CÔNG NGHỆ MÁY BÀO GIƯỜNG - PHẦN III

Chia sẻ: Nguyễn Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:36

Thêm vào BST

Báo xấu

157
lượt xem 46
download

CÔNG NGHỆ MÁY BÀO GIƯỜNG - PHẦN III

Mô tả tài liệu

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG I.ĐẶT VẤN ĐỀ: Để các van của bộ chỉnh lưu có thể mở tại một thời điểm nào đó thì khi đó van phải thoả mãn hai điều kiện. - Phải có điện áp thuận đặt lên hai cực katốt (K) và anốt (A) của van - Trên cực điều khiển (G) và katốt (K) của van phải có điện áp điều khiển, thường gọi là tín hiệu điều khiển. Để có hệ thống các tín hiệu điều khiển xuất hiện đúng theo yêu cầu, người ta sử dụng một...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: CÔNG NGHỆ MÁY BÀO GIƯỜNG - PHẦN III

PHẦN III THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG I.ĐẶT VẤN ĐỀ: Đ ể các van của bộ chỉnh lưu có thể mở tại một thời điểm nào đó thì khi đó van phải thoả mãn hai điều kiện. - Phải có điện áp thuận đặt lên hai cực katốt (K) và anốt (A) của van - Trên cực điều khiển (G) và katốt (K) của van phải có điện áp điều khiển, thường gọi là tín hiệu điều khiển. Đ ể có hệ thống các tín hiệu điều khiển xuất hiện đúng theo yêu cầu, người ta sử dụng một mạch điều khiển để tạo ra các tín hiệu đó. Mạch tạo ra các tín hiệu điều khiển đó gọi là mạch điều khiển. Do đặc điểm của các Tiristor là khi van (Tiristor) đã mở thì việc còn hay mất tín hiệu điều khiển đều không ảnh hưởng đến dòng qua van. Vì vậy để hạn cho công suất của mạch tín hiệu điều khiển và giảm tổn thất trên vùng điện cực điều khiển thì người ta thường tạo ra các tín hiệu diều khiển dạng xung, do đó mạch còn được gọi là mạch phát xung điều khiển. * Chức năng điều khiển của mạch điều khiển: Tạo ra các xung đủ điều kiện: Công suất, biên độ, thời gian tồn tại để mở các Tiristor (thông thường độ dài xung nằm trong giới hạn từ 200s đ ến 600s). - Đ iều chỉnh được thời điểm phát xung điều khiển. - Phân phối các xung cho các kênh điều khiển theo đúng quy luật yêu cầu. - Các hệ thống phát xung điều khiển bộ chỉnh lưu hiện nay đang sử dụng đ ược phân làm hai nhóm chính. * N hóm các hệ thống điều khiển đồng bộ: Các xung điều khiển suất hiện trên cực điều khiển của các Tiristor đúng thời điểm cần mở van và lặp đi lặp lai mang tính chất chu kỳ với chu kỳ bằng chu kỳ nguồn điện xoay chiều cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu.
* N hóm các hệ thống điều khiển không đồng bộ: Hệ thống điều khiển này phát ra chuối xung với tần số cao hơn rất nhiều so với tần số nguồn điện xoay chiều cung cáp cho sơ đồ chỉnh lưu, và trong quá trình làm việc thì tần số xung được tự động để đảm bảo cho một đại lượng đầu ra nào đó. Nhóm các hệ thống điều khiển không đồng bộ này rất phức tạp nên nó ít được sử dụng, mà hiện nay người ta thường hay sử dụng các hệ thống điều khiển đồng bộ. Các hệ thống điều khiển đồng bộ thường sử dụng hiện nay bao gồm có ba phương pháp để thiết kế mạch điều khiển. - H ệ thống điều khiển chỉnh lưu theo nguyên tắc khống chế pha đứng. - H ệ thống điều khiển chỉnh lưu theo nguyên tắc khống chế pha ngang. - H ệ thống điều khiển chỉnh lưu dùng đi ốt hai cực gốc. V ậy trong bản thiết kế này thiết kế mạch điều khiển theo nguyên tắc khống chế pha đứng (thuộc nhóm các hệ thống điều khiển đồng bộ ). Khi nghiên cứu các mạch phát xung theo nguyên tắc pha đứng, người ta chia các mạch điện hệ thống ra làm ba khối có chức năng khác nhau và được biểu diễn như sơ đồ sau. Ur UđkT U1 ĐBH SS TX FXRC Uđk Khối 2 Khối 1 Khối 3 K hối 1: Khối đồng bộ hoá và phát điện áp răng cưa (ĐBH-FXRC). K hối 2: Khối so sanh (SS). K hối 3: Khối tao xung (TX). Các đại lượng điện áp sử dụng gồm: - U1: Điện áp lưới (nguồn) xoay chiều, đồng pha với điện áp cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu. - U r: Điện áp tựa, thường có dạng hình răng cưa. - U đk: Điện áp điều khiển, đây là điện áp một chiều có thể thay đổi được biên độ và được lấy từ mạch khuếch đại trung gian đưa tới. - U đkT: Điện áp điều khiển Tiristor, nó là chuối các xung điều khiển, lấy từ đầu ra của mạch điều khiển truyền tới điện cực điều khiển (G) và katốt (K) của các Tiristor.
Nội dung của phương pháp khống chế là: Điện áp tựa (Ur) và điện áp điều khiển (U đk) cùng được đưa đến đầu vào khối so sánh u ur+uđ (SS). Khi tổng đại số Ur+Uđk= 0 là thời điểm bắt đầu ur k x uất hiện xung ở đầu t ra của khâu so sánh cũng là lúc bắt đầu có xung điều khiển để mở Tiristor. uđk  Bằng cách điều chỉnh biên độ điện áp điều khiển uđk Hình III - (uđk) có thể điều khiển được thời điểm phát xung 1 điều khiển mở Tiristor (tức là điều chỉnh được góc TX t mở ). TX là thời gian tồn tại độ rộng của xung điều khiển. II. THIẾT KẾ MẠCH: Theo mạch động lực,sử dụng hai bộ biến đổi mắc theo sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha, hai bộ biến đổi này mắc song song ngược không chế theo nguyên tắc độc lập, sử dụng nguồn điện xoay chiều ba pha (ua,ub,uc) cung cấp cho các bộ chỉnh lưu. Như vậy mạch điều khiển được thiết kế gồm có ba kênh (tín hiệu đầu vào mỗi kênh là điện áp đồng pha với mỗi p ha tương của nguồn xoay chiều cung cấp cho các bộ chỉnh lưu). Mỗi kênh điều khiển phát ra hai xung tương ứng với hai nửa chu kỳ của điện áp đồng pha. Để tạo ra các xung riêng biệt thì mỗi kênh điều khiển sẽ có khâu tách xung và gửi xung tới các bộ biến đổi bằng hệ mạch logic. V ới ba kênh điều khiển như treensex tạo ra được 3x2=6 xung điều khiển. Do tính chất tương đương của các pha trong nguồn điện xoay chiều ba pha nên 6 xung (do 3 kênh điều khiển phát ra) là hoàn toàn giống nhau, song giữa các xung kề nhau xuất hiện lệch nhau những góc 600 đ iện. Vậy với 6 xung như trên sẽ đảm bảo để điều khiển 6 Tiristor trong sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha theo đúng quy luật yêu cầu.Vì các kênh phát xung điều khiển là hoàn toàn giống nhau và làm việc với nguyên lý như nhau. Nên ta chỉ cần phân tích xho 1 kênh là đ ủ 2 kênh còn lại được suy ra hoàn toàn tương tự. 1. KHỐI ĐỒNG BỘ HOÁ VÀ PHÁT SÓNG RĂNG CƯA(ĐBH-FSRC): Mạch phát song răng cưa đảm nhận chức năng tạo ra điện áp tựa có dạng hình răng cưabiến đổi một cách chu kỳ trùng với chu kỳ của cá xung ở đầu ra của mạch phát xung. Điện áp răng cưa để điều khiển mạch phát xung sao cho mạch phát ra một hệ thống các xung điều khiễnuất hiện lặp đi lặp lại với chu kỳ bằng chu kỳ nguồn xoay chiều cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu. Kỹ
thuật điện tử đã chỉ ra rằng để tạo ra điện áp răng cưa phù hợp tần số và góc pha của nguồn xoay chiều cung cấp cho bộ chỉnh lưu, thì tốt nhất là sử dụng sơ đồ được điều khiển bởi điện áp biến thiên cùng tần số,dạng của nó có thể là bất kỳ. Mạch đồng bộ hoá (ĐBH) sẽ đảm điều khiển chức năng tạo ra điện áp điều khiển nói trên. a)mạch đồng bộ hoá: Mạch đồng bộ hoá (mạch điều khiển ở trên sử dụng Mạch đồng bộ hoá dùng máy bién áp đồng bộ (BAĐ) để tạo ra 3 điện áp đồng pha với 3 pha của nguồn xoay chiều cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu).sơ đồ nguyên lý của mạch đồng bộ hoá. . .u BAĐ * * A đba B. .u * * đbb C. . u. * * đbc . 0 V ới việc sử dụng biến áp đồng bộ (BAĐ) có tổ nối dây /  như trên mà máy biến áp động lực (BA) có tổ nối dây / nên điện áp đồng bộ (uđb) lấy ra ở phía thứ cấp của BAĐ hoàn toàn trùng pha với các pha điện áp của nguồn điện xoay chiều cung cấp cho bộ chỉnh lưu. Điện áp đồng bộ (uđb) được dịch chậm pha đi một góc 30 0 đ iện bởi mạch tụ điện và điện trở R-C gọi là mạch dịch pha. u uđb uđbd R R 0 t C uđb uđbd  /6 Mục đích của viêc dich pha tín hiệu đồng bộ chậm đi một góc /6 (300 điện) là nhằm thống nhất trị số góc điều khiển của Tirsistor ứng với điện áp nguồn trên mạch động lực và góc điều khiển  ở mạch phát xung và như vậy có thể điều khiển các Tiristor với trị số góc điều khiển nhỏ. Ta biết rằng góc mở tự nhiên của các Tirristor được tính tại vị trí giao nhau của hai điện áp pha
kề nhau và góc điều khiển được tính từ thời điểm đó trở đị. Giao điểm nói trên (điểm ứng với góc mở tự nhiên ở vị trí chậm sau điểm bắt đầu của các nửa chu kù điện áp pha 30 0 điện) Mặt khác góc điều khiển  ở mạch phát xung được tính từ điểm bắt đầu của điện áp tựa răng cưa (cũng là điểm bắt đầu của các nửa chu kỳ điện áp đồng bộ hoá) đến vị trí mà ur + uđk= 0. Do đó việc dịch điện áp đồng bộ (uđb) chậm đi góc 300 điện sẽ làm thoả mãn khi góc đ iều khiển  = 0 cũng tương ứng với góc mở tự nhiên của các Tiristor. b) Mạch tạo răng cưa: Đ ể tạo ra điện áp răng cưa ta có rất nhiều sơ đồ. - Sơ đồ mạch phát sóng răng cưa dùng đi ốt,điện trở, tụ điện (D -R-C) - Sơ đồ mạch phát sóng răng cưa dùng mạch D-R-C nạp điện cho tụ bằng nguồn một chiều ổn định. - Sơ đồ mạch phát sóng răng cưa dùng mạch D-R-C và Tranzitor. - Sơ đồ mạch phát sóng răng cưa dùng m ạch D -R-C và Tranzitor và nạp tụ bởi dòng không đổi. - Sơ đồ mạch phát sóng răng cưa dùng vi mạch khuếch đại thuật toán (KĐTT). Trong mỗi mạch phát sóng răng cưa lại có ưu nhược điểm riêng của mỗi mạch. * Sơ đồ mạch phát sóng răng cưa dùng D-R -C nạp tụ bởi dòng không đổi. Sơ đồ mạch sau . . +ucc ie2 u0 D2 e . 2 Tr2 R1 . b2 c2 D1 . . 0 ic Tr1 * uc cu u1 R2 R4 2 R3 . . . * a BAĐ G iới thiệu sơ đồ: - BAĐ: Biến áp đồng bộ để tạo ra tín hiệu đồng bộ hoá - Các phần tử còn lại là mạch tạo điện áp răng cưa, trong đó mạch điện gồm Tr2, Dz ,R4 ,wR là mạch onr định dòng để nạp tụ.
- u1 : là điện áp nguồn xoay chiều cấp cho sơ đồ chỉnh lưu - uđb: Là điiện áp đồng bộ - ucc: Lầ điện áp một chiều cung cấp cho sơ đồ tạo sóng răng cưa. - urc: Điện áp răng cưa đầu ra của sơ đồ. - u0: Điện áp ổn định trên đi ố t ổn áp (Dz). - ic1, ie2 ,ic2: Dòng cực góp Tr1, Tr2, và dòng cực phát của Tr2. * Nguyên lý làm việc : Ta có đ iện áp giữa cực phát và cực gốc Tr2. U eb2 = U0 - ie2 *RwR V ới RwR là trị số điển trở của bién trở WR. Do cực phát và cực gốc của một Tranzirtor hầu như không thay đổi khi dòng cực gốc thay đổi nên ta xem U eb2 = A= const. Vậy ta có ie2 = (U 0-- U eb2 )/ RwR = I = const, m ặt khác ta lại có ic2= ie2= I = const. Tức là dòng đ iện qua cực góp Tr2 có giá trị không đổi. Ta giả thiết rằng: Tại t = 0 thì Uđb= 0 và bắt đầu chuyển sang nửa chu kỳ dương tai t = 0 điện áp trên tụ c đang = 0 (Uc=0). V ậy sau thời điểm t = 0 thì Uđb > 0 (điểm a > o) nên trên D đặt điện áp thuận, D sẽ mở dẫn đến sẽ có dòng điện từ cuộn thứ cấp BAĐ đi qua R2 và D . Nếu bỏ qua sụt áp rất nỏ trên cuộn dây MBA đồng bộ và trên đi ốt D thì trên R2 Được đặt điện áp bằng toàn bộ sức điện động thứ cấp BAĐ, tức là U đb. Điện áp sụt trên R2 lúc này có thế dương đ ặt vào cực phát Tr1, cobnf thế âm đặt vào cực gốc Tr1, do vòng gốc phát Tranzitor Tr1 bị đặt điện áp ngược và Tr1 bị khoá (Tr1có dòng cực góp). Tr1 khoá tụ C được nạp điện bởi dòng cực góp Tr2 có giá tri ổn định khác. Điện áp trên tụ tăng dần theo quy luật U c= I *t/C đây là quy luật tuyến tính. u Urcmax urc t  2 Hình III-3 Đ ến t =  thì điện áp đồng bộ bằng 0 (Uđb=0 và bắt đầu chuyển sang nửa chu kỳ âm, điểm a trở nên âm hơn 0). Van D bị đặt điện áp ngược và khoá lại do vòng đ iện áp đồng bộ không còn tác động đến mạch gốc phát của
Tr1 nữa lúc này dưới tác động của nguồn cung cấp một chiều qua điện trở điện thiên R1 trong mạch định thiên mắc theo kiểu phân áp gồm R1 và R2 mà Tr1 mở, khi Tr1 thì tụ ngừng nạp và bắt đầu phóng điện qua mạch góp phát của Tr1 và điện trở bảo vệ Tranzitor là R3, người ta tính chon các điện trở R1 ,R2 và Tr1 sao cho Tr1 mở bão hoà với dòng điện cực góp là I. Vậy tụ C sẽ ngừng phóng khi điện áp trên tụ giảm xuống bằng sút áp bão hoà của Tr1 cộng với sụt điện áp trên R3 gây nên bởi d òng bão hoà của Tr1: UR3 = I.R3. Sụt điện áp bão hoà trên Tr mở rất nhỏ nên ta có thể bỏ qua. Mặt khác do R3 rất nhỏ và I cũng có giá trị rất nhỏ (cỡ 1 5A) nên cũng có thể bỏ qua sụt áp trên R3 (uR3= 0). Như vậy tụ C sẽ phóng đến điện áp = 0 (Tại t =1 ) và do Tr1 vẫn mở nên điện áp trên tụ giữ nguyên giá trị bằng không cho đến thời điểm t = 2. Thì suy ra Uđb= 0 và bắt đầu chuyển sang dương. Đi ốt D lại được đặt điện áp thuận nên D mở và Tr1 lại khoá. Do vậy tụ C lại được nạp tương tự như từ t = 0 và sự làm việc của sơ đồ lập lại như của chu kỳ vừa xét. Điện áp răng cưa của đầu ra cũng chính là điện áp trên tụ C và dạng điện áp urc được trình bày như hình III-2. So với sơ đồ này thì biên độ điện áp răng cưa không phụ thuộc vào biên đ ộ điện áp đồng bộ, dạng điện áp ra đ ã gần với dạng răng cưa và độ dài sườn trước (giai đoạn nạp tụ) cũng đặt đến 180 0 điện. * Sơ đồ mạch phát sóng răng cưa dùng vi mạch khuếch đại thuật toán(KĐTT). Sơ đồ mạch sau: .-u cc R1 D . Tr uc * . u1 R2 C i1 -i1 * . . - . BAĐ +i1 KĐTT R3 + . -u cc WR . G iới thiệu sơ đồ:
- Sơ đ ồ gồm máy biến áp đồng bộ hoá để tạo ra điện áp đồng bộ hoá u- ddb. * Nguyên lý làm việc của sơ đồ: Trong sơ đồ này ta dùng KĐTT ghép với tụ C thành m ột mạch tích phân. Nguyên lý ho ạt động của khâu này như sau: G iả thiết Tr khoá tụ C được nạp bằng dòng điện đầu ra của KĐTT, dòng nạp tụ được xác định ic = i1+iv. N ếu KĐTT là lý tưởng thì điện trở vào của nó bằng vô cùng dẫn đến iv- và iv+ = 0 , do vậy ic=-i1, mặt khác i1=-ucc/(wR+R) =I=consst. Điều này có nghĩa rằng khi Tr khoá thì tụ C được nạp bởi dòng không đổi. V ậy ta có: t = 0 thì uđb= 0 và bắt đầu chuyển sang nửa chu kỳ dương, dẫn đến đi ốt D mở nên mạch phát gốc Tr bị đặt điện áp ngược, Tr khoá tụ C được nạp dòng không đổi. Điện áp trên tu tăng dần theo quy luật tuyến tính. Đ ến t =  và b ắt đầu chuyển sang âm thì D khoá, Tr mở nên tụ C phóng điện nhanh qua Tr đến điện áp = 0 và giữ nguyên ở giá trị = 0 cho đến t = 2 . Tại t =2  điện áp đồng bộ = 0 và bắt đầu chuyển sang dương, D lại mở Tr khoá tụ C được nạp điện. V ới giả thiết KĐTT là lý tưởng thì hệ số khuếch đại là vô cùng lớn. V ậy nếu KĐTT đang ở chế độ KĐ tuyến tính thì giữa hai đầu vào được xem như bằng không (uv= 0). Từ sơ đồ ta có urc= uc+uv=uc. Tức là điện áp răng cưa đầu ra của sơ đồ bằng điện áp trên tụ C. Đồ thị điện áp răng cưa như sau. hình III-3 u Urcmax urc t  2 Hình III-3 Do điện áp răng cưa là điện áp ra của KĐTT nên có nội trở rất nhỏ vì vạy điện áp ra không phụ thuộc vào tải mắc ở đầu ra mạch phát sóng răng cưa. V ới sơ đồ này dung lượng tụ C cần rất nhỏ khoảng 220 F. V ì vậy cho tụ chọn tụ dễ dàng, mặt khác tụ phóng rất nhanh nên rất an to àn cho Tr và điện áp ra rất gần với điện áp răng cưa lý tưởng.
Q ua phân tích ở trên trong đề tài này em dùng mạch phát song răng cưa dùng vi mạch KĐTT để tạo điện áp răng cưa. * Mạch tạo sóng răng cưa của đề tài như sau: Mạch tạo sóng răng cưa được sử dụng đó là mạch gồm: Vi mạch KĐTT IC1 mắc kết hợp với các phần tử chức năng(tụ điện, điện trở) theo sơ đồ của mạch tích phân. Mạch tích phân có sử dụng khoá khống chế là Tranzitor. N ghiên cứu cho thấy với một mạch tích phân như trên nếu tín hiệu đầu vào là các xung hình chữ nhật thf tín hiệu đầu ra nhận được các xung có dạng hình răng cưa với các sườn rất tuyến tính. Để tạo ra các xung hình chữ nhật, Mạch phát xung có sử dụng các Tranzitor Tr1Tr4 m ắc với nhau thành một mạch liên hợp, kết hợp với các phẩn tử logic (hoặc - đảo) hay N or để biến điện áp đồng bộ dạng sóng hình sin thành các xung hình chữ nhật. Sơ đồ nguyên lý của mạch tạo xung chữ nhật và phát sóng răng cưa như hình III-4. Nguyên lý hoạt động của mạch tạo xung chữ nhật: Mạch tạo xung chữ nhật bao gồm các Tranzitor Tr1 Tr4 , phần tử logic ''hoặc - đ ảo'' G1 và các điện trở R3  R6. Tín hiệu điện áp đồng bộ hoá +ucc  R3 R4 R5 A C G1  B Tr4  R7 C1  Tr1  U®bd +u Tr5 cc Tr3 -  R8  + ur -u  Tr2  cc R9 R6 H×nh III-4 -u cc  (đã dịch pha) uđbd đ ược nối và cực gốc và các cực phát của 2 Tranzitor Tr3 và Tr4 tạo thành mạch liên hợp như hình trên. Đ ể phân tích nguyên lý hoạt động của mạch ta có khái niện điện áp ngữơng đó là trị số điện áp dáng trên nội trở của các linh kiện bán dẫn (kĩ hiệu
ung). Đối với Tranzitor thì ung= o,4  0,7 (v). Khi điện áp điều khiển (ube) có trị số ube < u ng thì Tranzitor khoá, còn khi ube > ung thì Tranzitor mở và nhanh chóng đạt đến mức bão hoà. Căn cứ vào các khái niệm trên, nguyên lý làm việc của mạch tạo xung chữ nhật được phân tích như sau: X ét trong một chu kỳ của điện áp đồng bộ(uđbd). + Trong nửa chu kỳ dương (0  ). K hi uđbd < ung thì Tr1 khoá, lúc này Tr2 khoá hiển nhiên do chịu điện áp ngược đặt vào mạch phát gốc. Tr1 khoá, Tr4 mở do có định thiên R3. K hi Tr4 mở, nó dẫn dòng làm cho Tr3 cũng mở, các Tr3 và Tr4 mở bão hoà dẫn đến điểm A và B có m ức logic 0. K hi uđbd > ung thì Tr1 mở (Tr2 vẫn khoá do chịu điện áp ngược). Tr1 nó dẫn dòng theo đường (+ucc )  Tr1 Tr3 (-ucc), làm cho điện áp ube của Tr4 < ung nên Tr4 khoá nên điểm A có mức logic 1, Tr3 m ở làm cho điểm B có mức logic 0. Ở cuối nửa chu kỳ khi uđbd giảm đến uđbd < ung thì hiện tượng xảy ra tương tự ở đầu nửa chu kỳ này (uđbd < ung). K ết luận: Đ iểm A luôn có mức logic 1 khi uđbd  > ung Đ iểm A luôn có mức logic 0 khi uđbd < ung Đ iểm B luôn có mức logic 0. + Trong nửa chu kỳ âm (t =  2  ) Ở nửa chu kỳ âm này Tr1 chịu điện áp ngược đặt vào m ạch phát gốc nên Tr1 khoá dẫn đến Tr4 m ở nhờ có định thiên R3 nên điểm A luôn có mức logic 0. Đối với Tr2 cũng x ét tương tự như trên. Đ ầu và cuối của nửa chu kỳ âm này (uđbd < ung) thì Tr2 khoá  Tr3 m ở bão hoà nên điểm B có mức logic 0. K hi uđbd > ung thì Tr2 mở  ubeTr3 < ung nên Tr3 khoá làm cho điểm B có mức logic 1. K ết luận: Đ iểm A luôn có mức logic 0. Đ iểm B có mức logic 1 khi uđbd > ung . Đ iểm B có mức logic khi uđbd < ung. Cứ như vậy quá trình tạo các xung chữ nhật (ứng với hai mức logic 0 và 1 ) lặp đi lặp lai theo chu kỳ của điện áp đồng bộ hoá. Các tín hiệu lấy từ các đ iểm A và B ở trên được đưa tới hai chân đầu vào của phần tử logic G1 (nor). Đầu ra của G 1 (điểm C) nhận các mức logic theo phương trình thái sau. A C  B
C = A +B A 0 0 1 1 B 0 1 0 1 C 1 0 0 0 Căn cứ vào kết quả khảo sát ở trên, xác định đ ược mức logic tại điểm C (là tín hiệu đầu ra của G1) như sau. Đ ầu và cuối của các nửa chu kỳ ( khi uđb < ung ) cả A và B đ ều có mức logic là 0 do đó điểm C có mức logic là 1. C = 0 + 0 = 1. Trong nửa chu kỳ âm khi uđb > u ng điểm A có mức logic 0, điểm B có mức logic 1 nên điểm C có mức logic 0. C = 0 + 1= 0. Như vậy điểm C (đầu ra của G1) nhận được các xung có dạng hình chữ nhật, tương ứng với hai mức logic 0 và 1. Trong đó thời gian tồn tại của mức logic 1 ở đầu ra G1 rất ngắn (ứng với các thời điểm đầu và cuối của các nửa chu kỳ điện áp đồng bộ khi uđb < ung ). Giản đồ điện áp minh hoạ như hình III-5. Nguyên lý làm việc của mạch tạo điện áp răng cưa. Mạch tạo điện áp răng cưa gồm khuếch đại thuật toán IC1 tụ điện C2 mắc thành m ạch tích phân có khoá không chế là Tranzitor (Tr5) tín hiệu đ ầu vào mạch không chế là tín hiệu đầu ra mạch tạo xung chữ nhật (G1). Đây tín hiệu logic có hai mức 0 và 1. Tín hiệu logic này đưa tới cực gốc khoá không chế Tr5, nó đảm nhiệm chức năng không chế sự hoạt động của mạch tích phân theo đúng yêu cầu đều ra. Tín hiệu đầu vào của mạch tích phân là điện áp 1 chiều có trị số âm không đổi (-u0). Trong đó: uKA, uKB, uKC là các điện áp tại các điểm ABC trên giản đồ điện áp, ur là điện áp răng cưa tại điểm D (điện áp ra IC2) Hoạt động của mạch tích phân. K hi điểm C có mức logic 0 thì Tr5 khoá lúc này IC1 cùng với C2 và các phần tử chức năng làm việc như mạch tích phân, với nguồn điện áp đầu vào là uv=-u0. Tụ C2 được nạp vào bởi dòng đầu ra của khuếch đại thuật toán, nếu khuếch đại thuật toán là lý tưởng thì điện trở vào của nó bằng vô cùng, do đó tụ C2 được nạp bởi dòng điện có giá trị không đổi ic=-i1 với i1= uv/R9= -u0/R9. Biểu thức mô tả điện áp nạp cho tụ
t Q(t ) 1  [ Ic(t ) dt  Q0 ] uc(t) = c c0 Trong đó: Q 0 là điện tích trên tụ t = 0 Ic(t)= u - uv(t)/R9 uv(t) là điện áp đầu vào có trị số không đổi nên uv(t) = uv = -u0 vậy GI¶N §å BIÓU DIÔN §IÖN ¸P CñA M¹CH §BH-FSRC u t  2 /6 uKA t uKB t uKC t ur t  2
t 1 1 uc(t)=  u v dt  u co   C 2 R9 u v  u co C 2 R9 0 uco được xác định theo điều kiện đầu của tích phân uco= Q0/C2. V ới giả thiết khuếch đại thuật toán là lý tưởng thì hệ số khuếch đại là vô cùnglớn, vậy nếu khuếch đại thuật toán đang ở chế độ khuếch đại tuyến tính thì điện thế giữa hai đầu vào được xem bằng không, do đó ta có điện áp ra của mạch (ur) đúng bằng điện áp trên tụ (ur=uc). Tức là điện áp đầu ra của sơ đồ là m ột điện áp răng cưa tuyến tính đúng bằng điện áp trên tụ C2. Do điện áp răng cưa là điện áp ra của khuếch đại thuật toán nên có nội trở rất nhỏ, vì vậy dòng đ iện áp ra hầu như khong phụ thuộc vào tải mắc ở đầu ra mạch phát sóng răng cưa. Với sơ đồ này chỉ cần tụ C2 có dung lượng rất nhỏ nên rất an toàn cho Tranzitor (Tr5) và điện áp ra rất gần với dạng răng cưa lý tưởng. K hi điểm C (đầu ra G1) có mức logic 1 trì Tr5 mở nên tụ C2 phóng điện rất nhanh qua Tr5. Tụ C2 và Tr5 được chọn sao cho C2 có thể phóng hết điện tích khi Tr5 mở. khi tụ phóng hết điện tích qua Tr5 đến điện áp bằng không, thì nó giữ nguyên giá trị bằng không và chuẩn bị cho việc tạo xung tiếp theo. V ới việc sử dụng mạch phát sóng răng c ưa như trên thì ở đ ầu ra của mạch nhận được các điện áp răng cưa rất gần với dạng của lý tưởng, và như vậy có nghĩa là điện áp răng cưa có chất lượng cao. Dạng của điện áp răng cưa là sườn trước tăng dần tuyến tính, sườn sau rất dốc gần như thẳng đứng. b) Khâu so sanh: Đ ể tạo ra một hệ thống các xung xuất hiện một cách chu kỳ với chu kỳ bằng chu kỳ điện áp răng cưa (cũng là chu kỳ nguồn xoay chiều cung cấp cho bộ chỉnh lưu) và điều khển được thời điểm xuất hiện của mỗi xung, ta sử dụng các m ạch so sánh. Có nhiều mạch khác nhau để thực hiện khâu so sánh phổ biến rất hiện nay là các sơ đồ so sánh dùng Tranzitor và dùng khuếch đại thuật toán bằng vi mạch điện tử. Trong các sơ đ ồ mạch so sánh thường có hai tín hiệu vào đó là điện áp tựa có dạng răng cưa (ur), điện áp điều khiển (uđk) là tín hiệu điện áp một chiều có thể thay đổi được biên độ. Hai điện áp ur và uđk được đưa vào mạch sao cho tác dụng của chúng đối với đầu vào khâu so sánh là ngược chiều nhau, có hai cách nối ur và uđk trên đầu vào mạch so sánh như hình IIIa và hình IIIb. H ình IIIa nối nối tiếp ur và uđk (tổng hợp nối tiếp) H ình IIIb nối song song ur và uđk qua các điện trở tổng hợp(tổng hợp song song). Trong bản đề tài này, mạch điều khiển dùng khâu so sánh với sơ
đồ sử dụng KĐTT, các tín hiệu đầu vào được tổng hợp song song gồm các tín điện áp đầu vào, sơ đồ nguyên lý như hình IIIb. Trong mạch so sánh này, tín hiệu điện áp ra (-ucd) được đưa vào đó là nguồn 1 chiều có trị số không đổi và là nguồn điện áp âm. Mục đích của việc đưa thêm (- ucd) vào mạch, song song với uđk và ur như sau. Chúng ta biết rằng bộ biến đổi làm việc ở chế độ chỉnh lưu khi các Tiristor mở với góc điều khiển  < /2. Tại  =/2 thì ud = uo.cos = 0. Khi  > /2 thì bộ R12 U®k •+u  R  +u -ucd 11 cc cc urc - ur R10 IC • • - • +1 D2 IC u®k D1   u D ur 2  ra • -ucc + • • • H×nh III b  -ucc H×nh III a biến đổi làm nghịch lưu. Còn khi  = 0 (vị tri giao nhau của các điện áp p ha của nguồn xoay chiều cung cấp cho bộ chỉnh lưu) thì các van mở tự nhiên và điện áp chỉnh lưu có giá trị lớn nhất. Như đ ã phân tích ở khối đồng bộ hoá và phát sóng răng cưa là điện áp răng cưa (ur) có giá trị dương và sườn trước tăng dần theo quy luật tuyến tính còn sườn sau giảm rất nhanh về không, cũng theo quy luật tuyến tính mà mạch điều khiển sử dụng sườn trước của điện áp răng cưa nói trên. Như vậy đưa nguồn (-ucd) vào sẽ làm cho điện áp răng cưa chuyển dịch (tịnh tiến song song với trục điện) xuống theo chiều âm , sao cho tổng đại số uđk + ur = 0 tại vị trí ứng với tại thời điểm điện áp pha của nguồn xoay chiều cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu đạt đến trị số điều khiển  = /2. Vậy tổng đại số điện áp (uđk+ur) đưa vào so sánh với điện áp điều khiển có trị số dương (uđk > 0) sẽ thảo mãn quy luật điều khiển uđk = 0   = /2  ud = 0 uđk   giảm  ud tăng uđk   tăng  ud giảm K hi uđk giảm nhỏ hơn không (uđk < 0) thì góc điều khiển  tăng lơn hơn /2 và bộ biến đổi làm việc nghịch lưu. Nguyên lý làm việc của khâu so sánh K hâu so sánh gồm có 3 tín hiệu điện áp đưa đ ầu vào (đầu vào của KĐTT IC2 làm việc ở chế độ báo hoà) điện áp uđk là tín hiệu ra của mạch khuếch đại trung gian, được sử dụng mạch phát sóng răng cưa được làm điện
áp tựa. Điện áp (-ucđ) là điện áp lấy trên điện trở mẫu (Rm) do nguồn chỉnh lưu bên ngoài cung cấp điện áp. Trị số của (-ucđ) thoả mãn điệu kiện ucđ + ur = 0 tại thời điểm  = /2 (tại uđk= 0). Khuếch đại thuật toán IC2 làm việc ở chế độ bão hoà, nghĩa là nó có thể biến đổi tức thì giá trị điện áp trên đầu ra của nó từ mức bão hoà âm sang dương hay từ mức bão hoà dương sang âm khi tín hiệu vào của nó đổi dấu. Vậy tổng đại số ucđ + ur so sánh với uđk sẽ có trường hợp sau khi. ur +ucđ < 0  ura = uE > 0 (có mức bão hoà dương) ur + ucđ + uđk = 0  bắt đầu lật trạng thái ur + ucđ + uđk > 0  ura < 0 (có mức b ão hoà âm) N hư vậy điện áp ra của mạch so sánh là dạng xung có hai mức bão hoà dương và bão hoà âm. Các xung đ iện áp này được đưa tới đầu vào của khâu tạo xung. Giản đồ biểu diễn của khâu so sánh như hình III-6 u t 0  2 /6 /2 ur ur t 0  2 U cđ Ur+uđk t 0 Uđk+ucđ+ur 0 t ur t 0  2  Hình III-6
Chú ý: giản đồ trên biểu diễn chỉ định tính điện áp trong khâu so sánh nên ta lý tưởng hoá dạng dạng của điện áp răng cưa. c) Khâu tạo xung: Đ ể đảm bảo các yêu cầu về độ chính xác của thời điểm xuất hiện xung, sự đối xứng của các xung ở các kênh khác nhau . Nên thường thiết kế cho khâu so sánh làm việc với công suất xảy ra nhỏ, do đó xung ra chưa đủ các thông số yêu cầu. Để khắc phục các vấn đề này thì mạch điều khiển cần phải sử dụng khâu tạo xung. Khâu tạo xung bao gồm các mạch sau. Mạch sửa xung Mạch khuếch đại xung Mạch truyền xung đến Tiristor (thiết bị đầu ra) Mạch phân chia xung. * Mạch sửa xung: X uất phát từ nguyên lý hoạt động của khâu so sánh, thấy răng khi thay đổi trị số uđk để thay đổi góc điều khiện  thì đội dài của các xung ra của khâu so sánh thay đổi. Như vậy là sẽ xuất hiện tình trạng có một số trường hợp độ d ài xung quá ngắn không đủ để mở các Tiristor hoặc độ dài xung quá lớn, gây tổn thất lớn trong mạch phát xung. Mạch sửa xung được đưa vào nhằm để khắc phục các vấn đề trên. Mạch sửa xung làm việc theo nguyên tắc khi có xung vào với độ dài khác nhau nhưng mạch vẫn cho xung ra có đọ dài bằng nhau theo yêu cầu và giữ nguyên thời điểm bắt đầu xuất hiện của mỗi xung. Mạch sửa xung được sử dụng sơ đồ như hình III-7 + u cc • F R 14 R 15 C3 • E Tr 2 • R 13 ura uv D3 • • Hình III-7 Trong đó uv là điện áp đầu vào của mạch, đó chính là điện áp (xung) ở đầu ra của khâu so sánh (điểm E) có hai mức bão hoà dương và âm trong mạch sửa xung này hai phần tử C3 và R13 sẽ quyết định độ dài của xung ra (ura). Nguyên lý là việc của mạch:
K hi điện áp vào (uv) ở mức bão hoà dương (tức là tín hiệu điện áp ra của khâu so sánh có mức bão hoà dương) cùng với sự có mặt của định thiên R14 làm cho Tranzitor Tr6 m ở bão hoà và tụ C3 nạp điện theo đường +uv (điểm E)  C3 R13 Tr6. Tr6 m ở bão hoà dẫn đến điểm F có mức logic 0 (ura= 0). Mức logic 0 này của điểm F tồn tại suất trong quá trình uv bão hoà dương. K hi điện áp đầu vào ở mức bão hoà âm (uv < 0) tức là theo (+C3)  nguồn ucc  D 3 R13 (-C3). Chính dòng phóng của tụ C3 sẽ đặt thế âm lên mạch phát gốc của Tranzitor Tr6 làm cho Tr6 khoá dẫn đến điểm F có mức logic 1 nghĩa là ở đầu ra nhận được xung ra, nếu như bỏ qua giá trị của R15 thì điện áp ra ura  ucc. Khi tụ C3 phóng hết điện tích nó sẽ được nạp theo chiều ngược lại nhờ có R14 mà Tr6 lai được đặt điện áp thuận lên mạch phát gốc ura= 0 (điểm F có mức logic 0). Mặc dù có còn xung âm ở đầu vào nhưng tụ C3 đã phóng hết điện tích nênnó không còn tác dụng đến đầu vào điều khiển (mạch phát - gốc) của Tr6 nên Tr6 m ở bão hoà nhờ định thiên R14. Như vậy thời gian tồn tại được xác định theo biểu thức. tx = R13.C3.ln2 Độ dài của xung ra chỉ phụ thuộc vào giá trị của R13 và C13 do đó các xung ra luôn có giá trị không đổi. G iản đồ điện áp minh hoạ như hình III-7b t u t Tx Tx * Mạch chia xung: Trong một chu kỳ điện áp đồng bộ, 1 kênh phát xung điều khiển sẽ tạo ra 2 xung ứng với 2 nửa chu kỳ của điện áp đồng bộ. Hai xung này xuất hiện lệch nhau 1800 độ điên. Mỗi xung được sử dụng để điều khiển riêng 1 Tiristor trong sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha. Như vạy ta cần phải tách riêng 2 xung trong cùng một kênh phát xung đó ra. Đ ể thực hiện mạch tách xung người ta có thể sử dụng nhiều linh bán dẫn và vi mạch điện tử khác nhau. đối với mạch phát xung điều khiển đã trình bày ở trên hình III-1 đã sử dụng mạch chia xung gồm các phần tử
x1 • Y • x2 • logic "và" (AND). Tín hiệu đầu ra (Y) của phần tử AND nhận các mức tín hiệu logic theo phần tử trạng thái. Y = X1.X2 Căn cứ vào các phân tích trong các phần trước ta có. điểm A (VA) và điểm B (VB) ở mạch tạo xung điện áp hình chữ nhật có 2 mức logic 0 và mức logic 1(lấy trên các Colectơ của Tr4 và Tr3) trong nửa chu kỳ của điện áp đồng bộ hoá. Điểm F (VF) lấy trên Colectơ của Tr6 có các mức logic 0 và mức logic 1(là tín hiệu ra của mạch sửa xung) cũng tương ứng với các nửa chu kỳ của điện áp đồng bộ hoá. Như vậy mỗi kênh phát xung sử dụng 2 phẩn tử logic AND để tách riêng 2 xung trong chu kỳ điện áp đồng bộ hoá. Sơ đồ biểu diễn sau X P1 = V A.V F X P2 = VB.VF Trong nửa chu kỳ d ương của uđbd sau một góc điều x1 G2 khiển  thì VF =1 kết hợp với VA= 1, VB = 0 nên nhận xp1 • • được xung ra ở đầu ra G2 (xp1=1) còn đầu ra G3 không có • G3 xp xung (xp 2=0). 2 x2 • Trong nửa chu kỳ âm của uđbd . Sau góc  thì VF=1 • kết hợp với V A= 0 và VB=1 nên nhận xung ở đầu ra G3 (xp2=1) còn đầu ra G2 (xp1=0). N hư vậy với mỗi một kênh phát xung sở dụng mạch tách xung như trên đảm bảo tách riêng rẽ đ ược các xung ra m à thời điểm xuất hiện của xung không thay đổi các xung sau khi được tách ra đ ược đ ưa đ ến các thiết bị đầu ra truyền xung đến các Tiristor tương ứng. * Thiết bị đầu ra:(mạch truyền xung ra đến Tiristor) Thông thường có 2 cách truyền xung từ đầu ra hệ thống điều khiển mạch điện cực G -K của Tiristor là truyền xung trực tiếp và truyền xung qua máy biến áp xung. Bản thuyết minh này sử dụng phương pháp truyền xung qua máy biến áp xung. Đây là phương pháp truyền xung nhiều nhất hiện nay vì nó có thể khắc phục đ ược các nhược điểm của phương pháp truyền xung trực tiếp, đó là.
- Đảm bảo sự cách ly tốt về điện giữa mạch động lực và m ạch điều khiển bộ chỉnh lưu. - Dễ dàng thực hiện việc truyền đồng thời các xung đến các Tiristor mắc nối tiếp nhau hoặc song song bằng cách dùng máy biến áp xung có nhiều cuộn thứ cấp. - Dễ dàng phối hợp giữa điện áp nguồn cung cấp cho tầng khuếch đại công suất xung và biên độ xung cần thiết trên điện cực điều khiển của Tiristor nhờ việc chọn tỷ số máy biến áp xung cho phù hợp. - Máy biến áp xung (BAX) về cơ b ản kết cấu giống như máy biến áp bình thường công suất nhỏ. Hoạt động của BAX tương tự như MBA làm viẹc với dòng điện không sin hoặc có thể xác định như là phi tuyến và sẽ bằng không khi từ trường lõi thép BAX đặt giá trị bão hoà. BAX có mạch từ rất chóng bão hoà, nó chỉ hoạt động trong những khoảng thời gian ngắn. * Mạch khuếch đại xung: Đ ể khuyếch đại công suất của xung điều khiển, hiển nay phổ biến nhất là các sơ đồ khuếch đại bằng Tiristor và Tranzitor. Bản thuyết kế này sẽ sử dụng sơ đồ mạch khuếch đại xung (KĐX) dùng Tranzitor viẹc sử dụng Tranziror làm mạch KĐX là phổ biến và dễ d àng thực hiện. Sơ đồ nguyên lý của mạch khuếch đại xung như hình III-8 Tín hiệu đầu vào (uv) của mạch khuếch đại xung, là tín hiệu điện áp ở xung đầu ra mạch chia xung gửi tới. Thiết bị đầu ra được sử dụng là biến áp xung (BAX). Sơ đồ mạch khuếch đại xung sử dụng 2 Tranzitor ghép kiểu Darlingtơr (mắc nối tiếp hai Tranzitor). Hai Tranzitor Trk1 và Trk2 mắc nối D k3 + u cc G • • * * Dk2 w1 w2 U Rk4 đkT Dk1 Rk1 • K • BAX Tr 1 R k2 Tr2 uv • Hình III-8
tiếp tương đương với môt Tranzitor có hệ số khuếch đại dòng điện của 2 Tranzitor thành phần .  = 1+ 2. Trong đó 1 và 2 là hệ số khuếch đại dòng điện theo sơ đồ cực phát chung của Trk1 và Trk2. Chức năng của các phần tử trong sơ đò như sau. - Dk1 là đi ốt có tác dụng giảm các dòng đ iện qua cuộn dây sơ cấp MBAX (w1), làm xuất hiện xung điện áp âm trên cuộn w1điện áp âm này sẽ đặt cực thuận lên D k1làm D k1 thông. do vậy mà dòng sơ cấp máy biến áp xung lúc đó không giảm đột ngột mà vãn được duy trì qua Dk1, nên xung điện áp xuất hiện trên các cuộn dây cũng có giá trị nhỏ. - D k2 là đi ốt cũng có tác dụng khép mạch xung âm như D k1(như ở p hía thứ cấp máy BAX). Vì xung âm ở w1 sẽ cảm ứng sang w2 sức điện đông và sinh ra xung âm đặt cực thuận lên Dk2. - D k3 là đi ố t có tác dụng ngăn xung âm có thể có tới cực điều khiển của Tiristor như các Tranzitor khác. - Rk1,Rk2 là điện trở có tác dụng hạn chế xung áp đầu vào - Rk3 là điện trở có tác dụng hạn chế dòng điện colector. - Rk4 là điện trở và kết hợp với Dk2 có tác dụng để giải thoát và tiêu tán xung âm. + Nguyên lý làm việc của sơ đồ: Tín hiện vào của mạch khuếch đại xung (uv) là tín hiệu ra của mạch gửi xung đây là tín hiệu logic có 2 mức logic 0 và 1. Đ ể phân tích nguyên lý hoạt động của sơ đồ ta gọi. - txv: Thời gian tồn tại của một xung điện áp vào. - tbh: Thời gian tính từ lúc có dòng điện một chiều qua cuộn sơ cấp máy BAX (khi Trk1 vảTrk2 mở bão hoà) đến lúc từ thông lõi thép của BAX đặt giá uv trị từ thông bão hoà. t1 t2 t - txr: Thời gian tồn tại 1 xung điện áp ra. uđkT Txv * Xét trương hợp tbh > txv. t Trong kho ảng t = 0  t1 lúc này chưa có xung vào (uv=0) không có dòng chảy qua cuộn sơ cấp BAX (w1) nên bên thứ cấp BAX không nhận được xung(UđkT = 0 ). K hi t = t1 bắt đầu xuất hiện xung vào (uv > 0) làm cho Trk1 và Trk2 mở bão hoà, nên cuộn w1 đột ngột chịu điện áp ucc, suất hiện dòng qua cuộn w1 có giá trị tăng dần, do đó cảm ứng sang phía thứ cấp (w2) của BAX 1 xung điện áp. V ới cực tính của hai cuộn dây như ở hình III - 8 thì xung xuất hiện bên w2