Quá trình khảo sát mạch điều khiển điện áp bằng cách thay đổi độ rộng xung p3 pps

độ rộng thay đổi Từ chia làm hai đường : qua mạch đảo để đến mạch đơn ổn, thẳng đến mạch đơn ổn khác để hình thành hai xung kích Xung từ hai mạch đơn ổn trộn với xung có tần số cao dao động đưa đến Bộ dao động tần số cao có chức tăng khả kích cho xung kích, đảm bảo kích SCR Sau đó, xung đưa phận xuất xung điều khiển đến cực cổng SCR sơ đồ mạch điện : THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG BỘ THÍ NGHIỆM ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT CHƯƠNG IV Hình III.18 TRANG : 33 THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG BỘ THÍ NGHIỆM ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT CHƯƠNG IV Nguyên lý hoạt động mạch : Đầu tiên, dao động tạo sóng tam giác hai IC 741a 741b đảm nhận Bộ dao động tạo tần số chủ yếu cho băm xung chiều Tần số sóng tam giác R1, R2, R3 C1 định Sóng tam giác đưa đến ngõ vào đảo 741c, ngõ vào không đảo nối chân biến trở VR Xung vuông ngõ thay đổi độ rộng xung thay đổi biến trở VR thay đổi mức so sánh với sóng tam giác Xung vuông chia làm hai đường : đường thứ qua cổng đảo đường lại qua hai cổng đảo để sửa dạng xung đến hai ngỏ kích mạch đơn ổn để tạo xung có độ rộng xung không thay đổi Độ rộng xung mạch đơn ổn đặt trước cho đủ để kích SCR Mạch đơn ổn hai IC AN555a AN555b thực Ngõ chúng trộn với mạch dao động tần số cao thực IC AN555c xung kích tập hợp chùm xung, làm tăng khả kích cho SCR Các xung đưa qua OPTO nhằm cách ly mạch tạo xung kích với ngyuồn điện cao đưa vào cực cổng SCR uv +v _v ur +v (ngỏ vào chân số 3) t (ngỏ vào chân soá 2) to t _v +V +V Dạng sóng OPTO 4N26A t Dạng sóng OPTO 4N26B t TRANG : 34 THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG BỘ THÍ NGHIỆM ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT CHƯƠNG IV CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH I THIẾT KẾ MẠCH : Thiết kế tính toán giá trị cho mạch băm xung chiều Để tính toán giá trị cho mạch băm xung chiều, trước hết ta cần có số liệu ban đầu sau: Ung = 300V Rtải = 50 Itải = 6A Thời gian dẫn nhỏ S1 : Ton = 500s Thời gian khoá SCR chọn thiết kế : toff = 50s Khoảng điện áp điều chỉnh từ 30V  300V Tỷ số chu kỳ nhỏ : Dmin = 30/300 = 0.1 Chu kỳ băm : T = Ton/D = 500/0.1 = 5000s Và tần số lớn băm : f = 1/T = (1/5000).106 = 200Hz Dựa thông số chọn trên, mạch hoạt động tốt thông số mạch băm tính toán sau : a Thiết kế tính toán giá trị cho mạch băm tắt cưỡng điện áp Như khảo sát chương III, ta có sơ đồ mạch băm xung chiều tắt cưỡng điện áp hình III.4 : Đầu tiên để chọn tụ điện, ta nhận thấy theo dạng sóng điện áp us1, thời gian khoá SCR S1 nằm khoảng tăng theo hàm mũ từ –E đến +E Với mạch dao động L – C, thời điểm t = 0, bắt đầu khoá S1, ta có : us1 = E + Ae-t/T Trong : T = RC thời nạp xả tụ điện Với us1 = -E t = 0, A = -2E Từ ñoù suy : us1 = E –2Ee-t/T Khi us1 = t = thời gian khóa S1 = 60s, : us1 = 300 – 2.(300)e-(60.10-6)/T = Suy : T = 87s Trong maïch dao động R – C, ta lại có : T = RC TRANG : 35 THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG BỘ THÍ NGHIỆM ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT CHƯƠNG IV Do đó, C = T/R = 87/50 = 1.73F Ta chọn C = 2.2F Theo nguyên lý hoạt động mạch cho ta biết thời gian khoá SCR S1 phần tư chu kỳ dao động L – C, nên ta có : t off  2 LC  60.10 6 s Suy L = 0.66mH Để tính dòng điện dao động lớn mạch dao động L-C, ta cân biểu thức sau : ½CU2 = ½LI2 Và ta có dòng ICmax = 17.3A Để chọn SCR, ta nhận thấy rằng, dòng điện qua S1 : IS1max = Itải + ICmax = + 17.3 = 23.3A Như vậy, ta phải chọn SCR S1 có khả chịu dòng điện lớn 23.3A để hoạt động tốt mạch Đối với S2 chịu dòng điện nạp xả qua tụ C nên chọn với giá trị dòng điện thấp Tính số vòng dây cuộn dây L : Theo công thức ta có:  N 2S L l Trong : d L : chiều dài cuộn dây l N : số vòng dây cuộn dây 0 : hệ số từ thẩm S : diện tích cuộn dây Từ công thức ta có: L.l N  S Ở chọn : d = 0.05m, l = 0.05m, 0 = 4.10-7 Thay soá: N 660  10 6  0.05  115vong 4  10 7  R Sơ đồ mạch băm thể sau : S1 Rt 50 XK1 D2 C 2.2uF + S2 XK2 E D1 L 0.66mH TRANG : 36 THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG BỘ THÍ NGHIỆM ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT CHƯƠNG IV Hình IV Sơ đồ mạch băm tắt cưỡng điện áp b thiết kế tính toán giá trị cho mạch băm tắt cưỡng dòng điện : Sơ đồ mạch điện hình III.8 khảo sát phần trước, với giá trị cho trên, ta tính trị số mạch băm sau : Trong thực tế, mạch cấp điện với điện áp nguồn, tụ C nạp qua điện trở R đến giá trị gần gần điện áp nguồn Thời gian chuyển mạch đủ nhỏ (so với thời gian làm việc) nên dòng điện coi không đổi giai đoạn có trị số Icmax Đối với điện trở R ta chọn cho trị số vừa đủ lớn để dòng điện qua không đáng kể so với dòng dao động mạch LC Đồng thời vừa đủ nhỏ để đáp ứng tụ C kịp nạp gần nguồn Thông thường giá trị R 100K Dòng điện dao động L - C có dạng hình Sin (hình IV.2), nên ta có : ic  I C max sin t  U C max C C sin t  U ng max sin t L L T   LC toff Itải ICmax Hình IV.2 Dạng sóng mạch dao động L – C Để cho mạch băm hoạt động cách chắn, ta cần có : Icmax = KItai (K > 1) Thông thường K chọn (K = 2) Do đó: C U  I t max (1) L Theo nguyeân lý hoạt động mạch (lý tưởng) thời gian tắt (toff) Sc : t off Nhưng thực tế thời gian phải : t off  t Với t : khoảng thời gian trể SCR, chọn t = 10 Để thời gian tắt trì cho SCR phục hồi chức khóa chưa có xung kích, ta cần :    k  t   k (t off  t ) TRANG : 37 THIEÁT KẾ VÀ THI CÔNG BỘ THÍ NGHIỆM ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT CHƯƠNG IV Với t  LC Suy ra: LC (t off  t )  2 (2) Giải hệ phương trình (1) (2) ta có: L C 3U ng 4I t (t off  t ) 3I t (t off  t ) U ng  Thay số ta có:  300 (50  10)  10  ( H )  0.72mH  3.14  3 C (50  10)  10 6 ( F )  1.2 F 300  3.14 Vậy chọn : L = 0.72mH C = 1F Công thức tính số vòng dây cuộn daây:  N 2S L l Suy Ll N 0  S L Nếu ta chọn quấn cuộn dây có chiều dài 50cm đường kính 50cm số vòng dây phải quấn : N 720  10 6  0.05  120Vong  0.05   3.14  10  3.14      Về việc tính dòng điện để chọn SCR cho phù hợp, ta biết S1 chịu dòng điện tải ta chọn S1 có mức chịu đựng điện áp lớn dòng điện tải Còn S2 dòng điện qua tính lớn dòng điện tải (thông thường lớn hai lần) Cho nên SCR S2 phải có mức chịu dòng lớn hai lần dòng điện tải mạch băm hoạt động tốt 7 TRANG : 38 THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG BỘ THÍ NGHIỆM ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT CHƯƠNG IV Mạch băm tắt cưỡng dòng điện có giá trị hình vẽ sau : S1 Rt 50 XK1 D2 D3 D1 + S2 E C - 1uF XK2 L 0.72mH R 100K Hình IV.3 Sơ đồ mạch băm tắt cưỡng dòng điện Thiết kế tính toán giá trị cho mạch tạo xung kích : Như ta biết, mạch tạo xung kích cho SCR mạch băm xung phải đáp ứng đầy đủ yêu cầu tần số thời điểm kích đề cập đến chương III Để tính toán giá trị cho mạch hình III.16 với tần số làm việc 200Hz, trước hết ta chọn nguồn cung cấp cho toàn mạch 12V việc tính toán thực sau : a Tìm trị số cho linh kiện phận tạo tần số có độ rộng xung thay đổi Bộ phận gồm IC 741A, IC 741B, IC 741C R1, R2, R3, R4, R5, C1 vaø C2 thực Ở dao động tạo sóng đầu tiên, chu kỳ tính : T  2R1C1 ln 1  1  Trong ñoù :  R3 R  R3  2.2  0.18 10  2.2 Ta choïn R2 = 10k , R3 = 2.2k Tần số f = 200Hz nên ta có chu kỳ T = 5ms Do : R1C1 = 3.6ms Khi ta choïn C1 = 1F R1 = 3.6k (lấy R1 = 3.3k) Sóng vuông phận tạo có biên độ đỉnh - đỉnh 24V tỉ số chu kỳ : D = 0.5 thời gian mức cao xung 2.5ms Để chuyển sóng vuông tạo thành sóng tam giác, ta cần tính : V 24   9.6 V ms t 2.5 TRANG : 39 THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG BỘ THÍ NGHIỆM ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT CHƯƠNG IV Vì mối quan hệ : V Vra   9.6 V ms t R4 C Nên ta có : R4C2 = 2.5ms Chọn C2 = 0.47F R4 = 5.3k (lấy R4 = 4.7k ) Thông thường R5 chọn R4 = 4.7k Sóng tam giác tín hiệu so sánh với điện áp chiều đưa vào từ biến trở VR để tạo sóng vuông có độ rộng xung thay đổi Muốn thay đổi độ rộng xung ta việc thay đổi mức điện áp so sánh cách chỉnh biến trở Giá trị biến trở chọn 5k b Tính giá trị cho phận tạo xung đơn ổn : Bộ phận gồm hai mạch đơn ổn riêng biệt hoàn toàn giống nhằm cung cấp xung kích cho hai SCR mạch băm xung chiều Chúng bao gồm IC AN555A, IC AN555B, R11, R12, C1 C2 thực Độ rộng xung đơn ổn chọn để thiết kế 0.5ms Độ rộng không đổi thay đổi độ rộng xung ngõ vào Độ rộng xung mạch đơn ổn dùng IC555 tính : T = R11C5ln3 = R12C6ln3 Khi T = 0.5ms, ta coù : R11C5 = R12C6 = 0.454ms Chọn C5 = C6 = 1F điện trở R11 = R12 = 454 Vậy giá trị linh kiện phải chọn : C5 = C6 = 1F; R11 = R12 = 470 c Tính giá trị cho mạch dao động tần số cao Mạch dao động tần số cao nhằm mục đích trộn với xung đơn ổn để tăng khả kích cho mạch tạo xung kích Tần số thiết kế cho phận khoảng 10KHz Với tần số đó, ta tính giá trị cho phận với linh kiện IC AN555C, IC AN555D, R17, R18, R19, R20, C9, C10, D2 D3 Để xung có tỉ số chu kỳ D = 0.5 ta phải có R17 = R18 = R19 = R20 thêm diode D2 mắc song song với R18, diode D3 mắc song song với R20 Tần số dao động tính : 1.4 R17 C Từ ta có : R17C9 = 0.072ms Chọn C9 = C10 = 0.1F R17 = 0.72k Vậy linh kiện cần phải chọn : C9 = C10 = 0.1F R17 = R18 = R19 = R20 = 1k d Thiết kế phận đưa xung kích Sau có xung đơn ổn xung dao động tần số cao, ta trộn chúng lại với cổng AND IC2 Kết cho ta chuổi xung kích khoảng xung đơn ổn mức cao Các xung kích đưa đến OPTO 4N26A 4N26B để đưa f  TRANG : 40 THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG BỘ THÍ NGHIỆM ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT CHƯƠNG IV xung kích cho SCR Xung kích đưa OPTO thông qua transistor Q7 Q8 Các transistor làm việc theo chế độ đóng ngắt nên điện trở mắc nối tiếp với OPTO chọn thiết kế theo dòng bảo hòa diode OPTO Đối với OPTO 4N26 dòng bảo hòa 5mA, giá trị điện trở R28 R26 chọn : R26 = R28 = U/I = 12/5.10-3 = 2.4k Trong thực tế, ta chọn : R26 = R28 = 2.2k Việc dùng OPTO nhằm cách li điện cao từ mạch băm xung chiều với mạch tạo xung kích Sơ đồ mạch điện thể lại sau (hình IV.4) : TRANG : 41 THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG BỘ THÍ NGHIỆM ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT CHƯƠNG IV Hình IV.4 Sơ đồ mạch tạo xung kích cho SCR TRANG : 33 ... giác tín hiệu so sánh với điện áp chiều đưa vào từ biến trở VR để tạo sóng vuông có độ rộng xung thay đổi Muốn thay đổi độ rộng xung ta việc thay đổi mức điện áp so sánh cách chỉnh biến trở Giá... tạo xung có độ rộng xung không thay đổi Độ rộng xung mạch đơn ổn đặt trước cho đủ để kích SCR Mạch đơn ổn hai IC AN555a AN555b thực Ngõ chúng trộn với mạch dao động tần số cao thực IC AN555c xung. .. 0.5ms Độ rộng không đổi thay đổi độ rộng xung ngõ vào Độ rộng xung mạch đơn ổn dùng IC555 tính : T = R11C5ln3 = R12C6ln3 Khi T = 0.5ms, ta coù : R11C5 = R12C6 = 0.454ms Chọn C5 = C6 = 1F điện