Khâu tạo xung:

II. thiết kế mạch:

c) Khâu tạo 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 . Nên thờng thiết kế cho khâu so sánh làm việc với công suất xảy ra nhỏ, do đó xung ra cha đủ các thông số yêu cầu. Để khắc phục các vấn đề này thì mạch điều khiển cần phải sử dụng khâu tạo xung. Khâu tạo xung bao gồm các mạch sau.

Mạch sửa xung

Mạch khuếch đại xung

Mạch truyền xung đến Tiristor (thiết bị đầu ra) Mạch phân chia xung.

* Mạch sửa xung:

Xuất phát từ nguyên lý hoạt động của khâu so sánh, thấy răng khi thay đổi trị số uđk để thay đổi góc điều khiện α thì đội dài của các xung ra của khâu so sánh thay đổi. Nh vậy là sẽ xuất hiện tình trạng có một số trờng 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 đợc đa vào nhằm để khắc phục các vấn đề trên. Mạch sửa xung làm việc theo nguyên tắc khi có xung vào với độ dài khác nhau nhng mạch vẫn cho xung ra có đọ dài bằng nhau theo yêu cầu và giữ nguyên thời điểm bắt đầu xuất hiện của mỗi xung. Mạch sửa xung đợc sử dụng sơ đồ nh hình III-7 • • • • • +ucc R14 R15 R13 C3 ura uv Tr2 Hình III-7 E D3

Trong đó uv là điện áp đầu vào của mạch, đó chính là điện áp (xung) ở đầu ra của khâu so sánh (điểm E) có hai mức bão hoà dơng và âm trong mạch sửa xung này hai phần tử C3 và R13 sẽ quyết định độ dài của xung ra (ura).

Nguyên lý là việc của mạch:

Khi điện áp vào (uv) ở mức bão hoà dơng (tức là tín hiệu điện áp ra của khâu so sánh có mức bão hoà dơng) cùng với sự có mặt của định thiên R14 làm cho Tranzitor Tr6 mở bão hoà và tụ C3 nạp điện theo đờng +uv (điểm E) → C3→ R13→

Tr6. Tr6 mở bão hoà dẫn đến điểm F có mức logic 0 (ura= 0). Mức logic 0 này của điểm F tồn tại suất trong quá trình uv bão hoà dơng.

Khi điện áp đầu vào ở mức bão hoà âm (uv < 0) tức là theo (+C3) → nguồn ucc→ D3→ R13→ (-C3). Chính dòng phóng của tụ C3 sẽ đặt thế âm lên mạch phát gốc của Tranzitor Tr6 làm cho Tr6 khoá dẫn đến điểm F có mức logic 1 nghĩa là ở đầu ra nhận đợc xung ra, nếu nh bỏ qua giá trị của R15 thì điện áp ra ura ≅ ucc. Khi tụ C3 phóng hết điện tích nó sẽ đợc nạp theo chiều ngợc lại nhờ có R14 mà Tr6 lai đợc đặt điện áp thuận lên mạch phát gốc ura= 0 (điểm F có mức logic 0). Mặc dù có còn xung âm ở đầu vào nhng tụ C3 đã phóng hết điện tích nênnó không còn tác dụng đến đầu vào điều khiển (mạch phát - gốc) của Tr6 nên Tr6 mở bão hoà nhờ định thiên R14. Nh vậy thời gian tồn tại đợc xác định theo biểu thức.

tx = R13.C3.ln2

Độ dài của xung ra chỉ phụ thuộc vào giá trị của R13 và C13 do đó các xung ra luôn có giá trị không đổi.

Giản đồ điện áp minh hoạ nh hình III-7b F

t u

Tx T

* Mạch chia xung:

Trong một chu kỳ điện áp đồng bộ, 1 kênh phát xung điều khiển sẽ tạo ra 2 xung ứng với 2 nửa chu kỳ của điện áp đồng bộ. Hai xung này xuất hiện lệch nhau 1800 độ điên. Mỗi xung đợc sử dụng để điều khiển riêng 1 Tiristor trong sơ đồ chỉnh lu cầu 3 pha. Nh vạy ta cần phải tách riêng 2 xung trong cùng một kênh phát xung đó ra.

Để thực hiện mạch tách xung ngời ta có thể sử dụng nhiều linh bán dẫn và vi mạch điện tử khác nhau. đối với mạch phát xung điều khiển đã trình bày ở trên hình III-1 đã sử dụng mạch chia xung gồm các phần tử

logic "và" (AND). Tín hiệu đầu ra (Y) của phần tử AND nhận các mức tín hiệu logic theo phần tử trạng thái.

Y = X1.X2

Căn cứ vào các phân tích trong

các phần trớc ta có. điểm A (VA) và điểm B (VB) ở mạch tạo xung điện áp hình chữ nhật có 2 mức logic 0 và mức logic 1(lấy trên các Colectơ của Tr4 và Tr3) trong nửa chu kỳ của điện áp đồng bộ hoá. Điểm F (VF) lấy trên Colectơ của Tr6

có các mức logic 0 và mức logic 1(là tín hiệu ra của mạch sửa xung) cũng tơng ứng với các nửa chu kỳ của điện áp đồng bộ hoá. Nh vậy mỗi kênh phát xung sử dụng 2 phẩn tử logic AND để tách riêng 2 xung trong chu kỳ điện áp đồng bộ hoá. Sơ đồ biểu diễn sau

XP1 = VA.VF

XP2 = VB.VF

Trong nửa chu kỳ dơng của uđbd sau một góc điều khiển α thì VF =1 kết hợp với VA= 1, VB = 0 nên nhận đợc xung ra ở đầu ra G2 (xp1=1) còn đầu ra G3 không có xung (xp2=0). • Y• x1 • x2 • • xp1 x1 • • xp2 • x2 G2 G3

Trong nửa chu kỳ âm của uđbd . Sau góc α thì VF=1 kết hợp với VA= 0 và VB=1 nên nhận xung ở đầu ra G3

(xp2=1) còn đầu ra G2 (xp1=0).

Nh vậy với mỗi một kênh phát xung sở dụng mạch tách xung nh trên đảm bảo tách riêng rẽ đợc các xung ra mà thời điểm xuất hiện của xung không thay đổi các xung sau khi đợc tách ra đợc đa đến các thiết bị đầu ra truyền xung đến các Tiristor tơng ứng.

* Thiết bị đầu ra:(mạch truyền xung ra đến Tiristor)

Thông thờng có 2 cách truyền xung từ đầu ra hệ thống điều khiển mạch điện cực G-K của Tiristor là truyền xung trực tiếp và truyền xung qua máy biến áp xung.

Bản thuyết minh này sử dụng phơng pháp truyền xung qua máy biến áp xung. Đây là phơng pháp truyền xung nhiều nhất hiện nay vì nó có thể khắc phục đợc các nhợc điểm của phơng pháp truyền xung trực tiếp, đó là.

- Đảm bảo sự cách ly tốt về điện giữa mạch động lực và mạch điều khiển bộ chỉnh lu.

- Dễ dàng thực hiện việc truyền đồng thời các xung đến các Tiristor mắc nối tiếp nhau hoặc song song bằng cách dùng máy biến áp xung có nhiều cuộn thứ cấp.

- Dễ dàng phối hợp giữa điện áp nguồn cung cấp cho tầng khuếch đại công suất xung và biên độ xung cần thiết trên điện cực điều khiển của Tiristor nhờ việc chọn tỷ số máy biến áp xung cho phù hợp.

- Máy biến áp xung (BAX) về cơ bản kết cấu giống nh máy biến áp bình th- ờng công suất nhỏ. Hoạt động của BAX tơng tự nh MBA làm viẹc với dòng điện không sin hoặc có thể xác định nh là phi tuyến và sẽ bằng không khi từ trờng lõi thép BAX đặt giá trị bão hoà. BAX có mạch từ rất chóng bão hoà, nó chỉ hoạt động trong những khoảng thời gian ngắn.

* Mạch khuếch đại xung:

Để khuyếch đại công suất của xung điều khiển, hiển nay phổ biến nhất là các sơ đồ khuếch đại bằng Tiristor và Tranzitor. Bản thuyết kế này sẽ sử dụng sơ đồ mạch khuếch đại xung (KĐX) dùng Tranzitor viẹc sử dụng Tranziror làm mạch KĐX là phổ biến và dễ dàng thực hiện.

Tín hiệu đầu vào (uv) của mạch khuếch đại xung, là tín hiệu điện áp ở xung đầu ra mạch chia xung gửi tới. Thiết bị đầu ra đợc sử dụng là biến áp xung (BAX). Sơ đồ mạch khuếch đại xung sử dụng 2 Tranzitor ghép kiểu Darlingtơr (mắc nối tiếp hai Tranzitor). Hai Tranzitor Trk1 và Trk2 mắc nối

tiếp tơng đơng với môt Tranzitor có hệ số khuếch đại dòng điện của 2 Tranzitor thành phần .

β = β1+ β2. Trong đó β1 và β2 là hệ số khuếch đại dòng điện theo sơ đồ cực phát chung của Trk1 và Trk2.

Chức năng của các phần tử trong sơ đò nh sau.

- Dk1 là đi ốt có tác dụng giảm các dòng điện qua cuộn dây sơ cấp MBAX (w1), làm xuất hiện xung điện áp âm trên cuộn w1điện áp âm này sẽ đặt cực thuận lên Dk1làm Dk1 thông. do vậy mà dòng sơ cấp máy biến áp xung lúc đó không giảm đột ngột mà vãn đợc duy trì qua Dk1, nên xung điện áp xuất hiện trên các cuộn dây cũng có giá trị nhỏ.

- Dk2 là đi ốt cũng có tác dụng khép mạch xung âm nh Dk1(nh ở phía thứ cấp máy BAX). Vì xung âm ở w1 sẽ cảm ứng sang w2 sức điện đông và sinh ra xung âm đặt cực thuận lên Dk2.

- Dk3 là đi ốt có tác dụng ngăn xung âm có thể có tới cực điều khiển của Tiristor nh các Tranzitor khác.

- Rk1,Rk2 là điện trở có tác dụng hạn chế xung áp đầu vào • • • +u cc R k1 R k2 u v Hình III-8 BAX • • U đkT D k3 D k2 D k1 Rk4 w 1 * w 2 * G K Tr1 Tr2

- Rk3 là điện trở có tác dụng hạn chế dòng điện colector.

- Rk4 là điện trở và kết hợp với Dk2 có tác dụng để giải thoát và tiêu tán xung âm.

+ Nguyên lý làm việc của sơ đồ:

Tín hiện vào của mạch khuếch đại xung (uv) là tín hiệu ra của mạch gửi xung đây là tín hiệu logic có 2 mức logic 0 và 1. Để phân tích nguyên lý hoạt động của sơ đồ ta gọi.

- txv: Thời gian tồn tại của một xung điện áp vào.

- tbh: Thời gian tính từ lúc có dòng điện một chiều qua cuộn sơ cấp máy BAX (khi Trk1 vảTrk2 mở bão hoà) đến lúc từ thông lõi thép của BAX đặt giá trị từ thông bão hoà.

- txr: Thời gian tồn tại 1 xung điện áp ra. * Xét trơng hợp tbh > txv.

Trong khoảng t = 0 ữ t1 lúc này cha có xung vào (uv=0) không có dòng chảy qua cuộn sơ cấp BAX (w1) nên bên thứ cấp BAX không nhận đợc xung(UđkT = 0).

Khi t = t1 bắt đầu xuất hiện xung vào (uv > 0) làm cho Trk1 và Trk2 mở bão hoà, nên cuộn w1 đột ngột chịu điện áp ucc, suất hiện dòng qua cuộn w1 có giá trị tăng dần, do đó cảm ứng sang phía thứ cấp (w2) của BAX 1 xung điện áp. Với cực tính của hai cuộn dây nh ở hình III - 8 thì xung xuất hiện bên w2 sẽ đặt cực thuận nên Dk3 và truyền qua Dk3 đến cực điều khiển (G) và katốt (K) của Tiristor.

Khi t = t1+txv=t2 (lúc này mạch từ cha bão hoà), mất xung vào (uv=0) làm cho hai Tranzitor Trk1và Trk2 đồng thời khoá lại, thông qua w1 giảm về không. Do có sự giảm dần của dòng điện sẽ xuất hiện xung có cực tính ngợc lại (xung âm) xung này cảm ứng sang w2 điện áp đặt cực ngợc lai(xung âm này cảm ứng sang w2

điện áp đặt cực ngợc vào Dk3 nên không có xung tới các cực của Tiristor tức là UđkT= 0 ).

Khi đó xung này khép vòng qua Dk2 và Rk4, năng lợng của nó sẽ tiêu tán trên Rk4 và điện trở của w2 lúc này nếu nh không có Dk1 và Dk4 thì dòng qua w1

giảm đột ngột gây đột biến từ thông BAX làm cho biên độ xung điện áp trên các cuộn dây rất lớn.

* Xét trơng hợp tbh > txv.

Trong khoảng từ 0 ữ t1: cha có xung ở đầu vào (uv=0) nên Trk1 và Trk2 khóa do đó không có dòng điện

t2 t t uv uđkT T xv t1 t2t t uv uđkT T xv t1

qua w1 nên phía thứ cấp w2 không có xung cảm ứng sang, kết quả là không có xung điều khiển Tiristor (UđkT=0).

Khi t = t1 thì bắt đầu có xung áp vào (uv>0) làm cho Trk1và Trk2 mở (hai Tranzitor mở bão hoà), Trên cuộn sơ cấp BAX w1 đột ngột chia điện áp ucc và có dòng tăng dần đi qua. Với các cực tính cuộn dây nh hình III-8 thì phía thứ cấp BAX w2 có xung đặt cực thuận nên đi ốt Dk3 và truyền qua đến cực điều khiển (G) và Katốt (K) của Tiristor.

Khi t =t1+tbh thì mạch từ BAX bị bão hoà, nên từ thông lõi thép không biến thiên dẫn đến xung cảm ững trên các cuộn dây mất, do đó mất xung đến các cực Tiristor (UđkT=0).

Khi t =t1+txv=t2 mất xung áp vào (uv=0) dẫn đến Trk1 và Trk2 cũng khoá kea theo dòng qua w1 giảm dần về không. Sợ giảm dần của dòng qua w1 làm từ thông trong lõi thép BAX biến thiên theo hớng ngợc lại, do vậy xuát hiện xung điện áp âm trên cuộn w1 các xung điện áp âm này cũng bị khử dần nhờ Dk1 và Dk2 nh đã trình bày ở trên.

Kết luộn: Thời gian làm việc của mạch từ máy BAX có ảnh hởng rất lớn đến độ dài của xung ra điều khiển của Tiristor. Trong trơng hợp tbh > txv thì độ dài của xung ra đúng bằng độ dài của xung vào (txr= txv). Còn trong trờng hợp tbh < txv

thì độ dài của xung ra đúng bằng thời gian để cho mạch từ của máy BAX bão hoà (txr=tbh).

Vậy cần phải cho BAX có thời gian bão hoà của mạch từ đủ lớn. e) Thuyết minh sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển:

Qua các phân tích với nguyên lý làm việc của từng khâu trong mạch điều khiển, từ đó rút ra nguyên lý làm việc của mạch. Tín hiệu đầu và của mạch điều khiển là các điện áp đồng bộ hoá và các nguồn điện một chiều

cung cấp. Tín hiệu điện áp đồng bộ lấy ra ở thứ cấp của mách biến áp đồng bộ (BAĐ) có tổ nối dây Y/ Y sơ đồ nối vào nguồn điện áp xoay chiều 380 v phía thứ cấp máy BAĐ là 3 pha điện áp hoàn toàn trung pha với các pha điện áp nguồn xoay chiều cung cấp cho bộ chỉnh lu. 3 pha điện áp động bộ đa đến 3 kênh phát xung của mạch điều khiển (mỗi kênh ứng với 1 pha). Điện áp đồng bộ pha a uđba

hình III -9 các kên còn lại uđπ, uđbcđợc biểu diễn tơng tự. diện áp uđba đợc dịch chậm pha đi 1 góc 300 điện đa đến đầu vào mạch tạo xung chữ nhật gồm các Tranzitor Tr1ữTr4. Tín hiệu điện tại các điểm A và B (lấy trên colectơr của Tr4 và Tr3) là các tín hiệu logic có các mức logic 0 và 1. Trong nửa chu kỳ dơng của uđba

thì điểm nhận mức logic 0 ở đàu và cuối nửa chu kỳ, có mức logic 1 ở các thời điểm còn lại còn điểm B luôn nhận mức logic 0. Tơng tự trong nửa chu kỳ âm thì điểm A luôn có mức logic 0, còn điểm B có mức logic 0 và 1 các mức logic ở điểm A và B là tín hiệu vào của phẩn tử NOR (G1), nh vậy tín hiệu ra của G1

(điểm C) sẽ nhận các mức logic, mức logic 1 ở đầu và cuối các nửa chu kỳ điện áp đồng bộ và mức logic 0 ở các thời diểm khác nhau. Mức logic tại thời điểm C là tín hiệu đầu vào khống chế của mạch tích phân tạo điện áp răng ca gồm IC1 và IC2 và các điện trở chức năng. Khi điểm C có mức logic 0 thì Tranzitor khống chế (Tr5) khoá, mạch tích phân làm việc và tụ C2 nạp điện tạo thành sờn trớc tăng dần tuyến tính của điện áp răng ca (tại điểm D) kết hợp với nguồn hỗ trợ (-ucd) và so sánh với điện áp điều khiển lấy ở đầu ra mạch khuếch đại trung gian (uddk) làm tín hiệu đầu vào của mạch so sánh (dùng khuếch đại thuật toán IC2). IC2 làm việc ở chế độ bão hoà nên đầu ra điểm E nhận 2 mức bão hoà âm và dơng, tín hiệu điểm E là điẹn áp vào của mạch sửa xung và tách xung điều khiển.

Khi uđk < ur+ucdthì điểm E có mức bão hoà dơng, Tr6 thông nhờ có định thiên R14, tụ C3 đợc nạp điện theo đờng E → C3→ R13→ Tr6. Do Tr6 mở bão hoà nên điểm F (lấy trên colector Tr6) có mức logic không, do đó không có xung ở đầu ra của G2a và G3a (xp1 và xp2 có mức logic 0). Khi tổng đại sỗ ur+ucđ giảm đến

ur+ucd=uđk và sau đó ur+ucd< uđk thì điểm E có mức bão hoà âm, lúc đó tụ C3

phong điện làm cho phát gốc Tr6 bị phân cực ngợc nên Tr6 khoá và điểm F có mức logic 1. Theo các phan tich ở phần trớc thì trong 1 chu kỳ của uđba, điểm F có 2 lần đặt mức logic 1 xuất hiện lệch nhau góc 1800 điện (ứng với hai nửa chu kỳ). vậy trong nửa chu kỳ dơng, sau tri số góc mở α thì xp1a có mức logic 1 (nhân đợc xung xp1ara) trong nửa chu kỳ âm, sau góc α thì nhận đợc xung xp2a ra. Hai xung xpa và xp2a xuất hiện lệch nhau góc 1800 điện (có độ rộng đủ để mở Tirisror).

Từ nguyên lý làm việc của một kênh điều khiển ta có thể suy ra lả zf tín