Đồ án Thiết bị điều khiển - Kích từ máy phát đồng bộ

tõ tr­êng cña cùc tõ r«to F0 c¾t d©y quÊn stato c¶m øng ra s®® E0 chËm pha so víi tõ th«ng F0 gãc 900 (h×nh A-4a). D©y quÊn stato nèi víi t¶i sÏ t¹o nªn dßng ®iÖn I cung cÊp cho t¶i. Dßng ®iÖn I trong d©y quÊn stato t¹o nªn tõ tr­êng quay gäi lµ tõ tr­êng phÇn øng F quay ®ång bé víi tõ tr­êng cña cùc tõ F0. Gãc lÖch pha gi÷a E0 vµ I do tÝnh chÊt cña t¶i quyÕt ®Þnh. H×nh I-4a:pha y = 0, E0 vµ I cïng pha. Dßng ®iÖn I sinh ra tõ tr­êng phÇn øng F cïng pha víi dßng ®iÖn. T¸c dông cña tõ tr­êng phÇn øng F lªn tõ tr­êng cùc tõ F0 theo h­íng ngang trôc, lµm mÐo tõ tr­êng cùc tõ, ta gäi ph¶n øng phÇn øng ngang trôc. Tr­êng hîp t¶i thuÇn c¶m(h×nh I-4b) gãc lÖch pha y = 900, dßng ®iÖn I sinh ra tõ tr­êng phÇn øng F ng­îc chiÒu víi F0 ta gäi lµ ph¶n øng phÇn øng däc trôc khö tõ, cã t¸c dông lµm gi¶m tõ tr­êng tæng. Tr­êng hîp t¶i thuÇn dung y = -900(h×nhI-4c) dßng ®iÖn sinh ra tõ tr­êng phÇn øng F, cïng chiÒu víi F0, ta gäi lµ ph¶n øng phÇn øng däc trôc trî tõ, cã t¸c dông lµmg t¨ng tõ tr­êng tæng. Tr­êng hîp t¶i bÊt kú (h×nhI-4d) ta ph©n tÝch dßng ®iÖn I lµm 2 thµnh phÇn : thµnh phÇn däc trôc Id = Isiny vµ thµnh phÇn ngang trôc Iq = Icosy, dßng ®iÖn I sinh ra tõ tr­êng phÇn øng võa cã tÝnh chÊt ngang trôc võa cã tÝnh chÊt däc trôc trî tõ hoÆc khö tõ tuú theotÝnh chÊt cña t¶i cã tÝnh chÊt ®iÖn c¶m hoÆc cã tÝnh chÊt ®iÖn dung. Ph­¬ng tr×nh ®iÖn ¸p cña m¸y ph¸t ®iÖn ®ång bé cùc låi Khi m¸y ph¸t ®iÖn lµm viÖc, tõ tr­êng cùc tõ F0 sinh ra s®® E0 ë d©y quÊn stato.Khi cã t¶i sÏ cã dßng ®iÖn I vµ ®iÖn ¸p U trªn t¶i. Ta cã ph­¬ng tr×nh c©n b»ng ®iÖn ¸p cña m¸y ph¸t ®iÖn ®ång bé cùc låi: U = E0 - jidX­d - jidXt - jidX­q - jiqXt = E0 – jid(X­d + Xt) – jiq(X­q + Xt) Gäi X­q + Xt = Xd lµ ®iÖn kh¸ng ®ång bé däc trôc. X­q + Xt = Xq lµ ®iÖn kh¸ng ®ång bé ngang trôc, ta cã thÓ viÕt gän l¹i; U = E0 – jidXd - jiqXq Ph­¬ng tr×nh trªn t­¬ng øng víi ®å thÞ vect¬ ta thÊy gãc lÖch pha ®iÖn ¸p U vµ s®® E0 do t¶i quyÕt ®Þnh. A E0 jIXdb B C I j q 0 (b) E0 jIdXd JiqXq U q Iq I f y Id (a) H×nh I-5 §èi víi m¸yph¸t cùc Èn lµ tr­êng hîp ®Æc biÖt cña cùc låi X®b = X® = Xq gäi lµ ®iÖn kh¸ng ®ång bé X®b th× ph­¬ng tr×nh c©n b»ng ®iÖn ¸p cña m¸y ph¸t ®iÖn ®ång bé cùc Èn cã thÓ viÕt : U = E0 – jiX®b ®å thÞ vect¬ cña nã ®­îc vÏ trªn h×nh I-5b C«ng suÊt ®iÖn tõ cña m¸y ph¸t ®iÖn ®ång bé cùc låi C«ng suÊt t¸c dông: C«ng suÊt t¸c dông cña m¸y ph¸t cung cÊp cho t¶i lµ: P = mUIcosj Trong ®ã m lµ sè pha.Theo ®å thÞ vect¬ h×nh I-5a ta thÊy j = y - q do ®ã: Ta cã c«ng suÊt ®iÖn tõ: P®t = Ta nhËn thÊy c«ng suÊt ®iÖn tõ gåm hai thµnh phÇn(h×nhI-6) Thµnh phÇn do dßng ®iÖnkÝch tõ t¹o nªn tû lÖ víi sin. §ã lµ thµnh phÇn c«ng suÊt chñ yÕu cña m¸y ph¸t. Thµnh phÇn , kh«ng phô thuéc vµo dßng ®iÖnkÝch tõ vµ chØ xuÊt hiÖn khi xd ¹ xq. §èi víi m¸y cùc Èn Xd = Xq thµnh phÇn nµy b»ng kh«ng. P®t P®t 0 900 1800 q H×nh I-6 §Æc tÝnh P = f(q) gäi lµ ®Æc tÝnh gãc c«ng suÊt. M¸y ph¸t lµm viÖc æn ®Þnh khi q trong kho¶ng 0 ¸ p/2; khi t¶i ®Þnh møc q = 200 ¸ 300. §iÒu chØnh c«ng suÊt t¸c dông. M¸y ph¸t biÕn ®æi c¬ n¨ng thµnh ®iÖn n¨ng, v× thÕ muèn ®iÒu chØnh c«ng suÊt t¸c dông P, ph¶i ®iÒu chØnh c«ng suÊt c¬ cña ®éng c¬ s¬ cÊp (tuabin h¬i hoÆc tuabin khÝ v.v...) C«ng suÊt ph¶n kh¸ng: C«ng suÊt ph¶n kh¸ng cña m¸y ph¸t ®iÖn ®ång bé lµ: Q = mUIsinj = mUIsin(y-q) = m[UIsiny cosq - UIcosysinq] §iÒu chØnh c«ng suÊt ph¶n kh¸ng. Tõ biÓu thøc c«ng su¸t ph¶n kh¸ng trªn Gi÷ U, f vµ P kh«ng ®æi th×: Khi Q < 0 (E0cosq <U) nghÜa lµ m¸y kh«ng ph¸t c«ng suÊt ph¶n kh¸ng, mµ nhËn c«ng suÊt ph¶n kh¸ng cña l­íi ®iÖn ®Ó t¹o ra tõ tr­êng, m¸y thiÕu kÝch tõ. Khi Q > 0 (E0cosq > U) m¸y ph¸t c«ng suÊt ph¶n kh¸ng cung cÊp cho t¶i, m¸y qu¸ kÝch tõ. Nh×n c¸c c«ng thøc trªn, muèn thay ®æi c«ng suÊt ph¶n kh¸ng, ph¶i thay ®æi E0, nghÜa lµ ph¶i ®iÒu chØnh dßng ®iÖn kÝch tõ. Muèn t¨ng c«ng suÊt ph¶n kh¸ng ph¸t ra, ph¶i t¨ng kÝch tõ. §Æc tÝnh ngoµi vµ ®Æc tÝnh ®iÒu chØnh §Æc tÝnh ngoµi cña m¸y ph¸t ®iÖn ®ång bé: §Æc tÝnh ngoµi cña m¸y ph¸t ®iÖn lµ quan hÖ ®iÖn ¸p U trªn cùc m¸y ph¸t vµ dßng ®iÖn t¶i I khi tÝnh chÊt t¶i kh«ng ®æi (cosjt = const) tÇn sè vµ dßng ®iÖn kÝch tõ m¸y ph¸t kh«ng ®æi. Tõ ph­¬ng tr×nh c©n b»ng ®iÖn ¸p (I-5), ta vÏ ®å thÞ vect¬ m¸y ph¸t øng víi c¸c lo¹i t¶i kh¸c nhau. Ta thÊy khi t¶i t¨ng, ®èi víi t¶i c¶m vµ trë, ®iÖn ¸p gi¶m (t¶i c¶m ®iÖn ¸p gi¶m nhiÒu h¬n), ®èi víi t¶i dung ®iÖn ¸p t¨ng. B»ng ®å thÞ ta thÊy r»ng, ®iÖn ¸p m¸y ph¸t phô thuéc vµo dßng ®iÖn vµ ®Æc tÝnh cña t¶i. U U0 U®m  0 I®m U t¶i R-C U0 T¶i R-L 0 I I®m H×nh I-7 (a) (b) H×nh I-7a vÏ ®Æc tÝnh ngoµi cña m¸y ph¸t khi Ikt = const(E0 = const) vµ cosjt kh«ng ®æi, øng víi c¸c hÖ sè c«ng suÊt kh¸c nhau. Khi t¶i cã tÝnh chÊt c¶m ph¶n øng phÇn øng däc trôc khö tõ lµm tõ th«ng tæng gi¶m do ®ã ®Æc tÝnh ngoµi dèc h¬n t¶i ®iÖn trë. §Ó gi÷ ®iÖn ¸p U b»ng ®Þnh møc, ph¶i thay ®æi E0 b»ng c¸ch ®iÒu chØnh dßng ®iÖn kÝch tõ vÏ trªn h×nh I-7b. §é biÕn thiªn ®iÖn ¸p ®Çu cùc cña m¸y ph¸t khi lµm viÖc ®Þnh møc so víi khi kh«ng t¶i x¸c ®Þnh nh­ sau: §é biÕn thiªn ®iÖn ¸p DU% cña m¸y ph¸t ®ång bé cã thÓ ®¹t ®Õn vµi chôc phÇn tr¨m v× ®iÖn kh¸ng ®ång bé X®b kh¸ lín. Ikt I Ikt®m cosj=0,8 cosj=1 cosj=-0,8 H×nh I-7.c §Æc tÝnh ®iÒu chØnh: §Æc tÝnh ®iÒu chØnh lµ quan hÖ gi÷a dßng ®iÖn kÝch tõ vµ dßng ®iÖn t¶i khi: U = U®m = const. H×nh I-7.c vÏ ®Æc tÝnh ®iÒu chØnh cña m¸y ph¸t ®ång bé víi c¸c hÖ sè c«ng suÊt kh¸c nhau. §­êng ®Æc tÝnh ®iÒu chØnh cho biÕt h­íng ®iÒu chØnh ikt cña m¸y ph¸t ®ång bé ®Ó gi÷ ®iÖn ¸p U ë ®Çu m¸y ph¸t kh«ng ®æi. VÝ dô, t¶i c¶m khi I t¨ng, t¸c dông khö tõ cña ph¶n øng phÇn øng t¨ng dÉn ®Õn U gi¶m. §Ó gi÷ cho U = const ph¶i t¨ng ikt . Ng­îc l¹i ë t¶i cã tÝnh dung khi I t¨ng muèn U = const ta ph¶i gi¶m ikt . U Ikt I = 0 I = I®m H×nh I-8 §Æc tÝnh t¶i §Æc tÝnh t¶i lµ quan hÖ gi÷a ®iÖn ¸p ®Çu cùc m¸y ph¸t víi dßng kÝch tõ khi dßng ®iÖn t¶i I = const, cosj=const vµ f = f®m . Víi c¸c trÞ sè kh¸c nhau cña I vµ cosj sÏ cã c¸c ®Æc tÝnh t¶i kh¸c nhau. H×nh I-8 tr×nh bµy c¸c ®­êng ®Æc tÝnh t¶i øng víi c¸c gi¸ trÞ cña dßng t¶i I cña m¸y ph¸t ®ång bé. HÖ thèng kÝch tõ m¸y ph¸t Kh¸i niÖm chung HÖ thèng kÝch tõ cã nhiÖm vô cung cÊp dßng ®iÖn mét chiÒu cho c¸c cuén d©y kÝch thÝch cña m¸y ph¸t ®iÖn ®ång bé. Dßng kÝch thÝch ph¶i cã kh¶ n¨ng ®iÒu chØnh ®­îc ®Ó ®¶m b¶o chÕ ®é lµm viÖc lu«n æn ®Þnh, kinh tÕ cña m¸y ph¸t ®iÖn víi chÊt l­îng ®iÖn n¨ng cao. Uf®m + 0,632 ( Ufgh - Uf®m ) Uf Ufgh Uf®m 0 Te t Hµm biÕn thiªn ®iÖn ¸p kÝch tõ c­ìng bøc Trong chÕ ®é lµm viÖc b×nh th­êng, ®iÒu chØnh dßng kÝch tõ sÏ ®iÒu chØnh ®­îc ®iÖn ¸p ®Çu cùc m¸y ph¸t, vµ thay ®æi l­îng c«ng suÊt ph¶n kh¸ng ph¸t vµo l­íi. §å thÞ ®iÖn ¸p kÝch thÝch c­ìng bøc t¨ng theo quy luËt hµm mò. Uf(t) = Ufgh – ( Ufgh - Uf®m ) e-t/ Te ( * ) Te – h»ng sè thêi gian cña hÖ thèng kÝch tõ Ufgh - ®iÖn ¸p kÝch tõ giíi h¹n Uf®m - ®iÖn ¸p kÝch tõ ®Þnh møc Ph©n lo¹i vµ ®Æc ®iÓm cña mét sè hÖ thèng kÝch tõ HÖ thèng kÝch tõ cã thÓ chia lµm bèn nhãm chÝnh: HÖ thèng kÝch tõ dïng m¸y ph¸t ®iÖn mét chiÒu HÖ thèng kÝch tõ dïng m¸y ph¸t ®iÖn xoay chiÒu vµ chØnh l­u HÖ thèng kÝch tõ dïng ®iÖn xoay chiÒu vµ chØnh l­u cã ®iÒu khiÓn. HÖ thèng kÝch tõ dïng b¨m ¸p mét chiÒu. HÖ thèng kÝch tõ dïng m¸y ph¸t ®iÖn mét chiÒu Trªn h×nh II-2 lµ s¬ ®å hÖ thèng kÝch tõ dïng m¸y ph¸t ®iÖn mét chiÒu. §Ó ®iÒu chØnh dßng kÝch tõ If ta thay ®æi dßng ®iÖn kÝch tõ trong c¸c cuén kÝch tõ cña m¸y ph¸t ®iÖn mét chiÒu. BiÕn trë R®c cho phÐp ®iÒu chØnh b»ng tay dßng ®iÖn trong cuén d©y kÝch tõ chÝnh C1. Khi T§K lµm viÖc, dßng ®iÖn trong c¸c cuén C2 vµ C3 ®­îc ®iÒu chØnh tù ®éng. VÝ dô dßng trong cuén C2 ®iÒu chØnh øng víi chÕ ®é lµm viÖc b×nh th­êng, C2 øng víi chÕ ®é kÝch thÝch c­ìng bøc. N¨ng l­îng vµ tÝn hiÖu ®iÒu chØnh cung cÊp cho T§K ®­îc nhËn qua m¸y biÕn dßng vµ m¸y biÕn ¸p phÝa ®Çu cùc cña m¸y ph¸t ( cã khi lÊy tõ phÝa cao ¸p cña m¸y biÕn ¸p t¨ng ). T§K H×nh II-2. S¬ ®å hÖ thèng kÝch tõ dïng m¸y ph¸t ®iÖn mét chiÒu tíi thiÕt bÞ ®o l­êng C3 C2 C1 R®c CF MF BI BU IF KT M¸y ph¸t ®iÖn mét chiÒu trong hÖ thèng kÝch tõ còng cã thÓ ®­îc kÝch thÝch ®éc lËp. Khi ®ã mét m¸y ph¸t ®iÖn xoay chiÒu nhá h¬n sÏ ®­îc dïng lµm nguån cung cÊp cho cuén d©y C1 cña m¸y ph¸t ®iÖn kÝch thÝch chÝnh. C¸c ph­¬ng ph¸p quay m¸y ®iÖn kÝch thÝch. MP a ) MP § b ) § MP MP c ) a ) M¸y ph¸t ®iÖn kÝch thÝch nèi cïng trôc víi m¸y ph¸t ®iÖn chÝnh. b ) M¸y ph¸t ®iÖn kÝch thÝch quay bëi ®éng c¬ sö dông ®iÖn ¸p l­íi. c ) MP§ kÝch thÝch quay bëi ®éng c¬ sö dông n¨ng l­îng tõ MP§ c«ng suÊt nhá. BA Nh­îc ®iÓm chung cña hÖ thèng kÝch tõ dïng m¸y ph¸t ®iÖn mét chiÒu lµ h»ng sè thêi gian Te lín ( 0,3 ¸ 0,6 ) gi©y vµ giíi h¹n ®iÒu chØnh kh«ng cao (Ufgh £ 2 ). Ngoµi ra do cã vµnh gãp vµ chæi ®iÖn c«ng suÊt chÕ t¹o bÞ h¹n chÕ. HÖ thèng kÝch tõ dïng m¸y ph¸t ®iÖn xoay chiÒu vµ chØnh l­u HÖ thèng kÝch tõ d¹ng nµy cã hai lo¹i chÝnh: Dïng m¸y ph¸t ®iÖn xoay chiÒu tÇn sè cao vµ m¸y ph¸t ®iÖn xoay chiÒu kh«ng vµnh tr­ît. ¦u ®iÓm cña m¸y ph¸t ®iÖn xoay chiÒu tÇn sè cao, dßng ®iÖn mét chiÒu sau khi qua chØnh l­u cã chÊt l­îng æn ®Þnh ( ®é b»ng ph¼ng cao ), thiÕt bÞ cã kÝch th­íc nhá, ngoµi ra thiÕt bÞ lµm viÖc víi tÇn sè cao cßn cã kh¶ n¨ng chèng ®­îc nhiÔu c«ng nghiÖp. M¸y ph¸t ®iÖn xoay chiÒu tÇn sè cao ®­îc chÕ t¹o theo kiÓu c¶m øng. R«to kh«ng cã cuén d©y, cuén d©y kÝch tõ ®­îc ®Æt ë phÇn tÜnh. Tõ th«ng thay ®æi lµ nhê vµo kÕt cÊu r¨ng r·nh cña r«to. Dßng ®iÖn nµy qua bé chØnh l­u ba pha CL biÕn ®æi thµnh dßng mét chiÒu. H×nh II-4 tr×nh bµy s¬ ®å hÖ thèng kÝch tõ dïng MP§ xoay chiÒu tÇn sè cao vµ chØnh l­u. T§K BU BI H×nh II-4. HÖ thèng kÝch tõ dïng MP§ xoay chiÒu vµ chØnh l­u C3 C2 C1 Ff CF F IF Cuén kÝch tõ chÝnh C1 cña m¸y ph¸t ®iÖn ( MP§ ) kÝch thÝch th­êng ®­îc nèi nèi tiÕp víi cuén kÝch tõ Cf cña m¸y ph¸t. C¸c cuén kÝch tõ phô C2 vµ C3 ®­îc cung cÊp vµ ®iÒu chØnh qua thiÕt bÞ T§K víi n¨ng l­îng nhËn tõ phÝa ®Çu cùc cña MP§ ®ång bé ( qua BU vµ BI ). Dïng MP§ xoay chiÒu tÇn sè cao lµm nguån cung cÊp, hÖ thèng kÝch tõ cã thÓ chÕ t¹o ®­îc víi c«ng suÊt kh¸ lín vµ cã thÓ ¸p dông cho c¸c m¸y ph¸t ®iÖn ®ång bé cã c«ng suÊt tõ (100–300)MW. H¹n chÕ c«ng suÊt trong tr­êng hîp nµy chñ yÕu vÉn do tån t¹i vµnh tr­ît vµ chæi ®iÖn. Ph­¬ng ph¸p nµy cßn cã nh­îc ®iÓm lµ h»ng sè thêi gian Te lín vµ Ufgh nhá. §Ó t¨ng c«ng suÊt kÝch tõ lªn n÷a ng­êi ta ¸p dông hÖ thèng kÝch tõ kh«ng vµnh tr­ît ( h×nh B-5 ) HÖ thèng kÝch tõ nµy sö dông mét m¸y ph¸t ®iÖn xoay chiÒu ba pha quay cïng trôc víi MP§ chÝnh lµm nguån cung cÊp cho cuén kÝch tõ MP§ ®ång bé chÝnh. M¸y ph¸t ®iÖn xoay chiÒu cho kÝch tõ cã kÕt cÊu ®Æc biÖt: Cuén kÝch tõ ®Æt ë stato, cuén d©y ba pha ®Æt ë r«to. Dßng ®iÖn xoay chiÒu ba pha t¹o ra tõ m¸y tõ m¸y kÝch thÝch ®­îc chØnh l­u thµnh dßng ®iÖn mét chiÒu nhê mét bé chØnh l­u c«ng suÊt lín g¾n ngay trªn trôc r«to cña m¸y ph¸t. Nhê vËy, cuén d©y kÝch tõ cña m¸y ph¸t ®iÖn chÝnh Cf nhËn ngay ®­îc dßng ®iÖn mét chiÒu mµ kh«ng cÇn vµnh tr­ît vµ chæi ®iÖn. §Ó cung cÊp nguån cho cuén d©y kÝch tõ cña m¸y ph¸t kÝch thÝch (®Æt ë stato ) dïng bé chØnh l­u cã ®iÒu khiÓn, nguån cung cÊp cho nã cã thÓ lÊy tõ mét m¸y ph¸t xoay chiÒu tÇn sè cao hoÆc tõ nguån ®iÖn xoay chiÒu bÊt kú. T§K phÇn quay BU BI H×nh II-5. HÖ thèng kÝch tõ kh«ng vµnh tr­ît F1 F T¸c ®éng cña T§K ®­îc ®Æt trùc tiÕp vµo cöa ®iÒu khiÓn cña bé chØnh l­u cÊp ®iÖn cho cuén kÝch tõ cña m¸y ph¸t kÝch, lµm thay ®æi dßng kÝch tõ t­¬ng øng víi môc ®Ých ®iÒu chØnh. ¦u ®iÓm cña ph­¬ng ph¸p nµy lµ n©ng cao ®­îc c«ng suÊt chÕ t¹o cña m¸y ph¸t ®iÖn v× kh«ng cã chæi than vµ vµnh tr­ît. H»ng sè thêi gian kÝch tõ Te kh¸ nhá kho¶ng ( 0,1 – 0,15 )gi©y, ®iÖn ¸p kÝch thÝch giíi h¹n Ufgh t­¬ng ®èi lín. Tuy nhiªn nã cã nh­îc ®iÓm lµ chÕ t¹o phøc t¹p, gi¸ thµnh thiÕt bÞ ®¾t tiÒn. HÖ thèng kÝch tõ dïng chØnh l­u cã ®iÒu khiÓn Gi¶m thËt nhá h»ng sè thêi gian kÝch tõ Te lµ mét yªu cÇu kü thuËt quan träng xuÊt ph¸t tõ c¸c bµi to¸n ®¶m b¶o ®é æn ®Þnh vµ chÊt l­îng ®iÖn n¨ng. H»ng sè thêi gian Te ®­îc x¸c ®Þnh lµ h»ng sè thêi gian t­¬ng ®­¬ng cña tÊt c¶ c¸c kh©u, tõ tÝn hiÖu ra cña bé T§K ®Õn ®iÖn ¸p kÝch tõ Uf cña m¸y ph¸t ®ång bé vµ th­êng kh¸ lín do qu¸n tÝnh ®iÖn tõ cña m¸y ph¸t kÝch thÝch. VËy nÕu t¸c ®éng cña T§K trùc tiÕp vµo ®iÖn ¸p kÝch thÝch Uf th× h»ng sè thêi gian Te sÏ gi¶m ®i nhiÒu. VÊn ®Ò nµy ®· ®­îc gi¶i quyÕt khi xuÊt hiÖn c¸c lo¹i chØnh l­u ®iÒu khiÓn c«ng suÊt lín (sö dông Tiristor ... ). S¬ ®å hÖ thèng kÝch tõ trë nªn ®¬n gi¶n ( h×nh II-6 ). N¨ng l­îng cung cÊp cho cuén d©y kÝch thÝch cña MP§ ®ång bé cã thÓ tõ mét m¸y ph¸t ®iÖn xoay chiÒu ba pha cã tÇn sè tõ ( 50 – 500 )Hz, hoÆc tõ l­íi ®iÖn tõ dïng. Trong m¹ch chØnh l­u cã ®iÒu khiÓn, ngoµi ®iÒu kiÖn thuËn chiÒu cña ®iÖn ¸p trªn chØnh l­u, cßn ®ßi hái mét tÝn hiÖu ( dßng ®iÖn ) xuÊt hiÖn trªn cùc ®iÒu khiÓn th× bé chØnh l­u míi cho phÐp dÉn dßng qua. Th­êng ng­êi ta ¸p dông chØnh l­u ba pha cã ®iÒu khiÓn trong c¸c hÖ thèng kÝch tõ. Tèc ®é ®iÒu chØnh cña hÖ thèng nµy nhanh, cã thÓ coi nh­ t¸c ®éng tøc thêi vµo ®iÖn ¸p kÝch tõ. H»ng sè thêi gian chØ cßn kho¶ng Te = ( 0,02 – 0,04 )gi©y. T§K nguån cÊp tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn F H×nh II-6. HÖ thèng kÝch tõ dïng chØnh l­u cã ®iÒu khiÓn Do ­u ®iÓm cña hÖ thèng kÝch tõ lo¹i nµy, chóng ®­îc ¸p dông trong c¸c m¸y ph¸t ®iÖn c«ng suÊt trung b×nh vµ lín cã yªu cÇu cao vÒ chÊt l­îng ®iÒu chØnh. HÖ thèng kÝch tõ dïng b¨m ¸p mét chiÒu cã ®iÒu khiÓn. d 1 T1 R2 Rd T2 N1 C N2 S¬ ®å m¹ch ®éng lùc b¨m ¸p mét chiÒu. Ud Id t 0 q1 q2 T td S¬ ®å ®iÖn ¸p & dßng ®iÖn ®èi víi t¶i c¶m. Khi ta ®iÒu chØnh gãc më cña Tiristor (q) vµ ®iÒu chØnh thêi gian chu kú (T) ta ®iÖn chØnh ®­îc dßng ®iÖn t¶I thay ®æi .dßng ®iÖn nµy cung cÊp cho cuén kÝch tõ cña m¸y ph¸t. §Æc ®iÓm: §©y lµ s¬ ®å míi cã ®é ®iÒu chØnh cña hÖ thèng nhanh, cã thÓ coi nh­ t¸c ®éng tøc thêi vµo ®iÖn ¸p kÝch tõ. Bªn c¹nh ®ã sù ®ãng c¸c van cßn gÆp nhiÒu khã kh¨n, m¹ch ®iÒu khiÓn phøc t¹p do ®ã ch­a ®­îc sö dông réng r·i. Chän s¬ ®å m¹ch ®éng lùc. I. Tãm t¾t lý thuyÕt §Ó cÊp nguån cho t¶i mét chiÒu, chóng ta cÇn thiÕt kÕ c¸c bé chØnh l­u víi môc ®Ých biÕn ®æi n¨ng l­îng ®iÖn xoay chiÒu thµnh mét chiÒu. C¸c lo¹i bé biÕn ®æi nµy cã thÓ lµ chØnh l­u kh«ng ®iÒu khiÓn vµ chØnh l­u cã ®iªu khiÓn. Víi môc ®Ých gi¶m c«ng suÊt v« c«ng, ng­êi ta th­êng m¾c song song ng­îc víi t¶i mét chiÒu mét diod (lo¹i s¬ ®å nµy ®­îc gäi lµ s¬ ®å cã diod ng­îc). Trong c¸c s¬ ®å chØnh l­u cã diod ng­îc, khi cã vµ kh«ng cã ®iÒu khiÓn, n¨ng l­îng ®­îc truyÒn tõ phÝa l­íi xoay chiÒu sang mét chiÒu, nghÜa lµ c¸c lo¹i chØnh l­u ®ã chØ cã thÓ lµm viÖc ë chÕ ®é chØnh l­u. C¸c bé chØnh l­u cã ®iÒu khiÓn, kh«ng diod ng­îc cã thÓ trao ®æi n¨ng l­îng theo c¶ hai chiÒu. Khi n¨ng l­îng truyÒn tõ l­íi xoay chiÒu sang t¶i mét chiÒu, bé nguån lµm viÖc ë chÕ ®é chØnh l­u, khi n¨ng l­îng truyÒn theo chiÒu ng­îc l¹i (nghÜa lµ tõ phÝa t¶i mét chiÒu vÒ l­íi xoay chiÒu) th× bé nguån lµm viÖc ë chÕ ®é nghÞch l­u tr¶ n¨ng l­îng vÒ l­íi. Theo d¹ng nguån cÊp xoay chiÒu, chóng ta cã thÓ chia chØnh l­u thµnh mét hay ba pha. C¸c th«ng sè quan träng cña s¬ ®å chØnh l­u lµ: dßng ®iÖn vµ ®iÖn ¸p t¶i; dßng ®iÖn ch¹y trong cuén d©y thø cÊp biÕn ¸p; sè lÇn ®Ëp m¹ch trong mét chu kú. Dßng ®iÖn ch¹y trong cuén d©y thø cÊp biÕn ¸p cã thÓ lµ mét chiÒu, hay xoay chiÒu, cã thÓ ph©n lo¹i thµnh s¬ ®å cã dßng ®iÖn biÕn ¸p mét chiÒu hay xoay chiÒu. Sè lÇn ®Ëp m¹ch trong mét chu kú lµ quan hÖ cña tÇn sè sãng hµi thÊp nhÊt cña ®iÖn ¸p chØnh l­u víi tÇn sè ®iÖn ¸p xoay chiÒu. Theo h×nh d¹ng c¸c s¬ ®å chØnh l­u, víi chuyÓn m¹ch tù nhiªn, nguån cÊp xoay chiÒu ba pha chóng ta cã thÓ ph©n lo¹i chØnh l­u thµnh c¸c lo¹i s¬ ®å sau: T1 B T2 C T3 A R L II-1. ChØnh l­u tia ba pha. Ud Id UT1 t1 t2 t3 t4 I1 I2 I3 Ud t Id t1 t2 t3 t4 I1 I2 I3 t t t t t t t t t b. 0 c. H×nh 2.1. ChØnh l­u tia ba pha a. S¬ ®å ®éng lùc; b- Gi¶n ®å ®­êng c¸c cong khi gãc më a = 300 t¶i thuÇn trë; c- Gi¶n ®å c¸c ®­êng cong khi a = 600 c¸c ®­êng cong gi¸n ®o¹n. Khi biÕn ¸p cã ba pha ®Êu sao ( U ) trªn mçi pha A,B,C ta nèi mét van nh­ h×nh 2.1.a, c¸c catod ®Êu chung cho ta ®iÖn ¸p d­¬ng cña t¶i, cßn trung tÝnh biÕn ¸p sÏ lµ ®iÖn ¸p ©m. Ba pha ®iÖn ¸p A,B,C dÞch pha nhau mét gãc lµ 1200 theo c¸c ®­êng cong ®iÖn ¸p pha, chóng ta cã ®iÖn ¸p cña mét pha d­¬ng h¬n ®iÖn ¸p cña hai pha kia trong kho¶ng thêi gian 1/3 chu kú ( 1200 ). Tõ ®ã thÊy r»ng, t¹i mçi thêi ®iÓm chØ cã ®iÖn ¸p cña mét pha d­¬ng h¬n hai pha kia. Nguyªn t¾c më th«ng vµ ®iÒu khiÓn c¸c van ë ®©y lµ khi anod cña van nµo d­¬ng h¬n van ®ã míi ®­îc kÝch më. Thêi ®iÓm hai ®iÖn ¸p cña hai pha giao nhau ®­îc coi lµ gãc th«ng tù nhiªn cña c¸c van b¸n dÉn. C¸c Tiristior chØ ®­îc më th«ng víi gãc më nhá nhÊt t¹i thêi ®iÓm gãc th«ng tù nhiªn (nh­ vËy trong chØnh l­u ba pha, gãc më nhá nhÊt a = 00 sÏ dÞch pha so víi ®iÖn ¸p pha mét gãc lµ 300). Theo h×nh 2.1.b,c t¹i mçi thêi ®iÓm nµo ®ã chØ cã mét van dÉn, nh­ vËy mçi van dÉn th«ng trong 1/3 chu kú nÕu ®iÖn ¸p t¶i liªn tôc ( ®­êng cong I1,I1,I3 trªn h×nh 2.1.b), cßn nÕu ®iÖn ¸p t¶i gi¸n ®o¹n th× thêi gian dÉn th«ng cña c¸c van nhá h¬n. Tuy nhiªn trong c¶ hai tr­êng hîp dßng ®iÖn trung b×nh cña c¸c van ®Òu b»ng 1/3.Id. Trong kho¶ng thêi gian van dÉn dßng ®iÖn cña van b»ng dßng ®iÖn t¶i, trong kho¶ng van kho¸ dßng ®iÖn van b»ng 0. §iÖn ¸p cña van ph¶i chÞu b»ng ®iÖn d©y gi÷a pha cã van kho¸ víi pha cã van ®ang dÉn. VÝ dô trong kho¶ng t2 ¸ t3 van T1 kho¸ cßn T2 dÉn do ®ã van T1 ph¶i chÞu mét ®iÖn ¸p d©y UAB, ®Õn kho¶ng t3 ¸ t4 c¸c van T1, T2 kho¸, cßn T3 dÉn lóc nµy T1 chÞu ®iÖn ¸p d©y UAC. Khi t¶i thuÇn trë dßng ®iÖn vµ ®iÖn ¸p t¶i liªn tôc hay gi¸n ®o¹n phô thuéc gãc më cña c¸c Tiristor. NÕu gãc më Tiristor nhá h¬n a £ 300, c¸c ®­êng cong Ud, Id liªn tôc, khi gãc më lín h¬n a > 300 ®iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn t¶i gi¸n ®o¹n (®­êng cong Ud, Id trªn h×nh 2.1c). t t A B C A A B C A b. a. H×nh 2.2. §­êng cong ®iÖn ¸p t¶i khi gãc më a = 600  víi a.- t¶i thuÇn trë, b.- t¶i ®iÖn c¶m. Khi t¶i ®iÖn c¶m (nhÊt lµ ®iÖn c¶m lín) dßng ®iÖn, ®iÖn ¸p t¶i lµ c¸c ®­êng cong liªn tôc, nhê n¨ng l­îng dù tr÷ trong cuén d©y ®ñ lín ®Ó duy tr× dßng ®iÖn khi ®iÖn ¸p ®æi dÊu, nh­ ®­êng cong nÐt ®Ëm trªn h×nh 2.2b (t­¬ng tù nh­ vËy lµ ®­êng cong Ud trªn h×nh 2.1b). Trªn h×nh 2.2 m« t¶ mét vÝ dô so s¸nh c¸c ®­êng cong ®iÖn ¸p t¶i khi gãc më a = 600 t¶i thuÇn trë h×nh 2.2 a vµ t¶i ®iÖn c¶m h×nh 2.2 b TrÞ sè ®iÖn ¸p trung b×nh cña t¶i sÏ ®­îc tÝnh nh­ c«ng thøc (2-1) nÕu ®iÖn ¸p t¶i liªn tôc, khi ®iÖn ¸p t¶i gi¸n ®o¹n (®iÓn h×nh khi t¶i thuÇn trë vµ gãc më lín) ®iÖn ¸p t¶i ®­îc tÝnh: Trong ®ã; Udo = 1,17.U2f. ®iÖn ¸p chØnh l­u tia ba pha khi van la diod. U2f - ®iÖn ¸p pha thø cÊp biÕn ¸p. So víi chØnh l­u mét pha, th× chØnh l­u tia ba pha cã chÊt l­îng ®iÖn mét chiÒu tèt h¬n, biªn ®é ®iÖn ¸p ®Ëp m¹ch thÊp h¬n, thµnh phÇn sãng hµi bËc cao bÐ h¬n, viÖc ®iÒu khiÓn c¸c van b¸n dÉn trong tr­êng hîp nµy còng t­¬ng ®èi ®¬n gi¶n. Víi viÖc dßng ®iÖn mçi cuén d©y thø cÊp lµ dßng mét chiÒu, nhê cã biÕn ¸p ba pha ba trô mµ tõ th«ng lâi thÐp biÕn ¸p lµ tõ th«ng xoay chiÒu kh«ng ®èi xøng lµm cho c«ng suÊt biÕn ¸p ph¶i lín , nÕu ë ®©y biÕn ¸p ®­îc chÕ t¹o tõ ba biÕn ¸p mét pha th× c«ng suÊt c¸c biÕn ¸p cßn lín h¬n nhiÒu. Khi chÕ t¹o biÕn ¸p ®éng lùc c¸c cuén d©y thø cÊp ph¶i ®­îc ®Êu U víi d©y trung tÝnh ph¶i lín h¬n d©y pha v× theo s¬ ®å h×nh 2.1. a th× d©y trung tÝnh chÞu dßng ®iÖn t¶i. II-2. ChØnh l­u tia s¸u pha t A B C A* B* C* A * * R L * T1 B T2 C T3 T4 A* T5 B* T6 C* H×nh 2.3. ChØnh l­u tia s¸u pha. a.- S¬ ®å ®éng lùc; b.- ®­êng cong ®iÖn ¸p t¶i. S¬ ®å chØnh l­u tia ba pha ë trªn cã chÊt l­îng ®iÖn ¸p t¶i ch­a thËt tèt l¾m. Khi cÇn chÊt l­îng ®iÖn ¸p tèt h¬n chóng ta sö dông s¬ ®å nhiÒu pha h¬n. Mét trong nh÷ng s¬ ®å ®ã lµ chØnh l­u tia s¸u pha. S¬ ®å ®éng lùc m« t¶ trªn h×nh 2.3a. S¬ ®å chØnh l­u tia s¸u pha ®­îc cÊu t¹o bëi s¸u van b¸n dÉn nèi tíi biÕn ¸p ba pha víi s¸u cuén d©y thø cÊp, trªn mçi trô biÕn ¸p cã hai cuén gièng nhau vµ ng­îc pha. §iÖn ¸p c¸c pha dÞch nhau mét gãc lµ 600 nh­ m« t¶ trªn h×nh 2.3b. D¹ng sãng ®iÖn ¸p t¶i ë ®©y lµ phÇn d­¬ng h¬n cña c¸c ®iÖn ¸p pha víi ®Ëp m¹ch bËc s¸u. Víi d¹ng sãng ®iÖn ¸p nh­ trªn, ta thÊy chÊt l­îng ®iÖn ¸p mét chiÒu ®­îc coi lµ tèt nhÊt. Theo d¹ng sãng ®iÖn ¸p ra (phÇn nÐt ®Ëm trªn gi¶n ®å h×nh 2.3b) chóng ta thÊy r»ng mçi van b¸n dÉn dÉn th«ng trong kho¶ng 1/6 chu kú. So víi c¸c s¬ ®å kh¸c, th× ë chØnh l­u tia s¸u pha dßng ®iÖn ch¹y qua van b¸n dÉn bÐ nhÊt. Do ®ã s¬ ®å chØnh l­u tia s¸u pha rÊt cã ý nghÜa khi dßng t¶i lín. Trong tr­êng hîp ®ã chóng ta chØ cÇn cã van nhá cã thÓ chÕ t¹o bé nguån víi dßng t¶i lín. II-3. ChØnh l­u cÇu ba pha. ChØnh l­u cÇu ba pha ®iÒu khiÓn ®èi xøng. S¬ ®å chØnh l­u cÇu ba pha ®iÒu khiÓn ®èi xøng h×nh 2.4a cã thÓ coi nh­ hai s¬ ®å chØnh l­u tia ba pha m¾c ng­îc chiÒu nhau, ba Tiristor T1,T3,T5 t¹o thµnh mét chØnh l­u tia ba pha cho ®iÖn ¸p (+) t¹o thµnh nhãm anod, cßn T2,T4,T6 lµ mét chØnh l­u tia cho ta ®iÖn ¸p ©m t¹o thµnh nhãm catod, hai chØnh l­u nµy ghÐp l¹i thµnh cÇu ba pha. Theo ho¹t ®éng cña chØnh l­u cÇu ba pha ®iÒu khiÓn ®èi xøng, dßng ®iÖn ch¹y qua t¶i lµ dßng ®iÖn ch¹y tõ pha nµy vÒ pha kia, do ®ã t¹i mçi thêi ®iÓm cÇn më Tiristor chóng ta cÇn cÊp hai xung ®iÒu khiÓn ®ång thêi (mét xung ë nhãm anod (+), mét xung ë nhãm catod (-)). VÝ dô t¹i thêi ®iÓm t1 trªn h×nh 2.4b cÇn më Tiristor T1 cña pha A phÝa anod, chóng ta cÊp xung X1, ®ång thêi t¹i ®ã chóng ta cÊp thªm xung X4 cho Tiristor T4 cña pha B phÝa catod c¸c thêi ®iÓm tiÕp theo còng t­¬ng tù. CÇn chó ý r»ng thø tù cÊp xung ®iÒu khiÓn còng cÇn tu©n thñ theo ®óng thø tù pha. Khi chóng ta cÊp ®óng c¸c xung ®iÒu khiÓn, dßng ®iÖn sÏ ®­îc ch¹y tõ pha cã ®iÖn ¸p d­¬ng h¬n vÒ pha cã ®iÖn ¸p ©m h¬n. VÝ dô trong kho¶ng t1 ¸ t2 pha A cã ®iÖn ¸p d­¬ng h¬n, pha B cã ®iÖn ¸p ©m h¬n, víi viÖc më th«ng T1, T4 dßng ®iÖn d­îc ch¹y tõ A vÒ B. Khi gãc më van nhá hoÆc ®iÖn c¶m lín, trong mçi kho¶ng dÉn cña mét van cña nhãm nµy (anod hay catod) th× sÏ cã hai van cña nhãm kia ®æi chç cho nhau. §iÒu nµy cã thÓ thÊy râ trong kho¶ng t1 ¸ t3 nh­ trªn h×nh 1.11b Tiristor T1 nhãm anod dÉn, nh­ng trong nhãm catod T4 dÉn trong kho¶ng t1 ¸ t2 cßn T6 dÉn tiÕp trong kho¶ng t2 ¸ t3. R T1 T3 T5 L T6 T4 T2 A B C A X1 X2 X3 X4 X5 X6 t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 Ud Uf I1 I3 I5 I2 I4 I6 0 UT1 Ud Uf A B C A Ud Uf A B C A H×nh 2.4. ChØnh l­u cÇu ba pha ®iÒu khiÓn ®èi xøng. a- s¬ ®å ®éng lùc, b- gi¶n ®å c¸c ®­êng cong c¬ b¶n, c, d - ®iÖn ¸p t¶i khi gãc më a= 600 a= 900 §iÖn ¸p ng­îc c¸c van ph¶i chÞu ë chØnh l­u cÇu ba pha sÏ b»ng 0 khi van dÉn vµ b»ng ®iÖn ¸p d©y khi van kho¸. Ta cã thÓ lÊy vÝ dô cho van T1 (®­êng cong cuèi cïng cña h×nh 1.11b) trong kho¶ng t1 ¸ t3 van T1 dÉn ®iÖn ¸p b»ng 0, trong kho¶ng t3 ¸ t5 van T3 dÉn lóc nµy T1 chÞu ®iÖn ¸p ng­îc UBA, ®Õn kho¶ng t5 ¸ t7 van T5 dÉn T1 sÏ chÞu ®iÖn ¸p ng­îc UCA. Khi ®iÖn ¸p t¶i liªn tôc, nh­ ®­êng cong Ud trªn h×nh 2.4b trÞ sè ®iÖn ¸p t¶i ®­îc tÝnh theo c«ng thøc (2.1). Khi gãc më c¸c Tiristor lín lªn tíi gãc a > 600 vµ thµnh phÇn ®iÖn c¶m cña t¶i qu¸ nhá, ®iÖn ¸p t¶i sÏ bÞ gi¸n ®o¹n nh­ c¸c ®­êng nÐt ®Ëm trªn h×nh 2.4.d (khi gãc më c¸c Tiristor a =900 víi t¶i thuÇn trë). Trong c¸c tr­êng hîp nµy dßng ®iÖn ch¹y tõ pha nµy vÒ pha kia, lµ do c¸c van b¸n dÉn cã ph©n cùc thuËn theo ®iÖn ¸p d©y ®Æt lªn chóng (c¸c ®­êng nÐt m¶nh trªn gi¶n ®å Ud cña c¸c h×nh vÏ 2.4b, c, d), cho tíi khi ®iÖn ¸p d©y ®æi dÊu, c¸c van b¸n dÉn sÏ cã ph©n cùc ng­îc nªn chóng tù kho¸. Sù phøc t¹p cña chØnh l­u cÇu ba pha ®iÒu khiÓn ®èi xøng nh­ ®· nãi trªn lµ cÇn ph¶i më ®ång thêi hai van theo ®óng thø tù pha, do ®ã g©y kh«ng Ýt khã kh¨n khi chÕ t¹o vËn hµnh vµ söa ch÷a. §Ó ®¬n gi¶n h¬n ng­êi ta cã thÓ sö dông ®iÒu khiÓn kh«ng ®èi xøng. II-4.ChØnh l­u cÇu ba pha ®iÒu khiÓn kh«ng ®èi xøng Lo¹i chØnh l­u nµy ®­îc cÊu t¹o tõ mét nhãm (anod hoÆc catod) ®iÒu khiÓn vµ mét nhãm kh«ng ®iÒu khiÓn nh­ m« t¶ trªn h×nh 2.5a. Trªn h×nh 2.5b m« t¶ gi¶n ®å nguyªn lý t¹o ®iÖn ¸p chØnh l­u (®­êng cong trªn cïng), sãng ®iÖn ¸p t¶i Ud (®­êng cong nÐt ®Ëm thø hai trªn h×nh 2.5b), kho¶ng dÉn c¸c van b¸n dÉn T1,T2,T3,D1,D2,D3. C¸c Tiristor ®­îc dÉn th«ng tõ thêi ®iÓm cã xung më cho ®Õn khi më Tiristor cña pha kÕ tiÕp. VÝ dô T1 më th«ng tõ t1 (thêi ®iÓm ph¸t xung më T1) tíi t3 (thêi ®iÓm ph¸t xung më T2). Trong tr­êng hîp ®iÖn ¸p t¶i gi¸n ®o¹n Tiristor ®­îc dÉn tõ thêi ®iÓm cã xung më cho ®Õn khi ®iÖn ¸p d©y ®æi dÊu. C¸c diod tù ®éng dÉn th«ng khi ®iÖn ¸p ®Æt lªn chóng thuËn chiÒu. ChØnh l­u cÇu ba pha ®iÒu khiÓn kh«ng ®èi xøng cã dßng ®iÖn vµ ®iÖn ¸p t¶i liªn tôc khi gãc më c¸c van b¸n dÉn nhá h¬n 600, khi gãc më t¨ng lªn vµ thµnh phÇn ®iÖn c¶m cña t¶i nhá, dßng ®iÖn vµ ®iÖn ¸p sÏ gi¸n ®o¹n. Theo d¹ng sãng ®iÖn ¸p t¶i ë trªn trÞ sè ®iÖn ¸p trung b×nh trªn t¶i b»ng 0 khi gãc më ®¹t tíi 1800. Ng­êi ta cã thÓ coi ®iÖn ¸p trung b×nh trªn t¶i lµ kÕt qu¶ cña tæng hai ®iÖn ¸p chØnh l­u tia ba pha ViÖc kÝch më c¸c van ®iÒu khiÓn trong chØnh l­u cÇu ba pha cã ®iÒu khiÓn dÔ dµng h¬n, nh­ng c¸c ®iÒu hoµ bËc cao cña t¶i vµ cña nguån lín h¬n. So víi chØnh l­u cÇu ba pha ®iÒu khiÓn ®èi xøng, th× trong s¬ ®å nµy viÖc ®iÒu khiÓn c¸c van b¸n dÉn ®­îc thùc hiÖn ®¬n gi¶n h¬n. Ta cã thÓ coi m¹ch ®iÒu khiÓn cña bé chØnh l­u nµy nh­ ®iÒu khiÓn mét chØnh l­u tia ba pha. A B C A X1 X2 X3 t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 Ud Uf T1 T2 T3 D1 D2 D3 0 D1 D2 D3 T1 T2 T3 L R H×nh 2.5. ChØnh l­u cÇu ba pha ®iÒu khiÓn kh«ng ®èi xønga- s¬ ®å ®éng lùc, b- gi¶n ®å c¸c ®­êng cong ChØnh l­u cÇu ba pha hiÖn nay lµ s¬ ®å cã chÊt l­îng ®iÖn ¸p tèt nhÊt, hiÖu suÊt sö dông biÕn ¸p tèt nhÊt. Tuy vËy ®©y còng lµ s¬ ®å phøc t¹p nhÊt. CÊp biÕn ¸p cã thÓ ®Êu tam gi¸c (D). Víi s¬ ®å chØnh l­u cÇu ba pha ®iÒu khiÓn kh«ng ®èi xøng, th× m¹ch ®iÒu khiÓn ®¬n gi¶n h¬n, nªn trong ®a sè c¸c tr­êng hîp ng­êi ta hay chän ph­¬ng ¸n cÇu ba pha ®iÒu khiÎn kh«ng ®èi xøng. S¬ ®å chØnh l­u cÇu ba pha ®iÒu khiÓn ®èi xøng ®­îc dïng nhiÒu trong c¸c tr­êng hîp t¶i cã yªu cÇu vÒ viÖc hoµn tr¶ n¨ng l­îng vÒ l­íi... Do c«ng suÊt t¶i nhá, yªu cÇu chÊt l­îng dßng ®iiÖn, nguån cÊp ba pha, ®Ó ®¬n gi¶n trong vËn hµnh còng nh­ söa ch÷a ta chon s¬ ®å chØnh l­u tia ba pha cho t¶I lµ kÝch tõ m¸y ph¸t nµy. tÝnh chän c¸c th«ng sè cña m¹ch ®éng lùc. I. TÝnh chän van ®éng lùc C¸c van ®éng lùc ®­îc lùa chän dùa vµo c¸c yÕu tè c¬ b¶n lµ: dßng t¶i Id = 30(A) , s¬ ®å chØnh l­u tia ba pha, ®iÒu kiÖn to¶ nhiÖt, ®iÖn ¸p lµm viÖc Ud = 100(V). C¸c th«ng sè c¬ b¶n cña van ®éng lùc ®­îc tÝnh nh­ sau: §iÖn ¸p ng­îc cña van ®­îc tÝnh: Ulv = knv. U2 víi U2 = Ud/ku Trong ®ã: Ud, U2, Ulv - ®iÖn ¸p t¶i, nguån xoay chiÒu, ng­îc cña van; knv = 2,45: hÖ sè ®iÖn ¸p ng­îc. ku = 1,17: hÖ sè ®iÖn ¸p t¶i. §Ó cã thÓ chän van theo ®iÖn ¸p hîp lý, th× ®iÖn ¸p ng­îc cña van cÇn chän ph¶i lín h¬n ®iÖn ¸p lµm viÖc, qua mét hÖ sè dù tr÷ kdtU Unv = kdtU.Ulv. Unv = 1,8.209,4 = 377(V) kdtU : ®­îc chän b»ng 1,8. Dßng ®iÖn lµm viÖc cña van ®­îc chän theo dßng ®iÖn hiÖu dông cña s¬ ®å ®· chän (Ilv = Ihd). Dßng ®iÖn hiÖu dông ®­îc tÝnh: Ihd = khd. Id Ihd = 0,577.30 = 17,32(A). Trong ®ã: Ihd , Id - Dßng ®iÖn hiÖu dông cña van vµ dßng ®iÖn t¶i; khd = 0,577- HÖ sè x¸c ®Þnh dßng ®iÖn hiÖu dông. §Ó van b¸n dÉn cã thÓ lµm viÖc an toµn, kh«ng bÞ chäc thñng vÒ nhiÖt chóng ta ph¶i chän vµ thiÕt kÕ hÖ thèng to¶ nhiÖt hîp lý. Theo ®iÒu kiÖn to¶ nhiÖt ®· ®­îc chän tiÕn hµnh tÝnh th«ng sè dßng ®iÖn ®Þnh møc cña van cÇn cã. Do tæn hao trªn van DP >20W ®­îc chän dßng ®iÖn lµm viÖc tíi 40% I®mv, khi cã c¸nh to¶ nhiÖt víi ®ñ diÖn tÝch bÒ mÆt cho phÐp van lµm viÖc tíi 40%I®mv (I®mv > 2,5.Ilv), I®mv = ki . Ilv = 2,5 . 17,32 = 43,3 A §Ó cã thÓ chän ®­îc van cho lµm viÖc víi c¸c th«ng sè ®Þnh møc c¬ b¶n trªn, chóng ta tra b¶ng th«ng sè c¸c van ( diod, tiristor) chän c¸c van cã th«ng sè ®iÖn ¸p ng­îc (Unv), dßng ®iÖn ®Þnh møc(I®mv) lín h¬n gÇn nhÊt víi th«ng sè ®· tÝnh ®­îc ë trªn. Theo c¸ch ®ã ë ®©y chóng ta cã chän th«ng sè van: Tiristor lo¹i S4050J cã c¸c th«ng sè ®Þnh møc: Dßng ®iÖn ®Þnh møc cña van I®mv=50 A, §iÖn ¸p ng­îc cùc ®¹i cña van Unv = 400 V, §é sôt ¸p trªn van DU = 1,8 V, Dßng ®iÖn dß Ir = 1 mA, §iÖn ¸p ®iÒu khiÓn U®k = 1,5 V, Dßng ®iÒu khiÓn I®k = 40mA. C R T II. chän b¶o vÖ 1. b¶o vÖ qu¸ ¸p cho van: cc §Ó b¶o vÖ xung ®iÖn ¸p trong qu¸ tr×nh ®ãngc¾t c¸c van chóng ta m¾c song song víi van b¸n dÉn mét m¹ch R-C t¹o m¹ch vßng phãng tÝch qu¸ ®é chän R=10;C=2,2. 2. B¶o vÖ ng¾n m¹chvµ qu¸ t¶i vÒ dßng ®iÖn: 100mm 100mm 50mm 7mm 32mm C¸nh to¶ nhiÖt cña Tristor Ta chän cÇu ch× víi Ibv=1,2.Ilv. 3. b¶o vÖ qu¸ nhiÖt DiÖn tÝch to¶ nhiÖt ®­îc tÝnh: sm:diÖn tÝch bÒ mÆt to¶ nhiÖt. P:tæn hao c«ng suÊt(w). T: ®é chªnh nhiÖt so víi m«i tr­êng. ` Víi c¸nh to¶ nhiÖt ta ®· chän cã th«ng sè trªn diÖn tÝch to¶ nhiÖt thùc lµ: vËy c¸nh to¶ nhiÖt tho¶ m·n ®iÒu kiÖn to¶ nhiÖt. III. TÝnh to¸n m¸y biÕn ¸p 1.C¸c ®¹i l­îng ban ®Çu: §iÖn ¸p chØnh l­u kh«ng t¶i Udo = Ud + DU v + D Uba + DUdn Trong ®ã: Ud - ®iÖn ¸p chØnh l­u; DUv- sôt ¸p trªn c¸c van ; DUba = DU r + DUl - sôt ¸p bªn trong biÕn ¸p khi cã t¶i; DUdn - sôt ¸p trªn d©y nèi = 0; Udo = Ud + DU v + D Uba + DUdn Udo = 100 + 1,55 +10 = 111,55. X¸c ®Þnh c«ng suÊt tèi ®a cña t¶i vÝ dô víi t¶i chØnh l­u x¸c ®Þnh Pdmax = Udo . Id = 111,55.30 = 3346 (W) C«ng suÊt biÕn ¸p nguån cÊp ®­îc tÝnh Sba = ks . Pdmax =1,345.3346 = 4501 (W) Trong ®ã : Sba - c«ng suÊt biÓu kiÕn cña biÕn ¸p [W]; ks =1,345 - hÖ sè c«ng suÊt theo s¬ ®å m¹ch ®éng lùc Pdmax - c«ng suÊt cùc ®¹i cña t¶i [W]. 2.TÝnh to¸n s¬ bé m¹ch tõ TiÕt diÖn trô QFe cña lâi thÐp biÕn ¸p ®­îc tÝnh tõ c«ng suÊt: Trong ®ã : Sba - c«ng suÊt biÕn ¸p tÝnh b»ng [W]; kQ - hÖ sè phô thuéc ph­¬ng thøc lµm m¸t; kQ = 6 nÕu lµ biÕn ¸p kh«; m - sè trô cña m¸y biÕn ¸p( cã m=3) f - tÇn sè nguån ®iÖn xoay chiÒu f=50 Hz. 2-1.TÝnh to¸n c¸c th«ng sè ®iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn cña c¸c cuén d©y. §iÖn ¸p cña c¸c cuén d©y. §iÖn ¸p cuén d©y thø cÊp ®­îc tÝnh: Trong ®ã: Ud0 - tÝnh tõ trªn. kU - tra tõ hÖ sè ®iÖn ¸p chØnh l­u b¶ng1= 1,17. §iÖn ¸p cuén d©y s¬ cÊp U1 b»ng ®iÖn ¸p nguån cÊp = 220 (V). Dßng ®iÖn cña c¸c cuén d©y cã thÓ ®­îc tÝnh b»ng. . Gi¸ trÞ hiÖu dông dßng ®iÖn ch¹y trong mçi pha thø cÊp MBA I2 Gi¸ trÞ hiÖu dông dßng ®iÖn ch¹y trong mçi pha s¬ cÊp MBA I1 Sau khi ®· cã c«ng suÊt cña t¶i vµ c¸c th«ng sè ®iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn, theo sù hiÓu biÕt cña ng­êi thiÕt kÕ, tiÕp theo tiÕn hµnh tÝnh to¸n c¸c th«ng sè c¬ b¶n cßn l¹i cña biÕn ¸p ®éng lùc. Sè vßng d©y cña cuén s¬ cÊp ®­îc tÝnh (vßng) Trong ®ã: W1 - sè vßng d©y cña cuén d©y s¬ cÊp cÇn tÝnh U - ®iÖn ¸p cña cuén d©y cÇn tÝnh [V]; B - tõ c¶m (chän =1 T). QFe - tiÕt diÖn lâi thÐp [cm2]. Sè vßng d©y cña cuén thø cÊp ®­îc tÝnh (vßng) 2-2.TÝnh tiÕt diÖn d©y dÉn: (mm2) Trong ®ã : I - dßng ®iÖn ch¹y qua cuén d©y [A]; J - mËt ®é dßng ®iÖn trong MBA chän 2,0 [A/mm2] TÝnh tiÕt diÖn d©y dÉn cuén s¬ cÊp: Theo b¶ng sè liÖu ta chän d©y dÉn h×nh ch÷ nhËt cã chiÒu dÇy: a = 1,35(mm); chiÒu réng: b = 5,1(mm). TÝnh tiÕt diÖn d©y dÉn cuén thø cÊp: Theo b¶ng sè liÖu ta chän d©y dÉn h×nh ch÷ nhËt cã chiÒu dÇy: a = 1,08(mm); cã chiÒu réng: b =2,44(mm) 2-3.TÝnh kÝch th­íc m¹ch tõ Chän s¬ bé c¸c kÝch th­íc c¬ b¶n cña m¹ch tõ Chän h×nh d¸ng cña trô Chän l¸ thÐp: th­êng l¸ thÐp cã c¸c ®é dµy 0,35 mm vµ 0,5 mm DiÖn tÝch cöa sæ cÇn cã: Qcs = Qcs1 + Qcs2 Qcs1 =kl®.W1.SCu1 = 3.256.2,43 =1866 (mm2). Qcs2 =kl®.W2.SCu2 = 3.111.6,8 = 2264 (mm2) Trong ®ã: Qcs,- diÖn tÝch cöa sæ [mm2]; Qcs1,Qcs2 - cuén s¬ cÊp vµ thø cÊp chiÕm chç [mm2]; W1, W2 - sè vßng d©y s¬, thø cÊp; SCu1, SCu2 - tiÕt diÖn d©y quÊn s¬, thø cÊp[mm2]; kl® - hÖ sè lÊp ®Çy chän = 3,0 Chän kÝch th­íc cöa sæ: Khi ®· cã diÖn tÝch cöa sæ Qcs, cÇn chän c¸c kÝch th­íc c¬ b¶n (chiÒu cao h vµ chiÒu réng c víi Qcs = c.h) cña cöa sæ m¹ch tõ. C¸c kÝch th­íc c¬ b¶n nµy do ng­êi thiÕt kÕ tù chän dùa vµo c¸c hÖ sè phô m=h/a; n = c/a; l = b/a. Kinh nghiÖm cho thÊy ®èi víi lâi thÐp h×nh III th× m = 2,5; n = 0,5; l = 1; lµ tèi ­u h¬n c¶. ChiÒu réng toµn bé m¹ch tõ C = 2c + x.a =2c +3a (x = 3 lµ biÕn ¸p ba pha), chiÒu cao m¹ch tõ H = h + z.a = h +2a (z = 2 nÕu lµ biÕn ¸p ba pha) Ta cã: QFe = a.b = 38,73 ( cm2) =a2. a ; h =2,5.a chän: a=60(mm) h=120(mm) H×nh d¸ng kÕt cÊu m¹ch tõ : 2-4. KÕt cÊu d©y quÊn: D©y quÊn ®­îc bè trÝ theo chiÒu däc trô víi mçi cuén d©y ®­îc cuèn thµnh nhiÒu líp d©y, mçi líp d©y ®­îc quÊn liªn tôc c¸c vßng d©y s¸t nhau. C¸c líp d©y c¸ch ®iÖn víi nhau b»ng c¸c b×a c¸ch ®iÖn. C¸ch tÝnh c¸c th«ng sè nµy nh­ sau: Khi d©y quÊn ch÷ nhËt ®­îc tÝnh: Wil:Sè vßng d©y trªn mçi líp Trong ®ã: bn - chÒu réng cña d©y quÊn ch÷ nhËt kÓ c¶ c¸ch ®iÖn. hg- kho¶ng c¸ch c¸ch ®iÖn, chän trong kho¶ng 6mm. D©y quÊn s¬ cÊp: (vßng) D©y quÊn thø cÊp: (vßng) Sè líp d©y trong cöa sæ ®­îc tÝnh b»ng tû sè W - Sè vßng d©y cña cuén d©y W1 hoÆc W2 cÇn tÝnh trªn sè vßng d©y trªn mét lípW1l D©y quÊn s¬ cÊp: » 5 (líp) D©y quÊn thø cÊp: (líp) BÒ dµy cña mçi cuén d©y b»ng tæng bÒ dµy cña c¸c líp d©y a. sld céng c¸ch ®iÖn c¸c líp d©y trong cuén d©y cÇn tÝnh líp cd.sld. Bdct = a. sld + cd.sld Trong ®ã: Bdct - bÒ dÇy cña cuén d©y cÇn tÝnh, cd - bÒ dµy cña b×a c¸ch ®iÖn. B×a c¸ch ®iÖn cã c¸c ®é dµy: 0,3 mm. Cuén d©y s¬ cÊp réng Bd1 = 5.1,08+5.0,5 = 7,9( mm). Cuén d©y thø cÊp réng Bd2 = 3.1,35+3.0,5 =5,55( mm). Tæng bÒ dµy c¸c cuén d©y Bd Bd = Bd1 + Bd2 + cd1 + cd2 = 7,9+5,55+6+6=26(mm) Trong ®ã: Bd1, Bd2 - bÒ dÇy cuén d©y s¬ vµ thø cÊp; cd1, cd2 - bÒ dµy c¸ch ®iÖn trong cïng vµ ngoµi cïng. KÝch th­íc hîp lý gi÷a cuén d©y vµ trô Dc = c - 2.Bd víi biÕn ¸p ba pha trong kho¶ng (0,5 - 2)cm. Dc = c - 2.Bd = 0,5¸2(cm). Do ®ã ta chän c = 70(mm). Suy ra Dc =1,8(cm) 2.5 Khèi l­îng s¾t vµ ®ång sö dông: Khèi l­îng s¾t b»ng tÝch cña thÓ tÝch trô vµ g«ng VFe nh©n víi träng l­îng riªng cña s¾t mFe: MFe = VFe.mFe (kg) Trong ®ã: VFe - thÓ tÝch khèi s¾t [dm3]; VFe = 3a.b.h + 2C.a.b = QFe.(3h + 2C)- nÕu lµ biÕn ¸p ba pha; VFe = QFe.(3h + 2C) = 602.(3.120 +2(3.60+2.270) =…=3.6(dm3) MFe = VFe.mFe = 3,6.7,85 =28,26 (kg). Khèi l­îng ®ång b»ng tÝch cña thÓ tÝch cuén d©y ®ång VCu cÇn tÝnh víi träng l­îng riªng cña ®ång mCu: MCu = VCu.mCu (kg) Trong ®ã: VCu - thÓ tÝch khèi ®ång cña c¸c cuén d©y vµ ®­îc tÝnh [dm3]; VCu = SCu.l Trong ®ã: SCu - tiÕt diÖn d©y dÉn [dm2]; l - chiÒu dµi cña c¸c vßng d©y [dm]; mCu = 8,9kg/dm3 C¸c vßng trong cuén d©y cã chu vi kh¸c nhau cho nªn chóng ta hay lÊy chu vi trung b×nh ®Ó tÝnh.: Dtb a L = W.4. Dtb Dtb - ®­êng kÝnh trung b×nh cña cuén d©y §­êng kÝnh trung b×nh cña cuén d©y trong cïng thø cÊp ®­îc tÝnh: cdt - c¸ch ®iÖn trong cïng víi lâi. Bd2-bÒ réng cuén d©y thø cÊp. VCu2 = W2.4.Dtb2.Sdq2 =111.4.71,55.6,8 =…= 0,216(dm3) §­êng kÝnh trung b×nh cña cuén d©y trong cïng s¬ cÊp ®­îc tÝnh: cd2 - c¸ch ®iÖn ngoµi cïng víi lâi. Bd2-bÒ réng cuén d©y s¬ cÊp. VCu1 = W1.4.Dtb1.Sdq1 =256.4.96,9.2,43 =…= 0,241(dm3) ThÓ tÝch ®ång cña MBA lµ: Vcu=3.(Vcu1+ Vcu2)=3.(0,241+0,216)=1,37(dm3) Khèi l­îng ®ång cña MBA lµ: MCu = VCu .mCu = 1,37.8,9=12,2(kg). Khèi l­îng cña MBA lµ: MMBA= MCu+ MFe=12,2 + 28,26 » 41(kg). 3.TÝnh to¸n kiÓm nghiÖm 3-1.TÝnh tæng sôt ¸p bªn trong biÕn ¸p. §iÖn ¸p r¬i trªn ®iÖn trë: Trong ®ã: R1, R2 - ®iÖn trë thuÇn cña c¸c cuén d©y s¬ vµ thø cÊp : R = r.l/S Víi: r = 0.0000172 W mm - ®iÖn trë suÊt cña ®ång; l, S - chiÒu dµi vµ tiÕt diÖn cña d©y dÉn [mm]; Id - dßng ®iÖn t¶i mét chiÒu [A]. R=r .(W). R2=r .(W). R1=r .(W). §iÖn ¸p r¬i trªn ®iÖn kh¸ng DUx = mf. X.Id/p DUx = 3. 0,072.30/3,14=2,06(v) Trong ®ã: mf - sè pha biÕn ¸p Trong ®ã: W2 - Sè vßng d©y thø cÊp biÕn ¸p. Rbk - B¸n kÝnh trong cuén d©y thø cÊp. h - ChiÒu cao cöa sæ lâi thÐp [m]. cd - BÒ dÇy c¸c c¸ch ®iÖn c¸c cuén d©y víi nhau Bd1, Bd2 - BÒ dÇy cuén d©y s¬ vµ thø cÊp [m]. w = 314 rad. §iÖn trë ng¾n m¹ch m¸y biÕn ¸p Tæng trë ng¾n m¹ch m¸y biÕn ¸p: §iÖn ¸p ;dßng ®iÖnng¾n m¹ch phÇn tr¨m cña m¸y biÕn ¸p: tÝnh chän m¹ch ®iÒu khiÔn. I. Nguyªn lý thiÕt kÕ mach ®iÒu khiÓn. §iÒu khiÓn Tiristor trong s¬ ®å chØnh l­u hiÖn nay th­êng gÆp lµ ®iÒu khiÓn theo nguyªn t¾c th¼ng ®øng tuyÕn tÝnh. Néi dung cña nguyªn t¾c nµy cã thÓ m« t¶ theo gi¶n ®å h×nh 3.1 nh­ sau. Khi ®iÖn ¸p xoay chiÒu h×nh sin ®Æt vµo anod cña Tiristor, ®Ó cã thÓ ®iÒu khiÓn ®­îc gãc më a cña Tiristor trong vïng ®iÖn ¸p (+) anod, ta cÇn t¹o mét ®iÖn ¸p tùa d¹ng tam gi¸c, ta th­êng gäi lµ ®iÖn ¸p tùa lµ ®iÖn ¸p r¨ng c­a Urc. Nh­ vËy ®iÖn ¸p tùa cÇn cã trong vïng ®iÖn ¸p d­¬ng anod. Dïng mét ®iÖn ¸p mét chiÒu U®k so s¸nh víi ®iÖn ¸p tùa. T¹i thêi ®iÓm (t1,t4) ®iÖn ¸p tùa b»ng ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn (Urc = U®k), trong vïng ®iÖn ¸p d­¬ng anod th× ph¸t xung ®iÒu khiÓn X®k. Tiristor ®­îc më tõ thêi ®iÓm cã xung ®iÒu khiÓn (t1,t4) cho tíi cuèi b¸n kú (hoÆc tíi khi dßng ®iÖn b»ng 0) Udf Urc Udk Ud Xdk t1 t2 t3 t4 t5 H×nh 3.1: Nguyªn lý ®iÒu khiÓn chØnh l­u. II.S¬ ®å khèi m¹ch ®iÒu khiÓn. §Ó thùc hiÖn ®­îc ý ®å ®· nªu trong phÇn nguyªn lý ®iÒu khiÓn ë trªn, m¹ch ®iÒu khiÓn bao gåm ba kh©u c¬ b¶n sau: T §ång pha So s¸nh KhuÕch ®¹i S¬ ®å khèi m¹ch ®iÒu khiÓn Víi s¬ ®å khèi nµy nhiÖm vô cña c¸c kh©u nh­ sau: Kh©u ®ång pha cã nhiÖm vô t¹o ®iÖn ¸p tùa Urc (th­êng gÆp lµ ®iÖn ¸p d¹ng r¨ng c­a tuyÕn tÝnh) trïng pha víi ®iÖn ¸p anod cña Tiristor. Kh©u so s¸nh cã nhiÖm vô so s¸nh gi÷a ®iÖn ¸p tùa víi ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn U®k, t×m thêi ®iÓm hai ®iÖn ¸p nµy b»ng nhau (U®k = Urc). T¹i thêi ®iÓm hai ®iÖn ¸p nµy b»ng nhau, th× ph¸t xung ë ®Çu ra ®Ó göi sang tÇng khuyÕch ®¹i. Kh©u t¹o xung cã nhiÖm vô t¹o xung phï hîp ®Ó më Tirisor. Xung ®Ó më TirÝstor cã yªu cÇu: s­ên tr­íc dèc th¼ng ®øng, ®Ó ®¶m b¶o yªu cÇu Tiristor më tøc thêi khi cã xung ®iÒu khiÓn (th­êng gÆp lo¹i xung nµy lµ xung kim hoÆc xung ch÷ nhËt); ®ñ ®é réng víi ®é réng xung lín h¬n thêi gian më cña Tiristor; ®ñ c«ng suÊt; c¸ch ly gi÷a m¹ch ®iÒu khiÓn víi m¹ch ®éng lùc (nÕu ®iÖn ¸p ®éng lùc qu¸ lín). Víi nhiÖm vô cña c¸c kh©u nh­ vËy tiÕn hµnh thiÕt kÕ, tÝnh chän c¸c kh©u c¬ b¶n cña ba khèi trªn. III.Giíi thiÖu vÒ linh kiÖn ®iÒu khiÓn. 1.T¹o xung r¨ng c­a S¬ ®å 1:Dïng diode vµ tô 0 Ua R1 A -E R2 D2 D1 B Urc C q1 t Udf t Urc Nguyªn lý t¹o xung r¨ng c­a: Khi A+ th× D1 th«ng suy ra j B(thÕ ë ®iÓm B) j0; jB d­¬ng h¬n jC suy ra D2 th«ng do ®ã jC=jB=j0. Khi A- th× D1 vµ D2 kho¸ tô n¹p. Qua thêi gian q1 jBC ©m h¬n jB D2 thuËn tô b¾t ®Çu x¶ theo h­íng 0®A®B®C ®Õn khi Urc= 0 vµ gi÷ nguyªn ®Õn 2p §©y lµ s¬ ®å ®¬n gi¶n, dÔ thùc hiÖn, víi sè linh kiÖn Ýt nh­ng chÊt l­îng ®iÖn ¸p tùa kh«ng tèt. §é dµi cña phÇn biÕn thiªn tuyÕn tÝnh cña ®iÖn ¸p tùa kh«ng phñ hÕt 1800. Do vËy, gãc më van lín nhÊt bÞ giíi h¹n. Hay nãi c¸ch kh¸c, nÕu theo s¬ ®å nµy ®iÖn ¸p t¶i kh«ng ®iÒu khiÓn ®­îc tõ 0 tíi cùc ®¹i mµ tõ mét trÞ sè nµo ®ã ®Õn cùc ®¹i. S¬ ®å 2:Dïng Transistor vµ tô Udf t Urc t Nguyªn lý t¹o xung r¨ng c­a: Khi thÕ ë ®iÓm A d­¬ng h¬n thÕ ë ®iÓm B (jA>jB) th× Transistor kho¸ vµ tô C n¹p víi h»ng sè thêi gian T=R2.C; khi (jB>jA) Transistor dÉn suy ra tô x¶ theo h­íngTransistor cho tíi Urc=0. §Ó kh¾c phôc nh­îc ®iÓm vÒ d¶i ®iÒu chØnh ë s¬ ®å 1 ng­êi ta sö dông s¬ ®å tao ®iÖn ¸p tùa b»ng s¬ ®å 2 Theo s¬ ®å nµy, ®iÖn ¸p tùa cã phÇn biÕn thiªn tuyÕn tÝnh phñ hÕt nöa chu kú ®iÖn ¸p. Do vËy khi cÇn ®iÒu khiÓn ®iÖn ¸p tõ 0 tíi cùc ®¹i lµ hoµn toµn cã thÓ ®¸p øng ®­îc. t Urc t Udf B A Urc GHEP QUANG C R 2 R 1 D +E Uv S¬ ®å 3:Dïng bé ghÐp quang Nguyªn lý t¹o xung r¨ng c­a: Khi A- ©m h¬n B diode (D) më diode quang t¾t kho¸Transistor ( bé ghÐp quang kho¸) lµm tô n¹p ®Õn gi¸ trÞ Urc. Khi A+ d­¬ng h¬n B diode (D) kho¸ diode quang s¸ng më Transistor ( bé ghÐp quang dÉn lµm tô x¶ qua diode quang ®Õn khi Urc = 0. ¦u ®iÓm cña s¬ ®å nµy ë chç kh«ng cÇn biÕn ¸p ®ång pha , do ®ã cã thÓ ®¬n gi¶n h¬n trong viÖc chÕ t¹o vµ l¾p ®Æt. S¬ ®å 4:Dïng khuÕch ®¹i thuËt to¸n A1 A2 R1 A R2 Urc R3 C1 C D1 B Tr U1 Udf Urc UB t t t Nguyªn lý t¹o xung r¨ng c­a: Khi jA d­¬ng qua khuÕch ®¹i thuËt to¸n h¬n jB ©m lµm cho Transistor kho¸ ®ång thêi diode D1 dÉn khèi hai t¹o thµnh mét m¹ch tÝch ph©n khi ®ã tô C1 n¹p ®Õn ®iÖn ¸p Urc . Khi jA ©m th× jB d­¬ng D1 kho¸ Transistor dÉn tô x¶ qua Transistor ®Õn khi Urc = 0. 2.Chän kh©u ®ång pha C¸c s¬ ®å (1¸3) ®Òu cã chung nh­îc ®iÓm lµ viÖc më, kho¸ c¸c Tranzitor trong vïng ®iÖn ¸p l©n cËn 0 lµ thiÕu chÝnh x¸c lµm cho viÖc n¹p, x¶ tô trong vïng ®iÖn ¸p l­íi gÇn 0 kh«ng ®­îc nh­ ý muèn. Ngµy nay c¸c vi m¹ch ®­îc chÕ t¹o ngµy cµng nhiÒu, chÊt l­îng ngµy cµng cao, kÝch th­íc ngµy cµng gän, øng dông c¸c vi m¹ch vµo thiÕt kÕ m¹ch ®ång pha cã thÓ cho ta chÊt l­îng ®iÖn ¸p tùa tèt. Do ®ã ta quyÕt ®Þnh cho kh©u ®ång pha dïng khuÕch ®¹i thuËt to¸n. 3.Chän kh©u so s¸nh §Ó x¸c ®Þnh ®­îc thêi ®iÓm cÇn më Tiristor chóng ta cÇn so s¸nh hai tÝn hiÖu U®k vµ Urc. ViÖc so s¸nh c¸c tÝn hiÖu ®ã cã thÓ ®­îc thùc hiÖn b»ng Tranzitor vµ khuÕch ®¹I thuËt to¸n. T¹i thêi ®iÓm U®k = Urc, ®Çu ®Çu ra cña bé so s¸nh lËt tr¹ng th¸i. Ura p q2 q1 0 Urc Udk R1 Urc R2 Udk -E R3 Tr Ura So s¸nh dïng Transitor T¹i thêi ®iÓm U®k = Urc, ®Çu vµo Tr lËt tr¹ng th¸i tõ kho¸ sang më (hay ng­îc l¹i tõ më sang kho¸), lµm cho ®iÖn ¸p ra còng bÞ lËt tr¹ng th¸i, t¹i ®ã chóng ta ®¸nh dÊu ®­îc thêi ®iÓm cÇn më Tiristor. Víi møc ®é më b·o hoµ cña Tr phô thuéc vµo hiÖu U®k ± Urc = Ub, hiÖu nµy cã mét vïng ®iÖn ¸p nhá hµng mV, lµm cho Tr kh«ng lµm viÖc ë chÕ ®é ®ãng c¾t nh­ ta mong muèn, do ®ã nhiÒu khi lµm thêi ®iÓm më Tiristor bÞ lÖch kh¸ xa so víi ®iÓm cÇn më t¹i U®k = Urc. Urc Udk Ura 0 q1 q2 p So s¸nh dung khuÕch ®¹i thuËt to¸n K§TT cã hÖ sè khuyÕch ®¹i v« cïng lín, chØ cÇn mét tÝn hiÖu rÊt nhá (cì mV) ë ®Çu vµo, ®Çu ra ®· cã ®iÖn ¸p nguån nu«i, nªn viÖc øng dông K§TT lµm kh©u so s¸nh lµ hîp lý. C¸c s¬ ®å so s¸nh dïng K§TT rÊt th­êng gÆp trong c¸c s¬ ®å m¹ch hiÖn nay. ¦u ®iÓm h¬n h¼n cña c¸c s¬ ®å nµy lµ cã thÓ ph¸t xung ®iÒu khiÓn chÝnh x¸c t¹i U®k = Urc. §ã lµ lý do ta chän K§TT so s¸nh. 4.Kh©u t¹o xung khuÕch ®¹i S¬ ®å dïng tranzitor c«ng suÊt R Uv Tr BAX +E D q1 q2 q3 iB iC iX Víi nhiÖm vô t¹o xung phï hîp ®Ó më Tiristor nh­ ®· nªu ë trªn, tÇng khuyÕch ®¹i cuèi cïng th­êng ®­îc thiÕt kÕ b»ng Tranzitor c«ng suÊt, nh­ trªn h×nh a. §Ó cã xung d¹ng kim göi tíi Tiristor, ta dïng biÕn ¸p xung (BAX), ®Ó cã thÓ khuyÕch ®¹i c«ng suÊt ta dïng Tr, diode D b¶o vÖ Tr vµ cuén d©y s¬ cÊp biÕn ¸p xung khi Tr kho¸ ®ét ngét. MÆc dï víi ­u ®iÓm ®¬n gi¶n, nh­ng s¬ ®å nµy ®­îc dïng kh«ng réng r·i, bëi lÏ hÖ sè khuyÕch ®¹i cña tranzitor lo¹i nµy nhiÒu khi kh«ng ®ñ lín, ®Ó khuyÕch ®¹i ®­îc tÝn hiÖu tõ kh©u so s¸nh ®­a sang. R Uv Tr BAX +E D Tr1 S¬ ®å dïng darlington TÇng khuyÕch ®¹i cuèi cïng b»ng s¬ ®å darlington nh­ trªn h×nh bªn th­êng hay ®­îc dïng trong thùc tÕ. ë s¬ ®å nµy hoµn toµn cã thÓ ®¸p øng ®­îc yªu cÇu vÒ khuyÕch ®¹i c«ng suÊt, khi hÖ sè khuyÕch ®¹i ®­îc nh©n lªn theo th«ng sè cña c¸c tranzitor. R Uv Tr BAX +E D Tr1 C D S¬ ®å cã tô nèi tÇng Trong thùc tÕ xung ®iÒu khiÓn chØ cÇn cã ®é réng bÐ (cì kho¶ng (10 ¸ 200) ms), mµ thêi gian më th«ng c¸c tranzitor c«ng suÊt dµi (tèi ®a tíi mét nöa chu kú - 0.01s), lµm cho c«ng suÊt to¶ nhiÖt d­ cña Tr qu¸ lín vµ kÝch th­íc d©y quÊn s¬ cÊp biÕn ¸p d­ lín. §Ó gi¶m nhá c«ng suÊt to¶ nhiÖt Tr vµ kÝch th­íc d©y s¬ cÊp BAX chóng ta cã thÓ thªm tô nèi tÇng . Theo s¬ ®å nµy, Tr chØ më cho dßng ®iÖn ch¹y qua trong kho¶ng thêi gian n¹p tô, nªn dßng hiÖu dông cña chóng bÐ h¬n nhiÒu lÇn. Tõ phÇn giíi thiÖu trªn ta chän ®­îc s¬ ®å ®iÒu khiÓn trang bªn: S¬ ®å mét kªnh ®iÒu khiÓn tristor UA Urc Udk UB UA3 t t t t Ud t1 t2 t3 t4 t5 t t Xdk Xdk T2 T1 T3 Ur R4 Udk A1 A2 R1 A R2 Ur R3 C1 C D1 B U1 D T BAX +E D A3 R Uv C R5 Ho¹t ®éng cña m¹ch ®iÒu khiÓn ®­îc gi¶i thÝch theo gi¶n ®å c¸c ®­êng cong trªn nh­ sau: §iÖn ¸p vµo t¹i ®iÓm A (UA) cã d¹ng h×nh sin, trïng pha víi ®iÖn ¸p anod cña Tiristor T, qua khuyÕch ®¹i thuËt to¸n (K§TT) A1 cho ta chuçi xung ch÷ nhËt ®èi xøng UB. Khi (UA) d­¬ng qua khuÕch ®¹i thuËt to¸n (UB) PhÇn ¸p d­¬ng cña ®iÖn ¸p ch÷ nhËt UB qua diod D1 tíi A2 tÝch ph©n thµnh ®iÖn ¸p tùa Urc. Khi (UA) ©m ®iÖn ¸p ©m cña ®iÖn ¸p UB lµm më th«ng tranzitor Tr1, kÕt qña lµ A2 bÞ ng¾n m¹ch (víi Urc = 0) trong vïng UB ©m. Trªn ®Çu ra cña A2 chóng ta cã chuçi ®iÖn ¸p r¨ng c­a Urc gi¸n ®o¹n. §iÖn ¸p Urc ®­îc so s¸nh víi ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn U®k t¹i ®Çu vµo cña A3. Tæng ®¹i sè Urc + U®k quyÕt ®Þnh dÊu ®iÖn ¸p ®Çu ra cña K§TT A3. Trong kho¶ng 0¸t1 víi U®k > Urc ®iÖn ¸p UD cã ®iÖn ¸p ©m. Trong kho¶ng t1¸t2 ®iÖn ¸pU®k vµ U rc ®æi ng­îc l¹i, lµm cho UD lËt lªn d­¬ng. §iÖn ¸p d­¬ng UD qua Transistor c«ng suÊt ®Õn m¸y biÕn ¸p xung tao ra xung ¸p ®ñ ®iÒu kiÖn ®Ó më Tristor. §iÖn ¸p Ud sÏ xuÊt hiÖn trªn t¶i tõ thêi ®iÓm cã xung ®iÒu khiÓn ®Çu tiªn, t¹i c¸c thêi ®iÓm t2, t4 trong chuçi xung ®iÒu khiÓn, cña mçi chu kú ®iÖn ¸p nguån cÊp, cho tíi cuèi b¸n kú ®iÖn ¸p d­¬ng anod. IV. TÝnh to¸n c¸c th«ng sè cña s¬ ®å m¹ch ®iÒu khiÓn. C¸c th«ng sè c¬ b¶n ®Ó tÝnh m¹ch ®iÒu khiÓn cã: - §iÖn ¸p ®iÒu khiÓn Tiristor U®k=1,5(V). - Dßng ®iÖn ®iÒu khiÓn I®k= 40(mA). - TÇn sè xung fx . - §é réng xung ®iÒu khiÓn tx= 35ms. - Møc sôt biªn ®é xung sx =0,15. - §é mÊt ®èi xøng cho phÐp Da. - §iÖn ¸p ngu«n nu«i m¹ch ®iÒu khiÓn U = ±12(V). 1.TÝnh biÕn ¸p xung Chän vËt liÖu lµm lâi cã th«ng sè sau: DB = 0,3(T); DH = 30(A/m) chän tû sè m¸y biÕn ¸p xung: m=3 §iÖn ¸p thø cÊp MBAX: U2=U®k=1,5(V) Dßng ®iÖn thø cÊp MBAX: I2=I®k= 40(mA) §iÖn ¸p s¬ cÊp MBAX: U1=m.U®k=4,5(V) Dßng ®iÖn s¬ cÊp MBAX: I1=I®k/m=14(mA) TÝnh thÓ tÝch lâi thÐp cÇn cã: Trong ®ã: m tb - ®é tõ thÈm trung b×nh. m o = 1,25 . 10-6 (H/m); Q - tiÕt diÖn lâi s¾t; l - chiÒu dµi trung b×nh ®­êng søc tõ; Tõ thÓ tÝch lâi s¾t, tra b¶ng chän ®­îc lâi MBAX cã c¸c kÝch th­íc. Tra s¸ch kü thuËt biÕn ®æi ®iÖn n¨ng 14mm 12mm 3mm ta cã th«ng sè cña MBAX - TÝnh th«ng sè d©y quÊn biÕn ¸p xung: Sè vßng d©y quÊn s¬ cÊp (vßng) Sè vßng d©y quÊn thø cÊp (vßng) TiÕt diÖn d©y quÊn ®­îc tÝnh §èi víi c¸c lo¹i biÕn ¸p xung ®Ó ®iÒu khiÓn Tiristor, v× ®é réng xung ®iÖn ¸p hÑp nªn chóng ta cã thÓ chän mËt ®é dßng ®iÖn J kh¸ lín b»ng 6 vµ 4. 2.TÝnh t©ng khuyÕch ®¹i cuèi cïng. Sau khi lùa chän xong c¸c linh kiÖn cña tÇng khuyÕch ®¹i cuèi cïng chóng ta cã c¸c th«ng sè c¬ b¶n cña m¹ch: §iÖn ¸p nguån nu«i xung: Ecc=+12(V); chän ®iÖ trë RE ®Ó ph©n ¸p cho BAX Chän khuÕch ®¹i T3 lo¹i 2SC911 cã th«ng sè sau: Uce=40(V); Ube0=4(V); Icmax=500(mA); Pc=1,7(W); T0=1750; b=50. Dßng lµm viÖc colect¬: 14(mA) Dßng lµm viÖc baz¬: 14/50=0,28(mA). Chän Transistor c«ng suÊt T2 lo¹i C828 cã th«ng sè sau: Uce=30(V); Ube0=7(V); Icmax=50(mA); Pc=0,4(W); T0=1500; b=200. §iÖn trë vµo tÇn khuÕch ®¹i: Trong ®ã: Uv - ®iÖn ¸p vµo ®­îc lÊy tõ tÇng so s¸nh ®­a sang; Ib - dßng ®iÖn baz¬ cña Tranzitor khuyÕch ®¹i Chän tô C3: C3.Rb=tx=35.10-6…Þ C3=0,22(mF) 3. TÝnh chän tÇng so s¸nh. KhuÕch ®¹i thuËt to¸n TL084 Chän 4. TÝnh c¸c th«ng sè cña kh©u ®ång pha. Trong s¬ ®å ®ång pha, viÖc t¹o ®iÖn ¸p tùa ®­îc tiÕn hµnh b»ng c¸ch n¹p tô theo m¹ch R - C. Th«ng sè cña c¸c m¹ch R - C ®­îc tÝnh theo Trc = R2.C trong ®ã: R2,C - c¸c th«ng sè ®iÖn trí vµ tô ®iÖn trong m¹ch n¹p tô chän: Trc=0,005; chän tô: C1=0,22(mF) Þ R2=55(kW). Chän Transistor T1 lo¹i: A564 pnp cã c¸c th«ng sè: Ubc0=25v; Ube0=7v; Ic=100mA; T0=1500c; b=250 .Chän R1: 5.M¸y biÕn ¸p ®ång pha vµ nguån nu«i B +E.12V A 7812 7912 C 0 c b a U®f 0 -12V +12V C C Nguån nu«i IC V× ®iÖn ¸p vµo IC7812 lµ 31,5V; ®iÖn ¸p r¬i trªn Diode DU=1V Udo = 31,5 +1 = 32,5V U2ba = 2,5/1,17 » 28V Nguån nu«i BAX Udo = 12+1 = 13V U2ba = 13/1,17 = 11,2V Nguån ®ång pha Udo = 5 +1 = 7V U2ba = 7/1,17 = 6V C«ng suÊt nguån nu«i BAX P = 3.(12.0,014) = 0,5W C«ng suÊt nguån nu«i IC P = 3.3.0,68 = 6,12W C«ng suÊt nguån ®ång pha P = 3.1.10-3.6 = 0,018W C«ng suÊt tæng cña m¸y biÕn ¸p lµ Så = 0,5 + 6,12 + 0,018 = 6,638W XÐt tæn hao c«ng suÊt 10% SBA =6,638.1,1 = 7,3 W Chän tiÕt diÖn d©y dÉn V× dßng ®iÖn s¬ cÊp vµ thø cÊp ®Òu rÊt nhá ta chän sao cho tiÕt diÖn d©y lín h¬n tiÕt diÖn d©y ë thø cÊp biÕn ¸p xung ®Ó ®é tin cËy tèt h¬n. Chän tiÕt diÖn d©y: d = 0,1mm (c¶ c¸ch ®iÖn lµ 0,12mm). Víi c«ng suÊt tæng cña m¸y biÕn ¸p trªn ta chän ®­îc biÕn ¸p chÈn lµ S®m = 8,5W cã c¸c th«ng sè sau: a b c h H Qfe S®m ltb 12mm 20mm 12mm 30mm 42mm 2,04cm2 8,5W 13,7cm Sè vßng d©y cuén s¬ cÊp Sè vßng d©y cuén thø cÊp ®ång pha: Sè vßng d©y cuén thø cÊp nguån nu«i: Sè vßng d©y cuén thø cÊp nguån E: Tæng sè vßng d©y cña mét trô MBA: Wå = W1 + W®f + 2.Wnn + WE Wå = 4858 + 133 + 2.623 + 247 = 6484 vßng HÖ sè lÊp ®Çy lµ E: Stt = 2.Wå.Sdd = 102mm2 ThiÕt kÕ tñ ®iÖn. Tñ ®iÖn thiÕt kÕ ph¶i ®¶m b¶o chÊt l­îng cao vÒ kü thuËt, mü thuËt c«ng nghiÖp. ChÊt l­îng kü thuËt cña tñ ®iÖn ®­îc thÓ hiÖn ë c¸c yªu cÇu sau: KÝch th­íc hîp lý so víi c¸c thiÕt bÞ cÇn l¾p. Bè trÝ linh kiÖn hîp lý vÒ kh«ng gian. C¸c linh kiÖn bè trÝ theo nguyªn t¾c träng l­îng nghÜa lµ nh÷ng thiÕt bÞ nÆng bè trÝ d­íi thÊp, nh÷ng thiÕt bÞ nhÑ bè trÝ trªn cao. C¸c thiÕt bÞ bè trÝ theo nguyªn t¾c to¶ nhiÖt, nghÜa lµ nh÷ng thiÕt bÞ to¶ nhiÖt Ýt ®­îc bè trÝ d­íi thÊp cßn nh÷ng thiÕt bÞ to¶ nhiÖt nhiÒu ®­îc bè trÝ trªn cao. - Cã c¸c lç th«ng giã cÇn thiÕt: ®a sè c¸c thiÕt bÞ ®iÖn tö c«ng suÊt cÇn to¶ nhiÖt nhiÒu nªn th­êng ph¶i bè trÝ qu¹t lµm m¸t. ThiÕt bÞ cÇn lµm m¸t nhÊt trong tr­êng hîp nµy lµ c¸c van b¸n dÉn, bëi v× c¸c van b¸n dÉn to¶ nhiÖt lín vµ rÊt nh¹y víi nhiÖt ®é. M¹ch ®iÒu khiÓn cÇn ®­îc b¶o vÖ tèt, tr¸nh nhiÖt ®é cao, ng­êi ta th­êng bè trÝ c¸ch ly víi van vµ biÕn ¸p. Bè trÝ theo nguyªn t¾c chøc n¨ng, nghÜa lµ nh÷ng thiÕt bÞ cã chøc n¨ng gièng nhau th­êng ®­îc bè trÝ gÇn nhau. C¸c thiÕt bÞ thao t¸c, ®o l­êng, tÝn hiÖu cÇn ®­îc bè trÝ ë mÆt tr­íc hoÆc nh÷ng vÞ trÝ thuËn tiÖn ChÊt l­îng mü thuËt ph¶i ®¶m b¶o c¸c yªu cÇu: H×nh d¸ng ®Ñp. MÇu s¾c hµi hoµ kh«ng qu¸ sÆc sì, kh«ng qu¸ tèi, th­êng gÆp mÇu ghi s¸ng, tr¾ng ngµ, xanh nh¹t....... ThiÕt bÞ bè trÝ ngay ng¾n cã hµng, cã cét. D©y nèi ph¶i ®Æt trong m¸ng d©y hoÆc ®­îc bã thµnh bã gän ghÏ. Môc lôc