thiết kế hệ truyền động cho cân bằng định lượng, chương 10 pps

Chng 10
thiết kế mạch điều khiển
1 . Điều khiển TIRISTO
Tiristo chỉ mở cho dòng điện chạy qua khi có điện áp d-ơng
đặt trên anốt và có xung áp d-ơng đặt vào cực điều khiển. Sau khi
Tiristo đã mở thì xung điều khiển không còn tác dụng gì nữa, dòng
điện chạy qua Tiristo do thông số của mạch quyết định.
Mạch điều khiển có các chức năng sau:
Điều chỉnh đ-ợc vị trí xung điều khiển trong phạm vi
nửa chu kỳ d-ơng của điện áp đặt trên anôt- catôt
Tiristo.
Tạo ra đ-ợc các xung đủ điều kiện mở đ-ợc Tiristo,
(xung điều khiển th-ờng có biên độ từ 2 đến 10 vôn,
độ rộng xung t
x
=20100 đối với thiết bị chỉnh l-u, t
x
10 đối với thiết bị biến đổi tần số cao ).
Độ rộng xung đ-ợc xác định theo biểu thức
Trong đó :Idt-dòng duy trì của Tiristo.
di/dt-tốc độ tăng tr-ởng của của dòng tải.
Cấu trúc của mạch điều khiển một Tiristo đ-ợc trình bày trên
sơ đồ .
U
cm
: Là điện áp điều khiển, điện áp một chiều .
U
r
: Là điện áp đồng bộ, điện áp xoay chiều hoặc biến
thể của nó, đồng bộ với điện áp của anôt-catốt của
Tiristo.

Hiệu điện áp U
cm
- U
r
đ-ợc đ-a vào khâu so sánh 1, làm việc
nh- một trigơ lật trạng thái, ở đầu ra của nó ta nhận đ-ợc một
chuỗi xung dạng sin chữ nhật .
Khâu 2 là điện áp hài một trạng thái ổn định .
Khâu 3 là khâu khuếch đại xung.
tx
dtdi
di

/
Khâu 4 là biến áp xung .
Bằng cách tác động vào U
cm
, có thể diều chỉnh đ-ợc vị trí
xung điều khiển, cũng tức là điều chỉnh góc
.

2. Hệ thống điều khiển thiết bị chỉnh l-u
2.1 . Nguyên tắc điều khiển
Trong việc điều khiển chỉnh l-u thì việc tạo thời điểm để phát
xung mở Tiristor là một khâu rất quan trọng. Việc điều khiển chỉnh
l-u th-ờng sử dụng hai nguyên tắc đó là nguyên tắc điều khiển
thẳng đứng tuyến tính và nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arccos
để điều chỉnh vị trí xung trong nửa chu kỳ d-ơng của điện áp đặt
lên Tiristor.
a . Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arccos

Điện áp đồng bộ U
S
v-ợt tr-ớc điện áp U
AK
=U
m
sint của
Tiristor một góc bằng
/2 vậy U
s
=U
sm
cos t
Điện áp điều khiển là điện áp một chiều có thể điều chỉnh
đ-ợc biên độ theo hai chiều (d-ơng và âm ). Nếu đặt U
S
vào cổng
đảo và U
cm
vào cổng không đảo của một khâu so sánh thì ta sẽ nhận
đ-ợc một xung rất mảnh ở đầu ra của khâu so sánh khi khâu này lật
trạng thái :
Cấu trúc mạch điều khiển một thyristor


U
sm
cos= U
cm
. Vậy khi U

cm
= U
sm
thì =0
U
cm
=0 thì =/2
U
cm
= -U
sm
thì =
Nh- vậy khi điều chỉnh U
cm
từ giá trị +U
sm
đến -U
sm
thì ta có
thể điều chỉnh đ-ợc góc
từ 0.
b . Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính
Đối với nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính thì tại
thời điểm xuất hiện sự cân bằng giữa điện áp điều khiển U
cm
và
điện áp tựa (cũng chính là điện áp đồng bộ trùng pha với điện áp
đặt lên A-K của Tiristor và th-ờng đặt vào đầu đảo bộ so sánh.
Thông th-ờng điện áp tựa th-ờng có dạng răng c-a. Nh- vậy bằng
cách biến đổi U

cm
ng-ời ta có thể điều chỉnh đ-ợc thời điểm xuất
hiện xung ra theo đồ thị nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến
tính .
Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arccos
Ta xác định góc điều khiển theo ph-ơng trình :
Với
:góc mở của Tiristor
U
đk
:điện áp điều khiển
U
sm
:điện áp đồng bộ cực đại
Thông th-ờng ng-ời ta th-ờng lấy U
cm max
=U
sm
Nhận thấy
rằng góc
là một hàm tuyến tính của điện áp điều khiển U
cm
.Vậy
ta có thể điều khiển góc
thông qua điều khiển điện áp một chiều
2.2 . Nguyên tắc điều khiển một hệ thống chỉnh l-u điều khiển
ba pha đối xứng
Nguyên tắc điều khiển chỉnh l-u cầu 3 pha đối xứng gồm 6
kênh. Một máy biến áp đồng bộ 6 pha và một nguồn điện áp điều
khiển U

cm
chung cho cả 6 kênh. Cấu trúc của mỗi kênh gần giống
nh- cấu trúc điều khiển một Tiristor .Yêu cầu đối với sơ đồ là phải
đảm bảo luôn luôn có thể mở hai thyristor, một ở nhóm catot chung
và một ở nhóm Anot chung. Có nh- thế mới khởi động đ-ợc thiết
bị chỉnh l-u và đảm bảo hoạt động của thiết bị khi làm việc ở chế
độ dòng tải gián đoạn. Chính vì vậy mà sơ đồ có sử dụng 6 cổng
OR và sự tổ hợp của các tín hiệu logic .
Vi mạch TCA780
Vi mạch TCA780 là một vi mạch phức hợp thực hiện đ-ợc 4
chức năng của một mạch điều khiển : tề đầu điện áp đồng bộ, tạo
điện áp răng c-a đồng bộ, so sánh và tạo xung ra. TCA 780 do
hãng Siemens chế tạo có thể điều chỉnh đ-ợc góc
từ 180
0
.
Vi mạch TCA 780
Thông số chủ yếu của TCA780 là :
Điện áp nguồn nuôi : U
S
= 18 v.
Dòng điện tiêu thụ : I
S
= 10mA.
Dòng điện ra : I = 50mA.
Điện áp răng c-a : U
r.max
= ( U
S
2 ) v.

Điện trở trong mạch tạo điện áp răng c-a : R
9
= ( 20
500 ) k

Điện áp điều khiển : U
11
= - 0,5 ( U
S
2 ) v.
Dòng điện đồng bộ : I
S
= 200A.
Tụ điện : C
10
= 0,5F.
Tần số xung ra : f = ( 10 500 ) Hz.

Theo hình vẽ thì điều chỉnh điện áp tại chân 11 sẽ thay đổi
đ-ợc thời điểm phát xung ra tại chân 14 và chân 15 . Mặt khác chỉ
cần một dạng sóng hình sin đặt vào chân 5 thì ta có thể phát ra
xung tại hai thời điểm
và + Do đó khi chỉ cần một vi mạch
thì ta có thể mở đ-ợc hai van. Hơn thế nữa, biến áp đầu vào sẽ
không cần tới 6 pha mà biến áp đồng bộ chỉ cần 3 pha đồng bộ với
3 pha của điện áp nguồn .
Bộ phát xung chùm
Để tạo điều kiện mở chắc chắn cho các Tiristo ng-ời ta sử
dụng bộ phát xung chùm. Bộ phát xung chùm đ-ợc đ-a vào kết hợp
phát xung phối hợp với xung điều khiển mở Tiristo. Khi đó xung

đ-a vào cực điều khiển Tiristo là xung chùm. Bộ phát xung chùm
đ-ợc thực hiện thông qua 2 cổng NOT và bộ dao động RC đ-ợc
đấu nh- trên hình vẽ 5.12. Tần số bộ phát xung chùm đ-ợc tính
theo công thức :
f=
RC4,1
1
Khi thay đổi giá trị của điện trở R thì ta có thể thay đổi tần số
f của xung đầu ra. Để lắp ráp ta dùng hai cổng NOT của vi mạch
Cmos 4069, nguồn cấp 3
15 (v)
Mạch phát xung chùm
C
R®c
T4
T1
T6 T2
T5
D11 D31 D51 D41 D61 D21
D22D62D42D52D32D12DZ
D13 R11 D53R31
D33
R51 D43 R41 R61
D23
R21
Q2
R22
Q6
R62
R23R63

Q4
R42
Q5
R52
R53
R12 R32
R33
Q3Q1
R13
DZ1 DZ3 DZ5 DZ4 DZ6 DZ2
TCA
780
TCA
780
TCA
780
12
C10
R9
C
M¸y biÕn ¸p ®ång bé
T3
15 14
BAX
R43
11
1
9
10
12

16
13
6
15 14
10
9
1
58 8
15 14
12
10
9
1
5
D63
AND AND AND AND AND AND
15 v
NOT NOT
16
13
6
16
13
6
11 11
VCCVCCVCC
1 2 3
A B C D E F
S¬ ®å nguyªn lý m¹ch ®iÒu khiÓn chØnh l-u



§å thÞ ®iÖn ¸p ®ång bé vµ ®iÖn ¸p trªn c¸c van
ch-¬ng 6
m« pháng hÖ trong Simulink
1. S¬ ®å hÖ thèng trong Simulink
2 . ®å thÞ tèc ®é
3 . ®å thÞ dßng ®iÖn