Thiết kế bộ chỉnh lưu cầu ba pha nối vào mạch roto động cơ không đồng bộ ba pha để điều chỉnh tốc độ

Để làm được điều đó người ta có nhiều cách khácnhau ví dụ như: dùng tổ hợp động cơ máy phát, dùng bộ biến đổi một phầnứng, dùng các bộ chỉnh lưu .... Do yêu cầu thiết kế mạch chỉnh lưu c

Lời nói đầu

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

và việc điều khiển động cơ điện một cách chính xác và đạt kết quả như mongmuốn

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

Dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo PGS.TS Võ Quang Lạp, em đã

hồn thành đồ án tốt nghiệp của mình với đề tài “Thiết kế bộ chỉnh lưu cầu ba pha nối vào mạch roto động cơ khơng đồng bộ ba pha để điều chỉnh tốc độ”.

Mục Lục

Trang

Lời nói đầu 03

PHẦN I: THIẾT KẾ BỘ CHỈNH LƯU CẦU BA PHA CHƯƠNG I: PHÂN TÍCH VÀ CHỌN MẠCH ĐỘNG LỰC 1 Phân tích và chọn mạch động lực 05

1.1 Sơ đồ mạch chỉnh lưu hình tia ba pha dùng Thysistor 05

1.1.1 Sơ đồ nguyên lý 05

1.1.2 Nguyên lý hoạt động 06

1.1.3 Các công thức tính toán 07

1.2 Mạch chỉnh lưu cầu ba pha đối xứng dùng Thysistor 08

1.2.1 Sơ đồ nguyên lý 08

1.2.2 Điều kiện làm việc của Thysistor 09

1.2.3 Tổng hợp điện áp ra 09

2 Tính chọn thiết bị 14

2.1 Ý nghĩa của việc tính chọn thiết bị 14

2.2 Tính chọn thiết bị mạch động lực 14

2.2.1 Tính chọn Thysistor 14

2.2.2 Tính chọn máy biến áp lực 16

2.3 Tính chọn thiết bị bảo vệ mạch động lực 17

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 NỐI CẤP 5.1 Sơ đồ nguyên lý mạch của hệ thống truyền động nối cấp 76

5.2 Nguyên lý điều chỉnh tốc độ và ổn định tốc độ 78

5.3 Tác dụng của mạch vòng dòng điện 80

5.4 Khởi động động cơ gián tiếp thông qua điện trở phụ 81

Kết Luận 82

Tài liệu tham khảo 83

PHẦN I

THIẾT KẾ BỘ CHỈNH LƯU CẦU BA PHA

CHƯƠNG I PHÂN TÍCH VÀ CHỌN MẠCH ĐỘNG LỰC

1 Phân tích và chọn mạch động lực

Trong kỹ thuật điện rất nhiều trường hợp yêu cầu phải biến đổi một nguồnđiện áp xoay chiều thành điện áp một chiều và điều chỉnh được giá trị củađiện áp một chiều đầu ra Để làm được điều đó người ta có nhiều cách khácnhau ví dụ như: dùng tổ hợp động cơ máy phát, dùng bộ biến đổi một phầnứng, dùng các bộ chỉnh lưu Nhưng phổ biến nhất và có hiệu suất cao nhấtlà 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 vàomạch ro to của động cơ điện không đồng bộ ba pha dây quấn, để điều chỉnhtốc 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

Id

Hình 1.2 a Giản đồ dẫn dòng của các Thysistor

b,c,d,e,f,g Dòng điện chạy trên tải, các Thysistor, và cuận sơ

cấp máy biến áp

h Điện áp đặt lên Thysistor 1

1.1.3 Các công thức tính toán

- Điện áp chỉnh lưu trung bình trên tải

Ud =

3 62 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 =

3

dI

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

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

- 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 dâytrung 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 dâynên điều kiện để Thysistor làm việc là:

+ UAK = Udây > 0

+ Thời điểm xuất hiện xung ωtt ≥ 

1.2.3 Tổng hợp điện áp ra

a Giản đồ dẫn dòng của các Thysistor và trạng thái gửi xung ( =60 0 )

* Điều kiện làm việc của cầu

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

b Nguyên lý hoạt động của cầu ba pha đối xứng dùng Thysistor ứng với   600, tải điện cảm được thể hiện như hình vẽ:

00

Hình 1.6 a Giản đồ dẫn dòng của các Thysistor

b Tổng hợp điện áp đặt lên tải

c,d,e,f Dòng điện chạy trên tải, các Thysistor, và cuận sơ cấp

máy biến áp

g Điện áp đặt lên Thysistor 1

c Nguyên lý hoạt động của cầu ba pha đối xứng dùng Thysistor ứng với

0

45

  , tải điện cảm được thể hiện như hình vẽ sau:

Hình 1.7 a Nguyên lý hoạt động của cầu ba pha Thysistor ứng với =450

b Tổng hợp điện áp đặt lên tải

c Tổng hợp điện áp đặt lên tải có tính đến sự ảnh hưởng của hiện tượng trùng dẫn

d Tổng hợp điện áp đặt lên tải khi không xét đến sự ảnh hưởng của

hiện tượng trùng dẫn

d Nguyên lý hoạt động của cầu ba pha đối xứng dùng Thysistor ứng với

0

90

  , tải điện cảm được thể hiện như hình vẽ sau:

d Các biểu thức tính toán

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

Hình 1.8 a Nguyên lý hoạt động của cầu ba pha Thysistor

- Dịng điện trung bình qua Thyristor:

Sơ đồ này có công suất lớn

Kết luận

Vì yêu cầu đưa nguồn điện một chiều vào mạch roto của động cơ bapha rotor dây quấn để điều chỉnh tốc độ nên ta chọn mạch chỉnh lưu cầu bapha 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 6lần xung dập mạch của điện áp chỉnh lưu)

+ Mạch không có dây trung tính thuận tiện cho việc đấu vào mạch roto củađộng cơ

+ 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 kỹthuật Việc tính chọn càng chính xác, tỷ mỉ bao nhiêu thì hệ thống làm việccàng an toàn bấy nhiêu Hơn nữa, việc tính chọn thiết bị chính xác còn nângcao chất lượng, hiệu suất của hệ thống Nếu tính chọn thiếu chính xác thì hệthống làm việc hiệu xuất kém hoặc không làm việc được, làm tăng chi phícho 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 sốphù hợp với thiết bị

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

2.2 Tính chọn thiết bị mạch động lực

Thông số cho :

Để Thysistor làm việc tin cậy và đảm bảo an toàn thì các Thysistorđược 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

ki: là hệ số dự trữ dòng điện (ki =
1,5 ÷ 4) chọn ki =
2

max

3

d Ttb

ku : là hệ số dự trữ điện áp (ku = 1,5 ÷ 2,5) chọn ku = 2

Giá trị điện áp thuận và điện áp ngược đặt lên các van :

UTngmax = UTthmax = 6.U2

mà Ud = 3 6.U2

 suy ra U2 =

3 6

.Ud = 3,14.297

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

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

Ký hiệu

U n

max V

I g

max A

U g

ma x V

I h

max A

I r

ma x A

U

ma x V

dU/

dt V/s

t cm

s

T max

ma x

0

c PO27RH10CH

0 1000 100 350 100m 3 400m 10m 2,57 20 35μ

125

Trong đó :

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

U1d =
380 V

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

U2d =
127 3 = 220 V

Tỷ số biến áp của máy biến áp là:

2.3 Tính chọn thiết bị bảo vệ mạch động lực

2.3.1 Bảo vệ quá dòng điện

Ta sử dụng aptomat tác động nhanh

Điều kiện chọn :

UATM  Ubv

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

Dạng móc bảovệ dòng cựcđại

Dòng định mứccủa mốc bảo vệ

A311

0

2.3.2 Bảo vệ quá áp trên Thysistor

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

Các nguyên nhân gây ra hiện tượng quá điện áp trên các Thysistor là:+ Quá điện áp và gia tốc áp (du

dt ) do quá trình chuyển mạch

+ Quá gia tốc áp (du

dt ) do đóng cắt máy biến áp ở chế độ không tải hay tảinhỏ

- Để bảo vệ quá điện áp và gia tốc áp cho Thysistor ta dùng mạch R-Cmắc song song với Thysistor

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

Theo tài liệu: Thiết kế Điện tử công suất – của tác giả Trần Văn Thịnhchọn R,C theo 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

U

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

Tính toán cánh tản nhiệt cho Thysistor:

- Tổn thất công suất trên mỗi Thysistor:

P S

k 



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

 = Tlv- Tmt = 800 - 350 = 450

Km : Hệ số tản nhiệt bằng đối lưu hay bức xạ Chọn Km = 25 W/m2.oC

Hình 1.9 Cánh tản nhiệt của Thysistor

- Chọn cánh tản nhiệt có các kích thước:

a b

- Chọn số cánh tản nhiệt là: 11 cánh

- 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 xungđiều khiển đặt vào cực điều khiển của Thysistor Để có hệ thống các tín hiệuđiều khiển xuất hiện đúng theo yêu cầu mở van người ta phải sử dụng mạchđiện tạo ra các tín hiệu đó Mạch điện dùng để tạo ra các tín hiệu điều khiểngọi là mạch điều khiển Điện áp điều khiển các Thysistor phải đáp ứng đượccác yêu cầu 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:

tx Độ rộng xung

U Biên độ xung

dU dt Độ dốc sườn xung trước

2.2 Chọn phương án phát xung

Trong thực tế với hệ thống tự động cao các mạch điều khiển được thiếtkế theo ba nguyên tắc sau:

+ Hệ thống điều khiển chỉnh lưu theo nguyên tắc pha đứng: Hệ thống nàytạo ra các xung điều khiển nhờ việc so sánh giữa tín hiệu điện áp tựa hình răng cưa thay đổi theo chu kỳ điện áp lưới và có thời điểm xuất hiện phù hợpvới góc pha của điện áp lưới với điện áp điều khiển một chiều thay đổi được.Hệ thống này có nhược điểm là khá phức tạp, song nó cũng có một ưu điểmkhá nổi bật như: khoảng điều chỉnh góc mở  rộng, ít phụ thuộc vào sự thayđổi của điện áp nguồn, dễ tự động hoá, mỗi chu kỳ của điện áp anod củathysistor chỉ có xung được đưa đến mở nên giảm tổn thất trong mạch điềukhiển Do đó hệ thống này 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, nhưngcó nhược điểm là phạm vi điều chỉnh góc không rộng Rất nhạy cảm với sựthay 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 mộttiếp giáp):

Phương pháp này tạo ra các xung nhờ việc so sánh giữa điện áp răng cưaxuất hiện theo chu kỳ nguồn xoay chiều với điện áp mở của UJT Phươngpháp này mặc dù đơn giản nhưng nhược điểm là góc mở  có phạm vi điềuchỉnh hẹp vì ngưỡng mở của UJT phụ thuộc vào điện áp nguồn nuôi Mặtkhác, trong một chu kỳ điện áp điện áp lưới mạch thường đưa ra nhiều xungđiều 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 cácThysistor trong bộ chỉnh lưu ta dùng hệ thống điều khiển theo nguyên tắckhống 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 điều khiển đồng bộ với điện áp Anod, thông thường khối này thườngdùng 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 chongười 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 mạchđiều 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

Hình 1.10 Sơ đồ khối của mạch tạo xung theo nguyên tắc

khống chế pha đứng

Uđk

uv

* 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 dễdàng 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 kèmnhau, 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 ápbằng điện trở hay kết hợp điện dung, điện cảm Tuy nhiên, phương pháp nàycó nhược điểm là không cách ly với điện áp cao của mạch động lực Do vậyphương pháp này ít dùng

Phương pháp phổ biến hiện nay là sử dụng máy biến áp đồng bộ trongđó cuộn 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 hợpvới 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 nguồnmột 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 tụbởi 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 mạchkhuếch đại thuật tốn tạo điện áp ra có dạng răng cưa, có dạng điện áp ra hầunhư không phụ thuộc vào tải mắc ở đầu ra mạch phát sóng răng cưa, sóngrăng 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

b Nguyên lý làm việc

Trong sơ đồ này ta sử dụng khuyếch đại thuật toán (KĐTT) ghép với tụ

C thành mạch tích phân Nguyên lý hoạt động của khâu này như sau:

Giả thiết Tr khoá thì tụ C được nạp bởi dòng đầu ra của của KĐTT,dòng nạp tụ được xác định ic = -i1 + iv- Nếu KĐTT là lý tưởng thì điện trởvào của nó bằng vô cùng, dẫn đến dòng vào iv- = iv+ = 0, nên ic = -i1

1 3

1.13

Đến ωtt =
 và bắt đầu chuyển sang âm D khoá, Tr mở nên tụ C phóngđiện nhanh qua Tr đến điện áp băng 0 và giữ nguyên giá trị đó cho đến khi ωtt =
2 

Tại ωtt =
2  , điện áp đồng bộ bằng 0 và bắt đầu chuyển sang dương, Dlại mở, Tr lại khoá, tụ C lại được nạp điện như từ ωtt =
0

Điện áp răng cưa là điện áp ra của khuyếch đại thuật toán nên có nộitrở rất nhỏ, vì vậy dạng điện áp ra hầu như không phụ thuộc vào tải mắc ởđầu ra mạch phát xung răng cưa Với sơ đồ này dung lượng của tụ chỉ cầnnhỏ (thường chọn khoảng 220 nF), vì vậy chọn tụ dễ dàng, mặt khác tụphóng rất nhanh nên rất an toàn cho Tr và điện áp ra rất gần với dạng răngcưa lý tưởng

2.3.2 Khối so sánh

a Sơ đồ nguyên lý

Nguyên lý làm việc:

Điện áp răng cưa có điện thế dương, là điện áp tựa Thời điểm điện áp racủa bộ so sánh lật trạng thái được xác định khi: U dk Urc U cd( quá trình sosánh được thực hiện ở sườn trước của xung răng cưa)

-15 V

1.14

-Ucd+Urc

Udk

R3

2.3.3 Khối tạo xung và phân chia xung

Để đảm bảo độ chính xác của thời điểm xuất hiện xung và truyền xungđến 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

ωtt

Uvss

Urc+Ucd0

ωtt

Urss

0Hình 1.15 Giản đồ nguyên lý làm việc của mạch so sánh

Khi thay đổi Udk thì góc điều khiển sẽ thay đổi như vậy sẽ xuất hiệntrường hợp xung quá ngắn hay quá dài Để khắc phục tình trạng đó ta dùngmạch tạo độ rộng xung để điều chỉnh độ rôïng xung theo yêu cầu

Mạch tạo độ rộng xung làm việc theo nguyên tắc:

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

Hình 1.16 Sơ đồ mạch tạo độ rộng xung

* Sơ đồ mạch tạo độ rộng xung:

* Giản đồ điện áp diễn tả hoạt động của sơ đồ mạch tạo độ rộng xung:

Hình 1.18 Sơ đồ nguyên lý mạch khuyếch đại xung

* Nguyên lý hoạt động:

Trong khoảng từ 0  t1 tụ C2 được nạp đầy, Tr mở bão hào nên Ur = 0 Khi khâu so sánhlật trạng thái tụ C2 phóng điện theo chiều :

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

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

+ Ucc  R2  C2

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 trởnguồn  -C Tr mở bão hoà khi C2 phóng hết điện tích nó sẽ được nạp lạinhờ 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 tínhiệu xung để xung có biên độ đủ lớn để có thể mở Thysistor Do vậy ta phảidùng mạch khuếch đại xung Mạch khuếch đại xung phổ biến hiện nay làdùng 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 kiểuDALINGTON và mắc thành một tầng khuếch đại Hai tranzitor Tr1 và Tr2

ghép nối tiếp như vậy tương đương với một tranzitor có hệ số khuếch đạidòng điện bằng tích hệ số khuếch đại dòng của hai tranzitor thành phần:

1 2

  Với: 1 ,2: là hệ số khuếch đại dòng điện theo sơ đồ cực phát chungcủa Tr1 , Tr2

* Nguyên lý hoạt động của sơ đồ:

uv

t0

udk

t0

txr

txv

tbhtrường hợp: tbh txv

Hình 1.19 Sơ đồ nguyên lý hoạt động mạch khuếch đại xung

uV

t0

udk

t0

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 bãohoà

- 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 cóxung 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, giảthiết là mở bão hoà Trên cuộn dây sơ cấp máy biến áp xung đột ngột đượcđặt điện áp bằng Ucc, xuất hiện dòng điện qua cuộn sơ cấp của máy biến ápxung 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 cóxung 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 cóxung 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, giảthiết là mở bão hoà Trên cuộn dây sơ cấp máy biến áp xung đột ngột đượcđặt điện áp bằng Ucc , xuất hiện dòng điện qua cuộn sơ cấp của máy biến ápxung 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 xungcảm ứng trên các cuộn dây làm cho Udk = 0

Ta được 1 chu kỳ xung điều khiển, chu kỳ tiếp theo bắt đầu khi cóxung 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:

U rc +U cd

2.4 Thiết kế nguồn nuôi

Để tạo điện áp một chiều dùng làm nguồn nuôi cho các thiết bị trongmạch điều khiển cũng như trong mạch nguồn chủ đạo thì người ta thiết kếmạch nguồn nuôi Có nhiều cách tạo nguồn nuôi nhưng được dùng phổ biếnnhất là sử dụng các IC ổn áp Với yêu cầu của đồ án ta sử dụng hai loại IC làIC7815 và IC7915 để tạo điện áp ± 15V

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

Sơ đồ nguyên lý của bộ nguồn:

+ 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

Độ rộng xung: tx = 600 μs

Để đảm bảo Thysistor mở khi điện áp lưới dao đôïng ta chọn:

U2 = 5 V , I2 =
0,3 ATỷ số máy biến áp xung thường chọn là: n = 2÷3

Ta chọn n = 3

n = 1 2

Độ từ thẩm của lõi thép là:

3 6

Thể tích lõi thép:

0 1

2

3 2

3,5.10 4.10 6.10 0,15.15.0,2

7,6 0,7

Với Q là tiết diện lõi sắt, I1 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 côngsuất)

x

U t W

15.6.10

172,60,7.0,98.10 0,76

+ Số vòng của mỗi cuộn thứ cấp BAX:

Điện áp ngược lớn nhất: Un = 25 V

Điện áp để cho diod mở thông: Um = 1 V

c Tính chọn KĐTT

Căn cứ vào chức năng của mạch ta dùng các mạch khuếch đại thuật toán Chọn KĐTT loại A 709 có thông số kỹ thuật sau :

+ Tổng trở cửa vào: 250 K

+ Tổng trở cửa ra: 150 K

Ur

Uv

Uvbh Urbh

Hình 1.24 Đặc tính truyền đạt của A - 709

+ 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

+ Tốc độ tăng điện áp bão hoà: 0,4 mA

+ Hệ số khuyếch đại IC A 709:

KIC =
14 3 3500

0,4.10  + Đặc tính truyền đạt của A - 709 :

+ Điện áp ra bão hoà KĐTT có thể lấy :

Urbh=UCC- 1

d Tạo nguồn nuôi cho mạch điều khiển

Ta cần tạo ra nguồn điện áp 15 V ( Có ổn áp ) để cấp cho IC , các bộđiều chỉnh dòng điện

Hai bộ chỉnh lưu ( CL1 và CL2 ) tạo điện áp đối xứng cho IC

+ Điện áp đầu ra chọn : 15 V

+ Điện áp đầu vào chọn: 25 V

+ Điện áp thứ cấp của cuộn dây :