Đồ án điện tử công suất
Chơng IV
Giới thiệu - tính toán - thiết kế mạch điều khiển toàn hệ
thống
I. Nhiệm vụ chức năng mạch điều khiển :
Nh ta đã biết Thyristo chỉ để mở cho dòng chạy qua khi có điện áp dơng đặt
lên anốt và có xung điều khiển đặt vào cực điều khiển. Sau khi Thyristo đã mở thì
xung điều khiển không còn có tác dụng gì nữa. Dòng điện chạy qua Thyristo do
thông số ở mạch lực quyết định.
1.Mạch điều khiển có chức năng sau:
- Điều chỉnh đợc vị trí xung điều khiển trong phạm vi nửa chu kì dơng của
điện áp đặt lên a-k của T.
- Tạo các xung điều khiển có thể mở đợc Thyristo. Xung điều khiển có độ
rộng 2 ữ10V; độ rộng xung t
x
= 20 ữ 100às.
Dộ rộng xung điều khiển có thể tính đợc theo công thức:
I
dt
: dòng duy trì của Thyristo
di/dt: tốc đọ tăng trởng của dòng điện tải.
2.Cấu trúc chung của mạch điều khiển nghịch lu:
3.Yêu cầu về mạch điều khiển:
Mạch điều khiển là một khâu quan trọng trong hệ thống điều khiển Thyrisro, nó là
bộ phận chủ yếu quyết định chất lợng và độ tin cậy của bộ biến đổi.
Yêu cầu về bộ biến đổi có thể tóm tắt nh sau: Mỗi thyristo có 1 đặc tính là
quan hệ giữa điện áp trên cực điều khiển và dòng điện chạy qua cực điều khiển
U
đk
= f(I
đk

- Yêu cầu về độ rộng xung điều khiển: Thông thờng độ rộng xung không nhỏ
hơn 5 às và tăng độ rộng của xung điều khiển sẽ cho phép giảm nhỏ xung điều
khiển. Khi mạch tải có điện cảm lớn thì dòng điện tải i
t
tăng chậm nên phải tăng độ
rộng của xung điều khiển.
-Yêu cầu về độ tin cậy của mạch điều khiển: Mạch điều khiển phải làm việc
tin cậy trong mọi trờng hợp nhiẹt độ thay đổi.
-Yêu cầu về lắp ráp vân hành: Sử dụng thiết bị dễ thay thế, dễ lắp ráp, điều
chỉnh, thiết bi thay thế dễ dàng giữa các khối cho nhau nhng mối khối phải có khả
năng làm việc đập lập.
II. Tính toán mạch điều khiển:
2
Đồ án điện tử công suất
1.Khối phát xung chủ đạo: Ta dùng vi mạch 555 đây là khối phát xung chữ nhật.
Sơ đồ khối phát xung nh sau:
Để dảm bảo xung ra có T
1
=T
2
tức là đối xứng hoàn toàn thì ta thiết kế vi mạch 555
có tần số băng 2 lần tần số yêu cầu tức là f=2000Hz sua đó đầu ra của 555 đa vào
mạch đếm logic chia 2 ( Một flip-flipTrigơ). Vậy ta có chu kỳ đầu ra của vi mạch
555:
T=0,639C(R
1
+R
2
+2P
1

+P
2
=1,82k
Chon P
1
= 5,7k P
2
= 6,8k. Vậy thiết kế mạch xung có f=2000Hz dung
555 thì C = 0,01àF; R
1
= R
2
=27K; P
1
= 5,7k; P
2
=18,2k.
D
1
,D
2
là hai điốt chọn cùng loại có ký hiệu 204 I
tb
=800mA; U
đm
=100V.
Tranzito Tr
1
chon loại c828 có U
ce

1
5,7k
0
27k
U
c
1
Đồ án điện tử công suất
2. Thiết kế bộ chia xung:
Ta dùng 1 Flip-flop Trigơ loại T-FF tuy nhiên T-FF không bán trên thị trờng.
Muốn có ta phỉa tạo ra từ các Flip-Flop khác. ở đây ta tạo ra từ D Flìplop không
đồng bộ theo sờn lên của xung nhịp ta có thể tạo ra đợc T-FF tích cực cao lật trạng
thái ở sờn lên của xung nhịp).
Vậy xung sau khi ra khỏi bbộ chia xung có tần số f = 1000Hz.
3.Thiết kế bộ tạo độ rông xung:
Tạo ra xung đơn ( xung kim) có độ rọng t
x
=100às = 10
-4
s
Sơ đồ khối bộ tạo độ rông xung:
Hoạt động của sơ đồ:
Khi x =0; z
1
=0; z
2
=0; z
3
=0; z
4

, thờng chọn R
3
=1k t
x
=10
-4
= 1000C
2

4
D Q
C Q
Ra
R
1
T
t
T

Q
t

&
&
& &
y
x
z
2
z

1
vòngW ==


)(15
5,1
23
1
2
vòng
n
W
W ===
E
2
+24V
D
z
D
3
D
4
D
5
Tr
2
R
5
R
4

U
đk
=7V
Điện áp điều khiển và dòng điện điều khiển chính là giá trị dòng và áp thứ
cấp của BAX. Theo kinh nghiệm tỷ số BAX thờng chọn từ 1ữ3 là tốt nhất. Do đó ta
chọn n=1,5. Nh vây điện áp đặt lên cuộn sơ cấp phải là:
U
1
= n.U
đk
=1,5.7 =10,5V.
Dòng điệ sơ cấp:
Ta chọn vật liệu lõi thép là pherit, làm việc trên 1 phần đặc
tính từ hoá B
s
= 0,45T; độ từ thẩm à = 6000A/m
2
, có diện tích lõi thép là 1cm
2
.
*Số vòng dây cuộn sơ cấp :
t
x: Chiều
dài xung điều truyền qua BAX , thờng chọn t
x
từ 10ữ 600às, ở đây ta
chọn t
x
=100às
*S diện tích lõi pherit lấy S =10

.
2
1
1
===

I
E
R
c
120
2,0
24
max
2
2
5
===
kR 6,1
10.1,0
10.16,0
6
3
9
==


Đồ án điện tử công suất
*Số vòng dây cuộn thứ cấp:
*Chọn mật độ dòng điện j=3A/mm

Xung điều khiển T
1
T
4
muốn điều khiển T
3
T
2
thì ta phải dich xung đó đi một
góc do đó ta phải thiết kế khâu dịch pha:
Đây là mạch trễ pha toàn thông , để tạo ra tín hiệu dịch pha ta mắc nối tiếp 2
bộ dịch pha 90
0
Chọn R
8
= 10k. Ta có độ lệch pha :() = -2tg
-1
. RC
Với =2.10
3
(rad/s) -2arctg(2.10
3
R
9
C
10
) = -90
0
R
9

)(17551.
2,0
351
.1;
1
2
1
21
1
2
2
1
vòngWWW
I
I
W
W
I
I
=====
U
i
=i.R
S
Rs
Biến dòng
Tải
Đồ án điện tử công suất
Chọn R
9

7
Mở T
1
T
4
Đồ án điện tử công suất
Muốn có dạng xung vuông ta cho tín hiệu qua IC thuật toán
Chọn loại OA TL081 có V
cc
= 15V
U
d
= 30V
Đồ thị tín hiệu vào ra theo thời gian:
Ta có xung điều khiển của T
1
và T
4
phải có dạng xung dơng do đó để tạo
xung điều khiển cho T
1
và T
4
thì tín hiệu phản hồi sau khi qua bộ khuyếch đại
thuật toán ta cho qua điốt
Khi U
v
>0
U
A

T
1
T
4
T
2
T
3
U
r
U
v
D
5
204
U
r
t
t
Uv
Đồ án điện tử công suất
Để tạo xung điều khiển T
2
,T
3
ta dùng mạch gim trên song song
U
v
> 0 U
A

r
U
v
D
6
204
U
v
D
6
204
10
11
5 7 912
3
1 2
8
1464
CMOS 4047
R
6
C
3
+ V
cc
t
t
Đầu vào OA
t
Tín hiệu sau D

VU
VU
VU
r
v
r
38
27
24
max
min
Đồ án điện tử công suất
+ Diện áp định mức U
đm
=24V
+ Khoảng điều chỉnh thời gian 0,25ữ 4s.
Theo số liệu trong bài ta điều chỉnh thời gian của rơle là 1s
Tổng hợp mạch điều khiển:
Sau khi chọn các khâu và các phần tử ta gép nối các khâu lại với nhau và đợc
sơ đồ tổng quát của mạch điều khiển.
8. Thiết kế bộ nguồn cung cấp cho các vi mạch, cho biến áp xung:
Ta cần có nguồn một chiều có điện áp 15V và +24V. Do đó ta thiết kế bộ
chỉnh lu, sau bộ chỉnh lu đặt một ổn áp để ổn định điện áp ra :
Chọn dùng IC ổn áp LM7815 có:

Và IC LM7824 có :
Thiết kế mạch nguồn 15V
Ta dùng sơ đồ chỉnh lu 2 nữa chu kỳ biếnáp điểm giữa:
Chọn tụ C
4

m
75,23
2
305,17
2
minmax
2
=
+
=
+
=
7
75,23.2
2220
2
2
1
===
m
vm
U
U
a
V
UU
U
vv
m
5,32

Sơ đồ mạch tao nguồn +24V:
Chọn D
7
, D
8
, D
9
, D
10
, cùng loại 204 có I
tb
=800mA, U
im
=100V.
Thiết kế nguồn cung cấp -15V:
Sơ đồ nguồn cung cấp -15V nh sau:
11
D
9
3
21
LM7815
+24V
C
9
C
8
C
7
U

chia xung Fliplop ta đợc xung vuông có tần số 1000Hz.
12
Đồ án điện tử công suất
+ Xung tần số f =1000Hz qua bộ tạo độ rộng xung ta đợc xung có độ rộng t
x
=100às, tần số f=1000Hz, xung này qua BAX đợc khuyếch đại , sau đó đợc đa vào
cực G
1
,G
4
của các Thyristo T
1
, T
4
.
+ Xung ở đầu ra của bộ tạo độ rộng, muốn kích mở đợc T
2
, T
3
ta cho qua bộ
dịch pha 1 góc . Xung này có dạng dống xung ở đầu ra của bộ tạo độ rộng xung
nhng dịch pha 1 góc . Xung này qua BAX để khuyếch đại sau đó đa vào cực G
2
,
G
3
của thyristo T
2
,T
3

A
B
C
D
E
F
G
5V
10V
i
ra
t
x
2T
T
§å ¸n ®iÖn tö c«ng suÊt
15
i
ra
H
M
P
D
F
N
Q
E
G
t
x