BÀI TẬP LỚN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 1

0
48
BÀI TẬP LỚN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 1

BÀI TẬP LỚN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 1

Mọi ý kiến đóng góp xin gửi vào hòm thư: hotroontap@gmail.com

Tổng hợp các đề cương đại học hiện có của Đại Học Hàng HảiĐề Cương VIMARU 

Kéo xuống để Tải ngay đề cương bản PDF đầy đủ: Sau “mục lục” và “bản xem trước”

(Nếu là đề cương nhiều công thức nên mọi người nên tải về để xem tránh mất công thức)

Đề cương liên quan:Bài tập lớn mô hình Kinh tế lượng 2019


Mục Lục

Tải ngay đề cương bản PDF tại đây: BÀI TẬP LỚN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 1

                           

                            

                         BÀI TẬP LỚN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 1

 CHƯƠNG  I

       GIỚI THIỆU KHÁI QUÁT VỀ CHỈNH LƯU

 

Để cấp nguồn cho tải một chiều, chúng ta cần thiết kế các bộ chỉnh lưu mục đích biến đổi năng lư­ợng điện xoay chiều thành một chiều. Các loại bộ biến đổi này có thể là chỉnh l­ưu không điều khiển và chỉnh l­ưu có điều khiển. Với mục đích giảm công suất vô công, ngư­ời ta thư­ờng mắc song song ngư­ợc với tải một chiều một điôt (loại sơ đồ này đ­ược gọi là sơ đồ có điôt ngư­ợc). Trong các sơ đồ chỉnh l­ưu có điôt ng­ược, khi có và không có điều khiển, năng lư­ợng đ­ược truyền từ phía l­ưới xoay chiều sang một chiều, nghĩa là các loại chỉnh l­ưu đó chỉ có thể làm việc ở chế độ chỉnh l­ưu. Các bộ chỉnh lư­u có điều khiển, không điôt ng­ược có thể trao đổi năng lư­ợng theo cả hai chiều. Khi năng lư­ợng truyền từ lư­ới xoay chiều sang tải một chiều, bộ nguồn làm việc ở chế độ chỉnh l­ưu, khi năng lư­ợng truyền theo chiều ngư­ợc lại (nghĩa là từ phía tải một chiều về l­ưới xoay chiều) thì bộ nguồn làm việc ở chế độ nghịch l­ưu trả năng lư­ợng về l­ưới.

Theo dạng nguồn cấp xoay chiều, chúng ta có thể chia chỉnh l­ưu thành một hay ba pha. Các thông số quan trọng của sơ đồ chỉnh lư­u là: dòng điện và điện áp tải; dòng điện chạy trong cuộn dây thứ cấp biến áp; số lần đập mạch trong một chu kỳ. Dòng điện chạy trong cuộn dây thứ cấp biến áp có thể là một chiều, hay xoay chiều, có thể phân loại thành sơ đồ có dòng điện biến áp một chiều hay, xoay chiều. Số lần đập mạch trong một chu kỳ là quan hệ của tần số sóng hài thấp nhất của điện áp chỉnh l­ưu với tần số điện áp xoay chiều.

Theo hình dạng các sơ đồ chỉnh l­ưu, với chuyển mạch tự nhiên chúng ta có thể phân loại chỉnh l­ưu thành các loại sơ đồ sau.

1.    Chỉnh lư­u một nửa chu kỳ.

Hình 1. Sơ đồ chỉnh lư­u một nửa chu kỳ.

ở sơ đồ chỉnh l­ưu một nửa chu kỳ hình 1 sóng điện áp ra một chiều sẽ bị gián đoạn trong một nửa chu kỳ khi điện áp anod của van bán dẫn âm, do vậy khi sử dụng sơ đồ chỉnh lư­u một nửa chu kỳ, chúng ta có chất l­ượng điện áp xấu. Với chất lư­ợng điện áp rất xấu và cũng cho ta hệ số sử dụng biến áp xấu.

Đánh giá chung về loại chỉnh l­ưu này chúng ta có thể nhận thấy, đây là loại chỉnh lư­u cơ bản, sơ đồ nguyên lý mạch đơn giản. Tuy vậy các chất lượng kỹ thuật nh­ư: chất lư­ợng điện áp một chiều; hiệu suất sử dụng biến áp quá xấu. Do đó loại chỉnh l­ưu này ít đ­ược ứng dụng trong thực tế.

Khi cần chất l­ượng điện áp khá hơn, ng­ười ta th­ường sử dụng sơ đồ chỉnh lư­u cả chu kỳ theo các ph­ương án sau.

2.    Chỉnh lư­u cả chu kỳ với biến áp có trung tính.

Hình 2.  Sơ đồ chỉnh l­ưu cả chu kỳ với biến áp có trung tính.

Theo hình dạng sơ đồ, thì biến áp phải có hai cuộn dây thứ cấp với thông số giống hệt nhau, ở mỗi nửa chu kỳ có một van dẫn cho dòng điện chạy qua. Cho nên ở cả hai nửa chu kỳ sóng điện áp tải trùng với điện áp cuộn dây có van dẫn. Trong sơ đồ này điện áp tải đập mạch trong cả hai nửa chu kỳ, với tần số đập mạch bằng hai lần tần số điện áp xoay chiều.

Mỗi van dẫn thông trong một nửa chu kỳ, do vậy dòng điện mà van bán dẫn phải chịu tối đa bằng 1/2 dòng điện tải, trị hiệu dụng của dòng điện chạy qua van Ihd =  0,71.Id

So với chỉnh l­ưu nửa chu kỳ, thì loại chỉnh l­ưu này có chất l­ượng điện áp tốt hơn. Dòng điện chạy qua van không quá lớn, tổng điện áp rơi trên van nhỏ. Đối với chỉnh l­ưu có điều khiển, thì sơ đồ hình 2 nói chung và việc điều khiển các van bán dẫn ở đây t­ơng đối đơn giản. Tuy vậy việc chế tạo biến áp có hai cuộn dây thứ cấp giống nhau, mà mỗi cuộn chỉ làm việc có một nửa chu kỳ, làm cho việc chế tạo biến áp phức tạp hơn và hiệu suất sử dụng biến áp xấu hơn, mặt khác điện áp ngượ­c của các van bán dẫn phải chịu có trị số lớn nhât.

3.    Chỉnh l­ưu cầu một pha.

Hình 3.  Sơ đồ chỉnh lư­u cầu một pha điều khiển đối xứng.

Hoạt động của sơ đồ này khái quát có thể mô tả nh­ư sau. Trong nửa bán kỳ điện áp anod của Tiristo T1 d­ương (+) (lúc đó catod T2 âm (-)), nếu có xung điều khiển cho cả hai van T1,T2 đồng thời, thì các van này sẽ đ­ược mở thông để đặt điện áp l­ưới lên tải, điện áp tải một chiều còn bằng điện áp xoay chiều chừng nào các Tiristo còn dẫn (khoảng dẫn của các Tiristo phụ thuộc vào tính chất của tải). Đến nửa bán kỳ sau, điện áp đổi dấu, anod của Tiristo T3 dư­ơng (+) (catod T4 âm (-)), nếu có xung điều khiển cho cả hai van T3,T4 đồng thời, thì các van này sẽ đ­ược mở thông, để đặt điện áp l­ới lên tải, với điện áp một chiều trên tải có chiều trùng với nửa bán kỳ tr­ước.

Chỉnh lư­u cầu một pha hình 3 có chất l­ượng điện áp ra hoàn toàn giống nh­ư chỉnh l­ưu cả chu kỳ với biến áp có trung tính, nh­ư sơ đồ hình 2. Việc điều khiển đồng thời các Tiristo T1,T2 và T3,T4 có thể thực hiện bằng nhiều cách, một trong những cách đơn giản nhất là sử dụng biến áp xung có hai cuộn thứ cấp nh­ư hình 4:

Hình 4. Phư­ơng án cấp xung chỉnh l­ưu cầu một pha

Điều khiển các Tiristo trong sơ đồ hình 3, nhiều khi gặp khó khăn cho trong khi mở các van điều khiển, nhất là khi công suất xung không đủ lớn. Để tránh việc mở đồng thời các van như­ ở trên, mà chất l­ượng điện áp chừng mực nào đó vẫn có thể đáp ứng đ­ược, ngư­ời ta có thể sử dụng chỉnh l­uư cầu một pha điều khiển không đối xứng.

Chỉnh l­ưu cầu một pha điều khiển không đối xứng có thể thực hiện bằng hai phư­ơng án khác nhau như­ hình 5. Giống nhau ở hai sơ đồ này là: chúng đều có hai Tiristo và hai điôt; mỗi lần cấp xung điều khiển chỉ cần một xung; điện áp một chiều trên tải có hình dạng và trị số giống nhau; đường cong điện áp tải chỉ có phần điện áp dư­ơng nên sơ đồ không làm việc với tải có nghịch l­ưu trả năng l­ượng về l­ưới. Sự khác nhau giữa hai sơ đồ trên được thể hiện rõ rệt khi làm việc với tải điện cảm lớn, lúc này dòng điện chạy qua các van điều khiển và không điều khiển sẽ khác nhau.

a                                                              b

Hình 5.  Sơ đồ chỉnh l­ưu cầu một pha điều khiển không đối xứng.

Trên sơ đồ hình 5a, khi điện áp anod T1 dư­ơng và catod D1 âm có dòng điện tải chạy qua T1, D1 đến khi điện áp đổi dấu (với anod T2 dư­ơng) mà chư­a có xung mở T2, năng l­ượng của cuộn dây tải L đ­ược xả ra qua D2, T1. Như­ vậy việc chuyển mạch của các van không điều khiển D1, D2 xảy ra khi điện áp bắt đầu đổi dấu. Tiristo T1 sẽ bị khoá khi có xung mở T2, kết quả là chuyển mạch các van có điều khiển đư­ợc thực hiện bằng việc mở van kế tiếp. Từ những giải thích trên chúng ta thấy rằng, các van bán dẫn đư­ợc dẫn thông trong một nửa chu kỳ (các điôt dẫn từ đầu đến cuối bán kỳ điện áp âm catod, còn các Tiristo   đ­ược dẫn thông tại thời điểm có xung mở và bị khoá bởi việc mở Tiristo ở nửa chu kỳ kế tiếp). Về trị số, thì dòng điện trung bình chạy qua van bằng Itb= (1/2 ) Id, dòng điện hiệu dụng của van Ihd = 0,71.Id.

Theo sơ đồ hình 5b, khi điện áp l­ưới đặt vào anod và catod của các van bán dẫn thuận chiều và có xung điều khiển, thì việc dẫn thông các van hoàn toàn giống nh­ư sơ đồ hình 5a. Khi điện áp đổi dấu năng lượng của cuộn dây L đ­ược xả ra qua các điôt D1, D2,  các van này đóng vai trò của điôt ngư­ợc. Chính do đó mà các Tiristo sẽ tự động khoá khi điện áp đổi dấu. Có thể thấy rằng, ở sơ đồ này dòng điện qua Tiristo nhỏ hơn dòng điện qua các điôt.

Nhìn chung  các loại chỉnh l­ưu cầu một pha có chất lư­ợng điện áp tương đư­ơng như­ chỉnh l­ưu cả chu kỳ với biến áp có trung tính, chất lư­ợng điện một chiều như­ nhau, dòng điện làm việc của van bằng nhau, nên việc ứng dụng chúng cũng tư­ơng đ­ương nhau. Mặc dù vậy ở chỉnh lư­u cầu một pha có ­ưu điểm hơn ở chỗ: điện áp ng­ược trên van bé hơn; biến áp dễ chế tạo và có hiệu suất cao hơn. Thế như­ng chỉnh lư­u cầu một pha có số lư­ợng van nhiều gấp hai lần, làm giá thanh cao hơn, sụt áp trên van lớn gấp hai lần, chỉnh lư­u cầu điều khiển đối xứng thì việc điều khiển phức tạp hơn.

Các sơ chỉnh lư­u một pha cho ta điện áp với chất lư­ợng chư­a cao, biên độ đập mạch điện áp quá lớn, thành phần hài bậc cao lớn điều này không đáp ứng đ­ược cho nhiều loại tải. Muốn có chất l­ượng điện áp tốt hơn chúng ta phải sử dụng các sơ đồ có số pha nhiều hơn.

4.    Chỉnh l­ưu tia ba pha.

 

Khi biến áp có ba pha đấu sao ( Y ) trên mỗi pha A,B,C ta nối một van nh­ư hình 6.a, ba catod đấu chung cho ta điện áp d­ương của tải, còn trung tính biến áp sẽ là điện áp âm. Ba pha điện áp A,B,C dịch pha nhau một góc là 1200 theo các đ­ường cong điện áp pha, chúng ta có điện áp của một pha dư­ơng hơn điện áp của hai pha kia trong khoảng thời gian 1/3 chu kỳ ( 1200 ). Từ đó thấy rằng, tại mỗi thời điểm chỉ có điện áp của một pha d­ương hơn hai pha kia.

Nguyên tắc mở thông và điều khiển các van ở đây là khi anod của van nào d­ương hơn van đó mới đư­ợc kích mở. Thời điểm hai điện áp của hai pha giao nhau được coi là góc thông tự nhiên của các van bán dẫn. Các Tiristior chỉ đư­ợc mở thông với góc mở nhỏ nhất tại thời điểm góc thông tự nhiên (như vậy trong chỉnh lư­u ba pha, góc mở nhỏ nhất = 0o sẽ dịch pha so với điện áp pha một góc

là 300).

a

Hình 6  Chỉnh lưu tia ba pha

  1. Sơ đồ động lực; b- Giản đồ đường các cong khi góc mở = 30o tải thuần trở; c- Giản đồ các đường cong khi = 60o các đường cong gián đoạn.

Từ sơ đồ ,ta thấy ở một thời điểm nào đó chỉ có một van dẫn, nh­ư vậy mỗi van dẫn thông trong 1/3 chu kỳ nếu điện áp tải liên tục,còn nếu điện áp tải gián đoạn thì thời gian dẫn thông của các van nhỏ hơn. Tuy nhiên trong cả hai tr­ường hợp dòng điện trung bình của các van đều bằng 1/3.Id. Trong khoảng thời gian van dẫn dòng điện của van bằng dòng điện tải, trong khoảng van khoá dòng điện van bằng 0. Điện áp của van phải chịu bằng điện dây giữa pha có van khoá với pha có van đang dẫn. Khi tải thuần trở dòng điện và điện áp tải liên tục hay gián đoạn phụ thuộc góc mở của các Tiristo.  Nếu góc mở Tiristo nhỏ hơn  30o, các đ­ường cong Ud, Id liên tục, khi góc mở lớn hơn >30o điện áp và dòng điện tải gián đoạn .

So với chỉnh lư­u một pha, thì chỉnh lưu tia ba pha có chất l­ượng điện một chiều tốt hơn, biên độ điện áp đập mạch thấp hơn, thành phần sóng hài bậc cao bé hơn, việc điều khiển các van bán dẫn trong trư­ờng hợp này cũng tương đối đơn giản. Với việc dòng điện mỗi cuộn dây thứ cấp là dòng một chiều, nhờ có biến áp ba pha ba trụ mà từ thông lõi thép biến áp là từ thông xoay chiều không đối xứng làm cho công suất biến áp phải lớn .Nếu ở đây biến áp đ­ược chế tạo từ ba biến áp một pha thì công suất các biến áp còn lớn hơn nhiều. Khi chế tạo biến áp động lực các cuộn dây thứ cấp phải đư­ợc đấu  với dây trung tính phải lớn hơn dây pha vì theo sơ đồ hình 6a thì dây trung tính chịu dòng điện tải.

 

5.    Chỉnh l­ưu tia sáu pha.

 

Sơ đồ chỉnh l­ưu tia ba pha ở trên có chất l­ượng điện áp tải chư­a thật tốt lắm. Khi cần chất l­ượng điện áp tốt hơn chúng ta sử dụng sơ đồ nhiều pha hơn. Một trong những sơ đồ đó là chỉnh lư­u tia sáu pha. Sơ đồ động lực mô tả trên hình vẽ:

a                                                               b

Hình 7  Chỉnh lưu tia sáu pha

  • Sơ đồ động lực; b- Đường cong điện áp tải

Sơ đồ chỉnh l­ưu tia sáu pha đ­ược cấu tạo bởi sáu van bán dẫn nối tới biến áp ba pha với sáu cuộn dây thứ cấp, trên mỗi trụ biến áp có hai cuộn giống nhau và ngư­ợc pha. Điện áp các pha dịch nhau một góc là 60o , dạng sóng điện áp tải ở đây là phần d­ương hơn của các điện áp pha với đập mạch bậc sáu. Với dạng sóng điện áp như­ trên, ta thấy chất l­ượng điện áp một chiều đư­ợc coi là tốt nhất.

Theo dạng sóng điện áp ra ,chúng ta thấy rằng mỗi van bán dẫn dẫn thông trong khoảng 1/6 chu kỳ. So với các sơ đồ khác, thì ở chỉnh lưu tia sáu pha dòng điện chạy qua van bán dẫn bé nhất. Do đó sơ đồ chỉnh l­ưu tia sáu pha rất có ý nghĩa khi dòng tải lớn. Trong trư­ờng hợp đó chúng ta chỉ cần có van nhỏ có thể chế tạo bộ nguồn với dòng tải lớn.

 

 

6.    Chỉnh l­ưu cầu ba pha.

a/Chỉnh lư­u cầu ba pha điều khiển đối xứng.

Sơ đồ chỉnh lư­u cầu ba pha điều khiển đối xứng hình 8.a có thể coi như­ hai sơ đồ chỉnh l­ưu tia ba pha mắc ngư­ợc chiều nhau, ba Tiristo T1,T3,T5 tạo thành một chỉnh l­ưu tia ba pha cho điện áp (+) tạo thành nhóm anod, còn T2,T4,T6 là một chỉnh l­ưu tia cho ta điện áp âm tạo thành nhóm catod, hai chỉnh l­ưu này ghép lại thành cầu ba pha.

Theo hoạt động của chỉnh lư­u cầu ba pha điều khiển đối xứng, dòng điện chạy qua tải là dòng điện chạy từ pha này về pha kia, do đó tại mỗi thời điểm cần mở Tiristo chúng ta cần cấp hai xung điều khiển đồng thời (một xung ở nhóm anod (+), một xung ở nhóm catod (-)).

Khi chúng ta cấp đúng các xung điều khiển, dòng điện sẽ đ­ược chạy từ pha có điện áp d­ương hơn về pha có điện áp âm hơn. Khi góc mở van nhỏ hoặc điện cảm lớn, trong mỗi khoảng dẫn của một van của nhóm này (anod hay catod) thì sẽ có hai van của nhóm kia đổi chỗ cho nhau. Điện áp ngư­ợc các van phải chịu ở chỉnh l­u cầu ba pha  sẽ bằng 0 khi van dẫn và bằng điện áp dây khi van khoá.

Sự phức tạp của chỉnh lư­u cầu ba pha điều khiển đối xứng nh­ư đã nói trên là cần phải mở đồng thời hai van theo đúng thứ tự pha, do đó gây không ít khó khăn khi chế tạo vận hành và sửa chữa. Để đơn giản hơn ngư­ời ta có thể sử dụng điều khiển không đối xứng.

a        b

c      d

Hình 8. Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng.

a- sơ đồ động lực; b- giản đồ các đường cong cơ bản

c,d – điện áp tải khi =60o =90o

b/Chỉnh l­ưu cầu ba pha điều khiển không đối xứng.

Loại chỉnh l­ưu này đ­ược cấu tạo từ một nhóm (anod hoặc catod) điều khiển và một nhóm không điều khiển như­ mô tả trên hình vẽ:

a                                                                                            b

.

Hình 9. Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển không đối xứng.

a- sơ đồ động lực;  b- giản đồ các đường cong cơ bản

Chỉnh l­ưu cầu ba pha điều khiển không đối xứng có dòng điện và điện áp tải liên tục khi góc mở các van bán dẫn nhỏ hơn 600, khi góc mở tăng lên và thành phần điện cảm của tải nhỏ, dòng điện và điện áp sẽ gián đoạn.

Theo dạng sóng điện áp tải ở trên trị số điện áp trung bình trên tải bằng 0 khi góc mở đạt tới 1800. Ngư­ời ta có thể coi điện áp trung bình trên tải là kết quả của tổng hai điện áp chỉnh l­ưu tia ba pha

Việc kích mở các van điều khiển trong chỉnh l­ưu cầu ba pha có điều khiển dễ dàng hơn, như­ng các điều hoà bậc cao của tải và của nguồn lớn hơn.

So với chỉnh l­ưu cầu ba pha điều khiển đối xứng, thì trong sơ đồ này việc điều khiển các van bán dẫn đư­ợc thực hiện đơn giản hơn. Ta có thể coi mạch điều khiển của bộ chỉnh lư­u này như­ điều khiển một chỉnh l­ưu tia ba pha.

Chỉnh lưu cầu ba pha hiện nay là sơ đồ có chất lư­ợng điện áp tốt nhất, hiệu suất sử dụng biến áp tốt nhất. Tuy vậy, đây cũng là sơ đồ phức tạp nhất.

7.    Chỉnh l­ưu khi có điôt ng­ược.

 

Hình 10. chỉnh lưu một pha với biến áp trung tính

Như đã nêu ở trên, khi chỉnh lưu làm việc với tải điện cảm lớn, năng lượng của cuộn dây tích luỹ sẽ được xả ra khi điện áp nguồn đổi dấu. Trong trường hợp này như mô tả trên hình 10 khi điện áp nguồn đổi dấu do điôt D đặt ngược điện áp lên các tiristo (trong các khoảng 0(t1, p1(t2, p2(t3), nên các tiristo bị khoá điện áp tải bằng 0. Dòng điện chạy qua các tiristo I1, I2 chỉ tồn tại trong khoảng (t1(p1, t2(p2, t3(p3) tiristo được phân cực thuận. Khi điện áp đổi dấu, năng lượng của cuộn dây tích luỹ xả qua điôt, để tiếp tục duy trì dòng điện ID trong mạch tả.

Chỉnh lư­u một pha thư­ờng đư­ợc chọn khi nguồn cấp là lư­ới điện một pha, hoặc công suất không quá lớn so với công suất lư­ới (làm mất đối xứng điện áp lưới, và tải không có yêu cầu quá cao về chất lư­ợng điện áp một chiều.

Trong chỉnh lư­u một pha, nếu tải có dòng điện lớn và điện áp thấp, thì sơ đồ chỉnh lư­u một pha cả chu kỳ với biến áp có trung tính có ­ưu điểm hơn. Bởi vì trong sơ đồ này tổn hao trên van bán dẫn ít hơn, nên công suất tổn hao trên van so với công suất tải nhỏ hơn, hiệu suất thiết bị cao hơn, điện áp ngược của van lớn (nếu điện áp cao mà chọn sơ đồ này có thể không chọn được van bán dẫn). Nếu tải có điện áp cao và dòng điện nhỏ, thì việc chọn sơ đồ cầu chỉnh lư­u một pha hợp lý hơn, bởi vì hệ số điện áp ngư­ợc của van trong sơ đồ cầu nhỏ hơn, do đó chúng ta dễ chọn van hơn.

Khi sử dụng sơ đồ chỉnh lư­u cầu một pha, đối với những loại tải không cần làm việc ở chế độ nghịch l­ưu hoàn trả năng lư­ợng về lư­ới, nên chọn sơ đồ chỉnh lư­u cầu điều khiển không đối xứng. Vì trong sơ đồ này tại mỗi thời điểm phát xung điều khiển chúng ta chỉ cần cấp một xung (ở chỉnh lư­u cầu một pha điều khiển đối xứng chúng ta phải cấp hai xung điều khiển cho hai Tiristo đồng thời), sơ đồ mạch điều khiển đơn giản hơn.

Chỉnh l­ưu cầu một pha điều khiển đối xứng đư­ợc dùng nhiều đối với các loại tải có làm việc ở chế độ nghịch l­ưu hoàn trả năng lư­ợng về lư­ới, như­ động cơ điện một chiều chẳng hạn.

Đối với các loại tải có điện cảm lớn (ví dụ nh­ư cuộn dây kích từ của máy điện), để lợi dụng năng l­ượng của cuộn dây xả ra và bảo vệ van khi mất điện đột ngột, ng­ười ta hay chọn ph­ương án mắc thêm một điôt ngư­ợc song song với tải.

Các sơ đồ chỉnh lư­u ba pha thư­ờng đ­ược chọn, khi nguồn cấp là lư­ới ba pha công nghiệp và khi tải có yều cầu cao về chất lư­ợng điện áp một chiều.

Chỉnh l­ưu tia ba pha thư­ờng đ­ược lựa chọn, khi công suất tải không quá lớn so với biến áp nguồn cấp (để tránh gây mất đối xứng cho nguồn lưới), và khi tải có yêu cầu không quá cao về chất l­ượng điện áp một chiều. Đối với các loại tải có điện áp một chiều định mức là 220V, sơ đồ tia ba pha có ư­u điểm hơn tất cả. Bởi vì theo sơ đồ này, khi chỉnh l­ưu trực tiếp từ l­ưới chúng ta có điện áp một chiều là  220V.1,17 =257,4V. Để có điện áp 220V không nhất thiết phải chế tạo biến áp, mà chỉ cần chế tạo ba cuộn kháng anod của van là đủ.

Chỉnh lư­u cầu ba pha nên chọn, khi cần chất lư­ợng điện áp một chiều tốt, vì đây là sơ đồ có chất lư­ợng điện áp ra tốt nhất, trong các sơ đồ chỉnh lưu thư­ờng gặp. Sơ đồ chỉnh lư­u cầu ba pha điều khiển không đối xứng có mạch điều khiển đơn giản hơn, nên trong đa số các trư­ờng hợp ng­ười ta hay chọn ph­ương án cầu ba pha điều khiển không đối xứng. Ví dụ làm nguồn cho máy hàn một chiều, điều khiển kích từ  máy phát xoay chiều công suất nhỏ, các bộ nguồn cho các thiết bị điện hoá nh­ư mạ điện, điện phân….

Sơ đồ chỉnh lư­u cầu ba pha điều khiển đối xứng đư­ợc dùng nhiều trong các trư­ờng hợp tải có yêu cầu về việc hoàn trả năng l­ượng về lư­ới, ví dụ như­ điều khiển động cơ điện một chiều.

Để giảm tiết diện dây quấn thứ cấp biến áp, các cuộn dây thứ cấp biến áp có thể đấu tam giác ().

Sơ đồ tia sáu pha, với việc chế tạo biến áp phức tạp và phải làm thêm cuộn

sơ đồ cầu ba pha chúng ta không chọn đ­ược van theo dòng điện.

Cùng một trị số điện áp và dòng điện tải như­ nhau, sử dụng sơ đồ càng nhiều pha dòng điện làm việc của van bán dẫn càng nhỏ. Các sơ đồ cầu bao giờ cũng có điện áp làm việc của van nhỏ hơn so với sơ đồ tia cùng loại.

—————————————————————————————————————–

CHƯƠNG II

                        CHỈNH LƯU TIA  III PHA

Chỉnh l­ưu tia ba pha th­ường đ­ược lựa chọn, khi công suất tải không quá lớn so với biến áp nguồn cấp (để tránh gây mất đối xứng cho nguồn lưới), và khi tải có yêu cầu không quá cao về chất l­ượng điện áp một chiều.

Hình 11. Sơ đồ động lực

Khi biến áp có ba pha đấu sao (  ) trên mỗi pha A,B,C ta nối một van như hình vẽ ba catod đấu chung cho ta điện áp d­ương của tải, còn trung tính biến áp sẽ là điện áp âm. Ba pha điện áp A,B,C dịch pha nhau một góc là 120o theo các đ­ường cong điện áp pha, chúng ta có điện áp của một pha dương hơn điện áp của hai pha kia trong khoảng thời gian 1/3 chu kỳ ( 120o ). Từ đó thấy rằng, tại mỗi thời điểm chỉ có điện áp của một pha d­ương hơn hai pha kia.

Nguyên tắc mở thông và điều khiển các van ở đây là khi anod của van nào dư­ơng hơn van đó mới đ­ược kích mở. Thời điểm hai điện áp của hai pha giao nhau đư­ợc coi là góc thông tự nhiên của các van bán dẫn. Các Tiristior chỉ đ­ược mở thông với góc mở nhỏ nhất tại thời điểm góc thông tự nhiên (như­ vậy trong chỉnh l­ưu ba pha, góc mở nhỏ nhất  = 0o sẽ dịch pha so với điện áp pha một góc là 300).

Theo hình vẽ tại mỗi thời điểm nào đó chỉ có một van dẫn, nh­ư vậy mỗi van dẫn thông trong 1/3 chu kỳ nếu điện áp tải liên tục ( đ­ường cong I1,I1,I3 trên hình vẽ), còn nếu điện áp tải gián đoạn thì thời gian dẫn thông của các van nhỏ hơn.

Tuy nhiên trong cả hai tr­ường hợp dòng điện trung bình của các van đều bằng 1/3.Id. Trong khoảng thời gian van dẫn dòng điện của van bằng dòng điện tải, trong khoảng van khoá dòng điện van bằng 0. Điện áp của van phải chịu bằng điện dây giữa pha có van khoá với pha có van đang dẫn.

Ví dụ trong khoảng t2  t3 van T1 khoá còn T2 dẫn do đó van T1 phải chịu một điện áp dây UAB, đến khoảng t3  t4 các van T1, T2 khoá, còn T3 dẫn lúc này T1 chịu điện áp dây UAC.

Khi tải điện cảm (nhất là điện cảm lớn) dòng điện, điện áp tải là các đường cong liên tục, nhờ năng l­ượng dự trữ trong cuộn dây đủ lớn để duy trì dòng điện khi điện áp đổi dấu, nh­ư đư­ờng cong nét đậm trên hình 11.

So với chỉnh lư­u một pha, thì chỉnh l­ưu tia ba pha có chất l­ượng điện một chiều tốt hơn, biên độ điện áp đập mạch thấp hơn, thành phần sóng hài bậc cao bé hơn, việc điều khiển các van bán dẫn trong trường hợp này cũng t­ương đối đơn giản.

Với việc dòng điện mỗi cuộn dây thứ cấp là dòng một chiều, nhờ có biến áp ba pha ba trụ mà từ thông lõi thép biến áp là từ thông xoay chiều không đối xứng làm cho công suất biến áp phải lớn .Nếu ở đây biến áp được chế tạo từ ba biến áp một pha thì công suất các biến áp còn lớn hơn nhiều.

Khi chế tạo biến áp động lực các cuộn dây thứ cấp phải đư­ợc đấu  với dây trung tính phải lớn hơn dây pha vì theo sơ đồ hình 11 thì dây trung tính chịu dòng điện tải.

————————————————————————————–

CHƯƠNG III

TÍNH TOÁN VAN ĐỘNG LỰC

 

Hai thông số cần quan tâm nhất khi chọn van bán dẫn cho chỉnh l­ưu là điện áp và dòng điện, các thông số còn lại là những thông số tham khảo khi lựa chọn.

Khi đã đáp ứng đ­ược hai thông số cơ bản trên các thông số còn lại có thể tham khảo theo gợi ý sau:

Loại van nào có sụt áp U nhỏ hơn sẽ có tổn hao nhiệt ít hơn.

Dòng điện rò của loại van nào nhỏ hơn thì chất lư­ợng tốt hơn.

Nhiệt độ cho phép của loại van nào cao hơn thì khả năng chịu nhiệt tốt hơn.

Điện áp và dòng điện điều khiển của loại van nào nhỏ hơn, công suất điều khiển thấp hơn.

Loại van nào có thời gian chuyển mạch bé hơn sẽ nhạy hơn. Tuy nhiên trong đa số các van bán dẫn thời gian chuyển mạch th­ường tỷ lệ nghịch với tổn hao công suất.

Các van động lực đư­ợc lựa chọn  dựa vào các yếu tố cơ bản là: dòng tải, sơ đồ đã chọn,  điều kiện toả nhiệt, điện áp làm việc.

Các thông số cơ bản của van động lực đ­ược tính nh­ư sau:

Điện áp ng­ược của van đ­ược tính:

Ulv =  knv. U2         (1)

với U2 = Ud/ku thay vào (1)  lúc đó Ulv có thể tính

Ulv=knv.Ud/ku.

Trong đó: Ud, U2, Ulv –  điện áp tải, nguồn xoay chiều, ng­ược của van;
knv, ku –  các hệ số điện áp ng­ược và điện áp tải. Các hệ số này tra từ bảng:

Knv=2,45

Ku=1,17

Thay số vào ta có:

Ulv=2,45. =209,4  (V)

Để có thể chọn van theo điện áp hợp lý, thì điện áp ng­ược của van cần chọn phải lớn hơn điện áp làm việc đ­ược tính từ công thức (1), qua một hệ số dự trữ kdtU

Unv = kdtU.Ulv.                                                                   (8 -3)

kdtU thư­ờng đư­ợc chọn lớn hơn 1,6 (Chọn kdtU=2)

Suy ra: Unv=2.209,4=418,8 (V)

Tính dòng điện của van.

Dòng điện làm việc của van đ­ược chọn theo dòng điện hiệu dụng chạy qua van theo sơ đồ đã chọn (Ilv = Ihd). Dòng điện hiệu dụng đ­ược tính:

được tính: Ihd = khd. Id                                                                      

Trong đó: Ihd , Id –  Dòng điện hiệu dụng của van và dòng điện tải;

khd=0.58 – Hệ số xác định dòng điện hiệu dụng (tra bảng).

Vậy ta có:   Ilv=Ihd=0.58.22=12,76  (A)

Để van bán dẫn có thể làm việc an toàn, không bị chọc thủng về nhiệt, cần phải chọn và thiết kế hệ thống toả nhiệt hợp lý. Chọn điều kiện có cánh toả nhiệt với đủ diện tích bề mặt cho phép van làm việc tới  40%Iđmv (Iđmv > 2,5.Ilv)

Hay chọn :Ilv=25%Iđmv

Ta có Iđmv=4.12,76=51,04  (A)

Để có thể chọn đ­ược van cho làm việc với các thông số định mức cơ bản trên, chúng ta tra bảng thông số một số Tiristor chọn các van có thông số điện áp ng­ược (Unv), dòng điện định mức(Iđmv) lớn hơn gần nhất với thông số đã tính được ở trên.

Theo cách đó có thể chọn :

Tiristor loại T60N600BOC có các thông số định mức:

  • Dòng điện định mức của van Iđmv=60 A.
  • Điện áp ng­ược cực đại của van Unv = 600 V.
  • Độ sụt áp trên van U = 1,8 V.
  • Dòng điện dò Ir = 25 mA.
  • Điện áp điều khiển Uđk =1.4 V.
  • Dòng điện điều khiển Iđk = 150 m A.

  ——————————————————————————————————————–

 

CHƯƠNG IV

TÍNH TOÁN BIẾN ÁP

Chọn máy biến áp 3 pha 3 trụ sơ đồ đấu dây D/Y làm mát bằng không khí tự nhiên .

Tính các thông số cơ bản :

Điện áp pha sơ cấp máy biến áp :                Up =380 (V)

Điện áp pha thứ cấp của máy biến áp

Phương trình cân bằng điện áp khi có tải :

Udo .cos amin =Ud +2. DUv +DUdn + DUba

Trong đó :        min =10o là góc dự trữ khi có sự suy giảm điện lưới

DUv =1,8(V)  là sụt áp trên Thyristor

DUdn0 là sụt áp trên dây nối

DUba = DUr + DUx là sụt áp trên điện trở và điện kháng máy biến áp .

Chọn sơ bộ :      DUba =10%.Ud =10%.100 = 10(V)

Từ phương trình cân bằng điện áp khi có tải ta có :

Ud0 ===115,35 (V)

Điện áp pha thứ cấp pha máy biến áp :

U2= ==85,47 (V)

Dòng điện hiệu dụng thứ cấp của máy biến áp :

I2 =k2.Id=0,58.22= 12,76 (A)

Dòng điện hiệu dụng sơ cấp máy biến áp :

I1 = KbaI2 = .I2 =  . 12,76 = 2,87 (A)

Tính tiết diện dây dẫn:

(mm2)

Trong đó :   I – dòng điện chạy qua cuộn dây [A];

J – mật độ dòng điện trong biến áp thường chọn  2  2,75 [A/mm2]

Vậy tiết diện dây dẫn sơ cấp:     Scu1==1,4357    ( mm2).

Tiết diện dây dẫn thứ cấp:       Scu2==5,1  (mm2)

Nếu chọn dây quấn tròn thì đường kính dây được tính:

Suy ra  : d1=1,35 mm   (chuẩn hóa)

=>Dn1=1.44mm  (cả vỏ cách điện )

d2 =2,83 mm     (chuẩn hóa)

=>Dn2=2,95 mm  (cả vỏ cách điện )

Xác định công suất tối đa của tải ví dụ với tải chỉnh lưu xác định

Pdmax = Udo . Id =  115,35 .22 =2537,7  (W)

Công suất biến áp nguồn cấp được tính

Sba = ks . Pdmax

            Trong đó : Sba – công suất biểu kiến của biến áp [W];

                             ks – hệ số công suất theo sơ đồ mạch động lực        

Suy ra Sba=1,345.2537,7=3413,21 (VA)      

Tính toán sơ bộ mạch từ

 

Tiết diện trụ QFe của lõi thép biến áp được tính từ công suất:

Với   kQ = 5  ¸  6 –máy biến áp khô (chọn kq=6)

m=3 – số trụ của máy biến áp

f – tần số nguồn điện xoay chiều f=50 Hz.

Đưòng kính trụ :

d = = = 6,04(cm)

Chuẩn đường kính trụ theo tiêu chuẩn  d = 6.1 (cm)

Chọn loại lá thép có độ dày 0,5 mm

Tính toán dây quấn biến áp.

Thông số các cuộn dây cần tính bao gồm số vòng và kích thước dây.

Số vòng dây của cuộn sơ cấp được tính

           Với   B – từ cảm (thường chọn trong khoảng (1,0 ¸ 1,8) Tesla tuỳ thuộc chất lượng tôn-ở đây chọn B=1).

Chọn W1=600 [vòng]

Tương tự số vòng dây của cuộn thứ cấp được tính

Chọn W2=136 [vòng]

Chọn sơ bộ các kích thước cơ bản của mạch từ

 

Chọn hình dáng của trụ

Vì công suất nhỏ (dưới 10 KVA), ta chọn trụ chữ nhật với các kích thước  QFe = a . b. Trong đó a – bề rộng trụ, b – bề dầy trụ

với:

Qcs1 =k.W1.SCu1  =2,5.600.1,4314=2147,1   [mm2]

Qcs2 =k.W2.SCu2  =2,5.136.6,29=    2138,6     [mm2]

Trong đó: Qcs,- diện tích cửa sổ [mm2];

               Qcs1,Qcs2  – phần do cuộn sơ cấp và thứ cấp chiếm chỗ [mm2];

               W1, W2  – số vòng dây sơ, thứ cấp;

               SCu1, SCu2  –  tiết diện dây quấn sơ, thứ cấp [mm2];

                k  –  hệ số lấp đầy thường chọn  2,0 ¸ 3,0 (chọn kld=2.5)

 

Diện tích cửa sổ cần có:

Qcs  = Qcs1 + Qcs2 =  4285,7         [mm2]

Mà QFe=2826[mm2]=a*a

=>Chọn kích thước cửa sổ.

Khi đã có diện tích cửa sổ Qcs, cần chọn các kích thước cơ bản (chiều cao h và chiều rộng c với Qcs = c.h) của cửa sổ mạch từ. Các kích thước cơ bản này của lõi thép do người thiết kế tự chọn. Những số liệu đầu tiên có thể tham khảo chiều cao h và chiều rộng cửa sổ c được chọn dựa vào các hệ số phụ m=h/a; n = c/a; l = b/a. Kinh nghiệm cho thấy đối với lõi thép hình E thì m = 2,8; n = 0,55; l = 1  (1,5; là tối ưu hơn cả. Tuy nhiên những hệ số phụ này sau khi tính xong mạch từ có thể không hợp lý cho một số trường hợp, lúc đó người thiết kế cần thay đổi các chỉ số phụ cho để tính lại.

=>c=29,28 mm

h=146,4 mm

a=53 mm

b=53 mm

Chiều rộng toàn bộ mạch từ

C = 2c + x.a =2.29,28+3.53=217,56 mm

(Với x = 3- biến áp ba pha)

chiều cao mạch từ

H = h + z.a=146,4+2.53=  252,4 mm

(Với z = 2 -biến áp ba pha)

Hình dáng kết cấu mạch từ thể hiện như hình vẽ:

                              Sơ đồ kết cấu lõi thép biến áp

      

 

 

 

Kết cấu dây quấn.

 

Dây quấn được bố trí theo chiều dọc trụ, mỗi cuộn dây được quấn thành nhiều lớp dây. Mỗi lớp dây được quấn liên tục, các vòng dây sát nhau. Các lớp dây cách điện với nhau bằng các bìa cách điện. Cách tính các thông số này như sau:

Số vòng dây trên mỗi lớp W1l:

Khi dây quấn tiết diện tròn được tính

(8 – 21)

Trong đó: h –  chiều cao cửa sổ,

               dn –  đường kính dây quấn kể cả cách điện;

              hg –  khoảng cách cách điện với gông có thể tham khảo chọn hg = 2.dn.

Số lớp dây Sld trong cửa sổ được tính bằng tỷ số, số vòng dây W của cuộn dây W1 hoặc W2 cần tính, trên số vòng dây trên một lớp W1l

=>Sld1=600/100=6           (lớp)

Sld2=136/48=2,83     (lớp)

Như vậy:  600 vòng tách thành 6 lớp mỗi lớp 100 vòng .

136 vòng tách thành 3 lớp: 2 lớp 48 vòng;1 lớp 40 vòng.

Chọn sơ bộ khoảng cách cách điện gông là 1,5 cm .

Chiều cao thực tế của cuộn sơ cấp :

h1=  = = 152(mm)

Chiều cao thực tế của cuộn thứ cấp :

h2=  = = 149 (mm)

Chọn ống quấn dây làm bằng vật liệu cách điện có bề dầy : S01= 0,1 cm.

Khoảng cách từ trụ tới cuộn dây sơ cấp  a01= 1,0 cm .

Đường kính trong của ống cách điện .

Dt= dFe + 2.a01– 2.S01 =6,1+ 2.1 – 2.0,1 = 7,9 (cm)

Đường kính trong của cuộn sơ cấp .

Dt1= Dt + 2.S01=7,9 + 2.0,1= 8,1(cm)

Chọn bề dầy giữa hai lớp dây ở cuộn sơ cấp : cd11= 0,1 mm

Bề dầy cuộn sơ cấp .

Bd1= (Dn1+cd11).Sld1= (1,44 + 0.1).6= 9,24 (mm) = 0,924 (cm)

Đường kính ngoài của cuộn sơ cấp .

Dn1= Dt1+2.Bd1=8,1 + 2.0,924= 9,95 (cm)

Đường kính trung bình của cuộn sơ cấp .

Dtb1= == 9,03 (cm)

Chiều dài dây quấn sơ cấp .

l1 = W1.p.Dtb1=600. p.9,03.10-2= 170,2 (m)

Chọn bề dày cách điện giữa cuộn sơ cấp và thứ cấp :cd01=0,5cm

*/  Kết cấu dây quấn thứ cấp .

Đường kính trong của cuộn thứ cấp.

Dt2 = Dn1+ 2.cd01 = 9,95 + 2.0,5 = 10,95 (cm)

Chọn bề dầy cách điện giữa các lớp dây ở cuộn thứ cấp : cd22= 0,1 (mm)

Bề dầy cuộn sơ cấp .

Bd2 = (Dn2+cd22).Sld2 = (2,95 + 0,1).3= 9,15 (mm) = 0,915(cm)

Đường kính ngoài của cuộn thứ cấp .

Dn2= Dt2+ 2.Bd2= 11,95 + 2.0,915 = 13,78 (cm)

Đường kính trung bình của cuộn thứ cấp .

Dtb2= = = 12,87 (cm)

Chiều dài dây quấn thứ cấp .

l2 = p.W2.Dtb2 =136. p.12,87.10-2 = 55 (m)

Đường kính trung bình các cuộn dây .

D12=  = =11 (cm)

r12= = 5,5 (cm)

Chọn khoảng cách giữa hai cuộn thứ cấp : a22= 2 (cm)

*/ chọn gông

 

Để đơn giản trong việc chế tạo gông từ ,ta chọn gông có tiết diện hình chữ nhật có các kích thước sau .

Chiều dày của gông bằng chiều dày của trụ : gd=a=53 (mm)

Chiều cao của gông bằng                              : gc =a=53(mm)

Số lá thép dùng trong một gông .

hg == 106 (lá)

Tiết diện hiệu quả của trụ .

QT= khq.QFe = 0,95.28,62 = 27,19 (cm2)

Tính chính xác mật độ từ cảm trong trụ .

BT =  = = 1,049 (T)

Mật độ từ cảm trong gông .

Bg = BT. = 1,049.1 = 1,049 (T)

*/  Tính khối lượng của sắt và đồng .

 

Thể tích của trụ .

VT = 3.QFe.h = 3.28,62.14,64 = 1256.99 (cm3)

Thể tích của gông .

Vg = 2.Qg.C = 2.4,5,3.5,3.21,756 = 1222,25  (cm3)

Khối lượng của trụ .

MT= VT . mFe = 1,25699 . 7,85 = 9,88 (Kg)

Khối lượng của gông .

Mg = Vg . mFe = 1,22225.7,85 =9,59 (Kg)

Khối lượng của sắt .

MFe= MT+Mg = 9,88+9,59 = 19,47  (Kg)

Thể tích đồng .

VCu = 3.(Scu1.l1 + Scu2.l2) = 3.(1,4314.10-4.1702+6,29.10-4.550)=1,77 (dm3)

MCu = VCu . mCu = 1,77.8,9 =15,75 (Kg)

 

*/  Tính các thông số của máy biến áp .

 

Điện trở của cuộn sơ cấp máy biến áp ở 75o C .

với  =0,02133 (.mm2 /m) Điện trở suất của đồng ở 75o C

R1= r.= 0,02133. = 2,53  (W)

Điện trở cuộn thứ cấp máy biến áp ở 750C .

R2= r.= 0,02133. = 0,19 (W)

Điện trở của máy biến áp qui đổi về thứ cấp .

RBA = R2 + R1= 0,19+ 2,53. =0,32  (W)

Sụt áp trên điện trở máy biến áp .

DUr = RBA.Id = 0,32 . 22 = 7,04 (V)

Điện kháng máy biến áp qui đổi về thứ cấp .

XBA= 8 .p2.(W2)2..w.10-7

=  8 .p2.1362..314.10-7

= 0,50(W)

Điện cảm máy biến áp qui đổi về thứ cấp .

LBA = =  = 1,5910-3(H) = 1,59 (mH)

Sụt áp trên điện kháng máy biến áp .

DUx = XBA.Id = 0,5.22= 10,5 (V)

Sụt áp trên máy biến áp .

DUBA= = = 12,64 (V)

Điện áp trên động cơ khi có góc mở min= 100

U= Ud0.Cosamin  –  2.DUV –  DUBA

= 115,35.cos100 – 2.1,8 – 12,64 =97,36 (V)

Tổng trở ngắn mạch qui đổi về thứ cấp .

ZBA = = = 0,59 (W)

Tổn hao ngắn mạch trong máy biến áp .

DPn = 3.RBA .I= 3.0,32.,12,762 = 156,3 (W)

DP% = .100 = .100 = 4,58 %

Điện áp ngắn mạch tác dụng .

Unr= .100 = .100 =4,78 %

Điện áp ngắn mạch phản kháng .

Unx = .100 = .100 = 7,46 %

Điện áp ngắn mạch phần trăm .

Un= == 8,86

Dòng điện ngắn mạch xác lập .

I2nm= = =144,86 (A)

Dòng điện ngắn mạch tức thời cực đại .

Ipik :Đỉnh xung max của Thyristor

Imax = = =232,23 (A)

< Ipik = 700 (A)

Vậy máy biến áp thiết kế sử dụng tốt

suất thiết bị chỉnh lưu .

h =  = = 64,46 %

———————————————————————————————-

                   CHƯƠNG V

THIẾT KẾ NGUYÊN LÝ MẠCH ĐIỀU KHIỂN

 

1. Thiết kế mạch điều khiển

a/. Nguyên lý thiết kế mach điều khiển.

Điều khiển Tiristo trong sơ đồ chỉnh lưu hiện nay thường gặp là điều khiển theo nguyên tắc thẳng đứng tuyến tính. Nội dung của nguyên tắc này có thể mô tả theo giản đồ hình V.1 như sau.

Khi điện áp xoay chiều hình sin đặt vào anod của Tiristo, để có thể điều khiển được góc mở ( của Tiristo trong vùng điện áp + anod, ta cần tạo một điện áp tựa dạng tam giác, ta thường gọi là điện áp tựa là điện áp răng cưa Urc. Như vậy điện áp tựa cần có trong vùng điện áp dương anod.

Dùng một điện áp một chiều Uđk so sánh với điện áp tựa. Tại thời điểm (t1,t4) điện áp tựa bằng điện áp điều khiển (Urc = Uđk), trong vùng điện áp dương anod, thì phát xung điều khiển Xđk. Tiristo được mở từ thời điểm có xung điều khiển (t1,t4) cho tới cuối bán kỳ (hoặc tới khi dòng điện bằng 0)

Hình V.1.  Nguyên lý điều khiển chỉnh lưu.

 

 

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 ba khâu cơ bản trên hình V.2.

Hình V.2. Sơ đồ khối mạch điều khiển

Nhiệm vụ của các khâu trong sơ đồ khối hình V.2 như sau:

Khâu đồng pha có nhiệm vụ tạo điện áp tựa Urc (thường gặp là điện áp dạng răng cưa tuyến tính) trùng pha với điện áp anod của Tiristo

Khâu so sánh có nhiệm vụ so sánh giữa điện áp tựa với điện áp điều khiển Uđk, tìm thời điểm hai điện áp này bằng nhau (Uđk = Urc). Tại thời điểm hai điện áp này bằng nhau, thì phát xung ở đầu ra để gửi sang tầng khuyếch đại.

Khâu tạo xung có nhiệm vụ tạo xung phù hợp để mở Tiristo. Xung để mở Tiristor có yêu cầu: sườn trước dốc thẳng đứng, để đảm bảo yêu cầu Tiristo mở tức thời khi có xung điều khiển (thường gặp loại xung này là xung kim hoặc xung chữ nhật); đủ độ rộng với độ rộng xung lớn hơn thời gian mở của Tiristo; đủ công suất; cách ly giữa mạch điều khiển với mạch động lực (nếu điện áp động lực quá lớn)

Với nhiệm vụ của các khâu như vậy tiến hành thiết kế, tính chọn các khâu cơ bản của ba khối trên. Chi tiết về các mạch này sẽ giới thiệu chi tiết ở phần sau.

 

b/. Thiết kế sơ đồ nguyên lý.

 

Hiện nay mạch điều khiển chỉnh lưu thường được thiết kế theo nguyên tắc thẳng đứng tuyến tính như giới thiệu trên.

Theo nhiệm vụ của các khâu như đã giới thiệu, tiến hành thiết kế, tính chọn các khâu cơ bản của ba khối trên.

Trên hình V.3;V.4;V5 giới thiệu một số khâu đồng pha, so sánh, tạo xung điển hình.

Sơ đồ hình V.3 a là sơ đồ đơn giản, dễ thực hiện, với số linh kiện ít nhưng chất lượng điện áp tựa không tốt. Độ dài của phần biến thiên tuyến tính của điện áp tựa không phủ hết 1800. Do vậy, góc mở van lớn nhất bị giới hạn. Hay nói cách khác, nếu theo sơ đồ này điện áp tải không điều khiển được từ 0 tới cực đại mà từ một trị số nào đó đến cực đại.

Để khắc phục nhược điểm về dải điều chỉnh ở sơ đồ hình V.3.a người ta sử dụng sơ đồ tao điện áp tựa bằng sơ đồ hình V.3.b. Theo sơ đồ này, điện áp tựa có phần biến thiên tuyến tính phủ hết nửa chu kỳ điện áp. Do vậy khi cần điều khiển điện áp từ 0 tới cực đại là hoàn toàn có thể đáp ứng được.

b.
d.
Hình V.3: Một số khâu đồng pha điển hình.

a- Dùng diod và tụ; b- Dùng tranzitor và tụ; c- Dùng bộ ghép quang; d- Dùng khuếch đại thuật toán .

Với sự ra đời của các linh kiện ghép quang, chúng ta có thể sử dụng sơ đồ tạo điện áp tựa bằng bộ ghép quang như hình V.3.c. Nguyên lý và chất lượng điện áp tựa của hai sơ đồ hình V.3.b,c tương đối giống nhau. Ưu điểm của sơ đồ hình V.3.c ở chỗ không cần biến áp đồng pha , do đó có thể đơn giản hơn trong việc chế tạo và lắp đặt.

Các sơ đồ trên đều có chung nhược điểm là việc mở, khoá các Tranzitor trong vùng điện áp lân cận 0 là thiếu chính xác làm cho việc nạp, xả tụ trong vùng điện áp lưới gần 0 không được như ý muốn.

Ngày nay các vi mạch được chế tạo ngày càng nhiều, chất lượng ngày càng cao, kích thước ngày càng gọn, ứng dụng các vi mạch vào thiết kế mạch đồng pha có thể cho ta chất lượng điện áp tựa tốt. Trên sơ đồ hình V.3.d  mô tả sơ đồ tạo điện áp tựa dùng khuyếch đại thuật toán (KĐTT).

Hình V.4: Sơ đồ các khâu so sánh thường gặp

a- Bằng tranzitor; b- Cộng một cổng đảo của KĐTT c-Hai cổng KĐTT.

Để xác định được thời điểm cần mở Tiristo chúng ta cần so sánh hai tín hiệu Uđk và Urc. Việc so sánh các tín hiệu đó có thể được thực hiện bằng Tranzitor (Tr) như trên hình V.4.a. Tại thời điểm Uđk = Urc, đầu vào Tr lật trạng thái từ khoá sang mở (hay ngược lại từ mở sang khoá), làm cho điện áp ra cũng bị lật trạng thái, tại đó chúng ta đánh dấu được thời điểm cần mở Tiristo.

Với mức độ mở bão hoà của Tr phụ thuộc vào hiệu Uđk ( Urc = Ub, hiệu này có một vùng điện áp nhỏ hàng mV, làm cho Tr không làm việc ở chế độ đóng cắt như ta mong muốn, do đó nhiều khi làm thời điểm mở Tiristo bị lệch khá xa so với điểm cần mở tại Uđk = Urc.

KĐTT có hệ số khuyếch đại vô cùng lớn, chỉ cần một tín hiệu rất nhỏ (cỡ (V) ở đầu vào, đầu ra đã có điện áp nguồn nuôi, nên việc ứng dụng KĐTT làm khâu so sánh là hợp lý. Các sơ đồ so sánh dùng KĐTT trên hình V.4.b,c rất thường gặp trong các sơ đồ mạch hiện nay. Ưu điểm hơn hẳn của các sơ đồ này là có thể phát xung điều khiển chính xác tại Uđk = Urc.

Với nhiệm vụ tạo xung phù hợp để mở Tiristo như đã nêu ở trên, tầng khuyếch đại cuối cùng thường được thiết kế bằng Tranzitor công suất, như mô tả trên hình V.5.a. Để có xung dạng kim gửi tới Tiristo, ta dùng biến áp xung (BAX), để có thể khuyếch đại công suất ta dùng Tr, điôt D bảo vệ Tr và cuộn dây sơ cấp biến áp xung khi Tr khoá đột ngột. Mặc dù với ưu điểm đơn giản, nhưng sơ đồ này được dùng không rộng rãi, bởi lẽ hệ số khuyếch đại của tranzitor loại này nhiều khi không đủ lớn, để khuyếch đại được tín hiệu từ khâu so sánh đưa sang.

Hình  V.5: Sơ đồ các khâu khuếch đại.

a- Bằng tranzitor công suất  b- Bằng Sơ đồ darlington;
c- Sơ đồ có tụ nối tầng.

Tầng khuyếch đại cuối cùng bằng sơ đồ darlington như trên hình V.5.b thường hay được dùng trong thực tế. ở sơ đồ này hoàn toàn có thể đáp ứng được yêu cầu về khuyếch đại công suất, khi hệ số khuyếch đại được nhân lên theo thông số của các tranzitor.

Trong thực tế xung điều khiển chỉ cần có độ rộng bé (cỡ khoảng (10 200) ms), mà thời gian mở thông các tranzitor công suất dài (tối đa tới một nửa chu kỳ – 0.01s), làm cho công suất toả nhiệt dư của Tr quá lớn và kích thước dây quấn sơ cấp biến áp dư lớn. Để giảm nhỏ công suất toả nhiệt Tr và kích thước dây sơ cấp BAX chúng ta có thể thêm tụ nối tầng như hình V.5.c. Theo sơ đồ này, Tr chỉ mở cho dòng điện chạy qua trong khoảng thời gian nạp tụ, nên dòng hiệu dụng của chúng bé hơn nhiều lần.

Đối với một số sơ đồ mạch, để giảm công suất cho tầng khuyếch đại và tăng số lượng xung kích mở, nhằm đảm bảo Tiristo mở một cách chắc chắn, người ta hay phát xung chùm cho các Tiristo. Nguyên tắc phát xung chùm là trước khi vào tầng khuyếch đại, ta đưa chèn thêm một cổng và (() với tín hiệu

vào nhận từ tầng so sánh và từ bộ phát xung chùm như hình V.6.

Hình V.6: Sơ đồ phối hợp tạo xung chùm.

Một số sơ đồ khâu tạo chùm xung mô tả trên hình V.7.

Vi mạch 555 tạo xung đồng hồ hình V.7.a cho ta chất lượng xung khá tốt và sơ đồ cũng tương đối đơn giản. Sơ đồ này thường hay gặp trong các mạch tạo chùm xung.

Trong thiết kế mạch điều khiển, thường hay sử dụng KĐTT. Do đó để đồng dạng về linh kiện, khâu tạo chùm xung cũng có thể sử dụng KĐTT, như các sơ đồ trên hình V.7.b,c. Tuy nhiên, ở đây sơ đồ dao động đa hài hình V.7.b có ưu điểm hơn về mức độ đơn giản, do đó được sử dụng khá rộng rãi trong các mạcg tạo xung chữ nhật.

Hình V.7: Một số sơ đồ chùm xung.

a.Sơ đồ dùng vi mạch 555; b. Đa hài bằng KĐTT;

. c-Tạo bằng mạch KĐTT

Sau khi phân tích ưu,nhược điểm của các khâu ta chọn  sơ chọn mạch điều khiển như sau:

  • Mạch tạo xung điều khiển đơn
  1. Mạch tạo chùm xung điều khiển

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here