Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế bộ thực hành
nguồn ổn áp xoay chiều
theo nguyên tắc biến áp 
Đồ án tốt nghiệp

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

2

Ở mỗi phương án có ưu ,nhược điểm đặc trưng riêng về thông số kĩ thuật ,chỉ
tiêu kinh tế. I. GIỚI THIỆU CHUNG :

:
Đồ án tốt nghiệp

3

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 :


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


C
= 1 , lúc này
mạch điện ở trạng thái cộng hưởng dòng điện.
Đặc tính V – A Đồ án tốt nghiệp

6
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


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

-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

thì điện áp Ra
U
R
= U
đm
,tức là :

U
V
= U
đm

U
T
= I
đm

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

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:

Đồ án tốt nghiệp

10

®k3
®k
®m
r
®k2
®k2
®k3
W
W
U
U
= U
1
: Điện áp sơ cấp của máy biến áp
U
2
: Điện áp thứ cấp của máy biến áp
Đồ án tốt nghiệp

11
W
1
: Số vòng dây sơ cấp của máy biến áp
W
2
: Số vòng dây thứ cấp của máy biến áp

II. 4.1. Cấu tạo : Ổn áp làm việc theo nguyên tắc biến áp có cấu tạo đơn giản gồm :

BL - máy biến áp ổn áp : là máy biến áp tự ngẫu có con trượt chổi than


Hình 1.7

II.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 được cấp tín hiệu thông qua biến áp tín hiệu. Ở
đây chúng
ta có 2 phương pháp cấp điện áp cho biến áp tín hiệu:
1) Cấp thẳng điện áp lưới vào sơ cấp của biến áp tín hiệu. Khi điện áp
lưới thay đổi biến áp tín hiệu sẽ cấp tín hiệu cho mạch điều khiển để điều khiển
động cơ secvô kéo chổi than tới vị trí vòng dây phù hợp với điện áp lưới. 2) Có thể nối s
ơ cấp của biến áp tín hiệu với điện áp ra của ổn áp. Khi
điện áp lưới thay đổi kéo theo điện áp ra cũng thay đổi, biến áp tín hiệu sẽ cấp tín
hiệu cho mạch điều khiển để điều khiển cho động cơ secvô kéo chổi than tới vị trí
vòng dây tương ứng với điện áp vào của ổn áp.

Trong bộ thực hành của chúng em thiết kế, phương án
được chọn là phương án
2.

II.4.3. Ưu nhược điểm của loại ổn áp làm việc theo nguyên tắc

thừa. Bằng cách sử dụng 1 biến áp bù chúng ta có thể cộng vào một giá trị điện áp
cùng pha với điện áp vào khi điện áp vào nhỏ hơn giá trị điện áp ra mong muốn.
Cũng như vậy ta có thể trừ đi một giá trị điện áp ngược pha với điện áp vào khi
điện áp vào l
ớn hơn giá trị điện áp ra mong muốn. 5.1) Cấu tạo :

®kĐồ án tốt nghiệp

14
Hình 1.8 + 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

+ Có 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

hay bù âm một lượng bấy nhiêu để điện áp ra là định mức.

Từ sơ đồ trên chúng ta có : U
R
= U
lưới
+ U
bù Để điều khiển điện áp đặt vào sơ cấp của biến áp bù, mạch điều khiển được lấy
tín hiệu từ đầu ra cua ổn áp sẽ phát tín hiệu để điều khiển 2 secvô motơ quay
ngược chiều nhau một lượng để sao cho bên thứ cấp biến áp bù có được lượng
điện áp cần thiết để đầu ra của ổn áp là định mức . II.5.3. Ưu, nhược điểm của ổn áp kiểu bù ; * Ưu điểm :

- Gọn nhẹ
- Dải làm việc rộng , điều chỉnh trơn
- Không bị méo dạng điện áp
- Có thể chế tạo với công suất lớn

* Nhược điểm:


CHƯƠNG II
THIẾT KẾ , TÍNH TOÁN MẠCH LỰC CỦA BỘ THỰC HÀNH NGUỒN ỔN ÁP XOAY
CHIỀU LÀM VIỆC THEO NGUYÊN TẮC BIẾN ÁP
I.CẤU TRÚC CỦA BỘ THỰC HÀNH:

Như đã giới thiệu ở chương I , trên thực tế hiện nay có nhiều loại ổn áp sử dụng
các nguyên lý khác nhau . Việc lưa chọn kết hợp những nguyên lý đó để tạo ra
một sơ đồ mạch lực có thể đáp ứng được những yêu cầu về kỹ thuật và kinh tế là
một việc quan trọng. Mỗi loại ổn áp có những ưu và nhược điể
m riêng nên khi lựa
chọn phương án thiết kế mạch lực nhóm em đã chọn hình thức ổn áp làm việc theo
Đồ án tốt nghiệp

17
nguyên tắc biến áp , với ưu điểm dải làm việc rộng, không méo dạng điện áp phù
hợp với yêu cầu của “ bộ thực hành ổn áp “ .


+12v
+Uu
-Uu
-12v
GND
GND
V«n kÕ V«n kÕ
*
æn ¸p xoay chiÒu theo nguyªn t¾c biÕn ¸p
Bé thùc hμnh Hình 2.1 : sơ đồ khối động lực

a. Chức năng của các phần tử trong mạch :

*Máy biến áp ổn áp ( máy biến áp động lực ) : là máy biến áp tự
ngẫu có con trượt chổi than. Chức năng của biến áp ổn áp tạo ra điện áp ổn định
220V khi điện áp vào thay đổi từ 160V đến 240V .

* Động cơ secvô ĐSV : ( động cơ 1 chiều kích từ nam châm vĩnh
cửu).Truyền động cho con trượt của máy biến áp ổn áp.

*Máy biến áp tự ngẫu có chức năng giả làm U
lưới
thay đổi và khảo sát
dải điện áp có U
lưới
thay đổi ( khi chỉnh định )của bộ ổn áp .


Qua đó chúng ta thấy rằng điện áp ra qua ổn áp sẽ được ổn định ở điện áp
định mức là 220V khi điệ
n áp lưới dao động từ 160V đến 240V, với sai số cho
phép là +3V và -3V . II TÍNH TOÁN THIẾT KẾ, LỰA CHỌN CÁC PHẦN TỬ TRONG KHỐI ĐỘNG LỰC:

*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 .

Giống như máy biến áp thường, máy biến áp tự ngẫu cũng có hai cuộn
Sơ
cấp và thứ
cấp . Hai cuộn này không chỉ liên hệ với nhau về từ mà còn liên hệ với
nhau về điện

+ Máy biến áp tự ngẫu tăng áp : n = U
vào
/ U
ra
< 1
+ Máy biến áp tự ngẫu hạ áp : n = U
vào
/U
ra
>1

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

*Tiết diện tác dụng của lõi sắt : ta chọn k = 1,3

F = 1,3
1000

=> F = 41,11 (cm
2
)
* Tiết diện thực của lõi sắt :

Chọn K
cl

=> 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
I => S =
55,4
55,4 Vậy S = 1 (mm
2
)

Đường kính dây quấn :


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
T
=
C
C
+
10 => C
T

= 175 (mm)
*Đường kính trong của lõi là :

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

Chọn hệ số xếp chồng K
XC
= 2,75

thì chu vi trong của lõi là :

C
tr
= C
T
/ 2,75


tr
/ 2

=> A = 56 (mm)

*Chiều cao của lõi sắt :

B = F / A

=> B = 41,11 / 5,6

Đồ án tốt nghiệp

24

B = 73,4 (mm) = 0,734 (dm) Vậy lõi sắt sẽ có kích thước như hình vẽ :