► Yêu cầu chung của mạch điều khiển:
- Phát xung điều khiển đến các valve lực theo đúng thứ tự pha và theo đúng góc điều khiển α cần thiết.
- Đảm bảo phạm vi điều khiển αmin ÷ αmax tương ứng với phạm vi thay đổi điện áp ra tải của mạch lực.
- Cho phép bộ điều áp làm việc bình thường với các chế độ khác nhau do tải yêu cầu.
- Góc điều khiển mọi valve không được lệch quá (1 ÷ 3)o điện.
- Đảm bảo mạch hoạt động ổn định và tin cậy khi lưới điện xoay chiều dao động cả về giá trị điện áp và tần số.
- Có khả năng chống nhiễu công nghiệp tốt.
- Độ tác động của mạch điều khiển nhanh, dưới 1ms.
- Đảm bảo xung điều khiển phát tới các valve phù hợp để mở chắc chắn valve.
► Sơ đồ khối mạch điều khiển:
- Nguyên tắc điều khiển dọc:
Hình 3.1 : Sơ đồ cấu trúc điều khiển dọc
- Hoạt động: Khâu ĐB thường tạo ra điện áp hình sin có góc lệch pha cố định so với điện áp lực. Utựa tạo ra điện áp tựa có dạng cố định (thường có dạng răng cưa, đôi khi có dạng hình sin) theo chu kỳ do nhịp đồng bộ của Uđb. Khâu so sánh (SS) xác định điểm cân bằng của hai điện áp Utựa và Uđk để phát động khâu tạo xung DX. Như vậy trong nguyên tắc này thời điểm phát xung mở valve hay góc điều khiển thay đổi do sự thay đổi trị số của Uđk.
Đ B U t ự a S S D X K Đ X U đ b U r c U s s U d x U g k U l ự c U đ k
a, khâu đồng bộ :
Hình3.2 Hình ảnh mô phỏng khâu đồng bộ
-Nguyên Lý hoạt động : Khi cấp nguồn 220V vào sơ cấp của biến áp đồng pha, phía thứ cấp của biến áp được hạ áp. Giả sử tại thời điểm ban đầu t = 0, nửa chu kỳ đầu điện áp dương đặt trên D1, D1 sẽ thông và D2 sẽ bị khoá, nửa chu kỳ sau tại thời điểm t2= điện áp xoay đảo dấu và thế dương được đặt vào anốt D2, D2sẽ thông và D1bị khoá. Vậy điện áp U1 là điện áp một chiều nửa hình sin
Điện áp được đưa vào cửa dương của khâu so sánh OA1 để so sánh với giá trị điện áp đặt được đưa vào cửa âm của OA1.
Khi U1<U0 thì tại cửa ra của OA1 có U2=-Ubh Khi U1>U0 thì tại cửa ra của OA1 có U2=+Ubh
Như vậy OA1 có nhiệm vụ so sánh điện áp nửa hình sin của U1 với U0 để tạo ra trên đầu ra một điện áp âm, dương liên tiếp dạng xung vuông như hình vẽ
- Do kiểu sơ đồ đấu của van, ta có góc điều khiển: 0o ≤ α ≤ 150o. - Chọn: • Uđp = 15V • f = 50Hz • E = ±15V.
- Nhóm chỉnh lưu D1, D2 có điện áp đặt vào là điện áp đồng pha với Uhd
= 15V nên Ungmax đặt lên diode là: - Chọn R1 = 15K , R2= 10k
Hình3.3 Biểu đồ kết quả mô phỏng với các thông số linh kiện đã tính toán
b, khâu tạo điện áp răng cưa
Hình3.4 Mô phỏng khâu răng cưa trên Psim
-chọn • E = ± 15V • f = 50Hz
-Do trong khi đó, tại mỗi nửa chu kì của điẹn áp lực ta phải tạo được 1 xung rang cưa
chỉnh góc điều khiển , do đó góc được quy đổi thành thời gian là: =>
-Chọn tụ C1= 330nF - Với tp = 1,6ms, ta có:
-Cụm điện trở R3 này dùng để chỉnh thời gian phóng của tụ - Với tn = 8,4ms và điện áp bảo hòa của OA2 là:
Ubh = E – 1,5 = 15 – 1,5 = 13,5 (v) =>
Hình3.5 Biểu đồ mô phỏng của khâu tạo xung răng cưa với các thông số đã được tính toán như trên
c, khâu so sánh
18V nên có thể không cần hai điện trở này. Tuy nhiên để an toàn, ta đặt R5 =
R6 = 6K để bảo vệ ngõ vào của OA.
- Điều kiện làm việc của OA:
• Các điện áp đưa vào so sánh (Utựa và Uđk) phải cùng dấu (cùng “-“ hoặc cùng “+”) thì mới có hiện tượng thay đổi trạng thái ở đầu ra (Uss).
• Độ chênh lệch tối đa giữa hai cửa trong khi làm việc không được vượt quá giới hạn cho phép của OA
d, khâu tạo xung chùm:
Để giảm công suất cho tầng khuyếch đại và tăng số lượng xung kích
mở, nhằm đảm bảo thyristor mở một cách chắc chắn, ta dùng một bộ phát xung chùm cho các thyristor. Chùm xung thu được sẽ đưa tới cổng AND cùng với tín hiệu nhận từ khâu so sánh. Tín hiệu đầu ra sẽ được đưa tới khâu
khuyếch đại xung.
Hình3.8 Hình ảnh biểu đồ mô phỏng xung chùm 1 và 2 e, tách xung
Hình3.9 Hình ảnh mô phỏng khâu tách xung f,khâu dao động tần số cao
-Nguyên lý hoạt động:
OA được sử dụng như bộ so sánh hai cửa .Tụ C liên tục được phóng – nạp làm cho OA đảo trạng thái mỗi lần điện áp trên tụ đạt trị số của bộ chia
điện áp R1,R2 .
Chu kì dao động : T=2RC.ln(1+2R1/R2)
Tổng trở bộ phận áp (R1+R2) khoảng 20K ,điện trở R1 thường lấy nhỏ hơn R2 để giảm độ chênh lệch giữa hai đầu vào OA có tham số tốc độ tăng áp lớn
đại xung. Trong thực tế người ta dùng trazitor để giảm sự phức tạp của tầng khuếch đại , trong trường hợp người ta dùng 2 tranzitor mắc nối tiếp tương đương với 1 tranzitor có hệ số khuếch đại.
-Nguyên lý hoạt động:
OA được sử dụng như bộ so sánh hai cửa .Tụ C liên tục được phóng – nạp làm
Hình 3.10 Hình ảnh mô phỏng khâu dao động tần số
Hình3.11 Biểu đồ mô phỏng khâu dao động tần số g,khuếch đại xung
Hình3.12 Mô phỏng khâu khuếch đại trên Psim
- Khuếch đại xung có nhiệm vụ tăng công suất do khâu tạo dạng xung DX hình thành đến mức đủ mạnh để mở valve lực. Đa số các thyristor mở chắc chắn khi xung điều khiển có giá trị UGK = (5 ÷ 10)V và IGK = (0,3 ÷ 1)A trong thời gian khoảng 100μs.
- Thực chất, nhiệm vụ của KĐX là khuếch đại dòng điện. Với cỡ dòng điện IG thì cần phải dùng transistor làm chức năng khuếch đại, và vì transistor thông dụng cỡ dòng 1A có hệ số β < 100 nên KĐX thường gồm 2 tầng khuếch đại. Phương pháp này thông dụng nhất hiện nay vì dễ dàng cách ly phần điều khiển và phần lực. Tuy nhiên do tính chất vi phân của biến áp nên không cho phép truyền các xung rộng vài mili giây. Để đơn giản mạch, đồng thời vẫn đảm bảo hệ số khuếch đại dòng cần thiết, tầng khuếch đại thường đấu theo kiểu Dalinton.
Chọn vật liệu làm lõi sắt Ferit HM. Lõi có dạng hình xuyến, làm việc trên một phần đặc tính từ hoá có = 0,3T ; = 30 (A/m) không có kẽ hở không khí.
- Tỉ số biến áp xung chọn m = 3.
- Dòng điện thứ cấp máy biến áp xung : I= I= 0,1 (A) - Dòng điện sơ cấp máy biến áp xung : I= = = 0,033 (A) -Độ từ thẩm trung bình tương đối của lõi sắt :
= = = 8.10 (H/m)
Với = 1,25.10 (H/m) là độ từ thẩm của không khí. - Thể tích lõi thép cần có : V = Q.l =
V =
V = 0,834.10(m) = 0,834 (cm)
-Chọn mạch từ có thể tích V = 1,4 (cm). Với thể tích đó, ta có các kích thước mạch từ như sau :
a = 4,5 mm ; b = 6 mm ; Q = 27 mm ; d = 12 mm ; D = 21 mm.
Chiều dài trung bình mạch từ l = 5,2 cm. + Số vòng dây sơ cấp máy biến áp xung :
Theo định luật cảm ứng điện từ có : U = W.Q = W.Q.
W = = = 186 (vòng)
+ S vòng dây th c p : W = = = 62 (vòng)ố ứ ấ
T t c các điôt trong m ch đi u khi n đ u dùng lo i 1N4009 cóấ ả ạ ề ể ề ạ các thông s :ố
Dòng đi n đ nh m c : I = 10 mAệ ị ứ Đi n áp ngệ ượ ớc l n nh t : U = 25 Vấ Đi n áp đ cho điôt m thông : U = 1 Vệ ể ở - Các thông số ban đầu:
• Valve lực là loại T588N. • IG = 250mA.
- Chọn biến áp xung (BAX) có tỷ số k = 2, ta có tham số dòng điện sơ cấp như sau:
- Nguồn công suất, ta lấy chung nguồn 15V sử dụng cấp cho mạch điều khiển, do đó ta chọn bóng T2 là loại BD135 có các thông số sau:
• UCE = 45V • ICmax = 1,5A • βmin = 40.
- Tuy nhiên, để tiêu tán nhanh dòng điện qua BAX khi bóng T2 khóa, ta lắp thêm R16 nối tiếp với cuộn sơ cấp để khi T2 khóa, dòng điện qua BAX sẽ chảy vòng qua D10-R16 và làm cho năng lượng tiếu tán trên R16 này. Điều này tránh được tình trạng điểm làm việc của lõi biến áp bị đẩy lên vùng bảo hòa.
=>
- Do dòng qua điện trở này thường xuyên là lớn => chọn R16 =
10Ω/2W.
- Bóng T3 chọn loại BC107 có các thông số sau:
• UCE = 45V • ICmax = 0,1A • βmin = 110.R - Vậy R15 là điện trở đầu vào có trị số là:
=> Chọn R15 = 15K.