Luận văn tốt nghiệp Trang 1 GVHD: Vũ Bảo Tuyên SVTH: Nguyễn Văn Lâm BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MƠN ĐIỆN TỬ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Đề tài: KHẢO SÁT BỘ NGUỒN P46 VÀ P52 THIẾT KẾ MÁY BIẾN ÁP GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: VŨ BẢO TUN SINH VIÊN THỰC HIỆN : NGUYỄN VĂN LÂM LỚP : 95KĐĐ TP.HỒ CHÍ MINH 2-2000 Luận văn tốt nghiệp Trang 2 GVHD: Vũ Bảo Tuyên SVTH: Nguyễn Văn Lâm Lời Nói Đầu Trong q trình học tập tại nhà trường, thực tập đo lường là mơn học quan trọng. Nó giúp cho sinh viên hiểu sâu và nhớ kỹ lý thuyết đã được học, đồng thời củng cố kiến thức cho một số mơn học khác. Mơn thực tập đo lường điện cần rất nhiều bộ nguồn AC/DC. Tuy nhiên, các bộ nguồn này đã được trang bị từ trước năm 1975 và được sử dụng liên tục cho đến nay. Vì vậy, việc hư hỏng ở các bộ nguồn này rất thường xảy ra. Trước kia, hệ thống điện cung cấp cho bộ nguồn phù hợp với điện áp sử dụng chung cho cả trường là 110V. Nhưng hiện nay, hệ thống điện sử dụng cho trường có cấp điện áp là 220V, phòng thí nghiệm đo lường lại chưa đủ trang thiết bị để bố trí từng mơn học và bảo quản các bộ nguồn. Thực tế, có rất nhiều bộ nguồn bị sai cấp điện áp so với các giá trị chuẩn ban đầu. Với đề tài: “KHẢO SÁT BỘ NGUỒN P46 VÀ P52 - THIẾT KẾ MÁY BIẾN ÁP BỘ NGUỒN”, chúng tơi đã tiến hành khảo sát thực tế hai bộ nguồn P46 và P52 để từ đó có thể tính tốn thiết kế lại một số phần trong hai bộ nguồn. Qua 6 tuần làm việc khẩn trương, tơi đã cố gắng hồn thành đề tài này. Tuy nhiên, dù cố gắng thế nào cũng khơng tránh khỏi thiếu sót. Mong q thầy cơ và bạn bè đóng góp để tập luận án này được hồn chỉnh hơn. Tháng 2 năm 2000 Sinh viên thực hiện Luận văn tốt nghiệp Trang 3 GVHD: Vũ Bảo Tuyên SVTH: Nguyễn Văn Lâm Tập luận văn đã hồn thành đúng thời gian qui định của nhà trường. Kết quả này đạt được là nhờ sự hướng dẫn tận tình của Thầy Cơ trong nhà trường suốt năm năm qua, cùng với sự nổ lực của bản thân. Em xin chân thành cảm ơn cơ Vũ Bảo Tun đã trực tiếp hướng dẫn và giúp đỡ em hồn thành luận văn tốt nghiệp này đúng thời hạn. Em xin cám ơn thầy Lê Viết Phú đã giúp đỡ em khi thực hiện đề tài. Cảm ơn các bạn sinh viên đã đóng góp ý kiến giúp tơi hồn thành tập luận văn tốt nghiệp này. Luận văn tốt nghiệp Trang 4 GVHD: Vũ Bảo Tuyên SVTH: Nguyễn Văn Lâm MỤC LỤC Nhiệm vụ luận án Lời mở đầu Lời cảm tạ Mục lục PHẦN A: KHẢO SÁT BỘ NGUỒN TẠI PHỊNG THỰC TẬP ĐO LƯỜNG Chương 1: Giới thiệu bộ nguồn P46 và P52 1 I. Giới thiệu 1 II. Cấu tạo chung của hai bộ nguồn 1 Chương 2 : Sơ đồ mạch thực tế của bộ nguồn P46 và P52 7 I. Bộ nguồn P46 7 1. Sơ đồ ngun lý của bộ nguồn P46 7 2. Ngun lý hoạt động 8 II. Bộ nguồn P52 9 1. Sơ đồ ngun lý 9 2. Ngun lý hoạt động 10 3. Các giá trị khảo sát 10 PHẦN B: THIẾT KẾ VÀ TÍNH TỐN Chương 1: Lý thuyết tính tốn máy biến áp 13 I. Ngun lý làm việc máy biến áp 13 II. Các cơng thức cơ bản về máy biến áp 13 III. Phân loại máy biến áp 14 IV. Các bước tính tốn máy biến áp cơng suất nhỏ 15 1. Lõi thép 15 2. Dây quấn 17 Chương 2: Thiết kế bộ nguồn P46 26 I. Tính máy biến áp 26 II. Khảo sát cuộn cảm L 32 Chương 3: Thiết kế bộ nguồn P52 36 I. Máy biến áp 1 36 II. Máy biến áp 2 39 III. Phương án sử dụng mạch điều chỉnh điện áp 42 1. Mạch nguồn đơi 12V 42 2. Mạch điều chỉnh điện áp 0÷ 30V; 1,3A 42 Chương 4: Thiết kế máy biến áp tự ngẫu 46 I. Giới thiệu 46 II. Hình dạng Variac 46 III . Ngun tắc hoạt động 47 Chương 5: Phương án thiết kế mạch chỉnh lưu 49 I. Mạch chỉnh lưu tồn sóng 49 II. Tính chọn nguồn chỉnh lưu DC 49 PHẦN C: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ Luận văn tốt nghiệp Trang 5 GVHD: Vũ Bảo Tuyên SVTH: Nguyễn Văn Lâm PHẦN D: PHỤ LỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO Luận văn tốt nghiệp Trang 6 GVHD: Vũ Bảo Tuyên SVTH: Nguyễn Văn Lâm Luận văn tốt nghiệp Trang 7 GVHD: Vũ Bảo Tuyên SVTH: Nguyễn Văn Lâm PHẦN A KHẢO SÁT BỘ NGUỒN TẠI PHỊNG THỰC TẬP ĐO LƯỜNG ĐIỆN CHƯƠNG I GIỚI THIỆU BỘ NGUỒN P46 VÀ P52 I. Giới thiệu: Để thực hành thí nghiệm đo lường đạt hiệu quả cao, u cầu cần phải có một bộ nguồn với nhiều cấp điện áp khác nhau. Các cấp điện áp này có thể điều chỉnh được cũng như một số cấp cố định khác.Vì vậy, u cầu trị số dòng điện và điện áp hay nói cách khác là cơng suất phải đảm bảo ổn định và chính xác. Vơí u cầu này, người thiết kế phải tính theo cơng suất qui định. Hiện nay, các bộ nguồn AC/DC trong phòng thí nghiệm đo lường được hoạt động ở cấp điện áp 110V, trong khi nguồn điện cung cấp tại các xưởng hiện nay là 220V. Điều này, thực sự gây khó khăn cho việc bảo trì và vận hành. Do đó, cần phải tính tốn lại sao cho phù hợp với các cấp điện áp ngõ vào vàngõ ra cho phù hợp. Phòng thí nghiệm hiện tại đựơc trang bị bộ nguồn P52 và P46. Các bộ nguồn được trang bị từ trước năm 1975, được sử dụng liên tục cho đến nay.Vì vậy, các bộ nguồn đều có hư hỏng. Ngõ ra của các bộ nguồn như sau: 1. Bộ nguồn P46:  2 ngõ ra 120V-10AMP Max  2 ngõ ra 0÷120VAC-3.5AMP Max (Điều chỉnh được).  1 ngõ ra 22.5V-10AMP Max và 45VAC-5AMP Max  1 ngõ ra 18VDC-10 AMP Max và 36VDC -5AMP Max 2. Bộ nguồn P52:  1 ngõ ra 120VAC –10AMP Max  1 ngõ ra 0÷350VDC-150mAMP Max (Điều chỉnh được).  ngõ ra 0÷25VDC và 0÷100mA (Điều chỉnh được).  ngõ ra 6VAC, 12VAC-2.5AMP cố định. II. Cấu tạo chung của 2 bộ nguồn: Bao gồm các phần chính sau: 1. Biến áp cách ly. 2. Biến áp tự ngẫu. 3. Mạch chỉnh lưu. 4. Bảo vệ q tải và ngắn mạch. 1. Biến áp cách ly: Luận văn tốt nghiệp Trang 8 GVHD: Vũ Bảo Tuyên SVTH: Nguyễn Văn Lâm Nhiệm vụ: Thay đổi điện áp nguồn theo u cầu thiết kế. - Ở bộ nguồn P46 có một biến áp cách ly biến đổi điện áp 22.5V-10A và 45V-5A, một cuộn cảm sau bộ lọc. - Ở bộ nguồn P52 có 2 biến áp: một biến áp biến đổi điện áp đưa qua bộ điều chỉnh để có điện áp 0÷25VDC và dòng 0÷100mA và một biến áp có ngõ ra điều chỉnh 0÷350VDC với dòng 150mA. Hoạt động chung của biến áp cách ly là: Khi có điện áp xoay chiều vào phần sơ cấp, dòng điện cảm ứng cho điện áp ngõ ra thứ cấp. Hình 1. Cấu tạo máy biến áp cách ly Thường ta sử dụng lõi thép E_I,U_I để quấn dây.Tỉ số biến áp: 1 I 2 I = 2 U 1 U = 2 N 1 N 2. Biến áp tự ngẫu: Biến áp tự ngẫu là một dạng biến áp đặc biệt, ngõ ra có thể thay đổi điện áp theo nhiều cấp, tùy theo u cầu thiết kế. Trong phòng thí nghiệm đo lường, biến áp tự ngẫu được dùng là lõi thép hình trụ, cuộn dây đồng được quấn theo lõi thép hình trụ. Khi ta thay đổi số vòng dây trên bề mặt cuộn dây thì ta thay đổi điện áp từ 0÷120V. 3. Chỉnh lưu: Khi có u cầu điện áp ngõ ra là DC mà ngõ vào là AC thì bắt buộc ta phải dùng bộ chỉnh lưu điện áp, đồng thời lọc nguồn để có một điện áp DC ổn định ít gợn sóng. 4. Bảo vệ q tải: Trong bộ nguồn thực tập hiện nay, thiết bị bảo vệ được dùng là bộ Aptomat. Aptomat là khí cụ điện dùng để tự động đóng ngắt mạch điện, bảo vệ q tải, ngắn mạch, sụt áp. Aptomat còn gọi là cầu dao tự động, thường được gọi là Aptomat khơng khí vì hồ quang được dập tắt trong khơng khí. Aptomat có u cầu sau: 1. Chế độ làm việc ở định mức cuả Aptomat phải là chế độ làm việc dài hạn, nghĩa là chỉ số dòng điện định mức chạy qua Aptomat lâu bao nhiêu cũng được. Mặt khác, mạch dòng điện của Aptomat phải chịu được dòng điện lớn (khi có ngắn mạch) lúc các tiếp điểm của nó đã đóng hay đang đóng. 2. Aptomat phải ngắt được trị số dòng điện ngắn mạch lớn có thể vài chục kA. Sau khi ngắn được dòng điện ngắn mạch, Aptomat phải đảm bảo làm việc tốt ở chỉ số dòng điện định mức. U1 N1 U2 N2 1to1 Luận văn tốt nghiệp Trang 9 GVHD: Vũ Bảo Tuyên SVTH: Nguyễn Văn Lâm 3. Để nâng cao tính ổn định nhiệt và điện động của các thiết bị điện, hạn chế sự phá hoại do dòng điện ngắn mạch gây ra, Aptomat phải có thới gian cắt bé. Muốn vậy, thường phải kết hợp lực thao tác cơ học với thiết bị dập hồ quang bên trong Aptomat. Để thực hiện u cầu thao tác bảo vệ có chọn lọc, Aptomat cần phải có khả năng chỉnh trị số dòng điện tác động và thời gian tác động. Để có thể hiểu rõ về Aptomat ta thử khảo sát ngun lí và cấu tạo cuả Aptomat như sau: a. Ngun lí làm việc: Sơ đồ ngun lí điện của Aptomat dòng điện cực đại và Aptomat điện áp thấp được trình bày như sau: Hình 2. Sơ đồ ngun lí Aptomat dòng điện cực đại Ở trạng thái bình thường, sau khi đóng điện, Aptomat được giữ ở trạng thái đóng tiếp điểm nhờ móc răng 1 khớp với 5 cùng một cụm với tiếp điểm động. Khi mạch điện q tải hay ngắn mạch, nam châm điện 2 sẽ hút phần ứng 4 xuống làm nhả móc 1, cần 5 được tự do, kết quả các tiếp điểm của Aptomat được mở rộng dưới tác dụng của lò xo 6, mạch điện bị ngắt. Hình 3. Sơ đồ Aptomat điện áp thấp Trên hình 3, khi sụt áp q mức, nam châm điện 1 sẽ nhả phần ứng 8 làm nhả móc 2, do đó các tiếp điểm của Aptomat cũng được mở ra dưới tác động cuả lực lò xo 4, mạch điện bị cắt. Cụm nam châm 2 (ở hình 3) gọi là móc bảo vệ q tải hay ngắn mạch. Cụm nam châm 1(hình 3) được gọi là móc bảo vệ sụt áp hay mất điện áp. 5 4 6 2 3 1 4 6 1 3 2 Luận văn tốt nghiệp Trang 10 GVHD: Vũ Bảo Tuyên SVTH: Nguyễn Văn Lâm b. Phân loại và cấu tạo: * Phân loại: Theo kết cấu, người ta chia Aptomat ra ba loại:1 cực, 2 cực, 3cực. Theo thời gian thao tác, người ta chia Aptomat ra loại tác động khơng tức thời và tác động tức thời. Tùy theo cơng dụng bảo vệ, người ta chia Aptomat ra loại Aptomat cực đại theo dòng điện, cực tiểu theo điện áp, dòng điện ngược… * Cấu tạo: 1. Tiếp điểm: Aptomat thường được chế tạo có hai cấp tiếp điểm (chính và hồ quang) hoặc ba cấp tiếp điểm (chính, phụ, hồ quang). Khi đóng mạch, tiếp điểm hồ quang đóng trước, tiếp theo là tiếp điểm phụ, sau cùng là tiếp điểm chính. Khi cắt mạch thì ngược lại, tiếp điểm chính mở trước, sau đến tiếp điểm phụ, cuối cùng là tiếp điểm hồ quang. Như vậy, hồ quang chỉ cháy trên trên tiếp điểm hồ quang, do đó bảo vệ được tiếp điểm chính để dẫn điện. Dùng thêm tiếp điểm phụ để tránh hồ quang cháy lan vào làm hư hại tiếp điểm chính. Tiếp điểm của áptomat thường được làm bằng hợp kim gốm chịu được hồ quang như Ag-W,Cu-W,Ni. 2. Hợp dập hồ quang: Để Aptomat dập được hồ quang trong tất cả các chế độ làm việc của lưới điện, người ta thường dùng hai kiểu thiết bị dập hồ quang là: kiểu nửa kín và kiểu hở. Kiểu nửa kín được đặt trong vỏ kín của aptomat và có lổ thốt khí. Kiểu này có giới hạn cắt khơng q 50kA. Kiểu hở được dùng khi giới hạn dòng điện cắt lớn hơn 50KA hoặc điện áp lớn hơn 1000V. Trong buồng dập hồ quang thơng dụng, người ta dùng những tấm thép xếp thành lưới ngăn để phân chia hồ quang thành nhiều đoạn ngắn thuận lợi cho việc dập hồ quang. 3. Cơ cấu truyền động cắt Aptomat: Truyền động cắt Aptomat thường có hai cách: Bằng tay và bằng cơ điện (điện từ và động cơ điện). Điều khiển bằng tay được thực hiện với các Aptomat có dòng điện định mức khơng lớn hơn 600A. Điều khiển bằng điện từ (nam châm điện) được ứng dụng ở các Aptomat có dòng điện lớn hơn (đến 1000A). Bộ nguồn tại phòng thí nghiệm P46 và P52 được sử dụng dạng Aptomat bằng tay (có dòng nhỏ hơn 50A). Để tăng lực điều khiển bằng tay người ta còn dùng một tay dài phụ theo ngun lí đòn bẩy. Ngồi ra, còn có cách điều khiển bằng động cơ điện hoặc khí nén. 4. Móc bảo vệ: [...]... Vũ Bảo Tuyên Văn Lâm SVTH: Nguyễn Luận văn tốt nghiệp Trang 18 PHẦN B THIẾT KẾ & TÍNH TỐN CHƯƠNG I LÝ THUYẾT TÍNH TỐN MÁY BIẾN ÁP I Ngun lý làm việc của máy biến áp: Máy biến áp làm nhiệm vụ biến đổi điệp áp Có hai loại máy biến áp: Máy biến áp tăng áp và máy biến áp hạ áp Ngun lý làm việc của máy biến áp dựa trên cơ sở hiện tượng cảm ứng điện từ Khảo sát một máy biến áp đơn giản gồm hai cuộn dây được... *Tỷ số biến dòng: kI  E2 N2 U2 1    E1 N1 U1 k u III Phân loại máy biến áp: Có nhiều cơ sở để phân loại máy biến áp, nếu căn cứ vào nguồn cấp điện cho máy biến áp để có thể phân loại máy biến áp một pha với máy biến áp 3 pha Ở đây, ta chỉ căn cứ vào dây quấn sơ cấp N1 và thứ cấp N 2 mà phân chia thành hai dạng máy biến áp: Máy biến áp cách ly, có cuộn sơ cấp và thứ cấp biệt lập Máy biến áp tự ngẫu,... - Biến áp tự ngẫu thiết kế theo thiết bị bên ngồi thị trường đang có - Cơng tắc chuyển dòng cho mạch - Mạch chỉnh lưu nguồn DC - Biến áp bù: Với biến áp này ta chỉ sử dụng lại thiết bị cũ, do vẫn áp ứng điện áp ngõ vào và điện áp ngõ ra theo u cầu nên khơng cần tính lại Như vậy, để thiết kế lại bộ nguồn ta cần tính tốn lại biến áp cho phù hợp với điện áp, dòng theo u cầu I Tính máy biến áp: Dựa vào... khơng đổi Đó là ngun lý làm việc của máy biến áp Nếu U2>U 1: máy biến áp tăng áp U20: U1 = E1+R1I1 +X1I1 với U1>E2 GVHD: Vũ Bảo Tuyên Văn Lâm SVTH: Nguyễn Luận văn tốt nghiệp Trang 19 U2 = E2-R2I2... dụng nhiều máy biến áp cách ly hơn với với máy biến áp tự ngẫu (chỉ sử dụng hai bộ Variac) Khi tính tốn máy biến áp một pha, cơng suất nhỏ (dưới 5KVA), ta có thể tạm chia thành các dạng bài tốn sau: - Dạng bài tốn dựa vào sơ đồ biến áp để xác định kích thước lõi thép và số liệu dây quấn (bài tốn thuận) - Dạng bài tốn ngược là dựa vào kích thước lõi thép ta tính tốn số liệu dây quấn biến áp theo một... CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ BỌ NGUỒN P46 Bộ nguồn P46 đang sử dụng điện áp vào là 110V, u cầu thiết kế lại với nguồn 220V với các ngõ ra theo u cầu sau: -Điện áp ra 0÷220V- 2.2 AMP Max 22,5VAC-10AMP 45 VAC-5AMP 18VDC-10AMP 36VDC-5AMP Theo sơ đồ ngun lí của mạch nguồn P46 các thiết bị cân thiết cho mạch điện bao gồm: - Cơng tắc đóng ngắt và bảo vệ ngắn mạch, q tải (APTOMAT) Ở đây, ta có thể tận dụng lại thiết bị... với máy biến áp cách ly  Khơng lưu ý lớp cách điện giữa cuộn sơ cấp và thứ cấp Khuyết điểm:  Khơng an tồn, chỉ dùng biến áp tự ngẫu khi tỷ số ku = 0,5 ÷2  Đối với ngành điện tử, máy biến áp tự ngẫu ít được sử dụng vì nguy hiểm cho người sử dụng và gây tiếng ù, nhiễu VI Các bước tính tốn biến áp một pha cơng suất nhỏ: Trong tập luận án này, ta chỉ lưu ý đến máy máy biến áp cách ly, vì ở đây, bộ nguồn. .. tăng gấp đơi (10A) và áp giảm còn 22,5V Ngõ ra thứ cấp của biến áp 1 được đưa ra hai đầu bên ngồi bộ nguồn, đồng thời được chỉnh lưu qua bộ lọc để được điện áp 18VDC-10A;36VDC-5A Cuộn dây L được mắc nối tiếp với ngõ ra DC có nhiệm vụ lọc và san bằng điện áp gợn sóng GVHD: Vũ Bảo Tuyên Văn Lâm SVTH: Nguyễn Luận văn tốt nghiệp Trang 14 I Bộ nguồn P52: 1 Sơ đồ ngun lý của bộ nguồn P52: GVHD: Vũ Bảo Tuyên... của mạch Iáptơ > Itt Tùy theo đặc tính làm việc và điều kiện cụ thể của phụ tải, người ta hướng dẫn lựa chọn dòng điện định mức của móc bảo vệ bằng 125%, 150% so với dòng điện tính tốn GVHD: Vũ Bảo Tuyên Văn Lâm SVTH: Nguyễn Luận văn tốt nghiệp Trang 12 CHƯƠNG 2 SƠ ĐỒ MẠCH THỰC TẾ CỦA BỘ NGUỒN P46 VÀ P52 I Bộ nguồn P46: 1 Sơ đồ ngun lý của bộ nguồn P46: GVHD: Vũ Bảo Tuyên Văn Lâm SVTH: Nguyễn Luận văn... cuộn sơ cấp và thứ cấp cùng quấn chung một cuộn, do đó chúng có cùng một mạch GVHD: Vũ Bảo Tuyên Văn Lâm SVTH: Nguyễn Luận văn tốt nghiệp Trang 20 Hình 8a Biến áp cách ly Hình 8b Biến áp tự ngẫu Ưu điểm của máy biến áp tự ngẫu so với máy biến áp cách ly: Khối lượng dây đồng và mạch từ giảm nhiều  Ở các đoạn chịu tải chung 2 dòng I1 và I2 chỉ cần có tiết diện chịu tải hiệu hai dòng điện I1 vàI2  Hiệu . đầu. Với đề tài: “KHẢO SÁT BỘ NGUỒN P46 VÀ P52 - THIẾT KẾ MÁY BIẾN ÁP BỘ NGUỒN”, chúng tơi đã tiến hành khảo sát thực tế hai bộ nguồn P46 và P52 để từ. của máy biến áp: Máy biến áp làm nhiệm vụ biến đổi điệp áp. Có hai loại máy biến áp: Máy biến áp tăng áp và máy biến áp hạ áp. Ngun lý làm việc của máy