Học vấn do người siêng năng đạt được, tài sản do người tinh tế sở hữu, quyền lợi do người dũng cảm nắm giữ, thiên đường do người lương thiện xây dựng. – Franklin
TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ
Tổng quan về động cơ điện một chiều kích từ độc lập
Giới thiệu về động cơ điện một chiều
Là loại máy điện quay sử dụng điện một chiều
Động cơ điện một chiều là thiết bị biến đổi điện năng thành cơ năng
Máy điện một chiều làm việc ở chế độ động cơ khi E < U, lúc đó dòng điện Iư ngược chiều với E
Động cơ một chiều được dùng phổ biến trong công nghiệp, trong ngành giao thông vận tải và những nơi có yêu cầu điều chỉnh tốc độ quay liên tục trong phạm vi rộng
Trong phân tích các hệ thống truyền động, thường biết trước các đặc tính cơ Mc(ω) của máy sản xuất
Đạt được trạng thái làm việc với những thông số yêu cầu tốc độ, mômen, dòng điện động cơ, cần phải tạo ra những đặc tính cơ nhân tạo của động cơ tương ứng
Mỗi động cơ có một đặc tính cơ tự nhiên xác định bởi các số liệu định mức và được sử dụng như loạt số liệu cho trước
Phương trình đặc tính cơ của động cơ điện có thể viết theo dạng thuận M = f(ω) hay dạng ngược ω = f(M).
Cấu tạo của động cơ điện một chiều
Hình 1.1: Cấu tạo stator máy điện một chiều
Gồm các bộ phận chính sau:
-Cực từ chính: là bộ phận sinh ra từ trường, gồm lõi sắt cực từ và dây quấn kích từ
+Lõi sắt cực từ làm bằng thép kĩ thuật điện dày (0,5-1) mm ép lại và tán chặt
+Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng bọc cách điện Trong các máy công suất nhỏ, cực từ chính là một nam châm vĩnh cửu
+Trong các máy công suất trung bình và lớn, cực từ chính là nam châm điện
-Cực từ phụ: đặt giữa cực từ chính và dùng để cải thiện điều kiện làm việc của máy điện và đổi chiều
+Lõi thép cực từ phụ có thể là một khối hoặc có thể được ghép bởi các lá thép tùy theo chế độ làm việc
+Gông từ (vỏ máy): dùng để làm mạch từ nối liền các cực từ đồng thời làm vỏ máy 1.2.2 Phần quay (rotor)
Hình 1.3: Cấu tạo rotor máy điện một chiều
Gồm các bộ phận chính sau:
-Lõi thép phần ứng: dùng để dẫn từ, thường dùng những tấm thép kĩ thuật điện dày 0,5mm phủ cách điện mỏng ở hai mặt rồi ép chặt lại để giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây lên Rãnh để đặt dây quấn
+Trong máy điện nhỏ, lõi thép phần ứng được ép trực tiếp vào trục Trong máy điện lớn, giữa trục và lõi sắt có đặt giá roto
-Dây quấn phần ứng: là phần sinh ra sức điện động và có dòng điện chạy qua Thường làm bằng dây đồng có bọc cách điện
-Cổ góp: dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành một chiều Thường được làm bởi nhiều phiến đồng mỏng được cách điện với nhau bằng những tấm mica dày 0,4mm đến 1,2 mm
-Cánh quạt: Dùng để quạt gió làm nguội máy
-Trục máy: Trên đó đặt lõi thép phần ứng, cổ góp, cánh quạt và ổ bi Trục máy thường được làm bằng thép cacbon tốt.
Nguyên lý hoạt động của động cơ điện một chiều
Hình 1.4: Lõi thép phần ứng
Hình 1.5: Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều
Nếu ta cho dòng điện một chiều đi vào chổi than thì do dòng điện chỉ đi vào thanh dẫn dưới cực N và đi ra ở các thanh dẫn nằm dưới cực S nên dưới tác dụng của từ trường sẽ sinh ra momen có chiều không đổi làm cho quay máy Chiều của lực điện từ được xác định theo quy tắc bàn tay trái.
Các thông số định mức
Chế độ làm việc định mức của máy điện một chiều là chế độ làm việc trong những điều kiện mà xưởng chế tạo đã quy định Chế độ đó đươc đặc trưng bằng những đại lượng ghi trên nhãn máy và gọi là những đại lượng định mức Trên nhãn máy thường ghi những đại lượng sau:
Công suất định mức: Pđm (kW) Điện áp định mức: Uđm (V)
Dòng điện định mức: Iđm (A)
Tốc độ định mức: nđm (vòng/phút)
Hiệu suất định mức: 𝜂đm
Phân loại động cơ điện một chiều
Có thể phân loại động cơ điện một chiều thành các loại sau:
+Động cơ điện một chiều kích từ độc lập: có cuộn kích từ được cấp điện từ một nguồn điện ngoài độc lập với nguồn điện cấp cho mạch phần ứng
+Động cơ điện một chiều kích từ song song: có cuộn kích từ mắc nối song song với cuộn dây phần ứng
+Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp: có cuộn kích từ mắc nối tiếp với cuộn dây phần ứng.
Phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập
- Nguồn cấp cho phần ứng và kích từ độc lập nhau
- Khi nguồn có công suất vô cùng lớn và điện áp không đổi thì có thể mắc kích từ song song với phần ứng, lúc đó động cơ được gọi là động cơ điện một chiều kích từ song song Ở đây động cơ kích từ song song được coi như kích từ độc lập nên ta coi hai động cơ này như nhau
- Ở động cơ điện một chiều kích từ độc lập, cuộn kích từ khởi động từ được cấp điện từ một nguồn điện tách biệt với nguồn điện cấp cho cuộn ứng Ở động cơ điện một chiều kích từ song song thì cuộn kích từ và cuộn ứng được cấp điện bởi cùng một nguồn Trường hợp này mà nguồn điện có công suất lớn hơn nhiều so với công suất động cơ thì tính chất động cơ sẽ tương tự động cơ kích từ độc lập
Hình 1.6a: Sơ đồ nối dây động cơ kích từ độc lập Hình 1.6b: Sơ đồ nối dây động cơ kích từ song song
- Phương trình cân bằng điện áp:
Uư = Eư + (Rư + Rf) Iư (V) (TLTK [1] (ct1-1, tr.22)) Trong đó: Uư: Điện áp phần ứng
Eư: Sức điện động phần ứng động cơ Được xác định theo công thức: Eư = Kω (V) (TLTK [1] (ct1-2, tr.22))
Trong đó: K = hệ cấu tạo của động cơ
Với: p: Số đôi cực từ chính
N: Số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng a: Số mạch nhánh đấu song song của cuộn dây phần ứng
: Từ thông kích từ dưới một cực từ (Wb)
Hình 1.6: Sơ đồ nối dây động cơ
Rư= rư + rcf + rcb + rct: Điện trở phần ứng động cơ (Ω)
Trong đó: rư: Điện trở cuộn dây phần ứng rcf: Điện trở cực từ phụ rcb: Điện trở cuộn bù (nếu có) rct: Điện trở tiếp xúc của chổi than trên cổ góp rcf
Rf: Điện trở phụ trong mạch phần ứng
Iư: Dòng điện mạch phần ứng
- Phương trình đặc tính cơ: ω = đ ư − ư
( đ ) ⋅ M (rad/s) (TLTK [1] (ct2-7, tr.23)) Momen điện từ của động cơ tỷ lệ với từ thông và dòng điện phần ứng Iư:
- Phương trình đặc tính cơ điện:
Từ phương trình chính, công thức tính sức điện động, công thức thể hiện mối quan hệ giữa momen điện từ và dòng điện phần ứng Iư Ta được phương trình đặc tính cơ điện: ω = ư
đ ⋅ Iư (rad/s) (TLTK [1] (ct2-4, tr.23)) Phương trình biểu thị quan hệ tốc độ ω là một hàm của momen M được gọi là phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập
Nếu dùng đơn vị tốc độ là vòng/phút thì phương trình đặc tính cơ sẽ trở thành: n = .9,55 n = 9,55 ư − ư
- Tốc độ góc định mức:
- Tốc độ không tải lý tưởng (M=Iư =0): ω = ư (rad/s)
- Đường đặc tính cơ và đặc tính cơ điện:
Từ các phương trình đặc tính cơ và phương trình đặc tính cơ điện, với giả thiết phần ứng được bù đủ và f = const có thể vẽ được các đặc tính cơ và đặc tính cơ điện là đường thẳng.
Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều
Ta thấy việc điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều có thể thực hiện bằng cách thay đổi các đại lượng Rư ,Uư, Điều khiển tốc độ là một trong những nội dung chính của truyền động điện tự động nhằm đáp ứng yêu cầu công nghệ của các máy sản xuất Để đánh giá chất lượng của một hệ thống truyền động điện thường căn cứ vào một số chỉ tiêu sau:
Sai số tốc độ: Sai số tĩnh tốc độ là đại lượng đặc trưng cho độ chính xác duy trì tốc độ đặt và được đánh giá thông qua:
Trong đó: ω là tốc độ đặt ω là tốc độ làm việc thực
Mong muốn: sai số ω = ω (S% càng nhỏ càng tốt)
Tính liên tục (độ trơn dải điều chỉnh) γ = (TLTK [1] (ct3-2, tr.90))
Trong đó: ω là giá trị tốc độ ổn định đạt được ở cấp độ i ω là giá trị tốc độ ổn định đạt được ở cấp kế tiếp (i+1)
Hệ thống điều khiển liên tục: ω ≈ ω
Hệ thống điều khiển nhảy cấp: ω ≠ ω
- Mong muốn γ → 1: hệ truyền động có thể làm việc ổn định ở mọi giá trong suốt dải điều chỉnh
- Dải điều khiển tốc độ (D) là tỉ số giữa giá trị lớn nhất và giá trị nhỏ nhất của tốc độ làm việc ứng với mômen tải đã cho:
Mong muốn D càng lớn càng tốt
Ngoài ra còn các chỉ tiêu khác như: chỉ tiêu kinh tế, kích thước
1.7.1 Điều chỉnh tốc độ độ bằng cách thay đổi điện trở mạch phần ứng
- Nguyên lý điều khiển: Trong phương pháp này người ta giữ Uư = Uđm; = đm và nối thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng để tăng điện trở phần ứng
+Trong trường hợp này tốc độ không tải lý tưởng: ω = đ
đ = const (rad/s) +Độ cứng đặc tính cơ: β = = − ( )
Ta thấy khi điện trở càng lớn thì β càng nhỏ nghĩa là đặc tính cơ càng dốc
+Khi Rf =0 thì độ cứng đặc tính cơ tự nhiên:
|β | = ( đ ) + 𝛽𝑡𝑛 có giá trị lớn nhất nên đặc tính cơ tự nhiên có độ cứng hơn tất cả các đường đặc tính có điện trở phụ Như vậy, khi ta thay đổi Rf ta được một họ đặc tính cơ thấp hơn đặc tính cơ tự nhiên
-Đặc điểm của phương pháp:
+Điện trở mạch phần ứng càng tăng thì độ dốc đặc tính càng lớn, đặc tính cơ càng mềm, độ ổn định tốc độ càng kém và sai số tốc độ càng lớn
+Phương pháp này chỉ cho phép điều chỉnh tốc độ trong vùng dưới tốc độ định mức (chỉ cho phép thay đổi tốc độ về phía giảm)
+Chỉ áp dụng cho động cơ điện có công suất nhỏ, vì tổn hao năng lượng trên điện trở phụ làm giảm hiệu suất của động cơ và trên thực tế thường dùng ở động cơ điện trong cần trục
-Đánh giá các chỉ tiêu điều khiển:
+Tính liên tục: phương pháp này không thể điều khiển liên tục được mà phải điều khiển nhảy cấp
Hình 1.8: Đường đặc tính cơ điều chỉnh tốc độ động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập bằng cách thay đổi điện trở phần ứng
+Dải điều chỉnh phụ thuộc vào chỉ số mômen tải Tải càng nhỏ thì dải điều chỉnh
D = càng nhỏ Phương pháp này có thể điều chỉnh trong dải D = 3 : 1
+Giá thành đầu tư ban đầu rẻ nhưng không kinh tế do tổn hao trên điện trở phụ lớn +Chất lượng không cao dù điều khiển rất đơn giản
1.7.2 Điều chỉnh tốc động bằng cách thay đổi điện áp phần ứng
-Nguyên lý điều khiển: Để điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ một chiều cần có thiết bị nguồn (máy phát điện một chiều kích từ độc lập, các bộ chỉnh lưu điều khiển)
Ta có: Rf = 0; RưΣ = Rư =const ; Φ=Φđm = const
+Thay đổi điện áp đặt vào phần ứng thì: K = ư đ ư đ +Khi thay đổi phần ứng (thay đổi theo chiều giảm điện áp), vì từ thông của động cơ được giữ không đổi nên độ cứng đặc tính cơ cũng không đổi, còn tốc độ không tải lí tưởng 0 = ư thay đổi tùy thuộc vào giá trị điện áp phần ứng
+c = Ư ⋅ I = ( ) ư ⋅ M = C.TN (rad/s) + = ư − ( Ư ) ⋅ M − ư ⋅ I ư (rad/s) +Do đó ta thu được họ đặc tính mới song song và thấp hơn đặc tính cơ tự nhiên tức là vùng điều khiển tốc độ nằm dưới tốc độ định mức
+Tốc độ không tải lý tưởng: ω x = đ (rad/s) Hình 1.9: Đường đặc tính cơ điều chỉnh tốc độ động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập bằng cách thay đổi điện áp phần ứng
+Độ cứng đặc tính cơ: β = − ( ) = const
Như vậy khi thay đổi điện áp phần ứng thì các đường đặc tính cơ song song với nhau, độ dốc của đường đặc tính, số vòng quay, momen ngắn mạch, dòng điện ngắn mạch và tốc độ động cơ giảm Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng thì chỉ thay đổi được theo chiều tốc độ giảm (vì mỗi cuộn dây đã được thiết kế với Uđm, nên không thể tăng điện áp đặt lên cuộn dây), phạm vi điều chỉnh hẹp
-Đặc điểm của phương pháp:
+Điện áp phần ứng càng giảm, tốc độ động cơ càng thấp
+ Điều chỉnh trơn trong toàn bộ dải điều chỉnh
+ Độ cứng đặc tính cơ cao và được giữ không đổi trong toàn dải điều chỉnh
+ Chỉ thay đổi tốc độ về phía giảm
+ Rất dễ tự động hóa khi dùng chỉnh lưu có điều khiển
+ Phương pháp này điều khiển với mômen không đổi vì và Iư đều không đổi -Đánh giá các chỉ tiêu điều khiển:
+ Sai số tốc độ lớn ( sai số tốc độ bằng sai số tốc độ của đặc tính cơ tự nhiên)
+ Tính liên tục: điện áp của động cơ được điều khiển bằng bộ biến đổi Các bộ biến đổi hiện nay đều có công suất bé nên có thể điều chỉnh liên tục
+ Dải điều chỉnh có thể đạt được D = 10:1
→ Đây là phương pháp duy nhất có thể điều chỉnh liên tục tốc độ động cơ trong vùng tốc độ thấp hơn tốc độ định mức đối với động cơ một chiều
1.7.3 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông kích từ
Ta có: Rf = 0; Rư = Rư = const; Uư = Uđm = const
+ Ta thay đổi dòng kích từ Ikt để thay đổi từ thông
+ Bình thường động cơ làm việc ở chế độ định mức với kích thích tối đa ( = max) mà phương pháp này chỉ cho phép tăng điện trở vào mạch kích từ nên chỉ có thể điều chỉnh theo hướng giảm từ thông tức là điều chỉnh tốc độ trong vùng trên tốc độ định mức
+Tốc độ không tải lý tưởng: tăng ω x = đ (rad/s) + Độ cứng đặc tính cơ: giảm β = − ( ) ư
Ta nhận thấy rằng khi từ thông thay đổi thì:
+Dòng điện ngắn mạch không đổi: I ư = const (A) +Mômen ngắn mạch thay đổi: M = K ⋅ I (N.m)
Khi ta giảm từ thông thì tốc độ động cơ tăng lên và độ cứng của đặc tính cơ giảm Nhưng nếu cứ tiếp tục giảm dòng kích từ thì tới một lúc nào đó tốc độ không tăng được nữa vì do mômen điện từ của động cơ giảm Phương pháp thay đổi từ thông để điều chỉnh theo chiều tăng (từ tốc độ định mức), phạm vi điều chỉnh rộng, tổn hao điều chỉnh nhỏ (ưu điểm) nhưng không điều chỉnh ở dưới tốc độ định mức (nhược điểm) Do vậy thông thường được áp dụng hợp với phương pháp khác nhằm tăng phạm vi điều chỉnh
- Đặc điểm của phương pháp:
+ Phương pháp này có thể thay đổi tốc độ về phía tăng
+ Phương pháp này chỉ điều khiển ở vùng tải không quá lớn so với định mức + Việc thay đổi từ thông không làm thay đổi dòng điện ngắn mạch
+ Việc điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông là phương pháp điều khiển với công suất không đổi
Hình 1.10: Đặc tính cơ và đặc tính cơ điện của động cơ điện một chiều kích từ độc lập khi thay đổi từ thông
- Đánh giá các chỉ tiêu điều khiển :
+Sai số tốc độ lớn: đặc tính điều khiển nằm trên và dốc hơn đặc tính tự nhiên +Dải điều khiển phụ thuộc vào phần cơ của máy Có thể điều khiển trơn trong dải điều chỉnh D = 3 :1
+ Tính liên tục: vì công suất của cuộn dây kích từ bé, dòng điện kích từ nhỏ nên ta có thể điều khiển liên tục với ≈1
LÝ THUYẾT VỀ CHỈNH LƯU CẦU MỘT PHA
Tổng quan về mạch chỉnh lưu cầu
Mạch chỉnh lưu cầu là một mạch điện có chức năng chuyển đổi dòng điện xoay chiều (AC) thành dòng điện một chiều (DC).Mạch cầu chỉnh lưu rất phổ biến trong các nguồn cung cấp điện áp DC sử dụng cho các thiết bị hoặc các linh kiện điện tử
- Theo số pha: một pha, hai pha, ba pha, sáu pha,
- Theo loại van: diode hoặc thyristor
+Mạch chỉ dùng toàn diode là chỉnh lưu không điều khiển
+Mạch chỉ dùng toàn thyristor là chỉnh lưu có điều khiển
+Một nửa thyristor, một nửa diode là chỉnh lưu bán điều khiển
- Phân loại theo sơ đồ mắc: Anode chung hoặc Cathode chung
- Phân loại theo công suất: lớn, trung bình, thấp.
Luật dẫn van công suất trong các mạch chỉnh lưu
- Nhóm nối chung Anode: Điện áp cathode van nào âm hơn hơn thì diode ấy dẫn Khi đó điện thế điểm K bằng điện thế cathode âm nhất
Hình 2.1: Nhóm nối chung Anode
Hình 2.2: Nhóm nối chung Cathode
24 Điện áp anode của diode nào dương hơn thì diode ấy dẫn Khi đó điện thế điểm A bằng điện thế anode dương nhất.
Cấu trúc mạch chỉnh lưu và các thông số cơ bản
Trong thực tế các mạch chỉnh lưu có nhiều loại và khá đa dạng về hình dáng cũng như chức năng Tuy nhiên về cơ bản cấu trúc trong bộ biến đổi thường có các bộ phận sau:
- Biến áp nguồn nhằm biến đổi điện áp từ cao xuống thấp hoặc ngược lại
- Van công suất chỉnh lưu, các van này có nhiệm vụ biến đổi nguồn điện xoay chiều thành nguồn một chiều
- Mạch lọc nhằm lọc và san phẳng dòng điện hay điện áp nguồn để mạch chỉnh lưu có chất lượng tốt hơn
- Mạch đo lường trong bộ chỉnh lưu thường dùng để đo dòng điện, điện áp
- Mạch điều khiển là bộ phận rất quan trọng trong các bộ chỉnh lưu có điều khiển, nó quyết định độ chính xác, ổn định và chất lượng bộ chỉnh lưu
- Phụ tải của mạch chỉnh lưu thường là phần ứng động cơ điện một chiều, kích từ máy điện một chiều, cuộn hút nam châm điện, các tải có sức điện động E, đôi khi tải là các đèn chiếu sáng hay các điện trở tạo nhiệt vv
Hình 2.3: Cấu trúc của một mạch chỉnh lưu
Các mạch chỉnh lưu cầu một pha
2.4.1 Chỉnh lưu cầu một pha không điều khiển
Sơ đồ và dạng sóng
Giả sử mạch đang làm việc ở chế độ xác lập, xét điều kiện lý tưởng và điện áp phía thứ cấp u2 = √2U2sint (V)
- Trong nửa chu kỳ đầu t = 0 đến π, điện áp u2 dương, khi đó cặp van D1 và D2 được phân cực thuận, nên dẫn điện Còn cặp van D4 và D3 bị phân cực ngược nên không dẫn điện cho dòng điện chạy qua tải Khi đó ta có: uD1 = uD2 = 0; uD4 = uD3 = - u2 ≤ 0; ud u2 ≥ 0; iD1 = iD2= id; iD4 = iD3 = 0
- Trong nửa chu kỳ sau t = π đến 2π, điện áp -u2 dương, khi đó cặp van D1 và D2 bị phân cực ngược, nên không dẫn điện Còn cặp van D4 và D3 phân cực thuận nên dẫn điện cho dòng điện qua tải Khi đó ta có: uD4 = uD3 = 0; uD1= uD2 = u2 ≤ 0; ud = - u2 ≥ 0; iD4 = iD3 = id ; iD1 = iD2 = 0
Thông số của sơ đồ
+Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu:
Hình 2.4: Sơ đồ chỉnh lưu cầu 1 pha không điều khiển và dạng điện áp, dòng điện ra trên tải
+Giá trị trung bình của dòng điện chỉnh lưu:
U (A) (TLTK [2] (ct2.10, tr.77)) +Dòng điện hiệu dụng thứ cấp MBA khi đó sẽ là:
+Dòng hiệu dụng qua mỗi van diode:
+Mỗi diode dẫn điện trong khoảng thời gian chu kỳ của điện áp nguồn Do đó, dòng điện trung bình qua diode:
+Điện áp ngược cực đại của van:
2.4.2 Chỉnh lưu cầu một pha có điều khiển hoàn toàn
Sơ đồ và dạng sóng
Hình 2.5: Sơ đồ chỉnh lưu cầu 1 pha có điều khiển và dạng điện áp, dòng điện ra trên tải
- Giả sử Ld = ∞, điện áp phía thứ cấp u2 =√2U2sin ωt, góc điều khiển α Xét mạch đang làm việc ở chế độ xác lập Khi van dẫn sụt áp trên nó bằng không
- Trong khoảng 0 < θ < α khi đó van T3; T4 dẫn còn T1 và T2 khóa nên: id = iT3 = iT4; iT1= iT2= 0; ud = - u2; uT1 = uT2 = u2; uT3 = uT4 = 0
- Trong khoảng α ≤ θ < π + α khi đó van T1; T2 dẫn còn T3 và T4 khóa nên: id = iT1 = iT2; iT3= iT4= 0; ud = u2; uT4 = uT3 = -u2; uT2 = uT1 = 0
- Trong khoảng π + α ≤ θ < 2π + α khi đó van T3; T4 dẫn còn T1 và T2 khóa nên: id = iT3 = iT4; iT1= iT2= 0; ud = -u2; uT1 = uT2 = u2 ; uT3 = uT4 = 0
Thông số của sơ đồ
- Điện áp trung bình trên tải:
Utbtải = √2U sin ωt dt = 0,9U cos α (V) (TLTK [2] (ct2.107, tr.133))
- Dòng điện trung bình qua Thyristor :
- Điện áp thuận, điện áp ngược cực đại trên Thyristor :
2.4.3 Mạch chỉnh lưu cầu một pha bán điều khiển
Mạch chỉnh lưu cầu một pha bán điều khiển hai SCR mắc K chung
Sơ đồ và dạng sóng
Hình 2.6: Sơ đồ chỉnh lưu cầu 1 pha bán điều khiển hai SCR mắc K chung và dạng điện áp, dòng điện ra trên tải
- Trên sơ đồ nguyên lý ta thấy nhóm mắc cathode chung là các thyritstor được mở vào thời điểm t = α khi được kích xung điều khiển Nhóm anode chung là các van diode chúng mở theo quy luật tự nhiên, phụ thuộc vào điện áp nguồn: D1 mở khi u2 bắt đầu âm; D2 mở khi u2 bắt đầu dương Do vậy quá trình làm việc của các van trong một chu kỳ điện lưới là:
+ Trong khoảng: α π thì van T1 và D2 dẫn
+ Trong khoảng: π π + a thì van T1 và D1 dẫn
+ Trong khoảng: π + α 2π thì van T2 và D1 dẫn
+ Trong khoảng: 2π 2π + α thì van T2 và D2 dẫn
Quá trình các chu kỳ sau được lặp lại tương tự
- Qua đây ta thấy khi mạch làm việc có hai đoạn có hiện tượng dẫn thẳng hàng của hai van: T1 và D1; van T2 và D2 Do đó khoảng thời gian này điện áp trên tải bị ngắn mạch ud = 0 (V) Các đoạn khác ud bám theo điện áp nguồn Như vậy dòng điện qua tải id vẫn liên tục còn dòng điện qua máy biến áp nguồn thì gián đoạn Điều này có lợi về mặt năng lượng vì năng lượng không cần lấy từ nguồn mà vẫn duy trì được trong tải
Thông số của sơ đồ
- Điện áp trung bình trên tải :
Ud = √2U sin ωt dω t = √ (1 + cos α) (V) (TLTK [2] (ct2.88, tr.121))
- Dòng trung bình qua một van bán dẫn :
IT = ID √ (A) (TLTK [2] (ct2.89, tr.121))
- Dòng điện hiệu dụng chạy qua van diode và thiristor :
- Dòng điện hiệu dụng chảy qua thứ cấp máy biến áp:
- Điện áp ngược và điện áp thuận lớn nhất rơi trên van thyritstor :
Mạch chỉnh lưu hình cầu một pha bán điều khiển mắc đối xứng
Sơ đồ và dạng sóng
Trong sơ đồ các diode được mở tự nhiên ở các nửa chu kỳ: D1 mở khi u2 âm, D2 mở khi u2 dương Các thyritstor được mở theo góc kích xung Còn các van được khóa theo nhóm khi D1 dẫn thì T1 khóa khi T1 dẫn thì D1 khóa, khi D2 dẫn thì T2 khóa và ngược lại Như vậy trong một chu kỳ điện áp lưới các van được dẫn trong các khoảng sau:
Các chu kỳ sau quá trình lặp lại tương tự
Thông số của sơ đồ
- Điện áp trung bình trên tải :
Ud = √2U sin ωt dt = √ (1 + cos α) (V) (TLTK [2] (ct2.90, tr.123))
- Dòng trung bình qua một van thyritstor dẫn :
Hình 2.7: Sơ đồ chỉnh lưu cầu 1 pha bán điều khiển mắc đối xứng và dạng điện áp, dòng điện ra trên tải
- Dòng trung bình qua một van diode dẫn :
- Dòng điện hiệu dụng chảy qua van diode và thiristor:
- Dòng điện hiệu dụng chảy qua thứ cấp máy biến áp:
- Điện áp ngược và điện áp thuận lớn nhất rơi trên van thyritstor và diode :
THIẾT KẾ VÀ TÍNH CHỌN CÁC PHẦN TỬ MẠCH ĐỘNG LỰC
Các thông số yêu cầu
- Nguồn điện lưới xoay chiều 1 pha 220V
- Các thông số của động cơ điện 1 chiều như sau:
- Hệ số dự trữ điện áp: Ku= 1,5 ÷ 1,8
- Hệ số dự trữ dòng điện: Ki= 1,1 ÷ 1,4
Tính toán các phần tử mạch động lực
Tính toán, chọn van động lực
Hai thông số cơ bản cần quan tâm khi chọn van bán dẫn cho chỉnh lưu là điện áp và dòng điện Các thông số còn lại là những thông số tham khảo khi lựa chọn
Khi đã đáp ứng được hai thông số cơ bản trên các thông số còn lại có thể tham khảo theo gợi ý sau:
- Loại van nào có sụt áp dư nhỏ hơn sẽ có tổn hao nhiệt ít hơn
- Dòng điện rò của loại van nào nhỏ hơn thì chất lượng tốt hơn
- Nhiệt độ cho phép của loại van nào cao hơn thì khả năng chịu nhiệt tốt hơn
- Điện áp và dòng điện điều khiển của loại van nào nhỏ hơn, công suất điều khiển thấp hơn
- Loại van nào có thời gian chuyển mạch bé hơn sẽ nhạy hơn Tuy nhiên, trong đa số các van bán dẫn, thời gian chuyển mạch thường tỷ lệ nghịch với tổn hao công suất
- Các van động lực được lựa chọn dựa vào các yếu tố cơ bản là: Dòng tải, sơ đồ đã chọn, điều kiện toả nhiệt, điện áp làm việc
Hình 3.1: Sơ đồ mạch động lực
Tính chọn Thyristor dựa và các yếu tố dòng tải, sơ đồ đã chọn, điều kiện tản nhiệt, điện áp làm việc Các thông số của van được tính như dưới đây:
Điện áp qua tải: Với α = 0°
Dòng trung bình qua van:
Dòng điện định mức: Iđm = đ đ = = 2,27 (A)
Dòng làm việc: I = I đ k đ = 2,27.1,6 = 3,63 (A) k đ ≥ 1,6 : Hệ số dòng khởi động
Với K : Hệ số dự trữ dòng điện
Điện áp ngược lớn nhất mà Thyristor phải chịu là:
U = U ⋅ K = 311,13.1,7 = 528,90(V) Với Ku: Hệ số dự trữ điện áp
Từ những thông số trên chọn thysirtor BT151-800R có thông số sau:
+Điện áp chịu định mức: Uđm= 800 (V)
+Dòng điện định mức : Iđm= 12 (A)
+Điện áp điều khiển: Uđk= 1,5 (V)
+Dòng điện điều khiển: Iđk= 50 (mA)
+Dòng điện duy trì: Idt= 20 (mA)
+Thời gian mở thyristor: 70us
+Thời gian tắt thyristor: 70us
+Nhiệt độ hoạt động tối đa: 150°C
Tính chọn diot công suất
U = U ⋅ K = 311,13 1,7 = 528,90(V) Với Ku: Hệ số dự trữ điện áp
I ọ = K I = 1,4 3,63 = 5,082 (A) Với K : Hệ số dự trữ dòng điện
Từ những thông số trên chọn diode 1N5408 có thông số sau:
+Điện áp ngược cực đại: 1000V
+Dòng điện kích tối đa: 7A
+Nhiệt độ hoạt động tối đa: 150°C
Hình 3.2: Sơ đồ mạch động lực sau tính chọn
THIẾT KẾ TÍNH CHỌN PHẦN TỬ MẠCH ĐIỀU KHIỂN
Một số phương án lựa chọn mạch điều khiển
Phương án 1: Sử dụng IC thuật toán rời rạc thông qua các khâu:
- Khâu tạo điện răng cưa
- Khâu khuếch đại và biến áp xung
Các khâu được thể hiện qua hình 4.1
+ Một lần phát triển thuật toán có thể được sử dụng cho nhiều ứng dụng khác nhau nên giảm được chi phí giá thảnh
- Mạch phức tạp phải thông qua nhiều khâu
- Chất lượng điều khiển không cao
Phương án 2: 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
Hình 4.1: Các khâu của mạch điều khiển khi dùng IC thuật toán rời rạc
Hình 4.2: Các khâu khi dùng IC tích hợp TCA785
+ Mạch đơn giản, ít khâu điều khiển + Tạo ra điện áp đối xứng
+ Chất lượng điện áp đầu ra như mong muốn (-) Nhược điểm:
- Nếu ứng dụng yêu cầu các tính năng bổ sung, có thể cần sử dụng các thành phần ngoại vi, làm tăng chi phí giá thành
Kết luận: Từ việc so sánh ưu nhược điểm của 2 phương án trên ta chọn phương pháp 2 (Sử dụng mạch tích hợp TCA 785).
Giới thiệu về IC TCA 785
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 α từ 0 0 đến 180 0 Thông số chủ yếu của TCA là:
- Điện áp nguồn nuôi: US= 8-18VDC
- Dòng điện tiêu thụ: IS= 10mA
- Điện áp răng cưa: URC max= (US- 2) V
+ IC TCA 785 (có tích hợp các khâu đồng pha, so sánh, tạo xung, sửa xung, khuyếch đại) tạo ra 2 xung điều khiển đến kích mở cho Thyristor BT151 ( U1 và U2)
+ 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
+Dễ phát hiện việc chuyển qua điểm không
+Phạn vi ứng dụng rộng rãi
+Có thể hoạt động 3 pha (3 IC)
+Mạch thiết kế đơn giản, thi công nhanh dễ điều khiển và hiệu chỉnh
+Dải điều chỉnh và góc điều khiển rộng
Tạo ra xung điều khiển mở thyristor với góc mở α giảm dần để tăng điện áp tải đến điện áp phóng điện
Chức năng của từng chân
Chân Kí hiệu Chức năng
5 VSYNC Tín hiệu đồng bộ
9 R9 Điện trở xung răng cưa
10 C10 Tụ tạo xung răng cưa
12 C12 Tụ tạo độ rộng xung
13 L Tín hiệu điều khiển xung ngắn, xung rộng
16 Vs Điện áp nguồn nuôi
Bảng 4.1: Bảng chức năng của từng chân linh kiện trong IC TCA 785
Hình 4.3: Hình ảnh, sơ đồ chân TCA 785
Hình 4.4: Dạng tín hiệu của TCA 785
Hình 4.5: Sơ đồ cấu tạo TCA 785
Các thông số của TCA 785
Thông số Giá trị min
Giá trị tiêu biểu(FP
Giá trị max Đơn vị
Dòng tiêu thụ IS 4,5 6,5 10 mA Điện áp vào điều khiển, chân 11 trở kháng vào
Biên độ răng cưa Điện trở mạch nạp
Thời gian sườn ngăn của xung răng cưa
Tín hiệu cấm vào, chân 6
V Độ rộng xung ra, chân 13
V Xung ra chân 14,15 Điện áp mức cao Điện áp mức thấp Độ rộng xung hẹp Độ rộng xung rộng
Góc điều khiển ứng với điện áp chuẩn
Bảng 4.2: Một số thông số của TCA 785
Nguyên lí làm việc của TCA 785
TCA 785 là một 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 Nguồn nuôi qua chân
16 Tín hiệu đồng bộ được lấy qua chân số 5 và chân số 1 Tín hiệu điều khiển được đưa vào chân 11 Tín hiệu đồng bộ có được qua trở kháng cao từ điện áp dây (V5) Bộ phát hiện điện áp không sẽ xác định các điện áp không và chuyển chúng đến thanh ghi đồng bộ
Thanh ghi đồng bộ này điều khiển bộ tạo dốc (làm dốc xung tín hiệu điều khiển), tụ
C10 trong bộ tạo dốc đó được nạp bằng dòng cố định (xác định bởi R9) Nếu điện áp dốc (điện áp răng cưa, tam giác) V10 vượt quá điện áp điều khiển V11( góc mở φ) thì tín hiệu điện chuyển thành dạng logic phụ thuộc vào độ lớn của điện áp điều khiển V11 mà góc mở có thể được dịch chuyển trong khoảng từ (0° → 180°)
Với mỗi nửa chu kỳ song 1 xung dương sẽ xuất hiện ở Q1 và Q2 Độ rộng khoảng 30às → 80às Độ rộng xung cú thể kộo dài đến 180° thụng qua tụ C12 Nếu chõn 12 nối đất thì sẽ có xung trong khoảng α → 180° Đầu vào ức chế có thể được sử dụng để vô hiệu hóa các đầu ra Q1, Q2 Chân 13 có thể được sử dụng để mở rộng các đầu ra và để độ dài xung đầy đủ (180˚ - ϕ)
Nguyên lí hoạt động của khâu tạo xung điều khiển Thyristor
Hình 4.6: Khâu tạo xung của TCA 785
Tín hiệu điều khiển Vdk được đưa vào chân 11 so sánh với điện áp răng cưa tạo bởi tụ C10 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
Tính toán các phần tử bên ngoài
=>1 chu kì xung răng cưa : T1 = 10ms
Chọn tụ răng cưa: C10 500pF (min) 1μF (max)
⋅ Dòng nạp tụ: I = ⋅ Điện áp trên tụ: V = ⋅
Từ yêu cầu thực tiễn ta chọn IC TCA 785 do hãng SIMEN sản xuất cùng các linh kiện đi kèm sau:
- Điện trở trong mạch tạo điện áp răng cưa: R9= (20÷500) (kΩ)
- Điện áp điều khiển: U11 = -0,5 ÷ (US – 2) (V)
- Dòng điện đồng bộ: IS = 200 (μA)
- Tần số xung ra: f = (10 ÷500) Hz
Chọn giá trị ngoài thực tế: C10 = 47nF, C12 = 68nF, R9 = 56kΩ
- Điện áp điều khiển chọn VR2 = 10kΩ
- Khâu đồng pha chọn R5đồng pha = 1mΩ
THIẾT KẾ VÀ TÍNH CHỌN CÁC PHẦN TỬ MẠCH BẢO VỆ VÀ CÁCH LY
Tính toán chọn phần tử bảo vệ
Các nguyên nhân gây quá dòng điện cho van:
- Ngắn mạch bản thân van
Chọn cầu chì: Dùng dây chảy tác động nhanh để bảo vệ ngắn mạch đầu ra của bộ chỉnh lưu
-Dòng điện định mức của dây chảy nhóm 1CC là:
=> Vậy chọn cầu chì nhóm 1CC loại 1,25 (A)
Tính toán chọn phần tử cách ly
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 trung bình và nhỏ để đáp ứng được tính gọn nhẹ và gái thành của mạch phương án sử dụng cách ly quang được chúng em quyết định sử dụng vì khá hiệu quả giá thành rẻ gọn nhẹ và cách ly an toàn giữa mạch lực và mạch điều khiển từ các thông số trên chúng em quyết định sử dụng MOC 3023 để thực hiện khâu cách ly này
Hình 5.1: Sơ đồ khối của opto MOC 3023
Sau đây là sơ đồ kết nối trong datasheet:
Yêu cầu đối với MOC 3023:
-Dòng điện vào (DC) là 50(mA)
-Năng lượng tổn hao ở 250 là : 100mW
-Điện áp vào điều khiển : 250V
-Dòng ra điều khiển (50Hz ≤ f ≤ 60Hz) Điện áp ra của TCA là Umax = Vcc= 15V Sụt áp tại diode lúc này điện áp còn lại là: U= Vcc – (0,7.2) - (0,7.2)= 13,6 (V)
MOC3023 có dòng vào chân 1 là Igt= 50mA, lúc này ta có điện trở cần trong mạch là:
=> Chọn trở là R3 = R4 = 220 () Điện áp sụt tại đầu ra của MOC là Us=3V và dòng điện vào để điều khiển BT151 dẫn là IgtmA, nên ta có:
Hình 5.9: Mạch cách ly sử dụng opto Moc 3023
Đặc điểm của Opto Moc 3023:
Opto là một linh kiện bán dẫn cấu tạo gồm 1 bộ phát quang và một cảm biến quang tích hợp trong 1 khối bán dẫn Bộ phát quang là 1 diode phát quang dùng để phát ra ánh sáng kích cho các cảm biến quang dẫn, còn cảm biến quang là photo transistor, dùng để cách ly giữa các khối chênh lệch nhau về điện hay công suất như khối có công suất nhỏ với khối điện áp lớn
Nguyên lý hoạt động của Opto Moc 3023:
Khi có dòng nhỏ đi qua 2 đầu của Led có trong opto làm cho Led phát sáng Khi Led phát sáng làm thông 2 cực của photo transistor mở cho dòng điện chạy qua Xung tạo ra từ chân 14,15 của IC TCA785 sẽ được đưa qua opto Opto là bộ cách ly quang dùng để truyền tín hiệu điện bằng cách chuyển tín hiệu ánh sáng và sau đó mới truyền đi, dùng để cách ly giữa mạch động lực và mạch điều khiển (mạch có công suất nhỏ với mạch có công suất lớn, mạch có công suất lớn có thể làm hư hỏng các ngõ điều khiển công suất nhỏ trên mạch) và giúp chống nhiễu nên khi sử dụng opto phải sử dụng 2 nguồn độc lập với nhau, nguồn cấp cho điều khiển và nguồn cấp cho công suất không liên quan gì đến nhau về mặt điện
THI CÔNG MẠCH VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM
Sơ đồ khối và chức năng từng khối
- Chức năng: Cấp nguồn cho mạch điều khiển và tải
- Nguyên lý hoạt động: Nguồn điện lưới xoay chiều 220V qua biến áp hạ áp xuống 15V Điện áp 15V xoay chiều qua chỉnh lưu cầu làm biến đổi từ điện áp xoay chiều thành điện áp một chiều Khi qua IC ổn áp 7815 sẽ cho điện áp 15V ổn định Sau khối chỉnh lưu cầu điện ỏp 15V được cho qua tụ 1000àF để san phẳng điện ỏp tạo điện ỏp ổn định cho IC ổn áp 7815 và mắc song song với một tụ gốm để loại bỏ thành phần sóng hài của điện áp xoay chiều sau IC 7815 ta mắc song song với một led để báo mạch điều khiển có nguồn
Hình 6.7: Sơ đồ khối toàn mạch
Hình 6.16: Sơ đồ khối mạch nguồn
- Phân tích mạch điều khiển
- Chức năng của các khâu trong sơ đồ khối như sau:
+) Khâu đồng bộ: Có nhiệm vụ tạo ra điện áp tựa điện áp xung răng cưa Urc tuyến tính trùng pha với điện áp Anode của Thyristor
+) 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 Uđk 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
Hình 6.25: Sơ đồ khối mạch điều khiển
Hình 6.34: Sơ đồ khối các khâu trong mạch điều khiển
+) Khâu tạo xung và khuếch đại xung: Có nhiệm vụ tạo xung phù hợp để mở Thyristor Xung để mở Thyristor cần có các yêu cầu: Sườn trước dốc thẳng đứng để đảm bảo mở Thyristor 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 của Thyristor) 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 Vđb 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 Vrc 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 sánh 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 Vrc 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 Vđk khi giữ nguyên dạng của Vrc
Hình 6.43: Sơ đồ khối mạch cách ly
- Chức năng của cách ly quang sử dụng MOC 3023:
Dùng để cách ly giữa mạch động lực và mạch điều khiển (cách ly giữa các khối chênh lệch nhau về điện áp hay công suất như khối có công suất nhỏ với khối điện áp lớn)
- Nguyên lý hoạt động của opto MOC 3023:
Khi có dòng nhỏ đi qua 2 đầu của Led có trong opto làm cho Led phát sáng Khi Led phát sáng làm thông 2 cực của photo transistor mở cho dòng điện chạy qua Xung tạo ra từ chân 14,15 của IC TCA785 sẽ được đưa qua opto Opto là bộ cách ly quang dùng để truyền tín hiệu điện bằng cách chuyển tín hiệu ánh sáng và sau đó mới truyền đi, dùng để cách ly giữa mạch động lực và mạch điều khiển (mạch có công suất nhỏ với mạch có công suất lớn, mạch có công suất lớn có thể làm hư hỏng các ngõ điều khiển công suất nhỏ trên mạch) và giúp chống nhiễu nên khi sử dụng opto phải sử dụng 2 nguồn độc lập với nhau, nguồn cấp cho điều khiển và nguồn cấp cho công suất không liên quan gì đến nhau về mặt điện
- Bộ biến đổi dùng là chỉnh lưu cầu 1 pha bán điều khiển Bộ biến đổi có tác dụng biến đổi dòng xoay chiều thành dòng một chiều từ đó cung cấp cho động cơ
Hình 6.52: Sơ đồ khối mạch chỉnh lưu bán điều khiển và tải
Sơ đồ nguyên lý hoạt động toàn mạch
Hình 6.61: Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lưu cầu một pha bán điều khiển dùng IC TCA 785
Nguồn điện xoay chiều 220V đi qua máy biến áp, hạ áp từ 220VAC xuống 15VAC, đi qua mạch chỉnh lưu cầu biến đổi điện áp xoay chiều thành một chiều (15VAC → 15VDC), tiếp đến qua tụ C5, C6, C7, C8 có tác dụng để san phẳng điện áp và chống nhiễu, qua IC 7815 để ổn định nguồn 15VDC cấp cho chân 16 (Vs) của IC TCA 785 làm nguồn nuôi Sau đó, qua điện trở R10 (1,5k) hạn dòng cho led, led sáng báo đã có nguồn đi vào
Nguồn xoay chiều 220V, giả sử ta cho VA (chân số 2) và VB (chân số 1), trường hợp 1: VA > VB, nguồn điện đi từ VA qua cầu chì sẽ chia thành 2 nhánh đi, 1 nhánh đi xuống thyristor, lúc này thyristor điện áp phân cực thuận nhưng chưa dẫn do chưa có xung kích vào chân G của thyristor, nhánh thứ 2 sẽ đi qua trở R5 (1M) hạn dòng để cấp cho chân 5 (VSYNC), IC lấy tín hiệu từ nguồn vào để so sánh pha, nếu đồng pha thì dẫn, ngược lại thì không dẫn, cùng pha qua chân
15 (Q1), qua trở hạn dòng cho led , có xung led phát sáng, qua D6 kích xung vào thyristor U1, lúc này U1 phân cực thuận, U1 dẫn qua U2 bị phân cực ngược nên U2 bị khóa nên U1 sẽ đi qua chân 2 của tải, chân 1 của tải sau đó qua D1, D10 không dẫn vì mạch điện không kín, D1 đi về chân 1 (VB) của nguồn
Chân 15 (Q1) của ic dẫn, tiếp đến chân 14 (Q2) dẫn với trường hợp ngược lại,
VA < VB, VB đi qua chia thành 2 nhánh, 1 nhánh đi vào U2 sẽ phân cực thuận, lúc này thyristor U2 vẫn chưa được kích xung nên chưa dẫn, nên nhánh thứ 2 đi qua R1 phát xung rồi qua D5 chỉnh lưu điện 1 chiều kích vào chân G thyristor U2, lúc này U2 phân cực thuận và có xung điều khiển, đi qua U1 phân cực ngược bị khóa, nên sẽ đi về chân 2 của tải, tải qua D10, rồi đến cầu chì, sau qua chân 2 (VA) của nguồn, quá trình cứ lặp đi lặp lại như vậy Để an toàn cho mạch điều khiển không bị điện áp ngược từ mạch lực sử dụng mạch cách ly quang sử dụng MOC 3023 như chúng em đã giới thiệu và 2 con diode mắc ngược D7, D9 có tác dụng gim điện áp xuống 0,7V để cấp cho chân số
5 (VSNYC) hoạt động không bị cháy.
Sơ đồ thiết kế mạch chỉnh lưu cầu một pha bán điều khiển
Hình 6.70: Sơ đồ thiết kế mạch chỉnh lưu cầu một pha bán điều khiển
Mạch mô phỏng 3D
Hình 6.78: Thiết kế mạch in
Dạng sóng thu được qua mô phỏng trên phần mềm protues
- Sóng xung dạng hình chữ nhật tại chân ngõ ra Q1 của IC TCA 785:
- Sóng xung dạng hình chữ nhật tại chân ngõ ra Q2 của IC TCA 785:
- Sóng xung dạng hình răng cưa tại chân ngõ vào C10 của IC TCA 785:
- Sóng xung dạng hình sine tại chân ngõ vào VSYNC của IC TCA 785:
Hình 6.94: Dạng sóng thu được qua mô phỏng trên phần mềm protues
