đồ án điện tử công suất

ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
THIẾT KẾ MẠCH CHỈNH LƯU HÌNH TIA 2 PHA
Chương 1: Thiết kế mạch động lực
a. Sơ đồ hình tia 2 pha không có D0
b. Mạch động lực sơ đò hình tia 2 pha có thiết bị bảo vệ

c. Nguyên lý làm việc

*ƒ Trường hợp phụ tải Rd -Ed:
Với trường hợp này phụ thuộc vào giá trị Ed, α mà xảy ra một số trường hợp khác nhau.
Ở đây ta xét một trường cụ thể với giá trị α, U2m sao cho U2m.sinα >Ed. Tại ωt=ν1=α ta
truyền xung điều khiển đến mở T1, giả thiết rằng trước đó (ωt=0 đến ωt0, có đủ 2 điều
kiện để T1 mở T1 sẽ mở, sụt điện áp trên T1 giảm về bằng không nên ta có điện áp chỉnh
lưu tức thời u ωt iT1 0 π 2 ωt iT 0 ωt id 0 ν2 d=u21. Lúc này trong sơ đồ xuất hiện dòng
điện đi từ đầu pha thứ nhất (điểm 1) qua T1, qua phụ tải và quay về pha thứ nhất thứ
cấp máy biến áp BA. Van T2 lúc này bị đặt điện áp ngược và khoá lại, ta có:


IT1=id=(ud-Ed)/Rd=(u21-Ed)/Rd ; IT2=0 ; uT1=0 ; uT2=2u22;

Đến thời điểm ωt=ν1' thì u21 = Ed lúc đó dòng qua T1 và phụ tải bằng không và có xu
hướng muốn đổi chiều,nhưng do tính dẫn dòng một chiều của các van mà T1 sẽ khoá lại
còn T2 thì chưa có điều kiện mở nên dòng tải sẽ bằng không trong giai đoạn tiếp. Trong
giai đoạn này cả 2 van T1 và T2 đều khoá:
ud=Ed;

iT1=0;

iT2=0;

uT1=u21-Ed; uT2=u22-Ed

Tại ωt=ν2 =π +α, van T2 có tín hiệu điều khiển và uT2 = u22-Ed>0, đủ hai điều kiện cho T2
mở. VanT2 mở thì sụt áp trên nó giảm về không nên ud = u22, van T1 thì bị đặt điện áp
ngược và đang khoá. Trong giai đoạn này ta có:
IT1 = 0; iT2=id= (uT1-Ed)/Rd= (u22-Ed)/Rd; uT1 = 2u21; uT2= 0;
Tại ωt=ν2' thì u22 = Ed lúc đó dòng qua T2 và phụ tải bằng không và có xu hướng muốn
đổi chiều, nhưng do tính dẫn dòng một chiều của các van mà T2 sẽ khoá lại còn T1 thì
chưa có điều kiện mở nên dòng tải sẽ bằng trong giai đoạn tiếp. Trong giai đoạn này cả 2
van T1 và T2 cũng đều khoá (tương tự như giai đoạn ωt=ν1'÷ ωt=ν2): ud = Ed; iT1=0; iT2 =
0; uT1= u21- Ed; u21 = u22 – Ed; Tại ωt=ν3 thì T1 lại có tín hiệu điều khiển và uT1>0 nên T1 lại
mở, sơ đồ lặp lại trạng thái làm việc như từ ωt=ν1. Giai đoạn từ ωt= 0 ÷ ωt = ν1 cũng
giống như giai đoạn ωt=2π÷ωt=ν3 (do tính chất lặp đi lặp lại trong sơ đồ chỉnh lưu). Đồ
thị điện áp chỉnh lưu, dòng các van, dòng điện chỉnh lưu, điện áp trên T1 biểu diễn trên
các hình 2.17a ÷ 2.17e. Điện áp chỉnh lưu trung bình của trường hợp này là:




Chương 2 : Thiết kế mạch điều khiển
1.Nguyên lý thiết kế mạch điều khiển


Sơ đồ khối mạch điều khiển
Để thực hiện được ý đồ đã nêu trong phần nguyên lý điều khiển ở trên , mạch điều
khiển bao gồm 3 khâu cơ bản

Sơ đồ khối mạch điều khiển
Nhiệm vụ của các khâu trong sơ đồ khối như sau

2.1. Thiết kế khâu đồng pha
Khâu đồng pha có 2 chức năng
-

Đảm bảo quan hệ về góc pha cố định với điện áp của van lực nhằm xác định
điểm gốc để tính góc điều khiển và mạch có tên gọi là mạch đồng pha
Hình thành điện áp có dạng phù hợp làm xung nhịp cho hoạt động của khâu
tạo điện áp tựa phía sau nó, mạch này mang tên mạch đồng bộ hoặc mạch
xung nhịp.


Mạch đồng pha

Sơ đồ điện áp tựa dùng KĐTT

Sơ đồ khâu đồng pha
a . Nguyên lý hoạt động


Sơ đồ nguyên lý của khâu đồng bộ
Trong khâu đồng pha có sử dụng máy biến áp đồng pha hạ áp, thứ cấp có điểm
trung tính với điện áp ra - 12V – 0V – +12V.
Khi điện áp xoay chiều 220V được đưa vào sơ cấp của biến áp đồng pha, thì ở
phía thứ cấp của biến áp ta thu được điện áp nhỏ hơn điện áp lưới. Điện áp này
được đưa vào bộ chinh lưu điốt một pha hai nửa chu kỳ mắc K chung.
Giả sử nửa chu kỳ đầu = 0 ÷ , u21 dương hơn u22 nên D1 dẫn và D2 khóa khi
đó điện áp ra chỉnh lưu u1 = u21.
Nửa chu kỳ sau = 2, u22 dương hơn u21 nên D2 dẫn và D1 khóa khi đó điện áp
ra chỉnh lưu u1 = u22.
Vậy điện áp ra tại điểm (1) (u1) là điện áp một chiều gồm nhiều nửa hình sin ghép

lại với nhau có tần số đập mạch bằng hai lần tần số lưới.
Điện áp u1 được đưa vào cửa không đảo của khâu so sánh OA1, cửa đảo OA1 là
Ud =

điện áp một chiều phẳng có giá trị :

E
.R 3
VR 1 + R 3

Khi u1
(với E=12V).


Khi u1>Ud thì điện áp ra sau OA1 là u2 = +E
u1=Ud thì u2 lật trạng thái
Như vậy thì OA1 có nhiệm vụ so sánh điện áp nửa hình sin của u1 với Ud trên
cửa đỏa và điện áp ra u2 là một chuỗi xung hình chữ nhật âm – dương kế tiếp
nhau.

2.2 Thiết kế khâu so sánh
Khâu này có chức năng so sánh điện áp điều khiển với điện áp tựa để định thời
điểm phát xung điều khiển. Nói cách khác, đây là khâu xác định góc điều khiển
. Khâu này có thể thực hiện bằng các phần tử như transistor hay khuếch đại thuật
toán OA. Sử dụng nhiều nhất hiện nay là các OA vì cho phép đảm bảo độ chính
xác cao, nhất là khi dùng OA chuyên dụng loại comparator.

Sơ đồ nguyên lý của khâu so sánh.
Nguyên lý của khâu so sánh:

Đồ thị sơ đồ nguyên lý khâu so sánh.
Điện áp răng cưa u3 được đưa vào cửa đảo của OA3 để so sánh điện áp điều
khiển (Udk) ở cửa không đảo của OA3.
Khi
Khi
Khi

U RC > U dk

U RC < U dk
U RC = U dk

thì điện áp đầu ra của OA3 (u4) có dạng xung âm hình chữ nhật.
thì điện áp đầu ra của OA3 (u4) có dạng xung dương hình chữ nhật.
thì điện áp đầu ra của OA3 (u4) lật trạng thái.

Vậy điện áp đầu ra của OA3 (u4) có chuỗi xung hình chữ nhật âm dương liên
tiếp nhau.
Phần tử chính của khâu so sánh là IC thuật toán OA3.

2.3 Thiết kế khâu phát xung chùm
Dạng xung chùm (DXC) là dạng thông dụng nhất vì cho phép mở tốt van lực
trong mọi trường hợp với mọi dạng tải và nhiều sơ đồ chỉnh lưu khác nhau… Xung
chùm thực chất là một chùm các xung có tần số sao gấp nhiều lần lưới điện (fxc = 6
12 kHz). Độ rộng của một chùm xung có thể được hạn chế trong khoảng (100
130) độ điện, về nguyên tắc nó phải kết thúc khi điện áp trên van lực mà nó điều
khiển đổi dấu sang âm.
- Nguyên tắc tạo DXC thường dùng là coi tín hiệu do bộ so sánh đưa ra như một

tín hiệu cho phép hay cấm khâu khuếch đại xung được nhận xung tần số cao phát
từ một bộ tạo dao động xung tới nó.


- 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, xong loại này khi làm việc dễ bị tự
kích do nhiễu hoặc ngược lại rất khó kích vì vậy thực tế hiện nay không dùng.

Khâu tạo xung
a. Nguyên lí hoạt động của khâu phát xung chùm
Tại thời điểm mà điện áp trên tụ ta có điện áp ra của khuếch đại thuật toán
OP4 là ,ta tiến hành nạp cho tụ một điệ áp . Khi đó tín hiệu ra của OP4 là đạt tới
giá trị bão hoà và được nạp điện theo chiều ngược lại so với chiều mà ta nạp cho
lúc đầu, do đó phóng điện qua về điện áp ra của OP4 ở mức bão hoà. Quá trình
lặp lại làm cho đầu ra của OP4 có xung điện áp dạng chữ nhật với tần số tuỳ thuộc
vào giá trị của và .

2.4 Thiết kế khâu khuếch đại

Hình 4.8. Sơ đồ nguyên lý khuếch đại xung chùm qua máy biến áp.


Khuếch đại xung có nhiệm vụ tăng công suất do khâu tạo dạng xung hình
thành đến mức đủ mạnh để mở van lực. Đa số thyristor mở chắc chắn khi có xung
điều khiển có UGK = (5 ÷ 10)V và IG = (0,3 ÷ 1)A trong thời gian cỡ 10.
Sơ đồ mạch tổng hợp