Chương 5: Phương án thay thế mạch điều khiển – chỉnh lưu 69 Chương 5. PHƯƠNG ÁN THAY THẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN - CHỈNH LƯU Chức năng và những yêu cầu cơ bản đối với hệ thống điều khiển chỉnh lưu. Hệ thống điều khiển của các thiết bị biến đổi dùng để hình thành và tạo ra các xung điều khiển có độ rộng xung nhất định, phân bố các xung theo các pha và thay đổi thời điểm đư a xung kích mở thông các van. Sau khi kích thích mở thông các van thì hệ thống điều khiển được gây ảnh hưởng tới trạng thái làm việc của chúng, các yêu cầu chính của hệ thống điều khiển là: 5-1. Yêu cầu về xung điều khiển. Độ lớn: Độ lớn điện áp trên cực điều khiển và dòng điện chạy qua cực điều khiển có quan hệ U đk = f (i đk ) và được giới hạn trong phạm vi sau: Đặc tính điều khiển Giới hạn trên của các đặc tính Điện áp điều khiển cho phép cực đại Giới hạn công suất cực đại Dòng điện điều khiển cho phép cực đại Dòng điện điều khiển nhỏ nhất để mở ở nhiệt độ bất kỳ Điện áp điềukhiển nhỏ nhất đảm bảo mở ở nhiệt độ bất kỳ Giới hạn trên của các đặc tính I G Chương 5: Phương án thay thế mạch điều khiển – chỉnh lưu 70 Do sai lệch về thông số chế tạo và điều kiện hoạt động ngay cả Thyzitor có đặc tính này dao động giữa hai đặc tính giới hạn trên và dưới. Các yêu cầu của áp và dòng điều khiển là: - Giá trị lớn nhất không vượt quá giá trị cho phép. - Giá trị nhỏ nhất phải đảm bảo mở được Thyzitor trong mọi điều kiện làm việc. - Tổn hao tiêu cực đi ều khiển phải nhỏ hơn giá trị cho phép thường độ lớn của áp 2 ÷ 10 v, dòng 20 ÷ 200 mA. 5.2- Yêu cầu về độ rộng xung điều khiển: Thời gian mở Thyzitor chia thành hai giai đoạn: - Giai đoạn dòng tăng trưởng chậm, ký hiệu t 1 là thời gian cần thiết để làm cho J 2 chuyển dịch thuận (J 2 là mặt tiếp giáp giữa hai lớp bán dẫn P 2 và n 2 của Thyzitor). - Giai đoạn tăng trưởng nhanh: ký hiệu t 2 độ rộng xung điều khiển phải lớn hơn hoặc bằng thời gian mở của Thyzitor t α ≥ t m t 1 t 2 t m t m 0,1 i th 0,9 i th I đk i đk t t Chương 5: Phương án thay thế mạch điều khiển – chỉnh lưu 71 5.3- Yêu cầu độ dốc xung điều khiển. Độ dốc sườn trước xung điều khiển càng cao thì việc mở Thyzitor càng dễ dàng, đặc biệt là trong mạch có nhiều van nối tiếp hoặc song song. Thông thường yêu cầu độ dốc sườn trứơc của dòng xung điều khiển là: msA d d t idk /1,0≥ Độ dốc sườn trước của xung càng tăng thì đốt nóng cục bộ của tizistor càng giảm. - Dải điều khiển. Dải điều khiển phải rộng và dải này xác định bởi dạng và chế độ làm việc cả các bộ biến đổi và đặc tính của tải. Tính đối xứng điều khiển: Đảm bảo được đối xứng các xung đ iều khiển theo pha nếu không đảm bảo đối xứng các xung điều khiển các tizistor qua các bộ biến đổi nhiều pha sẽ gây ra sự không cân bằng giá trị trung bình của dòng tizitor đó. Độ tác động nhanh: Hệ thống điều khiển phải tác động nhanh và trong nhiều trường hợp phải đạt tốc độ cỡ μs. Độ tin cậy. Mạch điều khiển phải làm việc tin cậ y trong mọi hoàn cảnh khi nhiệt độ thay đổi, nguồn tín hiệu tăng lên. Điện trở ra của kênh điều Chương 5: Phương án thay thế mạch điều khiển – chỉnh lưu 72 khiển phải nhỏ để tizitor không tự phép mở khi dòng số tăng. Xung điều khiển phải ít phụ thuộc vào dao động nhiệt độ, dao động điện áp nguồn. Cần khử các nhiễu cảm ứng để tránh mở nhầm các thyzitor. Yêu cầu về nắp ráp và vận hành. Việc nắp ráp, vận hành, sử dụng phải dễ dàng, thuận tiện cho việc điều khiển, sửa chữa, l ắp khối gọn nhẹ, thay dễ dàng. Nguyên tắc điều khiển: Việc điều khiển tizitor chính là việc tạo thời điểm phát xung mở tizitor. Có hai nguyên tắc điều khiển chủ yếu sau: + Nguyên tắc điều khiển arccos. + Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính. 5.4- Nguyên tắc điều khiển arccos. Nguyên tắc điều khiển arccos. Theo nguyên tắ c này người ta dùng hai điện áp. + Điện áp U r vượt trứơc điện áp A-K của tizistor một góc bằng 2 π (nếu U AK = A. Sin ωt thì U r = B Cosωt). Điện áp điều khiển U c là điện U 0 α π 2π U đk 0 Chương 5: Phương án thay thế mạch điều khiển – chỉnh lưu 73 áp một chiều, có thể điều chỉnh được biên độ theo hai hướng ( dương và âm). Tổng đại số U r + U C = 0 ta nhận được một xung ở đầu ra của không so sánh: U C = B.Cosα = 0 ⇒ α = arccos ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ − B U C 1-1. Ta lấy B = U Cmax Nguyên tắc này áp dụng cho các thiết bị chỉnh lưu đòi hỏi chất lượng cao. 5.5- Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính. Theo nguyên tắc này ta dùng hai điện áp. + Điện áp đồng bộ, ký hiệu U r có dạng răng cưa, đồng bộ với điện áp trên A-K của tizitor. + Điện áp điều khiển ký hiệu là Uc’ là điện áp một chiều có thể điều chỉnh được biên độ. Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính Như vậy bằng phương pháp thay đổi giá trị U C có thể điều chỉnh góc α U đk π 2π 3π 0 α U Chương 5: Phương án thay thế mạch điều khiển – chỉnh lưu 74 maxr C U U ⋅= πα (2.1) Người ta lấy U Cmax = U rmax , do đó có thể có α = 0 ÷π. Ở trong sơ đồ này ta sử dụng một dạng khác của nguyên tắc điều khiển tuyến tính. Điện áp tựa răng cưa có dạng răng cưa ngược (sườn phóng dài hơn sườn nạp). Điện áp điều khiển ngược dấu với điện áp răng cưa theo dạng dưới đây: Đ iện áp điều khiển và điện áp răng cưa được tổng hợp trên một chân của OA so sánh để so sánh với điểm đốt. Theo hình vẽ ta có thể chèn được biểu thức của góc điều khiển α (Coi khoảng nạp là không đáng kể so với chu kỳ) rc dk R U = − π απ (2.2) ⇒ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ −= Urc U dk 1 πα (2.3) Ta thấy góc α là hàm tuyến tính của điện áp điều khiển. Với nguyên tắc này thì α biến thiên ngược chiều với điện áp điều khiển. Nhưng theo phần mạch tạo tín hiệu ổn định dòng áp mà ta đã xem xét thì tín hiệu điều khiển biến thiên ngược chiều với biến thiên các giá trị tín hiệu trên tải, vì thế mà α cũng biến thiên thuận chhiều vớ i biến π 2π 3π α U đk θ 0 Chương 5: Phương án thay thế mạch điều khiển – chỉnh lưu 75 thiên áp, dòng trên tải giống như phương pháp thẳng đứng tuyến tính đã trình bày ở phần trên. 5.6- Cấu trúc của hệ điều khiển chỉnh lưu: Hình 5-1: Sơ đồ cấu trúc hệ điều khiển Khâu đồng pha: Để quá trình điều khiển như mong muốn, thì phải phát xung chính xác vào từng thời điểm trên điện áp tải. Vì thế phải có khâu đồng pha để phản ánh đi ện áp cầu điều khiển. Khâu đồng pha ở đây sử dụng biến áp đồng pha Thiết kế biến áp đồng pha: Sơ đồ nối dây của biến áp đồng pha. Đồng pha Dịch pha Tạo điện áp chuẩn U 0 SS TX KĐα S A B C a b c Chương 5: Phương án thay thế mạch điều khiển – chỉnh lưu 76 Hình 5-2: Sơ đồ nối dây biến áp đồng pha. Cuộn sơ cấp nối với các pha của lưới điện, các cuộn thứ cấp có điện áp đồng pha với điện áp lưới, đưa tới mạch điều khiển. Cuộn an đưa tới cuộn điều khiển kênh 1. Cuộn bn đưa tới cuộn điều khiển kênh 2. Cuộn cn đưa tới cu ộn điều khiển kênh 3. 5.7- Thiết kế mạch từ: Chọn dạng mạch từ là ba pha, ba trụ. Tiết diện mỗi trụ được tính bằng công thức kinh nghiệm: )( 2 cm fC P kQ ⋅ ⋅= (1.1) Biến áp khô: K = 5 ÷6. Ta chọn K = 6. P: Công suất biểu kín của máy hạ áp. C: Số trụ của máy biến áp: C = 3 f: Tần số nguồn xoay chiều f = 50Hz. Thay vào công thức ta có: 503 40 6 ⋅ ⋅= ⋅ ⋅= fC P KQ Vậy Q = 3,09 cm 2 . Chương 5: Phương án thay thế mạch điều khiển – chỉnh lưu 77 Tra bảng ta có các số liệu của mạch từ: - Chiều cao mạch từ: h = 100 mn - Chiều cao trụ: h = 50 mn - Chiều rộng trụ: a = 20 mn. - Chiều dày của mạch từ b = 20 mn. - Chiều rộng gông từ: C = 25 mn - Chiều rộng cửa sổ mạch từ: d = 30 mn. - Chiều dầy mạch từ: L = 120 mn. Hình dạng và kích thước mạch từ như hình vẽ sau: Hình 5-3: Các kích thước của BA. Tiết diện mạch từ: ⊕ Trụ: - Tiết diện thô: a . b = 2 . 2 = 4 cm 2 (1.2) - Tiết diện hiệu quả: 4. 0,95 = 3,8 cm 2 (1-3) - Trọng lượng: 0,75 – 0,038 . 5,3 = 4,275 kg (1.4) d a h H b L Chương 5: Phương án thay thế mạch điều khiển – chỉnh lưu 78 ⊕ Gông từ: - Tiết diện thô b. c = 2,5 . 2 = 5 cm 2 (1-5) - Tiết diện hiệu quả: 0,95 – 5 = 4,75 cm 2 (1-6) - Trọng lượng: 0,75. 0,475.12.2 = 8,85 kg (1-7) Chọn từ cảm trong trụ từ Bm = 1,1 tesla. → Từ cảm trong gông từ: )(88,0 4,75 3,8 1,1 Bm T=⋅= (1-8) ⊕ Dây quấn: - Số lượng vòng dây quấn mỗi pha: Sơ cấp: )(2370 1,18,35044,4 220 BQf4,44 U n m 1 Vong= ⋅⋅⋅ = ⋅⋅⋅ = (1-9) Thứ cấp: )(3242370 20 30 n U U n 1 1 2 2 vong≈⋅=⋅= (1-10) - Dòng điện trong các cuộn sơ cấp và thứ cấp. )(01,0 380 8,3 1 1 A U S I === (1-11) )(13,0 30 8,3 2 2 A U S I === (1-12) + Đường kính của dây dẫn sơ cấp và thứ cấp. == 1. 1.4 1 J I d π 75,2.14,3 01,0.4 mm068,0= (1-13) [...]... xung thông qua hiện thực so sánh giữa điện áp tựa răng cưa Urc và điện áp điều khiển Uđk ⊕ Ưu điểm: Mạch so sánh dùng khuyếch đại thuật toán: - Độ chính xác cao - Tác động nhanh: giúp mở Tranzitor dễ dàng - ổn định nhiệt tốt - Không làm méo tín hiệu ⊕ Khối so sánh có thông số cơ bản là: - Điện trở vào lớn - Độ nhạy cao - Độ ổn định của khối, độ tác động nhanh Ngày nay mạch so sánh thường dùng vi mạch KĐTT... toán Ura +VCC Uvào Un -VCC 80 Chương 5: Phương án thay thế mạch điều khiển – chỉnh lưu Do khoảng UV1 ÷ UV2 rất nhỏ nên với khuyếch đại thuật toán thì chỉ cần biến thiên rất nhỏ của điện áp đầu vào là đã có thể gây ra điện áp bão hòa ở đầu ra +12V đến khuyếch đại xung -1 2V Hình 5-5 : Sơ đồ nguyên lý mạch so sánh USS UđK WT WT WT 81 Chương 5: Phương án thay thế mạch điều khiển – chỉnh lưu Khâu so sánh... giữa cực điều khiển và catốt: - Độ mất đối xứng cho phép Δα = 40 điện - Mức sụt biên độ xung - Điện áp nguồn điều khiển - Độ dài răng cưa S = 15% Uđk = 24 V 1650 điện Thiết kế biến áp xung: 84 Chương 5: Phương án thay thế mạch điều khiển – chỉnh lưu Chọn vật liệu sắt từ là hợp kim niken – Mangan 50 Hm, lõi sắt từ có dạng E, I làm việc trên một phần đặc tính từ hóa Tra bảng 5-2 (Điện tử công suất lớn ứng... sánh làm nhiệm vụ so sánh tín hiệu điện áp răng cưa với điện áp điều khiển để tạo thời điểm phát xung Mạch so sánh dùng khuyếch đại thuật toán có ưu điểm - Độ chính xác cao, độ tác động nhanh, độ ổn định nhiệt tốt không làm méo tín hiệu - Để mở Tranzitor chỉ cần xung dương tồn tại trong thời gian ngắn nên ở đầu ra của khâu so sánh có lắp tụ C2 (khâu vi phân) và đi ốt D1 để tránh xung âm, kết quả đầu... Phương án thay thế mạch điều khiển – chỉnh lưu d2 = 4.I1 = π J 1 4.0,01 = 0,23mm 3,14.3 ( 1-1 4) Ta chọn dây quấn d1 = 0,1 mm; 0,0698 g/m; 2,291 Ω/m d2 = 0,25 nn; 0,04909 g/m; 0,366 Ω/m 5. 8- Khâu đồng pha và tạo điện áp răng cưa D2 BiÕn ¸p ®ång pha R1 C - R2 0A1 + U®p 0A2 + R3 Urc R5 +E R1 Hình 5-4 : Tạo răng cưa hai nửa chu kỳ bằng 0A Mạch 0A1 nửa( + )nhận được điện áp đồng pha đã được chỉnh lưu còn nửa (-) ... chống điện áp ngược đặt lên các cực C0K của Thyristor Điện trở R10 tạo một sụt áp khoảng 0,4V giúp mở và khóa vào Tranzitor T5 và T7 nhanh hơn Điện trở R11 có tác dụng hạn chế dòng collictor Tính chọn các phần tử của khâu khuyếch đại xung Các số liệu cho trước: - Các Thyristor KP – 200/1200 chọn tương ứng loại TΠ2001000 - Thông số về xung điều khiển: Ig = 0,4 A; Uv = 8 V, độ rộng xung TX = 600 μs - Điện. .. (-) đặt điện áp ngưỡng so sánh với nửa cực (+) Bằng cách điều chỉnh ngưỡng này ta thay đổi được quan hệ giữa thời gian tạo răng cưa Trc và thời gian phục hồi tn theo yêu cầu Tổng điện trở (R5 + P1) chọn từ 10 ÷20 kΩ R6 là tải của mạch nên có trị số để dòng qua nó cỡ 1mA R1, R4 chọn khoảng 10 kΩ 5. 9- Khâu so sánh và vi phân: 79 Chương 5: Phương án thay thế mạch điều khiển – chỉnh lưu Khâu so sánh được... R8 = 10 K Ω 5.1 0- Khâu khuyếch đại xung: Để đảm bảo mở được các Thyristor, các xung đưa tới cực điều khiển phải có công suất đủ lớn Do vậy các xung nhận được đưa qua bộ khuyếch đại xung +Urg D5 R11 G1 D7 R9 K1 T5 (7) R10 T7 82 Chương 5: Phương án thay thế mạch điều khiển – chỉnh lưu Hình 5-6 : Sơ đồ nguyên lý khâu khuyếch đại xung Mạch khuyếch đung cần đảm bảo các yêu cầu: - Tạo ra xung đồng bộ với tín... Lkh = 0,01 mm = 1 0-5 m Thay số: 0,1 μ TB = 10 −5 0,1 + 1,2.10 − 4 = 5,45.10 3 ( 5-6 ) 85 Chương 5: Phương án thay thế mạch điều khiển – chỉnh lưu Thể tích lõi sắt từ: V = QxL = μTb ⋅ μ 0 ⋅ tα SEI 2 ΔB 2 ( 5-7 ) (m 3 ) Trong đó: I2 là dòng điện thứ cấp quy đổi sang phía sơ cấp Q: là tiết diện lõi sắt từ Chọn tỉ số biến áp của BAX là: n = 3 Điện áp sơ cấp của BAX U1 = 3 x 8 = 24 V Dòng điện thứ cấp quy đổi:... )(0,15).(24).(0,11) 2 V = 3,236.1 0-6 m3 = 3,236 cm3 Chọn loại 5,32 cm3 (các là hợp kim dòng 0,2 mm) Tra bảng 5-5 (2) có: Q = 0,69 cm2 L = 7,72 cm B = 9 mm a = 9 mm h = 22,5 mm C = 9 mm C = 36 mm H = 31,5 mm a/2 C a h 86 Chương 5: Phương án thay thế mạch điều khiển – chỉnh lưu Hình 5-7 : Các kích thước của biến áp xung Số cường cuộn sơ cấp biến áp xung: W1 = EtX ΔB.Q.K ( 5-8 ) Trong đó K: Hệ số chất dầy cuộn . Vì thế phải có khâu đồng pha để phản ánh đi ện áp cầu điều khiển. Khâu đồng pha ở đây sử dụng biến áp đồng pha Thiết kế biến áp đồng pha: Sơ đồ nối dây. Tranzitor dễ dàng. - ổn định nhiệt tốt. - Không làm méo tín hiệu. ⊕ Khối so sánh có thông số cơ bản là: - Điện trở vào lớn. - Độ nhạy cao. - Độ ổn định của