2.2 Mô phỏng mạch lực
2.2.1 Xây dựng mô hình mô phỏng
Kết quả mô phỏng
CHƯƠNG 3: TÍNHTOÁNVÀTHIẾTKẾMẠCHĐIỀUKHIỂNCHOBỘBIẾNĐỔIĐIỀUÁP XOAY CHIỀU MỘT PHA ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN ÁP CẤP CHO SỢI ĐỐT TRONG LÒ ĐIỆN TRỞ
MỘT PHA. 3.1: Tính toán và thiết kế mạch điều khiển.
3.1.1 : Tính toán và lựa chọn mạch điều khiển.
Điều khiển Triac trong sơ đồ chỉnh lưu hiện nay có rất nhiều phương pháp khác nhau thường gặp là điều khiển theo nguyên tắc thẳng đứng tuyến tính. Theo nguyên tắc này để điều khiển góc mở của Triac ta tạo ra một điện áp tựa dạng Suất
tam giác (điện áp tựa răng cưa Urc). Dùng một điện áp một chiều Uđk để so sánh với điện áp tựa. Tại thời điểm hai điện áp này bằng nhau(Uđk= Urc) .
Trong vùng điện áp dương anot thì phát xung điều khiển cho tới cuối bán kỳ (hoặc tới khi dòng điện bằng 0) .
Để thực hiện ý đồ trên mạch điều khiển bao gồm 3 khâu cơ bản:
Hình 3.1: Sơ đồ khối các khâu trong mạch điều khiển.
* Nhiệm vụ của các khâu trong sơ đồ khối như sau:
1. Khâu đồng bộ: Có nhiệm vụ tạo ra điện áp tựa Urc tuyến tính trùng pha với điện áp Anot (cực G) của Thyristor (triac)
2. Khâu so sánh Nhận tín hiệu điện áp tựa và điện áp điều khiển. Có nhiệm: vụ so sánh giữa điện áp tựa với điện áp điều khiển Uđk. Tìm thời điểm hai điện áp bằng nhau(Uđk= Ủc). Tại thời điểm hai điện áp này bằng nhau thì phát xung điều khiển ở đầu ra để gửi sang tầng tạo xung và khuếch đại xung.
3. Khâu tạo xung và khuếch đại xung: Có nhiệm vụ tạo xung phù hợp để mở Triac. Xung để mở Triac cần có các yêu cầu: Sườn trước dốc thẳng đứng để đảm bảo mở Triac tức thời khi có xung điều khiển (Thường gặp là xung kim hoặc xung chữ nhật) đủ độ rộng (với độ rộng xung lớn hơn thời gian mở củacTriac). Cách ly giữa mạch điều khiển và mạch động lực (nếu điện áp động lực quá lớn) đủ công
suất.
Tín hiệu điện áp cung cấp cho mạch điều khiển được đưa đến khối đồng pha.
Đầu ra của khối này có điện áp thường là hình sin cùng tần số và có thể lệch pha một góc xác định so với điện áp nguồn. Điện áp này gọi là điện áp đồng bộ Vđb.
Đầu ra của mạch phát điện răng cưa ta có các điện áp răng cưa đồng bộ về tần số và góc pha với điện áp đồng bộ. Các điện áp này gọi là điện áp răng cưa Vrc. Điện áp răng cưa Vrc được đưa vào đầu vào của khối so sánh. Tại đó có một tín hiệu khác nữa là điện áp một chiều điều chỉnh lấy từ ngoài. Hai tín hiệu này được mắc với cực tính sao cho tác động của chúng lên mạch so sánh là ngược chiều nhau. Khối so sánh làm nhiệm vụ so sánh hai tín hiệu này. Tại thời điểm hai tín hiệu này bằng nhau thì tín hiệu đầu ra khối so sánh là các xung xuất hiện với chu kỳ của Vrc .Xung răng cưa có hai sườn trong đó có một sườn mà tại đó thì đầu ra khối so sánh
xuất hiện một xung điện áp thì sườn đó là sườn sử dụng . Vậy ta có thể thay đổi
thời điểm của xung xuất hiện tại đầu ra khối so sánh bằng cách thay đổi Vdk khi giữ nguyên dạng của Vrc
Trong một số trường hợp xung ra khối so sánh được đưa ngay đến đầu cực của
thiết bị cần điều khiển nhưng trong đa số các trường hợp thì tín hiệu ra khối so sánh chưa đủ yêu cầu cần thiết. Người ta phải thực hiện việc khuếch đại thay đổi lại hình dáng xung. Các nhiệm vụ này được thực hiên bởi một mạch gọi là mạch xung. Đầu ra của khối tạo xung và khuếch đại xung sẽ được một chuỗi xung điều khiển có đủ các thông số yêu cầu về công suất, độ dài, độ dốc mặt đầu của xung. Tại thời điểm bắt đầu xuất hiện các xung hoàn toàn trùng với thời điểm xuất hiện xung trên đầu ra khối so sánh.
Ngày nay các mạch cổ điển như trên thường được thay thế bằng các IC tích hợp đầy đủ các khâu, với kết cấu nhỏ gọn, giá thành rẻ và đạt được độ chính xác rất cao. IC TCA 785 là một vi mạch như vậy
*Giới thiệu về IC TCA 785
Vi mạch TCA 785 là vi mạch phức hợp thực hiện được 4 chức năng của một mạch điều khiển: tạo điện áp đồng bộ, tạo điện áp răng cưa đồng bộ, so sánh và tạo xung ra.
a. Ký hiệu và chức năng của TCA 785.
Chân Ký hiệu Chức năng Chân Ký hiệu Chức năng
1 OS Chân nối đất 9 R9 Điện trở tạo mạch răng cưa
2 Q**
2
Đầu ra 2 đảo 10 C10 Tụ tạo mạch răng cưa
3 QU Đầu ra U 11 V11 Điện áp điều khiển
4 Q*
1
Đầu ra 1 đảo 12 C12 Tụ tạo độrộng xung
5 VSYNC Điện áp đồng
bộ 13 L Tín hiệuđiều khiển xung
ngắn, xung rộng
6 I Tín hiệu cấm 14 Q1 Đầu ra 1
7 QZ Đầu ra z 15 Q2 Đầu ra 2
8 VREF Điện áp chuẩn 16 Vs Điện áp nguồn nuôi
Hình 3.2 : Hình sóng và dạng chân của TCA 785 b. Các thông số của TCA 785.
Thông số
Giá trị nhỏ nh tấ
Giá trị tiêu bi uề F =50Hz Vs = 5v
Giá trị lớn nh tấ
Đơn vị
Dòng tiêu thụ I.S 4,5 6,5 10 mA
Điện áp vào điềukhiển,chân11
Trở kháng vào
V11
R11 0,2
15
V10max V
K Mạch tạo răng cưa
Dòng nạp tụ Biên độ của răng cưa Điện trở mạch nạp
Thời gian sườn ngắn của xung răng cưa
I10 V10
R9 TP
10
3 80
1000 VS-2
300
A V
K
S Tín hiệu cấm vào, chân
6 Cấm Cho phép
V6I
V6H 4
3,3 3,3
2,5 V
V Độ rộng xung ra, chân13
Xung hẹp Xung rộng
V13H V13L
3,5 2,5
3,5
2,5 V
V Xung ra, chân 14, 15
Điện áp ra mức cao Điện áp ra mức thấp Độ rộng xung hẹp Độ rộng xung rộng
V14/1 5L V14/1 5L tp tp
VS-3 0,3 20 530
VS-2,5 0,8 30 620,m
VS-1,0 2 40 760
V V
S
S/nF
Điện áp điều khiển Điện áp chuẩn
Góc điều khiển ứng với điện áp chuẩn
Vref
ref
2,8 3,1
2 x10-4 3,4 5x10-4
V 1/K
Tính toán các phần tử bên ngoài:
Tụ răng cưa: C10 Min = 500pF; Max = 1 F Thời điểm phát xung: tTr =
Dòng nạp tụ: I =10
Điện áp trên tụ: V =10
V11.R C9 . 10 VREÌ .K
VREÌ K R9 VREÌ .K.
t R9
.C10
TCA 785 do hãng Siemen chế tạo, được sử dụng để điều khiển các thiết bị chỉnh lưu, thiết bị chỉnh dòng điện áp xoay chiều.
Có thể điều chỉnh góc từ 0 đến0 1800 điện. Thông số chủ yếu của TCA 785:
+ Điện áp nuôi: US = 18V + Dòng điện tiêu thụ: IS = 10mA + Dòng điện ra: I = 50mA
+ Điện áp răng cưa: U = (US - 2)Vr max
+ Điện trở trong mạch tạo điện áp răng cưa: R = 20K9 500K + Điện áp điều khiển: U = -0,5 11 (US-2)V
+ Dòng điện đồng bộ: IS = 200 A + Tụ điện: C = 0,5 10 F
+ Tần số xung ra: f = 10 500 Hz
Hình 3.3 : Sơ đồ khối chức năng chân của tca785
3.2 : Tính toán và lựa chọn phần tử của các mạch điều khiển.
3.2.1 : Tính toán chọn van động lực.
Dựa vào các yếu tố cơ bản dòng tải, sơ đồ cần chọn, điều kiện tản nhiệt, điện áp làm việc.
P : Công suất định mức của tải Pdm = 1Kw U : Điện áp định mức Udm = 220V Cos : Hệ số công suất tải lấy cos = 0,8 Khi đó:
Điện áp làm việc cực đại của triac:
U = K.U =√2 . 220 = 311.13V Điện áp của van cần chọn:
U = K.U = 1,8.311,13 = 560,034V
K là hệ số dự trữ điện áp .Với phần tính toán này chúng em lấy điện áp dự trữ của van là K = 1.8dt
- Dòng điện làm việc của van được tính theo dòng hiệu dụng Itải = 1.136 A
Với I = tai P
U .cosφ= 1000/(220.0,8) = 5.68A)
Chọn điều kiện làm việc của van: có cánh tản nhiệt không có quạt đối lưu Dòng điện định mức của van cần chọn
I =30%Ilv dmvan = 3.786 A
Với các thông số trên theo datasheet cũng như độ phổ biến ngoài thị trường
chúng em quyết định lựa chọn loại van sau : BTA-136 600E có các thông số sau:
Điện áp định mức: U = 600 V.đm
Dòng điện định mức: I = 4 A.đm
Dòng điện điều khiển: I = 50 m Ađk
Điện áp điều khiển: U = 1.5V.đk
Dòng điện rò: I = 500 r A . Dòng điện duy trì: I = 15 mA.h
Sụt trên van khi mở: U = 1.7 V. Thời gian giữ xung điều khiển: t = 2 x s Tốc độ tăng điện áp: du
dt = 500V/μs Nhiệt độ làm việc cực đại: T C = 125 C0 0
Trên đây là thông số em chọn ứng với tải là động cơ điện một pha công suất nhỏ.các giá trị của nguồn khó có thể vượt qua giá trị này nên chúng em quyết định sử dung TCA 600 làm van mạch lực. Các giá trị trên em lấy trên datasheetE của triac.Với các giá trị của van đều đáp ứng và sát các thông số yêu cầu của đông cơ nên chúng em quyết định sử dụng van này trong mạch.