CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN

YÊU CẦU VỚI MẠCH ĐIỀU KHIỂN.
- Phát xung điều khiển chính xác và đúng thời điểm mà người thiết kế
đã tính toán sẵn.
- Các xung điều khiển phát ra phải đủ lớn về biên độ và độ rộng để mở
van.
- Xung điều khiển phải có độ đối xứng cao và đảm bảo được phạm vi
điều chỉnh góc mở van, độ rộng đủ để cho dòng qua van vượt trị số dòng duy
trì I
d
của nó để khi ngắt xung van vẫn dẫn.
- Dạng xung được điều chỉnh thích hợp và tác động nhanh.
- Đảm bảo hoạt động tốt độ tin cậy cao khi điện áp nguồn thay đổi giá
trị biên độ.
- Có khả năng chống nhiễu từ lưới điện.
- Độ tác động nhanh dưới 1ms.
Ngoài ra hệ thống điều khiển phải có nhiệm vụ ổn định dòng đi
ện ra tải
và bảo vệ hệ thống khi xảy ra sự cố quá dòng hay ngắn mạch tải.
NHIỆM VỤ CHỨC NĂNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN.
Như đã biết thyristor chỉ mở cho dòng chạy qua khi điện áp dương đặt
lên anốt và có xung điều khiển đặt vào cực điều khiển, sau khi mở van xong
thì xung điều khiển không còn tác dụng nữa. Dòng điện chạy qua van lúc này
do thông số mạch lực quyết định.
Mạch điều khiển điều chỉnh được vị trí xung điều khiển trong phạm vi
nửa chu kỳ
dương của điện áp đặt lên anôt - catôt của thyristor.


c
ta có thể điều chỉnh được α.
II. NGUYÊN TẮC ĐIỀU KHIỂN XUNG ĐIỀU KHIỂN.
1. Nguyên tắc điều khiển ngang. Hình 4.2
* Khâu đồng bộ (ĐB) thường tạo điện áp hình sin có góc lệch pha cố
định với điện áp lực. * Khâu dịch pha (DF) làm thay đổi góc lệch pha của điện áp ra theo tác
động U
đk
.
* Khâu tạo xung (TX) ở thời điểm khi điện áp dịch pha U
dp
qua điểm
O.
* Khâu khuếch đại xung (KĐX) để tăng đủ công suất gửi tới cực điều
khiển của van.
Như vậy góc điều khiển α thay đổi thời điểm phát xung mở van thay
đổi nhờ sự tác động của U
đk
làm điện áp U
df
di chuyển theo chiều ngang của
trục thời gian.
2. Nguyên tắc điều khiển dọc.
U

kênh khác nhau độ sai lệch lên tới vài độ điện.
b. Mạch điều khiển một kênh (hình 4.3b)
Mạch này chỉ có một khối xác định một hay hai lần trong một chu kỳ
điện áp lực. Một bộ phận phát xung PPX đảm bảo nhiệm vụ phát xung lần
lượt đến các van bằng cách dịch xung đi một góc cần thiết (thường bằng
2
n
π

với n là số van lực).

Các mạch điều khiển có thể sử dụng kỹ thuật tương tự hoặc kỹ thuật số
(digital).
Mạch điều khiển analog có tác động nhanh chế tạo đơn giản, dễ thực
hiện và phổ biến hơn mạch digital. Song có nhược điểm ở chỗ nhạy nhiễu và
phải chỉnh định nhiều, khó đồng nhất các kênh điều khiển.
M
ạch điều khiển digital phức tạp có độ tác động không nhanh bằng
mạch điều khiển analog vì thời gian xử lý tín hiệu còn chậm, song khả năng
chống nhiễu tốt mạch ít phải chỉnh định và dễ đồng nhất các kênh nên thường
có chất lượng điều chỉnh cao hơn.
III. CÁC KHÂU CHÍNH TRONG MẠCH ĐIỀU KHIỂN.
1. Khâu đồng bộ.
Theo sơ đồ cấu trúc, khâu này phải tạo ra một điện áp có góc lệch pha
cố định với điện áp đặt lên van lực, phù hợp nhất cho mục đích này là máy
biến áp đồng pha. Dùng máy biến áp không nhưng cho phép thoả mãn yêu
cầu trên mà còn đạt hai mục tiêu quan trọng là:

m
cosα suy ra cosα =
®k
m
U
U
⇒ U
d
= K. U
đk
.
Như vậy điện áp chỉnh lưu tỉ lệ thuận với điện áp điều khiển, nói cách
khác chúng có quan hệ tuyến tính, quan hệ này cho phép dễ dàng hơn khi thực
hiện các mạch vòng điều chỉnh để đảm bảo các chỉ tiêu kỹ thuật.
Nhược điểm chung của mạch tạo điện áp tựa dạng hình sin là phụ thuộc
vào điện áp xoay chiều. Khi đ
iện áp này tăng lên hay giảm xuống thì điện áp
tựa cũng giảm theo làm cho góc điều khiển và điện áp chỉnh lưu biến động
theo. Mặt khác nếu tần số xoay chiều cũng thay đổi thì góc dịch pha sẽ không
còn giữ ở 90
0
nữa mà bị lệch khỏi giá trị này và do đó nó cũng gây hậu quả
tương tự như khi điện áp nguồn thay đổi. Vì vậy mạch tạo điện áp tựa loại này
ít dùng trong thực tế.
b. Điện áp tựa dạng răng cưa. Đa số các mạch điện áp tựa trong mạch điều khiển chỉnh lưu hiện thời
đều dùng dạng răng cưa vì nó khắc phục được những nhược điểm của dạng
hình sin có nghĩa là nó ít bị ảnh hưởng của điện áp và tần số nguồn điện xoay

Điều này làm ảnh hưởng tới góc α cũng như phạ
m vi điều chỉnh nó. Mặt
khác độ tuyến tính của răng cưa cũng không thật cao. Hiện nay mạch tạo răng
cưa sử dụng OA ngày càng được ứng dụng nhiều hơn do khắc phục được các
nhược điểm trên, mặt khác giá thành lại rẻ.
Vậy để chế tạo điện áp răng cưa trong đồ án này sử dụng mạch KĐTT
OA để tạo đ
iện áp răng cưa tuyến tính.
Hình 4.4a

Hình 4.4b

* Nguyên lý hoạt động (hình 4.4a)
θ
U
®p
π2/π
U
CL
θ
0
0
0
U
CL
θ
θ

<< R
3
, dẫn đến i
R3
<< i
R2
nên để đơn
giản khi phân tích có thể bỏ qua dòng i
R3
trong giai đoạn này. Như vậy dòng
qua tụ điện i
C
bằng dòng i
R2
vì dòng vào cửa (-) của OA không đáng kể. Vậy
ta có.

2
abh
bc c R n
22
UU
11 1
UU idt idt .dt .t
CC CRC.R
== = = =
∫∫ ∫

Như vậy điện áp trên tụ C cũng như đầu ra tăng trưởng tuyến tính. Khi
điện áp này đạt trị số ngưỡng của điốt ổn áp Đ

điện áp giảm đến không rời âm xuống thì Đ
Z
dẫn theo chiều thuận như các
diốt thường. Giữ cho điện áp ở giá trị xấp xỉ bằng 0V. Từ đây mạch trở lại trạng thái ban đầu và điện áp nhận được trong nửa
chu kỳ lưới điện xoay chiều có dạng răng cưa đi xuống.
Tính toán các phần tử.
Chọn Đ
1
, Đ
2
, Đ
3
loại 1N007.
Chọn khuếch đại thuật toán loại μA741 có các thông số sau:
Z
vào
= 300KΩ; E
n
= ± 15V; t
0
= 55
0
÷ 125
0
C.
Chọn tụ loại C
1

−
≤
+

Chọn thời gian nạp điện cho tụ điện t
n
= 5ms.
Thời gian tụ phóng điện t
p
= 1
μ
s.
Ta có: U
C
= U
b
=
bh
n
2
U
t
C.R→

bh n
2
c


Kết thúc thời gian phóng thì:
U
C
= 0
→

3
P
3
6
0
E.t
15.1.10
R
U
9,1.0,22.10
−
−
==
= 60K.
Vậy chọn R
1
= 15K, R
2
= 34K, R
3
= 74K.
3. Khâu so sánh.
KHâu này có chức năng so sánh điện áp điều khiển với điện áp tựa