*Sơ đồ cấu tạo hệ thống điều chỉnh cụng suất .
Mạch gồm cú :bộ tạo xung răng cưa ,bộ so sỏnh tạo xung vuụng với bộ biến đổi xung và phỏt xung điều khiển .
- Mạch cung cấp nguồn cho bộ điều khiển cụng suất.
- Mạch tạo xung răng cưa.
Để tạo xung điều khiển Thyristor trong cả hai chu kỡ của điện ỏp lưới thỡ phải cú khõu đồng pha để khi phỏt xung điều khiển đạt được thời điểm mở Thyristor mong muốn .Đầu sơ cấp lấy từ nguồn điện cấp cho lũ .Đầu thứ cấp cú điện ỏp 6V xoay chiều .Sau khi chỉnh lưu cầu ta được điện ỏp một chiều đồng pha với điện ỏp cấp cho lũ .
Sơ đồ của mạch được mụ tả như sau:
Yờu cầu là phải tạo ra xung răng cưa cú biờn độ là 10V,sườn trước của xung phải dốc đứng ,cũn sườn sau phải dốc bằng phẳng.
Điện ỏp nguồn cung cấp cho hệ thống được tớnh bởi cụng thức : Ec=Umax+Uđ1+Ucc
Trong đú Umax=10V là điện ỏp cực đại của xung. Uđ1=0.5V là điện ỏp rơi trờn điod D1.
Ucc=0.7V là điện ỏp EC khi T1 mở bóo hoà. Suy ra Ec=11.2V chọn Ec=12V.
Để đảm bảo sườn dốc phớa trước của xung thẳng đứng thỡ tốc độ nạp của tụ phải nhanh ,tức là dũng nạp phải lớn,nờn chọn T1 cú cỏc thụng số kĩ thuật như sau:
Ucbo max=20V. Uceo max=20V. Uebo max=6V . Ic max =300mA. β=100.
Transistor T1 phải làm việc ở chế độ bóo hoà khi khụng cú điện ỏp từ cầu chỉnh lưu đưa sang ,suy ra:
Ib max=Ic max/β = 3 mA.
Dũng định thiờn qua R2 bằng 3mA nờn: R2=12/3 = 4 kΩ. R1=R2/3=1.3kΩ.
Để khoỏ T1 và tạo đồng pha xung răng cưa với diện ỏp nguồn ta dựng điện ỏp của cầu chỉnh lưu 6V đặt vào bazơ của đốn T1.
Diod D1 cú cỏc thụng số kỹ thuật sau:
Dũng điện thuận cực đại cho phộp: 300mA. Điện ỏp ngược cực đại cho phộp : 200V. Điện ỏp thuận < 5V.
Chọn C1=1mF,ta cú hằng số thời gian phúng của tụ theo cụng thức: T=C1*R7.
Mạch phúng phải đảm bảo phúng hết điện tớch đó được nạp trờn tụ trong thời gian 1/2 chu kỡ điện ỏp xoay chiều (10ms).
Chọn R7 là biến trở để cú thể hiệu chỉnh chớnh xỏc thời gian phúng và độ dốc của xung .
Transistor T2 ổn định dũng phúng của tụ C1 nhằm tạo ra sườn dốc xuống phớa sau của xung ,T2 cú thụng số kĩ thuật sau :
Ucbo max=50V Uceo max=45V Uebo max=6V.
Dũng bazơ của T2 được tớnh dựa trờn điều kiện đảm bảo dũng phúng là 2.5mA nờn :
Ib=2.5/125=0.02 mA.
Dũng phõn ỏp qua điện trở R5-R6 bằng 1mA ,nờn ta cú : R5+R6=12/1=12kΩ.
Điện ỏp dặt vào bazơ của T2 là 0.5V như vậy : R6=0.5/1=500Ω ==>R5=11.5 kΩ.
Chọn điện trở R3=10kΩ.
- Mạch so sỏnh và phỏt xung .
+Mạch so sỏnh .
Mạch so sỏnh cú nhiệm vụ so sỏnh giữa giỏ trị điện ỏp răng cưa và điện ỏp điều khiển.Tại thời điểm hai điện ỏp cõn bằng thỡ tớn hiệu mạch so sỏnh chuyển mức.
Hình 40: Sơ đồ mạch so sánh và phát xung
Khuyếch đại thuật toỏn dựng àA 741 được sử dụng làm bộ so sỏnh , điện ỏp xung răng cưa đặt vào đầu õm (đầu vào đảo ), cũn tớn hiệu điều khiển Y đặt vào đầu dương (đầu vào khụng đảo).
àA cú cỏc thụng số kỹ thuật sau: Nguồn cung cấp =15V. Cụng suất tiờu tỏn=50mW.
Điện ỏp trụi ở đầu vào Uoff in=2mA. Hệ số nhiệt Uoff Mi/0C.
Dũng trụi ở đầu vào Ioffin=20nA. Trở khỏng vào Rin =2MΩ.
Hệ số khuyếch đại điện ỏp khụng phản hồi Vyo=106. Dải thụng khụng phản hồi ∆f=0.1 MHZ.
Vận tốc tăng điện ỏp ra Suout=0.5V/ms. Trở khỏng ra Zout=75Ω.
Khuyếch đại thuật toỏn cú hệ số khuyếch đại lớn nờn khi cú sai lệch nhỏ đầu ra vẫn ở trạng thỏi bóo hoà .
∆U>0 :trạng thỏi bóo hoà dương . ∆U<0 :trạng thỏi bóo hoà õm. Với : ∆U=Uđk-U1 .
U1
U
2
Uđk
Hình 42: Tín hiệu ra của bộ điều khiển .
t
Tớn hiệu ra của àA741 là xung vuụng ,thời điểm đảo dấu của tớn hiệu ra là thời điểm cõn bằng của điện ỏp xung răng cưa so với tớn hiệu điều khiển Uđk.
Như vậy giỏ trị điện ỏp sẽ quyết định độ rộng xung vuụng được tạo ra.Do đú nú sẽ quyết định thời điểm tạo xung nhọn khi đi qua khõu vi phõn.
Chọn R8 , R14=10kΩ, R9=100 kΩ,dựng để hạn chế dũng ra của khuyếch đại thuật toỏn àA741. Chọn tụ C2 =0.5 àF.
Chọn độ rộng của xung nhọn là 3ms ,suy ra: R15=độ rộng xung /(3*C2) =2kΩ.
+Mạch vi phõn.
Đầu vào mạch vi phõn là điện ỏp U2 của mạch so sỏnh .Đú chớnh là tớn hiệu xung vuụng ,tớn hiệu này qua tụ C2 sẽ tạo ra cỏc xung nhọn tại thời điểm chuyển trạng thỏi .Khi trạng thỏi chuyển từ dương xuống õm thỡ cú một xung õm,ngược lại khi trạng thỏi chuyển từ õm lờn dương thỡ sẽ cú một xung dương. Tụ C2 và điện trở R9 là mạch vi phõn tạo ra cỏc xung nhọn khi cỏc xung vuụng đầu vào đảo dấu .Kớch thước của cỏc xung này được quyết định bởi điện dung tụ C2 và giỏ trị điện trở R9.
Transistor T3 là khuyếch đại xung để tạo ra dũng điện xung trong mạch sơ cấp của mỏy biến ỏp xung .
Diod D2 dựng để ngăn cỏc xung õm tỏc động lờn cực bazơ của Transistor T3.
Như vậy bazơ của Transistor T3 chỉ chịu tỏc động của cỏc xung nhọn dương với tần số 50Hz,thời điểm cú cỏc xung nhọn này là thời điểm giao nhau của sườn sau xung răng cưa với điện ỏp điều khiển .
Tải của mạch khuyếch đại xung là Thyristor ở mạch động lực ,loại KY202H,cú cỏc thụng số kỹ thuật sau:
Dũng dũ <10mA.
Dũng chỉnh lưu trung bỡnh 10A. Dũng điều khiển thuận Iđk=300mA. Dũng điều khiển ngược Ing=5mA. Điện ỏp điều khiển Uđk<10 V. Điện ỏp thuận cho phộp 400V. Điện ỏp ngược cho phộp 400V.
Cụng suất tiờu tỏn Pt ở 25 0C là 20 W. Như vậy cụng suất để điều khiển Thyristor là :
Pđk=Uđk*Iđk=10*0.3=3W.
Vỡ sử dụng hai Thyristor mắc song song ngược chiều nờn cụng suất điều khiển tổng sẽ bằng Ptải=6W.
Mạch biến đổi vào của khuyếch đại xung phải đủ cung cấp cho tải ,vỡ vậy T3 cú cỏc thụng số kỹ thuật sau:
Cụng suất lớn nhất cho phộp là 10W. Tần số lớn nhất cho phộp là 15MHZ. Nhiệt độ lớn nhất cho phộp là 1550C. Điện ỏp Ucbo max =80V.
Điện ỏp Uceo max=3V. Dũng điện Ic max=3A. Hệ số β=20.
Điện trở tải trờn cuộn dõy thứ cấp của biến ỏp xung BX: Rt=Uđk/Iđk=10/0.3 = 33.3 Ω .
Hệ số khuyếch đại của biến ỏp xung BX là K=1 nờn trở tải quy về sơ cấp là: R’t=30%*Rt=10 Ω.
Điện trở tải của Transistor T3 gồm cú cuộn dõy sơ cấp của biến ỏp xung BX và điện trở R13 .Như vậy ta tớnh được R13 : R13 =Ec/Ic –R’t
Trong đú Ec=12V , Ic=0.3A. Suy ra R13=12/0.3-10=30 Ω.
Điện trở R10 dựng để hạn chế dũng vào bazơ của Transistor T3 ,được chọn căn cứ dũng vào của àA741 và cú giỏ trị là 100Ω.
-Biến ỏp xung.
Biến ỏp xung gồm một cuộn dõy sơ cấp 200 vũng ,hai cuộn thứ cấp ,mỗi cuộn
200 vũng.Hệ số biến ỏp bằng 1 .Biến ỏp xung nhằm cỏch li mạch động lực và mạch điều khiển .
Khi một xung dương đặt vào Transistor T3 thỡ nú sẽ mở và phỏt ra một xung qua mạch sơ cấp của biến ỏp xung ,dẫn đến mở hai cuộn thứ cấp của biến ỏp xung .
* Hoạt động của bộ điều chỉnh cụng suất .
Bộ tạo xung răng cưa được chế tạo dựa trờn nguyờn lớ phúng/ nạp của tụ điện,bộ đồng pha sử dụng tại đõy là một chỉnh lưu cầu ,điện ỏp dương đặt lờn bazơ của Transistor T1.Điện trở R1,R2 dựng để tạo phõn ỏp cố định cho Transistor T1. Transistor T1 làm việc ở chế độ đúng mở.
Tại thời điểm ban đầu của nửa chu kỡ điện ỏp xoay chiều ,giỏ trị điện ỏp xoay chiều nhỏ hơn phõn ỏp trờn điện trở R1,Transistor T1 mở bóo hoà .Tụ C1sẽ nhanh chúng được nạp đầy điện qua Transistor T1 và diod D1 sẽ đúng vai trũ là van mở. Khi giỏ trị điện ỏp xoay chiều lớn hơn phõn ỏp trờn điện trở R1 thỡ Transistor T1
bị khoỏ lại,tụ C1 bắt đầu phúng điện và diod D1 lỳc này đúng vai trũ là van khoỏ khụng cho dũng phúng qua điện trở R4.
Dũng điện phúng của tụ điện sẽ đi qua Transistor T2 và biến trở R7.Transistor T2
sẽ làm việc ở chế độ khuyếch đại và là bộ ổn định dũng phúng cho tụ C1 tạo ra sườn dốc bằng phẳng cho xung răng cưa.
Chế độ làm việc của Transistor T2 được quy định bởi hai điện trở phõn ỏp R5,R6, cũn biến trở R7 cú tỏc dụng hiệu chỉnh sao cho tụ C1 phúng hoàn toàn trong nửa chu kỡ õm của điện ỏp xoay chiều .Như vậy trờn tụ C1 sẽ cú xung răng cưa với tần số 100Hz ,tức gấp đụi tần số của điện ỏp xoay chiều cung cấp .
Khuyếch đại thuật toỏn àA741 dựng làm bộ so sỏnh và tạo ra xung vuụng ,nú được sử dụng ở chế độ khuyếch đại khụng cú phản hồi ,vỡ vậy kkhi điện ỏp xung răng cưa lớn hơn điện ỏp Udk thỡ điện ỏp ra của àA741 sẽ bóo hoà õm ,cũn khi điện ỏp xung răng cưa nhỏ hơn điện ỏp điều khiển Uđk thỡ điện ỏp ra của àA741 sẽ bóo hoà dương ,ở đầu ra của àA741 sẽ là xung vuụng với tần số 50Hz.
Tụ C2 là tụ vi phõn ,nú tạo ra cỏc xung nhọn khi cỏc xung vuụng đảo dấu .Hỡnh dạng của cỏc xung nhọn này được quyết định bởi điện dung của tụ C2 và giỏ trị của điện trở R15 ,diod D2 sẽ dựng để chặn cỏc xung õm tỏc động lờn bazơ của Transistor T3 .Như vậy bazơ của Transistor T3 chỉ chịu tỏc động của cỏc xung
Hình 45 : Giản đồ xung theo thời gian . U Udk t t t t t U 1 U 2 U3 U 4
nhọn dương với tần số 50Hz .Thời điểm cú cỏc xung nhọn này là thời điểm giao nhau của sườn sau xung răng cưa với điện ỏp điều khiển .
Nếu điện ỏp điều khiển tăng thỡ thời điểm giao nhau của nú với xung răng cưa càng dịch tới đỉnh xung ,tức là gúc lệch của nú so với điểm đầu của chu kỳ tần số xoay chiều càng nhỏ .
Trong trường hợp điện ỏp điều khiển giảm thỡ thời điểm giao nhau của nú với xung răng cưa càng dịch xa đỉnh xung, tức là gúc lệch của nú so với điểm đầu của nửa chu kỳ tần số xoay chiều càng lớn .
Như vậy khi điện ỏp điều khiển Uđk lớn thỡ gúc lệch α sẽ nhỏ nờn cụng suất cung cấp cho tải sẽ lớn và ngược lại .
Khi cú một xung dương đặt vào bazơ của Transistor T3 thỡ nú sẽ mở và phỏt ra một xung qua cuộn sơ cấp của biến ỏp xung BX ,dẫn đến ở hai cuộn thứ cấp của biến ỏp xung xuất hiện hai xung dựng để mở cỏc Thyristor .
Cỏc điện trở R11,R12 hạn chế dũng điều khiển đặt vào cỏc Thyristor .Diod D3
dựng để xoỏ cỏc xung õm sinh ra trong mạch sơ cấp của cỏc biến ỏp xung .
Cỏc diod D5,D4 dựng để ngăn khụng cho cỏc xung õm tỏc động lờn cực điều khiển của cỏc Thyristor .Như vậy trong một nửa chu kỡ điện ỏp xoay chiều chỉ cú một Thyristor thụng ,tức là chỉ cú Thyristor nào cú điện ỏp thuận mới được phộp mở .