II. Thiết kế mạch phát xung điều khiển
3. Khâu sửa xung
Để đảm bảo các yêu cầu về độ chính xác của thời điểm xuất hiện xung, sự đối xứng của các xung ở các kênh khác nhau, người ta thường thiết kế các khâu so sánh làm việc với công suất nhỏ, do đó xung ra chưa đủ các thông số yêu cầu. Để khắc phục vấn đề này mạch điều khiển cần sử dụng khâu tạo xung. Khâu tạo xung bao gồm các mạch sau:
Mạch sửa xung
Khoa Điện: Trường ĐH SPKT Vinh Đồ Án: TBĐ Mạch truyền xung đến Tiristor.
Hình 21. Sơ đồ nguyên lý mạch sửa xung
Mạch sửa xung:
Xuất phát từ nguyên lý hoạt động của khâu so sánh ta thấy: Khi thay đổi trị số điện áp điều khiển Uđk để thay đổi góc điều khiển α thì độ dài của các xung ra của khâu so sánh thay đổi. Như vậy sẽ xuất hiện tình trạng một số trường hợp độ dài xung quá ngắn không đủ để mở các Tiristor hoặc độ dài xung quá lớn, gây tổn thất lớn trong mạch phát xung.
Mạch sửa xung nhằm khắc phục các vấn đề nêu trên. Mạch làm việc theo nguyên tắc khi có xung vào với độ dài khác nhau nhưng mạch vẫn cho xung ra có độ dài bằng nhau theo yêu cầu và giữ nguyên thời điểm xuất hiện của mỗi xung. Sơ đồ nguyên lý của một mạch sửa xung như hình 21.
Trong sơ đồ: Uv là điện áp vào của mạch, đó chính là điện áp ra của khâu so sánh có mức bão hoà dương và âm. Các phần tử R8 và C2 sẽ quyết định độ dài của xung ra.
Nguyên lý làm việc:
Khi điện áp vào Uv ở mức bão hoà dương cùngvới điện trở định thiên R9, Tr6 mở bão hoà, tụ C2 được nạp với cực tính như phía trên (qua C2 –R8-Tr6). Tr6 mở bão hoà làm điểm F có mức lôgíc “0”. Mức lôgíc này tồn tại trong suốt quá trình Uv bão hoà dương. Khi điện áp Uv ở mức bão hoà âm, tụ C2 phóng điện (qua D1...) đặt
Khoa Điện: Trường ĐH SPKT Vinh Đồ Án: TBĐ thế âm lên mạch phát – gốc của Tr6 làm Tr6 khoá dẫn đến điểm F có mức lôgíc “1”, nghĩa là đầu ra nhận được xung ra. Do điện trở ngược của Tr6 rất lớn nên Ura ≈
Ucc. Khi C2 phóng hết điện tích, nó sẽ được nạp theo chiều ngược lại. Nhờ có R9 mà thế (+) lại đặt lên mạch phát – gốc của Tr6 làm đầu ra lại có mức lôgíc “0”. Mặc dù còn xung âm ở đầu vào nhưng nhờ có R9 mà Tr6 mở bão hoà. Thời gian tồn tại xung được xác định theo biểu thức:tX = R8.C2.ln2
Hình 22. Giản đồ điện áp khâu sửa xung
Độ dài của xung chỉ phụ thuộc vào giá trị của R8 và C2 do đó các xung ra luôn có giá trị không đổi.
Khoa Điện: Trường ĐH SPKT Vinh Đồ Án: TBĐ Để khuyếch đại công suất của xung điều khiển, hiện nay phổ biến nhất là các sơ đồ khuyếch đại bằng Tiristor và Transistor. Hình trên là sơ đồ mạch khuyếch xung dùng Transistor khá phổ biến hiện nay.
Tín hiệu đầu vào Uv của mạch khuyếch đại xung sử dụng 2 Transistor ghép nối tiếp (còn gọi là ghép kiểu Darlinhtơn). Tr7 và Tr8 mắc nối tiếp tương đương một Transistor có hệ số khuyếch đại dòng điện: β = β1.β2.
Chức năng của các phần tử trong sơ đồ:
D2 là điôt có tác dụng giảm dòng điện qua cuộn dây sơ cấp của BAX khi các Transistor khoá, đồng thời hạn chế quá điện áp trên Transistor.
D3 để bảo vệ cuộn dây thứ cấp của BAX như đối với D2 của mạch sơ cấp. D4 để ngăn xung âm có thể tới cực điều khiển của Tiristor như các Transistor khác. Các điện trở để hạn chế xung áp đầu vào và dòng điện cực góp của Transistor.
Nguyên lý làm việc:
Tín hiệu vào của mạch là là tín hiệu ra của mạch gửi xung là tín hiệu lôgíc. Gọi txv là thời gian tồn tại của một xung điện áp vào, tbh là thời gian tính từ lúc có dòng điện một chiều qua cuộn dây sơ cấp của BAX (khi Tr7 và Tr8 mở bão hoà) đến lúc lõi thép bão hoà từ, txr là thời gian tồn tại của xung ra.
+ Xét trường hợp tbh > ttv :
Trong khoảng thời gian t = 0 – t1, chưa có xung vào, không có dòng qua BAX nên thứ cấp của máy không có tín hiệu. Khi t = t1, xuất hiện xung vào, Tr7,Tr8 mở bão hoà nên cuộn W1 có dòng điện chạy qua, làm cảm ứng sang phía thứ cấp xung điện áp, tạo dòng điện qua D4 đến mạch G-K của Tiristor. Khi t = t2 (lúc này mạch từ chưa bão hoà) mất xung vào. Tr7, Tr8 đóng, dòng điện sơ cấp giảm về không qua D2. Bên thứ cấp có s.đ.đ cảm ứng (ngược chiều với ban đầu do tự cảm) nhưng nhờ D4 mà xung âm không truyền tới Tiristor. Xung dòng âm khép mạch qua R17 và D3 tiêu tán trên điện trở. Nhờ có D2 và D3 mà không xuất hiện điện áp tự cảm rất lớn trên dây quấn sơ thứ của BAX.
Khoa Điện: Trường ĐH SPKT Vinh Đồ Án: TBĐ
Hình 24. Giản đồ điện áp đầu ra biến áp xung + Xét trường hợp tbh < ttv :
Khi t < t1 chưa có xung đầu vào, Tr7, Tr 8 khoá, không có xung điều khiển. Khi t = t1: Xuất hiện xung vào làm Tr7, Tr8 mở bão hoà làm xuất hiện xung điều khiển. Khi t = t1 + tbh mạch từ BAX bị bão hoà, từ thông lõi thép bằng const nên mất xung cảm ứng trên W2. Khi t = t2 dòng điện sơ cấp về không làm xuất hiện xung âm trên dây quấn thứ cấp nhưng không đưa đến mạch G-K như đã nói trên.
Như vậy thời gian làm việc của mạch từ BAX có ảnh hưởng rất lớn đến độ dài của xung điều khiển. Khi tbh > txv thì độ dài xung điều khiển bằng độ dài xung vào. Còn trong trường hợp ngược lại, độ dài xung điều khiển chính bằng thời gian bão hoà mạch từ của BAX. Do đó cần cho BAX có thời gian bão hoà từ đủ lớn.
Khoa Điện: Trường ĐH SPKT Vinh Đồ Án: TBĐ
Sơ đồ nguyên lý mạch phát xung điều khiển mở van
Khâu ĐBH&PXRC Khâu SS Khâu sửa xung KĐ&TX