TỔNG QUAN VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG
Sơ đồ nguyên lý hệ truyền động
1.1.1 Giới thiệu động cơ 1 chiều Động cơ điện một chiều là loại máy điện biến điện năng dòng một chiều thành cơ năng Ở động cơ một chiều từ trường là từ trường không đổi Để tạo ra từ trường không đổi người ta dùng nam châm vĩnh cửu hoặc nam châm điện được cung cấp dòng điện một chiều. Động cơ điện một chiều được phân loại theo kích từ thành những loại sau:
Máy điện một chiều có công suất lớn nhất khoảng 5-10 MW, nhưng hiện tượng tia lửa ở cổ góp đã hạn chế khả năng tăng công suất Điện áp của máy một chiều thường dao động từ 120V đến 1000V, với các mức phổ biến là 240V, 400V và 500V Tuy nhiên, điện áp không thể tăng lên quá mức 35V do giới hạn của các phiến góp.
Hình 1.1 Động cơ 1 chiều trong thực tế
1.1.1.1 Cấu tạo Động cơ điện một chiều có thể phân thành hai phần chính: Phần tĩnh và phần động.
Hình 1.2: Kích thước dọc, ngang động cơ một chiều
2 Cực chính với cuộn kích từ
3 Cực phụ với cuộn dây
Phần tĩnh hay stato hay còn gọi là phần kích từ động cơ, là bộ phận sinh ra trường nó gồm có:
Mạch từ và dây cuốn kích từ lồng ngoài mạch từ là những thành phần quan trọng trong động cơ điện, đặc biệt khi động cơ được kích từ bằng nam châm điện Mạch từ thường được chế tạo từ vật liệu sắt từ như thép đúc hoặc thép đặc, trong khi dây quấn kích thích, hay còn gọi là dây quấn kích từ, được làm từ dây điện từ Các cuộn dây điện từ này được mắc nối tiếp với nhau để tạo ra từ trường cần thiết cho hoạt động của động cơ.
Cực từ chính là bộ phận tạo ra từ trường, bao gồm lõi sắt và dây quấn kích từ bên ngoài Lõi sắt được làm từ các lá thép kỹ thuật điện hoặc thép cacbon dày từ 0,5 đến 1mm, được ép và tán chặt Trong các động cơ điện nhỏ, có thể sử dụng thép khối Cực từ được cố định vào vỏ máy bằng bulông Dây quấn kích từ được làm từ dây đồng bọc cách điện, mỗi cuộn dây được bọc cách điện kỹ lưỡng và tẩm sơn cách điện trước khi gắn lên các cực từ Các cuộn dây kích từ này được nối tiếp với nhau.
Cực từ phụ là các thành phần được lắp đặt trên các cực từ chính, thường được làm bằng thép khối Trên thân của cực từ phụ có dây quấn tương tự như dây quấn của cực từ chính Cực từ phụ được cố định vào vỏ máy bằng các bulông.
Gông từ là thành phần quan trọng trong động cơ điện, đóng vai trò làm mạch từ kết nối các cực từ và cũng là vỏ máy Đối với động cơ điện nhỏ và vừa, thường sử dụng thép dày được uốn và hàn, trong khi động cơ điện lớn thường sử dụng thép đúc Ngoài ra, một số động cơ điện nhỏ còn có thể sử dụng gang làm vỏ máy.
Nắp máy có vai trò quan trọng trong việc bảo vệ máy khỏi các vật thể lạ, bảo vệ dây quấn và đảm bảo an toàn cho người sử dụng Đối với máy điện nhỏ và vừa, nắp máy còn đóng vai trò làm giá đỡ ổ bi, thường được chế tạo từ gang Cơ cấu chổi than là thành phần thiết yếu giúp truyền dòng điện từ phần quay ra ngoài, bao gồm chổi than được đặt trong hộp chổi than với một lò xo giữ chặt lên cổ góp Hộp chổi than được cố định trên giá chổi than, cách điện với giá, và giá chổi than có thể điều chỉnh vị trí để đảm bảo chổi than hoạt động hiệu quả, sau đó được cố định bằng vít.
Phần quay hay rôto: Bao gồm những bộ phận chính sau.
Phần sinh ra sức điện động bao gồm các thành phần chính: Mạch từ được chế tạo từ vật liệu sắt từ, như lá thép kỹ thuật, được xếp chồng lên nhau và có các rãnh để lồng dây quấn phần ứng Cuộn dây phần ứng bao gồm nhiều bối dây nối với nhau theo một quy luật nhất định, mỗi bối dây có nhiều vòng dây với các đầu dây được kết nối với các phiến đồng, gọi là phiến góp, được cách điện với nhau và với trục, tạo thành cổ góp hay vành góp Cuối cùng, trên cổ góp có một cặp chổi than làm bằng than graphit, được ép sát vào thành cổ góp nhờ lò xo.
Lõi sắt phần ứng được sử dụng để dẫn từ, thường làm từ tấm thép kỹ thuật điện dày 0,5mm với lớp cách điện mỏng ở hai mặt, giúp giảm tổn hao do dòng điện xoáy Trên lá thép, hình dạng rãnh được dập để đặt dây quấn sau khi ép lại Đối với động cơ trung bình trở lên, người ta còn dập lỗ thông gió để tạo lỗ thông gió dọc trục trong lõi sắt Đối với động cơ điện lớn, lõi sắt thường được chia thành các đoạn nhỏ với khe hở thông gió giữa chúng, giúp làm nguội dây quấn và lõi sắt khi máy hoạt động Trong động cơ điện một chiều nhỏ, lõi sắt phần ứng được ép trực tiếp vào trục, trong khi ở động cơ lớn, giữa trục và lõi sắt có giá rôto, giúp tiết kiệm thép kỹ thuật điện và giảm trọng lượng rôto.
Dây quấn phần ứng là bộ phận quan trọng trong máy điện, chịu trách nhiệm phát sinh suất điện động và dẫn dòng điện Thông thường, dây quấn phần ứng được làm từ dây đồng có lớp cách điện bảo vệ Trong các máy điện nhỏ có công suất dưới vài kilowatt, dây quấn này đóng vai trò thiết yếu trong việc đảm bảo hiệu suất hoạt động của thiết bị.
Trong các máy điện, dây quấn thường sử dụng dây có tiết diện tròn cho các động cơ nhỏ, trong khi các máy điện vừa và lớn thường dùng dây tiết diện chữ nhật Dây quấn được cách điện cẩn thận với rãnh của lõi thép để đảm bảo an toàn Để ngăn chặn việc dây quấn bị văng ra do lực ly tâm khi quay, tại miệng rãnh thường sử dụng nêm hoặc đai chặt dây quấn Nêm có thể được làm từ tre, gỗ hoặc bakelit.
Cổ góp được cấu tạo từ nhiều phiến đồng, được mạ cách điện bằng lớp mica dày từ 0,4 đến 1,2mm, tạo thành hình trục tròn Hai đầu của trục tròn được ép chặt bằng hai hình ốp chữ V, trong khi giữa vành ốp và trụ tròn cũng được cách điện bằng mica Đuôi của vành góp được thiết kế cao lên một chút để thuận tiện cho việc hàn các đầu dây của các phần tử dây quấn và các phiến góp.
Người ta phân loại theo cách kích thích từ các động cơ và chia thành 4 loại thường sử dụng:
Động cơ điện một chiều kích từ độc lập: Phần ứng và phần kích từ được cung cấp từ hai nguồn riêng rẽ.
Động cơ điện một chiều kích từ song song: Cuộn dây kích từ được mắc song song với phần ứng.
Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp: Cuộn dây kích từ được mắc nối tiếp với phần ứng.
Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp bao gồm hai cuộn dây kích từ: một cuộn được mắc song song với phần ứng và một cuộn được mắc nối tiếp với phần ứng.
Động cơ điện một chiều có ưu điểm nổi bật là khả năng hoạt động linh hoạt, vừa có thể sử dụng làm động cơ điện vừa làm máy phát điện trong nhiều điều kiện khác nhau Điểm mạnh lớn nhất của loại động cơ này là khả năng điều chỉnh tốc độ và khả năng chịu quá tải Trong khi động cơ không đồng bộ thường gặp khó khăn trong việc đáp ứng yêu cầu này và cần thiết bị biến đổi đắt tiền như bộ biến tần, động cơ điện một chiều lại cho phép điều chỉnh tốc độ một cách rộng rãi và chính xác Hơn nữa, cấu trúc mạch lực và mạch điều khiển của động cơ điện một chiều đơn giản hơn, đồng thời vẫn đảm bảo chất lượng cao.
Động cơ điện một chiều có nhược điểm chính là hệ thống cổ góp-chổi than, dẫn đến hiệu suất vận hành không đáng tin cậy và tiềm ẩn nguy cơ không an toàn trong môi trường có rung chấn, cũng như dễ gây cháy nổ.
Phương trình đặc tính hệ truyền động
1.2.1 Xây dựng đặc tính cơ của động cơ 1 chiều
Phương trình cân bằng điện áp của mạch phần ứng ở chế độ xác lập:
: Điện áp phần ứng (V): Suất điện động phần ứng (V): Điện trở phụ phần ứng (Ω): Điện trở phần ứng (Ω)
: Điện trở dây phần ứng (Ω) : Điện trở cực từ phụ (Ω : Điện trở cuộn bù (Ω)
: Điện trở tiếp xúc của chổi điện (Ω) Suất điện động E của phần ứng của động cơ được xác định theo biểu thức:
: Số đôi điện cực chính : Số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng : Số mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng : Tốc độ góc (rad/s)
: Từ thông kích từ chính một cực từ (Wb) Đặt : Hệ số kết cấu của động cơ.
Nếu biểu diễn suất điện động theo tốc độ quay n (vòng/phút) thì và
Trong đó: : Hệ số suất điện động của động cơ
Từ các phương trình trên ta có phương trình đặc tính cơ điện của động cơ điện một chiều kích từ độc lập:
Mặt khác ta có momen điện từ của động cơ ở chế độ xác lập được xác định theo biểu thức:
Thay (1.6) vào (1.5) vào ta có:
Nguyên lý làm việc của hệ truyền động
1.3.1 Điều chỉnh tốc độ động cơ 1 chiều
1.3.1.1 Phương pháp thay đổi điện trở phụ
Hình 1.8: Đặc tính điều chỉnh động cơ bằng cách thay đổi điện trở phụ
Phương pháp này thường được sử dụng để giảm dòng điện khởi động và điều chỉnh tốc độ động cơ dưới mức cơ bản Tuy nhiên, việc kiểm soát tốc độ bằng phương pháp này không hoàn toàn hiệu quả.
1.3.1.2 Phương pháp thay đổi từ thông Điều chỉnh từ thông kích thích của động cơ điện một chiều là điều chỉnh momen điện từ của động cơ M = K.Φ.Iư và suất điện động quay của động cơ Eư = K.Φ.ω. Mạch kích từ của động cơ là mạch phi tuyến nên hệ điều chỉnh từ thông cũng là hệ phi tuyến:
: điện trở dây quấn kích thích : điện trở của nguồn điện áp kích thích : số vòng dây quấn kích thích
Trong chế độ xác lập ta có quan hệ:
Hình 1.9: Đặc tính điều chỉnh động cơ bằng cách thay đổi từ thông Độ cứng:
Khi giảm từ thông để tăng tốc độ động cơ thì độ cứng giảm.
1.3.1.3 Phương pháp thay đổi điện áp phần ứng
Giả thiết từ thông Φ = Φdm = const, từ phương trình đặc tính cơ tổng quát:
Khi thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ ta được một họ đặc tính cơ song song với đặc tính cơ tự nhiên.
Hình 1.10: Đặc tính điều chỉnh động cơ bằng cách thay đổi áp phần ứng
Khi giảm điện áp, momen ngắn mạch và dòng điện ngắn mạch đều giảm, dẫn đến tốc độ động cơ giảm ở một phụ tải nhất định trong khi độ cứng vẫn không thay đổi Phương pháp này thường được áp dụng để điều chỉnh tốc độ động cơ và hạn chế dòng điện khi khởi động.
1.3.2 Khởi động động cơ 1 chiều
Khi khởi động động cơ điện một chiều kích từ độc lập bằng phương pháp đóng trực tiếp, tốc độ ban đầu của động cơ là 0, dẫn đến dòng khởi động rất lớn, ước tính khoảng 20-25 lần dòng định mức.
Việc đốt nóng động cơ có thể dẫn đến sụt áp lưới điện, gây khó khăn trong chuyển mạch và tạo ra mômen mở máy quá lớn Điều này tạo ra các xung lực động, khiến hệ truyền động bị giật, lắc, gây hại cho máy móc và có thể dẫn đến những nguy hiểm như gãy trục, vỡ bánh răng, đứt cáp hoặc đứt xích.
Hệ thống truyền động điện (TĐĐ) có thể gặp tình trạng xấu hơn khi thường xuyên phải mở máy, đảo chiều và hãm điện, đặc biệt ở các thiết bị như máy cán đảo chiều, cần trục và thang máy Để đảm bảo an toàn cho máy và tránh các nguy hiểm nêu trên, việc lựa chọn các giải pháp phù hợp là rất cần thiết.
Để khởi động động cơ hiệu quả, người ta thường thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng Sau khi khởi động, các điện trở này sẽ được loại dần để tăng tốc độ động cơ đến mức ổn định.
1.3.2.2 Phương pháp xác định điện trở khởi động
Hình 1.11 Sơ đồ nối dây động cơ kích từ độc lập qua 3 cấp điện trở phụ
Hình 1.12 Đặc tính khởi động qua 3 cấp điện trở phụ
1.3.3 Trạng thái hãm trong động cơ 1 chiều
Hãm là trạng thái mà động cơ tạo ra mômen quay ngược lại với tốc độ quay, và trong mọi trạng thái hãm, động cơ hoạt động như một máy phát Động cơ điện một chiều với kích từ độc lập có ba trạng thái hãm chính: hãm tái sinh, hãm ngược và hãm động năng.
Hãm tái sinh xảy ra khi tốc độ quay của động cơ lớn hơn tốc độ không tải lý tưởng.
Khi hãm tái sinh với ωh > ɷ0, tải đóng vai trò là nguồn động lực để quay rotor của động cơ, biến động cơ thành máy phát, giúp phát năng lượng trả về nguồn.
Dòng điện phần ứng sẽ đổi chiều so với ở trạng thái động cơ (Ih Ku.VT_max = 1,4.539 = 754,6 (V) o Dòng điện: IT > Ki.IT_max/30%= 1,4.29,33/30% = 136,87 (A)
Chọn Thyristor TT140N16SOF của hãng infineon chế tạo có các thông số: o VD max = 1800V o ID max = 140 A, tại 85 ℃ ; 159A tại 77 ℃ o du/dt = 1000V/ μ s o di/dt = 150A/ μ s o VGT = 2V o IGT = 150mA
Hình 3.2 Thyristor TT140N16SOF của hãng Infineon
Cuộn kháng lọc có khả năng lọc thành phần xoay chiều của dòng điện, đặc biệt khi góc mở α = π/2, lúc này điện áp ra có phần nửa âm bằng nửa dương, cho thấy thành phần xoay chiều đạt cường độ cao nhất Do đó, việc tính toán cuộn kháng sẽ được thực hiện dựa trên góc α này, trong khi ảnh hưởng của cuộn cân bằng sẽ được bỏ qua để đơn giản hóa quá trình tính toán.
Nếu lấy gốc toạ độ là 01 thì ta có thể viết:
Khai triển Furie của điện áp ud ta có:
Trị hiệu dụng của các thành phần xoay chiều:
Giá trị hiệu dụng của các thành phần dòng xoay chiều (khi bỏ qua điện cảm của động cơ và điện trở thuần) là:
Trong đó: CK, CK 1 là cuộn kháng cân bằng và lọc.
* Tổng giá trị hiệu dụng của các thành phần dòng xoay chiều:
Ixc phải thoả mãn nhỏ hơn 10 % Iđm
Từ đây ta chọn cuộn kháng lọc có các thông số sau:
Từ đó ta tính được: I1 = 0,877 (A); I2 = 0,2 (A)
+ Công suất tác dụng của cuộn kháng lọc:
+ Công suất phản kháng của cuộn kháng:
+ Công suất biểu kiến của cuộn kháng:
2.2.5 Tính toán bảo vệ van
Mạch bảo vệ van có thể mang lại cho van các hiệu quả như:
Giảm hoặc triệt tiêu các xung quá áp hoặc quá dòng, tránh làm hỏng van.
Hạn chế du/dt, di/dt.
Đưa điểm làm việc của van về vùng làm việc an toàn, kéo dài tuổi thọ.
Giảm tổn hao công suất trong quá trình van đóng cắt.
Giảm phát sóng nhiễu ra xung quanh do dập nhanh các dao động điện từ.
Hình 2.20 Mạch bảo vệ van 2.2.5.1 Bảo vệ quá dòng
Van được kết nối trực tiếp với lưới điện mà không qua biến áp, do đó cần sử dụng cuộn cảm để bảo vệ van khỏi tình trạng quá dòng Tốc độ thay đổi dòng điện (di/dt) sẽ đạt đỉnh khi dòng điện qua van ở mức cao nhất Nếu điện áp lưới không ổn định và dao động trong khoảng ±5%, thì điện áp tối đa Uv max sẽ tương ứng với điều kiện này.
Xét quá trình quá độ trong mạch:
Tốc độ tăng dòng lớn nhất khi:
Chọn cuộn kháng có trị số L sao cho
Thyristor rất nhạy cảm với điện áp, và khi điện áp vượt quá mức cho phép, nó có thể bị hỏng Để bảo vệ thyristor khỏi tình trạng quá điện áp, việc sử dụng mạch RC mắc song song với van là một giải pháp hiệu quả.
Do van làm việc ở điều kiện không lý tưởng, nên ta chỉ chọn thông số du/dt của van để tính toán là: du/dt = 1000 (V/ μ s).
TÍNH TOÁN MẠCH ĐIỀU KHIỂN
Nguyên lý điều khiển cho van bán dẫn
Thyristor chỉ cho phép dòng điện chạy qua khi có điện áp dương trên cực anode và xung điện áp dương được áp dụng vào cực điều khiển.
Khi Thyristor đã mở, xung điều khiển không còn tác dụng Dòng điện chạy qua Thyristor phụ thuộc vào thông số của mạch động lực Thyristor sẽ tự động khóa khi dòng điện qua nó giảm xuống bằng 0, và để mở lại, cần cung cấp xung điều khiển một lần nữa.
Với điện áp hình Sin, thời điểm cấp xung điều khiển quyết định khả năng khống chế dòng điện Thyristor Để đạt được các đặc điểm này, có thể áp dụng hai nguyên tắc cơ bản.
Nguyên tắc điều khiển ngang.
Nguyên tắc điều khiển dọc.
Hiện nay, việc điều khiển Thyristor trong sơ đồ chỉnh lưu thường áp dụng nguyên tắc điều khiển dọc Do đó, tôi sẽ sử dụng phương pháp này để thiết kế mạch điều khiển hiệu quả.
Cấu trúc mạch điều khiển
Hình 4.1 Cấu trúc điều khiển
Nhiệm vụ của các khâu: a) Khâu đồng bộ:
Đảm bảo quan hệ về góc pha cố định với điện áp van lực nhằm xác định điểm gốc để tính góc điều khiển α, gọi là mạch đồng pha.
Điện áp được hình thành với dạng phù hợp để tạo xung nhịp cho hoạt động của khâu tạo điện áp tựa, được gọi là mạch đồng bộ hay mạch xung nhịp.
Khâu tạo điện áp tựa có mối quan hệ chặt chẽ với khâu đồng bộ, dẫn đến việc trong một số trường hợp đơn giản, hai chức năng này có thể được kết hợp trong một mạch duy nhất Thông thường, mạch đồng pha sẽ đảm nhận cả hai chức năng này.
Có nhiệm vụ tạo ra điện áp tựa (thường là dạng điện áp răng cưa tuyến tính). c) Khâu so sánh:
Bài viết này tập trung vào việc so sánh điện áp tựa với điện áp điều khiển Uđk, nhằm xác định thời điểm hai điện áp này bằng nhau (Uđk = Urc) Khi hai điện áp này đạt giá trị bằng nhau, sẽ xảy ra hiện tượng phát xung ở đầu ra Ngoài ra, khâu tạo xung và khuếch đại xung cũng được đề cập để làm rõ quá trình này.
Thyristor cần một xung mở phù hợp với các yêu cầu đặc biệt: sườn trước của xung phải dốc thẳng đứng để đảm bảo thyristor mở ngay lập tức khi nhận xung điều khiển, thường là xung kim hoặc xung chữ nhật Độ rộng xung phải lớn hơn thời gian mở của thyristor và cần đủ công suất Ngoài ra, cần có sự cách ly giữa mạch điều khiển và mạch động lực để đảm bảo hoạt động an toàn và hiệu quả.
Hình 4.2 Nguyên lí phát xung điều khiển
Tính toáncác thông số của mạch điều khiển
Hình 4.3 Sơ đồ khâu đồng bộ
Mạch đồng bộ sử dụng máy biến áp nhỏ, thường là máy biến áp hạ áp, để tạo ra điện áp đồng bộ Điện áp lưới u l được đưa vào cuộn sơ cấp, trong khi điện áp đồng bộ uđb được lấy ra từ cuộn thứ cấp Máy biến áp này, được gọi là máy biến áp đồng bộ (ký hiệu BAĐ), có thể là loại một pha hoặc nhiều pha tùy thuộc vào sơ đồ chỉnh lưu cụ thể.
Hình 4.4 Điện áp đồng bộ U đb
Mạch đồng bộ có sơ đồ như hình 4.3, ta chọn khuếch đại thuật toán IC
LF353 Điện áp xoay chiều đầu vào 380V từ mạch lực qua biến áp có số hệ số
Kba = 30. Điện trở R 1 để hạn chế dòng điện đi vào khuyếch đại thuật toán A 1 , thường chọn R1 sao cho dòng vào khuyếch đại thuật toán Iv < 1 mA.
Bảng 4.1: Thông số thiết bị khâu đồng pha
TT Tên thiết bị Thông số
3.3.2 Khâu tạo điện áp răng cưa
Hình 4.5 Mạch tạo răng cưa
Khi U2 = -Ubh điốt D3 mở lúc này tụ C1 được nạp điện theo công thức: và Khi U2 = +Ubh diode D3 bị khoá tụ C1 phóng điện, U3 được xác định theo biểu thức:
Tụ C1 phóng điện đến khi UC ~ 0 thì diode Dz làm việc thông như các diode thường giữ cho U3 = UC ~ 0 V.
Do sự đóng mở của D3làm tụ C1 phóng nạp tạo ra trên đầu ra của
Điện áp OA2 được hình thành dưới dạng sóng răng cưa U3, với độ dốc có thể điều chỉnh thông qua triết áp VR1 Nhờ vào sự hiện diện của diode zener (Dz), điện áp tối đa trên tụ khi nạp luôn đạt bằng điện áp ngưỡng của diode zener.
Hình 4.6 Đồ thị điện áp răng cưa
Chọn điốt ổn áp loại 1N5346B có điện áp ổn định UDZ = 9,1V;
Chọn giỏ trị tụ C1 = 0.47àF.
Điện áp tựa hình thành từ sự nạp của tụ C1, với chu kỳ lưới là 20 ms và chu kỳ của răng cưa là 10 ms Thời gian nạp và phóng của tụ tổng cộng là 10 ms, trong đó thời gian nạp với góc φ = 3° là 0,33 ms Thời gian phóng của tụ được tính là 9,67 ms Sau thời gian nạp 0,33 ms, điện áp của tụ tăng từ 0 đến 9,1V.
Khi đó: uC1 (t = tnap) = UDz = 9,1V
Khi tụ phóng, giá trị điện áp phóng của tụ giảm từ UDZ đến 0V trong thời gian phóng T2 Vậy ta có:
Bảng 4.2 Thông số các thiết bị khâu tạo điện áp răng cưa
TT Tên Chủng loại (giá trị)
Hình 4.6 Điện áp đồng bộ U đb
So sánh điện áp điều khiển với điện áp răng cưa giúp tạo ra điện áp đầu ra dưới dạng chuỗi xung vuông liên tiếp Cụ thể, điện áp răng cưa được đưa vào cửa đảo của OA3, trong khi điện áp điều khiển được đưa vào cửa cộng của OA3.
Khi Urc > Uđk thì đầu ra của OA3 có Uss= - Ubh.
Khi Urc < Uđk thì đầu ra của OA3 có Uss= + Ubh.
Khi Uss < 0 thì D6 thông và giữ cho U4 = 0
Khi Uss > 0 thì D6 không thông và U4 = +Ubh
Chúng ta đã tạo ra một dãy xung vuông với độ trễ so với điểm mở tự nhiên của điện áp đồng pha một góc α Góc này có thể được điều chỉnh bằng cách thay đổi giá trị của điện áp U đk.
Hình 4.7 Tín hiệu xung trong khâu so sánh
Chọn: R18 = R19 = R20 = 10 (kΩ), OA3 là vi mạch IC 741.
Bảng 4.3: Thông số các thiết bị khâu so sánh
TT Tên Chủng loại (giá trị)
Hình 4.8 Khâu tạo xung chùm
Nguyên lý hoạt động của hệ thống này nhằm giảm công suất cho tầng khuyếch đại và tăng số lượng xung kích mở để đảm bảo thyristor mở chắc chắn Để đạt được điều này, một bộ phát xung chùm được sử dụng cho các thyristor Chùm xung thu được sẽ được đưa tới cổng AND, kết hợp với tín hiệu nhận từ khâu so sánh Cuối cùng, tín hiệu đầu ra sẽ được chuyển đến khâu khuyếch đại xung.
Hình 4.9 Đồ thị tín hiệu tạo xung chùm
Bảng 4.4: Thông số các thiết bị khâu tạo xung chùm
TT Tên Chủng loại (giá trị)
Chọn IC4081 họ CMOS có 6 cổng AND với các thông số:
Công suất tiêu thụ: P = 2,5 nW/ 1 cổng
Dòng làm việc: Ilv < 1 mA.
Điện áp ứng với mức logic “1” là 2÷4,5 V.
Hình 4.10 Sơ đồ khuếch đại xung
Khâu KĐX có nhiệm vụ tăng công suất xung đến mức đủ mạnh để mở van lực. Đa số các thyristor mở chắc chắn khi xung điều khiển có:
UGK = 5-10V IG = 0,3-1A trong thời gian cỡ 100us.
Dòng điện đầu vào của xung điều khiển rất nhỏ, vì vậy cần phải khuếch đại để mở van Mạch Darlington, bao gồm hai transistor Q1 và Q2, có hệ số khuếch đại lớn do tích hai hệ số của Q1 và Q2, giúp đáp ứng yêu cầu khuếch đại dòng điện hiệu quả.
Biến áp xung có thể thực hiện các nhiệm vụ cách ly mạch điều khiển và mạch lực và khả năng tăng áp, dòng ở đầu ra cuộn thứ cấp.
Biến áp xung có tỉ số 2:1 như hình 4.10, điện áp điều khiển Uđk = 3V,
Iđk = 0.1A Đèn led 1,2 phát sáng báo có tín hiệu xung điều khiển vào van, điện áp rơi Vled = 1,9 V, dòng điện Iled = 0,02, điện trở hạn dòng led R3.
Tính toán biến áp xung:
Chọn biến áp xung có tỉ số k = 2, thông số cuộn sơ cấp như sau:
Chọn vật liệu lõi ferit có đặc tính từ hóa ΔB = 0,2 T; ΔH = 30 A/m. Tính toán kích thước tổng biến áp xung:
Chọn biến áp xung EE22 có thể tích là 3,5 cm 3 , diện tích lõi từ là 0,41 cm 2 , với số vòng dây:
Chọn Diot 1N5819 dùng trong khâu khuếch đại, có thông số:
Điện áp ngược lớn nhất: 40 V
Chọn Q2 là transistor NPN TIP41C có thông số:
Bảng 4.5 Thông số cơ bản transistor TIP41C
Biến áp xung có tính vi phân cần điện trở để tiêu tán năng lượng tích lũy ở cuộn dây trong giai đoạn khóa của bóng bán dẫn Nếu không, biên độ xung sẽ giảm đáng kể do lõi biến áp bị đẩy lên vùng bão hòa Điện áp Collector – emitter tối đa là 100 V.
Nhiệt độ hoạt động -65 đến 150 0 C