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.
1
dt
di
t
dt
I

- 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.
2
Đồ án điện tử công suất
-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:
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

2
D
2
27kD
1
Tr
1
5k
R
1
+E 15V
P
1
5,7k
0
27k
U
c
1
Đồ án điện tử công suất
T= 0,693.0,01.10
-6
.(2R+2P
1
+P
2
)=1/f=1/2000 = 0,0005
2R + 2P
1
+P

1
chon loại c828 có U
ce
=30V; I
cmax
=300mA; =30ữ100; I
c
=10A;
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:
4
D Q
C Q
Ra
R
1
T
t
T

Hoạt động của sơ đồ:
Khi x =0; z
1
=0; z
2
=0; z
3
=0; z
4
=1; y=0
Khi x =1; z
1
=0; z
2
=1; tụ điện C
2
đợc nạp điên qua điện trở R
2
. Lúc đầu
U
R3
=1 do đó z
4
=0, y =1, sau thời gian t=R
3
C
2
thì U
R2
=0 thì z

-Dễ dàng tạo đợc xung với biên độ phù hợp với
tải.
-Cách ly về điện giữa mạch điều khiển và hệ thống động
lực.
5
&
&
& &
y
x
z
2
z
1
z
4
z
3
C
2
CMOS 4011
14
Vcc
13 12 11 10 9 8
76
5
4321
2,0
5,1
3,0

vòng
n
W
W
===
mm
j
I
d 357,0
3.14,3
3,0
2
.
2
2
2
===
mm
j
I
d 28,0
3.14,3
2,0
2
.
2
1
1
===


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
-4
mm
2
*Số vòng dây cuộn thứ cấp:
*Chọn mật độ dòng điện j=3A/mm
2
Đơng kính cuộn thứ cấp:
Đờng kính cuộn sơ cấp:
*Chọn R
4
=2k, chọn tranditocó I
c2mã



Bộ dịch pha
Đồ án điện tử công suất
5. Lựa chọn khâu lệch pha:
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

V
-
15V
u
ra
R
8
R
8
D
4
R
9