Qua đồ án môn học Điện tử công suất với đề tài: "Thiết kế bô chỉnh lưu cầu một pha bán điều khiển để điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều dùng TCA 785", đã giúp em hiểu rõ hơn về: đ
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 hoạt động ở chế độ động cơ khi điện áp nguồn U lớn hơn điện áp tự cảm E, lúc này dòng điện I sẽ ngược chiều với E Động cơ một chiều được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp, giao thông vận tải và các lĩnh vực cần điều chỉnh tốc độ quay liên tục với phạm vi rộng.
Trong phân tích hệ thống truyền động, các đặc tính cơ Mc(ω) của máy sản xuất thường được xác định trước Để đạt được trạng thái làm việc với các thông số yêu cầu như tốc độ, mômen, và dòng điện của động cơ, cần thiết phải tạo ra những đặc tính cơ nhân tạo phù hợp cho 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 = f(M) ω
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 được chế tạo từ thép kỹ thuật điện dày từ 0,5 đến 1 mm, được ép và tán chặt để đảm bảo độ bền Dây quấn kích từ sử dụng dây đồng bọc cách điện, và trong các máy có công suất nhỏ, cực từ thường là một nam châm vĩnh cửu.
Trong các máy điện có công suất trung bình và lớn, cực từ chính được sử dụng là nam châm điện Cực từ phụ được đặt giữa cực từ chính nhằm cải thiện điều kiện làm việc của máy điện và hỗ trợ việc 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
Hình 1.3: Cấu tạo rotor máy điện một chiều
Gồm các bộ phận chính sau:
Lõi thép phần ứng được sử dụng để dẫn từ, thường làm từ các tấm thép kỹ thuật điện dày 0,5mm, được phủ cách điện mỏng ở cả hai mặt và ép chặt lại nhằm giảm thiểu tổn hao do dòng điện xoáy gây ra Ngoài ra, lõi thép còn có 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 là thiết bị chuyển đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều Nó thường được cấu tạo từ nhiều phiến đồng mỏng, được cách điện với nhau bằng các tấm mica có độ dày từ 0,4mm đến 1,2mm.
-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
Khi dòng điện một chiều được cung cấp cho chổi than, dòng điện sẽ đi vào thanh dẫn dưới cực N và thoát ra ở các thanh dẫn dưới cực S Dưới tác động của từ trường, hiện tượng này tạo ra một momen quay không đổi, khiến cho máy quay 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 được xác định theo các điều kiện quy định bởi xưởng chế tạo Những điều kiện này được thể hiện qua các đại lượng ghi trên nhãn máy, được gọi là đại lượng định mức Thông thường, nhãn máy sẽ ghi rõ các đại lượng này để người sử dụng có thể dễ dàng nắm bắt thông tin cần thiết.
Công suất định mức: P (kW) đm Điện áp định mức: U (V) đm
Dòng điện định mức: I (A) đm
Tốc độ định mức: n (vòng/phút) đm
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 hoạt động với cuộn kích từ được cấp điện từ một nguồn độc lập, tách biệt hoàn toàn với nguồn điện cung 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
Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp bao gồm hai loại dây quấn kích từ: dây quấn kích từ song song và dây quấn kích từ nối tiếp, trong đó dây quấn kích từ song song là phần chủ yếu.
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 điện có công suất rất lớn và điện áp ổn định, có thể kết nối kích từ song song với phần ứng, tạo ra động cơ điện một chiều kích từ song song Trong trường hợp này, động cơ kích từ song song được xem như là kích từ độc lập, do đó hai loại động cơ này có thể coi là tương đương.
Động cơ điện một chiều có hai loại kích từ chính: kích từ độc lập và kích từ song song Trong động cơ kích từ độc lập, cuộn kích từ nhận điện từ nguồn tách biệt, trong khi động cơ kích từ song song sử dụng cùng một nguồn điện cho cả cuộn kích từ và cuộn ứng Nếu nguồn điện cho động cơ kích từ song song có công suất lớn hơn nhiều so với công suất của động cơ, thì đặc tính hoạt động của nó sẽ gần giống với 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 = E + (R + R ) I (V) ư ư f ư (TLTK [1] (ct1-1, tr.22)) Trong đó: U : Điện áp phần ứng ư
E : Sức điện động phần ứng động cơ ư Được xác định theo công thức: Eư = K ω (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
R = r + r + r + r : Điện trở phần ứng động cơ ( ) ư ư cf cb ct Ω
Điện trở cuộn dây phần ứng (rư), điện trở cực từ phụ (rcf), điện trở cuộn bù (rcb, nếu có) và điện trở tiếp xúc của chổi than trên cổ góp (rct) là những thành phần quan trọng trong hệ thống điện.
Rf: Điện trở phụ trong mạch phần ứng
Iư: Dòng điện mạch phần ứng
- Phương trình đặc tính cơ: ω = ư đ − ( 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 I : ư
- Phương trình đặc tính cơ điện:
Phương trình đặc tính cơ điện của động cơ điện một chiều kích từ độc lập được thể hiện qua công thức ω = ư đ − ư đ ⋅ Iư (rad/s), trong đó ω là tốc độ, M là momen điện từ, và Iư là dòng điện phần ứng Công thức này cho thấy mối quan hệ giữa tốc độ và momen, là cơ sở để hiểu rõ hơn về sức điện động trong hệ thống.
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: đm = 2π.nđm (rad/s)
- Tốc độ động cơ: ω = ω − Δω = đ đ − ( đ ) M = đ đ − ư đ ⋅Iư (rad/s)
- Tốc độ không tải lý tưởng (M=I =0): ư ω = ư (rad/s)
- Đường đặc tính cơ và đặc tính cơ điện:
Dựa vào các phương trình đặc tính cơ và phương trình đặc tính cơ điện, với giả thiết rằng phần ứng được bù đủ và f = const, có thể xác định rằng các đặc tính cơ và đặc tính cơ điện sẽ tạo thành đường thẳng.
Hình 1.7a: Đường đặc tính cơ điện Hình 1.7b: Đường đặc tính cơ
Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều
Việc điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều có thể thực hiện bằng cách thay đổi các đại lượng như R và U Điều khiển tốc độ là một trong những yếu tố quan trọng trong truyền động điện tự động, nhằm đáp ứng yêu cầu công nghệ của các máy sản xuất Để đánh giá chất lượng hệ thống truyền động điện, thường dựa vào một số chỉ tiêu nhất định.
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) được xác định bằng công thức γ = (TLTK [1] (ct3-2, tr.90)) Trong đó, ω là giá trị tốc độ ổn định đạt được ở cấp độ i, và 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:
D = (TLTK [1] (ct3-3, tr.90)) 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 U = U ; = ư đm 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 càng nhỏ nghĩa là đặc tính cơ càng dốc β
+Khi R =0 thì độ cứng đặc tính cơ tự nhiên: f
Đặc tính cơ tự nhiên với giá trị 𝛽𝑡𝑛 lớn nhất cho thấy độ cứng vượt trội so với các đường đặc tính có điện trở phụ Khi thay đổi điện trở R, chúng ta nhận được một tập hợp các đặc tính cơ thấp hơn so với đặc tính cơ tự nhiên.
-Đặc điểm của phương pháp:
Khi điện trở mạch phần ứng tăng, độ dốc đặc tính sẽ lớn hơn, dẫn đến đặc tính cơ trở nên mềm hơn, đồng thời làm giảm độ ổn định tốc độ và gia tăng sai số tốc độ.
+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 công suất nhỏ, vì tổn hao năng lượng trên điện trở phụ có thể làm giảm hiệu suất của động cơ Thực tế, phương pháp này thường được sử dụng cho 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
Để điều chỉnh điện áp phần ứng của động cơ một chiều, cần sử dụng thiết bị nguồn như máy phát điện một chiều với kích từ độc lập và các bộ chỉnh lưu điều khiển.
Ta có: R = 0; R = R =const ; Φ=Φ = const f ưΣ ư đm
Khi thay đổi điện áp đặt vào phần ứng của động cơ, hệ số K sẽ thay đổi theo công thức K = ư đ ư đ Nếu giảm điện áp phần ứng, từ thông của động cơ vẫn giữ không đổi, dẫn đến độ cứng đặc tính cơ không thay đổi Tuy nhiên, tốc độ không tải lý tưởng 0 sẽ thay đổi tùy thuộc vào giá trị điện áp phần ứng.
M = -ư ⋅ Iư (rad/s), cho thấy rằng đặc tính mới được tạo ra là song song và có giá trị thấp hơn so với đặc tính cơ tự nhiên, dẫn đến 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
Khi thay đổi điện áp phần ứng, các đường đặc tính cơ sẽ song song với nhau, dẫn đến độ dốc của đường đặc tính, số vòng quay, momen ngắn mạch, dòng điện ngắn mạch và tốc độ động cơ đều giảm Việc điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng chỉ có thể làm giảm tốc độ, do mỗi cuộn dây đã được thiết kế với điện áp cố định, nên không thể tăng điện áp đặt lên cuộn dây, gây ra phạm vi điều chỉnh tốc độ 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, được xác định bằng sai số tốc độ của đặc tính cơ tự nhiên, ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất của động cơ Để đảm bảo tính liên tục trong quá trình hoạt động, điện áp của động cơ được điều khiển thông qua các bộ biến đổi Hiện nay, các bộ biến đổi này có công suất nhỏ, cho phép điều chỉnh điện áp một cách liên tục và hiệu quả.
+ Dải điều chỉnh có thể đạt được D = 10:1
Phương pháp này là giải pháp duy nhất cho phép điều chỉnh liên tục tốc độ của động cơ một chiều trong vùng tốc độ thấp hơn tốc độ định mức.
1.7.3 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông kích từ
Ta có: R = 0; R = R = const; U = U = const f ư ư ư đm
+ Ta thay đổi dòng kích từ Ikt để thay đổi từ thông
Động cơ thường hoạt động ở chế độ định mức với kích thích tối đa Phương pháp này chỉ cho phép tăng điện trở trong mạch kích từ, dẫn đến việc điều chỉnh theo hướng giảm từ thông Do đó, việc điều chỉnh tốc độ chỉ khả thi 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 giảm từ thông, tốc độ động cơ sẽ tăng lên nhưng độ cứng của đặc tính cơ lại giảm Tuy nhiên, nếu tiếp tục giảm dòng kích từ, sẽ đến lúc tốc độ không thể tăng thêm do mômen điện từ của động cơ giảm Phương pháp thay đổi từ thông giúp điều chỉnh tốc độ theo chiều tăng với phạm vi rộng và tổn hao điều chỉnh nhỏ, đây là ưu điểm Tuy nhiên, phương pháp này không thể điều chỉnh dưới tốc độ định mức, đó là nhược điểm Vì vậy, thường áp dụng kết hợp với các phương pháp khác để mở rộng 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 thể hiện rằng đặc tính điều khiển có độ dốc cao hơn so với đặc tính tự nhiên Dải điều khiển của máy phụ thuộc vào phần cơ khí, cho phép điều khiển mượt mà 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
Phương pháp này được áp dụng rộng rãi và có khả năng điều chỉnh liên tục, mang lại hiệu quả kinh tế cao Việc điều chỉnh tốc độ thực hiện ở mạch kích từ với dòng kích từ từ 1 đến 10% Iđm của phần ứng giúp giảm thiểu tổn hao trong quá trình điều chỉnh.
LÝ THUYẾT VỀ CHỈNH LƯU CẦU MỘT PHA
Tổng quan về mạch chỉnh lưu cầu
Mạch chỉnh lưu cầu là mạch điện chuyển đổi dòng điện xoay chiều (AC) thành dòng điện một chiều (DC), rất phổ biến trong các nguồn cung cấp điện áp DC cho thiết bị và 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
Mạch chỉnh lưu rất đa dạng về hình dáng và chức năng, nhưng nhìn chung, cấu trúc trong bộ biến đổi thường bao gồm các bộ phận cơ bản sau đây.
- 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 đóng vai trò quan trọng trong các bộ chỉnh lưu có điều khiển, ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác, ổn định và chất lượng hoạt động của bộ chỉnh lưu.
Phụ tải trong mạch chỉnh lưu chủ yếu bao gồm phần ứng của động cơ điện một chiều, kích từ của máy điện một chiều, cuộn hút của nam châm điện, cũng như các tải có sức điện động E Ngoài ra, phụ tải còn có thể là các đèn chiếu sáng hoặc các điện trở tạo nhiệt.
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 u = 2 √2U2sin t (V)
Trong nửa chu kỳ đầu, từ t = 0 đến π/2, điện áp u dương khiến cặp van D1 và D2 được phân cực thuận, dẫn đến việc dẫn điện Ngược lại, cặp van D3 và D4 bị phân cực ngược, không cho dòng điện chạy qua tải Kết quả là: uD1 = uD2 = 0; uD3 = uD4 = -uD2 ≤ 0; u = u2 = 0; iD1 = iD2 = id; iD3 = iD4 = 0.
Trong nửa chu kỳ sau t = 2, điện áp -u dương khiến cặp van D1 và D2 bị phân cực ngược, không dẫn điện, trong khi cặp van D3 và D4 phân cực thuận, cho phép dòng điện chạy qua tải Kết quả là uD4 = u = 0, uD1 = uD2 ≤ 0, uD3 = -ud2 ≥ 0, và 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 L = d ∞, điện áp phía thứ cấp u = U2sin t, góc điều khiển 2 √2 ω α Xét mạch đang làm việc ở chế độ xác lập Khi van dẫn sụt áp trên nó bằng không
- Trong khoảng 0 < < khi đó van T ; T dẫn còn T và T khóa nên: θ α 3 4 1 2 id = i = i ; i = i = 0; u = - u ; u = u = u ; u = u = 0 T3 T4 T1 T2 d 2 T1 T2 2 T3 T4
- Trong khoảng α ≤ θ < π + α khi đó van T ; T dẫn còn T và T khóa nên: 1 2 3 4 id = i = i ; i = i = 0; u = u ; u = u = -u ; u = u = 0 T1 T2 T3 T4 d 2 T4 T3 2 T2 T1
- Trong khoảng π + α ≤ θ < 2π + α khi đó van T ; T dẫn còn T và T khóa nên: 3 4 1 2 id = i = i ; i = i = 0; u = -u ; u = u = u ; u = u = 0 T3 T4 T1 T2 d 2 T1 T2 2 T3 T4
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
Trong sơ đồ nguyên lý, nhóm thyristor mắc cathode chung được kích hoạt tại thời điểm t = khi nhận xung điều khiển Ngược lại, nhóm anode chung gồm các van α diode mở theo quy luật tự nhiên, phụ thuộc vào điện áp nguồn: D mở khi điện áp âm và D mở khi điện áp dương Do đó, quá trình hoạt động của các van trong một chu kỳ điện lưới diễn ra theo quy luật này.
+ Trong khoảng: thì van T và D dẫn α π 1 2
+ Trong khoảng: π π + a thì van T và D dẫn 1 1
+ Trong khoảng: π + α 2π thì van T và D dẫn 2 1
+ Trong khoảng: 2π 2π + α thì van T và D dẫn 2 2
Quá trình các chu kỳ sau được lặp lại tương tự
Khi mạch làm việc có hai đoạn dẫn thẳng hàng của van T và D, điện áp trên tải bị ngắn mạch u = 0 (V) trong khoảng thời gian này Trong khi đó, các đoạn khác vẫn bám theo điện áp nguồn Dòng điện qua tải vẫn liên tục, trong khi dòng điện qua máy biến áp nguồn thì gián đoạn Điều này mang lại lợi ích về mặt năng lượng, vì năng lượng không cần lấy từ nguồn mà vẫn được duy trì trong tải.
Thông số của sơ đồ
- Điện áp trung bình trên tải :
U = d √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 hoạt động tự nhiên trong các nửa chu kỳ: diode D mở khi điện áp âm và D2 mở khi điện áp dương Thyristor được kích hoạt theo góc xung, trong khi các van được khóa theo hai nhóm: khi D dẫn, thyristor T khóa và ngược lại Do đó, trong một chu kỳ điện áp lưới, các van dẫn trong khoảng thời gian α < ωt < π, cụ thể là van T1 và D2.
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: K = 1,5 ÷ 1,8 u
- Hệ số dự trữ dòng điện: K = 1,1 ÷ 1,4 i
Tính toán các phần tử mạch động lực
Tính toán, chọn van động lực
Khi lựa chọn van bán dẫn cho chỉnh lưu, hai thông số cơ bản cần chú ý là điện áp và dòng điện Các thông số khác chỉ mang tính chất tham khảo để hỗ trợ quyết định.
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 có thời gian chuyển mạch ngắn sẽ nhạy hơn, nhưng trong hầu hết 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
Khi chọn Thyristor, cần xem xét các yếu tố như dòng tải, sơ đồ mạch, điều kiện tản nhiệt và điện áp làm việc Các thông số của Thyristor được tính toán dựa trên điện áp qua tải với α = 0°.
Dòng trung bình qua van:
Dòng điện định mức: I đm= đ đ = = 2,27 (A) Dòng làm việc: I = I k đ 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:
Với K : Hệ số dự trữ điện áp u
Từ những thông số trên chọn thysirtor BT151-800R có thông số sau:
+Điện áp chịu định mức: U = 800 (V) đm
+Dòng điện định mức : I = 12 (A) đm
+Điện áp điều khiển: U = 1,5 (V) đk
+Dòng điện điều khiển: I = 50 (mA) đk
+Dòng điện duy trì: I = 20 (mA) dt
+Thời gian mở thyristor: 70us
+Thời gian tắt thyristor: 70us
+Nhiệt độ hoạt động tối đa: 150°C
Tính chọn diot công suất
Với K : Hệ số dự trữ điện áp u
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
- 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 từ 0 đến 180 Thông số chủ yếu của TCA là: α 0 0
- Điện áp nguồn nuôi: U = 8-18VDC S
- Dòng điện tiêu thụ: I = 10mA S
- Điện áp răng cưa: URC max= (U ) V S- 2
Vi mạch TCA 785 tích hợp nhiều chức năng quan trọng, bao gồm đồng pha, so sánh, tạo xung, sửa xung và khuyếch đại, nhằm tạo ra hai xung điều khiển U1 và U2 cho Thyristor BT151 Đây là một vi mạch phức hợp thực hiện bốn chức năng chính trong mạch điều khiển, bao gồm tạo điện áp đồng bộ, điện áp răng cưa, so sánh và tạo xung, mang lại hiệu suất cao cho các ứng dụng điều khiển.
+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 R 9 Điện trở xung răng cưa
10 C 10 Tụ tạo xung răng cưa
12 C 12 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
39 Điện áp điều khiển Điện áp chuẩn
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 bốn chức năng chính của mạch điều khiển, bao gồm tạo điện áp đồng bộ, tạo điện áp răng cưa, so sánh và phát xung ra Vi mạch này được cấp nguồn qua chân kết nối.
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 (V ) Bộ phát 5 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 R ) Nếu điện áp dốc 9
Khi điện áp răng cưa và tam giác V vượt quá điện áp điều khiển V10 11 (góc mở φ), tín hiệu điện sẽ chuyển đổi thành dạng logic Sự chuyển đổi này phụ thuộc vào độ lớn của điện áp điều khiển V, cho phép góc mở 11 được dịch chuyển trong khoảng từ 0° đến 180°.
Với mỗi nửa chu kỳ song 1 xung dương sẽ xuất hiện ở Q và Q Độ rộng khoảng 1 2
Độ rộng xung có thể kéo dài đến 180° thông qua tụ C, với chân 12 nối đất sẽ tạo ra xung trong khoảng α → 180° Đầu vào ức chế cho phép vô hiệu hóa các đầu ra Q1, Q2, trong khi chân 13 có thể được sử dụng để mở rộng các đầu ra và đạt được 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 V được đưa vào chân 11 để so sánh với điện áp răng cưa do tụ C tạo ra, từ đó sinh ra xung điều khiển thyristor với góc mở α tăng dần tại chân 14 và 15 Khi xảy ra ngắn mạch, chân 16 nhận tín hiệu cấm, dẫn đến việc không còn tín hiệu đầu ra tại chân 14 và 15.
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: R = (209 ÷500) (kΩ)
- 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
Trong việc cách ly, có nhiều phương án như sử dụng phần tử cách ly quang hoặc diot cho mạch công suất nhỏ Đối với ứng dụng tải công suất trung bình và nhỏ, chúng tôi chọn phương án cách ly quang vì tính hiệu quả, giá thành rẻ và gọn nhẹ Đặc biệt, MOC 3023 được quyết định sử dụng để thực hiện khâu cách ly an toàn giữa mạch lực và mạch điều khiển.
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 = V = 15V Sụt áp tại diode lúc này điện áp còn lại là: cc
MOC3023 có dòng vào chân 1 là I = 50mA, lúc này ta có điện trở cần trong mạch là: gt
=> Chọn trở là R = R = 220 ( ) 3 4 Điện áp sụt tại đầu ra của MOC là U =3V và dòng điện vào để điều khiển BT151 dẫn s là I mA, nên ta có: gt
Hình 5.9: Mạch cách ly sử dụng opto Moc 3023
43 Đặc điểm của Opto Moc 3023:
Opto là linh kiện bán dẫn bao gồm một bộ phát quang và một cảm biến quang tích hợp Bộ phát quang, là diode phát quang, có chức năng phát ra ánh sáng kích thích cho các cảm biến quang dẫn Cảm biến quang, hay photo transistor, được sử dụng để cách ly giữa các khối có sự chênh lệch về điện áp hoặc công suất, chẳng hạn như giữa khối công suất nhỏ và khối điện áp lớn.
Nguyên lý hoạt động của Opto Moc 3023:
Khi dòng điện đi qua hai đầu của LED trong opto, LED sẽ phát sáng, mở các cực của phototransistor cho phép dòng điện chạy qua Xung từ chân 14 và 15 của IC TCA785 được truyền qua opto, một bộ cách ly quang giúp chuyển đổi tín hiệu điện thành tín hiệu ánh sáng trước khi truyền đi Opto không chỉ cách ly mạch động lực và mạch điều khiển mà còn bảo vệ các ngõ điều khiển công suất nhỏ khỏi hư hỏng do mạch có công suất lớn Để đảm bảo hiệu suất và giảm nhiễu, cần sử dụng hai nguồn điện độc lập cho mạch điều khiển và mạch công suất.
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
Điện áp 15V xoay chiều được chuyển đổi thành điện áp một chiều qua chỉnh lưu cầu, sau đó được ổn định bằng IC 7815, cung cấp điện áp 15V ổn định Để làm phẳng điện áp, điện áp 15V sau khối chỉnh lưu được đưa qua tụ 1000µF, đồng thời mắc song song với một tụ gốm nhằm loại bỏ thành phần sóng hài Để báo hiệu mạch điều khiển có nguồn, một LED được kết nối song song với IC 7815.
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 U tuyến rc tính trùng pha với điện áp Anode của Thyristor
Khâu so sánh trong hệ thống điện có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ điện áp tựa và điện áp điều khiển Nó thực hiện việc so sánh giữa hai điện áp này để xác định thời điểm mà chúng bằng nhau.
(Uđk = U ) Tại thời điểm hai điện áp này bằng nhau thì phát xung điều khiển ở đầu ra rc 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 yêu cầu một xung mở với sườn trước dốc thẳng đứng để đảm bảo mở tức thời khi có xung điều khiển, thường là xung kim hoặc xung chữ nhật, với độ rộng lớn hơn thời gian mở của Thyristor Ngoài ra, cần có sự cách ly giữa mạch điều khiển và mạch động lực để bảo vệ khi điện áp động lực quá lớn.
- Nguyên lý mạch điều khiển:
Tín hiệu điện áp cung cấp cho mạch điều khiển được đưa đến khối đồng pha, tạo ra điện áp hình sin đồng bộ V với tần số và góc pha xác định so với điện áp nguồn Đầu ra của mạch phát điện răng cưa cung cấp điện áp răng cưa Vrc đồng bộ về tần số và góc pha với điện áp đồng bộ Điện áp răng cưa Vrc được đưa vào khối so sánh, nơi có điện áp một chiều điều chỉnh từ bên ngoài Hai tín hiệu này được kết nối với cực tính ngược chiều, và khối so sánh thực hiện việc so sánh chúng Khi hai tín hiệu bằng nhau, đầu ra của khối so sánh tạo ra các xung với chu kỳ của V Trong đó, một sườn của xung răng cưa sẽ xuất hiện điện áp tại thời điểm rc, cho phép thay đổi thời điểm xung xuất hiện bằng cách điều chỉnh V trong khi giữ nguyên dạng của V.
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, thiết bị này giúp phân tách các khối có sự chênh lệch về điện áp hoặc công suất, chẳng hạn như giữa khối có công suất nhỏ và khối có điện áp lớn.
- Nguyên lý hoạt động của opto MOC 3023:
Khi dòng điện đi qua hai đầu của LED trong opto, LED sẽ phát sáng, mở các cực của phototransistor cho phép dòng điện chạy qua Xung từ chân 14 và 15 của IC TCA785 được truyền qua opto, một bộ cách ly quang giúp chuyển đổi tín hiệu điện thành tín hiệu ánh sáng và ngược lại Opto giúp cách ly giữa mạch động lực và mạch điều khiển, bảo vệ mạch điều khiển có công suất nhỏ khỏi hư hỏng do mạch có công suất lớn Để đảm bảo hiệu quả, cần sử dụng hai nguồn điện độc lập cho mạch điều khiển và mạch công suất, tránh sự can thiệp điện giữa chúng.
Bộ biến đổi sử dụng là chỉnh lưu cầu một pha bán điều khiển, có chức năng chuyển đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều, từ đó cung cấp nguồn điện 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 được hạ áp xuống 15VAC qua máy biến áp, sau đó chuyển đổi thành điện một chiều 15VDC nhờ mạch chỉnh lưu cầu Điện áp sau đó được làm phẳng và chống nhiễu bởi các tụ C5, C6, C7, C8 Tiếp theo, IC 7815 ổn định nguồn 15VDC cung cấp cho chân 16 (Vs) của IC TCA 785, tạo nguồn nuôi cho mạch Cuối cùng, điện áp đi qua điện trở R10 (1,5k) để hạn dòng cho LED, giúp LED sáng báo hiệu có nguồn điện vào.
Khi sử dụng nguồn xoay chiều 220V, nếu VA (chân số 2) lớn hơn VB (chân số 1), dòng điện sẽ đi từ VA qua cầu chì và chia thành hai nhánh Một nhánh đi xuống thyristor, nơi mà điện áp phân cực thuận nhưng chưa dẫn do chưa có xung kích vào chân G của thyristor Nhánh còn lại đi qua trở R5 (1M) để hạn dòng, cung cấp tín hiệu cho chân 5 (VSYNC) của IC IC sẽ so sánh pha của tín hiệu đầu vào; nếu tín hiệu đồng pha, thyristor sẽ dẫn, ngược lại thì không dẫn.
Khi tín hiệu Q1 được kích hoạt, dòng điện qua LED sẽ phát sáng Tín hiệu này tiếp tục kích xung vào thyristor U1, khiến U1 phân cực thuận và dẫn điện Trong khi đó, U2 bị phân cực ngược và bị khóa, do đó dòng điện chỉ đi qua chân 2 của tải, sau đó qua chân 1 và đi qua các diodes D1, D10 Tuy nhiên, D1 không dẫn vì mạch điện không kín, và dòng điện quay về chân 1 (VB) của nguồn.
Chân 15 (Q1) của ic dẫn, tiếp đến chân 14 (Q2) dẫn với trường hợp ngược lại,
Khi VA nhỏ hơn VB, dòng điện VB sẽ chia thành hai nhánh; một nhánh vào U2 phân cực thuận nhưng thyristor U2 chưa được kích xung nên không dẫn Nhánh thứ hai đi qua R1 phát xung và qua D5 để chỉnh lưu điện một chiều, kích vào chân G của thyristor U2 Khi U2 được phân cực thuận và có xung điều khiển, dòng điện sẽ đi qua U1 phân cực ngược bị khóa, tiếp tục đến chân 2 của tải, qua D10 và cầu chì, rồi trở về chân 2 (VA) của nguồn Quá trình này lặp đi lặp lại Để bảo vệ mạch điều khiển khỏi điện áp ngược từ mạch lực, chúng tôi sử dụng mạch cách ly quang MOC 3023 và hai diode D7, D9 mắc ngược để giảm điện áp xuống 0,7V 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