III Chọn phơng án truyền động:
3.Khâu tạo xung:
do đó xung ra của khâu so sánh cha đáp ứng đủ các thông số yêu cầu của cực điều khiển Tiristor. Vì vậy phải thiết kế thêm mạch khuyếch đại xung, sữa xung… gọi là mạch tạo xung.
Thiết bị của mạch bao gồm :
- R7, C1, D2, Tr2, Tr4 có nhiệm vụ sửa xung.
- Tr3, Tr4, D3, D4, BAX có nhiệm vụ khuyếch đại và truyền xung cung cấp cho cực G của Tiristor.
Nguyên lý làm việc của mạch tạo xung :
- Xung truyền đến cực điều khiển Tiristor dùng máy biến áp xung BAX. Máy biến áp xung ghép giữa đầu ra của tầng khuyếch đại công suất xung với cực điều khiển G và K của Tiristor.
- Khuyếch đại xung : dùng tầng khuyếch đại Đalinhtơn mạch khuyếch đại có hệ số khuyếch đại là : β =β1+β2 trong dó β1,β2 là hệ số khuyếch đại của Tr3 ,Tr4)
- Sửa xung : Khi điện áp đầu ra của khâu so sánh có giá trị dơng, tụ C1 sẽ nạp (D2 khoá Tr3, Tr4 mở bởi xung dơng theo đờng + USS → R7 → - C1 → Tr3 → Tr4 → - USS nên UC1 :
UCC(+) điện áp đầu ra của khâu so sánh có giá trị âm, đi ốt D2 phân cực thuận, Tr3 và Tr4 khóa, tụ C1 phóng điện ( + C1 ) → R7 → USS → D2 → (-C1) tụ C1 phóng nhanh về 0 và
nạp lại với điện áp có cực tính ngựơc lại với hằng số thời gian
τ = R7.C1. Do đó Tr3 và Tr4 không khóa lại ngay mà dần khóa lại tùy thuộc τ , quá trình đó gọi là quá trình sửa xung.
Xuất phát từ nguyên lý hoạt động của khâu so sánh ta thấy: Khi thấy đổi trị số điện áp điều khiển Uđk để thay đổi góc điều khiển thì độ dài của các xung ra của khâu so sánh thay đổi.
Nh vậy sẽ xuất hiện tình trạng 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 nhằm khắc phục các vấn đề nêu trên. Mạch làm việc theo nguyên tắc khi có xung vào với độ dài khác nhau nhng mạch vẫn cho xung ra có độ dài bằng nhau theo yêu cầu và giữ nguyên thời điểm xuất hiện của mỗi xung. Sơ đồ nguyên lý của một mạch sửa xung nh hình vẽ.
Trong sơ đồ: Uv là điện áp vào của mạch, đó chính là điện áp ra của khâu so sánh (điểm E) có mức bão hoà dơng và âm. Các phần tử R11 và C2 sẽ quyết định độ dài của xung ra.
Nguyên lý làm việc của mạch sửa xung nh sau:
• Khi điện áp vào Uv ở mức bão hoà dơng cùng với điện trở định thiên R12, Tr6 mở bão hoà, tụ C2 đợc nạp với cực tính nh phía trên (qua C2 – R11-Tr6). Tr6 mở bão hoà làm điểm F có mức lôgíc “0”. Mức lôgíc này tồn tại trong suốt quá trình Uv bão hoà dơng.
• Khi điện áp Uv ở mức bão hoà âm, tụ C2 phóng điện (qua D1...) đặt thế âm lên mạch phát - gốc của Tr6 làm Tr6 khoá dẫn đến điểm F có mức lôgíc “1”, nghĩa là đầu ra nhận đợc xung ra. Do điện trở ngợc của Tr6 rất lớn nên Ura Ucc. Khi C2 phóng hết điện tích, nó sẽ đợc nạp theo chiều ngợc lại. Nhờ có R12 mà thế (+) lại đặt lên mạch phát - gốc
của Tr6 làm đầu ra lại có mức lôgíc “0”. Mặc dù còn xung âm ở đầu vào nhng nhờ có R12 mà Tr6 mở bão hoà. Thời gian tồn tại xung đợc xác định theo biểu thức:
tx = R11.C1.ln2 (2-15)
Độ dài của xung chỉ phụ thuộc vào gía trị
của R11 và C2 do đó các xung ra luôn có giá
Hình 2-9 Giản đồ điện
trị không đổi. áp khâu sữa xung
Thiết bị đầu ra (Mạch truyền xung): Thông thờng có 2 cách truyền xung từ đầu ra hệ thống điều khiển mạch G - K của Tiristor là truyền xung trực tiếp và truyền xung qua máy biến áp xung.
• Đảm bảo sự cách ly tốt về điện giữa mạch động lực và mạch điều khiển bộ chỉnh lu. • Dễ dàng thực hiện việc truyền đồng thời các xung đến các Tiristor mắc nối tiếp nhau
hoặc song song bằng cách dùng BAX nhiều cuộn thứ cấp.
• Dễ dàng phối hợp giữa điện áp nguồn cung cấp cho tầng khuyếch đại công suất xung và biên độ xung cần thiết trên cực điều khiển của Ti nhờ việc chọn tỷ số BAX hợp lý. • BAX về cơ bản kết cấu giống nh biến áp bình thờng công suất nhỏ. Hoạt động của BAX tơng tự biến áp thờng với dòng điện không sin hoặc có thể xác định nh là phi tuyến và sẽ bằng không khi mạch từ bão hoà. BAX coa mạch từ rất chóng bão hoà, nó chỉ hoạt động trong thời gian ngắn.
• Mạch khuyếch đại xung: Để khuyếch đại công suất của xung điều khiển, hiện
nay phổ biến nhất là các sơ đồ khuyếch đại bằng Ti và Tr. Hình bên là sơ đồ mạch khuyếch xung dùng Transistor khá phổ biến hiện nay. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Tín hiệu đầu vào Uv của mạch khuyếch đại xung sử dụng 2 Tr ghép nối tiếp (còn gọi là ghép kiểu Darlinhtơn). Tr7 và Tr8 mắc nối tiếp tơng đơng một Transisto có hệ số khuyếch đại dòng điện:
β = β1.β2. (2-16)
Chức năng của các phần tử trong sơ đồ:
D2 là điôt có tác dụng giảm dòng điện qua cuộn dây sơ cấp của BAX khi các Tran khoá,đồng thời hạn chế quá điện áp trên Tr. D3 để bảo vệ cuộn dây thứ cấp của BAX nh đối với D2 của mạch sơ cấp.D4 để ngăn xung âm có thể tới cực điều khiển của Tiristor nh các Transistor khác.
Các điện trở để hạn chế xung áp đầu vào và dòng điện cực góp của Transistor.
Tín hiệu vào của mạch là là tín hiệu ra của mạch gửi xung là tín hiệu lôgíc. Gọi txv là thời gian tồn tại của một xung điện áp vào
tbh là thời gian tính từ lúc có dòng điện một chiều qua cuộn dây sơ cấp của BAX (khi Tr7 và Tr8 mở bão hoà) đến lúc lõi thép bão hoà từ.
txr là thời gian tồn tại của xung ra.
a) khi tbh > txv b) khi tbh < txv
• Xét tr ờng hợp tbh > txv:
- Trong khoảng thời gian t = 0 – t1, cha có xung vào, không có dòng qua BAX nên thứ cấp của máy không có tín hiệu.
- Khi t = t1 , xuất hiện xung vào, Tr7,Tr8 mở bão hoà nên cuộn W1 có dòng điện chạy qua, làm cảm ứng sang phía thứ cấp xung điện áp, tạo dòng điện qua D4 đến mạch G-K của Ti.
- Khi t = t2 ( lúc này mạch từ cha bão hoà) mất xung vào. Tr7, Tr8 đóng dòng điện sơ cấp giảm về không qua D2. Bên thứ cấp có s.đ.đ cảm ứng (ngợc chiều với ban đầu do tự cảm) nhng nhờ D4 mà xung âm không truyền tới Ti. Xung dòng âm khép mạch qua R17 và D3 tiêu tán trên điện trở.
Nhờ có D2 và D3 mà không xuất hiện điện áp tự cảm rất lớn trên dây quấn sơ thứ của BAX.
• Khi tbh < txv:
- Khi t = t1 + tbh mạch từ BAX bị bão hoà, từ thông lõi thép bằng const nên mất xung cảm ứng trên W2.
- Khi t = t2 dòng điện sơ cấp về không làm xuất hiện xung âm trên dây quấn thứ cấp nhng không đa đến mạch G-K nh đã nói trên.
Nh vậy thời gian làm việc của mạch từ BAX có ảnh hởng rất lớn đến độ dài của xung điều khiển. Khi tbh > txv thì độ dài xung điều khiển bằng độ dài xung vào. Còn trong tr- ờng hợp ngợc lại, độ dài xung điều khiển chính bằng thời gian bão hoà mạch từ của BAX.
Do đó cần cho BAX có thời gian bão hoà từ đủ lớn.
Thiết kế mạch tổng hợp và khuyếch đại các tín hiệu điều khiển, mạch tạo điện áp chủ đạo :
Do hệ thống đòi hỏi chất lợng cao nên ta sử dụng các tín hiệu phản hồi. Vì vậy phải có mạch tổngt hợp các tín hiệu đó lại. Mặt khác, để nâng cao độ cứng đặc tính cơ hệ kín ta cần khuếch đại tín hiệu điều khiển với hệ số khuếch đại lớn. Do đó cần có khâu khuếch đại tín hiệu, về mặt nguyên lý khâu khuếch đại có thể thực hiện chức năng huếch đại nhng dể điều chỉnh hệ số khuếch đại, ngời ta thờng thiết kế khâu khuếch đại riêng.
Trong truyền động điện ngời ta thờng thực hiện các mạch vòng điều chỉnh tốc độ và dòng điện riêng nên ta chỉ cần tổng hợp tìn hiệu chủ đạo và phản hồi tốc độ ở khâu tổng hợp.
Để đảm bảo tính chính xác của việc tổng hợp ta dùng các vi mạch điện tử. Sơ đồ của khối tổng hợp và khuếch đại nh hình vẽ:
Ta có:
(U γ n)α
K
urDk = KD cd − .
R R R R KKD 2 . 1 3 4 = KKĐ là hệ số khuếch đại 2 . 1α α α = là hệ số phân áp 6 5 5 5 5 1 R R R R R b a b a + + + = α b a b R R R 5 5 5 2 + = α
Khối phản hồi âm dòng điện
Để tránh dòng điện trong động cơ tăng quá mức cho phép khi khởi động, hãm, đảo chiều hay gặp quá tải ta sử dụng mạch điện để hạn chế dòng điện phần ứng. ở đây ta sử dụng mạch phản hồi âm dòng điện. Sơ đồ mạch điện nh hình vẽ: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Máy biến dòng TI cách ly giữa mạch động lực và mạch điều khiển. Điện áp ra của TI đợc chỉnh lu nhờ cầu ba pha ( để đảm bào cho dòng điện trong cuộn sơ cấp của TI là xoay chiều ). Tín hiệu phản hồi dòng điện đợc lấy một phần trên biến trở R rồi đợc đa vào lọc và khuếch đại bởi IC1; IC2. Điện áp âm trên điện trở R4 có tác dụng nh một ngỡng; điện áp đầu ra IC2 đợc tính nh sau: Ta chọn R5 = R6 ( .15) 2 1 6 7 −α − = rIC r u R R u I urIC2 =β. 41 42 R R = α ⇒ r (I Ing) R R u =− .β − 2 4 6 = β α.15 ng I α là hệ số phân áp.
Khi IU < Ing, điện áp đầu ra IC2 có dấu dơng nên các điốt khoá, mạch phản hồi cha có tác dụng.
Khi IU > Ing, điện áp ra có giá trị âm, lúc này mạch phản hồi dòng điện tham gia khống chế góc mở α làm giảm dòng phần ứng.
Thiết kế khâu phản hồi âm tốc độ.
Đối với hệ truyền động ngoài yêu cầu về phạm vi điều chỉnh tốc độ thì ổn định tốc độ khi làm việc cũng rất quan trọng. Trong hệ truyền động này ta thiết kế mạch phản hồi âm tốc độ để năng cao độ đặc tính cơ.
Tốc độ động cơ đợc truyền đến máy phát gốc. Máy phát gốc là một máy phát điện một chiều có điện áp ra tỉ lệ với tốc độ động cơ. Tín hiệu phản hồi lấy trên WR4 và đa vào khâu tổng hợp tín hiệu (KĐTG) xử lý.
Nguồn cung cấp cho toàn mạch điều khiển đợc lấy trên cuộn thứ cấp của máy biến áp đồng bộ xoay chiều một pha và đợc chỉnh lu qua bộ chỉnh lu cầu 3 pha.
Trong đó:
+ Tụ C3, C5, IC 7915 dùng để ổn định điện áp và cung cấp nguồn nuôi cho các kênh điều khiển.
+ Tụ C4, C6, IC7915 dùng để ổn định điện áp và cung cấp nguồn nuôi cho các kênh điều khiển.
Tính toán mạch điều khiển
Việc tính toán mạch điều khiển thờng đợc tiến hành từ tần khuếch đại ngợc trở lên.
Mạch điều khiển đợc tính xuất phát từ yêu cầu về xung mở Tiristor. Các thông số cơ bản để tính mạch điều khiển.
T14-250 :
Điện áp ngợc van UnV = 500 (V)
Dòng điện ngợc van InV = 300 (A)
Đỉnh xung dòng điện Iđx = 6000 (A)
Dòng điện xung điều khiển Iđk = 0,2 (A).
Điện áp xung điều khiển Uđk = 3,5 (V)
Dòng điện rò IR = 0,25 (A)
Sụt áp trên Tiristor ở trạng thái dẫn ∆U =1,75 (V). Tốc độ biến thiên điện áp du/dt = 200 ( V /às)
Tốc độ biến thiên dòng điện di/dt = 100 (A/às).
độ rộng xung điều khiển tx = 167 (às) – tơng đơng với 30 điện.
Tần số xung điều khiển fx = 3 (kHz).
Độ mất đối xứng cho phép ∆α =40
Điện áp nguồn nuôI mạch điều khiển U = ±12 (V).
Mức sụt biên độ xung sx = 0,15