Mạch điều khiển nghịch lưu áp ba pha có nhiệm vụ :
+tạo xung điều khiển để khích mở lần lược 6 Transistor công suất ,mỗi xung kích có pha cách nhau 1/6 chu kỳ điện áp ra của bộ nghịch lưu.
+Độ rộng mỗi xung điều khiển phải bằng thời gian mỗi Transistor ở trạng thái dâôn , tức là bằng 1/2 chu kỳ điện áp ra của bộ nhgịch lưu .
+Không kích mở hai Transistor trong cùng một pha làm việc đồng thời.
+Tại một thời điểm bất kỳ đều có ba Transistor dẫn hai của nhóm này và một của nhóm kia.
I.Chức năng của hệ thống điều khiển :
-Tạo ra những xung có độ rộng nhất định và hình dạng nhất định ,phân phối xung theo từng pha tương ứng và thay đổi thời điểm đặt xung vào cực điều khiển của van, hệ thống điều chỉnh bao gồm :
+Bộ phát xung chủ đạo : là các khâu dao động có nhiệm vụ tạo ra các xung điều khiển đưa đến bộ phân phối xung để điều khiển từng Transistor .
+Khâu phân phối xung : Làm nhiệm vụ phân phối xung tới từng khâu khuyếch đại xung theo một trật tự nhất định và tần số phụ thuộc vào khâu phát xung chủ đạo.
+Khâu khuyếch đại xung : có nhiệm vụ khuyếch đại xung từ bộ phân phối xungđưa đến kích mở Transistor ,ngoài ra còn sử dụng các bộ ghép quang nhằm cách ly mạch điều khiển và mạch õọỹng lổỷc.
*Sơ đồ khối mạch điều khiiển (Hình IV-1)
II.Phân tích mạch thiết kế :
!.Khối tạo xung:
a.Giới thiệu vi mạch IC 555 :
Vi mạch 555 là loại đa năng, Bên trong bao gồm hai bộ so sánh,1 trigger,BJT và ba điện trở 5kΩ .
Sinh viên thực NGUYỄN VĂN PHƯƠNG Trang Phạt xung
chuí âảo
Phân phối xung
Khuyếch
âải xung Van
Hỗnh IV-1
Về cấu tạo thực chất bên trong IC555 bao gồm 25 BJT 2 diod và 16 chân điện trở ,các đầu ra bên ngoài gồm 8 chân :
Chân 1 : nối âm nguồn hay nối masse.
Chân 2 : Đầu vào không đảo của bộ so sánh thứ hai.
Chân 3 : Đầu ra V3min = 0,1V ;V3max = E-0,5(V) I3max = 0,2(A)
Chân 4 : chân reset (Chân khoá ,nếu không cần khoá thì nối dương nguồn).
Chõn 5 : định mức ỏp điều khiển ,lọc nhiểu ,thường nối tụ 0,1àF.
Chân 6 :định mức ngưỡng V6 = 2E/3 thì V3 = 0.
Chân 7 : chân xả thường nối với tụ C ở mạch ngoài .
Chân 8 : nối dương nguồn E = 5÷15 (V) tiêu thụ dòng 0,7 (A) khi nguồn là 5(V) khi nguồn nối 15(V) thì I = 3 (A).
+ IC 555 có rất nhiều ứng dụng ,các dạng ứng dụng đó được chia ra làm hai dạng cơ bản : -Mạch đơn ổn (monnastable)
Đặt tính của mạch này là có một trạng thái bền trạng thái thứ hai là tạm thời .Thời gian trở lại trạng thái ổn định phụ thuộc vào mạch dao động R-C bên ngoài (mạch thường dùng làm mảch timer).
-Mảch dao õọỹng õa haỡi (astable):
Đặc tính của mạch này là nó phát xung chuẩn (thường được ứng dụng làm bộ tao xung nhởp)
Cấu tạo bên trong của IC 555 (Hình IV-2):
Sinh viên thực NGUYỄN VĂN PHƯƠNG Trang +
- OA
1
+ - OA
1
R Q
2 S
DPr
1 6
5 7
8
3
4 Hỗnh IV-2
b.Sơ đồ ứng dụng của mạch tao xung
Sơ đồ nguyên lý của mạch tạo xung (Hình IV-3) +Khối phát xung IC 555 làm
việc ở chế độ dao động tạo dãy xung có tần số như mong muốn . +Nguyên lý làm việc :
Ở trạng thái ban đầu mới cấp điện ,điện áp trên tụ C Vc = 0,như vậy điện áp ra tại chân số 2,6 cũng bằng không nên đầu ra chân số 3 ở mức cao.
Chân số 7 mức cao ,tụ C sẽ
được nạp từ Vcc qua Ra,Rb ,xuống masse.
Tụ càng nạp điện áp trên tụ càng tăng .
Khi điện áp trên tụ đạt Vc ≥ 2 Vcc/3 thì đầu ra sẽ chuyển trạng thái về mức thấp, chân số 7 chuyển về mức thấp,lúc này tụ C phóng điện qua chân 7.Điện áp trên tụ giảm dần đến Vcc/3 thì đầu ra chuyển lên mức cao,chân 7 chuyển lên mức cao tụ C được nạp trở laị .Quá trình dao động cứ tiếp tục như vậy và đầu ra chân số 3 của IC sẽ có một dãy xung vuông .
- dảng xung ra :
2.Khâu phân phối xung.
Sinh viên thực NGUYỄN VĂN PHƯƠNG Trang T1T T2
1/3Vc
Ura Vc 2/3Vc
0 0
t t
Hỗnh IV-4 Vcc = 5 15
Ura
Rb Ra
0,1àF 3
2 6 7
8 4
5 1
C
Hỗnh IV-3
*. Yêu cầu của khâu phân phối xung là đưa các xung điều khiển mở các Transistor theo đúng quy luật đóng mở của nó .
*. Theo yêu cầu tuần tự dẫn điện của các Transistor ta có nhận xét sau : +Khi T1 có xung điều khiển mở dẫn dòng thì T4 hoàn toàn không có xung điều khiển , T4 khoá .
+Khi T3 có xung điều khiển thì T6hoàn toàn không có xung điều khiển . +Khi T5 có xung điều khiển thì T2 hoàn toàn không có xung điều khiển .
*. Để tạo được các xung điều khiển như vậy ta sử dụng các trigger với đầu ra đảo và không đảo.Theo như phân tích ở trên thì thì ta cần có ba trigger (tức là có tối đa 8 trạng thái ) với 8 xung đầu vào thì đầu ra nhận một xung .Nhưng trong một chu kỳ điện áp thì ta chỉ có sáu xung điều khiển thì đầu ra có một xung, xung được cấp từ đầu ra của khâu phát xung chủ đạo IC 555 . Cá trạng thái cần có của các trigger như sau :
Từ các trạng thái cần có của trigger ta xây xựng bộ đếm trên cơ sở các D-Flip-Flop.
Sinh viên thực NGUYỄN VĂN PHƯƠNG Trang
1 2 3 4 5 6 7
6
Q1
Q2
Q3
Q1
Q2
Q3
t 6 t 6 t 6 t 6 t 6 t 6 t 6 Hỗnh IV-5
Q1 D1 Q2
Q3
Ta cọ baín cuía D-Flip-Flop nhỉ sau.
Đặc trưng : Qn+1 = D
Ta xáy dỉûng baín trảng thại cho cạc trigger :
Theo baíng trên để tìm được sự phuỷ thuọỹc giữa các đại lượng vaì cạc âải lượng đầu ra ta tối thiểu hoá hàm logic dùng bảng Kananugh.
*.Với đầu vào D1 :
00 01 11 10
1 0 0 x
1 x 0 1
D = Q3
Với đầu vào D2:
Sinh viên thực NGUYỄN VĂN PHƯƠNG Trang
Qn Qn+1 D
0 0 1 1
0 1 0 1
0 1 0 1
Qn D Qn+1
0 0 1 1
0 1 0 1
0 1 0 1
Xung Trạng thái hiện tại Qn Trạng thái tiếp theo Qn+1 Đầu vào flip - flop
Q1 Q2 Q3 Q1 Q2 Q3 D1 D2 D3
1 2 3 4 5 6
1 1 1 0 0 0
0 1 1 1 0 0
0 0 1 1 1 0
1 1 0 0 0 1
1 1 1 0 0 0
0 1 1 1 0 0
1 1 0 0 0 1
1 1 1 0 0 0
0 1 1 1 0 0
Q1 D2 Q2
Q3
00 01 11 10
0 0 0 x
1 x 1 1
D2 = Q1
Với đầu vào D3
00 01 11 10
0 0 1 x
0 x 1 1
D3 = Q2
Vậy ta được hệ đếm dùng để phân phối xung với sơ đồ như sau :
3.Khối khuyếch đại xung.
Khối khuyếch đại xung dùng để tăng dòng và áp để kích vào cực B của Transistor công suất . Ngoài ra còn có tác dụng cách ly giữa mạch động lực và mạch điều khiển,để đảm bảo cho mạch điều khiển làm việc chính xác và an toàn .
Để thực hiện cách ly giữa mạch động lực và mạch điều khiển ta dùng OPTOCOUPLERS (optoon quang).Các tín hiệu xung sẽ báo đền led phát quang để kích cho Transistor quang dẫn.Việc dùng OPTOCOUPLERS có đặc tính tần số thuận tiện ,việc ghép có sai số tương đối lớn, nên độ chính xác của phần tử ghép quang là có gới hạn .Sơ đồ khuyếch đại tín hiệu như hỗnh IV-6.
Sinh viên thực NGUYỄN VĂN PHƯƠNG Trang Q1
D3 Q2 Q3
CK
CK1 CK2 CK3
D3 D2
D1 Q1 Q2 Q3
Q1 Q2 Q3
T3 T6 T1
`
T4
`
T5
`
T2
`
*.Nguyên lý hoạt động của sơ đồ :
-Khi cú xung kớch đờùn điờớm g sẽ làm cho Q1 dẫn nờn cú dũng điện chạy qua Led phỏt của Transistor quang và Transistor quang dẫn .
-Dòng cực E của Transistor quang Đặt vào Q2 lớn hơn 0,6V làm cho Q2 dẫn các điện trở R1,R2,R3
dùng để hạn chế dòng cho các BJT Q1,Transistor quang, Q2 và Led.Do Q2 nối darlington với Q3
là Transistor công suất nên dòng cực E của Q2 sẽ kích mở Transistor Q3.
Khi không có tín hiệu đến g thì Q1 ngưng dẫn ,ngắt dòng qua Led phát nên Transistor quang ngưng dẫn , Q2 khoá do đó không có tín hiệu đặt vào cực nền của Transistor công suất và Transistor naìy khoạ.
4.tính chọn mạch điều khiển :
Vi mạch IC 555 làm việc ở chế độ tự dao động, tần số dao động phụ thuộc vào sự phóng điện của tụ C. Khi tụ C nạp điện qua hai điện trở Ra + Rb từ sơ đồ ta có mạch điện :
-Phương trình cân bằng điện áp của mạch điện trên là : i.R + Uc = Vcc
Với R = Ra + Rb . Trong đó dòng điện nạp tụ C:
dt Cdu i= c .
Vậy phương trình vi phân mô tả quá trình nạp cho tụ :
Sinh viên thực NGUYỄN VĂN PHƯƠNG Trang
g Q1
Q2 Q3 R1
R3 R2
Phần tử ghép quang E +12V +12V
Hỗnh IV-7
R= Ra + Rb C Vcc
cc
c V
dt R du
C. . = .
Viết phương trình này dưới dạng toán tử Laplace:
∫τn.dudtc+∫ [ ]Uc =∫Vcc .
Hay [ ( ) ]
P p V U U
P U
P c c c cc
n . − (0) + ( )=
τ .
( )( n 1) cc n c0
c U
P P V
P
U τ + = +τ
⇒ .
Tại thời điểm ban đầu của qúa trình nạp thì Uc( ) Vcc
3
0 = 1 Như vậy ta được phương trình
( )( ) cc cc n
n
c V
P P V
P
U τ .τ
3 1 = +1
+ .
( )= ( +1) (+3 .+1)
⇒ P
V P
P P V U
n n cc n
cc
c τ
τ
τ .
Với τn =RC
Từ hàm ảnh tra được hàm gốc của toán tử Laplace :
( )
−
=
− Tn
t cc
c t V e
u 3
1 2
. (*).
Kết thúc quá trình nạp thì Uc(t1) = 2.Vcc/3, thay vào (*) ta được : T1 = 0,7τn = 0,7.RC = 0,7.(Ra + Rb).
Tương tự đối với phương trình phóng điện ta được của tụ ta tìm được : T2 = 0,7.RbC với τx = Rb.C .
Như vậy chu kỳ xung ra :T = T1 + T2 = 0,7(Ra + 2Rb).
Tần số của vi mạch 555 là :
(Ra Rb)
f T
2 . 7 , 0
1 1
555 = = + .
Khi có 6 xung lấy từ đầu ra của IC 555 thì mỗi đầu ra của trigger có một xung. Như vậy tần số xung của các trigger cũng chính là tần số của điên áp xoay chiều trên tải và bằng 1/6 tần số của IC 555 .
(Ra Rb)
f f
2 . 2 , 4
1 6
555
= +
= .
Muốn thay đổi tần số nguồn điện xoay chiều trên tải thì ta phải thay đổi tần số cuả mạch phát xung chủ đạo, việc này được thực hiện bằng cách thay đổi biến trở Ra, Rb.
Đối với tải là động cơ không đồng bộ roto lồng sóc yêu cầu điều chỉnh tần số nguồn cung cấp cho nó từ (3Hz ÷ 100Hz).
Nếu chọn tụ C = 1àF thỡ giỏ trị điện trở tương ứng với tần số f =100Hz và Rb = 0 được xác định : 100= 4,2101−6( )a ⇒ â =2381(Ω)
R R .
Điện trở Rb ứng với tần số f = 3Hz là:
Sinh viên thực NGUYỄN VĂN PHƯƠNG Trang
( 2 ) 793652 2381 40( )
210 , 4
3 6 1 ⇒ = − ≈ Ω
= − + R k
R
Ra b b .
*.Tính chọn linh kiện của khối khuyếch đại xung:
ta có Transistor công suất trong mạch động lực là D1878 có β = 8,
ICmax = 6(A) , dòng làm việc IClv = 0,45 (A).Nên dòng cần thiết để kích vào cực nền của Transistor công suất :
IB = IClv/β = 0,45/8 = 0,056 (A).
Điện áp một chiều đặt vào bộ nghịch lưu là Ud = 468,7 (V).
Tổn hao công suất cực tiểu trên Q2 :
PCmin = Ud.2IB 4683,,714.0,2056 2,266(W)
=
π = .
Vậy ta phải chọn Q2 thoả mãn :
ICmax ≥ IB = 56mmA.
VCE0 ≥ Ud = 468,7(V).
PC ≥ PCmin = 2,266 (W).
Tra sách SỔ TAY LINH KIỆN ĐIỆN TỬ VÀ BÁN DẪN ta chọn Transistor
loải: D1878
PC = VCB0 = 800(V).
IC = 7(A). β = 20
=
≥ β
2 2
CQ BQ
I I
Phần tử ghép quang ở đây ta chọn OCTOCOUPLER có : Điện thế cách ly tối thiểu : 2500(V).
Dòng điện cực đại : 20mm(A).
Doìng qua Led : 10mmA.
Công suất tiêu tán trên Q1 cực đại là :
Pmax = VCEQ1.I2 = 12.10 = 120(mmW).
Vậy ta chọn Transistor Q1 loại : C828 có các thông số như sau : VCB0 =30(V). VEB0 = 5(V).
VCE0 = 30(V) IC =50 (mmA).
TJ = 750C β/α = 130/520.
Khi Q1 dẫn ta có iLed.R2 + Vled + VBEQ1 =Vcc.
Vled : điện áp rơi trên led cỡ 1,8(V).
VBEQ1 : điện áp rơi trên Transistor Q1 cở 0,7 (V).
Do âọ : R2 = 1210−1.,108−30,7 =950(Ω)
− .
Choün R2 = 1(KΩ) .
Sinh viên thực NGUYỄN VĂN PHƯƠNG Trang
Chọn R1 : Dòng cần thiết để kích cho Transistor Q1 là : ).
( 076 . 130 0
1 10
1 I mmA
IB = c = = β
Thông thường điện áp ra mức logic “1” khoảng 1,7(V) (điện áp đặt vào cực nền Transistor Q1) R1 = 1,70,0762.0.,107 30.1 2,63( ).
1 2
1− − = − − = Ω
−
− k
i
U U
U U
B
D BE BE
B
Choün R1 = 2,6(kΩ).
Choün R3 :
) ( 05 , 10 2
. 10
8 , 0 1 7 , 0 1 12 . . 2
2
3 2
3 − − − − = − − − − = Ω
= − k
I
V U U
U R V
CQ
BET D CEQ CEQ
cc .
Vậy chọn R3 = 2kΩ R2 = 1 kΩ R1 = 2,6kΩ