PHẦN 3 : THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN
3.2 Thiờt kế mạch phỏt xungđiều khiển cỏc van chỉnh
3.2.2 Phõn tớch chọn khõu đồng bộ húa và phỏt súng răng cƣa
a.Chọn mạch đồng bộ
Khối đồng bộ cú chức năng đảm bảo quan hệ về gúc pha cố định với điện ỏp của mạch lực nhằm xỏc định điểm gốc để tớnh gúc điều khiển α và hỡnh thành điện ỏp cú dạng phự hợp làm xung nhịp cho hoạt động của khõu tạo điện ỏp tựa phớa sau nú.
Thực tế khõu này cú quan hệ ảnh hưởng qua lại chặt chẽ với khõu tạo điện ỏp tựa, nờn trong một số trường hợp đơn giản, hai chức năng trờn được gộm trong một mạch duy nhất, mà thụng thường mạch đồng pha là luụn chức năng đồng bộ.
Để thực hiện chức năng đồng bộ thụng thường người ta sử dụng mỏy biến ỏp (tựy thuộc vào loại chỉnh lưu một pha hay ba pha sẽ cú khõu đồng bộ là mỏy biến ỏp một pha hay ba pha) hoặc cỏc phần tử cỏch ly quang.
66
Tuy nhiờn để đồng bộ với vi điều khiển thỡ cần tớn hiệu lật trạng thỏi tại thời điểm điện ỏp bằng 0, với kiến thức đó học em ỏp dụng chế độ làm việc bóo hũa của IC khuếch đại thuật toỏn để tạo xung cú dạng chữ nhật và đặc biệt cú thời điểm lật trạng thỏi tại điện ỏp bằng 0.
Để tạo điện ỏp đồng bộ đảm bảo yờu cầu đặt ra người ta sử dụng hai kiểu mạch đơn giản sau:
Mạch phõn ỏp bằng điện trở hoặc bằng điện trở kết hợp điện dung hay điện cảm: Điện ỏp đầu vào là điện ỏp lưới xoay chiều , điện ỏp ra cũng là điện ỏp xoay chiều cựng tần số, cựng hoặc lệch đi một gúc pha xỏc định. Loại này ớt được sử dụng vỡ cú sự liờn hệ trực tiếp về điện giữa mạch động lực và mạch điều khiển.
Ưu điểm: đơn giản, dễ thực hiện.
Nhược điểm: Cú sự liờn hệ trực tiếp về điện giữa mạch động lực và mạch điều
khiển, nhưng cần cú cỏch ly quang.
Mạch đồng bộ dựng mỏy biến ỏp: Trường hợp này người ta sử dụng mỏy biến ỏp cụng suất nhỏ thường là mỏy biến ỏp hạ ỏp để tạo ra điện ỏp đồng bộ. BA cú thể là một pha hay nhiều pha tuỳ thuộc vào sơ đồ chỉnh lưu cụ thể. Trong sơ đồ ta dựng biến ỏp 3 pha tổ nối dõy /Y-1. Mỏy biến ỏp tạo điện ỏp đồng bộ 3 pha với sơ đồ đấu nối / Y-1 để tạo thời điểm gúc mở tự nhiờn của van trựng với thời gian điện ỏp pha bằng 0 và chuyển sang dương. Như vậy ta khụng cần sử dụng mạch dịch pha để dịch đi 300
vỡ sử dụng mỏy BA kiểu đấu dõy / Y -1 đó làm phớa thứ cấp chậm sau phớa sơ cấp 300 điện.
67
Ưu điểm: Cỏch ly điện ỏp cao của mạch động lực với mạch tạo xung điều khiển.
Cực tớnh, pha, cuộn dõy thay đổi dễ dàng.
Nhược điểm: Thực hiện phức tạp, đắt tiền hơn so với mạch đồng bộ dựng điện trở.
=> Trong đồ ỏn này em chọn mạch đồng bộ sử dụng mỏy biến ỏp đồng bộ 3 pha.
b. Chọn mạch tạo súng răng cƣa.
Mạch phỏt súng răng cưa đảm nhận chức năng tạo ra điện ỏp tựa cú dạng hỡnh răng cưa biến đổi một cỏch chu kỳ trựng với chu kỳ của cả xung ở đầu ra của mạch phỏt xung. Điện ỏp răng cưa để điều khiển mạch phỏt xung sao cho mạch phỏt ra một hệ thống cỏc xung điều khiển xuất hiện lặp đi lặp lại với chu kỳ bằng chu kỳ nguồn xoay chiều cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu. Kỹ thuật điện tử đó chỉ ra rằng để tạo ra điện ỏp răng cưa phự hợp tần số và gúc pha của nguồn xoay chiều cung cấp cho bộ chỉnh lưu, thỡ tốt nhất là sử dụng sơ đồ được điều khiển bởi điện ỏp biến thiờn cựng tần số,dạng của nú cú thể là bất kỳ.
Để tạo ra điện ỏp răng cưa ta cú rất nhiều sơ đồ.
- Sơ đồ mạch phỏt súng răng cưa dựng đi ốt,điện trở, tụ điện (D -R-C).
- Sơ đồ mạch phỏt súng răng cưa dựng mạch D-R-C nạp điện cho tụ bằng nguồn một chiều ổn định.
- Sơ đồ mạch phỏt súng răng cưa dựng mạch D-R-C và Tranzitor.
- Sơ đồ mạch phỏt súng răng cưa dựng mạch D-R-C và Tranzitor và nạp tụ bởi dũng khụng đổi.
- Sơ đồ mạch phỏt súng răng cưa dựng vi mạch khuếch đại thuật toỏn (KĐTT). Trong mỗi mạch phỏt súng răng cưa lại cú ưu nhược điểm riờng của mỗi mạch.
68
Sau đõy ta sẽ phõn tớch một số sơ đồ tiờu biểu :
Sơ dồ khối ĐBHFRC dựng điot
Sơ đồ nguyờn lý và dạng súng răng cưa
Giới thiệu sơ đồ.
- BAĐ là mỏy biến ỏp đồng bộ thuộc phần mạch đồng bộ hoỏ.. Là một mỏy biến ỏp cụng suõt nhỏ và là mỏy biến ỏp hạ ỏp để tạo ra điện ỏp tớn hiệu đồng bộ với điện ỏp lưới U1, phớa thứ cấp mỏy biến ỏp thu được điện ỏp cú biờn độ nhỏ cựng pha với điện ỏp lưới cung cấp cho mạch lực.
69
- Cỏc điện ỏp trong sơ đồ cũng tương tự như sơ đồ .
Ưu điểm : Sơ đồ đơn giản chỉ gồm linh kiện và điốt và tụ điện.
Nhược điểm: Dạng điện ỏp ra khỏc nhiều với dạng điện ỏp lý tưởng thời gian luụn
t nờn gúc điều khiển của bộ biến đổi nhỏ.và đặc biệt điện ỏp răng cưa phụ thuộc nhiều vào điện ỏp đồng bộ.
Mạch phỏt súng răng cưa dựng D-R-C và transitor.
Sơ đồ và giản đồ làm việc mạch phỏt súng răng cưa dựng D-R-C và Tr Giới thiệu sơ đồ.
Trong sơ đồ này cú:
- BAĐ là mỏy biến ỏp đồng bộ để tạo ra tớn hiệu đồng bộ hoỏ.
- Điụt D , transitor Tr, cỏc điện trở R1, R2, R3, R4 và biến trở WR, tụ điện C là cỏc phần tử của mạch phỏt điện ỏp răng cưa.
urc o a * Mạch đồng bộ D ul WR R1 +Ucc R3 Tr R4 R2 uc * uđb BAĐ C Urcmax Udb u 1 t 3 2 urc
70
- Điện ỏp nguồn xoay chiều cấp cho sơ đồ chỉnh lưu ul, điện ỏp đồng bộ uđb, điện ỏp một chiều cung cấp cho sơ đồ tạo súng răng cưa Ucc, điện ỏp đầu ra của sơ đồ urc được ký hiệu như hỡnh vẽ.
Nguyờn lý hoạt động.
Thời điểm t=0 tới t= thỡ uđb>0 (điểm a dương hơn điểm o) nờn trờn D được đặt điện ỏp thuận, D sẽ mở dẫn đến sẽ cú dũng điện từ cuộn thứ cấp BAĐ đi qua R2 và diode D, nếu bỏ qua sụt điện ỏp rất nhỏ trờn cuộn dõy mỏy biến ỏp đồng bộ hoỏ và trờn diode D thỡ trờn R2 được đặt điện ỏp bằng toàn bộ s.đ.đ. thứ cấp BAĐ, tức là uđb. Điện sụt trờn R2 lỳc này cú thế dương đặt vào cực phỏt Tr,cũn thế õm đặt vào cực gốc Tr, do vậy mạch gốc-phỏt transitor của Tr bị đặt điện ỏp ngược và Tr khoỏ (khụng cú dũng cực gúp). Tr khoỏ thỡ tụ C được nạp từ nguồn một chiều cung cấp cho sơ đồ cú giỏ trị ổn định là Ucc qua điện trở R3 và biến trở WR.
Đến t= thỡ điện ỏp đồng bộ uđb = 0 và bắt đầu chuyển sang nửa chu kỳ õm (điểm a trở nờn õm hơn điểm o). Van D bị đặt điện ỏp ngược và khoỏ lại do vậy điện ỏp đồng bộ khụng cũn tỏc động đến mạch gốc-phỏt của Tr nữa, lỳc này dưới tỏc động của nguồn cung cấp một chiều qua điện trở định thiờn R1 trong mạch định thiờn theo kiểu phõn ỏp gồm R1 và R2 mà Tr mở. Tr mở thỡ tụ C ngừng nạp và bắt đầu phúng điện qua mạch gúp- phỏt của transitor Tr và điện trở bảo vệ transitor là R4.
=>> Nhận xột:
Ưu điểm: Điện ỏp ra cú dạng gần giống điện ỏp răng cưa lý tưởng, độ dài súng đó dạt
được 180o. điện ỏp ra khụng phụ thuộc vào điện ỏp đồng bộ.
Nhược điểm: Dũng nạp cho tụ thay đổi khụng ổn định điện ỏp răng cưa phụ thuộc nhiều
vào tớnh chất của tải thời gian phúng lõu.
Sơ đồ ĐBHFRC dựng tranzitor và IC khuyếch đại thuật toỏn:
Trong sơ đồ ta dựng biến ỏp đồng bộ 3 pha tổ nối dõy /Y-1. Mỏy biến ỏp tạo điện ỏp đồng bộ 3 pha với sơ đồ đấu nối / Y-1 để tạo thời điểm gúc mở tự nhiờn của van trựng với thời gian điện ỏp pha bằng 0 và chuyển sang dương. Như vậy ta khụng cần sử dụng mạch dịch pha để dịch đi 300 vỡ sử dụng mỏy BA kiểu đấu dõy / Y-1 đó làm phớa thứ cấp chậm sau phớa sơ cấp 300 điện.
71
Sơ đồ gồm cú :
- Mạch tạo điện ỏp răng cưa.
- Phần mạch tạo điện ỏp răng cưa sử dụng khuếch đại thuật toỏn KĐTT để tạo ra dũng nạp tụ khụng đổi.
- Ngoài ra cũn cú cỏc phần tử khỏc như đi ốt D, cỏc transistor Tr1 và Tr2, Tr3 cỏc điện trở R1 R5 và biến trở WR, tụ điện C.
Nguyờn lý làm việc của sơ đồ:
- Khoảng t 0 của điện ỏp đồng bộ.
Điện ỏp udb = 0 và bắt đầu õm làm Tr1 khúa làm cho điện ỏp trờn cực gốc – phỏt của Tr2 ube2 > 0,7 (V) làm Tr2 mở ra. Giả sử ICKDTT là lý tưởng ta cú:
v v 0 v v I I U U
Vỡ cực dương ICKDTT nối mỏt nờn cực e của Tr2 như được nối mỏt ảo nờn ube3<0,7(V). làm Tr3 khúa. Tụ C được nạp điện. Do ICKDTT cú điện trở ra rất nhỏ nờn cú thể coi UraKD là nguồn ỏp.
72
Khi IC lý tưởng thỡ I1=Ic. 1
6 6 ( Ucc) Uv Ucc I const VR R VR R tụ C2 được nạp bằng nguồn dũng khụng đổi. 1 1 c t I t U i dt C C
Do IC là lý tưởng lờn điện ỏp ra của IC tương đương với điện ỏp trờn tụ C (do 1 chõn tụ C nối mỏt ảo ).
- Khoảng t 2 của điện ỏp đồng bộ.
Điện ỏp udb = 0 và bắt đầu dương làm Tr1 mở làm cho điện ỏp trờn cực gốc – phỏt của Tr2 ube2 <0,7 (V) làm Tr2 khúa lại. Khi Tr2 khúa làm Tr3 mở. Tụ C2 phúng điện qua Tr3 đến khi điện ỏp trờn tụ bằng khụng thỡ dừng lại.
73
Kết quả mụ phỏng trờn phần mềm proteus nhƣ sau:
Mụ phỏng dạng điện ỏp răng cưa dựng IC KĐTT Ưu điểm:
Điện ỏp răng cưa là điện ỏp đầu ra của khuyếch đại thuật toỏn cú nội trở rất nhỏ nờn điện ỏp đầu ra khụng phụ thuộc vào tải. Với sơ đồ này thỡ dung lượng của tụ cần rất nhỏ khoảng 220nF, độ dài điện ỏp ra đạt đến 1800 và phúng điện rất nhanh.
Kết luận:
Vậy khối ĐBHFRC cú thể được tạo ra từ nhiều sơ đồ, từ cỏc phần tử khỏc nhau tuy nhiờn từ sự phõn tớch ưu, nhựơc điểm của mỗi sơ đồ thỡ dựng sơ đồ tranzitor và IC KĐTT là giải phỏp tối ưu nhất .