Ngày nay kĩ thuật vi điều khiển đã trở nên quen thuộc trong các ngành kỹ thuật và trong dân dụng.Vi điều khiển ngày càng được ứng dụng rộng rãi, từ các dây chuyền sản xuất lớn đến các thiết bị gia dụng chúng ta đều thấy sự hiện diện của vi điều khiển. Vi diều khiển không những góp phần vào kỹ thuật điều khiển mà còn góp phần to lớn vào phát triển thông tin. Đó là sự ra đời của hàng loạt thiết bị viễn thông và truyền hình hiện đại, đạc biệt nó góp phần đưa con người lên đỉnh cao của nhân loại.
GIỚI THIỆU VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN 1 CHIỀU
Điều chỉnh tốc độ bằng dùng thêm 𝐑 𝐩
Khi mắc nối tiếp điện trở R p vào phần ứng, ta nhận thấy rằng điện trở R tăng lên dẫn đến tốc độ góc ω giảm Phương pháp này có ưu điểm là đơn giản và cho phép điều chỉnh liên tục, tuy nhiên việc thêm R p cũng làm tăng tổn hao năng lượng, gây ra sự không kinh tế.
Từ phương trình đặc tính cơ tổng quát: ω = U k.Φ− R+𝑹 𝒑
Khi thay đổi 𝑅 𝑝, ta nhận thấy rằng w 0 giữ nguyên trong khi Δw biến đổi Điều này dẫn đến các đường đặc tính điều chỉnh có cùng w 0 và dốc giảm dần khi 𝑅 𝑝 tăng, với tải trọng lớn hơn, tốc độ sẽ giảm.
Khi 0…, nhưng nếu 𝑅 𝑝 tăng đến một giá trị nhất định, M sẽ giảm xuống dưới 𝑀 𝑐, khiến động cơ không quay được và hoạt động ở chế độ ngắn mạch với w=0 Từ thời điểm này, việc thay đổi 𝑅 𝑝 không còn ảnh hưởng đến tốc độ, đồng nghĩa với việc không thể điều chỉnh tốc độ động cơ, do đó phương pháp điều chỉnh này được coi là không triệt để.
Điều chỉnh từ thông động cơ
Điều chỉnh từ thông của động cơ điện một chiều ảnh hưởng đến moment điện từ và sức điện động quay Cụ thể, moment điện từ được tính bằng công thức M = KΦI, trong khi sức điện động quay là E = KΦω Khi từ thông giảm, tốc độ quay của động cơ sẽ tăng trong giới hạn nhất định Tuy nhiên, sự thay đổi của từ thông dẫn đến sự biến đổi của moment và dòng điện, làm cho việc tính toán dòng điều khiển và moment tải trở nên khó khăn, do đó phương pháp này ít được sử dụng.
Điều khiển điện áp phần ứng
Thực tế có hai phương pháp cơ bản điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều bằng điện áp
- Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch phần ứng của động cơ
- Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch kích từ của động cơ
Thông thường người ta sử dụng cách điều chỉnh điện áp phần ứng Khi thay đổi phần ứng thì tốc độ động cơ thay đổi theo phương trình sau: ω = U ư k Φ−I ư R ư k Φ
Vì từ thông của động cơ là hằng số, nên độ dốc của đặc tính cơ cũng không thay đổi Tốc độ không tải lý tưởng phụ thuộc vào giá trị của điện áp điều khiển.
U ư của hệ thống, do đó có thể nói phương pháp điều khiển này là triệt để.
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MẠCH CHỈNH LƯU CẦU MỘT PHA CÓ ĐIỀU KHIỂN, TẢI ĐỘNG CƠ
Khái niệm về chỉnh lưu công suất
Mạch chỉnh lưu là thiết bị chuyển đổi điện xoay chiều thành điện một chiều, phục vụ cho các phụ tải điện một chiều Các loại mạch chỉnh lưu thường gặp bao gồm chỉnh lưu nửa chu kỳ và chỉnh lưu toàn chu kỳ.
• Theo số pha: một pha, ba pha, m pha
• Theo loại van: diode hoặc thyristor
• Mạch chỉ dùng toàn diode là chỉnh lưu không điều khiển
• Mạch chỉ dùng toàn Thyristor là chỉnh lưu có điều khiển
• Một nửa thyristor, một nửa diode là chỉnh lưu bán điều khiển
• Phân loại theo sơ đồ mắc: Anode chung hoặc Cathode chung
Luật dẫn của van công suất trong các mạch chỉnh lưu
Hình 1.8 trình bày nhóm nối Cathode chung
Hình 2.1 Nhóm nối chung Cathode Điện áp anode của diode nào dương hơn thì diode ấy dẫn Khi đó điện thế điểm A bằng điện thế anode dương nhất
Hình 2.2 Nhóm nối chung Anode Điện áp cathode van nào âm hơn hơn thì diode ấy dẫn Khi đó điện thế điểm K bằng điện thế anode âm nhất.
Cấu trúc mạch chỉnh lưu,các thông số cơ bản
Các mạch chỉnh lưu rất đa dạng về hình dáng và tính năng, nhưng cơ bản cấu trúc trong bộ biến đổi thường bao gồm một số bộ phận chính.
-Biến áp nguồn nhằm biến đổi điện áp từ cao xuống thấp hoặc ngược lại
-Van công suất chỉnh lưu, các van này có nhiệm vụ biến đổi nguồn điện xoay chiều thành nguồn một chiều
-Mạch lọc nhằm lọc và san phẳng dòng điện hay điện áp nguồn để mạch chỉnh lưu có chất lượng tốt hơn
-Mạch đo lường trong bộ chỉnh lưu thường dùng để đo dòng điện, điện áp
Mạch điều khiển đóng vai trò quan trọng trong các bộ chỉnh lưu có điều khiển, ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác, ổn định và chất lượng của bộ chỉnh lưu.
Phụ tải của mạch chỉnh lưu thường bao gồm phần ứng của động cơ điện một chiều, kích từ máy điện một chiều, cuộn hút nam châm điện, và các tải có sức điện động E Đôi khi, phụ tải còn bao gồm các đèn chiếu sáng hoặc các điện trở tạo nhiệt.
- Hình 1.10 trình bày cấu trúc của một bộ chỉnh lưu
Hình 2.3 Sơ đồ cấu trúc của bộ
Các mạch chỉnh lưu một pha
2.4.1 Mạch chỉnh lưu hình tia một pha nửa chu kỳ có điều khiển a Sơ đồ nguyên lý và dạng sóng
* Trường hợp tải thuần trở
Hình 2.7 Mạchh chỉnh lưu một pha dùng SCR và dạng điện áp ra trên tải thuần trở R b Nguyên lý làm việc
- Giả sử mạch đang làm việc ở chế độ xác lập, lý tưởng, điện áp phía thứ cấp u2 =√2U2 sin𝜔t và góc điều khiển 𝛼 = 𝜋
- Trong khoảng 𝜔t = 0 đến 𝛼, có u2 > 0, và uT > 0, tuy nhiên T vẫn chưa dẫn, do chưa có xung điều khiển mở Khi đó ta có: uT = u2; ud = 0; iT = id= 0
- Đến thời điểm 𝜔t = 𝛼, phát xung điều khiển mở van T, lúc này T có đủ hai điều kiện kích mở nên dẫn điện Ta có: ud = u2; uT = 0; iT = id
- Đến thời điểm 𝜔 t = 𝜋, u2 = 0 và có xu hướng âm Lúc này van T bị phân cực ngược nên khoá Như vậy trong khoảng 𝜔 t = 𝜋 đến 2𝜋, ta có: uT = u2; ud = 0; iT = id= 0
Tại thời điểm 𝜔 t= 2 𝜋, điện áp u2 bằng 0 và có xu hướng dương, van T được cấp điện áp thuận nhưng vẫn chưa dẫn do thiếu xung điều khiển kích mở Do đó, trong khoảng thời gian từ 𝜔 t= 2 𝜋 đến 2 𝜋 +𝛼, ta có các giá trị: uT = u2, ud = 0, và iT = id = 0.
- Đến thời điểm 𝜔 t = 2 𝜋 + 𝛼 , phát xung điều khiển mở van T, lúc này T dẫn điện Ta có: ud = u2; uT = 0; iT = id
- Các chu kỳ sau nguyên lý hoạt động tương tự c Một số biểu thức tính toán
- Điện áp trung bình trên tải :
- Dòng điện trung bình qua tải và Thyristor :
- Dòng điện hiệu dụng qua Thyristor :
- Điện áp thuận lớn nhất trên van T:
- Điện áp ngược lớn nhất trên van T:
2.4.2 Mạch chỉnh lưu hình tia một pha hai nửa chu kỳ có điều khiển a Sơ đồ nguyên lý và dạng sóng
Hình 2.8 Mạch chỉnh lưu hình tia có điều khiển và dạng sóng b Nguyên lý làm việc
- Giả sử L = ∞ , điện áp phía sau thứ cấp u21 = - u22 = √2U2 sin 𝜔t, xét mạch đang làm việc ở chế độ xác lập, lý tưởng
- Trong khoảng 0 ≤ 𝜃 < 𝛼 , khi đó không van nào dẫn nên: id = iT1 = iT2 = 0; ud = 0; uT1 = u21; uT2 = u22
- Trong khoảng 𝛼 ≤ 𝜃 < 𝜋, khi đó van T1 dẫn còn T2 khóa nên: id = iT1 = √2𝑈 21 sin 𝜃
- Trong khoảng 𝜋 < 𝜃 < 𝜋 + 𝛼, khi đó không van nào dẫn nên: id = iT1 = iT2 = 0; ud = 0; uT1 = u21; uT2 = u22
- Trong khoảng 𝜋 + 𝛼 ≤ 𝜃 < 2𝜋 , khi đó van T2 dẫn còn T1 khóa nên: id = iT2 = − √2𝑈 21 sin 𝜃
- Các chu kỳ sau nguyên lý hoạt động tương tự c Các biểu thức trong mạch
- Điện áp trung bình trên tải :
- Dòng điện trung bình qua tải:
-Dòng điện trung bình qua Thyristor:
- Điện áp thuận và ngược lớn nhất trên van T:
2.4.3 Mạch chỉnh lưu hình cầu một pha có điều khiển hoàn toàn a Sơ đồ nguyên lý
Hình 2.9 Mạch chỉnh lưu cầu một pha điều khiển hoàn toàn b Nguyên lý làm việc
Hình 2.10 Dạng sóng dòng điện và điện áp
- Giả sử Ld = ∞, điện áp phía thứ cấp u2 =√2U2 sin 𝜔t, góc điều khiển
𝛼 Xét mạch đang làm việc ở chế độ xáclập Khi van dẫn sụt áp trên nó bằng không
- Trong khoảng 0 < 𝜃 < 𝛼 khi đó van T3; T4 dẫn còn T1 và T2 khóa nên: id = iT3 = iT4; iT1= iT2= 0; ud = - u2; uT1 = uT2 = u2; uT3 = uT4 = 0
- Trong khoảng 𝛼 ≤ 𝜃 < 𝜋 + 𝛼 khi đó van T1; T2 dẫn còn T3 và T4 khóa nên: id = iT1 = iT2; iT3= iT4= 0; ud = u2; uT4 = uT3 = -u2; uT2 = uT1 = 0
- Trong khoảng 𝜋 + 𝛼 ≤ 𝜃 < 2𝜋 + 𝛼 khi đó van T3; T4 dẫn còn T1 và
T2 khóa nên: id = iT3 = iT4; iT1= iT2= 0; ud = - u2; uT1 = uT2 = u2 ; uT3 = uT4 = 0
Các chu kỳ tiếp theo lặp lại tương tự c Các biểu thức trong mạch
- Điện áp trung bình trên tải:
- Dòng điện trung bình qua Thyristor :
- Điện áp thuận, điện áp ngược cực đại trên Thyristor :
2.4.4 Mạch chỉnh lưu một pha bán điều khiển
• Mạch chỉnh lưu cầu một pha bán điều khiển hai SCR mắc K chung a Sơ đồ nguyên lý
* Tải R + L ; L = ∞; xét chế độ làm việc xác lập và lý tưởng
Hình 2.11 Mạch cầu một pha bán điều khiển dùng hai SCR mắc K chung b Nguyên lý làm việc
Hình 2.12 Dạng sóng điện áp và dòng điện
Trên sơ đồ nguyên lý, nhóm thyristor mắc catot chung được kích hoạt vào thời điểm 𝜔t = 𝛼 nhờ vào xung điều khiển Nhóm diode mắc anot chung hoạt động theo quy luật tự nhiên, phụ thuộc vào điện áp nguồn: D1 mở khi u2 âm, trong khi D2 mở khi u2 dương Do đó, quá trình làm việc của các van diễn ra trong một chu kỳ điện lưới.
+ Trong khoảng:𝛼 -> 𝜋 thì van T1 và D2 dẫn
+ Trong khoảng: 𝜋 -> 𝜋 + 𝛼 thì van T1 và D1 dẫn
+ Trong khoảng: 𝜋 + 𝛼 -> 2 𝜋 thì van T2 và D1 dẫn
+ Trong khoảng: 2 𝜋 -> 2 𝜋 + 𝛼 thì van T2 và D2 dẫn
Quá trình các chu kỳ sau được lặp lại tương tự
Trong quá trình làm việc của mạch, khi có hai đoạn dẫn thẳng hàng của các van T1 và D1, cũng như T2 và D2, điện áp trên tải sẽ bị ngắn mạch với giá trị ud = 0 (v) Ở các đoạn khác, điện áp ud sẽ theo sát điện áp nguồn Điều này cho thấy dòng điện qua tải id vẫn được duy trì liên tục, trong khi dòng điện qua máy biến áp nguồn lại bị gián đoạn Tình huống này mang lại lợi ích về mặt năng lượng, vì năng lượng có thể duy trì trong tải mà không cần lấy từ nguồn.
- Điện áp trung bình trên tải :
- Dòng trung bình qua một van bán dẫn :
- Dòng điện hiệu dụng chảy qua van diode và thiristor :
- Dòng điện hiệu dụng chảy qua thứ cấp máy biến áp:
- Điện áp ngược và điện áp thuận lớn nhất rơi trên van thyritstor :
• Mạch chỉnh lưu hình cầu một pha bán điều khiển mắc đối xứng a Sơ đồ nguyên lý
Hình 2.13 Mạch chỉnh lưu cầu một pha bán điều khiển mắc đối xứng b Nguyên lý làm việc
Trong sơ đồ các diode được mở tự nhiên ở các nửa chu kỳ: D1 mở khi u2 âm,
D2 mở khi u2 dương Các thyritstor được mở theo góc kích xung 𝛼 Còn các van được khóa theo nhóm khi D1 dẫn thì T1 khóa khi T1 dẫn thì D1 khóa, khi D2 dẫn thì
T2 khóa và ngược lại Như vậy trong một chu kỳ điện áp lưới các van được dẫn trong các khoảng sau:
Các chu kỳ sau quá trình lặp lại tương tự
Hình 2.14.Dạng sóng điện áp và dòng c Các biểu thức tính toán
- Điện áp trung bình trên tải :
- Dòng trung bình qua một van thyritstor dẫn :
- Dòng trung bình qua một van diode dẫn :
- Dòng điện hiệu dụng chảy qua van diode và thiristor:
- Dòng điện hiệu dụng chảy qua thứ cấp máy biến áp:
- Điện áp ngược và điện áp thuận lớn nhất rơi trên van thyritstor và diode :
Các thông số yêu cầu
Thiết kế chế tạo mạch chỉnh lưu cầu một pha có điện áp trung bình đầu ra một chiều U d = 0 – 220 V; dòng điện trung bình đầu ra I d = 1.1 A
Lựa chọn sơ đồ mạch chỉnh lưu
Để điều chỉnh điện áp của tải, việc lựa chọn mạch lực điều khiển là rất quan trọng Tùy thuộc vào yêu cầu điều chỉnh và điện áp tải, chúng ta cần đưa ra phương án chọn mạch lực hợp lý Trong đề tài này, chúng tôi đã chọn mạch chỉnh lưu cầu một pha bán điều khiển với hai thyristor mắc K chung, vì nó đáp ứng tốt các yêu cầu kỹ thuật và tính khả thi của dự án.
-Sơ đồ mạch lực, mạch điều khiển đơn giản
-Điện áp ra sau khi chỉnh lưu ổn định
Có thể sử dụng sơ đồ cấu trúc như hình 1.10 bỏ đi khối mạch đo lường
Tính toán các thông số của mạch điện
2.7.1 Tính toán, chọn van công suất
Khi chọn van bán dẫn cho chỉnh lưu, hai thông số quan trọng nhất cần chú ý là điện áp và dòng điện Các thông số khác chỉ mang tính chất tham khảo trong quá trình lựa chọn.
Khi đã đáp ứng được hai thông số cơ bản trên các thông số còn lại có thể tham khảo theo gợi ý sau:
- Loại van nào có sụt áp dư nhỏ hơn sẽ có tổn hao nhiệt ít hơn
- Dòng điện rò của loại van nào nhỏ hơn thì chất lượng tốt hơn
- Nhiệt độ cho phép của loại van nào cao hơn thì khả năng chịu nhiệt tốt hơn
- Điện áp và dòng điện điều khiển của loại van nào nhỏ hơn, công suất điều khiển thấp hơn
Loại van có thời gian chuyển mạch ngắn hơn sẽ nhạy hơn, tuy nhiên, trong hầu hết các van bán dẫn, thời gian chuyển mạch thường tỷ lệ nghịch với tổn hao công suất.
Các van động lực được lựa chọn dựa trên các yếu tố cơ bản như dòng tải, sơ đồ đã chọn, điều kiện tỏa nhiệt và điện áp làm việc Các thông số cơ bản của van động lực được tính toán, trong đó điện áp ngược của van phụ thuộc vào điện áp làm việc.
Để chọn van phù hợp với điện áp, điện áp ngược của van cần phải lớn hơn điện áp làm việc được tính theo công thức Ulv = √2 × U2 = √2 × 220 = 311.12 V, với một hệ số dự trữ điện áp ku.
Uđm = ku × Ulv = 1.8 × 933.4 80.6 A k u thường được chọn trong khoảng 1.6-2.0 Ở đây chọn k u là 1.8 b.Tính dòng điện của van:
- Dòng điện làm việc của van dược chọn theo dòng điện hiệu dụng chạy qua van theo sơ đồ đã chọn (Ilv = IRMS)
- Dòng điện hiệu dụng được tính:
Để đảm bảo van bán dẫn hoạt động an toàn và tránh hiện tượng chọc thủng do nhiệt, việc lựa chọn và thiết kế hệ thống tỏa nhiệt hợp lý là rất quan trọng Dựa trên điều kiện tỏa nhiệt đã được xác định, cần tiến hành tính toán thông số dòng điện định mức cần thiết cho van.
Dòng điện định mức của van (Iđmv) nên được chọn dựa trên các gợi ý sau: nếu không có cánh tỏa nhiệt và tổn hao trên van áp nhỏ hơn 20W, dòng điện làm việc có thể đạt tới 10% Iđmv (Iđmv > 10) Khi có cánh tỏa nhiệt đủ diện tích, van có thể hoạt động tới 40% Iđmv (Iđmv > 2,5Ilv) Nếu có cánh tỏa nhiệt và quạt thông gió, mức hoạt động có thể lên tới 70% Iđmv (Iđmv > 1,4Ilv) Cuối cùng, khi có điều kiện làm mát bằng nước, van có thể làm việc gần 100% Iđmv.
Quá trình thông gió tự nhiên không hiệu quả dẫn đến tổn hao trên van ∆Pv = ∆Uv.Ilv khoảng 100 W/van trở lên, khiến việc đối lưu không khí xung quanh cánh tỏa nhiệt diễn ra chậm Điều này làm cho nhiệt độ tỏa ra môi trường không kịp thời, gây ảnh hưởng đến hiệu suất làm mát.
Vì vậy ta chọn làm mát khi có cánh tỏa nhiệt với đủ diện tích bề mặt cho phép van làm việc 40%Iđmv (Iđmn >2.5Ilv)
-Dòng điện định mức của van cần chọn :
Từ những thông số trên chọn thysirtor TYN1225
Datasheet TYN1225 (xem phần phụ lục)
- Về phần diode chọn diode HER508
Datasheet HER508 (xem phần phụ lục)
2.7.2.Tính toán,chọn phần tử bảo vệ
Các nguyên nhân gây quá dòng điện cho van:
- Ngắn mạch bản thân van
Chọn cầu chì: Dùng dây chảy tác động nhanh để bảo vệ ngắn mạch các thyristor
- Dòng điện định mức của dây chảy nhóm 1CC là:
=> Vậy chọn cầu chì nhóm 1CC loại 1.25 (A)
Với điện áp sau lọc có độ nhấp nhô chọn tụ có điện áp = 25v
Với tụ điện dung càng cao thì tụ lọc càng phẳng nên ta chọn tụ có giá trị Uc
= 600v và điện dung C = 1000𝜇𝐹 vì trên thị trường có sẵn loại này
2.7.3 Lựa chọn, tính toán, chọn phần tử mạch điều khiển a.Một số phương án lựa chọn mạch điều khiển
Phương án 1: Sử dụng IC thuật toán rời rạc thông qua các khâu:
- Khâu tạo điện răng cưa
- Khâu khuếch đại và biến áp xung Các khâu được thể hiện qua hình 3.1
Hình 3.1 Các khâu của mạch điều khiển khi dùng IC thuật toán rời rạc
- Giá thành rẻ + Nhược điểm:
- Mạch phức tạp phải thông qua nhiều khâu
- Chất lượng điều khiển không cao
Phương án 2: Dùng IC tích hợp TCA 785
Việc sử dụng vi mạch tích hợp TCA 785 giúp đơn giản hóa mạch điều khiển cho việc điều khiển điện áp một chiều.
- Mạch đơn giản, ít khâu điều khiển
- Tạo ra điện áp đối xứng
- Chất lượng điện áp ra như mong muốn + Nhược điểm :
Kết luận: Sau khi so sánh ưu nhược điểm của hai phương án, chúng tôi quyết định chọn phương pháp 2, sử dụng mạch tích hợp TCA 785 Tiếp theo, chúng tôi sẽ tiến hành tính toán và thiết kế mạch điều khiển phù hợp.
Mạch điều khiển được tính xuất phát từ yêu cầu về xung mở Thyristor TYN1225:
• Điện áp điều khiển: Uđk= Ug= 1,5(V)
• Dòng điện điều khiển: Iđk= 40 (mA)
TCA 785 do hãng SIEMEN chế tạo được sử dụng để điều khiển các thiết bị chỉnh lưu, thiết bị chỉnh dòng điện áp xoay chiều
+ IC TCA 785 (có tích hợp các khâu đồng pha, so sánh, tạo xung, sửa xung, khuyếch đại) tạo ra 2 xung điều khiển đến kích mở cho Thyristor TYN1225 ( T1 và T2)
Vi mạch TCA 785 là một vi mạch phức hợp thực hiện bốn chức năng chính trong mạch điều khiển, bao gồm tạo điện áp đồng bộ, tạo điện áp răng cưa, so sánh và tạo xung Được sản xuất bởi hãng Siemens, TCA 785 thường được sử dụng để điều khiển các thiết bị chỉnh lưu và thiết bị điều chỉnh dòng xoay chiều.
- Dễ phát hiện việc chuyển qua điểm không
- phạn vi ứng dụng rộng rãi
- Có thể dung làm chuyển mạch điẻm không
- Có thể hoạt động 3 pha (3 IC)
Tạo ra xung điều khiển mở thyristor với góc mở α giảm dần để tăng điện áp tải đến điện áp phóng điện c.Hình ảnh kí hiệu
Kí hiệu các chân của TCA 785 được thể hiện trong hình 3.3
Hình 3.3 Hình ảnh,sơ đồ chân TCA 785 e.Chức năng
Chân Kí hiệu Chức năng
5 VSYNC Tín hiệu đồng bộ g.Dạng tín hiệu
Dạng tín hiệu của TCA 785 được thể hiện trong hình 3.4
9 R9 Điện áp tạo xung răng cưa
10 C10 Tụ tạo xung răng cưa
12 C12 Tụ tạo độ rộng xung
13 L Tín hiệu điều khiển xung ngắn, xung rộng
16 VS Điện áp nguồn nuôi
Hình 3.4 Dạng tín hiệu của TCA 785 f.Sơ đồ cấu tạo
Hình 3.5 Sơ đồ cấu tạo TCA 785 i.Các thông số của TCA 785
Giá trị max Đơn vị
Dòng tiêu thụ IS 4,5 6,5 10 MA Điện áp vào điều khiển , chân 11trở kháng vào
Biên độ răng cưa Điện trở mạch nạp
Thời gian sườn ngăn của xung răng cưa
Tín hiệu cấm vào, chân
V Độ rộng xung ra, chân
Xung ra chân 14,15 Điện áp mức cao Điện áp mức thấp Độ rộng xung hẹp Độ rộng xung rộng
F Điện áp điều khiển Điện áp chuẩn
Góc điều khiển ứng với điện áp chuẩn
Tính toán các phần tử bên ngoài
=>1 chu kì xung răng cưa : T1 = 10ms
Thời điểm phát xung: tTr K V
V ref Điện áp trên tụ: V10 10
TCA 785 do hãng SIEMEN chế tạo được sử dụng để điều khiển các thiết bị chỉnh lưu, thiết bị chỉnh dòng điện áp xoay chiều
Có thể điều chỉnh góc từ 0 0 đến 180 0 điện Thông số chủ yếu của TCA là:
- Điện áp nguồn nuôi: US= 15V
- Dòng điện tiêu thụ: IS= 10mA
- Điện áp răng cưa: URC max= (US- 2) V Điện trở trong mạch tạo điện áp răng cưa: R9= (20500) k Điện áp điều khiển: U11 = - 0,5 (US – 2) V
Dòng điện đồng bộ: IS = 200 ( A)
Tần số xung ra: f = (10 500) Hz
Chọn giá trị ngoài thực tế: C10 = 473, C2 h3(chân 12), R9 = 33kΩ Biến trở VR1= 10kΩ
- Điện áp điều khiển chọn VR2 = 100kΩ
- Khâu đồng pha chọn Rđồng pha = 1mΩ k Nguyên lí làm việc của TCA 785
Vi mạch TCA 785 thực hiện bốn chức năng chính trong mạch điều khiển, bao gồm tạo điện áp răng cưa đồng bộ, so sánh và tạo xung ra Nguồn nuôi được cấp qua chân 16, trong khi tín hiệu đồng bộ được lấy từ chân 5 và 1 Tín hiệu điều khiển vào chân 11, và bộ nhận biết điện áp 0 sẽ kiểm tra điện áp đầu vào để chuyển trạng thái, sau đó gửi tín hiệu đến bộ phận đồng bộ để điều khiển tụ C10 Tụ này được nạp đến điện áp không đổi, xác định bởi R(100k), và khi điện áp V10 đạt V11, tín hiệu sẽ được đưa vào khâu logic Biên độ điện áp điều khiển V11 cho phép thay đổi góc mở α từ 0 đến 180 độ, với mỗi nửa chu kỳ, một xung dương xuất hiện tại Q1 và Q2 (chân 14, 15) có độ rộng từ 30-80μs, có thể kéo dài đến 180 độ thông qua tụ C10(473).
Nếu chân 12 nối đất thì sẽ có xung trong khoảng α đến 180 o
Nguyên lí hoạt động của khâu tạo xung điều khiển Thyristor được thể hiện trong hình 3.6
Điện áp lưới sau khi qua máy biến áp được hạ xuống 15VAC và đưa vào chân số 5 và chân số 1 qua điện trở R Tín hiệu điều khiển Vdk được đưa vào chân 11 để so sánh với điện áp răng cưa từ tụ C10, tạo ra xung điều khiển thyristor với góc mở α tăng dần ở đầu ra chân 14 và 15 Khi xảy ra ngắn mạch, chân 16 nhận tín hiệu cấm, dẫn đến việc không còn tín hiệu đầu ra tại chân 14 và 15.
2.7.4 Tính toán, chọn phần tử cách ly
Có nhiều phương án cho khâu cách ly, bao gồm việc sử dụng phần tử cách ly quang biến áp xung hoặc với mạch công suất nhỏ, chỉ cần sử dụng diode để ngăn chặn dòng ngược.
Trong nghiên cứu ứng dụng cho tải công suất trung bình và nhỏ, chúng tôi lựa chọn sử dụng cách ly quang để đảm bảo tính gọn nhẹ và chi phí hợp lý Giải pháp này không chỉ hiệu quả mà còn an toàn trong việc cách ly giữa mạch lực và mạch điều khiển Để thực hiện quá trình cách ly, chúng tôi quyết định sử dụng linh kiện PC817, một lựa chọn phù hợp với yêu cầu của dự án.
Sơ đồ khối
a Sơ đồ b Chức năng của từng khối
• Khối nguồn: Cấp nguồn cho toàn bộ mạch và tải
• Khối tạo xung điều khiển: Tạo ra xung điều khiển lệch pha nhau
180 độ ,điều khiển góc mở của thyristor
• Khối chỉnh lưu: Biến đổi dòng điện,điện áp xoay chiều sang dòng điện, điện áp một chiều
• Khối tải: Là động cơ điện một chiều
Khối tạo xung điều khiển
Sơ đồ nguyên lý mạch điện
Sơ đồ nguyên lý của mạch được thể hiện qua hình 3.9
Hình 3.9 Sơ đồ mạch chỉnh lưu cầu một pha bán điều khiển
2.9.2 Nguyên lý làm việc toàn mạch
- IC TCA 785 (có tích hợp các khâu dồng pha, so sánh, tạo xung, sửa xung ,khuyếch đại) tạo ra 2 xung điều khiển đến kích mở cho
- Chân 11 của TCA là chân nhận điện đáp điều khiển ( từ 0 đến 15V) để thay dổi góc kích mở của Thyristor từ 0 đến 180 độ
- Mạch lực ta dùng mạch chỉnh lưu cầu 1 pha bán điều khiển
Khi áp dụng điện áp điều khiển từ 0 đến 15V vào chân 11 của IC TCA785, chân 14 và 15 của IC này sẽ phát ra một chuỗi xung có khả năng biến đổi từ 0 đến 180 độ.
- Nguyên lí hoạt động của mạc lực:
Khi một bán kì có điện áp dương tại AC_IN2 và điện áp âm tại AC_IN1, mạch điều khiển sẽ phát sinh một xung để kích mở T2, với góc anpha tùy thuộc vào điện áp điều khiển Dòng điện sẽ chảy từ AC_IN2 qua tải và T2 về nguồn âm.
Trong bán kỳ còn lại, AC_IN1 mang điện dương trong khi AC_IN2 mang điện âm Lúc này, mạch điều khiển sẽ phát ra một xung để kích mở T1 Dòng điện sẽ di chuyển từ AC_IN1 qua Led1, qua tải, qua T1, và qua cầu chì trở về AC_IN2.
+ Vậy dòng điện có một chiều cố định từ DC_OUT2 về DC_OUT1 và có thể điều chỉnh được từ 0 đến 15V DC
