Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ thực hành ổn áp xoay chiều theo nguyên tắc biến áp Đồ án tốt nghiệp 1 1. Đề tài thiết kế: “ Thiết kế bộ thực hành ổn áp xoay chiều theo nguyên tắc biến áp” LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay khi nền công nghiệp phát triển thì nhu cầu sử dụng điện trong đời sống và sản xuất chiếm một vị trí vô cùng quan trọng Nguồn năng lượng điện với 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 m ỏ, khí đốt… Hiện nay, nhu cầu sử dụng điện rất lớn 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 đi ện … ổn định điện áp ảnh hưởng rất nhiều tới các thông sô kĩ 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 tập tại Khoa Điện__ Trường Đại Học Bách Khoa , chúng em đã được học tập và tìm hiểu nhiều kiến thức chuyên ngành. 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 - Hà Nội, chúng em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp một cách nghiêm túc và đ úng 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. Đồ án tốt nghiệp 2 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 tăng 27.5%, dòng roto tăng 14%, dòng Stato tăng 10%, nếu giảm tiếp 20% thì momen giả m 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 xuống còn 10%. • 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 c ủa đèn giảm đi ba lần. • Nguồn ổn áp đặc biệt quan trọng đối với các thiết bị được điều khiển tự động hoá cao, các dây chuyền sản xuất, các bộ vi xử lý. Do đó để có một dòng điện ổn định đáp ứng tốt cho các nhu cầu về sản xuất và dân sinh là một yêu cầu vô cùng cấp thiết. Cho đến nay với sự phát triển củ a khoa học kỹ thuật cho phép thiết kế bộ nguồn ổn áp theo nhiều phương pháp như: - 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 tự động - ổn áp kiểu bù Đồ án tốt nghiệp 3 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) . ổn 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 của ổn áp chúng ta có thể dựa trên 4 tiêu chí sau: + Dải thay đổi điện áp đầu vào càng lớn càng tốt, điều này chứng tỏ khả năng ổn định điện áp đầu ra của ổn áp khi đầu vào thay đổi. + Độ ổn định của điện áp ra hay sai số của điện áp ra thực tế so với mức điện áp ra mong muốn. + Độ tác động nhanh của ổn áp khi đ iện áp lưới thay đổi đột ngột nhằm giữ cho điện áp ra của ổn áp luôn ổn định. + Độ méo dạng sóng của điện áp ra. II. TÌM HIỂU NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA CÁC LOẠI ỔN ÁP THÔNG DỤNG. II.1. ổn áp sắt từ không tụ : II.1.1Nguyên lý làm việc : Đồ án tốt nghiệp 4 ổn 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 II.1.2.Cấu tạo : ổn 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 II.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: Đồ án tốt nghiệp 5 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. II.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 : - Điện áp ra bị méo dạng - Dòng tổn hao lớn - Hiệu suất thấp - Chất lượng của ổn áp không cao II.2. ỔN ÁP SẮT TỪ CÓ TỤ: II. 2.1. Cấu tạo : Đồ án tốt nghiệp 6 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. Mục 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. II.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 II.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 II.3. ỔN ÁP KIỂU KHUYẾCH ĐẠI TỪ : Đồ án tốt nghiệp 8 II.3.1. Cấu tạo: Gồm một khuyếch đại từ và một biến áp tự ngẫu 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 khiểnđươc 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 mộ t 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. II.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 Đồ án tốt nghiệp 9 -Khi U V giảm thì điều chỉnh I ĐK giảm để U KĐT giảm 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 . II.3.3. Giới thiệu nguyên lý hoạt động của ổn áp kiểu khuyếch đại từ cụ thể : ®k3 ®k2 ®k1 t¶i Hình1.6 W1, W2, W3 : 3 cuộn dây điều chỉnh đó chính là cơ cấu phát [...]... khin v mt s linh kin Cu trỳc khi ng lc I.1Thit k, tớnh toỏn khi ng lc: Mch lc ca chỳng em c xõy dng nh sau: 18 ỏn tt nghip +12v GND -1 2v +Uu GND -Uu Bộ thực hnh ổn áp xoay chiều theo nguyên tắc biến áp * Sơ cấp Uth B.A tín hiệu Uluơí ĐSV Uvo Vôn kế B.A tụ ngẫu Vôn kế B.A ổn áp Hỡnh 2.1 : s khi ng lc a Chc nng ca cỏc phn t trong mch : *Mỏy bin ỏp n ỏp ( mỏy bin ỏp ng lc ) : l mỏy bin ỏp t ngu cú con trt... đk3 đk2 đk2 r đm Hỡnh 1.6 II.3.4 u nhc im ca n ỏp kiu khuych i t : * u im : - Kh nng chu quỏ ti ln - Hiu sut cao - Cú th ch to vi cụng sut ln - in ỏp ra khỏ n nh - tỏc ng nhanh * Nhc im : - Giỏ thnh h - Thit b cng knh phc tp - in ỏp ra b mộo dng II.4 N P LM VIC THEO NGUYấN TC BIN p: Trong mỏy bin ỏp , in ỏp t l vi s vũng dõy theo biu thc: U1 W1 = U2 W2 U1 : in ỏp s cp ca mỏy bin ỏp U2 : in ỏp th cp... nhc im ca n ỏp kiu bự ; * u im : - Gn nh - Di lm vic rng , iu chnh trn - Khụng b mộo dng in ỏp - Cú th ch to vi cụng sut ln * Nhc im: - tỏc ng chm do cú tỏc ng c cu chuyn ng quay - Mch iu khin phc tp Kt lun : Qua s phõn tớch trờn thỡ mi hỡnh thc n ỏp cú nhng u im v 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... U1min = 160 (V) -> I1 = S -> I1 = 1000 / 160 -> I1 = / U1min 6,25 (A) *Vi U1max = 240(V) -> I1 -> I1 => Chn Im = *T cụng thc Ta cú F = = S / = U1max 4,17 (A) 6,25 (A) 1,3 S tit din tỏc dng ca lừi st F = 1,3 -> *Tit din thc ca lừi st : F = 41 (cm2) chn Kcl = 0,9 Kthc = Kcl * -> Kthc 1000 F = 0,9 * 41 = 37 (cm2) *S vũng dõy trờn ton b lừi st : W = 250 / 4,44 * f * Kthc * BT Chn Bt = 1,2 -> W = 250 / 4,44... theo in ỏp ra cng thay i, bin ỏp tớn hiu s cp tớn hiu cho mch iu khin iu khin cho ng c secvụ kộo chi than ti v trớ vũng dõy tng ng vi in ỏp vo ca n ỏp Trong b thc hnh ca chỳng em thit k, phng ỏn c chn l phng ỏn 2 II.4.3 u nhc im ca loi n ỏp lm vic theo nguyờn tc bin ỏp : + u im : - Giỏ thnh r Khụng cng knh ,d ch to Khụng mộo dng in ỏp Di lm vic rng + Nhc im : - Mch iu khin phc tp 13 ỏn tt nghip -. .. vic theo nguyờn tc bin ỏp cú cu to n gin gm : BL - mỏy bin ỏp n ỏp : l mỏy bin ỏp t ngu cú con trt chi than SV : ng c secvụ ( ng c 1 chiu kớch t nam chõm vnh cu) truyn ng cho con trt ca BL Mch iu khin : Ly tớn hiu t u ra ca n ỏp Ura ,so sỏnh vi in ỏp cn gi n nh Uụ Mạch điều khiển ĐSV con truợt ra=Uôđ Ul=Uvo 12 ỏn tt nghip Hỡnh 1.7 II.4.2 Nguyờn lý lm vic : n ỏp lm vic theo nguyờn tc bin ỏp hot ng theo. .. =64 (mm) *Chiu dy ca lừi st l : A = Dn - Dtr / 2 => A = 56 (mm) *Chiu cao ca lừi st : B = F / A => B = 41,11 / 5,6 24 ỏn tt nghip B = 73,4 (mm) = 0,734 (dm) Vy lừi st s cú kớch thc nh hỡnh v : q dn dtr Hỡnh 2.2 *Th tớch ca ton b lừi st : V = (Dn / 2 )2 *3,14 * B - (Dtr / 2 )2 * 3,14 *B 25 ỏn tt nghip V = => V 3,14 * B * (Dn2 -Dtr2 ) 4 = 3,14 * 0,734 4 ( 1,752 - 0,642 ) = 1,53 (dm3) *Trng lng ton b... nhc im riờng nờn khi la chn phng ỏn thit k mch lc nhúm em ó chn hỡnh thc n ỏp lm vic theo 17 ỏn tt nghip 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 B thc hnh ca chỳng em thit k gm 2 khi: + Khi ng lc gm cỏc thit b chớnh sau: - Mt bin ỏp t ngu - Mt bin ỏp n ỏp - Mt bin ỏp tớn hiu + Khi iu khin gm thnh phn chớnh l mch iu khin v mt s linh kin Cu... trong ca lừi l ; dtr = 247 / 3,14 = 79 (mm) *Chiu dy ca lừi st l : a = dn - dtr / 2 = 21 6- 79 / 2 = 68 (mm) *Chiu cao ca lừi st : b = F / a 30 = 41 / 6,8 = 60(mm) = 0,6(dm) ỏn tt nghip Vy lừi st cú kớch thc nh hỡnh v sau : b dn dtr Hỡnh 2.3 *Th tớch ca ton b lừi st : V = ( dn / 2 ) 2 * * b - ( dtr / 2 )2 * * b V = V = *b (dn2 - dtr2) 4 3,14 * 0,6 (2,162 0,792 ) = 1,9 (dm2) 4 *Trng lng ton b lừi st... 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 16 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 I.CU TRC CA B THC HNH: Nh ó gii thiu chng I , trờn thc t hin nay cú nhiu loi n ỏp s dng cỏc nguyờn lý khỏc . Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ thực hành ổn áp xoay chiều theo nguyên tắc biến áp Đồ án tốt nghiệp . phép thiết kế bộ nguồn ổn áp theo nhiều phương pháp như: - ổn áp sắt từ có tụ - ổn áp sắt từ không tụ - ổn áp dùng khuếch đại từ - ổn áp dùng máy biến