Xem mẫu
- Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế bộ thực hành
nguồn ổn áp xoay chiều
theo nguyên tắc biến áp
- Đồ án tốt nghiệp
`
đề tài ” Thiết kế bộ thực hành nguồn ổn áp xoay chiều
theo nguyên tắc biến áp ”
CHƯƠNG I
GIỚI THIỆU VỀ CÁC LOẠI ỔN ÁP XOAY CHIỀU
Ổn định điện áp ảnh hưởng rất nhiều tới các thông số kĩ thuật,các chỉ tiêu
kinh tế của thiết bị điện, cụ thể:
• Đối với động cơ 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
1
- Đồ án tốt nghiệp
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 :
2
- Đồ án tốt nghiệp
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:
3
- Đồ án tốt nghiệp
Hình 1.2
Từ đường đặc tính trên chúng ta nhận thấy rằng với một sự thay đổi lớn điện
áp vào thì đầu ra của ổn áp thay đổi ít hơn . Tuy vậy sự dao động của điện áp ra
vẫn 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 :
4
- Đồ án tốt nghiệp
Hình 1.3
Ổn áp sắt từ có tụ cũng gồm hai cuộn kháng :
Cuộn W1 và cuộn W2 . Cuộn W1 là cuộn làm việc ở chế độ tuyến tính,
cuộn W2 làm việc ở chế độ bão 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
5
- Đồ án tốt nghiệp
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 :
6
- Đồ án tốt nghiệp
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 :
§
®k
®k
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
7
- Đồ án tốt nghiệp
-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 :
®k1 t¶i
®k2
®k3
Hình1.6
W1, W2, W3 : 3 cuộn dây điều chỉnh đó chính là cơ cấu phát
8
- Đồ án tốt nghiệp
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) Σ = ( iđk2 * wđk2 ) – ( iđk3 * wđk3)
+ Biến trở R2 để chỉnh định dòng iđk2
+ Biến trở R3 để chỉnh định dòng iđk3
+ Việc điều chỉnh dòng điều khiển iđk2 và iđk3 thực hiện sao cho khi
UR = URđm thì (iw) Σ =0
Hình vẽ bên thể hiện đặc tính của ổn áp kiểu khuyếch đại từ:
9
- Đồ án tốt nghiệp
®k
®k3 ®k3
®k2 ®k2
r
®m
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 W1
=
U2 W2
U1 : Điện áp sơ cấp của máy biến áp
U2 : Điện áp thứ cấp của máy biến áp
10
- Đồ án tốt nghiệp
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..
M¹ch ®iÒu khiÓn
§SV
con truît
Ul=Uvμo ra=U«®
11
- Đồ án tốt nghiệp
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.
2) 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
12
- Đồ án tốt nghiệp
- 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 :
®k
13
- Đồ án tốt nghiệp
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 .
M¹ch
®iÒu ra
khiÓn
M M
Hình 1.9
14
- Đồ án tốt nghiệp
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 “.
15
- Đồ án tốt nghiệp
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
16
- Đồ án tốt nghiệp
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:
17
- Đồ án tốt nghiệp
Bé thùc hμnh
+12v GND -12v
æn ¸p xoay chiÒu theo nguyªn t¾c biÕn ¸p
+Uu GND -Uu * §SV
S¬ cÊp Uth
B.A tÝn hiÖu
Ulu¬Ý Uvμo
V«n kÕ V«n kÕ
B.A tô ngÉu B.A æn ¸p
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 .
18
- Đồ án tốt nghiệp
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
19
nguon tai.lieu . vn
