Đồ án Cải tạo mạch điện cho máy bào giường 7210, sử dụng phần mềm Matlab mô phỏng và khảo sát hệ thống

a tiếp điểm hành trình 1KH được đẩy về phía trái, một phần biến trở BTT bị ngăn mạch, Ucđ lại giảm xuống trị số điện áp tương ứng với tốc độ Vo của bàn máy, dao ra khỏi chi tiết. Sau khi công tấc hành trình 1KC bị ấn , cắt điện T, kết thúc hành trình thuận. Mặt khác, công tắc tơ N tác động , ngắn mạch biến trở BTT, đưa biến trở BTN vào mạch kích từ KĐM, máy phát được kích từ theo chiều ngược và động cơ bắt đầu quay ngược. Khi bàn máy chạy ngược công tắc hành trình 1KC và sau là chổi than tiếp xúc 1KH được trả về vị trí ban đầu để chuẩn bị cho chu kì tiếp theo. Gần cuối hành trình ngược, 2KH ngắn mạch một phần biến trở BTN làm cho tốc độ động cơ giảm xuống trị số tương ứng với tốc độ bàn là 1215 m/ ph. Hết hành trình ngược 2KC bị ấn công tắc tơ N bị mất điện, bàn đảo chiều sang hành trình thuận và tăng tốc độ đến 1215 m/ ph. - Hãm máy xảy ra sau khi ấn nút D. CTT KL, T hoặc N và rơle R mất điện. Điện áp chủ đảotên biến trở BTT hoặc BTN mất tác dụng, các cuộn dây CK1- CK2- CK3 được nối vào điện áp máy phát có dấu ngược với Ucđ trước khi hãm, dòng điện trong các cuộn CK1- CK2- CK3 đảo chiều, động cơ được hãm tái sinh. Sau thời gian duy trì của rơle R, một phần của biến trở 1R bị ngắn mạch, điện áp phản hồi bị giảm đi, quá trình hãm tái sinh chuyển sang giai đoạn thứ hai cho đến lúc dừng. 2.3 Kết luận. Với một sơ đồ đơn giản như trên, có rất nhiều hạn chế cho hoạt động của MBG 7210: động cơ không làm việc được khi: không đủ điện áp, không đủ áp lực dầu trong hệ thống bôi trơn, bàn máy di chuyển ra ngoài phạm vi cho phép, bảo đảm phạm vi điều chỉnh tốc độ thấp( 15/1, với độ sụt tốc độ không quá 6%).Ngoài ra, sơ đồ này còn có nhược điểm là: có sự liên quan giữa mạch động lực và mạch điều khiển nên khó khăn trong điều hành, sửa chữa và hiệu chỉnh cho hệ thống; Dùng nhiều động cơ nên hiệu suất thấp, cồng kềnh, ồn lớn, dễ xảy ra sự cố( do sử dụng nhiều CTT). Do vậy với những đặc điểm của MBG 7210 đòi hỏi phải có 1 sơ đồ mới (động lực và điều khiển) tối ưu hơn để khắc phục những nhược điểm trên. Chương 2 PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG. Truyền động điện có nhiệm vụ thực hiện các công đoạn cuối cùng của một công nghệ sản xuất tự động, hiện đại. TĐ điện đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm. Vì vậy, các hệ truyền động điện luôn luôn được quan tâm nghiên cứu nâng cao chất lượng để đáp ứng yêu cầu công nghệ mới với mức độ tự động hoá cao. Có hai hệ truyền động thường được sử dụng là đó là hệ truyền động máy phát - động cơ một chiều( F – Đ) và hệ truyền động chỉnh lưu Thyristor - động cơ 1 chiều. 2.1 Hệ truyền động F – Đ. 2.1.1 Sơ đồ nguyên lý. - Hệ truyền động F - Đ gồm có: + Động cơ Đ truyền động cho máy sx được cấp điện vào phần ứng từ máy phát F. + Động cơ sơ cấp ( động cơ điện KĐB 3 pha ) điều khiển kéo máy phát với tốc độ không đổi đồng thời ĐK kéo luôn máy phát tự kích K để cấp điện kích từ cho động cơ Đ và máy phát F. + Biến trở Rkk dùng để điều chỉnh dòng điện kích từ của máy phát tự kích K nghĩa là để điều chỉnh điện áp phát ra cấp cho các cuộn kích từ máy phát KTf và cuộn kích từ động cơ KT +Biến trở Rkf dùng để điều chỉnh dòng kích từ máy phát F do đó điều chỉnh điện áp phát ra của máy phát F đặt vào phần ứng động cơ Đ. + Biến trở Rkđ dùng để điều chỉnh dòng kích từ động cơ, do đó thay đổi tốc độ động cơ nhờ thay đổi từ thông. 2.1.2 Các chế độ làm việc của hệ F - Đ. Trong mạch lực của hệ F - Đ không có phần tử phi tuyến nào nên hệ có những đặc tính động rất tốt, rất linh hoạtkhi chuyển các trạng thái làm việc. Động cơ chấp hành Đ có thể làm việc ở chế độ điều chỉnh được cả hai phía: kích thích máy phát F, kích thích động cơ Đ. Đảo chiều quay bằng đảo chiều dòng kích thích máy phát, hãm động năng khi IKTF = 0, hãm tái sinh khi đảo chiều hoặc khi làm việc ổn định với mômen tải có tính chất thế năng… . Hệ F - Đ có đặc tính cơ điền đầy cả 4 góc phần tư của mặt phẳng toạ độ (w, M ) (hình vẽ đặc tính cơ) - ở góc phần tư thứ I và góc phần tư thứ III tốc độ quay và mômen quay luôn luôn cùng chiều nhau. Năng lượng được vận chuyển thuận chiều từ nguồn máy phát động cơ tải. - Vùng hãm tái sinh nằm ở góc phần tư thứ II và thứ IV năng lượng vận chuyển theo chiều từ tải động cơ máy phát nguồn. Máy phát F và động cơ Đ đổi chức năng cho nhau. Hãm tái sinh trong hệ F - Đ được khai thác triệt để khi giảm tốc độ, khi hãm để đảo chiều quay. - Vùng hãm ngược của động cơ trong hệ F - Đ được giới hạn bởiđặc tính hãm động năng và trục mô men. Hình 7 - Đặc tính cơ hệ F - Đ trong chế độ hãm ngược 2.1.3 Đặc điểm của hệ F - Đ. Các chỉ tiêu chất lượng của hệ F - Đ về cơ bản tương tự các chỉ tiêu của hệ điều áp dụng bộ biến đổi nói chung. - Ưu điểm: + Phạm vi điều chỉnh tăng lên cỡ 30 1 + Điều khiển tốc độ bằng phẳng trong phạm vi điều chỉnh, tổn hao nhỏ do tiến hành trên các mạch kích từ. + Hệ điều chỉnh đơn giản. + Trạng thái làm việc linh hoạt, khả năng quá tải lớn. + Có thể thực hiện hãm một cách dễ dàng bằng nhiều cáchkhác nhau. - Nhược điểm: + Sử dụng nhiều máy điện quay nên hiệu suất thấp (70% ), cồng kềnh, tón diện tích lắp đặt, gây ồn lớn. + Công suất đặt lớn. + Vốn đầu tư ban đầu cao. + Do tốc độ nhỏ nên điều chỉnh sâu tốc độ bị hạn chế. 2.2 Hệ truyền động MKĐN - Đ. 2.2.1 Sơ đồ cấu tạo Hình 9: Nguyên lý cấu tạo của máy điện khuếch đại từ trường ngang MKĐN: thực chất cũng là một phát một chiều có cấu tạo đặc biệt gồm: - Stato: có nhiều cuộn kích từ. Trong đó: cuộn chủ đạo, cuộn phản hồi, cuộn bù. - Roto: Có bốn chổi than: Chổi 1 và 2 nối ngắn mạch với nhau => gọi là cặp chổi than ngang trục. Chổi 3 và 4 gọi là cặp chổi than dọc trục. Cấp điện áp ra của MKĐN. Hình 8 - Sơ đồ nguyên lý hê MKĐN 2.2.2: Nguyên lý hoạt động Coi MKĐN tương đương với 2 máy phát điện nối tầng với nhau thành hai cấp khuếch đại như mạch đẳng trị ( Hệ số khuếch đại K=K1+ K2 lên tới hàng vạn.) Hệ MKĐN để điều chỉnh tốc độ động cơ ( Wđ ) qua việc điều chỉnh điện áp phần ứng Uư. MKĐN gồm 4 cuộn: + CK1: Cuộn chủ đạo ( hay cuộn điều khiển ). + CK2: Cuộn phản hồi dương dòng. + CK3: Phản hồi âm áp. + CK4: Cuộn phản hồi mềm ( cuộn ổn định ). FMKĐN ( sức từ động tổng ) khi làm việc là: FMKĐN = F1 + F2 + ( - F3 ) + ( F4 ) - Ura của MKĐN quyết định tốc độ của động cơ sẽ được đặt bởi biến trở R1 ( nghĩa là trị số từ động F1 ). Cuộn phản hồi âm áp CK3 để cưỡng bức kích từ MKĐN lúc ban đầu ( vì banđầu , F3 = 0F lớn ). Sau đó lại hạn chế cưỡng bức (vì giảm do F3 tăng theo UMKĐN) và cuối cùng kết thúc quá trình cưỡng bức kích từ CK3 còn kết hợp với CK2 để ổn định tốc độ động cơ CK4 liên hệ với Ura MKĐN ( Uư động cơ ). Qua biến áp ổn định BA. Nếu ổn định BA không làm việc ổn địnhF4 = 0. Nếu UMKĐN biến đổi từ thông trong lõi từ BA biến đổi cuộn thứ cấp BA có điện và phản ánh dao động của Ura MKĐN FCK4 sẽ làm F giảm khi MKĐN tăng, làm F khi MKĐN giảm. CK4 còn có tác dụng hạn chế hiện tượng quá điều chỉnh khi có tín hiệu ( do hệ số khuếch đại K quá lớn Khâu phản hồi dương dòng và âm áp được thay thế bằng phản hồi âm tốc độ 2.2.3: Đặc điểm hệ MKĐN - Đ. - Ưu điểm: do hệ số khuyếch đại K lớn nên MKĐN được dùng nhiều trong điều chỉnh tốc độ động cơ 1 chiều có phạm vi rộng với độ ổn định cao và quán tính điện từ nhỏ. - Nhược điểm: + Sử dụng nhiều máy điện quay nên hiệu suất thấp, cồng kềnh, tốn diện tích lắp đặt, gây ồn lớn. + Công suất đặt lớn + Vốn đầu tư ban đầu cao. 2.3: Hệ truyền động T - Đ. Hình 9 – sơ đồ khối hệ T - Đ 2.3.1: Sơ đồ khối hệ T - Đ. - Hệ truyền động T - Đ là hệ truyền động động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập, điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách biến đổi điện áp đặt vào phần cảm của động cơ thông qua các bộ biến đổi chỉnh lưu dùng Thyristor. - Hệ có thay đổi tốc độ và đảo chiều quay của động cơ. Việc đảo chiều quay được thực hiện bằng cách đảo chiều dòng điện kích từ IKT qua 2 bộ chỉnh lưu ba pha có điều khiển CL1 và CL2 được nối theo sơ đồ hình tia hay hình cầu. Cũng có thể dùng một bộ chỉnh lưu có điều khiển với các phương pháp đảo cực tính đầu ra bằng các tiếp điểm của rơle thay cho 2 bộ chỉnh lưu CL1 và CL2. Khi công suất kích từ nhỏ, có thể thay các bộ chỉnh lưu 3 pha CL1 và CL2 bằng các bộ chỉnh lưu Thyristor 1 pha. - Phương pháp đảo chiều quay bằng từ thông có một số hạn chế do cuộn cảm có hệ số tự cảm lớn, làm tăng thời gian đảo chiều…. Khi dùng phương pháp đảo chiều quay nhở đảo chiều dòng điện phần ứng thì sơ đồ khối như hình 12. Hình 10: Hệ T - Đ đảo chiều quay nhờ đảo chiều điện áp phần ứng Hình 11: Hệ T - Đ đảo chiều quay nhờ đảo chiều điện áp phần ứng - Động cơ Đ được điều chỉnh tốc độ qua 2 vùng : + Vùng dưới tốc độ cơ bản: Nhờ thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ qua bộ chỉnh lưu 3 pha có điều khiển CL1 (khi quay thuận) hoặc CL2 (khi quay ngược). Điện áp thay đổi luôn nhỏ hơn giá trị định mức Uđm còn từ thông là định mức đm. + Vùng trên tốc độ cơ bản: Nhờ thay đổi dòng điện kích từ (tức là thay đổi từ thông) xuống dưới giá trị định mức qua bộ chỉnh lưu có điều khiển CL3. 2.3.2.1 Chế độ dòng điện liên tục. - Dòng điện chỉnh lưu Id chính là dòng điệnphần ứng động cơ điện. Sơ đồ thay thế hệ chỉnh lưu Thyristor - động cơ 1 chiều: - Ta có phương trình đặc tính cơ cho hệ T - Đ ở chế độ dòng điện liên tục là: - Thay đổi góc từ 0 - , sđđ chỉnh lưu biến thiên từ Ed0 đến phải của mặt phẳng toạ độ [, I ] do các van không cho dòng điện phần ứng đổi chiều. Các đặc tính cơ của hệ CL - Đ mềm hơn các đặc tính cơ của hệ F - Đ bởi thành phần sụt áp UK do hiện tượng chuyển mạch giữa các van bán dẫn gây ra. Khi góc điều khiển biến thiên trong vùng 0 / 2 bộ biến đổi làm việc ở chế độ chỉnh lưu, động cơ có thể làm việc ở chế độ động cơ nếu sđđ E còn dương và chế độ hãm ngược nếu sđđ E đổi chiều. - Khi tăng gốc điều khiển vùng / 2max và tải có tính chất thế năng để quay ngược chiều động cơ thì cả Sđđ Ed và E đều đổi dấu. Nếu Sđđ động cơ lớn hơn giá trị trung bình của sđđ của bộ BĐ thì dòng điện phần ứng vẫn chảy theo chiều cũ, động cơ làm việc ở chế độ hãm tái sinh, dưới tác dụng của sđđ động cơ mà các van Thyristor sẽ dẫn dngf trong thời gian nửa chu kì âm của điện áp lưới . Góc pha của dòng điện xoay chiều trở nên lớn hơn / 2 bộ BĐlàm việc ở chế độ nghịch lưu phụ thuộc, biến cơ năng của Thyristorải thành điện năng xoay chiều, cùng Thyristorần số lưới và trả về với lưới điện Hình 12 - Đặc tính cơ của hệ CL- Đ 2.3.2.2 Chế độ dòng điện gián đoạn. - Giá trị trung bình của dòng điện ở chế độ gián đoạn viết trong hệ đơn vị tương đối: I*đ = = - Hệ thống không thể làm việc ổn định ở vùng dòng điện gián đoạn nếu không áp dụng các phương pháp tự động điều chỉnh đặc biệt ( ví dụ hệ điều chỉnh thích nghi chẳng hạn). - Trong thực tế tính toán hệ CL - Đ chỉ cần xác định biên giới vùng dòng điện liên tục và vùng dòng điện gián đoạn. Trạng thái biên liên tục là trạng thái mà góc dẫn = và góc chuyển mạch = 0. Biên giới này được xác định bởi phương trình: +=1 - Trongđó: blt=E/U2đm I*blt = I.eL/U2m P số pha chỉnh lưu. Việc tăng số xung p kéo theo tăng tốc độ phức tạp của mạch lực và mạch điều khiển chỉnh lưu, còn khi tăng điện cảm lọc L kéo theo làm xấu quá trình quá độ và làm tăng trọng lượng, kích thước của hệ thống. 2.3.3 Đặc điểm của hệ T - Đ. - Ưu điểm: + ưu điểm nổi bật của hệ T - Đ là độ tác động nhanh, cao, không gây ồn và dễ tự động hoádo các van bán dẫn có hệ số khuếch đại công suất cao, điều đó rất thuận lợi cho việc thiết lập các hệ tống tự động điều chỉnh nhiều vòng để nâng cao chất lượng các đặc tính tĩnh và các đặc tính động của hệ thống . - Nhựơc điểm: + Do các van bán dẫn có tính phi tuyến dạng điện áp chỉnh lưu ra có biên độ và ở các truyền động có công suất lớn làm xấu dạng điện áp của nguồn và lưới xoay chiều hệ số công suất cos của hệ nói chung là thấp. 3. Kết luận chung. Với những ưu - nhược điểm của mình, hệ T - Đ là hệ truyền động điện phù hợp nhất với đặc điểm công nghệ của MBG 7210. Vì MBG 7210 có công suất lớn ( 75 KW ), mà hệ F - Đ thì chỉ dùng cho những hệ có công suất vừa và nhỏ. Còn hệ T - Đ thì có đặc điểm nổi bật là dùng cho những hệ có công suất lớn ( do hệ số khuếch đại công suất lớn). Hơn nữa, giá thành đầu tư và sửa chữa của hệ T - Đ rẻ hơn hệ F - Đ rất nhiều. Và đặc biệt là ở hệ T - Đ có thể thiết lập điều chỉnh nhiều vòng để nâng cao chất lượng đặc tính tĩnh và động trong khi đó hệ F - Đ thì không thể làm được như vậy. Chương 3 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ 3.1 Thiết kế mạch động lực 3.1.1 Lựa chọn mạch chỉnh lưu Do yêu cầu truyền động bàn của máy bào giường là truyền động đảo chiều với tần số cao, mô men khởi động lớn, quá trình quá độ chiếm đáng kể trong quá trình làm việc. Để thoả mãn được yêu cầu đó cũng như yêu cầu cụ thể của đề tài ta có một số sơ đồ như sau Sơ đồ chỉnh lưu hình tia 3 pha mắc song song ngược - Sơ đồ chỉnh lưu hình cầu 3 pha mắc song song ngược Để chọn được sơ đồ chỉnh lưu hợp lý cho mạch động lực, ta phải xét đến từng ưu nhược điểm của từng sơ đồ chỉnh lưu trên. - Sơ đồ chỉnh lưu hình tia 3 pha mắc song song ngược: có số van ít, cho dòng qua van vừa phải, có sụt áp và tổn thất trên van ít hơn mạch chỉnh lưu hình cầu . + Nhược điểm: dạng điện áp đầu ra xấu, chỉ áp dụng cho những động cơ có công suất vừa và nhỏ - Sơ đồ chỉnh lưu hình cầu 3 pha mắc song song ngược: có ưu điểm là dòng qua van chỉnh lưu nhỏ, ít bị quá dòng, dạng điện áp ra bằng phẳng hơn các sơ đồ khác. Được áp dụng đối với các động cơ có công suất lớn. + Nhược điểm của sơ đồ này là có số van lớn, đảo chiều phức tạp, giá thành cao. Qua so sánh ưu diểm và nhược điểm của các sơ đồ chỉnh lưu hình tia 3 pha, hình cầu 3 pha ta chọn mạch lực cho máy bào giường có công suất 75Kw là sơ đồ hình cầu 3 pha vì nó đảm bảo được yêu cầu công nghệ của máy bào giường. - Nguyên lý hoạt động của mạch cầu 3 pha: Xét trường hợp dòng tải liên tục : + Từ và từ hai van T4và T5 cùng dẫn dòng , ,,, , , , , , , + Từ và từ hai van T5 và T6 cùng dẫn dòng , , , , , , , + Từ và sau . Hai van T1 và T6 cùng dẫn dòng , , , , , , , , , + Từ . Hai van T1 và T2 cùng dẫn dòng: , , , , , , , + Từ . Hai van T2 và T3 cùng dẫn dòng: , , , , , , , + Từ . Hai van T3 và T4 cùng dẫn dòng: , , , , , , , , + Từ thì sơ đồ lập lại trạng thái 3.1.2 Lựa chọn phương án đảo chiều Do chỉnh lưu Thyristor dẫn dòng theo một chiều và chỉ điều khiển được khi mở, khóa theo điện áp lưới. Nên T- Đ thực hiện điều chỉnh khó khăn và phức tạp. Điều khiển hệ T- Đ đảo chiều yêu cầu an toàn kĩ thuật cao. Để làm được điều đó ta có hai phương pháp điều khiển sau: - Giữ nguyên và đảo chiều : không thích hợp với máy bào giường vì thời gian điều chỉnh lâu, thời gian quá độ lớn. Khi đảo chiều dòng lớn sinh ra tia lửa điện trên chổi than và vành góp làm giảm tuổi thọ của máy điện. - Giữ nguyên và đổi chiều quay phần ứng với phương pháp này có một số phương án đảo chiều sau: + Đảo chiều phần ứng bằng công tắc tơ chuyển mạch: quá trình điều chỉnh lâu, tần số thấp. Do sử dụng công tắc tơ nên sinh ra hồ quang . + Đảo chiều phần ứng bằng hai sơ đồ chỉnh lưu đấu song song ngược. Đảo chiều với tần số cao, phù hợp với máy bào giường công suất lớn, thời gian quá độ do đảo chiều nhỏ. Qua phân tích các phương pháp đảo chiều, để phù hợp với yêu cầu của máy bào giường ta chọn phương án dùng hai sơ đồ chỉnh lưu mắc song song ngược 3.1.3 Phương án điều chỉnh tốc độ Trên phương diện điều chỉnh tốc độ, động cơ điện một chiều có nhiều ưu điểm hơn so với các loại động cơ khác, có cấu trúc mạch lực và mạch điều khiển đơn giản hơn, đạt chất lượng điều chỉnh cao. Thực tế để điều chỉnh tốc độ động cơ ta dùng phương pháp điều chỉnh điện áp cấp cho phần ứng động cơ Giả thiết : - Nhận xét: + Khi điện áp giảm thì của động cơ giảm và tốc độ động cơ cũng giảm ứng với một phụ tải nhất định nên phương pháp này điều chỉnh trơn tốc độ và hạn chế dòng khởi động. + Vì từ thông của động cơ được giữ không đổi nên động cơ cũng không đổi. Tốc độ không tải lý tưởng còn tùy thuộc vào giá trị điện áp của hệ thống đồng thời = const . Do đó có thể nói phương pháp này là triệt để. + Tốc độ lớn nhất và nhỏ nhất của dải điều chỉnh : + Dải điều chỉnh 3.1.4 Phương pháp ổn định tốc độ - Để phù hợp với yêu cầu của máy bào giường ta dùng phản hồi âm tốc độ để ổn định tốc độ cho hệ thống. - Để hạn chế tốc độ cho phụ tải ta dùng khâu phản hồi âm dòng có ngắt. 3.1.5 Sơ đồ mạch lực Sơ đồ gồm : Nguồn áp 3 pha được cung cấp cho máy biến áp 3 pha nhằm mục đích tạo ra nguồn điện áp thích hợp cho bộ biến đổi Máy biến áp nguồn nối Y/Y0 có nhiệm vụ: cách ly giữa lưới điện và xoay chiều và động lực mạch chỉnh lưu. + Hạn chế quá áp từ bên ngoài truyền vào bộ biến đổi T1 T12 làm nhiệm vụ chỉnh lưu T1 T6 cung cấp điện áp cho động cơ quay thuận. T7 T12 cung cấp điện áp cho động cơ quay ngược. R, C là trở và tụ điện dùng để bảo vệ cho Thyristor không bị đánh thủng trong quá trình quá độ. CB1, CB2 là các quận khang cân bằng 3.2 Thiết kế mạch điều khiển 3.2.1 Mạch phát xung 3.2.1.1 Chọn phương pháp phát xung Để cho các van của bộ biến đổi mở tại điểm mong muốn ta cần có mạch phát xung điều khiển đưa đến mở các Thyristor tại các thời điểm yêu cầu như: biên độ, tần số, công suất và thời gian tồn tại để mở chắc chắn các van với mọi tải mà sơ đồ gặp phải khi làm việc. Có 3 phương pháp phát xung được sử dụng: a. Phương pháp điều khiển theo pha ngang: - Ưu điểm : có mạch phát xung đơn giản - Nhược điểm: góc mở hẹp, rất nhạy với sự thay đổi của điện áp nguồn, khó tổng hợp được thành tín hiệu điều khiển Do đó hệ thống điều khiển theo pha ngang không phù hợp với yêu cầu của máy bào giường. b. Phương pháp điều khiển theo diode cực gốc - Ưu điểm: đơn giản - Nhược điểm : chỉ phù hợp với hệ thống công suất nhỏ, đảo chiều khó Do vậy không phù hợp với máy bào giường. c.Phương pháp điều khiển theo pha đứng: Ưu điểm: + Độ rộng xung đảm bảo yêu cầu làm việc. + Tổng hợp tín hiệu dễ dàng + Góc mở của Thyristor dễ dàng thay đổi được trong khoảng rộng. +Độ dốc sườn trước của xung đảm bảo có hệ số khuếch đại phù hợp, làm việc tin cậy, chính xác với độ nhạy cao + Điều khiển được hệ có công suất lớn Nhược điểm: mạch phát xung phức tạp. Để đáp ứng được yêu cầu công nghệ của máy bào giường 7210 ta chọn phương pháp điều khiển theo pha đứng. 3.2.1.2 Sơ đồ khối phát xung Các mạch phát xung theo nguyên tắc pha đứng có thể chia thành các khối sau: - UL : điện áp lưới điện xoay chiều cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu - URC: Điện áp răng cưa. - UDK: Điện áp điều khiển, là điện áp được đưa vào để điều khiển góc mở - Udk T : Điện áp điều khiển Thyristor là chuỗi các xung điều khiển lấy từ đầu ra hệ thống điều khiển, được truyền tới cực G của Thyristor 3.2.1.2.1 Mạch đồng bộ hóa phát sóng răng cưa Để tạo ra một hệ thống các xung xuất hiện lặp đi lặp lại với chu kỳ bằng chu kỳ nguồn xoay chiều cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu và điều khiển được thời điểm xuất hiện xung trong mỗi chu kỳ ta phải sử dụng các mạch phát xung. Để điều khiển được các tín hiệu điều khiển nó là tín hiệu cũng biến đổi một cách chu kỳ thì ta phải tạo ra các điện áp dạng răng cưa, để làm được điều đó ta phải có mạch phát sóng răng cưa. Để có điện áp dạng răng cưa có tần số và thời điểm đầu của mỗi xung răng cưa phù hợp với tần số và góc pha của nguồn xoay chiều cung cấp cho mạch chỉnh lưu thì tốt nhất là sử dụng các sơ đồ tạo điện áp răng cưa được điều khiển bởi điện áp biến thiên cùng tần số. Để có dạng điện áp này thì người ta sử dụng một mạch điện gọi là mạch đồng bộ hóa, và điện áp ra của bộ biến đổi là điện áp đồng bộ. a. Mạch đồng bộ hóa Để tạo ra điện áp đồng bộ đảm bảo cấc yêu cầu đặt ra, người ta thường sử dụng hai kiểu mạch đơn giản: - Mạch phân áp bằng các điện trở hoặc bằng các điện trở kết hợp điện dung hay điện cảm. Trong mạch đồng bộ này điện áp vào là điện áp lưới, điện áp xoay chiều cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu, điện áp ra cũng là điện áp xoay chiều hình sin có cùng tần số trùng hoặc lệch một góc pha xác định. Kiểu mạch này ít dùng vì có sự liên hệ trực tiếp về điện giữa mạch động lực và mạch điều khiển bộ chỉnh lưu. - Mạch đồng bộ dùng máy biến áp. Trong trường hợp này người ta sử dụng một máy biến áp công suất nhỏ, thường là máy biến áp hạ áp để tạo ra điện áp đồng bộ. Điện áp lưới u1 được đặt vào cuộn sơ cấp còn bên thứ cấp ta lấy ra điện áp đồng bộ uđb . Máy biến áp để tạo ra điện áp đồng bộ gọi là máy biến áp đồng bộ và ký hiệu là: BAĐ (có thể là một pha hoặc nhiều pha). Như vậy trong trường hợp này ta sẽ sử dụng máy biến áp đồng bộ để tạo ra điện áp đồng bộ. b. Mạch phát sóng răng cưa Có rất nhiều sơ đồ tạo điện áp răng cưa. Tuy nhiên để tạo ra được điện áp răng cưa xuất hiện ở cả hai nửa chu kỳ của điện áp đồng bộ và để đảm bảo hệ số điện áp răng cưa ra. Nên ta sử dụng mạch phát sóng răng cưa như sau: Mạch điện áp răng cưa gồm có tranzitor Tr tụ C1 và vi mạch khuếch đại thuật toán OA mắc theo mạch tích phân. - Nguyên lý hoạt động : Tín hiệu đầu ra của khối đồng bộ hoá được đưa tới đầu vào mạch tạo điện áp răng cưa. Giả thiết Tr khoá thì tụ C được nạp bởi dòng đầu ra của KĐTT, dòng nạp của tụ được xác định : ic » - i1 + iv = - i1. Mà i1 = Ucc /(WR + R3) = I =const Þ Khi Tr1 khoá thì Tụ C1 được nạp bởi dòng điện không đổi I. Vậy ta có : Từ t = 0 thì uđb = 0 và bắt đầu chuyển sang nửa chu kỳ dương, dẫn đến D1 mở nên uBE của Tr1 bị đặt điện áp ngược nên Tr1 khoá, tụ C1 được nạp điện bởi dòng không đổi. Điện áp trên tụ C tăng dần theo quy luật tuyến tính. Đến t = và bắt đầu chuyển sang âm. D khoá, Tr mở nên tụ C phóng điện nhanh qua Tr1 đến điện áp bằng không và giữ nguyêngiá trị bằng không cho đến t = 2. Tại t = 2, điện áp đồng bộ bằng không và bắt đầu chuyển sang dương, D lại mở, Tr lại khoá, tụ C lại được nạp điện như từ t = 0_bắt đầu một chu kì tiếp theo. Với giả thiết KĐTT là lý tưởng thì hệ số khuếch đại là vô cùng lớn, vậy nếu KĐTT đang ở chế độ khuếch đại tuyến tính thì điện giữa 2 đầu vào được xem là bằng 0 (uv = 0). Từ sơ đồ ta có: urc = uc1 + uv = uc . Tức là điện áp răng cưa đầu ra của sơ đồ bằng điện áp trên tụ C. Đồ thị điện áp răng cưa được biếu diễn như sau: Do điện áp răng cưa là điện áp ra của KĐTT nên có nội trở rất nhỏ, vì vậy dạng điện áp đầu ra hầu như không phụ thuộc tải mắc ở đầu ra mạch phát sóng răng cưa. 3.2.1.2.2 Mạch so sánh Việc so sánh điện áp răng cưa và điện áp điều khiển có thể thực hiện bằng Tranzitor và vi mạch điện tử. Việc ghép nối tín hiệu có thể là nối tiếp hoặc song song miễn là đảm bảo tín hiệu răng cưa và tín hiệu điều khiển có tác dụng ngược chiều nhau. + Phương pháp so sánh nối tiếp có ưu điểm là chính xác nhưng khi tín hiệu răng cưa có dạng xoay chiều thì việc so sánh gặp nhiều khó khăn. Ngoài ra việc so sánh bằng Tranzitor tuy đơn giản nhưng không chính xác vì Tranzitor không thể mở khi [ Urc - Uđk] = 0 . + Việc dùng vi mạch cho phép xác định góc a chính xác hơn do các vi mạch có hệ số khuyếch đại rất lớn và bão hoà rất nhanh, do đó để thực hiện chức năng so sánh ta dùng vi mạch khuyếch đại thuật toán mắc song song như sau: - Điện áp răng cưa lấy từ đầu ra của mạch phát sóng răng cưa, điện áp điều khiển được lấy từ đầu ra của bộ khuyếch đại trung gian (KĐTG) đưa qua R5. như vậy điện áp vào khối so sánh là Uv = Urc +Uđk . - Nguyên lý hoạt động: + Giả sử Điện áp răng cưa và điện áp điều khiển có dạng như hình vẽ các điện áp URC, UC có cực tính ngược nhau được đặt vào cổng đảo OA. Điện thế cổng đảo: Nếu Rc=Rr thì: Vì U+=0 nên + Từ thời điểm thì khi đó điện áp . + Từ thì lúc này D phân cực ngược . + Trong giai đoạn từ thì + Trong giai đoạn từ D bị phân cực ngược Các giai đoạn tiếp theo diễn ra tương tự và lặp đi lặp lại với chu kỳ bằng chu kỳ điện áp răng cưa. Giả sử thời điển van mở tự nhiên Ti là: thì góc điều kiển được xác định như hình vẽ với dạng điện áp răng cưa không đổi khi điện áp Uđk tăng thì góc tăng. 3.2.1.2.3 Mạch sửa xung và khuếch đại xung Từ nguyên lý hoạt động của khâu so sánh mà độ dài xung thường thay đổi theo góc mở a. Do đó ta phải có mạch sửa xung và khuếch đại xung để đảm bảo độ rộng của xung ra đủ mức cần thiết. + Sơ đồ mạch sửa xung và khuếch đại xung như sau, để tiện cho việc khảo sát ta vẽ cả mạch so sánh: - Nguyên lý làm việc : Mạch sửa xung và khuếch đại xung gồm có các phần tử sau: + Tụ C2 ,R6, còn có nhiệm vụ lọc tín hiệu và cách ly giữa mạch so sánh và mạch khuếch đại. +Transistor Tr2 ,D2 , R7, R8 làm nhiệm vụ khuếch đại đệm . + Transistor Tr3 ,Tr4 , D3, D4, D5, R9 tạo thành mạch Darlington ,đây là khâu khuếch đại có hệ số khuếch đại dòng là: b = b1 . b2 (Với b1 , b2 là hệ số khuếch đại xung của Tr3 và Tr4.) + Khi chưa có xung vào hai Transistor Tr3và Tr4 chưa làm việc, chưa có dòng chạy qua cuộn sơ cấp BAX nên không có xung điện áp (Uđk) trên đầu ra của cuộn thứ cấp BAX. Giả sử tại một thời điểm nào dó trên đầu ra của mạch sửa xung có tín hiệu điều khiển là 1,dẫn đến Tr3 và Tr4 đều mở. Giả thiết mở bão hoà nên trên cuộn sơ cấp được đặt điện áp bằng +UCC nên xuất hiện dòng điện chạy qua cuộn sơ cấp của BAX tăng dần có dấu (**) như hình vẽ dẫn đến trên cuộn thứ cấp của BAX xuất hiện một xung điện áp có cực tính dương ở phía dấu (*) và xung ra qua D7 và truyền đến