TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT
BỘ MÔN TỰ ĐỘNG HÓA XÍ NGHIỆP MỎ - DẦU KHÍ

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

Đề tài : Chế tạo mạch điều chỉnh quạt có thông số Uđm=220V;
Pđm=240W dùng Triac

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

NHÓM SINH VIÊN THỰC HIỆN

THS. KHỔNG CAO PHONG

Trịnh Xuân Phương
Phùng Đặng Tùng Anh
Đặng Văn Thuận
Hoàng Văn Lĩnh
Nguyễn Văn Kiên
Phạm Đức Thắng

HÀ NỘI 12/2015
LỜI NÓI ĐẦU


Điện tử công suất là một môn học hay và lý thú, cuốn hút được nhiều sinh viên
theo đuổi. Là những sinh viên chuyên ngành tự động hóa, chúng em muốn được tiếp
cận và hiểu sâu hơn nữa bộ môn điện tử công suất.Vì vậy, đồ bài tập lớn môn học chế
tạo sản phẩm là điều kiện tốt giúp chúng em kiểm chứng được lý thuyết đã được học.
Trong bài tập lớn điện tử công suất lần này, chúng em đã được nhận đề tài “Chế

tạo mạch điều chỉnh quạt có thông số Uđm=220V; Pđm=240W dùng Triac”. Sau thời
gian nghiên cứu, chúng em đã chế tạo thành công mạch điều chỉnh quạt đáp ứng được
cơ bản yêu cầu của đề tài.
Trong suốt thời gian thực hiện đề tài, chúng em đã gặp một số vướng mắc về lý
thuyết và khó khăn trong việc thi công sản phẩm. Tuy nhiên, chúng em đã nhận được
sự giải đáp và hướng dẫn kịp thời của thầy Khổng Cao Phong, sự góp ý kiến của các
bạn sinh viên trong lớp. Đựơc như vậy chúng em xin chân thành cảm ơn và mong
muốn nhận được nhiều hơn nữa sự giúp đỡ, chỉ bảo của thầy và bạn trong các đồ án
sau này.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!
Nhóm thực hiện:
Trịnh Xuân Phương
Phùng Đặng Tùng Anh
Hoàng Văn Lĩnh
Đặng Văn Thuận
Nguyễn Văn Kiên
Phạm Đức Thắng


Mục lục

Chương 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1.1Động cơ xoay chiều 1 pha
1.1.1 Khái niệm
Động cơ điện xoay chiều một pha (gọi tắt là động cơ một pha) là động cơ điện
xoay chiều không cổ góp được chạy bằng điện một pha. Loại động cơ điện này được sử
dụng khá rộng rãi trong công nghiệp và trong đời sống như động cơ bơm nước động cơ
quạt động cơ trong các hệ thống tự động...Khi sử dụng loại động cơ này người ta
thường cần điều chỉnh tốc độ ví dụ như quạt bàn ,quạt trần.
Để điều khiển tốc độ động cơ một pha người ta có thể sử dụng các phương pháp

sau:
- Thay đổi số vòng dây của Stator.
- Mắc nối tiếp với động cơ một điện trở hay cuộn dây điện cảm.
- Điều khiển điện áp đưa vào động cơ.
1.1.2 Nguyên lý điều khiển động cơ xoay chiều 1 pha
Trước đây điều khiển tốc độ động cơ bằng điều khiển điện áp xoay chiều đưa vào
động cơ, người ta thường sử dụng hai cách phổ biến là mắc nối tiếp với tải một điện trở
hay một điện kháng mà ta coi là Zf hoặc là điều khiển điện áp bằng biến áp như là
survolter hay các ổn áp.


Hai cách trên đây đều có nhược điểm là kích thước lớn và khó điều khiển liên tục
khi dòng điện lớn.
Ngày nay với việc ứng dụng Tiristor và Triac vào điều khiển, người ta có thể điều
khiển động cơ một pha bằng bán dẫn

1.1.3Một số mạch điều khiển động cơ 1 pha
Một trong những ứng dụng rất rộng rãi của điều áp xoay chiều là điều khiển động
cơ điện một pha mà điển hình là điều khiển tốc độ quay của quạt điện.
Chức năng của các linh kiện trong sơ đồ hình 3
T - Triac điều khiển điện áp trên quạt.
VR - biến trở để điều chỉnh khoảng thời gian dẫn của Triac.
R - điện trở đệm.
D - diac - định ngưỡng điện áp để Triac dẫn.
C - Tụ điện tạo điện áp ngưỡng để mở thông diac.
Điện áp và tốc độ của quạt có thể được điều khiển bằng cách điều chỉnh biến trở
VR trên hình a. Tuy nhiên sơ đồ điều khiển này không triệt để, vì ở vùng điện áp nhỏ
khi Triac dẫn ít rất khó điều khiển.
Sơ đồ hình b có chất lượng điều khiển tốt hơn. Tốc độ quay của quạt có thể được
điều khiển cũng bằng biến trở VR. Khi điều chỉnh trị số VR ta điều chỉnh việc nạp tụ C

lúc đó điều chỉnh được thời điểm mở thông diac và thời điểm Triac dẫn. Như vậy Triac
được mở thông khi điện áp trên tụ đạt điểm dẫn thông diac. Kết quả là muốn tăng tốc
độ của quạt ta cần giảm điện trở của VR để tụ nạp nhanh hơn, Triac dẫn sớm hơn điên
áp ra lớn hơn. Ngược lại điên trở của VR càng lớn tụ nạp càng chậm Triac mở càng
chậm lại điện áp và tốc độ của quạt nhỏ xuống.


a) Mạch điều khiển trên đây có ưu điểm:
- Có thể điều khiển liên tục tốc độ quạt - có thể sử dụng cho các loại tải khác như
điều khiển độ sáng của đèn sợi đốt, điều khiển bếp điện rất có hiệu quả.
-Kích thước mạch điều khiển nhỏ, gọn.
b) Nhược điểm:

Nếu chất lượng Triac, diac không tốt thì ở vùng tốc độ thấp quạt sẽ xuất hiện
tiếng ù do thành phần một chiều của dòng điện.


Hình 3

1.2Bộ điều áp xoay chiều 1 pha
1.2.1

Giới thiệu về phần tử bán dẫn triac

a) Cấu tạo và kí hiệu

Hình 4: Cấu tạo và ký hiệu của triac.
Triac là linh kiện bán dẫn tương tự như hai Thyristor mắc song song ngược,
nhưng chỉ có một cực điều khiển. Triac là thiết bị bán dẫn ba cực, bốn lớp. Có thẻ điều
khiển cho mở dẫn dòng bằng cả xung dương (dòng đi vào cực điều khiển) lẫn xung

dòng âm (dòng đi ra khỏi cực điều khiển). Tuy nhiên xung dòng điều khiển âm có độ
nhạy kém hơn, nghĩa là mở Triac sẽ cần một dòng điều khiển âm lớn hơn so với dòng
điểu khiển dương. Vì vậy trong thực tế để đảm bảo tính đối xứng của dòng điện qua
Triac thì sử dụng dòng điều khiển âm là tốt hơn cả.
*Nguyên lý hoạt động.
Có 4 tổ hợp điện thế có thể mở Triac cho dòng chảy qua:
B2

G

+

+

+

-

-

-

-

+


Trường hợp MT2 (+), G(+). Thyristor T mở cho dòng chảy qua như một
Thyristor thông thường.
Trường hợp MT2 (-), G(-). Các điện tử từ N2 phóng vào P2. Phần lớn bị trường

nội tại EE1 hút vào, điện áp ngoài được đặt lên J2 khiến choBarie này cao đến mức hút
vào những điện tích thiểu số(các điện tử của P1) và làm động năng của chúng đủ lớn để
bẻ gãy các liên kết của các nguyên tử Sillic trong vùng. Kết quả là một phản ứng dây
chuyền thì T’ mở cho dòng chảy qua.
b) Đặc tính V-A

Hình 5 : Đặc tính V-A của triac
Triac có đường đặc tính V-A đối xứng nhận góc mở

α

trong cả hai chiều

1.3Phân tích chọn sơ đồ mạch điều khiển quạt
1.3.1 Nguyên lý điều khiển động cơ quạt
Điều khiển tốc độ bằng cách thay đổi điện áp. Tốc độ được điều khiển bằng mạch
điện tử thay đổi trị số điện áp đặt vào động cơ.

Điều khiển
tần số
Hình 6

ĐC


1.3.2 Một số mạch điều khiển động cơ quạt

Hình 7

Hình 8

Chức năng của các linh kiện:


Ta - Triac điều khiển điện áp trên quạt.
VR - Biến trở để điều chỉnh khoảng thời gian dẫn của triac.
R - Điện trở hạn chế.
Da - Điac định ngưỡng điện áp để Triac dẫn.
C - Tụ điện tạo điện áp ngưỡng để mở thông điac.
Nhược điểm của hình 7 là Triac làm việc lâu ngày sẽ bị thiếu chính xác. Để khắc
phục, mắc thêm vào mạch một điac như hình 8

1.3.3 Nguyên lý hoạt động
Khi khóa K đóng → triac chưa dẫn → tụ C được nạp → điện áp trên tụ tăng dần.
Khi nào đủ điều kiện → triac được dẫn từ đó đến bán kì. Khi triac dẫn sẽ cung cấp điện
cho động cơ hoạt động. Việc dẫn của triac phụ thuộc vào sự biến thiên điện áp u c và
đặc tính của triac.
Khi thay đổi điện trở VR → hằng số thời gian nạp tụ thay đổi → thời điểm mở
triac thay đổi → khoảng thời gian dẫn dòng điện của triac thay đổi → điện áp và dòng
điện đưa vào động cơ được điều chỉnh.
Khi điện áp tụ uc tăng tới ngưỡng điện áp thông (UDA) của diac Da → có dòng
điều khiển chạy vào cực điều khiển củacủa nó bằng 0. Khi triac dẫn sẽ cung cấp điện
cho động cơ hoạt động triac → triac được mở từ thời điểm đó tới khi dòng điện.
VD: Giảm điện trở VR → tụ nạp nhanh hơn → triac dẫn nhiều hơn → điện áp
đưa vào động cơ lớn hơn → động cơ quay với tốc độ nhanh hơn và ngược lại

Chương 2 THIẾT KẾ MẠCH
2.1 Tính toán chọn linh kiện bán dẫn
Dựa vào các yếu tố cơ bản dòng tải, sơ đồ cần chọn, điều kiện tản nhiệt, điện áp
làm việc.
P: Công suất định mức của tải Pđm=240W

U: Điện áp định mức U=220V
cos : Hệ số công suất tải lấy cos =0,8


Khi đó :
- Điện áp làm việc cực đại của triac
U = K .U =

2

.220 = 311,13V

Điện áp của van cần chọn
U = K . U = 1.2.311,13 = 373.356 V
K là hệ số dự trữ điện áp .Với phần tính toán này chúng em lấy điện áp dự trữ của
van là Kdt=1.2
- Dòng điện làm việc của van được tính theo dòng hiệu dụng
Itải=1.36 A
Tai

Với I =

P
U . cos ϕ

= 240/(220×0.8)=1.36 A

Với các thông số trên theo datasheet cũng như độ phổ biến ngoài thị trường chúng
em quyết định lựa chọn loại van TIC226 có các thông số sau :


Hình 9
Điện áp định mức: Uđm = 400-800V.
Dòng điện định mức: Iđm = 8 A

.

Dòng điện điều khiển: Iđk = 50m A.
Nhiệt độ làm việc cực đại: T0C = 2300C.
Trên đây là thông số em chọn ứng với tải là động cơ điện một pha công suất
nhỏ.các giá trị của nguồn khó có thể vượt qua giá trị này nên chúng em quyết định sử
dung TIC226 làm van mạch lực.


Các giá trị trên em lấy trên datasheet của triac
Với các giá trị của van đều đáp ứng và sát các thông số yêu cầu của đông cơ nên
chúng em quyết định sử dụng van này trong mạch

2.2 Bảo vệ quá áp cho van

C

R

Bảo vệ quá điện áp do quá trình đóng cắt Triac được
thực hiện bằng cách mắc R-C song song với triac. Khi có sự chuyển mạch các điện tích
tích tụ trong các lớp bán dẫn, phóng ra ngoài tạo ra dòng điện ngược trong khoảnh thời
gian ngắn. Sự biến thiên nhanh chóng của dòng điện ngược sẽ gây ra sức điện động
cảm ứng rất lớn trong các điện cảm làm cho quá điện áp giữa Anot và Katot của triac
(hoặc thyristor). Khi có mạch R - C mắc song song với triac tạo ra mạch vòng phóng
điện trong quá trình chuyển mạch nên triac không bị quá điện áp.


Hình 10 : sơ đồ mạch động lực được lựa chọn
Với R=10k Ohm và C = 220nF

2.3 Sơ đồ mạch mô phỏng trên proteus


Hình 11 : Mạch mô phỏng


Hình 12 : Sơ đồ mạch in


LỜI KẾT
Như vậy, sau khi nhận và thực hiện bài tập lớn môn học với đề tài : “Chế tạo
mạch điều chỉnh quạt có thông số Uđm=220V; Pđm=240W dùng Triac” bằng các phần
tử bán dẫn công suất cho đến nay chúng em đã hoàn thành. Cùng với sự nỗ lực cố gắng
của bản thân, sự giúp đỡ của bạn bè trong lớp, và đặc biệt với sự giúp đỡ nhiệt tình, tận
tâm của thầy: Khổng Cao Phong chúng em đã thực hiện được một cách tương đối tốt
những yêu cầu cơ bản mà đề tài đặt ra.
Nhưng bên cạnh đó, trong thời gian thực hiện đề tài, do với trình độ kiến thức
còn có hạn nên không tránh khỏi những sai sót . Do đó chúng em rất mong sẽ nhận
được những ý kiến đóng góp của các thầy, cô giáo và các bạn để đề tài của chúng em
ngày một được hoàn thiện hơn.
Chúng em cũng xin được cảm ơn tất cả các thầy, các cô giáo thuộc bộ môn
‘Điện tử công suất ’đã giúp đỡ chúng em ,tận tình chỉ bảo để chúng em có thể hoàn
thiện được đề tài đồ án này.
Một lần nữa, chúng em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, tháng 11 năm 2015
Nhóm sinh viên thực hiện đồ án :

Trịnh Xuân Phương
Phùng Đặng Tùng Anh
Đặng Văn Thuận
Phạm Đức Thắng
Hoàng Văn Lĩnh
Nguyễn Văn Kiên