Đang tải... (xem toàn văn)
Thiết kế bộ thực hành ổn áp xoay chiều theo nguyên tắc biến áp
Đồ án tốt nghiệp 1 Nhiệm Vụ Thiết kế đồ án tốt nhgiệp Đề tài thiết kế: Thiết kế bộ thực hành ổn áp xoay chiều theo nguyên tắc biến áp 2/Các số liệu ban đầu: Công suất : 1 KVA Dải điện áp đầu vào từ 160v đến 240v Sai số đầu ra cho phép : +3v - 3v 3/Nội dung phân thuyết minh và tính toán: 4/Phần bản vẽ: Lời Nói Đầu Ngày nay khi nền công nghiệp càng phát triển thì nhu cầu sử dụng diện trong đời sống và sản xuất càng rộng rãi .Nguồn năng lượng điện vơi Đồ án tốt nghiệp 2 ưu thế là nguồn năng lượng dễ sử dụng , không gây ô nhiễm môi trường và con người có thể sản xuất được . Bởi vậy điện năng dần thay thế các năng lượng khác như than , dầu mỏ, khí đốt… Hiện nay, nhu cầu sử dụng điện rất lớn, nhưng lưới điện nước ta vẫn chưa ổn định , nhất là vào giờ cao đi ểm. Một vấn đề cần được giải quyết đối với người vận hành điện cũng như các hộ sử dụng điện là có một nguồn điện chất lượng cao , thể hiện ở các tính năng như là :sự ổn định điện áp ,thời gian cung cấp điện … ổn định điện áp ảnh hưởng rât nhiều tới các thông sô k ĩ thuật ,các chỉ tiêu kinh tế của thiết bị điện . Nhóm em đã chọn đề tài ” Thiết kế bộ thực hành nguồn ổn áp xoay chiều theo nguyên tắc biến áp ” làm đề tài tốt nghiệp với mong muốn để các bạn sinh viên khoá sau được thực hành nắm chắc kiến thức hoàn chỉnh về nguồn ổn áp, để từ đó có thể thiết kế máy ổn áp dân dụng hay máy ổn áp trong công nghiệp. Qua 4 năm học tâp tại khoa điện –cơ-điện tử, trường Đại Học Phương Đông chúng em đã được tìm hiểu sâu về các kiên thức về thiêt bị điện, biến đổi điện năng . Được sự giúp đỡ tận tình của thầy Lưu Đức Dũng và các anh tại trung tâm Nghiên cứu và phát triển công nghệ tự động-418 Bạch Mai- Hà Nội; chúng em đã hoàn thành Đồ án tốt nghiệp một cách nghiêm túc và đúng thời hạn. Tuy nhiên ,vì thời gian có hạn và khối lượng kiến thức đã được học tập , chúng em không tránh khỏi sai sót trong khi thưc hiện,vì vậy chúng em rất mong sự góp ý, chỉ bảo tận tình của các thầy cô để đồ án thiết kế này hoàn thiện hơn. 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 tâng 27.5%, dòng roto tăng 14%, dòng Stato tăng 10%, nếu giảm tiếp 20% thì momen gi ảm 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 xuốngcòn 10%. Đồ án tốt nghiệp 3 • 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. Do đó để có một dòng điện chất lượng ,duy trì tuổi thọ của động cơ, thiết bị điện ổn định điện áp là một yêu cầu vô cùng cấp thiết .cho đến nay với sự phát triển của khoa học kĩ thuật cho phép thiết kế một bộ nguồn ổn áp theo nhiều phương pháp như là : - 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 t ự động - ổn áp kiểu bù 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) . ổ n 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 củ a ổn áp người ta đưa ra công thức sau : K = UvUr UrUv * * Δ ΔΔ K : hệ số đánh giá chất lượng ổn áp Đồ án tốt nghiệp 4 UvUv,Δ : độ biến thiên điện áp vào , điện áp vào UrUr,Δ : độ biến thiên điện áp ra , điện áp ra Như vậy qua công thức trên chúng ta đã thấy rằng muốn nâng cao chất lượng của ổn áp thì phải giảm được độ biến thiên của điện áp ra. II/ Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của các loại ổn áp thông dụng 1) ổ n áp sắt từ không tụ : 1.1) Nguyên lý làm việc : ổ n 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 1.2)Cấu tạo : ổ n 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 U V đặt lên cả hai cuộn W1 và W2 còn điện áp ra lấy trên cuộn bão hoà W2 Đồ án tốt nghiệp 5 1.3) Nguyên lý làm việc: Với cấu tạo như trên chúng ta thấy rằng : U V = U 1 + U 2 Và nếu bỏ qua tổn hao trên hai cuộn kháng thì ta có: U V = U 1 + U R Đặc tính V – A của các phần tử được thể hiện ở hình 1.2 dưới đây: 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. 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 : Đồ án tốt nghiệp 6 - Điện áp ra bị méo dạng - Dòng tổn hao lớn - Hiệu suất thấp - Chất lượng của ổn áp không cao 2) Ôn áp sắt từ có tụ: 2.1) Cấu tạo : 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 M ục 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. 2.2/ Nguyên lý hoạt động: Tụ C được tính toán sao cho khi điện áp vào U V = U đm thì I C = 1 , lúc này mạch điện ở trạng thái cộng hưởng dòng điện. Đặc tính V – A Đồ án tốt nghiệp 7 Hình 1.4 Khi vào đường đặc tính trên chúng ta thấy rằng : - Khi U R < U CH : mạch có tính điện dung - Khi U R < U CH : mạch có tính điện cảm Vì vậy phải chọn miền làm việc của ổn áp sau điểm cộng hưởng tức là U V > U CH 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 3. Ổn áp kiểu khuyếch đại từ : 3.1) Cấu tạo: Gồm một khuyếch đại từ và một biến áp tự ngẫu Đồ án tốt nghiệp 8 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 khiển đươc 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 m ột 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. 3.2) Nguyên lý hoạt động: U V = U KĐT + U 1TN U R = K . U TN = K( U V – U KĐT ) Như vậy muốn cho U R không đổi thì i ĐK phải được điều chỉnh sao cho thoả mãn: - Khi U V tăng thì điều chỉnh I ĐK tăng để U KĐT tăng - Khi U V giảm thì điều chỉnh I ĐK giảm để U KĐT giảm Đồ án tốt nghiệp 9 Vì vậy vấn đề cơ bản đặt ra là làm sao tạo được quá trình tự động thay đổi I ĐK thêo quy luật U V ,thay đổi để U R 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 . 3.3) Giới thiệu nguyên lý hoạt động của ổn áp kiểu khuyếch đại từ cụ thể : ®k3 ®k2 ®k1 t¶i Hình 1.6 W1, W2, W3 : 3 cuộn dây điều chỉnh đó chính là cơ cấu phát Chúng ta phải chỉnh định R 1 sao cho khi U V = U đm và I T = I đm thì điện áp Ra U R = U đm ,tức là : U V = U đm Đồ án tốt nghiệp 10 U T = I đm Ö U R = U đm + Cuộn U đk2 và W đk3 được mắc nối tiếp với hai cuộn kháng bão hoà L 2 và cuộn tuyến tính L 3 qua bộ chỉnh lưu. + Cuộn W đk2 và W đk3 đấu ngược cưc tính nhau nên sức từ động của chúng bằng hiệu hai sức từ động (iw) Σ = ( i đk2 * w đk2 ) – ( i đk3 * w đk3 ) + Biến trở R 2 để chỉnh định dòng i đk2 + Biến trở R 3 để chỉnh định dòng i đk3 + Việc điều chỉnh dòng điều khiển i đk2 và i đk3 thực hiện sao cho khi U R = U Rđm thì (iw) Σ =0 Hình vẽ bên thể hiện đặc tính của ổn áp kiểu khuyếch đại từ: ®k3 ®k ®m r ®k2 ®k2 ®k3 Hình 1.6 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 [...]... nhc im riờng , cn c vo yờu cu ca ỏn : Thit k b thc hnh ngun n ỏp xoay chiu , t u im ca n ỏp hot ng theo nguyờn tc bin ỏp rt thớch hp cho ti ny nờn chỳng em ó chn hỡnh thc n ỏp hot ng theo nguyờn tc bin ỏp lm c s thit k B thc hnh ngun n ỏp 15 ỏn tt nghip Chng II : THIT K , TNH TON MCH LC CA B THC HNH NGUN N P XOAY CHIU LM VIC THEO NGUYấN TC BIN P CễNG SUT 1KVA I/ S mch lc v mi quan h gia cỏc... hỡnh thc n ỏp lm vic theo nguyờn tc bin ỏp , vi u im di lm vic rng, khụng mộo dng in ỏp phự hp vi yờu cu ca b thc hnh n ỏp Qua quỏ trỡnh nghiờn cu chỳng em ó thit k s mch lc gm : - Mt bin ỏp t ngu - Mt bin ỏp n ỏp - Mt bin ỏp tớn hiu Mch lc ca chỳng em c xõy dng nh sau: 16 ỏn tt nghip +12v GND -12v +Uu ĐSV Uth Sơ cấp GND -Uu B.A tín hiệu Uvo Uluơí Vôn kế B.A tụ ngẫu Vôn kế B.A ổn áp Hỡnh 2.1 : v s... : - Giỏ thnh h - Thit b cng knh phc tp - in ỏp ra b mộo dng 4) n ỏp lm vic theo nguyờn tc bin ỏp: Trong mỏy bin ỏp , in ỏp t l vi s vũng dõy theo biu thc: U1 W1 = U2 W2 U1 U2 W1 W2 : in ỏp s cp ca mỏy bin ỏp : in ỏp th cp ca mỏy bin ỏp : S vũng dõy s cp ca mỏy bin ỏp : S vũng dõy th cp ca mỏy bin ỏp 4.1) Cu to : n ỏp lm vic theo nguyờn tc bin ỏp cú cu to n gin gm : BL - mỏy bin ỏp n ỏp : l mỏy bin... lý lm vic : n ỏp lm vic theo nguyờn tc bin ỏp hot ng theo nguyờn lý khi in ỏp u vo thay i thỡ mch iu khin s phỏt tớn hiu ng c secvụ s kộo chi than lm thay i s vũng dõy tng ng vi in ỏp u vo sao cho in ỏp u ra s l nh mc thỡ dng li Mch iu khin cú u vo ni vi u ra ca n ỏp, ú chớnh l c cu so sỏnh v phỏt tớn hiu iu khin bng cỏc phn t in t bỏn dn 4.3) u nhc im ca loi n ỏp lm vic theo nguyờn tc bin ỏp :... vic theo nguyờn tc bự cụng sut thiu 5.1) Cu to : đk Hỡnh 1.8 + Gm mt bin ỏp kiu cm ng ,u ra c ni tip vi cun th cp ca bin ỏp , s cp ca bin ỏp c ni vi in ỏp iu khin 13 ỏn tt nghip + Cú nhiu nhiu cỏch iu khin cun s cp ca bin ỏp bự nh dựng bin ỏp vi sai , hai mt c mi i ly in ỏp qua hai chi quay ngc chiu nhau cp cho s cp bin ỏp bự Hoc cỏch khỏc l dựng cỏc phn t khụng tip im úng, ct bin ỏp bự tu theo. .. chung : Mch iu khin trong cỏc h thng t ng úng 1 vai trũ quan trng khụng th thiu c mch iu khin thc hin chc nng iu chnh 1 hay nhiu thụng s no ú ca thit b nh dũng in , in ỏp theo 1 yờu cu iu chnh cho trc hoc gi 1 thụng s no ú n nh theo 1 giỏ tr yờu cu t ra Tuy rng kớch thc , khi lng ca mch iu khin l nh nhng hm lng cht xỏm v giỏ tr kinh t cha trong nú chim rt cao , cho nờn nú gi vai trũ ht sc quan trng... ng c secvụ : 34 ỏn tt nghip Tạo nguỡng trên Tín hiệu điện áp Cơ cấu chấp hnh K đại bão ho có đảo Tạo nguỡng duới Hỡnh 3.1 S khi ca mch iu khin nh trờn kt hp vi vic m bo yờu cu lm vic lõu di trong mụi trng khc nghit v tỡm kim linh kin lp rỏp v thay th d dng , chỳng ta thit k mch iu khin ng c secvụ nh sau : 35 ỏn tt nghip 223v -12 V Cl Ura ổ áp n U- VR2 C2 2 R4 Uth R1 Tr1 R10 B R7 GND 217v +12V R3... R12 A UB 4 C1 R2 -12 R8 V R5 +12V GND +12V R11 C R9 1 VR1 220v Tr3 KđT 3 A564 +12V 3 -12 Tr4 A671 Ul- ớ i Chổ t han i của biến á p ổ á p (BL) n V UC VR3 U- 217v Ul- ớ i Mạ ch điề khiể u n U Đ SV 2 0 0 5 217v 220v 223v Ul- ớ i Con t r- ợ t U l- ớ i = U vào U ra = U ôđ BL Bản vẽ sơ đ nguyên lý ồ Hỡnh 3.2 : 1) Chc nng ca cỏc linh kin trong mch iu khin T C1 : lc tớn hiu iu khin T C2 : Mc // R4 , KT1 to thnh
