Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (6.77 MB, 156 trang )
TÀI LIỆU GIẢNG DẠY
—–
—–
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
Giảng viên: Th.S Nguyễn Đức Điển
Nam Định, tháng 08 năm 2015
TÀI LIỆU HỌC TẬP VÀ THAM KHẢO
1. Phạm Quốc Hải: “Hướng dẫn thiết kế Điện tử công suất”. Nhà xuất bản Khoa
học và kỹ thuật, Hà Nội, 2009.
2. Võ Minh Chính, Phạm Quốc Hải, Trần Trọng Minh: “Điện tử công suất”. Nhà
xuất bản Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội, 2004.
3. Trần Văn Thịnh: “Tính toán thiết kế thiết bị Điện tử công suất”. Nhà xuất bản
giáo dục, Hà Nội, 2009.
CEA TĐH-NĐ
V1.0/2015
1
MỤC LỤC
Chương I. CHỈNH LƯU………………………………………………………………………………. 6
1.1. CÁC THAM SỐ CỦA CHỈNH LƯU VÀ YÊU CẦU KỸ THUẬT …………… 6
1.1.1. Cấu trúc chỉnh lưu…………………………………………………………………………. 6
1.1.2. Các tham số của mạch chỉnh lưu …………………………………………………….. 7
1.1.3. Yêu cầu kỹ thuật cần cho thiết kế ……………………………………………………. 8
1.2. NHỮNG YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN TỚI THAM SỐ CHỈNH LƯU ……. 9
1.2.1. Ảnh hưởng của điện áp nguồn ………………………………………………………… 9
1.2.2. Ảnh hưởng của tần số và dạng điện áp nguồn …………………………………. 10
1.2.3. Ảnh hưởng của dòng điện tải ………………………………………………………… 10
1.2.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ ……………………………………………………………….. 11
1.3. CÁC MẠCH CHỈNH LƯU CƠ BẢN VÀ PHẠM VI ỨNG DỤNG ………… 11
1.3.1. Các sơ đồ chỉnh lưu chính ……………………………………………………………. 11
1.3.2. Các dạng tải của chỉnh lưu ……………………………………………………………. 14
1.3.3. Chỉnh lưu một pha một nửa chu kỳ (hình 1.2a) ……………………………….. 15
1.3.4. Chỉnh lưu hình tia hai pha (hình 1.2b) ……………………………………………. 16
1.3.5. Chỉnh lưu cầu một pha (hình 1.2d) ………………………………………………… 17
1.3.6. Chỉnh lưu ba pha hình tia (hình 1.2c) …………………………………………….. 18
1.3.7. Chỉnh lưu cầu ba pha (hình 1.2e) …………………………………………………… 19
1.3.8. Chỉnh lưu bán điều khiển (hình 1.2h, i, k) ………………………………………. 21
1.4. YÊU CẦU CHUNG ĐỐI VỚI MẠCH ĐIỀU KHIỂN …………………………… 23
1.5. ĐẶC TÍNH ĐIỀU KHIỂN CỦA THYRISTOR ……………………………………. 24
1.5.1. Đặc điểm vùng điều khiển GK của Thyristor ………………………………….. 24
1.5.2. Ảnh hưởng của các phần tử nối song song với cực điều khiển ………….. 25
1.6. CẤU TRÚC MẠCH ĐIỀU KHIỂN THYRISTOR ………………………………… 27
1.6.1. Các hệ điều khiển chỉnh lưu …………………………………………………………. 27
1.6.2. Các nguyên tắc điều khiển trong hệ đồng bộ …………………………………… 27
1.6.3. Mạch điều khiển (MĐK) một kênh và nhiều kênh …………………………… 29
1.7. KHÂU ĐỒNG BỘ …………………………………………………………………………….. 30
CEA TĐH-NĐ
V1.0/2015
2
1.7.1. Mạch đồng pha……………………………………………………………………………. 30
1.7.2. Mạch đồng bộ …………………………………………………………………………….. 32
1.8. KHÂU TẠO ĐIỆN ÁP TỰA………………………………………………………………. 37
1.8.1. Mạch tạo răng cưa tuyến tính hai nửa chu kỳ sử dụng transistor ……….. 38
1.8.2. Mạch tạo răng cưa tuyến tính hai nửa chu kỳ sử dụng OA. ………………. 42
1.9. KHÂU SO SÁNH ……………………………………………………………………………… 46
1.10. KHÂU TẠO XUNG ĐƠN ……………………………………………………………….. 47
1.11. KHÂU TẠO XUNG KÉP…………………………………………………………………. 50
1.11.1. Ghép xung bằng mạch logic OR. …………………………………………………. 51
1.11.2. Ghép xung bằng diode. ………………………………………………………………. 51
1.12. KHÂU TẠO XUNG CHÙM …………………………………………………………….. 52
1.12.1. Các bộ tạo dao động (multivibrator) …………………………………………….. 54
1.12.2. Mạch trộn xung có độ rộng (180o-α) ……………………………………………. 55
1.13. KHÂU TÁCH XUNG ……………………………………………………………………… 57
1.14. KHÂU KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT XUNG ĐIỀU KHIỂN……………….. 57
1.14.1. Khuếch đại xung ghép trực tiếp …………………………………………………… 58
1.14.2. Khuếch đại xung ghép qua phần tử quang …………………………………….. 61
1.14.3. Khuếch đại xung ghép bằng biến áp xung …………………………………….. 61
1.15. KHÂU TẠO ĐIỆN ÁP ĐIỀU KHIỂN ……………………………………………….. 64
1.15.1. Tạo điện áp điều khiển ……………………………………………………………….. 64
1.15.2. Mạch hạn chế góc điều khiển ……………………………………………………… 76
1.15.3. Mạch hạn chế gia tốc điện áp………………………………………………………. 77
1.16. NGUỒN CUNG CẤP CHO MẠCH ĐIỀU KHIỂN …………………………….. 77
1.16.1. Giới thiệu chung ……………………………………………………………………….. 77
1.16.2. Nguồn một chiều ổn áp theo cấp chuẩn ………………………………………… 78
1.17. VÍ DỤ MẠCH ĐIỀU KHIỂN CHỈNH LƯU ………………………………………. 81
1.17.1. Mạch phát xung đơn không có khâu tách xung ……………………………… 81
1.17.2. Mạch phát xung chùm, có khâu tách xung ……………………………………. 82
1.16.3. Mạch điều khiển chỉnh lưu ba pha ……………………………………………….. 85
Chương II. ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU ………………………………….. 88
CEA TĐH-NĐ
V1.0/2015
3
2.1. CÁC ĐẶC ĐIỂM CHUNG ………………………………………………………………… 88
2.2. ĐIỀU ÁP XOAY CHIỀU MỘT PHA ………………………………………………….. 89
2.2.1. Mạch lực ……………………………………………………………………………………. 89
2.2.2. Mạch điều khiển………………………………………………………………………….. 93
2.3. ĐIỀU ÁP XOAY CHIỀU BA PHA …………………………………………………….. 94
2.3.1. Mạch lực ……………………………………………………………………………………. 94
2.3.2.Mạch điều khiển…………………………………………………………………………… 97
Chương III. BĂM XUNG MỘT CHIỀU …………………………………………………… 100
3.1. NGUYÊN LÝ CHUNG CỦA BĂM XUNG MỘT CHIỀU …………………… 100
3.2. BĂM XUNG MỘT CHIỀU KHÔNG ĐẢO CHIỀU ……………………………. 102
3.2.1. Băm xung một chiều nối tiếp “Buck chopper” ………………………………. 102
3.2.2. Băm xung một chiều song song “Boost” ………………………………………. 103
3.2.3. Băm xung một chiều kiểu nối tiếp – song song (Buck-Boost) …………. 104
3.3. ĐIỀU KHIỂN BĂM XUNG MỘT CHIỀU…………………………………………. 105
3.3.1. Cấu trúc điều khiển ……………………………………………………………………. 105
3.3.2. Phát xung chủ đạo và tạo điện áp răng cưa……………………………………. 107
3.3.3. Khuếch đại xung (Drive) ……………………………………………………………. 112
3.4. BĂM XUNG MỘT CHIỀU CÓ ĐẢO CHIỀU ……………………………………. 122
3.4.1. Phương pháp điều khiển riêng …………………………………………………….. 122
3.4.2. Phương pháp điều khiển đối xứng ……………………………………………….. 124
3.4.3. Phương pháp điều khiển không đối xứng ……………………………………… 127
3.5. MỘT SỐ VÍ DỤ BĂM XUNG MỘT CHIỀU……………………………………… 129
3.5.1. Băm xung một chiều không đảo chiều …………………………………………. 129
3.5.2. Ví dụ băm xung một chiều đảo chiều …………………………………………… 133
Chương IV. NGHỊCH LƯU ĐỘC LẬP VÀ BIẾN TẦN…………………………….. 139
4.1. GIỚI THIỆU CHUNG ……………………………………………………………………… 139
4.1.1. Nghịch lưu độc lập …………………………………………………………………….. 139
4.1.2. Biến tần ……………………………………………………………………………………. 140
4.2. NGHỊCH LƯU ĐỘC LẬP ĐIỆN ÁP MỘT PHA ………………………………… 142
4.2.1. Mạch lực ………………………………………………………………………………….. 142
CEA TĐH-NĐ
V1.0/2015
4
4.2.2. Bộ lọc tần số đầu ra nghịch lưu …………………………………………………… 144
4.2.3. Điều chế SPWM cho nghịch lưu độc lập điện áp một pha ………………. 145
4.3. Nghịch lưu độc lập điện áp ba pha …………………………………………………….. 147
4.3.1. Các đặc điểm chính ……………………………………………………………………. 147
4.3.2. Điều chế SPWM cho nghịch lưu độc lập điện áp ba pha ………………… 148
4.4. Điều khiển nghịch lưu………………………………………………………………………. 150
4.4.1. Điều khiển nghịch lưu điện áp đơn giản ……………………………………….. 151
4.4.2. Mạch điều khiển nghịch lưu điện áp với phương pháp SPWM ……….. 153
CEA TĐH-NĐ
V1.0/2015
5
Chương I
CHỈNH LƯU
1.1. CÁC THAM SỐ CỦA CHỈNH LƯU VÀ YÊU CẦU KỸ THUẬT
1.1.1. Cấu trúc chỉnh lưu
Bộ chỉnh lưu (BCL) dùng để biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một
chiều cấp cho tải. Lĩnh vực ứng dụng của bộ chỉnh lưu rất rộng rãi vì chủng loại tải dùng
dòng điện một chiều rất đa dạng. Đó là các động cơ điện một chiều, cuộn hút nam châm
điện, rơle điện từ, bể mạ điện, thiết bị điện phân …Đại đa số các thiết bị điện tử cũng
hoạt động ở điện áp một chiều nên để lấy năng lượng từ lưới điện xoay chiều cũng phải
thông qua mạch chỉnh lưu. Sơ đồ cấu trúc của BCL như hình 1.1.
U1~
BAL
U2~
MV
Ud
LSB
TẢI
Id
MĐK
KHT
Hình 1.1. Sơ đồ cấu trúc bộ chỉnh lưu
BAL – biến áp lực có chức năng chuyển cấp điện áp và số pha chuẩn của lưới điện
sang giá trị điện áp và số pha thích hợp với mạch chỉnh lưu – tải. Nếu cả điện áp và số
pha nguồn đã phù hợp với tải có thể không cần dùng BAL khi sử dụng sơ đồ đấu van
kiểu cầu, trường hợp dùng sơ đồ đấu van hình tia luôn bắt buộc phải có BA.
MV – mạch van, các van bán dẫn được đấu theo một kiểu sơ đồ nào đó, ở đây trực
tiếp thực hiện một sơ đồ biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều. Vì
vậy đây là một khâu không thể thiếu trong sơ đồ mạch chỉnh lưu.
MĐK – mạch điền khiển. Khi mạch van sử dụng van bán dẫn điều khiển được (như
thyristor ) sẽ có mạch này để thực hiện việc cho van dẫn dòng vào các thời điểm cần thiết
nhằm khống chế năng lượng đưa ra tải. Khi dùng van điốt sẽ không có mạch này. Tùy
thuộc van sử dụng mà các chỉnh lưu được phân thành ba loại sau:
• Nếu các van đều là thyristor thì gọi là chỉnh lưu điều khiển.
CEA TĐH-NĐ
V1.0/2015
6
• Nếu van được dùng là điốt, gọi là chỉnh lưu không điều khiển.
• Nếu mạch van dùng cả điốt và thyristor, gọi là chỉnh lưu bán điều khiển.
LSB – mạch lọc san bằng. Khâu này nhằm đảm bảo điện áp hay dòng điện ra bằng
phẳng theo mong muốn của tải. Nếu điện áp sau MV đã đạt yêu cầu có thể bỏ khâu LSB.
HT – khối hỗ trợ, gồm các mạch giúp theo dõi và đảm bảo BCL hoạt động bình
thường, thí dụ như mạch tín hiệu, mạch đo lường điện áp và dòng điện, mạch bảo vệ,
nguồn một chiều ổn định cho mạch điều khiển và khống chế.
Nhiệm vụ của người thiết kế là xuất phát từ yêu cầu kỹ thuật cụ thể của BCL để xây
dựng sơ đồ cấu trúc các khâu chức năng cần có. Từ đó tiến hành triển khai tính toán tỉ mỉ
từng khâu để có một BCL hoàn chỉnh. Trong chương này sẽ trình bày chi tiết trình tự
thiết kế BCL, trước tiên người thiết kế phải có hiểu biết những vấn đề cơ bản trong thiết
kế BCL được đề cấp trong các mục đầu tiên dưới đây.
1.1.2. Các tham số của mạch chỉnh lưu
Để phân tích và đánh giá BCL, thường dựa vào các tham số chính sau:
1. Điện áp nguồn xoay chiều định mức: U1đm (V)
2. Tần số điện áp nguồn định mức: f (Hz) và phạm vi biến thiên của nó.
3. Phạm vi biến thiên điện áp nguồn U1min, U1max hoặc độ biến thiên điện áp tương đối
so với điện áp định mức:
U1max − U1dm
U1dm
U − U1min
Độ giảm điện áp a1 = 1dm
U1dm
Độ tăng điện áp a1 =
4.
5.
6.
7.
8.
Điện áp đầu ra một chiều định mức Udđm (V)
Phạm vi điều chỉnh điện áp ra: Udmin, Udmax.
Dòng điện tải định mức của bộ chỉnh lưu Idđm.
Phạm vi biến thiên dòng điện tải Idmin, Idmax.
Biên độ đập mạch điện áp ra:U1max (đây là biên độ sóng hài cơ bản của điện áp một
chiều ở đầu ra theo khai triển Furier )
9. Hệ số đập mạch điện áp ra:
kdm =
U1max
là tỉ số giữa biên độ sóng hài cơ bản và thành phần trung bình (hoặc
U0
không đổi ) của điện áp ra. Hệ số này càng nhỏ thì điện áp ra càng phẳng hơn.
10. Nội trở của bộ chỉnh lưu: r =
CEA TĐH-NĐ
∆U d
.
∆I d
V1.0/2015
7
11. Điện trở động của chỉnh lưu rd =
dU d
, (tỉ số giữa độ biến thiên điện áp ra do sự đột
dI d
biến và dòng điện tải gây ra).
12. Hiệu suất bộ chỉnh lưu: η = r =
Pd
, trong đó Pd là công suất nhận được phía một
Pv
chiều, còn Pv là công suất tiêu thụ lấy từ nguồn điện xoay chiều.
1.1.3. Yêu cầu kỹ thuật cần cho thiết kế
Để có thể thiết kế một BCL hoàn chỉnh cần biết trước các số liệu và yêu cầu kỹ
thuật sau:
1.1.3.1 Các số liệu và yêu cầu của nguồn xoay chiều cấp cho BCL
1. Giá trị định mức của điện áp xoay chiều: Uđm (V)
2. Số pha nguồn.
3. Tần số lưới (Hz).
4. Độ dao động điện áp nguồn: ∆U.
5. Độ dao động tần số ∆f.
6. Độ mất đối xứng giữa các pha.
7. Độ méo điện áp nguồn.
.
8. Sụt áp đột biến lớn nhất: ∆Umax và thời gian tồn tại sụt áp này
1.1.3.2 Các số liệu và yêu cầu từ phía tải của chỉnh lưu
1. Điện áp ra tải định mức (Giá trị trung bình): Udđm.
2. Phạm vi điều chỉnh điện áp và độ trơn điều chỉnh.
3. Phạm vi biến thiên của dòng điện tải: Itmin Itmax.
4. Quy luật thay đổi dòng điện tải(nhanh, chậm, đột biến…).
5. Dao động điện áp ra cho phép ∆Uracp khi điện áp nguồn thay đổi trong phạm vi tối
đa.
6. Nội trở nguồn chỉnh lưu hay ∆Ura khi dòng tải biến thiên từ Itmin Itmax.
7. Tổng sai số điện áp ra cho phép dưới tác động của tất cả các yếu tố ảnh hưởng đến
nó.
8. Điện trở động của nguồn hay (hay đặc tính tần số).
9. Điều kiện môi trường làm việc của bộ chỉnh lưu: nhiệt độ, độ ẩm, độ rung, độ va
đập…
10. Độ tin cậy của bộ chỉnh lưu, hệ số dự phòng.
11. Độ chính xác điều chỉnh.
12. Phương pháp làm mát.
CEA TĐH-NĐ
V1.0/2015
8
13. An toàn lao động (đầu ra chỉnh lưu được nối với vỏ hay phải cách li vỏ).
14. Vấn đề bảo vệ quá áp cho tải.
15. Các mạch tín hiệu hóa cần có.
16. Thời gian khởi động nhỏ nhất, lớn nhất.
17. Các yêu cầu và kích thước và trọng lượng của thiết bị.
18. Phương thức theo dõi và kiểm tra điện áp và dòng điện ra tải.
19. Hiệu suất của thiết bị.
20. Hệ số đập mạch điện áp (hay dòng điện) ra tải cho phép.
21. Ngoài ra còn có các những đòi hỏi không được đề cập trong yêu cầu kỹ thuật
Song người thiết kế bắt buộc phải thực hiện (như bảo vệ ngắn mạch, bảo vệ các sự
cố, phần chỉ thị trạng thái thiết bị…). Mặt khác nhiều khi người thiết kế phải tự xác định
hoặc đưa ra một số tham số theo kinh nghiệm mà người đặt hàng không nắm được do
không hiểu hết các vấn đề kỹ thuật đặt ra.
1.2. NHỮNG YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN TỚI THAM SỐ CHỈNH LƯU
Bộ chỉnh lưu công suất thường làm việc trong lưới điện công nghiệp nên phải chịu
ảnh hưởng của các phụ tải khác cùng chung nguồn với nó, hay những biến động do hệ
thống cung cấp điện đem tới. Mặt khác tải cũng có những ảnh hưởng đáng kể tới BCL. Vì
vậy cần biết điều này có thể tiên liệu các giải pháp phù hợp khi thiết kế.
1.2.1. Ảnh hưởng của điện áp nguồn
Điện áp nguồn thường có độ dao động quy chuẩn là 5%, tuy nhiên trên thực tế ở
nhiều khu vực có độ dao động điện áp lớn hơn nhiều và có thể lên tới +10% và -20%.
Độ dao động điện áp này ảnh hưởng trực tiếp và rõ rệt đến điện áp ra của mạch chỉnh lưu
ngoài ra còn có tác động thêm của các yếu tố sau:
1. Sụt áp trên dây dẫn nguồn.
2. Biến áp nguồn cung cấp thường cho phép sai số về các mức điện áp ra.
3. Các mạch chỉnh lưu có nội trở nhất định, khi nguồn biến động dẫn đến điện áp ra
thay đổi làm dòng tải biến thiên, vì vậy điện áp trên nội trở sẽ thay đổi và tác động
trở lại điện áp ra.
4. Dòng tải thay đổi làm điện trở dây dẫn thay đổi.
Vì vậy ngay cả khi điện áp nguồn ổn định, không thay đổi thì các yếu tố trên đã làm
điện áp ra sai lệch từ 3% đến 15%. Nếu cộng thêm ảnh hưởng của nguồn thì sai số này
lên tới 10% đến 20%.
CEA TĐH-NĐ
V1.0/2015
9
Khi sử dụng các mạch chỉnh lưu ba pha, độ mất đối xứng của điện áp nguồn sẽ làm
xuất hiện thêm sự sai lệch điện áp ra, mặt khác còn làm tăng thêm độ đập mạch.
Với các bộ chỉnh lưu công suất lớn ( 100 kW) lại ở xa trạm biến thế cần cố gắng
sử dụng cấp điện áp nguồn cao hơn để giảm chi phí về dây dẫn.
Khi các bộ chỉnh lưu làm việc trong một mạng cấp điện có các động cơ điện công
suất công suất lớn cần chú ý ảnh hưởng của chúng. Lúc các động cơ này khởi động sẽ
làm xuất hiện sụt áp trên mạng có thể lên tới 20%. Độ sụt áp này có thể làm cho bộ chỉnh
lưu ngừng hoạt động do tác động của mạch bảo vệ hay các phần tử khống chế (như rơle,
công-tắc-tơ bị nhả ra). Như vậy ta cần thiết kế mạch tác động trễ để tránh hiện tượng này.
Còn khi các động cơ đang chạy mà dừng sẽ gây ra các xung điện áp trong thời gian ngắn
(thường không quá vài giây), tuy nhiên nó có thể phá hỏng các phần tử nhập áp như các
van bán dẫn, tụ điện hoặc đánh thủng cách điện giữa các cuộn sơ cấp và thứ cấp của máy
biến áp. Vì vậy khi thiết kế cần tính đến nó để chọn các phần tử có đủ độ dự trữ về điện
áp.
1.2.2. Ảnh hưởng của tần số và dạng điện áp nguồn
Tần số cung cấp ảnh hưởng lớn đến chỉ tiêu về trọng lượng và kích thước bộ chỉnh
lưu. Đa số các bộ chỉnh lưu làm việc với tần số 50Hz; tuy nhiên cũng có một số làm việc
với tần số 400Hz, có khi tới 1- 2 kHz. Nếu so sánh hai bộ chỉnh lưu có cùng chỉ tiêu kỹ
thuật thì chỉnh lưu làm việc với tần số 400Hz có kích thước và trọng lượng nhỏ hơn 3 4
lần so với loại làm việc ở tần số 50Hz. Về bộ lọc còn giảm đi tới vài chục lần. Tuy nhiên
bộ chỉnh lưu ở tần số cao hơn có tổn hao công suất và sụt áp trên dây dẫn lớn hơn, còn tụ
lọc ở tần số cao cũng có tổn thất cao hơn( và phải giảm độ đập mạch cho phép lên
chúng).
Nếu nguồn xoay chiều có độ méo dưới 5 6% thì có thể coi nguồn là hình sin. Khi
độ méo lớn hơn sẽ làm chỉ số của dụng cụ đo lường (kể cả đo trị số hiệu dụng và trung
bình) bị sai lệch nhiều. Điều này thường xuất hiện khi nguồn yếu hoặc trong mạng có
nhiều thiết bị sử dụng van thyristor hoặc các khuếch đại từ.
1.2.3. Ảnh hưởng của dòng điện tải
Bất cứ bộ chỉnh lưu nào cũng có nội trở, do đó khi dòng điện tải biến thiên sẽ làm
điện áp ra bị thay đổi. Vì vậy cần cố gắng giảm nội trở của bộ chỉnh lưu. Dây dẫn từ
chỉnh lưu tải cũng ảnh hưởng lớn đến nội trở chung, nhất là với các tải có điện áp làm
việc thấp và dòng tải lại lớn, trong những trường hợp này cần đặt bộ chỉnh lưu gần tối đa
với tải.
CEA TĐH-NĐ
V1.0/2015
10
Nếu dòng tải có khả năng biến đổi đột ngột sẽ làm tăng nỗi trở động của mạch
chỉnh lưu. Đặc biệt là khi có mạch lọc LC và lại rơi vào chế độ mà tần số xung dòng điện
bằng tần số dao động riêng của mạch LC sẽ dẫn đến điện trở động lớn hơn rất nhiều so
với nội trở tĩnh. Ngoài ra mạch lọc loại này cũng sẽ làm xuất hiện các biến động điện áp
khi đóng và ngắt tải.
1.2.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ
Trong bộ chỉnh lưu có khá nhiều phần tử chịu ảnh hưởng của nhiệt độ: tụ hóa, điện
trở và nhất là linh kiện bán dẫn như điốt, thyristor, transitor…Để đảm bảo bộ chỉnh lưu
hoạt động tin cậy và lâu dài phải tính đến toàn bộ các yếu tố về nhiệt như: nhiệt độ môi
trường, nhiệt độ cục bộ, độ phát nhiệt trên các phần tử …sao cho các linh kiện và các
phần tử không làm việc ở gần mức giới hạn cho phép về nhiệt. Thông thường các linh
kiện có độ dự trữ tối thiểu sau:
• Điện trở phải có độ dự trữ 1,5 về công suất phát nhiệt.
• Tụ điện phải có độ dự trữ 1,7 về điện áp.
• Van bán dẫn phải có độ dự trữ 1,7 về điện áp.
Với môi trường nhiệt đới cần phải tăng độ dự trữ cao hơn nữa.
1.3. CÁC MẠCH CHỈNH LƯU CƠ BẢN VÀ PHẠM VI ỨNG DỤNG
1.3.1. Các sơ đồ chỉnh lưu chính
Số lượng sơ đồ mạch chỉnh lưu khá đa dạng, song chủ yếu là một số mạch cơ bản
xem trên hình 1.2, các tham số cơ bản để đánh giá chúng và làm cơ sở để tính toán phân
tích và thiết kế xem trong bảng 1.1. Các mạch chỉnh lưu cơ bản gồm 9 sơ đồ sau:
1. Chỉnh lưu một pha một nửa chu kì (chỉnh lưu hình tia một pha), hình 1.2a.
2. Chỉnh lưu một pha có điểm trung tính (chỉnh lưu hình tia hai pha), hình 1.2b.
3. Chỉnh lưu hình tia ba pha, hình 1.2c.
4. Chỉnh lưu cầu một pha điều khiển, hình 1.2d.
5. Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển, hình 1.2e.
6. Chỉnh lưu 6 pha có cuộn kháng cân bằng (đấu song song hai mạch chỉnh lưu hình
tia ba pha), hình 1.2g.
7. Chỉnh lưu cầu một pha bán điều khiển có thyristor đấu thẳng hàng, hình 1.2h.
8. Chỉnh lưu cầu một pha bán điều khiển với thyristor đấu katot chung, hình 1.2i.
9. Chỉnh lưu cầu ba pha bán điều khiển với thyristor đấu katot chung, hình 1.2k.
CEA TĐH-NĐ
V1.0/2015
11
Hình 1.2. Các sơ đồ chỉnh lưu cơ bản
Trong các sơ đồ trên không trình bày mạch chỉnh lưu không điều khiển, vì chỉ cần
thay toàn bộ van thyristor bằng diode là có loại mạch này, trong khi mục đích chính của
chỉnh lưu là điều chỉnh được công suất ra tải theo yêu cầu thì chỉnh lưu diode không đáp
ứng được. Tuy nhiên khi tính toán, cần lưu ý rằng chỉnh lưu mang cùng tên thì dù là
không điều khiển (dùng toàn diode), chỉnh lưu điều khiển (dùng toàn thyristor), hoặc
chỉnh lưu bán điều khiển đều dùng chung một bảng tham số của kiểu đó, sự khác nhau
chỉ thể hiện ở:
• Chỉnh lưu diode không cho phép điều chỉnh điện áp ra.
• Chỉnh lưu điều khiển và bán điều khiển cho phép điều chỉnh điện áp ra, song với
quy luật khác nhau. Tuy nhiên, khi điều chỉnh lớn nhất có thể, thì hai loại điều
khiển cũng chỉ đạt được điện áp ra bằng với chỉnh lưu diode.
Chính vì vậy bảng 1.1 không có sự phân biệt về chỉnh lưu điều khiển hay không
điều khiển.
CEA TĐH-NĐ
V1.0/2015
12
Bảng 1.1
Chú thích bảng 1.1:
Ud0 – trị số trung bình của điện áp chỉnh lưu diode hay chỉnh lưu điều khiển khi α=0.
U2 – trị số hiệu dụng của điện áp pha cuộn thứ cấp máy biến áp nguồn.
Iv – trị số trung bình của dòng điện qua van.
Ungmax – điện áp ngược lớn nhất mà van phải chịu khi làm việc.
I2 – trị số hiệu dụng dòng điện cuộn thứ cấp máy biến áp nguồn.
Id – trị số trung bình dòng điện tải ra.
I1- trị số hiệu dụng dòng điện cuộn sơ cấp máy biến áp nguồn.
kba – hệ số máy biến áp nguồn.
Sba – công suất tính toán máy biến áp nguồn.
Pd – công suất một chiều trên tải.
∆Uγ – sụt áp do điện cảm phía xoay chiều La gây ra. ∆Uγ=kγ2πf.LaId
mđm – số lần đập mạch của điện áp chỉnh lưu trong một chu kỳ lưới xoay chiều.
CEA TĐH-NĐ
V1.0/2015
13
fđm – tần số sóng hài bậc 1 của điện áp chỉnh lưu, phụ thuộc vào sơ đồ chỉnh lưu theo
quan hệ: fđm=mđmf1, trong đó f1 là tần số lưới điện xoay chiều.
kđm – hệ số đập mạch của điện áp chỉnh lưu: kdm =
U1m
, trong đó U1m là biên độ sóng hài
Ud
cơ bản của điện áp chỉnh lưu theo khai triển Furier.
hγ – hệ số sơ đồ để tính góc trùng dẫn γ theo biểu thức chung:
X I
cos(α + γ ) = cos α − hγ a d
2U 2
1.3.2. Các dạng tải của chỉnh lưu
Tải cho chỉnh lưu có 3 dạng thường gặp như hình 1.3.
Hình 1.3. Các dạng tải của chỉnh lưu
1.3.2.1. Tải thuần trở Rd (hình 1.3a)
Dạng tải này được sử dụng để phân tích nguyên lý làm việc và tính toán các tham số
của mạch chỉnh lưu bảng 1.1. Dạng dòng điện tải id hoàn toàn giống với dạng điện áp
nhận được Ud. Trong thực tế ít gặp tải thuần trở.
1.3.2.2. Tải có tính cảm kháng RdLd (hình 1.3b)
Đặc điểm của tải dạng này là làm dạng dòng điện tải id không giống dạng điện áp
Ud, nếu điện cảm đủ lớn sẽ làm dòng điện trở lên bằng phẳng, nên các hình vẽ dưới đây
đồ thị dòng tải sẽ vẽ thẳng cho đơn giản. So với tải Rd thì tải này gặp nhiều hơn, như các
cuộn dây nam châm điện, cuộn kích từ động cơ một chiều, kích từ động cơ xoay chiều…
1.3.2.3. Tải vừa có RdLd vừa có sức điện động Ed (gọi là tải RLE) (hình 1.3c)
Đây là dạng tải gặp nhiều nhất trong thực tế như: bể điện phân, bể mạ, acquy, sức
điện động phần ứng của động cơ một chiều …Đặc điểm của dạng tải này có nhiều điểm
chung với tải RdLd, nhất là khi dòng điện tải phẳng, tuy nhiên Ed sẽ ảnh hưởng đến trị số
dòng tải vì thường có chiều chống lại điện áp chỉnh lưu Ud.
CEA TĐH-NĐ
V1.0/2015
14
Nhìn chung các dạng tải trên của chỉnh lưu nêu trên, trong quá trình điều chỉnh điện
áp ra sẽ xảy ra hai trường hợp đối với dòng điện tải:
1. Dòng điện id bị gián đoạn, lúc có lúc mất, làm cho năng lượng không được cấp
thường xuyên cho tải, do vậy là không thuận lợi. Trường hợp này hay gặp ở tải
thuần trở hoặc tải có điện cảm Ld nhỏ.
2. Dòng điện tải liên tục, tải luôn nhận được năng lượng, và do đó là thuận lợi hơn.
Trường hợp này xảy ra khi điện cảm Ld đủ lớn. Vì dòng điện tải liên tục là chế
độ mong muốn nên thường tính toán để có chế độ này.
1.3.3. Chỉnh lưu một pha một nửa chu kỳ (hình 1.2a)
Đồ thị làm việc với tải thuần trở trên hình 1.5. Do các chỉ tiêu kỹ thuật kém (bảng
1.1), loại này chỉ dùng cho tải rất nhỏ (dưới 100mA), thường dùng phương pháp lọc bằng
tụ điện. Riêng khi mạch có thêm diode đệm D0 thì có thể dùng cho tải có tính điện cảm
lớn như cuộn hút nam châm, cuộn dây kích từ của máy phát điện, ly hợp điện từ, …với
dòng tải lớn đến vài chục ampe. Luật điều chỉnh là:
1 + cosα
U dα = U do
(1.1)
2
Trong đó:
– Udo là tham số tra trong bảng 1.1 có được Udo=0,45U2 (U2 là giá trị hiệu dụng của
điện áp xoay chiều đưa vào mạch van).
– α được gọi là “góc điều khiển”, hoặc “góc mở thyristor” (hình 1.4). Thực chất đây
là góc độ điện tương ứng với thời điểm có xung điều khiển xuất hiện kể từ khi điện áp
giữa hai cực A-K thyristor là dương.
b)
a)
Hình 1.4. Đồ thị minh họa góc điều khiển α
CEA TĐH-NĐ
V1.0/2015
15
a
a) Tải thuần trở
b) Tải RL
Hình 1.5. Đồ thị chỉnh lưu một pha một nửa chu
– Udo là giá trị điện áp ra tải lớn nhất mà chỉnh lưu điều khiển có thể đạt tới, tức là
nó tương ứng với trường hợp điều khiển với α=0, đây cũng là giá trị điện áp của chỉnh
lưu diode. Như vậy có thể hiểu ký tự “o” vừa là điện áp Ud(α=0), vừa như điện áp của
chỉnh lưu “không” điều khiển.
Theo đồ thị với tải thuần trở ta thấy khi điều chỉnh điện áp ra thì dòng tải luôn bị
gián đoạn.
1.3.4. Chỉnh lưu hình tia hai pha (hình 1.2b)
Mạch này được sử dụng nhiều trong dải công suất nhỏ. Với cấp điện áp dưới 100V
vào dòng tải không lớn hơn vài ampe thường dùng lọc bằng tụ điện. Trường hợp dùng
kiểu lọc điện cảm thì dòng điện tải cho phép tăng đến hàng chục ampe. Loại chỉnh lưu
này chiếm ưu thế so với chỉnh lưu sơ đồ cầu khi điện áp ra tải thấp dưới 10V, do sụt áp
trong mạch van thấp hơn. Nhược điểm chính của chỉnh lưu hình tia là buộc phải có biến
áp nguồn để tạo điểm giữa cho mạch hoạt động được, mặt khác công suất máy biến áp
lớn gấp 1,5 lần so với công suất một chiều cần thiết của tải. Hình 1.5 là đồ thị minh họa
hoạt động của các dạng tải, Ig là các xung dòng điện đưa vào cực điều khiển của các
thyristor ở thời điểm góc α quy định, xung của hai van cách nhau đúng một nửa chu kỳ
điện áp nguồn (1800 điện).
– Với dạng tải thuần trở (hình 1.6a) dòng id đồng dạng với ud và cũng tuân theo luật
(1.1) với một sự khác biệt là Udo=0,9U2.
– Với tải RL hoặc RLE, với giả thiết là điện cảm Ld đủ lớn để coi dòng điện tải id
liên tục và phẳng (đồ thị hình 1.6b), sẽ có chung một quy luật điều chỉnh:
CEA TĐH-NĐ
V1.0/2015
16
U dα = U do cosα – ∆U γ
Trong đó ∆Uγ là sụt áp do chuyển mạch trùng dẫn.
b) Tải RL hoặc RLE (dòng liên tục)
a) Tải thuần trở
Hình 1.6. Đồ thị làm việc của chỉnh lưu hình tia hai pha
Sự khác biệt giữa hai dạng thể hiện ở biểu thức dòng tải:
– Tải RL: I d =
U dα
Rd
– Tải RLE: I d =
U d α − Ed
Rd
1.3.5. Chỉnh lưu cầu một pha (hình 1.2d)
Chỉnh lưu cầu được sử dụng rất rộng rãi trong thực tế, nhất là với cấp điện áp ra từ
10V trở lên. Dòng tải có thể lên đến 100 ampe. Một trong những ưu điểm hơn hăn của nó
so với hình tia là không nhất thiết phải có biến áp nguồn: khi điện áp ra tải phù hợp với
cấp điện áp nguồn xoay chiều, ta có thể mắc trực tiếp mạch chỉnh lưu vào lưới điện. Do
số lượng van phải gấp đôi sơ đồ hình tia nên sụt áp trong mạch van cũng tăng gấp đôi, vì
vậy nó không thích hợp với tải cần dòng lớn nhưng điện áp ra lại nhỏ.
Quy luật điều chỉnh của chỉnh lưu cầu một pha với các dạng tải tương tự chỉnh lưu
hình tia hai pha.
CEA TĐH-NĐ
V1.0/2015
17
a) Tải thuần trở (dòng điện gián đoạn)
b) Tải RL hoặc RLE (dòng tải liên tục)
Hình 1.7. Đồ thị làm việc của chỉnh lưu cầu một pha
1.3.6. Chỉnh lưu ba pha hình tia (hình 1.2c)
Chỉnh lưu dạng này có đặc điểm tương tự như chỉnh lưu tia một pha: cần có biến áp
nguồn để có điểm trung tính đưa ra tải, công suất máy biến áp này lớn hơn công suất một
chiều 1,35 lần, tuy nhiên sụt áp trong mạch van nhỏ nên thích hợp với phạm vi điện áp
làm việc thấp. Vì sử dụng nguồn ba pha nên cho phép nâng công suất tải lên nhiều (đến
vài trăm Ampe), mặt khác độ đập mạch của điện áp ra sau mạch chỉnh lưu giảm đáng kể
nên kích thước bộ lọc cũng nhỏ đi.
Hình 1.8 là đồ thị làm việc với các dạng tải. Có một số lưu ý sau:
– Điểm tính góc điều khiển các van không phải qua 0 của điện áp nguồn, mà chậm
pha hơn một góc 300 điện, tương ứng với điểm giao nhau của điện áp pha nguồn. Xung
điều khiển các van lệch nhau 1/3 chu kỳ, tức 1200 điện.
– Giá trị Ud0 = 1,17U2.
– Với tải thuần trở có đồ thị hình 1.8a, có thể là:
• Dòng tải gián đoạn khi α > 300 với quy luật điều chỉnh:
1 + cos(α +300 )
U dα = U do
3
• Dòng tải liên tục khi α < 300 với quy luật điều chỉnh:
U dα = U do cosα
CEA TĐH-NĐ
V1.0/2015
18
– Với tải RL hay RLE (hình 1.8b) các quy luật tương tự như chỉnh lưu hình tia hai
pha
a) Tải thuần trở (dòng tải gián đoạn)
b) Tải RL hoặc RLE (dòng tải liên tục)
Hình 1.8. Đồ thị làm việc của chỉnh lưu hình tia ba pha
1.3.7. Chỉnh lưu cầu ba pha (hình 1.2e)
Đây là loại được sử dụng nhiều nhất trong thực tế.
Ưu điểm:
– Cho phép đấu thẳng vào lưới điện ba pha;
– Hệ số đập mạch rất nhỏ (5,7%);
– Công suất máy biến áp cũng xấp xỉ công suất tải, đồng thời gây méo lưới điện ít
hơn các loại trên.
Nhược điểm: sụt áp trên van gấp đôi sơ đồ hình tia vì luôn có hai van dẫn để đưa
dòng ra tải, nên sẽ không phù hợp với cấp điện áp ra tải dưới 10V.
Do có nhiều ưu điểm vượt trội như đã nêu, chỉnh lưu cầu ba pha được ứng dụng
rộng rãi với dải công suất rất rộng, từ nhỏ đến hàng nghìn kW.
Mạch van được đấu thành hai nhóm: nhóm van đánh số lẻ đấu chung katot, nhóm
van đánh số chăn đấu chung anot. Để điều khiển van, cần tuân thủ một số quy luật sau
(xem hình 1.9):
CEA TĐH-NĐ
V1.0/2015
19
– Với thyristor của nhóm đấu katot chung, điểm mốc để tính góc điều khiển là điểm
giao nhau của các điện áp pha nguồn khi chúng ở nửa chu kỳ điện áp dương.
– Với thyristor của nhóm anot chung, điểm mốc để tính góc điều khiển là điểm giao
nhau của các điện áp pha nguồn khi chúng ở nửa chu kỳ điện áp âm.
a) Góc điều khiển và dạng xung mở van
b) Đồ thị dòng điện
Hình 1.9. Đồ thị làm việc của chỉnh lưu cầu ba pha
– Xung điều khiển được phát lần lượt theo đúng thứ tự đánh số từ T1 đến T6 cách
nhau 600 điện, còn trong mỗi nhóm thì xung phát cách nhau 1200.
– Để thông mạch điện tải cần hai van cùng dẫn, trong đó mỗi nhóm phải có một van
tham gia, do đó hai van có thứ tự cạnh nhau phải được phát xung cùng lúc. Vì vậy dạng
xung là xung kép: xung thứ nhất được xác định theo góc điều khiển cần có, xung thứ hai
là đảm bảo điều kiện thông mạch, thực tế là xung của van khác gửi đến: ví dụ xung ig của
van T1 đồng thời gửi đến van T6, sau đó đến lần lượt xung của T2 sẽ gửi đến van T1…
Qui luật điều chỉnh:
– Giá trị Udo=2,34U2.
– Với tải thuần trở (đồ thị 1.9a), có thể là:
• Dòng điện tải gián đoạn khi α > 600 với quy luật điều chỉnh:
U dα = U do 1 + cos(α +600 )
• Dòng tải liên tục khi α < 600 với quy luật điều chỉnh:
U dα = U do cosα
CEA TĐH-NĐ
V1.0/2015
20
– Với tải RL hay RLE (hình 1.9b ở đó không vẽ ảnh hưởng của trùng dẫn) các quy
luật tương tự như chỉnh lưu hình tia hai pha.
1.3.8. Chỉnh lưu bán điều khiển (hình 1.2h, i, k)
Chỉ sơ đồ cầu có loại mang tên “bán điều khiển”, trong đó một nửa số van là điều
khiển (thyristor), nửa còn lại dùng van không điều khiển (diode).
a) Sơ đồ thyristor mắc thẳng hàng
b) Sơ đồ thyristor mắc katot chung
Hình 1.10. Đồ thị làm việc của chỉnh lưu bán điều khiển một pha
Chỉnh lưu bán điều khiển có ưu điểm:
– Đơn giản hơn cả về lực và điều khiển.
– Cho phép đấu trực tiếp mạch điều khiển với mạch lực khi các thyristor chung katot
– Giá thành rẻ hơn.
– Tiết kiệm năng lượng hơn (hệ số cosφ cao hơn chỉnh lưu điều khiển). Điều này là
do có nhưng giai đoạn làm việc, dòng tải sẽ chảy quẩn qua hai van mắc thẳng hàng mà
không về nguồn, tức là năng lượng được giữ trong tải mà không mất về nguồn. Trên đồ
CEA TĐH-NĐ
V1.0/2015
21
thị đó là các giai đoạn mà nếu với chỉnh lưu điều khiển thì điện áp
bằng 0, do các van thẳng hàng dẫn làm ngắn mạch đầu ra.
ud
âm, còn ở đây lại
Nhược điểm chung của loại này là:
– Không thực hiện được quá trình nghịch lưu;
– Không ứng dụng được cho tải phải đảo chiều dòng tải (chỉnh lưu đảo chiều).
Trong thực tế chỉnh lưu bán điều khiển khá thông dụng cho các ứng dụng không đòi
hỏi đảo chiều dòng điện tải như các bộ điều chỉnh tốc độ cho động cơ điện một chiều, bộ
nạp acquy tự động…
Cần lưu ý rằng khi tính toán thiết kế, chỉnh lưu bán điều khiển được lấy theo tham
số của chỉnh lưu điều khiển (dùng tất cả van là thyristor) cùng loại mà không có bảng
tham số riêng.
Chỉnh lưu bán điều khiển thường làm việc ở chế độ dòng điện liên tục và có chung
qui luật điều chỉnh dạng:
1 + cosα
U dα = U do
2
Luật phát xung điều khiển cho cầu bán điều khiển một pha tương tự cầu điều khiển
một pha. Hình 1.10 là đồ thị minh họa cho chỉnh lưu cầu một pha bán điều khiển với tải
RL hoặc RLE khi dòng tải là liên tục. Khoảng ngắn mạch đầu ra ở sơ đồ 1.10a là khi các
diode D1, D2 cùng dẫn, còn trong sơ đồ 1.10b là khi T1D1 hay T2D2 dẫn.
Với loại ba pha thì luật phát xung điều khiển thyristor mạch bán điều khiển khác
mạch điều khiển, mặc dù mốc tính góc điều khiển thì vẫn tương tự nhau. Ở đây không
cần xung kép mà chỉ dùng xung đơn là được, do các diode tự động dẫn ngay khi thyristor
dẫn. Hình 1.11 là đồ thị minh họa hoạt động của sơ đồ này với dạng tải RL hoặc RLE và
trong chế độ dòng điện liên tục. Các thyristor thay nhau dẫn theo thứ tự, và các diode
cũng vậy. Ta thấy vẫn có những giai đoạn mà hai van thẳng hàng dẫn, làm ngắn mạch
đầu ra: T1D1, T2D2, T3D3. Có một điểm cần lưu ý trên đồ thị ud điện áp ra chỉ có ba lần
đập mạch, chứ không phải sáu lần như cầu điều khiển, do đó độ bằng phẳng điện áp ud
của bán điều khiển kém hơn.
CEA TĐH-NĐ
V1.0/2015
22
Hình 1.11. Đồ thị của chỉnh lưu cầu ba pha bán điều khiển (dòng liên tục)
Trong thực tế, để có thể lấy được các ưu điểm của chỉnh lưu bán điều khiển, đôi khi
người ta đấu song song đầu ra chỉnh lưu điều khiển một diode D0 (xem hình 1.2a) gọi là
diode đệm, tác dụng của diode này làm cho mạch hoạt động tương tự như chỉnh lưu bán
điều khiển.
1.4. YÊU CẦU CHUNG ĐỐI VỚI MẠCH ĐIỀU KHIỂN
Mạch điều khiển (MĐK) chỉnh lưu cần thực hiện các nhiệm vụ chính sau:
1. Phát xung điều khiển ( xung để mở van ) đến các van lực theo đúng pha và với
góc điều khiển α cần thiết.
2. Đảm bảo phạm vi điều chỉnh góc điều khiển αmin ÷ αmax tương ứng với phạm vi
thay đổi điện áp ra tải của mạch lực.
3. Cho phép bộ chỉnh lưu làm việc bình thường với các chế độ khác nhau do tải yêu
cầu như chế độ khởi động, chế độ nghịch lưu, các chế độ dòng điện liên tục hay gián
đoạn, chế độ hãm hay đảo chiều điện áp v.v…
4. Có độ đối xứng xung điều khiển tốt, không vượt quá 1 ÷ 3 độ điện, tức là góc
điều khiển với mọi van không được lệch quá giá trị trên.
5. Đảm bảo mạch hoạt động ổn định và tin cậy khi lưới điện xoay chiều dao động cả
về giá trị điện áp và tần số.
CEA TĐH-NĐ
V1.0/2015
23
6. Có khả năng chống nhiễu công nghiệp tốt.
7. Độ tác động của mạch điều khiển nhanh, dưới 1ms
8. Thực hiện các yêu cầu về bảo vệ bộ chỉnh lưu từ phía điều khiển nếu cần như
ngắt xung điều khiển khi sự cố, thông báo các hiện tượng không bình thường của lưới và
bản thân bộ chỉnh lưu v.v…
9. Đảm bảo xung điều khiển
phát tới các van lực phù hợp để mở
chắc chắn van, có nghĩa là phải thoả
mãn các yêu cầu:
+ Đủ công suất (về điện áp và
dòng điện điều khiển Uđk, Iđk).
+ Có sườn xung dốc đứng để mở
van chính xác vào thời điểm qui định,
thường tốc độ tăng áp điều khiển phải
đạt 10V/ µs, tốc độ tăng điều khiển
0,1A/ µs.
Hình 1.12. Các dạng xung điều khiển để
kích mở van thyristor
+ Độ rộng xung điều khiển đủ cho dòng qua van kịp vượt trị số dòng điện duy trì
Idt của nó, để khi ngắt xung van vẫn giữ được trạng thái dẫn. Thực tế độ rộng xung điều
khiển cần cỡ trên 500µs là đảm bảo mở van với các dạng tải.
+ Có dạng phù hợp với sơ đồ chỉnh lưu và tính chất tải. Có bốn dạng xung điều
khiển phổ biến là xung đơn, xung kép, xung rộng và xung chùm (hình 1.12).
1.5. ĐẶC TÍNH ĐIỀU KHIỂN CỦA THYRISTOR
1.5.1. Đặc điểm vùng điều khiển GK của Thyristor
Vùng giữa cực G (gate) và cực K (katot) là miền điều khiển mở thyristor: hình
1.13a là cấu trúc bán dẫn và hình 1.13b là ký hiệu. Quá trình trong van chia thành ba giai
đoạn.
Đặc điểm khi thyristor đang khóa
Khi thyristor chưa dẫn dòng điện (Ia=0), miền điều khiển GK có thế thay thế bằng
sơ đồ hình 1.30c và có đặc tính dạng parabol (đường 1, hình 1.30d). Trong đó Rg đặc
trưng cho điện trở dọc theo lớp bán dẫn p2, Rs đặc trưng cho điện trở xuyên ngẫu nhiên
giữa GK (gọi là hiệu ứng shunt emiter), trị số Rg, Rs phụ thuộc cụ thể vào từng loại
CEA TĐH-NĐ
1.1.2. Các tham số của mạch chỉnh lưu …………………………………………………….. 71.1.3. Yêu cầu kỹ thuật cần cho thiết kế ……………………………………………………. 81.2. NHỮNG YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN TỚI THAM SỐ CHỈNH LƯU ……. 91.2.1. Ảnh hưởng của điện áp nguồn ………………………………………………………… 91.2.2. Ảnh hưởng của tần số và dạng điện áp nguồn …………………………………. 101.2.3. Ảnh hưởng của dòng điện tải ………………………………………………………… 101.2.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ ……………………………………………………………….. 111.3. CÁC MẠCH CHỈNH LƯU CƠ BẢN VÀ PHẠM VI ỨNG DỤNG ………… 111.3.1. Các sơ đồ chỉnh lưu chính ……………………………………………………………. 111.3.2. Các dạng tải của chỉnh lưu ……………………………………………………………. 141.3.3. Chỉnh lưu một pha một nửa chu kỳ luân hồi ( hình 1.2 a ) ……………………………….. 151.3.4. Chỉnh lưu hình tia hai pha ( hình 1.2 b ) ……………………………………………. 161.3.5. Chỉnh lưu cầu một pha ( hình 1.2 d ) ………………………………………………… 171.3.6. Chỉnh lưu ba pha hình tia ( hình 1.2 c ) …………………………………………….. 181.3.7. Chỉnh lưu cầu ba pha ( hình 1.2 e ) …………………………………………………… 191.3.8. Chỉnh lưu bán tinh chỉnh và điều khiển ( hình 1.2 h, i, k ) ………………………………………. 211.4. YÊU CẦU CHUNG ĐỐI VỚI MẠCH ĐIỀU KHIỂN …………………………… 231.5. ĐẶC TÍNH ĐIỀU KHIỂN CỦA THYRISTOR ……………………………………. 241.5.1. Đặc điểm vùng tinh chỉnh và điều khiển GK của Thyristor ………………………………….. 241.5.2. Ảnh hưởng của những thành phần nối song song với cực điều khiển và tinh chỉnh ………….. 251.6. CẤU TRÚC MẠCH ĐIỀU KHIỂN THYRISTOR ………………………………… 271.6.1. Các hệ tinh chỉnh và điều khiển chỉnh lưu …………………………………………………………. 271.6.2. Các nguyên tắc tinh chỉnh và điều khiển trong hệ đồng nhất …………………………………… 271.6.3. Mạch tinh chỉnh và điều khiển ( MĐK ) một kênh và nhiều kênh …………………………… 291.7. KHÂU ĐỒNG BỘ …………………………………………………………………………….. 30CEA TĐH-NĐV1. 0/2015 1.7.1. Mạch đồng pha ……………………………………………………………………………. 301.7.2. Mạch đồng nhất …………………………………………………………………………….. 321.8. KHÂU TẠO ĐIỆN ÁP TỰA ………………………………………………………………. 371.8.1. Mạch tạo răng cưa tuyến tính hai nửa chu kỳ luân hồi sử dụng transistor ……….. 381.8.2. Mạch tạo răng cưa tuyến tính hai nửa chu kỳ luân hồi sử dụng OA. ………………. 421.9. KHÂU SO SÁNH ……………………………………………………………………………… 461.10. KHÂU TẠO XUNG ĐƠN ……………………………………………………………….. 471.11. KHÂU TẠO XUNG KÉP …………………………………………………………………. 501.11.1. Ghép xung bằng mạch logic OR. …………………………………………………. 511.11.2. Ghép xung bằng diode. ………………………………………………………………. 511.12. KHÂU TẠO XUNG CHÙM …………………………………………………………….. 521.12.1. Các bộ tạo giao động ( multivibrator ) …………………………………………….. 541.12.2. Mạch trộn xung có độ rộng ( 180 o – α ) ……………………………………………. 551.13. KHÂU TÁCH XUNG ……………………………………………………………………… 571.14. KHÂU KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT XUNG ĐIỀU KHIỂN ……………….. 571.14.1. Khuếch đại xung ghép trực tiếp …………………………………………………… 581.14.2. Khuếch đại xung ghép qua thành phần quang …………………………………….. 611.14.3. Khuếch đại xung ghép bằng biến áp xung …………………………………….. 611.15. KHÂU TẠO ĐIỆN ÁP ĐIỀU KHIỂN ……………………………………………….. 641.15.1. Tạo điện áp điều khiển và tinh chỉnh ……………………………………………………………….. 641.15.2. Mạch hạn chế góc điều khiển và tinh chỉnh ……………………………………………………… 761.15.3. Mạch hạn chế tần suất điện áp ………………………………………………………. 771.16. NGUỒN CUNG CẤP CHO MẠCH ĐIỀU KHIỂN …………………………….. 771.16.1. Giới thiệu chung ……………………………………………………………………….. 771.16.2. Nguồn một chiều ổn áp theo cấp chuẩn ………………………………………… 781.17. VÍ DỤ MẠCH ĐIỀU KHIỂN CHỈNH LƯU ………………………………………. 811.17.1. Mạch phát xung đơn không có khâu tách xung ……………………………… 811.17.2. Mạch phát xung chùm, có khâu tách xung ……………………………………. 821.16.3. Mạch điều khiển và tinh chỉnh chỉnh lưu ba pha ……………………………………………….. 85C hương II. ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU ………………………………….. 88CEA TĐH-NĐV1. 0/2015 2.1. CÁC ĐẶC ĐIỂM CHUNG ………………………………………………………………… 882.2. ĐIỀU ÁP XOAY CHIỀU MỘT PHA ………………………………………………….. 892.2.1. Mạch lực ……………………………………………………………………………………. 892.2.2. Mạch tinh chỉnh và điều khiển ………………………………………………………………………….. 932.3. ĐIỀU ÁP XOAY CHIỀU BA PHA …………………………………………………….. 942.3.1. Mạch lực ……………………………………………………………………………………. 942.3.2. Mạch điều khiển và tinh chỉnh …………………………………………………………………………… 97C hương III. BĂM XUNG MỘT CHIỀU …………………………………………………… 1003.1. NGUYÊN LÝ CHUNG CỦA BĂM XUNG MỘT CHIỀU …………………… 1003.2. BĂM XUNG MỘT CHIỀU KHÔNG ĐẢO CHIỀU ……………………………. 1023.2.1. Băm xung một chiều tiếp nối đuôi nhau “ Buck chopper ” ………………………………. 1023.2.2. Băm xung một chiều song song “ Boost ” ………………………………………. 1033.2.3. Băm xung một chiều kiểu tiếp nối đuôi nhau – song song ( Buck-Boost ) …………. 1043.3. ĐIỀU KHIỂN BĂM XUNG MỘT CHIỀU …………………………………………. 1053.3.1. Cấu trúc tinh chỉnh và điều khiển ……………………………………………………………………. 1053.3.2. Phát xung chủ yếu và tạo điện áp răng cưa ……………………………………. 1073.3.3. Khuếch đại xung ( Drive ) ……………………………………………………………. 1123.4. BĂM XUNG MỘT CHIỀU CÓ ĐẢO CHIỀU ……………………………………. 1223.4.1. Phương pháp điều khiển và tinh chỉnh riêng …………………………………………………….. 1223.4.2. Phương pháp tinh chỉnh và điều khiển đối xứng ……………………………………………….. 1243.4.3. Phương pháp tinh chỉnh và điều khiển không đối xứng ……………………………………… 1273.5. MỘT SỐ VÍ DỤ BĂM XUNG MỘT CHIỀU ……………………………………… 1293.5.1. Băm xung một chiều không hòn đảo chiều …………………………………………. 1293.5.2. Ví dụ băm xung một chiều hòn đảo chiều …………………………………………… 133C hương IV. NGHỊCH LƯU ĐỘC LẬP VÀ BIẾN TẦN …………………………….. 1394.1. GIỚI THIỆU CHUNG ……………………………………………………………………… 1394.1.1. Nghịch lưu độc lập …………………………………………………………………….. 1394.1.2. Biến tần ……………………………………………………………………………………. 1404.2. NGHỊCH LƯU ĐỘC LẬP ĐIỆN ÁP MỘT PHA ………………………………… 1424.2.1. Mạch lực ………………………………………………………………………………….. 142CEA TĐH-NĐV1. 0/2015 4.2.2. Bộ lọc tần số đầu ra nghịch lưu …………………………………………………… 1444.2.3. Điều chế SPWM cho nghịch lưu độc lập điện áp một pha ………………. 1454.3. Nghịch lưu độc lập điện áp ba pha …………………………………………………….. 1474.3.1. Các đặc thù chính ……………………………………………………………………. 1474.3.2. Điều chế SPWM cho nghịch lưu độc lập điện áp ba pha ………………… 1484.4. Điều khiển nghịch lưu ………………………………………………………………………. 1504.4.1. Điều khiển nghịch lưu điện áp đơn thuần ……………………………………….. 1514.4.2. Mạch tinh chỉnh và điều khiển nghịch lưu điện áp với giải pháp SPWM ……….. 153CEA TĐH-NĐV1. 0/2015 Chương ICHỈNH LƯU1. 1. CÁC THAM SỐ CỦA CHỈNH LƯU VÀ YÊU CẦU KỸ THUẬT1. 1.1. Cấu trúc chỉnh lưuBộ chỉnh lưu ( BCL ) dùng để biến hóa dòng điện xoay chiều thành dòng điện mộtchiều cấp cho tải. Lĩnh vực ứng dụng của bộ chỉnh lưu rất thoáng rộng vì chủng loại tải dùngdòng điện một chiều rất phong phú. Đó là những động cơ điện một chiều, cuộn hút nam châmđiện, rơle điện từ, bể mạ điện, thiết bị điện phân … Đại đa số những thiết bị điện tử cũnghoạt động ở điện áp một chiều nên để lấy nguồn năng lượng từ lưới điện xoay chiều cũng phảithông qua mạch chỉnh lưu. Sơ đồ cấu trúc của BCL như hình 1.1. U1 ~ BALU2 ~ MVUdLSBTẢIIdMĐKKHTHình 1.1. Sơ đồ cấu trúc bộ chỉnh lưuBAL – biến áp lực đè nén có công dụng chuyển cấp điện áp và số pha chuẩn của lưới điệnsang giá trị điện áp và số pha thích hợp với mạch chỉnh lưu – tải. Nếu cả điện áp và sốpha nguồn đã tương thích với tải hoàn toàn có thể không cần dùng BAL khi sử dụng sơ đồ đấu vankiểu cầu, trường hợp dùng sơ đồ đấu van hình tia luôn bắt buộc phải có BA.MV – mạch van, những van bán dẫn được đấu theo một kiểu sơ đồ nào đó, ở đây trựctiếp thực thi một sơ đồ đổi khác dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều. Vìvậy đây là một khâu không hề thiếu trong sơ đồ mạch chỉnh lưu. MĐK – mạch điền khiển. Khi mạch van sử dụng van bán dẫn tinh chỉnh và điều khiển được ( nhưthyristor ) sẽ có mạch này để triển khai việc cho van dẫn dòng vào những thời gian cần thiếtnhằm khống chế nguồn năng lượng đưa ra tải. Khi dùng van điốt sẽ không có mạch này. Tùythuộc van sử dụng mà những chỉnh lưu được phân thành ba loại sau : • Nếu những van đều là thyristor thì gọi là chỉnh lưu tinh chỉnh và điều khiển. CEA TĐH-NĐV1. 0/2015 • Nếu van được dùng là điốt, gọi là chỉnh lưu không điều khiển và tinh chỉnh. • Nếu mạch van dùng cả điốt và thyristor, gọi là chỉnh lưu bán điều khiển và tinh chỉnh. LSB – mạch lọc san bằng. Khâu này nhằm mục đích bảo vệ điện áp hay dòng điện ra bằngphẳng theo mong ước của tải. Nếu điện áp sau MV đã đạt nhu yếu hoàn toàn có thể bỏ khâu LSB.HT – khối tương hỗ, gồm những mạch giúp theo dõi và bảo vệ BCL hoạt động giải trí bìnhthường, thí dụ như mạch tín hiệu, mạch đo lường và thống kê điện áp và dòng điện, mạch bảo vệ, nguồn một chiều không thay đổi cho mạch tinh chỉnh và điều khiển và khống chế. Nhiệm vụ của người thiết kế là xuất phát từ nhu yếu kỹ thuật đơn cử của BCL để xâydựng sơ đồ cấu trúc những khâu công dụng cần có. Từ đó triển khai tiến hành thống kê giám sát tỉ mỉtừng khâu để có một BCL hoàn hảo. Trong chương này sẽ trình diễn cụ thể trình tựthiết kế BCL, thứ nhất người thiết kế phải có hiểu biết những yếu tố cơ bản trong thiếtkế BCL được đề cấp trong những mục tiên phong dưới đây. 1.1.2. Các tham số của mạch chỉnh lưuĐể nghiên cứu và phân tích và nhìn nhận BCL, thường dựa vào những tham số chính sau : 1. Điện áp nguồn xoay chiều định mức : U1đm ( V ) 2. Tần số điện áp nguồn định mức : f ( Hz ) và khoanh vùng phạm vi biến thiên của nó. 3. Phạm vi biến thiên điện áp nguồn U1min, U1max hoặc độ biến thiên điện áp tương đốiso với điện áp định mức : U1max − U1dmU1dmU − U1minĐộ giảm điện áp a1 = 1 dmU1dmĐộ tăng điện áp a1 = 4.5.6. 7.8. Điện áp đầu ra một chiều định mức Udđm ( V ) Phạm vi kiểm soát và điều chỉnh điện áp ra : Udmin, Udmax. Dòng điện tải định mức của bộ chỉnh lưu Idđm. Phạm vi biến thiên dòng điện tải Idmin, Idmax. Biên độ đập mạch điện áp ra : U1max ( đây là biên độ sóng hài cơ bản của điện áp mộtchiều ở đầu ra theo khai triển Furier ) 9. Hệ số đập mạch điện áp ra : kdm = U1maxlà tỉ số giữa biên độ sóng hài cơ bản và thành phần trung bình ( hoặcU0không đổi ) của điện áp ra. Hệ số này càng nhỏ thì điện áp ra càng phẳng hơn. 10. Nội trở của bộ chỉnh lưu : r = CEA TĐH-NĐ ∆ U d ∆ I dV1. 0/2015 11. Điện trở động của chỉnh lưu rd = dU d, ( tỉ số giữa độ biến thiên điện áp ra do sự độtdI dbiến và dòng điện tải gây ra ). 12. Hiệu suất bộ chỉnh lưu : η = r = Pd, trong đó Pd là công suất nhận được phía mộtPvchiều, còn Pv là công suất tiêu thụ lấy từ nguồn điện xoay chiều. 1.1.3. Yêu cầu kỹ thuật cần cho thiết kếĐể hoàn toàn có thể thiết kế một BCL hoàn hảo cần biết trước những số liệu và nhu yếu kỹthuật sau : 1.1.3. 1 Các số liệu và nhu yếu của nguồn xoay chiều cấp cho BCL1. Giá trị định mức của điện áp xoay chiều : Uđm ( V ) 2. Số pha nguồn. 3. Tần số lưới ( Hz ). 4. Độ xê dịch điện áp nguồn : ∆ U. 5. Độ xê dịch tần số ∆ f. 6. Độ mất đối xứng giữa những pha. 7. Độ méo điện áp nguồn. 8. Sụt áp đột biến lớn nhất : ∆ Umax và thời hạn sống sót sụt áp này1. 1.3.2 Các số liệu và nhu yếu từ phía tải của chỉnh lưu1. Điện áp ra tải định mức ( Giá trị trung bình ) : Udđm. 2. Phạm vi kiểm soát và điều chỉnh điện áp và độ trơn kiểm soát và điều chỉnh. 3. Phạm vi biến thiên của dòng điện tải : Itmin Itmax. 4. Quy luật đổi khác dòng điện tải ( nhanh, chậm, đột biến … ). 5. Dao động điện áp ra được cho phép ∆ Uracp khi điện áp nguồn đổi khác trong khoanh vùng phạm vi tốiđa. 6. Nội trở nguồn chỉnh lưu hay ∆ Ura khi dòng tải biến thiên từ Itmin Itmax. 7. Tổng sai số điện áp ra được cho phép dưới tác động ảnh hưởng của toàn bộ những yếu tố ảnh hưởng tác động đếnnó. 8. Điện trở động của nguồn hay ( hay đặc tính tần số ). 9. Điều kiện thiên nhiên và môi trường thao tác của bộ chỉnh lưu : nhiệt độ, nhiệt độ, độ rung, độ vađập … 10. Độ an toàn và đáng tin cậy của bộ chỉnh lưu, thông số dự trữ. 11. Độ đúng mực kiểm soát và điều chỉnh. 12. Phương pháp làm mát. CEA TĐH-NĐV1. 0/2015 13. An toàn lao động ( đầu ra chỉnh lưu được nối với vỏ hay phải cách li vỏ ). 14. Vấn đề bảo vệ quá áp cho tải. 15. Các mạch tín hiệu hóa cần có. 16. Thời gian khởi động nhỏ nhất, lớn nhất. 17. Các nhu yếu và kích cỡ và khối lượng của thiết bị. 18. Phương thức theo dõi và kiểm tra điện áp và dòng điện ra tải. 19. Hiệu suất của thiết bị. 20. Hệ số đập mạch điện áp ( hay dòng điện ) ra tải được cho phép. 21. Ngoài ra còn có những những yên cầu không được đề cập trong nhu yếu kỹ thuậtSong người thiết kế bắt buộc phải thực thi ( như bảo vệ ngắn mạch, bảo vệ những sựcố, phần thông tư trạng thái thiết bị … ). Mặt khác nhiều khi người thiết kế phải tự xác địnhhoặc đưa ra một số ít tham số theo kinh nghiệm tay nghề mà người đặt hàng không nắm được dokhông hiểu hết những yếu tố kỹ thuật đặt ra. 1.2. NHỮNG YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN TỚI THAM SỐ CHỈNH LƯUBộ chỉnh lưu công suất thường thao tác trong lưới điện công nghiệp nên phải chịuảnh hưởng của những phụ tải khác cùng chung nguồn với nó, hay những dịch chuyển do hệthống phân phối điện đem tới. Mặt khác tải cũng có những tác động ảnh hưởng đáng kể tới BCL. Vìvậy cần biết điều này hoàn toàn có thể tiên liệu những giải pháp tương thích khi thiết kế. 1.2.1. Ảnh hưởng của điện áp nguồnĐiện áp nguồn thường có độ xê dịch quy chuẩn là 5 %, tuy nhiên trên trong thực tiễn ởnhiều khu vực có độ xê dịch điện áp lớn hơn nhiều và hoàn toàn có thể lên tới + 10 % và – 20 %. Độ xê dịch điện áp này ảnh hưởng tác động trực tiếp và rõ ràng đến điện áp ra của mạch chỉnh lưungoài ra còn có ảnh hưởng tác động thêm của những yếu tố sau : 1. Sụt áp trên dây dẫn nguồn. 2. Biến áp nguồn phân phối thường được cho phép sai số về những mức điện áp ra. 3. Các mạch chỉnh lưu có nội trở nhất định, khi nguồn dịch chuyển dẫn đến điện áp rathay đổi làm dòng tải biến thiên, vì thế điện áp trên nội trở sẽ đổi khác và tác độngtrở lại điện áp ra. 4. Dòng tải biến hóa làm điện trở dây dẫn biến hóa. Vì vậy ngay cả khi điện áp nguồn không thay đổi, không đổi khác thì những yếu tố trên đã làmđiện áp ra xô lệch từ 3 % đến 15 %. Nếu cộng thêm ảnh hưởng tác động của nguồn thì sai số nàylên tới 10 % đến 20 %. CEA TĐH-NĐV1. 0/2015 Khi sử dụng những mạch chỉnh lưu ba pha, độ mất đối xứng của điện áp nguồn sẽ làmxuất hiện thêm sự xô lệch điện áp ra, mặt khác còn làm tăng thêm độ đập mạch. Với những bộ chỉnh lưu công suất lớn ( 100 kW ) lại ở xa trạm biến thế cần cố gắngsử dụng cấp điện áp nguồn cao hơn để giảm ngân sách về dây dẫn. Khi những bộ chỉnh lưu thao tác trong một mạng cấp điện có những động cơ điện côngsuất công suất lớn cần quan tâm tác động ảnh hưởng của chúng. Lúc những động cơ này khởi động sẽlàm Open sụt áp trên mạng hoàn toàn có thể lên tới 20 %. Độ sụt áp này hoàn toàn có thể làm cho bộ chỉnhlưu ngừng hoạt động giải trí do tác động ảnh hưởng của mạch bảo vệ hay những thành phần khống chế ( như rơle, công-tắc-tơ bị nhả ra ). Như vậy ta cần thiết kế mạch ảnh hưởng tác động trễ để tránh hiện tượng kỳ lạ này. Còn khi những động cơ đang chạy mà dừng sẽ gây ra những xung điện áp trong thời hạn ngắn ( thường không quá vài giây ), tuy nhiên nó hoàn toàn có thể phá hỏng những thành phần nhập áp như cácvan bán dẫn, tụ điện hoặc đánh thủng cách điện giữa những cuộn sơ cấp và thứ cấp của máybiến áp. Vì vậy khi thiết kế cần tính đến nó để chọn những thành phần có đủ độ dự trữ về điệnáp. 1.2.2. Ảnh hưởng của tần số và dạng điện áp nguồnTần số phân phối tác động ảnh hưởng lớn đến chỉ tiêu về khối lượng và size bộ chỉnhlưu. Đa số những bộ chỉnh lưu thao tác với tần số 50H z ; tuy nhiên cũng có một số ít làm việcvới tần số 400H z, có khi tới 1 – 2 kHz. Nếu so sánh hai bộ chỉnh lưu có cùng chỉ tiêu kỹthuật thì chỉnh lưu thao tác với tần số 400H z có size và khối lượng nhỏ hơn 3 4 lần so với loại thao tác ở tần số 50H z. Về bộ lọc còn giảm đi tới vài chục lần. Tuy nhiênbộ chỉnh lưu ở tần số cao hơn có tổn hao công suất và sụt áp trên dây dẫn lớn hơn, còn tụlọc ở tần số cao cũng có tổn thất cao hơn ( và phải giảm độ đập mạch được cho phép lênchúng ). Nếu nguồn xoay chiều có độ méo dưới 5 6 % thì hoàn toàn có thể coi nguồn là hình sin. Khiđộ méo lớn hơn sẽ làm chỉ số của dụng cụ thống kê giám sát ( kể cả đo trị số hiệu dụng và trungbình ) bị rơi lệch nhiều. Điều này thường Open khi nguồn yếu hoặc trong mạng cónhiều thiết bị sử dụng van thyristor hoặc những khuếch đại từ. 1.2.3. Ảnh hưởng của dòng điện tảiBất cứ bộ chỉnh lưu nào cũng có nội trở, do đó khi dòng điện tải biến thiên sẽ làmđiện áp ra bị đổi khác. Vì vậy cần nỗ lực giảm nội trở của bộ chỉnh lưu. Dây dẫn từchỉnh lưu tải cũng tác động ảnh hưởng lớn đến nội trở chung, nhất là với những tải có điện áp làmviệc thấp và dòng tải lại lớn, trong những trường hợp này cần đặt bộ chỉnh lưu gần tối đavới tải. CEA TĐH-NĐV1. 0/2015 10N ếu dòng tải có năng lực đổi khác bất ngờ đột ngột sẽ làm tăng nỗi trở động của mạchchỉnh lưu. Đặc biệt là khi có mạch lọc LC và lại rơi vào chính sách mà tần số xung dòng điệnbằng tần số giao động riêng của mạch LC sẽ dẫn đến điện trở động lớn hơn rất nhiều sovới nội trở tĩnh. Ngoài ra mạch lọc loại này cũng sẽ làm Open những dịch chuyển điện ápkhi đóng và ngắt tải. 1.2.4. Ảnh hưởng của nhiệt độTrong bộ chỉnh lưu có khá nhiều thành phần chịu ảnh hưởng tác động của nhiệt độ : tụ hóa, điệntrở và nhất là linh phụ kiện bán dẫn như điốt, thyristor, transitor … Để bảo vệ bộ chỉnh lưuhoạt động an toàn và đáng tin cậy và lâu bền hơn phải tính đến hàng loạt những yếu tố về nhiệt như : nhiệt độ môitrường, nhiệt độ cục bộ, độ phát nhiệt trên những thành phần … sao cho những linh phụ kiện và cácphần tử không thao tác ở gần mức số lượng giới hạn được cho phép về nhiệt. Thông thường những linhkiện có độ dự trữ tối thiểu sau : • Điện trở phải có độ dự trữ 1,5 về công suất phát nhiệt. • Tụ điện phải có độ dự trữ 1,7 về điện áp. • Van bán dẫn phải có độ dự trữ 1,7 về điện áp. Với thiên nhiên và môi trường nhiệt đới gió mùa cần phải tăng độ dự trữ cao hơn nữa. 1.3. CÁC MẠCH CHỈNH LƯU CƠ BẢN VÀ PHẠM VI ỨNG DỤNG1. 3.1. Các sơ đồ chỉnh lưu chínhSố lượng sơ đồ mạch chỉnh lưu khá phong phú, tuy nhiên đa phần là 1 số ít mạch cơ bảnxem trên hình 1.2, những tham số cơ bản để nhìn nhận chúng và làm cơ sở để thống kê giám sát phântích và thiết kế xem trong bảng 1.1. Các mạch chỉnh lưu cơ bản gồm 9 sơ đồ sau : 1. Chỉnh lưu một pha 50% chu kì ( chỉnh lưu hình tia một pha ), hình 1.2 a. 2. Chỉnh lưu một pha có điểm trung tính ( chỉnh lưu hình tia hai pha ), hình 1.2 b. 3. Chỉnh lưu hình tia ba pha, hình 1.2 c. 4. Chỉnh lưu cầu một pha điều khiển và tinh chỉnh, hình 1.2 d. 5. Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển và tinh chỉnh, hình 1.2 e. 6. Chỉnh lưu 6 pha có cuộn kháng cân đối ( đấu song song hai mạch chỉnh lưu hìnhtia ba pha ), hình 1.2 g. 7. Chỉnh lưu cầu một pha bán điều khiển và tinh chỉnh có thyristor đấu thẳng hàng, hình 1.2 h. 8. Chỉnh lưu cầu một pha bán tinh chỉnh và điều khiển với thyristor đấu katot chung, hình 1.2 i. 9. Chỉnh lưu cầu ba pha bán điều khiển và tinh chỉnh với thyristor đấu katot chung, hình 1.2 k. CEA TĐH-NĐV1. 0/2015 11H ình 1.2. Các sơ đồ chỉnh lưu cơ bảnTrong những sơ đồ trên không trình diễn mạch chỉnh lưu không tinh chỉnh và điều khiển, vì chỉ cầnthay hàng loạt van thyristor bằng diode là có loại mạch này, trong khi mục tiêu chính củachỉnh lưu là kiểm soát và điều chỉnh được công suất ra tải theo nhu yếu thì chỉnh lưu diode không đápứng được. Tuy nhiên khi giám sát, cần quan tâm rằng chỉnh lưu mang cùng tên thì dù làkhông điều khiển và tinh chỉnh ( dùng toàn diode ), chỉnh lưu điều khiển và tinh chỉnh ( dùng toàn thyristor ), hoặcchỉnh lưu bán điều khiển và tinh chỉnh đều dùng chung một bảng tham số của kiểu đó, sự khác nhauchỉ bộc lộ ở : • Chỉnh lưu diode không được cho phép kiểm soát và điều chỉnh điện áp ra. • Chỉnh lưu tinh chỉnh và điều khiển và bán điều khiển và tinh chỉnh được cho phép kiểm soát và điều chỉnh điện áp ra, tuy nhiên vớiquy luật khác nhau. Tuy nhiên, khi kiểm soát và điều chỉnh lớn nhất hoàn toàn có thể, thì hai loại điềukhiển cũng chỉ đạt được điện áp ra bằng với chỉnh lưu diode. Chính thế cho nên bảng 1.1 không có sự phân biệt về chỉnh lưu tinh chỉnh và điều khiển hay khôngđiều khiển. CEA TĐH-NĐV1. 0/2015 12B ảng 1.1 Chú thích bảng 1.1 : Ud0 – trị số trung bình của điện áp chỉnh lưu diode hay chỉnh lưu điều khiển và tinh chỉnh khi α = 0. U2 – trị số hiệu dụng của điện áp pha cuộn thứ cấp máy biến áp nguồn. Iv – trị số trung bình của dòng điện qua van. Ungmax – điện áp ngược lớn nhất mà van phải chịu khi thao tác. I2 – trị số hiệu dụng dòng điện cuộn thứ cấp máy biến áp nguồn. Id – trị số trung bình dòng điện tải ra. I1 – trị số hiệu dụng dòng điện cuộn sơ cấp máy biến áp nguồn. kba – thông số máy biến áp nguồn. Sba – công suất giám sát máy biến áp nguồn. Pd – công suất một chiều trên tải. ∆ Uγ – sụt áp do điện cảm phía xoay chiều La gây ra. ∆ Uγ = kγ2πf. LaIdmđm – số lần đập mạch của điện áp chỉnh lưu trong một chu kỳ luân hồi lưới xoay chiều. CEA TĐH-NĐV1. 0/2015 13 fđm – tần số sóng hài bậc 1 của điện áp chỉnh lưu, phụ thuộc vào vào sơ đồ chỉnh lưu theoquan hệ : fđm = mđmf1, trong đó f1 là tần số lưới điện xoay chiều. kđm – thông số đập mạch của điện áp chỉnh lưu : kdm = U1m, trong đó U1m là biên độ sóng hàiUdcơ bản của điện áp chỉnh lưu theo khai triển Furier. hγ – thông số sơ đồ để tính góc trùng dẫn γ theo biểu thức chung : X Icos ( α + γ ) = cos α − hγ a d2U 21.3.2. Các dạng tải của chỉnh lưuTải cho chỉnh lưu có 3 dạng thường gặp như hình 1.3. Hình 1.3. Các dạng tải của chỉnh lưu1. 3.2.1. Tải thuần trở Rd ( hình 1.3 a ) Dạng tải này được sử dụng để nghiên cứu và phân tích nguyên tắc thao tác và giám sát những tham sốcủa mạch chỉnh lưu bảng 1.1. Dạng dòng điện tải id trọn vẹn giống với dạng điện ápnhận được Ud. Trong thực tiễn ít gặp tải thuần trở. 1.3.2. 2. Tải có tính cảm kháng RdLd ( hình 1.3 b ) Đặc điểm của tải dạng này là làm dạng dòng điện tải id không giống dạng điện ápUd, nếu điện cảm đủ lớn sẽ làm dòng điện trở lên phẳng phiu, nên những hình vẽ dưới đâyđồ thị dòng tải sẽ vẽ thẳng cho đơn thuần. So với tải Rd thì tải này gặp nhiều hơn, như cáccuộn dây nam châm từ điện, cuộn kích từ động cơ một chiều, kích từ động cơ xoay chiều … 1.3.2. 3. Tải vừa có RdLd vừa có sức điện động Ed ( gọi là tải RLE ) ( hình 1.3 c ) Đây là dạng tải gặp nhiều nhất trong trong thực tiễn như : bể điện phân, bể mạ, acquy, sứcđiện động phần ứng của động cơ một chiều … Đặc điểm của dạng tải này có nhiều điểmchung với tải RdLd, nhất là khi dòng điện tải phẳng, tuy nhiên Ed sẽ ảnh hưởng tác động đến trị sốdòng tải vì thường có chiều chống lại điện áp chỉnh lưu Ud. CEA TĐH-NĐV1. 0/2015 14N hìn chung những dạng tải trên của chỉnh lưu nêu trên, trong quy trình kiểm soát và điều chỉnh điệnáp ra sẽ xảy ra hai trường hợp so với dòng điện tải : 1. Dòng điện id bị gián đoạn, lúc có lúc mất, làm cho nguồn năng lượng không được cấpthường xuyên cho tải, do vậy là không thuận tiện. Trường hợp này hay gặp ở tảithuần trở hoặc tải có điện cảm Ld nhỏ. 2. Dòng điện tải liên tục, tải luôn nhận được nguồn năng lượng, và do đó là thuận tiện hơn. Trường hợp này xảy ra khi điện cảm Ld đủ lớn. Vì dòng điện tải liên tục là chếđộ mong ước nên thường đo lường và thống kê để có chính sách này. 1.3.3. Chỉnh lưu một pha một nửa chu kỳ luân hồi ( hình 1.2 a ) Đồ thị thao tác với tải thuần trở trên hình 1.5. Do những chỉ tiêu kỹ thuật kém ( bảng1. 1 ), loại này chỉ dùng cho tải rất nhỏ ( dưới 100 mA ), thường dùng giải pháp lọc bằngtụ điện. Riêng khi mạch có thêm diode đệm D0 thì hoàn toàn có thể dùng cho tải có tính điện cảmlớn như cuộn hút nam châm từ, cuộn dây kích từ của máy phát điện, ly hợp điện từ, … vớidòng tải lớn đến vài chục ampe. Luật kiểm soát và điều chỉnh là : 1 + cosαU dα = U do ( 1.1 ) Trong đó : – Udo là tham số tra trong bảng 1.1 có được Udo = 0,45 U2 ( U2 là giá trị hiệu dụng củađiện áp xoay chiều đưa vào mạch van ). – α được gọi là “ góc điều khiển và tinh chỉnh ”, hoặc “ góc mở thyristor ” ( hình 1.4 ). Thực chất đâylà góc nhìn điện tương ứng với thời gian có xung điều khiển và tinh chỉnh Open kể từ khi điện ápgiữa hai cực A-K thyristor là dương. b ) a ) Hình 1.4. Đồ thị minh họa góc tinh chỉnh và điều khiển αCEA TĐH-NĐV1. 0/2015 15 a ) Tải thuần trởb ) Tải RLHình 1.5. Đồ thị chỉnh lưu một pha một nửa chu – Udo là giá trị điện áp ra tải lớn nhất mà chỉnh lưu điều khiển và tinh chỉnh hoàn toàn có thể đạt tới, tức lànó tương ứng với trường hợp tinh chỉnh và điều khiển với α = 0, đây cũng là giá trị điện áp của chỉnhlưu diode. Như vậy hoàn toàn có thể hiểu ký tự “ o ” vừa là điện áp Ud ( α = 0 ), vừa như điện áp củachỉnh lưu “ không ” điều khiển và tinh chỉnh. Theo đồ thị với tải thuần trở ta thấy khi kiểm soát và điều chỉnh điện áp ra thì dòng tải luôn bịgián đoạn. 1.3.4. Chỉnh lưu hình tia hai pha ( hình 1.2 b ) Mạch này được sử dụng nhiều trong dải công suất nhỏ. Với cấp điện áp dưới 100V vào dòng tải không lớn hơn vài ampe thường dùng lọc bằng tụ điện. Trường hợp dùngkiểu lọc điện cảm thì dòng điện tải được cho phép tăng đến hàng chục ampe. Loại chỉnh lưunày chiếm lợi thế so với chỉnh lưu sơ đồ cầu khi điện áp ra tải thấp dưới 10V, do sụt áptrong mạch van thấp hơn. Nhược điểm chính của chỉnh lưu hình tia là buộc phải có biếnáp nguồn để tạo điểm giữa cho mạch hoạt động giải trí được, mặt khác công suất máy biến áplớn gấp 1,5 lần so với công suất một chiều thiết yếu của tải. Hình 1.5 là đồ thị minh họahoạt động của những dạng tải, Ig là những xung dòng điện đưa vào cực tinh chỉnh và điều khiển của cácthyristor ở thời gian góc α pháp luật, xung của hai van cách nhau đúng 50% chu kỳđiện áp nguồn ( 1800 điện ). – Với dạng tải thuần trở ( hình 1.6 a ) dòng id đồng dạng với ud và cũng tuân theo luật ( 1.1 ) với một sự độc lạ là Udo = 0,9 U2. – Với tải RL hoặc RLE, với giả thiết là điện cảm Ld đủ lớn để coi dòng điện tải idliên tục và phẳng ( đồ thị hình 1.6 b ), sẽ có chung một quy luật kiểm soát và điều chỉnh : CEA TĐH-NĐV1. 0/2015 16U dα = U do cosα – ∆ U γTrong đó ∆ Uγ là sụt áp do chuyển mạch trùng dẫn. b ) Tải RL hoặc RLE ( dòng liên tục ) a ) Tải thuần trởHình 1.6. Đồ thị thao tác của chỉnh lưu hình tia hai phaSự độc lạ giữa hai dạng bộc lộ ở biểu thức dòng tải : – Tải RL : I d = U dαRd – Tải RLE : I d = U d α − EdRd1. 3.5. Chỉnh lưu cầu một pha ( hình 1.2 d ) Chỉnh lưu cầu được sử dụng rất thoáng rộng trong trong thực tiễn, nhất là với cấp điện áp ra từ10V trở lên. Dòng tải hoàn toàn có thể lên đến 100 ampe. Một trong những ưu điểm hơn hăn của nóso với hình tia là không nhất thiết phải có biến áp nguồn : khi điện áp ra tải tương thích vớicấp điện áp nguồn xoay chiều, ta hoàn toàn có thể mắc trực tiếp mạch chỉnh lưu vào lưới điện. Dosố lượng van phải gấp đôi sơ đồ hình tia nên sụt áp trong mạch van cũng tăng gấp đôi, vìvậy nó không thích hợp với tải cần dòng lớn nhưng điện áp ra lại nhỏ. Quy luật kiểm soát và điều chỉnh của chỉnh lưu cầu một pha với những dạng tải tựa như chỉnh lưuhình tia hai pha. CEA TĐH-NĐV1. 0/2015 17 a ) Tải thuần trở ( dòng điện gián đoạn ) b ) Tải RL hoặc RLE ( dòng tải liên tục ) Hình 1.7. Đồ thị thao tác của chỉnh lưu cầu một pha1. 3.6. Chỉnh lưu ba pha hình tia ( hình 1.2 c ) Chỉnh lưu dạng này có đặc thù tương tự như như chỉnh lưu tia một pha : cần có biến ápnguồn để có điểm trung tính đưa ra tải, công suất máy biến áp này lớn hơn công suất mộtchiều 1,35 lần, tuy nhiên sụt áp trong mạch van nhỏ nên thích hợp với khoanh vùng phạm vi điện áplàm việc thấp. Vì sử dụng nguồn ba pha nên được cho phép nâng công suất tải lên nhiều ( đếnvài trăm Ampe ), mặt khác độ đập mạch của điện áp ra sau mạch chỉnh lưu giảm đáng kểnên kích cỡ bộ lọc cũng nhỏ đi. Hình 1.8 là đồ thị thao tác với những dạng tải. Có 1 số ít chú ý quan tâm sau : – Điểm tính góc tinh chỉnh và điều khiển những van không phải qua 0 của điện áp nguồn, mà chậmpha hơn một góc 300 điện, tương ứng với điểm giao nhau của điện áp pha nguồn. Xungđiều khiển những van lệch nhau 1/3 chu kỳ luân hồi, tức 1200 điện. – Giá trị Ud0 = 1,17 U2. – Với tải thuần trở có đồ thị hình 1.8 a, hoàn toàn có thể là : • Dòng tải gián đoạn khi α > 300 với quy luật kiểm soát và điều chỉnh : 1 + cos ( α + 300 ) U dα = U do • Dòng tải liên tục khi α < 300 với quy luật kiểm soát và điều chỉnh : U dα = U do cosαCEA TĐH-NĐV1. 0/2015 18 - Với tải RL hay RLE ( hình 1.8 b ) những quy luật tương tự như như chỉnh lưu hình tia haiphaa ) Tải thuần trở ( dòng tải gián đoạn ) b ) Tải RL hoặc RLE ( dòng tải liên tục ) Hình 1.8. Đồ thị thao tác của chỉnh lưu hình tia ba pha1. 3.7. Chỉnh lưu cầu ba pha ( hình 1.2 e ) Đây là loại được sử dụng nhiều nhất trong trong thực tiễn. Ưu điểm : - Cho phép đấu thẳng vào lưới điện ba pha ; - Hệ số đập mạch rất nhỏ ( 5,7 % ) ; - Công suất máy biến áp cũng giao động công suất tải, đồng thời gây méo lưới điện íthơn những loại trên. Nhược điểm : sụt áp trên van gấp đôi sơ đồ hình tia vì luôn có hai van dẫn để đưadòng ra tải, nên sẽ không tương thích với cấp điện áp ra tải dưới 10V. Do có nhiều ưu điểm tiêu biểu vượt trội như đã nêu, chỉnh lưu cầu ba pha được ứng dụngrộng rãi với dải công suất rất rộng, từ nhỏ đến hàng nghìn kW. Mạch van được đấu thành hai nhóm : nhóm van đánh số lẻ đấu chung katot, nhómvan đánh số chăn đấu chung anot. Để tinh chỉnh và điều khiển van, cần tuân thủ một số ít quy luật sau ( xem hình 1.9 ) : CEA TĐH-NĐV1. 0/2015 19 - Với thyristor của nhóm đấu katot chung, điểm mốc để tính góc tinh chỉnh và điều khiển là điểmgiao nhau của những điện áp pha nguồn khi chúng ở nửa chu kỳ luân hồi điện áp dương. - Với thyristor của nhóm anot chung, điểm mốc để tính góc tinh chỉnh và điều khiển là điểm giaonhau của những điện áp pha nguồn khi chúng ở nửa chu kỳ luân hồi điện áp âm. a ) Góc tinh chỉnh và điều khiển và dạng xung mở vanb ) Đồ thị dòng điệnHình 1.9. Đồ thị thao tác của chỉnh lưu cầu ba pha - Xung điều khiển và tinh chỉnh được phát lần lượt theo đúng thứ tự đánh số từ T1 đến T6 cáchnhau 600 điện, còn trong mỗi nhóm thì xung phát cách nhau 1200. - Để thông mạch điện tải cần hai van cùng dẫn, trong đó mỗi nhóm phải có một vantham gia, do đó hai van có thứ tự cạnh nhau phải được phát xung cùng lúc. Vì vậy dạngxung là xung kép : xung thứ nhất được xác lập theo góc điều khiển và tinh chỉnh cần có, xung thứ hailà bảo vệ điều kiện kèm theo thông mạch, thực tiễn là xung của van khác gửi đến : ví dụ xung ig củavan T1 đồng thời gửi đến van T6, sau đó đến lần lượt xung của T2 sẽ gửi đến van T1 … Quy luật kiểm soát và điều chỉnh : - Giá trị Udo = 2,34 U2. - Với tải thuần trở ( đồ thị 1.9 a ), hoàn toàn có thể là : • Dòng điện tải gián đoạn khi α > 600 với quy luật kiểm soát và điều chỉnh : U dα = U do 1 + cos ( α + 600 ) • Dòng tải liên tục khi α < 600 với quy luật kiểm soát và điều chỉnh : U dα = U do cosαCEA TĐH-NĐV1. 0/2015 20 - Với tải RL hay RLE ( hình 1.9 b ở đó không vẽ tác động ảnh hưởng của trùng dẫn ) những quyluật tương tự như như chỉnh lưu hình tia hai pha. 1.3.8. Chỉnh lưu bán tinh chỉnh và điều khiển ( hình 1.2 h, i, k ) Chỉ sơ đồ cầu có loại mang tên “ bán tinh chỉnh và điều khiển ”, trong đó 50% số van là điềukhiển ( thyristor ), nửa còn lại dùng van không điều khiển và tinh chỉnh ( diode ). a ) Sơ đồ thyristor mắc thẳng hàngb ) Sơ đồ thyristor mắc katot chungHình 1.10. Đồ thị thao tác của chỉnh lưu bán điều khiển và tinh chỉnh một phaChỉnh lưu bán điều khiển và tinh chỉnh có ưu điểm : - Đơn giản hơn cả về lực và điều khiển và tinh chỉnh. - Cho phép đấu trực tiếp mạch điều khiển và tinh chỉnh với mạch lực khi những thyristor chung katot - Giá thành rẻ hơn. - Tiết kiệm nguồn năng lượng hơn ( thông số cosφ cao hơn chỉnh lưu điều khiển và tinh chỉnh ). Điều này làdo có nhưng quy trình tiến độ thao tác, dòng tải sẽ chảy quẩn qua hai van mắc thẳng hàng màkhông về nguồn, tức là nguồn năng lượng được giữ trong tải mà không mất về nguồn. Trên đồCEA TĐH-NĐV1. 0/2015 21 thị đó là những quá trình mà nếu với chỉnh lưu tinh chỉnh và điều khiển thì điện ápbằng 0, do những van thẳng hàng dẫn làm ngắn mạch đầu ra. udâm, còn ở đây lạiNhược điểm chung của loại này là : - Không triển khai được quy trình nghịch lưu ; - Không ứng dụng được cho tải phải hòn đảo chiều dòng tải ( chỉnh lưu hòn đảo chiều ). Trong thực tiễn chỉnh lưu bán điều khiển và tinh chỉnh khá thông dụng cho những ứng dụng không đòihỏi hòn đảo chiều dòng điện tải như những bộ kiểm soát và điều chỉnh vận tốc cho động cơ điện một chiều, bộnạp acquy tự động hóa … Cần quan tâm rằng khi đo lường và thống kê thiết kế, chỉnh lưu bán tinh chỉnh và điều khiển được lấy theo thamsố của chỉnh lưu điều khiển và tinh chỉnh ( dùng toàn bộ van là thyristor ) cùng loại mà không có bảngtham số riêng. Chỉnh lưu bán điều khiển và tinh chỉnh thường thao tác ở chính sách dòng điện liên tục và có chungqui luật kiểm soát và điều chỉnh dạng : 1 + cosαU dα = U doLuật phát xung tinh chỉnh và điều khiển cho cầu bán điều khiển và tinh chỉnh một pha tương tự như cầu điều khiểnmột pha. Hình 1.10 là đồ thị minh họa cho chỉnh lưu cầu một pha bán tinh chỉnh và điều khiển với tảiRL hoặc RLE khi dòng tải là liên tục. Khoảng ngắn mạch đầu ra ở sơ đồ 1.10 a là khi cácdiode D1, D2 cùng dẫn, còn trong sơ đồ 1.10 b là khi T1D1 hay T2D2 dẫn. Với loại ba pha thì luật phát xung tinh chỉnh và điều khiển thyristor mạch bán tinh chỉnh và điều khiển khácmạch tinh chỉnh và điều khiển, mặc dầu mốc tính góc điều khiển và tinh chỉnh thì vẫn tựa như nhau. Ở đây khôngcần xung kép mà chỉ dùng xung đơn là được, do những diode tự động hóa dẫn ngay khi thyristordẫn. Hình 1.11 là đồ thị minh họa hoạt động giải trí của sơ đồ này với dạng tải RL hoặc RLE vàtrong chính sách dòng điện liên tục. Các thyristor thay nhau dẫn theo thứ tự, và những diodecũng vậy. Ta thấy vẫn có những quá trình mà hai van thẳng hàng dẫn, làm ngắn mạchđầu ra : T1D1, T2D2, T3D3. Có một điểm cần quan tâm trên đồ thị ud điện áp ra chỉ có ba lầnđập mạch, chứ không phải sáu lần như cầu điều khiển và tinh chỉnh, do đó độ phẳng phiu điện áp udcủa bán tinh chỉnh và điều khiển kém hơn. CEA TĐH-NĐV1. 0/2015 22H ình 1.11. Đồ thị của chỉnh lưu cầu ba pha bán điều khiển và tinh chỉnh ( dòng liên tục ) Trong trong thực tiễn, để hoàn toàn có thể lấy được những ưu điểm của chỉnh lưu bán tinh chỉnh và điều khiển, đôi khingười ta đấu song song đầu ra chỉnh lưu điều khiển và tinh chỉnh một diode D0 ( xem hình 1.2 a ) gọi làdiode đệm, công dụng của diode này làm cho mạch hoạt động giải trí tương tự như như chỉnh lưu bánđiều khiển. 1.4. YÊU CẦU CHUNG ĐỐI VỚI MẠCH ĐIỀU KHIỂNMạch tinh chỉnh và điều khiển ( MĐK ) chỉnh lưu cần triển khai những trách nhiệm chính sau : 1. Phát xung tinh chỉnh và điều khiển ( xung để mở van ) đến những van lực theo đúng pha và vớigóc tinh chỉnh và điều khiển α thiết yếu. 2. Đảm bảo khoanh vùng phạm vi kiểm soát và điều chỉnh góc tinh chỉnh và điều khiển αmin ÷ αmax tương ứng với phạm vithay đổi điện áp ra tải của mạch lực. 3. Cho phép bộ chỉnh lưu thao tác thông thường với những chính sách khác nhau do tải yêucầu như chính sách khởi động, chính sách nghịch lưu, những chính sách dòng điện liên tục hay giánđoạn, chính sách hãm hay hòn đảo chiều điện áp v.v... 4. Có độ đối xứng xung tinh chỉnh và điều khiển tốt, không vượt quá 1 ÷ 3 độ điện, tức là gócđiều khiển với mọi van không được lệch quá giá trị trên. 5. Đảm bảo mạch hoạt động giải trí không thay đổi và an toàn và đáng tin cậy khi lưới điện xoay chiều xê dịch cảvề giá trị điện áp và tần số. CEA TĐH-NĐV1. 0/2015 236. Có năng lực chống nhiễu công nghiệp tốt. 7. Độ ảnh hưởng tác động của mạch tinh chỉnh và điều khiển nhanh, dưới 1 ms8. Thực hiện những nhu yếu về bảo vệ bộ chỉnh lưu từ phía tinh chỉnh và điều khiển nếu cần nhưngắt xung tinh chỉnh và điều khiển khi sự cố, thông tin những hiện tượng kỳ lạ không thông thường của lưới vàbản thân bộ chỉnh lưu v.v... 9. Đảm bảo xung điều khiểnphát tới những van lực tương thích để mởchắc chắn van, có nghĩa là phải thoảmãn những nhu yếu : + Đủ công suất ( về điện áp vàdòng điện điều khiển và tinh chỉnh Uđk, Iđk ). + Có sườn xung dốc đứng để mởvan đúng mực vào thời gian lao lý, thường vận tốc tăng áp tinh chỉnh và điều khiển phảiđạt 10V / µs, vận tốc tăng điều khiển0, 1A / µs. Hình 1.12. Các dạng xung điều khiển và tinh chỉnh đểkích mở van thyristor + Độ rộng xung tinh chỉnh và điều khiển đủ cho dòng qua van kịp vượt trị số dòng điện duy trìIdt của nó, để khi ngắt xung van vẫn giữ được trạng thái dẫn. Thực tế độ rộng xung điềukhiển cần cỡ trên 500 µs là bảo vệ mở van với những dạng tải. + Có dạng tương thích với sơ đồ chỉnh lưu và đặc thù tải. Có bốn dạng xung điềukhiển phổ cập là xung đơn, xung kép, xung rộng và xung chùm ( hình 1.12 ). 1.5. ĐẶC TÍNH ĐIỀU KHIỂN CỦA THYRISTOR1. 5.1. Đặc điểm vùng điều khiển và tinh chỉnh GK của ThyristorVùng giữa cực G ( gate ) và cực K ( katot ) là miền điều khiển và tinh chỉnh mở thyristor : hình1. 13 a là cấu trúc bán dẫn và hình 1.13 b là ký hiệu. Quá trình trong van chia thành ba giaiđoạn. Đặc điểm khi thyristor đang khóaKhi thyristor chưa dẫn dòng điện ( Ia = 0 ), miền điều khiển và tinh chỉnh GK có thế sửa chữa thay thế bằngsơ đồ hình 1.30 c và có đặc tính dạng parabol ( đường 1, hình 1.30 d ). Trong đó Rg đặctrưng cho điện trở dọc theo lớp bán dẫn p2, Rs đặc trưng cho điện trở xuyên ngẫu nhiêngiữa GK ( gọi là hiệu ứng shunt emiter ), trị số Rg, Rs nhờ vào đơn cử vào từng loạiCEA TĐH-NĐV1. 0/2015 24
