Mục đích của khâu điện áp từ là tạo ra điện áp răng cưa từ điện áp đồng pha để đưa vào khâu so sánh.
Đa số các điện áp tựa trong mạch điều khiển hiện thời đều dạng răng cưa vì nó khắc phục được những được điểm của dạng hình sin.
Nhược điểm: Không đạt được quan hệ tuyến tính giữa điện áp điều khiển và điện áp chỉnh lưu nên sẽ khó khăn hơn khi cần tiến hành quá trình tự động điều chỉnh và ổn định thông số của mạch chỉnh lưu nói riêng hay của thiết bị nói chung.
Ta có thể chia làm hai loại chính là: • Răng cưa phi tuyến (không thẳng). • Răng cưu tuyến tính (răng cưa thẳng).
Có hai phương pháp cơ bản tạo hàm răng cưa: - Dùng Transistor và tụ điện.
- Dùng khuếch đại thuật toán và tụ điện.
Để tạo ra điện áp răng cưa trong đồ án này ta sử dụng mạch KĐTT OA để tạo điện áp răng cưa đi lên tuyến tính.
Đồ thị mô phỏng:
Hình 3.5 Đồ thị điện áp răng cưa Chọn:
- Diode 1N4150
- Transistor có tác dụng như một khóa điện tử nên ta chọn loại Transistor phân cực npn
- OA khuếch đại: LM339
- R1 có tác dụng hạn chế dòng: R2=2kΩ
- Tụ C=1μF. Hằng số thời gian phóng nạp của tụ: τ=RC. Để tụ nạp đầy trong 1 chu kỳ nạp thì τ==10-2s. Do đó điện trở R3=10 kΩ.
- Nguồn nuôi OA: 12V
3. Khâu so sánh
So sánh điện áp điều khiển với điện áp tựa (dạng răng cưa) để định thời điểm phát xung điều khiển, thông thường đó là thời điểm khi hai điện áp này bằng nhau. Nói cách khác đây là khâu xác định góc điều khiển.
Khâu so sánh có thể thực hiện bằng các phần tử như Transistor hay khuếch đại thuật toán OA.
• So sánh dùng khuếch đại thuật toán: Ưu điểm:
- Cho phép đảm bảo độ chính xác cao.
- Có giá thành thấp, không cần chỉnh định phức tạp.
- Tổng trở vào của OA rất lớn nên không gây ảnh hưởng đến các điện áp đưa vào so sánh nó có thể tách biệt hoàn toàn chúng để không tác động sang nhau.
- Tầng vào của OA cũng là loại khuếch đại vi sai, mặt khác số tầng nhiều ( có thể lên đến một triệu). Vì thế độ chính xác rất cao, độ trễ khoảng vài μs.
- Sườn xung dốc đứng nếu so với tần số f=50 Hz. So sánh kiểu hai cửa:
- Hai điện áp cần so sánh được đưa tới hai cực của OA.
- Điện áp điều khiển đưa vào cực (+), điện áp tựa đưa vào cực (-) • Mô phỏng và tính toán
Đồ thị mô phỏng:
Hình 3.7 Đồ thị điện áp so sánh Mô phỏng và tính toán:
Chọn:
- R1 và R2 là các điện trở để hạn chế dòng vào OA. R1 = R2 = 2 kΩ.
- OA so sánh: LM339
- Diode: 1N4150
- Thời gian để trễ tụ C trong sơ đồ điện áp tựa: τ-0,01s.
- Nguồn có giá trị 12V, do đó: Ubh=(E-1,5)=12-1,5=10,5 V nên Urcmax=10V.
- Điện áp Uđk (Thyristor mở xung ở 300): Uđk= ==1,67 V.
4. Khâu trộn xung
Vì xung điều khiển có độ rộng lớn vì vậy khi sử dụng sẽ gây ra tổn hao công suất trên cực điều khiển. Để tránh hiện tượng này ta trộn xung điều khiển với xung có tần số cao thường nằm trong khoảng từ 2k ÷ 10 kHz.
Chọn tần số xung đầu ra 5 kHz có f= Chọn tụ C1=0,1 μF; R13=1 kΩ; R14=900 Ω. Độ rộng xung: T=0,7.(R13+R`14).C1 ≈ 0,133 ms. Đồ thị mô phỏng:
Hình 3.10 Đồ thị điện áp sau khâu trộn xung
5. Khâu AND
Sơ đồ khâu AND
Với nhiệm vụ tạo xung phù hợp để mở Thyristor thì tầng khuếch đại được thiết kế bằng Transistor công suất như hình dưới. D1 có tác dụng bảo vệ Transistor và cuộn và cuộn dây sơ cấp máy biến áp khi Transistor mở đột ngột.
Ta thấy điện áp sau khâu trộn xung có giá trị là 1V điện áp này không đủ để mở Transistor cho khâu khuếch đại. Vì thế ta sử dụng bộ cộng để nâng điện áp tới mức có thể mở được Transistor.
Hình 3.11 Sơ đồ khâu khuếch đại xung Chọn: R6=2 kΩ; R7=1 kΩ; R8=11 kΩ
Từ đó ta có điện áp ra của bộ cộng tại UA=1 + = 12V Ta có R9=
Với k=1,1÷1,2
Chọn k=1,1; R9= 2kΩ; R10=2kΩ; R11=3kΩ; UA=12V; IR9=0,00545 A;
Dùng xung điều khiển: Ig=300 mA = 0,3A; Ug=4V; Ura=4V; Ira=0,3A
Điện áp nguồn nuôi: Uc=5V
Hệ số vòng dây của máy biến áp: k= = Dòng điện nguồn nuôi: Ic=Ira.k=0,24 A Β=β1.β2
Ta có Ic=(I9. β1.β2).η2
Trong đó: β là hệ số khuếch đại
là tỉ lệ khuếch đại của Transistor Chọn η=0,7
Ta có β==89
IC ổn áp loại UA7815 có các thông số là : Ungưỡng = 35V
Ira = 0 – 1,5A E = 15V
IC ổn áp loại UA7915 có các thông số là : Ungưỡng = 40V
Ira = 0 – 1,5A -E = -15V
UMNmin = 18V, ta thường chọn UMN = 21V
Ta có UMN = Ua .2,34 = 10.2,34 = 23,4V thỏa mã điều khiện chọn C4,C5 là tụ làm phẳng 330 µF – 25V
Sơ đồ tạo điện áp –E có các thông số tương ứng hoàn toàn tương tự.
