Chơng I Giới thiệu chung về nguồn ổn áp một chiều Hiện nay trong công nghiệp có rất nhiều ứng dụng dùng điện áp một chiều do những u điểm vợt trội của nó. Điện áp một chiều đợc sử dụng trong các máy vận chuyển; trong truyền động máy cắt gọt, trong giao thông đờng sắt: ôtô chạy điện, xe rùa bốc dỡ hàng, trong kỹ thuật điện hoá Động cơ một chiều có mômen mở máy lớn, điều chỉnh trơn đợc tốc độ và rất đa dạng trong việc lựa chọn công suất. Tuy nhiên việc dùng động cơ điện một chiều có một số hạn chế là dòng điện một chiều không sử dụng rộng rãi, chế tạo phức tạp, cồng kềnh. Do đó để có đợc dòng điện một chiều ta phải biến đổi từ dòng điện xoay chiều đợc dùng rộng rãi nhờ Nguồn ổn áp một chiều. Nguồn ổn áp một chiều là một máy điện biến dòng điện xoay chiều tần số 50Hz thành dòng điện một chiều có điện áp tuỳ ý dựa vào yêu cầu của phụ tải. Điện áp đầu ra có thể giữa cố định trong một khoảng điện áp nào đó nhờ vào tín hiệu xung điều khiển Tranzitor. Mạch ổn áp gồm 4 phần chính sau: + Biến áp: Biến đổi điện áp từ lới điện 220V tần số 50Hz thành điện áp thấp phù hợp với đầu vào của bộ chỉnh lu bán dẫn. + Chỉnh lu: Là bộ biến đổi điện áp xoay chiều ở đầu vào thành điện áp một chiều ở đầu ra có độ nhấp nhô phụ thuộc vào sơ đồ chỉnh lu. + Bộ lọc: là bộ để lọc bớt thành phần sóng hài bậc cao của điện áp chỉnh lu nhằm mục đích san phẳng điện áp chỉnh lu + Mạch ổn áp: là mạch để duy trì điện áp tải ở một khoảng nhất định khi phụ tải thay đổi đột ngột. I T1 I T4 Chơng 2 các phơng án mạch chỉnh lu Để điều chỉnh điện áp ra ta có thể sử dụng các phơng án mạch nh sau : Với yêu cầu của đề tài, mạch chỉnh lu cần phải có chất lợng điện áp ra rất tốt với hệ số đập mạch rất nhỏ, vì vậy ở đây ta chỉ xét đến các sơ đồ cầu : chỉnh lu điều khiển cầu một pha đối xứng, không đối xứng ; chỉnh lu điều kiển cầu ba pha đối xứng , không đối xứng và chỉnh lu cầu không điều khiển 1 pha , 3 pha kết hợp với băm xung. 1. Chỉnh lu điều khiển một pha sơ đồ cầu : 1.1.Sơ đồ đối xứng : - ta có sơ đồ mạch lực nh hình vẽ sau : a. sơ đồ nguyên lý ( hình 1.a) b. đồ thị dòng áp (hình 1.b) - điện áp vào tsinU2u 22 (V) = 2f , f = 50Hz Nguyên tắc hoạt động của sơ đồ nh sau : trong nửa chu kỳ đầu u 2 > 0 T 1 có khả năng mở, tại thời điểm t 1 ta đa xung mở thysistor T 1 và T 3 , chúng mở ngay và cho dòng chảy theo đờng T 1 - Tải - T 3 - Nguồn , áp đặt lên tải u d = u 2 và có chiều nh hình vẽ .Tơng tự trong nửa chu kỳ sau , tại t = t 2 ta đa xung vào mở thysistor T 2 và T 4 , dòng sẽ chảy theo đờng T 2 - Tải - T 4 - Nguồn . C . Hoạt động của sơ đồ: (khi không xét đến trùng dẫn) cầu gồm 6 thyristor chia thành 2 nhóm nhóm Catốt chung :T 1, , T 3 , T 5 ; nhóm Anốt chung : T 2 , T 4 , T 6 ; điện áp các pha thứ cấp máy biến áp lần lợt là: U a = 2 2 sin U ; U b = 2 2 sin( 2 ) 3 U ; Hình 1.b_đồ thị dòng áp _sơ đồ cầu điều khiển một pha đối xứng u d i d i 1 i 4 i 2 t t t t t 2 I d I d I d I d - I d U c = 2 2 sin( 4 ) 3 U ; Góc mở đợc tính từ điểm chuyển mạch tự nhiên( giao điểm của các nửa hình sin). Giả thiết T 5 , T 6 đang dẫn cho dòng chảy qua V F = V c ; V G = V b ; * Khi = 1 = 6 + cho xung điều khiển mở T 1 .thyristor này đợc mở vì V a >0 sự mở của T 1 làm cho T 5 bị khoá lại một cách tự nhiên vì V a > V c . Lúc này T 6 và T 1 cho dòng chảy qua, và điện áp trên tải là: U d =U ab =V a -V b ; Khi = 2 = 3 6 + cho xung điều khiển mở T 2 khi T 2 mở nó làm cho T 6 bị khóa lại tơng tự trên . Quá trình cứ tiếp tục nh vậy, mỗi van đợc đa xung vào mở sau 1 3 T ; Ta có biểu thức tính toán sau: điện áp trung bình trên tải : U d = 5 6 2 6 6 3 6 2 sin cos 2 U d điện áp ngợc lớn nhất đặt lên van: U nmax = 2 6 U ; dòng điện chảy qua các van là : I T = I d / 3; 2. Sơ đồ chỉnh lu cầu 3 fa điều khiển : a. sơ đồ:( Hình 2a) Hình 2a_sơ đồ chỉnh điều khiển cầu 3 fa I T4 I T1 I 6 b. §å thÞ dßng ¸p m¹ch chØnh lu cÇu 3 fa §K( H×nh 2b ) u A u B u C t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 0  t uf Ud I 1 I 6 I d Ungmax  t  t  t  t  t i T1 i T6 u T1  2  t i a 0 0 0 0 0 0 d . hoạt động của sơ đồ: (khi không xét đến trùng dẫn) cầu gồm 6 thyristor chia thành 2 nhóm nhóm Catốt chung :T 1, , T 3 , T 5 ; nhóm Anốt chung : T 2 , T 4 , T 6 ; điện áp các pha thứ cấp máy biến áp lần lợt là: U a = 2 2 sin U ; U b = 2 2 sin( 2 ) 3 U ; U c = 2 2 sin( 4 ) 3 U ; Góc mở đợc tính từ điểm chuyển mạch tự nhiên( giao điểm của các nửa hình sin). Giả thiết T 5 , T 6 đang dẫn cho dòng chảy qua V F = V c ; V G = V b ; * Khi = 1 = 6 + cho xung điều khiển mở T 1 .thyristor này đợc mở vì V a >0 sự mở của T 1 làm cho T 5 bị khoá lại một cách tự nhiên vì V a > V c . Lúc này T 6 và T 1 cho dòng chảy qua, và điện áp trên tải là: U d =U ab =V a -V b ; Khi = 2 = 3 6 + cho xung điều khiển mở T 2 khi T 2 mở nó làm cho T 6 bị khóa lại tơng tự trên . Quá trình cứ tiếp tục nh vậy, mỗi van đợc đa xung vào mở sau 1 3 T ; Ta có biểu thức tính toán sau: điện áp trung bình trên tải : U d = 5 6 2 6 6 3 6 2 sin cos 2 U d điện áp ngợc lớn nhất đặt lên van: U nmax = 2 6 U ; dòng điện chảy qua các van là : I T = I d / 3; nhận xét: sơ đồ chỉnh lu cầu 3fa điều khiển có u điểm là có thể dễ dàng điều khiển các thyristor đóng mở thông qua góc mở , và công suất của sơ đồ là khá lớn . Nhng bên cạnh đó nó có những hạn chế nhất định nh : chất lợng điện áp ra xấu phụ thuộc vào góc mở và hiện tợng trùng dẫn. Sơ đồ này chỉ nên dùng với yêu cầu công suất lớn mà không quan tâm đến chất lợng áp ra ! . 3. Bộ băm xung áp một chiều 1. Giới thiệu chung Bộ băm xung áp một chiều dùng để biến đổi điện áp một chiều E thành xung điện áp một chiều có trị số trung bình U tb có thể thay đổi đợc. Khi bộ băm xung áp làm việc ở chế độ giảm áp trị số trung bình U tb của các xung điện áp đặt vào phụ tải có thể điều chỉnh từ trị số không đến trị số lớn nhất bằng điện áp một chiều E cung cấp cho bộ băm: 0 < U tb E. Khi bộ băm xung áp làm việc ở chế độ tăng áp có thể điều chỉnh cho điện áp trung bình trên tải U tb đạt đến giá trị lớn hơn điện áp E đặt của nguồn điện: E < U tb <. Bộ băm xung áp một chiều đợc coi nh là một công tắc tơ tĩnh đóng mở liên tục một cách chu kỳ. Nó đợc sử dụng rộng rãi trong các máy vận chuyển, trong truyền động máy cắt gọt, trong giao thông đờng sắt, ôtô chạy điện, xe rùa bốc dỡ hàng, trong kỹ nghệ điện hoá Thiết bị băm xung làm việc với hiệu suất cao tổn hao năng lợng ít hơn so với phơng pháp điều chỉnh điện áp một chiều liên tục, ít nhạy cảm với môi trờng vì tham số điều chỉnh là thời gian đóng mở để đặt hoặc cắt nguồn trên tải, kích thớc nhỏ. Tuy nhiên bộ băm xung áp có nhợc điểm là : phải dùng cùng với bộ lọc đầu ra do đó làm tăng quán tính của qúa trình điều khiển khi sử dụng các mạch điều khiển kín. Nếu tần số đóng mở lớn sẽ phát sinh ra nhiễu vô tuyến. 2. Nguyên tắc hoạt động của bộ băm xung áp một chiều làm việc ở chế độ giảm áp. Bộ băm xung áp một chiều là một khoá điện H làm bằng tranzito hay bằng tiristo đợc điều khiển đóng mở một cách chu kỳ. Khi làm việc ở chế độ giảm áp bộ băm xung áp một chiều H đợc đặt nối tiếp giữa nguồn điện áp một chiều E và phụ tải nh trên hình vẽ. a) Trị số trung bình của điện áp trên tải U tb . Khi bộ băm H đóng điện thì điện áp đặt lên tải có trị số u = E. Còn khi H ngắt điện thì u = 0. Sơ đồ nguyên lý: Trị số trung bình của điện áp một chiều đặt lên phụ tải là: EE T T Edt T udt T U d T T tb d 00 11 với T đ là thời gian đóng của khoá H, hay độ rộng xung T là chu kì băm, hay chu kì xung = T T d là hệ số lấp đầy xung áp còn gọi là tỉ số chu kì: ta có 1. H L R E U Bằng cách biến đổi trị số của hệ số ta nhận đợc các trị số khác nhau của điện áp trung bình của điện áp trung bình U tb trên phụ tải. Có thể cho biến đổi bằng hai cách: 1 - Cố định chu kì băm T, thay đổi thời gian đóng điện T đ của bộ băm, ta có bộ băm tần số cố định. 2 - Cố định thời gian đóng điện T đ , biến đổi chu kì băm T, ta có bộ băm tần số biến thiên. Nếu T đ = 0 thì = 0 ta có U tb = 0 lúc này bộ băm thờng xuyên ngắt mạch. Khi T đ = T, ta có =1 và U tb = E, bộ băm thờng xuyên đóng mạch điện. Bộ băm xung áp một chiều thờng đóng điện và ngắt điện liên tục với tần số cao (200 500Hz) nên thờng là một khoá bán dẫn. b) Sơ đồ thực tế của bộ xung áp một chiều dùng transistor Bộ băm xung áp sử dụng tranzito có tần số băm lớn khoảng vài kilohert. Các tranzito không cần mạch để khoá lại nh tiristo nên rất đơn giản và có thể làm việc với tần số tơng đối lớn. Các bộ băm dùng tranzito công suất có thể đạt tới tần số băm từ 10 đến 100 kHz một cách dễ dàng. Khi dùng bộ băm xung áp có thể không cần dùng cuộn cảm san bằng hoặc chỉ cần cuộn cảm có điện cảm nhỏ nối tiếp với tải cũng đủ san bằng dòng điện trên tải thành dòng điện một chiều có trị số không đổi. Nhợc điểm của bộ băm điện bằng Tranzito là có công suất nhỏ, chỉ đạt cỡ vài kilôoát đến vài chụ kilôoát là cùng. Sơ đồ của bộ băm xung áp một chiều dùng Tranzito. Trên sơ đồ thì bộ băm xung áp làm việc nh một công tác tơ tĩnh (K) đóng mở liên tục 1 cách chu kì . Nhờ vậy mà biến đổi đợc điện áp một chiều không đổi E thành các xung điện áp một chiều U tb có trị số có thể điều chỉnh đợc. Điện áp U tb này đặt vào phần ứng động cơ sẽ làm thay đổi tốc độ động cơ ô tô. Khi bộ băm xung áp làm việc ở chế độ giảm áp thì 0<U tb <E. Khi bộ băm xung áp làm việc ở chế độ tăng áp thì E<U tb <0. Trong sơ đồ trên L,C là bộ phận lọc để san bằng và giữ cho điện áp tải thực tế là không đổi ,mục đích là giảm hệ số đập mạch nâng cao chất lợng điều chỉnh . Điện áp trên tải thu đợc phụ thuộc vào tần số đóng cắt khoá K.Trong khi đó các hạn chế về công nghệ và tổn hao của bộ biến đổi điện áp một chiều quyết định giới hạn tần số làm việc của bộ biến đổi .Để tránh các sóng không mong muốn và từ đấy tránh đợc Momen đập mạch thì tần số phải lớn hơn một mức nào đó .Tần số đóng cắt càng Tải Chỉnh lu không điều khiển L 2 K D C 1 Sơ đồ nguyên lý của bộ băm xung áp một chiều Ld Rd [...]... : Ur = 15 t p ( R4 R X 2 )C1 U DZ (2) với UDZ =10 V và tp=9,5ms như đã chọn, từ (2) ta có: 15 t p ( R4 R X 2 )C1 U DZ 15 .9,5 .10 3 10 ( R4 R X 2 )C1 (R4 + RX2)C1 = 14 ,25 .10 -3 từ (1) ta có: ( 13 ,5 15 ).0,5 .10 3 10 R5 C1 ( R4 R X 2 )C1 thay (3) vào (1) ta có: ( 13 ,5 15 ).0,5 .10 3 10 3 R5 C1 14 ,25 .10 13 ,5 20 .10 3 R5C1 = 0,675 .10 -3 R5 C1 (3) chọn C7 = 0,47F R5 = 1, 43(K) , chọn R5 = 1, 5(K)... với 1 điện áp đầu vào sẽ có một điện áp đầu ra có độ lớn gấp K (tuỳ ý)lần điện áp đầu vào 8 Khối nguồn điện áp chuẩn: LM78L15CH 1 + 15 V 2 3 u2 C1 C2 C3 - Điện áp u2 được lấy từ lưới vào qua biến áp phụ (Có thể ghép chung với biến áp chính ) sau đó qua bộ chỉnh lưu công suất nhỏ và đưa vào đầu vào của vi mạch ổn áp LM78L15CH với các tụ lọc như sau : C1 = 10 00F C2 = 330nF C3 = 10 0nF Ngoài điện áp chuẩn... C1 được nạp thông qua R5 và D3 về OP1 với dòng nạp: IC= I2 - I2 Trong đó: IC , I2 , I2 , được kí hiệu như trên hình vẽ I2 ' I2 Với: E 15 R4 R x 2 R4 R x 2 0 U II U D 3 13 ,5 ; R5 R5 UD3 là điện áp rơi trên D3 Chọn bằng 0,5 V UdII= (E- 2)= 13 V Điện áp UIII chính là điện áp trên tụ C1 Ur = U C = 1 1 13 ,5 15 I C dt ( )dt C1 C1 R5 R4 R X 2 13 ,5 15 t ) R5 R4 R X 2 C1 Ur = U C = ( - Diot ổn. .. Ngoài điện áp chuẩn +15 V ta còn phải tạo ra áp chuẩn cho bộ so sánh và bộ khuếch đại 15 V cung cấp LM78L15CH 1 - 15 V 3 2 u2 C1 C2 C3 - + D1 MBA 220 V D5 D3 L T1 60VDC Phâ n áp R1 T0 R4 R3 -E R1 555 1 Gnd Vcc 2 Trg Dis 3 Out Thr 4 Rst Ctl OP3 8 7 6 5 +E R2 R5 + Uref + C1 CT RX3 R6 C1 R4 +E -E RX2 OP3 DZ R5 -E D3 +E OP2 Uref +E R6 +E L Tải R2 - R1 2k D0 C D6 +15 V 24VDC R3 R 2 D4 Rd R1 C D2 T2 RX3 R7 Upa2... chọn R5 = 1, 5(K) từ (3) chọn R4 = 10 (K) ta có: (10 .10 3 + RX2) = 30,3(K) RX2 = 20,3(K) điều chỉnh biến trở để có RX2 = 20,3(K) -Dòng qua Diod D3: I2 = 13 ,5 13 ,5 8,66 (mA) R 5 1, 5 .10 3 Chọn linh kiện : OP2 : A7 41 có các thông số: Ung= 322V; UnF= 15 V; UdF= 30 V; Ko=5 .10 6; P1 =10 0 mW; t=5 512 50C; Ira=25 mA; En =15 V; K; du 0,5 V dt D3 : D -10 01 có các thông số : I = 1A ; Ung = 200V ; U = 0,5V 3 Khâu... làm bằng tôn silic 310 có bề dày là 0,35 mm tỷ trọng b=75 kg/dm3 tổn hao p =1, 3 w/kg Bề dày lá tôn silic 310 : 0,35(mm) a- Tính toán chiều cao sơ bộ của trụ : Dựa vào công thức kinh nghiệm: 4 l Thq Trong đó : +Thq :Tiết diện hiệu quả Thq=Q + :là hệ số quan hệ giữa chiều cao và chiều rộng của biến áp, thường bằng 1, 1 51, 35.Ta chọn =1, 2 - Suy ra : 78 3 ,14 26(cm) 1, 2 4 l 3 ,14 b/ Tính trọng lượng... : khi áp vào là 220V chuẩn thì khâu này cho áp ra bằng 0V khi áp vào tăng lên nó cho áp ra âm đủ lớn để bù lại áp điều khiển sao cho áp ra không đổi Ta chọn các thông số : với R1 và R2 ta chọn sao cho khi áp vào là 220V thì có áp ra bằng 6V , ta chọn R1, R2 khá lớn để hạn chế dòng điện cụ thể : chọn R1 = 900k ; R2 = 10 0k ; con trượt trên RX3 đặt ở vị trí sao cho Uref = 6 V (với E = 15 V) Khi áp vào... cho áp chuẩn Uref = 3 V U 15 V UĐK t Ura T T1 +E t -E 4.Khâu lấy áp sai lệch : Để lấy sự thay đổi của điện áp lưới ta làm như sau: Khi áp vào chuẩn là 220VAC ta có áp chỉnh lưu ra chuẩn là 60 VDC và có áp sai lệch u = 0 V ; khi áp vào thay đổi ( biến động 10 % ) ta có sai lệch khác 0 áp từ đầu vào đưa đến Bộ phân áp R1 R4 R3 -E R2 OP3 +E R5 Uref +E RX3 Đầu vào của bộ phân áp ta nối vào mạch lực Nguyên... khuếch đại dòng 2 = 10 Khi phụtải thay đổi thì dòng điện tải thay đổi do đó dòng IB2 thay đổi IB 2 It 2 Các điện trở được tính : R1 U V UR 60 24 8 ,18 1, 1.IB 2 max 1, 1.4 chọn R1 = 8 dòng điện lớn nhất qua đèn T0 là IT 0 max U V UR 4,5A R1 6.Khâu phản hồi áp : Khi dòng tải càng lớn làm cho T2 càng dẫn và sụt áp trên van này càng giảm do đó khi áp vào không thay đổi thì áp ra sẽ tăng lên do... ổn áp DZ có nhiệm vụ không cho điện áp trên tụ nạp quá UDZ Chọn loại Diod có UDZ = 15 V Nếu gọi tn là thời gian nạp của tụ thì ta có phương trình sau: t 13 ,5 15 ) n R5 R4 R X 2 C1 UZ = ( Khi UII >0 D3 khoá Ura = 0 tụ C sẽ phóng điện về âm nguồn của OP2 E R4 R X 2 Với dòng điện phóng Ip = Điện áp trên tụ giảm dần theo hàm : Ur = UZp = 15 15 t dt U DZ U DZ ( R4 R X 2 ).C1 ( R4 R X 2 ).C1 Gọi . đợc dòng điện một chiều ta phải biến đổi từ dòng điện xoay chiều đợc dùng rộng rãi nhờ Nguồn ổn áp một chiều. Nguồn ổn áp một chiều là một máy điện biến dòng điện xoay chiều tần số 50Hz thành. sử dụng đều thiết kế mạch trợ giúp đi kèm. R1 1k D2 DIODE D1 DIODE R2 1k L1 1uH Q 1 NPN C1 1uF Tải cảm 5.Tính lọc : áp ra sau bộ băm có dạng nh sau : . Bộ băm xung áp một chiều dùng để biến đổi điện áp một chiều E thành xung điện áp một chiều có trị số trung bình U tb có thể thay đổi đợc. Khi bộ băm xung áp làm việc ở chế độ giảm áp trị số