Đồ án Thiết kế nguồn mạ một chiều

ong công nghiệp ngời ta không dùng máy phát điện một chiều. 3. Bộ biến đổi : Hiện nay trong công nghiệp thì dòng điện xoay chiều đợc sử dụng rộng rãi. Công nghệ chế tạo các thiết bị bán dẫn ngày càng hoàn thiện, các thiết bị hoạt động với độ tin cậy cao. Đặc biệt công nghệ sản xuất Tiristor đã đạt đợc nhiều thành tựu. Chính vì vậy các bộ biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng một chiều ngày càng đợc sử dụng nhiều trong các nghành công nghiệp. Ngày nay trong công nghệ mạ điện thì bộ bién đổi đợc dùng rộng rãi nhất. Các bộ biến đổi dùng trong quá trình điện phân có thể cho ra các điện áp nh : 3V, 6V, 12V, 24V, 30V, 50v. Tuỳ theo yêu cầu kỹ thuật mà chọn điện thế cho phù hợp.Bộ biến đổi với các u điểm : thiết bị gọn nhẹ; tác động nhanh; dễ tự động hóa; dễ điều khiển và ổn định dòng. Chi phí đầu t cho bộ biến đổi cũng rẻ, hiệu quả làm việc cao và ổn định. So với dùng nguồn mạ là ắc quy hoặc máy phát điện một chiều thì bộ biến đổi đáp ứng đợc hơn cả về mặt kinh tế cũng nh các tiêu chuẩn kỹ thuật. Vậy quyết định phơng án là dùng bộ biến đổi. Với mạch chỉnh lưu ( không dùng mạc chỉnh lưu ) có rất nhiều : chỉnh lưu một pha, chỉnh lưu ba pha, chỉnh lưu không điều khiển, chỉnh lưu có điều khiển… Trong yêu cầu của đồ án là thiết kế nguồn mạ điện áp thấp và dòng khá lớn. Trước hết ta xét trờng hợp chỉnh lưu có điều khiển, sau đó ta có thể xét trờng hợp chỉnh lu điốt không điều khiển với góc điều khiển 0=α . Các phương án khả thi : + Chỉnh lưu cầu một pha Sơ đồ ngu a.Khi tải t V _ Khi tiristor sẽ _khi θ Dòng qu Giá 1 αΠ = ∫ΠU d Giá trị tr Giá trị tr + C + c Phương yên lý chỉ huần trở R ới 22u = αθ = : c khoá khi u α+Π= , c a tải là dò tri tru .sin2 2 θθ dU ung bình d ung bình d hỉnh lưu hỉnh lưu s án 1:Ch nh lưu cầu θsin2U ho xung 02 = ho xung đ ng gián đo ng bì 1(2 2Π= U òng tải : òng qua t cầu ba pha áu pha có ỉnh lưu cầ một pha điều khiển iều khiển ạn. nh củ )cosα+ I d = iristor : cuộn khán u một pha mở T1, mở T3, T4 a điện R U d g cân bằn T2 và U d và UU d = áp g 2U−= , ha 2 tải i : 22 .sin 2 2 1 2 dd T I R Ud R UI ==Π= ∫ Π θθ α Dạng sóng cơ bản : b. Tải RL - Khi L đủ lớn thì dòng điện di sẽ là dòng liên tục. - Phơng trình mạch tải : θθθ d d XRidU did +=.sin2 2 ∫∫∫ Π+Π=Π +Π+Π dI dd di XdiRdU α α α α θθθ .sin21 2 αcos22 2Π= UU d Dạng sóng cơ bản : C . Ưu nhược điểm của sơ đồ Ưu điểm : điện áp ngợc đặt lên mỗi van trong sơ đồ nhỏ Nhợc điểm : không dùng đợc cho tải có công suất lớn, nếu dùng gây ra hiện tợng công suất bij lệch pha. Sơ đồ chỉnh lưu cầu một pha dòng tải chảy quia hai van nối tiếp, vì vậy tổn thất diện pá và công suất trên van sẽ lớn. Sơ đồ cầu một pha chỉ ứng dụng với yêu cầu điện áp chỉnh lưu cao và dòng tải nhỏ. Phương án 2:Chỉnh lưu cầu ba pha đối xứng a.Sơ đồ nguyên lý Sơ đồ cầu ba pha đối xứng gồm 6 tiristor, chia làm hai nhóm : - nhóm catốt chung T1, T3, T5 - nhòm anốt chung T2, T4, T6 Điện áp các pha : θsin2 2UU a = ) 3 2sin(2 2 Π−= θUU b ) 3 4sin(2 2 Π−= θUU c b. Hoạt động của sơ đồ Giả thiết T5, T6 đang cho dòng chảy qua bGcF VVVV == , + Khi αθθ +Π== 62 cho xung điều khiển mơ T1. Tiristor này mở vì 0>aU . Sự mở của T1 làm cho T5 bị khoá lại một cách tự nhiên vì ca UU > . Lúc này T6 và T1 cho dòng đi qua. Điện áp ra trên tải : baabd UUUU −== + Khi αθθ +Π== 6 3 2 cho xung điều khiển mở T2. Tiristor này mởvì T6 dẫn dòng, nó đặt bU lên catốt T2 mà cb UU > . Sự mở của T2 làm cho T6 khoá lại một cách tự nhiên vì cb UU > . Các xung điều khiển lệch nhau 3 Π đợc lần lợt đa đến các cực điều khiển của các thyristỏ theo thứ tự 1, 2, 3,4, 5, 6, 1,…..Trong mỗi nhóm, khi 1 tiristor mở thì nó sẽ khoá ngay thyritor trớc nó, nh trong bảng sau : G F T5 T6T4 u2c u2a u2b R L T1 T2 T3 Thời điểm Mở Khoá θ1 = π/6 + α θ2 = 3π/6 + α θ3 = 5π/6 + α θ4 = 7π/6 + α θ5 = 9π/6 + α θ6 = 11π/6 + α T1 T2 T3 T4 T5 T6 T5 T6 T1 T2 T3 T4 Dạng sóng cơ bản du 1T i α 2T i 3T i 6T i 5T i 4T i di dI0 0 0 0 0 0 0 0 θ θ θ θ θ θ θ θ Đờng bao phía trên biẻu diễn điện thế điểm F Đờng bao phía dới biểu diễn điện thế điểm G Điện áp trên mạch tải : GFd UUU −= là khoảng cách thẳng đứng giữa hai đờng bao αθθ α α cos63.sin2 2 6 2 6 5 6 2 Π=Π= ∫ +Π +Π UdUU d Giá trị điện áp ngợc lớn nhất trên mỗi van : 22max 45,26 UUU ng == Dòng điện trung bình chạy qua van 3 d T II == c. Ưu nhược điểm của sơ đồ + u điểm : - số xung áp chỉnh lưu trong 1 chu kỳ lớn, vì vậy độ đập mạch của điện áp chỉnh lưu thấp, chất lợng điện áp cao. - không làm lệch pha lới điện. + Nhợc điểm - sử dung số van lớn, giá thành thiết bị cao - sơ đồ này chỉ dung cho tải công suất lớn, dung tải nhỏ và điện áp chỉnh lưu đòi hỏi độ bằng phẳng. Do dòng tải dùng trong mạ điện có tụi số lớn, nên không áp dụng đợc phơng pháp này, vì các van không chịu đợc dòng tải lớn. Phương án 3 :Chỉnh lưu 6 pha có cuộn cảm cân bằng a. Sơ đồ nguyên lí sơ đồ chia mỗi nhau và Q lưu t của h toàn Sơ đồ chỉ , bao gồm làm hai nh Máy biến pha a và a . Hệ thống . P, Q đợc Cuộn khán rung bình ai chỉnh l Do tác dụ . Nh vậy tr Dòng trun nh lưu 6 máy biến óm T1,T3 áp có hai h ’; bvà b’; dây cuốn nối với nh g cân bằn trong sơ đ ưu tia 3 p 2 3U d = ng của cuộ ị hiệu dụn g bình qua pha có cuộ áp động l ,T5 và T2 ệ thống th c và c’ có thứ cấp m au qua cu g có cấu t ồ có giá t ha, nghĩa l 2 17,16 UU =Π n kháng c g của dòng van : vI = n kháng c ực, có cuộ ,T4,T6 . ứ cấp a,b số vòng n áy biến áp ộn kháng c ạo nh máy rị nh trun à : 2 ân bằng có thứ cấp m 6 dI ân bằng, n kháng c ,c và a’,b’, h nhau nh có điểm t ân bằng. biến áp tự g bình cộn thể coi d áy biến á đợc biểu d ân bằng C c’. Các cu ng có cự rung tính ngẫu. Đi g của điện òng tải là p p : dII 22 = iễn nh trê cb , 6 tiristo ộn dây trê c tính ngợ riêng biệt P ện áp chỉn áp đầu r hẳng hoà dI29,03 = n r n c h a n • Dạng sóng cơ bản : Dạng điện áp chỉnh lưu Ud và điện áp trên cuộn kháng cân bằng b. Ưu nhược điểm của sơ đồ _ u điểm : + Dòng điện áp ra có độ bằng phẳng cao, có độ đập mạch lớn + Dòng trung bình qua van nhỏ bằng 1/6 dòng qua tải. _ Nhợc điểm : + Số van sủ dụng lớn giá thành cao + Máy biến áp phức tạp có số cuộn thứ cấp nhiều. ** Dòng điện mạ quá lớn, căn cứ vào u nhợc điểm của phơng án này, ta thấy dòng qua van nhỏ trung binh bằng 1/6 dòng qua tải.. Vì vậy ta chọn bộ biến đổi dùng làm nguồn mạ là chỉnh lưu 6 pha, có cuộn kháng cân bằn . CHƯƠNG III: TÍNH CHỌN MẠCH LỰC Qua phân tích ở trên ta chọn phơng án chỉnh lưu 6 pha có cuộn kháng cân bằng để xây dựng nguồn mạ. Nhng phơng án này có nhợc điểm là khi dòng tải nhỏ thì cách chọn van khó và chỉ ứng dung cho điện áp thấp ,dòng tải lớn và bắt buộc phải có cuộn kháng cân bằng. CHỉnh lưu 6 pha có cuộn kháng cân bằng có 2 cách điều chỉnh: + Điều chỉnh sơ cấp + Điều chỉnh thứ cấp Sau đây ta xét từng phơng án điều chỉnh 1> Điều chỉnh sơ cấp : Sơ đồ : Sơ đồ gồm : - 3 tiristor - 6 điốt không điều khiển Khi cần điều chỉnh điện áp ra trên tải, ta sẽ điều chỉnh bộ biến đổi bằng cách thay đổi góc mở của các tiristor T1, T2, T3. Khi qua các van T1, T2, T3 điện áp sơ cấp bị gián đoạn không còn dạng sin nữa. Vì vậy khi cảm ứng sang thứ cấp điện áp có dạng bậc thang. Nh vậy khi muốn điều chỉnh điện áp ra trên tải ta phải điều chỉnh gián tiếp. Điện áp ra tải chất lợng thấp. Mặt khác tuy chọn van dễ nhng lại tốn van. Vì vậy phơng án này không khả thi. 2> Điều chỉnh thứ cấp : Sơ đồ gồm 6 tiristor đợc bố trí nh hình vẽ • Khi muốn điều chỉnh dòng tải chỉ cần tác động xung điều khiển vào các tiristor ở cuộn thứ cấp. Khi góc điều khiển α tăng lên, biên độ điện áp cân bằng tang lên đáng kể. Giá trị điện áp trên cuộn kháng lớn nhất khi 090=α . Phơng án này đã khắc phục đợc những nhợc điểm của điều chỉnh sơ cấp. Cuối cùng, chọn phơng án điều chỉnh 6 pha cuộn kháng cân bằng điều chỉnh thứ cấp. Sơ đồ nguyên lý mạch lực nguồn mạ một chiều nh sau : Sơ đồ gồm : + 6 tiristor + Điện trở sum loại 2000A – 60mV + Bảo vệ van RC + Cuộn kháng cân bằng PQ I>Tính toán máy biến áp lực Từ sơ đồ mạch lực với các thông số ta tính toán máy biến áp lực : 1. Các thông số cơ bản của MBA Công suất một chiều trên tải : ddod IUP .= Với ∑Δ+= dddo UUU vanckbad UUUU Δ+Δ+Δ=Δ∑ Máy bién áp có công suất vàI chục kVA thuộc loại máy biến áp nhỏ nên : ddba UU %4=Δ dck UU %5,1=Δ VU vaa 2=Δ Điện áp rơI trên mỗi van là 1 V Vậy : )(66,2266,02%)5,1%4( VUU dd =+=++=Δ∑ Suy ra : )(66,1466,212 VUUU dddo =+=Δ+= ∑ Chọn )(15 VU do = Công suất hiệu dụng của máy biến áp : )(1,281500.15.26,126,1.26,1 KVAIUPS ddod ==== Vậy chọn máy biến áp có công suất 28 (KVA). Từ công thức chỉnh lu 6 pha có cuộn kháng cân bằng ta có : αcos. 2 63 2 Π= UU do , chọn 040=α suy ra )(8,15 40cos6.3 15.2 cos.6.3 .2 2 V U U do =Π=Π= α Chọn )(162 VU = * Tỷ số máy biến áp 75,23 16 380 2 1 === U Uk * Giá trị hiệu dụng dòng chảy qua cuộn sơ cấp máy biến áp : )(4351500.29,029,0 322 AI I I d d ==== * Giá trị hiệu dụng dòng chảy trong cuộn sơ cấp : )(25 75,23 1500.4,04,0 1 Ak I I d === 2. Tính toán mạch từ : Chọn mạch từ 3 trụ tiết diện mỗi trụ đợc tính theo công thức : fC SkQ . .= [cm2] k= 4 đến 6 , ở đây chon k = 6 S : công suất biểu kiến của máy biến áp (VA) C : số trụ ( C=3 ) f : tần số nguồn điện xoay chiều . (f = 50Hz) Thay số ta có )2(5,80 50.3 28000.6 cmQ == Giả sử a: là chiều rộng của trụ b: là bề dày của trụ Để đảm bảo mỹ thuật ta chọn a/b =1,25 Vậy từ ⎩⎨ ⎧ = = 25,1/ . ba baQ Ta suy ra a= 8 cm ; b=10 cm Để đảm bảo mỹ thuật chọn chiều cao của trụ theo tỷ lệ m= h/a =2,5 suy ra h=2,5a= 2,5.8=20 cm Dùng loại thép 330 có độ dày 0,35mm Mật độ từ cảm trong trụ B = 1 (tesla) 3. Tính toán dây cuốn : Số vòng vôn : 4,44.f.B.Q. 410 − =4,4.50.1.80. 410 − =1,5 (vôn/vòng) Trong đó : f là tần số dòng điện Q là tiết diện trụ B là mật độ từ cảm trong trụ *Số vòng dây sơ cấp 211 5,1 380 1 ==W (vòng) *Số vòng dây sơ cấp 8,8. 1 1 2 2 == WU UW (vòng) Lấy tròn là 9 vòng Hai cuộn dây thứ cấp đợc cuốn trên cùng một pha : 9 – 0 – 9 * Chọn mật độ dòng điện : 221 /5,2 mmAJJ == * Tiết diện dây dẫn sơ cấp : )(10 5,2 25 2 1 1 1 mmJ IQ === Chọn dây rẹt tiết diện thực (2x5) bọc sợi thủy tinh hai lớp *Tiết diện dây dẫn thứ cấp máy biến áp : )(160 5,2 435 2 2 2 2 mmI IQ === Ta chọn dây dẫn rẹt (2x10) bọc sợi thuỷ tinh quấn theo thớt, gồm 8 thớt , dầu ra hàn các thanh cáI lấy điện loại 5x60 4.Tính toán kích thớc mạch từ : Dùng thép 330 dày 0,35 mm cắt theo hình chữ I và xếp nh hình vẽ Kích thớc lõi thép : chiều rộng a = 8cm bề dày b = 10cm chiều cao h = 20 cm II> Tính chọn van và bảo vệ van : Chế độ làm việc của các van rất khắc nhiệt, rất nhạy cảm với nhiệt độ. Nhiệt độ của van tăng lên do công suất tổn hao trên van gây ra. Khi nhiệt độ của van cao hơn nhiệt độ môI trờng xung quanh nhiệt lợng đợc truyền vào môI trờng. Nếu nhiệt độ của van vợt quá giới hạn cho phép sẽ phá hủy van, vì vậy làm mát cho van là một vấn đề rất quan trọng. Thông thờng van đợc gắn lên một cánh tản nhiệt với thông số phù hợp. Có các biện pháp làm mát thờng gặp : + Làm mát tự nhiên : chỉ dựa vào sự đối lu không khí xung quanh van, hiệu suất làm việc của van thấp chỉ khoảng 25%. + Làm mát bằng gió cỡng bức : tạo luồng không khí với tốc độ lớn qua van để đẩy nhanh qúa trình truyền nhiệt của van vào không khí, hiệu suất làm việc của van là 35% + Làm mát bằng nớc : van đợc gắn thêm tấm đồng rỗng cho nớc chảy qua. Đây là biện pháp làm mát rất hiệu quả hiệu suất làm việc của van đạt đến 90%, nhng hệ thống làm mát phức tạp chỉ phù hợp với yêu cầu công suất lớn và có nguồn nớc tại vị trí lắp đặt thiết bị. Qua phân tích trên ta chọn làm mát bằng thông gió có quạt cỡng bức với hiệu suất làm việc của van là 35%. Dòng trung bình qua van là : )(250 6 1500 6 A I I dv == Điện áp ngợc lớn nhất dặt lên van : )(636,1.16.66,1.6 2max VUU ng === Với: hệ số dự trữ điện áp là 6,1=uk hệ số dự trữ dòng điện 2,1=ik Dòng điện van cần có là : )(857 35 100.2,1.250 AI van == Từ đó ta chọn van loại : TL-1000-1 do Liên Xô cũ chế tạo, có các thông số sau : )(1000max AI = )(100max VU )(1 VU =Δ )(8 )(4,0 VU AI G G = = sToff μ150= sA dt di sV dt du μ μ /50 /100 = = ** Bảo vệ van : Tiristor rất nhảy cảm với điện áp quá cao so với điện áp định mức, ta gọi là quá điện áp. Nguyên nhân gây ra quá điện áp đợc chia làm hai loại : + Nguyên nhân nội tại : Khi khoá tiristor bằng điện áp ngợc các điện tích đổi ngợc hành trình tạo ra dòng điện ngợc trong khoảng thời gian rất ngắn. Sự biến thiên nhanh chóng của dòng điện gây ra một suất điện động cảm ứng trong các điện cảm luôn luôn có của đờng dây nguồn dẫn đến các tiristor. Vì vậy giữa anốt và katốt xuất hiện quá điện áp. + Nguyên nhân bên ngoàI : Những nguyên nhân này thờng xảy ra ngẫu nhiên nh khi có sét đánh, khi đóng cắt máy biến áp nguồn. Cắt máy biến áp nguồn tức là cắt dòng điện từ hóa máy biến áp, bấy giờ năg lợng từ trờng tích luỹ trong lõi sắt từ chuyển thành năng lợng điện chứa trong các tụ kí sinh, rất nhỏ giữ các dây cuốn sơ cấp và thứ cấp máy biến áp. Điện pá này có thể lớn gấp 5 lần điện áp làm việc. Để bảo vệ quá áp ngời ta thờng dùng mạch RC xem hình sau : Tính RC bảo vệ quá áp do tụ tích điện gây nên, hình trên impdmp UU , là giá trị cực đại cho phép của điện áp thuận và ngợc đặt trên tiristor một cách chu kỳ, cho trong sổ tay tra cứu. npimnpmd UU ,.. , là giá trị cực đại cho phép của điện áp thuận và ngợc đặt trên tiristor một cách không chu kỳ, cho trong sổ tay tra cứu. imU là giá trị cực đại của điện áp ngợc thực tế đặt trên tiristor. b là hệ số dự trữ về điện áp, b=1-2 k Là hệ số qúa điện áp Các bớc tính toán : + Xác đinh hệ số qúa điện áp theo công thức im pim Ub U k . .= + Xác định các thông số trung gian : )(),(),( *min*max*min kRkRkC + Tính dt di max khi chuyển mạch + Xác định lợng tích tụ Q=f(di/dt), sử dụng các đờng cong trong sổ tay tra cứu + Tính các thông số trung gian imU QCC 2.*min= Q LU RR Q LU R imim 22 * max * min ≤≤ Trong đó L là điện cảm của mạch RLC Cuối cùng ta chọn Ω= = 80 25,0 R FC μ III> Tính cuộn kháng cân bằng : dmck PP 05,0= dck PS 5,0= Dòng từ hóa cuộn kháng cân bằng : cb dm ocb L Ui . .19,0 2 ω= suy ra : ocb dm cb i UL . .19,0 2 ω= )(750 2 1500 2 A i i tcb === )(1502,0.750%20 Aii cbocb === )(162 VU dm = fΠ= 2ω ; Với f là tần số cuộn kháng, )(150.3 hzff l == vậy )/(942150.14,3.22 sradf ==Π=ω Thay vào công thức tính cbL ta có : )(10.15,2150.942 16.19,0 . .19,0 52 H i UL ocb dm cb −=== ω Chiều rộng trụ giữa lõi thép a : cmiLa tcb 9,61500.10.15,2.6,2..6,2 4 2524 === − Để tính các kích thớc của cuộn kháng cân bằng tàI liệu hớng dẫn ta tìm các hệ số m,n,l Lõi sắt cuộn kháng chọn hình ở đây n=0,6 ; l=1,2 ; m=2,2 a hm = ; a cn = ; b al = Với h : là chiều cao cửa sổ h=m.a=2,2.6,9=15,2cm c : là chiều rộng cửa sổ c=n.a=6,9.0,6=4,14cm b : là chiều dày lõi b= a/l = 6,9/1,2=5,75cm Tiết diện trụ là Q=a.b=6,9.5,75= 40 (cm2) Chiều dàI lõi L’= a+(c+a/2).2 =6,9+(4,14+6,9/2).2 = 22,08cm Độ rộng khe hở không khí δ Số vòng dây cuộn kháng )(80 40.52.26,1 10.15,2 ..26,1 '. .10¦ 4 5 4 v Q LL W cb === − μ μ là hệ số phụ theo tàI liệu lấy μ = 52 Chơng IV : Thiết kế mạch điều khiển Xây dựng mạch điều khiển để đảm bảo cho mạch lực hoạt động tốt trong mọi trờng hợp. I. Các yêu cầu cơ bản đối với hệ thống điều khiển : 1. Đảm bảo phát xung với đầy đủ các yêu cầu để mở van : + Đủ độ rộng tx + Đủ biên độ Ux + Sờn xung ngắn sts μ15,0 ÷= 2. Đảm bảo tính đối xứng của các kênh 3. Đảm bảo cách ly giữa mạch lực và mạch điều khiển, Ví dụ đối với MBAX thờng đợc sử dụng nh một khâu truyền xung cuối cùng ở tầng khuyếch đại xung. 4. Đảm bảo đúng quy luật về pha điều khiển. Đây là yêu cầu về đảm bảo phạm vi điều chỉnh góc α . 5. Có thể hạn chế phạm vi góc điều khiển không sự thay đổi của điện áp l- ới. 6. Không gây nhiễu đối với các hệ thống điều khiển điện tử khác ở xung quanh. 7. Có khả năng bảo vệ quá áp, quá dòng và báo hiệu khi có sự cố. II. Sơ đồ cấu trúc của hệ thống điều khiển . Khâu đồng pha có nhiệm vụ tạo ra điện áp tựa đồng bộ với điện áp l- ới. Nghĩa là cho phép xác định giá trị ban đầu của goác điều khiển α . Khâu so sánh có nhiệm vụ so sánh giữa điện pá tựa và điện áp điều khiển. Tại thời điểm hai điện áp này bằng nhau thì phát xung gửi sang tần khuyếch đại. Khâu khuyếch đại : tạo ra xung và khuyếch đại xung tạo ra xung có độ rộng cần thiết và đur công suất để đa đến điều khiển thyistor trong mạch lực. • Trong thực tế ngời ta thờng dùng hai nguyên tắc điều khiển : thẳng đứng tyuến tính và thẳng đứng arccos để thực hiện điều chỉnh vị trí xung trong nửa chu kỳ dơng của điện áp đặt trên tiristor. III. Giới thiệu các phân tử cơ bản đợc dùng trong mạch điều khiển : 1. Khuyếch đại thuật toán : KĐTT là phần tử cơ bản đợc sử dụng rộnh rãI trong các mạch điện tủ với chức năng xử lý các tín hiệu tơng tự . Khuyếch đại thuật toán có kí hiệu nh sau : SS BAX Udk Ur 1 2 3 4 T 2. Một số ứng dụng của khuyếch đại thuật toán : a. Mạch khuyếch đại đảo : sơ đồ nh sau Ta có : io UR R U . 1 2−= b. Mạch so sánh một cổng : ở dầu vào khuyếch đại thuật toán tổng trở Ri rất lớn nên dòng đI vào KĐTT là không đáng kể, nên 2 21 1 1 21 2)( )()( U RR RU RR RU i +++= − Nếu 0)( >−iU thì U3 sẽ bão hoà ở –Un Nếu 0)( <−iU thì U3 sẽ bão hoà ở +Un c. Mạch so sánh hai cổng : Nếu : U1>U2 thì U3 = -Un Nếu : U1<U2 thì U3= +Un d. Mạch tạo tín hiệu răng ca : * Dùng nguồn dòng transistor : * Dùng khuyếch đại thuật toán : IV. Thiết kế mạch điều khiển : A. Nguyên lý hoạt động của sơ đồ điều khiển : Khi cấp nguồn điện 380V vào sơ cấp của BA nguồn phía thứ cấp của BA hạ áp qua cuộn dây W2-1 qua cầu chỉnh lu hai nửa chu kì D1 và D2 điện áp tại điểm (I) U1 là điện áp một chièu hình sin lấy phần dơng và đặt vào cửa đảo của thuật toán A1 tại đây so sánh với điện áp U đặt đợc đa vào cửa cộng của A1 Nếu Ur <Uđ thì Ura trên OA1là điện áp dơng điốt D11 mở lúc này tụ C8 đợc phóng điện từ C8 đến R5 -> D11 qua OA1 về âm nguồn . Do sự đóng mở của D11làm trên tụ C8 phóng nạp tạo ra trên (III) một điện áp hình răng ca . Độ dốc của răng ca có thể thay đổi qua triết áp VR2. Do đó điốt zơle (Dz) nên diện áp trên tụ max khi nạp luôn bằng điện áp ng- ỡng trên điốt zơle. Điện áp răng ca đợc đa vào cửa đảo của OA7 và so sánh với điện áp điều khiển. Điện áp điều khiển này đợc lấy từ điện áp phản hồi đa vào so sánh với điện áp đặt qua bộ cộng đảo dấu. Trong mạch vòng phản hồi có mạch vòng phản hồi dòng điện . Dòng điện qua sun thay đổi thì điện áp phản hồi qua sun thay đổi. Tín hiệu điều khiển đa vào cửa cộng của khâu so sánh . Nếu Urc>Uđhthì đầu ra của OA3 là xung âm. Nếu Urc<Uđk thì đầu ra của OA3 là xung dơng Khi đó bộ phát xung chùm dới sự phóng nạp của tụ C9 tạo ra chuỗi xung hình chữ nhật. Vì tín hiệu ra nhỏ đợc khuếch đại qua đèn Ts, xung qua điốt Đ13 chỉ giữ lại phần âm đợc trộn lẫn với xung ra từ khâu so sánh A3 tạo thành từng chùm xung dơng. Nhng tín hiệu xung vẫn cha đủ lớn để kích mở Tiristo do đó đợc đa qua bộ khuếch đại xung. Các transisto mắc theo kiểu Dalingtơn. Xung dơng đợc đặt vào bazơ của T1làm T1 mở và T2 mở theo khi đó có xung đi vào biến áp xung. Trên cuộn thứ cấp của biến áp xung có xung để kích mở tiristo. Khi xung tắt T1vàT2 bị khoá, điện áp trên biến áp xung giảm đột ngột, cuộn dây của biến áp xung xuất hiện sức điện động cảm ứng ngợc dấu lúc đó điốt D15và D19 thông dập tắt sức điện động để bảo vệ các transistor. B. Tính toán các khâu của mạch điều khiển 1. Tính toán khối đồng pha Sơ dồ nguyên lý khâu đồng pha Nguyên lý hoạt động của khối đồng pha: Khi cấp nguồn 380V vào sơ cấp của biến áp đồng pha, phía thứ cấp của biến áp đợc hạ áp. Giả sử tại thời điểm ban đầu t = 0, nửa chu kỳ đầu điện áp dơng đặt trên D1, D1 sẽ thông và D2 sẽ bị khoá, nửa chu kỳ sau tại thời điểm t2= π điện áp xoay đảo dấu và thế dơng đợc đặt vào anốt D2, D2sẽ thông và D1bị khoá. Vậy điện áp trên điểm (I) là điện áp xoay chiều đơc đa qua chỉnh lu thành điện áp một chiều nửa hình sin. Điện áp một chiều nửa hình sin liên tiếp tại (I) đợc đa vào cửa âm của khâu so sánh OA1. Điện áp đợc đa vào cửa dơng của OA1 là điện áp một chiều phẳng Uđ có giá trị :Uimin <Uđ< UImax. Khi điện áp đặt vào cửa âm của OA1 lớn hơn điện áp Uđ trên cửa dơng của OA1thì tại cửa ra của OA một điện áp dơng. Còn khi điện áp trên cửa âm của OA1 nhỏ hơn điện áp trên cửa dơng thì điện áp ra của OA1 sẽ là một điện áp âm. Nh vậy OA1 có nhiệm vụ so sánh điện áp nửa hình sin của U1 với Uđ trên cửa đảo và tạo ra trên đầu ra một điện áp dơng, âm liên tiếp dạng xung vuông nh hình vẽ ở dới đây. Tính toán khối đồng pha: Chọn góc duy trì và thoát năng lợng θ =5 o thì điện áp Uđ đặt vào cửa (+) của bộ so sánh là: U θ = 2 .U.sin 5 o = 2 .12.sin 5 o = 1,48(V) Chọn E+ = 12. Chọn Rhc1 =2 kΩ Æ giá trị của VR1 là: 1,48(V).Rhc1 Rhc1VR E 1 =+ ÆVr1=14,2 kΩ Để dòng vào cửa đảo của khuyếch đại thuật toán nhỏ hơn 1mA thì ta chọn R sao cho U/R112kΩ chọn R1=15kΩ 2.Tính toán khâu tao điện áp răng ca Sơ đồ nguyên lý mạch tạo điện áp răng ca Đồ thị điện áp răng ca theo thời gian a,Nguyên lý làm việc của khâu tạo điện áp răng ca Điện áp dạng xung vuông sau khi đợc tao ra ở khâu so sánh trớc đó đợc đa vào khâu làm điện áp điều khiển của khâu tạo điện áp răng ca.Khi Uđk >0 thì bóng T1 đợc mở thế emiter đợc giữ cố định nhờ diode ổn áp Dz,ở đây ta chọn Uz=3V thì U 2,TE =+E-Uz =12-3=9(V).Khi Uđk<0 T1 khoá U 1,TC =12 do đó T2 cũng bị khoá vì thế của bazơ cao hơn thế của emiter.Khi T1 mở Uc,T1≈0 phân áp R2 ,R3 sẽ làm cho bazơ của T2 âm hơn emiter ,do vậy T2 mở tụ C1 đợc nạp theo đờng +EÆDzÆT2ÆC1. Điện áp của tụ tăng rất nhanh đến giá trị Uc,T2≈Ue,T2 =9V,sau đó không thể tăng cao hơn đợc nữa vì nh vậy thì nh vậy T2 sẽ bị khoá lúc này tụ C1 sẽ phóng điện qua nguồn dòng tạo bởi T3 kết quả tạo đợc sờn sau của điện áp trên tụ có dạng giảm tuyến tính. Từ tính toán khâu đồng pha ta có: Chu kì của điện áp lói la:T=1/f=1/50=20ms tơng ứng với 360 0 Æ Chu kì của điện áp răng ca là :Trc=T/2=10ms tơng ứng với 180 0 Mặt khác Trc=tp+tn Trong đó :tp- thời gian phóng của tụ C1 tn-thời gian nạp của tụ C1 Nh trên ta đã chọn θ=5 0 tức là tn=10 0Ætp=180 0 -10 0 =170 0 Tơng ứng với thời gian là: tp= msx 4,9 180 10170 0 ''0 = tn= msx 6,0 180 1010 0 ''0 = Chọn giá trị của tụ C1=0,47 μ F Gọi dòng địên trong quá trình phóng là Ip.Sau khoảng thời gian t=tp=9,2 ms thì điện áp trên tụ về giá trị 0 vậy ta có Ucp= dtIp C Uco ∫− 94,0 0 1 =0 ⎯→← 9-1/C.Ip.tp=0 -->Ip=(C.Uco)/tp=(0,47.10 9.6− )/9,4.10 3− Ip=0,45 mA -->Vr2+R6= (U 62 RVR + )/Ip = (E-U 3,TBE )/Ip =(12-0,6)/0,45.10 3− Vr2+R6=25333Ω =25,333 kΩ Chọn R6=15 kΩ là điện trở cố định còn Vr2=10,333kΩ là biến trở điều chỉnh đợc Gọi dòng điện trong quá trình nạp là In.Sau khoảng thời gian t=tn=0,6 ms thì điện áp trên tụ đợc nạp từ 0 đến 9V.Vởy ta có: Ucn= UcoIndt C +∫ 6,0 0 1 =9 ⎯→← 1/C.In.tn =9 --> In=9.C1/tn=(9.0,47.10 6− )/0,6.10 3− =7,05mA --> R5=U 2,TE /In=9/7,05.10 3− =1276,5Ω=1,276kΩ Chọn dòng qua R3,R 4 bằng 2mA là đủ khi cần cung cung dòng cho bazơ của T2 Khi đó :R2+R3=12/2.10 3− =6000Ω=6kΩ Để đảm bảo khi T1 mở thì điện áp rơi trên R4 nhỏ hơn 9V để cho T2 có thể mở đựoc thì ta chọn R4=4kΩ,R3=2kΩ. Chọn R1=10kΩ 3.Khâu so sánh S¬ ®å nguyªn lý kh©u so s¸nh Nguyªn lý ho¹t ®éng cña kh©u so s¸nh : So s¸nh ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn víi ®iÖn ¸p r¨ng ca ®Ó t¹o ra ®iÖn ¸p ë cöa ra cã d¹ng chuçi c¸c xung vu«ng liªn tiÕp. §iÖn ¸p r¨ng ca ®a vμo cöa ®¶o cña OA,cßn ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn ®a vμo cöa céng cña OA.§Ó ®¶m b¶o cho dßng ®iÖn ®i vμo c¸c cöa cña OA nhá h¬n 1mA ta chän R7=R8=10kΩ 4.Kh©u ph¸t xung chïm S¬ ®å nguyªn lý kh©u ph¸t xung chïm • Chức năng của khâu phát xung chùm : Phát ra xung có tần số cao để trộn với xung ra ở khâu so sánh trớc khi cho vào biến áp xung . • Nguyên tắc hoạt động của khâu phát xung chùm là: Giả sử tại thời điểm ta xét tụ C đợc nạp đầy tức là U PN U> điện áp lúc này ở đầu ra của OA sẽ là điện áp âm s