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

Qua tiếp cận tại trường học và thực tế thì sa bàn cónhiều kích thước lớn nhỏ, được trang bị thiết bị theo yêu cầu, mục đích cần sử dụngnhưng tổng quan chúng đều được tích hợp từ các thiế

Tiểu luận Thiết kế, tính toán sa bàn thực tập

điện tử công nghiệp

Lời nói đầu

Ngày nay cùng với sự phát triển mạnh mẽ các ứng dụng của khoa học kĩ thuậttrong công nghiệp, đặc biệt là trong công nghịêp địên tử thì các thiết bị điện tử cócông suất lớn cũng được chế tạo ngày càng nhiều Và đặc biệt các ứng dụng của nóvào các nghành kinh tế quốc dân và đời sống hang ngày đã và đang được phát triểnhết sứa mạnh mẽ

Tuy nhiên để đáp ứng nhu cầu ngày càng nhiều và phức tạp của công nghiệp thìcác 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 nhà máy,

xí nghiệp cần phải thay đổi, nâng cao để đưa công nghệ tự động điều khiển vàotrong sản xuất Do đó đỏi hỏi phải có thiết bị và phương pháp điều khiển an toànchính xác Đó là nhiệm vụ của không chỉ của riêng nghành điện công nghiệp mà cầnphải có thêm sự giúp sức của nghành điện tử công suất đây là vấn đề chung cần phảiđưa 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 laikhông xa sẽ đứng trong đội ngũ này, do đó mà phải tự trang bị cho mình những kiếnthức, trình độ và sự hiểu biết sâu rộng Thực hiện xây đồ án tốt nghiệp là một bàikiểm tra khảo sát kiến thức tổng hợp của mỗi sinh viên, và cũng là điều kiện để chosinh viên của ngành 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, đểđem kiến thức về chuyên nghành vào trong quá trình xây dựng đồ án nhưng chưa cónhiều kinh nghiệm thực tế nên khi làm đồ án rất cần thiết có sự hướng dẫn của cácthầy, 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 toán thiết kế bộ nguồn

Chương 4 : Tính toán áp dụng

Chương 5 :

Trong thời gian làm đề tài do khả năng kiến thức bản thân còn hạn chế, đề tài chắcchắn sẽ không tránh những thiếu sót, em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiếncủa các thầy cô và các bạn để đề tài được hoàn thiện hơn

Em chân thành cảm ơn thầy, cô giáo!

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 thể được gọi theo nhiều tên gọi khác nhau tuỳ vào chứcnăng, nhiệm vụ của chúng có thể kể tới một số tên gọi sau: Sa bàn điều khiển, xabàn vận hành, xa bàn thực tập Qua tiếp cận tại trường học và thực tế thì sa bàn cónhiều kích thước lớn nhỏ, được trang bị thiết bị theo yêu cầu, mục đích cần sử dụngnhưng tổng quan chúng đều được tích hợp từ các thiết bị điện - điện tử như: Nguồncung cấp, thiết bị bảo vệ và khì cụ ( Áptômát, cầu chì, các rơle, công tác tơ), cácmạch chỉnh lưu, nghịch lưu, hệ thống đèn báo nguồn củng như sự cố, thiết bị dolường hiến thị các thông số

Ngày nay hệ thống xa bàn được sử rất rộng, khẳng định được tầm quan trọngtrong sự phát triển của công nghiệp hoá, đóng góp không nhỏ vào trong việc giảngdạy, học tập của sinh viên các trường thuộc khối kỹ thuật công nghiệp Với tầmquan trọng thực tế đã được khẳng định Trường Cao Đẳng Công Nghiệp Phúc Yênnơi 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 tưtrang bị thêm xa bàn mới cho nhu cầu hăng say học tập, thực tập xưởng của sinhviên, nhưng với sự đa dạng của các loại xa bàn nên trong thời gian ngắn không thểtrang bị hết được Tới nay chúng em sau những ngày tháng học tập, rèn luyện đãđến lúc tốt nghiệp ra trường, sinh viên chúng em thấy rằng xa bàn thực tập rất cầnthiết và củng mong muấn tự tay làm ra một xa bàn thực tập, góp phần nào giảm bớt

sự chưa đủ của xa bàn Nên nhóm sinh viên đã mạnh rạn thông qua thầy giáo chủnhiệm đề nghị lên khoa Điện _ Tự Động Hoá cho nhóm sinh viên được làm đồ ántốt nghiệp Sa Bàn Thực Tập Điện Tử Công Nghiệp thay vì thi tốt nghiệp, đề nghịthiết thực của nhóm đã được khoa đồng tình, chấp nhân, khuyến khích nhưng phai

có sự giám sát, hướng dẩn của thầy, cô giáo Bản thân chúng em rất vui mừng vàcảm ơn trước sự chấp nhận, quan tâm của khoa, thầy, cô giáo Bước đầu làm môhình cho đồ án đã gặp phải khó khăn trong việc chọn lựa kích thước, hình dáng, linhkiện, thiết bị và cách bố chí thiết bị sao cho hợp lý vừa thực hiện được chức năngvừa tiết kiệm, an toàn, thẩm mĩ nhất nhưng nhờ có định hướng của thầy hướng dẩn,công với tinh thần tự giác khó khăn được tháo gỡ dần, tinh thần làm mô hình hăng

hái hơn Nhóm đi đến quyết định hình lục giác là hình dạng của xa bàn được thiếtlập từ sáu xa bàn độc lập ghép lại mà 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 mài làm xa bàn đã hoàn thành như dự kiến, qua làm đồ ánbản thân em củng như các bạn thấy được 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 ứngđược chất lượng, hiệu quả về kĩ năng, kỹ thuật, tay nghề của học sinh Giúp họcsinh thông qua việc làm đồ án sẻ tổng hợp được lượng kiến thức đáng kể trong thờigian học tập mà thầy, cô giáo chuyền đạt và bổ sung thêm kiến thức mới, học sinhvân dụng kiến thức được trang bị vận dụng vào trong quá trình thực tập, giúp họcsinh hiểu sâu hơn về cấu tạo, nguyên lý hoạt động, cách lắp đặt, phương pháp lựachọn thiết bị hợp lý nhất, giúp rèn luyện tính, cần cù ,tỉ mĩ chung thực, điều kiện dấtcần 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 những kiến thức được học và thực tế là cơ sở lý thuyết quan trọng bứcthiết vận dụng vào trong việc xây đồ án, cơ sở lý thuyết là những giáo trình, đềcương bài giảng, vở ghi chép, đây là nguồn cung cấp kiến thức lý thuyết về cấu tạo,nguyên lý hoạt 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 bảo vệ mạch( Aptômát, cầu chì ), cơ sở về máy biến áp, cơ sở về các mạch chỉnh 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 bầt kì mạng điện, 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 mức thấp nhấtrất cần phải có sự góp mặt của các khí cụ điện làm chức năng đóng cắt cấp nguồn,chức năng bảo vệ mạch, thiết bị khỏi những sự cố, ngắn mạch, quá tải Khí cụ điện

làm việc lâu dài trong các mạch dẫn điện, nhiệt độ của khí cụ điện tăng lên gây tổnthất điện năng dưới dạng nhiệt năng và đốt nóng các bộ phận dẫn điện và cách điệncủa khí cụ Vì vậy khí cụ điện làm việc được trong mọi chế độ khi nhiệt độ củacác bộ phận phải không 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 Phân loại.

Ta có nhiều tiêu chuẩn để phân loại khí cụ điện Phân loại theo chức năng, theonguyên lý hoạt động, theo môi trường làm việc và nhiều chỉ tiêu khác Nhưng có thểphân loại theo các chỉ tiêu cơ bản sau

1- Phân loại theo công dụng

+ Nhóm khí cụ khống chế dùng để đóng cắt điều chỉnh tốc độ, chiều quay của cácmáy phát điện, động cơ điện như: Cầu dao, Áptômát, Công tắc tơ

+ Nhóm khí cụ bảo vệ làm nhiệm vụ bảo vệ các động cơ, máy phát điện, lướiđiện khi có quá tải, ngắn mạch, sụt áp như : Rơle, Cầu chì, Máy cắt

+ Nhóm khí cụ điện tự động điều khiển từ xa làm nhiệm vụ thu thập phân tíchkhống chế sự hoạt động của các mạch điện như : Khởi động từ

+ Nhóm khí cụ điện hạn chế dòng ngắn mạch ( như điện trở phụ, cuận kháng ) + Nhóm khí cụ điện làm nhiệm vụ duy trì sự ổn định các tham số điện ( Ổn áp, bộ

tự động điều chỉnh điện áp máy phát )

+ Nhóm khí cụ điện làm nhiệm vụ đo lường như : Máy biến dòng điện, máy biến

áp đo lường

2 - Phân loại theo tính chất dòng điện

+ Nhóm khí cụ điện dùng trong mạch điện một chiều

+ Nhóm khí cụ điện dùng trong mạch điện xoay chiều

3 - Phân loại theo nguyên lý làm việc

+ Nhóm khí cụ điện làm việc theo nguyên lý từ điện, điện từ, điện động, nhiệt, cótiếp xúc và không tiếp xúc

4 - Phân loại theo điều kiện làm việc

+ Loại làm việc trong vùng nhiệt đới khí hậu nóng ẩm

+ Loại làm việc ở vùng ôn đới

+ Loại làm việc chống được khi cháy nổ, chịu được rung động

5 - Phân loại theo cấp điện áp

+ Khí cụ điện hạ áp có điện áp dưới 3 kV

+ Khí cụ điện trung áp có điện áp từ 3 kV đến 36 kV

+ Khí cụ điện cao áp có điện áp từ 36 kV đến 400 kV

+ Khí cụ điện siêu cao áp có điện ap từ 400 kV trở lên

2.1.2.2 Yêu cầu 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 thìkhí cụ điện phải đảm bảo một số yêu cầu sau:

+ Khí cụ điện đảm bảo làm việc lâu dài với các thông số kỹ thuật ở trạng thái làmviệc định mức: Uđm, Iđm

+ Ổn định nhiệt, điện động, có cường độ cơ khí cao khi quá tải, khi ngắn mạch + 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 loại khí cụ điện Áptômátlàm nhiệm đóng cắt cấp nguồn cho từng sa bàn và bảo vệ quá tải cho động cơ vàCầu chì chức năng bảo vệ ngắn mạch Sau đây là những hiểu biết chung của hai khí

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 cầnbảo vệ Tuỳ theo cấu tạo của áptômát mà chúng có chức năng bảo vệ sau: Bảo vệdòng cực đại, bảo vệ dòng cực tiểu, bảo vệ điện áp thấp, bảo vệ công suất ngược vàcác bảo vệ khác

2.1.3.2 Yêu cầu khi sử dung áptômát.

 Làm việc tốt ở các giá trị định 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 toàm cho người và thiết bị

 Cấu tạo dơn giản, gọn nhẹ, giá thành hạ

2.1.3.2 Phân loại.

Có nhiều chỉ tiêu, tiêu chuẩn để phân loại áptômát nhưng thường có các Chỉ tiêuphân loại cơ bản sau:

1 - Theo chức năng bảo 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 điện, điện áp

 10A ; 20A ; 100A ; 500A

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 độngchậm loại này thường dùng để bảo vệ quá tải

 Áptômát điện từ: Tác động nhờ cơ cấu điện - từ loại này dùng để bảo vệ ngắn mạch

 Áptômát từ - nhiệt

2.1.3.3 Cấu tạo chung của Áptômát.

Tuỳ theo chức năng cụ thể mà áptômát có thể đầy đủ hoặc có các bộ phận sau

cấp nguồn, bảo vệ thiết bị, bộ phận dập hồ quang làm nhiệm vụ đập tắtnhanh hồ quang phát sinh trong quá trình vận hánh cũng như khi có sự cố

 Cơ cấu tác động nhiệt: Cơ cấu này làm nhiệm vụ ngắt mạch khi quá tải, hoạtđộng trên sự co giản vì nhiệt của thanh lưỡng kim

và lõi thép) làm nhiệm vụ ngắt mạch khi có hiện tượng ngắt mạch, cơ cấu

này thường tác động trước nên dòng điện tác động tức thời phải có giá trị lớnhơn dòng điện tác động chậm.

Tuỳ theo chức năng, nhiệm vụ, cơ cấu hoạt động và nguyên lý tác động mà mỗiloại có nguyên lý hoạt động khác nhau

Cùng như thiết bị đóng cắt bảo vệ mạch điện khác nói chung thì khi lựa chọnáptômát ta cần lựa chọn theo các thông sồ kỹ thuật sau

+ Dòng điện định mức của áptômát I đm (A) Đây là dòng điện lớn nhất cho phépáptômát làm việc lâu dài mà không bị tác động, dòng này không được nhỏ hơn dòngphụ tải tính toán

I đmAB  Ilvmax

Trong đó:

I đmAB : Là giá trị dòng định mức của áptômát

Ilvmax: Là giá trị dòng làm việc lớn nhất của mạch điện

+ Dòng điện bảo vệ nhgắn mạch của áptômát Inm (A) Đây là dòng điện nhỏ nhất

đủ làm cho áptômát tự ngắt Chỉ những áptômát có cơ cấu ngắt kiểu điện từ cóthống số này, khi chọn loại này để đóng cắt động cơ thì dòng ngắt mạch được chọnphải lớn hơn dòng khởi động động cơ tức Inm > Ikđ

+ Điện áp làm việc của áptômát cho phép vượt 10%  15%, Uđm (V) Điện ápnày phải chọn phụ thuộc vào điện áp của lưới điện mà nó được lắp đặt và khôngđược 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 lưới điện UđmAB, Uđm,mạng: Là độ tăng điện áp cho phép của áptômát và của lưới điện + Dòng bảo vệ quá tải của áptômát Iqt : Dòng này có thể điều chỉnh nhờ các vítdiều chỉnh, trong một số trường hợp ta có thể điều chỉnh theo giá trị sau:

Iqt = (1,1 1,2) Itt

+ Số cực của áptômát: Một cực, hai cựa, ba cực

2.1.3.4 Hình dạng thực tế và cấu tạo bên trong

Hình - Cấu tạo bên trong Áptomát.

2.1.4 CẦU CHÌ.

2.1.4.1 Khái niệm cầu chì.

Cầu chì là thiết bị bảo vệ mạch điện, lưới điện hoặc các thiết bị dùng điện chánhkhỏi dòng ngắn mạch Nó thường được bảo vệ đường dây, máy biến áp, động cơđiện, thiết bị điện, mạch điện điều khiển, mạch thắp sáng Cầu chì được sử dụng rấtrộng rãi bởi kích thước bé, khả năng cắt cao giá thành hạ Bản than cầu chì có haiphần tử cơ bản là dây chảy dùng để cắt mạch điện cần bảo vệ và thiết bị dập hồquang để rập hồ quang phát sinh khi dây chảy đứt

2.1.4.2 Yêu cầu đối với cấu chì:

Cầu chì cần phải đáp ứng được các yêu cầu sau đây:

- Yêu cầu về cấu tạo.

Tiếp điểm tĩnh

Tiếp điểm động

Vít tiếp điểm

Thanh đóng ngắtCần gạt phục hồi

Dây dẫn nhiệt

 Cấu tạo đơn giản, gọn nhẹ, giá thành hạ.

 Vật liệu thay thế rễ tìm

 Đảm bảo an toàn cho người và thiết bị

- Yêu cầu của dây chảy

 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 phải thấp hơn đặc tình của thiết bị bảo vệ

2.1.4.2 Phân loại.

Tuỳ theo cấu tạo, số pha, nơi lắp đặt cầu chì có các loại sau

Theo số pha: Thông dụng là một pha và ba pha

Loại hở không có vỏ bọc có một dây chảy, dây chảy thường làm bằng chì, hợpkim chì - thiếc, nhôm

Loại kín có hai loại: Loại có vỏ bọc bằng cát thạch anh và loai không có vỏ bọcbằng 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 chính của cầu chì, phần tử nàyphải có khả năng cảm nhận được giá trị hiệu dụng củ dòng điện qua nó Phần tửnày có giá trị điện trở suất bé (thường bằng chì, đồng, nhôm vv.) Hình dạng củaphần tử có thể ở dạng là một dây (tiết diện tròn), dạng rát mỏng

+ Thân của cầu chì: Thường bằng thuỷ tính, ceramic (sứ gốm) hay các vật liệukhác tương đương Vật liệu tạo thành thân của cầu chì phải đảm bảo được hai tínhchất:

+ Các đấu nối: Các thành phần này dùng định vị cố định cầu chì trên các thiết

bị đóng ngắt mạch; đồng thởi phải đảm boả tính tiếp xúc điện tốt

2.1.4.3 Nguyên lý làm việc.

Từ sơ đồ nguyên lý ta thấy rằng đặc tính của dây chảy phải thấp hơn đặc tính củathiết bị cần bảo vệ thi cấu chì mới có thể bảo vệ được thiết bị nhưng đường đặc tínhthực tế của dây chảy là đường số 3 Vùng từ B   đây là miền quá tải lớn nên bảo

vệ được thiết bị vì đường đặc tính thấp hơn đường số 1 Vùng từ A  B là miềnquá tải nhỏ không bảo vệ được thiết bị vì đường đặc tính cao hơn đường số một Dòng điện định mức Iđm : là dòng điện cho phép cầu chì làm việc ở chế độ dài hạn Dòng điện giới hạn Igh : Là tri số dòng điện dây chảy bị đứt Đối với mỗilaọi dâychảy khác nhau thì có dòng điện 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 thụ 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 phảidùng điện áp cao thường là (35KV-500KV), song các máy phát điện không đáp ứngđược điều này, do đó phải có một thiết bị để tăng điện áp ở đầu đường dây và hạthấp điện áp khi tới hộ tiêu thụ điện Những thiết bị dùng để tăng điện áp đầu ra của

BA

1 Đườnh đặc tính của thiết bị

2 Đường đặc tính của cầu chì

3 Đường đặc tính thực tế

máy phát điện và giảm điện áp khi tới các phụ tải gọi là các máy biến áp Vậy máybiến 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 LOẠI VÀ KÝ HIỆU MÁY BIẾN ÁP.

Máy biến áp có nhiều loại và được phân loại theo nhiều cách, dưới đây giới thiệumột số cách phân loại thông dụng

2.2.2.a Phân loại.

1 Phân loại theo tần số

 Biến áp dùng cho các mạch 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 loại máy biến áp khác nhau thì có các thông số, cách đấu nối, ký hiệukhông gống nhau dưới đây là ký hiệu sơ đồ đấu nối dây quấn của các loại biến ápnhư 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 ( / )

2.3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐIỆN TỬ.

2.3.1.CHỈNH LƯU.

2.3.1.1 Khái niệm.

Một mạch chỉnh lưu là một mạch điện bao gồm các linh kiện điện - điện tử, dùng

để biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều

+ Mạch chỉnh lưu có thể được sử dụng trong các bộ nguồn cung cấp dòng điệnmột 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 thể là các điốt bán dẫn, các đènchỉnh lưu thủy ngân, thyristor hoặc các linh kiện khác

+ Khi chỉ dùng một điốt đơn lẻ để chỉnh lưu dòng điện xoay chiều, bằng cáchkhóa không cho phần dương hoặc phần âm của dạng sóng đi qua mạch điện, thìmạch chỉnh lưu được gọi là chỉnh lưu nửa chu kỳ hay chỉnh lưu nửa sóng Trongcác 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 thành mộtchiều bằng phẳng hơn trường hợp sử dụng một điốt riêng lẻ Trước khi các điốt bándẫn phát triển, người ta còn dùng các mạch chỉnh lưu sử dụng đèn điện từ chânkhông, đèn chỉnh lưu thủy ngân, các dãy bán dẫn đa tinh thể seleni

+ Các máy thu thanh vô tuyến đầu tiên, người ta gọi là các máy tinh thể, dùngmột sợi "râu mèo" hoặc một kim nhọn tiếp xúc nhẹ vào một điểm trên một khối tinhthể galena (sunphát chì) để tạo ra một điốt tiếp điểm, hoặc một bộ tách sóng tinhthể Trong hệ thống sấy đốt khí, các bộ phát hiện lửa có thể dùng Hai điện cựctrong một vỏ bọc kín có thể sản sinh ra dòng điện và có thể chỉnh lưu được mộtdòng điện xoay chiều, nhưng chỉ khi chúng nhìn thấy ngọn lửa

+ Các phần tử tích cực dùng để chỉnh lưu là các phần tử có đặc tuyến Volt Ampe không đối xứng sao cho dòng điện đi qua nó chỉ đi qua nó chỉ đi qua mộtchiều Người ta thường dùng chỉnh lưu Silic, để có công suất nhỏ hoặc trung bìnhcũng có thể dùng chỉnh lưu Selen Để có công suất ra lớn (>100W) và có thể điềuchỉnh 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 hainửa chu kỳ, sơ đồ chỉnh lưu cầu mà trong đó sơ đồ chỉnh lưu cầu có nhiều ưu điểmhơn cả

+ Mạch chỉnh lưu phải có hiệu suất (tỷ số giữa công suất ra và công suất hữu ích ởđầu 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 cócác cách phân loại sau

1 - Theo số pha nguồn điện xoay chiều mà có các loại sau

+ Chỉnh lưu một pha, ba pha, sáu pha, n pha

2 - Theo cách mắc chỉnh lưu vào dòng điện xoay chiều mà có

+ Chỉnh lưu hình tia khi mắc giữa dây pha và dây trung tính của 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 được

+ Dùng cả hai loại van điôt và thyristor chỉnh lưu gọi là chỉnh lưu bán điều khiển

BA

Hình - Mạch chỉnh lưu cầu ba pha.

Rt

~U’ 2

~U” 2

~U1

D1/silic

D2/silicBA

Hình - Chỉnh lưu hình tia hai nữa chu kỳ

B

C

~U

RtBA

a

cb

ABC

~U

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 mộtchiều hữu dụng từ nguồn xoay chiều Thực ra hầu hết các ứng dụng điện tử sử dụngnguồn điện một chiều, nhưng nguồn cung cấp lại là dòng điện xoay chiều Vì thếcác mạch chỉnh lưu được sử dụng bên trong mạch cấp nguồn của hầu hết các thiết bịđiện tử

+ Mạch biến đổi điện một chiều từ điện áp này sang điện áp khác sẽ phức tạphơn Một trong những phương pháp chuyển đổi từ cấp điện áp một chiều này sangcấp điện một chiều khác: Bước đầu tiên là phải chuyển từ một chiều thành xoaychiều (dùng một mạch nghịch lưu ) sau đó đưa qua máy 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 vôtuyến điều biến biên độ Tín hiệu có thể cần hoặc không cần khuếch đại trước khitách sóng Nếu tín hiệu nhỏ quá, phải sử dụng các điốt có điện áp rơi rất thấp Trongtrường hợp này các tụ và điện trở tải phải lựa chọn cẩn thận cho phù hợp Trị số tụđiện thấp quá sẽ làm cho sóng cao tần lọt sang đầu ra Chọn cao quá, nó có thể nạpđầy 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 đượccấp nguồn một chiều ở các mức điện áp khác nhau nhưng chúng không thể làm việctrực tiếp với nguồn xoay chiều được nên phải thông qua bộ biến đổi, để giải quyếtvấn đề người ta đã thiết kế ra một thiết bị đảm nhiệm vai trò này, thiết bị đó có têngọi chung là bộ nguồn Tuý theo từng loại tải sử dụng, chức năng sử dụng mà cócác bộ nguồn như:

 Bộ nguồn dùng trong tivi màu

 Bộ nguồn dùng trong dầu DVD

 Bộ nguồn dùng trong máy tính

bộ nguồn điều khiển được và không điều khiển được.

3.1.1 Cấu trúc chung của bộ nguồn.

Đối với mục đích sử dụng bộ nguồn trong các thiết bị mà có cấu trúc khác nhau,nhưng xét đến cùng chúng cũng không khác nhau nhiều Dưới đây là cấu trúc chungcủa bộ nguồn

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 chỉnh lưu Hạ thế từ 220V xuống còn 6V, 9V, 12V, 24V, 48V

b) Chỉnh lưu: Đây là bộ phận biến đổi gồm các van bán dẫn lắp đặt theo sơ đồhình tia hoặc sơ đồ hình cầu, thực hiện chức năng biến đổi điện áp xoay chiều thànhmột chiều

c) Bộ lọc: Được hình thành bởi các phần tử phản kháng như, tụ điện, cuận cảm,làm nhiệm vụ san bằng điện áp chỉnh lưu, giảm thành phần đập mạch tới mức chophép, trong nhiều trường hợp bộ nguồn không cần tới khâu lọc vì bản thân tải đã cóthành phần lọc điện áp

d) Ổn áp: Điện áp sau khâu lọc đỡ nhấp nhô đã sử dụng được nhưng đối với một

số tải yêu cầu điện áp có độ ổn định cao hơn nên cần có thêm ổn áp

Tuỳ vào yêu cầu của mạch cần sử dụng và van của chỉnh lưu mà bộ nguồn cómạch điều khiển hay không và bộ đo lường hay không có, như hình dạng thực tếcủa bộ nguồn dưới đây.

Hinh 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 biến đổi nguồn cung cấpsang cấp điện áp phù hợp cấp cho đầu vào của chỉnh lưu, bằng thực tế có thể nói đốivới những bộ nguồn khác nhau mà biến áp được đặt độc lập hoặc tích hợp trên mộtbảng mạch đi liền kề với các linh kiện điện tử Biến áp trong bộ nguồn có kíchthước lớn hay nhỏ, công suất lớn hay bé phụ thuộc hoàn toàn vào công suất, điện ápcần chỉnh lưu, trong một bộ nguồn số biến áp được sử dụng tuỳ theo mục đích cấpnguồn nhưng thường ngoài biến áp nguồn chính trong một số mạch nguồn có thêmbiến áp nguồn cấp trước, biến áp xung, biến áp trung gian Trong sa bàn thực hànhđiện tử công nghiệp biến áp của bộ cấp nguốn được bố trí độc lập được kết nối vớichỉnh lưu bằng dây dẫn nên phương án bảo vệ, bảo dưỡng, thay thế rất thuận lợi Dobiến áp yêu cầu đặt độc lập và nguồn cấp là điện áp ba pha nên ta sẻ đưa ra haiphương án lựa chọn máy biến áp sau cho bộ nguồn:

Phương án một: Dùng biến áp ba pha vì nguồn cấp là ba pha

Phương án hai: Dùng biến áp một pha vì có thể lấy một trong ba pha cấp cho biếnáp

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:

 Nều hai máy biến áp có cùng công suất thì biến áp một pha có kích thướcnhỏ hơn nên chiếm ít diện tích lắp đặt rễ ràng hơn.

 Khi dùng máy biến áp một pha tổn thất công suất, điện áp thấp hơn biến áp

ba pha

 Giảm tổn thất kim loại màu nên giá thành hạ

 Với điên áp đầu ra là 5V,12V, 24V, 48V máy biến áp một pha đáp ứng đượcyêu cầu như máy ba pha

Nhược điểm:

 Không chuyển sang ba pha được khi cần, muốn chỉnh lưu ba pha phải thaythế biến áp nhưng 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 để chỉnh lưu một phakhi cần

 Điện áp biến đổi tốt hơn

 Được dùng trong chỉnh lưu ba pha, các bộ nguồn yêu cầu công suất lớn Nhược điểm:

 Với yêu cầu điện áp biến đổi như đã nêu thì sẽ không sử dụng hết công suấtcủa biến áp gây lãng phí

 Tổn thất công suất, điện áp và các tổn hao khác lớn

 Tính toán thiết kế tốn kém kim loại màu nên chi phí cao

Trong cả hai phương án đều có những ưu điểm để thỏa mãn yêu cầu làm biến ápcủa bộ nguồn nhưng khi so sánh ưu, nhược điểm đồng thời căn cứ vào yêu cầu điện

áp biến đổi và các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật Ta thấy rằng không cần thiết dùng biến

áp ba pha cho bộ nguồn nên ta không sử dụng phương án một mà chọn phương ánhai 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 đắnchúng ta đi vào tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động cũng như tính toán thiết kếbiến áp một pha

3.2.2 Cấu tạo máy biến áp nguồn một pha.

Cũng như máy biến áp nói chung cấu tạo máy biến áp một pha cũng gồm hai phần

cơ bản: Dây quấn và lõi thép

Dây quấn làm bằng đồng được sơn cách điện tuỳ theo loại mà có tiết diện dây từ1mm2 đến hàng trăm mm2, dây có hai phần

 Phần sơ cấp nhận điện áp vào với W1 số vòng dây sơ cấp, U1 điện áp đặt vàocuộn sơ cấp, P1 công suất sơ cấp

 Phần thứ cấp đưa điện áp ra tải với W2 số vòng dây thứ cấp, U2 điện áp thứcấp, 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

Lõi thép biến áp một pha chủ yếu được hình thành từ các lá thép hình chử, (U,I),(E,I), (I), các lá thép chử U và E sử dụng phổ biến với máy công suất nhỏ, khi lắpghép lá thép chử E ghép ngược chiều nhau sau đó cài lá thép chử I để khép kínmạch, lá thép chữ I dùng với máy công suất lớn

3.2.3 Nguyên lý hoạt động biến áp nguồn một pha.

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

a) Sơ đồ nguyên lý:

b) Nguyên ký hoạt động: Khi đặt điện áp xoay chiều vào cuận dây sơ cấp W1 sinh

ra dòng điện xoay chiều (i1), dòng điện sinh ra từ thông biến thiên F, theo định luậtcảm ứng điện từ thì khi từ thông biến thiên sinh ra sức điện động cảm ứng e1 từthông chính móc vòng sang cuộn W2 cũng sinh ra sức điện động e2, lần lượt có giátrị

e1 = 4,44.f.W1.Fmax 2sin(wt - p/2) Û E1 2sin(wt - p/2) (1)

e2 = 4,44.f.W2.Fmax 2sin(wt - p/2) Û E2 2sin(wt - p/2) (2)

E1 = 4,44.f.W1.Fmax: Sức điện động hiệu dụng sơ cấp

E2 = 4,44.f.W2.Fmax: Sức điện động hiệu dụng thứ cấp

Khi biến áp được nối với tải sẽ có dòng (I2 ¹ 0) cung cấp cho tải hoạt động vàngược lại Từ công thức (1) và (2) ta thấy sức điện động sơ cấp, thứ cấp có cùng tần

số nhưng trị số hiệu dụng khác nhau Nếu chia E1 cho E2 ta có:

k =

2

1 2

k là hệ số rất quan trọng trong khi tính toán máy biến áp Nếu k > 1 thì có biến

áp giảm áp, nếu k < 1 thì có máy tăng áp

Nếu bỏ qua điện trở dây quấn và từ thông tản coi gần đúng như: U1 » E1, U2 » E2

ta lại có:

k =

2

1 2

1 2