1. Mạch đồng bộ hoỏ và phỏt xung răng cưa.
Nhiệm vụ: Tạo ra 1 hệ thống cỏc xung cú dạng răng cưa tuyến tớnh xuất hiện lặp đi lặp lại với chu kỳ bằng chu kỳ nguồn xoay chiều cấp cho sơ đồ chỉnh lưu.
Khõu đồng bộ hoỏ:
Để tạo ra điện ỏp đồng bộ với điện ỏp xoay chiều cấp cho mạch chỉnh lưu. Ta cú thể sử dụng cỏc mạch phõn ỏp bằng điện trở hay kết hợp giữa điện trở và điện dung, GVHD: Nguyễn Văn Hà - 34- SVTH: L ờ Ngọc Nhu
cao giữa mạch điều khiển và mạch động lực, do vậy ớt được sử dụng.
Phương phỏp phổ biến hiện nay là sử dụng biến ỏp đồng bộ trong đú cuộn sơ cấp được nối vào lưới cũn thứ cấp là điện ỏp đồng bộ.
Khõu phỏt xung răng cưa :
Để tạo ra một hệ thống cỏc xung xuất hiện lặp đi lặp lại với chu kỳ bằng chu kỳ nguồn xoay chiều cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu và điều khiển được thời điểm xuất hiện xung trong mỗi chu kỳ, ta phải sử dụng cỏc mạch phỏt xung phỏt ra điện ỏp dạng răng cưa. Đú là mạch đồng bộ hoỏ và phỏt xung răng cưa.
Cú rất nhiều loại mạch điện để tạo ra xung răng cưa nhưng trong trường hợp này chọn khõu đồng bộ hoỏ sau :
Thiết bị của mạch gồm :
- BAĐ là mỏy biến ỏp đồng bộ xoay chiều một pha gồm một cuộn dõy pha sơ cấp và hai cuộn dõy pha thứ cấp cú cực tớnh ngược nhau. Để lấy tớn hiệu đồng bộ và hai cuộn dõy pha thứ cấp cũn lại độc lập với hai cuộn dõy trờn dựng để cung cấp điện ỏp nguồn nuụi cho mạch điều khiển.
- Trờn mạch ra của cuộn dõy thứ cấp lấy tớn hiệu đồng bộ cú cỏc phần tử là mạch tạo điện ỏp răng cưa, trong đú :
+ Mạch gồm Tr1, ĐZ, R4, R1, R2, biến trở R3, C1 + IC thuật toỏn A1, A2.
Hỡnh 3.3 : khõu đồng bộ húa phỏt xung răng cưa
Nguyờn lý làm việc của khõu đồng bộ húa và phỏt xung răng cưa :
GVHD: Nguyễn Văn Hà - 35- SVTH: L ờ Ngọc Nhu U1 U1 R1 A1 R3 éz Tr1 C1 A2 Urc R2
Điện ỏp vào đầu sơ cấp mỏy biến ỏp cú dạng hỡnh sin trựng pha với điện ỏp anot của tiristor qua khếch đại thuật toỏn A1 tạo xung chữ nhật đối xứng Ub, phần dương của điện ỏp chữ nhật qua Đz tới A2 tớch phõn thành điện ỏp tựa Urc. Cũn phần õm của xung điện ỏp làm tranzitor mở nờn A2 bị ngắn mạch, điện ỏp Urc = 0, trong vựng điện ỏp Ub õm . trờn đầu ra của A2 chỳng ta cú chuỗi điện ỏp Urc giỏn đoạn.
2.Khõu so sỏnh.
Khõu so sỏnh cú nhiệm vụ so sỏnh giữa điện ỏp Urc và điện ỏp Udk, tỡm thời điểm hai điện ỏp này bằng nhau (Urc = Udk ). Tại thời điểm hai điện ỏp này bằng nhau, thỡ phỏt xung ở đầu ra để gửi sang tầng khuếch đại.
Việc so sỏnh ta chọn dựng khuếch đại thuật toỏn vỡ KĐTT cú hệ số khuếch đại vụ cựng lớn, chỉ cần một tớn hiệu nhỏ ở đầu vào, đầu ra cú tớn hiệu điện ỏp nguồn nuụi, nờn chọn KĐTT là hợp lý.
Hỡnh 3.4 :Sơ đồ khõu so sỏnh + Thiết bị của mạch gồm :
- IC1 là IC khuyếch đại thuật toỏn cú nhiệm vụ khuyếch đại và so sỏnh tớn hiệu URC và Uđk. URC là điện ỏp răng ca cú chu kỳ theo điện ỏp thuận đặt lờn cỏc van ở mạch động lực, cũn Uđk là điện ỏp điều khiển.
- Điện trở R1, R2. + Nguyờn lý làm việc :
Cỏc điện ỏp răng cưa URC và điện ỏp điều khiển Uđk được đưa vào mạch so sỏnh với cực tớnh khỏc nhau.
GVHD: Nguyễn Văn Hà - 36- SVTH: L ờ Ngọc Nhu R5 R4 A3 Udk Urc Ura
tại thời điểm URC = Udk thỡ đầu ra khối so sỏnh Ura sẻ thay đổi trạng thỏi cụ thể :
Khi URC > Udk : Ura < 0 ↔ α < 900
URC < Udk : Ura > 0 ↔ α > 900
URC = Udk : Ura đổi chiều.
Như vậy điện ỏp của khõu so sỏnh là dạng xung cú 2 mức bóo hào dương và bóo hoà õm .cỏc xung điện ỏp này được đưa tới đầu vào khõu tạo xung
Quỏ trỡnh này được mụ tả trờn giản đồ điện ỏp của mạch điều khiển.
Hỡnh 3.5 :Giản đồ điện ỏp
3 . Khõu tạo xung.
Khõu tạo xung cú nhiệm vụ tạo xung phự hợp để mở tiristo. Xung mở tiristo cú yờu cầu : sườn dốc thẳng đứng, để đản bảo yờu cầu tiristo mở tức thời khi cú xung điều khiển thỡ độ rộng xung lớn hơn thời gian mở của tirsito, đủ cụng suất, cỏch ly mạch lực và mạch điều khiển.
Trong thực tế xung điều khiển chỉ cú độ rộng xung bộ, mà thời gian mở thụng tranzitor cụng suất dài, làm cho cụng suất cỏch tản nhiệt dư tranzito lớn, kớch thước dõy quấn sơ cấp mỏy biến ỏp xung lớn. Để giăm nhỏ cụng suất tỏa nhiệt tranzitor, kớch thước dõy quấn sơ cấp BAX ta cú thể dựng thờm tụ nối tầng. Theo sơ đồ này, Tr chỉ GVHD: Nguyễn Văn Hà - 37- SVTH: L ờ Ngọc Nhu
Udk ? ? U ? 2? Ura 0 0 П 2П ωt ωt
mở cho dũng điện chạy qua trong khoảng thời gian nạp tụ, nờn dũng hiệu dụng của chỳng bộ hơn nhiều lần.
Đối với chỉnh lưu cầu một pha việc điều kiển đồng thời hai van T1, T3 và T2, T4 cú thể thực hiện bằng nhiều cỏch, một trong những cỏch đơn giản là sử dụng biến ỏp xung cú hai cuộn thứ cấp
Sơ đồ của khõu tạo xung :
Hỡnh 3.6 : khõu khuếch đại và truyền xung
Đối với một số mạch, để giảm cụng suất cho tầng khuếch đại và tăng số lượng xung kớch mở, nhằm đản bảo tiristo mở một cỏch chắc chắn
Để đảm bảo yờu cầu về độ chớnh xỏc của thời điểm xuất hiện xung, sự đối xứng của xung ở cỏc kờnh khỏc nhau... mà người ta thiết kế cho khõu so sỏnh làm việc với cụng suất xung ra nhỏ, do đú xung ra của khõu so sỏnh chưa đỏp ứng đủ cỏc thụng số yờu cầu của cực điều khiển Tiristor.Để cú xung cú đủ cỏc thụng số yờu cầu cần thiết ta phải thực hiện khuếch đại xung, thay đổi lại độ dài xung, trong một số trường hợp cần phải phõn chia cỏc xung, và cuối cựng là truyền xung ra của mạch phỏt xung đến cực điều khiển và katụt của Tiristor. Vỡ vậy mà ta phải sử dụng một số mạch điện để thực hiện cỏc cụng việc đó nờu,cỏc mạch này thường bao gồm:
Mạch khuyếch đại xung Mạch sữa xung.
Mạch phõn chia xung.
GVHD: Nguyễn Văn Hà - 38- SVTH: L ờ Ngọc Nhu C2 R6 Tr3 Tr4 +Ucc D2 D1 G1 G4 K1 K4 Urss
Toàn bộ cỏc mạch này được ghộp chung vào một khõu gọi là khõu tạo xung. tuỳ từng trường hợp cụ thể mà cú thể cú đầy đủ cỏc phần mạch riờng để thực hiện đầy đủ cỏc nhiệm vụ đó nờu, cú trường hợp chỉ cú một hoặc một số mạch nhất định nào đú
* Thiết bị của mạch bao gồm : - R6, C2 cú nhiệm vụ sửa xung.
- Tr3, Tr4, D, BAX cú nhiệm vụ khuyếch đại và truyền xung cung cấp cho cực G của Tiristor.
* Nguyờn lý làm việc của mạch tạo xung :
- Xung truyền đến cực điều khiển Tiristor dựng mỏy biến ỏp xung BAX. Mỏy biến ỏp xung ghộp giữa đầu ra của tầng khuyếch đại cụng suất xung với cực điều khiển G và K của Tiristor.
- Khuyếch đại xung : dựng tầng khuyếch đại Đalinhtơn mạch khuyếch đại cú hệ số khuyếch đại là : β =β1+β2 trong đú β1,β2 là hệ số khuyếch đại của Tr3 ,Tr4)
Sửa xung : Khi điện ỏp đầu ra của khõu so sỏnh cú giỏ trị dương, tụ C1 sẽ nạp (D2 khoỏ Tr3, Tr4 mở bởi xung dương theo đường + USS → R6 → - C1 → Tr3 → Tr4 → - USS nờn UC1 : UCC(+) điện ỏp đầu ra của khõu so sỏnh cú giỏ trị õm, đi ốt D2
phõn cực thuận, Tr3 và Tr4 khúa, tụ C1 phúng điện ( + C1 ) → R6 → USS → D2 →
(-C1) tụ C1 phúng nhanh về 0 và nạp lại với điện ỏp cú cực tớnh ngựơc lại với hằng số thời gian τ = R6.C1. Do đú Tr3 và Tr4 khụng khúa lại ngay mà dần khúa lại tựy thuộc τ , quỏ trỡnh đú gọi là quỏ trỡnh sửa xung.
Xuất phỏt từ nguyờn lý hoạt động của khõu so sỏnh ta thấy: Khi thấy đổi trị số điện ỏp điều khiển Uđk để thay đổi gúc điều khiển α thỡ độ dài của cỏc xung ra của khõu so sỏnh thay đổi
Sơ đồ nguyờn lý mạch phỏt xung điều khiển mở van
GVHD: Nguyễn Văn Hà - 39- SVTH: L ờ Ngọc Nhu
Hỡnh 3.7 : Sơ đồ mạch phỏt xung điều khiển
GVHD: Nguyễn Văn Hà - 40- SVTH: L ờ Ngọc Nhu Udk C2 R6 Tr3 Tr4 +Ucc D2 D1 R2 Tr1 C1 R3 éz R1 U1 A1 A2 R5 R4 A3 Udk C2 R6 Tr3 Tr4 +Ucc D2 D1 T1 T2 T3 T4 D0 Rh CK éC KC KC R C CC AP R2 Tr1 C1 R3 éz R1 A1 A2 R5 R4 A3
Việc tớnh toỏn mạch điều khiển thường được tiến hành từ tầng khuếch đại ngược trở lờn, cụng suất cho tầng khuếch đại để tớnh là thụng số của cực điều khiển tiristor
( Uđk, Iđk ).
Mạch điều khiển được tớnh xuất phỏt từ yờu cầu về xung mở Tiristor. Cỏc thụng số cơ bản để tớnh mạch điều khiển.
Dũng điện điều khiển tiristor: Iđk = 0,2(A). Điện ỏp điều khiển tiristor: Uđk = 1 (V) Thời gian mở tiristor: tcm = 40 (às ) Độ rộng xung điều khiển: tx = 2.tcm= 80 (às)
Tần số xung điều khiển: fx = 3 (kHz). Độ mất đối xứng cho phộp: ∆α = 40
Điện ỏp nguồn nuụi mạch điều khiển: U = ±15 (V). Mức sụt biờn độ xung: sx = 0,15
1. Tớnh biến ỏp xung
Chọn vật liệu làm lừi sắt là Ferit HM. Lừi cú dạng hỡnh xuyến, làm việc trờn một phần của đặc tớnh từ hoỏ cú ∆Β=0,3( )T ,∆Η =30( )Am , khụng cú khe hở khụng khớ.
Tỷ số MBA xung thường là m = 2 – 3, ta chọn m = 3. Điện ỏp cuộn thứ cấp MBA xung: U2 =Udk =1( )V
Điện ỏp đặt lờn cuộn sơ cấp MBA xung: U1 =U2.m=3.1=3( )V
Dũng điện thứ cấp MBA xung: I2 =Idk =0,2( )A
Dũng điện sơ cấp MBA xung: I I2m 0,23 0,067( )A
1 = = =
Độ từ thẩm trung bỡnh tương đối lừi thộp : μtb = ΔB/μ0.ΔH = 8.103
Trong đú : μ0 = 1,25.10-6 ( H/m ) là độ từ thẩm của khụng khớ.
GVHD: Nguyễn Văn Hà - 41- SVTH: L ờ Ngọc Nhu
Thể tớch lừi thộp hỡnh cầu cần cú : V = Q.L = ( μtb.μ0.tx.sx.U1.I1 ).ΔB
Thay số vào : V = 0,268.10-6 ( m3 ) = 0,268 ( cm3 ).
Chọn mạch từ cú thể tớch V = 0,33 cm3= 33 mm2 , với kớch thước đú ta cú kớch thước mạch từ như sau :
Hỡnh 3.8 : hỡnh chiếu lừi biến ỏp xung
a = 2 mm, b = 3 mm, d = 16 mm, D = 20 mm
Số vũng dõy quấn sơ cấp mỏy biến ỏp xung
W1 = U1.tx/ ΔB.Q = 3.80/0,3.33 = 25 vũng
Số vũng dõy quấn thứ cấp mỏy biến ỏp xung W2 = W1/m = 25/3 = 9 vũng
Tiết diện dõy quấn sơ cấp : S1 = I1/j = 0,067.10-3/6 = 0,000116 mm2
Đường kớnh dõy quấn sơ cấp : D1 =
Π
1 . 4S
= 0.0019 mm, chọn D1 = 0,05 mm
Tiết diện dõy quấn thứ cấp : S2 = I2/j = 0,2.10-3/4 = 0,05.10-3 mm2
GVHD: Nguyễn Văn Hà - 42- SVTH: L ờ Ngọc Nhu
D d d
Đường kớnh dõy quấn thứ cấp : D2 =
Π = 0,008 mm, chọn D2 = 0,05 mm
2. Tớnh tầng khuếch đại cuối cựng
Chọn transistor cụng suất loại 2SC9111 làm việc ở chế độ xung cú cỏc thụng số:
+ Transistor loại p-n-p vật liệu bỏn dẫn Si.
+ Điện ỏp giữa colecto và Bazo khi hở mạch Emito : UCB0 = 40 v + Điện ỏp giữa Emito và Bazo khi hở mạch colecto : UEB0 = 4 v + Dũng điện lớn nhất ở colecto cú thể chịu dựng : Icmax = 500 mA + Cụng suất tiờu tỏn trờn colecto : Pc = 1,7 W
+ Nhiệt độ lớn nhất ở mặt tiếp giỏp : T1= 170c + Hệ số khuếch đại : β = 50
+ Dũng điện làm việc của colecto : I = 33,3 mA + Dũng điện làm việc của Bazo : I = 0,66 A
Chọn nguồn cung cấp cho biến ỏp xung là E = +12 ( V ).
Tất cả cỏc Điụt trong mạch điều khiển dều dựng loại 1N4009 cú tham số sau : + Dũng điện định mức : Iđm = 10 ( A ).
+ Điện ỏp ngược trờn van lớn nhất : Ung = 25 ( v ). + Điện ỏp để cho điụt thụng mở : U = 1 ( v).
3. Tớnh chọn tầng so sỏnh
Chọn khuếch đại thuật toỏn được chọn là loại TL 084 cú thụng số kỷ thuật như sau :
+ Điện ỏp nguồn nuụi : Vcc = ± 18 ( V ) chọn Vcc = ± 12 ( V ) + Hiệu điện thế giữa hai đầu vào : ± 30 ( V ).
GVHD: Nguyễn Văn Hà - 43- SVTH: L ờ Ngọc Nhu
+ Nhiệt độ làm việc : T = -25 c ữ 85c. + Cụng suất tiờu thụ : P = 0,68 ( W ) + Tổng trở vào : R = 106 ( MΩ ) + Dũng điện ra : I = 30 ( PA )
+ Tốc độ biến thiờn điện ỏp cho phộp : du/dt = 13 ( V/μs )
4. Chọn khõu đồng pha
Điện ỏp tụ được hỡnh thành do sự nạp của tụ C, mặt khỏc để bảo đảm điện ỏp trờn tụ cú trong một nữa chu kỳ điện ỏp lưới là tuyến tớnh thỡ hằng số thời gian nạp tụ được Tr = R3.C1 = 0,005 ( S ).
Chọn tụ C1 = 0,1 ( μF ), thỡ điện trở R3 = Tr/C1 = 5.103 ( Ω ) = 5 ( KΩ ). Chọn tranzito TR1 là loại A564 cú thụng số :
+ Transistor loại p-n-p vật liệu bỏn dẫn Si.
+ Điện ỏp giữa colecto và Bazo khi hở mạch Emito : UCB0 = 25 v + Điện ỏp giữa Emito và Bazo khi hở mạch colecto : UEB0 = 7 v + Dũng điện lớn nhất ở colecto cú thể chịu dựng : Icmax = 100 mA + Nhiệt độ lớn nhất ở mặt tiếp giỏp : T1= 1500c
+ Hệ số khuếch đại : β = 250
+ Dũng điện làm việc của Bazo : I = 0,4 A
Điện trở R2 để hạn chế dũng điện đi vào bazo của tranzito được chọn như sau : R2 thỏa mạn điều kiện :
R2 ≥ Ung/iB = 12/0,4.103 = 30 ( KΩ ). Chọn R2 = 30 ( KΩ ) Chọn điện ỏp xoay chiều đồng pha : U = 9 V.
Điện trở R1 để hạn chế dũng điện đi vào khuếch đại thuật toỏn A1, thường chọn R1 sao cho dũng vào khuếch đại thuật toỏn Iv < 1 mA. Do đú
GVHD: Nguyễn Văn Hà - 44- SVTH: L ờ Ngọc Nhu
5.Tớnh chọn mỏy biến ỏp nguồn nuụi và đồng pha
Ta thiết kế mỏy biến ỏp dựng cho cho cả việc tạo điện ỏp nguồn nuụi, tạo điện ỏp đồng pha và tạo điện ỏp chủ đạo
Ta cần tạo ra nguồn điện ỏp ±12 (V ) để cấp cho biến ỏp xung, nuụi IC, cỏc bộ điều chỉnh dũng điện, tốc độ và điện ỏp đặt tốc độ.
Ta dựng mạch chỉnh lưu cầu một pha dựng điốt điện ỏp thứ cấp mỏy biến ỏp và kết hợp với cỏc IC7812 và IC7912 để tạo điện ỏp nguồn nuụi và điện ỏp chủ đạo được lấy trờn biến trở. Chọn mỏy biến một pha 5 cuộn dõy, một cuộn sơ cấp , 4 cuộn thứ cấp ( hỡnh 3.9 )
Để ổn định điện ỏp ra của nguồn nuụi ta dựng hai vi mạch ổn ỏp 7812 và 7912, cỏc thụng số chung của hai vi mạch này :
Điện ỏp đầu vào : 7 ữ 35 ( V )
Điện ỏp ra : + 12 V với 7812, -12 V với 7912 Dũng điện đầu ra : 0 ữ 1 ( A )
Tụ điện để lọc súng hài bậc cao, chọn C = 470 μF, u = 35 ( V )
Hỡnh 3.9 : Sơ đồ nguyờn lý nguồn nuụi là đồng pha
GVHD: Nguyễn Văn Hà - 45- SVTH: L ờ Ngọc Nhu U1 7812 7912 C +12 V C C C -12 V UéB UéB Ucd
Chọn điện ỏp vào IC 7812 và IC 7912 là ±14 (V) U2 = 2 2 . 14Π = 15,55 ( V )
Chọn điện ỏp nguồn nuụi là U = 18 ( V ) Cụng suất cấp cho nguồn nuụi :
Tải 2 bộ IC7812 và IC7912 và 4 Transitor loại 2SC9111 P = 1,7(w); 2IC loại TL084