Đồ án Máy bào giường

nh 6 lớp mỗi lớp 25 vòng, hay w11 = 21 vòng -Chọn ống quấn dây làm bằng vật liệu cách điện có bề dày δ01= 0,1 cm -Chọn khoảng cách từ trụ tới cuộn dây sơ cấp: a01 = 1 cm -Đường kính trong của cuộn sơ cấp Dt1 Dt1 = dFe + 2.a01 = 12 + 2. 1 = 14 (cm) -Chọn bề dày cách điện giữa hai lớp cuộn sơ cấp là δ21 = 0,1 mm -Bề dày cuộn sơ cấp Bd1 Bd1 = (2.d1 + δ21).n1 = (2.0,67 + 0,1).6 = 8,64 (cm) -Đường kính ngoài của cuộn sơ cấp Dn1 Dn1 = Dt1 + 2.Bd1 = 14 + 2. 8,64 = 31,28 (cm) -Đường kính trung bình của cuộn sơ cấp Dtb1 = (Dt1 + Dn1) / 2 = (14 + 31,28) / 2 = 22,64 (cm) -Chiều dài dây quấn sơ cấp l1 L1 = W1.π.Dtb1 = 127.π.22,64.10-2 90,28 m *Kết cấu dây quấn thứ cấp -Chọn sơ bộ chiều cao cuộn thứ cấp h2 = h1 = 36 (cm) -Tính sơ bộ số vòng dây trên một lớp w22 = = 20(vòn) SC TC Bd2 Bd1 dT hG a12 h a01 hG Hình2. 14: Các kích thước của cuộn dây và khoảng cách cánh điện -Số lớp dây quấn của cuộn thứ cấp n2 = (lớp) Chọn n2 = 4 lớp. Với 79 vòng ta phân 3 lớp trong 20 vòng vậy w22 = 16 vòng. -Đường kính trong của cuộn thứ cấp Dt2 = Dn1 + 2.a12 = 12 + 2. 1 = 14 (cm) -Chọn bề dày cách điện giữa hai lớp dây của cuộn thứ cấp δ22 = 0,1 mm -Bề dày cuộn thứ cấp Bd2 = (a2 + δ22).n2 = (2.0.85 + 0,1).4 = 7,2 (cm) -Đường kính ngoài của cuộn thứ cấp Dn2 = Dt2 + 2. Bd2 = 14 + 2. 7,2 = 28,4 (cm) -Đường kính trung bình của cuộn thứ cấp Dtb2 = (Dt2 + Dn2) / 2 = (28,4 + 14) / 2 = 21,2 (cm) -Chiều dài dây quấn thứ cấp l2 = W2.π.Dtb2 =79.π.21,2.10-2 = 52,59 (m) *Điện trở của cuộn sơ cấp ở 750 ρ75 = 0,02133 (Ω.mm2/m) là điện trở suất của đồng ở 750 *Điện trở của cuộn thứ cấp ở 750 *Điện trở của máy biến áp quy đổi về thứ cấp = 0,03(Ω) *Sụt áp trên điện trở máy biến áp ∆Ur = Rba.Id = 0,03.191 = 4,2 (V) *Điện kháng máy biến áp quy đổi về thứ cấp r = 14 (cm) là bán kính trong của cuộn thứ cấp; Suy ra: Xba = = 0,07 (Ω) *Điện cảm máy biến áp quy đổi về thứ cấp Lba = Xba / ω = 0,07 / 100π = 0,22.10-3 (H) = 0,22 (mH) *Sụt áp trên điện kháng máy biến áp (V) *Sụt áp trên máy biến áp (V) ∆Uba% = 4,7 / 220 = 2,1 % *Tổng trở ngắn mạch quy đổi về thứ cấp (Ω) *Kiểm tra máy biến áp thiết kế có đủ điện kháng để hạn chế tốc độ biến thiên của dòng chuyển mạch Giả sử quá trình chuyển mạch từ T1 sang T3 ta có phương trình chuyển mạch: Vậy biến áp đủ điện kháng để hạn chế tốc độ biến thiên của dòng khi van chuyển mạch. 3.Tính toán cuộn kháng lọc Với các bộ nguồn một chiều thì độ nhấp nhô của điện áp là chỉ tiêu quan trọng nhất để đánh giá chất lượng. Đối với bộ nguồn một chiều dùng chỉnh lưu có điều khiển thì điện áp ra có tính chu kì. Điện áp này có thể phân tích thành tổng của điện áp không đổi và các điện áp điều hòa tần số cao. Chính vì vậy, sẽ xuất hiện thành phần xoay chiều chạy trong mạch gây ảnh hưởng không tốt cho thiết bị điện một chiều. Để hạn chế ảnh hưởng của thành phần xoay chiều thì ta phải đưa vào mạch tải những bộ lọc thành phần xoay chiều, thông thường là dùng cuộn điện kháng để lọc thành phần xoay chiều. *Xác định góc mở cực tiểu và góc mở cực đại Chọn góc mở cực tiểu amin =100. Với góc mở amin là góc mở dự trữ có thể bù được sự suy giảm điện áp lưới. -Khi góc mở nhỏ nhất a = amin thì điện áp trên tải là lớn nhất : Udmax = Udo.cosamin = Udđm ; và Udmax tương ứng với tốc độ động cơ là lớn nhất : n = nmax = nđm . -Khi góc mở lớn nhất a = amax thì điện áp trên tải là nhỏ nhất :Udmin = Udo.cosamax ; và Ud min tương ứng với tốc độ động cơ nhỏ nhất : n = nmin . Vậy ta có được : -Tính Ud min : + Tốc độ góc định mức : (rad!s) + Tốc độ góc nhỏ nhất : +Trong đó: Mn min = Mc max = KM.Mđm Giả sử cho động cơ làm việc với mômen cản lớn nhất và bằng 2 lần mômen định mức. Ta chon hệ số quá tải KM = 2. -Ta có : (Wb) -Mômen định mức : Mđm = (K.Fđm).Iđm =1,84.191 = 351,44(N.m) - Độ cứng đặc tính cơ của động cơ: Vậy tốc độ góc nhỏ nhất của động cơ là : (rad!s) + Dải điều chỉnh của động cơ là : D = 10/1 + Mặt khác ta có : Suy ra : = 84 (V) Mà theo trên ta có : 0 Vậy : Góc mở nhỏ nhất là : amin = 10 0. Góc mở lớn nhất là : amax = 80,40. *Xác định các thành phần sóng hài Theo lí thuyết chuỗi Furier thì điện áp chu kì có thể khai triển thành tổng của điện áp một chiều và các thành phần điện áp điều hòa có tần số khác nhau, công thức khai triển như sau : Trong đó : ao – điện áp của thành phần một chiều; ak, bk – biên dộ điện áp của sóng điều hòa bậc k; Để thuận tiện trong việc khai triển chuỗi Furier, ta chuyển tọa độ sang điểm O’() (tại góc thông tự nhiên), khi đó điện áp tức thời trên tải khi Tiristor T1 và T4 dẫn : ; với . Điện áp tức thời trên tải Ud là không hình sin và tuần hoàn với chu kì : Trong đó : p = 6 là số xung đập mạch trong một chu kì điện áp lưới của chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng. Vậy ta có : Suy ra biên độ của điện áp điều hòa là : Trong đó : Ta có : Vậy : Ý Nhận xét : Vậy biên độ của các thành phần sóng điều hòa có giá trị thay đổi theo góc điều khiển a, góc điều khiển càng lớn thì sóng hài càng tăng. a. Xác định điện cảm của cuộn kháng lọc Từ những phân tích ở trên, ta nhận thấy rằng khi góc mở càng tăng thì biên độ của sóng hài càng lớn, nghĩa là độ đập mạch của điện áp và dòng điện sẽ tăng lên. Chính sự đập mạch đó sẽ làm xấu đi chế độ chuyển mạch của vành góp, đồng thời gây ra tổn hao phụ dưới dạng nhiệt trong động cơ. Để hạn chế sự đập mạch này thì ta phải mắc nối tiếp với phần ứng của động cơ điện một cuộn kháng lọc đủ lớn để có IK £ 0,1.Iưđm. Ngoài tác dụng hạn chế thành phần sóng hài bậc cao, thì cuộn kháng còn có tác dụng hạn chế vùng làm việc gián đoạn. Ta cần xác định giá trị điện kháng lọc ứng với khi a = amax, vì lúc này trên tải có sóng hài bậc cao lớn nhất. Ta có phương trình cân bằng điện áp : (2-8) Cân bằng hai vế của phương trình ta được : Vì nên ta có thể bỏ qua Vậy ta có (2 -9) Trong các thành phần xoay chiều thì thành phần sóng bậc k = 1 có mức độ lớn nhất, gần đúng ta có : Từ biểu thức (1 - 3) ta có : ; với và . Suy ra : Vậy : Þ Trong đó : (V) Vậy : (H) Ta chọn L = 0,007 (H) = 7 (mH). *Điện cảm của cuộn kháng lọc : (mH) Ta chọn : LK = 2,36 (mH). Trong đó :Lư – điện cảm mạch phần ứng động cơ được tính theo công thức Umaxki Lindvil đã xác định ở phần tính toán các thông số cơ bản của động cơ, ta có được : Lư = 1,4(mH). LBA – điện cảm của máy biến áp. b.Thiết kế kết cấu cuộn kháng lọc Các thông số ban đầu : Điện cảm yêu cầu của cuộn kháng lọc : LK = 2,36 (mH); Dòng điện định mức chạy qua cuộn kháng : Im = Iưđm = 191 (A); Biên độ dòng điện xoay chiều bậc 1: I1m = 10%.Iđm = 0,1.191 = 19,1 (A). *Xác định tổng trở của cuộn kháng Do điện cảm của cuộn kháng lọc lớn và điện trở của cuộn kháng lọc lại bé, nên ta có thể coi tổng trở của cuộn kháng xấp xỉ bằng điện kháng. (W). *Điện áp xoay chiều rơi trên cuộn kháng lọc (V) *Công suất của cuộn kháng lọc (VA) 4.Tính chọn thiết bị mạch bảo vệ mạch động lực 4.1. Bảo vệ quá nhiệt cho các van bán dẫn Khi làm việc với dòng điện chạy qua van thì trên van có sụt áp, do vậy sẽ có tổn hao công suất trên van DP, tổn hao này sinh ra nhiệt đốt nóng van bán dẫn. Mặt khác vì van bán dẫn chỉ được phép làm việc dưới nhiệt độ cho phép Tcp, nếu quá nhiệt độ cho phép thì van bán dẫn sẽ bị phá hỏng. Để van bán dẫn làm việc an toàn, không bị chọc thủng về nhiệt thì ta phải tính chọn và thiết kế hệ thống cánh tản nhiệt để làm mát van bán dẫn. *Tổn thất công suất trên một Tiristor : (W) *Diện tích bề mặt tỏa nhiệt : (m2) Trong đó : DP – tổn hao công suất trên van, (W); KM – hệ số tỏa nhiệt bằng đối lưu và bức xạ, chọn KM = 8 (W!m2.0C); t - độ chênh nhiệt độ so với môi trường. Chọn nhiệt độ môi trường Tmt = 40 0C. Nhiệt độ làm việc cho phép của Tiristor là Tcp = 125 0C. Chọn nhiệt độ trên cánh tản nhiệt Tlv = 80 0C. (0C) *Chọn loại cánh tản nhiệt có 12 cánh, kích thước của mỗi cánh là :a´h1 Chọn : a = b =10 (cm) = 100 (mm); h0 = 1 (cm) = 10 (mm); h1 = 8,5 (cm) = 85 (mm); h = 95 (mm); c = 3 (mm); z = 5,8 (mm). (Chọn theo trang tài liệu [2] ) Vậy tổng diện tích tản nhiệt của cánh là : (cm2) = 0,204 (m2) 2.15. Hình dáng và kích thước cánh tản nhiệt của một van bán dẫn h z c h1 h0 a b 4.2Bảo vệ quá điện áp cho van Bảo vệ quá điện áp do quá trình đóng cắt Tiristor được thực hiện bằng cách mắc R, C song song với Tiristor. Khi có sự chuyển mạch, các điện tích tích tụ trong lớp bán dẫn sẽ phóng ra ngoài tạo ra dòng điện ngược trong khoảng thời gian ngắn. Chính sự biến thiên nhanh chóng của dòng điện ngược sẽ gây ra sức điện động cảm ứng rất lớn trong các điện cảm làm cho quá điện áp giữa Anốt và Katốt của Tiristor. Khi có mạch R, C mắc song song với Tiristor tạo ra mạch vòng phóng điện tích trong quá trình chuyển mạch nên Tiristor không bị quá điện áp. Theo kinh nghiệm, thường chọn : R2 = ( 5 ¸ 30 ) (W) C2 = ( 0,25 ¸ 4 ) (mF) *Ta chọn : R2 = 5 (W) C2 = 0,25 (mF) Bảo vệ xung điện áp từ lưới điện, ta mạch R – C như hình vẽ sau : · · · · · C R C R C R · · R C T Hình 2.16 sơ đồ nguyên lý thiết bị bảo vệ mạch lực Nhờ có mạch lọc này mà đỉnh xung điện áp gần như nằm lại hoàn toàn trên điện trở đường dây. Trị số R1, C1 được chọn theo kinh nghiệm : R1 = ( 5 ¸ 20 ) (W C1 = 4 (mF) Ta chọn : R1 = 10 (W) C1 = 4 (mF) PHẦN III : THIẾT KẾ MẠCH PHÁT XUNG ĐIỀU KHIỂN I.THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN *Đặt vấn đề: Để các van bộ chỉnh lưu có thể mở tại một thời điểm nào đó thì khi đó van phải thỏa mãn hai điều kiện. - Phải có điện áp thuận đặt lên hai cực katốt (K) và anốt (A) của van - Trên cực điều khiển (G) và katốt (K) của van phải có điện áp điều khiển, thường gọi là tín hiệu điều khiển. Để có hệ thống các tín hiệu điều khiển xuất hiện đúng theo yêu cầu, người ta sử dụng một mạch điều khiển để tạo ra các tín hiệu đó. Mạch tạo ra các tín hiệu điều khiển gọi là mạch điều khiển. Do đặc điểm của các Tiristor là khi van (Tiristor) đã mở thì việc còn hay mất tín hiệu điều khiển đều không ảnh hưởng đến dòng qua van. Vì vậy để hạn chế công suất của mạch tín hiệu điều khiển và giảm tổn thất trên vùng điện cực điều khiển thì người ta thường tạo ra các tín hiệu điều khiển dạng xung, do đó mạch điều khiển còn được gọi là mạch phát xung điều khiển. * Chức năng điều khiển của mạch điều khiển: Tạo ra các xung đủ điều kiện: Công suất, biên độ, thời gian tồn tại để mở các Tiristor (thông thường độ dài xung nằm trong giới hạn từ 200(ms) đến 600(ms). - Điều chỉnh được thời điểm phát xung điều khiển. - Phân phối các xung cho các kênh điều khiển theo đúng quy luật yêu cầu. - Các hệ thống phát xung điều khiển bộ chỉnh lưu hiện nay đang sử dụng được phân làm hai nhóm chính: + Nhóm các hệ thống điều khiển đồng bộ: Các xung điều khiển xuất hiện trên cực điều khiển của các Tiristor đúng thời điểm cần mở van và lặp đi lặp lại mang tính chất chu kỳ với chu kỳ bằng chu kỳ nguồn điện xoay chiều cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu. + Nhóm các hệ thống điều khiển không đồng bộ: Hệ thống điều khiển này phát ra chuối xung với tần số cao hơn rất nhiều so với tần số nguồn điện xoay chiều cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu, và trong quá trình làm việc thì tần số xung được tự động để đảm bảo cho một đại lượng đầu ra nào đó. Nhóm các hệ thống điều khiển không đồng bộ này rất phức tạp nên nó ít được sử dụng, mà hiện nay người ta hay sử dụng các hệ thống điều khiển đồng bộ. Các hệ thống điều khiển đồng bộ thường sử dụng hiện nay bao gồm có ba phương pháp để thiết kế mạch điều khiển. - Hệ thống điều khiển chỉnh lưu theo nguyên tắc khống chế pha đứng. - Hệ thống điều khiển chỉnh lưu theo nguyên tắc khống chế pha ngang. - Hệ thống điều khiển chỉnh lưu dùng điốt hai cực gốc. Trong bản thiết kế này ta thiết kế mạch điều khiển theo nguyên tắc khống chế pha đứng (thuộc nhóm các hệ thống điều khiển đồng bộ). Khi nghiên cứu các mạch phát xung theo nguyên tắc pha đứng, người ta chia các mạch điện hệ thống ra làm ba khối có chức năng khác nhau và được biểu diễn như sơ đồ sau. Hình 3.1 sơ đồ khối mạch điều khiển Khối 1: Khối đồng bộ hóa và phát điện áp răng cưa (ĐBH - FXRC). Khối 2: Khối so sánh (SS). Khối 3: Khối tạo xung (TX). * Các đại lượng sử dụng điện áp gồm: - U1: Điện áp lưới (nguồn) xoay chiều, đồng pha với điện áp cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu. - Ur: Điện áp tựa, thường có dạng hình răng cưa. - Uđk: Điện áp điều khiển, đây là điện áp một chiều có thể thay đổi được biên độ và được lấy từ mạch khuếch đại trung gian đưa tới dùng để điều khiển giá trị góc a. - UđkT: Điện áp điều khiển Tiristor, nó là chuối các xung điều khiển, lấy từ đầu ra của mạch điều khiển truyền tới điện cực điều khiển (G) và katốt (K) của các Tiristor. Nội dung của phương pháp khống chế là: Điện áp lưới (Ur) và điện áp điều khiển (Uđk) cùng được đưa đến đầu vào khối so sánh (SS). Khi tổng đại số½Ur½+½Uđk½= 0 là thời điểm bắt đầu xuất hiện xung ở đầu ra của khâu so sánh cũng là lúc bắt đầu có xung điều khiển để mở Tiristor. Bằng cách điều chỉnh biên độ điện áp điều khiển (Uđk) có thể điều khiển được thời điểm phát xung điều khiển mở Tiristor (tức là điều chỉnh được góc mở a) Theo mạch động lực, sử dụng hai bộ biến đổi mắc theo sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha, hai bộ biến đổi này mắc song song ngược khống chế theo nguyên tắc độc lập, sử dụng nguồn điện xoay chiều ba pha (Ua, Ub, Uc) cung cấp cho các bộ chỉnh lưu. Như vậy, mạch điều khiển được thiết kế gồm có ba kênh (tín hiệu vào mỗi kênh là điện áp đồng pha với mỗi pha tương ứng của nguồn xoay chiều cung cấp cho các bộ chỉnh lưu). Mỗi kênh điều khiển phát ra hai xung tương ứng với hai nửa chu kỳ của điện áp đồng pha. Để tạo ra các xung tới các bộ biến đổi bằng hệ mạch logic. Với ba kênh điều khiển như trên sẽ tạo ra được 3 x 2 = 6 xung điều khiển. Do tính chất tương đương của các pha trong nguồn điện xoay chiều ba pha nên 6 xung (do 3 kênh điều khiển phát ra) là hoàn toàn giống nhau, song giữa các xung kề nhau xuất hiện lệch nhau những góc 600 điện. Vậy với 6 xung như trên sẽ đảm bảo để điều khiển 6 Tiristor trong sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha theo đúng theo đúng quy luật yêu cầu. Vì các kênh phát xung điều khiển là hoàn toàn giống nhau và làm việc với nguyên lý như nhau. Nên ta chỉ cần phân tích cho 1 kênh là đủ 2 kênh còn lại được suy ra hoàn toàn tương tự. 1. Khối đồng bộ hóa và phát xung răng cưa (ĐBH- FXRC): Mạch phát xung răng cưa đảm nhận chức năng tạo ra điện áp tựa có dạng hình răng cưa biến đổi một cách chu kỳ trùng với chu kỳ của các xung ở đầu ra của mạch phát xung. Điện áp răng cưa để điều khiển mạch phát xung sao cho mạch phát ra một hệ thống các xung điều khiển xuất hiện lặp đi lặp lại với chu kỳ bằng chu kỳ nguồn xoay chiều cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu. Kỹ thuật điện tử đã chỉ ra rằng để tạo ra điện áp răng cưa phù hợp tần số và góc pha của nguồn xoay chiều cung cấp cho bộ chỉnh lưu, thì tốt nhất là sử dụng sơ đồ được điều khiển bởi điện áp biến thiên cùng tần số, dạng của nó có thể bất là kỳ. Mạch đồng bộ hóa (ĐBH) sẽ đảm bảo điều kiện chức năng tạo ra điện áp điều khiển nói trên. 1.1. Mạch đồng bộ hóa: Mạch đồng bộ hóa (mạch điều khiển ở trên sử dụng Mạch đồng bộ hóa dùng cho máy biến áp đồng bộ (BAĐ) để tạo ra 3 điện áp đồng bộ pha với 3 pha nguồn xoay chiều cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu) Với việc sử dụng biến áp đồng bộ (BAĐ) có tổ nối dây Y/Y như trên mà máy biến áp động lực (BA) có tổ nối dây Y/Y nên điện áp đồng bộ (uđb) lấy ra ở phía thứ cấp của BAĐ hoàn toàn trùng pha với các pha điện áp của nguồn điện xoay chiều cung cấp cho bộ chỉnh lưu. Điện áp đồng bộ (uđb) được dịch chậm pha đi một góc 300 điện bởi mạch tụ điện và điện trở R - C gọi là mạch dịch pha. Hình 3.2: mạch đồng bộ hoá và giản đồ điện áp Mục đích của việc dịch pha tín hiệu đồng bộ chậm đi một góc p/6 (300 điện) là nhằm thống nhất trị số điều khiển của Tiristor ứng với điện áp nguồn trên mạch động lực và góc điều khiển a ở mạch phát xung và như vậy có thể điều khiển các Tiristor với trị số góc điều khiển nhỏ. Ta biết rằng góc mở tự nhiên của các Tiristor được tính lại vị trí giao nhau của hai điện áp pha kề nhau và góc điều khiển được tính từ thời điểm đó trở đi. Giao điểm nói trên (điểm ứng với góc mở tự nhiên ở vị trí chậm sau điểm bắt đầu của các nửa chu kỳ điện áp pha 300 điện). Mặt khác góc điều khiển l ở mạch phát xung được tính từ điểm bắt đầu của điện áp tựa răng cưa (cũng là điểm bắt đầu của các nửa chu kỳ điện áp đồng bộ hóa) đến vị trí mà Ur + Uđk = 0. Do đó việc dịch điện áp đồng bộ(uđb) chậm đi góc 300 điện sẽ làm thỏa mãn khi góc điều khiển a = 0 cũng tương ứng với góc m 1.2.Mạch tạo xung răng cưa: Hình 3.3: mạch tạo xung răng cưa * Mạch tạo xung răng cưa của đề tài như sau: Mạch tạo xung răng cưa được sử dụng đó là mạch gồm: Vi mạch KĐTT IC1 mắc kết hợp với các phần tử chức năng (tụ điện, điện trở) theo sơ đồ của mạch tích phân. Mạch tích phân có sử dụng khóa khống chế là Tranzitor. Nghiên cứu cho thấy với một mạch tích phân như trên nếu tín hiệu đầu vào là các xung hình chữ nhật thì tín hiệu đầu ra nhận được các xung có dạng hình răng cưa với các sườn rất tuyến tính. Để tạo ra các xung hình chữ nhật. Mạch phát xung có sử dụng các Tranzitor Tr1 ¸ Tr4 mắc với nhau thành một mạch liên hợp, kết hợp với các phần tử logic (hoặc - đảo) hay NOR để biến điện áp đồng bộ dạng sóng hình sin thành các xung hình chữ nhật. Sơ đồ nguyên lý của mạch tạo xung hình chữ nhật và phát xung răng cưa như hình 3.2. *) Nguyên lý hoạt động của mạch tạo xung chữ nhật: Mạch tạo xung chữ nhật bao gồm các Trazitor Tr1 ¸ Tr4, phần tử logic "hoặc - đảo" G1 và các điện trở R3 ¸ R5 . Tín hiệu điện áp đồng bộ hóa (đã dịch pha) uđbd được nối và cực gốc và cực phát của 2 Tranzitor Tr3 và Tr4 tạo thành mạch liên hợp như hình trên. Hình 3.4 mạch phát xung chử nhật Để phân tích nguyên lý hoạt động của mạch ta có khái niệm điện áp ngưỡng đó là trị số điện áp dáng trên nội trở của các linh kiện bán dẫn (kí hiệu ung). Đối với các Tranzitor thì ung = 0,4 ¸ 0,7 (V). Khi điện áp điều khiển (ube) có trị số½ube½ ung thì Tranzitor mở nhanh chóng đến mức bão hòa. Căn cứ vào các khái niệm trên, nguyên lý làm việc của mạch tạo xung chữ nhật được phân tích như sau: Xét trong một chu kỳ của điện áp đồng bộ (uđbd). + Trong nửa chu kỳ dương (0 ¸ p): Khi ½uđbd½< ung thì Tr1 khóa, Tr2 cũng khoá do chịu điện áp điện áp ngược đặt vào mạch phát - gốc. Dưới tác dụng của Ucc qua điện trở định thiên R2 và Tr3 mở, dẫn dòng qua R3 làm Tr4 mở . Do Tr3 và Tr4 mở bão hoà làm thế tại điểm A và điểm B » 0 . Hay nói tại A, B có mức lôgic “0” . Khi ½uđbd½> unv thì Tr1 mở (Tr2 vẫn khóa do chịu điện áp ngược). Tr1 mở dẫn dòng qua Tr4 về (–)Ucc làm Tr3 khoá (thế B-E của Tr3 » 0) nên điểm A có mức lôgíc “1” , Tr4 mở nên điểm B có mức lôgíc “0”. ở cuối nửa chu kỳ khi uđbd giảm đến½uđbd½< ung, Tr1 khoá nên điểm A lại có mức lôgíc “0” thì hiện tượng xảy ra tương tự ở đầu nửa chu kỳ này (½uđbd½< ung). *Kết luận:Điểm A luôn có mức logic “1” khi½uđbd½> ung Điểm A luôn có mức logic “0” khi½uđbd½< ung Điểm B luôn có mức logic ‘0”. + Trong nửa chu kỳ âm: (wt = p ¸ 2p) ở nửa chu kỳ âm này Tr1 chịu điện áp ngược đặt vào mạch phát gốc nên Tr1 khóa dẫn đếnTr3 mở nhờ định thiên R2 nên điểm A luôn có mức lôgíc “0”. Đối với Tr2 cũng xét tương tự như trường hợp trên. Đầu và cuối của nửa chu kỳ âm này (½Uđbd½< Ung) thì Tr2 khóa Tr3 mở bão hòa nên điểm B có mức logic “0”. Khi ½uđbd½> ung thì Tr2 mở, Tr3 khóa làm cho điểm B có mức logic 1. *Kết luận: Điểm A luôn có mức logic “0”. Điểm B có mức logic “0” khi ½Uđbd½> Ung Điểm B có mức logic “1” khi ½Uđbd½< Ung *Kết luận : Trong một chu kỳ quá trình tạo các xung chữ nhật (ứng với 2 mức lôgíc”0” và “1” ) lặp đi lặp lại theo chu kỳ của điện áp đồng bộ hoá. Các tín hiệu lấy từ điểm A và B được đưa tới 2 đầu vào của phần tử lôgíc NOR (phần tử hoặc – không). Đầu ra của NOR (điểmC) nhận các mức lôgíc theo phương trình trạng thái của phần tử. Căn cứ vào kết quả khảo sát trên xác định được mức lôgíc tại đầu ra C của phần tử A 0 0 1 1 B 0 1 0 1 C 1 0 0 0 C = A + B Thời gian tồn tại mức lôgíc “1” ở đầu ra rất ngắn (ở thời điểm đầu và cuối của các nửa chu kỳ điện áp đồng bộ khi½Uđb½< Ung), giản đồ điện áp như: hình vẽ 3.5 *Sơ đồ dùng IC khuếch đại thuật toán tạo xung răng cưa Hình 3.5. Sơ đồ dùng IC khuếch đại thuật toán Nguyên lý hoạt động: Ở nữa chu kỳ dương Tr khoá, điện áp âm qua R3,R4 dẫn tới đầu vào đảo của IC khiến điện áp ra của IC có giá trị dương và tụ C được nạp bởi điện áp đầu ra này. Dòng nạp cho tụ được xác định là: ic = iv - iI nếu IC là lý tưởng thì iv = 0 nên ic = - iI Nên ic = const và điện áp trên tụ tuyến tính. ở nữa chu kỳ âm, D khoá. Tr mở nhờ cặp điện trở định thiên R1, R2 ; tụ C phóng điện qua Tr. Điện áp trên tụ giảm về 0V. Giản đồ điện áp như hình vẽ: *Nhận xét: Sơ đồ này có ưu điểm là dạng điện áp tựa rất chính xác, dung lượng của tụ C cần rất nhỏ nên không cần điện trở bảo vệ Tr. Mặt khác, do điện trở đầu ra của IC nhỏ nên dạng điện áp ra hầu như không phụ thuộc vào điện trở tải mắc ở đầu ra của IC. Điện áp ra có dạng gần lý tưởng. Với việc sử dụng mạch phát sóng răng cưa như trên thì ở đầu ra của mạch nhận được các điện áp răng cưa gần với dạng lý tưởng, sườn trước tăng tuyến tính, sườn sau gần dốc đứng. Hình3.6 đồ thị phát xung răng cưa 2. Khâu so sánh: Để tạo ra một hệ thống các xung xuất hiện một cách chu kỳ với chu kỳ bằng chu kỳ điện áp răng cưa (cũng là chu kỳ nguồn xoay chiều của mỗi xung, ta sử dụng các mạch so sánh. Có nhiều mạch khác nhau để thực hiện khâu so sánh phổ biến rất hiện nay là các sơ đồ so sánh dùng Tranzitor và dùng khuếch đại thuật toán bằng vi mạch điện tử. Trong các sơ đồ mạch so sánh thường có hai tín hiệu vào đó là điện áp tựa có dạng răng cưa (Ur), điện áp điều khiển (Uđk) là tín hiệu điện áp một chiều có thể thay đổi được biên độ. Hai điện áp Ur và Uđk được đưa vào mạch sao cho tác dụng của chúng đối với đầu vào khâu so sánh là ngược chiều nhau. Có hai mạch nối Ur và Uđk trên đầu vào mạch so sánh như sau: Hình 3.7: các sơ đồ mạch so sánh - Hình 3.6a nối nối tiếp Ur và Uđk (tổng hợp nối tiếp) - Hình 3.6b nối song song Ur và Uđk qua các điện trở tổng hợp (tổng hợp song song). 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. Trong bản đề tài này, mạch điều khiển dùng khâu so sánh với sơ đồ sau: Điện áp răng cưa Urc lấy từ đầu ra của bộ phát sóng răng cưa. Điện áp điều khiển Uđk được lấy từ đầu ra của bộ khuyếch đại trung gian đặt trên R8. Điện áp chuyển dịch Uo được đặt trên R10 để chuyển dịch điện áp răng cưa sao cho khi Uđk = 0 thì xung điều khiển phát ra với gía trị góc điều khiển bằng 900 với Uo = 0,5 Urcmax. Như vậy điện áp vào khối so sánh là Uv = Urc *Nguyên lý làm việc của khâu so sánh: Khâu so sánh gồm 3 điện áp đưa vào đầu vào. Điện áp điều khiển Uđk là tín hiệu ra của mạch khuếch đại trung gian (KĐTG), được sử dụng mạch phát sóng răng cưa làm điện áp tựa. Điện áp (-)Uo lấy trên R10 do nguồn chỉnh lưu bên ngoài cung cấp. Trị số (-)Uo thoả mãn điều kiện Uo +Urc = 0 tại thời điểm a = p / 2 tại (Uđk = 0). KĐTT (IC2) làm việc ở chế độ bão hoà nghĩa là nó có thể biến đổi tức thì giá trị điện áp trên đầu ra của nó từ mức bão hoà âm sang dương hay ngược lại khi tín hiệu vào đổi dấu. Khi đó tổng đại số Uo + Urc so sánh với Uđk sẽ có các trường hợp sau: Urc +Uo +Uđk 0 IC2 có mức bão hoà dương Urc +Uo +Uđk = 0 ® Bắt đầu lật trạng thái Urc +Uo +Uđk > 0 ® Có mức bão hoà âm Như vậy: điện áp của mạch so sánh là dạng xung có hai mức bão hòa dương và bão hòa âm. Các xung điện áp này được đưa tới đầu vào của khâu tạo xung. 3. Khâu tạo xung: Để đảm bảo các yêu cầu về độ chính xác của thời điểm xuất hiện xung, sự đối xứng của các xung ở các kênh khác nhau. Nên thường thiết kế cho khâu so sánh làm việc với công suất xảy ra nhỏ, do đó xung ra chưa đủ các thông số yêu cầu. Để khắc phục các vấn đề này thì mạch điều khiển cần phải sử dụng khâu tạo xung. Khâu tạo xung bao gồm các mạch sau. -Mạch sửa xung -Mạch khuếch đại xung -Mạch truyền xung đến Tirstor (thiết bị đầu ra) -Mạch phân chia xung. 3.1 Mạch sửa xung: Xuất phát từ nguyên lý hoạt động của khâu so sánh, thấy rằng khi thay đổi trị số uđk để thay đổi góc điều khiển a thì độ dài của các xung ra của khâu so sánh thay đổi. Như vậy là sẽ xuất hiện tình trạng có một số trường hợp độ dài xung quá ngắn không đủ để mở các Tiristor hoặc độ dài xung quá lớn, gây tổn thất lớn trong mạch phát xung. Mạch sửa xung được đưa vào nhằm để khắc phục các vấn đề trên. Mạch sửa xung được làm việc theo nguyên tắc khi có xung vào với các độ dài khác nhau nhưng mạch vẫn cho xung ra có độ dài bằng nhau theo yêu cầu và giữ nguyên thời điểm bắt đầu xuất hiện của mỗi xung. Mạch sửa xung: được sử dụng sơ đồ hình 3.7: Hình 3.8: sơ đồ mạch sửa xung Trong đó Uv là điện áp đầu vào của mạch, đó chính là điện áp (xung) ở đầu ra của khâu so sánh (đi