Đồ án Thiết kế bộ biến đổi DC-AC điều khiển động cơ một chiều

Tr­êng ®¹i häc s­ ph¹m kü thuËt h­ng yªn Khoa §iÖn - §iÖn Tö šš & ›› ThuyÕt minh ®å ¸n m«n häc ®iÖn tö c«ng suÊt ®Ò tµi: thiÕt kÕ bé biÕn ®æi dc-ac ®iÒu khiÓn ®éng c¬ mét chiÒu Gi¸o viªn h­íng dÉn : §oµn V¨n §iÖn Sinh viªn thùc hiÖn : TrÇn V¨n Quý NguyÔn Hång Qu©n L­u Minh Th¾ng Kh­¬ng ThÞ CÇn Th¬ H­ng Yªn ngµy th¸ng 06 n¨m 2005 Môc lôc Lêi nãi ®Çu 3 Ch­¬ng 1 Giíi thiÖu chung vÒ bé ®iÒu ¸p 4 Ch­¬ng 2 ThiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn 5 2.1 S¬ ®å m¹ch ®éng lùc 5 2.2.1 Giíi thiÖu mét sè s¬ ®å 5 2.1.2 Lùa chän s¬ ®å 6 2.1.3 Nguyªn lý ho¹t ®éng 6 2.2 Thyristor 10 2.2.1 CÊu t¹o 10 2.2.2 Nguyªn lý ho¹t ®éng 11 2.2.3 ¦ng dông 13 2.3 ThiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn 13 2.3.1 C¸c yªu cÇu ®èi víi xung ®iÒu khiÓn 13 2.3.2 Kh¸i niÖm vÒ m¹ch ®iÒu khiÓn 15 2.3.3 Nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn th¼ng ®øng 16 2.3.4 S¬ ®å khèi m¹ch ®iÒu khiÓn van 17 2.3.5 M¹ch t¹o ®iÖn ¸p ®èi xøng 19 2.3.6 Kh©u ®ång pha 19 2.3.7 M¹ch t¹o ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn 21 2.3.8 Khèi so s¸nh 2.3.9 M¹ch t¹o xung chïm 2.3.10 Kh©u khuÕch ®ai vµ biÕn ¸p xung 2.4 TÝnh to¸n cho van vµ m¹ch ®iÒu khiÓn 2.4.1 TÝnh to¸n chän thyristor 2.4.2 TÝnh to¸n cho m¹ch ®iÒu khiÓn 2.4.3 TÝnh chän BAX 2.4.4 B¶o vÖ thiÕt bÞ biÕn ®æi Ch­¬ng 3 Giíi thiÖu vÒ thiÕt bÞ 3.1 M« h×nh thiÕt bÞ 3.2 Bè trÝ thiªt bÞ 3.2 C¸ch sö dông Tµi liÖu tham kh¶o Lêi nãi ®Çu Víi sù ph¸t triÓn nhanh chãng cña kü thuËt b¸n dÉn c«ng suÊt lín, c¸c thiÕt bÞ biÕn ®æi ®iÖn n¨ng dïng c¸c linh kiÖn b¸n dÉn c«ng suÊt ®· ®­îc sö dông nhiÒu trong c«ng nghiÖp vµ ®êi sèng nh»m ®¸p øng c¸c nhu cÇu ngµy cµng cao cña x· héi. V× thÕ m«n häc §iÖn Tö C«ng SuÊt lµ mét trong nh÷ng m«n khoa häc ®Æc biÖt trong c¸c tr­êng kü thuËt ®Ó ng­êi häc cã ®iÒu kiÖn häc tËp nghiªn cøu ra nh÷ng øng dông phôc vô cho thùc tiÔn. Tuy nhiªn nh÷ng øng dông ®ã vÉn ch­a ®­îc khai th¸c triÖt ®Ó trong hÖ thèng ®iÒu khiÓn, ®o l­êng vµ ®iÒu chØnh… Trong qu¸ tr×nh häc tËp t¹i tr­êng §¹i Häc S­ Ph¹m Kü ThuËt H­ng Yªn ®­îc sù chØ ®¹o cña nhµ tr­êng cña khoa §iÖn - §iÖn Tö vµ ®Æc biÖt lµ thÇy §oµn V¨n §iÖn ®· h­íng dÉn chóng t«i lµm ®Ò tµi “ThiÕt kÕ bé ®iÒu ¸p xoay chiÒu cho ®éng c¬ mét pha c«ng suÊt lín”. Vµ trong cuèn thuyÕt minh nµy chóng t«i ®· tr×nh bµy ®­îc nh÷ng vÊn ®Ò c¬ b¶n mµ ®Ò tµi ®· yªu cÇu. Tuy nhiªn víi thêi gian vµ kiÕn thøc cßn h¹n chÕ nªn néi dung cßn cã nh÷ng thiÕu sãt. Chóng t«i rÊt mong nhËn ®­îc nh÷ng ý kiÕn ®ãng gãp cña c¸c thÇy, c¸c c« vµ toµn thÓ c¸c b¹n ®Ó ®Ò tµi cña chóng t«i ®­îc hoµn thiÖn h¬n. Chóng t«i xin ch©n thµnh c¶m ¬n! Bé ®iÒu ¸p xoay chiÒu cho ®éng c¬ mét pha c«ng suÊt lín Ch­¬ng 1 Kh¸i niÖm chung Trong kü thuËt ®iÖn cã nhiÒu tr­êng hîp ph¶i biÕn ®æi ®iÖn ¸p xoay chiÒu gi¸ trÞ kh«ng ®æi thµnh ®iÖn ¸p xoay chiÒu cã gi¸ trÞ ®iÒu chØnh ®­îc cã cïng tÇn sè. Th«ng th­êng ta dïng MBA, MBA cã ­u ®iÓm lµ kÕt cÊu gän gµng, lµm viÖc tin cËy ®é bÒn cao vµ nÕu Uv lµ h×nh sin th× Ur còng cã h×nh sin, nh­ng nã l¹i cã nh­îc ®iÓm: khã thùc hiÖn thay ®æi tr¬n ®iÖn ¸p ra nhÊt lµ ®èi víi t¶i c«ng suÊt trung b×nh vµ lín . Khi ®ã ng­êi ta dïng thiÕt bÞ kh¸c lµ BB§ AC- AC. ThiÕt bÞ nµy sö dông c¸c dông cô b¸n dÉn cã ®iÒu khiÓn. Nguyªn t¾c : C¾t ®i mét phÇn trong mçi nöa chu kú cña ®iÖn ¸p nguån xuay chiÒu h×nh sin lµm cho Ur < Unguån. ¦u ®iÓm: gän nhÑ hiÖu suÊt cao, lµm viÖc tin cËy, ®iÒu chØnh tr¬n ®iÖn ¸p víi ph¹m vi réng víi mäi cÊp c«ng suÊt. Nh­îc ®iÓm: ®é tin cËy kh«ng b»ng MBA, s¬ ®å ®iÒu khiÓn phøc t¹p, Uvµo d¹ng sin nh­ng Ura kh¸c sin. Ph¹m vi øng dông BB§ xc-xc: §iÒu khiÓn tèc ®é cña c¸c ®éng c¬ xoay chiÒu kh«ng ®ång bé c«ng suÊt nhá b»ng ph­¬ng ph¸p biÕn ®æi nguån Khëi ®éng c¸c ®éngc¬ xoay chiÒu kh«ng ®ång bé roto lång sãc c«ng suÊt trung b×nh vµ lín. Cung cÊp cho s¬ cÊp MBA t¨ng ¸p khi cã yªu cÇu ®iÒu chØnh tr¬n ®iÖn ¸p ra. Ch­¬ng 2 ThiÕt kÕ bé ®iÒu ¸p AC - AC cho t¶i ®éng c¬ c«ng suÊt lín 2.1 S¬ ®å m¹ch ®éng lùc 2.1.1 Giíi thiÖu mét sè s¬ ®å S¬ ®å sö dông 2 thyristor m¾c song song ng­îc (Ha) §Æc ®iÓm: ThÝch hîp víi c¸c s¬ ®å ®iÒu khiÓn t¶i cã c«ng suÊt lín. V× ngµy nay thyristor ®· ®­îc chÕ t¹o cã dßng ®Õn 7000A th× viÖc ®iÒu khiÓn xoay chiÒu ®Õn hµng chôc ngh×n Ampe lµ hoµn toµn cã thÓ. Tuy nhiªn nã còng cã nh­îc ®iÓm lµ chÊt l­îng ®iÒu khiÓn kh«ng ®­îc tèt, nhÊt lµ vÒ mÆt ®èi xøng ®iÖn ¸p . S¬ ®å sö dông 1 triac (Hb) §Æc ®iÓm: Kh¾c phôc ®­îc nh­îc ®iÓm cña thyristor vµ cã ­u ®iÓm h¬n vÒ mÆt l¾p r¸p nh­ng triac hiÖn nay míi ®­îc chÕ t¹o víi dßng kh«ng lín I < 400Anªn kh«ng thÝch hîp víi dßng t¶i lín. S¬ ®å sö dông 2 diode vµ 2 thyristor catot chung(Hc) §Æc ®iÓm: ChØ dïng ®Ó nèi c¸c cùc ®iÒu khiÓn ®¬n gi¶n. S¬ ®å sö dông 4 diode vµ 1 thyristor (Hd) §Æc ®iÓm : §­îc dïng khi cÇn ®iÒu khiÓn ®èi xøng ®iÖn ¸p trªn t¶i tuy nhiªn l¹i cã tæn hao lín trªn c¸c van b¸n dÉn nªn hiÖu suÊt lín. Haa Hc Hd H×nh 2.1: C¸c s¬ ®å Lùa chän s¬ ®å C¨n cø vµo: §Æc ®iÓm cña t¶i T¶i ®éng c¬ c«ng suÊt lín §iÖn ¸p ®iÒu chØnh tr¬n 0 U l­íi ChÕ ®é lµm viÖc ng¾n h¹n lÆp l¹i Nguån cÊp : ®iÖn ¸p l­íi §iÒu kiÖn lµm viÖc : Cã thÓ lµm viÖc ngoµi trêi hoÆc trong nhµ Tr×nh ®é kh¶ n¨ng cña ng­êi thiÕt kÕ vµ vËn hµnh cßn h¹n chÕ. ta chän s¬ ®å h×nh (Ha) H×nh 2.2: S¬ ®å m¹ch ®éng lùc Nguyªn lý lµm viÖc Khi t¶i lµ ®iÖn c¶m (R+L) gãc lÖch pha cña t¶i sÏ lµm gi¶m sù biÕn thiªn cña gãc ®iÒu khiÓn . Ta xÐt sù ho¹t ®éng cña m¹ch víi c¸c tr­êng hîp cña gãc ®iÒu khiÓn . Khi << Thyristor ®­îc måi ë t=, lóc nµy gi¶ sö T1 ®ang dÉn ta cã ph­¬ng tr×nh m¹ch ®iÖn lµ: L+ Ri =Vm.sint NghiÖm cña dßng ®iÖn i cã biÓu thøc i =i+i= Víi Z lµ tæng trë Z = vµ tg Thµnh phÇn i ©m v× > t¹i t = t th× T1 bÞ kho¸ Ta cã : t<+<+ ë thêi ®iÓm t = T/2 + To th× T2 ®ñ ®iÒu kiÖn dÉn - §­îc ph©n cùc thuËn(v× ®iÖn ¸p nguån ®· ®æi dÊu) - Cã xung ®iÒu khiÓn V1 V2 V V` T t t 0 t0 t1 T tl tf V1 = -V2 0 T T2 dÉn vµ qu¸ tr×nh x¶y ra t­¬ng tù nh­ ®èi víi chu kú d­¬ng ®iÖn ¸p. H×nh 2.3: D¹ng sãng ®iÖn ¸p 1 pha khi t¶i R- L víi gãc måi Khi > c¸c thyristor lu«n bÞ kho¸ bëi v× xung måi ®Õn khi mµ ®iÖn ¸p Ulu«n ©m. Khi = thµnh phÇn hµm mò cña i =0 nªn dßng ®iÖn h×nh sin nèi trùc tiÕp víi t¶I. Nh­ vËy khi thay ®æi gãc ®iÒu khiÓn gi÷a vµ dßng ®iÖn hiÖu dông thay ®æi tõ 0 ®Õn cùc ®¹i = Vmax/Z. b) Khi < Lóc nµy sù ho¹t ®éng cña bé ®iÒu ¸p phô thuéc vµo tÝn hiÖu ®­a vµo cùc ®iÒu khiÓn NÕu xung måi rÊt ng¾n thyristor nhËn ®­îc xung måi ®Çu tiªn vµ më, dßng ®iÖn i lµ i = if+ il = B©y giê thµnh phÇn dßng c­ìng bøc if vµ il cïng dÊu. Dßng ®iÖn triÖt tiªu khi t1>+ do ®ã lín h¬n xung ®Õn cùc ®iÒu khiÓn cña T2 ë thêi ®iÓm khi thyristor nµy cã ®iÖn ¸p UAK ©m do ®iÖn ¸p r¬i trong T1 ®ang dÉn ®· ®æi dÊu vµ do vËy T2 kh«ng ®­îc måi khi ®iÖn ¸p T2 trë nªn d­¬ng t¹i t = t1 th× l¹i kh«ng cßn xung trªn cùc ®iÒu khiÓn n÷a. V× lý do ®ã s¬ ®å lµm viÖc kh«ng b×nh th­êng: Mét nöa chu kú dßng ®iÖn biÕn mÊt mét c¸ch ®ét ngét. Dßng ®iÖn i chuyÓn tõ V/Z sang V/Z. iG, iG` iG iG` iG t t t V1=-V2 V T t0 i 0 y j if i p+y il t1 T t H×nh2.4: §iÒu ¸p mét pha, t¶i R-L ho¹t ®éng kh«ng b×nh th­êng NÕu xung måi cã ®é réng ®ñ lín th× khi t = t1 ®iÖn ¸p UAK cña T2 trë thµnh d­¬ng vµ trªn cùc ®iÒu khiÓn cña nã vÉn cã xung måi tõ thêi ®iÓm t = do vËy T2 dÉn. Thµnh phÇn il trong biÓu thøc cña i vÉn kh«ng ®æi (gièng nh­ khi T1 dÉn). Vµ t­¬ng tù t¹i thêi ®iÓm t = t2 T1 sÏ dÉn trë l¹i. Sau mét vµi chu kú thµnh phÇn il mÊt ®i vµ dßng ®iÖn i trïng víi dßng c­ìng bøc h×nh sin if . ViÖc chuyÓn gãc kh«ng t¹o nªn ho¹t ®éng b×nh th­êng n÷a, trÞ sè hiÖu dông I = V/Z. Bé ®iÒu ¸p sÏ lµm viÖc nh­ mét kho¸ chuyÓn m¹ch ®ãng th­êng xuyªn khi . KÕt luËn: Khi phô t¶i cña bé ®iÒu ¸p cã tÝnh R+L th× t¹i thêi ®iÓm b»ng 0 vµ b¾t ®Çu ®æi dÊu cña ®iÖn ¸p nguån th× van lµm viÖc ë giai ®o¹n tr­íc ch­a kho¸ l¹i mµ vÉn tiÕp tôc dÉn dßng nhê søc ®iÖn ®éng tù c¶m cña L. Do ®Æc ®iÓm nµy mµ khi ®Æc tÝnh t¶i cña bé ®iÒu ¸p biÕn ®æi th× gi¸ trÞ hiÖu dông cña ®iÖn ¸p ra còng thay ®æi mÆc dï ta gi÷ nguyªn gi¸ trÞ gãc ®iÒu khiÓn. Gäi lµ kho¶ng kÐo dµi sù dÉn dßng cña van do søc ®iÖn ®éng tù c¶m th× gãc sÏ t¨ng nÕu ta gi¶m gãc ®iÒu khiÓn vµ khi th× ®¹t gi¸ trÞ max = .Khi = th× gãc dÉn cã nghÜa lµ mçi van sÏ dÉn mét nöa chu kú nÕu nh­ vËy th× Ut¶i lu«n = Unguån NÕu ®é dµi xung ®ñ lín () th× khi ph¸t tÝn hiÖu më van víi c¸c gãc ®iÒu khiÓn n»m trong kho¶ng gãc dÉn ®iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn trªn t¶i cã d¹ng sin c¸c van nh­ nh÷ng kho¸ chuyÓn m¹ch. VËy víi bé ®iÒu ¸p nµy khi ta kh«ng ®iÒu chØnh ®­îc ®iÖn ¸p ra trªn t¶i vµ ®Ó ®iÒu khiÓn ®­îc th× iG, iG` 0 0 iG iG` 0 t V1=-V2 iG` iG t V y j i if il p+y t1 t2 t i H×nh 2.5: Bé ®iÒu ¸p mét pha, t¶i R – L, xung ®iÒu khiÓn ®ñ réng Thyristor CÊu t¹o: Thyristor lµ linh kiÖn gåm 4 líp b¸n dÉn PNPN liªn tiÕp t¹o nªn anèt, kat«t vµ cùc ®iÒu khiÓn. P1 N1 P2 N2 ( a ) ( b ) A J1 J2 J3 A K G G K H×nh2.6: a lµ cÊu t¹o, b lµ ký hiÖu Thyristor gåm mét ®Üa Silic tõ ®¬n thÓ lo¹i N, trªn líp ®Öm lo¹i b¸n dÉn P cã cùc ®iÒu khiÓn b»ng d©y nh«m, c¸c líp chuyÓn tiÕp ®­îc t¹o nªn b»ng kü thuËt bay h¬i cña Gali. Nguyªn lý ho¹t ®éng §Æt thyristor d­íi mét ®iÖn ¸p mét chiÒu , anèt nèi vµo cùc d­¬ng, catèt nèi vµo cùc ©m cña nguån ®iÖn ¸p, J1, J3 ph©n cùc thuËn, J2 ph©n cùc ng­îc. GÇn nh­ toµn bé ®iÖn ¸p nguån ®Æt trªn mÆt ghÐp J2. §iÖn tr­êng néi t¹i Ei cña J2 cã chiÒu tõ N1 h­íng vÒ P2. §iÖn tr­êng ngoµi t¸c ®éng cïng chiÒu víi Ei vïng chuyÓn tiÕp còng lµ vïng c¸ch ®iÖn cµng më réng ra kh«ng cã dßng ®iÖn ch¹y qua thyristor mÆc dï nã bÞ ®Æt d­íi ®iÖn ¸p thuËn. IH U I UZ 0 Uch Hình 2.7: ;§Æc tÝnh volt-ampe cña tiristor. +) Më thyristor Cho mét xung ®iÖn ¸p d­¬ng Us t¸c ®éng vµo cùc G (d­¬ng so víi K), C¸c ®iÖn tö tõ N2 sang P2. §Õn ®©y mét sè Ýt ®iÖn tö ch¶y vµo cùc G vµ h×nh thµnh dßng ®iÒu khiÓn Is ch¹y theo m¹ch G- J3- K-G cßn phÇn lín ®iÖn tö chÞu søc hót cña ®iÖn tr­êng tæng hîp cña mÆt ghÐp J2 lao vµo vïng chuyÓn tiÕp nµy, t¨ng tèc, ®éng n¨ng lín bÎ g·y c¸c liªn kÕt nguyªn tö silÝc t¹o nªn c¸c nguyªn tö tù do míi. Sè nguyªn tö míi ®­îc gi¶i phãng tham gia b¾n ph¸ trong vïng kÕ tiÕp. KÕt qu¶ lµ ph¶n øng d©y truyÒn xuÊt hiÖn nhiÒu ®iÖn tö ch¹y vµo N1 qua P1 vµ ®Õn cùc d­¬ng cña nguån®iÖn ngoµi g©y nªn hiÖn t­îng dÉn µo ¹t, J2 trë thµnh mÆt ghÐp dÉn ®iÖn, b¾t ®Çu tõ mét ®iÓm ë xung quanh cùc G råi ph¸t triÓn ra toµn bé mÆt ghÐp. Thyristor khi + UAK> 1V hoÆc IG> IGst th× thyristor sÏ më. Trong ®ã IGst lµ dßng ®iÒu khiÓn ®­îc tra ë sæ tay tra cøu. +) Kho¸ thyristor cã 2 c¸ch : Lµm gi¶m dßng ®iÖn lµm viÖc I xuèng d­íi gi¸ trÞ dßng duy tr× IH §Æt mét ®iÖn ¸p ng­îc lªn thyristor, khi ®ã UAK < 0, J1 vµ J3 bÞ ph©n cùc ng­îc, J2 ph©n cùc thuËn, ®iÖn tö ®¶o chiÒu hµnh tr×nh t¹o nªn dßng ®iÖn ng­îc ch¶y tõ catèt vÒ anèt, vÒ cùc ©m cña nguån ®iÖn ngoµi. +) XÐt sù biÕn thiªn cña dßng ®iÖn i(t) khi thyristor kho¸ H×nh 2.8: Sù biÕn thiªn cña dßng ®iÖn i(t) trong qóa tr×nh thyristor kho¸. t1 t2 t0 t Ii Tõ t0 ®Õn t1 dßng ®iÖn lín, sau ®ã J1, J3 trë nªn c¸ch ®iÖn. Do hiÖn t­îng khuÕch t¸n mét Ýt ®iÖn tö gi÷a hai mÆt J1 vµ J3 Ýt dÇn cho ®Õn hÕt, ®ång thêi J2 kh«i phôc tÝnh chÊt cña mÆt ghÐp ®iÒu khiÓn. ¦ng dông Thyristor ®­îc sö dông trongc¸c bé nguån ®Æc biÖt trong m¹ch chØnh l­u, bé b¨m vµ bé biÕn tÇn trùc tiÕp hoÆc c¸c bé biÕn tÇn cã kh©u trung gian mét chiÒu øng dông cña thyristor trong m¹ch ®iÒu khiÓn ®éng c¬ ChuyÓn m¹ch tÜnh Khèng chÕ pha N¹p ¨cquy Khèng chÕ nhiÖt ThiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn C¸c yªu cÇu ®èi víi xung ®iÒu khiÓn Yªu cÇu vÒ ®é lín xung §K vµ dßng §K Gi¸ trÞ lín nhÊt kh«ng ®­îc v­ît qu¸ gi¸ trÞ cho phÐp Gi¸ trÞ nhá nhÊt ph¶i ®¶m b¶o th«ng mäi thyristor cïng lo¹i ë mäi ®iÒu kiÖn lµm viÖc Tæn hao c«ng suÊt trung b×nh trªn cùc ®iÒu khiÓn còng kh«ng qu¸ gi¸ trÞ cho phÐp §Ó më th«ng mét c¸ch tin cËy th× Uvµ Iph¶I thuéc vïng A B lµ vïng kh«ng râ rµng cã thÓ më ®­îc còng cã thÓ kh«ng më ®­îc C lµ vïng kh«ng më ®­îc bÊt kú thyristor nµo §­êng a giíi h¹n dßng ®iÖn min §­êng b giíi h¹n ®iÖn ¸p min §­êng c lµ tæn hao c«ng suÊt trung b×nh IGK A B C UG2 UG1 IG1 a b c 0 UGK IG2 H×nh 2.9: Giíi h¹n vïng lµm viÖc cña thyristor H×nh 2.10: §å thÞ sù phô thuéc ®é réng xung vµ biªn ®é xung Yªu cÇu vÒ ®é réng xung Th«ng th­êng T>= 5s . NÕu t¨ng ®é réng xung sÏ cho phÐp gi¶m biªn ®é xung ®iÒu khiÓn I Yªu cÇu vÒ ®é dèc s­ên xung H×nh 2.11: §é réng s­ên xung S­ên tr­íc cña xung cµng dèc (Ts cµng nhá ) th× viÖc §K th«ng thyristor cµng tèt nhÊt lµkhi m¹ch cã nhiÒu thyristor Th­êng ®é dèc s­ên xung lµ Ts = 0,5 1s Yªu cÇu vÒ tÝnh ®èi xøng víi c¸c kªnh ®iÒu khiÓn §é lÖch cho phÐp cña xung §K kh«ng ®­îc sai lÖch qu¸ 3®é. VÝ dô víi s¬ ®å ®iÒu khiÓn c¸c thyristor trong s¬ ®å chØnh l­u, ®é lÖch cho phÐp cña c¸c xung ®iÒu khiÓn ë c¸c kªnh kh¸c nhau ph¶i ë trong ph¹m vi øng víi cïng ®iÖn ¸p gi¸ trÞ ®iÒu khiÓn - VÝ dô ®èi víi m¸y biÕn ¸p xung th­êng ®­îc sö dông nh­ mét kh©u truyÒn xung cuèi cïng ë tÇng khuyÕch ®¹i xung, ®iÖn ¸p chÞu ®ùng gi÷a s¬ cÊp vµ thø cÊp ph¶i ®¹t ®­îc 1500v2000v khi ®iÖn ¸p l­íi 3x 380VAC ®ùng gi÷a s¬ cÊp vµ thø cÊp ph¶i ®¹t ®­îc 1500v2000v khi ®iÖn ¸p l­íi 3x 380VAC. H×nh 2.12: C¸ch ly gi÷a m¹ch lùc vµ m¹ch ®iÒu khiÓn dïng biÕn ¸p xung Yªu cÇu vÒ ®é tin cËy §iÖn trë ra cña kªnh ®iÒu khiÓn nhá ®Ó khi dßng rß t¨ng th× thyristor sÏ kh«ng tù th«ng Xung §K Ýt phô thuéc vµo biÕn ®éng nhiÖt vµ biÕn ®æi ®iÖn ¸p nguån Kh«ng ¶nh h­ëng bëi nhiÔu c¶m øng ®Ó kh«ng më nhÇm §¶m b¶o ph¹m vi gãc më Th­êng = Yªu cÇu vÒ l¾p r¸p vµ vËn hµnh Kh¸i niÖm m¹ch ®iÒu khiÓn Nh­ ®· biÕt ®Ó c¸c van cã thÓ më ®óng c¸c thêi ®iÓm mong muèn th× ngoµi ®iÒu kiÖn lµ ®Æt ®iÖn ¸p thuËn th× trªn ®iÖn cùc ®iÒu khiÓn vµ katèt ph¶i cã mét ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn. §Ó cã hÖ thèng c¸c tÝn hiÖu §K xuÊt hiÖn ®óng theo yªu cÇu th× ta ph¶i sö dông mét m¹ch ®iÖn ®Ó t¹o ra c¸c tÝn hiÖu ®ã vµ ®­îc gäi lµ m¹ch §K. §iÖn ¸p §K ph¶i ®¸p øng ®­îc c¸c yªu cÇu cÇn thiÕt nh­ c«ng suÊt, biªn ®é, thêi gian tån t¹i. C¸c th«ng sè cÇn thiÕt cña tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn ®· ®­îc cho s½n trong c¸c tµi liÖu tra cøu vÒ van. §Æc ®iÓm cña thyristor lµ khi van ®· më th× viÖc cßn tÝn hiÖu §K n÷a hay kh«ng kh«ng ¶nh h­ëng ®Õn dßng qua van, v× vËy ng­êi ta t¹o ra tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn cã d¹ng c¸c xung ®Ó h¹n chÕ c«ng suÊt vµ tæn thÊt. Bé ph¸t xung §K ®­îc chia lµm 2 nhãm: HÖ thèng §K ®ång bé: C¸c xung §K xuÊt hiÖn ®óng thêi ®iÓm cÇn më van vµ lÆp ®i lÆp l¹i mang tÝnh chu kú. HÖ thèng §K kh«ng ®ång bé: Xung §K kh«ng tu©n theo gi¸ trÞ gãc §K. 2.3.3 Nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn th¼ng ®øng Theo nguyªn t¾c nµy ng­êi ta dïng hai ®iÖn ¸p: §iÖn ¸p ®ång bé us v­ît tr­íc uAK= Um. sin cña thyristor mét gãc b»ng . ®ã lµ us = Um.cos ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn ucm lµ ®iÖn ¸p mét chiÒu cã thÓ ®iÒu chØnh ®­îc biªn ®é theo hai chiÒu ( d­¬ng vµ ©m). NÕu ®Æt us vµo cæng ®¶o vµ ucm vµo cæng kh«ng ®¶o cña kh©u so s¸nh th× us= ucm, ta xÏ nhËn ®­îc mét xung rÊt m¶nh ë ®Çu ra kh©u so s¸nh khi kh©u nµy lËt tr¹ng th¸i: UAK 2 Us Ucm 0 UAK H×nh 2.13 Ucm = Um.cos nªn = arccos Khi ucm = um th× = 0 Khi ucm = 0 th× = Khi ucm = - um th× = Nh­ vËy khi ®iÒu chØnh ucm tõ trÞ sè ucm = um ®Õn ucm= - um ta cã thÓ ®iÒu chØnh ®­îc gãc tõ 0 ®Õn . Nguyªn t¾c nµy ®­îc sö dông trong c¸c thiÕt bÞ chØnh l­u ®ßi hái cao. S¬ ®å khèi m¹ch ®iÒu khiÓn van H×nh 2.14: S¬ ®å khèi m¹ch ®iÒu khiÓn Nguyªn lý c¬ b¶n cña khèi ®iÒu khiÓn trªn TÝn hiÖu ®iÖn ¸p cung cÊp cho m¹ch ®éng lùc ®­îc ®­a dÕn m¹ch ®ång bé ho¸ vµ trªn ®Çu ra cña m¹ch ®ång bé ta cã ®iÖn ¸p th­êng cã d¹ng h×nh sin víi tÇn sè b»ng tÇn sè ®iÖn ¸p nguån cung cÊp hoÆc lÖch mét gãc pha x¸c ®Þnh so víi U nguån vµ ®­îc gäi lµ ®iÖn ¸p ®ång bé U®b. U®b ®­a vµo m¹ch ph¸t ®iÖn ¸p r¨ng c­a kÕt qu¶ ë ®Çu ra cã ®iÖn ¸p r¨ng c­a ®ång bé vÒ tÇn sè vµ gãc pha so víi U®b ®­îc ký hiÖu lµ Urc. Urc ®­a vµo khèi so s¸nh vµ ë ®ã cßn cã tÝn hiÖu kh¸c n÷a lµ U®k - §iÖn ¸p mét chiÒu, ®iÒu chØnh ®­îc vµ ®­îc ®­a tõ ngoµi vµo: U®k vµ Urc ®­îc m¾c víi cùc tÝnh ng­îc nhau. Nh­ vËy khèi so s¸nh sÏ so s¸nh hai tÝn hiÖu nµyvµ t¹i nh÷ng thêi ®iÓm U®k = Urc th× ®Çu ra cña khèi so s¸nh sÏ thay ®æi tr¹ng th¸i kh«ng thµnh cã (cã chuyÓn thµnh kh«ng) víi chu kú b»ng chu kú cña Urc. Nh­ vËy ta cã thÓ thay ®æi thêi ®iÓm xuÊt hiÖn xung ®Çu ra cña khèi so s¸nh b»ng c¸ch biÕn ®æi U®k (gi÷ nguyªn Urc). §Ó cã tÝn hiÖu ®ñ yªu cÇu vÒ c«ng suÊt, ®é réng, ®é dèc, s­ên xung…Ta thùc hiÖn qua c¸c khèi t¹o xung, khuyÕch ®¹i xung, biÕn ¸p xung. Nh­ng thêi ®iÓm xuÊt hiÖn xung vÉn trïng víi tÝn hiÖu ra cña khèi so s¸nh tøc lµ khèi so s¸nh ®ãng vai trß x¸c ®Þnh gi¸ trÞ gãc ®iÒu khiÓn a. Hay chÝnh lµ ®iÒu chØnh U®k ta sÏ cã ®­îc gi¸ trÞ gãc a kh¸c nhau. Sau ®©y ta sÏ xÐt chi tiÕt c¸c phÇn m¹ch ®iÖn cña hÖ thèng ®iÒu khiÓn M¹ch t¹o ®iÖn ¸p ®èi xøng (§Ó cÊp nguån cho m¹ch ®iÒu khiÓn) +12V - 12V MBA IC7812 IC7912 S¬ ®å m¹ch: H×nh 2.15: M¹ch t¹o ®iÖn ¸p ®èi xøng - Mét MBA gi¶m ¸p Uvµo =220V- AC lµ ®iÖn ¸p l­íi, Ura = 12V- AC, qua chØnh l­u cÇu diode cho ra ®iÖn ¸p mét chiÒu 12V – DC. Muèn t¹o ®­îc ®iÖn ¸p ®èi xøng 12V ta sö dông 2 IC æn ¸p : IC7812 æn ¸p nguån d­¬ng vµ IC7912 æn ¸p nguån ©m ®­îc m¾c nh­ trªn s¬ ®å. Kh©u ®ång pha §Ó t¹o ra mét hÖ thèng c¸c xung xuÊt hiÖn lÆp ®i lÆp l¹i víi chu kú b»ng chu kú nguån xoay chiÒu vµ ®iÒu khiÓn ®­îc thêi ®iÓm xuÊt hiÖn cña chóng th× chóng ta ph¶i cã mét m¹ch ph¸t sãng r¨ng c­a nh­ h×nh vÏ (sö dông hai khuyÕch ®¹i thuËt to¸n) -12V Vdf H×nh 2.16: M¹ch t¹o ®iÖn ¸p r¨ng c­a Nguyªn lý ho¹t ®éng: §iÖn ¸p chØnh l­u Vdf ®­îc so s¸nh víi ®iÖn ¸p trªn biÕn trë VRdf . T¹i thêi ®iÓm Vdf =VRdf th× Ura cña A1 sÏ ®æi dÊu , nh­ vËy ta cã chuçi xung ch÷ nhËt kh«ng ®èi xøng uA1. lµ ®é réng xung ©m cña A1 cßn phÇn d­¬ng UA1 ®­îc tÝch ph©n qua khuÕch ®¹i thuËt to¸n A2 thµnh ®iÖn ¸p ®ång bé xung r¨ng c­a. NhËn xÐt: ë vïng xung ®iÒu khiÓn bÞ mÊt do kh«ng cã ®iÖn ¸p ®ång bé v× vËy ta cµng gi¶m cµng tèt mµ gãc lµ do ®iÖn ¸p VRdf quyÕt ®Þnh ®Ó gi¶m ta gi¶m VRdf ®Ó cã mét vµi ®é thuéc ph¹m vi cho phÐp. t Udf UA1 UA2 UVRf H×nh 2.15: Gi¶n ®å nguyªn lý t¹o ®iÖn ¸p r¨ng c­a M¹ch t¹o ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn H×nh 2.16: M¹ch t¹o ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn Nguyªn lý: - §iÖn ¸p vµo thuËn cña khuÕch ®¹i thuËt to¸n ®­îc lÊy tõ cÇu ®iÖn trë VR-R. - D lµ diode æn ¸p 12V. - §©y lµ m¹ch khuÕch ®¹i tÝn hiÖu , cã thÓ ®iÒu chØnh ®­îc ®iÖn ¸p ra th«ng qua ®iÒu chØnh biÕn trë VR (Umax= +UA3). - D¹ng ®iÖn ¸p ra cã d¹ng nh­ h×nh 2.17 H×nh 2.17: Gi¶n ®å ®iÖn ¸p U®k Kh©u so s¸nh §Ó t¹o ra mét hÖ thèng c¸c xung xuÊt hiÖn mét c¸ch chu kú, víi chu kú trïng víi chu kú ®iÖn ¸p r¨ng c­a (còng lµ chu kú nguån xoay chiÒu cung cÊp) vµ ®iÒu khiÓn ®ù¬c thêi ®iÓm xuÊt hiÖn cña xung måi ta sö dông c¸c m¹ch so s¸nh. Cã thÓ thùc hiÖn kh©u so s¸nh víi nhiÒu m¹ch kh¸c nhau nh­ng phæ biÕn nhÊt hiÖn nay lµ dïng transitor vµ khuÕch ®¹i thuËt to¸n. Trong c¸c s¬ ®å m¹ch so s¸nh th× th­êng cã 2 tÝn hiÖu vµo lµ ®iÖn ¸p r¨ng c­a lÊy tõ ®Çu ra kh©u ®ång bé vµ ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn mét chiÒu (U®k). Hai ®iÖn ¸p nµy m¾c sao cho t¸c dông cña chóng ®èi víi kh©u ®Çu vµo so s¸nh lµ ng­îc chiÒu nhau. Sau ®©y ta xÐt kh©u so s¸nh dïng IC khuÕch ®¹i thuËt to¸n: U®k Urc + 12 - 12 UA4 H×nh 2.18: S¬ ®å m¹ch kh©u so s¸nh §Ó x¸c ®Þnh ®­îc thêi ®iÓm cÇn më thyristor cÇn cã 2 tÝn hiÖu U®k vµ Urc, khi cã U®k= Urc th× ®Çu ra cña K§TT sÏ ®æi dÊu Ura. U®k Urc Ura X®k t t t H×nh 2.19: Gi¶n ®å xung ®iÖn ¸p sau kh©u so s¸nh Khèi t¹o xung chïm Víi bµi to¸n lµ t¶i ®éng c¬ (R+L) c«ng suÊt lín, nÕu m¹ch ®iÒu khiÓn chØ dõng l¹i lµ qua kh©u so s¸nh ta cã ngay xung ®iÒu khiÓn th× rÊt cã thÓ cã vïng kh«ng ho¹t ®éng mµ nÕu ®iÖn c¶m lín th× cã thÓ kh«ng ho¹t ®éng hoµn toµn. Nguyªn nh©n lµ do: - Khi t¶i cã ®iÖn c¶m th× dßng ®iÖn chËm pha so víi U mét gãc vµ khi ®iÖn ¸p nguån ®· ®æi dÊu mµ cuén d©y ®iÖn c¶m ch­a x¶ hÕt n¨ng l­îng lµm cho T1 vÉn dÉn tõ . NÕu T1 dÉn chøng tá T1 ®ang ph©n cùc thuËn T2 ph©n cùc ng­îc trong vïng tõ nÕu ph¸t xung ®iÒu khiÓn T2 th× T2 còng kh«ng dÉn ®­îc khi t¶I c¶m cã tÝnh c¶m th× gãc më nhá nhÊt cña c¸c thyristor ph¶i lín h¬n hoÆc b»ng gãc trÔ pha lín nhÊt (). MÆt kh¸c gãc l¹i biÕn ®æi theo t¶I nªn ®Ó giíi h¹n gãc lµ rÊt khã . Nh­ vËy muèn ®iÒu khiÓn t¨ng ®iÖn ¸p xoay chiÒu b»ng c¸ch gi¶m gãc më ®Õn vïng ®ñ nhá ®Ó chØ më mét thyristor khi ®ã dßng trªn t¶i lµ mét chiÒu. - Nguyªn nh©n thø hai lµ: Khi cã ®iÖn c¶m dßng ®iÖn kh«ng biÕn thiªn ®ét ngét t¹i thêi ®iÓm më thyristor. §iÖn c¶m cµng lín dßng ®iÖn biÕn thiªn cµng chËm. NÕu ®é réng xung hÑp, dßng ®iÖn khi cã xung®iÒu khiÓn kh«ng ®ñ lín h¬n dßng duy tr× nªn van b¸n dÉn kh«ng tù duy tr× dßng , kÕt qu¶ lµ thyristor bÞ kho¸ . HiÖn t­îng nµy th­êng xuÊt hiÖn ë ®Çu hoÆc ë cuèi chu kú ®iÖn ¸p. H×nh 2.20: Sù xuÊt hiÖn dßng ®iÖn t¹i c¸c gãc më kh¸c nhau khi t¶i ®iÖn c¶m Tõ h×nh vÏ ta thÊy khi ®ã ®iÖn ¸p tøc thêi ®Æt vµo van b¸n dÉn nhá. Khi kÕt thóc xung ®iÒu khiÓn I I th× dßng míi tån t¹i trong m¹ch hay khi ®ã van míi më (nÕu cã xung ®iÒu khiÓn). §Ó kh¾c phôc 2 nguyªn nh©n trªn trong viÖc ®iÒu khiÓn cho t¶i ®iÖn c¶m lín b»ng c¸cvan b¸n dÉn th× ta cÇn ph¶i cã xung liªn tôc tõ thêi ®iÓm më van cho ®Õn khi ®iÖn ¸p ®æi dÊu. Khi ph¸t lÖnh nÕu van vÉn ®ang ph©n cùc ng­îc th× lÖnh ®iÒu khiÓn chê tíi khi nµo ®ñ ph©n cùc thuËn van sÏ dÉn. Nh­ng nh­îc ®iÓm cña ph¸t xung réng (gÇn nh­ c¶ nöa chu kú) cã nh­îc ®iÓm:Thø nhÊt lµ dßng ®iÒu khiÓn gÇn nh­ dµi h¹n mµ nguyªn lý ®iÒu khiÓn thyristor lµ chØ cÇn måi. Thø hai lµ viÖc thiÕt kÕ cÊp xung ®iÒu khiÓn nh­ vËy rÊt phøc t¹p nhÊt lµ khi m¹ch cã nhiÒu van. VËy ngoµi viÖc cÊp ph¸t xung réng cßn cã c¸ch kh¸c lµ t¹o ra xung gi¸n ®o¹n b»ng chïm xung liªn tiÕp tõ thêi ®iÓm më van cho tíi cuèi b¸n kú ®¶m b¶o cho thyristor më ch¾c ch¾n. X®k … … U I t t t X®k U I t t t X®k a) b) H×nh 2.21: Ph­¬ng ¸n cÊp xung khi ®iÒu ¸p xoay chiÒu víi ®iÖn c¶m lín; a) cÊp xung liªn tôc; b) cÊp xung gi¸n ®o¹n Nguyªn t¾c ph¸t xung chïm lµ tr­íc khi vµo tÇng khuÕch ®¹i ta ®­a chÌn thªm mét cæng AND víi tÝn hiÖu vµo nhËn tõ tÇng so s¸nh vµ tõ bé ph¸t xung chïm Ux Ucx TÇng K§ & X®k §Çu ra sau hµm AND lµ chïm xung cã tÇn sè tÇn sè chïm xung trong vïng cã Ux H×nh 2.22: Nguyªn t¾c ph¸t xung chïm vµ gi¶n ®å xung Tuy nhiªn nã còng cã nh­îc ®iÓm : §ã lµ sai sè khi ®iÒu khiÓn, sai sè ë ®©y xuÊt hiÖn khi thêi ®iÓm ph¸t lÖnh më van víi thêi ®iÓm van ®­îc më kh«ng trïng nhau. Khi ph¸t xung ®iÒu khiÓn gi¸n ®o¹n xung ®iÒu khiÓn t¹i ®Çu ra m¸y BAX cã ®­îc lµ do cã 2 tÝn hiÖu vµo cæng AND ®ång thêi. TÝn hiÖu vµo lµ Ux quyÕt gãc më lµ tÝn hiÖu tõ chïm xung Ucx. NÕu hai tÝn hiÖu nµy kh«ng ®ång pha th× t¹i lóc ®ã X®k = 0 ph¶i chê ®Õn khi nµo Ux vµ Ucx cïng =1 (®ång pha) th× míi cã X®k, nh­ng thêi gian chê ®ã cã thÓ chÊp nhËn ®­îc. a) b) H×nh 2.23: Sai sè cã thÓ gÆp khi ®iÒu khiÓn b»ng chïm xung LÖnh më vµ chïm xung ®óng thêi ®iÓm LÖnh më vµ chïm xung kh«ng ®óng thêi ®iÓm Chïm xung ®­îc t¹o ra b»ng mét dao ®éng ®a hµi dïng khuÕch ®¹i thuËt to¸n nh­ h×nh vÏ d­íi ®©y: H×nh 2.24: M¹ch t¹o chïm xung vµ d¹ng xung ra Khi cÊp ®iÖn cho OA, ®Çu ra cã ®iÖn ¸p Ura = Umax +U , Tô C ®­îc n¹p bëi Ura qua R2. ThÕ ®Çu vµo t¨ng trong qu¸ tr×nh n¹p cña tô C. Khi Uv > +U th× ®Çu ra chuyÓn tõ Umax vÒ Umin Ura = Umin - U, lóc nµy tô C l¹i phãng ®iÖn qua R2 thÕ ®Çu vµo gi¶m dÇn trong qu¸ tr×nh phãng cña tô. , th× ®Çu ra chuyÓn tõ Umin vÒ Umax. Qu¸ tr×nh cø thÕ diÔn ra t¹o thµnh chïm xung. TÇn sè chïm xung phô thuéc vµo trÞ sè R- C quyÕt ®Þnh. Kh©u khuÕch ®¹i vµ biÕn ¸p xung Víi nhiÖm vô t¹o xung phï hîp ®Ó më Tiristo nh­ ®· nªu ë trªn, tÇng khuyÕch ®¹i cuèi cïng th­êng ®­îc thiÕt kÕ b»ng Tranzitor c«ng suÊt, nh­ m« t¶ trªn h×nh (3.a). §Ó cã xung d¹ng kim göi tíi Thyristor, ta dïng biÕn ¸p xung (BAX), ®Ó cã thÓ khuyÕch ®¹i c«ng suÊt ta dïng Transistor, ®i«t D b¶o vÖ Transistor 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 kh«ng ®­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. TÇng khuyÕch ®¹i cuèi cïng b»ng s¬ ®å Darlington nh­ trªn h×nh (3.b) 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. 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 nh­ h×nh (3.c). 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. - KhuyÕch ®¹i xung phæ biÕn nhÊt lµ dïng s¬ ®å darlingt¬n – H×nh b H×nh 2.25: M¹ch khuÕch ®¹i vµ biÕn ¸p xung Nguyªn lý lµm viÖc . 0 txv txv t1’ t1’ Uv U®k Uv U®k txv txv t1 t2 txr tbh t t t t t2’ t2’ t1 t2 txr tbh 0 0 a) b) H×nh 2.27: §å thÞ ®iÖn ¸p khi : a) tbh > txr ; b) khi tbh = txr Gäi thêi gian tån t¹i cña 1 xung ®iÖn ¸p vµo lµ txv Gäi thêi gian tån t¹i cña 1 xung ®iÖn ¸p vµo lµ txr Gäi thêi gian tõ lóc ®ãng Vcc cho ®Õn lóc tö th«g lâi thÐp biÕn ¸p ®¹t b·o hoµ lµ tbh. Khi ®ã ta cã 2 tr­êng hîp sau: * tbh txv + Tõ t=0 ¸t < t1 Þ 2 transistor ®Òu kho¸Þ U®kT= 0 + T¹i t=t1 xuÊt hiÖ 1 xung vµo d­¬ng Þ Tr1 vµ Tr2 dÉn (gi¶ thiÕt dÉn b·o hoµ).Þ Us¬cÊpBA =Ucc. dßng trong cuén d©y W1 t¨ng dÇn Þ trªn cuén d©y W2 xuÊt hiÖn 1 xung ®iÖn ¸p cã cùc tÝnh d­¬ng Þ D2 th«ng vµ truyÒn xung tíi c¸c cùc ®iÒu khiÓn cña thyristor. + Tõ t= t1` th× mÊt xung vµo Þ Tr1,Tr2 kho¸ dßng IW1gi¶m =0 Þ Tõ th«ng trong lâi thÐp biÕn thiªn ng­îc l¹i lóc Tr1vµ Tr2 më Þ xuÊt hiÖn xung ng­îc trªn W2Þ D2 kho¸ ÞU®kT =0. Cuén W2 hë m¹ch Þ ë cuén W1 nÕu kh«ng m¾c D1 th× dßng s¬ cÊp gi¶m ®ét ngét g©y lªn sù ®ét biÕn tö th«ng Þ biÖn ®é xung ®iÖn ¸p trªn c¸c cuén d©y lµ rÊt lín ( 5¸20 lÇn Vcc), +Vcc ®Æt toµn bé lªn c¸c transistor Þ dÉn ®Õn lµm háng c¸c transistor vµ chäc thñng c¸ch ®iÖn c¸c vßng d©y cña m¸y biÕn ¸p Þ ®Ó b¶o ®¶m an toµn ta m¾c thªm D1 nh­ h×nh vÏ. T¸c dông cña D1 nh­ sau: Khi mÊt xung c¸c transistor kho¸ diÔn ra qua tr×nh nh­ trªn: XuÊt hiÖn c¸c xung ®iÖn ¸p ng­îc so víi transistor nh­ l¹i lµ thu©n so víi D1 Þ D1 më Þ dßng qua m¸y biÕn ¸p kh«ng bÞ gi¶m ®ét ngét mµ vÉn ®­îc duy tr× qua D1. T¸c dông cña D3 ®èi víi W2 còng t­¬ng tù. * Tr­êng hîp tbh< txv . + Tõ t = 0 ¸ t = t1 :2 transistor ®Òu kho¸ U®kT = 0. + T¹i t=t1 cã xung ®iÖn ¸p d­¬ng Þ Tr1 vµ Tr2 më ( b·o hoµ), s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p ®ét ngéi ®Æt ®iÖn ¸p = Vcc Þ cã dßng qua W1 vµ t¨ng dÇn Þ ë cuén W2 cã xung ®iÖn ¸p d­¬ng Þ D2 th«ng Þ cã xung ®iÒu khiÓn ®Õn thyristor. + t=t1+ tbh th× biÕn ¸p b·o hoµ Þ tõ th«ng trong lâi thÐp kh«ng biÕn thiªn Þ kh«ng cã xung c¶m øng trªn cuén d©y Þ U®kT=0. + t=t1`=t1+ txv th× mÊt xung vµo Þ Tr1 vµ Tr2 kho¸ vµ t­¬ng tù nh­ tr­êng hîp trªn: vËy tr­êng hîp nµy txr= tbh . * BiÕn ¸p xung Chøc n¨ng : Lµm phï hîp ®iÖn ¸p xung sau khuÕch ®¹ivµ ®iÖn ¸p xung cÇn ®­a vµo cùc ®iÒu khiÓn tranristor §¶m b¶o c¸ch ly gi÷a m¹ch ®iÒu khiÓn vµ m¹ch ®éng lùc T¹o d¹ng xung theo yªu cÇu Cã thÓ cã tõ 1 ®Õn 3 cuén ®Çu ra ®Ó tõ mét xung vµo sÏ cã mét vµi xung ®iÒu khiÓn thyristor. §Æc ®iÓm : §iÖn ¸p ®Æt vµo s¬ cÊp BA lµ ®iÖn ¸p d¹ng xung nªn chÕ ®é lµm viÖc vµ tÝnh to¸n BA xung kh¸c víi biÕn ¸p th«ng th­êng. TÇn sè lµm viÖc cì Hz, c¸c cuén d©y cã sè vßng Ýt nªn ®iÖn trë thuÇn nhá v× vËy vËt liÖu chÕ t¹o lâi BAX th­êng lµ ferit hoÆc pecmal«i víi hÖ sè lín KÕt luËn: VËy qua c¸c, c¸c m¹ch t¹o xung ®iÒu khiÓn cho thyristor ta cã gi¶n ®å xung ®iÖn ¸p sau c¸c khèi vµ xung ®iÒu khiÓn cuèi cïng cho van nh­ sau: UA3 X§K U§K UA2 UVR U Uvµo XC UsauCL UA1 UCX Gi¶i thÝch gi¶n ®å: §iÖn ¸p sau chØnh l­u (Vd) vµ ®iÖn ¸p mét chiÒu trªn biÕn trë VRd ®­a vµo A1 cã ®iÖn ¸p ra cña A1 lµ UA1, phÇn d­¬ng cña UA1 ®­îc tÝch ph©n qua khuÕch ®¹i thuËt to¸n A2 cho ®iÖn ¸p UA2 hay chÝnh lµ URC. §iÖn ¸p nµy ®­îc kÐo lªn b»ng ®iÖn ¸p lÊy tõ VR2. ViÖc kÐo ®iÖn ¸p nµy chØ nh»m môc ®Ých ®Ó ®iÖn ¸p U§K ®ång pha víi ®iÖn ¸p ra. §iÖn ¸p ®iÒu khiÓn ®­îc lÊy tõ m¹ch khuÕch ®¹i dïng khuÕch ®¹i thuËt to¸n A4, cã thÓ ®iÒu chØnh ®­îc biªn ®é ®em so s¸nh víi URC. T¹i c¸c thêi ®iÓm U§K = URC th× lóc ®ã khuÕch ®¹i thuËt to¸n A3 sÏ lËt dÊu ®iÖn ¸p ra ta cã UA3 nh­ h×nh vÏ. §iÖn ¸p UA3 cïng víi tÝn hiÖu xung chïm liªn tôc lÊy tõ OA. §Çu ra sÏ cã chïm xung khi UA3> 0 t¹o tÝn hiÖu tíi tÇng khuÕch ®¹i vµ BAX t¹o ra c¸c xung kim ®iÒu khiÓn tíi c¸c van (BAX cã 2 cuén d©y thø cÊp). KÕt qu¶ lµ T1 vµ T2 ®­îc cÊp xung ®ång thêi nh­ng chóng chØ më ë mçi thêi ®iÓm kh¸c nhau v× nã cßn phô thuéc vµo ®iÖn ¸p ph©n cùc cho nã ë m¹ch ®éng lùc vµ dßng ®iÖn trªn nã do t¶i g©y ra. Víi m¹ch nµy ta cã thÓ thay ®æi ®­îc biªn ®é cña U§K vµ biªn ®é cña ®iÖn ¸p mét chiÒu trªn VRdf, khi ®ã ta sÏ thay ®æi ®ù¬c thêi ®iÓm ph¸t xung cho c¸c van vµ lµm thay ®æi ®iÖn ¸p ra trªn t¶i dÉn ®Õn tèc ®é ®éng c¬ thay ®æi. L­u ý: §èi víi viÖc ®iÒu khiÓn ®éng c¬ c«ng suÊt trung b×nh vµ nhá (Khi ®ã kh«ng cÇn ®Õn m¹ch t¹o xung chïm) ta cã thÓ sö dông vi m¹ch tÝch hîp TCA 785 ®Ó ®¬n gi¶n m¹ch ®iÒu khiÓn . Vi m¹ch TCA785 lµ vi m¹ch phøc hîp thùc hiÖn 4 chøc n¨ng cña mét m¹ch ®iÒukhiÓn: T¹o ®iÖn ¸p ®ång bé, t¹o ®iÖn ¸p r¨ng c­a, so s¸nh vµ t¹o xung ra. TCA785 do h·ng Simens chÕ t¹o, ®­îc sö dông ®Ó ®iÒu khiÓn c¸c thiÕt bÞ chØnh l­u, thiÕt bÞ ®iÒu chØnh dßng xoay chiÒu. H×nh 2.27: S¬ ®å m¹ch nguyªn lý TCA785 Nguyªn lý ho¹t ®éng: Khi cho ®iÖn ¸p 220V vµo qua mét ®iÖn trë 1,5M ë ch©n 5 vµ ®iÖn ¸p 15V ®­a vµo c¸c ch©n 6, 13 vµ16 ®Ó nu«i IC lóc nµy IC sÏ t¹o tÝn hiÖu xung r¨ng c­a ë ch©n 10, xung ch÷ nhËt ë ch©n 14,15 qua bé khuÕch ®¹i vµ BAX tíi c¸c cùc ®iÒu khiÓn cña thyristor. C¸c xung ra ë c¸c ch©n nµy cã thÓ ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p b»ng c¸ch dÞch chuyÓn con tr­ît cña triÕt ¸p VR-10K vµ giíi h¹n gãc ®iÒu khiÓn b»ng triÕt ¸p VR- 5K ®Ó ®é réng xung thay ®æi. 2.4 TÝnh to¸n chän van vµ m¹ch ®iÒu khiÓn 2.4.1 TÝnh to¸n chän thyristor Dùa vµo c¸c yÕu tè c¬ b¶n dßng t¶i, s¬ ®å ®· chän, ®iÒu kiÖn t¶n nhiÖt, ®iÖn ¸p lµm viÖc. VÝ dô: §iÒu khiÓn ®éng c¬ cã : P: C«ng suÊt ®Þnh møc cña t¶i P=200kw U: §iÖn ¸p ®Þnh møc U=220V cos: HÖ sè c«ng suÊt t¶i lÊy cos=0,8 Khi ®ã : §iÖn ¸p ng­îc lín nhÊt U= K.U= .220 = 311,13V §iÖn ¸p ng­îc cña van cÇn chän U= K. U= 1.8.311,13 = 560,034 V Klµ hÖ sè dù tr÷ ®iÖn ¸p Dßng ®iÖn lµm viÖc cña van ®­îc tÝnh theo dßng hiÖu dông I=I=I===568A Víi I===1136,3A Chän ®iÒu kiÖn lµm viÖc cña van: cã c¸nh t¶n nhiÖt kh«ng cã qu¹t ®èi l­u I=40%I vËy I= I = 1420A Tõ c¸c th«ng sè Ivµ Utra b¶ng ta chän lo¹i FT1500EX16 cã: U=800V, I=1500A 2.4.2 TÝnh to¸n c¸c th«ng sè cña m¹ch ®iÒu khiÓn - TÝnh to¸n m¹ch ®iÒu khiÓn th­êng ®­îc tiÕn hµnh tõ tÇng khuyÕch ®¹i ng­îc trë lªn. - M¹ch ®iÒu khiÓn ®­îc tÝnh xuÊt ph¸t tõ yªu cÇu vÒ xung më Thyrisror + §iÖn ¸p ®iÒu khiÓn : U®k = Ug = 1V + Dßng ®iÖn ®iÒu khiÓn: I®k = Ig = 0.1(A) + Nguån nu«i m¹ch ®iÒu khiÓn: 12V + §é mÊt ®èi xøng cho phÐp: + Møc ®é sôt biªn ®é réng xung: Sx = 0,1 2.4.3TÝnh to¸n m¸y BAX - Chän vËt liÖu lµm lâi lµ s¾t Ferit HM - Tû sè biÕn ¸p xung th­êng chän m = 2 - §iÖn ¸p trªn cuén thø cÊp m¸y biÕn ¸p xung U2 = U®k = 1V - §iÖn ¸p trªn cuén s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p xung U1 = 2U®k = 2.1 = 2V - Dßng thø cÊp biÕn ¸p xung: I2 = I®k = 0,1A - Dßng s¬ cÊp biÕn ¸p xung: I1 = - §é tõ thÈm trung b×nh 1 ( Víi = 1,25.10-6 lµ ®é tõ thÈm cña kh«ng khÝ ) ThÓ tÝch lâi thÐp cÇn cã: VËy ta chän thÓ tÝch m¹ch tõ cã V=0,643.10-6 (m3) Chän m¹ch tõ cã thÓ tÝch V =1,4cm. Víi thÓ tÝch ®ã ta x¸c ®Þnh kÝch th­íc m¹ch tõ nh­ sau: a = 4,5mm; b = 6mm; Q = 2,7cm= 27mm; d = 12mm; D = 21mm; chiÒu dµi trung b×nh m¹ch tõ l = 5,2cm + Sè vßng d©y quÊn s¬ cÊp biÕn ¸p xung: Theo ®Þnh luËt c¶m øng ®iÖn tõ : (vßng) + Sè vßng d©y quÊn thø cÊp : ( vßng ) +TiÕt diÖn d©y quÊn s¬ cÊp Chän mËt ®é dßng ®iÖn I1 = 6(A/mm2) +§­êng kÝnh d©y quÊn s¬ cÊp: Chän d1 = 0,1 (mm) + TiÕt diÖn d©y quÊn thø cÊp: ®­êng kÝnh d©y quÊn thø cÊp: Chän ®­êng kÝnh d©y quÊn thø cÊp: d2 = 0,18 (mm) 2.4.4 B¶o vÖ thiÕt bÞ biÕn ®æi * C«ng suÊt tæn thÊt vµ lµm m¸t Khi Thyristor hoÆc Diode më cho dßng ch¶y qua th× trªn nã cã mét sôt ¸p vµ t¹o ra tæn hao c«ng suÊt bªn trong vµ ®èt nãng chóng. MÆt ghÐp lµ n¬i bÞ ®èt nãng nhiÒu nhÊt. Ng­ßi ta dïng ký hiÖu Tj ®Ó chØ nhiÖt ®é mÆt ghÐp. Tjm ®Ó chØ nhiÖt ®é lín nhÊt cho phÐp. C¸c nguån g©y lªn sù ph¸t nãng cña Thyristor vµ Diode lµ: Tæn hao c«ng suÊt khi dÉn. Tæn hao nµy b»ng tÝch cña dßng vµ ¸p thuËn. §©y lµ nguyªn nh©n chÝnh g©y ra sù ph¸t nãng Tæn thÊt do dßng ®iÖn ë tr¹ng th¸i khãa. Tæn thÊt trong m¹ch ®iÒu khiÓn do n¨ng l­îng xung ®iÒug khiÓn g©y ra. Tæn hao nµy rÊt bÐ cã thÓ bá qua. Ngoµi ra cßn tæn hao n¨ng l­îng qu¸ ®é tõ tr¹ng th¸i dÉn sang tr¹ng th¸i khãa vµ ng­îc l¹i. NhiÖt l­îng tõ líp vá chuyÓn tiÕp b¸n dÉn truyÒn ra vá råi truyÒn ®Õn c¸nh t¶n nhiÖt. T¶n nhiÖt chñ yÕu vÉn lµ ®èi l­u gi÷a c¸nh t¶n nhiÖt vµ kh«ng khÝ. V× thiÕt bÞ b¸n dÉn rÊt nh¹y c¶m víi nhiÖt ®é Tjmax cho phÐp th× thiÕt bÞ b¸n dÉn bÞ ph¸ háng. * B¶o vÖ qu¸ dßng Sù cè hay g©y h­ háng nhÊt lµ ng¾n m¹ch nguån cung cÊp. Th­êng cã c¸c lo¹i ng¾n m¹ch nh­ ng¾n m¹ch ë ®Çu ra cña bé chØnh l­u , ng¾n m¹ch trong thiÕt bÞ chØnh l­u. §Ó b¶o vÖ nhanh linh kiÖn tr­íc cùc ®¹i cña dßng ta dïng cÇu ch× CÇu ch× b¶o vÖ ph¶i ®¶m b¶o ®­îc yªu cÇu sau: + CÇu ch× ph¶i chÞu ®­îc dßng lµm viÖc ®Þnh møc cña thiÕt bÞ + NhiÖt dung chÞu ®ùng cña cÇu ch× ph¶i nhá h¬n nhiÑt dung cña thiÕt bÞ cÇn b¶o vÖ ( nghÜa lµ nhiÖt l­îng I02t cña cÇu ch× < I02t cña thiÕt bÞ ) Khi yªu cÇu b¶o vÖ linh kiÖn ®iÖn tö c«ng suÊt cµng chÆt chÏ th× nguêi ta cã xu h­íng b¶o vÖ tõng linh kiÖn b»ng mé cÇu ch× riªng. ®«i khi ph¶i thªm ®iÖn c¶m ®Ó h¹n chÕ tèc ®é t¨ng cña dßng ng¾n m¹ch. * B¶o vÖ qu¸ ¸p §iÖn ¸p ®Ønh ®Þnh møc cña mét linh kiÖn ®iÖn tö c«ng suÊt lu«n ph¶i lín h¬n ®iÖn ¸p ®Ønh mµ linh kiÖn ph¶i chÞu ®ùng khi lµm viÖc. Khi khãa Thyristor vµ Diode b»ng ®iÖn ¸p ng­îc, c¸c ®iÖn tÝch ®æi ng­îc hµnh tr×nh t¹o ra dßng ®iÖn ng­îc lín trong kho¶ng thêi gian rÊt ng¾n. sù biÕn thiªn nhanh chãng cña dßng ®iÖn ng­îc g©y ra suÊt ®iÖn ®éng c¶m øng rÊt lín trong c¸c ®iÖn c¶m. ¶nh h­ëng bªn ngoµi do l­íi, do sù ®æi chiÒu cña c¸c c«ng t¾c t¬, do sÐt, dao ®éng ®iÖn ¸p nguån. Ngoµi ra cßn do ¶nh h­ëng cña t¶i nh­ tia löa trªn vµnh ®æi chiÒu ®éng c¬. C¸c ¶nh h­ëng nµy g©y ra ®é biÕn thiªn ®iÖn ¸p qu¸ ®é lín lµm háng thiÕt bÞ. Ta cã thÓ b¶o vÖ c¸c van b»ng m¹ch RC m¾c song song víi van võa ®Ó trî gióp chuyÓn m¹ch võa h¹n chÕ ®Ønh ®iÖn ¸p c¶m øng khi Thyristor hoÆc Diode ë giai ®o¹n phôc håi. Khi më Thyristor tô C ®ang n¹p sÏ phãng ®iÖn qua Thyristor, h¹n chÕ tèc ®é b»ng ®iÖn trë R. Ch­¬ng 3: L¾p r¸p vµ hoµn thiÖn 3.1 ThiÕt kÕ m« h×nh Dùa trªn thùc tÕ sö dông ®Ó dÔ dµng g¸ l¾p vµ ®¶m b¶o ®é ch¾c ch¾n trong qu¸ tr×nh di chuyÓn mµ m¸y ®­îc thiÕt kÕ nh­ sau. H×nh d¹ng: Cã d¹ng h×nh hép ch÷ nhËt kÝch th­íc 30 x 20 x 25(cm) ChÊt liÖu: vá hép lµm b»ng t«n vµ ®­îc s¬n tÜnh ®iÖn MÆt tr­íc ®­îc lµm b»ng phÝp cøng cã g¾n c«ng t¾c, nóm ®iÒu chØnh, ®Çu ra ®iÖn ¸p ®­îc bè trÝ sao cho ng­êi sö dông dÔ quan s¸t. MÆt sau cã j¾c c¾m nguån vµo ®¶m b¶o an toµn, kü thuËt vµ thÈm mü Tµi liÖu tham kh¶o: 1. NguyÔn BÝnh - §iÖn tö c«ng suÊt NXB Khoa Häc Kü ThuËt 2. Vâ Quang L¹p, TrÇn Xu©n Minh - Kü thuËt biÕn ®æi §¹i Häc Kü ThuËt C«ng NghiÖp Th¸i Nguyªn 3. Lª V¨n Doanh - §iÖn tö c«ng suÊt Lý thuyÕt, thiÕt kÕ vµ øng dông NXB Khoa Häc Kü ThuËt 4. Ph¹m Quèc H¶i, D­¬ng V¨n NghÞ – Ph©n tÝch vµ gi¶i m¹ch §iÖn tö c«ng suÊt NXB Khoa Häc Kü ThuËt 5. NguyÔn BÝnh, D­¬ng V¨n Ngh× - Gi¸o tr×nh kü thuËt biÕn ®æi c«ng suÊt lín§¹i Häc B¸ch Khoa Hµ Néi 1982.