Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN

THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN

Tải bản đầy đủ - 0trang

+ 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 thyristor là khi van

(thyristor) đã mở thì việc còn hay mất tín hiệu điều khiển đều khơng ảnh hưởng

đến dòng qua van. Vì vậy để hạn chế cơng 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 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 thyristor 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.

36 | Thiết kế hệ truyền động chính Máy Bào Giường



- 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

⇒ Lựa chọn phương pháp điều khiển theo nguyên tắc khống chế pha đứng



3.1.1.



Phát xung điều khiển theo nguyên tắc khống chế pha đứng



- Hệ thống này tạo ra các xung điều khiển nhờ việc so sánh giữa điện áp tựa

hình răng cưa thay đổi theo chu kỳ điện áp lưới và có thời điểm xuất hiện phù hợp

với góc pha của lưới với điện áp điều khiển một chiều thay đổi được.

- Ưu điểm của hệ thống:

+ Độ rộng xung đảm bảo yêu cầu làm việc

+Tổng hợp tín hiệu dễ dàng

+ Độ dốc sườn trước của xung đảm bảo hệ số khuyếch đại phù hợp, làm việc

tin cậy, độ chính xác cao với độ nhạy theo yêu cầu.

+ Có thể điều khiển được hệ thống có cơng suất lớn.

+ Khoảng điều chỉnh góc mở α có thể thay đổi được trong phạm vi rộng và ít

phụ thuộc vào sự thay đổi của điện áp nguồn.

+ Dễ tự động hoá, mỗi chu kỳ của điện áp anốt của thyristor chỉ có một xung

được đưa đến mở nên giảm tổn thất trong mạch điều khiển



3.1.2.



Sơ đồ khối mạch điều khiển



37 | Thiết kế hệ truyền động chính Máy Bào Giường



Hình 3.1 Sơ đồ phát xung điều khiển theo nguyên tắc khống chế pha đứng

3.1.3.



ĐBH – FXRC: khối đồng bộ hóa và phát xung răng cưa

SS: khối so sánh

TX: khối tách xung

KĐX: khối khuếch đại xung

Nguyên lý hoạt động



- 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 hố 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 thyristor 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 ngườita sử dụng mạch khuếch đại và truyền xung. Nhờ đó mà

các xung ra của mạch này đủ điều kiện mở chắc chắn các thyristor.

-Mỗi thyristor 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.

38 | Thiết kế hệ truyền động chính Máy Bào Giường



3.2. Thiết kế mạch phát xung điều khiển

3.2.1.



Khâu đồng bộ hóa

a. Sơ đồ ngun lý



Hình 3.2 Sơ đồ ngun lý mạch đồng bộ hóa



Hình 3.3 Giản đồ xung mạch đồng bộ hóa

- Khâu đồng pha sử dụng mạch chỉnh lưu hai nửa chu kỳ có điểm giữa (tia hai

pha) dùng diode , và tải cho chỉnh lưu này là điện trở .



39 | Thiết kế hệ truyền động chính Máy Bào Giường



b.



Nguyên lý làm việc



- Điện áp sơ cấp của biến áp đồng pha lấy nguồn từ mạch lực đồng pha với

thyristor cần dẫn.

- Điện áp thứ cấp của biến áp đồng pha được đưa vào chỉnh lưu hình tia hai

nửa chu kỳ tạo được điện áp nửa hình sin dương tại điểm . Điện áp chỉnh lưu này

được đưa vào cổng (+) (cổng không đảo) của khuếch đại thuật toán qua điện trở

-Điện áp ngưỡng được đưa vào cổng (–) (cổng đảo) của , được cấp nguồn

bởi điện trở , biến trở để so sánh với điện áp dương . Điện áp đồng bộ sẽ tuântheo

quan hệ sau:



-Trong khoảng thời gian từ (0 ÷ ) và ( ÷ ) thì dương hơn (lớn hơn) do đó

tín hiệu ra ở sẽ là tín hiệu của . Do được đưa vào cổng (–) của khuếch đại thuật

tốn nên tín hiệu ra âm và bằng điện áp bão hòa của OA: = – .

- Trong khoảng thời gian từ ( ÷ ) thì dương hơn do đó tín hiệu ra sẽ là tín

hiệu của , và do được đưa vào cổng dương của khuếch đại thuật toán nên tín hiệu

ra dương và bằng điện áp bão hòa của OA: = + .

- Vì vậy ta thấy được tín hiệu ra là một dãy xung hình chữ nhật.

- Điện áp đồng pha thường có giá trị hiệu dụng từ 10 ÷ 12 (V).

- Giá trị điện trở = 10 ÷ 20 (kΩ), chọn = 15 (kΩ).

- Nhóm chỉnh lưu tia hai pha với hai diode và có điện áp vào là điện áp

đồng pha với trị số hiệu dụng = 10 (V) nên điện áp ngưỡng lớn nhất đặt lên van là:

(V)

- Chọn diode , loại 1N4002 với tham số là:

+ = 1 (A)

= 100 (V)

+ Điện trở tải cho chỉnh lưu chọn = 1 (kΩ).

40 | Thiết kế hệ truyền động chính Máy Bào Giường



+ Điện áp ngưỡng được tính theo:

. =.=1,23(V)

+Tính sụt áp trên diot giảm 0,7 V

1,23-0,7 =0,53(V)

+ Chọn dòng điện qua chiết áp và điện trở là 1 (mA).

= == 15(kΩ).

Chọn OA loại TL081

+ Chọn điện trở = 15 (kΩ) và biến trở = 2 (kΩ) (Cho phép điều chỉnh từ 02).



3.2.2.



Khâu tạo điện áp răng cưa



a. Sơ đồ nguyên lý



Hình 3.4 Sơ đồ nguyên lý và đồ thị làm việc khâu tạo điện áp răng cưa

b.Nguyên lý làm việc



41 | Thiết kế hệ truyền động chính Máy Bào Giường



+ Điện áp ra được đưa vào cổng (–) của khuếch đại thuật toán qua diode và

điện trở . Khi âm thì diode thơng và khi đó tụ được nạp bởi hai dòng và .

+ Dòng từ đất qua tụ qua điện trở , diode về . Dòng từ nguồn +E qua biến

trở và điện trở vào tụ . Thường chọn dẫn đến tụ được nạp chủ yếu bởi dòng .

+ Khi dương thì khi đó diode sẽ khóa , khi đó tụ sẽ khơng được nạp mà sẽ

phóng điện giảm dần điện áp về 0. Vì vậy điện áp ra ở khâu răng cưa là một dãy

xung hình răng cưa.

Tính tốn mạch tạo điện áp răng cưa, do αmin = 10o nên ta chọn = 5o

Thời gian quy đổi:



tn = = = 0,556 (ms)

= T/2 - =10 – 0.556 = 9,444 ms



Chọn =10V; Tụ C=220nF

-Tính

R6= = = 51,5. Ω

Chọn kΩ nối tiếp biến trở =20 kΩ

-Tính

= T/2 - = 10 - 9,444 = 0,56ms

Điện áp bão hòa OA

= E-1,5 =12-1,5 =10,5 (V)

= = 2,3 kΩ

Chọn =2 kΩ

3.2.3.



Khâu so sánh



a Sơ đồ nguyên lý



42 | Thiết kế hệ truyền động chính Máy Bào Giường



Hình 3.5 Sơ đồ nguyên lý và đồ thị làm việc khâu so sánh.

b Nguyên lý làm việc

- Mắc thêm vào cửa (+) của OA3 một điện áp điều chỉnh Udc = 5 (V)



- Khi Udk = 0 ⇒ α = 900 ⇒ Ud = 0

- Khi Udk tăng ⇒ α giảm ⇒ Ud tăng

- Ta có cơng thức liên hệ giữa Udk và Urcmax

Udk = )

- Tín hiệu đưa ra từ khâu tạo điện áp răng cưa sẽ được so sánh với tín hiệu

điều khiển thơng qua khuếch đại thuật tốn thông qua hai điện trở và .

- Điện áp sẽ tuân theo quy luật:



Với là hệ số khuếch đại thuật tốn .

- Khi > thì tín hiệu ra của sẽ là tín hiệu của , do được đưa vào cổng (+) của

nên tín hiệu ra sẽ có thế dương và bằng + .

- Khi > thì tín hiệu ra lúc đó sẽ là của , do được đưa vào cổng (–) của nên tín

hiệu ra sẽ có thế âm và bằng – .

43 | Thiết kế hệ truyền động chính Máy Bào Giường



Vì vậy tín hiệu ra có dạng là một dãy xung hình chữ nhật.

c)Tính chọn khâu so sánh

Ta chọn khâu so sánh kiểu hai cửa dùng khuếch đại thuật toán OA loại TL

081.



3.2.4.



Khâu tạo xung chùm



a Sơ đồ nguyên lý

Xung chùm tạo dao động dùng khuếch đại thuật tốn OA.

R12



E



+



C2



U XC



-



OA4

R17

R18



Hình 4.6 Sơ đồ ngun lý khâu tạo xung



Hình 4.7. Đồ thị xung khâu tạo xung chùm



b Nguyên lý làm việc

Đây là bộ khuếch đại được dùng như bộ so sánh hai cửa, tụ được phóng nạp

làm cho thuật toán liên tục đảo trạng thái mỗi lần điện áp tụ đạt trị số bộ chia áp , .

44 | Thiết kế hệ truyền động chính Máy Bào Giường



Chu kỳ dao động:

Tụ và điện trở tạo thành mạch tích phân, mạch , là mạch phản hồi. Tại thời

điểm t = 0, điện áp ra của khuếc đại thuật toán đạt giá trị = = + E. Do có mạch

phản hồi từ , được đưa vào

cổng (+) của thuật toán, nên sẽ có tín hiệu ra phản hồi bằng + . Lúc này tụ được

nạp thông qua điện trở tới giá trị .

Tại thời điểm t = , = , thuật toán lật trạng thái và . Lúc này tụ lại phóng

ngược trở lại điện trở và về đất.

Tại thời điểm t = , = , thuật toán lại lật trạng thái và . Quá trình nạp của tụ

được lặp lại.

Vì vậy tín hiệu ra là một dãy xung hình chữ nhật. Loại thuật tốn OA thơng

dụng thường cho xung không thật dốc với tần số dao động trong khoảng 6 ÷ 10

(kHz).



3.2.5.



Khâu tách xung (phân phối xung)



Hình 4.7 Sơ đồ nguyên lý khâu tách xung



45 | Thiết kế hệ truyền động chính Máy Bào Giường



Hình 4.8 Đồ thị làm việc khâu tách xung

Để thực hiện mạch tách xung ta dùng khuếch đại thuật tốn OA để phân biệt

chính xác hai nửa chu kỳ điện áp lưới khi nó qua điểm khơng. Mạch tách xung

bằng OA có độ chính xác cao và đảm bảo khả năng tách xung cho toàn bộ một nửa

chu kỳ.



3.2.6.



Khâu khuếch đại xung ghép đầu ra bằng biến áp xung



a Sơ đồ nguyên lý

E cs

R 19

U SS

AND



U XC



R13



D13



D11



UG

D14



T1



UK

T2



U TC

R 15



Hình 4.9 Sơ đồ nguyên lý khâu khuếch đại xung

b Nguyên lý làm việc

Khi có cả ba tín hiệu:

Xung tín hiệu khâu tách xung .

Xung tín hiệu khâu so sánh .

Xung tín hiệu khâu xung chùm .

Cả ba tín hiệu này đều dương nghĩa là ở mức logic “1” được đưa vào khâu

AND, khi đó tín hiệu ra AND ở mức “1” sẽ dương đưa vào transistor . Transistor

mở làm Transistor mở dẫn đến có dòng đi qua cuộn sơ cấp của biến áp xung. Do

đó phía thứ cấp của biến áp xung đưa xung đến các cực điều khiển của thyristor.

46 | Thiết kế hệ truyền động chính Máy Bào Giường



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×