160 * 17 = 26 (V) 6)Điện áp chỉnh lưu lớn nhất khi (chưa có tụ lọc ) Uclmax = 0,9 * U2max =0,9 * 26 = 23,4 (V) 7)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 = * Uclmax = 33 (V) (coi tụ C1 nâng điện áp trung bình lên lần ) 8)Sụt áp lớn nhất trên IC ổn áp Umax = Uvmax – Ur = 33 – 12 = 21 (V) 9) Công suất tổn thất lớn nhất trên IC ổn áp Pmax = Umax * Itải => Pmax = 21 * 1 = 21 ( W) 10) Công suất tải yêu cầu : Ptải = Ura * Itải Ptải = 12 * 1 = 12 (W) 11)Công suất máy biến áp P = Ptải + Pmax -> P = 12 + 21 = 33 (W) 12)Tiết diện lõi sắt máy biến áp F = 1,2 = 1,2 * = 6,9 (cm2) 13)Hệ số quấn dây No = = = 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. 14)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) 15) 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 -> I1 = 0,1 (A) 16)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) 17)Đường kính dây Sơ cấp : d1 = = -> d1 = 0,2 (mm) Thứ cấp : d2 = = ->d2 = 0,6 (mm) 18) Chọn IC ổn áp tuyến tính loại 7812 Chọn tụ hoá C2 : ( 4,7 -> 10 ) và điện áp Ura = 12(V) Chọn tụ hoá C1 : (1000 -> 3000) và Uvmax = 33 (V) Chọn cầu chỉnh lưu : 5(A) 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 . + 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 : 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 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 4700F , 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 â