3. Tính tốn thuật toán bù phi tuyến và thiết kế hệ truyền động
3.3. Thiết kế truyền động điện và mô phỏng sơ bộ
3.3.3. Thiết kế điều khiển chỉnh lưu và mô phỏng
Mạch điều khiển chỉnh lưu cầu ba pha được thực hiện theo nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính (Hình 163. ).
Theo nguyên tắc này, người ta dùng hai điện áp:
Điện áp đồng bộ ký hiệu là Vtw, đồng bộ với điện áp đặt lên anode và cathode của thyristor, đặt vào đầu không đảo của khâu so sánh; Điện áp điều khiển, ký hiệu là Vdk, (Điện áp một chiều, có thể điều
chỉnh được biên độ), đặt vào đầu đảo của khâu so sánh.
Bấy giờ hiệu điện thế của khâu so sánh là:
Vdk Vtw
UOP = −
Mỗi khi Vtw=Vdk thì khâu so sánh lật trạng thái, ta nhận được các xung sin chữ nhật ủa điện áp đầu ra. c Với các xung này thông qua đa hài một trạng thái ổn định, các phần tử logic sẽ tạo ra xung điều khiển.
Bằng cách làm biến đổi Vtw, người ta có thể điều chỉnh được thời điểm xuất hiện các xung ra, tức là điều chỉnh được góc α.
Giữa và Vtwcó quan hệ sau:
Vtw Vdk
π α =
46
Hình 3.17. Sơ đồ mạch và biểu đồ sóng mơ phỏng khâu đồng bộ
Như vậy theo nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính mạch điều khiển chỉnh lưu gồm các khâu chính sau:
Khâu tạo tín hiệu đồng bộ
Dùng chỉnh lưu một pha hai nửa chu kỳ, biến áp hạ áp (01.Vn) với thứ cấp có điểm giữa (D1, D2) tạo ra điện áp chỉnh lưu (02.Vcl):
Điện áp (02.Vcl) được cộng với điện áp âm (Vpd) rồi đưa tới đầu vào đảo của khuếch thuật toán, được so sánh với điện áp (0V) đặt tại đầu vào khơng đảo của khuếch thuật tốn tạo ra tín hiệu (04.Vdpb) tương ứng với thời điểm mà điện áp nguồn đi qua điểm khơng.
47
Hình 3.18. Sơ đồ mạch tạođiện áp răng cưa
Điện áp (Vpd) càng gần với điện áp (0V) thì xung sin chữ nhật tại đầu ra của khuếch thuật tốn có độ rộng càng hẹp và phạm vi điều chỉnh càng lớn.
*Nhận xét: Với biểu đồ sóng mơ phỏng nhận được, mạch thiết kế đã tạo ra được xung đồng bộ với điểm 0 của điện áp nguồn chỉnh lưu.
Khâu tạo điện áp răng cưa
Nhận xung (04.Vdpb) từ khâu tạo tín hiệu đồng bộ, dùng khuếch thuật tốn tạo dịng hằng nạp cho tụ C1:
Điện áp trên tụ C1 tăng trưởng tuyến tính với dịng nạp tới 10V: t C I U C C1= 11 (3. ) 43 → 1 1 10. 1 1000. 1 1 U C C C I C C = = =
Chọn trước C1=100nF, R3=100KΩ, lấy t=0,01s gần đúng bằng một nửa chu kỳ: A t C U I C C 4 9 1 1 10 01 , 0 10 . 100 . 10 1= − = − =
48
Hình 3.19. Biểu đồ sóng mơ phỏng của khâu tạo điện áp răng cưa
Hình 3.20. Mạch và biểu đồ sóng mơ phỏng của khâu so sánh
Ω = Ω = = = + − K I R R C P 120.10 120 10 12 12 3 4 1 1 3
Chọn P1 biến trở 20 vòng 50K, điều chỉnh xung quang 20K sao cho phù hợp với điều kiện làm việc và thông số khác của mạch.
*Nhận xét: Với biểu đồ sóng mơ phỏng nhận được, mạch thiết kế đã tạo ra được xung răng cưa đồng bộ với điện áp nguồn chỉnh lưu.
49
Hình 3.21. Mạch và biểu đồ sóng mơ phỏng của khâu dao động tạo xung
Nhận áp răng cưa (05.Vtw) từ khâu tạo điện áp răng cưa, dùng khuếch thuật toán so sánh với (06.Vdk) là điện áp dương một chiều. Tại đầu ra ta được các xung đầu ra (07.Vck). Thay đổi (06.Vdk) thì cũng sẽ thay đổi được góc mở α.
*Nhận xét: Với biểu đồ sóng mơ phỏng nhận được, mạch thiết kế đã tạo được xung ra tại thời điểm mong muốn theo áp điều khiển.
Khâu dao động tạo xung
Xung đầu ra (07.Vck) với độ rộng lớn khơng thích hợp để phối ghép với biến áp xung. Do đó cần phải băm thành chùm xung tần số cao với độ rộng phù hợp:
*Nhận xét: Với biểu đồ sóng mơ phỏng nhận được, mạch thiết kế đã tạo
được chùm xung vng với độ rộng 50%, tần số có thể điều chỉnh thông qua
biến trở P2.
Khâu tạo và phân phối xung điều khiển
Nhận xung đầu ra (07.Vck) từ khâu so sánh và xung chùm (10.Vosc) từ khâu dao động, dùng Flip-Flop D kết hợp với phần tử AND 4 vào 1 ra. Xuất
50
Hình 3.22. Sơ đồ mạch, biểu đồ sóng mơ phỏng của khâu tạo
và phân phối xung điều khiển
xung điều khiển dạng chùm xung (11 T1. ) và (12.T4) với pha A, (11 T3. ) và (12.T6) với pha B, (11.T5) và (12.T2) với pha C:
Ngồi ra với tín hiệu logic điều khiển (13.Vco) kích hoạt hoặc ngắt xung đầu ra:
(13.Vco) = ‘1, cho phép xuất xung tới đầu ra; (13.Vco) = ‘0, không xuất xung tới đầu ra.
51
Hình 3.23. Sơ đồ mạch khuếch đại xung
*Nhận xét: Với biểu đồ sóng mơ phỏng nhận được, mạch thiết kế đã phân tách được xung đầu ra của khâu so sánh phân phối tới hai thyristor trong một nhánh cầu, trộn được xung điều khiển với xung chùm tần số cao.
Khâu khuếch đại xung
Có nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu điều khiển, cách ly mạch điều khiển với mạch lực và phối hợp trở kháng giữa cực điều khiển của thyristor với mạch khuếch đại đầu ra, thay đổi cực tính của xung khi cần.
Tiếp nhận xung đầu ra của khâu tạo và phân phối xung điều khiểnđặt lên cực cổng G của transistor trường. Transistor này lập tức dẫnkhóa theo xung chùm và trong một khoảng bằng đúng độ rộng của xung điều khiển chính. Giúp cho sơ cấp của biến áp xung cũng được cấp điện áp +E đúng như vậy. Qua thứ cấp của biến áp xung xung điều khiển , được đặt lên cực cổng G của
thyristor.
Sau đây là sơ đồ mạch và biểu đồ sóng mơ phỏng hồn chỉnh của pha A, điều khiển nhánh cầu thứ nhất với thyristor T1 và (T4 Tương tự với các pha cịn lại):
53
Hình 3.25. Biểu đồ sóng mơ phỏng của mạch chỉnh lưu
*Nhận xét: Như vậy, với biểu đồ sóng mơ phỏng hồn chỉnh trên, mạch điều khiển chỉnh lưu t ực hiện đầy đủ các chức năng đặt ra: Đồng bộ điện áp, h
tạo áp răng cưa đồng bộ, so sánh tạo xung ra, phân phối xung điều khiển tới thyristor, trộn xung điều khiển với xung tần số cao, cách ly và phối hợp trở kháng với mạch lực. Phù hợp với lý thuyết.
54