Tài liệu Công nghệ kéo sợi PP 5 pdf

CHƯƠNG 5: XÂY DỰNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN

50
CHƯƠNG 5
XÂY DỰNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN
5.1 Yêu cầu mạch điều khiển
*. Điều kiện Thyristor làm việc
- Có điện áp dương đặt nên Anot
- Có xung áp dương đặt vào cực điều khiển
- Sau khi Thyristor đã mở thì xung điều khiển không còn tác dụng,
dòng điện chạy qua Thyristor do thông số của mạch quyết định.
*. Chức năng của mạch điều khiển
- Điều chỉnh được vị trí xung điề
u khiển trong một nửa chu kỳ dương
của điện áp đặt lên Anot-Catot
- Tạo ra được các xung đủ điều kiện mở được Thyristor
+ Biên độ xung thường từ 2 đến 10V
Độ rộng xung t
X
= 20 ÷100 μs (đối với thiết bị chỉnh lưu)
t
X
≤ 10 μs (đối với thiết bị biến đổi tần số cao)
5.2. Nguyên tắc điều khiển
Trong việc điều khiển chỉnh lưu thì việc tạo thời điểm để phát xung
mở Thyristor là một khâu rất quan trọng. Việc điều khiển chỉnh lưu
thường sử dụng hai nguyên tắc đó là.
CHƯƠNG 5: XÂY DỰNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN

51
Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính.

Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng Arccos
*. Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính (Hình 5.1)









Hình 5.1. Nguyên lý điều khiển thẳng đứng tuyến tính.

Đối với nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính thì tại thời điểm xuất
hiện sự cân bằ
ng giữa điện áp điều khiển (U
đk
) và điện áp tựa (U
S
cũng
chính là điện áp cùng pha trùng pha với điện áp đặt trên A-K của Thyristor
và thường đặt vào đầu đảo của bộ so sánh).
Thông thường điện áp tựa có dạng răng cưa. Như vậy bằng cách thay
đổi U
đk
người ta có thể điều chỉnh được thời điểm xuất hiện xung ra
α
α
Uđk
Us

Us
Uđk
π
0
Usm
2π
ω
t
CHƯƠNG 5: XÂY DỰNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN

52

Theo đồ thị nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính thì góc điều
khiển α được xác định:
α =
sm
dk
U
U
. π
Trong đó : α góc mở của Thyristor
U
đk
-Điện áp điều khiển
U
sm
- Điện áp đồng bộ cực đại
Thông thường người ta lấy U
đk
max = U

sm
. Ta nhận thấy rằng góc α là
một hàm tuyến tính của điện áp điều khiển U
đk
. Vậy ta có thể điều khiển
góc α thông qua điều khiển điện áp một chiều.
*. Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng Arccos (Hình 5.2)








U
U
s
π

U
ak
0
α
2π
U
đk
t
CHƯƠNG 5: XÂY DỰNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN

53

Hình 5.2 . Nguyên lý điều khiển thẳng đứng Arccos

Điện áp đồng bộ U
S
vượt trước điện áp U
AK
= U
m
Sinωt của Thyristor
một góc bằng
2
π
, vậy U
s
= U
m
Cosωt
Điện áp điều khiển là điện áp một chiều có thể điều chỉnh được biên
độ theo 2 chiều ( dương và âm). Nếu đặt U
S
vào cổng đảo và U
đk
vào cổng
không đảo của một khâu so sánh thì ta sẽ nhận đựoc một xung rất mảnh ở
đầu ra của khâu so sánh khi khâu này lật trạng thái
Góc α được xác định
α = arcCos(
m

dk
U
U
)
Khi U
đk
= Um thì α =0
U
đk
= 0 thì α=
2
π

U
đk
= -Um thì α = π
Như vậy khi điều chỉnh Uđk từ trị U
đk
= + U
m
đến trị U
đk
= -U
m
ta có
thể điều chỉnh được góc α từ 0 đến π
Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng Arccos được sử dụng trong các
thiết bị chỉnh lưu đòi hỏi chất lượng cao.
CHƯƠNG 5: XÂY DỰNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN

54
Trong mạch điều khiển sau đây ta chọn nguyên tắc điều khiển thẳng
đứng Arccos.

5.3. Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển
*. Sơ đồ khối gồm các khâu như Hình 5.3







Hình 5.3. Sơ đồ khối mạch điều khiển

1. Khâu đồng pha (Hình 5.4)
Biến áp đồng pha là một biến áp có điện áp đầu vào là điện áp của
Thyristor (U
AK
) điện áp ra được chỉnh lưu hai nửa chu kỳ có điểm giữa
nhờ hai diode D
4
và D
5

Các dioê D
4
và D
5
được chọn theo kinh nghiệm, ta chọn loại có mã

hiệu IN4007 có các số liệu

DF

TXM
BAX

PH

Uđk (3)
1
2
4
5
6

ĐF
Th
CHƯƠNG 5: XÂY DỰNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN

55
Dòng tải qua diode 3A
Điện áp ngược đặt lên Diode: 700 V

U
ra
D4

10

U
1
0

π

2π

ω
t

U
2
U

’
2
D5

U
1
6

7

8

T
1
11

220v

U
1m
U
2
0

π

2π

ωt

U
’
2
U
2
U
’
2
π

2π

ωt

0

U
ra
U
2m
U
2m
CHƯƠNG 5: XÂY DỰNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN

56

Hình 5.4. Khâu biến áp đồng pha
2.Khâu dịch pha (Tạo hàm Cos): Hình 5.5
Khâu này được lấy điện trực tiếp từ đầu ra ( chưa qua chỉnh lưu) của
biến áp đồng pha. Sau đó đưa qua mạch tích phân R

3
và hai tụ C
4
mắc
song song với tụ C
4
’ có tác dụng làm dịch pha và đưa vào biến áp T
2
điện
áp ra của biến áp T
2
là một tín hiệu dịch pha so với điện áp trên AK của
Thyristor ( Đây là điện áp đồng pha tín hiệu để mở Thyristor TH
1
)







Hình 5.5. Khâu dịch pha
Điện trở và tụ điện trên sơ đồ được chọn theo kinh nghiệm thực tế
R
8
có trị số 1K5 3w
Tụ C
4
, C

4
’ có trị số 105= 1μF
3. Nguồn điện áp điều khiển (Điện áp một chiều) (Hình 5.6)
C
4
C
’
4

∼
R
8
T
2
CHƯƠNG 5: XÂY DỰNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN

57
Gồm một biến áp một pha. Điện áp đầu ra của biến áp này được chỉnh
lưu theo phương pháp hai nửa chu kỳ có điểm giữa. Sau đó được chỉnh
lưu bởi hai Diode. D
10
và D
11
. Điện áp một chiều được lọc qua bộ lọc hình
π bao gồm tụ C
7
, R
10
và tụ C
8

. Sau đó được sụt áp trên điện trở R
11
và ổn
định bằng diode ổn áp D
z1
đưa ra điện áp ổn định 13V. Điện áp này được
đưa qua biến trở 5VR (chiết áp điều chỉnh tốc độ). Đầu ra của biến trở là
điện áp điều khiển ( điện áp một chiều)
Tuy nhiên điện áp này còn đựơc đưa qua bộ tạo mạch bởi R
11
, 4VR (
điều chỉnh thời gian trễ) và tụ C
9
tạo thiên áp cho Transistor mở.
Thời gian trễ được tính.
τ = R.C = ( R
14
+ 4 VR ). C
9

Với 4VR
min
=0 thì τ = R
14
. C
9
= 2,2.10
3
.470 .10
-6

= 1 (s)
Với 4VR
max
= 50K thì τ = (R
14
+ 4RV
max
)C
9
=
= (2,2 + 50 ). 10
3
.470. 10
-6
= 24,5 (s)
Tín hiệu ra lấy từ chân E của Q
2
là tín hiệu điều khiển.





CHƯƠNG 5: XÂY DỰNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN

58
D
11

D

U
đk


C
7
+
R
10

R
14

C
8
+
D
Z1
5VR
R
14
Q
2
4VR
C
9
+

Hình 5.6 Nguồn điện áp điều khiển

CHƯƠNG 5: XÂY DỰNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN

59



Các linh kiện chọn theo kinh nghiệm
Diode D
10
, D
11
: IN4007 ; Diode D
z1
: Z13
Tụ điện : C
7
: 50/160V
C
8
: 47/63
C
9
: 470/50V
Điện trở : R
10
, R
11
: 470Ω
R

14
: 2K2
4VR : 50K
Transistor : Q
2
: C
1384

4. Khâu tạo xung mở (Hình 5.7)
Nguồn cung cấp cho khâu tạo xung là được lấy từ biến áp đồng pha
sau khi chỉnh lưu qua D
4
, D
5
được lọc qua tụ C
6
, sụt áp trên R
3
, rồi ổn áp
nhờ D
Z2
, tín hiệu này được đưa qua 1VR (chỉnh xung) và R
4
mắc song
song với S200 (điện trở ổn định nhiệt). Điện áp lấy trên 1VR được đưa
vào cực G của Thyristor Th
1
để mở Thyristor này.

CHƯƠNG 5: XÂY DỰNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN

60











Hình 5.7. Khâu tạo xung mở

Trị số các linh kiện chọn theo kinh nghiệm:
Diode: D
3
: IN 4007
D
z2
: Z6
Tụ điện: C
6
: 47/50 V
Điện trở: R
3
: 470 Ω
R

4
: 100 Ω
6v
C
6
R
3
D
Z2
bias
1vr
S
D
3
R
4
Th
1
BAX
CHƯƠNG 5: XÂY DỰNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN

61
1 VR : 2 K ( Biến trở)
S : 200 Ω ( Điện trở ổn định nhiệt)
Th 1 : FOR3G
5. Khâu biến áp xung ( Hình 5.8)
Để cách ly mạch điều khiển và mạch lực người ta dùng biến áp xung
khi có một xung dòng điện ở cuộn dây sơ cấp thì từ thông móc vòng sang
cuộn thứ cấp. Do đó trong mạch thứ cấp cũng sinh ra một dòng điện (Ig)
của Thyristor. Diode D

1
ngăn chặn xung áp âm có thể có, khi Th bị khóa,
tụ C
2
giữ sự ổn định biên độ và sườn xung ra, Diode D để chống ngược
pha










I
KT

CC
1
CC
2
AC 220

D

Th

C

2
D
1
T
3
3

4

12

11

2

1

CHƯƠNG 5: XÂY DỰNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN

62
Hình 5.8. Khâu biến áp xung
Tính toán biến áp xung (T
3
)
Thông số của Thyristor Th : U
g
= 2V
I
g
=20mA = 0,02A

Diode D
1
, D
2
: IN4007 có : U
ng
= 700 V
ΔU=0,7 V
Điện trở R
2
=470 Ω
Thyristor Th
1
lấy ΔU = 1V
Các thông số lấy theo kinh nghiệm
Dự tính sụt áp trên cuộn thứ cấp của T
3
: ΔU
2T3
= 0,3(V)
E
2T3
= U
g
+ ΔU
D1
+ ΔU
2T3

= 2 + 0.7 + 0.3 = 3(v)

Ta chọn máy biến áp xung có tỷ lệ biến áp
m=
2
1
=
31
32
t
t
E
E
=
32
31
t
t
I
I

Suất điện động do cuộn sơ cấp của biến áp T
3
sinh ra
E
1T3
= 2 . E
2T3
= 2.3 = 6 (v)
Dự tính điện áp sụt trên cuộn sơ cấp của biến áp T
3
là ΔU

1T3
= 0.5 (v)
Vậy điện áp đặt vào cuộn sơ cấp của biến áp T
3

CHƯƠNG 5: XÂY DỰNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN

63
U
1T3
= E
1T3
+ ΔU
1T3
=
= 6 + 0,5 = 6,5(v)
Công suất của máy biến áp xung T
3

P
T3
= E
2T3
. I
2T3
= E
2T3
. Ig =
= 3. 0.02 = 0,06 (W)
Vậy ta chọn máy biến áp (T

3
) có thông số
Điện áp : Vào/ Ra = 6,5/3 (V)
Công suất : P = 0,06 (W)
Chọn tụ C
2
( Theo kinh nghiệm) C
2
= 1/250 V
Diode : Có U
ngmax
= 300V ; I
D
= 10 A
6. Khâu phản hồi tốc độ
Để ổn định tốc độ động cơ người ta thiết kế thêm khâu phản hồi tốc
độ. Bao gồm một máy phát tốc gắn đồng trục với ly hợp. Khi trục động cơ
quay thì máy phát tốc (TG) sẽ phát ra một điện áp xoay chiều. Điện áp này
được chỉnh lưu qua cầu Diode D
6
÷ D
9
và được lọc qua tụ C
5
Thành điện
áp một chiều. Điện áp này kết hợp với tín hiệu điều khiển để điều khiển
tốc độ động cơ.

TG
D
6
÷
D
9
3vr
C
5
r
6
r
5
U
®k
U
s
CHƯƠNG 5: XÂY DỰNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN

64




Hình 5.9 Khâu phản hồi tốc độ.
Các số liệu lấy theo kinh nghiệm
Diode : D
6
÷ D
9

= IN4007
Tụ điện : C
5
= 47/50V
Điện trở : R
5
= R
6
= 100 Ω
3RV = 500 Ω (Biến trở)
5.4 Nguyên lý hoạt động của mạch điều khiển.
Sơ đồ mạch điều khiển của ly hợp điện từ như hình 5.10.
* Chức năng các khối trong mạch.
- Biến áp T1 là biến áp cung cấp các tín hiệu điều khiển, định thiên và
cung cấp tín hiệu điều khiển TH bao gồm các cuộn điện áp:
+ Cuộn 1-2-3: Đ
iện áp trên cuộn này được chỉnh lưu theo phương pháp
hai nửa chu kỳ có điểm giữa biến áp qua hai đi ốt D10 và D11 điện áp một
chiều được lọc qua bộ lọc hình Π bao gồm tụ C7 R10 và tụ C8 sau đó
được sụt áp trên điện trở R11 và ổn áp bằng đi ốt ổn áp D
Z1
đưa ra điện áp
CHƯƠNG 5: XÂY DỰNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN

65
ổn định 13V. Điện áp này được đưa qua biến trở 5VR (chiết áp điều chỉnh
tốc độ). Đầu ra của biến trở là điện áp điều khiển.
+ Điện áp này được đưa qua bộ định thiên R14 , 4VR và tụ C9 tạo thiên
áp cho Tranzitor Q2 (C1384) mở. Mặt khác R14, 4VR và C9 còn tạo
thành mạch tạo trễ. Thời gian trễ có thể tính bằng:

τ = RC = (R14+4VR).C9
C
HƯ

Ư
ƠN
G
5: XÂY D
Ự
Ự
N
G
MẠCH ĐI
ỀU
U
KHIỂN
65

CHƯƠNG 5: XÂY DỰNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN

66
Hình 5.10 Sơ đồ mạch điều khiển ly hợp điện từ
CHƯƠNG 5: XÂY DỰNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN

66
Với 4VR min: τ =R14.C9 = 2,2.10
3
.470.10
-6
= 1 (s)
Với 4VR max: τ= (R14 + 4VRmax) = (2,2+50).10
3
.470.10

-6

=24,5(s)
Tín hiệu ra của điều khiển lấy từ chân E của Tranzitor Q

2 và đưa vào
giữa điện trở R6 và R5.
+ Cuộn 6-7-8: Điện áp trên cuộn này cũng được chỉnh lưu theo phương
pháp hai nửa chu kỳ có điểm giữa biến áp đi qua đi ốt D4 và D5 sau đó
được lọc qua tụ C6, sụt áp trên R3 và ổn áp bằng đi ốt D
Z2
(6V). Điện áp
này đưa qua 1VR và 4R mắc song song với S 200 (điện trở ổn định nhiệt
). Điện áp đưa ra lấy trên 1VR và được đưa vào cực G của thyristor Th
1

(FOR3G) để mở thyristor này.
Ngoài ra điện áp trên cuộn 6-7- 8 này còn được đưa ra mạch tích phân
R8 và hai tụ C4 mắc song song C4
’
có tác dụng làm dịch pha và đưa vào
biến áp T2 đầu 8-10 (biến áp này có tác dụng là biến áp đồng pha tín hiệu
để mở thyristor Th
1
).
+ Cuộn 4-5 có nhiệm vụ cung cấp tín hiệu mở thyristor TH thông qua biến
áp T3.
- Biến áp T2: Có nhiệm vụ để lấy tín hiệu đồng pha có dịch chuyển.
CHƯƠNG 5: XÂY DỰNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN

67
Cuộn 8-9 đóng vai trò như điện trở động, trị số thay đổi theo từng nửa
chu kỳ của điện áp nguồn.
- Biến áp T3: Là biến áp lấy tín hiệu điều khiển thyristor TH
- Hai điểm 5 và 6 là tín hiệu được lấy từ máy phát tốc tại động cơ.
Tín hiệu này là tín hiệu xoay chiều. Sau khi được chỉnh lưu cầu qua D6 –
D9 và lọc bằng tụ C5 và được sụ
t áp bằng điện trở R6. Điện áp này được
đưa qua R5, 3VR, R7. Điện áp này kết hợp với điện áp đặt lấy từ chân E
của Q2 tạo thành tín hiệu phản hồi.
- Vì mạch công suất là mạch chỉnh lưu 1 nửa chu kỳ nên tín hiệu cung
cấp cho cực G của TH phải đồng pha với tín hiệu điện áp trên AK của nó.
- Điện áp trên cuộn 4-5 biến thế T1 được nắ
n một nửa chu kỳ thông qua
D2 và hạn chế dòng qua điện trở R2 (470Ω) và đưa qua thyristor Th
1
,
đưa vào cuộn 3- 4 của T3. Vậy trên cuộn 3- 4 của T3 chỉ có tín hiệu
một nửa chu kỳ tương ứng với nửa chu kỳ của điện áp AK .
- Cuộn 11-12 của biến áp T3 cảm ứng móc vòng được chỉnh lưu qua D1
và đưa vào cực G của TH.
- Biến áp T3 còn có tác dụng cách ly giữa mạch điều khiển và mạch
công suất.
* Nguyên lý hoạt động của mạch:
CHƯƠNG 5: XÂY DỰNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN

68
- Khi đóng điện vào máy biến thế T
1
có điện qua cuộn 0 - 220V. Tại thời

điểm này tín hiệu phát tốc chưa có điện, tụ C
9
của mạch định thiên Q
2

được nạp, điện áp trên 3VR bằng 0
Lúc này Thyristor được mở bằng tín hiệu lấy trên 1VR và tín hiệu
dịch pha trên cuộn 8,9 của biến thế T
2
. Lúc này điện áp (+) tại đầu 5 (T
1
)
qua D
2
→R
2
→Th
1
→ cuộn 3,4 của T
3
→ 4(T
1
). Do đó cuộn 11,12 của
biến áp xung T
3
có điện và tạo tín hiệu mở Thyristor(Th) làm cho cuộn
dây khớp từ có điện.
Khi ở nửa chu kỳ mà điện thế (+) ở 4 (T
1
) và (-) ở 5 (T

1
) thì cuộn 3,4
của T
3
không có điện do đó Thyristor Th không mở.
Như vậy Thyristor chỉ mở ở một nửa chu kỳ của điện áp nguồn tương
ứng với điện áp trên AK
Sau một thời gian khớp từ chạy, máy phát tốc có điện, tụ C
9
đã nạp
đầy ( thời gian nạp có thể điều chỉnh được bằng chiết áp 4VR). Do đó
Transistor Q
2
được mở. Điện áp phát tốc qua mạch phản hồi kết hợp với
điện áp đặt trên 5VR tạo thành tín hiệu phản hồi, tín hiệu này đưa qua
2VR và R
9
đưa đến đầu K của Thyristor Th1 khi điện áp (+) tại đầu 5 (T
1
)
lớn hơn điện áp U
k
(Th
1
) thì Th1 mở và cuộn 3,4 (T
3
) có điện do Thyristor
Th mở
Khi điện áp U
A

≤ U
k
của Thyristor(Th
1
) thì Th1 không dẫn đến cuộn
3,4 của biến áp T
3
không có điện do đó Thyristor bị khóa.
CHƯƠNG 5: XÂY DỰNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN

69
Vậy Thyristor Th đã bị khống chế thời gian mở theo tín hiệu phản
hồi ngay trong cả chu kỳ tương ứng của nó. Điện áp trên cuộn dây khớp từ
sẽ thay đổi và ổn định theo tín hiệu phản hồi về từ máy phát tốc.
Nếu vì một lý do nào đó tốc độ khớp từ tăng hoặc giảm thì tín hiệu
máy phát tốc cũng tăng hoặc giảm theo, dẫn đến tín hi
ệu phản hồi thay đổi
U
k
tăng hoặc giảm thì thời gian phát xung vào Thyristor Th tăng giảm theo
dẫn đến điện áp trên cuộn khớp từ tăng giảm để đảm bảo ổn định tốc độ
như tốc độ đặt trên 5VR.
Sơ đồ đấu dây như hình 5.11.

CHƯƠNG 5: XÂY DỰNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN

70





C
HƯ

Ư
ƠN
G
5: XÂY D
Ự
Ự
N
G
MẠCH ĐI
ỀU
U
KHIỂN
70
CHƯƠNG 5: XÂY DỰNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN
71
Hình 5.11 Sơ đồ đấu dây thực tế