Đồ án Thiết kế bộ chỉnh lưu cầu ba pha

Trong quá trình sản xuất, truyền động điện là một trong những khâu quan trọng để tạo ra năng suất lao động lớn. Điều đĩ càng được thể hiện rõ nét trong các dây truyền sản xuất, trong các cơng trình xây dựng hiện đại, truyền động điện đĩng vai trị quan trọng trong việc nâng cao năng suất lao động và chất lượng sản phẩm. Vì thế các hệ thống truyền động điện luơn được quan tâm nghiên cứu để nâng cao chất lượng sản phẩm.

Mục Lục

TrangLời nói đầu 03

PHẦN I: THIẾT KẾ BỘ CHỈNH LƯU CẦU BA PHA

2.3.1 Bảo vệ quá dòng điện 17

2.3.2 Bảo vệ quá áp trên Thysistor 18

2.3.3 Bảo vệ quá nhiệt 19

CHƯƠNG II : THIẾT KẾ MẠCH TẠO XUNG ĐIỀU KHIỂN

2.1 Phân tích và chọn phương án thiết kế mạch điều khiển 21

2.2 Chọn phương án phát xung 21

2.3 Thiết kế mạch tạo xung 23

2.3.1 Khối đồng bộ hoá và phát xung răng cưa 24

2.3.2 Khối so sánh 27

2.3.3 Khối tạo xung và phân chia xung 28

2.3.4 Sơ đồ tổng hợp của một kênh điều khiển 33

2.4 Thiết kế nguồn nuôi 35

2.5 Tính chọn mạch điều khiển 36

2.5.1 Tính chọn máy biến áp xung 36

2.5.2 Tính chọn Tranzitor, Điod, KĐTT 38

2.6 Sơ đồ nguyên lý mạch bộ nguồn 40

PHẦN II : ỨNG DỤNG BỘ CHỈNH LƯU CẦU BA PHA

VÀO MẠCH ROTOR ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA ĐỂ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ

Chương III : KHẢO SÁT CHẾ ĐỘ TĨNH HỆ HỞ

3.1 Sơ đồ mạch động lực hệ điều chỉnh tốc độ động cơ điện xoay

chiều ba pha rotor dây quấn 43

3.2 Nguyên lý làm việc của sơ đồ hệ truyền động nối cấp 44

3.3 Đặc tính tĩnh của hệ 45

3.3.1 Xây dựng đặc tính cơ tự nhiên 45

3.3.2 Đặc tính cơ 48

3.3.2.1 Xây dựng đặc tính tĩnh hệ truyền động nối cấp 49

3.3.2.2 Đặc tính tĩnh của động cơ không đồng bộ ba pha rotor

dây quấn khi làm việc điều tốc nối cấp 54

CHƯƠNG IV: XÂY DỰNG VÀ KHẢO SÁT HỆ TRUYỀN ĐỘNG

NỐI CẤP ỔN ĐỊNH TỐC ĐỘ

4.1 Xây dựng sơ đồ cấu trúc của hệ tự động ổn định tốc độ 60

4.2 Xây dựng sơ đồ cấu trúc của hệ thống 61

4.2.1 Thành lập hàm truyền của các khâu 61

4.2.2 Sơ đồ cấu trúc 69

4.3 Tổng hợp mạch vòng dòng điện 70

4.4 Tổng hợp mạch vòng tốc độ 72

4.5 Sơ đồ cấu trúc trạng thái động của hệ thống điều tốc nối cấp 75

CHƯƠNG V: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG

Tài liệu tham khảo 83

Lời nói đầu

Trong quá trình sản xuất, truyền động điện là một trong những khâu quan trọng để tạo ra năng suất lao động lớn Điều đĩ càng được thể hiện rõ nét trong các dây truyền sản xuất, trong các cơng trình xây dựng hiện đại, truyền động điện đĩng vai trị quan trọng trong việc nâng cao năng suất lao động và chất lượng sản phẩm Vì thế các hệ thống truyền động điện luơn được quan tâm nghiên cứu để nâng cao chất lượng sản phẩm

Khi nĩi đến truyền động điện thì người ta quan tâm nhất đĩ là động cơ điện vàviệc điều khiển động cơ điện một cách chính xác và đạt kết quả như mong

muốn

Do cĩ nhiều ưu điểm cả về kinh tế lẫn kỹ thuật nên động cơ khơng động bộ ngày càng được sử dụng phổ biến trong nền kinh tế quốc dân cũng như đời sống hàng ngày Vì vậy việc điều khiển động cơ khơng đồng bộ là một trong những vấn đề quan trọng

Dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo PGS.TS Võ Quang Lạp, em đã hồnthành đồ án tốt nghiệp của mình với đề tài “Thiết kế bộ chỉnh lưu cầu ba pha nốivào mạch roto động cơ khơng đồng bộ ba pha để điều chỉnh tốc độ”

Song thời gian và hiểu biết thực tế cịn hạn chế nên trong quá trình thiết kế

đồ án khơng tránh khỏi những thiếu sĩt Vì vậy em rất mong được sự giúp đỡ, chỉ bảo của các thầy cơ để đồ án của em được hồn chỉnh hơn

Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo PGS.TS Võ Quang Lạp, các thầy cô giáo đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi để em hoàn thành đồ án này

Em xin chân thành cảm ơn !

Ngày 01 tháng 6 năm 2009

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Văn Nam

Trong kỹ thuật điện rất nhiều trường hợp yêu cầu phải biến đổi một nguồn điện

áp xoay chiều thành điện áp một chiều và điều chỉnh được giá trị của điện áp một chiều đầu ra Để làm được điều đó người ta có nhiều cách khác nhau ví dụ như: dùng tổ hợp động cơ máy phát, dùng bộ biến đổi một phần ứng, dùng các

bộ chỉnh lưu Nhưng phổ biến nhất và có hiệu suất cao nhất là sử dụng các sơ

đồ chỉnh lưu bằng các dụng cụ bán dẫn

Do yêu cầu thiết kế mạch chỉnh lưu cung cấp dòng điện một chiều vào mạch ro

to của động cơ điện không đồng bộ ba pha dây quấn, để điều chỉnh tốc độ nên ta

đi phân tích và chọn các mạch động lực sau:

+ Mạch chỉnh lưu hình tia ba pha dùng Thysistor

+ Mạch chỉnh lưu cầu ba pha đối xứng dùng Thysistor

1.1 Sơ đồ mạch chỉnh lưu hình tia ba pha dùng Thysistor

1.1.1 Sơ đồ nguyên lý

1.1.2 Nguyên lý hoạt động được khái quát như hình vẽ với giả thiết tải cĩ điện cảm rất lớn

1.1.3 Các công thức tính toán

- Với:

- Điện áp chỉnh lưu trung bình trên tải

Ud = U2 cos 1,17U2.cos

Trong đó U2 là giá trị hiệu dụng của điện áp bên thứ cấp MBA

- Dòng điện trung bình qua Thysistor

ITtb =

- Điện áp thuận và ngược lớn nhất mà Thysistor phải chịu:

UTthmax =UTngmax = U2

- Công suất tính toán:

Sttba = UdId 1,355UdId

- Điều kiện chọn linh kiện Thyristor:

[UTthmax] > UTthmax = U2 [UTngmax] > UTngmax = U2

[IT] > ITtb =

Nhận xét:

Với sơ đồ chỉnh lưu hình tia 3 pha dùng 3 Thysistor có:

Ưu điểm :

- Sơ đồ cấu tạo đơn giản, điều khiển dễ dàng

- Có thể áp dụng khi cần cung cấp cho động cơ tải công suất lớn

- Do số lượng Thysistor ít nên việc điều khiển đóng mở dễ dàng

Nhược điểm:

- Dòng qua các Thysistor không liên tục, điện áp đặt lên các Thysistor lớn

- Chất lượng điện áp tải ra chưa tốt, hệ số công suất máy biến áp nhỏ, khi chế tạo máy biến áp động lực loại này thứ cấp phải nối Y0 có dây trung tính lớn hơn dây pha vì chịu dòng điện tải

1.2 Sơ đồ mạch chỉnh lưu cầu ba pha đối xứng dùng Thysistor

1.2.1 Sơ đồ nguyên lý

1.2.2 Điều kiện làm việc của Thysistor

Vì điện áp đặt lên chân Anot và chân Katot của Thysistor là điện áp dây nên điều kiện để Thysistor làm việc là:

+ UAK = Udây > 0

+ Thời điểm xuất hiện xung ωt ≥ t ≥

1.2.3 Tổng hợp điện áp ra

a Giản đồ dẫn dòng của các Thysistor và trạng thái gửi xung ( =600)

* Điều kiện làm việc của cầu

Cầu làm việc theo nguyên tắc gửi xung: là xung gửi từ nhóm nọ sang nhóm kia và ngược lại:

b Nguyên lý hoạt động của cầu ba pha đối xứng dùng Thysistor ứng với , tải điện cảm được thể hiện như hình vẽ:

c Nguyên lý hoạt động của cầu ba pha đối xứng dùng Thysistor ứng với , tải điện cảm được thể hiện như hình vẽ sau:

d Nguyên lý hoạt động của cầu ba pha đối xứng dùng Thysistor ứng với , tải điện cảm được thể hiện như hình vẽ sau:

d Các biểu thức tính toán

- Với:

- Điện áp chỉnh lưu trung bình trên tải

Ud = sin td( t) = Uocostd(t) = Uocos td(t) = Uocos Với q = 6 là hệ số đập mạch trong một chu kỳ của điện áp sau khi chỉnh lưu

Uo = 2,34U2

(U2 là điện áp hiệu dụng trên thứ cấp máy biến áp)

- Dịng điện trung bình qua Thyristor:

ITtb =

- Điện áp thuận và ngược lớn nhất mà Thyristor phải chịu:

UTthmax = UTngmax = U2

- Cơng suất tính tốn:

Sttba = UdId = 1,05UdId

- Điều kiện chọn linh kiện Thyristor:

[UTthmax] > UTthmax = U2 [UTngmax] > UTngmax = U2

[IT] > ITtb = Nhận xét: Sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha giá trị điện áp lấy ra chất lượng tốt, trong môt chu kỳ của điện áp xoay chiều có 6 xung đập mạch nên q=6, điện áp

chỉnh lưu do vậy ở sơ đồ này hệ số lặp rất cao, phạm vi điều chỉnh rộng Sơ đồ này có công suất lớn.

Kết luận

Vì yêu cầu đưa nguồn điện một chiều vào mạch roto của động cơ ba pha rotor dây quấn để điều chỉnh tốc độ nên ta chọn mạch chỉnh lưu cầu ba pha dùng 6 Thysistor để nghiên cứu

Việc lựa chọn này có nhiều ưu điểm như:

+ Chất lượng điện áp ra rất cao (trong một chu kỳ của điện áp nguồn có 6 lần xung dập mạch của điện áp chỉnh lưu)

+ Mạch không có dây trung tính thuận tiện cho việc đấu vào mạch roto của độngcơ

+ Mạch có thể làm việc được với chế độ nghịch lưu

2 Tính chọn thiết bị

2.1 Ý nghĩa của việc tính chọn thiết bị

Việc tính chọn thiết bị có ý nghĩa rất quan trọng cả về kinh tế lẫn kỹ thuật Việc tính chọn càng chính xác, tỷ mỉ bao nhiêu thì hệ thống làm việc càng an toàn bấy nhiêu Hơn nữa, việc tính chọn thiết bị chính xác còn nâng cao chất lượng, hiệu suất của hệ thống Nếu tính chọn thiếu chính xác thì hệ thống làm việc hiệu xuất kém hoặc không làm việc được, làm tăng chi phí cho nhà đầu tư

Vì vậy viêïc tính chọn thiết bị phải đáp ứng được các yêu cầu sau đây:

+ Về mặt kỹ thuật phải đảm bảo yêu cầu công nghệ và các thông số phù hợp với thiết bị

+ Về mặt kinh tế, thiết bị được chọn trong khi thoả mãn các yêu cầu kỹ thuật phải đảm bảo có chi phí mua sắm hợp lý

ra bằng góc điều khiển

Để Thysistor làm việc tin cậy và đảm bảo an toàn thì các Thysistor được chọn sao cho nó có thể làm việc ở trạng thái nặng nề nhất

Thysistor được chọn theo hai điều kiện chủ yếu sau:

+ Điều kiện về dòng điện

nên UTngmax = UTthmax = = Ud = = 310,86 V

Vậy [UTngmax] = [UTthmax ] ku UTngmax = 2.310,86 = 621,72 V

Từ các thông số trên ta chọn Thysistor có các thông số sau:

Unmax : Điện áp ngược cực đại

Idmmax : Dòng điện làm việc cực đại

Ipikmax : Dòng điện đỉnh cực đại

I gmax : Dòng điện xung điều khiển cực đại

Ugmax : Điện áp xung điều khiển cực đại

Ihmax : Dòng điện tự giữ cực đại

Irmax : Dòng điện rò cực đại

Umax: Sụt áp cực đại trên Thysistor ở trạng thái dẫn

dU/dt : Đạo hàm điện áp theo thời gian

tcm : Thời gian chuyển mạch (mở và khoá)

Tmax: Nhiệt độ làm việc cực đại

2.2.2 Tính chọn máy biến áp lực

Máy biến áp lực có tác dụng cách ly mạch động lực với lưới điện Cung cấp điện áp thứ cấp bằng điện áp yêu cầu của bộ chỉnh lưu

Máy biến áp có tổ đấu dây với :

Điện áp của cuộn dây sơ cấp máy biến áp là:

IATM kqt.kdt ksd.Idm Trong đó:

kqt = 1,1 ÷ 1,2 là hệ số quá tải cho phép

ki = 1,05 là hệ số dự trữ dòng điện tính đến khả năng sai khác

ksđ= 0,85 hệ số phụ thuộc vào sơ đồ

2.3.2 Bảo vệ quá áp trên Thysistor

Các Thysistor là phần tử rất nhạy cảm với sự biến đổi đột ngột của điện áp và dòng điện do vậy ta phải dùng các mạch, thiết bị để bảo vệ chúng

Các nguyên nhân gây ra hiện tượng quá điện áp trên các Thysistor là:

+ Quá điện áp và gia tốc áp ( ) do quá trình chuyển mạch

+ Quá gia tốc áp ( ) do đóng cắt máy biến áp ở chế độ không tải hay tải nhỏ

- Để bảo vệ quá điện áp và gia tốc áp cho Thysistor ta dùng mạch R-C mắc songsong với Thysistor

Giả thiết điện trở và điện dung được xác định theo công thức thực nghiệm

R = = = 74 Ω

C = = ≈ 1,35 μF

- Để bảo vệ an toàn cho các van trước sự quá gia tốc điện áp do đóng cắt máy biến áp ta dùng các phần tử R- C mắc song song với cuộn dây thứ cấp máy biến áp

Theo tài liệu: Thiết kế Điện tử công suất – của tác giả Trần Văn Thịnh chọn R,Ctheo kinh nghiệm như sau: R= 15( ) và C= 4( F)

2.3.3 Bảo vệ quá nhiệt cho các van bán dẫn

Khi van bán dẫn làm việc có dòng điện chạy qua, trên van có các sụt áp ,

do đó có tổn hao công suất , tổn hao này sinh ra nhiệt đốt nóng van bán dẫn Mặt khác van bán dẫn chỉ làm việc được ở nhiệt độ dưới nhiệt độ cho phép Nếunhiệt độ quá vượt quá nhiệt độ cho phép sẽ làm cho linh kiện không làm việc được như mong muốn hoặc phá huỷ linh kiện Để van bán dẫn làm việc an toàn, tin cậy và không bị phá huỷ vì nhiệt ta phải chọn và thiết kế bộ phận toả nhiệt cho hợp lý

Tính toán cánh tản nhiệt cho Thysistor:

- Tổn thất công suất trên mỗi Thysistor:

= Ilv = 2,57.84 =215,88 W

- Diện tích bề mặt toả nhiệt:

m2

Với:

: là độ chênh lệch nhiệt độ so với nhiệt độ môi trường

Tmt = 350 : Nhiệt độ môi trường

Chọn nhiệt trên cánh tản nhiệt là: Tlv = 800

- Vât liệu làm cánh tản nhiệt là nhôm

- Dùng quạt đối lưu quạt gió dọc các khe của cánh tản nhiệt

CHƯƠNG II

THIẾT KẾ MẠCH TẠO XUNG ĐIỀU KHIỂN

2.1 Phân tích và chọn phương án thiết kế mạch điều khiển

Để các Thysistor làm việc thì ngoài điều kiện UAK > 0 còn phải có xung điều khiển đặt vào cực điều khiển của Thysistor Để có hệ thống các tín hiệu điều khiển xuất hiện đúng theo yêu cầu mở van người ta phải sử dụng mạch điện tạo ra các tín hiệu đó Mạch điện dùng để tạo ra các tín hiệu điều khiển gọi

là mạch điều khiển Điện áp điều khiển các Thysistor phải đáp ứng được các yêucầu cần thiết về công suất, biên độ cũng như độ rộng xung

Trong thực tế có một số dạng xung thường gặp:

(1) Xung vuông

(2) Xung nhọn hay xung kim

(3) Xung hình thang

(4) Xung tam giác

Các thông số đặc trưng của xung:

áp nguồn, dễ tự động hoá, mỗi chu kỳ của điện áp anod của thysistor chỉ có xung được đưa đến mở nên giảm tổn thất trong mạch điều khiển Do đó hệ thốngnày được sử dụng rộng rãi

+ Hệ thống điều khiển chỉnh lưu theo nguyên tắc khống chế pha ngang:

Phương pháp này có ưu điểm là mạch phát xung điều khiển đơn giản, nhưng có nhược điểm là phạm vi điều chỉnh góc không rộng Rất nhạy cảm với sự thay đổi của điện áp nguồn và khó tổng hợp tín hiệu điều khiển.

+ Hệ thống điều khiển chỉnh lưu dùng điod hai cực gốc (UJT-tranzitor một tiếp giáp):

Phương pháp này tạo ra các xung nhờ việc so sánh giữa điện áp răng cưa xuất hiện theo chu kỳ nguồn xoay chiều với điện áp mở của UJT Phương pháp này mặc dù đơn giản nhưng nhược điểm là góc mở có phạm vi điều chỉnh hẹp vì ngưỡng mở của UJT phụ thuộc vào điện áp nguồn nuôi Mặt khác, trong một chu kỳ điện áp điện áp lưới mạch thường đưa ra nhiều xung điều khiển nên gây tổn thất phụ trong mạch điều khiển

Kết luận:

Dựa vào những phân tích ở trên, để phát xung điều khiển cho các Thysistor trong bộ chỉnh lưu ta dùng hệ thống điều khiển theo nguyên tắc khống chế pha đứng

2.3 Thiết kế mạch tạo xung

Sơ đồ khối của mạch tạo xung theo nguyên tắc khống chế pha đứng:

* ĐBH: khối đồng bộ hoá lấy trực tiếp hoặc gián tiếp đưa về mạch tạo xung điềukhiển đồng bộ với điện áp Anod, thông thường khối này thường dùng máy biến áp

Máy biến áp có những ưu điểm sau đây:

+ Cách li điện áp với mạch điện áp điều khiển để đảm bảo an toàn cho người và thiết bị Biến áp ở đây là biến áp đồng bộ hoá

+ Điện áp ra dễ chỉnh định thoả mãn yêu cầu, phía thứ cấp đưa vào mạch điều khiển từ 9 12 V

* XRC: Tín hiệu đồng bộ hoá này đưa sang khối 2 đưa ra điện áp tựa và dưới dạng điện áp răng cưa Điện áp răng cưa thoả mãn yêu cầu điều khiển:

+ Phạm vi góc điều khiển phải thoả mãn

+ Điện áp răng cưa phải tuyến tính

* Bộ SS: So sánh điện áp tựa với điện áp điều khiển Giao điểm của hai điện áp này xác định góc mở

* Khối tạo xung TX: khối này tạo xung theo yêu cầu

* Khối phân chia xung PCX: có nhiệm vụ dẫn xung đến các Thysistor, thông thường dùng biến áp và biến áp này được gọi là biến áp xung.

Ưu điểm của biến áp xung:

+ Cách li về điện áp giữa mạch động lực và mạch điều khiển

+ Bên thứ cấp dùng nhiều cuộn dây, có thể nối đến các thysistor dễ dàng không gây ra ngắn mạch và đảo cực tính cũng rất dễ dàng

Trong thực tế khi thiết kế và lắp ráp mạch thì khối 1 và khối 2 đi kèm nhau, khối 4 và khối 5 đi kèm nhau

Từ 5 khối này ta gộp thành 3 khối sau:

1: khối đồng bộ hoá phát xung răng cưa

2: khối so sánh

3: khối tạo xung và phân chia xung

2.3.1 Khối đồng bộ hoá và phát xung răng cưa

Để thực hiện chức năng đồng bộ hóa, ta có thể sử dụng mạch phân áp bằng điệntrở hay kết hợp điện dung, điện cảm Tuy nhiên, phương pháp này có nhược điểm là không cách ly với điện áp cao của mạch động lực Do vậy phương pháp này ít dùng

Phương pháp phổ biến hiện nay là sử dụng máy biến áp đồng bộ trong đócuộn sơ cấp nối với lưới điên, cuộn thứ cấp cho điện áp đồng bộ Góc lệch pha giữa cuộn sơ và cuộn thứ tính toán sao cho góc lệch pha của Udb phù hợp với thời điểm mở tự nhiên của các thysistor

Có rất nhiều sơ đồ có thể tạo sóng răng cưa như:

• Sơ đồ phát sóng răng cưa dùng Điốt, điện trở, tụ điện (R - C - D)

• Sơ đồ phát sóng răng cưa dùng D - R - C nạp điện cho tụ bằng nguồn một chiều ổn định

• Sơ đồ mạch phát sóng răng cưa dùng D - R - C và Tranzitor

• Sơ đồ mạch phát sóng răng cưa dùng D - R - C và Tranzitor nạp tụ bởi dòng không đổi

• Sơ đồ mạch phát sóng răng cưa dùng vi mạch khuếch đại thuật toán.Trong các mạch đó thì sơ đồ mạch phát sĩng răng cưa dùng vi mạch khuếch đại thuật tốn tạo điện áp ra có dạng răng cưa, có dạng điện áp ra hầu như không phụ thuộc vào tải mắc ở đầu ra mạch phát sóng răng cưa, sóng răng cưa có độ tuyến tính cao, độ dốc sườn trước lớn Vì những ưu điểm đó ta chọn sơ đồ mạch phát sĩng răng cưa dùng vi mạch khuếch đại thuật tốn

a Sơ đồ nguyên lý mạch đồng bộ hoá và phát xung răng cưa:

Giản đồ điện áp nguyên lý làm việc của mạch

vô cùng, dẫn đến dòng vào iv- = iv+ = 0, nên ic = -i1

Điều này có nghĩa rằng khi Tr khoá thì tụ C được nạp với dòng không đổi

i1 vậy ta có: từ ωt ≥ t = 0 thì uđb =0 và bắt đầu chuyển sang nủa chu kỳ dương, dẫnđến D mở nên mạch phát gốc Tr bị đặt điện áp ngược, Tr khoá, tụ C được nạp bởi dòng không đổi Điện áp trên tụ tăng dần theo quy luật tuyến tính

Đến ωt ≥ t = và bắt đầu chuyển sang âm D khoá, Tr mở nên tụ C phóng điện nhanh qua Tr đến điện áp băng 0 và giữ nguyên giá trị đó cho đến khi

ωt ≥ t =

Tại ωt ≥ t = , điện áp đồng bộ bằng 0 và bắt đầu chuyển sang dương, D lại mở, Tr lại khoá, tụ C lại được nạp điện như từ ωt ≥ t = 0

Điện áp răng cưa là điện áp ra của khuyếch đại thuật toán nên có nội trở rất nhỏ,

vì vậy dạng điện áp ra hầu như không phụ thuộc vào tải mắc ở đầu ra mạch phát xung răng cưa Với sơ đồ này dung lượng của tụ chỉ cần nhỏ (thường chọn khoảng 220 nF), vì vậy chọn tụ dễ dàng, mặt khác tụ phóng rất nhanh nên rất an toàn cho Tr và điện áp ra rất gần với dạng răng cưa lý tưởng

2.3.3 Khối tạo xung và phân chia xung

Để đảm bảo độ chính xác của thời điểm xuất hiện xung và truyền xung đến các kênh khác nhau ta sử dụng mạch tạo xung

Mạch tạo xung gồm nhiều khâu như: tạo độ rộng xung, khuyếch đại xung, phân chia xung

a Mạch tạo độ rộng xung

Khi thay đổi Udk thì gĩc điều khiển sẽ thay đổi như vậy sẽ xuất hiện trường hợp xung quá ngắn hay quá dài Để khắc phục tình trạng đĩ ta dùng mạch tạo độ rộng xung để điều chỉnh độ rợng xung theo yêu cầu

Mạch tạo độ rộng xung làm việc theo nguyên tắc:

Khi xung vào cĩ độ rộng xung khác nhau thì mạch vẫn cho xung ra với độrộng xung giống nhau và giữ nguyên thời điểm bắt đầu xuất hiện xung

* Sơ đồ mạch tạo độ rộng xung:

+ C2 R1 nội trở nguồn so sánh D - C2 Urcmax  Urcmax  Urcmax  Urcmax

Do Tr bị đặt điện áp ngược nên Tr bị khoá nên Ur =Ucc Khi tụ C2 phóng hết điện tích nó sẽ được nạp theo chiều:

+ Ucc R2 C2  Urcmax  Urcmax

Khi đó Tr lại mở bão hoà , Ur = 0

Tại t = t’1 , Uss lật trạng thái (xung dương) Tụ C2 phóng điện qua Tr nội trở  Urcmax nguồn -C Tr mở bão hoà khi C2 ¬ phóng hết điện tích nó sẽ được nạp lại nhờ  Urcmax xung dương của Uss, Tr vẫn mở

Đến t = t2 , Uss lật trạng thái và tiếp tục chu kỳ tiếp theo

b Mạch khuếch đại xung

Tín hiệu ra của mạch sửa xung chưa đủ lớn do đó ta phải khuếch đại tín hiệu xung để xung có biên độ đủ lớn để có thể mở Thysistor Do vậy ta phải dùng

mạch khuếch đại xung Mạch khuếch đại xung phổ biến hiện nay là dùng

Tranzitor và biến áp xung

* Sơ đồ nguyên lý của mạch khuếch đại xung:

Mạch khuếch đại này hai tranzitor Tr1 và Tr2 được mắc theo kiểu

DALINGTON và mắc thành một tầng khuếch đại Hai tranzitor Tr1 và Tr2 ghépnối tiếp như vậy tương đương với một tranzitor có hệ số khuếch đại dòng điện bằng tích hệ số khuếch đại dòng của hai tranzitor thành phần:

Với: , : là hệ số khuếch đại dòng điện theo sơ đồ cực phát chung của Tr1 , Tr2

* Nguyên lý hoạt động của sơ đồ:

Với:

txv : là thời gian tồn tại xung vào

txr : là thời gian tồn tại xung ra

tbh: là thời gian tính từ khi đóng điện áp Ucc đến khi biến áp xung đạt bão hoà

- Khi tbh txv

Từ t = 0 đến t = t1 chưa có xung vào nên hai tranzitor chưa làm việc, không có dòng điện chạy trong cuộn sơ cấp máy biến áp xung nên không có xung điện áp trên cuộn thứ cấp tức là: Uđk = 0

t = t1 xuất hiện một xung điện áp dương, dẫn đến Tr1 , Tr2 đều mở, giả thiết là

mở bão hoà Trên cuộn dây sơ cấp máy biến áp xung đột ngột được đặt điện áp bằng Ucc, xuất hiện dòng điện qua cuộn sơ cấp của máy biến áp xung tăng dần làm phía thứ cấp máy biến áp xung có dòng cảm ứng, D2 mở, có xung điều khiển

Đến t = txv thì mất xung Tr khoá , Uđk = 0

Ta được một chu kỳ xung điều khiển, chu kỳ xung tiếp theo bắt đầu khi có xung vào tiếp theo

- Khi txv > tbh

Từ t = 0 đến t = t1 chưa có xung vào nên hai tranzitor chưa làm việc, không có dòng điện chạy trong cuộn sơ cấp máy biến áp xung nên không có xung điện

áp trên cuộn thứ cấp tức là: Uđk = 0

Tại t = t1 xuất hiện xung vào điện áp dương, dẫn đến Tr1, Tr2 mơ û, giả thiết là

mở bão hoà Trên cuộn dây sơ cấp máy biến áp xung đột ngột được đặt điện áp bằng Ucc , xuất hiện dòng điện qua cuộn sơ cấp của máy biến áp xung tăng dần làm phía thứ cấp máy biến áp xung có dòng cảm ứng, D2 mở, có xung điều khiển

Đến t = t1 + tbh thì mạch từ của biến áp xung bị bão hào làm mất xung cảm ứng trên các cuộn dây làm cho Udk = 0

Ta được 1 chu kỳ xung điều khiển, chu kỳ tiếp theo bắt đầu khi có xung vào tiếp theo

2.3.4 Sơ đồ tổng hợp của một kênh tạo xung điều khiển

Nguyên lý làm việc thể hiện qua các giản đồ điện áp sau:

2.4 Thiết kế nguồn nuôi

Để tạo điện áp một chiều dùng làm nguồn nuôi cho các thiết bị trong mạch điều khiển cũng như trong mạch nguồn chủ đạo thì người ta thiết kế mạch nguồn nuôi Có nhiều cách tạo nguồn nuôi nhưng được dùng phổ biến nhất là sửdụng các IC ổn áp Với yêu cầu của đồ án ta sử dụng hai loại IC là IC7815 và IC7915 để tạo điện áp ± 15V

Nguồn nuôi dùng biến áp hạ áp từ lưới điện xoay chiều xuống điện áp cầnthiết rồi chỉnh lưu thành điện áp một chiều nhờ bộ điều chỉnh cầu ba pha dùng diod

Sơ đồ nguyên lý của bộ nguồn:

Trong đó:

+ Biến áp dùng để tạo ra điện áp xoay chiều cần thiết cho cầu chỉnh lưu.+ Cầu chỉnh lưu cho ra điện áp một chiều đối xứng lấy ra trên hai tụ C1, C2

+ IC7815 và IC7915 có tác dụng ổn định điện áp đầu ra ở điện áp ±15V

2.5 Tính chọn mạch điều khiển

2.5.1 Chọn máy biến áp xung

Dựa vào xung điều khiển của Thysistor là:

Udk = 3 V, Idk = 100 mAMức sụt áp biên độ xung: Sx = 0,15

Vì phía thứ cấp của máy biến áp xung có hai cuộn dây như nhau nên ta có

Dòng sơ cấp của máy biến áp xung :

I1 = = = 0,2 AChọn vật liệu sắt từ 330 hình chữ nhật làm việc trên một phần đặc tính từ hoá 330 hình chữ nhật làm việc trên một phần đặc tính từ hoá

Với Q là tiết diện lõi sắt, là dòng sơ cấp của biến áp xung:

Chọn V = 9,82 cm3 ta sẽ được các kích thước ( Theo bảng II 2 Điện tử công suất)

Q = 0,98 cm2, a = 1,2 cm , h = 3 cm

c = 1,2 cm, d = 4,8 cm , H = 4,2 cm , B = 1 cm , P = 5 w

+ Số vòng cuộn sơ cấp BAX:

= vòng Chọn: W1=173 vòng

+ Điện áp nguồn tối đa: 15 V

+ Điện áp ra tối đa: 14 V

+ Tốc độ điện áp ra: 2,5 V/ s

+ Hệ số khuyếch đại danh định: 35600