1. Nhiệm vụ của mạch điều khiển
Là tạo ra các xung vào ở những thời điểm mong muốn để mở các van động lực của bộ chỉnh lu.
- Tiristor chỉ mở cho dòng điện chảy qua khi có điện áp dơng đặt trên Anốt và có xung áp dơng đặt vào cực điều khiển không còn tác dụng gì nữa.
- Chức năng của mạch điều khiển :
+ Điều chỉnh đợc vị trí xung điều khiển trong phạm vi nửa chu kỳ d- ơng của điện áp đặt trên anốt – katốt của tiristor.
+ Tạo ra đợc các xung đủ điều kiện mở tiristor độ rộng xung tx < 10às. Biểu thức độ rộng xung: dt di I t dt x =
Trong đó: Iđt là dòng duy trì của tiristor.
di/dt : tốc độ tăng trởng của dòng tải.
Đối tợng cần điều khiển đợc đặc trng bởi đại lợng điều khiển là góc α.
2. Nguyên tắc điều khiển.
Mạch điều khiển tiristor có thể phân loại theo nhiều cách. Song các mạch điều khiển đều dựa theo nguyên lý thay đổi góc pha và theo đó ta có hai nguyên lý khống chế “ngang” và khống chế “đứng”.
- Khống chế “ngang “ là phơng pháp tạo góc α thay đổi bằng cách dịch chuyển điện áp ra hình sin theo phơng ngang so với điện áp tựa.
+ Nhợc điểm của phơng pháp khống chế này là góc α phụ thuộc vào
dạng điện áp và tần số lới, do đó độ chính xác của góc điều khiển thấp.
- Khống chế “đứng” là phơng pháp tạo góc α thay đổi bằng cách dịch chuyển điện áp chủ đạo theo phơng thẳng đứng so với điện áp tựa răng ca.
+ Phơng pháp khống chế “đứng” có độ chính xác cao và khoảng điều khiển rộng ( từ 0 -> 1800 ).
+ Có hai phơng pháp điều khiển “đứng “: . across
. tuyến tính
• Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính
Tổng đại số của Ur + Uđk đa đến đầu vào của một khâu so sánh. Bằng cách làm biến đổi Uđk ta có thể điều chỉnh đợc thời điểm xuất hiện xung ra tức là điều chỉnh đợc góc α.
Khi Uđk = 0 ta có α = 0. Khi Uđk < 0 ta có α > 0.
Quan hệ giữa α và Uđk nh sau:
rmax dk U U π. α =
• Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng “acrcoss”.
Nguyên tắc này dùng hai điện áp:
+ Điện áp đồng bộ Ur vợt trớc điện áp anốt – catốt một góc bằng π/2 (Nếu UAK = A.sinwt thì Ur = B.coswt )
+ Điện áp điều khiển đợc Uđk là điện áp một chiều có thể điều chỉnh đ- ợc biên độ theo hai hớng (dơng và âm).
Trên hình vẽ đờng nét đứt là điện áp anốt – catốt tiristor, từ điện áp này ngời ta tạo ra Ur . Tổng đại số Ur + Uđk đợc đa đến đầu vào của khâu so sánh .
Khi Ur + Uđk = 0 ta nhận đợc một xung ở đầu ra của khâu so sánh : Uđk + B.cosα = 0
Do đó α = arccos(-Uđk/B) Thờng lấy B = Uđk max
Khi Uđk = 0 thì α =π/2 Khi Uđk = - Uđk max thì α= 0 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Nh vậy khi cho Uđk biến thiên từ - Uđk max đến + Uđkmax thì α biến thiên từ 0 đến π.
Nguyên tắc này đợc sử dụng trong cscs thiết bị chỉnh lu đòi hỏi chất lợng cao.
Nhận xét: Theo yêu cầu thiết kế mạch điều khiển ta thấy nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính là phù hợp, ta chọn nguyên tắc điều khiển này.
A1 A2R1 R1 A 0 0 1 1 2 2 3 3 4 54 5 R2 Ur R3 C1 C D1 B Tr U1
d- dùng khuếch đại thuật toán.
b.
Phơng pháp điều khiển thẳng đứng tuyến tính
Khi điện áp xoay chiều hình sin đặt vào anod của Tiristo, để có thể điều khiển đợc góc mở α của Tiristo trong vùng điện áp + anod, ta cần tạo một điện áp tựa dạng tam giác, ta thờng gọi là điện áp tựa là điện áp răng ca Urc. Nh vậy điện áp tựa cần có trong vùng điện áp dơng anod.
Dùng một điện áp một chiều Uđk so sánh với điện áp tựa. Tại thời điểm (t1,t4) điện áp tựa bằng điện áp điều khiển (Urc = Uđk), trong vùng điện áp dơng anod, thì phát xung điều khiển Xđk. Tiristo đợc mở từ thời điểm có xung điều khiển (t1,t4) cho tới cuối bán kỳ (hoặc tới khi dòng điện bằng 0)
Sơ đồ nguyên lý điều khiển chỉnh lu
Sơ đồ khối mạch điều khiển.
Để thực hiện đợc ý đồ đã nêu trong phần nguyên lý điều khiển ở trên, mạch điều khiển bao gồm ba khâu cơ bản trên hình 3
Nhiệm vụ của các khâu trong sơ đồ khối hình 3 nh sau:
+ Khâu đồng pha có nhiệm vụ tạo điện áp tựa Urc (thờng gặp là điện áp dạng răng ca tuyến tính) trùng pha với điện áp anod của Tiristo
+ Khâu so sánh có nhiệm vụ so sánh giữa điện áp tựa với điện áp điều khiển Uđk, tìm thời điểm hai điện áp này bằng nhau (Uđk = Urc). Tại thời điểm hai điện áp này bằng nhau, thì phát xung ở đầu ra để gửi sang tầng khuếch đại.
+ Khâu tạo xung có nhiệm vụ tạo xung phù hợp để mở Tiristo. Xung để mở Tiristor có yêu cầu: sờn trớc dốc thẳng đứng, để đảm bảo yêu cầu Tiristo mở tức thời khi có xung điều khiển (thờng gặp loại xung này là xung kim hoặc xung chữ nhật); đủ độ rộng với độ rộng xung lớn hơn thời gian mở của Tiristo; đủ công suất; cách ly giữa mạch điều khiển với mạch động lực (nếu điện áp động lực quá lớn)
1) Khối đồng pha
29
Đồng pha So sánh Tạo xung
Udf Urc Udk Ud Xdk t1 t2 t3 t4 t5 t t t t
Ngày nay các vi mạch đợc chế tạo ngày càng nhiều, chất lợng ngày càng cao, kích thớc ngày càng gọn, ứng dụng các vi mạch vào thiết kế mạch đồng pha có thể cho ta chất lợng điện áp tựa tốt, điều khiển góc mở lớn góc mở có thể đạt tới 1800. Trên sơ đồ mô tả sơ đồ tạo điện áp tựa dùng khuếch đại thuật toán (KĐTT).
2) Khâu so sánh
Sơ đồ khâu so sánh
Để xác định đợc thời điểm cần mở Tiristo chúng ta cần so sánh hai tín hiệu Uđk và Urc. Việc so sánh các tín hiệu đó có thể đợc thực hiện bằng Tranzitor nhng Tranzitor không làm việc ở chế độ đóng cắt nh ta mong muốn, do đó nhiều khi làm thời điểm mở Tiristo bị lệch khá xa so với điểm cần mở tại Uđk = Urc.Để khắc phục điều này ta dùng khuyếch đại thuật toán .KĐTT có hệ số khuyếch đại rất lớn nên chỉ cần một tín hiệu rất nhỏ ở đầu vào ta đã có điện áp đầu ra ở nguồn nuôi .Ưu điểm của nó là có thể phát xung chính xác tại Uđk=Ura
3) Khâu tạo xung
Với nhiệm vụ tạo xung phù hợp để mở Tiristo nh đã nêu ở trên, tầng khuếch đại cuối cùng thờng đợc thiết kế bằng Tranzitor công suất, nh mô tả trên hình 6a. Để có xung dạng kim gửi tới Tiristo, ta dùng biến áp xung (BAX), để có thể khuếch đại công suất ta dùng Tr, điôt D bảo vệ Tr và cuộn dây sơ cấp biến áp xung khi Tr khoá đột ngột. Mặc dù với u điểm đơn giản, nhng sơ đồ này đợc dùng không rộng rãi, bởi lẽ hệ số khuếch đại của tranzitor loại này nhiều khi không đủ lớn, để khuếch đại đợc tín hiệu từ khâu so sánh đa sang. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Tầng khuếch đại cuối cùng bằng sơ đồ darlington nh trên hình 6b thờng hay đợc dùng trong thực tế. ở sơ đồ này hoàn toàn có thể đáp ứng đợc yêu cầu về khuếch đại công suất, khi hệ số khuếch đại đợc nhân lên theo thông số của các tranzitor.
Trong thực tế xung điều khiển chỉ cần có độ rộng bé (cỡ khoảng (10 ữ
200) às), mà thời gian mở thông các tranzitor công suất dài (tối đa tới một nửa chu kỳ - 0.01s), làm cho công suất toả nhiệt d của Tr quá lớn và kích th- ớc dây quấn sơ cấp biến áp d lớn. Để giảm nhỏ công suất toả nhiệt Tr và kích thớc dây sơ cấp BAX chúng ta có thể thêm tụ nối tầng nh hình 6c. Theo sơ
30 A3 A3 3 Ur a R4 Udk R5 Ur c b. A3 Ura Urc Udk c. R5 R4
đồ này, Tr chỉ mở cho dòng điện chạy qua trong khoảng thời gian nạp tụ, nên dòng hiệu dụng của chúng bé hơn nhiều lần.
3 .Sơ đồ mạch điều kiển
- Từ những phân tích ở trên ta có sơ đồ của mạch điều kiển :
4. Nguyên lý hoạt động của sơ đồ điều khiển:
Điện áp vào tại điểm A (UA) có dạng hình sin, trùng pha với điện áp anod của Tiristo T, qua khuếch đại thuật toán (KĐTT) A1 cho ta chuỗi xung chữ nhật đối xứng UB. Phần áp dơng của điện áp chữ nhật UB qua điôt D1 tới A2 tích phân thành điện áp tựa Urc. Điện áp âm của điện áp UB làm mở thông tranzitor Tr1, kết qủa là A2 bị ngắn mạch (với Urc = 0) trong vùng UB âm. Trên đầu ra của A2 chúng ta có chuỗi điện áp răng ca Urc gián đoạn.
Điện áp Urc đợc so sánh với điện áp điều khiển Uđk tại đầu vào của A3. Tổng đại số Urc + Uđk quyết định dấu điện áp đầu ra của KĐTT A3. Trong khoảng 0 ữ t1 với Uđk > Urc điện áp UD có điện áp âm. Trong khoảng
Sơ đồ các khâu khuếch đại.
a- bằng tranzitor công suất; b- bằng sơ đồ darlington; c- sơ đồ có tụ nối tầng. Rf A1 A2 R1 A R2 R3 C1 D1 B Tr1 U1 Udk Ur +E A3 Ura R4 R5 BA D2 R6 R7 C2 Tr2 Rf Uv Tr2 BAX +E D2 Tr1 b. R6 R 7 Uv Tr1 BAX +E D2 a. R6 R7 R6 Uv Tr2 BAX +E D2 Tr1 C2 D c. Rf
t1 ữ t2 điện áp Uđk và Urc đổi ngợc lại, làm cho UD lật lên dơng. Các khoảng thời gian tiếp theo giải thích điện áp UD tơng tự.
Các xung ra UF làm mở thông các tranzitor, kết quả là chúng ta nhận đợc chuỗi xung nhọn Xdk trên biến áp xung, để đa tới mở Tiristo T.