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:

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

(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


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

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

: 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


+ 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

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

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


- Giá thành hạ
- Thiết bị cồng kềnh phức tạp
- Điện áp ra bị méo dạng

4) ổn áp làm việc theo nguyên tắc biến áp:

Trong máy biến áp , điện áp tỷ lệ với số vòng dây theo biểu thức: 2
1
2
1
W
W
U
U
= U
1
: Điện áp sơ cấp của máy biến áp
U
2
: Điện áp thứ cấp của máy biến áp
W
1
: Số vòng dây sơ cấp của máy biến áp

ra=U«® Hình 1.7 4.2) Nguyên lý làm việc
:

Ổn áp làm việc theo nguyên tắc biến áp hoạt động theo nguyên lý khi
điện áp đầu vào thay đổi thì mạch điều khiển sẽ phát tín hiệu để động cơ
secvô sẽ kéo chổi than làm thay đổi số vòng dây để tương ứng với điện áp
đầu vào sao cho điện áp đầu ra sẽ là định mức thì dừng lại

Mạch điều khiển có đầu vào nối với đầu ra của ổn áp,
đó chính là cơ
cấu so sánh và phát tín hiệu điều khiển bằng các phần tử điện tử bán dẫn .

4.3) Ưu nhược điểm của loại ổn áp làm việc theo nguyên
tắc biến áp
:+ Ưu điểm :

- Giá thành rẻ
- Không cồng kềnh ,dễ chế tạo

+ Gồm một biến áp kiểu cảm ứng ,đầu ra được nối tiếp với cuộn thứ
cấp của biến áp , sơ cấp của biến áp được nối với điện áp điều khiển
Đồ án tốt nghiệp

14

+ Có nhiều nhiều cách để điều khiển cuộn sơ cấp của biến áp bù như
dùng biến áp vi sai , hai mặt được mài đi để lấy điện áp qua hai chổi quay
ngược chiều nhau cấp cho sơ cấp biến áp bù . Hoặc cách khác là dùng các
phần tử không tiếp điểm để đóng, cắt biến áp bù tuỳ theo điện áp lưới là cao
hay thấp.

5.2) Nguyên lý hoạt động của ổn áp dùng biến áp bù có
biến áp vi sai để điều khiển sơ cấp biến áp bù
:
ra
M¹ch
®iÒu
khiÓn
M
M

- Có thể chế tạo với công suất lớn

* Nhược điểm:

- Độ tác động chậm do có tác động cơ cấu chuyến
động quay
- Mạch điều khiể
n phức tạp Kết luận :Qua sự phân tích trên thì ở mỗi hình thức ổn áp có những ưu điểm và
nhược điểm riêng , căn cứ vào yêu cầu của đồ án : “ Thiết kế bộ thực hành
nguồn ổn áp xoay chiều “ , từ ưu điểm của ổn áp hoạt động theo nguyên tắc
biến áp rất thích hợp cho đề tài này nên chúng em đã chọn hình thức ổn áp
hoạt đọng theo nguyên tắc biến áp làm cơ sở
để thiết kế “ Bộ thực hành
nguồn ổn áp “.


làm việc rộng, không méo dạng điện áp phù hợp với yêu cầu của “ bộ thực
hành ổn áp “ .
Qua quá trình nghiên cứu chúng em đã thiết kế sơ đồ mạch lực gồm :
- Một biến áp tự ngẫu
- M
ột biến áp ổn áp
- Một biến áp tín hiệu
Mạch lực của chúng em được xây dựng như sau:
Đồ án tốt nghiệp

17

S¬ cÊp
§SV
Uth
B.A tÝn hiÖu
Ulu¬Ý
B.A tô ngÉu
B.A æn ¸p
Uvμo
+12v
+Uu
-Uu
-12v
GND
GND
V«n kÕ V«n kÕ

Hình 2.1 : vẽ sơ đồ của mạch lực


Việt Nam nên quyết định chọn dải làm việc của ổn áp là từ 160V đến
240V.

• Khi lưới điện áp dao đông trong phạm vi 160V -> 217 là 160V
thì : Động cơ secvô tự động thay đổi kéo con trượt ch
ổi than giảm số
vòng dây sơ cấp tương ứng với điện áp vào để giữ cho U
ra
ổn định
xung quanh giá trị 220V

• Khi lưới điện áp dao động trong phạm vi 223V -> 240V thì :
Động cơ secvô tự động kéo con trượt chổi than tăng số vòng dây sơ
cấp tương ứng với điện áp vào , giữ cho điện áp ra ổn định xung
quanh giá trị 220V
Sai số cho phép là : ± 3V

Qua đó chúng ta thấy rằng điện áp ra qua ổn áp sẽ được ổn định ở
điện áp định mức là 220V khi
điện áp lưới dao động từ 160V đến 240V, với
sai số cho phép là +3V và -3V . II/ Tính toán thiết kế máy biến áp thành phần:

Tìm hiểu về máy biến áp tự ngẫu :
Trong trường hợp điện áp sơ cấp và thứ cấp khác nhau không đáng kể
nghĩa là tỉ số biến áp nhỏ ,để được kinh tế hơn về mặt chế tạo và vận hành
người ta thường dùng máy biến áp tự ngẫu .


= S / U
đm => I
đm
= 1000 / 220

I
đm
= 4,55 (A)

Thông số thiết kế :

S = 1 KVA

I
đm
= 4,55 (A)

Quấn dây từ 0 -> 250 (V)
Để thừa 1/10 lõi không quấn dây • Từ công thức : F = k
S k : hệ số kinh nghiệm


thực
= 37 (cm
2
) • Số vòng dây trên toàn bộ lõi sắt là :

W = 250 / 4,44 * f * K
thực
* B
T => W = 250 / 4,44 *50 *37 * 1,2

W = 250 / 1

W = 250 (vòng)

• Chọn mật độ dòng điện :

J = 4,55 A / mm
2• Tiết diện dây quấn như sau :

S =
J

Đồ án tốt nghiệp

21

• Chu vi lõi xuyến :

Chọn hệ số chèn kín K
c
= 0,7

C =
7,0
*dW W : Số vòng dây quấn

d : Đường kính dây quấn
=> C =
7,0
4,1*250
= 500 (mm)

Vì phải để lại 1/10 chu vi của lõi không quấn dây nên chu vi của lõi
cần phải có là :

C


=> D
n
= 550 / 3,14

D
n
= 175 (mm)
• Đường kính trong của lõi là :

Đồ án tốt nghiệp

22
D
tr
= C
tr
/
ΠVới C
tr
là chu vi của lõi được tính như sau :

Chọn hệ số xếp chồng K
XC

D
tr
=64 (mm) • Chiều dầy của lõi sắt là :

A = D
n
- D
tr
/ 2

=> A = 56 (mm)

• Chiều cao của lõi sắt :

B = F / A

=> B = 41,11 / 5,6 B = 73,4 (mm) = 0,734 (dm)

Vậy lõi sắt sẽ có kích thước như hình vẽ :

Đồ án tốt nghiệp

23


)

=> V =
4
734,0*14,3
( 1,75
2
- 0,64
2
) = 1,53 (dm
3
) • Trọng lượng toàn bộ lõi sắt :

Chọn m = 7,5 (kg)

=> M = 7,5 * 1,53 = 11,5 (kilogam)

• Dây quấn :

Giữa lõi sắt và dây quấn đặt 1 lớp cách điện dày 2mm
Đồ án tốt nghiệp

24

Ta có chu vi của lõi là :

C = 2 * ( A + B + 2*2 )

Dây quấn Mạch từ
Loại
Dây

d W M

Loại
Tôn
A B D
tr
D
n
M
Đồ án tốt nghiệp

25
Tròn
emay
1,4
(mm)
250
(vòng)

3,689
(KG)
Silic
Quấn • Với U
1min
= 160 (V)

-> I
1
= S / U
1min -> I
1
= 1000 / 160

-> I
1
= 6,25 (A)
• Với U
1max
= 240(V)

-> I
1