Trường Đại Học SPKT Hưng Yên
Khoa Điện - Điện Tử
điện

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Điện tử công suất &truyền động

LỜI NÓI ĐẦU..........................................................................................................4
CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT...........................................................................5
1.1 Giới thiệu về động cơ xoay chiều một pha......................................................5
1.1.1 Khái niệm................................................................................................5
1.1.2 Cấu tạo của động cơ xoay chiều một pha..................................................5
1.1.3 Nguyên lý hoạt động của động cơ một pha...............................................6
1.1.4 Các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ một pha..............................6
1.2 Giới thiệu bộ điều áp xoay chiều....................................................................7
1.2.1 Khái niệm, phân loại.................................................................................7
1.2.2 Nguyên lý hoạt động.................................................................................7
1.2.3 Một số phương pháp điều chỉnh điện áp xoay chiều.................................7
1.2.4 Bộ biến đổi điện áp xoay chiều sử dụng hai SCR...................................11
a, Trường hợp tải thuần trở..............................................................................11
b, Trường hợp tải L, thuần cảm.......................................................................12
c, Trường hợp tải R + L...................................................................................13
1.3 Nguyên tắc điều khiển bộ biến đổi điện áp xoay chiều..................................14
1.3.1 Giới thiệu về vi mạch TCA 785..............................................................14
1.3.2 Kí hiệu của TCA 785..............................................................................15
1.3.3 Chức năng chân của TCA 785...............................................................15
1.3.4 Dạng sóng dòng điện..............................................................................16
1.3.5 Sơ đồ cấu tạo của TCA 785....................................................................17
1.3.6 Nguyên ký làm việc của vi mạch TCA 785.............................................17
1.3.7 Sơ đồ mạch ứng dụng TCA785 điều khiển Thyristor trong mạch điều áp.
......................................................................................................................... 18

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU ÁP XOAY CHIỀU MỘT
PHA SỬ DỤNG HAI SCR......................................................................................19
2.1. Thiết kế sơ đồ khối và chức năng từng khối.................................................19
GVHD: Nguyễn Đình Hùng
SVTH: Nguyễn Văn Hiếu
Nguyễn Văn Hoàng

Trang 1


Trường Đại Học SPKT Hưng Yên
Khoa Điện - Điện Tử
điện

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Điện tử công suất &truyền động

2.2 Thiết kế sơ đồ nguyên lý và nguyên tắc hoạt đông của từng mạch................19
2.2.1 Thiết kế mạch động lực...........................................................................19
2.2.2 Thiết kế mạch điều khiển........................................................................20
2.2.3 Thiết kế mạch cách ly.............................................................................24
2.2.4 Thiết kế mạch nguồn...............................................................................26
2.3 Thiết kế sơ đồ nguyên lý,nguyên tắc hoạt động toàn mạch............................27
2.3.1 Thiết kế sơ đồ nguyên lý.........................................................................27
2.3.2 Nguyên lý hoạt động toàn mạch.............................................................27
2.3.3 Sơ đồ mạch in.........................................................................................28
2.4.Tính chọn van động lực.................................................................................28
2.5 Tính chọn mạch điều khiển............................................................................30
2.6 Tính chọn thiết bị bảo vệ...............................................................................30
2.6.1 Bảo vệ quá nhiệt.....................................................................................30

2.6.2 Bảo vệ quá dòng điện cho van................................................................31
2.6.3 Bảo vệ quá điện áp cho van....................................................................31
2.7 Phương hướng phát triển của đề tài...............................................................31
CHƯƠNG III: KHẢO SÁT VÀ ĐÁNH GIÁ..........................................................33
KẾT LUẬN.............................................................................................................33

GVHD: Nguyễn Đình Hùng
SVTH: Nguyễn Văn Hiếu
Nguyễn Văn Hoàng

Trang 2


Trường Đại Học SPKT Hưng Yên
Khoa Điện - Điện Tử
điện

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Điện tử công suất &truyền động

Nhận xét của giáo viên hướng dẫn
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
................................................................
Ngày ... Tháng... Năm 2017.
Giáo viên hướng dẫn

GVHD: Nguyễn Đình Hùng
SVTH: Nguyễn Văn Hiếu
Nguyễn Văn Hoàng

Trang 3


Trường Đại Học SPKT Hưng Yên

Khoa Điện - Điện Tử
điện

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Điện tử công suất &truyền động

LỜI NÓI ĐẦU
--------***-------Điện tử công suất là một môn học hay và lý thú, cuốn hút được nhiều sinh
viên theo đuổi, tìm hiểu bởi những tiện ích và khả năng ứng dụng mạnh mẽ mà nó
mang lại cho sự phát triển của nhiều ngành, đặc biệt là điện tự động hoá.
Là những sinh viên chuyên nghành điện tử công nghiệp, chúng em muốn
được tiếp cận và hiểu sâu hơn nữa bộ môn điện tử công suất, vì vậy đồ án môn học
chế tạo sản phẩm là điều kiện tốt giúp chúng em kiểm chứng và củng cố lý thuyết
đã được học.Trong đồ án điện tử công suất lần này, chúng em đã được thầy giáo
Nguyễn Đình Hùng giao đề tài “ Thiết kế chế tạo bộ điều áp xoay chiều một pha
sử dụng hai SCR ”. Sau thời gian nghiên cứu, chúng em đã chế tạo thành công bộ
điều khiển điện áp xoay chiều 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 Nguyễn Đình Hùng, sự góp ý kiến
của các thầy cô trong khoa và 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 các thầy,cô và các bạn trong các đồ án sau này.
Nhóm sinh viên thực hiện:
Nguyễn Văn Hiếu
Nguyễn Văn Hoàng

GVHD: Nguyễn Đình Hùng
SVTH: Nguyễn Văn Hiếu
Nguyễn Văn Hoàng


Trang 4


Trường Đại Học SPKT Hưng Yên
Khoa Điện - Điện Tử
điện

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Điện tử công suất &truyền động

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1.1 Giới thiệu về động cơ xoay chiều một 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.

Hình 1: Động cơ điện xoay chiều 1 pha.
1.1.2 Cấu tạo của động cơ xoay chiều một pha.
Động cơ gồm có hai phần chính là stator và rotor. Stato gồm các cuộn dây
của ba pha điện quấn trên các lõi sắt bố trí trên một vành tròn để tạo ra từ trường
quay. Rôto hình trụ có tác dụng như một cuộn dây quấn trên lõi thép.
a, Phần quay (rotor):
Gồm các bộ phận sau:
- Lõi thép phần ứng:
Lõi sắt phần ứng dùng để dẫn từ. thông thường dùng những lá thép kỹ thuật
điện phủ cách điện ở hai đầu rồi ép chặt lại. Trên lá thép có dập hình dạng rãnh để

sau khi ép lại thì đặt dây quấn vào.
- Dây quấn phần ứng:

GVHD: Nguyễn Đình Hùng
SVTH: Nguyễn Văn Hiếu
Nguyễn Văn Hoàng

Trang 5


Trường Đại Học SPKT Hưng Yên
Khoa Điện - Điện Tử
điện

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Điện tử công suất &truyền động

Dây quấn phần ứng là phần sinh ra suất điện động và có dòng điện chạy qua.
Thường làm bằng dây đồng có bọc cách điện.Trong máy điện nhỏ thường dùng
dây có tiết diện tròn, trong máy điện vừa và lớn thường dùng dây tiết diện hình
chữ nhật. Dây quấn được cách điện với rãnh của lõi thép.
- Trục máy: Trên đó đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt và ổ bi. Trục máy
thường làm bằng thép Cacbon tốt.
b, phần tĩnh (stato):
Gồm có hai phần:
- Cực từ chính: được ghép từ các miếng thép kỹ thuật điện và dây quấn kích từ
lồng ngoài.
Cực từ chính tạo nên từ trường chính trong máy và phân bố từ trường trên bề
mặt phần ứng.
Dây quấn kích từ là dây đồng hoặc dây nhôm. Các cuộn dây kích từ đặt trên các

cực từ này được nối tiếp với nhau.
- Cực từ phụ:
Các cực từ phụ đặt xen giữa các cực từ chính để hạn chế các tia lửa điện và cải
thiện đổi chiều. Lõi thép cực từ phụ thường làm bằng thép, dây quấn bằng đồng
hoặc nhôm được bọc cách điện mắc nối tiếp với phần ứng.

Hình 2: Roto và stato.
1.1.3 Nguyên lý hoạt động của động cơ một pha.
Khi mắc động cơ vào mạng điện xoay chiều, từ trường quay do stato gây ra
làm cho rôto quay trên trục. Chuyển động quay của rôto được trục máy truyền ra
ngoài và được sử dụng để vận hành các máy công cụ hoặc các cơ cấu chuyển động
khác.
GVHD: Nguyễn Đình Hùng
SVTH: Nguyễn Văn Hiếu
Nguyễn Văn Hoàng

Trang 6


Trường Đại Học SPKT Hưng Yên
Khoa Điện - Điện Tử
điện

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Điện tử công suất &truyền động

1.1.4 Các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ một pha.
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.
1.2 Giới thiệu bộ điều áp xoay chiều.
1.2.1 Khái niệm, phân loại.
- Bộ điều chỉnh điện áp xoay chiều gọi tắt là điều áp xoay chiều thực hiện
biến đổi điện áp xoay chiều về độ lớn và dạng sóng nhưng tần số không thay đổi
( AC.voltage controler).
- Phân loại: Dựa vào số pha nguồn cấp mà ta có các bộ điều chỉnh điện áp
khác nhau là Điều áp xoay chiều một pha, Điều áp xoay chiều ba pha.
1.2.2 Nguyên lý hoạt động.
Các bộ biến đổi điện áp xoay chiều dùng để biến đổi điện áp hiệu dụng đặt lên
tải. Nguyên lý của bộ biến đổi này là dùng các phần tử van bán dẫn nối tải với
nguồn trong một khoảng thời gian t1 rồi lại cắt đi trong một khoảng thời gian t 0 theo
một chu kỳ lặp lại T. Bằng cách thay đổi độ rộng của t 1 hay t0 trong khoảng T ta
thay đổi được giá trị điện áp trung bình ra trên tải. Nguyên lý này có ưu điểm là
điều chỉnh điện áp ra trong một phạm vi rộng và vô cấp, hiệu suất cao vì tổn thất
trên các phân tử điện tử công suất rất nhỏ.
Điều áp xoay chiều thường được sử dụng trong điều khiển chiếu sáng, đốt
nóng, trong khởi động mềm và điều chỉnh tốc độ quạt gió hoặc máy bơm nước...
1.2.3 Một số phương pháp điều chỉnh điện áp xoay chiều.
Hình 3 giới thiệu một số mạch điều áp xoay chiều một pha. Hình 3a là điều
áp xoay chiều điều khiển bằng cách mắc nối tiếp với tải một điện kháng hay điện
trở phụ (tổng trở phụ ) biến thiên. Sơ đồ mạch điều chỉnh này đơn giản dễ thực
hiện.Tuy nhiên, mạch điều chỉnh kinh điển này hiện nay ít được dùng, do hiệu suất
thấp (nếu Zf là điện trở ) hay cos thấp(nếu Zf là điện cảm ).

GVHD: Nguyễn Đình Hùng
SVTH: Nguyễn Văn Hiếu
Nguyễn Văn Hoàng


Trang 7


Trường Đại Học SPKT Hưng Yên
Khoa Điện - Điện Tử
điện

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Điện tử công suất &truyền động

Zf
U1

TBB§
U2 i Z

a

U1

i

Z

U2

b

i


U1

Z

U2

C

Hình 3: Các phương pháp điều áp xoay chiều một pha
Người ta có thể dùng biến áp tự ngẫu để điều chỉnh điện áp xoay chiều U 2
như trên hình 3b. Điều chỉnh bằng biến áp tự ngẫu có ưu điểm là có thể điều chỉnh
điện áp U2 từ 0 đến trị số bất kì, lớn hay nhỏ hơn điện áp vào. Nếu cần điện áp ra có
điều chỉnh, mà vùng điều chỉnh có thể lớn hơn điện áp vào, thì phương án phải dùng
biến áp là tất yếu. Tuy nhiên, khi dòng tải lớn, sử dụng biến áp tự ngẫu để điều
chỉnh, khó đạt được yêu cầu như mong muốn, đặc biệt là không điều chỉnh liên tục
được, do chổi than khó chế tạo để có thể chỉ tiếp xúc trên một vòng dây của biến áp.
Hai giải pháp điều áp xoay chiều trên hình 3a,b có chung ưu điểm là điện áp
hình sin, đơn giản. Có chung nhược điểm là quán tính điều chỉnh chậm và không
điều chỉnh liên tục khi dòng tải lớn. Sử dụng sơ đồ bán dẫn để điều chỉnh xoay
chiều, có thể khắc phục được những nhược điểm vừa nêu.
Các sơ đồ điều áp xoay chiều bằng bán dẫn trên hình 3c được sử dụng phổ
biến.Lựa chọn sơ đồ nào trong các sơ đồ trên tuỳ thuộc dòng điện, điện áp tải và
khả năng cung cấp các linh kiện bán dẫn. Có một số gợi ý khi lựa chọn các sơ đồ
hình 3c như sau:

GVHD: Nguyễn Đình Hùng
SVTH: Nguyễn Văn Hiếu
Nguyễn Văn Hoàng

Trang 8



Trường Đại Học SPKT Hưng Yên
Khoa Điện - Điện Tử
điện

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Điện tử công suất &truyền động

T1

U1

T

T1

a.

Z

U1

Z

T2

b.
D1


D2

D1
D2

T2

U1

T
Z

U1

c.

D4

D3

Z

d.

Hình 4: Sơ đồ điều áp xoay chiều một pha bằng van bán dẫn
a. bằng hai tiristor song song ngược; b. bằng triac
c. bằng một tiristor một diod; d. bằng bốn diod một tiristor
- Sơ đồ kinh điển hình 4.a: Thường được sử dụng rộng rãi hơn, do có thể
điều khiển được với mọi công suất tải. Hiện nay Tiristor được chế tạo có dòng điện
đến 7000A, thì việc điều khiển xoay chiều đến hàng chục nghìn ampe theo sơ đồ

này là hoàn toàn đáp ứng được
Tuy nhiên, việc điều khiển hai tiristor song song ngược đôi khi có chất lượng
điều khiển không tốt lắm, đặc biệt là khi cần điều khiển đối xứng điện áp, nhất là
khi cung cấp cho tải đòi hỏi thành phần điện áp đối xứng (chẳng hạn như biến áp
GVHD: Nguyễn Đình Hùng
SVTH: Nguyễn Văn Hiếu
Nguyễn Văn Hoàng

Trang 9


Trường Đại Học SPKT Hưng Yên
Khoa Điện - Điện Tử
điện

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Điện tử công suất &truyền động

hay động cơ xoay chiều). Khả năng mất đối xứng điện áp tải khi điều khiển là do
linh kiện mạch điều khiển tiristor gây nên sai số. Điện áp tải thu được gây mất đối
xứng như so sánh trên hình 4.b.
Điện áp và dòng điện không đối xứng như hình 5.b cung cấp cho tải, sẽ làm
cho tải có thành phần dòng điện một chiều, các cuộn dây bị bão hoà, phát nóng và
bị cháy.Vì vậy việc định kì kiểm tra, hiệu chỉnh lại mạch là việc nên thường xuyên
làm đối với sơ đồ mạch này.Tuy vậy, đối với dòng điện tải lớn thì đây là sơ đồ tối
ưu hơn cả cho việc lựa chọn.

U

U

Tả
i

U
1

t

a
U Hình 5. Hình dạng đường cong điện áp điều khiển
Tả
i 2
t

- Sơ đồ hình 4.b: Để khắc phục nhược điểm vừa nêu về việc ghép hai tiristor
song song ngược, triac bra đời. Sơ đồ này có ưu điểm là các đường cong điện áp ra
gần như mong muốn như hình 5.a, nó còn có ưu điểm hơn khi lắp ráp. Sơ đồ mạch
này hiện nay được sử dụng khá phổ biến trong công nghiệp.Tuy nhiên triac hiện nay
được chế tạo với dòng điện không lớn (I < 400A), nên với những dòng điện tải lớn
cần phảighép song song các triac, lúc đó sẽ phức tạp hơn về lắp ráp và khó điều
khiển song song.Những tải có dòng điện trên 400A thì sơ đồ hình 4.b ít dùng.
- Sơ đồ hình 4.c: Có hai tiristor và hai điốt có thể được dùng chỉ để nối các cực
điều khiển đơn giản, sơ đồ này có thể được dùng khi điện áp nguồn cấp lớn (cần
phân bổ điện áp trên các van, đơn thuần như việc mắc nối tiếp các van).
- Sơ đồ hình 4.d: trước đây thường được dùng, khi cần điều khiển đối xứng
điện áp trên tải, vì ở đây chỉ có một tiristor một mạch điều khiển nên việc điều
khiển đối xứng điện áp dễ dàng hơn.Số lượng tiristor ít hơn, có thể sẽ có ưu điểm
hơn khi van điều khiển còn hiếm. Tuy nhiên, việc điều khiển theo sơ đồ này dẫn
GVHD: Nguyễn Đình Hùng
SVTH: Nguyễn Văn Hiếu

Nguyễn Văn Hoàng

Trang 10


Trường Đại Học SPKT Hưng Yên
Khoa Điện - Điện Tử
điện

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Điện tử công suất &truyền động

đến tổn hao trên các van bán dẫn lớn, làm hiệu suất của hệ thống điều khiển thấp.
Ngoài ra, tổn hao năng lượng nhiệt lớn làm cho hệ thống làm mát khó khăn hơn.

1.2.4 Bộ biến đổi điện áp xoay chiều sử dụng hai SCR.

Hình 6: Sơ đồ bộ điều áp xoay chiều 1 pha sử dụng hai SCR.
a, Trường hợp tải thuần trở.
Khi T1 mở thì một phần của nửa chu kỳ dương điện áp nguồn điện đặt lên
mạch tải, còn khi T2 mở thì một phần của nửa chu kỳ âm của v được đặt lên mạch
tải
Góc mở được tính từ điểm đi qua giá trị 0 của điện áp nguồn v.
Dòng điện tải:
I= , với
+2
Thành phần sóng cơ bản của dòng điện tải I lệch chậm sau điện áp nguồn v
một góc
Điều đó nói lên rằng, ngay cả trường hợp tải thuần trở, lưới điện xoay chiều
vẫn phải cung cấp một lượng công suất phản kháng.

Giá trị hiệu dụng của điện áp trên tải:
Uc = = V.
Giá trị hiệu dụng của dòng tải:
Ic= .()
Công suất tác dụng cung cấp cho mạch tải:
P = UcIc = ().()
GVHD: Nguyễn Đình Hùng
SVTH: Nguyễn Văn Hiếu
Nguyễn Văn Hoàng

Trang 11


Trường Đại Học SPKT Hưng Yên
Khoa Điện - Điện Tử
điện

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Điện tử công suất &truyền động

Như vậy bằng cách làm biến đổi góc từ 0 đến , người ta co thể điều chỉnh
được công suất tác dụng từ giá trị cực đại P =() đến 0
b, Trường hợp tải L, thuần cảm.
Khi = cho xung mở T 1. Dòng điện tải i tăng dần lên và đạt giá trị cực đại,
sau đó giảm xuống và đạt giá trị 0 khi =
Khi tiristor T1 mở, ta có phương trình:
L= Vsint
I= -cos+I0
Hằng số tích phân I0 được xác định : khi = thì i=0. Cuối cùng nhận được
biểu thức của dòng điện tải

I= (cos- cos)
Góc được xác định bằng cách thay = và đặt I=0:
= 2Khi = + cho xung mở T2
Để sơ đồ làm việc được nghiêm chỉnh khi tải thuần cảm thoả mãn
+ . Do đó góc phải nằm trong giới hạn .
Thành phần sóng cơ bản lệch chéo. Sau điện áp nguồn v một góc độc lập với
góc
Giá trị hiệu dụng của dòng điện tải:
Ic =
Công suất mạch tải tiêu thụ là công suất phản kháng.

c, Trường hợp tải R + L.

GVHD: Nguyễn Đình Hùng
SVTH: Nguyễn Văn Hiếu
Nguyễn Văn Hoàng

Trang 12


Trường Đại Học SPKT Hưng Yên
Khoa Điện - Điện Tử
điện

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Điện tử công suất &truyền động

Hình 7: Hình dáng dòng điện và điện áp đối với tải R-L.
Phương trình mô tả quá trình thay đổi dòng điện khi tiristo dẫn điện trong
khoảng


  � �   
U m sin   i.R  .L

di
d

 - khoảng dẫn điện của tiristo.
Giải phương trình trên ta có:
 

U
i     m sin       A.e tg
Z

101\* MERGEFORMAT (.)
Z  R 2   .L  ;   arctg
2

 .L
R

A là hằng số tích phân, được tính từ điều kiện  =  thì i = 0.
Tính A và thay vào biểu thức (4.6) biểu thức dòng tải sẽ có dạng:
i  

Um
Z

 

�
�
tg
sin




sin



e




�
�
�
�

202\* MERGEFORMAT (.)
Khi  =  +  thì i(t) = 0, thay vào phương trình (4.7) ta có:
sin         sin      e




tg


303\* MERGEFORMAT (.)
GVHD: Nguyễn Đình Hùng
SVTH: Nguyễn Văn Hiếu
Nguyễn Văn Hoàng

Trang 13


Trường Đại Học SPKT Hưng Yên
Khoa Điện - Điện Tử
điện

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Điện tử công suất &truyền động

Khi  >, dòng tải gián đoạn, còn khi  < dòng sẽ liên tục và điện áp trên
tải sẽ không thay đổi. Chỉ có thể điều chỉnh điện áp khi góc dẫn của tiristo nằm
trong khoảng   .
1.3 Nguyên tắc điều khiển bộ biến đổi điện áp xoay chiều.
Như ta đã biết để các van có thể mở đúng các thời điểm mong muốn, thì ngoài điều
kiện phải đặt điện áp thuận thì trên điện cưc điều khiển và Catot phải có một điện áp
điều khiển. Để có hệ thống các tín hiệu điều khiển xuất hiện đúng theo yêu cầu thì
ta phải có một mạch điện để tạo ra các tín hiệu dố và được gọi là mạch điều khiển.
Điện áp điều khiển phải đáp ứng các yêu cầu cần thiết như công suất, biên độ , thời
gian tồn tại. Các thông số cần thiết của tín hiệu điều khiển đã được cho sẵn trong
các tài liệu nghiên cứu về van.
+ Dùng IC tích hợp TCA 785
Đối với việc điều khiển điện áp một chiều ta có thể sử dụng vi mạch tích hợp TCA
785 để đơn giản mạch điều khiển.

+ Ưu điểm:
-Mạch đơn giản, ít khâu điều khiển.
-Tạo ra điện áp đối xứng.
-Chất lượng điện áp ra như mong muốn.
+ Nhược điểm :Giá thành đắt.
1.3.1 Giới thiệu về vi mạch TCA 785.
Vi mạch TCA 785 là vi mạch phức hợp thực hiện 4 chức năng của một mạch điều
khiển: Tạo điện áp đồng bộ, tạo điện áp răng cưa, so sánh và tạo xung ra. TCA 785
do hang Simen chế tạo được sử dụng để điều khiển các thiết bị chỉnh lưu, thiêt bị
điều chỉnh dòng xoay chiều.
+ Đặc trưng:
- Dễ phát hiện việc chuyển qua điểm không.
- Phạm vi ứng dụng rộng rãi
- Có thể hoạt động 3 pha (3 IC).
- Dòng điện ra 250 mA.
- Mạch thiết kế đơn giản, thi công nhanh dễ điều khiển và hiệu chỉnh.
- Hoạt động tin cậy.
- Dải điều chỉnh và góc điều khiển rộng.

GVHD: Nguyễn Đình Hùng
SVTH: Nguyễn Văn Hiếu
Nguyễn Văn Hoàng

Trang 14


Trường Đại Học SPKT Hưng Yên
Khoa Điện - Điện Tử
điện


ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Điện tử công suất &truyền động

1.3.2 Kí hiệu của TCA 785.

Hình 8: Sơ đồ chân TCA 785.

1.3.3 Chức năng chân của TCA 785.
Chân

Kí hiệu

Chức năng

1

GND

Chân nối đất

2
3

Đầu ra 2 đảo
QU

4

Dầu ra U
Đầu ra 1 đảo


5

VSYNC

Tín hiệu đồng bộ

6

I

Tín hiệu cấm

7

QZ

Đầu ra z

8

VREF

Điện áp chuẩn

9

R9

Điện áp tạo xung răng cưa


10

C10

Tụ tạo xung răng cưa

GVHD: Nguyễn Đình Hùng
SVTH: Nguyễn Văn Hiếu
Nguyễn Văn Hoàng

Trang 15


Trường Đại Học SPKT Hưng Yên
Khoa Điện - Điện Tử
điện

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Điện tử công suất &truyền động

11

V11

Điện áp điều khiển

12

C12


Tụ tạo độ rộng xung

13

L

Tín hiệu điều khiển xung ngắn,
xung rộng

14

Q1

Xung ra ở nửa chu kỳ âm

15

Q2

Xung ra ở nửa chu kỳ dương

16

VS

Điện áp nguồn nuôi

1.3.4 Dạng sóng dòng điện.


Hình 9: Dạng sóng dòng điện ,điện áp

GVHD: Nguyễn Đình Hùng
SVTH: Nguyễn Văn Hiếu
Nguyễn Văn Hoàng

Trang 16


Trường Đại Học SPKT Hưng Yên
Khoa Điện - Điện Tử
điện

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Điện tử công suất &truyền động

1.3.5 Sơ đồ cấu tạo của TCA 785.

Hình 10: Sơ đồ cấu tạo TCA785
1.3.6 Nguyên ký làm việc của vi mạch TCA 785
TCA 785 là một vi mạch phức hợp thực hiện 4 chức năng của một mạch
điều khiển: “tề đầu” điện áp đồng bộ tạo điện áp răng cưa đồng bộ, so sánh và tạo
xung ra. Nguồn nuôi qua chân 16. Tín hiệu đồng bộ được lấy qua chân số 5 và số 1.
Tín hiệu điều khiển được đưa vào chân 11. Một bộ nhận biết điện áp 0 sẽ kiểm tra
điện áp lấy vào chuyển trạng thái và sẽ chuyển tín hiệu này đến bộ phận đồng bộ.
Bộ phận đồng bộ này sẽ điều khiển tụ C10; Tụ C10 sẽ được nạp đến điện áp không
đổi (quyết định bởi R9). Khi điện áp V10 đạt đến điện áp V11 thì một tín hiệu sẽ
được đưa vào khâu logic. Tuỳ thuộc vào biên độ điện áp điều khiển V 11, góc mở α
có thể thay đổi từ 0 đến 180o. Với mỗi nửa chu kì song một xung dương xuất hiện ở
Q1, Q2 . Độ rộng trong khoảng 30-80μs.

Độ rộng xung có thể kéo dài đến 180o thông qua tụ C12.
Nếu chân 12 nối đất thì sẽ có xung trong khoảng α đến 180o.
Nguyên lí hoạt động của khâu tạo xung điều khiển:
Điện áp lưới sau khi qua máy biến áp được hạ xuống 15VAC đưa vào chân số 5 và
chân số 1 qua điện trở R. Tín hiệu điều khiển V dk được đưa vào chân 11 so sánh với
điện áp răng cưa tạo bởi tụ C 10 cho ta xung điều khiển thyristor có góc mở α tăng
dần ở đầu ra chân 14 và 15. Khi xảy ra ngắn mạch chân 16 nhận được tín hiệu cấm,
tại chân 14 và 15 không còn tín hiệu đầu ra.
Từ yêu cầu thực tiễn ta chọn IC TCA 785 do hãng SIMEN sản xuất cùng các
linh kiện đi kèm sau: C10= 104, C12= 473, R9= 33kΩ ,R5= 1MΩ,VR1= VR2= 10kΩ
GVHD: Nguyễn Đình Hùng
SVTH: Nguyễn Văn Hiếu
Nguyễn Văn Hoàng

Trang 17


Trường Đại Học SPKT Hưng Yên
Khoa Điện - Điện Tử
điện

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Điện tử công suất &truyền động

Hình 11: Khâu tạo xung điều khiển
1.3.7 Sơ đồ mạch ứng dụng TCA785 điều khiển Thyristor trong mạch điều áp.

Hình 12: Sơ đồ mạch ứng dụng TCA785

GVHD: Nguyễn Đình Hùng

SVTH: Nguyễn Văn Hiếu
Nguyễn Văn Hoàng

Trang 18


Trường Đại Học SPKT Hưng Yên
Khoa Điện - Điện Tử
điện

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Điện tử công suất &truyền động

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU ÁP XOAY CHIỀU
MỘT PHA SỬ DỤNG HAI SCR.
2.1. Thiết kế sơ đồ khối và chức năng từng khối.

-

Hình 13: Sơ đồ khối toàn mạch.
Khối nguồn: Cung cấp nguồn điện cho toàn mạch hoạt động.
Khối mạch điều khiển: Điều khiển mọi hoạt động của mạch.
Khối mạch cách ly: Chống ngược dòng giữa các khối có chênh lệch nhau về
điện áp hay công suất.
Khối mạch động lực: Làm động cơ điện một pha hoạt động theo sự điều
khiển của khối điều khiển.

2.2 Thiết kế sơ đồ nguyên lý và nguyên tắc hoạt đông của từng mạch.
2.2.1 Thiết kế mạch động lực.
Với yêu cầu của đề tài là thiết kế bộ điều áp xoay chiều sử dụng hai SCR nên

chúng em chọn sơ đồ dùng 2 THYRISTOR(SCR) mắc song song ngược để điều
khiển.

GVHD: Nguyễn Đình Hùng
SVTH: Nguyễn Văn Hiếu
Nguyễn Văn Hoàng

Trang 19


Trường Đại Học SPKT Hưng Yên
Khoa Điện - Điện Tử
điện

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Điện tử công suất &truyền động

Hình 14: Mạch động lực.
2.2.2 Thiết kế mạch điều khiển
 Khái niệm mạch điều khiển
Như ta đã biết để các van có thể mở đúng các thời điểm mong muốn, thì ngoài
điều kiện phải đặt điện áp thuận thì trên điện cưc điều khiển và Catot phải có một
điện áp điều khiển. Để có hệ thống các tín hiệu điều khiển xuất hiện đúng theo yêu
cầu thì ta phải có một mạch điện để tạo ra các tín hiệu dố và được gọi là mạch điều
khiển. điện áp điều khiển phải đáp ứng các yêu cầu cần thiết như công suất, biên độ,
thời gian tồn tại. Các thông số cần thiết của tín hiệu điều khiển đã được cho sẵn
trong các tài liệu nghiên cứu về van. Đặc điểm của triac là khi van mở thì việc còn
tín hiệu điều khiển nữa hay không, không ảnh hưởng tói dòng qua van. Vì vậy,
người ta tạo ra tín hiệu điều khiển có dạng xung để hạn chế công suất và tổn thất.
Bộ phát xung điều khiển được chia làm hai nhóm:

- Hệ thống điều khiển đồng bộ: Các xung ĐK xuất hiện đúng thời điểm cần
mở van và lặp đi lặp lại mang tính chu kỳ.
- Hệ thống ĐK không đồng bộ: Các xung ĐK không tuân theo giá trị của góc
ĐK.
 Phân tích mạch điều khiển
Điều khiển thyristor trong sơ đồ chỉnh lưu hiện nay có rất nhiều phương
pháp khác nhau thường gặp là điều khiển theo nguyên tắc thẳng đứng tuyến tính.
Theo nguyên tắc này để điều khiển góc mở của Triac ta tạo ra một điện áp
tựa dạng tam giác (điện áp tựa răng cưa U rc). Dùng một điện áp một chiều U đk để so
sánh với điện áp tựa. Tại thời điểm hai điện áp này bằng nhau(Uđk= Urc) .
Trong vùng điện áp dương anot thì phát xung điều khiển cho tới cuối bán kỳ
(hoặc tới khi dòng điện bằng 0) .
Để thực hiện ý đồ trên mạch điều khiển bao gồm 3 khâu cơ bản:

Hình 15: Sơ đồ khối các khâu trong mạch điều khiển.
GVHD: Nguyễn Đình Hùng
SVTH: Nguyễn Văn Hiếu
Nguyễn Văn Hoàng

Trang 20


Trường Đại Học SPKT Hưng Yên
Khoa Điện - Điện Tử
điện

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Điện tử công suất &truyền động

* Nhiệm vụ của các khâu trong sơ đồ khối như sau:

1. Khâu đồng bộ: Có nhiệm vụ tạo ra điện áp tựa U rc tuyến tính trùng pha với điện
áp Anot (cực G) của Triac
2. Khâu so sánh: Nhận tín hiệu điện áp tựa và điện áp điều khiển. Có nhiệm vụ so
sánh giữa điện áp tựa với điện áp điều khiển U đk. Tìm thời điểm hai điện áp bằng
nhau(Uđk= Urc). Tại thời điểm hai điện áp này bằng nhau thì phát xung điều khiển ở
đầu ra để gửi sang tầng tạo xung và khuếch đại xung.
3. Khâu tạo xung và khuếch đại xung: Có nhiệm vụ tạo xung phù hợp để mở Triac.
Xung để mở Triac cần có các yêu cầu: Sườn trước dốc thẳng đứng để đảm bảo mở
Triac tức thời khi có xung điều khiển (Thường gặp là xung kim hoặc xung chữ nhật)
đủ độ rộng (với độ rộng xung lớn hơn thời gian mở củacTriac). Cách ly giữa mạch
điều khiển và mạch động lực (nếu điện áp động lực quá lớn) đủ công suất.
 Nguyên lý mạch điều khiển:
Tín hiệu điện áp cung cấp cho mạch điều khiển được đưa đến khối đồng pha.
Đầu ra của khối này có điện áp thường là hình sin cùng tần số và có thể lệch pha
một góc xác định so với điện áp nguồn. Điện áp này gọi là điện áp đồng bộ V đb .
Đầu ra của mạch phát điện răng cưa ta có các điện áp răng cưa đồng bộ về tần số và
góc pha với điện áp đồng bộ. Các điện áp này gọi là điện áp răng cưa V rc. Điện áp
răng cưa Vrc được đưa vào đầu vào của khối so sánh. Tại đó có một tín hiệu khác
nữa là điện áp một chiều điều chỉnh lấy từ ngoài. Hai tín hiệu này được mắc với cực
tính sao cho tác động của chúng lên mạch so sánh là ngược chiều nhau. Khối so
sánh làm nhiệm vụ so sanh hai tín hiệu này. Tại thời điểm hai tín hiệu này bằng
nhau thì tín hiệu đầu ra khối so sánh là các xung xuất hiện với chu kỳ của V rc . Xung
răng cưa có hai sườn trong đó có một sườn mà tại đó thì đầu ra khối so sánh xuất
hiện một xung điện áp thì sườn đó là sườn sử dụng . Vậy ta có thể thay đổi thời
điểm của xung xuất hiện tại đầu ra khối so sánh bằng cách thay đổi V đk khi giữ
nguyên dạng của Vrc
Trong một số trường hợp xung ra khối so sánh được đưa ngay đến đầu cực của
thiết bị cần điều khiển nhưng trong đa số các trường hợp thì tín hiệu ra khối so sánh
chưa đủ yêu cầu cần thiết. Người ta phải thực hiện việc khuếch đại thay đổi lại hình
dáng xung. Các nhiệm vụ này được thực hiên bởi một mạch gọi là mạch xung. Đầu

ra của khối tạo xung và khuếch đại xung sẽ được một chuỗi xung điều khiển có đủ
GVHD: Nguyễn Đình Hùng
SVTH: Nguyễn Văn Hiếu
Nguyễn Văn Hoàng

Trang 21


Trường Đại Học SPKT Hưng Yên
Khoa Điện - Điện Tử
điện

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Điện tử công suất &truyền động

các thông số yêu cầu về công suất, độ dài, độ dốc mặt đầu của xung. Tại thời điểm
bắt đầu xuất hiện các xung hoàn toàn trùng với thời điểm xuất hiện xung trên đầu ra
khối so sánh.
Ngày nay các mạch cổ điển như trên thường được thay thế bằng các IC tích
hợp đầy đủ các khâu, với kết cấu nhỏ gọn, giá thành rẻ và đạt được độ chính xác rất
cao. IC TCA 785 là một vi mạch như vậy,cơ sở lý thuyết của nó đã được giới thiệu
ở phần trên.
- Sơ đồ mạch điều khiển:

Hình 16: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển
-

Các thông số của TCA 785.

Thông số

Dòng tiêu thụ

GVHD: Nguyễn Đình Hùng
SVTH: Nguyễn Văn Hiếu
Nguyễn Văn Hoàng

I.S

Giá trị Giá trị
nhỏ
tiêu biều
nhất
F =50Hz
Vs = 5v
4,5
6,5

Trang 22

Giá trị Đơn vị
lớn
nhất
10

mA


Trường Đại Học SPKT Hưng Yên
Khoa Điện - Điện Tử
điện


ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Điện tử công suất &truyền động

Điện áp vào điều khiển chân V11
11
R11
Trở kháng vào
Mạch tạo răng cưa
Dòng nạp tụ
I10
Biên độ của răng cưa
V10
Điện trở mạch nạp
Thời gian sườn ngắn của R9
xung răng cưa
TP
Tín hiệu cấm vào, chân 6
Cấm
V6I
Cho phép
V6H
Độ rộng xung ra, chân13
Xung hẹp
Xung rộng
Xung ra, chân 14, 15
Điện áp ra mức cao
Điện áp ra mức thấp
Độ rộng xung hẹp
Độ rộng xung rộng

Điện áp điều khiển
Điện áp chuẩn
Góc điều khiển ứng với điện
áp chuẩn

0,2

V10max
15

10

K

1000
VS-2

A
V

3

80

300

K
S

2,5


4

3,3
3,3

V
V

V13H
V13L

3,5

2,5
3,5

2,5

V
V

V14/15L
V14/15L
tp
tp

VS-3
0,3
20

530

VS-2,5
0,8
30
620

VS-1,0
2
40
760

V
V
S
S/nF

Vref

2,8

3,1
2 x10-4

3,4
5x10-4

V
1/K


ref

- Tính toán các phần tử bên ngoài:
Tụ răng cưa: C10
Min = 500pF; Max = 1F
Thời điểm phát xung:
tTr =
Dòng nạp tụ:
I10 =
Điện áp trên tụ:
V10 =
GVHD: Nguyễn Đình Hùng
SVTH: Nguyễn Văn Hiếu
Nguyễn Văn Hoàng

V

Trang 23


Trường Đại Học SPKT Hưng Yên
Khoa Điện - Điện Tử
điện

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Điện tử công suất &truyền động

TCA 785 do hãng Siemen chế tạo, được sử dụng để điều khiển các thiết bị
chỉnh lưu, thiết bị chỉnh dòng điện áp xoay chiều.
Có thể điều chỉnh góc từ 00 đến 1800 điện. Thông số chủ yếu của TCA 785:

+ Điện áp nuôi: US = 18V
+ Dòng điện tiêu thụ: IS = 10mA
+ Dòng điện ra: I = 50mA
+ Điện áp răng cưa: Ur max = (US - 2)V
+ Điện trở trong mạch tạo điện áp răng cưa: R9 = 20K 500K
+ Điện áp điều khiển: U11 = -0,5 (US-2)V
+ Dòng điện đồng bộ: IS = 200A
+ Tụ điện: C10 = 0,5F
+ Tần số xung ra: f = 10 500 Hz
2.2.3 Thiết kế mạch cách ly.
Để chống ngược dòng giữa các khối có chênh lệch nhau về điện áp, dòng
điện và công suất, ta cần có phần tử cách ly giữa hai mạch điều khiển và mạch
động lực.
Có rất nhiều phương án cho khâu cách ly đó có thể dung phần tử cách ly
quang biến áp xung hay với mạch công suất nhỏ chỉ cần dùng diot để chống ngược
dòng.
Trong phạm vi đề tài là ứng dụng với tải công suất như vậy để đáp ứng được
tính an toàn, gọn nhẹ và giá thành của mạch, phương án sử dụng cách ly quang
được chúng em quyết định sử dụng vì cách ly an toàn giữa mạch lực và mạch điều
khiển từ các thông số trên chúng em quyết định sử dụng MOC 3020 để thực hiện
khâu cách ly này.

Sau đây là một số sơ đồ kết nối trong datasheet :

GVHD: Nguyễn Đình Hùng
SVTH: Nguyễn Văn Hiếu
Nguyễn Văn Hoàng

Trang 24



Trường Đại Học SPKT Hưng Yên
Khoa Điện - Điện Tử
điện

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Điện tử công suất &truyền động

Hình 17: Mạch cách ly sử dụng MOC3020

Hình 18: Sơ đồ khối và sơ đồ nguyên lý của MOC 3020

GVHD: Nguyễn Đình Hùng
SVTH: Nguyễn Văn Hiếu
Nguyễn Văn Hoàng

Trang 25