đồ án thiết kế modul chỉnh lưu cầu bán điều khiển

a Hình dáng và ký hiệu : Trong thiết bị điện tử điện trở là một linh kiện quan trọng, chúng được làm từ hợp chất cacbon và kim loại tuỳ theo tỷ lệ pha trộn mà người ta tạo ra được các lo

MỤC LỤC:

LỜI NÓI ĐẦU 4

CHƯƠNG 1:GIỚI THIỆU VỀ LINH KIỆN ĐIỆN TỬ 5

1.1 ĐIỆN TRỞ TRONG CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN TỬ 5

1.2 TỤ ĐIỆN 7

1.2.1 Cấu tạo của tụ điện 7

1.2.2 Hình dáng thực tế của tụ điện 7

1.2.3 Điện dung , đơn vị và ký hiệu của tụ điện 8

1.2.4 Cách đọc giá trị điện dung trên tụ điện….………10

1.3CẦU CHÌ 11

1.3.1 Cấu tạo của một chiếc cầu chì cơ bản 11

1.3.2: Công dụng của cầu chì 12

1.4 DIODE 12

1.4.1 Tiếp giáp P – N và Cấu tạo của Diode bán dẫn 12

1.4.2 Phân cực thuận cho Diode 13

1.4.3 Phân cực ngược cho Diode 13

1.4.4 Phương pháp đo kiểm tra Diode 14

1.4.5 Ứng dụng của Diode bán dẫn 14

1.5 BIẾN TRỞ 15

1.5.1 Biến trở 15

1.5.2 Triết áp 16

1.6 THYSISTOR 16

1.6 1 Cấu tạo 17

1.6 2 Nguyên lý hoạt động 18

1.6.3 Các thông số kỹ thuật 19

1.6.4 Ứng dụng của Thyristor 20

1.7 TCA785 20

1.7.1 Gới thiệu về vi mạch TCA 785 20

1.7.2 Nguyên lí làm việc của TCA 785 27

1.7.3 Sơ đồ ứng dụng 28

1.8 CHỈNH LƯU BÁN ĐIỀU KHIỂN 29

1.8 1 Chỉnh lưu cầu bán điều khiển, tiristo chung catot 29

1.8.2 Chỉnh lưu cầu bán điều khiển, tiristor mắc thẳng hàng 30

CHƯƠNG 2 : THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MODUL CÔNG SUẤT 32

2.2 GIỚI THIỆU TỪNG KHỐI 32

2.2.1 khối nguồn 32

2.2.2 khối điều khiển 32

2.2.3 khối công suất 33

2.2.4 khối tải 33

2.3 TÍNH CHỌN VAN CÔNG SUẤT 34

2.4SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ 35

2.5 SƠ ĐỒ BỐ TRÍ LINH KIỆN 36

2.6 MẶT NẠ GIAO DIỆN 37

2.7 HÌNH ẢNH THỰC TẾ 38

CHƯƠNG III : KẾT LUẬN 38

TÀI LIỆU THAM KHẢO : 40

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm gần đây cả nước ta đang bước vào công cuộc công nghiệp hoá- hiện đại hoá đất nước, sự giáo dục đóng vai trò quan trọng trong công cuộc này,đặc biệt

là đào tạo ra đội ngũ có tay nghề cao biết kết hợp chặt chẽ giữa lý thuyết và thực tiễn vào lao động sản xuất Cùng với sự phát triển của các ngành kỹ thuật điện - điện tử, công nghệ thông tin, ngành kỹ thuật điều khiển và tự động hoá đã và đang đạt được nhiều tiến

bộ mới Tự động hoá quá trình sản xuất đang được phổ biến rộng rãi trong các hệ thống công nghiệp trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng Tự động hoá không những làm giảm nhẹ sức lao động cho con người mà còn góp phần rất lớn trong việc nâng cao năng suất lao động, cải thiện chất lượng sản phẩm

Với mục tiêu công nghiệp hoá - hiện đại hoá đất nước, ngày càng có thêm nhiều xí nghiệp mới sử dụng kỹ thuật cao, đòi hỏi cán bộ kỹ thuật và kỹ sư điện những kiến thức

về điện tử công suất, về truyền động điện, về vi mạch và xử lý trong công tác kỹ thuật hiện tại Trong đó điện tử công suất đã và đang đóng một vai trò rất quan trọng trong quá trình công nghiệp hoá đất nước Sự ứng dụng của điện tử công suất trong các hệ thống truyền động điện là rất lớn bởi sự nhỏ gọn của các phần tử bán dẫn và việc dễ dàng tự động hoá cho các quá trình sản xuất Các hệ thống truyền động điều khiển bởi điện tử công suất đem lại hiệu suất cao Kích thước, diện tích lắp đặt giảm đi rất nhiều so với các

hệ truyền động thông thường như: khuếch đại từ, máy phát - động cơ yêu cầu đặt ra cho một hệ thống sản xuất đầu tiên nó phải có sự chính xác và có độ ổn định cao Để đáp ứng được yêu cầu đó thì trước hết phải có một nguồn cung cấp mạch điều khiển có độ ổn định Xuất phát từ yêu cầu thực tế đó chúng đã lựa chọn đề tài: “Tính toán và thiết kế chế tạo modul thí nghiệm mạch chỉnh lưu hình cầu 1 pha bán điều khiển.” Để đáp ứng cho như cầu ấy việc giáo dục cho những kỹ sư tương lai có kiến thức chuyên sâu về

nó là điều rất quan trọng để họ có thể khảo sát sự hoạt động của mạch và áp dụng vào thực tế với độ chính xác cao

Với sự hướng dẫn của thầy: „„Th.s Đỗ Công Thắng ‟‟ chúng em đã tiến hành

nghiên cứu và thiết kế đề tài.Trong quá trình thực hiện đề tài do khả năng và kiến thức thực tế có hạn nên không thể tránh khỏi sai sót, kính mong thầy cô đóng góp ý kiến để đề tài hoàn thiện hơn

Chúng em xin trân thành cảm ơn.!

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ LINH KIỆN ĐIỆN TỬ

1.1 Điện trở trong thiết bị điện tử

a) Hình dáng và ký hiệu : Trong thiết bị điện tử điện trở là một linh kiện quan trọng, chúng được làm từ hợp chất cacbon và kim loại tuỳ theo tỷ lệ pha trộn mà người ta tạo ra được các loại điện trở có trị số khác nhau

Hình1.1: Hình dạng của điện trở trong thiết bị điện tử

Hình1.2: Ký hiệu của điện trở trên các sơ đồ nguyên lý

b) Đơn vị của điện trở

Đơn vị điện trở là Ω (Ohm) , KΩ , MΩ

1KΩ = 1000 Ω

1MΩ = 1000 K Ω = 1000.000 Ω

c) Cách ghi trị số của điện trở

Các điện trở có kích thước nhỏ được ghi trị số bằng các vạch mầu theo một quy ước chung của thế giới.( xem hình ở trên )

Các điện trở có kích thước lớn hơn từ 2W trở lên thường được ghi trị số trực tiếp trên thân Ví dụ như các điện trở công xuất, điện trở sứ

Hình1.3: Trở sứ công xuất lớn , trị số được ghi trực tiếp

d) Cách đọc trị số điện trở

Bảng 1: bảng giá trị vạch mầu điện trở

Mầu sắc Giá trị Mầu sắc Giá trị Đen 0 Xanh lá 5 Nâu 1 Xanh lơ 6

Vàng 4 Trắng 9

Nhũ vàng -1 Nhũ bạc -2

Điện trở thường được ký hiệu bằng 4 vòng mầu , điện trở chính xác thì ký hiệu bằng 5

vòng mầu

1.2 Tụ điện

1.2.1 Cấu tạo của tụ điện

Cấu tạo của tụ điện gồm hai bản cực đặt song song, ở giữa có một lớp cách điện gọi là điện môi

Người ta thường dùng giấy, gốm , mica, giấy tẩm hoá chất làm chất điện môi và tụ điện cũng được phân loại theo tên gọi của các chất điện môi này như Tụ giấy, Tụ gốm, Tụ hoá

Hình 1.4: Cấu tạo tụ gốm Cấu tạo tụ hoá

1.2.2 Hình dáng thực tế của tụ điện

Hình 1.5: Hình dạng của tụ gốm

Hình 1.6: Hình dạng của tụ hoá

1.2.3 Điện dung , đơn vị và ký hiệu của tụ điện

Điện dung : Là đại lượng nói lên khả năng tích điện trên hai bản cực của tụ điện, điện dung của tụ điện phụ thuộc vào diện tích bản cực, vật liệu làm chất điện môi và khoảng cách giữ hai bản cực theo công thức:

C = ξ S / d Trong đó :

C : là điện dung tụ điện , đơn vị là Fara (F)

ξ : Là hằng số điện môi của lớp cách điện

d : là chiều dày của lớp cách điện

S : là diện tích bản cực của tụ điện

* Đơn vị điện dung của tụ : Đơn vị là Fara (F) , 1Fara là rất lớn do đó trong thực tế

thường dùng các đơn vị nhỏ hơn như MicroFara (µF) , NanoFara (nF), PicoFara (pF)

Hình 1.7:Ký hiệu của tụ điện trên sơ đồ nguyên lý

* Sự phóng nạp của tụ điện

Một tính chất quan trọng của tụ điện là tính chất phóng nạp của tụ , nhờ tính chất này mà tụ có khả năng dẫn điện xoay chiều

Hình 1.8: Minh hoạ về tính chất phóng nạp của tụ điện

* Tụ nạp điện : Như hình ảnh trên ta thấy rằng , khi công tắc K1 đóng, dòng điện từ nguồn U đi qua bóng đèn để nạp vào tụ, dòng nạp này làm bóng đèn loé sáng, khi tụ nạp đầy thì dòng nạp giảm bằng 0 vì vậy bóng đèn tắt

* Tụ phóng điện : Khi tụ đã nạp đầy, nếu công tắc K1 mở, công tắc K2 đóng thì dòng điện từ cực dương (+) của tụ phóng qua bóng đền về cực âm (-) làm bóng đèn loé sáng, khi tụ phóng hết điện thì bóng đèn tắt

=> Nếu điện dung tụ càng lớn thì bóng đèn loé sáng càng lâu hay thời gian phóng nạp càng lâu

1.2.4 Cách đọc giá trị điện dung trên tụ điện

* Với tụ hoá : Giá trị điện dung của tụ hoá đƣợc ghi trực tiếp trên thân tụ

=> Tụ hoá là tụ có phân cực (-) , (+) và luôn luôn có hình trụ

Tụ hoá ghi điện dung là 185 µF / 320 V

* Với tụ giấy , tụ gốm : Tụ giấy và tụ gốm có trị số ghi bằng ký hiệu

Hình 1.9: Tụ gốm ghi trị số bằng ký hiệu Cách đọc : Lấy hai chữ số đầu nhân với 10(Mũ số thứ 3 )

Ví dụ tụ gốm bên phải hình ảnh trên ghi 474K nghĩa là

* Tụ giấy và tụ gốm còn có một cách ghi trị số khác là ghi theo số thập phân và lấy đơn

vị là MicroFara

Hình 1.11: Một cách ghi trị số khác của tụ giấy và tụ gốm

1.3 Cần Chì

Khái niệm:Cầu chì là một phát minh vô cùng hữu ích của Thomas Edison Đây là một thiết bị bảo vệ mạch điện sử dụng nhằm phòng tránh các hiện tượng quá tải trên đường dây gây cháy, nổ

1.3.1 Cấu tạo của một chiếc cầu chì cơ bản:

Hình 1.12: Cấu tạo cầu chì

Cấu tạo chung của một chiếc cầu chì là một dây chì mắc nối tiếp với hai đầu dây dẫn trong mạch điện Vị trí lắp đặt cầu chì là ở sau nguồn điện tổng và trước các bộ phận của mạch điện, mạng điện cần được bảo vệ như các thiết bị điện,

Các thành phần còn lại bao gồm: hộp giữ cầu chì, các chấu mắc, nắp cầu chì, v.v được thay đổi tùy thuộc vào loại cầu chì cũng như mục đích thẩm mỹ

Cầu chì khá đa dạng về chủng loại: cầu chì sứ, cầu chì ống, cầu chì hộp, cầu chì ống, cầu chì cao áp, hạ áp… tùy theo môi trường hoạt động và chất liệu trực quan mà phân loại riêng biệt

Hình 1.13: Hình dáng cầu chì

1.3.2: Công dụng của cầu chì

Dây cầu chì được tạo thành từ rất nhiều kim loại nóng chảy, đặc điểm lớn nhất của nó

là dễ nóng chảy hơn bất kỳ một kim loại nào Như vậy, khi đường điện được lắp dây cầu chì nếu không may dây đường điện bị hỏng, nguồn điện quá lớn, dây cầu chì sẽ nóng chảy trước tiên rồi cắt nguồn điện Các thiết bị điện, đường dây điện sẽ tránh bị chập mạch, hỏng hóc và cũng đảm bảo an toàn, tránh các tai nạn về điện cho con người

Vì thế mà cầu chì được ứng dụng rộng rãi trong các mạch điện gia dụng, các đường dây tải điện

Khi cầu chì bị đứt ( gọi là cầu chì bị cháy), người dùng nên nhanh chóng thay cầu chì mới Không nên vì tiếc rẻ mà thay dây cầu chì bị đứt bằng các loại dây dẫn điện khác, như đồng, kẽm, thiếc… Điều này vô cùng nguy hiểm, vì các nguyên liệu này khó nóng chảy, cho nên nguy cơ gây cháy nổ bất ngờ là rất lớn

1.4 Diode

1.4.1 Tiếp giáp P – N và Cấu tạo của Diode bán dẫn

Khi đã có được hai chất bán dẫn là P và N , nếu ghép hai chất bán dẫn theo một tiếp giáp

P – N ta được một Diode, tiếp giáp P -N có đặc điểm : Tại bề mặt tiếp xúc, các điện tử

dư thừa trong bán dẫn N khuyếch tán sang vùng bán dẫn P để lấp vào các lỗ trống => tạo thành một lớp Ion trung hoà về điện => lớp Ion này tạo thành miền cách điện giữa hai chất bán dẫn

Mối tiếp xúc P – N => Cấu tạo của Diode

Hình 1.14: Ký hiệu và hình dáng của Diode bán dẫn

1.4.2 Phân cực thuận cho Diode

Khi ta cấp điện áp dương (+) vào Anôt ( vùng bán dẫn P ) và điện áp âm (-) vào Katôt ( vùng bán dẫn N ) , khi đó dưới tác dụng tương tác của điện áp, miền cách điện thu hẹp lại, khi điện áp chênh lệch giữ hai cực đạt 0,6V ( với Diode loại Si ) hoặc 0,2V ( với Diode loại Ge ) thì diện tích miền cách điện giảm bằng không => Diode bắt đầu dẫn điện Nếu tiếp tục tăng điện áp nguồn thì dòng qua Diode tăng nhanh nhưng chênh lệch điện áp giữa hai cực của Diode không tăng (vẫn giữ ở mức 0,6V )

Diode (Si) phân cực thuận – Khi Dode dẫn điện áp thuận đựơc gim ở mức 0,6V

Kết luận: Khi Diode (loại Si) được phân cực thuận, nếu điện áp phân cực thuận < 0,6V thì chưa có dòng đi qua Diode, Nếu áp phân cực thuận đạt = 0,6V thì có dòng đi qua Diode sau đó dòng điện qua Diode tăng nhanh nhưng sụt áp thuận vẫn giữ ở giá trị 0,6V

1.4.3 Phân cực ngược cho Diode

Khi phân cực ngược cho Diode tức là cấp nguồn (+) vào Katôt (bán dẫn N), nguồn (-) vào Anôt (bán dẫn P), dưới sự tương tác của điện áp ngược, miền cách điện càng rộng ra

và ngăn cản dòng điện đi qua mối tiếp giáp, Diode có thể chịu được điện áp ngược rất lớn khoảng 1000V thì diode mới bị đánh thủng

Diode chỉ bị cháy khi áp phân cực ngựơc tăng > = 1000V

1.4.4 Phương pháp đo kiểm tra Diode

Hình 1.15: Cách kiểm tra diode

Đặt đồng hồ ở thang x 1Ω , đặt hai que đo vào hai đầu Diode, nếu :

 Đo chiều thuận que đen vào Anôt, que đỏ vào Katôt => kim lên, đảo chiều đo kim không lên là => Diode tốt

 Nếu đo cả hai chiều kim lên = 0Ω => là Diode bị chập

 Nếu đo thuận chiều mà kim không lên => là Diode bị đứt

 Ở phép đo trên thì Diode D1 tốt , Diode D2 bị chập và D3 bị đứt

 Nếu để thang 1KΩ mà đo ngược vào Diode kim vẫn lên một chút là Diode bị dò

1.4.5 Ứng dụng của Diode bán dẫn

Do tính chất dẫn điện một chiều nên Diode thường được sử dụng trong các mạch chỉnh lưu nguồn xoay chiều thành một chiều, các mạch tách sóng, mạch gim áp phân cực cho transistor hoạt động trong mạch chỉnh lưu Diode có thể được tích hợp thành Diode cầu có dạng

1.5 Biến Trở

1.5.1 Biến trở thường

Biến trở là điện trở có thể chỉnh để thay đổi giá trị, có ký hiệu là VR

+ Biến trở nhiệt: có giá trị thay đổi theo nhiệt độ

+ Loại biến trở chúng ta hay gặp nhất là loại biến trở chúng ta có thể thay đổi bằng cách xoay vít

Hình 1.16: Các loại biến trở

Hình 1.17: Ký hiệu biến trở

Biến trở thường ráp trong máy phục vụ cho quá trình sửa chữa, cân chỉnh của kỹ thuật viên, biến trở có cấu tạo như hình bên dưới

Hình 1.18: Cấu tạo biến trở

1.5.2 Triết áp

Triết áp cũng tương tự biến trở nhưng có thêm cần chỉnh và thường bố trí phía trước mặt máy cho người sử dụng điều chỉnh Ví dụ như – Triết áp Volume, triết áp Bass, Treec v.v , triết áp nghĩa là triết ra một phần điện áp từ đầu vào tuỳ theo mức độ chỉnh

Hình 1.19: Hình dạng của triết áp

1.6 Thiristor

Thyristor ta có thể hiểu đơn giản nó là 1 con đi ốt có điều khiển được ghép bởi 2

transistor 1 thuận và 1 nghịch, khi có điện cấp cho chân mồi thì nó dẫn, và khi bị ngưng câp điện toàn mạch thì nó ngắt và trở về trạng thái ngưng dẫn

Hình 1.20: Cấu tạo kí hiệu của thiristor

Thyristor (Silicon Controlled Rectifier = Thyristor)

Tuy nhiên, khi tăng điện áp nguồn VCC lên mức đủ lớn là điện áp VAK tăng theo đến điện thế ngập VBO (Beak over) thì điện áp VAK giảm xuống như diode và dòng điện IA tăng nhanh Lúc này Thyristor chuyển sang trạng thái dẫn điện, dòng điện ứng với lúc điện áp VAK giảm nhanh gọi là dòng điện duy trì IH (Holding) Sau đó đặc tính của Thyristor giống như một diode nắn điện

Trường hợp đóng khóa K: VG = VDC – IGRG, lúc này Thyristor dễ chuyển sang trạng thai dẫn điện Lúc này transistor T1 được phân cực ở cực B1 nên dòng điện IG chính là IB1 làm T1 dẫn điện, cho ra IC1 chính là dòng điện IB2 nên lúc đó I2 dẫn điện, cho ra dòng điện IC2 lại cung cấp ngược lại cho T1 và IC2 = IB1

Nhờ đó mà Thyristor sẽ tự duy trì trạng thái dẫn mà không cần có dòng IG liên tục IC1 = IB2 ; IC2 = IB1

Theo nguyên lý này dòng điện qua hai transistor sẽ được khuếch đại lớn dần và hai

transistor chạy ở trạng thái bão hòa Khi đó điện áp VAK giảm rất nhỏ (≈ 0,7V) và dòng điện qua Thyristor là:

Thực nghiệm cho thấy khi dòng điện cung cấp cho cực G càng lớn thì áp ngập càng nhỏ tức Thyristor càng dễ dẫn điện

+ Trường hợp phân cực ngược Thyristor

Phân cực ngược Thyristor là nối A vào cực âm, K vào cực dương của nguồn VCC

Trường hợp này giống như diode bị phân cự ngược Thyristor sẽ không dẫn điện mà chỉ

có dòng rỉ rất nhỏ đi qua Khi tăng điện áp ngược lên đủ lớn thì Thyristor sẽ bị đánh thủng và dòng điện qua theo chiều ngược Điện áp ngược đủ để đánh thủng Thyristor là VBR Thông thường trị số VBR và VBO bằng nhau và ngược dấu

1.6.3 Các thông số kỹ thuật

Dòng điện thuận cực đại: Đây là trị số lớn nhất dòng điện qua mà Thyristor có thể chịu đựng liên tục, quá trị số này Thyristor bị hư Khi Thyristor đã dẫn điện VAK khoảng 0,7V nên dòng điện thuận qua có thể tính theo công thức:

Điện áp ngược cực đại: Đây là điện áp ngược lớn nhất có thể đặt giữa A và K mà

Thyristor chưa bị đánh thủng, nếu vượt qua trị số này Thyristor sẽ bị phá hủy Điện áp ngược cực đại của Thyristor thường khoảng 100V đến 1000V

Dòng điện kích cực tiểu: IGmin : Để Thyristor có thể dẫn điện trong trường hợp điện áp VAK thấp thì phải có dòng điện kích cho cực G của Thyristor Dòng IGmin là trị số dòng kích nhỏ nhất đủ để điều khiển Thyristor dẫn điện và dòng IGmin có trị số lớn hay nhỏ tùy thuộc công suất của Thyristor, nếu Thyristor có công suất càng lớn thì IGmin phải càng lớn Thông thường IGmin từ 1mA đến vài chục mA

Thời gian mở Thyristor: Là thời gian cần thiết hay độ rộng của xung kích để Thyristor có thể chuyển từ trạng thái ngưng sang trạng thái dẫn, thời gian mở khoảng vài micrô giây Thời gian tắt: Theo nguyên lý Thyristor sẽ tự duy trì trạng thái dẫn điện sau khi được

= 0 và cho điện áp VAK = 0 để Thyristor có thể tắt được thì thời gian cho VAK = OV phải đủ dài, nếu không VAK tăng lên cao lại ngay thì Thyristor sẽ dẫn điện trở lại Thời gian tắt của Thyristor khoảng vài chục micrô giây

Giả sử điện áp đủ để kích cho cực G là VG = 1V và dòng điện kích IGmin = 1mA thì điện áp trên tụ C phải khoảng 10V Tụ C nạp điện qua R1 và qua VR với hằng số thời gian là : T = (R1 + VR)C

Khi thay đổi trị số VR sẽ làm thay đổi thời gian nạp của tụ tức là thay đổi thời điểm có dòng xung kích IG sẽ làm thay đổi thời điểm dẫn điện của Thyristor tức là thay đổi dòng điện qua động cơ và làm cho tốc độ của động cơ thay đổi

Khi dòng AC có bán kỳ âm thì diode D và Thyristor đều bị phân cực nghịch nên diode ngưng dẫn và Thyristor cũng chuyển sang trạng thái ngưng dẫn

1.7 TCA 785

1.7.1 Gới thiệu về vi mạch TCA 785

Vi mạch TCA 785 là vi mạch phức hợp thực hiện 4 chức năng của một mạch điều khiển: Tạo điện áp đồng bộ, tạo điện áp răng cưa, so sánh và tạo xung ra TCA 785 do hang Simen chế tạo được sử dụng để điều khiển các thiết bị chỉnh lưu, thiêt bị điều chỉnh dòng xoay chiều