Sơ đồ mạch phát sóng răng ca dùng vi mạch khuếch đại thuật toán(KĐTT) Sơ đồ mạch sau:

III. 1: Thiết kế mạch phát xung.

Sơ đồ mạch phát sóng răng ca dùng vi mạch khuếch đại thuật toán(KĐTT) Sơ đồ mạch sau:

thuật toán(KĐTT). Sơ đồ mạch sau:

41 R1 R2 D Tr u1 * * BAĐ R3 KĐTT - + uc C i1 -i0 +i1 W -u -ucc . . . . . .

Đồ án tổng hợp hệ điện cơ  Svtk: lê ngọc luân luân

Giới thiệu sơ đồ:

- Sơ đồ gồm máy biến áp đồng bộ hoá để tạo ra điện áp đồng bộ hoá uddb.

* Nguyên lý làm việc của sơ đồ:

Trong sơ đồ này ta dùng KĐTT ghép với tụ C thành một mạch tích phân. Nguyên lý hoạt động của khâu này nh sau: Giả thiết Tr khoá tụ C đợc nạp bằng dòng điện đầu ra của KĐTT, dòng nạp tụ đợc xác định ic = i1+iv. Nếu KĐTT là lý tởng thì điện trở vào của nó bằng vô cùng dẫn đến iv-

và iv+ = 0, do vậy ic=-i1, mặt khác i1=-ucc/(wR+R) =I=consst. Điều này có nghĩa rằng khi Tr khoá thì tụ C đợc nạp bởi dòng không đổi.

Vậy ta có: ωt = 0 thì uđb= 0 và bắt đầu chuyển sang nửa chu kỳ dơng, dẫn đến đi ốt D mở nên mạch phát gốc Tr bị đặt điện áp ngợc, Tr khoá tụ C đợc nạp dòng không đổi. Điện áp trên tu tăng dần theo quy luật tuyến tính. Đến ωt = π và bắt đầu chuyển sang âm thì D khoá, Tr mở nên tụ C phóng điện nhanh qua Tr đến điện áp = 0 và giữ nguyên ở giá trị = 0 cho đến ωt = 2π. Tại ωt =2π điện áp đồng bộ = 0 và bắt đầu chuyển sang dơng, D lại mở Tr khoá tụ C đợc nạp điện.

Với giả thiết KĐTT là lý tởng thì hệ số khuếch đại là vô cùng lớn. Vậy nếu KĐTT đang ở chế độ KĐ tuyến tính thì giữa hai đầu vào đợc xem nh bằng không (uv= 0). Từ sơ đồ ta có urc= uc+uv=uc. Tức là điện áp răng ca đầu ra của sơ đồ bằng điện áp trên tụ C. Đồ thị điện áp răng ca nh sau. hình III-3 ωt urc π 2π u U rcmax

Đồ án tổng hợp hệ điện cơ  Svtk: lê ngọc luân luân

- Do điện áp răng ca là điện áp ra của KĐTT nên có nội trở rất nhỏ vì vậy điện áp ra không phụ thuộc vào tải mắc ở đầu ra mạch phát sóng răng ca. Với sơ đồ này dung lợng tụ C cần rất nhỏ khoảng 220 àF. Vì vậy cho tụ chọn tụ dễ dàng, mặt khác tụ phóng rất nhanh nên rất an toàn cho Tr và điện áp ra rất gần với điện áp răng ca lý tởng.

- Qua phân tích ở trên trong đề tài này em dùng mạch phát song răng ca dùng vi mạch KĐTT để tạo điện áp răng ca.

Vì mạch động lực của ta sử dụng sơ đồ chỉnh lu cầu 3 pha nên để thuận tiện cho việc phân chia xung ta dùng sơ đồ sau : Mạch tạo sóng răng ca đợc sử dụng đó là mạch gồm: Vi mạch KĐTT IC1 mắc kết hợp với các phần tử chức năng(tụ điện, điện trở) theo sơ đồ của mạch tích phân. Mạch tích phân có sử dụng khoá khống chế là Tranzitor. Nghiên cứu cho thấy với một mạch tích phân nh trên nếu tín hiệu đầu vào là các xung hình chữ nhật thì tín hiệu đầu ra nhận đợc các xung có dạng hình răng ca với các sờn rất tuyến tính. Để tạo ra các xung hình chữ nhật, Mạch phát xung có sử dụng các Tranzitor Tr3ữTr6 mắc với nhau thành một mạch liên hợp, kết hợp với các phẩn tử logic (hoặc - đảo) hay Nor để biến điện áp đồng bộ dạng sóng hình sin thành các xung hình chữ nhật. Sơ đồ nguyên lý của mạch tạo xung chữ nhật và phát sóng răng ca nh hình vẽ

Mạch tạo xung chữ nhật bao gồm các Tranzitor Tr1 ữTr4 , phần tử logic ''hoặc - đảo'' G1 và các điện trở R7ữ R11.

c b a tr4 r12 r10 r9 tr3 r8 r7 +ucc tr6 tr5 r11 -ucc * * -ucc +ucc c1 tr7 r13 Ic1 + _

Sơ đồ nguyên lý mạch tạo sóng răng ca

Tín hiệu điện áp đồng bộ hoá (đã dịch pha) uđbd đợc nối và cực gốc và các cực phát của 2 Tranzitor Tr3 và Tr5 tạo thành mạch liên hợp nh hình trên.

Đồ án tổng hợp hệ điện cơ  Svtk: lê ngọc luân luân

Để phân tích nguyên lý hoạt động của mạch ta có khái niện điện áp ngữơng đó là trị số điện áp dáng trên nội trở của các linh kiện bán dẫn (kĩ hiệu ung). Đối với Tranzitor thì ung= o,4 ữ 0,7 (v). Khi điện áp điều khiển (ube) có trị số ube< ung thì Tranzitor khoá, còn khi ube > ung thì Tranzitor mở và nhanh chóng đạt đến mức bão hoà. Căn cứ vào các khái niệm trên, nguyên lý làm việc của mạch tạo sóng răng ca đợc trình bày nh sau :

- Trong khoảng từ 0 ữ t1 Uv < Ung nên Tr3 khoá và Tr4 mở nhờ R8 và Tr6 cũng mở

Do vậy UA = 0 , UB = 0 nên UC = 1 . Tr5 luôn khoá do đặt điện áp ngợc .

Vì UC = 1 nên Tr7 mở và tụ C phóng theo chiều +C qua Tr7 về – C - Trong khoảng từ t1 ữ t2 Tr3 mở và Tr4 , Tr6 khoá

Do vậy UA = 1 , UB = 0 nên UC = 0 . Tr7 khoá và tụ C nạp bởi dòng đầu ra của KĐTT . Giả Thiết KĐTT là lý tởng tức là ic = - i1 .

i1 = -Ucc/R13

Nh vậy khi Tr7 khoá tụ C đợc nạp bởi dòng không đổi ic điện áp trên tụ tăng dần .

- Trong khoảng từ t2 ữπ Tr3 khoá và Tr4 mở nên Tr6 mở

Do vậy UA = 0 , UB = 0 nên UC = 1 . Tr7 mở và tụ C phóng điện . - Trong khoảng từ π ữ t3 nửa chu kỳ âm nên Tr3 luôn khoá Tr5 khoá , Tr4 mở nên Tr6 mở tụ C vẫn phóng điện .

- Trong khoảng từ t3 ữ t4 Tr5 mở , Tr4 mở và Tr6 khoá Do vậy UA = 0 , UB = 1 nên UC = 0 .

Tr7 khoá và tụ C đợc nạp

- Trong khoảng từ t4 ữ 2π Tr5 khoá và Tr4 mở , Tr6 mở (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

Do vậy UA = 0 , UB = 0 nên UC = 1 . Tr7 mở và tụ C phóng điện và chuẩn bị cho chu kỳ tiếp theo .

Đồ án tổng hợp hệ điện cơ  Svtk: lê ngọc luân luân       t4 t3 t2 t1 ung uC uB uA u   urc   III.1.3 : Mạch so sánh

Để tạo ra một hệ thống các xung xuất hiện một cách chu kỳ với chu kỳ bằng chu kỳ điện áp răng ca (cũng là chu kỳ nguồn xoay chiều cung cấp cho bộ chỉnh lu) và điều khển đợc thời điểm xuất hiện của mỗi xung, ta sử dụng các mạch so sánh. Có nhiều mạch khác nhau để thực hiện khâu so sánh phổ biến rất hiện nay là các sơ đồ so sánh dùng Tranzitor và dùng khuếch đại thuật toán bằng vi mạch điện tử. Trong các sơ đồ mạch so sánh thờng có hai tín hiệu vào đó là điện áp tựa có dạng răng ca (ur), điện áp điều khiển (uđk) là tín hiệu điện áp một chiều có thể thay đổi đợc biên độ. Hai điện áp ur và uđk đợc đa vào mạch sao cho tác dụng của chúng đối với đầu vào khâu so sánh là ngợc chiều nhau, có hai cách nối ur và uđk trên đầu vào mạch so sánh nh hình 1 và hình 2

Hình 1 nối nối tiếp ur và uđk (tổng hợp nối tiếp)

Đồ án tổng hợp hệ điện cơ  Svtk: lê ngọc luân luân + -ucc Ic _+ucc uđk urc uđk urc tr r3 Hình 1

Hình 2 nối song song ur và uđk qua các điện trở tổng hợp(tổng hợp song song). -ucc _ Ic + +ucc r2 urc r1 urc urc r1 urc r2 r3 tr Hình 2

Trong bản đề tài này, mạch điều khiển dùng khâu so sánh với sơ đồ sử dụng KĐTT, các tín hiệu đầu vào đợc tổng hợp song song gồm các tín điện áp đầu vào .

* Nguyên lý hoạt động nh sau :

uvss     v3 v2 v1 t3 t2 t1 urss

- Trong khoảng từ 0 ữ t1 Urc < Uđk hai tín hiệu cần so sánh đa vào đầu đảo của KĐTT vì IC làm việc ở chế độ bão hoà nên Ura = Ucc .

Đồ án tổng hợp hệ điện cơ  Svtk: lê ngọc luân luân

cứ tiếp tục nh vậy ta sẽ nhận đợc tín hiệu sau khâu so sánh nh hình vẽ .

III.1.4 : 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.

III.1.4.1 : 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

c2r16 r16 tr8 r18 r17 +ucc urss

Trong đó uv là điện áp đầu vào của mạch, đó chính là điện áp (xung) ở đầu ra của khâu so sánh có hai mức bão hoà dơng và âm trong mạch sửa xung này hai phần tử C2 và R16 sẽ quyết định độ dài của xung ra (ura).

Nguyên lý làm 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 R17 làm cho Tranzitor Tr8 mở bão hoà và tụ C2 nạp điện theo đờng +uv (điểm E) → C2→ R17→ Tr8. Tr8 mở bão hoà dẫn đến ura= 0 .

Đồ án tổng hợp hệ điện cơ  Svtk: lê ngọc luân luân

Khi điện áp đầu vào ở mức bão hoà âm (uv < 0) tức là theo (+C2) →

nguồn ucc→ D→ R16→ (-C2). Chính dòng phóng của tụ C2 sẽ đặt thế âm lên mạch phát gốc của Tranzitor Tr8 làm cho Tr8 khoá dẫn đến ở đầu ra nhận đ- ợc xung ra, nếu nh bỏ qua giá trị của R18 thì điện áp ra ura ≅ ucc. Khi tụ C2

phóng hết điện tích nó sẽ đợc nạp theo chiều ngợc lại nhờ có R17 mà Tr8 lại đợc đặt điện áp thuận lên mạch phát gốc ura= 0 . Mặc dù có còn xung âm ở đầu vào nhng tụ C2 đã phóng hết điện tích nên nó không còn tác dụng đến đầu vào điều khiển (mạch phát - gốc) của Tr8 nên Tr8 mở bão hoà nhờ định thiên R17. Nh vậy thời gian tồn tại đợc xác định theo biểu thức.

tx = R16.C2.ln2

Độ dài của xung ra chỉ phụ thuộc vào giá trị của R16 và C2 do đó các xung ra luôn có giá trị không đổi.

Giản đồ điện áp minh hoạ nh hình vẽ (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

        v3 v2 v1 ura uc2 urss

IIi.1.4.2 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 , đã sử dụng mạch chia xung gồm các phần tử

• Y•

x1 • x2

Đồ án tổng hợp hệ điện cơ  Svtk: lê ngọc luân luân

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 Tr6 ) trong nửa chu kỳ của điện áp đồng bộ hoá. Điểm F (VF) lấy trên Colectơ của Tr8 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).

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.

IIi.1.4.3 : Mạch gửi xung :

Do tính chất của bộ chỉnh lu cầu thì tại một thời điểm phải có hai Tiristor đợc mở đồng thời trong đó một van nhóm anốt chung và van kia ở nhóm katốt chung. Nguyên tắc điều khiển là theo thứ tự T1T, T2T, T3T, T4T, T5T, T6T van đứng sau sẽ mở sau van đứng kế trớc góc π/3. Vậy khi 1 van nào đó nhận đợc xung điều khiển thì van đứng liền trớc nó cũng phải nhận đợc xung điều khiển. Từ các phần tích nh trên, đa ra nguyên lý gửi xung. Khi T1nhận đợc xung thì gửi tới T6, xung T2 gửi cho T1. Cữ nh vậy van đứng sau nhận đợc xung thì gửi lên cho van đứng trớc nó mở.

Mạch gửi xung đợc sử dụng các phần tử logic ''hoặc'' (or) làm việc theo ph- ơng trình trạng thái: ura = uv1 + uv2 với các uv1 và uv2 là các tín hiệu đầu vào có các mức logic 0 và logic 1 (uv1, uv2 là các mức logic đầu vào). Mạch gửi xung gồm các phẩn tử OR: Gx4 ữ Gx9, c đầu ra của mạch gửi xung đa tới đầu vào của mạch khuếch đại xung. Với việc thực hiện mạch gửi xung nh trên sẽ đảm bảo có thể khởi động đợc sơ đồ chỉnh lu một cách chắc chắn mà không cần thiết phải kéo dài xung điều khiển

49 • • xp1 x1 • • xp2 • x2 G2 G3

Đồ án tổng hợp hệ điện cơ  Svtk: lê ngọc luân luân xp1 xp4 xp3 xp6 xp5 xp2 x4 gx5 gx6 gx7 gx8 gx9 x1t x4t x3t x6t x5t x2t

III.1.4.4 : Thiết bị đầu ra:(mạch truyền xung ra đến Tiristor)

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 việc 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 một 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 Tr9và Tr10.

Thông thờng có 2 cách truyền xung từ đầu ra hệ thống điều khiển mạch