Đồ án điện tử "Giới thiệu -
tính toán - thiết kế mạch
điều khiển toàn hệ thống"

1
MỤC LỤC
Đồ án điện tử "Giới thiệu - tính toán - thiết kế mạch điều khiển toàn hệ thống" 1
1
MỤC LỤC 2
Giới thiệu - tính toán - thiết kế mạch điều khiển toàn hệ thống
I. Nhiệm vụ chức năng mạch điều khiển :
Như ta đã biết Thyristo chỉ để mở cho dòng chạy qua khi có điện áp dương 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 được vị trí xung điều khiển trong phạm vi nửa chu kì dương của điện áp đặt
lên a-k của T.
- Tạo các xung điều khiển có thể mở được Thyristo. Xung điều khiển có độ rộng 2
÷10V; độ rộng xung t
x
= 20 ÷ 100µs.
Dộ rộng xung điều khiển có thể tính được theo công thức:
2
dt
di
t
dt
I
x
=
I

xung
KĐSX NLĐL
ND
Tín hiệu phản hồi
- Yêu cầu về độ rộng xung điều khiển: Thông thường độ rộng xung không nhỏ hơn 5 µs
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 trường 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 nhưng 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 như 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 đưa 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

D
2
27kD
1
Tr
1
5k
R
1
+E 15V
P
1
5,7k
0
27k
U
c
1
T= 0,693.0,01.10
-6
.(2R+2P
1
+P
2
)=1/f=1/2000 = 0,0005
⇒ 2R + 2P
1
+P
2
= 72150Ω; Chon R =27kΩ ⇒ 2P

=30V; I
cmax
=300mA; β=30÷100; 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 trường. Muốn có
ta phỉa tạo ra từ các Flip-Flop khác. ở đây ta tạo ra từ D – Flìplop không đồng bộ theo sườn lên
của xung nhịp ta có thể tạo ra được T-FF tích cực cao lật trạng thái ở sườn 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
=100µs = 10
-4
s
Sơ đồ khối bộ tạo độ rông xung:
• Hoạt động của sơ đồ:
5
D Q
C Q
Ra
R
1
T
t
T
τ
Q
t

.
1
1
=
E
2
+24V
D
z
D
3
D
4
D
5
Tr
2
R
5
R
4
C828
2k
120
204
204
G
K
204
Khi x =’0’; z

y =’0’. Trong đó múc lôgic ‘o’ khoảng 0,4 đến 0,6V.
Độ rộng xung ra là t
x
= R
3
C
2
, thường chọn R
3
=1kΩ t
x
=10
-4
= 1000C
2

⇒ C
2
= 0,1µF.
Vậy khâu tạo xung có sơ đồ như hình vẽ và chọn
C
2
= 0,1µF; R
3
= 1kΩ.
4 phần tử NAND trong sơ đồ nằm trong con IC4011 có sơ đồ chân như sau:
4. Thiết kế máy biến áp xung:
Sử dung BAX với mục đích sau:
-Dễ dàng tạo được xung với biên độ phù hợp với tải.
-Cách ly về điện giữa mạch điều khiển và hệ thống động

Vcc
13 12 11 10 9 8
76
5
4321
)(23
10.45,0
10.100.5,10
4
4
1
vßngW ==
−
−
)(15
5,1
23
1
2
vßng
n
W
W ===
mm
jπ
I
d 357,0
3.14,3
3,0
2

t
x: Chiều
dài xung điều truyền qua BAX , thường chọn t
x
từ 10÷ 600µs, ở đây ta chọn t
x
=100µs
*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
⇒ Đương kính cuộn thứ cấp:
Đường kính cuộn sơ cấp:
*Chọn R
4
=2k, chọn tranditocó I
c2mã
=I
1
=0,2A
⇒
Chọn Tr
2
là C828 có U
ce
=30V; I
c2max

. ωRC
Với ω =2π.10
3
(rad/s) ⇒ -2arctg(2π.10
3
R
9
C
10
) = -90
0
7
U
v
TL081
+15
V
-
15V
u
ra
R
8
R
8
D
4
R
9
ΩkR 6,1

i
=i.R
S
Rs
BiÕn dßng
T¶i
⇒R
9
C
10
= 1/2π.10
3
= 0,16.10
-3
. Chọn tụ C
10
có dung lượng C
10
= 0,1µF
⇒ Chọn R
9
là chiết áp 3kΩ.
Ký hiệu bộ dịch pha :
6. Khâu lấy tín
hiệu về:
Tín hiệu về có hai nhiệm vụ:
- Sau khi tín hiêu dòng và áp của bộ nghịch lưu ra tải ổn định thì ngắt máy phát xung chủ
đạo.
- Tín hiệu về được dưa về bộ khuyếch đại sửa xung để điều khiển quá trình đóng mở các
can của bộ nghịch lưu.

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 dương 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
< U
K
⇒ D khoá ⇒ U
r
= U
v
Khi U
v
<0 ⇒ U
A
>U
K

v
D
5
204
U
r
t
t
Uv
• Để tạo xung điều khiển T
2
,T
3
ta dùng mạch gim trên song song
U
v
> 0 ⇒ U
A
> U
K
⇒ D
6
thông U
r
= 0
U
v
< 0 ⇒ U
A
< U

204
10
11
5 7 912
3
1 2
8
1464
CMOS 4047
R
6
C
3
+ V
cc
t
t
§Çu vµo OA
t
TÝn hiÖu sau D
6
TÝn hiÖu ra ch©n
10 cña 4047





=
=

min
+ Khoảng điều chỉnh thời gian 0,25÷ 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 được 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 lưu, sau
bộ chỉnh lưu 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 lưu 2 nữa chu kỳ biếnáp điểm giữa:
Chọn tụ C
4
là tụ một chiều 1000µF; C
5
= 330nF; C
6
= 10nF ;
11
D
7
3
21
LM7815
+15V
C
6

2220
2
2
1
===
m
vm
U
U
a
V
UU
U
vv
m
5,32
2
3828
2
minmax
2
=
+
=
+
=
5
5,32.2
2220
2

Sơ đồ nguồn cung cấp -15V như sau:
12
D
9
3
21
LM7815
+24V
C
9
C
8
C
7
U
1
=220V
U
2
D
10
D
9
3
21
LM7815
+24V
C
9
C

2
, T
3
ta cho qua bộ dịch pha 1
góc π. Xung này có dạng dống xung ở đầu ra của bộ tạo độ rộng xung nhưng dịch pha 1 góc π.
Xung này qua BAX để khuyếch đại sau đó đưa vào cực G
2
, G
3
của thyristo T
2
,T
3
.
+ Khi các thyristo T
1
, T
2
, T
3
, T
4
được kích mở thì bộ nghịch lưu hoạt động cấp dòng và
áp cho tải. Dạng dòng điện gần sin, có tần số f=1000Hz, biên độ dòng và áp thoả mãn yêu cầu.
+ Để bộ nghịch lưu có thể tự hoạt động ta lấy tín hiệu dong điện về để kích mở các van.
Khi đó ta ngắt máy phát xung chủ đạo 555. Để làm việc này ta dùng rơ le thời gian. Khi tải có
tín hiệu cuộn hút của rơ le R
th
có điện, sau 1 khoảng thời gian tiếp điểm thường đóng mở chậm
mở ra, ngắt máy phát xung 555 còn tiếp điểm thường mở đóng chậm cũng sau một khoảng thời

P
D
F
N
Q
E
G
t
x
t
x
2
Kết luận
Sau một quá trình học tập và nghiên cứu, cùng với sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo
và sự giúp đỡ của các bạn cùng lớp, chúng em đã hoàn thành các nhiệm vụ được giao của bản đồ
án: Thiết kế bộ biến tần cho lò nấu thép, phần nghịch lưu.
Trong quá trình thực hiện, chắc chắn bản thân chúng em không thể tránh khỏi những
thiếu sót, chúng em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của các thầy và các bạn để bản
đồ án này hoàn thiện hơn.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội ngày 20 tháng 12năm 2001
Sinh viên
Tài liệu tham khảo
1. điện tử công suất - Nguyễn Bính
2. Phân tích và giải mạch điện tử công suất
Dương Văn Nghi - Phạm Quốc Hải
3. Bài giảng điện tử công suất của thầy Phạm Quốc Hải.
4. Bài giảng điện tử công suất của thầy Dương Văn Nghi
5. Khí cụ điện - Tô Đằng
6. Điện luyện thép - ĐHBK