CHƯƠNG 5: XÂY DỰNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN 50 CHƯƠNG 5 XÂY DỰNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN 5.1 Yêu cầu mạch điều khiển *. Điều kiện Thyristor làm việc - Có điện áp dương đặt nên Anot - Có xung áp dương đặt vào cực điều khiển - Sau khi Thyristor đã mở thì xung điều khiển không còn tác dụng, dòng điện chạy qua Thyristor do thông số của mạch quyết định. *. Chức năng của mạch điều khiển - Điều chỉnh được vị trí xung điề u khiển trong một nửa chu kỳ dương của điện áp đặt lên Anot-Catot - Tạo ra được các xung đủ điều kiện mở được Thyristor + Biên độ xung thường từ 2 đến 10V Độ rộng xung t X = 20 ÷100 μs (đối với thiết bị chỉnh lưu) t X ≤ 10 μs (đối với thiết bị biến đổi tần số cao) 5.2. Nguyên tắc điều khiển Trong việc điều khiển chỉnh lưu thì việc tạo thời điểm để phát xung mở Thyristor là một khâu rất quan trọng. Việc điều khiển chỉnh lưu thường sử dụng hai nguyên tắc đó là. CHƯƠNG 5: XÂY DỰNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN 51 Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính. Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng Arccos *. Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính (Hình 5.1) Hình 5.1. Nguyên lý điều khiển thẳng đứng tuyến tính. Đối với nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính thì tại thời điểm xuất hiện sự cân bằ ng giữa điện áp điều khiển (U đk ) và điện áp tựa (U S cũng chính là điện áp cùng pha trùng pha với điện áp đặt trên A-K của Thyristor và thường đặt vào đầu đảo của bộ so sánh). Thông thường điện áp tựa có dạng răng cưa. Như vậy bằng cách thay đổi U đk người ta có thể điều chỉnh được thời điểm xuất hiện xung ra α α Uđk Us Us Uđk π 0 Usm 2π ω t CHƯƠNG 5: XÂY DỰNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN 52 Theo đồ thị nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính thì góc điều khiển α được xác định: α = sm dk U U . π Trong đó : α góc mở của Thyristor U đk -Điện áp điều khiển U sm - Điện áp đồng bộ cực đại Thông thường người ta lấy U đk max = U sm . Ta nhận thấy rằng góc α là một hàm tuyến tính của điện áp điều khiển U đk . Vậy ta có thể điều khiển góc α thông qua điều khiển điện áp một chiều. *. Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng Arccos (Hình 5.2) U U s π U ak 0 α 2π U đk t CHƯƠNG 5: XÂY DỰNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN 53 Hình 5.2 . Nguyên lý điều khiển thẳng đứng Arccos Điện áp đồng bộ U S vượt trước điện áp U AK = U m Sinωt của Thyristor một góc bằng 2 π , vậy U s = U m Cosωt Điện áp điều khiển là điện áp một chiều có thể điều chỉnh được biên độ theo 2 chiều ( dương và âm). Nếu đặt U S vào cổng đảo và U đk vào cổng không đảo của một khâu so sánh thì ta sẽ nhận đựoc một xung rất mảnh ở đầu ra của khâu so sánh khi khâu này lật trạng thái Góc α được xác định α = arcCos( m dk U U ) Khi U đk = Um thì α =0 U đk = 0 thì α= 2 π U đk = -Um thì α = π Như vậy khi điều chỉnh Uđk từ trị U đk = + U m đến trị U đk = -U m ta có thể điều chỉnh được góc α từ 0 đến π Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng Arccos được sử dụng trong các thiết bị chỉnh lưu đòi hỏi chất lượng cao. CHƯƠNG 5: XÂY DỰNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN 54 Trong mạch điều khiển sau đây ta chọn nguyên tắc điều khiển thẳng đứng Arccos. 5.3. Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển *. Sơ đồ khối gồm các khâu như Hình 5.3 Hình 5.3. Sơ đồ khối mạch điều khiển 1. Khâu đồng pha (Hình 5.4) Biến áp đồng pha là một biến áp có điện áp đầu vào là điện áp của Thyristor (U AK ) điện áp ra được chỉnh lưu hai nửa chu kỳ có điểm giữa nhờ hai diode D 4 và D 5 Các dioê D 4 và D 5 được chọn theo kinh nghiệm, ta chọn loại có mã hiệu IN4007 có các số liệu DF TXM BAX PH Uđk (3) 1 2 4 5 6 ĐF Th CHƯƠNG 5: XÂY DỰNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN 55 Dòng tải qua diode 3A Điện áp ngược đặt lên Diode: 700 V U ra D4 10 U 1 0 π 2π ω t U 2 U ’ 2 D5 U 1 6 7 8 T 1 11 220v U 1m U 2 0 π 2π ωt U ’ 2 U 2 U ’ 2 π 2π ωt 0 U ra U 2m U 2m CHƯƠNG 5: XÂY DỰNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN 56 Hình 5.4. Khâu biến áp đồng pha 2.Khâu dịch pha (Tạo hàm Cos): Hình 5.5 Khâu này được lấy điện trực tiếp từ đầu ra ( chưa qua chỉnh lưu) của biến áp đồng pha. Sau đó đưa qua mạch tích phân R 3 và hai tụ C 4 mắc song song với tụ C 4 ’ có tác dụng làm dịch pha và đưa vào biến áp T 2 điện áp ra của biến áp T 2 là một tín hiệu dịch pha so với điện áp trên AK của Thyristor ( Đây là điện áp đồng pha tín hiệu để mở Thyristor TH 1 ) Hình 5.5. Khâu dịch pha Điện trở và tụ điện trên sơ đồ được chọn theo kinh nghiệm thực tế R 8 có trị số 1K5 3w Tụ C 4 , C 4 ’ có trị số 105= 1μF 3. Nguồn điện áp điều khiển (Điện áp một chiều) (Hình 5.6) C 4 C ’ 4 ∼ R 8 T 2 CHƯƠNG 5: XÂY DỰNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN 57 Gồm một biến áp một pha. Điện áp đầu ra của biến áp này được chỉnh lưu theo phương pháp hai nửa chu kỳ có điểm giữa. Sau đó được chỉnh lưu bởi hai Diode. D 10 và D 11 . Điện áp một chiều được lọc qua bộ lọc hình π bao gồm tụ C 7 , R 10 và tụ C 8 . Sau đó được sụt áp trên điện trở R 11 và ổn định bằng diode ổn áp D z1 đưa ra điện áp ổn định 13V. Điện áp này được đưa qua biến trở 5VR (chiết áp điều chỉnh tốc độ). Đầu ra của biến trở là điện áp điều khiển ( điện áp một chiều) Tuy nhiên điện áp này còn đựơc đưa qua bộ tạo mạch bởi R 11 , 4VR ( điều chỉnh thời gian trễ) và tụ C 9 tạo thiên áp cho Transistor mở. Thời gian trễ được tính. τ = R.C = ( R 14 + 4 VR ). C 9 Với 4VR min =0 thì τ = R 14 . C 9 = 2,2.10 3 .470 .10 -6 = 1 (s) Với 4VR max = 50K thì τ = (R 14 + 4RV max )C 9 = = (2,2 + 50 ). 10 3 .470. 10 -6 = 24,5 (s) Tín hiệu ra lấy từ chân E của Q 2 là tín hiệu điều khiển. CHƯƠNG 5: XÂY DỰNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN 58 D 11 D U đk C 7 + R 10 R 14 C 8 + D Z1 5VR R 14 Q 2 4VR C 9 + Hình 5.6 Nguồn điện áp điều khiển CHƯƠNG 5: XÂY DỰNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN 59 Các linh kiện chọn theo kinh nghiệm Diode D 10 , D 11 : IN4007 ; Diode D z1 : Z13 Tụ điện : C 7 : 50/160V C 8 : 47/63 C 9 : 470/50V Điện trở : R 10 , R 11 : 470Ω R 14 : 2K2 4VR : 50K Transistor : Q 2 : C 1384 4. Khâu tạo xung mở (Hình 5.7) Nguồn cung cấp cho khâu tạo xung là được lấy từ biến áp đồng pha sau khi chỉnh lưu qua D 4 , D 5 được lọc qua tụ C 6 , sụt áp trên R 3 , rồi ổn áp nhờ D Z2 , tín hiệu này được đưa qua 1VR (chỉnh xung) và R 4 mắc song song với S200 (điện trở ổn định nhiệt). Điện áp lấy trên 1VR được đưa vào cực G của Thyristor Th 1 để mở Thyristor này. [...]... = = 3 0.02 = 0,06 (W) Vậy ta chọn máy biến áp (T3) có thông số Điện áp : Vào/ Ra = 6,5/3 (V) Công suất : P = 0,06 (W) Chọn tụ C2 ( Theo kinh nghiệm) C2 = 1/250 V Diode : Có Ungmax = 300V ; ID = 10 A 6 Khâu phản hồi tốc độ Để ổn định tốc độ động cơ người ta thiết kế thêm khâu phản hồi tốc độ Bao gồm một máy phát tốc gắn đồng trục với ly hợp Khi trục động cơ quay thì máy phát tốc (TG) sẽ phát ra một điện... 0.3 = 3(v) Ta chọn máy biến áp xung có tỷ lệ biến áp m= E I 1 = 2t 3 = 1t 3 2 E1t 3 I 2t 3 Suất điện động do cuộn sơ cấp của biến áp T3 sinh ra E1T3 = 2 E2T3 = 2.3 = 6 (v) Dự tính điện áp sụt trên cuộn sơ cấp của biến áp T3 là ΔU1T3 = 0.5 (v) Vậy điện áp đặt vào cuộn sơ cấp của biến áp T3 62 CHƯƠNG 5: XÂY DỰNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN U1T3 = E1T3 + ΔU1T3 = = 6 + 0,5 = 6,5(v) Công suất của máy biến áp xung T3... chế thời gian mở theo tín hiệu phản hồi ngay trong cả chu kỳ tương ứng của nó Điện áp trên cuộn dây khớp từ sẽ thay đổi và ổn định theo tín hiệu phản hồi về từ máy phát tốc Nếu vì một lý do nào đó tốc độ khớp từ tăng hoặc giảm thì tín hiệu máy phát tốc cũng tăng hoặc giảm theo, dẫn đến tín hiệu phản hồi thay đổi Uk tăng hoặc giảm thì thời gian phát xung vào Thyristor Th tăng giảm theo dẫn đến điện... Cuộn 8-9 đóng vai trò như điện trở động, trị số thay đổi theo từng nửa chu kỳ của điện áp nguồn - Biến áp T3: Là biến áp lấy tín hiệu điều khiển thyristor TH - Hai điểm 5 và 6 là tín hiệu được lấy từ máy phát tốc tại động cơ Tín hiệu này là tín hiệu xoay chiều Sau khi được chỉnh lưu cầu qua D6 – D9 và lọc bằng tụ C5 và được sụt áp bằng điện trở R6 Điện áp này được đưa qua R5, 3VR, R7 Điện áp này kết... lưu qua D1 và đưa vào cực G của TH - Biến áp T3 còn có tác dụng cách ly giữa mạch điều khiển và mạch công suất * Nguyên lý hoạt động của mạch: 67 CHƯƠNG 5: XÂY DỰNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN - Khi đóng điện vào máy biến thế T1 có điện qua cuộn 0 - 220V Tại thời điểm này tín hiệu phát tốc chưa có điện, tụ C9 của mạch định thiên Q2 được nạp, điện áp trên 3VR bằng 0 Lúc này Thyristor được mở bằng tín hiệu lấy trên... và (-) ở 5 (T1) thì cuộn 3,4 của T3 không có điện do đó Thyristor Th không mở Như vậy Thyristor chỉ mở ở một nửa chu kỳ của điện áp nguồn tương ứng với điện áp trên AK Sau một thời gian khớp từ chạy, máy phát tốc có điện, tụ C9 đã nạp đầy ( thời gian nạp có thể điều chỉnh được bằng chiết áp 4VR) Do đó Transistor Q2 được mở Điện áp phát tốc qua mạch phản hồi kết hợp với điện áp đặt trên 5VR tạo thành... Thành điện áp một chiều Điện áp này kết hợp với tín hiệu điều khiển để điều khiển tốc độ động cơ Us r5 r6 3vr TG C5 D6÷D9 63 U®k CHƯƠNG 5: XÂY DỰNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN Hình 5.9 Khâu phản hồi tốc độ Các số liệu lấy theo kinh nghiệm Diode : D6 ÷ D9 = IN4007 Tụ điện : C5 = 47/50V Điện trở : R5 = R6 = 100 Ω 3RV = 500 Ω (Biến trở) 5.4 Nguyên lý hoạt động của mạch điều khiển Sơ đồ mạch điều khiển của ly hợp điện . 6 + 0,5 = 6,5(v) Công suất của máy biến áp xung T 3 P T3 = E 2T3 . I 2T3 = E 2T3 . Ig = = 3. 0.02 = 0,06 (W) Vậy ta chọn máy biến áp (T 3 ) có thông số. thiết kế thêm khâu phản hồi tốc độ. Bao gồm một máy phát tốc gắn đồng trục với ly hợp. Khi trục động cơ quay thì máy phát tốc (TG) sẽ phát ra một điện áp xoay