Thiết kế bộ điều áp xoay chiều

ghép song song các Triac, lúc đó sẽ phức tạp hơn về lắp ráp và điều khiển song song. Những tải có dòng điện trên 400A thì sơ đồ hình 9.1 b Ýt dùng. Mét trong những yếu tố làm cho Triac chưa áp đảo được Tiristo trong điều áp xoay chiều hiện nay (của năm 2003 này) là về chất lượng. Hiện nay chất lượng Triac chưa thật cao lắm, do đó việc sử dụng còn làm cho người ta lo ngại, trong tương lai gần chắc chắn việc sử dụng Triac sẽ rộng rãi hơn. Sơ đồ hình 9.1.c có hai Tiristo và hai điốt có thể được dùng chỉ để nối các cực điều khiển đơn giản, trong trường hợp này có thể được dùng khi điện áp nguồn cấp lớn, cần phân bổ điện áp trên các van, đơn thuần như việc mắc nối tiếp các van. Sơ đồ hình 9.1.d trước đây thường được dùng, khi cần điều khiển đối xứng điện áp trên tải, vì ở đây chỉ có một Tiristo một mạch điều khiển nên việc điều khiển đối xứng điện áp dễ dàng hơn. Số lượng Tiristo Ýt hơn có thể sẽ có ưu điểm hơn khi van điều khiển còn hiếm. Tuy nhiên việc điều khiển theo sơ đồ này dẫn đến tổn hao trên các van bán dẫn lớn, làm hiệu suất của hệ thống điều khiển thấp. Ngoài ra việc tổn hao năng lượng nhiệt lớn làm cho hệ thống làm mát khó khăn hơn. Đa số các trường hợp điều áp xoay chiều, điện áp tải điều khiển trong vùng thấp hơn điện áp nguồn, các van bán dẫn được nối trực tiếp tới nguồn. Trong trường hợp này điện áp tải thường được điều khiển trong dải từ 0 đến điện áp nguồn cấp. Một số loại tải có điện áp tối đa khác với thông số điện áp nguồn cấp. Trong trường hợp đó biến áp để phối hợp thông số điện áp nguồn cấp với thông số điện áp tối đa của tải theo sơ đồ 9.28 cần được đưa vào. H×nh 9.28 §iªï ¸p xoay chiÒu víi ®iÖn ¸p t¶i lín h¬n ®iÖn ¸p nguån cÊp Biến áp được sử dụng trên hình 9.28 có thể là biến áp tự ngẫu hoặc biến áp cách ly. Biến áp cách ly thường nên chọn hơn, bởi vì biến áp cách ly còn có thêm chức năng bảo vệ xung điện áp từ lưới. Khi tải không có nhu cầu cao về điều khiển đối xứng, nhất là khi điều khiển các điện trở lò sấy hay đèn sợi đốt, người ta có thể sử dụng sơ đồ điều khiển không đối xứng một điốt một Tiristo như hình 9.29 b. a. H×nh 9.29 §iÒu ¸p xoay chiÒu kh«ng ®èi xøng a) s¬ ®å ; b) ®­êng cong ®iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn. ở đây chúng ta chỉ điều khiển một nửa chu kỳ điện áp còn nửa chu kỳ không điều khiển. Trường hợp này có thể điều khiển từ 1/4 công suất trở lên. Tuy nhiên nếu công suất tải lớn sẽ gây mất đối xứng nguồn cấp làm xấu đi chất lượng nguồn. 2. Tính chọn thông số mạch động lực và bảo vệ. Mạch động lực và bảo vệ của sơ đồ điều áp xoay chiều hiện nay thường gặp là hai sơ đồ trên hình 9.30. a. b. H×nh 9.30 C¸c s¬ ®å ®iÒu ¸p xoay chiÒu ®iÓn h×nh b»ng linh kiÖn b¸n dÉn a) b»ng Tiristo, b) b»ng Triac. Thông số các van bán dẫn T1,T2,T và các Aptomat bảo vệ dòng điện AT được lựa chọn thông qua thông số dòng điện tải. Tính toán thông số đÓ lựa chọn van. Dòng điện quyết định chế độ làm việc của van bán dẫn cần chọn và dòng điện bảo vệ của Aptomat là dòng điện cực đại của tải. Dòng điện cực đại của tải được tính khi góc mở van nhỏ nhất. Thường góc mở van nhỏ nhất là chế độ làm việc khi a=0, lúc này tải có dòng điện hình sin chạy qua. Dòng điện tải có thể được tính : ITải= Trong đó: P – Công suất định mức của tải. U - Điện áp định mức. cosj - Hệ số công suất của tải. Hoặc ITải= Khi thông số đã cho là điện áp U, điện trở tải RT và điện cảm XT. Từ các trị số IT ta tính được dòng điện làm việc hiệu dụng chạy qua các van bán dẫn. Trong sơ đồ hình 9.30.a dòng điện chạy qua các Tiristo IT1, IT2 được tính. IT1=IT2= Ở sơ đồ hình 9.30.b dòng điện chạy qua Triac bằng dòng điện tải. ITriac=ITải Điện áp làm việc của các van cần chọn theo biên độ điện áp nguồn xoay chiều. ULV=.U1 Van bán dẫn được chọn căn cứ vào các thông số dòng điện và điện áp vừa mới tính được từ các biểu thức trên. Cách chọn van bán dẫn Trước tiên chọn chế độ làm mát cho van bán dẫn. Căn cứ chế độ làm mát mà chọn van, tham khảo cách làm mát này trong phần chọn van bán dẫn của chương 8. Sau khi chọn xong chế độ làm mát van, tính trị số định mức của van cần chọn. Tra bảng thông số van chọn được van cần thiết. Tính chọn Aptomat AT và bảo vệ xung điện áp do chuyển mạch van RC cũng được thực hiện như dã giới thiệu ở chương 8. Trường hợp điện áp nguồn cấp không trùng điện áp tối đa của tải, chúng ta cần có một biến áp để phối hợp điện áp cho hợp lý, công suất biến áp ở đây được tính theo công suât tải. Biến áp được tính như dã giới thiệu ở chương 8. 3- Thiết kế mạch điều khiển Về nguyên lý, trong mạch điều áp xoay chiều, van bán dẫn được mắc vào lưới điện xoay chiều hoàn toàn giống như chỉnh lưu. Trường hợp mạch động lực được chọn là hai Tiristo mắc song song ngược như sơ đồ hình 9.1a, chóng ta cần có hai xung điều khiển trong mỗi chu kỳ. Mạch điều khiển có thể sử dụng sơ đồ hoàn toàn giống điều khiển chỉnh lưu một pha cả chu kỳ, với mỗi Tiristo một mạch điều khiển độc lập. Khi sử dụng sơ đồ mạch điều khiển chỉnh lưu cho điều áp xoay chiều, có thể xuất hiện khả năng là: hai Tiristo điều khiển không đối xứng, do các linh kiện của hai mạch điều khiển không hoàn toàn giống hệt nhau. Đối với những tải cần điều khiển đối xứng, đòi hỏi hai Tiristo mở đối xứng, lúc này cần các kênh điều khiển Tiristo có góc mở càng Ýt khác nhau càng tốt. Mong muốn là chúng hoàn toàn giống nhau. Nhưng sự giống nhau này chỉ có thể đạt đến một chừng mực nào đó. Nguyên lý điều khiển Tiristo ở đây như trong điều khiển chỉnh lưu, nghĩa là ở mỗi nửa chu kỳ điện áp, cần tạo điện áp tựa trùng pha điện áp nguồn cấp như hinh 9.31. H×nh 9.31 Nguyªn lý ®iÒu khiÓn ®iÒu ¸p xoay chiÒu Trong điều khiển chỉnh lưu mỗi kênh điều khiển một nửa chu kỳ, điện áp tựa xuất hiện gián đoạn. Mỗi nửa chu kỳ có một điện áp tựa đồng pha điện áp dương anốt của Tiristo. Điều áp xoay chiều cần có điện áp tựa liên tiếp cả hai nửa chu kỳ. Khi so sánh điện áp tựa với điện áp điều khiển, ở mỗi nửa chu kỳ đều có điện áp tựa bằng điện áp điều khiển trong vùng biến thiên tuyến tính của điện áp tựa ( tại các điểm t1, t2, t3, t4,....). Kết quả là chúng ta chóng ta có các xung điều khiển Xđk liên tiếp ở mỗi nửa chu kỳ. H×nh 9.31 Nguyªn lý ®iÒu khiÓn ®iÒu ¸p xoay chiÒu. Nguyên lý điều khiển như trên hình 9.31 sẽ hợp lý khi mạch động lực là Triac ở hình 9.1.b. Để thực hiện ý tưởng điều khiển như nguyên lý hình 9.31 chóng ta cũng cần các khâu điều khiển như đã giới thiệu trong chỉnh lưu. Sự khác nhau giữa điều khiển chỉnh lưu với điều áp xoay chiều là trong điều áp xoay chiều cần tạo điện áp tựa liên tiếp ở hai nửa chu kỳ. Để làm được việc này, đầu vào đồng pha đưa tới một điện áp chỉnh lưu ví dụ như hình 9.32. Nguyên lý hoạt động của sơ đồ hình 9.32 như sau: Điện áp chỉnh lưu UA được so sánh với điện áp U1 lấy trên biến trở VR1 hình 9.32. Tại thời điểm UA=U1 thì đổi dấu điện áp ra của khuếch đại thuật toán A1. Kết quả là chúng ta có chuỗi xung chữ nhật không đối xứng UB. Ở đây có độ rộng xung âm g của UB, phần dương UB tích phân qua A2 thành điện áp tựa. Trong vùng g làm mất xung điều khiển, do không có điện áp tựa. Theo nguyên tắc này càng giảm nhỏ góc g càng tốt, mà góc g do U1 quyết H×nh 9.32 S¬ ®å ®ång pha t¹o ®iÖn ¸p tùa liªn tiÕp hai nöa chu kú định. Vì vậy có thể giảm U1 đÓ có góc g một vài độ, sai số một vài độ là hoàn toàn cho phép. g H×nh 9.33 Nguyªn lý t¹o ®iÖn ¸p tùa trong ®iÒu ¸p xoay chiÒu Mạch điều khiển Triac Mạch điều khiển một bộ điều áp xoay chiều một pha với mạch điều khiển là Triac điều khiển sợi đốt có thể được vẽ như hình 9.34. H×nh 9.34 S¬ ®å m¹ch ®iÒu khiÓn triac Nguyên lý hoạt động của hình 9.34 sẽ được giới thiệu sau, tại hình 9.37. Mạch điều khiển cặp Tiristo mắc song song ngược Khi mạch động lực là hai Tiristo mắc song song ngược, có thể thực hiện việc điều khiển bằng một số giải pháp như trên hình 9.35 H×nh 9.35 C¸c ph­¬ng ¸n ®iÒu khiÓn cÆp tiristo m¾c song song ng­îc a, hai m¹ch ®iÒu khiÓn ®éc lËp; b,- mét biÕn ¸p xung hai cuén d©y thø cÊp; c – chung lÖnh më van, kh¸c nhau khuÕch ®¹i Như đã giới thiệu ở trên, nếu điều khiển hai Tiristo bằng hai mạch điều khiển độc lập như hình 9.35.a, khả năng điều khiển không đối xứng điện áp tương đối cao. Khi cần điều khiển đối xứng người ta dùng một mạch điều khiển phát xung liên tiếp ở cả hai nửa chu kì, để mở hai Tiristo người ta sử dụng biến áp xung hai cuộn dây thứ cấp như trên hình 9.35.b. Giải pháp này có ưu điểm là đơn giản trong việc thi công mạch điều khiển, nhưng khi sử dụng một biến áp xung, việc phân phối công suất cho hai Tiristo không đều nhau, do đó khả năng một Tiristo không đủ công suất để mở là tương đối cao, Các sơ đồ mạch thực tế thường không chọn sơ đồ này. Mạch điều khiển tối ưu nên chọn là hai Tiristo chung nhau phần điện áp tựa và điện áp so sánh, tới tầng khuếch đại mới tách riêng từng Tiristo H×nh 9.36 S¬ ®å nguyªn lý ®iÒu khiÓn ®iÒu ¸p xoay chiÒu víi hai Tiristo song song ng­îc H×nh 9.37 §­êng cong c¸c kh©u c¬ b¶n cña s¬ ®å h×nh 9.36 một, như vậy lệnh mở Tiristo chung nhau, nhưng khuếch đại tín hiệu để mở các Tiristo riêng rẽ, không bị ảnh hưởng công suất giữa hai Tiristo với nhau. Sơ đồ điều khiển cặp tiristo mắc song song ngược giới thiệu trên hình 9.36. Nguyên lý điều khiển hình 9.36 giống như hình 9.33 từ tín hiệu vào đến hết khâu so sánh, điều đó chứng tỏ lệnh mở Tiristo là đối xứng. Sau khi có lệnh mở Tiristo tại các thời điểm a1,a2... phân xung điều khiển theo mỗi nửa chu kỳ. Việc phân xung điều khiển được thực hiện thông qua hai mạch khuếch đại, hai biến áp xung. Lệnh điều khiển cho hai mạch khuếch đại này được lấy từ hai cổng và V1,V2 hai cổng và này chung nhau một tín hiệu lấy từ đầu ra của A3 đó là lệnh mở các Tiristo tại mỗi nửa chu kì. Cổng vào còn lại của V1,V2 được nhận hai tín hiệu đồng pha với điện áp anốt của Tiristo, đó là các tín hiệu đảo pha từ A4, A5. Nhờ có hai tín hiệu đảo pha này mà có xung điều khiển hai Tiristo dịch pha nhau 1800. Các dạng điện áp của các khâu cơ bản mô tả trên hình 9.37 Điều khiển điều áp xoay chiều cho tải có điện cảm Mét trong những loại tải rất điển hình của điện áp xoay chiêù là tải điện cảm. Ví dụ máy biến áp một pha hay động cơ một pha. ...lúc này sử dụng các mạch điều khiển hình 9.33, 9.36 có thể có một vùng không hoạt động, nếu điện cảm lớn có thể không hoạt động hoàn toàn. Nguyên nhân của các hiện tượng này như sau : -Nguyên nhân thứ nhất là do khi có điện cảm dòng điện chậm pha sau điện áp như hình 9.38. H×nh 9.38-S¬ ®å ®­êng cong dßng ®iÖn vµ ®iÖn ¸p xoay chiÒu khi t¶i ®iÖn c¶m. a) S¬ ®å ®éng lùc; b) §­êng cong ®iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn. Khi điện áp nguồn U1 đã đổi dấu, mà cuộn dây điện cảm chưa xả hết năng lượng, làm cho T1 vẫn dẫn từ p cho đến j1, nếu T1 đang dẫn thì chứng tỏ T1 đang phân cực thuận và điện áp UA1A2 > 0. Khi T1 phân cực thuận thì T2 phân cực ngược. Do đó trong vùng từ p cho đến j1, nếu có phát xung điều khiển T2, thì T2 không dẫn. Như vậy khi có tải là điện cảm, góc mở nhỏ nhất amin của các Tiristo phải lớn hơn hoặc bằng góc trễ j lớn nhất (amin lớn hơn hoặc bằng jmax). Với tải điện cảm, như biến áp hay động cơ thì góc j thay đổi theo tải, làm cho việc giới hạn góc amin là không thích hợp, vì nó liên tục thay đổi theo tải. Kết quả là, muốn điều khiển tăng điện áp xoay chiều, bằng cách giảm góc mở Tiristo, đến vùng góc mở đủ nhỏ nào đó có thể chỉ mở một Tiristo. Dòng điện trên tải lúc này là dòng một chiều. Nguyên nhân thứ hai là do khi có điện cảm, dòng điện không biến thiên đột ngột tại thời điểm mở Tiristo, điện cảm càng lớn dòng điện biến thiên càng chậm, nếu như độ rộng xung điều khiển hẹp, dòng điện khi có xung điều không đủ lớn hơn dòng điện duy trì, do đó van bán dẫn không tự giữ dòng điện. Kết quả là không có dòng điện, hay Tiristo không mở. Hiện tượng này thường thấy khi ở đầu và cuối chu kì điện áp hình 9.39 a, c lúc đó điện áp tức thời đặt vào Van bán dẫn nhỏ. Khi kết thúc xung điều khiển, dòng điện còn nhỏ hơn dòng điện duy trì nên van bán dẫn khoá luôn. Chỉ khi nào điện áp tại thời điểm mở van đủ lớn, dòng điện cuối chu kì xung điều khiển đủ lớn hơn dòng điện duy trì, thì dòng điện mới tồn tại trong mạch. H×nh 9.39 Sù xuÊt hiÖn dßng ®iÖn t¹i c¸c gãc më kh¸c nhau khi t¶i ®iÖn c¶m. Hai nguyên nhân này làm cho một số người thiết kế ngại không muốn điều khiển tải điện cảm bằng thiết bị bán dẫn. Khi biết được nguyên nhân của việc không điều khiển như trên, thì việc xử lý trở nên không có gì khó khăn. H×nh 9.40 Ph­¬ng ¸n cÊp xung khi ®iÒu ¸p xoay chiÒu víi t¶i ®iÖn c¶m lín a - cÊp xung liªn tôc b - cÊp xung gi¸n ®o¹n. Để giải quyết bài toán về sự thay đổi góc j của tải làm mất điều khiển, cần có xung liên tục từ thời điểm mở Tiristo cho đến khi điện áp đổi dấu, như hình 9.40 a. Khi phát lệnh mà van còn đang phân cực ngược, thì lệnh điều khiển chờ tới khi nào đủ điều kiện phân cực thuận van sẽ dẫn. Việc phát xung điều khiển với độ rộng lớn gần như cả nửa chu kì như hình 9.40 a có hai nhược điểm, thứ nhất là dòng điều khiển gần như dài hạn (về nguyên lý điều khiển Tiristo và Triac, xung điều khiển với chức năng mồi nên chỉ cần ngắn hạn), thứ hai là việc thiết kế cấp xung điều khiển như trên khá phức tạp, nhất là đối với những mạch có nhiều van bán dẫn. Cấp xung rộng thế nào? Bằng một nguồn phụ, hay bằng biến áp xung có điện cảm cuộn dây lớn cũng khó khăn như nhau. Mét trong những giải pháp nên dùng, là tạo xung gián đoạn bằng chùm xung liên tiếp, từ thời điểm mở van cho tới cuối bán kỳ như hình 9.40b, về nguyên lý đây là cấp xung liên tục như hình 9.40a. Trong kỹ thuật, cấp xung gián đoạn như hình 9.40 b dễ thực hiện hơn. Nguyên lý ở đây là băm xung liên tục thành chùm xung gián đoạn với tần số cao. Một cổng logic AND với hai đầu vào là thực hiện được. Khi đưa tới đầu vào cổng AND tín hiệu xung điều khiển Ux; với tín hiệu chùm xung UCX; lúc đó đầu ra cổng AND có xung Xđk bằng tần số chùm xung trong vùng có điện áp UX như mô tả trên hình 9.41b H×nh 9.41 Nguyªn lý t¹o chïm xung ®iÒu khiÓn a) S¬ ®å; b) c¸c ®­êng cong. b. a. H×nh 9.42 Sai sè cã thÓ gÆp khi ®iÒu khiÓn b»ng chïm xung a) lÖnh më vµ chïm xung ®óng thêi ®iÓm; b) lÖnh më vµ chïm xung kh«ng cïng thêi ®iÓm Nhược điểm của sơ đồ điều khiển bằng xung gián đoạn là sai sè khi điều khiển. Sai số ở đây xuất hiện khi thời điểm phát lệnh mở van với thời điểm van được mở không trùng với nhau. Khi phát xung điều khiển gián đoạn, xung điều khiển tại đầu ra biến áp xung có được là do có hai tín hiệu vào cổng AND đồng thời, tín hiệu vào UX để quyết định góc mở a tín hiệu từ chùm xung UCX. Hai tín hiệu này nếu không đồng pha, thì khi có lệnh UX mà UCX = 0, xung điều khiển Xđk phải chờ khi nào UCX lên mức cao như mô tả trên hình 9.42 b. Sơ đồ mạch điều khiển điều áp xoay chiều với tải có điện cảm được thiết kế trên cơ sở hình 9.34 cho mạch động lực là triac, hay hình 9.36 cho mạch động lực là cặp tiristo song song ngược, với việc nối thêm mạch tạo xung chùm như trên hình 9.43. Các đầu vào của hình 9.43 UD, UE, UF được lấy từ các đầu tương ứng trên hình 9.34, 9.36. Chùm xung được tạo bởi một dao động đa hài A6 hoặc một mạch tạo xung chữ nhật nào đó (sẽ giới thiệu trong chương 10) H×nh 9.43 §iÒu khiÓn ®iÒu ¸p xoay chiÒu khi t¶i ®iÖn c¶m b»ng chïm xung a) Van ®éng lùc lµ triac; b) Van ®éng lùc lµ Tiristo Trường hợp điện cảm lớn mà Tiristo không mở được, nguyên nhân là do độ rộng xung thiết kế là không đủ lớn. Việc chọn độ rộng xung ở đây phải hợp lý. Ví dụ :Thiết kế mạch điều khiển và ổn định nhiệt độ cho tủ sấy bằng điện trở với nhiệt độ điều chỉnh trong dải 0¸1500C công suất sợi đốt 40 KW, điện áp nguồn cấp 1 pha 220 V/50 Hz. Lựa chọn sơ đồ thiết kế Đây là nguồn có công suất không lớn, xét về phía tải. Vì đây là tải trở, không đòi hỏi quá cao về tính đối xứng của nguồn điều khiển. Có thể chọn bất kỳ sơ đồ nào trong các sơ đồ đã giới thiệu ở trên . Tuy nhiên, với trường hợp này sơ đồ dùng Triac điều khiển là hợp lý hơn cả với các lý do sau: -Với công suất không lớn Triac thừa đủ công suất để cung cấp. -Mạch điều khiển Triac đơn giản hơn mạch hai Tiristo -Dù là công suất nhỏ, nhưng nếu điều khiển không đối xứng bằng một điốt, một Tiristo cũng không nên, do làm xấu đi chất lượng điện áp nguồn. -Các sơ đồ không dùng thiết bị bán dẫn khó đáp ứng cho việc ổn định nhiệt độ, do việc tự động thay đổi điện áp và dòng điện tải khó khăn hơn. *Tính chọn các thiết bị động lực -Dòng điện tối đa chạy qua tải và qua Triac H×nh 9.44 S¬ ®å ®éng lùc thiÕt kÕ Khi điều chỉnh nhiệt độ ta coi nhịêt độ tối đa 1500 đạt được tương ứng với dòng điện tối đa 18,18 A. các yếu tố khác ảnh hưởng đến nhiệt độ của lò như thể tích vật liệu, thông số....ở đây không xét. Dòng điện I=18,18 A được coi là dòng điện lớn nhất để chọn Triac. Với dòng điện không quá lớn như thế này, tổn hao khi van dẫn không quá lớn, nên ta chọn điều kiện làm việc có cánh toả nhiệt đủ diện tích làm mát, không cần quạt đối lưu không khí, để an toàn cho phép Triac làm việc với 20%Iđm Dòng điện định mức của Triac cần chọn IđmV= Điện áp làm việc cực đại của Triac Ulvmax= Giả sử cho phép van dự trữ điện áp Kdt=2. Điện áp của Triac cần chọn UđmT = 2.308 = 616 V Từ hai thông số dòng điện và điện áp cần có ở trên ta chọn loại Triac: SSG100C80 có các thông số. Uđm =800V Irò =10mA Iđm=100 A ITG=70 mA IXmax=1,2 kA DU=1,5A Iđk=0,2 A Tcm=10mS Uđk=3 V Triac khi làm việc với 18,18 A chịu một tổn hao tối đa trên van : DP = DU.Ilv @ 1,5.18,18 = 27,27 W Với tổn hao này, chúng ta cần một cánh toả nhiệt có diện tích bề mặt tiếp xúc với không khí : S= Aptomat được chọn có dòng điện IAT=(1,1¸1,3)Ilvmax=20¸23,63 A Chọn loại 25A có bảo vệ ngắn mạch khôngcần bảo vệ quá tải. Thiết kế mạch điều khiển : Như đã biết lò điện trở có hệ số cosj=1. Do đó việc cung cấp xung điều khiển bằng xung chùm như hình 9.43 a là không cần thiết. Mạch điều khiển góc mở Triac sử dụng sơ đồ 9.34 hoàn chỉnh thành 9.45 a là hợp lý. Tính toán thông số các linh kiện mạch điều khiển này được sử dụng các cách tính như đã giới thiệu ở chương 8. H×nh 9.45 S¬ ®å m¹ch ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é cho tñ sÊy 9.6.3 Thiết kế bộ điều áp xoay chiều ba pha 1. Lựa chọn sơ đồ động lực. Mạch xoay chiều ba pha hiện nay trong thực tế thường gặp gồm 3 sơ đồ như sau: Hình 9.46 a, b, c. H×nh 9.46: S¬ ®å ®iÒu ¸p xoay chiÒu ba pha b»ng cÆp Tiristo m¾c song song ng­îc c ~ ~ ~ a ~ ~ ~ b ~ ~ ~ Các loại sơ đồ này bao gồm, tải đấu sao có trung tính (Hình 9.46 a), tải đấu sao không trung tính (Hình 9.46 b), tải đấu tam giác (Hình 9.46 c). Tải đấu sao có trung tính, có ưu điểm là sơ đồ giống hệt ba mạch điều áp một pha điều khiển dịch pha theo điện áp lưới, do đó điện áp trên các van bán dẫn nhỏ hơn vì điện áp đặt vào van bán dẫn là điện áp pha. Nhược điểm của sơ đồ là trên dây trung tính có tồn tại dòng điện điều hoà bậc cao, khi góc mở các van khác 0 có dòng tải gián đoạn và loại sơ đồ nối này chỉ thích hợp với loại tải ba pha có bốn đầu dây ra. Các sơ đồ không trung tính Hình 9.46 b, c có nhiều điểm khác so với sơ đồ có trung tính. Ở đây dòng điện chạy giữa các pha với nhau, nên đồng thời phải cấp xung điều khiển cho hai Tiristo của hai pha một lúc. Việc cấp xung điều khiển như thế, đôi khi gặp khó khăn trong mạch điều khiển (sẽ giới thiệu sau), ngay cả việc đổi thứ tự pha nguồn lưới cũng có thể làm cho sơ đồ không hoạt động. Hiện nay, với những tải có công suất trung bình, các sơ đồ điều áp ba pha bằng các cặp Tiristo như Hình 9.46 được thay thế bằng các sơ đồ Triac như Hình 9.47. ~ ~ ~ b ~ ~ ~ a ~ ~ ~ c H×nh 9.47: §iÒu ¸p ba pha b»ng Triac Như đã giới thiệu ở trên, Triac về nguyên lý điều khiển giống hệt các cặp Tiristo mắc song song ngược. Vì vậy, sử dụng các sơ đồ Hình 9.46 hay Hình 9.47 tuỳ thuộc vào khả năng linh kiện có loại nào. Ngoài ra Hình 9.47 có ưu điểm hơn về mặt điều khiển đối xứng và đơn giản về cách ghép. Đối với những tải không có yêu cầu về điều khiển đối xứng người ta có thể sử dụng sơ đồ cặp Tiristo - điốt ( Hình 9.15). Mặc dù vậy, sơ đồ này ứng dụng thực tế không nhiều. Bởi vì khi không có xung điều khiển vẫn có thể có dòng chạy qua tải. Trong trường hợp cho phép điều khiển không đối xứng chúng ta có thể sử dụng sơ đồ điều khiển hai pha như Hình 9.48. Ưu điểm của sơ đồ Hình 9.48 là số lượng van bán dẫn Ýt hơn, và mạch điều khiển cũng đơn giản hơn. Nhược điểm của sơ đồ là điều khiển không đối xứng, nên đường cong dòng điện và điện áp các pha không giống nhau, vì vậy giá trị hiệu dụng của điện áp và dòng điện khác nhau rõ rệt. Loại sơ đồ này chỉ phát huy tác dụng khi tải và nguồn được phép làm việc không đối xứng và có số lượng van bán dẫn bị hạn chế. H×nh 9.48: S¬ ®å ®iÒu ¸p ba pha ®¬n gi¶n ~ ~ ~ Khi sử dụng điều áp xoay chiều cho động cơ không đồng bộ ngoài chế độ đóng cắt, điều khiển tốc độ, còn cần cả đảo chiều quay. Trong động cơ điện không đồng bộ, khi đảo chiều quay cần đổi thứ tự pha. Sơ đồ điều khiển có đảo chiều quay động cơ không đồng bộ như Hình 9.49: H×nh 9.49: S¬ ®å ®iÒu ¸p ba pha cã ®æi thø tù pha ~ ~ ~ A1 B1 C1 T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10 A B C Khi chiều quay thuận ta cấp xung điều khiển cho T1,T2,T7,T8,T9,T10; Các pha lưới A1, B1, C1 được nối tương ứng với các cuộn A, B, C của động cơ. Khi ở chiều quay ngược ta cấp xung điều khiển choT3,T4,T5,T6,T9,T10. Các pha lưới A1, B1, C1 được nối tương ứng B, A, C của động cơ. Thiết kế sơ đồ mạch động lực của bộ điều áp xoay chiều ba pha chóng ta phải thực hiện hàng loạt các bài toán tổng hợp. Ngay cả ở chế độ xác lập thì dòng điện và điện áp trên các van bán dẫn cũng chỉ là chế độ gần với xác lập. Trong phần thiết kế này chúng ta chỉ xét bộ điều áp làm việc ở chế độ xác lập. Khi lựa chọn các van bán dẫn cho sơ đồ điều áp ba pha theo dòng điện và điện áp, tổn hao công suất DP như đã xét, được xác định theo đường cong dòng điện chạy qua van. Tổn hao công suất trên van là tổn hao theo chiều thuận khi van dẫn. Lúc này DP phụ thuộc các giá trị dòng điện trung bình, hiệu dụng của van và theo đường cong đặc tính Vôn - Ampe của van tìm được DP . Tuy nhiên đường đặc tính Vôn - Ampe không phải của van nào cũng có cho nên gần đúng chúng ta chọn hơi dư thì lấy: DP = IHD DU Thông sè DP này có ảnh hưởng rất lớn tới diện tÝch cánh toả nhiệt mà chúng ta sẽ thiết kế sau này. Sau khi lựa chọn xong sơ đồ động lực từ phần giới thiệu 9.3 và hướng dẫn tóm tắt trong 9.6.3 ta có được sơ đồ cần chọn. Các sơ đồ thông dụng hiện nay trong thực tế thường gặp là các sơ đồ Hình 9.46 b, c hay Hình 9.47 b, c. Trong phần này chúng ta dựa vào các sơ đồ trên làm cơ sở cho các ví dụ. 2. Tính chọn van bán dẫn A. Tính chọn van theo dòng điện Trong điều áp xoay chiều dòng điện chạy qua tải thường xác định là dòng hiệu dụng. Thông số dòng điện để chọn van bán dẫn được tính là dòng điện lớn nhất trong quá trình làm việc.Trong điều khiển xung pha, dòng điện lớn nhất khi góc mở van bán dẫn nhỏ nhất. Góc mở nhỏ nhất của van bán dẫn thường nhận trị số a=0 khi dòng điện tải là dòng điện hình sin. Đối với các tải ba pha, thông số thường cho: công suất định mức Pđm, điện áp định mức Uđm , hệ số công suất cosj, hiệu suất h. Dòng điện hiệu dụng chạy qua van bán dẫn khi tải đấu Y (Hình 9.46 b, 9.47 b) Trong đó: Uf là điện áp pha. Khi tải đấu tam giác: Trong đó: Ud là điện áp dây của lưới. Dòng điện tính được là dòng điện để chọn Triac. Nếu sơ đồ chọn là các sơ đồ Triac Ivlv=IHD. Nếu sơ đồ chọn là các sơ đồ ghép Tiristo song song ngược thì dòng điện để chọn Tiristo Trong đó: Ivlv - dòng điện làm việc của van. - Lựa chọn điều kiện toả nhiệt van bán dẫn (Như hướng dẫn chương 8) lúc đó dòng điện van cần chọn: Iđmv=kIIvlv Trong đó kI là hệ số xét tới điều kiện toả nhiệt van ; trị số kI tham khảo chương 8 Khi chọn theo dòng điện, ngoài việc tính chọn theo dòng điện làm việc dài hạn như đã tính ở trên, dòng điện này còn được tính chọn theo điều kiện phát nhiệt của van bán dẫn. Một số loại tải, bản thân chế độ làm việc của chúng có dòng điện quá độ Iqt khá lớn, chẳng hạn như động cơ điện không đồng bộ. Khi mở máy động cơ không đồng bộ dòng điện lớn từ 5 - 7 lần dòng định mức. Khi chọn van bán dẫn dòng điện quá độ này được xét thế nào?. Khi dòng điện quá độ này xảy ra trong khoảng thời gian ngắn, cỡ vài giây, quán tính nhiệt chưa đủ quá nhiệt cho van lúc đó chúng ta chỉ cần kiểm tra IQĐ < IX (dòng điện xung của van bán dẫn). Được phép bỏ qua quán tính nhiệt của van bán dẫn là vì: Khi chọn van, chóng ta có một hệ số KI đủ lớn, bản thân KI này nói lên rằng chúng ta đã chọn dòng điện của van bán dẫn lớn hơn dòng điện làm việc thực của chúng. Với điều kiện toả nhiệt nào đó, thời gian quá tải ngắn hạn chưa đủ để quá nhiệt, lúc đó chỉ cần đảm bảo dòng điện chạy qua không vượt quá dòng điện cực đại là được. Khi dòng điện quá độ xẩy ra trong khoảng thời gian dài hơn, lúc đó cần xét tới dòng điện quá độ, bằng cách thay đổi hệ số KI lớn hơn. Việc xét ảnh hưởng của dòng quá độ cần phải khảo sát một bài toán nhiệt khá phức tạp, như là tính ra công suất lúc quá độ, tính được thời gian quá độ, có diện tích bề mặt toả nhiệt, điều kiện làm mát nghĩa là phải giải phương trình: DP = Trong đó: DP tổn hao trên van bằng Rv i2lv biến thiên A. Hệ số toả nhiệt đặc trưng cho điều kiện làm mát C. Nhiệt dung của van và cánh toả nhiệt độ chênh nhiệt với môi trường Trong trường hợp này nếu thời gian quá độ đến hàng nhiều phút, thì dòng điện van có thể phải chọn theo dòng điện quá độ, nếu thời gian quá độ nhỏ không đến hàng phút thì dòng điện được lựa chọn bằng cách thay đổi Ki ở một mức độ nhất định nào đó là đủ. B. Tính chọn van theo điện áp : Với các sơ đồ điều áp ba pha không trung tính, điện áp của van bán dẫn nên chọn theo điện áp dây của lưới. Do đó điện áp làm việc cực đại Ulv của van bán dẫn được tính: Trong đó: Ud - điện áp dây của lưới ba pha. ù - điện áp pha Điện áp của van bán dẫn Uv đựơc chọn: Uv=Kdt.Ulv Trong đó Kdt hệ số dự trữ điện áp thường chọn Kdt>1.6 Tuỳ theo khả năng thiết bị mà ta có hệ số Kdt có thể càng lớn càng tốt . Sau khi tính được dòng điện và điện áp, tra các sổ tra cứu hoặc bảng...., trong tài liệu này, chọn được linh kiện cần tìm, kiểm tra lại linh kiện này theo dòng điện quá độ. - Bảo vệ các linh kiện bán dẫn. Cũng như các thiết bị bán dẫn khác, ở đây bảo vệ van bán dẫn cũng cần có các loại bảo vệ như Hình 9-50. Các loại bảo vệ thông dụng, bao gồm bảo vệ ngắn mạch bằng Aptomat AT, dòng điện định mức của Aptomat được chọn bằng (1,1 - 1,3) lần dòng điện định mức của tải, dòng điện ngắn mạch của Aptomát được chỉnh lớn hơn dòng điện quá độ của tải IQĐ nhưng nhỏ hơn dòng điện xung của van bán dẫn Ixv A B C ZA ZB ZC R2 R2 R2 C2 C2 C2 C1 C1 C1 R1 R1 R1 H×nh 9.50: M¹ch ®éng lùc vµ c¸c thiÕt bÞ b¶o vÖ cña ®iÖn ¸p xoay chiÒu 3 pha IQĐ < IATNM < Ixv - Bảo vệ xung điện áp từ lưới bằng mạch R1C1 được chọn như chương 8. - Bảo vệ xung điện áp do chuyển van R2C2 cũng có thể được chọn gần đúng: R2= (5 ¸ 30) W, C2 = (0,5 ¸ 4)mF. Ví dô : Thiết kế mạch động lực cho khởi động mềm động cơ không đồng bé roto lồng sóc có các thông số sau: A02.92.1 , P=100kw, n=1470v/phút , h=0,935, cosj = 0,92; Mkđ/Mđm= 1,1; Mmax/Mđm =2; Ikd/Iđm = 6; J = 1,6kg/m2 U1= 220/380V Thời gian mở máy của động cơ không quá lớn tkđ= 3s ( không tính trong quyển sách này). Mặt khác dòng điện ở đây đáng kể, nên việc chọn Triac để điều khiển sẽ phải tăng cấp điều kiện làm mát. Vì vậy ở đây chúng ta chọn sơ đồ với các cặp tiristo nối song song ngược như Hình 9.51. Dòng điện động cơ: Dòng điện chạy qua mỗi Tiristo Dòng điện làm việc của Tiristo 88,4A là đáng kể, do đó tổn hao trên Tiristo khá lớn, nên chọn điều kiện làm mát cho Tiristo là có cánh toả nhiệt, có quạt đối lưu không khí. Với điều kiện này Tiristo cho làm việc với dòng điện đến 50% dòng điện định mức. Dòng điện của Tiristo cần chọn: Điện áp của Tiristo khi ở trạng thái khoá Điện áp định mức của Tiristo cần chọn: Tiristo mắc vào lưới xoay chiều 50Hz nên thời gian chuyển mạch của Tiristo không có ảnh hưởng lớn đến việc chọn Tiristo. R2 R2 R2 C2 C2 C2 C1 C1 C1 R1 R1 R1 H×nh 9.51 S¬ ®å ®éng lùc ®iÒu khiÓn khëi ®éng ®éng c¬ kh«ng ®ång bé A1 B1 C1 A B C Từ các thông số trên ta chọn Tiristo loại SH200N.21D có các thông số: Uđm = 1000 V Uđk = 3 V tcm = 80 ms Iđm = 200 A ITG = 200 mA Tcp = 1250C IX = 4 KA Idò = 20 mA Iđk=0.15 A DU = 1,7 A 3. Thiết kế mạch điều khiển Mạch điều khiển điều áp ba pha giống mạch điều khiển của điều áp một pha khi tải đấu sao có trung tính. Vì lúc đó dòng điện tải được chạy giữa pha với trung tính. Giả sử có một van hay mét pha không có dòng điện cũng không làm ảnh hưởng tới hoạt động của các van bán dẫn còn lại. Ở mạch ba pha không trung tính dòng điện chạy qua tải là dòng điện chạy giữa các pha với nhau. Tại mỗi thời điÓm phải có hai pha hoặc ba pha có van bán dẫn, không khi nào chỉ một pha có van bán dẫn dẫn cả. Cấp xung điều khiển cho điều áp xoay chiều có thể cấp bằng xung đơn hoặc xung chùm. Cấp xung điều khiển loại nào tuỳ thuộc chế độ làm việc của tải. Thường gặp hiện nay trong điều áp ba pha có hai cách điều khiển : - xung điều khiển cấp đơn nhưng phải đệm xung điều khiển. - xung điều khiển cấp bằng chùm xung. A. Điều khiển bộ điều áp ba pha với xung đơn * Khi van động lực là Tiristo Khi góc điều khiển a của các van bán dẫn lớn như trên Hình 9.9 đồng thời có hai Tirisstor cùng dẫn, như vậy xung điều khiển phải được cấp đồng thời cho cả hai Tirisstor, hơn nữa hai van được dẫn Êy phải được cấp xung theo kiểu một xung chính cần mở với một xung đệm, nguyên tắc đệm xung phải theo đúng thứ tự pha. Như việc cấp xung trên Hình 9.52 X1- một chữ số xung cần mở T1. X6-1 xung đệm từ T6 sang T1. Trên Hình 9.52 vẽ lại đường cong điện áp tải Hình 9.9 với góc mở van bán dẫn a lớn (). Để có đường cong điện áp pha A như hình vẽ, chúng ta cần cấp xung điều khiển theo thứ tự như Hình 9.52. Mỗi Tiristo trong mét chu kỳ được cấp hai xung điều khiển, trong đó xung trước X1 là xung chính quyết định góc mở của nó, còn xung thứ hai X6-1 là xung đệm được nhận từ Tiristo cần mở của pha khác tới. Điện áp và dòng điện ở đây gián đoạn, vì vậy không có xung đệm X1-4 T1 không thể mở một van trong bộ điều áp ba pha được. t t t t t t o' X3-6 X6 X4 X1-4 X4 X2-3 X3 X5-2 X2 X5-2 X6-1 X1 tf 1/2UAC 1/2UAB t6' t5' t3' t2' t6 t5 t4 t3 t2 t1 C B A H×nh 9.52: H×nh d¹ng ®­êng cong ®iÖn ¸p t¶i cña h×nh 9.9 víi c¸c xung ®iÒu khiÓn van o X4-5 X5 X5 X4-5 Chóng ta hãy lý giải điều này qua mạch động lực Hình 9.51 và dạng xung điều khiển và điện áp tải Hình 9.52. Tại t2 góc của T1(UA>0) phát xung X1 điều khiển T1 ,đồng thời đệm xung T - X1-4 (xung thứ hai của T4 ) lúc này với UA>>UB (điện áp pha A dương hơn pha B). T1 và T4 cùng dẫn, chừng nào UA còn dương hơn UB. Điện áp trên tải pha A nếu coi tải đối xứng thì UA=1/2UAB. Đến t'2 do điện áp UB dương hơn UA (nếu bỏ qua ảnh hưởng điện cảm coi góc j không đáng kể) nên T1 và T4 bị khoá tại t'2. Đến t3 là góc của T6 (UC<0), ta phát xung X6 điều khiển T6 đồng thời theo đúng thứ tự pha đệm xung T1, X6-1 lúc này do UC<<UA (điện áp C âm hơn A) nên T1 và T6 cùng dẫn, tương tự như trên hai tiristo này sẽ cùng dẫn chừng nào UC âm hơn UA. Như vậy đến t3' khi điện áp UA trở nên âm hơn UC, (bá qua thành phần điện cảm của tải nên bỏ qua góc trễ j) T6, T1 phân cực ngược sẽ tự khoá, ta có điện áp trên tải UA1=1/2 UAC X1 X6-1 X2 X5-1 X3 X2-3 X4 X1-4 X1-4 X5 X4-5 X6 X3-6 X1 t t t t t A B C a t H×nh 9.53: H×nh d¹ng ®­êng cong ®iÖn ¸p t¶i vµ c¸c xung ®iÒu khiÓn khi H×nh 9.53: Tương tự như T1 , T2 được mở bởi xung chính tại t5 cùng với T3 và được mở với xung đệm của T5 tại t6 Từ những khảo sát ở trên thấy rằng tại thời điểm phát lệnh mở van mà không có xung đệm cho Tiristo ở pha kế tiếp theo thứ tự pha và ở nhóm ngược lại, thì các Tiristo không thể dẫn được. Khi góc mở van nhỏ, dòng điện tải Ýt gián đoạn hơn, lúc đó xung đệm chỉ có ý nghĩa tại thời điểm khởi động ban đầu thôi. Do dòng điện liên tục được đến cuối chu kỳ, nên xung đệm của các van là không có ý nghĩa khi đã khởi động xong. Hình 9.9 a chỉ đúng khi chóng ta coi Tiristo đang dẫn. Trên Hình 9.53, nếu như tại phát xung mở T1, mà T4,T6 chưa dẫn, lúc này điện áp UA dương hơn và UB âm hơn, dòng điện sẽ phải chạy từ A qua T1 - tải - T4 về B, nhưng T4 chưa dẫn, nếu không có xung điều khiển X1-4 cả T1 và T4 đều không dẫn. Yêu cầu bắt buộc tại đây phải có xung đệm X 1-4 cho T4. Khi T1 đã dẫn rồi thì xung đệm thứ hai cho van T1 - X6-1 khi mở T6 sẽ không còn ý nghĩa nữa. Ta có thể nhìn thấy điều này khi tại là góc của T6 ,lúc này cấp xung điều khiển T6 có đệm xung T1 , nhưng vì T1 dẫn rồi nên xung đệm X6-1 tại đây không còn ý nghĩa nữa. Tóm lại trong điều áp 3 pha, khi góc mở nhỏ, xung đệm chỉ cã ý nghĩa ở chu kỳ đầu, ngay sau khi đóng điều khiển, Khi góc mở lớn, điện áp gián đoạn nhiều, thì bắt buộc phải có xung đệm mới hoạt động được. H×nh 9.54 §Öm xung b»ng biÕn ¸p. Trong mạch điều khiển, các xung đệm được thực hiện như thế nào? Việc tạo xung đệm bằng một biến áp xung hai cuộn dây thứ cấp như Hình 9.54 cũng có thể được thực hiện. Khi có lệnh điều khiển Tiristo T1 từ mạch diều khiển của T1 , thì đồng thời có xung điều khiển đưa tới hai Tiristo T1 và T4. Tuy nhiên việc điều khiển như thế này cũng gặp nhược điểm như đã nêu ở trên. Khi một biến áp xung cung cấp cho hai Tiristo, công suất cấp có thể không như nhau. Ngoài ra như trên Hình 9.54, tới cực điều khiển của mỗi Tiristo có hai cuộn dây thứ cấp của hai biến áp xung lấy từ hai kênh điều khiển khác nhau. ĐiÒu này sẽ làm phức tạp trong chế tạo biến áp lắp đặt , hiệu chỉnh mạch điều khiển. Vì lý do đó mà việc đệm xung bằng biến áp Ýt có ứng dụng trong thực tế. Phương pháp đệm xung phổ biến là đưa tới trước tầng khuếch đại, như Hình 9.55. H×nh 9.55 §Öm xung tr­íc tÇng khuÕch ®¹i Để giải quyết bài toán cấp xung điều khiển đồng thời cho hai Tiristo, trước khi đưa tới tầng khuếch đại cần có thêm cổng hoặc H. Tín hiệu từ khâu so sánh của kênh điều khiển T1 được đưa tới cổng hoặc của chính tầng khuếch đại T1 , ngoài ra tín hiệu này còn được đưa tới cổng hoặc của T4 để đệm xung mở T4. Tới cổng vào của H1 ngoài tín hiệu từ mạch điều khiển T1 còn thêm tín hiệu đệm được nhận từ T6 (Xem giản đồ xung hình 9.52). Lúc này để điều khiển T1 trong mét chu kỳ sẽ có hai xung điều khiển: một xung thứ nhất do chính mạch điều khiển kênh T1 phát lệnh, xung thứ hai do kênh điều khiển T6 phát lệnh. Một mạch điều khiển do bộ điều áp xoay chiều ba pha với 6 Tiristo được giới thiệu trên Hình 9.56 a cho mạch động lực Hình 9.50. Nguyên lý tạo xung điều khiển của mét Tiristo T1 như mô tả trên Hình 9.56 b. Điện áp đồng pha của pha A chỉnh lưu cả chu kỳ đưa vào khuyếch đại thuật toán A1 và A2, tạo nên điện áp tựa UC. Điện áp tựa này được kéo lên trên trục hoành nhờ VR2 thành điện áp răng cưa Urc. . Điện áp răng cưa Urc so sánh với điện áp điều khiển Uđk. Tại các thời điểm t1, t2 ,t3, t4, t5, t6 , Uđk=Urc , khuyếch đại A3 lật dấu, ta có điện áp UDA. Khi cả UDA và UE dương, đầu ra của cổng và V1 có xung ra trong khoảng t1- t2 tín hiệu này được đưa tới H1 và đầu ra của H1 có xung trong khoảng t1 - t2. H1 nhận tín hiệu đồng thời của cả V1 lẫn V6. Tương tự như V1 chóng ta có tín hiệu của V6 dịch pha một góc . Kết quả là H1 có hai xung liên tiếp và cách nhau , đầu ra biến áp xung cũng liên tiếp tương ứng với đầu ra H1. H×nh 9.56 a: S¬ ®å m¹ch ®iÒu khiÓn bé ®iÒu ¸p ba pha h×nh 9.50 H×nh 9.56 b :Nguyªn lý t¹o xung ®iÒu khiÓn cña mét Tiristo A B C A t t Urc U®k t1 t2 t3 t4 t5 t67 UDA t t V1 UE t t t V6 P/3 X1 X6-1 UA Trên sơ đồ Hình 9.56 a hai xung điều khiển cho mét Tiristo trong mỗi chu kỳ như Hình 9.56 b chỉ xuất hiện khi góc điều khiển . Nếu xung đệm thứ hai chỉ xuất hiện ở mỗi thời điểm mồi ban đầu, còn các chu kỳ kế tiếp khi van đã mở liên tục rồi, xung đệm này có thể không xuất hiện nữa. Mạch điều khiển bộ điều áp ba pha khi van động lực là Triac về nguyên lý gần như hoàn toàn giống mạch điều khiển của bộ điều áp bằng 6 Tiristo trên Hình 9.56. Bởi vì, về nguyên lý Triac chính là hai Tiristo mắc song song ngược. Phần khác nhau của chúng nằm ở tầng khuyếch đại. Khi van động lực là Triac thì chỉ cần một tầng khuyếch đại cho mét triac mỗi pha. Do đó mạch điều khiển Hình 9.56 lúc này thành mạch điều khiển Hình 9.57 b. R2 C2 C1 C1 C1 R1 R1 R1 H×nh 9.57 a A1 B1 C1 R2 C2 R2 C2 T1 T2 T3 A B C Ba mạch điều khiển Triac hình 9.57 b giống như điều khiển một triac trên Hình 9.33. Các xung điều khiển đệm giữa các pha với nhau cũng gửi theo đúng thứ tự pha. H×nh 9.57 b M¹ch ®iÒu khiÓn ®iÒu ¸p ba pha h×nh 9.57 a Từ đầu ra của khâu so sánh pha A (DA) được đưa tới cổng hoặc HA để tới khuyếch đại mở Triac T1 đồng thời tín hiệu DA được gửi tới cổng hoặc HB để tới khuyếch đại mở T2. Điều này có nghĩa, khi phát lệnh mở Triac T1 ( khi UA>0 ) thì đồng thời phát lệnh cho T2 mở theo chiều UB0 (xem việc cấp xung và hoạt động của các van này như trên Hình 9.52) B. Điều khiển điều áp ba pha bằng xung chùm Như đã giới thiệu ở trên, mạch điều khiển điều áp xoay chiều với xung đơn (một xung tại thời điểm phát lệnh mở van ) có ưu điểm là đơn giản, và thích hợp với những tải thuần trở như: Sợi đốt các lò điện, chiếu sáng ...Với những tải có thành phần điện cảm như động cơ không đồng bộ, biến áp... (đặc trưng của những loại tải này là có góc trễ j giữa điện áp với dòng điện). Để đảm bảo các van bán dẫn mở cả hai chiều điện áp, khi góc mở a nhỏ hơn góc trễ giữa dòng điện và điện áp tải () chóng ta sẽ phải tăng độ rộng xung điều khiển bằng cách tạo xung chùm như đã giới thiệu ở trên. Ở mạch điều áp ba pha điều khiển van bán dẫn bằng chùm xung ngoài vịêc giải quyết dẫn đều các van khi góc j lớn còn có thể giải quyết luôn bài toán về đệm xung điều khiển trong một số trường hợp góc mở. Chúng ta sẽ giải thích trường hợp này theo đường cong Hình 9.58 sau: A B C a H×nh 9.58 §iÒu khiÓn ba pha b»n chïm xung t t t t t t t X1 X2 X3 X4 X5 X6 Trên Hình 9.53, để có điện áp tải pha A, tại thời điểm đóng điện chúng ta phải đệm xung mở T1 cho T4 X1-4 . Nếu điều khiển bằng chùm xung thì việc đệm xung như Hình 9.53 là không cần thiết. Từ Hình 9.58 thấy rằng, tại phát xung điều khiển T1, lúc này xung chùm của T4 đang phát chờ sẵn, hơn nữa T4 còn đang được mở chờ sẵn do T5 và T4 đã có chùm xung điều khiển từ 0. Do đó khi có xung điều khiển T1 thì T1 được mở cho dòng điện chạy qua pha A ngay, mà không cần phải gửi xung đệm như trên Hình 9.53. Chùm xung điều khiển chỉ thay cho xung đệm trong một dải điều khiển từ 0 đến 1200. Đối với những tải không cần điều khiển trong khoảng 1200 đến1800 thì giải quyết bằng chùm xung thay thế cho đệm xung là hoàn toàn hợp lý. (Ví dụ như với tải là động cơ). Trên Hình 9.59 giới thiệu một mạch điều khiển điều áp ba pha với bộ tạo xung chùm và đệm xung điều khiển giữa các pha. Việc đệm xung điều khiển giữa các pha cho ta chùm xung điều khiển của các Tiristo không chỉ trong nửa chu kỳ điện áp dương Anốt như trên Hình 9.57 mà chùm xung điều khiển của các Tiristo này sẽ được nối dài thêm một góc nữa do việc đệm xung tạo nên. Điều này đặc biệt cần khi góc mở của Tiristo lớn hơn . Ví dô : Thiết kế mạch điều khiển cho khởi động mềm động cơ không đồng bộ roto lồng sóc A02 92.4 từ ví dụ trên hình 9.51 * Chọn sơ đồ mạch điều khiển. Khi khởi động động cơ không đồng bộ hệ số công suất cosj luôn thay đổi, góc trễ giữa điện áp và dòng điện động cơ thay đổi. Do đó sơ đồ mạch điều khiển hợp lý sẽ là sơ đồ không bị ảnh hưởng của góc lệch pha giữa dòng điện và điện áp. Với sơ đồ đã chọn 6 Tiristo trên Hình 9.51 sơ đồ mạch điều khiển chọn bằng chùm xung điều khiển không cần gửi xung điều khiển như trên Hình 9.59. Vì động cơ không đồng bộ khi mở máy góc mở Tiristo ban đầu đảm bảo cho Umm=65%Uđm thì góc mở Tiristo (tra từ hình 9.11) không lớn hơn do đó việc đệm xung là không cần thiết. Tính toán các thông số linh kiện trên mạch Hình 9.59 đã được giới thiệu ở chương 8. H×nh 9.59: M¹ch ®iÒu khiÓn khëi ®éng mÒm ®éng c¬ h×nh 9.51 UV H×nh 9.60: C¸c ®­êng cong c¬ b¶n cña m¹ch ®iÒu khiÓn h×nh 9.60 UA UB UC UD CX VII E F V1 V2 XT1 XT2 Urc U®k t t t t t t t t t t t t Nguyên lý điều khiển một mạch điều khiển điều áp xoay chiều một pha trên Hình 9.59 có thể được giải thích theo các đường cong trên Hình 9.60 như sau: Điện áp đồng pha với điện áp xoay chiều hình sin UV được chỉnh lưu cả chu kỳ UA đưa vào A1 qua R1 dịch đi một trị số lấy qua VR1. Hai điện áp này đưa qua khuyếch đại A1 có điện áp ra của A1 là UB. Phần dương của UB tích phân qua khuyếch đại A2 cho ta điện áp tựa UC. Điện áp tựa UC được kéo lên trên trục hoành bằng điện áp lấy từ VR2.Việc kéo điện áp tựa lên trên trục hoành này chỉ nhằm mục đích để điện áp điều khiển Uđk đồng biến với điện áp ra, nếu không cần làm điều này thì chúng ta có thể bỏ qua điện áp lấy từ VR2. Điện áp điều khiển Uđk so sánh với điện áp tựa Urc tìm thời điểm Urc=Uđk . Tại các thời điểm Urc=Uđk khuyếch đại A3 lật dấu điện áp ra ta có UD như hình vẽ. Điện áp UD đưa tới cổng và V11 cùng với tín hiệu xung chùm liên tục lấy từ A6, đầu ra của V11 sẽ có chùm xung khi UD>0 Cổng và V1 sẽ có tín hiệu ra khi đồng thời V11có xung và VF>0. Lúc đó biến áp xung BA1 có xung điều khiển T1. Cổng và V2 có tín hiệu ra khi đồng thời V11 có xung và VE>0. Lúc đó biến áp xung BA2 có xung điều khiển T2 Kết quả là T1 được cấp chùm xung điều khiển khi UF>0 trùng với UV>0 và T2 được cấp chùm xung điều khiển khi UE>0 trùng với UV< 0 . Nếu như các xung điều khiển T1và T2 bị dịch pha 1800 thì có thể đảo đầu điện áp vào của biến áp đồng pha hoặc đổi đầu cấp vào của khuyếch đại A4 Thông sè một số Triăc Bảng.6...Y nghĩa các cột. Ký hiệu. Uđm - Điện áp định mức (điện áp đánh thủng). Iđm - Dòng điện định mức. Ipik - Đỉnh xung dòng điện. Ig - Dòng điện điều khiển. Ug - Điện áp điều khiển. I r - Dòng điện rò. Ih - Dòng điện tự giữ. DU - Sụt áp trên van khi mở. tx - Thời gian giữ xung điều khiển. dU/dt- Tốc độ tăng điện áp. T - Nhiệt độ làm việc cực đại. Ký hiệu UđmMax(V) IđmMax(A) IpikMax(A) IgMax(A) UgMax(V) IrMax(A) IhMax(A) DUMax(V) tx(s) dU/dt(V/s) TMaxoC 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 DTA05C 200 0,5 6 15m 2,3 100m 25m 2,0 110 MAC92-1 60 0,6 8 5m 2,5 10m 10m 1,9 2m 5 110 MAC97B6 400 0,6 8 3m 2,0 100m 10m 1,9 2m 25 110 MAC97A8 600 0,6 8 5m 2,0 100m 10m 1,9 2m 25 110 BTA204W500E 500 1,0 10 10m 1,5 500m 12m 1,5 2m 30 125 BT13-W600E 600 1,0 10 5m 1,5 500m 10m 1,7 30 120 Z0103SN 700 1,0 8,5 3m 1,5 10m 7m 1,8 2m 125 2N6068B 25 2,0 30 15m 2,5 2m 30m 2,0 110 DTA2B 100 2,0 12 15m 2,3 100m 25m 2,6 110 SM2D41 200 2,0 13 15m 2,3 100m 25m 2,6 110 CQ89NS 800 2,0 10 5m 2,0 5m 5m 1,75 125 T106C2SH 300 3,0 30 25m 2,2 750m 15m 1,9 10 100 HI43SD 400 3,0 30 5m 2,2 750m 15m 2,2 2,2m 4 110 Q5003L4 500 3,0 30 25m 2,5 2m 25m 1,6 3m 35 125 TLC388B 700 3,0 31 25m 3,0 750m 8m 1,8 3m 20 110 2N6068 25 4,0 30 60m 2,5 2m 70m 2,0 110 BT04HA 50 4,0 40 25m 2,2 1m 80m 1,7 100 SK3664 100 4,0 30 30m 1,4 30m 2,0 110 L4004F61 400 4,0 33 10m 2,0 10m 10m 1,6 2,5m 20 110 Q6004R4 600 4,0 33 25m 2,5 2m 30m 1,6 3m 35 125 Z0402SE 700 4,0 22 3m 1,5 5m 3m 2,0 2m 125 AVS08TB 500 5,0 70 10m 1,7 105 T0505MH 600 5,0 50 5m 2,5 2m 15m 1,4 10 125 T0512SH 700 5,0 50 50m 2,5 2m 100m 1,4 200 125 SIPT06 50 6,0 80 50m 2,5 2m 50m 2,2 30 100 TIC216A 100 6,0 60 5m 2,2 2m 30m 1,7 50 110 BTA6-200D 200 6,0 60 5m 2,5 5m 750m 1,6 2m 110 HT46 400 6,0 80 50m 2,5 1m 50m 2,2 2,5m 5 110 L6006L5V 600 6,0 50 5m 2,0 20m 10m 1,6 1,7m 110 SIPT18 100 8,0 100 50m 2,5 2m 50m 2,2 2,5m 5 100 SC142B 200 8,0 80 50m 2,5 500m 50m 1,7 50 100 IT38 300 8,0 100 50m 2,5 2m 50m 2,2 2,5m 5 100 Q4008L5 400 8,0 100 50m 2,5 500m 50m 1,6 3m 60 110 BT137X500D 500 8,0 55 10m 1,5 500m 10m 1,65 2m 5 125 DTN8G 600 8,0 27 50m 2,0 1m 25m 1,5 110 MAC137-700 700 8,0 60 35m 1,5 2m 20m 1,6 200 125 T0812NJ 800 8,0 50m 2,5 100m 1,7 SK3631 100 10 100 75m 0,9 50m 1,3 1,5m SM10D14 200 10 70 75m 3,0 1,5m 50m 1,6 100 NTE5834 300 10 100 50m 2,5 50m 1,6 AC10DGM 400 10 88 30m 1,5 2m 30m 1,4 100 125 BCR10CM12L 600 10 100 30m 1,5 2m 1,5 125 Q7010LH5 700 10 110 50m 1,5 10m 50m 1,6 4m 775 125 T1013NH 800 10 100 50m 2,5 2m 150m 1,7 500 125 BT138F500E 500 12 90 10m 1,5 500m 30m 1,6 50 120 TXDV612 600 12 95 100m 2,5 2m 100M 1,9 2,5m 200 110 BTW43-1000H 1000 12 120 100m 2,5 5m 100m 2,2 200 125 IT015 50 15 150 50m 2,5 2m 50m 2,2 2,5m 5 100 SPT115 100 15 150 50m 2,5 2m 60m 2,2 3m 40 100 2N5571 200 15 100 80m 2,5 2m 75m 1,8 1m 30 100 CT15-5 500 15 150 50m 2,0 2m 40m 1,6 1,5m 100 125 SC251D 400 15 100 50m 2,5 500m 50m 1,6 100 110 Q6015L9 600 15 150 125m 2,5 50m 70m 1,6 6m 300 MAC15-10FT 800 15 150 50m 2,0 2m 40m 1,6 1,5m 125 TIC246A 100 16 125 50m 2,5 2m 50m 1,7 400 110 SM16G16 400 16 140 50m 3,0 3m 50m 1,5 30 125 BTA16-600B 600 16 180 50m 2,5 500m 50m 1,6 2m 125 SSG16C80 800 16 160 50m 3,0 3m 30m 1,7 10m 50 125 SSG16C120 1200 16 160 50m 3,0 3m 30m 1,7 10m 50 125 TW18N400CX 400 18 160 80m 3,0 5m 100m 2,0 3m 7,5 125 TW18N10CX 1000 18 130 80m 3,0 MAC320-4 200 20 150 50m 2,0 2m 40m 1,7 1,5m 125 BCR20B6L 300 20 220 30m 1,5 3m 1,5 125 MAC320A6 400 20 150 50m 2,0 2m 40m 1,7 1,5m 125 Q2025 200 25 225 50m 2,5 2m 80m 1,6 4m 75 110 SIPT325300 300 25 250 100m 2,5 4m 60m 2,5 3m 40 100 MAC223-6FP 400 25 225 75m 3,0 2m 75m 1,9 100 110 TRAL3325DM 600 25 240 100m 3,0 3m 50m 2,0 3m 100 100 Q7025R9 700 25 250 125m 2,5 50m 80m 1,8 6m 300 BTA225B800C 800 25 190 35m 1,5 500m 15m 1,5 2m 1000 125 SSG35C20Y 200 35 330 50m 3,0 5m 30m 1,4 10m 20 125 TRA3335D 600 35 330 100m 3,0 4m 60m 2,0 3m 100 110 SSG35C120 1200 35 400 70m 3,0 6m 30m 1,6 10m 100 125 SIPT040 50 40 400 100m 2,5 4m 60m 2,0 3m 100 PT140 100 40 400 100m 2,5 4m 60m 2,0 3m 250 100 Q2040C 200 40 300 100m 2,5 2m 100m 1,6 5m 100 110 MAC224-5 300 40 350 50m 2,0 2m 75m 1,8 1,5m 50 125 SK3662 400 40 300 40m 1,4 25m 1,7 1,7m SPT640 600 40 400 100m 2,5 1m 60m 1,0 3m 200 110 BTA41-700B 700 40 420 50m 2,5 4m 80m 1,6 2,5m 150 110 T4013NKS 800 40 330 75m 1,5 10m 75m 1,7 2m 500 125 TPDV1240 1200 40 350 200m 2,5 5m 50m 1,8 2,5m 200 110 SSG45C40 400 45 550 70m 3,0 6m 50m 1,6 10m 100 125 BTB41-800B 800 45 315 100m 1,5 80m 1,8 2,5m 250 125 SSG45C120 1200 45 550 70m 3,0 6m 50m 1,6 10m 100 125 BCR50A4 200 50 800 100m 2,5 10m 1,5 50 125 SSG50C40 400 50 800 150m 3,0 8m 50m 1,5 10m 50 125 50AC60A 600 50 550 200m 2,5 10m 90m 2,0 200 125 BCR50A16 800 50 800 100m 2,5 10m 1,5 50 125 SSG50C120 1200 50 800 150m 3,0 8m 50m 1,5 10m 50 125 PT260 200 60 600 100m 3,0 10m 100m 2,0 3m 100 125 TGAL604 400 60 500 100m 3,0 10m 60m 2,0 3m 100 125 SPT660 600 60 600 100m 3,0 10m 100m 2,0 3m 100 125 TGDV608 800 60 500 150m 2,5 5m 30m 2,1 3m 200 125 TGAL610 1000 60 500 100m 3,0 10m 60m 2,0 3m 100 125 PT1060 1000 60 600 100m 3,0 10m 100m 2,0 3m 100 125 BCR70B4 200 70 1100 200m 3,0 15m 2,1 100 125 BCR70B6 300 70 1100 200m 3,0 15m 2,1 100 125 SSG70D40 400 70 1000 200m 3,0 10m 70m 1,5 10m 50 125 TG70AA60 600 70 1200 50m 3,0 10m 100m 1,35 50 125 BCR70B16 800 70 1100 200m 3,0 15m 2,1 100 125 SSG70C120 1200 70 1000 200m 3,0 10m 70m 1,5 10m 50 125 SM80G13 400 80 880 200m 4,0 10m 200m 2,1 100 125 SM80J13 600 80 880 200m 4,0 10m 200m 2,1 100 125 SM80Q13 1200 80 880 200m 4,0 10m 200m 2,1 100 125 F100D4 200 100 1100 200m 3,0 15m 2,3 100 125 F100D6 300 100 1100 200m 3,0 15m 2,3 100 125 F100D8 400 100 1100 200m 3,0 15m 2,3 100 125 SSG100C40 400 100 1200 200m 3,0 100m 70m 1,5 10m 50 125 F100D12 600 100 1100 200m 3,0 15m 2,3 100 125 SSG100C60 600 100 1200 200m 3,0 100m 70m 1,5 10m 50 125 F100D16 800 100 1100 200m 3,0 15m 2,3 100 125 SSG100C80 800 100 1200 200m 3,0 100m 70m 1,5 10m 50 125 F100D20 1000 100 1100 200m 3,0 15m 2,3 100 125 SSG100C100 1000 100 1200 200m 3,0 100m 70m 1,5 10m 50 125 SSG100C120 1200 100 1200 200m 3,0 100m 70m 1,5 10m 50 125 BCR150B4 200 150 2000 300m 3,0 15m 1,6 100 125 FB150D4 200 150 2000 300m 3,0 15m 1,6 100 125 BCR150B6 300 150 2000 300m 3,0 15m 1,6 100 125 FB150D8 400 150 2000 300m 3,0 15m 1,6 100 125 BCR150B12 600 150 2000 300m 3,0 15m 1,6 100 125 FB150D16 800 150 2000 300m 3,0 15m 1,6 100 125 BCR150B24 1200 150 2000 300m 3,0 15m 1,6 100 125 FB150D24 1200 150 2000 300m 3,0 15m 1,6 100 125 2N5257 400 200 1300 800m 3,0 15m 850m 2,1 125 2N5258 600 200 1300 800m 3,0 15m 850m 2,1 125 2N5259 800 200 1300 800m 3,0 15m 850m 2,1 125 2N5260 1000 200 1300 800m 3,0 15m 850m 2,1 125 2N5261 1200 200 1300 800m 3,0 15m 850m 2,1 125 BCR300B4 200 300 3000 300m 3,0 30m 1,5 100 125 FB300D6 300 300 3000 400m 3,0 30m 1,5 100 125 SSG300C40 400 300 3300 400m 3,0 25m 150m 1,5 10m 100 125 BCR300B12 600 300 3000 300m 3,0 30m 1,5 100 125 FB300D16 800 300 3000 400m 3,0 30m 1,5 100 125 SSG300C100 1000 300 3300 400m 3,0 25m 150m 1,5 10m 100 125