PHẦN 3 : THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN
3.2 Thiờt kế mạch phỏt xungđiều khiển cỏc van chỉnh
3.2.4 Khõu tạo xung
Tựy theo từng trường hợp của gia cụng xung cú thể cú nhiều phần mạch khỏc nhau như là :
- Mạch sửa xung.
- Mạch khuếch đại xung.
- Mạch truyền xung đến Tiristor (thiết bị đầu ra). - Mạch phõn chia xung.
Về phần mạch đồng bộ húa và phỏt song răng cưa cũng như mạch so sỏnh, ta lựa chọn điều khiểu một van thỡ cú một mạch riờng, như vậy ta khụng cần mạch phõn chia xung nữa.
3.2.4.1 Mạch sửa sung
Xuất phỏt từ nguyờn lý hoạt động của khõu so sỏnh, thấy rằng khi thay đổi trị số uđk để thay đổi gúc điều khiện thỡ đội dài của cỏc xung ra của khõu so sỏnh thay đổi. Như vậy là sẽ xuất hiện tỡnh trạng cú một số trường hợp độ dài xung quỏ ngắn khụng đủ để mở cỏc Tiristor hoặc độ dài xung quỏ lớn, gõy tổn thất lớn trong mạch phỏt xung. Mạch sửa xung được đưa vào nhằm để khắc phục cỏc vấn đề trờn. Mạch sửa xung làm việc theo
77
nguyờn tắc khi cú xung vào với độ dài khỏc nhau nhưng mạch vẫn cho xung ra cú độ dài bằng nhau theo yờu cầu và giữ nguyờn thời điểm bắt đầu xuất hiện của mỗi xung.
Mạch sửa xung được sử dụng sơ đồ như hỡnh sau:
Giản đồ sửa xung:
v3 v2 v1 ura uc2 urss
78
Kết quả mụ phỏng Proteus
Mụ phỏng giản đồ sửa xung Nguyờn lý làm việc của mạch:
Trong khoảng thời gian từ t1 0 v1. Giả sử tụ C2 đó được nạp đầy và cú cực tớnh như giản đồ điện ỏp. Tr2 được mở (giả thiết là mở bảo hũa) nhờ điện ỏp định thiờn R9, điện ỏp đầu ra khõu sửa xung bằng khụng.
Khi đầu ra khõu so sỏnh lật trạng thỏi (cú giỏ trị õm) tại thời điểm t v1 tụ sẽ phúng điện và đường phúng của tụ: +C R8 nội trở nguồn so sỏnh mỏt D2 -C. Khi tụ phúng hết thỡ tụ nạp ngược laị: +Ucc R9 C2 R8 nội trở nguồn so sỏnh - Ucc. Trong thời gian phong nạp của tụ C2 thỡ Tr2 bị dặt điện ỏp ngược và khúa lại. Lỳc này đầu ra của khõu sửa xung xuất hiện một điện ỏp dương, xung này qua mạch khuếch đại và được truyền đến mở cỏc Thyristor. Khi tụ C2 được nạp đầy thỡ Tr2 lại mở ra Usx = 0.
Như vậy, thời gian tồn tại xung đầu ra của khối sửa xung phụ thuộc vào thời gian phúng nạp của tụ C2.
79
3.2.4.2 Mạch khuếch đại xung và truyền xung đến Thyristor
Thụng thường cú 2 cỏch 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 mỏy biến ỏp xung.
Em sử dụng phương phỏp truyền xung qua mỏy biến ỏp xung cho hệ thống này. Đõy là phương phỏp truyền xung nhiều nhất hiện nay vỡ nú cú thể khắc phục được cỏc nhược điểm của phương phỏp truyền xung trực tiếp, đú là:
- Đảm bảo sự cỏch ly tốt về điện giữa mạch động lực và mạch điều khiển bộ chỉnh lưu. - Dễ dàng thực hiện việc truyền đồng thời cỏc xung đến cỏc Tiristor mắc nối tiếp nhau hoặc song song bằng cỏch dựng mỏy biến ỏp xung cú nhiều cuộn thứ cấp.
- Dễ dàng phối hợp giữa điện ỏp nguồn cung cấp cho tầng khuếch đại cụng suất xung và biờn độ xung cần thiết trờn điện cực điều khiển của Tiristor nhờ việc chọn tỷ số mỏy biến ỏp xung cho phự hợp.
- Mỏy biến ỏp xung (BAX) về cơ bản kết cấu giống như mỏy biến ỏp bỡnh thường cụng suất nhỏ. Hoạt động của BAX tương tự như MBA làm việc với dũng điện khụng sin hoặc cú thể xỏc định như là phi tuyến và sẽ bằng khụng khi từ trường lừi thộp BAX đặt giỏ trị bóo hồ. BAX cú mạch từ rất chúng bóo hồ, nú chỉ hoạt động trong những khoảng thời gian ngắn.
Để khuyếch đại cụng suất của xung điều khiển, hiện nay phổ biến nhất là cỏc sơ đồ khuếch đại bằng Tiristor và Tranzitor. Em sử dụng sơ đồ mạch khuếch đại xung (KĐX) dựng Tranzitor việc sử dụng Tranziror làm mạch KĐX là phổ biến và dễ dàng thực hiện. Từ nguyờn lý hoạt động của sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha 6T cần cú mạch gửi xung, em chọn BAX 2 cuộn thứ cấp để thực hiện gửi xung.
80
Tớnh toỏn với sơ đồ mạch khuếch đại.
- Diode 1N4007 là một diode silic chỉnh lưu phổ biến 1A thường được sử dụng trong cỏc adapter AC cho cỏc thiết bị gia dụng thụng thường.
Ta chọn loại diode 1N4007
Điện ỏp làm việc : 50V – 1000V Cường độ dũng điện: 0,5-1A
- Biến ỏp xung: + Chọn tỷ số mỏy biến ỏp m =1 2
Với điện ỏp phớa thứ cấp U2đk 2(V)
Dũng điện phớa thứ cấp I2đk 40(mA)
Dũng điện phớa sơ cấp là: 2 1
I 40
I 80(mA)
m 1 / 2
Tớn hiệu đầu vào (uv) của mạch khuếch đại xung, là tớn hiệu điện ỏp ở xung đầu ra mạch chia xung gửi tới. Thiết bị đầu ra được sử dụng là biến ỏp xung (BAX).
Sơ đồ mạch khuếch đại xung sử dụng 2 Tranzitor ghộp kiểu Darlingtơr(mắc nối tiếp hai Tranzitor). Hai Tranzitor Tr3 và Tr4 mắc nối tiếp tương đương với một Tranzitor cú hệ số khuếch đại dũng điện của 2 Tranzitor thành phần.
= 1+ 2. Trong đú 1 và 2 là hệ số khuếch đại dũng điện theo sơ đồ cực phỏt chung của Tr3 và Tr4.
81
Tớn hiện vào của mạch khuếch đại xung (uv) là tớn hiệu ra của mạch gửi xung đõy là tớn hiệu logic cú 2 mức logic 0 và 1. Để phõn tớch nguyờn lý hoạt động của sơ đồ ta gọi. - txv: Thời gian tồn tại của một xung điện ỏp vào.
- tbh: Thời gian tớnh từ lỳc cú dũng điện một chiều qua cuộn sơ cấp mỏy BAX (khi Tr3 vảTr14 mở bóo hồ) đến lỳc từ thụng lừi thộp của BAX đặt giỏ trị từ thụng bóo hồ. - txr: Thời gian tồn tại 1 xung điện ỏp ra
Xột trường hợp tbh > txv.
Trong khoảng t = 0 t1 lỳc này chưa cú xung vào (uv=0) khụng cú dũng chảy qua cuộn sơ cấp BAX (w1) nờn bờn thứ cấp BAX khụng nhận được xung(UđkT = 0).
Khi t = t1 bắt đầu xuất hiện xung vào (uv > 0) làm cho Tr9 và Tr10 mở bóo hồ, nờn cuộn w1 đột ngột chịu điện ỏp ucc, suất hiện dũng qua cuộn w1 cú giỏ trị tăng dần, do đú cảm ứng sang phớa thứ cấp (w2) của BAX 1 xung điện ỏp. Với cực tớnh của hai cuộn dõy như ở hỡnh vẽ thỡ xung xuất hiện bờn w2 sẽ đặt cực thuận nờn D2 và truyền qua D2 đến cực điều khiển (G) và katốt (K) của Thyristor.
Khi t = t1+txv=t’1 (lỳc này mạch từ chưa bóo hồ), mất xung vào (uv=0) làm cho hai Tranzitor Tr3 và Tr4 đồng thời khoỏ lại, thụng qua w1 giảm về khụng. Do cú sự giảm dần của dũng điện sẽ xuất hiện xung cú cực tớnh ngược lại (xung õm) xung này cảm ứng sang
82
w2 điện ỏp đặt cực ngược lại (xung õm này cảm ứng sang w2 điện ỏp đặt cực ngược vào D2 nờn khụng cú xung tới cỏc cực của Thyristor tức là UđkT=0).
Xột trường hợp tbh < txv.
Trong khoảng từ 0 - t1: chưa cú xung ở đầu vào (uv=0) nờn Tr3 và Tr14 khúa do đú khụng cú dũng điện qua w1 nờn phớa thứ cấp w2 khụng cú xung cảm ứng sang, kết quả là khụng cú xung điều khiển Tiristor (UđkT=0).
Khi t = t1 thỡ bắt đầu cú xung ỏp vào (uv>0) làm cho Tr3 và Tr4 mở (hai Tranzitor mở bóo hồ), Trờn cuộn sơ cấp BAX w1 đột ngột chia điện ỏp ucc và cú dũng tăng dần đi qua. Với cỏc cực tớnh cuộn dõy như hỡnh vẽ thỡ phớa thứ cấp BAX w2 cú xung đặt cực thuận nờn điốt D2 và truyền qua đến cực điều khiển (G) và Katốt (K) của Tiristor.
Khi t =t1+tbh thỡ mạch từ BAX bị bóo hồ, nờn từ thụng lừi thộp khụng biến thiờn dẫn đến xung cảm ững trờn cỏc cuộn dõy mất, do đú mất xung đến cỏc cực Tiristor (UđkT=0).
83
Khi t =t1+txv=t2 mất xung ỏp vào (uv=0) dẫn đến Tr3 và Tr4 cũng khoỏ kộo theo dũng qua w1 giảm dần về khụng. Sự giảm dần của dũng qua W1 làm từ thụng trong lừi thộp BAX biến thiờn theo hướng ngược lại, do vậy xuỏt hiện xung điện ỏp õm trờn cuộn w1 cỏc xung điện ỏp õm này cũng bị khử dần.
Kết luận : Thời gian làm việc của mạch từ mỏy BAX cú ảnh hưởng rất lớn đến độ dài của xung ra điều khiển của Tiristor. Trong trường hợp tbh > txv thỡ độ dài của xung ra đỳng bằng độ dài của xung vào (txr= txv). Cũn trong trường hợp tbh < txv thỡ độ dài của xung ra đỳng bằng thời gian để cho mạch từ của mỏy BAX bóo hồ (txr=tbh).
=>Vậy cần phải cho BAX cú thời gian bóo hồ của mạch từ đủ lớn.
84
85
86
Sơ đồ một kờnh tạo xung trờn mụ phỏng Proteus
87