MD 12- 08: MẠCH ĐIỀU KHIỂN CÁC BỘ BIẾN ĐỔI PHỤ THUỘC
8.2. Một số mạch thông dụng trong hệ thống điều khiển bộ biến đổi phụ thuộc
Tín hiệu đồng bộ tạo mốc chuẩn về thời gian cần cho việc xác định góc điều khiển, đồng thời xác lập đặc tính giữa áp chỉnh lưu trung bình U
d và áp điều khiển uđk. Do đó, tín hiệu đồng bộ được chọn thay đổi trong khoảng thời gian xuất hiện điện áp khoá trên linh kiện và nó dựa vào dạng điện áp nguồn xoay chiều. Sơ đồ tạo tín hiệu đồng bộ được thể hiện trên hình 8.2.
(U0) 2
u1
u2
1
Hinh 8. 2. Sơ đồ nguyên lý mạch tạo tín hiệu đồng bộ
135
Mạch sử dụng hai Diode (D1, D2) tạo thành mạch chỉnh lưu hai pha hình tia không điều khiển để tạo ra điện áp chỉnh lưu U(1) có dạng sóng như hình 8.3.
0 t
0
2 3
U(1)
U(2)
U0
t
Hinh 8. 3 Giản đồ xung các điểm trên hình 8.2
- Điện áp U(1) được đưa vào đầu vào đảo so sánh với điện áp U0 đầu vào không đảo để tạo ra các tín hiệu tương ứng với thời điểm mà điện áp nguồn đi qua điểm không.
- Nếu điện áp U0 càng nhỏ thì xung U(2) càng hẹp và phạm vi điều chỉnh càng lớn.
Nếu chọn max= 175o thì:
0 2
0 2U sin5
U (8.1)
Phương trình (8.1) là cơ sở để tính cầu phân áp R1 và R2. 8.2.2 Mạch tạo xung răng cưa
a. Mạch tạo xung răng cưa tuyến tính dùng tranzito
Mạch tạo xung răng cưa tuyến tính dùng Transistor có sơ đồ nguyên lý như hình 8.4
C2 Dz
Q1
Q2 R3
R1 R2
C1
1u5
Ur
Uv
Vcc
Hinh 8. 4. Sơ đồ nguyên lý mạch tạo xung răng cưa dùng Transistor
Transistor Q1 làm nguồn dòng nạp cho tụ C, nhờ cách mắc theo sơ đồ bazơ chung nên dòng IC rất ổn định. Khi Q2 bị khoá, tụ C sẽ được nạp điện bởi dòng IC = const và tăng tuyến tính. Khi đưa xung vào mở Q2 và tụ C sẽ phóng điện qua Q2 (hình 8.5a):
t
C dt I C I Uc
t
C
C
0
1 (8.2)
Các điện trở R1, R2, R3 được chọn sao cho Transistor Q1 làm việc ở chế độ A.
Muốn tạo điện áp răng cưa dốc xuống thì dòng phóng của tụ phải được duy trì không đổi nhờ T1 làm việc ở chế độ A (hình 8.5b). Diode ổn áp D1 dùng để hạn chế giá trị điện áp trên tụ C (UCmax EUD).
136
Ur
UV
t
t
Ur
UV
t
t
a) b)
Hinh 8. 5. Mạch tạo răng cưa tuyến tính a) Dốc lên; b) Dốc xuống
b. Mạch tạo điện áp răng cưa dùng khuếch đại thuật toán (OPAM).
Mạch tạo xung răng cưa dùng khuếch đại thuật toán hình 8.6, được xây dựng trên nguyên tắc sử dụng mạch tích phân.
U1 U2
R1
R2 D2
D1
_ +
C
Hinh 8. 6. Sơ đồ nguyên lý mạch tạo xung răng cưa dùng OPAM
Quá trình phóng nạp của tụ được thực hiện nhờ nguồn nạp cho tụ là nguồn hai cực tính. Khi điện áp đàu vào (U1) mang dấu dương (E), điện áp trên tụ (U2) sẽ được nạp theo công thức sau:
U2 = UC = C R
E
2
T1 (8.3)
Điện áp trên tụ theo phương trình là đường tuyến tính dốc xuống phía dưới (Hình8.7a).
U2 T
t
t U1
T1 T2
U2
T
t
t
U1 T1 T2 T1
U2 T
t
t U1
T2
a b c
Hinh 8. 7. Dạng điện áp răng cưa.
Nếu điện áp đàu vào mang dấu âm (-E), điện áp ra sẽ được tính theo công thức:
U2 = UC = C R
E
1
T2 (8.4)
Điện áp trên tụ lúc này là đường đi lên phía trên. Bằng cách thay đổi thời gian phóng (T1) và thời gian nạp (T2) và các giá trị R1, R2 một cách tương ứng, ta có thể
137
thay đổi được dạng điện áp răng cưa: dốc lên (hình 8.7.a), dốc xuống (hình 8.7b).Trong trường hợp cuối T1 = T2 ta được hai sườn bằng nhau (hình 8.7c).
8.2.3. Ghép xung bằng biến áp
Biến áp xung dùng để cách ly mạch lực với mạch điều khiển và với mạch trở kháng giữa cực điều khiển của tiristo với mạch khuếch đại đầu ra và thay đổi cực tính của xung. Yêu cầu lớn nhất đối với MBA xung là truyền xung từ mạch điều khiển lên cực điều khiển của tiristo với độ méo ít nhất ( hình 6.18). Giả sử người ta đặt điện áp U1(t) lên sơ cấp MBA với số vòng dây sơ cấp W1 ta được điện áp U2
trên cuộn thứ cấp có số vòng dây W2.
U1 W1 W2 R U2
I1 I2
U1(t)
tx
Um t
Hinh 8. 8 Sơ đồ mạch kích xung cho SCR ghép biến áp 8.2.4. Ghép xung bằng cách ly quang học
Việc sử dụng máy biến áp xung để cách ly không những làm giảm chất lượng xung điều khiển, khó chuẩn hoá mà còn làm tăng kích thước của mạch điều khiển nói chung. Để khắc phục các nhược điểm trên, ngày nay người ta hay dùng các phần tử quang điện để cách ly mạch điện (OPTO). Việc dùng các phần tử quang điện tử rõ ràng nâng cao chất lượng của tín hiệu không những về dạng mà còn cả về tốc độ tác động nhanh.
Cấu trúc của một phần tử cách ly quang học gồm có một phần tử bán dẫn phát ánh sáng và một phần tử thu ánh sáng( hình 8.9)
I2
U1
I1
U2
I1
U2
I2
U1
U2
I2
I1
U1
a. b. c.
Hinh 8. 9. Phần tử cách ly quang học
Phần tử phát thường là những Diode quang; còn phần tử thu tín hiệu ánh sáng có thể là photoDiode(a), phototranzito(b) hoặc phototiristo(c)
138
Khi nối đầu vào với nguồn điện Diode sẽ phát sáng và làm điện trở của phần tử thu ánh sáng giảm xuống. Nếu nối đầu ra với nguồn điện, ở đầu ra sẽ có dòng điện phụ thuộc và dòng đầu vào. Trong thực tế để tăng độ nhạy của phần tử quang điện từ, người ta có thể mắc chúng thông qua bộ khuếch đại dùng TZT hoặc khuếch đại thuật toán như các sơ đồ trên hình 8.10.
iD
U2 U1
iC
R
+ iD
U2
U1
R
+ +
iD
U1
R
R
+
U2
a. b. c.
Hinh 8. 10. Mạch ghép phần tử cách ly quang
Điện trở R dùng để hạn chế dòng ID, điện trở RC dùng để hạn chế IC, RB dùng để ổn định trạng thái ban đầu của TZT do dòng rò gây ra.
Điện trở R dùng để hạn chế dòng vào U1/R<I1 : I1 là dòng đầu vào định mức; R2
dùng để hạn chế dòng qua bóng. Khi TZT mở hoàn toàn và R2 được chọn theo điều kiện U2/R2<Ic, trong đó Ic là dòng cho phép qua mạch colectơ của TZT thu. Trong trường hợp dùng khuếch đại thuật toán (hình 8.10c) độ nhạy của mạch rất cao.
R3
R5
Rt R4
D1
NE555 T1 R1 +12V VR
R2
C1 C2
4 8 7 6
2 5
1 3
GND
UAC