THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN.DOC

Thiết kế mạch điều khiển
Yêu cầu với mạch điều khiển.
- Phát xung điều khiển chính xác và đúng thời điểm mà ngời 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 đợc phạm vi
điều chỉnh góc mở van, độ rộng đủ để cho dòng qua van vợt trị số dòng duy trì
I
d
của nó để khi ngắt xung van vẫn dẫn.
- Dạng xung đợc 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 lới điện.
- Độ tác động nhanh dới 1ms.
Ngoài ra hệ thống điều khiển phải có nhiệm vụ ổn định dòng điện 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.
Nh đã biết thyristor chỉ mở cho dòng chạy qua khi điện áp dơng 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 đợc vị trí xung điều khiển trong phạm vi
nửa chu kỳ dơng của điện áp đặt lên anôt - catôt của thyristor.
I. Cấu trúc chung của mạch điều khiển.
Hình 4.1
U
c
: Điện áp điều khiển đây là điện áp một chiều.
U

r
: Điện áp đồng bộ, điện áp xoay chiều hoặc biến thế của nó động bộ
với điện áp anot - catot của tristor.
Khâu 1: Hiệu điện áp U
c
- U
r
đợc chuyển vào khâu so sánh làm việc
nh một trigiơ, khi U
c
- U
r
= 0 thì trigơ lật trạng t hái ở đầu ra của nó nhận đợc
một chuỗi xung dạng chữ nhật.
Khâu 2: Là đa hài một trạng thái ổn định.
Khâu 3: Là khâu khuếch đại xung.
Khâu 4: Là khâu biến áp xung.
Bằng cách tác động vào U
c
ta có thể điều chỉnh đợc .
II. Nguyên tắc điều khiển xung điều khiển.
1. Nguyên tắc điều khiển ngang.
Hình 4.2
* Khâu đồng bộ (ĐB) thờng 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.
Nh vậy góc điều khiển 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
t
: Khâu tạo điện áp tựa có dạng cố định theo chu kỳ do nhịp đồng bộ
của U
đb
.
Khâu so sánh (SS) xác định điểm cân bằng của điện áp điều khiển U
đk
và U
t
để phát động khâu tạo xung.
Trong nguyên tắc này thời điểm phát xung mở van hay góc điều khiển
thay đổi do sự thay đổi trị số của U
đk
nên đồ thị là sự di chuyển theo chiều dọc
của trục biên độ. Đa số trên thực tế sử dụng nguyên tắc này.
Hình 4.3
3. Mạch điều khiển một kênh và nhiều kênh.

Các mạch chỉnh lu công suất thờng có số van cần điều khiển lớn hơn 1.
Vì vậy ngời ta cho MĐK thành 2 loại.
a. Mạch điều khiển nhiều kênh (hình 4.3a)
Trong loại này có nhiều kênh điều khiển giống nhau về sơ đồ và nguyên
lý làm việc, mỗi một kênh này phụ trách phát xung mở cho một van hoặc hai
van cùng pha của mạch lực. Loại này rất thông dụng vì độ tác động nhanh n0
có độ đối xứng điều khiển thấp, cùng một giá trị U
đk
có góc ở các 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 lợt
đến các van bằng cách dịch xung đi một góc cần thiết (thờng bằng
2
n

với n
là số van lực).
Các mạch điều khiển có thể sử dụng kỹ thuật tơng 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 nhợc điểm ở chỗ nhạy nhiễu và
phải chỉnh định nhiều, khó đồng nhất các kênh điều khiển.
Mạch 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 thờng
có chất lợng 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 nhng cho phép thoả mãn yêu cầu
trên mà còn đạt hai mục tiêu quan trọng là:
- Chuyển đổi điện áp lới thờng có trị số cao sang giá trị phù hợp với
mạch điều khiển thờng là điện áp thấp.
- Cách ly hoàn toàn về điện giữa mạch điều khiển và mạch lực điều này
đảm bảo an toàn cho ngời sử dụng cũng nh các linh kiện điện tử.
ở đây ta dùng máy biến áp một pha. Tuy nhiên mạch điều khiển có
nhiều khâu cũng cần dùng biến áp nên thờng chỉ dùng chung một máy biến áp
có nhiều cuộn thứ cấp mỗi cuộn thực hiện một chức năng riêng, trong đó có
cuộn cho khâu đồng bộ này.
2. Khâu tạo điện áp tựa.
Hiện nay sử dụng chủ yếu hai dạng điện áp tựa là dạng hình sin và dạng
răng ca.
a. Điện áp tựa dạng hàm cosin.
Trong mạch điều khiển ta có U
d
= U
d0
.cos.
Nếu điện áp tựa có dạng hàm cosin: U
t
= U
m
cost thì điểm phát xung
mở van tơng ứng góc điều khiển t = là khi điện áp tựa cân bằng với điện áp
điều khiển. U
đk
= U

m
cos suy ra cos =
đk
m
U
U
U
d
= K. U
đk
.
Nh vậy điện áp chỉnh lu 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.
Nhợc điểm chung của mạch tạo điện áp tựa dạng hình sin là phụ thuộc
vào điện áp xoay chiều. Khi điện áp này tăng lên hay giảm xuống thì điện áp
tựa cũng giảm theo làm cho góc điều khiển và điện áp chỉnh lu 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 t-
ơng tự nh 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 ca.
Đa số các mạch điện áp tựa trong mạch điều khiển chỉnh lu hiện thời
đều dùng dạng răng ca vì nó khắc phục đợc những nhợc điểm của dạng hình
sin có nghĩa là nó ít bị ảnh hởng của điện áp và tần số nguồn điện xoay chiều.
Tuy nhiên nhợc điểm của nó là không đạt đợc quan hệ tuyến tính giữa điện áp
điều khiển và điện áp chỉnh lu nên sẽ khó khăn hơn khi tiến hành quá trình tự
động hoá điều chỉnh và ổn định các thông số của mạch chỉnh lu nói riêng hay

của thiết bị nói chung có thể chia nó làm hai loại chính là răng ca phi tuyến
và răng ca tuyến tính, có hai phơng pháp cơ bản tạo hàm răng ca.
- Dùng tranzito và tụ điện.
- Dùng khuếch đại thuật toán và tụ điện.
Tạo răng ca tuyến tính. Đa số các bộ tạo răng ca tuyến tính đều dựa trên
nguyên tắc nạp cho tụ C, bằng dòng điện không đổi I
c
, vì thực chất quan hệ
giữa điện áp và dòng điện của tụ điện.
U
c
(t) = U
c
(0) +
e
1
i dt
C

Mạch tạo răng ca dùng KĐTT OA.
Nhợc điểm của các sơ đồ tạo điện áp răng ca dùng tranzito là sự phụ
thuộc khá rõ thời điểm mở v khoá các bóng vào điện áp đồng pha. Do vậy
điện áp răng ca cũng ít nhiều bị biến động theo điện áp lới xoay chiều. Điều
này làm ảnh hởng tới góc cũng nh phạm vi điều chỉnh nó. Mặt khác độ
tuyến tính của răng ca cũng không thật cao. Hiện nay mạch tạo răng ca sử
dụng OA ngày càng đợc ứng dụng nhiều hơn do khắc phục đợc các nhợc điểm
trên, mặt khác giá thành lại rẻ.
Vậy để chế tạo điện áp răng ca trong đồ án này sử dụng mạch KĐTT
OA để tạo điện áp răng ca tuyến tính.
H×nh 4.4a

θ
U
®p
π 2/π
U
CL
θ
0
0
0
U
CL
θ
θ
U
CL
0
H×nh 4.4b
* Nguyªn lý ho¹t ®éng (h×nh 4.4a)
Dùng mạch KĐTT OA để tạo điện áp răng ca tuyến tính vì mạch này
hạn chế đợc sự phụ thuộc của thời gian đóng mở các bóng tranzito, khắc phục
những biến động theo điện áp lới xoay chiều nên ít bị ảnh hởng.
Máy biến áp tạo điện áp đồng pha với điện áp đặt vào mạch lực. Điện
áp hình sin sau khi qua chỉnh lu đợc đa vào khâu so sánh OA, tạo điện áp
xung hình chữ nhật ở nửa chu kỳ khi U
OA1
< 0 thì diôt Đ
3
dẫn. Điện áp trên tụ
điện C bằng điện áp ở đầu ra của OA

2
: U
C
= U
b
. Điện áp trên điện trở R
3
bằng
điện áp trở ở đầu ra của OA
1
.
Mạch thiết kế với điều kiện R
2
<< 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. Nh vậy dòng qua tụ
điện i
C
bằng dòng i
R2
vì dòng vào cửa (-) của OA không đáng kể. Vậy ta có.

2

a bh
b c c R n
2 2
U U
1 1 1
U U i dt i dt .dt .t
C C C R C.R
= = = = =

Nh vậy điện áp trên tụ C cũng nh đầu ra tăng trởng tuyến tính. Khi điện
áp này đạt trị số ngỡng của điốt ổn áp Đ
Z
thì nó thông và giữ điện áp ra ở trị số
này (nếu không có Đ
Z
thì điện áp tăng tới trị số +U
bh
.
ở nửa chu kỳ sau điện áp U
a
> 0. Đi ốt Đ
3
khoa nên dòng qua R
2
bằng
không. Lúc này dòng qua tụ C, bằng dòng qua điện trở R
3
, dòng điện này ng-
ợc chiều với dòng đi qua tụ C, ở nửa chu kỳ trớc có nghĩa là tụ C, phóng điện.
3

b c 0 R 0 0 P
3 3
1 E E
U U U i dt U dt U .t
C R C.R
= = = =

Do đó điện áp ra cũng nh điện áp trên tụ C cũng giảm tuyến tính. Khi
điện áp giảm đến không rời âm xuống thì Đ
Z
dẫn theo chiều thuận nh các diốt
thờng. Giữ cho điện áp ở giá trị xấp xỉ bằng 0V.
Từ đây mạch trở lại trạng thái ban đầu và điện áp nhận đợc trong nửa
chu kỳ lới điện xoay chiều có dạng răng ca đi xuống.
Tính toán các phần tử.
Chọn Đ
1
, Đ
2
, Đ
3
loại 1N007.
Chọn khuếch đại thuật toán loại àA741 có các thông số sau:
Z
vào
= 300K; E
n
= 15V; t
0
= 55

0
ữ 125
0
C.
Chọn tụ loại C
1
= 0,02àF, chọn Đ
z
loại 9,1V.
R
3
=
6
0
E.T 15.0,02
2.U .C
2.9,1.0,22.10

=
R
3
= 75K.
Tính R
2
: Ta có công thức:
bh
2
0
n 3
U 0,7

R
C.U
E
t R


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

bh n
2
c
U .t
R

C.U
=
Khi kết thúc thời gian nạp thì:
U
C
= U
ngĐz
= 9,1V.
R
2
=
3
3
6
13,5.5.10
33,7.10
9,1.0,22.10

+

=
R
2
= 33,7 K.
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
(dạng răng ca) để định thời điểm phát xung điều khiển, thông thờng đó là hai
thời điểm hai điện áp này bằng nhau. Nói cách khác đây là khâu để xác định
góc điều khiển .
Khâu so sánh có thể thực hiện bằng các phần tử, khuếch đại từ, tranzito
hay khuếch đại thuật toán OA. Sử dụng nhiều nhất hiện nay là các OA vì nó
cho phép đảm bảo độ chính xác cao nhất là khi sử dụng OA chuyên dụng
Comparator, có giá thành hạ, không cần chỉnh định phức tạp. ở đồ án này sử
dụng khuếch đại thuật toán để làm chức năng so sánh vì KĐTT là phần tử so

sánh lý tởng.
- Tỏng trở vào rất lớn nên không gây ảnh hởng đến các điện áp đa vào
so sánh, nó có thể tách biệt hoàn toàn chúng để không tác động sang nhau.
- Tầng vào của OA cũng thờng là khuếch đại vi sai mặt khác số tầng
nhiều nên hệ số khuếch đại rất lớn vì thế so sánh có độ chính xác rất cao, độ
trễ không quá vài às. Sờn dốc đứng nếu so sánh với tần số f = 50Hz
Khâu so sánh dùng OA cũng có hai kiểu đấu các điện áp so sánh là so
sánh hai cửa và so sánh 1 cửa.
So sánh hai cửa: Trong kiểu này hai điện áp cần so sánh đợc đa tới hai
cực khác nhau của OA điện áp ra sẽ thực hiện theo qui luật.
U
s
= K
0
U = K
0
(U
+
- U
-
).
U
s
= K
0
(U
đk
- U
t
).

Do đó khi U
đk
> U
f
suy ra điện áp ra là dơng.
U
đk
< U
f
suy ra điện áp ra là âm.
4. Khâu tạo xung chùm.
Dạng xung chùm là dạng thông dụng nhất vì nó cho phép mở tất cả các
van lực trong mọi trờng hợp, với mọi dạng tải và nhiều sơ đồ chỉnh lu khác
nhau. Xung chùm thực chất là một chùm các xung có tần số cao gấp nhiều lần
lới điện f
XC
= 8 ữ 12KHz. Độ rộng của chùm xung có thể đợc hạn chế trong
khoảng 100
0
ữ 130
0
điện về nguyên tắc nó phải kết thúc khi điện áp trên van
mà nó điều khiển sang dấu âm.
Nguyên tắc tạo xung chùm thờng là coi tín hiệu do bộ so sánh đa ra nh
một tín hiệu cho phép hay cấm khâu khuếch đại xung đợc nhận xung tần số
cao phát từ một bộ dao động đa hài tới nó. Trớc đây còn dùng một nguyên tắc
khác: Bộ tạo dao động đồng thời thực hiện chức năng khuếch đại xung và do
đó nó làm việc ở chế độ đợi kích song loại này làm việc dễ bị kích nhiễu hoặc
lại khó kích vì vậy không nên dùng và hiện nay bị loại bỏ.
Dễ dàng nhận thấy rằng để thực hiện tạo xung chùm theo nguyên tắc

đầu ra chỉ cần một mạch logic AND.
Loại có độ rộng xung chùm phụ thuộc hoàn toàn vào góc điều khiển .
Có sơ đồ cấu trúc và đồ thị minh hoạ (hình 4.5a; 4.5b).
Do khâu so sánh nối thẳng với cửa vào của logic AND nên chỉ trong
khaỏng điện áp ra của SS ở mức 1 xung từ bộ dao động tần số cao mới đi
qua đợc để tới khâu khuếch đại. Bản thân mức 1 này phụ thuộc vào góc
nên kết quả ta có độ rộng xung chùm 180
0
- .
Trong các mạch điều khiển hiện nay việc tạo các dao động dạng xung
với tần số cố định đợc thực hiện bằng rất nhiều cách khác nhau tùy theo sở
thích của ngời thiết kế hoặc xu hớng ứng dụng các phần tử giống nhau trong
mạch điều khiển. ở đây em dùng khuếch đại thuật toán OA để tạo dao động
(hình 4.6).
Hình 4.6
Đây là mạch rất thông dụng hiện nay. OA đợc dùng nh bộ so sánh hai
cửa tụ C liên tục đợc phóng nạp làm cho OA đảo trạng thái mỗi lần điện áp
trên tụ điện đạt trị số của bộ chi điện áp R
10
, R
11
.
Ta có chu kỳ dao động.
T = 2R
12
. C
2
. Ln
11
10

2R
1
R

+
ữ

Tổng trở bộ phân áp (R
10
+ R
11
) cỡ 20K, chọn R
10
= R
11
= 10K để tạo ra
dạng xung đối xứng.
T = 2.R
12
. C
2
Ln
3
.
Chọn C
2
= 0,47 . 10
-6
F.
f = 10KHz T = 100às

R
12
=
4
6
2 3
3
T 10
2.C .Ln
2.0,47.10 .Ln


=
5. Khâu khuếch đại xung.
Mạch điều khiển chỉnh lu thờng làm việc trong điều kiện nhiều mạch do
bản thân mạch lực của nó gây ra. Các nhiễu này có thể truyền theo đờng dây
tới nguồn tới đầu vào của mạch điều khiển và lan đến tận khâu khuếch đại
xung (KĐX). Nếu KĐX có hệ số lớn, đặc biệt dùng mạch KĐX có phản hồi d-
ơng sẽ rất dễ gây ra hiện tợng khuếch đại giả làm mở van không đúng thời
điểm. Vì vậy nói chung không nên dùng các mạch KĐX với phản hồi dơng
mạch thực tế thờng dùng mạch có hệ số khuếch đại không lớn để đảm bảo
chống nhiễu tốt.
KĐX có nhiệm vụ tăng công suất xung do khâu tạo dạng xung hình
thành đủ mạnh để mở van lực. Đại đa số các van đợc chế tạo có thể mở chắc
chắn với xung điều khiển có U
GK
= 5 ữ 10V; I
g
= 0,3 ữ 1A trong thời gian cỡ
100às.

Đầu ra của KĐX sẽ nối với cực G - R của van còn đầu vào nối với khối
tạo dạng xung. Do đó ta có thể sơ bộ xem xét hệ số khuếch đại công suất
K
P
=K
U
. K
I
thông qua hệ số khuếch đại áp K
u
và dòng I
I
nh sau:
* Hệ số khuếch đại áp
Các tầng KĐX bao giờ cũng làm việc ở chế độ khoá, vì vậy điện áp ra
tải của nó luôn có thể đạt trị số nguồn công suất E
CS
cung cấp cho KĐX.
Nguồn E
CS
luôn đợc chọn trị số > 10V (trong phạm vi 15 ữ 30V), đồng thời
biên độ điện áp xung vào do nguồn điều khiển quyết định cũng đợc chọn hơn
10V nh vậy có thể chọn K
U
1.
* Hệ số khuếch đại dòng điện.
Tạo dạng xung là sử dụng cao OA vì vậy chúng chỉ mang đợc tải dòng
điện vài miliampe (gái trị hay dùng là 3mA). Đối chiếu với dòng yêu cầu là:
g
I

3
v
I
0,3 0,6
K
I
3.10

ữ
= =
= 100 ữ 200 >> 1.
Nh vậy nhiệm vụ của KĐX thực chất là khuếch đại dòng và sơ đồ
khuếch đại xung và biến áp xung đợc mắc nh sau:
Hình 4.7
* Tính chọn biến áp xung.
Trong khâu khuếch đại xung tầng cuối cùng của khâu này là biến áp
xung có chức năng nh sau:
- Tạo biên độ xung ra phù hợp với tải.
- Cách ly giữa mạch lực và mạch điều khiển
- Dễ phân phối xung điều khiển cho các kênh.
Ta có: U
g
= 10V; I
g
= 0,42A.
Trong khi đó U
g
, I
g
chính là áp và dòng chạy qua dây quấn thứ cấp của

BAX.
Chọn biến áp xung có tỷ số của cuộn dây K
ba

= 2.
Vậy điện áp và dòng điện sơ cấp máy biến áp xung.
U
1ba
= K. U
g
= 2. 10 = 20V.
I
1ba
=
g
ba
I
0,42
K 2
=
= 0,21 A.
Ta chọn vật liệu lõi thép làm biến áp xung là lõi thép pherit, làm việc
trên một phần đặc tính từ hoá.
- Từ cảm: B
S
= 0,45T.
- Từ thấm: à = 6000A/m
2
.
Diện tích lõi thép: S = 1 cm

2
= 10
-4
m
2
.
* Số vòng dây cuộn sơ cấp máy biến áp là:
1ba x
1
s
U .t
W
B .S
=
T = 100às t
x
= t
n
= 50às.
Vậy: W
1
=
6
4
20.50.10
0,45.10


= 22 vòng.
* Số vòng dây cuộn thứ cấp.

1
2
ba
W
22
W 11
K 2
= = =
vòng.
* Đờng kính dây quấn sơ cấp là:
1ba
1
I
d 2
.f
=

Trong đó f = 3A/mm
2
là mật độ dòng điện trong cuộn dây. Vậy ta thay
số vào tính d
1
.
1
0,21
d 2
.3
=

= 0,29 mm.

* Đờng kính dây quấn thứ cấp là:
g
2
I
0,42
d 2. 2.
.f 3.
= =

= 0,42mm.
Tính chọn T
1
và T
2
.
Coi điện trở cuộn dây sơ cấp máy BAX nhỏ có thể bỏ qua, dòng chảy
qua T
2
khi mở chính bằng dòng chảy qua BAX.
I
C2
= I
1ba
= 0,21A.
Chọn nguồn E
CS
= 24V.
Từ I
C2
và E

CS
ta chọn bóng T
2
loại H1061 có thông số sau:
U
CE2
= 40V.
I
C2max
= 1,5A

2
= 20 ữ 60.

2
C2
min
I
0,21
I 0,01A
20

= = =

Chọn T
1
.
Có I
C1
= I

2
= 0,01A.
Vậy chọn bóng T
1
loại C828 có thông số sau:
U
CE1
= 40
I
C1
= 50mA

1
= 35 ữ 60
I

1
=
3
C1
min
I
50.10
35

=

= 1,42mA.
Vậy hệ số khuếch đại toàn mạch là: =

1
.
2
= 20 . 35 = 700.
Điốt D
5
ngăn chặn xung áp.
Điốt D
4
dùng để bảo vệ tranzito do Sđđ cảm ứng của cuộn sơ cấp biến
áp xung gây ra.
Chọn D
4
, D
5
loại 1N007.
* Điện trở R
8
có tác dụng tiêu tán năng lợng cuộn sơ cấp máy biến áp
xung.
R
8
đợc chọn nh sau:
1ba
8
C2 1ba
8
E U
E
R

I I
24 24 20
R
1,5 0,21




16 R
8
20 R
8
= 18.
* Điện trở R
7
có tác dụng dẫn dòng mở tranzitor.
7
3
10
R
1,5.10


= 6,67K R
7
= 6K.
6. Khâu tạo điện áp điều khiển.
Để xác định điện áp điều khiển U
đk
ta phải tổng hợp đợc mạch vòng

điều chỉnh dòng điện và điều chỉnh tốc độ.
Theo đặc điểm của từng đại lợng, điện áp điều khiển đợc tạo theo sơ đồ
trên hình 4.7.
Hình 4.8
Trong đó: R

, R
I
là các bộ điều chỉnh tốc độ và dòng điện.
Tự động điều chỉnh.
Trong các hệ truyền động hiện đại, các mạch vòng điều chỉnh đợc nối
theo cấp, độc lập tơng đối với nhau, việc phân vùng tác dụng giữa ổn định tốc
độ và hạn chế dòng điện đợc thực hiện bằng dạng phi tuyến của đặc tính điều
chỉnh.
Hình 4.10
Sơ đồ đơn giản nhất gồm hai vòng điều chỉnh, vòng điều chỉnh dòng
điện ở trong có bộ điều chỉnh dòng điện R
I
, vòng điều chỉnh tốc độ có bộ điều
chỉnh tốc độ R

, bộ điều chỉnh này có đặc tính khuếch đại có vùng bão hoà.
Điện áp đầu ra của R

là điện áp đặt dòng điện U
iđ
, giá trị bão hoà U
iđmax
chính
là giá trị đạt cực đại của dòng điện. Bộ điều chỉnh dòng điện R

I
trong mạch
vòng có nhiệm vụ gián tiếp duy trì dòng điện phần ứng luôn bằng giá trị đặt
(U
iđ
), bất kể hệ thống đang làm việc ổn định hay đang trong quá trình quá độ,
R
I
thờng có cấu trúc là khâu tỷ lệ tích phân PI. Nh vậy mạch vòng dòng điện
đã biến bộ biến đổi BA thành một nguồn điện đợc điều khiển bởi tín hiệu U
iđ
.
Vì dòng điện là đại lợng biến thiên nhanh nên sai lệch i luôn nhỏ, bộ điều
chỉnh R
I
luôn làm việc ở vùng tuyến tính của đặc tính điều chỉnh.
Khi bắt đầu quá trình thay đổi tốc độ, giả sẻ xét khi khởi động động cơ.
Do có sự thay đổi đột ngột của U

đ
trong khi U

cha thay đổi kịp do quán tính
cơ học của hệ, nên sai lệch đầu vào

= U

đ
- U

có giá trị lớn. Đặc điểm của
R

sẽ ở rất sâu trong vùng bão hoà của đặc tính điều chỉnh, tín hiệu ra của R

sẽ là U
iđ
= U
iđmax
= const, mạch vòng tốc độ bị ngắt ra khỏi sơ đồ do hoạt động
của mạch vòng dòng điện mà dòng điện phần ứng đợc duy trì ở giá trị I= I
đmax
tơng ứng với tín hiệu vào của mạch vòng là U
iđmax
, động cơ bắt đầu đợc tăng
tốc tốc độ với gia tốc.
đm đmax c
K .I M
d
dt f


=
l
Mặc dù sau đó tốc độ động cơ tăng dần lên nhng dòng điện phần ứng
vẫn duy trì ở giá trị I = I
đmax
chừng nào mà bộ điều chỉnh tốc độ R

cha ra khỏi

vùng bão hoà tức là cha lại vào sơ đồ. Đoạn đặc tính có khi khởi động là đoạn
BC, có độ cứng bằng không và dòng điện không đổi. Tại điểm B tốc độ động
cơ =
B
sao cho

=


B
điểm làm việc của R

bắt đầu ra khỏi vùng bão hoà
và lọt vào vùng tuyến tính của đặc tính, mạch vòng tốc độ bắt đầu phát huy tác
dụng điều chỉnh cùng với mạch tốc độ bắt đầu phát huy tác dụng điều chỉnh
cùng với mạch vòng dòng điện tạo đoạn đặc tính BC có độ cứng
m
thoả mãn
đạt độ chính xác cao. Quá trình qúa độ khi hãm, điều chỉnh tốc độ và khi quá
tải lớn cũng xảy ra tơng tự.
6.1. Đo dòng điện.
Để đo dòng điện lấy tín hiệu phản hồi ta dùng một máy biến dòng điện
TI để đo dòng và ta có cơ cấu đo dòng đợc mô tả bằng hàm truyền sau:
I
I
I
K
F (P)
1 p.I
=

+
K
I
: hệ số tỷ lệ.
T
I
: hằng số thời gian của thiết bị.
6.2. Đo tốc độ động cơ.
Tốc độ truyền động là đại lợng điều chỉnh chính. Vì vậy thiết bị đo tốc
độ có vai trò quan trọng quyết định đến chất lợng tĩnh và động. ở đây sử dụng
máy phát tốc một chiều gắn thẳng vào trục động cơ để đo.
Hàm truyền của máy phát tốc là:
(P)
FT
K
F


=
1 +.
Trong đó: K

hệ số tỷ lệ.
T

hằng số thời gian.
6.3. Động cơ điện một chiều.
Nếu thông số động cơ là không đổi thì có thể viết đợc các phơng trình
mô tả:
(P) (P)

K K K K
U R .I N .P. (P)= +
N
K
: Số vòng dây của cuộn kích từ.
R
K
: điện trở của cuộn dây kích từ.
Mạch phần ứng:
U(P) = R. I(P) + L. P. I(P) N
N
. P. (P) + E(P)
Hoặc dạng dòng điện.
I(P) =
[ ]

N

1
R
U(P) N .P. (P) E(P)
1 +P.T

Trong đó:
L - điện cảm mạch phần ứng.
N
N
- Số vòng dây cuộn kích từ nối tiếp.
T - hằng số thời gian mạch phần ứng.
6.4. Bộ biến đổi.

Bộ biến đổi ở đây là bộ chỉnh lu có điều khiển chung cho tất cả các tr-
ờng hợp bộ chỉnh lu đợc mô tả bởi một khâu quán tính, tuy nhiên với bộ chỉnh
lu có điều khiển thì giữa tín hiệu điều khiển và đáp ứng tơng ứng của góc điều
khiển có một thời gian trễ T
r0
nào đó.
Khi tần số điện áp xoay chiều đủ lớn, bỏ qua thành phần bậc cao trong
khai triển M
c
.Laurin thì ta cũng có thể thay thể hàm trễ này bởi một khâu
quán tính. Do vậy hàm truyền của bộ biến đổi này là:
F(P) =
( ) ( )
CL
đk v0
K
1 T P 1 T P+ +
* Tổng hợp mạch vòng dòng điện.
Trong các hệ truyền động tự động cũng nh các hệ chấp hành thì mạch
vòng điều chỉnh dòng điện là mạch vòng cơ bản. Chức năng của mạch vòng
dòng điện trong các hệ thống truyền động một chiều.
- Trực tiếp hoặc gián tiếp xác định mômen kéo của động cơ.
- Chức năng bảo vệ, điều chỉnh gia tốc.
Bỏ qua sự ảnh hởng của Sđđ của động cơ ta tổng hợp mạch vòng dòng
điện nh sau:
Hình 4.11
Trong trờng hợp hệ thống truyền động điện có hằng số thời gian cơ học
rất lớn hơn hằng số điện từ của mạch phần ứng thì ta có thể bỏ qua Sđđ của
động cơ.
Hàm truyền của mạch vòng dòng điện.

( ) ( ) ( ) ( ) ( )
i
Cl

oi
f đk v0 i
K
K .
R
S (P)
1 + P. T 1 P.T 1 P.T 1 P.T 1 P.T
=
+ + + +
Trong đó các hằng số thời gian T
f
, T
đk
, T
v0
, T
i
là rất nhỏ so với hằng số
thời gian điện từ T.
Đặt T
s
= T
f
+ T
đk
+ T

V0
+ T
i
.

( ) ( )
CL i
oi
S
K .K .R
S (P)
1 T P 1 T P
=
+ +
Trong đó: T
S
<< T.
áp dụng tiêu chuẩn modul tối u ta tìm đợc hàm truyền của bộ điều
chỉnh dòn điện có dạng khâu PI.

i
CL i
S
1 T .P
R (P)
K .K
R . .T .P
+
=

Trong đó lấy = 2.
CL i
S 13

K .K
.2.T R .C
R
=
T = R
15
. C
Để tạo bộ lọc F, thờng nối thêm tụ C
K
song song với R
15
sao cho
R
15
. C
K
= T
f
.
R
15
(C + C
R
) = T.
Hình 4.12
Cuối cùng hàm truyền của mạch vòng sẽ là.

( )
iđ i S S
I(P) 1 1
.
U (P) K 2T P 1 T P 1
=
+ +
2 2
iđ i
S S
I(P) 1 1
.
U (P) K
1 2T P 2T P
=
+ +
Quá trình quá độ điều chỉnh sẽ kết thúc sau thời gian T
qđ
= 8,4 . T
S
và
quá độ điều chỉnh là 4,3%. Thực ra nếu tính đến tác động của sức điện động
động cơ thì do tính chất cần dị củ nó mà trong nhiều trờn hợp không xảy ra
quá trình điều chỉnh dòng điện.
* Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh tốc độ.
Hệ thống điều chỉnh tốc độ là hệ thống mà đại lợng đợc điều chỉnh là
tốc độ góc của động cơ điện, các hệ này thờng hay gặp trong thực tế kỹ thuật.
Hệ thống điều chỉnh tốc độ đợc hình thành từ hệ thống điều chỉnh dòng điện.
Hệ thống điều chỉnh tốc độ dùng bộ điều chỉnh tốc độ tỷ lệ.
Ta đã tổng hợp đợc mạch vòng dòng điện trong phần này sử dụng biểu

thức kết quả trong đó đã bỏ qua ảnh hởng của Sđđ của động cơ.
Sơ đồ khối của hệ điều chỉnh tốc độ là:
Hình 4.13
Ta có
( )
iđ i S S
I(P) 1 1
x
U (P) K 1 2T P 1 T P
=
+ +
Để thuận tiện trong tính toán ta sử dụng biểu thức gần đúng.
iđ i S
I(P) 1 1
.
U (P) K 1 2T P
=
+
Đối tợng cần điều chỉnh là:
( )

2
i C S
R .K
1
SO (P) .
K .K T P 2T P 1

=

+
áp dụng tiêu chuẩn tối u đối xứng ta có thể xác định đợc hàm truyền
của bộ điều chỉnh là khâu tỷ lệ tích phân.
i C
S S
K .K .T
1 1
R (P) . . 1
R .K 4T 8T P



= +
ữ



Có cấu trúc bộ điều khiển hình 4.14.
Hình 4.14
Trong đó:
i C
16 4 S

18 4 0 S
K .K T
R .C .2T
R .K
R .C T 8T

=


= =
Khi tổng hợp hệ thống theo phơng pháp tối u đối xứng thờng phải dùng
thêm khâu tạo tín hiệu đặt để tránh quá điều chỉnh. Khâu tạo tín hiệu đặt này
thờng có hàm truyền của khâu lọc thông thấp bậc nhất, có hằng số thời gian
lọc tuỳ thuộc vào gia tốc cho phép của hệ thống. Tất nhiên khâu tạo tín hiệu
đặt này phải đặt bên ngoài mạch vòng điều chỉnh tốc độ.
( )
2
S
đ
S S S
U (P)
1 8T .P
F (P)
U (P)
8T' 4T' P 1 2T ' P 1 1



+
= =

+ + +

Căn cứ vào các biểu thức đã nêu trên ta có thể tính đợc hàm truyền đối
với tín hiệu nhiễu loạn là dòng điện tải.
( )

S
C
S S S
1 8T ' P
(P)
Fi(P)
I (P)
8T' P 4T' P 1 2T ' P 1 1
+

= =


+ + +

và cũng tính đợc sai số tốc độ tơng ứng khi nhiễu tải có dạng hằng số:
[ ]
C

C
I(P) I (P)
(P) .R
K T .P

=