Với mạch chỉnh lưu điện áp ta cũng sử dụng IC KĐTT, các điện trở và các điốt để cấu thành nên mạch.
*Mạch cổng đảo. Ta có sơ đồ mạch: Từ sơ đồ ta có: Ur = - R0. ( I1+ I2 +I3 +I4 +I5) =− + + + + 5 5 4 4 3 3 2 2 1 1 0. R U R U R U R U R U R Giả sử chọn R1= R2= R3= R4 =R5= R0 Khi đó: Ur = - (U1+ U2+ U3+ U4+ U5)
⇒ Vậy ta thấy điện áp ra là đảo của tổng các điện áp vào. * Mạch chỉnh lưu điện áp nửa chu kỳ âm.
Từ sơ đồ nguyên lý ta có khi Uv KĐTT có giá trị dương (hay mức logic) thì Ur1 < 0 →D2 được điện áp thuận nên thông. Giả thiết D2 là lý tưởng thì sụt áp trên điốt bằng 0 và điện thế đầu vào đảo bằng 0, tuy nhiên trên thực tế thì sụt áp trên điốt khoảng 0,7 V nên điện thế đầu ra Ur1 = 0,7 V, lúc này điốt D1 khoá nên Ur = 0.
Khi điện áp trên đầu vào đảo có giá trị âm thì đầu ra có giá trị dương khi đó D2 sẽ khoá do bị đặt điện áp ngược, còn D1 được điện áp thuận nên sẽ thông và
Ur = Ur1 – 0,7 V. Lúc này mạch làm việc như một bộ khuyếch đại đảo với r Uv
RR R U = 0 ⋅
* Mạch chỉnh lưu điện áp nửa chu kỳ dương.
Sơ đồ nguyên lý của mạch như sau:
Từ sơ đồ nguyên lý ta thấy điện áp đầu vào KĐTT có giá trị âm thì đầu ra KĐTT sẽ có giá trị Ur1 > 0, khi đó D4 được đặt điện áp thuận nên sẽ thông đồng thời D3 , bị phân cực ngược nên khoá. Lúc này ta có Ur = 0 và Ur1 = 0,7 V (sụt áp trên D4).
Ur < 0 , khi đó D3 được đặt điện áp thuận nên sẽ thông còn D4 bị đặt điện áp ngược nên khoá. Lúc này ta có điện áp Ur = Ur1 – 0,7 V, mạch làm việc như một bộ khuyếch đại đảo với Ur = − RR0 ⋅Uv
Nếu ta kết hợp mạch cổng đảo với mạch chỉnh lưu điện áp nửa chu kỳ âm thì ta được sơ đồ như sau:
Ta thấy với những tín hiệu tổng hợp là âm thì tín hiệu ra được khuyếch đại so với tín hiệu vào. Với những tín hiệu tổng hợp là dương thì tín hiệu ra bằng 0.
Nếu ta kết hợp mạch cổng đảo với mạch chỉnh lưu điện áp nửa chu kỳ dương thì ta được sơ đồ như sau:
Từ sơ đồ nguyên lý ta thấy khi điện áp đầu vào KĐTT có giá trị âm thì đầu ra KĐTT sẽ có giá trị Ur1>0, khi đó D4 được đặt điện áp thuận nên sẽ thông đồng thời D3 bị phân cực ngược nên khoá. Lúc này ta có: Ur = 0 và Ur1
– 0,7 V (Sụt áp trên D4)
Khi điện áp đầu vào đảo có giá trị dương thì đầu ra KĐTT có giá trị âm Ur< 0, khi đó D3 được đặt điện áp thuận nên sẽ thông đồng thời D4 bị phân cực ngược nên khoá. Lúc này ta có: Ur = Ur1 – 0,7 V, Mạch làm việc như một bộ khuyếch đại đảo với
Nếu ta kết hợp mạch cổng đảo với mạch chỉnh lưu điện áp nửa chu kỳ âm thì ta được sơ đồ sau:
Ta thấy với những tín hiệu tổng hợp là âm thì tín hiệu ra được khuyếch đại so với tín hiệu vào. Với những tín hiệu tổng hợp là dương thì tín hiệu ra bằng 0.
Nếu ta kết hợp mạch cổng đảo và mạch chỉnh lưu điện áp nửa chu kỳ dương thì ta được sơ đồ như sau:
Với những tín hiệu tổng hợp đầu vào là dương thì tín hiệu đầu ra được khuyếch đại so với tín hiệu đầu vào. Với những tín hiệu tổng hợp đầu vào là âm thì đầu ra Ur = 0.
Ngoài ra trong mạch tạo luật điều khiển ta còn sử dụng thêm một số các phần tử như điện trở, biến trở WR, các KĐTT để tạo thành mạch cộng và khuyếch đại tín hiệu, trong mạch tạo luật điều khiển ta còn sử dụng các phần
tử nối với nhau tạo thành mạch so sánh tổng dùng để đưa tín hiệu điều khiển đến điều khiển rơle đóng cắt khoá K. Từ các mạch điện cơ bản trên ta đã xây dựng được mạch tạo luật điều khiển tổng thể có sơ đồ nguyên lý như sau:
* Nguyên lý của mạch tạo luật điều khiển.
Giả sử tại thời điểm ban đầu khi bắt đầu đưa mạch vào làm việc và tiến hành mồi hồ quang khi đó chưa có dòng điện hồ quang, lúc này A. Ihq = 0 ; B. Uhq = max điện áp hồ quang lúc này là lớn nhất đồng thời các giá trị đặt chưa có nên Ud1= Ud2= E = 0.
Khi đó ∆U= A. Ihq- B.Ihq- Ud1- Ud2 = - B. Uhq nên tổng điện áp đầu vào của hai KĐTT IC2 và IC3 đều có giá trị âm, lúc đó đầu ra của KĐTT IC2 có điện thế dương còn đầu ra KĐTT IC1 có giá trị UrIC3 = 0 . Đầu vào IC4 lúc này có điện thế dương qua đầu vào đảo nên đầu ra IC4 có điện thế âm => Ukc
< 0. Mặt khác đầu vào IC5 là >0 nên IrIC5 < 0 => Tr bị phân cực ngược nên khoá. Lúc này mạch khống chế phát tín hiệu đến mạch điều khiển để điều khiển động cơ quay theo chiều hạ điện cực tiến hành mồi hồ quang. Tại thời điểm này xuất hiện dòng hồ quang A.Ihq đồng thời có các giá trị đặt Ud1,, Ud2,
Trong quá trình làm việc nếu đảm bảo ∆U< 0 và ∆U < E thì tổng điện áp đầu vào KĐTT IC2 có giá trị dương nên UrIC2 có giá trị điện áp âm. Khi đó D2 có điện áp thuận nên thông, còn D1 khoá nên điện thế tại điểm D là UD = 0.
Đồng thời tổng điện áp vào của KĐTT IC3,, lúc này có giá trị âm nên điện áp ra của KĐTT IC3, có giá trị dương khi đó D4 thông đồng thời D3
khoá -> điện thế tại điểm C là UC = 0. Lúc này tổng điện áp đầu vào của KĐTT IC4 = 0 nên điện áp đầu ra bằng 0 => Ukc khi đó động cơ không quay và điện cực hồ quang đứng yên.
Nếu vì một lý do nào đó làm cho điện áp hồ quang giảm ( thường là do xảy ra ngắn mạch làm việc), dòng hồ quang tăng lên khi đó ∆U> 0, nệu sự sai lệch dòng, áp hồ quang nhỏ tức là ∆U < E thì tổng điện áp đầu vào IC2
vẫn có giá trị dương và tổng điện áp đầu vào KĐTT IC3 có giá trị âm nên đầu ra của mạch tạo luật điều khiển vẫn luôn có Ukc = 0 do đó động cơ vẫn đứng yên.
Nếu sai lệch dòng, áp hồ quang vượt quá giá trị cho phép tức là ∆U > E thì tổng điện áp đầu vào của KĐTT IC2 có giá trị điện áp dương nên đầu ra của IC2 có giá trị âm. Khi đó D2 có điện áp thuận nên thông, còn D1 khoá nên điện thế tại điểm D là UD = 0. Lúc này tổng điện áp đầu vào KĐTT IC3
có giá trị dương, đầu ra của IC3 có giá trị âm. Khi đó D3 được phân cực thuận nên mở còn D4 khoá và điện áp tại điểm C là UC > 0.
Nếu sự sai lệch dòng, áp vượt quá giá trị cho phép nhưng vẫn nằm trong giới hạn nhỏ thì khi đó UC <UF nên đầu ra của KĐTT IC5 có điện thế âm, Tr bị phân cực ngược nên vẫn khoá. Lúc này điện áp ra Ukc > 0 và thay đổi tuyến tính theo sự thay đổi dòng, áp hồ quang. Khi đó mạch toạ luật điều khiển sẽ có tín hiệu Ukc đến mạch phát xung điều khiển phát ra tín hiệu điều khiển có cực tính làm cho động cơ quay theo chiều nâng điện cực lên.
Nếu sự thay đổi dòng, áp hồ quang lớn khi đố UC >UF lúc này điện áp đầu ra KĐTT IC5 có giá trị dương, Tr được phân cực thuận nên mở -> Ukc có
giá trị dương và đạt giá trị lớn nhất lúc này động cơ quay với tốc độ lớn nhất để nâng nhanh điện cực lên.
Trong quá trình làm việc vì một lý do nào đó làm cho điện áp hồ quang tăng lên và dòng điện hồ quang giảm khi đó ∆U < 0, nhưng nếu ∆U > E thì tổng điện áp đặt vào KĐTT IC2 có giá trị âm nên đầu ra của KĐTT IC2 có giá trị đuơng làm cho D1 được đặt điện áp thuận nên thông, còn D2 khoá nên điện áp tại điểm D là UD > 0. Đồng thời tổng điện áp đặt vào KĐTT IC3 có giá trị âm nên điện áp đầu ra IC3 dương → điện áp tại điểm C là U C = 0 nên đầu ra KĐTT IC5 có điện áp âm, Tr bị phân cực ngựoc nên khoá. Lúc này tổng điện áp đầu vào KĐTT IC4 có giá trị dương nên đầu ra KĐTT IC4 có giá trị âm tức là Ukc < 0 => làm cho động cơ có cực tính quay theo chiều hạ điện cực xuống. Trong quá trình làm việc của lò hồ quang thì lò làm việc trong vùng ±E ( tức là vùng không nhạy) là ý tưỏng nhất vì trong vùng này hồ quang cháy ổn định.
II.3. Các mạch lấy tín hiệu phản hồi và mạch đặt tín hiệu.
Trong quá trình làm việc của lò hồ quang thì các thông số như dòng hồ quang, áp hồ quang hay tốc độ động cơ và một vài thông số khác luôn thay đổi trong quá trình làm việc, nên đê cần ổn định quá trình làm việc thì ta sử dụng các mạch phản hồi để ổn định các đại lượng này.
II.3.1. Mạch phản hồi dòng điện hồ quang (A.Ihq).
Mạch này có nhiệm vụ nhận tín hiệu điện áp từ máy biến dòng tỷ lệ với dòng điện hồ quang rồi đưa tói mạch tạo luật điều khiển, tín hiệu này phản ánh sự thay đổi của dòng điện hồ quang trong quá trình làm việc của lò. Để phản ánh đúng tín hiệu phản hồi dòng điện hồ quang ta có thể sử dụng sơ đồ mạch chỉnh lưu để biến đổi tín hiệu xoay chiều sang máy biến dòng rồi đư vào đầu vào.
Để hiểu thêm về nguyên lý hoạt động của sơ độ ta đi phân tích hoạt động của các khấu cấu thành mạch.
II.3.1.1. Mạch chỉnh lưu chính xác toàn sóng.
Từ sơ đồ ta thấy hai phần tử IC1 và IC2 đóng vai trò là mạch chỉnh lưu chính xác toàn sóng, trong đó IC1 kết hợp với R1, R3, D1, D2 tạo thành mạch chỉnh lưu điện áp nửa chu kỳ âm, còn IC2 kết hợp với R2,, R4, R5 tạo thành mạch cộng đảo tín hiệu. Vậy ta có sơ đồ mạch như sau:
Nguyên lý làm việc:
Khi điện áp Uv > 0 thì điện áp ra của KĐTT IC1 UrIC1 < 0 lúc này tại điểm A là UA = 0 do D2 khó lúc đó tín hiêu vào cổng đảo của KĐTT IC2 chỉ còn tín hiệu điện áp vào. Để mạch làm nhiệm vụ chỉnh lưu tức là điện áp ra bằng điện áp vào thì ta chọn hệ số khuyếch đại của bộ cộng đảo bằng 1 (k = 1). Ta có k = R5/R2 = 1 => R5 = R2 Khi đó điện áp ra r Uv Uv R R U =− ⋅ =− 2 5
Khi Uv < 0 thì điện áp đầu ra của mạch KĐTT IC1 là UrIC1 > 0, D1 khoá còn D2 thông ta có A Uv Uv R R U =− ⋅ =− 1 3
với R3 = R1. Lúc này điện áp đầu voà KĐTT IC2 là tổng hợp của hai tín hiệu điện áp vào và điện áp ra tại điểm A nên khi đó ta có điện áp đầu ra của bộ chỉnh lưu là:
( v) vv v A r U R R U R R U R R U R R U =− ⋅ − + ⋅ ⋅ + ⋅ − = 4 5 4 5 2 5 4 5 => r Uv R R R R U ⋅ − = 2 5 2 5
Để điện áp ra bằng điện áp vào thì: R5/R2 – R5/ R4 = -1 ⇔R5. R4 - R5. R2 = -R2. R4 ⇔R5. R4 = ( R5 – R4) . R2 mặt khác ta đã chọn R5 = R2 => R5. R4 = R5 - R4. R2 =>R4 =R5 - R4 =>R4 =R5/2 II.3.1.2. Mạch lọc.
Các phần tử R6, R7, R8, R9, C1, C2, C3, C10, và KĐTT IC3 trên sơ đồ đóng vai trò là mạch khuyếch đại đảo và lọc tín hiệu. Ta có sơ đồ như sau:
Mạch này có tác dụng loại đi các thành phần sòng hài bậc cao, ở đây ta sử dụng ba khâu tích phân mắc nối tiếp nhau. Khi đó với những tín hiệu điện áp có tần số thấp thì mạch điện được khuyếch đại lên nhờ điện trở hồi tiếp, còn các thành phần sóng hài bậc cao sẽ bị dập đi nhờ các tụ lọc C1, C2, C3.
Mạch này có chức năng là đảo tín hiệu nên khi điện áp vào là âm thì điện áp ra sẽ là dương => điện áp của mạch chỉnh lưu tỷ lệ với dòng hồ quang là dương.
II.3.2. Mạch phản hồi điện áp hồ quang (B. Uhq).
Mạch lấy tín hiệu điện áp hồ quang có tác dụng nhận tín hiệu điện áp của điện cực hồ quang qua máy biến áp đến mạch phản hồi điện áp. Đầu ra của mạch phản hồi điện áp được đưa tới đầu vào phản hồi điện áp của mạch tạo luật điều khiển.
Từ sơ đồ mạch ta thấy: Khối I chính là mạch chỉnh lưu lấy tín hiệu tỷ lệ với dòng điện hồ quang như đã trình bày ở phần III.1 với điện áp ra của khối này là dương. Nhưng phản hồi điện áp ta cần là điện áp âm khi đó ta sử dụng khối II có chức năng đảo tín hiệu điện áp đồng thời có thể thay đổi được điện áp phản hồi B.Uhq.
Mạch khuyếch đại đảo gồm các điện trở R11, R12, R13, và Rph, KĐTT IC4, mạch này ngoài chức năng khuyếch đại đảo tín hiệu vào thì nó còn có thể thay đổi được hệ số khuyếch đại bằng cách đóng mở các khoá K. Khi các khoá K cùng mở thì: v ph r U R R R R U ⋅ + + = 13 12 11 min
Nên khi thay đổi sự đóng mở các khoá K thì ta thay đổi được hệ số khuyếch đại của mạch tức là thay đổi được điện áp ra.
Khi các khoá K cùng mỏ thì Ur là min Khi các khoá K cùng đóng thì Ur là max Ur max = v ph U R R ⋅ 11
Trong quá trình nấu thép bằng dòng hồ quang ứng với mỗi giai đoạn nấu luyện ta cần một công suất lò khác nhau, do vậy người ta cần phải thay đổi nhiều cấp của biến áp lò ứng với mỗi cấp của biến áp lò ta sẽ có một giá trị đầu vào khác nhau. Để đảm bảo tín hiệu điện áp hồ quang đưa đến đầu vào khuyếch đại tổng hợp luôn luôn có giá trị xác định ta thiết kế bộ điều khiển điện áp, việc thay đổi các giá trị này được thực hiện bằng các khoá K (bộ phân áp) đóng mở các điện trở đầu vào của khâu đảo dấu KĐTT IC4