Đồ án Thiết kế hệ thống truyền động ăn dao máy doa ngang 2620 dùng hệ Chỉnh lưu – động cơ một chiều

hịch với tổn hao công suất. Các van động lực được lực được lựa chọn dựa vào các yếu tố cơ bản là: Dòng tải, sơ đồ đã chọn, điều khiển tỏa nhiệt, điện áp làm việc. Các thông số cơ bản của van động lực được tính như sau: - Điện áp ngược của van: Ulv = knv.U2 với U2 = = = 188,03(V) Trong đó : + Knv= 2,495 là hệ số điện áp ngược (so với điện áp xoay chiều) + Ku = 1,17 là hệ số điện áp tải chỉnh lưu có điều khiển hình tia 3 pha đối xứng + Ud = 220v là điện áp tải → Ulv = 2,495.188,03 = 469,149(V) - Để có thể chọn van theo điện áp hợp lý thì điện áp ngược của van cần phải chọn lớn hơn điện áp làm việc qua hệ số dự trữ kdtU. Hệ số đó chọn lớn hơn 1,6. Ở đây chọn kdtU = 2 Unv = KdtU . Ulv = 2 .460,149 = 920,298 920 (V). - Dòng điện làm việc của van được tính theo dòng hiệu dụng: Ilv = Ihd = Khd .Id = 0,58.17,5 = 10,15 (A) Trong đó: + Id = 17,5A là dòng điện tải + Khd = 0,58 là hệ số hiệu dụng (Được tra từ bảng 1.2 sách Tính toán thiết kế thiết bị điện tử công suất của tác giả Trần Văn Thịnh) - Với các điều kiện làm việc ở trên ta chọn điều kiện làm việc của van là cánh toả nhiệt và đầy đủ diện tích toả nhiệt, không có quạt đối lưu không khí, với điều kiện làm việc đó dòng điện định mức của van cần chọn: IdmV = Ki .Ilv = 4. 10,15 = 40,6 (A) 41(A) Trong đó: Ki = 4 là hệ số dự trữ dòng điện. Từ thông số Unv, Idm tính được và theo bảng phụ lục 2 (sách Tính toán thiết kế thiết bị điện tử công suất của tác giả Trần Văn Thịnh) ta chọn 6 Tristor loại T46N600COC do Mỹ sản xuất có các tham số sau: + Điện áp ngược cực đại: Un = 600 V + Dòng điện địng mức của van: Idm = 46A + Đỉnh xung dòng điện: Ipik = 1000 A + Dòng điện xung điều khiển: Idk = 0,15 A + Điện áp của xung điều khiển: Udk = 2,5 V + Dòng điện rò: Ir = 10 mA + Sụt áp lớn nhất của Tiristor ở trạng thái dẫn là: = 1,9V + Tốc độ biến thiên điện áp: 400V/s + Thời gian chuyển mạch: tcm = 60 + Nhiệt độ làm việc cực đại cho phép: Tmax = 1250C 4. Tính toán máy biến áp chỉnh lưu Như ở phần thiết kế ta đã chọn máy biến áp có tổ nối dây /Y làm mát bằng không khí, Việc chọn sơ cấp đấu có tác dụng sẽ triệt tiêu được sóng điều hòa bậc 3 nên dạng sóng sẽ sin hơn. Dựa vào các thông số của tảu và bộ chỉnh lưu ta tính toán các thông số cho máy. Máy biến áp được chọn theo điều kiện: + Sđmba ≥ Stt + I1fđm ≥ I1dm + I2fđm ≥ I2dm + U2fdm ≥ Ku.Kr.Kσ.Ka.Udm - Tính công suất biểu kiến máy biến áp: Sba = Ks.Pdmax (KVA) Trong đó: ks = 1,345 là hệ số công suất theo sơ đồ mạch động lực (tra bảng 1.2 sách Tính toán thiết kế thiết bị điện tử công suất của tác giả Trần Văn Thịnh). Pdmax = Uđm .Id = 220.17,5 = 3850W là công suất cực đại của tải. Thay vào công thức trên ta có: Sba = Ks.Pdmax = 1,345.3850 = 5178,25W ≈ 5,178(KVA) Vậy ta chọn công suất thiết kế của máy là: Sba = 20(KVA) - Điện áp sơ cấp máy biến áp (MBA): U1f = Ulưới = 380(V) do sơ cấp đấu - Điện áp pha thứ cấp của máy biến áp được chọn theo biểu thức: U2f = (V) Với Udo = , Ud = Uđm +2.∆Uv + ∆Uba + ∆Udn Trong đó: - ∆Uv = 1,9v là sụt áp trên mỗi Tiristor - ∆Uba là sụt áp trên máy biến áp, chọn ∆Uba = 6% Uđm =0,06.220 =13,2v - ∆Udn là sụt áp trên điện trở dây nối, có thể bỏ qua, ∆Udn ≈ 0 Ud = 220 + 2.1,9 + 13,2 + 0 = 237 (V) Với là góc dự trữ khi có suy giảm điện lưới Udo = = 240,65(V) Từ đó ta tính được điện áp pha thứ cấp của máy biến áp là: U2f = = = 205,68(V) - Chọn giá trị hiệu dụng của dòng pha thứ cấp MBA: I2 == .17,5 = 10,1(A) Trong đó: k2 là hệ số dòng điện hiệu dụng thứ cấp, với tia 3 pha thì k2 = - Giá trị hiệu dụng của dòng pha sơ cấp của MBA: I1 = Kba.I2 = .I2 = .10,1 = 5,46(A) Kiểu U1fđm (v) U2fđm (v) Sđm (Kva) I1đm (A) I2đm (A) TM-20/6 380 205,68 20 5,46 10,1 5. Tính chọn cuộn kháng cân bằng Ucb Ud2 Ud1 wt wt wt Khi hệ thống làm việc sẽ có những thời điểm hai van của hai bộ biến đổi ở hai pha cùng mở. Lúc đó dòng cân bằng sẽ chạy từ pha có điện áp tức thời lớn hơn sang pha kia; dòng cân bằng này khiến cho bộ biến đổi phải làm việc nặng nề hơn và nó có khả năng phá hỏng các Tiristo nếu ta không tìm cách hạn chế. Vì vậy nhất thiết phải đặt thêm cuộn kháng cân bằng. Để minh hoạ ta xét a1 = 300, a2 = 1500: Qua hình vẽ ta thấy rằng: Trong khoảng thời gian từ 0 ¸ q1 dòng cân bằng chảy từ T5 vào T2. Từ q2 ¸ q3 dòng cân bằng chạy từ T1 vào T4. Chênh lệch điện áp giữa hai bộ biến đổi là: u12 = uT5 - uT2 = uT1- uT4 = ua - ub = u2.sin(wt + p/6) Gọi X1 = X2 = X là điện kháng của hai cuộn kháng cân bằng. Dịch gốc toạ độ theo chiều wt một góc 1500 điện thì: u12 = -u2 sinq, với q = wt u12 = 2X(di/dwt) Û u2.sinq = 2X (di/dwt) Þi = (u2.coswt)/ 2X + C Khi wt = q2 thì icb = 0 Û i = [u2 (coswt - cosq2)] / 2X Giá trị trung bình của dòng điện cân bằng: Lưu ý rằng với gốc mới 0' thì q2 = - q3 Qua giản đồ điện áp ta dễ thấy với a = 600 thì thời gian tồn tại dòng cân bằng là lớn nhất. Ta cần tính toán giá trị X sao cho Icb £ 10 % Iđm. Với a = 600 thì: Icb = (0,3424 u2 )/ 2pX Þ L CK1 ³ (0,3424 u2) / (2pw. 0,1.0,9) Þ LCK1 ³ 0,123 (H) Ta chọn cuộn kháng cân bằng có các thông số: LCK = 123 (mH) RCK = 0,48 (W) 6. Tính chọn cuộn kháng san bằng Cuộn kháng san bằng có tác dụng lọc thành phần xoay chiều của dòng điện . Ta biết rằng khi góc mở a = p/2 thì điện áp ra có phần nửa âm bằng nửa dương. Tức là lúc này thành phần xoay chiều là dữ dội nhất, ta sẽ tính cuộn kháng theo góc a này. Để đơn giản ta bỏ qua ảnh hưởng của cuộn cân bằng. 0 Ucb wt 0 Ucb wt Nếu lấy gốc toạ độ là 01 thì ta có thể viết: Ud = u2sinwt Khai triển Furie của điện áp ud ta có: Ud = b1sin3wt + b2sin6wt + ... + bnsin3nwt n = 1, 2, 3, ... Tương tự ta có: Trị hiệu dụng của các thành phần xoay chiều: Ud1 = ÷ (b1/ )÷ = 161,26 (V) Ud2 = ÷ (b2/ )÷ = 73,72 (V) Giá trị hiệu dụng của các thành phần dòng xoay chiều (khi bỏ qua điện cảm của động cơ và điện trở thuần) là: (Trong đó: CK, CK1là cuộn kháng cân bằng và san bằng) → Tổng giá trị hiệu dụng của các thành phần dòng xoay chiều: Þ Ixc phải thoả mãn nhỏ hơn 10 % Iđm Þ LCK ³ 0,193 (H) Từ đây ta chọn cuộn kháng cân bằng có các thông số sau: LCK = 200 (mH) RCK = 0,48 (W) Từ đó ta tính được: I1 = 0,877 (A) ; I2 = 0,2 (A) Công suất tác dụng của cuộn kháng san bằng: P = (I2đm + I12 + I22)RCK = 39 (W) Công suất phản kháng của cuộn kháng: Q = X1I12 + X2I22 = 56 (VAR) Công suất biểu kiến của cuộn kháng: = 68 (VA) 7. Tính chọn thiết bị mạch bảo vệ Ta biết rằng các Tiristo là phần tử rất nhạy với sự biến thiên đột ngột của điện áp hay dòng điện, đặc trưng cho những hiện tượng này là gia tốc dòng điện và điện áp di/ dt và du/dt. Các nguyên nhân gây ra những hiện tượng này bao gồm: Quá gia tốc dòng, áp do quá trình chuyển mạch. Quá gia tốc dòng, áp do cộng hưởng. Quá gia tốc dòng, do cắt máy biến áp ở chế độ không tải hay tải nhỏ. Để bảo vệ an toàn cho các van trước những tác nhân nêu trên ta dùng các phần tử R-C mắc song song với các Tiristo như hình vẽ R C T Trị số của R, C có thể tra theo các đường cong được xây dựng bằng máy tính. 7.1. Bảo vệ quá nhiệt độ cho các van bán dẫn Khi van bán dẫn làm việc, có dòng điện chạy qua, trên van có sụt áp ∆U. Do đó có tổn hao công suất ∆P. Tổn hao này sinh nhiệt đốt nóng van bán dẫn. Mặt khác, van bán dẫn chỉ cho phép hoạt động trong nhiệt độ cho phép. Nếu quá nhiệt thì van sẽ bị hỏng do đó mà phải tính toán nhiệt cho van để van hoạt động bình thường. - Tổn thất công suất trên một Tristor là: ∆P = ∆U.Ilv = 2,2.11,93 = 26,246(W) - Diện tích bề mặt tỏa nhiệt: Stn = (W/m2) Trong đó: + ∆P là tổn hao công suất (W) + τ là độ chênh lệch nhiệt độ so với môi trường + Chọn nhiệt độ của môi trường là Tm = 400C, nhiệt độ làm việc cho phép của Trisitor là Tcp = 1250C, chọn nhiệt độ cánh tỏa nhiệt của Trisitor là 800C. → τ = Tlv – Tmt = 80 - 40 = 400C + Km là hệ số tỏa nhiệt bằng đối lưu và bức xạ, chọn Km = 8 (W/m2 0C) - Chọn loại cánh tỏa nhiệt có 12 cánh, kích thước của mỗi cánh là: - Tổng diện tích tỏa nhiệt của cánh: STN = 12.2.10.10 = 2400 (cm2) 7.2. Bảo vệ quá dòng điện cho van Aptomat dùng để đóng cắt mạch động lực, tự động cắt mạch khi quá tải và khi ngắn mạch Trisitor, ngắn mạc ở đầu ra bộ biến đổi, ngắn mạch thứ cấp MBA, ngắn mạch ở chế độ nghịch lưu. - Chọn 1 Aptomat có dòng điện chạy qua aptomat là: - Dòng điện aptomat cần chọn là: Iđm = 1,1.Ilv = 1,1.5,363 = 5,899(A), U = 380/220(V), có 3 tiếp điểm chính có thể đóng cắt bằng tay hoặc bằng nam châm điện. - Chỉnh định dòng ngắn mạch: Inm = 2,5.Ilv =2,5.5,363 = 13,4075(A) - Dòng quá tải: Iqt = 1,5.Ilv = 1,5.5,363 = 8,0445(A) → Từ các thông số trên ta chọn Aptomat NF50-UH (sách cung cấp điện) do hãng Mistsubishi chế tạo có dòng điện định mức là: Iđm = 10A, Uđm = 380V - Chọn cầu dao có dòng điện định mức: Iđm = 1,1. Ilv = 1,1.5,363 = 5,9(A) - Cầu dao dùng để tạo khe hở an toàn khi sửa chữa hệ thống truyền động và dùng để đóng cắt bộ nguồn chỉnh lưu khi khoảng cách từ nguồn cung cấp tới bộ chỉnh lưu đáng kể. - Ngắn mạch trong hệ thống Tiristor có thể xảy ra do ngắn mạch bên ngoài hay bên trong một hệ thông Tiristor nào đó bị xuyên thủng. Bảo vệ ngắn mạch được thực hiện bằng cách dùng cầu chảy tác động nhanh để bảo vệ ngắn mạch các Trisitor, ngắn mạch đầu ra của bộ chỉnh lưu. Còn cầu chảy bình thường có khả năng cắt dòng kém hơn. - Dây chảy trong cầu chảy bảo vệ cần có dòng định mức bằng hoặc lớn hơn dòng điện cần bảo vệ song không được vượt quá 10% dòng điện cần bảo vệ. - Tùy theo yêu cầu bảo vệ mà ta có thể đặt cầu chảy ở các pha sơ cấp, hoặc ở thứ cấp MBA, hoặc ở đầu ra bộ biến đổi, hoặc ở từng Tiristor. Nhóm 1cc: Dòng điện định mức nhóm 1cc là I1cc = 1,1.I2 = 1,1.9,74 = 10,714(A) Nhóm 2cc: Dòng điện định mức nhóm 2cc là I2cc = 1,1.Ihd = 1,1.6,9194 = 7,4113(A) Nhóm 3cc: Dòng điện định mức nhóm 3cc là I3cc = 1,1.Id = 1,1.11,93 = 13,123(A) Vậy chọn cầu chì có dây chảy nhóm: - 1cc loại 15A - 2cc loại 10A - 3cc loại 20A 7.3. Bảo vệ quá điện áp cho van Phải có quá trình bản vệ quá điện áp cho van vì do trong quá trình đóng cắt các Trisitor được thực hiện bằng cách mắc các R – C song song với Trisitor. Khi có sự chuyển mạch, các điện tích tụ trong lớp bán dẫn phóng ra ngoài tạo thành dòng điện ngược trong khoamngr thời gian ngắn, sự biến thiên nhanh chóng của dòng điện ngược gây ra sức điện động cảm ứng rất lớn trong các điện cảm làm cho qua điện áp giũa anot và katot của Trisitor. Khi có mạch R – C mắc song song với Trisitor tạo ra mạch phóng điện tích trong quá trình chuyển mạch nên Trisitor không bị quá điện áp. Theo kinh nghiệm chọn R = (5 ÷ 30), C = (0,25 ÷ 4)μF. Ở đây chọn R = 12,5 Ώ, C = 0,75 μF. VII. XÂY DỰNG SƠ ĐỒ MẠCH LỰC Như đã phân tích ở trên phương án truyền động tối ưu đáp ứng được yêu cầu công nghệ là hệ T – Đ. Sơ đồ nối dây mạch chỉnh lưu là chỉnh lưu hình tia 3 pha. Mặt khác, theo yêu cầu công nghệ của hệ truyền động thì động cơ làm việc có đảo chiều, nên ta dùng 2 bộ chỉnh lưu có điều khiển song song ngược. Việc tiến hành phương pháp điều khiển các bộ biến đổi được tiến hành bằng phương pháp điều khiển chung. Từ đó ta có thể xây dựng được sơ đồ mạch động lực như sau: Hình 2-14: Mạch động lực các thiết bị bảo vệ 1.Giới thiệu thiết bị trong sơ đồ: - Aptomat, cầu dao đóng điện. - Máy biến áp cung cấp nguồn cho bộ chỉnh lưu. - Mạch chỉnh lưu tia ba pha có điều khiển dùng các tiristor cấp nguồn một chiều cho động cơ, gồm hai bộ thuận ngược chiều mắc song song. - Cuộn kháng CK có tác dụng lọc dòng phần ứng. - Máy biến dòng dùng để lấy tín hiệu dòng cho khâu phản hồi âm dòng có ngắt. - Đ động cơ 2. Nguyên lý làm việc của mạch động lực Ban đầu để đưa hệ thống vào làm việc ta đóng áptômát AP → hệ thống được cấp nguồn. Tuy nhiên lúc này động cơ chưa làm việc. Giả sử BBĐ1 (gồm các van: T1, T2, T3) khi làm việc ở chế độ chỉnh lưu thì động cơ quay thuận; BBĐ2 (gồm các van: T4, T5, T6) khi làm việc ở chế độ chỉnh lưu thì động cơ quay ngược. Khi ta phát xung đến mở cho các van ở BBĐ1 với góc mở a1 900 với quan hệ góc mở: a1 + a2 = 1800. Lúc này ở đầu ra của hai BBĐ có điện áp ra là: ud1 và ud2 ud1 = Ud0cosa1 ud2 = Ud0 cosa2 Điện áp đặt lên động cơ là ud, điện áp cân bằng là điện áp giữa hai điểm N-M ud = uk - 0 ucb = ud1 + ud2 = ud1 - (- ud2 ) Điện áp ud đặt nên phần ứng động cơ và động cơ sẽ quay thuận. Ta có giản đồ điện áp ud, ud1, ud2, ucb, icb và dòng qua các van như hình vẽ (trên hình vẽ a1= 300, a2 = 1500). Ta thấy rằng do tồn tại điện áp ucb mà sinh ra dòng điện icb và như vậy dòng qua các van ngoài thành phần dòng Id qua động cơ còn dòng icb. Dòng icb chỉ chạy quanh giữa hai BBĐ, do điện trở thuận của các van nhỏ nên với một ucb nhỏ cũng sinh ra dòng icb có biên độ lớn có nguy cơ phá hỏng các van, vì vậy phải có biện pháp hạn chế dòng icb này. Trong sơ đồ sử dụng hai cuộn kháng CK1 và CK2 có Lk lớn để đảm bảo Icb £ 10% Id. Như ta biết rằng cuộn kháng có Rk nhỏ, Lk lớn và dòng cân bằng là dòng đập mạch. Như vậy cuộn kháng dễ dàng cho thành phần dòng một chiều Id đi qua và cản hiệu quả dòng đập mạch icb. Cuộn kháng CK có nhiệm vụ san phẳng dòng điện tải Id. PHẦN III: THIẾT KẾ MẠCH PHÁT XUNG ĐIỀU KHIỂN I. KHÁI QUÁT CHUNG Phần trước chúng ta đã nghiên cứu sự hoạt động sơ đồ mạch động lực bộ chỉnh lưu có điều khiển. Như ta đã biết, để các van của bộ chỉnh lưu có thể mở tại thời điểm mong muốn thì ngoài điều kiện tại thời điểm đó trên van có điện áp thuận thì trên cực điều khiển G và 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 mở van người ta sử dụng mạch điện tạo ra các tín hiệu đó gọi là mạch điều khiển hay còn gọi là hệ thống điều khiển mạch chỉnh lưu. Điện áp điều khiển các Tiristor phải đáp ứng được các yêu cầu cần thiết về công suất, biên độ cũng như thời gian tồn tại. Do đặc điểm của Tiristor là khi van đã mở thì việc tồn tại tín hiệu điều khiển nữa hay không cũng không ảnh hưởng đến dòng qua van. Vì thế hạn chế công suất của mạch phát tín hiệu điều khiển và giảm tổn thất trên vùng cực điều khiển tạo ra các tín hiệu điều khiển Tiristor có dạng xung. Do đó mạch điều khiển còn được gọi là mạch phát xung điều khiển. Các xung điều khiển được tính toán về độ dài xung sao cho đủ thời gian cần thiết để mở van với mọi loại phụ tải có thể có trong sơ đồ làm việc. Thông thường độ dài xung thường nằm trong giới hạn 200 μs đến 600 μs. Các hệ thống phát xung điều khiển bộ chỉnh lưu hiện nay được phân thành 2 nhóm: Nhóm các hệ thống điều khiển đồng bộ Nhóm các hệ thống điều khiển không đồng bộ II. CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÁT XUNG ĐIỀU KHIỂN Các hệ thống điều khiển đồng bộ hiện nay thường sử dụng ba phương pháp phát xung chính là: Phát xung điều khiển theo pha đứng. Phát xung điều khiển theo pha ngang. Phát xung điều khiển sử dụng diốt hai cực gốc. 1. Phương pháp phát xung điều khiển theo nguyên tắc pha đứng Hệ thống này tạo ra các xung điều khiển nhờ việc so sánh giữa tín hiệu điện áp tựa hình răng cưa thay đổi theo chu kì điện áp lưới và có thời điểm xuất hiện phù hợp góc pha của lưới với điện áp điều khiển một chiều thay đổi được. Hệ thống này có nhược điểm là khá phức tạp, song nó có những ưu điểm nổi bật như khoảng điều chỉnh góc mở a rộng, ít phụ thuộc vào sự thay đổi của điện áp nguồn, dễ tự động hoá, mỗi chu kì của điện áp anốt của Tiristo chỉ có một xung được đưa đến mở nên giảm tổn thất trong mạch điều khiển... Do đó hệ thống này được sử dung rộng rãi. 2. Phương pháp phát xung điều khiển sử dụng điốt hai cực gốc (UJT ) Phương pháp này cũng tạo ra các xung nhờ việc so sánh giữa điện áp răng cưa xuất hiện theo chu kì nguồn xoay chiều với điện áp mở của UJT. Phương pháp này mặc dù đơn giản nhưng có nhược điểm là góc mở a có phạm vi điều chỉnh hẹp vì ngưỡng mở của UJT phụ thuộc vào điện áp nguồn nuôi. Mặt khác, trong một chu kì điện áp lưới mạch thường đưa ra nhiều xung điều khiển nên gây tổn thất phụ trong mạch điều khiển. 3. Phương pháp phát xung điều khiển theo pha ngang Ở phương pháp này người ta tạo ra điện áp điều khiển hình sin có tần số bằng tần số nguồn và góc pha điều khiển được (dùng các cầu R- C hoặc cầu R - L). Thời điểm xuất hiện xung trùng với góc pha đầu của điện áp điều khiển. Phương pháp này có nhược điểm là khoảng điều chỉnh góc mở a hẹp, rất nhạy với sự thay đổi của dạng điện áp nguồn, khó tổng hợp nhiều tín hiệu điều khiển... Do vậy thường ít được sử dụng. Kết luận: Qua những phân tích ở trên ta thấy rằng với yêu cầu công nghệ của truyền động ăn dao của máy Doa là khoảng điều chỉnh rất rộng, độ sụt tốc độ nhỏ nên phải sử dụng các phản hồi. Tức là cần phải tổng hợp nhiều tín hiệu điều khiển. Do vậy, phương án điều khiển theo nguyên tắc pha đứng là phù hợp hơn cả. III. PHÁT XUNG ĐIỀU KHIỂN THEO NGUYÊN TẮC PHA ĐỨNG 1. Sơ đồ khối hệ thống điều khển theo nguyên tắc pha đứng 1.1. Giới thiệu sơ đồ Trong hệ thống truyền động ta dùng các hệ thống phát xung điều khiển đồng bộ, khống chế theo nguyên tắc pha đứng với sơ đồ khối như sau: Hình 3-1: Sơ đồ khối khâu phát xung theo nguyên tắc pha đứng. Ta thấy có thể phân chia mạch điện hệ thống ra làm 3 khối chức năng như sau: Khối 1: Khối đồng bộ hóa và phát xung răng cưa, khối này có nhiệm vụ lấy tín hiệu đồng bộ hóa và phát ra sóng điện áp hình răng cưa đưa vào khối so sánh. Khối 2: Khối so sánh có nhiệm vụ so sánh tín hiệu điện áp hình răng cưa URC và điện áp điều khiển Uđk để phát ra xung điện áp đưa tới mạch tạo xung. Khối 3: Khối tạo xung có nhiệm vụ tạo ra các xung điều khiển đưa tới cực điều khiển của Thyristor. U1: Điện áp lưới xoay chiều cung cấp cho bộ chỉnh lưu. Urc: Điện áp tựa hình răng cưa lấy từ đầu ra của khối ĐBH – FXRC Uđk: Điện áp điều khiển một chiều dùng để điều khiển giá trị góc mở của cực điều khiển của Tiristor. 1.2. Nguyên lý làm việc Điện áp cấp cho mạch động lực của BBĐ được đưa đến mạch đồng bộ hoá của khối 1. Trên đầu ra của mạch đồng bộ hoá có điện áp hình sin cùng tần số với điện áp nguồn cung cấp và được gọi là điện áp đồng bộ. Điện áp đồng bộ được đưa vào mạch phát xung răng cưa để tạo ra điện áp răng cưa cùng tần số với điện áp cung cấp. Điện áp răng cưa và điện áp điều khiển (thay đổi được trị số) đưa vào mạch so sánh sao cho cực tính của chúng ngược nhau. Tại thời điểm trị số của 2 điện áp này bằng nhau thì đầu ra của mạch so sánh thay đổi trạng thái ® xuất hiện xung điện áp. Như vậy xung điện áp có tần số xuất hiện bằng với tần số xung răng cưa ® bằng với tần số nguồn cung cấp. Thay đổi trị số nguồn điều khiển sẽ làm thay đổi thời điểm xuất hiện xung ra của mạch so sánh. Xung này có thể đưa đến cực điều khiển của Tiristor để mở van. Thực tế thì xung đầu ra của mạch so sánh thường không đủ độ rộng và biên độ để mở van, do đó người ta sử dụng mạch khuếch đại và truyền xung. Nhờ đó mà các xung ra của mạch này đủ điều kiện mở chắc chắn các Tiristor. Mỗi Tiristor cần có một mạch phát xung, do đó trong sơ đồ có bao nhiêu van cần có bấy nhiêu mạch phát xung. Vấn đề là phải phối hợp sự làm việc của các mạch phát xung này để phù hợp với quy luật mở các van ở mạch động lực. Từ sơ đồ khối của của mạch ta có thể phân tích và thiết kế từng khối chức năng. Hình 3-2: Nguyên lý điều khển chỉnh lưu 2. Các khâu cơ bản của một mạch phát xung điều khiển theo nguyên tắc pha đứng 2.1. Mạch đồng bộ hóa và phát xung răng cưa (khâu đồng pha) Để tạo ra 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 phát ra các xung đồng bộ với điện áp xoay chiều của bộ chỉnh lưu. Do nguyên tắc làm việc của mạch phát xung điều khiển pha đứng là so sánh điện áp điều khiển với điện áp tựa hình răng cưa nên phải tạo ra điện áp răng cưa có tần số bằng tần số với tần số điện áp xoay chiều. Để tạo ra điện áp răng cưa có yêu cầu như trên cần có mạch đồng bộ và phát xung răng cưa. Mạch đồng bộ hóa: Để tạo ra điện áp đồng bộ theo yêu cầu đặt ra, thường sử dụng hai kiểu mạch đơn giản là mạch phân áp và mạch dùng biến áp đồng bộ. Mạch phân áp là mạch dùng điện trở hoặc kết hợp với điện trở, điện dung, điện cảm nhằm tạo ra điện áp xoay chiều hình sin cùng tần số, trùng hoặc lệch pha so với điện áp cung cấp cho mạch chỉnh lưu. Mạch dùng biến áp đồng bộ là mạch dùng một số biến áp công suất nhỏ để tạo ra điện áp đồng bộ. Thứ cấp của biến áp có thể la một hoặc nhiều cuộn thứ cấp, một pha, ba pha hoặc sáu pha...tùy thuộc vào sơ đồ mạch chỉnh lưu. Đây là loại mạch đồng bộ thường được sử dụng nhiều nhất. Mạch phát sóng rằn cưa: Có thể dùng các mạch phát xung răng cưa như sau: + Mạch dùng diot – điện trở - tụ điện (D-R-C) + Mạch dùng D-R-C và Transitor Sau đây ta sẽ xét một số sơ đồ ĐBH-FXRC: 2.1.1. Sơ đồ sử dụng Transitor và tụ điện Trong trường hợp các bộ biến đổi đòi hỏi phạm vi điều chỉnh tốc độ đến 180˚ điện,người ta thường dùng sơ đồ sau. Hình 3-3: Mạch tạo xung răng cưa và giản đồ thời gian - Thiết bị của mạch gồm: BA: Là máy biến áp đồng bộ để tạo ra tín hiệu đồng bộ hóa. D, Tr: Diot, transitor. R1, R2, R3: Các điện trở. C: Tụ điện. - Nguyên lý làm việc: Ta thấy rằng: tại ωt = 0 thì Ung = 0 và bắt đầu chuyển sang nửa chu kỳ dương, tại ωt = 0 điện áp trên tụ C đang bằng 0 (Uc = 0). Sau thời điểm ωt = 0 thì Ung > 0 nên trên Diot D được đặt điện áp thuận, D sẽ mở dẫn đến sẽ có dòng điện từ cuộn thứ cấp BA đi qua R2 và diot D. Nếu bỏ qua sụt điện áp rất nhỏ trên cuộn dây máy biến áp đồng bộ hóa và trên diot D thì R2 được đặt điện áp bằng toàn bộ s.đ.đ thứ cấp BA, tức là Udb. Điện áp sụt trên R2 lúc này có thể âm đặt vào cực phát Tr,còn thế dương đặt vào cực gốc Tr, do vậy mạch cực gốc – phát Transitor của Tr bị đặt điện áp ngược và Tr khóa (không có dòng cực góp). Tr khóa thì tụ C được nạp từ nguồn một chiều cung cấp cho sơ đồ có giá trị ổn định là Ucc. Đến ωt = π thì dòng điện đồng bộ Udb = 0 và bắt đầu chuyển sang nửa chu kỳ âm. Van D bị đặt điện áp ngược và khóa lại do vậy điện điện áp đồng bộ không còn tác động đến mạch gốc - phát của Tr nữa, lúc này dưới tác động của nguồn cung cấp một chiều qua điện trở R1 nên Tr mở dẫn đến tụ C ngừng nạp và bắt đầu phóng điện qua mạch phát – gốc của Transitor Tr và điện trở R3. Quá trình làm việc được lặp lại cho chu kỳ tiếp theo. Sơ đồ này có ưu điểm là đơn giản, làm việc tin cậy. 2.1.2. Sơ đồ dùng hai transistor Hình 3-4: Mạch dùng hai Transitor - Thiết bị của mạch gồm: - BAĐ: Là máy biến áp đồng bộ xoay chiều một pha gồm một cuộn dây pha sơ cấp và hai cuộn dây pha thứ cấp có cực tính ngược nhau. Để lấy tín hiệu đồng bộ và hai cuộn dây pha thứ cấp còn lại độc lập với hai cuộn dây trên dùng để cung cấp điện áp nguồn nuôi cho mạch điều khiển. - Trên mạch ra của cuộn dây thứ cấp lấy tín hiệu đồng bộ có các phần tử là mạch tạo điện áp răng cưa, trong đó: + Mạch gồm Tr2, ĐZ, R4, WR là mạch ổn định dòng để nạp tụ. + URC là điện áp răng cưa đầu ra của sơ đồ. + U0 là điện áp ổn định trên diot ổn áp DZ. + ic1, ic2 là dòng điện cực góp Tr1, Tr2 - Nguyên lý làm việc: Điện áp Ucb2 giữa cực phát ra và cực Tr2 là Ucb2 = U0 - ic2.RWR, với RWR là trị số điện trở của biến trở WR. Do sụt áp giữa cực phát va cực gốc của một Tranzitor hầu như không đổi nên ta xem Ucb2 = A = const. Do đó ta có: ic2 = (U0- Ucb2)/RWR = 1 = const. Mặt khác, ta lại có dòng điện qua cực góp Tr2 là không đổi. Ta giả thiết rằng: tại t = 0 thì Uđb = 0 và bắt đầu chuyển sang chu kỳ dương, tại t = 0 thì điện áp trên tụ C = 0. Vậy sau thời điểm t = 0 thì Uđb > 0 nên diot D được đặt điện áp thuận, D sẽ mở dẫn đến có dòng điện tử cuộn thứ cấp BAĐ đi qua R2 và D, nếu bỏ qua sụt áp rất nhỏ trên cuộn dây máy biến áp đồng bộ hóa và trên điốt D thì trên R2 được đặt điện áp bằng toàn bộ sức điện động thứ cấp BAĐ tức là Uđb. Điện áp sụt trên R2 lúc này có thể dương đặt vào cực phát Tr2 còn thế âm đặt vào cực gốc Tr1, do vậy mạch gốc phát Tranzitor bị đặt điện áp ngược và Tr1 khóa và tụ được nạp điện bởi dòng cực góp Tr2 có giá trị ổn định. Điện áp trên tụ tăng dần theo quy luật UC = I.t/c đây là quy luật tuyến tính. Hình 3-5: Đồ thị điện áp khâu tạo xung Đến thời điểm t = thì Uđb = 0 và bắt đầu chuyển sang nửa chu kỳ âm. Van D bị đặt điện áp ngược và khóa lại do vậy điện áp đồng bộ không tác động đến mạch gốc phát của Tr1 nữa lúc này dưới tác động của nguồn cung cấp một chiều qua điện trở định thiên R1 trong mạch định thiên trong kiểu phân áp gồm R1 và R2 mà Tr1 mở. Khi Tr1 mở thì tụ ngừng nạp và bắt đầu phóng điện qua mạch góp phát của Tr1 và điện trở bảo vệ Tranzitor R3. Người ta tính chọn các điện trở R1, R2 và Tr2 sao cho Tr1 mở bảo hòa với dòng cực góp là 1. Vậy tụ C sẽ ngừng phóng điện khi điện áp trên tụ giảm xuống bằng sụt áp bảo hòa của Tr1 cộng với sụt áp trên R3 gây nên bởi dòng mở bảo hoà của Tr1; UR3 = iR3, sụt áp bảo hòa trên một Tranzitor rất nhỏ nên ta có thể bỏ qua, mặt khác R3 và I cũng có giá trị rất nhỏ (1 ÷ 5mA) nên ta có thể bỏ qua sụt áp trên R3. Như vậy thì tụ C phóng đến điện áp bằng không. Đến thời điểm t = vt và do Tr1 vẫn mở nên tụ vẩn giữ nguyên giá t