Mạch đồng bộ hoá và phát xung răng cưa.

II. Thiết kế mạch phát xung điều khiển

1. Mạch đồng bộ hoá và phát xung răng cưa.

Nhiệm vụ: Tạo ra 1 hệ thống các xung có dạng răng cưa tuyến tính xuất hiện lặp đi lặp lại với chu kỳ bằng chu kỳ nguồn xoay chiều cấp cho sơ đồ chỉnh lưu.

Khâu đồng bộ hoá:

Để tạo ra điện áp đồng bộ với điện áp xoay chiều cấp cho mạch chỉnh l- ưu. Ta có thể sử dụng các mạch phân áp bằng điện trở hay kết hợp giữa điện trở và điện dung, điện cảm. Tuy nhiên, phương pháp này có nhược điểm là

không cách ly được điện áp cao giữa mạch điều khiển và mạch động lực, do vậy ít được sử dụng.

Phương pháp phổ biến hiện nay là sử dụng biến áp đồng bộ trong đó cuộn sơ cấp được nối vào lưới còn thứ cấp là điện áp đồng bộ.

Khâu phát xung răng cưa :

Để tạo ra một hệ thống các xung xuất hiện lặp đi lặp lại với chu kỳ bằng chu kỳ nguồn xoay chiều cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu và điều khiển đ- ược thời điểm xuất hiện xung trong mỗi chu kỳ, ta phải sử dụng các mạch phát xung phát ra điện áp dạng răng cưa. Đó là mạch đồng bộ hoá và phát xung răng cưa.

Có rất nhiều loại mạch điện để tạo ra xung răng cưa nhưng trong trường hợp này chọn khâu đồng bộ hoá sau :

Thiết bị của mạch gồm :

- BAĐ là máy biến áp đồng bộ xoay chiều một pha gồm một cuộn dây pha sơ cấp và hai cuộn dây pha thứ cấp có cực tính ngược nhau. Để lấy tín hiệu đồng bộ và hai cuộn dây pha thứ cấp còn lại độc lập với hai cuộn dây trên dùng để cung cấp điện áp nguồn nuôi cho mạch điều khiển.

- Trên mạch ra của cuộn dây thứ cấp lấy tín hiệu đồng bộ có các phần tử là mạch tạo điện áp răng cưa, trong đó :

+ Mạch gồm Tr1, ĐZ, R4, R1, R2, biến trở R3, C1 + IC thuật toán A1, A2.

U1 U1 R1 A1 ^R3 Ðz Tr1 C1 A2 Urc R2

Hình 3.3 : Khâu đồng bộ hóa phát xung răng cưa Nguyên lý làm việc của khâu đồng bộ hóa và phát xung răng cưa :

Điện áp vào đầu sơ cấp máy biến áp có dạng hình sin trùng pha với điện áp anot của tiristor qua khếch đại thuật toán A1 tạo xung chữ nhật đối xứng Ub, phần dương của điện áp chữ nhật qua Đz tới A2 tích phân thành điện áp tựa Urc. Còn phần âm của xung điện áp làm tranzitor mở nên A2 bị ngắn mạch, điện áp Urc = 0, trong vùng điện áp Ub âm . trên đầu ra của A2 chúng ta có chuỗi điện áp Urc gián đoạn.

2.Khâu so sánh.

Khâu so sánh có nhiệm vụ so sánh giữa điện áp Urc và điện áp Udk, tìm thời điểm hai điện áp này bằng nhau (Urc = Udk ). Tại thời điểm hai điện áp này bằng nhau, thì phát xung ở đầu ra để gửi sang tầng khuếch đại.

Việc so sánh ta chọn dùng khuếch đại thuật toán vì KĐTT có hệ số khuếch đại vô cùng lớn, chỉ cần một tín hiệu nhỏ ở đầu vào, đầu ra có tín hiệu điện áp nguồn nuôi, nên chọn KĐTT là hợp lý.

R5R4

R4

A3

Udk

Urc

Ura

- IC1 là IC khuyếch đại thuật toán có nhiệm vụ khuyếch đại và so sánh tín hiệu URC và Uđk. URC là điện áp răng ca có chu kỳ theo điện áp thuận đặt lên các van ở mạch động lực, còn Uđk là điện áp điều khiển.

- Điện trở R1, R2. + Nguyên lý làm việc :

Các điện áp răng cưa URC và điện áp điều khiển Uđk được đưa vào mạch so sánh với cực tính khác nhau.

Cụ thể trên sơ đồ ta có URC > 0 còn Uđk < 0 , IC thuật toán làm nhiệm vụ so sánh và tại thời điểm URC = Udk _{thì đầu ra khối so sánh Ura sẻ thay đổi trạng}

thái cụ thể :

Khi URC >Udk _{: Ura < 0 ↔} α _{< 90}0

URC <Udk _{: Ura > 0 ↔} α _{> 90}0

URC =Udk _{: Ura đổi chiều.}

Như vậy điện áp của khâu so sánh là dạng xung có 2 mức bão hào dương và bão hoà âm .các xung điện áp này được đưa tới đầu vào khâu tạo xung

Quá trình này được mô tả trên giản đồ điện áp của mạch điều khiển.

Hình 3.5 :Giản đồ điện áp

3 . Khâu tạo xung.

Khâu tạo xung có nhiệm vụ tạo xung phù hợp để mở tiristo. Xung mở tiristo có yêu cầu : sườn dốc thẳng đứng, để đản bảo yêu cầu tiristo mở tức thời khi có xung điều khiển thì độ rộng xung lớn hơn thời gian mở của tirsito, đủ công suất, cách ly mạch lực và mạch điều khiển.

Trong thực tế xung điều khiển chỉ có độ rộng xung bé, mà thời gian mở thông tranzitor công suất dài, làm cho công suất cách tản nhiệt dư tranzito lớn, kích thước dây quấn sơ cấp máy biến áp xung lớn. Để giăm nhỏ công suất tỏa

Udk ? ? U ? 2? Ura 0 0 П 2П ωt ωt

nhiệt tranzitor, kích thước dây quấn sơ cấp BAX ta có thể dùng thêm tụ nối tầng. Theo sơ đồ này, Tr chỉ

mở cho dòng điện chạy qua trong khoảng thời gian nạp tụ, nên dòng hiệu dụng của chúng bé hơn nhiều lần.

Đối với chỉnh lưu cầu một pha việc điều kiển đồng thời hai van T1, T3 và T2, T4 có thể thực hiện bằng nhiều cách, một trong những cách đơn giản là sử dụng biến áp xung có hai cuộn thứ cấp

Sơ đồ của khâu tạo xung :

C2 R6 Tr3 Tr4 +Ucc D2 D1 G1 G4 K1 K4 Urss

Hình 3.6 : khâu khuếch đại và truyền xung

Đối với một số mạch, để giảm công suất cho tầng khuếch đại và tăng số lượng xung kích mở, nhằm đản bảo tiristo mở một cách chắc chắn

Để đảm bảo yêu cầu về độ chính xác của thời điểm xuất hiện xung, sự đối xứng của xung ở các kênh khác nhau... mà người ta thiết kế cho khâu so sánh làm việc với công suất xung ra nhỏ, do đó xung ra của khâu so sánh chưa đáp ứng đủ các thông số yêu cầu của cực điều khiển Tiristor.Để có xung có đủ các thông số yêu cầu cần thiết ta phải thực hiện khuếch đại xung, thay đổi lại độ dài xung, trong một số trường hợp cần phải phân chia các xung, và cuối cùng là truyền xung ra của mạch phát xung đến cực điều khiển và katôt của Tiristor. Vì vậy mà ta phải sử dụng một số mạch điện để thực hiện các công việc đã nêu,các mạch này thường bao gồm:

Mạch khuyếch đại xung Mạch sữa xung.

Mạch chuyển xung đến Tiristor (thường được gọi là thiết bị đầu ra). Toàn bộ các mạch này được ghép chung vào một khâu gọi là khâu tạo xung. tuỳ từng trường hợp cụ thể mà có thể có đầy đủ các phần mạch riêng để thực hiện đầy đủ các nhiệm vụ đã nêu, có trường hợp chỉ có một hoặc một số mạch nhất định nào đó

* Thiết bị của mạch bao gồm : - R6, C2 có nhiệm vụ sửa xung.

- Tr3, Tr4, D, BAX có nhiệm vụ khuyếch đại và truyền xung cung cấp cho cực G của Tiristor.

* Nguyên lý làm việc của mạch tạo xung :

- Xung truyền đến cực điều khiển Tiristor dùng máy biến áp xung BAX. Máy biến áp xung ghép giữa đầu ra của tầng khuyếch đại công suất xung với cực điều khiển G và K của Tiristor.

- Khuyếch đại xung : dùng tầng khuyếch đại Đalinhtơn mạch khuyếch đại có hệ số khuyếch đại là : β =β1 +β2 _{trong đó} β₁,β_{2 là hệ số khuyếch đại của Tr3} ,Tr4)

Sửa xung : Khi điện áp đầu ra của khâu so sánh có giá trị dương, tụ C1 sẽ nạp (D2 khoá Tr3, Tr4 mở bởi xung dương theo đường + USS → _R6 → _{- C1} → Tr3 → _Tr4 → _{- USS nên UC1 : UCC(+) điện áp đầu ra của khâu so sánh có} giá trị âm, đi ốt D2 phân cực thuận, Tr3 và Tr4 khóa, tụ C1 phóng điện ( + C1 ) → _R6 → _USS → _D2 → _{(-C1) tụ C1 phóng nhanh về 0 và nạp lại với điện áp} có cực tính ngựơc lại với hằng số thời gian τ _{= R6.C1. Do đó Tr3 và Tr4} không khóa lại ngay mà dần khóa lại tùy thuộc τ _{, quá trình đó gọi là quá trình} sửa xung.

Xuất phát từ nguyên lý hoạt động của khâu so sánh ta thấy: Khi thấy 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

Sơ đồ nguyên lý mạch phát xung điều khiển mở van

Hình 3.7 : Sơ đồ mạch phát xung điều khiển

Udk C2 R6 Tr3 Tr4 +Ucc D2 D1 R2 Tr1 C1 R3 Ðz R1 U1 A1 A2 R5 R4 A3 Udk C2 R6 Tr3 Tr4 +Ucc D2 D1 T1 T2 T3 T4 D0 Rh CK ÐC KC KC R C CC AP R2 ^Tr1 C1 R3 Ðz R1 A1 ^A2 R5 R4 A3