thiết kế hệ truyền động cho cân bằng định lượng, chương 10 pps

Điều khiển TIRISTO Tiristo chỉ mở cho dòng điện chạy qua khi có điện áp d-ơng đặt trên anốt và có xung áp d-ơng đặt vào cực điều khiển.. Sau khi Tiristo đã mở thì xung điều khiển không c

Chương 10 thiết kế mạch điều khiển

1 Điều khiển TIRISTO

Tiristo chỉ mở cho dòng điện chạy qua khi có điện áp d-ơng

đặt trên anốt và có xung áp d-ơng đặt vào cực điều khiển Sau khi Tiristo đã mở thì xung điều khiển không còn tác dụng gì nữa, dòng

điện chạy qua Tiristo do thông số của mạch quyết định

Mạch điều khiển có các chức năng sau:

 Điều chỉnh đ-ợc vị trí xung điều khiển trong phạm vi nửa chu kỳ d-ơng của điện áp đặt trên anôt- catôt Tiristo

 Tạo ra đ-ợc các xung đủ điều kiện mở đ-ợc Tiristo, (xung điều khiển th-ờng có biên độ từ 2 đến 10 vôn,

độ rộng xung tx=20100 đối với thiết bị chỉnh l-u, tx

10 đối với thiết bị biến đổi tần số cao )

Độ rộng xung đ-ợc xác định theo biểu thức

Trong đó :Idt-dòng duy trì của Tiristo

di/dt-tốc độ tăng tr-ởng của của dòng tải

Cấu trúc của mạch điều khiển một Tiristo đ-ợc trình bày trên sơ đồ

Ucm: Là điện áp điều khiển, điện áp một chiều

Ur: Là điện áp đồng bộ, điện áp xoay chiều hoặc biến thể của nó, đồng bộ với điện áp của anôt-catốt của Tiristo

Hiệu điện áp Ucm - Ur đ-ợc đ-a vào khâu so sánh 1, làm việc nh- một trigơ lật trạng thái, ở đầu ra của nó ta nhận đ-ợc một chuỗi xung dạng sin chữ nhật

Khâu 2 là điện áp hài một trạng thái ổn định

Khâu 3 là khâu khuếch đại xung

tx dt

di di 

/

Khâu 4 là biến áp xung

Bằng cách tác động vào Ucm , có thể diều chỉnh đ-ợc vị trí xung điều khiển, cũng tức là điều chỉnh góc 

2 Hệ thống điều khiển thiết bị chỉnh l-u

2.1 Nguyên tắc điều khiển

Trong việc điều khiển chỉnh l-u thì việc tạo thời điểm để phát xung mở Tiristor là một khâu rất quan trọng Việc điều khiển chỉnh l-u th-ờng sử dụng hai nguyên tắc đó là nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính và nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arccos

để điều chỉnh vị trí xung trong nửa chu kỳ d-ơng của điện áp đặt lên Tiristor

a Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arccos

Điện áp đồng bộ US v-ợt tr-ớc điện áp UAK=Umsint của Tiristor một góc bằng /2 vậy Us =Usm cos t

Điện áp điều khiển là điện áp một chiều có thể điều chỉnh

đ-ợc biên độ theo hai chiều (d-ơng và âm ) Nếu đặt US vào cổng

đảo và Ucm vào cổng không đảo của một khâu so sánh thì ta sẽ nhận

đ-ợc một xung rất mảnh ở đầu ra của khâu so sánh khi khâu này lật trạng thái :

Cấu trúc mạch điều khiển một thyristor

Usm cos= Ucm Vậy khi Ucm= Usm thì =0

Ucm =0 thì  =/2

Ucm = -Usm thì =

Nh- vậy khi điều chỉnh Ucm từ giá trị +Usm đến -Usm thì ta có thể điều chỉnh đ-ợc góc  từ 0

b Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính

Đối với nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính thì tại thời điểm xuất hiện sự cân bằng giữa điện áp điều khiển Ucm và

điện áp tựa (cũng chính là điện áp đồng bộ trùng pha với điện áp

đặt lên A-K của Tiristor và th-ờng đặt vào đầu đảo bộ so sánh Thông th-ờng điện áp tựa th-ờng có dạng răng c-a Nh- vậy bằng cách biến đổi Ucm ng-ời ta có thể điều chỉnh đ-ợc thời điểm xuất hiện xung ra theo đồ thị nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính

Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arccos

Ta xác định góc điều khiển  theo ph-ơng trình : Với  :góc mở của Tiristor

Uđk :điện áp điều khiển

Usm :điện áp đồng bộ cực đại

Thông th-ờng ng-ời ta th-ờng lấy Ucm max =Usm Nhận thấy rằng góc  là một hàm tuyến tính của điện áp điều khiển Ucm.Vậy

ta có thể điều khiển góc  thông qua điều khiển điện áp một chiều

2.2 Nguyên tắc điều khiển một hệ thống chỉnh l-u điều khiển

ba pha đối xứng

Nguyên tắc điều khiển chỉnh l-u cầu 3 pha đối xứng gồm 6 kênh Một máy biến áp đồng bộ 6 pha và một nguồn điện áp điều khiển Ucm chung cho cả 6 kênh Cấu trúc của mỗi kênh gần giống nh- cấu trúc điều khiển một Tiristor Yêu cầu đối với sơ đồ là phải

đảm bảo luôn luôn có thể mở hai thyristor, một ở nhóm catot chung

và một ở nhóm Anot chung Có nh- thế mới khởi động đ-ợc thiết

bị chỉnh l-u và đảm bảo hoạt động của thiết bị khi làm việc ở chế

độ dòng tải gián đoạn Chính vì vậy mà sơ đồ có sử dụng 6 cổng

“OR” và sự tổ hợp của các tín hiệu logic

Vi mạch TCA780

Vi mạch TCA780 là một vi mạch phức hợp thực hiện đ-ợc 4 chức năng của một mạch điều khiển : “tề đầu” điện áp đồng bộ, tạo

điện áp răng c-a đồng bộ, so sánh và tạo xung ra TCA 780 do hãng Siemens chế tạo có thể điều chỉnh đ-ợc góc  từ  1800

Vi mạch TCA 780

Thông số chủ yếu của TCA780 là :

 Điện áp nguồn nuôi : US = 18 v

 Dòng điện tiêu thụ : IS = 10mA

 Dòng điện ra : I = 50mA

 Điện áp răng c-a : Ur.max = ( US – 2 ) v

 Điện trở trong mạch tạo điện áp răng c-a : R9 = ( 20 

500 ) k

 Điện áp điều khiển : U11 = - 0,5  ( US – 2 ) v

 Dòng điện đồng bộ : IS = 200A

 Tụ điện : C10 = 0,5F

 Tần số xung ra : f = ( 10  500 ) Hz

Theo hình vẽ thì điều chỉnh điện áp tại chân 11 sẽ thay đổi

đ-ợc thời điểm phát xung ra tại chân 14 và chân 15 Mặt khác chỉ cần một dạng sóng hình sin đặt vào chân 5 thì ta có thể phát ra xung tại hai thời điểm  và  +  Do đó khi chỉ cần một vi mạch thì ta có thể mở đ-ợc hai van Hơn thế nữa, biến áp đầu vào sẽ

không cần tới 6 pha mà biến áp đồng bộ chỉ cần 3 pha đồng bộ với

3 pha của điện áp nguồn

Bộ phát xung chùm

Để tạo điều kiện mở chắc chắn cho các Tiristo ng-ời ta sử dụng bộ phát xung chùm Bộ phát xung chùm đ-ợc đ-a vào kết hợp phát xung phối hợp với xung điều khiển mở Tiristo Khi đó xung

đ-a vào cực điều khiển Tiristo là xung chùm Bộ phát xung chùm

đ-ợc thực hiện thông qua 2 cổng “NOT” và bộ dao động RC đ-ợc

đấu nh- trên hình vẽ 5.12 Tần số bộ phát xung chùm đ-ợc tính theo công thức :

f=

RC 4 , 1

1

Khi thay đổi giá trị của điện trở R thì ta có thể thay đổi tần số

f của xung đầu ra Để lắp ráp ta dùng hai cổng “NOT” của vi mạch Cmos 4069, nguồn cấp 315 (v)

Mạch phát xung chùm

Rđc

T4

T1

T5

D22 D62

D42 D52

D32 D12

DZ

D13 R11 D33 R31 D53 R51 D43 R41 R61 D23 R21

Q2

R22 Q6

R62 R23 R63

Q4

R42

Q5

R52 R53

R33

Q3 Q1

R13

TCA 780

TCA 780

TCA 780

12 C10 R9 C

Máy biến áp đồng bộ

T3

15 14

BAX

R43

11

1 9 10 12

16 13 6

15 14 10 9 1 5

15 14 12 10 9 1 5

D63

15 v

NOT NOT

16 13 6 16

13

6

VCC VCC

VCC

Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển chỉnh l-u





Đồ thị điện áp đồng bộ và điện áp trên các van

ch-ơng 6

mô phỏng hệ trong Simulink

1 Sơ đồ hệ thống trong Simulink

2 đồ thị tốc độ

3 đồ thị dòng điện