Nghiên ứu thiết kế hệ thống điều khiển tố độ động ơ vạn năng

51 Trang 7 6Danh mục ký hiệu, các chữ viết tắt Q Ký hiệu của transitor Đ Ký hiệu của diode R Ký hiệu của điện trở C Ký hiệu của tụ điện T Ký hiệu của thyristor L Ký hiệu của cuộn dây C

ngành : điều khiển và tự động hoá

Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển tốc độ động cơ vạn năng

3.2 Mẫu bìa phụ

bộ giáo dục và đào tạo trờng đại học bách khoa hà nội

Lêi cam ®oan

T«i xin cam ®oan: LuËn v¨n nµy ®îc nghiªn cøu thùc sù cña c¸ nh©n,

®îc thùc hiÖn díi sù híng dÉn khoa häc cña PGS.TS NguyÔn M¹nh Têng C¸c sè liÖu, nh÷ng kÕt luËn nghiªn cøu ®îc tr×nh bµy trong luËn v¨n nµy trung thùc vµ cha tõng ®îc c«ng bè díi bÊt cø h×nh thøc nµo

T«i xin chÞu tr¸ch nhiÖm vÒ nghiªn cøu cña m×nh

Häc viªn

NguyÔn §øc ThÞnh

Mục lục

Trang

Trang phụ bìa……… 1

Lời cam đoan……… 2

Mục lục……… 3

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt……… 6

Danh mục hình vẽ, đồ thị……… 7

Mở đầu……… 9

Chơng 1: tìm hiểu đặc tính động cơ vạn năng…… 10

1.1 động cơ một chiều……… 10

1.1.1 Đặc tính của động cơ một chiều kích từ độc lập (ĐMđl) ……… 10

1.1.1.1 Sơ đồ nối dây của (ĐMđl) và (ĐMss) ………… 10

1.1.1.2 Các thông số cơ bản của (ĐMđl) ……… 11

1.1.1.3 Phơng trình đặc tính cơ - điện và đặc tính cơ của (ĐMđl) ………

11 1.1.2 Đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ nối tiếp (ĐMnt) và hỗn hợp (ĐMhh) ………

12 1.1.2.1 Sơ đồ nối dây của ĐMnt……… 12

1.1.2.2 Đặc tính cơ điện và đặc tính cơ của (ĐMnt) …… 13

1.1.2.3 Đặc tính vạn năng của ĐMnt……… 13

1.2 động cơ xoay chiều……… 14

1.2.1 Động cơ không đồng bộ (ĐK) ……… 14

1.2.1.1 Các giả thiết và sơ đồ thay thế……… 14

a Các giả thiết ……… 14

b Sơ đồ thay thế……… 15 1.2.1.2 Phơng trình và đặc tính cơ của động cơ không

đồng bộ ĐK………

16

1.2.2 Động cơ đồng bộ (ĐĐB) ……… 17 1.3 Động cơ vạn năng……… 18 1.3.1 Nhận xét về động cơ một chiều kích từ nối tiếp ĐMnt 18 1.3.2 Cấu tạo của động cơ vạn năng……… 19 Chơng 2: nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển 20 2.1 Phân tích và chọn phơng án thiết kế mạch điều khiển…… 20 2.2 Thiết kế các khối……… 23 2.2.1 Khối đồng bộ hóa và phát sóng răng ca (ĐBH &

PSRC) ………

23

2.2.1.1 Mạch đồng bộ hoá……… 23 2.2.1.2 Mạch phát sóng răng ca……… 24

a Sơ đồ mạch phát sóng răng ca dùng điôt, điện

2.2.2 khối so sánh……… 35

2.2.3 khối tạo xung và phân chia xung……… 36

2.2.3.1 mạch sửa xung……… 37

2.2.3.2 mạch khuếch đại xung……… 38

2.2.3.3 mạch khuếch đại trung gian (dùng tranzitor) … 43 2.2.3.4 Mạch tạo nguồn nuôi……… 44

2.3 sơ đồ nguyên lý ……… 44

Chơng 3 Khảo sát hệ thống……… 50

3.1 giới thiệu mô hình hệ thống……… 50

3.2 Kết nối thiết bị của mô hình……… 51

3.3 Khảo sát hoạt động của hệ thống……… 51

3.3.1 Khi góc mở 450……… 53

3.3.2 Khi góc mở 900……… 55

3.3.2 Khi góc mở 1350……… 58

Kết luận và kiến nghị……… 62

Tài liệu tham khảo……… 63

Danh mục ký hiệu, các chữ viết tắt

Q Ký hiệu của transitor

CL Bộ chỉnh lu cầu bán điều khiển

ĐMđl Động cơ một chiều kích từ độc lập

ĐMss Động cơ một chiều kích từ song song

ĐMnt Động cơ một chiều kích từ nối tiếp

KĐTT Bộ khuếch đại thuật toán

Hình 2.1 Sơ đồ khối điều khiển tốc độ động cơ vạn năng

Hình 2.2 Các dạng xung thờng đợc dùng để điều khiển Thyritor

Hình 2.8 Giản đồ điện áp mạch phát sóng răng ca dùng mạch D-R-C nạp

điện cho tụ bằng nguồn một chiều ổn định

Hình 2.9 Sơ đồ mạch phát sóng răng ca dùng D-R-C và transitor

Hình 2.10 Giản đồ điện áp mạch phát sóng răng ca dùng D-R-C và transitor Hình 2.11 Sơ đồ mạch phát sóng răng ca dùng D-R-C và transitor, nạp tụ

bởi dòng không đổi

Hình 2.12 Giản đồ điện áp mạch phát sóng răng ca dùng D-R-C và

transitor, nạp tụ bởi dòng không đổi

Hình 2.13 Sơ đồ mạch phát sóng răng ca dùng vi mạch khuếch đại thuật

toán

Hình 2.14 Giản đồ điện áp mạch phát sóng răng ca dùng vi mạch khuếch

đại thuật toán

Hình 2.15 Sơ đồ mạch so sánh

Hình 2.16 Giản đồ xung điện áp ra mạch so sánh

Hình 2.17 Sơ đồ mạch sửa xung

Hình 2.18 Giản đồ điện áp mạch sửa xung

Hình 2.19 Sơ đồ mạch khuếch đại xung

Hình 2.20 Giản đồ điện áp mạch khuếch đại xung

Hình 2.21 Sơ đồ mạch khuếch đại trung gian (dùng tranzitor)

Hình 2.22 Sơ đồ mạch tạo nguồn nuôi

Hình 2.23 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển tốc độ động cơ vạn năng

Hình 2.24 Giản đồ xung điện áp mạch điều khiển tốc độ động cơ vạn năng Hình 3.1 Mô hình điều khiển tốc độ động cơ vạn năng

Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển tốc độ động cơ vạn năng

Bảng 3.3 Thông số khảo sát mô hình điều khiển tốc độ động cơ vạn năng

Mở đầu

Nh ta đợc biết hệ truyền động điện tự động lμ một tổ hợp các thiết bị

điện, điện tử, phục vụ cho cho việc biến đổi điện năng thμnh cơ năng cung cấp cho các cơ cấu công tác trên các máy sản suất, cũng nh gia công truyền ư tín hiệu thông tin để điều khiển quá trình biến đổi năng l ợng đó theo yêu cầu ưcông nghệ Tuỳ thuộc vμo yêu cầu công nghệ m ta có hệ truyền động điện μ

điều chỉnh tốc độ, hệ truyền động điện tự động điều chỉnh mô men, lực kéo vμ

hệ truyền động điện tự động điều chỉnh vị trí Từ lưới điện hoặc nguồn điện cung cấp điện năng đến bộ biến đổi và động cơ điện truyền động cho phụ tải Các bộ biến đổi như: bộ biến đổi máy điện (máy phát điện một chiều, xoay chiều, máy điện khuếch đại), bộ biến đổi điện từ (khuếch đại từ, cuộn kháng bão hòa), bộ biến đổi điện tử, bán dẫn (Chỉnh l u thyristor, bộ điều ư áp một chiều, biến tần transistor, thyristor) Động cơ có các loại như: động cơ một chiều, xoay chiều, các loại động cơ đặc biệt

Với các cơ cấu truyền động đã nêu ở trên trong đề tài luận văn thạc sĩ

kỹ thuật ta đi xây dựng bài tập thực hành thiết bị cha đợc khai thác sử dụng tại Trờng Cao Đẳng Nghề nhằm phục vụ trong công tác giảng dạy sinh viên tại các trờng

Chơng 1: tìm hiểu đặc tính động cơ vạn năng

Đặc tính cơ của động cơ điện l quan hệ giữa tốc độ quay vμ μ mômen của động

Có loại đặc tính cơ của các loại động cơ đặc trưng nh sau: động cơ ư

điện một chiều kích từ song song hay độc lập, động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp hay hỗn hợp, động cơ điện xoay chiều không đồng bộ và đồng bộ

Thông thường người ta phân biệt hai loại đặc tính cơ:

- Đặc tính cơ tự nhiên: lμ đặc tính có được khi động cơ nối theo sơ đồ bình

th ờng, không sử dụng thêm các thiết bị phụ trợ khác vư μ các thông số nguồn cũng nh của động cơ l định mức Như μ ư vậy mỗi động cơ chỉ có một đặc tính cơ tự nhiên

- Đặc tính cơ nhân tạo hay đặc tính cơ điều chỉnh: lμ đặc tính cơ nhận được

sự thay đổi một trong các thông số n o đó của nguồn, của động cơ hoặc nối μthêm thiết bị phụ trợ v o mạch, hoặc sử dụng các sơ đồ đặc biệt Mỗi động cơ μ

có thể có nhiều đặc tính cơ nhân tạo

Sau đây ta đi tìm hiểu đặc tính của từng loại động cơ

1.1 động cơ một chiều

1.1.1 Đặc tính của động cơ một chiều kích từ độc lập (ĐMđl)

1.1.1.1 Sơ đồ nối dây của (ĐMđl) và (ĐMss):

Động cơ điện một chiều kích từ độc lập (ĐMđl): nguồn một chiều cấp cho phần ứng và cấp cho kích từ độc lập nhau

Khi nguồn một chiều có công suất vô cùng lớn và điện áp không đổi thì có thể mắc kích từ song song với phần tử, lúc đó động cơ đợc gọi là động cơ điện một chiều kích song song (ĐMss)

1.1.2 Đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ nối tiếp (ĐMnt) và hỗn hợp (ĐMhh)

1.1.2.1 Sơ đồ nối dây của ĐMnt:

Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp (ĐMnt): nguồn một chiều cấp chung cho phần ứng nối tiếp với kích từ:

Từ sơ đồ nguyên lý ta thấy dòng kích từ chính lμ dòng phần ứng, nên từ thông của động cơ phụ thuộc v o dòng phần ứng vμ μ phụ tải của động cơ

Hình 1.2: a) Đặc tính cơ điện của động cơ điện một chiều kích từ độc lập.- b) Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập

Hình 1.3: a) Sơ đồ nối dây ĐMnt b) Đặc tính từ hóa của ĐMnt

1.1.2.2 Đặc tính cơ điện và đặc tính cơ của (ĐMnt):

Phơng trình đặc tính cơ điện của ĐMnt:

Với

(C - hệ số tỉ lệ)Phơng trình đặc tính cơ của ĐMnt:

Động cơ không đồng bộ (ĐK) đ−ợc sử dụng rộng rãi trong thực tế Ưu

điểm nỗi bật của nó l : cấu tạo đơn giản, lμ μm việc tin cậy, vốn đầu t− ít, giá

th nh hạ, trọng lμ −ợng, kích th ớc nhỏ hơn khi cùng công suất định mức so −với động cơ một chiều Sử dụng trực tiếp l ới điện xoay chiều 3 pha −

Hình 1.5: Các đặc tính vạn năng của ĐMnt

Tuy nhiên, việc điều chỉnh tốc độ vμ khống chế các quá trình quá độ khó khăn hơn, các động cơ ĐK lồng sóc có các chỉ tiêu khởi động xấu (dòng khởi động lớn, mômen khởi động nhỏ)

Để đơn giản cho việc khảo sát, nghiên cứu, ta giả thiết:

+ Ba pha của động cơ lμ đối xứng

+ Các thông số của mạch không thay đổi nghĩa l không phụ thuộc nhiệt độ, μ tần số, mạch từ không bảo hoμ nên điện trở, điện kháng, không thay đổi + Tổng dẫn của mạch vòng từ hoá không thay đổi, dòng từ hoá không phụ thuộc tải mμ chỉ phụ thuộc điện áp đặt v o stato μ

+ Bỏ qua các tổn thất ma sát, tổn thất trong lõi thép

+ Điện áp lưới hoμn toμn sin v μđối xứng

b Sơ đồ thay thế:

Với các giả thiết trên ta có sơ đồ thay thế 1 pha của động cơ 3 pha roto dây quấn:

Trong đó:

U 1f l μtrị số hiệu dụng của điện áp pha stato (V)

I 1 , I , I’ 2, lμ các dòng stato, mạch từ hóa, rôto đã quy đổi về stato (A)

X 1 , X , X’ 2 l μđiện kháng stato, mạch từ, rôto đã quy đổi về stato (Ω)

R 1 , R , R’ 2l μđiện trở stato, mạch từ, rôto đã quy đổi về stato (Ω)

R’ 2f l μđiện trở phụ (nếu có) ở mỗi pha rôto đã quy đổi về stato (Ω)

Hình 1.6: Sơ đồ thay thế ĐKdq

s lμ hệ số trượt của động cơ:

Trong đó:

1 = 0l μtốc độ của từ tr ờng quay ở stato động cơ, còn gọi l tốc độ đồng ư μ

bộ (rad/s):

l μtốc độ góc của rôto động cơ (rad/s)

Trong đó: f 1l μtần số của điện áp nguồn đặt v o stato (μ Hz), p l μsố đôi cực của động cơ

1.2.1.2 Phơng trình và đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ ĐK

Từ sơ đồ thay thế ta tính được dòng stato:

Trong đó: R’2 Σ = R’2 + R’2f là điện trở tổng mạch rôto

l μđiện kháng ngắn mạch

Trị số hiệu dụng của dòng rôto đã quy đổi về stato:

Phương trình lμ quan hệ giữa dòng rôto I’2 với hệ số trượt s hay giữa I’2 với tốc độ , nên gọi l đặc tính điệnμ -cơ của động cơ ĐK

Nh vậy đặc tính cơ của động cơ ư ĐĐB nμy trong phạm vi mômen cho phép

M Mmax l đμ ường thẳng song song với trục hoμnh, với độ cứng Tuy nhiên khi mômen vợt quá trị số cực đại cho phép M > Mmax thì tốc độ động cơ sẽ lệch khỏi tốc độ đồng bộ

1.3 Động cơ vạn năng

1.3.1 Nhận xét về động cơ một chiều kích từ nối tiếp ĐMnt:

- Về cấu tạo, ĐMnt có cuộn kích từ chịu dòng lớn, nên tiết diện to v số vòng μ dây ít Nhờ đó nó dễ chế tạo vμ ít h hỏng hơn so với ĐMư đl

- Động cơ ĐMnt có khả năng quá tải lớn về mmomen Khi có cùng một hệ số quá tải dòng điện nh nhau thì mômen của ĐM nt lớn hơn mômen của ĐMđl

- Mômen của ĐMnt Không phụ thuộc vμo sụt áp trên đ ờng dây tải điện, ưnghĩa lμ nếu giữ cho dòng điện trong động cơ định mức thì mômen động cơ cũng lμ định mức, cho dù động cơ nối ở đầu đường dây hay ở cuối đường dây

Do vậy người ta ứng dụng động cơ 1 chiều kớch từ nối tiếp để chế tạo động cơ vạn năng cú thể chạy điện xoay chiều hay 1 chiều Khi dựng điện 1 chiều vỡ khụng cú điện ỏp rơi trờn điện khỏng nờn với cựng một trị số điện ỏp thỡ tốc độ quay của động cơ sẽ lớn hơn Do đú để cho đặc tớnh của động cơ khụng thay đổi người ta làm cỏc đầu điện ỏp xoay chiều và một chiều khỏc nhau như hỡnh 1.10 Trong đú đầu điện ỏp xoay chiều ứng với số vũng dõy kớch từ nhỏ hơn đầu điện ỏp một chiều Tụ điện C dựng để giảm nhiễu vụ tuyến

1.3.2 Cấu tạo của động cơ vạn năng

Trong đề tài với giới hạn trong phòng thực hành phục vụ giảng dạy và học tập cho sinh viên Cao Đẳng Nghề ta đi nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển tốc độ động cơ vạn năng do động cơ vạn năng sử dụng đợc cả điện áp một chiều và xoay chiều

Hình 1.10: Động cơ vạn năng

- Nhóm các hệ thống điều khiển đồng bộ: Đây là nhóm các hệ thống

điều khiển mà các xung điều khiển xuất hiện trên điện cực điều khiển các thyristor đúng thời điểm cần mở van và lặp đi lặp lại mang tính chu kỳ với chu

kỳ thờng là bằng chu kỳ nguồn xoay chiều cung cấp cho sơ đồ chỉnh lu (trong một vài trờng hợp chu kỳ của xung có thể bằng 2 chu kỳ điện áp nguồn) Nhóm hệ thống điều khiển này đang đợc sử dụng phổ biến nhất hiện nay Trong khuôn khổ của đề tài ta chỉ nghiên cứu các hệ thống điều khiển thuộc nhóm này

- Nhóm các hệ thống điều khiển không đồng bộ: Các hệ thống điều khiển thuộc nhóm này tạo ra các xung điều khiển không tuân theo giá trị góc

điều khiển nh đã nêu ở phần trớc Các hệ thống điều khiển này phát ra chuỗi xung điều khiển với tần số thờng cao hơn rất nhiều tần số nguồn xoay chiều cung cấp cho sơ đồ chỉnh lu và trong quá trình làm việc tần số xung

đợc tự động thay đổi để đảm bảo cho một đại lợng đầu ra nào đó, ví dụ nh

Ud hay Id không thay đổi Để đạt đợc điều này thì ngời ta thực hiện khống chế tần số xung điều khiển theo sai lệch giữa tín hiệu đặt và tín hiệu ra thực tế của đại lợng cần ổn định

Trong đề tài “Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển tốc độ động cơ vạn năng” ta thực hiện phơng pháp thiết kế hệ thống điều khiển theo sơ đồ khối sau:

- Khối 1 là khối đồng bộ hoá và phát sóng răng ca (ĐBH & PSRC): Tín hiệu điện áp đa vào khối này cũng chính là tín hiệu cấp cho mạch động lực của bộ chỉnh lu (uV) Khối này ta thờng sử dụng biến áp đồng bộ hoá để

điện áp ra sau khối này có dạng sin với tần số bằng tần số điện áp nguồn cung cấp cho sơ đồ chỉnh lu và trùng pha hoặc lệch pha 1 góc xác định so với điện

áp nguồn Tạo sóng răng ca điện áp đồng bộ (uđb) đợc đa vào khối 2 để tạo

ra điện áp dạng xung răng ca (urc) Điện áp răng ca urc là điện áp chuẩn để

so sánh với Uđkcủa khối 2

- Khối 2 là khối so sánh: Qua khối này urc và Uđk đợc so sánh với nhau Uđk là điện áp 1 chiều Gia điểm của điện áp này với urc quyết định góc

điều khiển

Khối 3 khối 2

- Khối 3 là khối tạo xung và phân chia xung: Tín hiệu ra sau khối so sánh có dạng số (có tín hiệu 1 và không có tín hiệu 0) Tuy nhiên xung này hầu nh cha đáp ứng đợc yêu cầu về biên độ xung, độ rộng xung, độ dốc xung, Vì vậy cần phải có khối tạo xung để điều chỉnh các thông số này cho phù hợp Phân chia xung để dẫn xung và phân chia xung cho Thyristor Ta thờng dùng biến áp xung (BAX) để thực hiện việc này

- Khối 4 là đối tợng điều khiển: tín hiệu xung ra từ khối 3 dùng để

điều khiển thyristo dùng để điều khiển động cơ

- Khối 5 là khối khuếch đại trung gian: Tổng hợp tín hiệu đặt và tín hiệu phản hồi lợng d đợc khuếch đại để điều khiển nhằm thay đổi giá trị điện

áp ra của bộ biến đổi

Để kích mở Thyristor làm việc dẫn dòng thì ngoài điều kiện UAK > 0 ra còn phải có xung điều khiển đặt vào cực điều khiển của Thyristor (UGK > 0)

Ta phải thiết kế mạch tạo xung để kích mở Thyristor

Ngoài 2 điều kiện bắt buộc để Thyristor mở dẫn dòng còn có yêu cầu: Khi có mạch động lực cụ thể thì phải phù hợp, đặc biệt bộ chỉnh lu điều khiển là bộ cung cấp nguồn chỉnh lu Vậy mạch điều khiển phải thoả mãn:

- Thời gian duy trì xung để mở cho chắc chắn (độ rộng xung tx)

- Biên độ điện áp xung (U)

- Mở chính xác: Tức là có độ rộng sờn trớc phù hợp (du/dt) Xung điều khiển Thyristor thờng có 3 dạng dới đây:

Trong đó hai dạng xung hay dùng hơn là xung vuông (hình a) và xung kim (hình b)

Hình 2.2: Các dạng xung thờng đợc dùng để điều khiển Thyritor

Trong thực tế đối với hệ thống tự động cao, mạch điều khiển đợc thiết kế theo một trong 3 nguyên tắc sau:

- Hệ thống điều khiển chỉnh lu theo nguyên tắc khống chế pha đứng

- Hệ thống điều khiển chỉnh lu theo nguyên tắc khống chế pha ngang

- Hệ thống điều khiển chỉnh lu dùng Điôt hai cực gốc (UJT)

Trong 3 nguyên tắc trên thì nguyên tắc khống chế theo pha ngang ít đợc sử dụng nhất vì phạm vi điều chỉnh góc điều khiển không rộng, rất nhạy với sự thay đổi của điện áp nguồn, khó tổng hợp nhiều nguồn tín hiệu điều khiển,…Nguyên tắc điều khiển dùng UJT áp dụng cho các Thyristor có công suất nhỏ

ở đây với yêu cầu bài toán ta sử dụng phơng pháp khống chế theo pha đứng

2.2 Thiết kế các khối

2.2.1 Khối đồng bộ hóa và phát sóng răng ca (ĐBH & PSRC)

Để tạo ra một hệ thống các xung xuất hiện lặp đi lặp lại với chu kỳ bằng chu kỳ nguồn xoay chiều cung cấp cho sơ đồ chỉnh lu và điều khiển đợc thời điểm xuất hiện của chúng trong mỗi chu kỳ thì các nghiên cứu đã chỉ ra rằng: tốt nhất là sử dụng các mạch phát xung mà một trong các tín hiệu điều khiển nó là tín hiệu cũng biến đổi một cách chu kỳ với chu kỳ nh của tín hiệu

ra và dạng tốt nhất là hình răng ca Vì vậy mà chúng ta cần phải có mạch

điện để tạo ra các điện áp răng ca và đợc gọi là mạch phát sóng răng ca (FSRC) Mặt khác, kỹ thuật điện điện tử cũng chỉ ra rằng để có điện áp dạng - răng ca có tần số và thời điểm đầu của mỗi xung răng ca phù hợp với tần số

và góc pha của nguồn xoay chiều cung cấp cho sơ đồ chỉnh lu thì tốt nhất là

sử dụng các sơ đồ tạo điện áp răng ca đợc điều khiển bởi điện áp biến thiên cùng tần số Dạng của điện áp điều khiển mạch tạo điện áp răng ca có thể bất

kỳ Để có các điện áp này ngời ta sử dụng một mạch điện đợc gọi là mạch

đồng bộ hoá (gọi tắt là mạch đồng bộ) và điện áp ra của mạch đồng bộ gọi là

điện áp đồng bộ , ký hiệu là uđb

Kiểu mạch đồng bộ này ít đợc sử dụng vì có sự liên hệ trực tiếp về

điện giữa mạch động lực và mạch điều khiển bộ chỉnh lu

- Mạch đồng bộ dùng máy biến áp: Trong trờng hợp này ngời ta sử dụng một máy biến áp công suất nhỏ thờng là máy biến áp hạ áp để tạo ra

điện áp đồng bộ Điện áp lới ul đợc đặt vào cuộn sơ cấp còn bên thứ cấp ta lấy ra điện áp đồng bộ uđb Máy biến áp để tạo ra điện áp đồng bộ đợc gọi là máy biến áp đồng bộ và ký hiệu là BAĐ

Sơ đồ mạch phát sóng răng ca trên hình 2.5 bao gồm:

- BAĐ là máy biến áp đồng bộ hoá ,đây là phần mạch đồng bộ

- Điôt D,điện trở R,tụ điện C là các phần tử cơ bản của mạch tạo điện áp răng ca

- Các điện áp ul,uđb,uc,urc lần lợt là điện áp nguồn xoay chiều cung cấp cho sơ đồ chỉnh lu,điện áp đồng bộ hoá,điện áp trên tụ điện C và điện răng ca đầu ra của sơ đồ

* Nguyên lý làm việc:

Ta giả thiết rằng: tại t=0 thì uω đb=0và bắt đầu chuyển sang nửa chu kỳ dơng, điện áp trên tụ đang bằng không (uc=0) Nh trên hình 2.6

Nh vậy thì sau thời điểm ωt=0 thì uđb>0 nên điôt D đợc đặt điện áp thuận và

D mở, tụ điện C sẽ đợc nạp điện bởi nguồn điện áp đồng bộ qua điôt D đang

mở Điện áp trên tụ C tăng dần theo thời gian và khi ωt=ν1 thì uc = uđb , lúc này điện áp đồng bộ đã ở giai đoạn giảm của nửa chu kỳ dơng nên sau thời

điểm t=ω ν1 thì D bị đặt điện áp ngợc và D khoá lại Điôt D khoá thì sự nạp

điện của tụ cũng kết thúc, tụ bắt đầu phóng điện qua điện trở R Quá trình phóng điện làm cho điện áp trên tụ giảm dần và đến t=ω ν2 thì điện áp trên tụ lại bằng điện áp đồng bộ đang ở giai đoạn tăng trong nửa chu kỳ dơng của chu kỳ tiếp theo, D lại đợc phân cực thuận và lại mở, tụ lại đợc nạp.Quá trình ở các chu kỳ sau diễn ra lặp lại tơng tự Điện áp đầu ra của sơ đồ bằng

điện áp trên tụ C (urc = uc) Ngời ta tính chọn giá trị điện trở R và tụ điện C sao cho ν2≈ π2 nhng ν2>2π Với mạch tạo điện áp răng ca này ngời ta chọn sờn sử dụng là phần sờn sau

Nếu ta gọi biên độ điện áp răng ca (điện áp trên C) là Urcmax thì biểu thức

điện áp trên tụ trong giai đoạn phóng điện là:

ucp = Urcmax.e- - (t ν 2/ ω )/ RC

Sơ đồ này có u điểm là rất đơn giản, nhng lại có các nhợc điểm là dạng điện áp trên đầu ra khác nhiều so với dạng đờng điện áp răng ca lý tởng và biên độ điện áp răng ca phụ thuộc nhiều vào biên độ điện áp đồng

π Hình 2.8

- BAĐ là máy biến áp đồng bộ thuộc phần mạch đồng bộ hoá

- D1,D2,C,R,R1 các phần tử của mạch tạo điện áp răng ca

- Các điện áp trong sơ đồ cũng tơng tự nh sơ đồ hình 2.5, chỉ khác là trong sơ đồ này có thêm nguồn điện áp một chiều ổn định Un dùng để nạp cho

uc = Un.(1-e-t/ τ) với τ =R.C là hằng số thời gian mạch nạp của tụ

Đến ωt=ν1 thì điện áp trên tụ bằng giá trị tức thời của điện áp đồng bộ mà

từ thời điểm đó điện áp đồng bộ đang giảm (nửa sau của nửa chu kỳ dơng

uđb), do vậy mà sau t=ω ν1 van D2 đợc phân cực thuận, dẫn đến D2 mở Van

D2 mở thì tụ ngừng nạp và bắt đầu phóng điện qua cuộn thứ cấp máy biến áp

đồng bộ và điôt D2 Đến ω νt= 1' thì điện áp trên tụ giảm đến bằng không và D1

mở nên điện áp trên tụ giữ nguyên giá trị bằng không cho đến thời điểm

ωt=2 Tại t=2 thì uπ ω π đb=0 và lại bắt đầu chuyển sang dơng, các điôt bị đặt

điện áp ngợc nên khoá lại do vậy tụ C lại đợc nạp tơng tự nh từ t=ω ν1 và

sự làm việc của sơ đồ lặp lại nh chu kỳ vừa xét Điện áp răng ca đầu ra cũng chính là điện áp trên tụ C và dạng điện áp ra urc cũng đợc cho trên hình 2.8

Với sơ đồ này thì biên độ điện áp răng ca cũng phụ thuộc vào biên độ điện áp

đồng bộ nhng dạng điện áp ra đã gần với hình răng ca hơn sơ đồ trớc Để tăng độ tuyến tính phần sờn sử dụng của điện áp răng ca (trong sơ đồ này ta

sử dụng phần sờn trớc) thì ngời ta tăng hằng số thời gian mạch nạp bằng cách tăng giá trị R hoặc C, thờng tăng R Mặt khác do =R.C tăng thì biên τ

độ urc có xu hớng giảm đi , vì vậy muốn có biên độ không đổi khi tăng τ

=R.C ta phải tăng giá trị của nguồn nạp Un theo Thông thờng với sơ đồ này thì Un đợc chọn lớn hơn biên độ điện áp răng ca Urcmax từ 5 đến 7 lần Loại sơ đồ này hiện nay cũng ít đợc sử dụng vì chất lợng điện áp ra kém, độ dài sờn sử dụng của điện áp răng ca nhỏ hơn 1800 điện

c Sơ đồ mạch phát sóng răng ca dùng D-R-C và transitor

* Giới thiệu sơ đồ

Trong sơ đồ này (hình 2.9) có:

- BAĐ là máy biến áp đồng bộ để tạo ra tín hiệu đồng bộ hoá

- Điôt D , transitor Tr, các điện trở R1, R2, R3, R4 và biến trở WR, tụ điện C

là các phần tử của mạch phát điện áp răng ca

- Điện áp nguồn xoay chiều cấp cho sơ đồ chỉnh lu ul, điện áp đồng bộ

uđb, điện áp một chiều cung cấp cho sơ đồ tạo sóng răng ca Ucc, điện áp đầu

Ta giả thiết rằng: tại ωt=0 thì uđb=0 và bắt đầu chuyển sang nửa chu kỳ dơng, tại ωt=0 điện áp trên tụ C đang bằng không (uc=0)

Vậy sau thời điểm ωt=0 thì uđb>0 (điểm a dơng hơn điểm o) nên trên D

đợc đặt điện áp thuận, D sẽ mở dẫn đến sẽ có dòng điện từ cuộn thứ cấp BAĐ đi qua R2 và điôt D, nếu bỏ qua sụt điện áp rất nhỏ trên cuộn dây máy biến áp đồng bộ hoá và trên điôt D thì trên R2 đợc đặt điện áp bằng toàn bộ s.đ.đ thứ cấp BAĐ, tức là uđb Điện sụt trên R2lúc này có thế dơng đặt vào cực phát Tr,còn thế âm đặt vào cực gốc Tr, do vậy mạch gốc phát transitor của -

Tr bị đặt điện áp ngợc và Tr khoá (không có dòng cực góp) Tr khoá thì tụ C

đợc nạp từ nguồn một chiều cung cấp cho sơ đồ có giá trị ổn định là Ucc qua

điện trở R3 và biến trở WR Điện áp trên tụ tăng dần theo biểu thức sau:

uc=Ucc.(1-e-t/ τ) với τ =(R3+WR).C là hằng số thời gian mạch nạp của tụ

Đến ωt=π thì điện áp đồng bộ uđb = 0 và bắt đầu chuyển sang nửa chu kỳ âm (điểm a trở nên âm hơn điểm o) Van D bị đặt điện áp ngợc và khoá lại do vậy điện áp đồng bộ không còn tác động đến mạch gốc phát của Tr nữa , lúc -này dới tác động của nguồn cung cấp một chiều qua điện trở định thiên R1trong mạch định thiên theo kiểu phân áp gồm R1 và R2 mà Tr mở Tr mở thì

tụ C ngừng nạp và bắt đầu phóng điện qua mạch góp-phát của transitor Tr và

điện trở bảo vệ transitor là R4, ngời ta tính chọn các điện trở R1, R2 và Tr sao cho Tr mở bão hoà với điện trở tổng mạch cực góp là R3+WR

Vậy tụ C sẽ ngừng phóng khi điện áp trên tụ giảm xuống bằng sụt điện áp bão hoà của Tr cộng với sụt áp trên R4 gây nên bởi dòng mở bão hoà của Tr:

π Hình 2.10

uR4≈Ucc.R4/(R3+WR) Sụt điện áp bão hoà trên một transitor mở rất nhỏ nên ta

có thể bỏ qua, mặt khác do R4<<(WR+R3) nên cũng có thể bỏ qua sụt áp trên

R4 (tức là uR4=0) Nh vậy thì tụ C sẽ phóng đến điện áp bằng không (tại

ω νt= 1) và do Tr vẫn mở nên điện áp trên tụ giữ nguyên giá trị bằng không cho

đến thời điểm ωt=2π Tại ωt=2π thì uđb=0 và lại bắt đầu chuyển sang dơng,

điôt D lại đợc đặt điện áp thuận nên lại mở và Tr lại khoá, do vậy tụ C lại

đợc nạp tơng tự nh từ t=0 và sự làm việc của sơ đồ lặp lại nh chu kỳ vừa ωxét Điện áp răng ca đầu ra cũng chính là điện áp trên tụ C và dạng điện áp

ra urc đợc cho trên hình 2.10 Với sơ đồ này thì biên độ điện áp răng ca không phụ thuộc vào biên độ điện áp đồng bộ, dạng điện áp ra đã gần với hình răng ca và độ dài sờn trớc (giai đoạn nạp tụ) đã đạt đến 1800 điện Trong sơ đồ này ta sử dụng phần sờn trớc Để sờn sử dụng có dạng đờng thẳng (tuyến tính) ta nạp tụ bởi nguồn dòng không đổi nh sơ đồ sau (hình 2.11) Trong sơ đồ trên thì R4 là để hạn chế biên độ dòng phóng của tụ qua Tr mở để bảo vệ Tr, còn biến trở WR dùng để chỉnh định biên độ điện áp răng ca cho phù hợp yêu cầu

d Sơ đồ mạch phát sóng răng ca dùng D-R-C và transitor, nạp tụ bởi dòng không đổi

* Giới thiệu trên sơ đồ này (hình 2.11) gồm có:

- BAĐ là máy biến áp đồng bộ để tạo ra tín hiệu đồng bộ hoá

- Các phần tử còn lại là mạch tạo điện áp răng ca, trong đó mạch điện gồm

Tr2 , Dz , R4 ,WR là mạch ổn định dòng để nạp tụ

- ul là điện áp nguồn xoay chiều cấp cho sơ đồ chỉnh lu ; uđb điện áp đồng

bộ ; Ucc điện áp một chiều cung cấp cho sơ đồ tạo sóng răng ca ; urc điện áp răng ca đầu ra của sơ đồ ; U0 là điện áp ổn định trên điôt ổn áp Dz ; ic1 , ic2 và

ie2 là dòng cực góp Tr1, Tr2 và dòng cực phát của Tr2

* Nguyên lý làm việc:

Trớc tiên ta giới thiệu sơ lợc nguyên lý của mạch tạo ra dòng điện không đổi (ổn dòng) : Ta có điện áp giữa cực phát và gốc Tr2 là:

ueb2 = U0 - ie2.RWR

với RWR là trị số điện trở của biến trở WR Do sụt điện áp giữa cực phát và cực gốc của một transitor hầu nh không thay đổi khi dòng cực gốc thay đổi nên

ta xem ueb2 =A=const Vậy ta có : ie2 =(U0 - ueb2)/RWR=I= const, mặt khác ta lại

có ic2≈ie2=I=const Tức là dòng điện qua cực góp Tr2 có giá trị không đổi

Ta giả thiết rằng: tại t=0 thì uω đb=0 và bắt đầu chuyển sang nửa chu kỳ dơng, tại ωt=0 điện áp trên tụ C đang bằng không (uc=0)

Vậy sau thời điểm ωt=0 thì uđb>0 (điểm a dơng hơn điểm o) nên trên D

đợc đặt điện áp thuận, D sẽ mở dẫn đến sẽ có dòng điện từ cuộn thứ cấp BAĐ đi qua R2 và điôt D, nếu bỏ qua sụt điện áp rất nhỏ trên cuộn dây máy biến áp đồng bộ hoá và trên điôt D thì trên R2 đợc đặt điện áp bằng toàn bộ s.đ.đ thứ cấp BAĐ, tức là uđb Điện sụt trên R2 lúc này có thế dơng đặt vào cực phát Tr1, còn thế âm đặt vào cực gốc Tr1, do vậy mạch gốc phát transitor -

Tr1 bị đặt điện áp ngợc và Tr1 khoá (không có dòng cực góp) Transitor Tr1khoá thì tụ C đợc nạp điện bởi dòng cực góp Tr2 có giá trị ổn định I Điện áp trên tụ tăng dần theo qui luật :