II. Khâu tạo điện áp tự a:
T Time (s)
Time (s) 0.00 20.00m 40.00m 60.00m 1.Udf -20.00 20.00 Uop1 -20.00 20.00 Uop2 -20.00 10.00 Urc 0.00 20.00
* Hai KĐTT dùng LM339 vì OA loại này cho độ dốc xung ra gần như thẳng đứng.
*Udz < 12 – 7 – 1= 4V
* Các điôt Đ1, Đ2 làm nhiệm vụ giữ cho độ chênh lệch điện áp giữa 2 cửa vào của OA1. Do các điôt này luôn có điện áp rơi thuận trên nó là
0,7V nên khi điện áp trên cửa 2 của OA1 lớn hơn 0,7V thì Đ1 thông và điện áp cửa 2 bằng 0,7V . U2max = 0,7V .
+ Khi điện áp trên cửa 2 nhỏ hơn -0,7V thì Đ2 thông và cũng giữ mức điện áp min trên cửa 2 là -0,7V.
Như vậy với các điôt Đ1, Đ2 làm cho mức điện áp giữa 2 cửa OA1 luôn nằm trong khoảng từ -0,7V→ 0,7V
Ta có thể chọn 2 điôt này là 2 con 1N4150 thoả mãn yêu cầu bài toán * Chọn nguồn nuôi cho OA là E = + 12V , điện áp đồng pha
Udp max = 7 2 = 9,9V * Tính các điện trở :
+) Điện trở R1 được tính để hạn dòng qua diod D1 và D2.dòng qua diod tối đa là 1A
⇒ R1 > 9,91 = 9,9 Ω ⇒ chọn R1 =10 kΩ +) Tính điện trở R3 :
Chu kì điện áp xoay chiều đồng pha : T = 1/50 = 0,02 (s) Chọn C1 = 1μF.Hằng số thời gian phóng nạp của tụ :
τ = R3 x C
Để tụ nạp đầy điện trong khoảng thời gian T/2 thì phải có : τ = T/2 = 0,01 ⇒ R3 = 0,01 / 1.10-6 = 10 kΩ
Vì Uop2 nằm dưới trục hoành nên khi Uđk tăng thì Ud giảm (điều khiển ngược), muốn quá trình là điều khiển thuận ta cho Uop2 qua một mạch
cộng đầu vào không đảo để kéo đường điện áp răng cưa lên trên trục hoành ⇒ Urc = Uop2 + 12 V Ta chọn R4 = R5 = R6 = R7 = 10 kΩ III. Khâu so sánh : - + + OP4 Udk Urc Uss
Đây là sơ đồ so sánh điện áp trên 2 cửa vào của op-amp.Khi Urc > Uđk
thì Uss = -E < 0.khi Urc < Uđk thì mạch lật trạng thái, Uss = + E > 0.Ta có dạng đồ thị điện áp như sau :
T1.Udf 1.Udf -20.00 20.00 3.Urc -10.00 20.00 4.Uss -20.00 20.00 Udk
Khâu so sánh ta cũng dùng LM339 để tạo được sườn xung thẳng đứng R8 và R9 có tác dụng hạn chế dòng vào các cửa của op-amp
⇒ Chọn R8=R9=10 kΩ
IV. Khối khuếch đại và sửa xung :
1. Khâu tạo dao động : Sử dụng vi mạch 555 : THRES CONT TRIG RESET OUT DISC V C C G N D NE555 Rx2 Rx1 C2 out Ucc Đồ thị thời gian UC(t) và Ura(t)
T Time (s) Time (s) 0.00 2.50m 5.00m 7.50m 10.00m Out 0.00 20.00 Uc 0.00 20.00
Tụ C được nạp và phóng điện giữa 2 mức ngưỡng là 23UCC và 13UCC
hằng số thời gian nạp là τ n = (Rx1+Rx2).C2
hằng số thời gian phóng là τ p = Rx2.C Chọn Rx1 = Rx2 thì ta có τ n = 2τ p
Ta có τ n = tx = 6 μs
⇒ Chu kì dao động của xung ra là : T = tn + tp = 9 μs Tần số dao động của xung ra là :
f = T1 = 111,111 kHz
Mà f = ( x1 x2) 2
1, 443
1. Khâu trộn xung : Sử dụng IC SN74HC08 gồm 4 cổng AND 2 đầu vào thuộc họ CMOS tốc độ cao để trộn tín hiệu Ux và điện áp ra của Timer 555
Diod D3 chọn là loại 1N4150, có tác dụng cắt xung âm đi vào cổng AND
Chọn R13 = 10 kΩ
3. Tính toán biến áp xung :
Biến áp xung là loại biến áp đặc biệt,trong đó điện áp đặt lên phía sơ cấp có dạng xung chữ nhật mà không phải là điện áp hình sin.Điều này dẫn đến chế độ làm việc và phương pháp tính toán BAX rất khác so với các biến áp thường.
_ Chọn vật liệu làm lõi là sắt Ferit HM. Lõi có dạng hình xuyến, làm việc trên một phần của đặc tính từ hoá có: ∆B = 0,2 T, ∆H = 30 A/m, không có khe hở không khí.
+ Tỷ số biến áp xung: chọn k = 3
+ Điện áp cuộn thứ cấp máy biến áp xung: U2 = Uđk =2,5 V
+ Dòng điện thứ cấp biến áp xung: I2 = 0,5Idk =0,5.0,35=0,175A + Thể tích của lõi thép cần có: AND R13 D3 Udd Uss Ux
V=(kba.U2.I2.tx.∆Ux)/( ∆B.∆H)=4,8.2,5.0,175.6.10 .0.10, 2.30 −3 =0,21.10- 6m3=0,21cm3
U1=k.U2= 3.2,5=7,5 V
+ Số vòng dây sơ cấp: W1= U1 tx / ∆B.Sba=7,5.6.100, 2.0.59−3 = (vòng ) 2. Khâu khuếch đại xung :
N1 N2BAX BAX R11 D4 T1 T2 R DCR5980A18 D7 D5 D6 A K G Vcc Ux
_ Nhiệm vụ : khuếch đại xung điều khiển Ux để đủ công suất (dòng,áp) mở van thyristor.Ngoài ra biến áp xung còn có tác dụng để cách ly hoàn toàn giữa mạch điều khiển và mạch lực,đảm bảo an toàn cho các linh kiện của mạch điều khiển cũng như người sử dụng .
T1 thì T1 mở cho dòng chảy từ nguồn nuôi chảy qua BAX , qua T1 đến mở bão hoà T2 để T2 dẫn dòng chính chảy qua BAX xuống đất. Như vậy điện áp trên cuộn sơ cấp BAX & dòng điện chảy qua nó cũng có dạng xung . Dòng điện này cảm ứng sang cuộn thứ cấp , và ở cuộn thứ cấp này cũng xuất hiện dòng xung chảy vào cực điều khiển Thysistor .
Trong mạch trên Đ4 có tác dụng trả năng lượng tích luỹ trong cuộn cảm lại nguồn khi mà cuộn sơ cấp này đang dẫn dòng thì T1,T2 khoá lại -> bảo vệ Transistor T1 và T2 không bị quá dòng Ic cho phép.
Diod D5 có tác dụng chống điện áp ngược đặt lên 2 cực B-E của transistor.điện trở R dùng để giải phóng điện tích tích tụ trên cực E của T2 khi T2 chuyển sang chế độ khóa
R11 : Hạn chế dòng từ hóa biến áp xung.R11 được tính để đảm bảo dòng qua Trasistor không bao giờ vượt quá dòng Collector lớn nhất cho phép.
D6 : cắt xung âm vào cực điều khiển G của thyristor
D7 : làm giảm điện áp ngược đặt lên giữa Catôt và cực điều khiển của Thyristor,đảm bảo an toàn cho lớp tiếp giáp G-K khi Thyristor ở chế độ khóa
* Tính chọn các thông số : VCC chọn bằng 12V.
Ta chọn loại van bán dẫn BCX38A đã được chế tạo sẵn theo sơ đồ Darlington có các thông số như sau :
Ic max = 800 mA UCE max = 60V
UEB max = 10V
Sụt áp trên UCE = 1,5V
Điện trở R11 được chọn theo khả năng dẫn dòng tối đa cho phép của BCX38A :
R11 > 0,812 = 15 Ω
Ngoài ra,R11 còn được chọn để đảm bảo điện áp trên cuộn sơ cấp BAX lớn hơn 12 V
⇒ R11 < 18 12 1,5− −0,175 = 25,7 Ω Chọn R11 = 23 Ω
Các diod D4,D5,D6,D7 có thể chọn là loại 1N4150 V. Tính toán nguồn cung cấp cho mạch điều khiển :
Nguồn cung cấp cho mạch điều khiển là nguồn điện áp một chiều, trị số điện áp và độ ổn định tuỳ thuộc từng khâu trong mạch.
Chọn nguồn cung cấp cho các op-amp là ±15V,được lấy từ chân ra của các vi mạch ổn áp 7815 và 7915.Sơ đồ như sau :
7815 : +15V C1 C2 +18V 7815 2 VIN VOUT 3
Dòng điện tải cho phép của các IC này là 1,8 A (phải có tản nhiệt) nên đảm bảo cung cấp đủ công suất cho các của mạch điều khiển hoạt động
Nguồn 12V được lấy từ 7812 :
Lưu ý : Để các IC ổn áp hoạt động bình thường phải tính chọn sao cho trong quá trình hoạt động điện áp đầu vào không cao quá trị số cho phép ( tính ở chế độ lưới điện cao nhất và mạch ổn áp không tải ) và cũng không được thấp hơn mức tối thiểu cần thiết ( tương ứng khi điện áp lưới điện thấp nhất và mang tải lớn nhất )
* Xác định công suất biến áp nguồn điều khiển
Biến áp nguồn điều khiển có nhiều cuộn dây thứ cấp mà mỗi cuộn dây lại cấp điện cho một khu vực nào đó như :
1. cuộn thứ cấp tạo điện áp đồng pha
-15VC1 C2 C1 C2 -18V 7915 2 VIN VOUT 3 +12V C1 C2 +18V 7812 2 3 VIN VOUT
2. cuộn thứ cấp cấp nguồn cho khu vực tạo điện áp ổn áp cho mạch điều khiển
3. Cuộn thứ cấp cấp nguồn cho tầng KĐCS
4. Cuộn thứ cấp cấp nguồn cho khu vực tín hiệu hoá …
Tuy nhiên cũng có thể một cuộn dây cấp cho đồng thời cho nhiều khu vực nếu nó không gây ảnh hưởng đến sự hoạt động của mạch nói chung.Ở đây chúng ta sử dụng 9 cuộn dây sơ cấp trong đó 6 cuộn tạo điện áp đồng pha và 3 cuộn để lấy điện áp đưa vào khu vực tạo nguồn áp 1 chiều cấp cho mạch điều khiển.Do có nhiều cuộn dây thứ cấp nên công suất phía thứ cấp thường lớn hơn sơ cấp , vì vậy thường dựa vào công suất này để tính toán máy biến áp.
Điện áp một chiều lấy từ bộ chỉnh lưu sẽ cung cấp trực tiếp cho nguồn công suất ở phần KĐCS & cung cấp đầu vào cho các IC ổn áp
* Tính toán phần đồng pha
Dòng điện chảy trong cuộn thứ cấp của cuộn dây đồng pha : Idp= df 3 U 10.10 = 3 10 10.10 = 0,001 A . Công suất cho sáu cuộn dây đồng pha :
Pđp = 6.10.0,001= 0,06VA
* Tính công suất cho phần chỉnh lưu tạo điện áp một chiều ± 18V :
+ Điện áp ra : U = 18V
+ Dòng điện ra : Dòng điện ra tải của bộ chỉnh lưu Id sẽ bao gồm các dòng điện thành phần sau :
- Dòng cung cấp cho IC ổn áp 7815, 7915 cỡ khoảng 1,8A - Dòng cung cấp cho IC ổn áp 7812 khoảng 1,5A
- Dòng cung cấp cho nguồn công suất
Mạch điều khiển gồm 6 biến áp xung,dòng điện chảy trong cuộn sơ cấp của mỗi BAX là 0,175 A.Tại 1 thời điểm bao giờ cũng có 2 van bán dẫn công suất làm việc nên I1 = 0,175× 2 = 0,35 A
⇒ Id = 1,5 + 1,2 + 0,35 = 3,35 A
Công suất ra tải của bộ chỉnh lưu : Pd = Ud.Id = 18.3,35 = 60,3 VA ⇒ ∑ksđ.Pd = 1,35.60,3 = 81,405 VA
CHƯƠNG 5
BẢNG TRỊ SỐ TÍNH CÁC PHẦN TỬ VÀ LINH KIỆN