LỜI NÓI ĐẦU
Trong cuộc sống hiện đại, hầu hết các trang thiết bị được tạo ra để phục vụ cho đời
sống của còn người với nguồn năng lượng tiêu thụ chủ yếu là điện năng. Các thiết bị
chúng ta đang sử dụng được chia thành 2 loại chính: thiết bị điện 1 chiều và thiết bị điện
xoay chiều. Thiết bị điện 1 chiều có nhiều ứng dụng vô cùng tuyệt vời trong cuộc sống
hiện nay. Vì vậy, cần biến đổi năng lượng điện xoay chiều thành năng lượng điện một
chiều, để làm được điều này, ta dùng các bộ chỉnh lưu.
Chỉnh lưu là biến đổi điện áp xoay chiều thành điện áp một chiều, nghĩa là biến
đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều trên tải. Sự biến đổi đó được thực
hiện nhờ các thiết bị bán dẫn. Chỉ cho dòng điện đi qua theo một chiều nhất định như:
Diod, Tiristor…
Thông thường đối với mạch chỉnh lưu điều khiển hoàn toàn sẽ sử dụng Trisistor và
trong đề tài này ta sẽ nghiên cứu với cách mắc theo sơ đồ hình tia tức là trong sơ đồ này
số van dùng cho chỉnh lưu sẽ bằng số pha nguồn cấp cho mạch chỉnh lưu. Các van đấu
chung một đầu nào đó với nhau hoặc A chung hoặc K chung.
Trong quá trình làm đồ án chúng em đã nhận được sự giúp đỡ và sự chỉ bảo tận
tình của thầy Trần Thái Anh Âu giúp chúng em hoàn thành đồ án này . Tuy nhiên vì là đồ
án đầu tiên bọn em được làm nên không tránh khỏi những sai sót. Chúng em xin chân
thành cảm ơn thầy và hi vọng thầy sẽ tiếp tục giúp đỡ chúng em trong việc học tập của
chúng em sau này.

Nhóm sinh viên thực hiện đồ án (…)

MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG
1. Mục tiêu:
1.1. Mục tiêu chung:
1


- Sinh viên nắm được quy trình thiết kế mạch điện tử ứng dụng.
- Sinh viên rèn luyện kỹ năng phân tích, thiết kế, thi công mạch điện tử.

1.2. Mục tiêu cụ thể:
- Kiến thức: nắm vững nguyên lý hoạt động của mạch dao động.
- Kỹ năng: phân tích và thiết kế mạch, mô phỏng mạch bằng các phần mềm mô
-

phỏng, xây dựng mạch phần cứng.
Thái độ: lên lớp đúng giờ, hoàn thành các phần đồ án đúng giờ, có thái độ tích

cực chủ động và tinh thần hợp tác khi làm việc nhóm.
2. Nội dung đồ án:
- Thiết kế “Mạch điều khiển cho hệ thống chỉnh lưu điện một pha” – sản phẩm
của đồ án bao gồm bản thuyết minh và mạch thực tế. Bản thuyết minh gồm
các phần sau:
 Chương 1: Yêu cầu và ứng dụng của mạch
 Chương 2: Nguyên lý chung và nguyên lí hoạt động từng khâu
 Chương 3: Tính toán số liệu từng khâu
 Chương 4:Chọn và giới thiệu các linh kiện trong mạch
 Chương 5:Mô phỏng mạch trên Proteus

2


TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Tính toán thiết kế thiết bị điện tử công suất – P1 (Trần Văn Thịnh)
2. Giáo trình Mạch điện tử (Lê Quốc Huy).

CHƯƠNG 1. YÊU CẦU VÀ ỨNG DỤNG CỦA MẠCH
1.1. YÊU CẦU CỦA MẠCH ĐIỀU KHIỂN CHỈNH LƯU CẦU 1 PHA.
Mạch điều khiển là khâu rất quan trọng trong bộ biến đổi thyristor vì nó đóng vai
trò chủ đạo quan trọng trong việc quyết định chất lượng và độ tin cậy của bộ biến đổi.

Yêu cầu của mạch điều khiển có thế tóm tắt trong 4 điểm chính sau:


Biên độ xung điều khiển
3




Yêu cầu về độ dốc của răng



Sự đối xứng của xung trong các kênh điều khiển



Yêu cầu về độ tin cậy

Điện trở kênh điều khiển phải nhỏ để Thyristor không tự mở khi
dòng rò tăng. Xung điều khiển ít phụ thuộc vào giao động nhiệt độ, dao động điện áp
nguồn. Cần khử được nhiều cảm ứng để tránh mở nhầm.
Yêu cầu về lắp ráp và vận hành:


Thiết bị thay thế dễ lắp ráp và điều chỉnh.



Mỗi khối có khả năng làm việc độc lập cao.


1.2. ỨNG DỤNG CỦA MẠCH ĐIỀU KHIỂN CHỈNH LƯU
Mạch điều khiển có nhiệm vụ tạo ra các xung ở vào những thời điểm mong muốn
ở các khâu khác nhau để mở các van động lực của bộ chỉnh lưu. Sau đó, thyristor mở cho
dòng điện chạy qua khi có điện áp dương đặt trên anốt và có xung áp dương đặt vào cực
điều khiển không còn tác dụng gì nữa.
Ứng dụng của mạch điều khiển:
+ Điều chỉnh được vị trí xung điều khiển trong phạm vi nửa chu kỳ dương của
điện áp đặt trên anot – katot của thyristor.
+ Tạo ra được các xung đủ điều kiện mở thyristor, độ rộng xung
tx < 10µs. Biểu thức độ rộng xung:
Trong đó:

Idt là dòng điện duy trì của thyristor.
di/dt là tốc độ tăng trưởng của dòng tải.

Đối tượng cần điều chỉnh được đặc trưng bởi đại lượng điều khiển là góc .

4


CHƯƠNG 2. NGUYÊN LÍ CHUNG VÀ NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG TỪNG
KHÂU
2.1. NGUYÊN LÝ CHUNG CỦA MẠCH ĐIỀU KHIỂN.
Mạch điều khiển thyristor có thể phân loại theo nhiều cách. Song các mạch điều
khiển đều dựa theo nguyên lý thay đổi góc pha và theo đó ta có 2 nguyên lý khống chế
ngang và khống chế đứng.
Khống chế ngang là phương pháp tạo góc thay đổi bằng cách dịch chuyển điện áp
sang hình sin theo phương ngang so với điện áp tựa.



Nhược điểm của phương pháp này là góc phụ thuộc vào dạng điện áp và tần số
lưới, do đó độ chính xác của góc điều khiển thấp.



Khống chế đứng là phương pháp tạo góc thay đổi bằng cách dịch chuyển điện
áp chủ đạo theo phương thẳng đứng so với điện áp tựa.
5




Phương pháp này có độ chính xác cao và khoảng điều khiển rộng (0-180o)



Có 2 phương pháp điều khiển thẳng đứng là: tuyến tính và arccos:

2.1.1. Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính:

Theo nguyên tắc này người ta thường dùng hai điện áp:


Điện áp đồng bộ Us, đồng bộ với điện áp đặt trên anod – catod của thyristor,
thường đặt vào đầu đảo của khâu so sánh.



Điện áp điều khiển Uđk, là điện áp một chiều , có thể điều chỉnh được biên độ.

Thường đặt vào đầu không đảo của khâu so sánh .

Do vậy hiệu điện thế đầu vào của khâu so sánh là:
Ud = Uđk – Us
Khi Us = Uđk thì khâu so sánh lật trạng thái, ta nhận được sường xuống của điện áp
đầu ra của khâu so sánh. Sườn xuống này thông qua đa hài một trạng thái bền ổn định tạo
ra xung điều khiển.

Us
Uđ
k

-Us

α

Usm

Uđk

π

α

Hình 2.1

6

2
π


ω
t


Như vậy bằng cách làm biến đổi Uđk, ta có thể điều chỉnh được thời điểm xuất hiện
xung ra, tức là điều chỉnh góc α.
Giữa α và Uđk có quan hệ sau:
Người ta lấy Uđk max = Us max

2.1.2. Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arccos:

Theo nguyên tắc này người ta dùng hai điện áp:


Điện áp đồng bộ Us vượt trước UAK = Um Sinωt của thyristor một góc



Us = Um Cosωt.



Điện áp điều khiển Uđk là điện áp một chiều, có thể điều chỉnh được biên độ
theo hai chiều dương và âm. Nếu đặt U s vào cổng đảo và Uđk vào cổng không
đảo của khâu so sánh thì:

Khi Us = Uđk , ta sẽ nhận được một xung rất mảnh ở đầu ra của khâu so sánh khi khâu
này lật trạng thái.
Um Cosα = Uđk ;

Do đó :
α = arcos( ) ;
Khi Ucm = Um thì α = 0 ;
Khi Ucm = 0 thì α = ;
Khi Ucm = - Um thì α = π ;

Hình 2.2

7


Như vậy , khi điều chỉnh U cm từ trị Ucm = +Um , đến trị Ucm = -Um ta có thể điều
chỉnh được góc α từ 0 đến α .
Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng “arccos” được sử dụng trong các thiết bị chỉnh
lưu đòi hỏi chất lượng cao.
Ta chọn phương pháp điều khiển thẳng đứng tuyến tính.
2.2. SƠ ĐỒ KHỐI
Mạch điều khiển Tiristor thường có các khâu cơ bản:
-

-

Khâu đồng pha: (ĐF) nhằm tạo ra điện áp răng cưa tuyến tính có pha trùng với pha
điện áp Anot của Tiristor.
Khâu so sánh (SS): khâu này có nhiệm vụ so sánh giữa điện áp tựa với điện áp
điều khiển, tìm thời điểm 2 điện áp này bằng nhau và tại thời điểm đó phát xung
đầu ra để chuyển sang tầng khuếch đại.
Khâu tạo xung –khuếch đại (TX-KĐ): có nhiệm vụ tạo xung phù hợp để mở
Tiristor. Xung này phải đảm bảo các yêu cầu như: sườn trước có dốc thẳng đứng
đảm bảo Tiristor mở tức thời khi có xung điều khiển ; đủ công suất; xung điều

khiển có biên độ, độ rộng xung đủ để mở Tiristor một cách tin cậy trong mọi chế
độ làm việc của tải trong toán dải điều chỉnh của hệ.
Mặt khác để giảm công suất cho tầng khuếch đại và tăng số lượng xung kích mở
nhằm đảm bảo Tiristor mở một cách chắc chắn người ta hay phát xung chùm cho
các Tiristor . Nguyên tắc phát xung chùm là trước khi vào tầng khuếch đại ta đưa
thêm một cổng AND , với tín hiệu vào nhận từ khâu so sánh và từ bộ phát xung
chùm.

Cấu trúc bộ tạo xung như sau:

T
ĐF

SS

AND

TX-KĐ

TXC

8
Hình 2.3: Sơ đồ các khâu cơ bản của mạch điều khiển


Như vậy, thiết kế mạch điều khiển cũng đồng nghĩa với việc tính chọn các khâu cơ
bản của sơ đồ trên. Sau đây ta sẽ đi sâu vào 3 khâu cơ bản đó. Đồng thời ta sẽ tính toán
số liệu từng khâu rồi sau đó ta chọn các loại linh kiện cho phù hợp với thong số đã tính
toán rồi tiến hành mô phỏng bằng proteus và làm mạch thực tế.
2.3. NGUYÊN LÍ KHÂU ĐỒNG PHA.

Dùng khuếch đại thuật toán:

A
u1

R1

+12

+A1
-

Tr1

R2
B

D1

R3

Hình 2.4 Sơ
đồ khâu
đồng pha

C1
-12
_
A2
+

+12

C

đầu,
sóng U1 có
dạng hình sin, được lấy từ nguồn xoay chiều 3 pha . U A là điện áp sau khi qua máy biến
áp để phù hợp với điện ám vào opamp A1 (Opamp 1 ở chết độ so sánh)
Sau đó dòng qua điện trở R1 để hạn chế dòng điện đi vào khuếch đại thuật toán A1.
 Xét nửa chu kì dương của UA:
Khi vA > 0 thì op-am A1 có v+ > v- (v-=0 do nối đất) nên ta có: vB = vsat
 Xét nửa chu kì âm của UA:
Khi vA < 0 thì op-am A1 có v+ < v- (v-=0 do nối đất) nên ta có: vB = -vsat
Khi đó ta có dạng sóng của UB.(Xét opamp 2 ở chế độ tích phân)
 Khi vB > 0 thì diode D1 dẫn, transistor Tr1 không dẫn, ta xét mạch tích phân
gồm: biến trở R3 , tụ C1 và op-am A2, lúc đó áp dụng công thức tích phân ta có:
-12



Ura Ban

Vì vB không đổi trong khi vB > 0 nên:
Khi vB < 0 thì diode D1 không dẫn, transistor Tr1 dẫn, vòng mạch gồm
transistor Tr1 và tụ C, lúc này vB có tác dụng tác động vào cực n của transistor
Tr1 làm cho nó phân cực lúc này nó ở chế độ làm việc đóng cắt như một công
tắc. Mặt khác, tụ điện tích điện từ nửa chu kì dương khi thấy transistor mở thì
9



chạy từ cực E qua C làm cho nó ngắn mạch khoảng thời gian này rất nhỏ xem
như xảy xa ngay lập tức và tạo dòng vC = 0.
Ta có dạng sóng URC.

Hình 2.5 Dạng sóng của UA, UB, UC.

Tóm tắt nguyên lí hoạt động khâu này : ở nửa chu kỳ âm của điện áp đồng pha,
điện áp ra của A1 có dạng xung dương hình chữ nhật (tức là điện áp dương), điốt D1
được thông có tín hiệu đưa vào khâu tích phân đảo A2. ở nửa chu kỳ dương của điện áp
đồng pha , thì điện áp ra sau A1 là âm do đó điốt D1 bị khoá , còn Transistor 1 thông và tụ
điện C được xả ngắn mạch qua Transistor 1 . Ở chu kỳ sau tương tự ta có điện áp tựa hình
răng cưa như hình vẽ.
Đặc điểm: của sơ đồ dùng OA là gọn nhẹ, dạng xung răng cưa có chất lượng cao,
đảm bảo đồng pha với điện áp nguồn, do đó tạo điều kiện mở tiristor một cách chính xác,
dễ đối xứng ở các kênh điều khiển. Sơ đồ ưu việt hơn hẳn các sơ đồ trên về các chỉ tiêu
kỹ thuật. do đó ta chọn sơ đồ này khâu đồng pha cho mạch điều khiển.

10


2.4. NGUYÊN LÝ KHÂU SO SÁNH
Khâu so sánh có chức năng là xác định thời điểm phát xung bằng cách so sánh hai
hoặc nhiều tín hiệu theo nguyên tắc: Khi có tín hiệu bằng nhau hoặc tổng đại số các tín
hiệu đổi dấu thì khâu so sánh phát ra xung điện áp điều khiển tiristor. Ta có thể thực hiện
cộng tín hiệu bằng hai phương pháp hoặc nối tiếp hoặc song song. Qua nghiên cứu thực
nghiệm người ta thấy rằng so sánh nối tiếp có độ chính xác cao hơn, nhưng nhiều kênh
điều khiển mà chỉ muốn có một điện áp điều khiển, thì rất có thể có khả năng nhiễu từ
kênh này sang kênh kia. Do đó phương pháp này chỉ nên dùng khi điều khiển một tiristor.
Phương pháp so sánh song song cho độ chính xác không cao bằng nối tiếp nhưng có thể
cộng nhiều tín hiệu đồng thời mà không gây nhiễu. Các phần tử chủ yếu của khâu so sánh

thường dùng tranzitor hoặc OA.
Dùng khuếch đại thuật toán (OA):

Hình 2.6 Sơ đồ khâu so sánh

 Op-amp A3 (chức năng so sánh) ta có: v- = vRC + vĐK ; v+ = 0 (nối đất).
Khi vRC > -vĐK vRC + vĐK > 0 v- > v+ vD = - vsat = UD
Khi vRC < -vĐK vRC + vĐK < 0 v- < v+ vD = vsat = UD
 Trong trường hợp này khi opamp A 3 làm việc với chức năng so sánh tức so
sánh v- +v+ của opamp nên ta cũng có thể đặt U đk vào dưới chân (+) của
opamp hoặc (-) của opamp đều được tuy nhiên phải điều chỉnh điện áp trên
Uđk sao cho phù hợp.

11


Hình 2.7 Dạng sóng UA, UB, UC, UD.

2.5. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG KHÂU TẠO XUNG CHÙM.
2.5.1. Nguyên tắc tăng xung kích mở cho trisistor

Đối với sơ một đồ mạch, để giảm dòng công suất cho tầng khếch đại và tăng số
lượng cho xung kích mở, nhằm đảm bảo cho thyristor mở một cách chắc chắn, người ta
hay phát xung chùm cho các thyristor. Nguyên tắc phát xung chùm là trước khi vào tầng
khếch đại, ta đưa chèn thêm một cổng AND (&) với tín hiệu vào nhận từ tầng so sánh và
từ bộ phát xung chùm như hình vẽ.
Ngõ ra của cổng AND chỉ ở mức cao khi tất cả các ngõ vào đều ở mức cao. Sau
khi qua cổng AND, ta được UF
Từ khâu so sánh (UD)
Hình 2.8 Sơ

xung chùm

Từ bộ phát xung
(UE)

AND

Tới khếch đại(UF)
đồ phối hợp tạo

2.5.2. Nguyên lí tạo xung chùm

Để giảm công suất cho tầng khuếch đại và tăng số lượng xung kích mở nhằm
đảm bảo tiristor mở chắc chắn ta thêm bộ phát xung chùm vào trước tầng khuếch đại. tín
hiệu từ bộ tạo xung chùm và tín hiệu từ khâu so sánh được đi vào cổng and rồi chuyển
sang tầng khuếch đại.
12


Hình 2.9 Sơ đồ tạo xung chùm đa hài bằng khuếch đại thuật toán.

Giả sử lúc đầu vo = vE = vsat
(cầu phân áp đối với R6 và R7)
Cùng lúc đó tụ C2 nạp điện bởi vsat ta xét bài toán nhỏ này để tìm công thức tính điện áp
nạp tụ:
Bài toán chứng minh:

Cho sơ đồ mạch điện như sau, áp dụng KCL ta có :

Nếu V là điện áp ban đầu đặt lên tụ thì phương trình trên cho nghiệm là:

m

13


(Công thức 1)

CR gọi là hằng số thời gian.
Phương trình đó nói lên điện áp đặt trong quá trình nạp xả điện tích tụ điện. Để diễn đạt
điện áp đó, xét hình sau:

Sử dụng KCL:

Nếu ban đầu tụ không được sạc, v (t) = 0 tại t = 0. Thì:
0

(Công thức 2)

Từ bài toán trên ta có :
Theo công thức 2 của bài toán, ta có lúc đầu tụ chưa được sạc
(hay v-) tăng cho đến khi lúc này opamp đang ở chế độ so sánh và lúc này tụ C2
xả điện theo phương trình, với điện áp đặt vào tụ hiện có là , áp dụng công thức số 1 của
bài toán chứng minh ta có :
(hay v-) giảm cho đến khi . Opamp so sánh tiếp và
, lúc này tụ C2 lại nạp điện.
Quá trình nạp và xả tiếp nối luân phiên như vậy tạo nên chùm xung đa hài U E.

14



Hình 2.10 Dạng sóng UE

Có nhiều sơ đồ tạo xung chùm, nhưng để đồng dạng về linh kiện với mạch điều
khiển ta sử dụng sơ đồ tạo xung chùm bằng khuếch đại thuật toán. trong các sơ đồ dùng
khuếch đại thì sơ đồ dao động đa hài hình dưới đây có ưu điểm là đơn giản và cho chất
lượng xung khá tốt.

2.6. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG KHÂU KHUẾCH ĐẠI
Để có dạng xung kim gửi tới tiristor, ta dùng biến áp xung (bax), để có thể khuếch
đại công suất ta dùng transistor mắc theo sơ đồ darlington. Điod bảo vệ transitor và cuộn
dây sơ cấp bax khi transistor khoá đột ngột đồng thời xả ngược cho tụ C. Tụ C trong sơ
đồ này có tác dụng giảm dòng để giảm công suất toả nhiệt cho transistor và giảm kích
thước dây bax. transistor chỉ mở cho dòng điện chạy qua trong thời gian nạp tụ.
+12v
t

C3

R9

Tr3
BAX

15
Hình 2.11: Sơ đồ khâu khuếch đại


Tr2

Trong thực tế xung điều khiển chỉ cần có độ rộng bé (cỡ khoảng 10 đến 200 ), mà

thời gian mở thông các transistor công suất dài (tối đa tới một nửa chu kì ~ 0.01 s), làm
cho công suất tỏa nhiệt dư của transistor quá lớn và kích thước dây quấn sơ cấp BAX lớn.
Để giảm nhỏ công suất tỏa nhiệt Tr và kích thước dây sơ cấp BAX, ta có thể thêm tụ nối
tầng C3. Theo sơ đồ này, Tr2 chỉ mở cho dòng điện chạy qua trong khoảng thời gian nạp
tụ, nên dòng điện hiệu dụng của chúng bé hơn nhiều lần.

+E
BAX
D3
C3

uv

R9

Tr2

D2
16


Hình 2.12 Sơ đồ khâu khuếch đại bỏ bớt Tr2

u1

A

MBA

R1

+
A1
_

B

D
1

R2

R3

Tr1
C2
_
A2
+
Ud
k

C2

R5

ur R
c 4
C

R

6

A

R
8
_
+

R
7

_
A3
+

E

D

AND

F

C3

R9

Hình 2.13
Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển


D2

D3

+E

BAX

Tr2

T
D4 R01

D5

17


▶ Tóm tắt lại nguyên lí mạch điều khiển theo sơ đồ hình 2.13 được giải thích như

sau:
Điện áp vào tại điểm A (UA) có dạng hình sin, trùng pha với anod của thyristor,
qua khuếch đại thuật toán A1 cho ta chuổi xung chữ nhật đối xứng U B. Phần điện áp
dương của điện áp chữ nhật U B qua điode D1 tới A2 tích phân thành điện áp tựa U rc. Phần
áp âm của điện áp UB làm mở thông Tranzitor Tr1, kết quả là A2 bị ngắn mạch ( Với Urc =
0 ) trong vùng UB âm. Trên đầu ra của A2 ta có chuổi điện áp răng cưa Urc gián đoạn.
Điện áp Urc được so sánh với điện áp điều khiển U đk tại đầu vào của A3. Tổng đại
số Urc + Uđk quyết định dấu điện áp đầu ra của khếch đại thuật toán A 3. Trong khoảng thời
gian từ 0 → t1 với Uđk > Urc , điện áp UD âm. Trong khoảng t1 → t2, điện áp Uđk và Urc đổi

ngược lại, làm cho UD lật lên dương. Các khoảng thời gian tiếp theo giải thích điện áp U D
tương tự.
Mạch đa hài tạo xung chùm A 4 cho ta chuổi xung tần số cao, với điện áp U E trên
hình vẽ. Dao động đa hài có tần số hàng chục kHz, ở đây chỉ mô tả định tính.
Hai tín hiệu UD và UE cùng được đưa tới khâu “AND ” hai cổng vào. Khi đồng
thời có cả hai tín hiệu dương UD , UE (Trong các khoảng t1 → t2 , t4 → t5) ta sẽ có xung
UF làm mở thông các Tranzitor, kết quả là ta nhận được chuổi xung nhọn X dk trên biến áp
xung, để đưa tới mở thyristor T.

18


Điện áp UD sẽ suất hiện trên tải từ thời điểm có xung điều khiển đầu tiên, tại các
thời điểm t2 , t4 trong chuổi xung điều khiển, của mổi chu kỳ điện áp nguồn cấp, cho tới
cuối bán kỳ điện áp dương anôt.
Hiện nay đã có nhiều hãng chế tạo các vi xử lý chuyên dụng để điều khiển các
thyristor rất tiện lợi. Tuy nhiên những linh kiện loại này chưa được phổ biến trên thị
trường.

CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN SỐ LIỆU TỪNG KHÂU
Số liệu để tính toán bắt nguồn từ việc muốn điều khiển Trisistor, vì vậy ta sẽ tính
số liệu ngược từ cuối (từ khâu khuếch đại xung ngược về khâu đồng pha). Các thông số
cơ bản để tính mạch điều khiển:
 Điện áp điều khiển Thyristor:
 Dòng điện điều khiển Thyristor:
 Thời gian mở Thyristor:
 Độ rộng xung điều khiển:
 Tần số xung điều khiển:
 Độ mất đối xứng cho phép:
 Điện áp nuôi mạch điều khiển:


U

 Mức sụt biên độ xung:

1.1.1. Tính máy biến áp xung.
Chọn vật liệu làm lõi là sắt ferit HM, lõi có dạng hình xuyến làm việc trên một
phần đặc tính của từ hóa có A/m không có khe hở không khí.
+ Tỉ số biến áp xung:

chọn m = 3

+ Điện áp thứ cấp của MBA xung:
(cần lấy để điều khiển Trisistor)
19


+ Vậy điện áp đặt lên cuộn sơ cấp MBA áp xung:
+ Dòng điện thứ cấp máy biến áp xung:

I2 = Iđk = 0.1 (A)

+ Dòng điện sơ cấp của MBA xung:

(A)

+ Độ từ thẩm trung bình tương đối của lõi sắt:
H/m)
Trong đó H/m) là độ từ thẩm của không khí.
Thể tích của lõi thép cần có:

Thay số:

Chọn được mạch từ có thể tích V = 1.4 và kích thước cụ thể như sau:
(a = 4,5 mm ; b = 6 mm ; Q = 0,27 cm2 = 27 mm2 ; d = 12 mm ; D = 21 mm.)
Chiều dài trung bình mạch từ: l = 5,2 cm.

Hình 3.1 Hình
xung

-

chiếu lõi máy biến áp

Số vòng dây sơ cấp máy biến áp xung: Tính theo định luật cảm ứng điện từ
(vòng)
20


-

Số vòng dây thứ cấp:

-

Tiết diện dây quấn thứ cấp:

(vòng)

Chọn mật độ dòng điện J1 = 6 A/mm2
-


Đường kính dây quấn sơ cấp:
=> Chọn

-

Tiết diện dây quấn thứ cấp:

Chọn mật độ dòng điện J2 = 4 A/mm2
-

Đường kính dây quấn thứ cấp:
Chọn dây có đường kính d2 = 0,18 mm.

-

Kiểm tra hệ số lấp đầy:

3.1.1. Tính tầng khuếch đại cuối cùng

Chọn tranzitor công suất Tr2 loại 2SC1815 làm việc ở chế độ xung, có các thông
số sau:
Tranzitor loại NPN, vật liệu bán dẫn là Si. Ở nhiệt độ 25oC ta có thông số :
-

Điện áp giữa colectơ và bazơ khi hở mạch emitơ:

-

Điện áp giữa emitơ và bazơ khi hở mạch colecto:


-

Dòng điện lớn nhất mà colectơ có thể chịu được:

-

Công suất tiêu tán ở colectơ:

-

Nhiệt độ lớn nhất ở mặt tiếp giáp:

-

Hệ số khuếch đại:

-

Dòng làm việc của colectơ (C):

-

Dòng làm việc của bazơ (B):

Ta thấy rằng với loại Thyristor đã chọn có công suất điều khiển khá bé:
nên dòng colectơ – bazơ của transistor Tr 3 khá bé, trong trường hợp này ta có thể
không cần transistor Tr2 mà vẫn có đủ công suất điều khiển Transistor.
21



Chọn nguồn cấp cho biến áp xung E = +12 (V), với nguồn E = +12 (V) ta phải
mắc thêm điện trở R9 với cực Emitơ của :
Tất cả các Diode trong mạch điều khiển đều dùng loại 1N4007 có tham số:
- Dòng điện giới hạn:
Imax= 1A
-

Điện áp ngược lớn nhất:

-

Điện áp để cho Diode mở thông:

-

Nhiệt độ hoạt động: -55oC ~ 150oC

1.1.2. Chọn cổng AND
Ta chọn IC 74HC08 họ 74xx. Mỗi IC 74HC08 có 4 cổng AND.
Các thông số của cổng AND là:
+ Nguồn nuôi IC:
+ Nhiệt độ làm việc:
+ Điện áp ứng với mức logic ‘1’:

2

+ Dòng điện:

I < 1 (mA)


+ Công suất tiêu thụ:

P = 2,5 (nW/1 cổng).

1.1.3. Chọn tụ C3 và R8 phù hợp với độ rộng xung điều khiển (tx)
Điện trở R8 dùng để hạn chế dòng điện đưa vào cực bazơ của transistor Tr 3, chọn
R9 thỏa mãn điều kiện:
Chọn
Chọn
Chọn

1.1.4. Tính chọn bộ tạo xung chùm của IC TL084
Mỗi kênh điều khiển phải dùng 4 khuếch đại thuật toán, do đó ta chọn IC loại
TL084 do hãng Texas Instrument chế tạo, mỗi IC này có 4 khuếch đại thuật toán.
Thông số của TL084:
+ Điện áp nguồn nuôi: chọn Vcc =
+ Hiệu điện thế giữa hai đầu vào:
+ Nhiệt độ làm việc:
T = -25
+ Công suất tiêu thụ:
P = 0.68 W
22


+ Tổng trở đầu vào:
+ Dòng điện đầu ra:
+ Dòng điện đầu vào:
+ Tốc độ biến thiên điện áp cho phép: )
Mạch tạo xung chùm có tần số f = = 3 kHz, hay chu kỳ của xung chùm:

Ta có:
Chọn:
Vậy ta có:
Chọn tụ

)

Để thuận tiện cho việc điều chỉnh khi lắp mạch, ta chọn là biến trở 2

1.1.5. Tính chọn tầng so sánh.
Mỗi kênh điều khiển có 1 khuếch đại thuật toán đóng vai trò tầng so sánh ta chọn
loại IC TL084 như trên.
Chọn
Trong đó nếu nguồn nuôi , thì điện áp vào A 3 là . Dòng điện vào được hạn chế để
Ilv < 1 mA.
Do đó ta chọn R4 = R5 =15 k, khi đó dòng điện vào A3:

1.1.6. Tính chọn khâu đồng pha
Điện áp tựa được hình thành do sự nạp của tụ C 1. Mặt khác để bảo đảm điện áp
tựa có trong nửa chu kì điện áp lưới là tuyến tính và các đường răng cưa có đỉnh nhọn tại
cuối các bán kì thì hằng số thời gian tụ nạp được Trc chọn cỡ khoảng (0,003 0,005)s.
Ta chọn: Trc= R3.C1=0,005 s
Chọn tụ : C1=0,1 thì điện trở
Để thuận tiện cho việc điều chỉnh khi lắp ráp mạch, R 3 thường được chọn là
biến trở lớn hơn để điều chỉnh.
Chọn Tranzitor Tr1 loại A1015 có các thông số:
+ Tranzitor loại PNP làm bằng Si.
+ Điện áp giữa Emitor và Bazơ khi hở mạch emitơ:
UCBO = 50 V
+ Điện áp giữa Emitor và Bazơ khi hở mạch collector: U BEO = 5 V

+ Dòng điện lớn nhất ở collector có thể chịu đựng: ICmax = 150mA
+ Nhiệt độ lớn nhất ở mặt tiếp giáp:
TCP=150oC
+ Hệ số khếch đại:
β=250 (từ 70 đến 400)
+ Dòng cực đại của Bazơ:
IB30,4 A
+ Điện trở R2 để hạn chế dòng điện đi vào bazơ transistor Tr1 chọn như sau:
Chọn R2 thỏa mônhãn điều kiện:
+ Chọn R2= 30 k
+ Chọn điện áp đồng pha: UA = 9 V
23


Điện trở R1 để hạn chế dòng điện đi vào khuếch đại thuật toán A 1, thường chọn R1
sao cho dòng vào khuếch đại thuật toán Iv < 1mA.
Do đó R1 9 kΩ
+ Chọn R1=10 k

1.1.7. Tạo nguồn nuôi
Ta cần nguồn ± 12 V để cấp cho máy biến áp xung nuôi IC và 4 khuếch đại
thuật toán.

Hình 3.2 Sơ đồ tạo nguồn nuôi

Ta dùng mạch chỉnh lưu cầu 1 pha dùng điốt, điện áp thứ cấp máy biến áp
nguồn nuôi: U2= 9 V
Để ổn định điện áp ra của nguồn ta dùng 2 vi mạch ổn áp 7812 và 7912, các
thông số chung của vi mạch này như sau:
+ Điện áp đầu vào: UV = 7 35 V

+ Điện áp đầu ra:
Ura= 12V với IC 7812
Ura= -12V với IC 7912
+ Dòng điện đầu ra:
Ira = 0 ÷ 1 A
Tụ điện C4, C5 dùng để lọc thành phần sóng hài bậc cao.
+ Chọn:
C4 = C5= C6 =C7 = 470 µF; Uv = 35 V

1.1.8. Tính toán máy biến áp nguồn nuôi và đồng pha
Ta thiết kế máy biến áp dùng cho cả 3 việc tạo điện áp đồng pha và tạo nguồn
nuôi. Chọn kiểu máy biến áp 1 pha 1 trụ, trên trụ có 3 cuộn dây: 1 cuộn sơ cấp và 2 cuộn
thứ cấp
+ Điện áp lấy ra ở thứ cấp máy biến áp làm điện áp đồng pha, lấy ra thứ cấp làm
nguồn nuôi: U2 = U2đp = UN =9 (V)
24


+ Dòng điện thứ cấp máy biến áp đồng pha: I2đp =1 (mA)
+ Công suất nguồn nuôi cấp cho biến áp xung:
Pđp= 6.I2dp.U2dp =6.9.1.10-3= 0.054 (W)
+ Công suất tiêu thụ của 6 IC TL084 sử dụng làm khuếch đại thuật toán, ta chọn 2
IC TL084 để tạo 6 cổng AND.
P8IC = 8.PIC = 8. 0,68 = 5.12 (W)
+ Công suất biến áp xung cấp cho cực điều khiển Thyristor:
Px= 6.Uđk.Iđk=6.3.0,1 = 1,8

(W).

+ Công suất sử dụng cho việc tạo nguồn nuôi:

PN =Pđp+ P8IC+Px
PN = 0,056 + 5,12 + 1,8 = 6,976 (W)
+ Công suất của máy biến áp có kể đến 5% tổn thất trong máy:
S= 1,05. (Pdp + PN) = 1,05. (0,054 + 6,976) = 7,38 (VA)
+ Dòng điện thứ cấp máy biến áp:
I2 (A)
+ Dòng điện sơ cấp máy biến áp:
I2 (A)
+ Tiết diện trụ của MBA được tính theo công thức kinh nghiệm:
QT = kQ. = 6. =1,33 (cm2)
Trong đó: kQ= 6 là hệ số phụ thuộc phương thức làm mát.
m=3 là số trụ của MBA.
f = 50 Hz là tần số điện áp lưới.
Ta chọn lõi thép hình chữ E, có độ từ cảm B=1T có kích thước như hình vẽ

25