Mạch điều khiển hệ hở và hệ kín: Nguyên lý chỉnh lu và nghịch lu điện áp một chiều

Chỉnh lu nửa chu kì

Ưu điểm: Công suất của máy điện một chiều có thể lớn, làm nguồn điện một chiều kích thích từ trong máy điện đồng bộ, đợc dùng làm nguồn điện cho các. Đánh giá chung về loại chỉnh lu này: Chúng ta có thể nhận thấy đây là loại chỉnh lu cơ bản, sơ đồ nguyên lý mạch đơn giản.Tuy vậy các chất lợng kỹ thuật nh: chất lợng điện áp,dòng điện một chiều ,hiệu suất sử dụng biến áp xấu Do đó th… ờng không đợc sử dụng.

Chỉnh lu cả chu kỳ với biến áp trung tính

So với chỉnh lu nửa chu kỳ thì loại chỉnh lu này có chất lợng điện áp tốt hơn. Việc chế tạo biến áp có hai cuộn dây thứ cấo giống nhau, mà mỗi cuộn dây chỉ làm việc có nửa chu kỳ làm cho việc chế tạo biến áp phức tạp hơn và hiệu suất sử dụng biến áp xấu hơn,mặt khác điện áp của các van bán dẫn phải chịu có trị số lớn nhÊt.

Chỉnh lu cầu 1 pha

Hoạt động của sơ đồ cũng tơng tự nh trên khi điện áp anốt của T1 dơng catốt của T2 âm nếu có dòng điều khiển cho cả hai van T1 và T2 đồng thời thì cả hai van này đợc mở thông có dòng điện trên tải. Khi điện áp đổi dấu năng lợng cuộn dây xả năng lợng về lới do đó hai tiristor vẫn tiếp tục dẫn cho đến khi mở hai tiristor tiếp theo (với điện cảm lớn).Dòng điện ở đây là một đờng thẳng.Đờng cong dòng.

Bộ nghịch lu một pha có điểm giữa

Ngời ta nối thêm điện cảm Ld để ngăn chặn tụ C phóng điện vào nguồn khi chuyển mạch tiristor, và cũng để hạn chế đỉnh điểm của dòng điện IC khi khởi động. Tụ C đợc náp đến điện áp =2E.Bây giờ nếu ta cho xung điều khiển mở T2 ,tiristor này sẽ đặt điện thế điểm e vào catốt của T1, khiến T1 bị khoá lại và tụ C sẽ đợc nạp ngợc lại để sẵn sàng khoá T2 khi ta cho xung điều khiển mở T1 lần sau.Bên phía thứ cấp máy biến áp ta nhận điện áp xoay chiều hình dạng chữ nhật , mà tần số phụ thuộc vào nhịp phát xung điều khiển mở T1,T2.

Sơ đồ cầu một pha

- Lấy nguồn điện một chiềuđợc chỉnh lu từ lới , từ khâu chỉnh lu I cấp cho bộ nghịch lu, qua bộ nghịch lu ta có điện áp ra là điện áp xoay chiều với tần số mong muốn, điện áp ra ở bộ nghịch lu đợc hạ áp xuống điện áp thấp để cấp nguồn cấp nguồn cho tải mạ thông qua khâu chỉnh lu II. Vì khâu chỉnh lu dùng để cấp nguồn cho tải là khâu chỉnh lu từ nguồn điện xoay chiều có tần số cao nên để thuận tiện trong việc điều chỉnh ta chọn khâu chỉnh lu I là khâu chỉnh lu có điều khiển còn khâu chỉnh lu II là khâu chỉnh lu không điều khiển.

Lựa chọn khâu chỉnh lu

Với sơ đồ chỉnh lu cầu ta có các sơ đồ chỉnh lu cầu điều khiển đối xứng,và chỉnh l- u cầu bán điều khiển. Tơng tự nh phân tích trên ta chọn sơ đồ chỉnh lu cầu thay vì chọn sơ đồ chỉnh lu có máy biến áp trung tính.

Lựa chọn sơ đồ nghịch lu

Với sơ đồ chỉnh lu cầu điều khiển đối xứng thì việc phải cấp đồng thời hai xung. Nhng với sơ đồ cầu thì việc phải cấp hai xung điều khiển cùng một lúc là khó khăn hơn.

Tính chọn Diod cho khâu chỉnh lu không điều khiển

Chiều dài dây quấn đợc tính bằng cách lấy chiều dài mỗi vòng dây nhân với số vòng dây trong cuộn. Các vong dây trong cuộn có chu vi khác nhau nên chúng ta lấy chu vi trung bình để tính. Coi cuộn đây là khối hộp chữ nhật thì chu vi trung bình vòng dây hình chữ nhật bằng: 2.(atb + btb).

Tính chọn tranzitor và điốt cho khâu nghịch lu

• Tính cho mạch chỉnh lu có điều khiển (I)

+ Ngắn mạch ngoài là các sự cố xảy ra bên ngoài thiết bị biến đổi nh ngắn mạch đầu ra của thiết bị biến đổi, ngắn mạch giữa các pha của nguồn điện xoay chiều hoặc ngắn mạch phụ tải. Để bảo vệ quá dòng cho tranzitor ta dùng sun ( Rs)để lấy tín hiệu từ nguồn một chiều qua khâu nghịch lu cấp cho nghịch lu nh trên hình vẽ.Vì tín hiệu phản hồi từ sun nhỏ nên đợc khuyếch đại qua khuyếch đại thuật toán OA1.Tín hiệu qua khâu khuếch đại đợc đa vào khâu so sánhvà đợc đa vào cổng AND trong khâu. Và IC này có chức tính khoảng thời gian trễ (hay khoảng thời gian chuyển mạch của tranzitor).Khi hết khoảng thời gian chuyển mạch thì một đầu ra của IC2 sẽ có tín hiệu và tín hiệu này đợc đa vào chân CP 0.

Đầu ra Q3 của IC-4017 đợc nối vào chân MR của 1 IC-4020 (IC5) thông qua 1tranzitor, và IC này có chức tính khoảng thời gian trễ (hay khoảng thời gian chuyển mạch của tranzitor).Khi hết khoảng thời gian chuyển mạch thì một đầu ra của IC5 sẽ có tín hiệu và tín hiệu này đợc đa vào chân CP 0 của IC 4017 có xung vào thì đầu ra Q4 sẽ có tín hiệu (khi đó đầu ra Q3 trở về mức lôgic thấp). Theo sơ đồ mạch điều khiển thì ta dùng hai IC là IC2và IC4 để tính khoảng thời gian dẫn của các tranzitor,và hai IC là IC3 và IC5 để tính khoảng thời gian chuyển mạch.

Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính

Tại thời điểm hai điện áp này bằng nhau (Uđk = Ut) thì thông báo gửi sang khâu khuếch đại. + Khâu khuếch đại tạo xung có nhiệm vụ tạo xung phù hợp để mở thysistor. Trog thực tế hiện nay, ngời ta hay dùng hai nguyên tắc điều khiển đó là nguyên tắc thẳng đứng tuyến tính và nguyên tắc thẳng đứng arccos để thực hiện việc điều chỉnh góc mở của thysistor cho phù hợp với mục đích yêu cầu.

Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng ''arccos''

- Điện áp điều khiển đợc Udk là điện áp một chiều có thể điều chỉnh đợc biên độ theo hai hớng (dơng và âm). Trên hình vẽ đờng nét đứt là điện áp anốt - katốt tiristor, từ điện áp này ngời ta tạo ra Ur. Nh vậy khi cho Udk biến thiên từ -Udk max đến +Udk max thì α biến thiên từ 0 đến Π.

Một số sơ đồ điển hình các khâu trong mạch điều khiển . 1 Khâu đồng pha

* Việc sử dụng khuếch thuật toán có nhiều u điểm nh: mạch gọn nhẹ với hệ số khuếch đại của khuếch thuật toán rất lớn (A=104 ữ 105) nên chỉ cần một sai lệch rất nhỏ của hiệu Ud= U+ - U- thì đầu ra đã lật trạng thái điều đó cho phép điều chỉnh chính xác ở vùng điện áp lân cận 0. Nh đã nói ở phần trớc, khuếch đại thuật toán có hệ số khuếch đại rất lớn, chỉ cần một giá trị rất nhỏ của Ud = U+ -U- là đầu ra đã chuyển trạng thái. Khi cấp nguồn 220 vào sơ cấp của biến áp nguồn phía thứ cấp của biến áp đợc hạ áp qua cuộn W2-1 qua cầu chỉnh lu cầu điện áp tại điểm (A) UA là điện áp một chiều hình sin lấy phần dơng và đặt vào cửa đảo của thuật toán A1 tại đây đợc so sánh với điện áp Udd đặt đợc đa vào qua cửa trừ của A1.

Tính chọn bộ tạo xung chùm

Mạch điều khiển phải dùng 5 khuếch đại thuật toán, do đó ta chọn 2 IC loại TL084 do hãng Texas Instruments chế tạo. Điện áp đợc đa vào cửa đảo của OA1 là điện áp 1 chiều phẳng Udd có giá trị: UI min < Uđ <UI max OA1 có nhiệm vụ so sánh điện áp nửa hình sin của UI với Uđ trên cửa đảo và tạo ra trên đầu ra một điện áp dơng, âm liên tiếp dạng xung trên điểm (B). Điện áp giữa colector và bazơ khi hở mạch emitor: UBE0=25V Dòng điện colector lớn nhất cho phép : Icmax=200mA.

Tính biến áp nguồn điều khiển

Ta sử dụng mạch hồi tiếp âm áp để thiết lập hệ tự động vòng kín Trong đồ án này ,để điều chỉnh điện áp cấp cho tải ,ta chỉ điều chỉnh điện. + Nếu Utải tăng ,qua phân áp ta có Uph cũng tăng theo tỷ lệ khi đó mạch PI có tích phân theo hớng xuống làm Uđk giảm dẫn đến góc α tăng làm điện áp chỉnh lu giảm khiến Utải có xu hớng giảm xuống tới vị trí cân bằng. + Nếu Utải giảm ,qua phân áp ta có Uph cũng giảm theo tỷ lệ khi đó mạch PI có tích phân theo hớng xuống nên làm Uđk tăng dẫn đến góc α giảm làm điện áp chỉnh lu tăng khiến Utải có xu hớng tăng tới vị trí cân bằng.