Đồ án: thiết kế, tính toán sa bàn thực tập điện tử công nghiệp

Chia sẻ: Doan Van Dien | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:43

Thêm vào BST

Báo xấu

186
lượt xem 34
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Sa bàn nói chung có thể được gọi theo nhiều tên gọi khác nhau tuỳ vào chức năng, nhiệm vụ của chúng có thể kể tới một số tên gọi sau: Sa bàn điều khiển, xa bàn vận hành, xa bàn thực tập. Qua đó ta hiểu thêm về cấu taọ và cấu trúc thiết kế của nó.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đồ án: thiết kế, tính toán sa bàn thực tập điện tử công nghiệp

Tiểu luận Thiết kế, tính toán sa bàn thực tập điện tử công nghiệp Giáo viên hướng dẫn
Lời nói đầu Ngày nay cùng với sự phát triển mạnh mẽ các ứng dụng của khoa học kĩ thuật trong công nghiệp, đặc biệt là trong công nghịêp địên tử thì các thiết bị đ iện tử có công su ất lớn cũng được chế tạo ngày càng nhiều. Và đ ặc biệt các ứng dụng của nó vào các nghành kinh tế quốc dân và đời sống hang ngày đã và đang được phát triển hết sứa mạnh mẽ. Tuy nhiên để đáp ứng nhu cầu ngày càng nhiều và phức tạp của công nghiệp thì các nghành điện tử công suất luôn phải nghiên cứu và tìm ra giải pháp tối ưu nhất. Đặc biệt với chủ chương công nghiệp hoá hiện đại hoá của nhà nước, các nh à máy, xí nghiệp cần phải thay đổi, nâng cao để đưa công ngh ệ tự động điều khiển vào trong sản xuất. Do đó đỏi hỏi phải có thiết bị và phương pháp điều khiển an toàn chính xác. Đó là nhiệm vụ của không chỉ của riêng nghành đ iện công nghiệp m à cần phải có thêm sự giúp sức của nghành điện tử công suất đây là vấn đề chung cần phải đưa gia lời giải đáp. Để giải quyết vấn đề này thì nước ta cần phải có đội ngũ thiết kế đông đảo tài năng. Sinh viên nghành Điện Công Nghiệp - Tự động hoá tương lai không xa sẽ đứng trong đội ngũ này, do đó mà phải tự trang bị cho m ình những kiến thức, trình độ và sự hiểu biết sâu rộng. Thực hiện xây đ ồ án tốt n ghiệp là một bài kiểm tra khảo sát kiến thức tổng hợp của mỗi sinh viên, và cũng là điều kiện để cho sinh viên của n gành tự tìm hiểu và nghiên cứu kiến thức về điện công nghiệp, điện tử công suất. Vì vậy là sinh viên lần đầu thực hiện làm quen với việc làm đồ án , để đem kiến thức về chuyên nghành vào trong quá trình xây dựng đồ án nhưng chưa có nhiều kinh nghiệm thực tế nên khi làm đồ án rất cần thiết có sự hướng dẫn của các thầy, cô giáo. Nội dung của đồ án gồm năm chương. Chương 1 : Giới thiệu chung về đề tài. Chương 2 : Cơ sở lý thuyết. Chương 3 : Tính to án thiết kế bộ n guồn. Chương 4 : Tính to án áp dụng. Chương 5 : Trong thời gian làm đề tài do khả năng kiến thức bản thân còn h ạn chế, đề tài ch ắc ch ắn sẽ không tránh những thiếu sót, em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô và các bạn để đề tài được hoàn thiện hơn. Em chân thành cảm ơn thầy, cô giáo! Giáo viên hướng dẫn
Chương 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỒ ÁN Đồ án được lấy tên thiết kế, tính toán sa bàn thực tập điện tử công nghiệp, Sa bàn nói chung có th ể đ ược gọi theo nhiều tên gọi khác nhau tuỳ vào chức năng, nhiệm vụ của chúng có thể kể tới một số tên gọi sau : Sa bàn điều khiển, xa bàn vận h ành, xa bàn thực tập. Qua tiếp cận tại trường học và thực tế thì sa bàn có nhiều kích thước lớn nhỏ, được trang bị thiết bị theo yêu cầu, mục đích cần sử dụng nhưng tổng quan chúng đều được tích hợp từ các thiết bị điện - điện tử như: Nguồn cung cấp, thiết bị bảo vệ và khì cụ ( Áptômát, cầu chì, các rơle, công tác tơ), các mạch chỉnh lưu, nghịch lưu, hệ thống đèn báo nguồn củng như sự cố, thiết bị do lường hiến thị các thông số. Ngày nay h ệ thống xa b àn được sử rất rộng, khẳng định được tầm quan trọng trong sự phát triển của công nghiệp hoá, đóng góp không nhỏ vào trong việc giảng dạy, học tập của sinh viên các trường thuộc khối kỹ thuật công nghiệp. Với tầm quan trọng thực tế đã được khẳng định. Trư ờng Cao Đẳng Công Nghiệp Phúc Yên nơi hiện nay nhóm sinh viên chúng em đang học tập, rèn luyện, từ những ngày đầu đã đưa xa bàn vào việc giảng dạy, thực tập của học sinh và không ngừng đầu tư trang bị th êm xa bàn mới cho nhu cầu hăng say học tập, thực tập xưởng của sinh viên, nhưng với sự đa dạng của các loại xa bàn nên trong thời gian ngắn không thể trang bị hết được. Tới nay chúng em sau những ngày tháng học tập, rèn luyện đã đến lúc tốt nghiệp ra trường, sinh viên chúng em thấy rằng xa b àn thực tập rất cần thiết và củng mong muấn tự tay làm ra một xa bàn thực tập, góp phần nào giảm bớt sự ch ưa đủ của xa b àn. Nên nhóm sinh viên đã mạnh rạn thông qua thầy giáo chủ nhiệm đề nghị lên khoa Điện _ Tự Động Hoá cho n hóm sinh viên được làm đồ án tốt nghiệp Sa Bàn Thực Tập Điện Tử Công Nghiệp thay vì thi tốt nghiệp, đề nghị thiết thực của nhóm đ ã đ ược khoa đồng tình, ch ấp nhân, khuyến khích nhưng phai có sự giám sát, hướng dẩn của thầy, cô giáo. Bản thân chúng em rất vui mừng và cảm ơn trước sự chấp nhận, quan tâm của khoa, thầy, cô giáo. Bước đầu làm mô hình cho đồ án đã gặp phải khó khăn trong việc chọn lựa kích thước, hình dáng, linh kiện, thiết bị và cách bố chí thiết bị sao cho hợp lý vừa thực hiện được chức năng vừa tiết kiệm, an to àn, thẩm mĩ nhất. nh ưng nhờ có định hướng của thầy hướng dẩn, Giáo viên hướng dẫn
công với tinh thần tự giác khó khăn được tháo gỡ dần, tinh thần làm mô hình hăng hái hơn. Nhóm đi đ ến quyết định h ình lục giác là hình dạng của xa bàn được thiết lập từ sáu xa bàn độc lập ghép lại m à thành, thiết bị cần có như: Áptômát ba pha, Apekế, Vônkế, đồng hồ đo vạn năng, máy biến áp, bộ chỉnh lưu vv.... Sau một thời gian miệt m ài làm xa bàn đ ã hoàn thành như dự kiến, qua làm đồ án bản thân em củng như các b ạn thấy đ ược sự thiết thực, tính thực nghiệm, khoa học, ứng dụng rất cao. 1.1. Tính thực nghiệm. Việc thực nghiệm của đồ án làm sa bàn thực tập điện tử công nghiệp đáp ứng được chất lượng, hiệu quả về kĩ năng, kỹ thuật, tay nghề của học sinh. Giúp học sinh thông qua việc làm đồ án sẻ tổng hợp được lượng kiến thức đáng kể trong thời gian học tập mà thầy, cô giáo chuyền đạt và bổ sung thêm kiến thức mới, học sinh vân dụng kiến thức được trang bị vận dụng vào trong quá trình thực tập, giúp học sinh hiểu sâu h ơn về cấu tạo, nguyên lý hoạt động, cách lắp đặt, phương pháp lựa chọn thiết bị hợp lý nhất, giúp rèn luyện tính, cần cù ,tỉ mĩ chung thực, điều kiện dất cần thiết đối với mỗi học sinh tốt nghiệp ra trường. 1.2 Tính khoa học - công nghệ Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT LIÊN QUAN ĐẾN ĐỒ ÁN Tất cả nh ững kiến thức được học và thực tế là cơ sở lý thuyết q uan trọng bức thiết vận dụng vào trong việc xây đồ án, cơ sở lý thuyết là những giáo trình, đề cương bài giảng, vở ghi ch ép, đây là nguồn cung cấp kiến thức lý thuyết về cấu tạo , nguyên lý ho ạt động, phương pháp lựa chọn và tính toán, phạm vi ứng dụng thực tế. Kiến thức lý thuyết cần cho đồ án gồm có cơ sở về khí cụ điện, thiết bị b ảo vệ mạch ( Aptôm át, cầu chì ), cơ sở về máy biến áp, cơ sở về các mạch ch ỉnh lưu, mạch lọc, ổn áp.Sau đây là những cơ sở lý thuyết cụ thể. 2.1. CƠ SỞ VỀ KHÍ CỤ ĐIỆN. 2.1.1. Khái niệm Trong b ầt kì mạng đ iện, lươi điện và toàn bộ hệ thống cung cấp điện nói chung. muốn làm việc ở độ ổn định cao nhất, hạn chế được những sự cố ở mứ c th ấp nhất rất cần ph ải có sự góp m ặt của các khí cụ điện làm chức năng đóng cắt cấp nguồn , Giáo viên hướng dẫn
chức năng b ảo vệ mạch, thiết b ị khỏi nh ững sự cố , ngắn mạch , qu á tải. Khí cụ điện làm việc lâu dài trong các mạch dẫn điện, nhiệt độ của khí cụ điện tăng lên gây tổ n thất điện năn g d ưới d ạn g nhiệt năng và đốt nón g các bộ ph ận dẫn điện và cách điện củ a khí cụ. Vì vậy khí cụ đ iện làm việc được trong mọi chế độ kh i nh iệt độ của các bộ phận phải khôn g quá những giá trị cho phép làm việc an toàn lâu dài. 2.1.2. Phân loại và yêu cầu cơ bản của khí cụ điện. 2.1.2.1. Phâ n loại. Ta có nhiều tiêu chu ẩn để phân loại khí cụ điện. Ph ân loại theo chức năng, theo nguyên lý ho ạt động, theo môi trường làm việc và nhiều ch ỉ tiêu khác. Nhưng có thể phân loại theo các chỉ tiêu cơ bản sau. 1- Phân lo ại theo công dụng. + Nhóm kh í cụ khống chế dùng đ ể đóng cắt điều chỉnh tốc độ, chiều quay của các máy phát điện, động cơ đ iện như: Cầu d ao, Áptôm át, Công tắc tơ... + Nh óm khí cụ bảo vệ làm nhiệm vụ bảo vệ các động cơ, m áy phát điện, lưới điện khi có quá tải, ngắn mạch, sụt áp như : Rơle, Cầu chì, Máy cắt... + Nh óm khí cụ điện tự động điều khiển từ xa làm nhiệm vụ thu thập p hân tích khống ch ế sự hoạt đ ộng của các m ạch điện như : Khởi động từ.. + Nhóm kh í cụ điện hạn chế dòng ngắn m ạch ( như điện trở ph ụ, cuận kháng ) + Nhóm kh í cụ điện làm nhiệm vụ duy trì sự ổn định các tham số điện ( Ổn áp, bộ tự động điều chỉnh điện áp m áy ph át ). + Nhóm khí cụ điện làm nhiệm vụ đo lường như : Máy b iến dòng đ iện, máy biến áp đo lường .... 2 - Phân loại theo tính chất dòng điện. + Nhóm kh í cụ điện dùng trong mạch điện một chiều. + Nhóm kh í cụ điện dùng trong mạch điện xoay chiều 3 - Phân loại theo nguyên lý làm việc. + Nhóm kh í cụ điện làm việc theo nguyên lý từ điện, điện từ, điện động, nhiệt, có tiếp xúc và không tiếp xúc. 4 - Phân loại theo điều kiện làm việc. + Loại làm việc trong vùng nhiệt đới kh í hậu nóng ẩm. + Loại làm việc ở vùng ôn đ ới. + Loại làm việc chống đ ược khi cháy n ổ, chịu được rung động. Giáo viên hướng dẫn
5 - Phân loại theo cấp điện áp. + Khí cụ đ iện hạ áp có đ iện áp dư ới 3 kV + Khí cụ đ iện trung áp có đ iện áp từ 3 kV đến 36 kV + Khí cụ đ iện cao áp có điện áp từ 36 kV đ ến 400 kV + Khí cụ đ iện siêu cao áp có điện ap từ 400 kV trở lên. 2.1.2.2. Yêu cầ u cơ bản của khí cụ điện. Để đảm bảo an toàn cho các thiết bị điện và đảm bảo độ tin cậy của khí cụ điện thì khí cụ điện phải đảm bảo một số yêu cầu sau: + Khí cụ điện đảm bảo làm việc lâu d ài với các thông số kỹ thuật ở trạng thái làm việc định mức: Uđm, Iđm. + Ổn định nhiệt, điện động, có cường độ cơ khí cao khi quá tải, khi ngắn m ạch. + Khí cụ điện làm việc chắc chắn, an toàn khi làm việc. + Vật liệu cách điện tốt, không bị chọc thủng khi quá dòng. Đối với sa bàn thực tập điện tử công nghiệp sử dụng hai lo ại khí cụ điện. Áptô mát làm nhiệm đóng cắt cấp nguồn cho từng sa bàn và bảo vệ quá tải cho động cơ và Cầu ch ì chức năng b ảo vệ ngắn mạch. Sau đ ây là những h iểu biết chung của hai kh í cụ điện vừa nêu. 2.1.3. ÁPTÔMÁT (AB). 2.1.3.1 Khái niệm. Áptômát là thiết bị đóng cắt bằng tay và tự động nhờ lực điện từ đạt tới giá trị cần bảo vệ. Tuỳ theo cấu tạo của áptômát m à chúng có chức năng b ảo vệ sau: Bảo vệ dòng cực đại, b ảo vệ dòng cực tiểu, bảo vệ điện áp th ấp , bảo vệ công suất ngược và các bảo vệ khác. 2.1.3.2 Yêu cầu khi sử dung áptô mát.  Làm việc tốt ở các giá trị đ ịnh mức.  Phải có thời gian ngắt nhỏ.  Ngắt được chị số dòng ngắt mạch lớn.  Phát sinh hồ quang ít.  Phù hợp với điều kiện làm việc, đảm an to àm cho người và thiết bị.  Cấu tạo dơn giản , gọn nhẹ, giá th ành hạ. 2.1.3.2 Phân loại. Giáo viên hướng dẫn
Có nhiều chỉ tiêu, tiêu chuẩn để phân loại áptômát nhưng thường có các Ch ỉ tiêu phân loại cơ bản sau: 1 - Theo chức năng b ảo vệ.  Áptômát bảo vệ dòng cực đại.  Áptômát bảo vệ dòng cực tiểu.  Áptômát bảo vệ điện áp thấp.  Áptômát bảo vệ công suất ngược. 2 - Theo số pha - cực.  Một pha  Hai pha  Ba pha 3 - Theo dòng đ iện, điện áp.  10A ; 20A ; 100A ; 500A  110V ; 220V ; 380V ; 500V 4 - Theo hệ số hiệu chỉnh.  Áptômát vạn năng.  Áptômát định hình.  Áptômát tác động nhanh.  Áptôm át chống giật. 5 - Theo cơ cấu tác dộng người ta chi làm 3 loại.  Áptômát nhiệt: Tác động nhờ cơ cấu điện - nhiệt, như vậy thời gian tác động chậm lo ại n ày thường dùng để bảo vệ quá tải.  Áptômát điện từ: Tác động nhờ cơ cấu điện - từ lo ại này dùng để bảo vệ ngắn mạch  Áptômát từ - nhiệt. 2.1.3.3 Cấu tạo chung của Áptômát. Tu ỳ theo chức năng cụ thể mà áptômát có thể đầy đủ hoặc có các bộ phận sau.  Hệ thống tiếp điểm và bộ phân dập hồ quang : Thực hiện nhiệm vụ đóng cắt cấp nguồn, bảo vệ thiết bị, bộ phận dập hồ quang làm nhiệm vụ đập tắt nhanh hồ quang phát sinh trong quá trình vận hánh cũng như khi có sự cố. Giáo viên hướng dẫn
 Cơ cấu tác động nhiệt: Cơ cấu này làm nhiệm vụ ngắt mạch khi quá tải, hoạt động trên sự co giản vì nhiệt của thanh lưỡng kim.  Cơ cấu tác động điện từ: Cơ cấu n ày gồm một nam châm điện (cuộn dây từ và lõi thép) làm nhiệm vụ ngắt mạch khi có hiện tượng ngắt mạch , cơ cấu này thường tác động trước n ên dòng đ iện tác động tức thời phải có giá trị lớn hơn dòng điện tác động chậm. Tu ỳ theo chức năng, nhiệm vụ, cơ cấu hoạt động và nguyên lý tác động mà mỗi loại có nguyên lý hoạt động khác nhau. Cùng như thiết bị đóng cắt bảo vệ mạch điện khác nói chung thì khi lựa chọn áptômát ta cần lựa chọn theo các thông sồ kỹ thuật sau. + Dòng điện định mức của áptômát I đm (A). Đây là dòng đ iện lớn nhất cho phép áptômát làm việc lâu dài mà không b ị tác động, dòng này không được nhỏ hơn dòng phụ tải tính toán . I đmAB  Ilvmax Trong đó: I đmAB : Là giá trị dòng đ ịnh mức của áptôm át. Ilvmax: Là giá trị dòng làm việc lớn nhất của m ạch điện. + Dòng điện bảo vệ nhgắn mạch của áptômát Inm (A). Đây là d òng điện nhỏ nhất đủ làm cho áptômát tự ngắt. Chỉ những áptômát có cơ cấu ngắt kiểu điện từ có thống số này, khi chọn loại này để đóng cắt động cơ thì dòng ngắt mạch được chọn phải lớn h ơn dòng khởi động động cơ tức Inm > Ikđ. + Điện áp làm việc của áptômát cho phép vượt 10%  15%, Uđm (V). Điện áp này phải chọn phụ thuộc vào điện áp của lưới điện mà nó được lắp đặt và không được nhỏ hơn điện áp lưới. UđmAB + UđmAB  Uđm,mạng + Uđm,mạng Trong đó: UđmA, Uđm,mạng : Lần lượt là điện áp định mức của áptômát và của lư ới điện. UđmAB, Uđm,mạng: Là độ tăng điện áp cho phép của áptômát và của lưới điện . + Dòng b ảo vệ quá tải của áp tôm át Iqt : Dòng này có thể điều chỉnh nhờ các vít diều chỉnh, trong một số trường hợp ta có thể điều chỉnh theo giá trị sau: Iqt = (1,1 1,2). Itt Giáo viên hướng dẫn
+ Số cực của áp tôm át: Một cực, hai cựa, ba cực. 2.1.3.4 Hình dạng thực tế và cấu tạo bên trong. Thanh đóng n gắt Cần gạt phục hồi Tiếp điểm động Dây d ẫn nhiệt Tiếp đ iểm tĩnh Vít tiếp điểm H ình - Cấu tạo b ên trong Áptomát. 2.1.4 CẦU CH Ì. 2.1.4.1 Khái niệm cầu chì. Cầu chì là thiết bị bảo vệ mạch điện, lư ới điện hoặc các thiết bị dùng đ iện chánh khỏi dòng ngắn mạch. Nó thường được bảo vệ đ ường dây, m áy biến áp, động cơ điện, thiết bị đ iện , mạch điện điều khiển, m ạch th ắp sáng. Cầu chì được sử dụng rất rộng rãi b ởi kích thước bé, khả năng cắt cao. giá th ành hạ. Bản than cầu ch ì có hai phần tử cơ bản là dây chảy dùng để cắt mạch đ iện cần bảo vệ và thiết bị dập hồ quang để rập hồ quang phát sinh khi dây chảy đứt. 2.1.4.2 Yêu cầu đối với cấu chì: Giáo viên hướng dẫn
Cầu chì cần phải đáp ứng đ ược các yêu cầu sau đây: - Yêu cầu về cấu tạo.  Cấu tạo đơn giản , gọn nhẹ, giá th ành hạ.  Vật liệu thay th ế rễ tìm.  Đảm bảo an to àn cho người và thiết b ị. - Yêu cầu của d ây ch ảy.  Không bị ôxi hoá, độ dẫn điện tốt.  Điện trở phải cao ít biến đổi theo thời gian.  Nhiệt độ nóng chảy tương đối thấp.  Phải phù hợp với từng mạch điện.  Đặc tính A - S p hải thấp h ơn đặc tình của thiết bị bảo vệ. 2.1.4.2 Phâ n loại. Tu ỳ theo cấu tạo, số pha, nơi lắp đặt cầu chì có các lo ại sau. Theo số pha: Thông dụng là một pha và ba pha. Lo ại h ở không có vỏ bọc có một dây ch ảy, dây chảy thường làm b ằng ch ì, hợp kim ch ì - thiếc, nhôm... Lo ại kín có hai lo ại: Lo ại có vỏ bọc bằng cát thạch anh và loai không có vỏ bọc bằng cát thạch anh. 2.1.4.2 Cấu tạo của cầu chì. Cầu chì bao gồm các thành phần sau : + Phần tử ngắt mạch: Đây chính là thành phần ch ính của cầu ch ì, phần tử này phải có khả năng cảm nh ận được giá trị h iệu dụn g củ dòn g điện qua nó. Ph ần tử này có giá trị điện trở suất bé (thường b ằng chì, đồng, nh ôm vv.). Hình dạng của phần tử có thể ở dạng là một d ây (tiết diện tròn), dạng rát mỏng. + Thân củ a cầu chì: Thườn g bằng thu ỷ tính , ceramic (sứ gốm) hay các vật liệu khác tươn g đư ơng. Vật liệu tạo th ành thân của cầu chì phải đảm b ảo được hai tính ch ất: Có độ bền cơ khí. - - Có đ ộ b ền về điệu kiện d ẫn nhiệt và ch ịu đựng được các sự thay đ ôi nhiệt độ đột ngột mà không hư hỏn g. + Vật liệu lấp đầy (bao b ọc qu anh phần tử ngắt mạch tron g thân cầu chì): Thườn g bằng vật liệu Silicat ở dạng hạt, nó ph ải có khả ngăng hấp thụ được năng Giáo viên hướng dẫn
lư ợng sinh ra do hồ qu an g và ph ải đ ảm bảo tính cách điện khi xảy ra hiện tượng n gắt mạch. + Các đấu nối: Các thành phần n ày dù ng đ ịnh vị cố định cầu chì trên các th iết b ị đóng ngắt mạch; đồn g thởi phải đảm boả tính tiếp xúc điện tốt. 2.1.4.3 Nguy ên lý làm việc. I(A) Sơ đồ nguyên lý. 3 1. Đườnh đ ặc tính của thiết b ị. 1 2 2. Đường đ ặc tính của cầu ch ì. 3. Đường đ ặc tính thực tế. A B Iđm Igh t (s) Từ sơ đồ nguyên lý ta thấy rằng đ ặc tính của d ây ch ảy phải th ấp hơn đặc tính của thiết b ị cần bảo vệ thi cấu chì mới có thể bảo vệ được thiết bị. nhưng đ ường đ ặc tính thực tế của dây ch ảy là đường số 3. Vùng từ B   đây là miền quá tải lớn n ên bảo vệ được thiết bị vì đ ường đặc tính thấp h ơn đường số 1. Vùng từ A  B là miền quá tải nhỏ không bảo vệ được thiết bị vì đường đặc tính cao h ơn đường số một. Dòng điện đ ịnh m ức Iđm : là dòng đ iện cho phép cầu chì làm việc ở chế độ dài hạn. Dòng điện giới hạn Igh : Là tri số dòng đ iện dây chảy bị đứt. Đối với mỗilaọi dây ch ảy kh ác nhau thì có dòng đ iện giới han khác nhau. Ighcu = (1,6  2 )Iđm IghPb = (1,25  1,45)Iđm IghPb-thiếc = 1,15Iđm 2.2 CƠ SỞ VỀ MÁY ĐIỆN ( MÁY BIẾN ÁP). Để truyền tải điện năng từ các nhà máy điện tới các hộ tiêu thụ điện thì cần phải có đường dây truyền tải điện. Nếu khoảng cách giữa nhà máy điện và hộ tiêu th ụ rất xa nhau thì vấn đề kinh tế phải đặt lên hàng đầu. Vì thế muấn truyền tải điện năng đi xa được, ít tổn hao, tiết kiệm được kim loại màu, nên đòi hỏi trên đường dây phải dùng đ iện áp cao thường là (35KV-500KV), song các máy phát điện không đáp ứng được điều n ày, do đó ph ải có một thiết bị để tăng điện áp ở đầu đường dây và hạ thấp điện áp khi tới hộ tiêu thụ điện. Những thiết bị dùng để tăng điện áp đầu ra của Giáo viên hướng dẫn
máy phát điện và giảm điện áp khi tới các phụ tải gọi là các máy b iến áp. Vậy máy biến áp là gì? 2.2.1 KHÁI NIỆM. Máy biến áp là thiết bị điện từ tĩnh làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ, đùng để biến đổi các cấp điện áp xoay chiều mà không làm thay đổi tần số. 2.2.2 PHÂN LO ẠI VÀ KÝ HIỆU MÁY BIẾN ÁP. Máy biến áp có nhiều loại và đư ợc phân loại theo nhiều cách, dư ới đây giới thiệu một số cách phân loại thông dụng. 2.2.2.a Phân loại. 1 . Phân loại theo tần số.  Biến áp cao tần.  Biến áp tần số thấp. 2 . Phân loại theo điện áp.  Biến áp hạ áp.  Biến áp cao áp. 3 . Phân loại theo chức năng, nhiệm vụ.  Biến áp hàn.  Biến áp đo lường (BI, BU).  Biến áp điện lực.  Biến áp dùng cho các m ạch chỉnh lưu.  Biến áp thí ngiệm dùng để thí nghiệm các điện áp cao. 4 . Phân theo số pha thì có.  Biến áp 1 pha.  Biến áp 3 pha. 2.2.2.b Ký hiệu một số loại máy biến áp. Đối với các lo ại máy biến áp khác nhau th ì có các thông số , cách đấu nối, ký hiệu không gống nhau dưới đây là ký h iệu sơ đồ đấu nối d ây quấn của các loại biến áp như hình vẽ. (a). Máy biến áp tần số cao (b). Máy biên áp một pha. (c). Máy biến áp từ ngẫu. (d). Máy biến áp ba pha có sơ đồ nói dây kiểu (  /  ) (e). Biến áp ba pha có sơ đồ nói dây kiểu (  /  ) Giáo viên hướng dẫn
A B C A B C u24 X Y Z X Y Z a c b a b c u22 (a) (b) y x z u21 (c) y z x (d) (e) 2.3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐIỆN TỬ. 2.3.1.CH ỈNH LƯU. 2.3.1.1 Khái niệm. Một mạch chỉnh lưu là m ột mạch điện bao gồm các linh kiện điện - đ iện tử, dùng để biến đổi dòng đ iện xoay chiều thành dòng điện một chiều. + Mạch chỉnh lưu có th ể đ ược sử dụng trong các bộ nguồn cung cấp dòng đ iện một chiều, hoặc trong các mạch tách sóng tín hiệu vô tuyến điện trong các thiết bị vô tuyến. Phần tử tích cực trong mạch chỉnh lưu có th ể là các điốt bán d ẫn, các đèn ch ỉnh lưu thủy ngân , thyristor ho ặc các linh kiện khác. + Khi chỉ dùng một đ iốt đơn lẻ để chỉnh lưu dòng điện xoay chiều, bằng cách khóa không cho ph ần dương hoặc phần âm của dạng sóng đi qua mạch điện, th ì mạch chỉnh lưu được gọi là chỉnh lưu nửa chu kỳ hay chỉnh lưu nửa sóng. Trong các bộ nguồn một chiều người ta hay sử dụng các mạch chỉnh lưu nhiều điốt (2 hoặc 4 điốt) với các cách sắp xếp khác nhau để có thể biến đổi từ xoay chiều th ành một chiều bằng phẳng hơn trường hợp sử dụng một điốt riêng lẻ. Trước khi các điốt bán dẫn phát triển, người ta còn dùng các m ạch chỉnh lưu sử dụng đèn điện từ chân không, đèn chỉnh lưu thủy ngân, các dãy bán dẫn đa tinh thể seleni. + Các máy thu thanh vô tuyến đầu tiên, ngư ời ta gọi là các máy tinh thể, dùng một sợi "râu mèo" ho ặc một kim nhọn tiếp xúc nhẹ vào một điểm trên một khối tinh thể galena (sunphát ch ì) để tạo ra một điốt tiếp điểm, hoặc một bộ tách sóng tinh thể. Trong hệ thống sấy đốt khí, các bộ phát hiện lửa có thể dùng. Hai điện cực trong một vỏ bọc kín có thể sản sinh ra dòng điện và có thể chỉnh lưu được một dòng đ iện xoay chiều, nhưng chỉ khi chúng nhìn thấy ngọn lửa. Giáo viên hướng dẫn
+ Các ph ần tử tích cực dùng để chỉnh lưu là các ph ần tử có đ ặc tuyến Volt - Ampe không đối xứng sao cho dòng đ iện đi qua nó chỉ đi qua nó chỉ đi qua một chiều. Người ta thường dùng chỉnh lưu Silic, để có công suất nhỏ hoặc trung bình cũng có thể dùng ch ỉnh lưu Selen. Để có công suất ra lớn (>100W) và có thể điều ch ỉnh điện áp ra tùy ý, người ta dùng Thyristor để chỉnh lưu. + Các sơ đồ chỉnh lưu thường gặp là chỉnh lưu nửa chu kỳ, sơ đồ chỉnh lưu hai nửa chu kỳ, sơ đồ chỉnh lưu cầu mà trong đó sơ đồ chỉnh lưu cầu có nhiều ưu điểm hơn cả. + Mạch chỉnh lưu phải có hiệu suất (tỷ số giữa công suất ra và công suất hữu ích ở đầu vào) cao, ít phụ thuộc vào tải và độ gợn sóng của điện áp ra nhỏ. 2.3.1.2 Phân loại chỉnh lưu. Tuy theo cách lắp đặt, sơ đồ nối, số pha cần chỉnh lưu theo yêu cầu của tải mà có các cách phân loại sau . 1 - Theo số pha nguồn điện xoay chiều mà có các lo ại sau. + Chỉnh lưu một pha, ba pha, sáu pha, n pha. 2 - Theo cách mắc chỉnh lưu vào dòng điện xoay chiều m à có. + Chỉnh lưu hình tia khi mắc giữa dây pha và dây trung tính củ a dòng xoay chiều. + Chỉnh lưu theo sơ đồ cầu khi mắc giữa các dây pha với nhau. 3 - Theo loại van dùng cho chỉnh lưu mà có. + Nếu sơ đồ dùng van toàn điôt thì sơ đồ chỉnh lưu là không điều khiển. + Nếu dùng van lá thyristor thí có sơ đồ chỉnh lưu điều khiển đ ược. + Dùng cả hai loại van điôt và thyristor chỉnh lưu gọi là chỉnh lưu bán điều khiển. 2.3.1.3 Dạng sơ đồ chỉnh lưu ứng dụng. Với các sơ đồ chỉnh lưu không điều khiển nếu thay điốt bằng thyristor sẽ được ch ỉnh lưu điều khiển hoặc bán điều khiển. D/Silic ~U1 ~U2 Rt BA Hình - Mạch chỉnh lưu nữa chu kỳ. Giáo viên hướng dẫn
D1/silic ~ U ’2 Rt ~U1 ~ U”2 BA D2/silic Hình - Ch ỉnh lưu hình tia hai nữa chu kỳ D1 D3 ~U ~U2 Rt BA D2 D4 Hình - Mạch chỉnh lưu cầu một pha a D1 D3 D5 A B b ~U Rt c C BA D4 D6 D2 Hình - Mạch chỉnh lưu cầu ba pha. A a B b ~U C c Rt BA Giáo viên hướng dẫn
Hình - Mạch chỉnh lưu hình tia ba pha 2.3.1.4. Ứng dụng của chỉnh lưu. + Ứng dụng cơ bản nhất của mạch chỉnh lưu là triết xuất thành phần điện một chiều hữu dụng từ nguồn xoay chiều. Thực ra hầu hết các ứng dụng điện tử sử dụng nguồn điện một chiều, nhưng nguồn cung cấp lại là dòng đ iện xoay chiều. Vì thế các mạch chỉnh lưu được sử dụng bên trong mạch cấp nguồn của hầu hết các thiết bị điện tử. + Mạch biến đổi điện một chiều từ điện áp này sang điện áp khác sẽ phức tạp hơn. Một trong những phương pháp chuyển đổi từ cấp đ iện áp một chiều này sang cấp điện một chiều khác: Bước đầu tiên là phải chuyển từ một chiều thành xoay chiều (dùng một mạch nghịch lưu ) sau đó đưa qua m áy biến áp để thay đổi điện áp, và cuối cùng là chỉnh lưu lại thành điện một chiều. + Các mạch chỉnh lưu cũng được ứng dụng trong mạch tách sóng các tín hiệu vô tuyến điều biến b iên độ. Tín hiệu có thể cần hoặc không cần khuếch đại trước khi tách sóng. Nếu tín hiệu nhỏ quá, phải sử dụng các điốt có điện áp rơi rất thấp. Trong trường hợp n ày các tụ và điện trở tải phải lựa chọn cẩn thận cho phù hợp. Trị số tụ điện thấp quá sẽ làm cho sóng cao tần lọt sang đầu ra. Chọn cao quá, nó có thể nạp đầy và giữ nguyên điện áp đã được nạp. Chương 3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ NGUỒN 3.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ BỘ NGUỒN. Trong các mạch điện tử của các thiết bị như radio, tivi, bộ âmly, đầu VCD được cấp n guồn một chiều ở các mức đ iện áp kh ác nhau nhưng chúng không thể làm việc trực tiếp với n guồn xoay chiều được n ên phải thông qua bộ biến đổi, để giải quyết vấn đề người ta đ ã thiết kế ra một thiết b ị đảm nhiệm vai trò này, thiết bị đó có tên gọi chung là bộ nguồn. Tuý theo từng loại tải sử dụng, chức n ăng sử dụng mà có các bộ nguồn như :  Bộ n guồn dùng trong tivi màu .  Bộ n guồn dùng trong dầu DVD.  Bộ n guồn dùng trong m áy tính. Giáo viên hướng dẫn
 Bộ n guồn n ạp Ácquy.  Bộ n guồn cấp n guồn kích từ cho động cơ điện một chiều.  Bộ n guồn ATX. Từ thực tiễn th ấy rằng bộ nguồn cung cấp có h ai d ạng, b ộ n guồn xoay chiều và bộ nguồn một chiều song trong đồ án này chỉ ứng dụng bộ nguồn một chiều, với yêu cầu khác nhau của thiết bị, tải cấn cấp nguồn và lo ại van dùng mà bộ n guồn một chiều có các lo ại: Bộ nguồn b iến đối điện áp, bộ nguồn dòng, bộ nguồn cấp xung, bộ nguồn điều khiển đ ược và không điều khiển được. 3.1.1. Cấu trúc chung của bộ nguồn. Đối với mục đích sử dụng bộ n guồn trong các thiết b ị mà có cấu trúc khác nhau, nhưng xét đến cùng chúng cũng không khác nhau nhiều. Dưới đây là cấu trúc chung của bộ n guồn. Hình 3.1.1-Sơ đồ tổng quát của mạch cấp nguồn. 3.1.2. Chức năng của các thiết bị của bộ nguồn. a) Biến áp: Có nhiệm vụ phân phối hợp điện áp giữa lưới điện với điện áp thứ cấp đưa vào ch ỉnh lưu. Hạ th ế từ 220V xuống còn 6 V, 9V, 12V, 24V, 48V. b) Chỉnh lưu: Đâ y là bộ phận biến đổi gồm các van bán dẫn lắp đặt theo sơ đồ hình tia ho ặc sơ đồ hình cầu, thực hiện chức năng biến đổi điện áp xoay chiều th ành một chiều. c) Bộ lọc: Được hình thành bởi các ph ần tử ph ản kháng như, tụ điện, cuận cảm, làm nhiệm vụ san bằng điện áp chỉnh lưu, giảm th ành ph ần đập mạch tới mức cho phép, trong nhiều trường h ợp bộ n guồn không cần tới khâu lọc vì bản thân tải đã có thành phần lọc điện áp. d) Ổ n áp: Điện áp sau kh âu lọc đỡ nhấp nhô đ ã sử dụng được nhưng đối với mộ t số tải yêu cầu đ iện áp có độ ổn định cao hơn nên cần có thêm ổn áp. Giáo viên hướng dẫn
Tu ỳ vào yêu cầu của mạch cần sử dụng và van của ch ỉnh lưu mà bộ n guồn có mạch điều khiển hay không và bộ đo lường hay kh ông có , như hình dạng thực tế củ a bộ n guồn dưới đây. H inh 123 - Bộ nguồn cầu chỉnh lưu dùng tụ lọc 3.2 .TÍNH CHỌN MÁY BIẾN ÁP CHO BỘ NGUỒN. 3.2.1. Chọn máy biến áp. Máy biến áp trong bộ nguồn như đã giới thiệu thực hiện b iến đổi nguồn cung cấp sang cấp điện áp phù hợp cấp cho đầu vào của chỉnh lưu, bằng thực tế có thể nói đối với những bộ n guồn khác nhau mà biến áp được đặt độc lập hoặc tích hợp trên một bảng m ạch đi liền kề với các linh kiện đ iện tử. Biến áp trong bộ n guồn có kích thước lớn h ay nhỏ, công suất lớn hay b é phụ thuộc hoàn toàn vào công suất, đ iện áp cần chỉnh lưu, trong một bộ nguồn số biến áp đ ược sử dụng tu ỳ theo mục đích cấp nguồn nhưng thường n goài biến áp ngu ồn chính trong một số mạch nguồn có th êm biến áp n guồn cấp trước, biến áp xung, biến áp trung gian. Trong sa bàn thực h ành điện tử cô ng nghiệp biến áp của bộ cấp nguốn được bố trí độc lập được kết nối với ch ỉnh lưu bằng dây dẫn nên phương án b ảo vệ, bảo dưỡng, thay th ế rất thuận lợi. Do biến áp yêu cầu đ ặt độc lập và nguồn cấp là điện áp ba pha nên ta sẻ đưa ra hai phương án lựa chọn máy biến áp sau cho bộ nguồn: Phương án một: Dùng biến áp b a pha vì nguồn cấp là b a pha. Phương án hai: Dùng biến áp một pha vì có th ể lấy một trong ba pha cấp cho biến áp . Muốn lựa chọn phù hợp chúng ta phải đi xét lần lượt các phuơng án xem phương án nào vừa tối ưu vừa đáp ứng được yêu cầu chỉ tiêu kỹ thuật, giá thành. Biến áp nguồn một pha: Ưu điểm: Giáo viên hướng dẫn
 Nều h ai m áy b iến áp có cùng công suất thì biến áp một pha có kích thước nhỏ hơn n ên chiếm ít diện tích lắp đặt rễ ràng hơn.  Khi dùng m áy biến áp một pha tổn th ất công suất, điện áp th ấp hơn biến áp ba pha.  Giảm tổn thất kim lo ại màu nên giá thành hạ.  Với điên áp đ ầu ra là 5 V,12V, 24V, 48V m áy biến áp một pha đáp ứng được yêu cầu như m áy ba pha. Nhược điểm:  Không chuyển sang ba pha được khi cần, muốn chỉnh lưu ba pha ph ải thay thế b iến áp nh ưng sẽ tốn kém .  Chỉ sử dụng được với nhưng bộ nguồn yêu cầu công suất nhỏ Biến áp nguồn ba pha. Ưu điểm:  Làm việc ở lưới điện lưới ba pha nên có thể sử dụng đ ể chỉnh lưu một pha khi cần.  Điện áp biến đổi tốt hơn.  Được dùng trong ch ỉnh lưu ba pha, các bộ n guồn yêu cầu công su ất lớn Nhược điểm:  Với yêu cầu điện áp biến đổi nh ư đã nêu thì sẽ khô ng sử dụng h ết công suất của biến áp gây lãng phí.  Tổn thất công suất, đ iện áp và các tổn hao khác lớn.  Tính toán thiết kế tốn kém kim loại m àu nên chi phí cao. Trong cả hai phương án đều có những ưu đ iểm để thỏ a m ãn yêu cầu làm biến áp của bộ n guồn nhưng khi so sánh ưu, nhược đ iểm đồng thời căn cứ vào yêu cầu điện áp biến đổi và các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật. Ta th ấy rằng không cần thiết dùng biến áp ba pha cho bộ nguồn nên ta không sử dụng phương án một m à chọn ph ương án hai và đưa phương án một vào rự phòng mở rộng: Dùng máy biến áp một pha cho bộ nguồn. Để hiểu biết thêm và cũng một lần nữa khẳng định sự lựa chọn đúng đắn chúng ta đ i vào tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động cũng như tính toán thiết kế biến áp một pha. 3.2.2. Cấu tạo máy biến áp nguồn một pha. Giáo viên hướng dẫn
Cũng như máy biến áp nói chun g cấu tạo máy biến áp một pha cũng gồm hai phần cơ bản: Dây quấn và lõi thép. Dây qu ấn làm bằng đồng đư ợc sơn cách điện tuỳ theo loại mà có tiết diện dây từ 1mm2 đ ến hàng trăm mm 2, dây có hai ph ần.  Ph ần sơ cấp nhận đ iện áp vào với W1 số vòng dây sơ cấp, U1 điện áp đặt vào cuộn sơ cấp, P1 công suất sơ cấp.  Ph ần thứ cấp đưa điện áp ra tải với W2 số vòng dây thứ cấp, U2 điện áp thứ cấp, P2 công suất thứ cấp. Lõi thép, dây quấn của biến áp một pha. Hình 234 - cấu tạo máy biến áp Các rạng lá thép hình thành nên lõi thép. (a) (b) (c) Hình 3.2.2:Một số hình dạng lõi thép. (a) lõi thép chữ U, I : (b). lõi thép chữ E, I (c) lõi thép chữ I Lõi thép biến áp một pha chủ yếu được h ình thành từ các lá thép h ình ch ử, (U,I), (E,I), (I), các lá thép chử U và E sử dụng phổ biến với máy công suất nhỏ, khi lắp ghép lá thép ch ử E ghép ngược chiều nhau sau đó cài lá thép chử I để khép kín mạch, lá thép chữ I dùng với máy công suất lớn. 3.2.3. Nguyên lý hoạt động biến áp nguồn một pha. Giáo viên hướng dẫn