Khâu tạo xung:

a) Hãm động năng kích từ độc lập:

2.4.2.3. 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 thƣờng thiết kế cho khâu so sánh làm việc với công suất xảy ra nhỏ, do đó xung ra chƣa đủ các thông số yêu

/6 u u 2  t t t t ur 2  ur  2 Ucđ ur Uđk+ucđ+ur t 0 0 0 0 0  Ur+uđk /2 Hình 2.33

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.

a)Mạch sửa xung.

Từ nguyên lý hoạt động của khâu so sánh. Ta thấy rằng khi giá trị của UĐK thay đổi để thay đổi góc mở  thì độ rộng xung ra thay đổi theo không bảo đảm yêu cầu công nghệ. Vì vậy ta sẽ đƣa vào Hệ thống điều khiển một mạch điện có tác dụng đƣa ra xung có độ dài không đổi mặc dù xung đầu vào thay đổi gọi là mạch sửa xung.

Nguyên lý hoạt động :

Giả thiết điện áp đặt vào nhƣ hình vẽ.

+ Tại thời điểm t < t1 D khoá nên cực gốc của Tr có thế dƣơng đặt vào nhờ có R2 định thiên Tr mở bão hoà. Sụt áp trên Tr rất nhỏ UTr 0 do đó Ura0 .Tụ C đƣợc nạp

theo đƣờng: +UVC TrUV.Tụ C đƣợc nạp đầy đến giá trị Uc =UV .

+ Tại thời điểm t =t1 có xung âm xuất hiện ở đầu vào tụ C phóng điện theo đƣờng: +C+UV-UVD-C. Lúc này, cự gốc của Tr bị đặt điện áp

ngƣợc nên Tr khoá lại. Khi C phóng hết nhƣng chƣa đúng thời điểm mà đầu vào có xung dƣƣng xuất hiện để mở Tr nên Ura =0 .

+ Tại thời điểm t =t2 đầu vào xuất hiện xung dƣơng quá trình lặp lại nhƣ ban đầu.

Hình 2.34

b)Mạch khuếch đại xung:

Để khuếch đại công suất của xung điều khiển, hiển nay phổ biến nhất là các sơ đồ khuếch đại bằng Tiristor và Tranzitor. Bản thiết 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 (usx) của mạch khuếch đại xung, là tín hiệu điện áp ở xung đầu ra mạch chia xung gửi tới. Thiết bị đầu ra đƣợc 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 Tr7 và Tr8 mắc nối tiếp tƣơng đƣơng với môt Tranzitor có hệ số khuếch đại dòng điện của 2 Tranzitor thành phần .

 = 1+ 2. Trong đó 1 và 2 là hệ số khuếch đại dòng điện theo sơ đồ cực phát chung của Tr7 và Tr8.

*Chức năng của các phần tử trong sơ đồ nhƣ sau.

+ D3 là đi ốt có tác dụng giảm các dòng điện qua cuộn dây sơ cấp BAX (w1), làm xuất hiện xung điện áp âm trên cuộn w1điện áp âm này sẽ đặt cực thuận lên D3làm D3 thông. do vậy mà dòng sơ cấp máy biến áp xung lúc đó không giảm đột ngột mà vãn đƣợc duy trì qua D3, nên xung điện áp xuất hiện trên các cuộn dây cũng có giá trị nhỏ.

+D4 là đi ốt cũng có tác dụng khép mạch xung âm nhƣ D3(nhƣ ở phía thứ cấp máy BAX). Vì xung âm ở w1 sẽ cảm ứng sang w2 sức điện đông và sinh ra xung âm đặt cực thuận lên D4.

+D5 là đi ốt có tác dụng ngăn xung âm có thể có tới cực điều khiển của Tiristor nhƣ các Tranzitor khác. tr8 tr7 d4 d3 d5 r15 g k usx +ucc bax w1 w2 UTi

+ R15 là điện trở có tác dụng hạn chế xung áp đầu vào

* Nguyên lý làm việc của sơ đồ:

Tín hiện vào của mạch khuếch đại xung (usx) là tín hiệu ra của mạch gửi xung đây là tín hiệu logic có 2 mức logic 0 và 1. Để phân tích nguyên lý hoạt động của sơ đồ ta gọi.

+ txv: Thời gian tồn tại của một xung điện áp vào.

+ tbh: Thời gian tính từ lúc có dòng điện một chiều qua cuộn sơ cấp máy BAX (khi Tr7vảTr8 mở bão hoà) đến lúc từ thông lõi thép của BAX đặt giá trị từ thông bão hoà.

+ txr: Thời gian tồn tại 1 xung điện áp ra.

+ Trong khoảng t = 0  t1 lúc này chƣa có xung vào (usx=0) không có dòng chảy qua cuộn sơ cấp BAX (w1) nên bên thứ cấp BAX không nhận đƣợc xung(UđkT = 0).Khi t = t1 bắt đầu xuất hiện xung vào (usx > 0) làm cho Tr7 và Tr8

mở bão hoà, nên cuộn w1 đột ngột chịu điện áp ucc, suất hiện dòng qua cuộn w1

có giá trị tăng dần, do đó cảm ứng sang phía thứ cấp (w2) của BAX 1 xung điện áp. Với cực tính của hai cuộn dây nhƣ ở hình trên thì xung xuất hiện bên w2 sẽ đặt cực thuận nên D5 và truyền qua D5 đến cực điều khiển (G) và katốt (K) của Tiristor.

+ Khi t = t1+txv=t2 (lúc này mạch từ chƣa bão hoà), mất xung vào (uv=0) làm cho hai Tranzitor Tr7và Tr8 đồng thời khoá lại, thông qua w1 giảm về không. Do có sự giảm dần của dòng điện sẽ xuất hiện xung có cực tính ngƣợc lại (xung âm) xung này cảm ứng sang w2 điện áp đặt cực ngƣợc lai(xung âm này cảm ứng sang w2 điện áp đặt cực ngƣợc vào D5 nên không có xung tới các cực của Tiristor tức là UđkT= 0 ).Khi đó xung này khép vòng qua D4, năng lƣợng của nó sẽ tiêu tán lúc này nếu nhƣ không có D3 và D5 thì dòng qua w1 giảm đột ngột gây đột biến từ thông BAX làm cho biên độ xung điện áp trên các cuộn dây rất lớn.

Thông thƣờng có 2 cách truyền xung từ đầu ra hệ thống điều khiển mạch điện cực G-K của Tiristor là truyền xung trực tiếp và truyền xung qua máy biến áp xung.

Bản thuyết minh này sử dụng phƣơng pháp truyền xung qua máy biến áp xung. Đây là phƣơng pháp truyền xung nhiều nhất hiện nay vì nó có thể khắc phục đƣợc các nhƣợc điểm của phƣơng pháp truyền xung trực tiếp, đó là.

- Đảm bảo sự cách ly tốt về điện giữa mạch động lực và mạch điều khiển bộ chỉnh lƣu.

- Dễ dàng thực hiện việc truyền đồng thời các xung đến các Tiristor mắc nối tiếp nhau hoặc song song bằng cách dùng máy biến áp xung có nhiều cuộn thứ cấp.

- Dễ dàng phối hợp giữa điện áp nguồn cung cấp cho tầng khuếch đại công suất xung và biên độ xung cần thiết trên điện cực điều khiển của Tiristor nhờ việc chọn tỷ số máy biến áp xung cho phù hợp.

- Máy biến áp xung (BAX) về cơ bản kết cấu giống nhƣ máy biến áp bình thƣờng công suất nhỏ. Hoạt động của BAX tƣơng tự nhƣ MBA làm viẹc với dòng điện không sin hoặc có thể xác định nhƣ là phi tuyến và sẽ bằng không khi từ trƣờng lõi thép BAX đặt giá trị bão hoà. BAX có mạch từ rất chóng bão hoà, nó chỉ hoạt động trong những khoảng thời gian ngắn.

D)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 đƣợc sử dụng để điều khiển riêng 1 Tiristor trong sơ đồ chỉnh lƣu cầu 3 pha. Nhƣ vạy ta cần phải tách riêng 2 xung trong cùng một kênh phát xung đó ra.

Để thực hiện mạch tách xung ngƣời ta có thể sử dụng nhiều linh bán dẫn và vi mạch điện tử khác nhau. đối với mạch phát xung điều khiển ở trên đã sử dụng mạch chia xung gồm các phần tử 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 trƣớc 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 Tr3) trong nửa chu kỳ của điện áp đồng bộ hoá. Điểm F (VF) lấy trên Colectơ của Tr6 có các mức logic 0 và mức logic 1(là tín hiệu ra của mạch sửa xung) cũng tƣơng ứng với các nửa chu kỳ của điện áp đồng bộ

hoá. Nhƣ 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 dƣơng của uđbd sau một góc điều khiển  thì VF =1 kết hợp với VA= 1, VB = 0 nên nhận đƣợc 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  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).

Nhƣ vậy với mỗi một kênh phát xung sở dụng mạch tách xung nhƣ trên đảm bảo tách riêng rẽ đƣợc các xung ra mà thời điểm xuất hiện của xung không thay đổi các xung sau khi đƣợc tách ra đƣợc đƣa đến các thiết bị đầu ra truyền xung đến các Tiristor tƣơng ứng.

Thuyết minh sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển:

Qua các phân tích với nguyên lý làm việc của từng khâu trong mạch điều khiển, từ đó rút ra nguyên lý làm việc của mạch. Tín hiệu đầu và của mạch điều khiển là các điện áp đồng bộ hoá và các nguồn điện một chiều cung cấp. Tín hiệu điện áp đồng bộ lấy ra ở thứ cấp của mạch biến áp đồng bộ (BAĐ) có tổ nối dây Y/ Y sơ đồ nối vào nguồn điện áp xoay chiều 380 v phía thứ cấp máy BAĐ là 3 pha điện áp hoàn toàn trung pha với các pha điện áp nguồn xoay chiều cung cấp cho bộ chỉnh lƣu. 3 pha điện áp động bộ đƣa đến 3 kênh phát xung của mạch điều khiển (mỗi kênh ứng với 1 pha). Điện áp đồng bộ pha a uđba các kênh còn lại uđbb, uđbcđƣợc biểu diễn tƣơng tự. diện áp uđba đƣợc dịch chậm pha đi 1 góc 300 điện đƣa đến đầu vào mạch tạo xung chữ nhật gồm các Tranzitor Tr1Tr4. Tín hiệu điện tại các điểm A và B (lấy trên colectơr của Tr4 và Tr3) là các tín hiệu logic có các mức logic 0 và 1. Trong nửa chu kỳ dƣơng của uđba thì điểm nhận mức logic 0 ở đàu và cuối nửa chu kỳ, có mức logic 1 ở các thời điểm còn lại còn điểm B luôn nhận mức logic 0. Tƣơng tự trong nửa chu kỳ âm thì điểm A luôn có mức logic 0, còn điểm B có mức logic 0 và 1 các mức logic ở điểm A và B là tín hiệu vào của phẩn tử NOR (G1), nhƣ vậy tín hiệu ra của G1 (điểm C) sẽ nhận các mức logic, mức logic 1 ở đầu và cuối các nửa chu kỳ điện áp đồng bộ và mức logic 0 ở các thời diểm khác nhau. Mức logic tại thời điểm C là tín hiệu

• • • xp1 x1 • • xp2 • x2 G2 G3

đầu vào khống chế của mạch tích phân tạo điện áp răng cƣa gồm IC1 và IC2 và các điện trở chức năng. Khi điểm C có mức logic 0 thì Tranzitor khống chế (Tr5) khoá, mạch tích phân làm việc và tụ C2 nạp điện tạo thành sƣờn trƣớc tăng dần tuyến tính của điện áp răng cƣa (tại điểm D) kết hợp với nguồn hỗ trợ (-ucd) và so sánh với điện áp điều khiển lấy ở đầu ra mạch khuếch đại trung gian (uddk) làm tín hiệu đầu vào của mạch so sánh (dùng khuếch đại thuật toán IC2). IC2 làm việc ở chế độ bão hoà nên đầu ra điểm E nhận 2 mức bão hoà âm và dƣơng, tín hiệu điểm E là điện áp vào của mạch sửa xung và tách xung điều khiển.

Khi uđk < ur+ucdthì điểm E có mức bão hòa dƣơng, Tr6 thông nhờ có định thiên R14, tụ C3 đƣợc nạp điện theo đƣờng E  C3 R13 Tr6. Do Tr6 mở bão hoà nên điểm F (lấy trên colector Tr6) có mức logic không, do đó không có xung ở đầu ra của G2a và G3a (xp1 và xp2 có mức logic 0). Khi tổng đại sỗ ur+ucđ giảm đến ur+ucd=uđk và sau đó ur+ucd< uđk thì điểm E có mức bão hoà âm, lúc đó tụ C3 phong điện làm cho phát gốc Tr6 bị phân cực ngƣợc nên Tr6 khoá và điểm F có mức logic 1. Theo các phân tích ở phần trƣớc thì trong 1 chu kỳ của uđba, điểm F có 2 lần đặt mức logic 1 xuất hiện lệch nhau góc 1800

điện (ứng với hai nửa chu kỳ). vậy trong nửa chu kỳ dƣơng, sau tri số góc mở  thì xp1a có mức logic 1 (nhận đƣợc xung xp1a ra) trong nửa chu kỳ âm, sau góc  thì nhận đƣợc xung xp2a ra. Hai xung xpa và xp2a xuất hiện lệch nhau góc 1800 điện (có độ rộng đủ để mở Tirisror).

Từ nguyên lý làm việc của một kênh điều khiển ta có thể suy ra là tín hiệu đầu ra của hai kênh điều khiển ứng với điện áp uđvà uđbc là xp1b và xp2b và xp1c, xp2c từng cặp một cùng xuất hiện lệch nhau những góc 1800 điện và có tính chất giống hệt nhau.

Căn cứ vào tính chất của nguồn điện xoay chiều 3 pha đối xứng, ta có thể dễ dàng kết luận rằng: Với 3 kênh phát xung giống hệt nhau, trị số góc  bằng nhau thì các xung ra theo thứ tự xp1a, xp2c, xp1b, xp2a,xp1c, xp2b, xung đứng sau xuất hiện lệch sau xung đứng trƣớc (đứng kề trƣớc) những góc độ điện bằng 2/6=/3. Nhƣ vậy 6 xung này đảm bảo thoả mãn để điều khiển 6 Tiristor trong sơ đồ chỉng lƣu cầu 3 pha đối xứng, hoạt động theo đúng quy luật yêu cầu. Các xung này đƣợc truyền đến các mạch khuếch đại xung và mạch đầu ra truyền xung đến các Tirisror.