I. NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 1 Thyristor chỉ mở cho dòng chảy qua khi thoả mãn hai điều kiện :
b. Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arccos.
Nguyên tắc này dùng hai điện áp :
Điện áp động bộ Ut vượt trước điện áp A-K của thyristor một góc bằng /2. ( Nếu UAK = Asin t thì Ut = Bcos t ).
UAK có thể điều khiển được theo hai hướng dương và âm. Ut + Uđk được đưa đến đầu vào khâu so sánh. Khi Ut + Uđk = 0 ta nhận được một xung ở đầu ra của khâu so sánh.
Uđk + Bcos = 0
⇒ = arccos( -Uđk/B ). Thường lấy B = Uđkmax. Khi Uđk = 0 thì = /2.
Nguyên tắc này được sử dụng trong các thiết bị chỉnh lưu chất lượng cao.
Nhận xét: Yêu cầu của điều áp xoay chiều ba pha có thể dùng nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính vì nó đơn giản và đáp ứng được yêu cầu mạch lực.
Điều khiển thyristor trong sơ đồ chỉnh lưu hiện nay thường gặp là điều khiển theo nguyên tắc thẳng đứng tuyến tính. Nội dung của nguyên tắc này có thể mô tả theo giản đồ hình dưới đây:
Khi điện áp xoay chiều hình sin đặt vào anod của thyristor, để có thể điều khiển được góc mở của thyristor trong vùng điện áp+anod, ta cần tạo một điện áp tựa dạng tam giác, ta thường gọi là điện áp tựa hay điện áp răng cưa Urc. Như vậy điện áp tựa cần có trong vùng điện áp dương anod.
Dùng một điện áp một chiều Uđk so sánh với điện áp tựa. Tại thời điểm (t1,t4) điện áp tựa bằng điện áp điều khiển (Urc=Uđk), trong vùng điện áp dương anod, thì phát xung điều khiển Xđk. Thyristor được mở tại thời điểm có xung điều khiển (t1,t4) cho tới cuối bán kỳ (hoặc tới khi dòng điện bằng 0).
AI. SƠ ĐỒ KHỐI MẠCH ĐIỀU KHIỂN
Để thực hiện được ý đồ đã nêu trong phần nguyên lý điều khiển ở trên, mạch điều khiển bao gồm các khối cơ bản trên hình vẽ sau:
Tạoo tín hiệu Tạo điện áp tựa Khối so sánh Uđk Khuyếch đại và tạo xung đầu ra Khối đồng pha
Nhiệm vụ của các khối
Tạo điện áp điều ồ điề khiển Dao động tạo xung vuông Tiristo 28 download by : skknchat@gmail.com
Đồ án ĐTCS Thiết kế bộ CL của nguồn UPS
-Khối đồng pha: có nhiệm vụ tạo điện áp tựa Urc (thường gặp là điện áp dạng răng cưa tuyến tính) trùng pha với điện áp anod của thyristor.
-Khối tạo điện áp điêù khiển:điện áp điều khiển là điện áp một chiều tổng hợp tín hiệu dòng điện đưa vào khối so sánh cùngvới điện áp đồng pha.
-Khối so sánh :có nhiệm vụ so sánh giữa điện áp tựa với điện áp điều khiển Uđk, tìm thời điểm hai điện áp này bằng nhau (Uđk=Urc). Tại thời điểm hai điện áp này bằng nhau, thì phát xung ở đầu ra để gửi sang tầng khuyếch đại.
Khối so sánh ảnh hưởng rất lớn tới sai lệch tín hiệu tĩnh của hệ thống. Khối này thường được thiết kế bằng vi mạch hoặc bán dẫn nên kích thước nhỏ gọn ,độ tin cậy cao ,giá thành hạ.
-Khối tạo xung :có nhiệm vụ tạo xung phù hợp để mở thyristor.Bao gồm :khâu sửa xung sửa chữa hình dạng xung cho phù hợp kinh tế nhất, khâu khuếch đại và tạo xung đầu ra tạo xung có biên độ và độ rộng cần thiết để mở thyristo chắc chắn. Đầu ra có thể đưa trực tiếp tới Ti hoặc gián tiếp qua biến áp xung ,tranzito quang để cách li với mạch động lực
III..TÍNH TOÁN MẠCH ĐIỀU KHIỂN 1. Khâu khuếch đại xung và biến áp xung.
+15V MBAX R12 D6 d9 d10 T1 T2
a.Tính biến áp xung :
Đồ án ĐTCS Thiết kế bộ CL của nguồn UPS
*Trong sơ đồ trên :
- Điện trở R11 hạn chế dòng qua transitor - D6 chống quá áp trên transitor
- D9,D7 ngăn xung âm vào cực điều khiển
- D10,D8 giảm quá áp trên trên tiếp giáp G-K khi thyristor phân cực ngược * Tác dụng của biến áp xung:
- Biến áp xung có nhiệm vụ tạo xung điều khiển và cách ly mạch điều khiển và mạch lực
- Biến áp xung là loại biến áp đặc biệt ,trong đó điện áp đặt lên phía sơ cấp có dạng xung chữ nhật mà không phải là điện áp hình sin , tần số làm việc của biến áp xung có thể vài trăm Hz đến hàng trăm kHz
- Sơ đồ tương đương :
sBiến áp xung có số vòng dây rất ít ( w <= 100) , do đó điện trở thuần của cuộn dây rất nhỏ có thể bỏ qua , điện cảm tản của cuộn dây cũng có thể bỏ qua
- Các đại lượng trên sơ đồ:
r : điện trở trong của nguồn điện áp E : nguồn điện áp xung chữ nhật
N= w1/w2 : tỷ số biến của máy biến áp R’= R/N2 : điện trở tải tương đương I’= N.i2 : dòng tải tương đương
U’ = U /N : điện áp tương đương trên tải
L = ( awt2 S) / l : điện cảm từ hoá biến áp xung
a= . 0 : độ từ thẩm tuyệt đối 0= 4 10 -7 H/m
S : tiết diện mạch từ , l chiều dài trung bình của mạch từ. Chọn tỷ số của biên áp xung N=2
Ta biết điện áp thứ cấp của biến áp xung: U2 = Ug = 2,5 V
Điện áp cuộn sơ cấp biến áp xung U1 = U2.N = 2,5 . 2 = 5(V). Dòng điện thứ cấp của biến áp xung
I2 = Ig = 50 mA
Dòng điện cuộn sơ cấp của biến áp xung
I1 = I2/N = 50/2 = 25 m A
Độ từ thẩm : = 6000 A/m
Lõi sắt dùng vật liệu ferit , diện tích lõi S = 1 cm2 Độ từ hoá : BS = 0,45 tesla
ta biết U1 = w1 / t = w1 /tx = w1 Bs.S/tX suy ra :
w =U 1 .tx
1
.Bs .S
tx: chiều dài của xung
W
Số vòng cuộn thứ cấp BAX là:
w2 w
N1 442 22 vòng
mật độ dòng điện J = 2 A/mm2 tiết diện dây quấn sơ cấp
S1 I1 0,025
0,0125mm2
Đồ án ĐTCS Thiết kế bộ CL của nguồn UPS
đường kính của dây quấn sơ cấp
d1
tiết diện dây quấn thứ cấp S2I
J2 0,05
2 0,025mm 2
tiết diện dây quấn thứ cấp
d2
b-Tính khâu khuếch đại xung: Ta có : Ug = 2.5 V
Ig = 50 mA
Như vậy: U2 = 2,5 V , I2 = 50 mA. điện áp bên sơ cấp của biến áp xung :
U1 =N.U2 =2.2,5=5V I1 = I2/ N = 50/2 = 25 mA Chọn bóng T3 với các thông số : UCE=35V ICE=3A 10 giá trị của R20 R20 =
Dòng điện qua cực bazơ của T3 :
IBT3 =
Dòng qua emitơ của T2 cũng chính là dòng bazơ của T3: IET2 = IBT3 = 2mA
Đồ án ĐTCS Thiết kế bộ CL của nguồn UPS MBA D1 Uv D2 *Điện áp đồng pha ta chọn là - 15 ÷ + 15 dòng điện I = 100 mA D1, D2 ta chọn loại 1001 có các thông số U =220V I =1A
* Hoạt động của sơ đồ:
Trong nửa chu kỳ đầu điện áp đặt lên D1 là ngược và điện áp đặt lên D2 là thuận , điện áp là điện áp cuộn w22 ,trong nửa chu kỳ tiếp theo D1 phân cực thuận còn D2 phân cực ngược điện áp ra là điện áp của cuộn w21 như vậy điện áp ra lấy phần phần âm của điện áp nguồn.
33 download by : skknchat@gmail.com
1
3. Khâu dịch điện áp:
R 1 + 12V
+15V
1
2
4. Khâu đồng bộ tạo điện áp răng cưa. *Sơđồ:
34 download by : skknchat@gmail.com
R4VR2 VR2 D3 R -12V 2 3
nếu dòng qua tụ có giá trị không đổi thì điện áp trên tụ thay đổi theo quy luật tuyến tính : UC = IC.t / C . Do đó IC/C =UC/t =6.103 .Từ đó dòng qua tụ có gia trị là: IC = C.6.103 Chọn tụ C =0,22uF
IC =1,32mA => R5 =Un/UC = 12/(1,32.10-3) = 9 K Chọn R5 =9K
Trong khoảng 9ms còn lại ;dòng qua tụ C bằng dòng qua điện trở VR2+R4 . Ta phải chọn gía trị dòng điện sao cho tụ C phóng điện về đến 0 V sau đúng 9ms .
Trong khoảng thời gian này điện áp C thay đổi theo quy luật
Đồ án ĐTCS Thiết kế bộ CL của nguồn UPS
UC = 6V – (IC/C)/9.10-3 =>IC = 0,15.10-3 mA =>VR2+R4 = 12/0,15.10-3 = 80K
Để hiệu chỉnh được điện áp trên t ụ C đ úng =0V sau 9ms thì : R4=51K ; VR1=51K 4- Khâu so sánh. * sơ đồ 3 R7 R10 Udk *nguyên lý hoạt động :
Điện áp răng cưa được đưa vào cực không đảo của khâu so sánh , còn điện áp điều khiển được đưa vào cực đảo của khâu này , như vậy đây là khâu so sánh không đảo :
khi Urc < Udk thì Ura ≈ - E1 khi Urc > Udk thì Ura ≈ + E1
khi Urc = Udk thì khâu so sánh lật trạng thái của đầu ra. Chọn điện trở hạn chế đầu vào
R7 = R27 = 15 k
Khuếch đại thuật toán ta chọn loại TL 084 với nguồn nuôi Vcc =
So sánh điện áp điều khiển với điện áp răng cưa ta được chuỗi xung vuông liên tiếp
download by :