Khối đồng bộ hóa

3.2. T HIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN

3.2.1. Khối đồng bộ hóa

• Khâu đồng bộ hóa có nhiệm vụ - Chuyển đổi điện áp lực có giá trị cao xuống giá trị thấp phù hợp với mạch điều khiển - Cách ly hoàn toàn về điện áp giữa mạch lực và mạch điều khiển. Điều này đảm bảo an toàn cho người sử dụng cũng như các linh kiện điện tử. • Khâu tạo xung răng cưa: Khâu này tạo điện áp răng cưa cấp cho khâu so sánh, đảm bảo cho vùng điều chỉnh đủ rộng để đáp ứng yêu cầu về vùng điều khiển, độ chính xác và tính ổn định trong điều khiển xung. b) Sơ đồ nguyên lý:

Hình 3.2.1. Sơ đồ mạch đồng bộ và giản đồ điện áp.

Trong đó:

BA: biến áp Ul: điện áp lưới Ucc: điện áp nguồn Urc: điện áp cưa D:

R1,R2: điện trở định thiên cho tranzito

R3,C3: tạo mạch nạp cho tụ R4: điện trở giảm dòng

R4,Tr: tạo đường phóng cho tụ Có nhiều cách thiết kế khối này.

Ở đây ta phân chia ra 3 cách dựa trên cơ sở linh kiện thiết kế. . - Tr + C : Tranzitor và tụ. - IC + C : IC và tụ.

Sau đây ta xây dựng khối đồng bộ hóa và tạo sóng răng cưa dùng IC + tụ. Sơ đồ gồm BAĐBH tạo ra điện áp đồng bộ hóa. Phần tạo điện áp răng cưa sử dụng điot, tranzitor, các điện trở, tụ điện và ở đây để tạo ra dòng nạp ổn định ta ứng dụng tính chất đặc biệt của các bộ khuếch đại thuật toán vi điện tử KĐTT.

c) Nguyên lý làm việc.

Điện áp xoay chiều qua BAĐBH ta được điện áp đồng bộ đặt trên TR1 mạch làm việc ở chế độ đợi nhận điện áp vào là U đb cho dãy xung điện áp răng cưa , xung này có sườn trước biến đổi tuyến tính và có thể điều chỉnh trị số của biên độ xung.

Tại t= 0 (Uđb=0) D1 mở, Tr1 khóa , điện áp từ -Ucc qua WR1 đến R3 đưaw đến đầu vào của IC1, đầu ra của IC1 có trị số dương. Tụ C nạp điện với chiều nạp +Ucc đến IC1 đến C1 đến R3 đến WR1 về -Ucc.

Tại t= (Uđb=0) bắt dầu lật trạng thái, dịch chuyển sang chu kỳ âm nên D1 bịw p đặt điện áp ngược nên D1 khóa. Dưới tác dụng của nguồn 1 chiều +Ucc qua R1 sẽ làm cho Tr1 mở tụ C ngừng nạp cà phóng điện qua Tr1 cho đến khi điện áp trên tụ = 0và được duy trì cho đến khi t=2 . Sau đó U đb lật trạng thái chuyển sang chu kỳw p dương tiếp theo và lại được lặp lại như cũ.

Do Urc là điện áp ra của IC1 có điện trở rất nhỏ. Vì vậy điện áp ra có dạng không phụ thuộc vào tải.

Với sơ đồ này dung lượng tụ C chỉ cần rất nhỏ (thường chọn khoảng 200nF).

Vì vậy chọn tụ dễ dàng. Mặt khác tụ phóng rất nhanh nên an toàn cho Tr1 và điện áp rất

gần với dạng răng cưa lý tưởng.

d) Giản đồ điện áp

Hình 3. 3. Giản đồ điện áp khâu đồng bộ hóa và phát sóng răng cưa

3.3.2, Khối so sánh.

a. Nhiệm vụ:

So sánh điện áp răng ca Urc do mạch ĐBH-SRC gửi tới với điện áp điều khiển Giao điểm của hai điện áp này xác định góc điều khiển .a b. Sơ đồ nguyên lý:

Phổ biến hiện nay là các sơ đồ so sánh dùng Tranzitor và KĐTT bằng vi điện tử.

Ở đây ta sử dụng khối so sánh dùng IC.

c. Giản đồ điện áp:

d, Nguyên lý làm việc

• Khi Uvào = Uvào k đảo - Uvào đảo > 0 => Ura = +Ecc./

• - Khi Uvào = Uvào k đảo - Uvào đảo < 0 => Ura = -Ecc./

• Trong khoảng ( 1÷ 2):Udk > Urc => Uvào k đảo < Uvào đảo /

=>Ura = -ECC

• Trong khoảng ( 3÷ 4): Udk < Urc => Uvào k đảo > Uvào đảo /

=>Ura = +ECC

e, Mô phỏng bằng psim

- Nhìn vào giản đồ điện áp ta thấy: khi tăng Uđk thì góc điều khiển sẽ tăng Lúc nàya điện áp ra của bộ chỉnh lưu sẽ giảm (do Ud =Uo cos ). Do đó không đúng với quya luật của điều khiển.

Do đó ta phải thiết kế sao cho khi tăng điện áp điều khiển thì điện áp ra của bộ chỉnh lưu sẽ tăng. Lúc này Urc và Uđk phải có dạng sau (khi Uđk tăng thì U’đk sẽ giảm):

Như vậy điều khiển là đúng quy luật: khi Uđk tăng thì góc sẽ giảm.a

Lúc này sơ đồ của khối so sánh sẽ là:

Với U’đk=K/Uđk

3.2.3. Khối tạo xung.

Xung ra của khâu so sánh thường chưa đủ các thông số yêu cầu của cực điều khiển. Để có xung có đầy đủ các thông số yêu cầu đó ta phải khuếch đại xung, thay đổi độ dài xung, trong một số trường hợp phải phân chia lại xung và cuối cùng là truyền xung từ đầu ra của mạch phát xung tới cực điều khiển và cực K của Thyristor.

a)Mạch sửa xung:

Khi thay đổi U đk thì góc điều khiển sẽ thay đổi như vậy sẽ xuất hiện một số trường hợp độ dài xung quá ngắn hoặc quá dài, để khắc phục tình trạng này ta dùng mạch sửa xung có tác dụng thay đổi độ dài xung cho phù hợp với yêu cầu chúng hoạt

động theo nguyên tắc: Khi có các xung vào vơi độ dài khác nhau mạch vẫn có xung ra với độ dài giống nhau theo yêu cầu và giữ nguyên thời điểm bắt đầu xuất hiện xung.

Trong đa số các trường hợp xung vào thường có độ dài lớn hơn xung ra ta thường sử dụng mạch sửa xung sau:

Sơ đồ nguyên lý:

Hình 3. 4. Sơ đồ nguyên lý mạch sửa xung Giản đồ điện áp:

Nguyên lý làm việc

-Tại θ = 0, Uv > 0 => D khóa => Tr mở do được phân áp bởi R2 => Tụ C được nạp theo chiều : +Uv → C → R1 → Tr → mass.

=> Điện áp trên tụ C tăng dần và khi tụ được nạp đầy đủ thì Tr khóa , do dòng nạp cho tụ C = 0

- Tại θ = θ1 , Uv = 0 => Tụ C phóng điện theo chiều từ : +C → nguồn → D → R1 → -C

Và Tr khóa => Ur = +Ucc Mô phỏng Psim

b. Mạch khuếch đại xung và truyền xung

Nhiều khi độ lớn xung (biên độ xung) thường chưa đủ lớn để mở Thyristor. Do đó ta dùng mạch khuếch đại xung. Phổ biến hiện nay là dùng Tranzitor và biến áp

xung. Trong nhiều trường hợp để đơn giản cho kết cấu mạch ta sử dụng 2 Tr ghép lại theo kiểu Darlington và mắc theo một tầng khuếch đại.

Ta sử dụng mạch khuyếch đại và truyền xung như sau:

Hình 3. 5. Sơ đồ nguyên lý khâu khuyếch đại xung

BAX : Biến áp xung; D6: Để dẫn xung dương.

Tr7,Tr8 : Hai Tranzitor mắc theo sơ đồ darlington tương đương vơi 1 Tranzitor có hệ số khuyếch đại b =b1. b2

D4 ,D5 : Là các điôt bảo vệ Tranzitor và biến áp xung

ã Giản đồ điện ỏp

Nguyên lý làm việc

ã Từ t=0át < t1 chưa cú xung vào nờn Tr7 và Tr8 chưa làm việc. Khụng cú dũng điện nào chạy trong cuộn sơ cấp BAX nên không có xung điện áp trên cuộn thứ cấp BAX nên uđkT =0.

Tại t=t1 xuất hiện một xung điện áp dương dẩn đến Tr7 và Tr8 mở (giả thiết là mở bảo hoà ). Trên cuộn sơ cấp W1 của BAX đột ngột được đặt điện áp

=ucc.Xuất hiện dòng điện qua cuộn sơ cấp W1 của BAX tăng dần (dòng đi qua cuộn W1 từ phía cực tính có dấu ‘*’ sang phía không ‘*’dẩn đến trên cuộn thứ cấp W2 xuất hiện một xung điện áp có cựcc tính dương ở ‘*’. Xung trên cuộn thứ cấp W2 đặt thuận lên D6 và truyền xung qua D6 đến cực điều khiển G và Katôt K của Tiristo hay uđkT > 0.

ã Đến t=t 1= t1+tsx thỡ mất xung vào Tr7 và Tr8 cựng khoỏ lại dũng qua cuộn sơ’ cấp giảm về không .Do sự giảm qua cuộn sơ cấp BAX nên từ thông trong lỏi thép BAX biến thiên theo chiều ngược lại với lúc Tr7 và Tr8 mở dẩn đến trong các cuộn dây BAX xuất hiện sức điện động (Sđđ) với cực tính ngược lại . Sđđ tự cảm này chống lại sự biến thiên của dòng điện qua cuộn sơ cấp BAX . Xung trên cuộn thứ cấp phân cực ngược làm cho D6 khoá,điện áp uđkT = 0 xung náy được dập tắt trên điôt D5. Lúc này trên cuộn sơ cấp BAX điot D4 được phân cực thuận nhờ Sđđ tự cảm sinh ra nên D4 không dập tắt ngay Sđđ tự cảm sinh ra nên trên cuộn sơ cấp BAX. Ở trường hợp này độ rộng xung ra bằng độ rộng xung vào : txr = tsx.

Mô phỏng PSIM

3.2.4. Khối tổng hợp và khuyếch đại trung gian (KĐTG)

Do yêu cầu công nghệ là phải có chất lượng cao nên ta phải sử dụng các mạch vòng phản hồi vì vậy cần phải có mạch vòng tổng hợp các tín hiệu.

Mặt khác để nâng cao độ cứng đặc tính cơ hệ kín nên cần phải khuyếch đại tín hiệu.

Khâu tổng hợp khuyếch đại tín hiệu bao gồm:

+ Khâu tổng hợp mạch vòng phản hồi âm tốc độ.

+Khâu tổng hợp mạch vòng phản hồi âm dòng.

ã Khõu tổng hợp mạch vũng phản hồi õm tốc độ

ã Sơ đồ nguyờn lý

Để lấy tín hiệu phản hồi ta sử dụng máy phát và bộ phân áp WR và R20 để đo điện áp một chiều

tốc FT nối với động cơ một chiều Đ như hình vẽ

-Ucc

R18

R 1 9 R 2 0 - g n

W R

Ð FT

Hình 3. 6. Khâu tổng hợp mạch vòng phản hồi âm tốc độ

Tín hiệu phản hồi nàđược đưa vào khâu tổng hợp tín hiệu cùng tín hiệu chủ đạo.

Mạch tổng hợp này bao gồm các vi mạch khuyếch đại thuật toán IC3 và các phần tử khác phục vụ cho khâu tổng hợp như hình vẽ

Nguyên lý làm việc

Đầu vào khâu khuyếch đại bao gồm tín hiệu chủ đạo ucđ và tín hiệu phản hồi âm g n

tốc độ uph = gn, UvIC3=Ucđ - . Tín hiệu này được đưa vào đầu vào đảo IC3 sau đó được khuyếch đại. Tín hiệu ra IC3 ngược dấu với tín hiệu vào IC3 .Tín hiệu ra được đưa đến điều khiển chỉnh lưu uđk .

Vậy ta có:

UvIC3 = Ucđ- gn ; UIC3 = -K3.(ucđ- gn ) = Udk với K3 là hệ số khuếch đại của IC3.

Với hệ điều tốc vòng kín có phản hồi âm tốc độ(g ≠ 0) thì độ sụt tốc độ sẽ giảm khi tăng g.K, tức tăng hệ số phản hồi hoặc tăng hệ số khuếch đại hệ thống hở. Nếu đạt điều kiện g.K ®¥ thì Dn®0 (không còn sai lệch và đặc tính tuyệt đối cứng).

ã Khõu tổng hợp mạch vũng phản hồi õm dũng cú ngắt Sơ đồ nguyên lý

Hình 3. 7. Khâu tổng hợp mạch vòng phản hồi âm dòng có ngắt

Nguyên lý làm việc

Ud - b Iu > 0

Ở chế độ làm việc bình thường thì nên điện áp đầu ra IC4 làm D5 khóa, khâu ngắt dòng không tham gia vào quá trình làm việc. Giả sử với 1 lý do nòa đó làm

b I U u d - b Iu < 0 động cơ bị quá tải, khi đó

D5 mở, khâu ngắt dòng tham gia làm việc.

Khâu ngắt dòng có thể lấy tín hiệu qua điện trở Sun, khuếch đại từ hay qua máy biến dòng BI rất hợp với sơ đồ chỉnh lưu.

+ Với điện trở Sun: Mạch đơn giản nhưng có nhược điểm là không có tác dụng cách ly và gây tổn thất cũng như làm giảm độ cứng đặc tính cơ.

+ Với khuếch đại từ: Do quán tính từ nên có thể làm ảnh hưởng quá trình điều khiển.

+ Dùng máy biến dòng BI: BI được mắc vào cuộn sơ cấp của BAĐ và qua sơ đồ chỉnh lưu không điều khiển, ta lấy được tín hiệu phản hồi .bIu

Phương pháp này không phức tạp, có tác dụng cách ly mạch động lực và mạch điều khiển, độ nhạy lớn nên ta chọn để cấp tín hiệu đến khâu ngắt dòng.

3.2.5. Mạch tạo nguồn nuôi và tín hiệu chủ đạo

Tính toán chọn máy biến áp động lực