Tài liệu hướng dẫn thiết bị điện tử công suất-Phần 4 pot

Tuy nhiên việc điều khiển hai Tiristo song song ngược đôi khi có chất lượng điều khiển không tốt lắm, đặc biệt là khi cần điều khiển đối xứng điện áp, nhất là khi cung cấp cho tải, mà tả

9.6 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU ÁP XOAY CHIỀU

9.6.1 Trình tự thiết kế

Khi thiết kế một bộ điều áp xoay chiều nên tiến hành theo trình tự sau:

1 Phân tích chế độ làm việc của tải, tìm hiểu các căn cứ thiết kế

Các yếu tố sau có ảnh hưởng nhiều nhất tới việc thiết kế một bộ điều

áp xoay chiều Khi thiết kế cần xét:

- Đặc điểm của tải :

+Công suất tải

+Điện áp và dòng điện bằng hay khác điện áp nguồn lưới

+Chế độ làm việc: dài hạn, ngắn hạn hay ngắn hạn lặp lại

+Dải điều khiển công suất

- Trình độ và khả năng người thiết kế, vận hành

Việc thiết kế một bộ điều áp xoay chiều một pha và ba pha có một số đặc điểm, cách làm hơi khác nhau, vì vậy cần phân biệt rõ hai loại điều áp này

Tuy nhiên điều chỉnh kinh điển này hiện nay ít được dùng, do hiệu suất thấp (nếu Zf là điện trở ) hay cosϕ thấp (nếu Zf là điện cảm ) Người ta có thể dùng biến áp tự ngẫu để điều chỉnh điện áp xoay chiều U2 như trên hình 9.26

b Điều chỉnh bằng biến áp tự ngẫu có ưu điểm là có thể điều chỉnh điện áp

U2 từ 0 đến trị số bất kỳ, lớn hay nhỏ hơn điện áp vào Nếu cần điện áp ra có điều chỉnh, mà vùng điều chỉnh có thể lớn hơn điện áp vào, thì phương án phải dùng biến áp là tất yếu Tuy nhiên sử dụng biến áp tự ngẫu để điều chỉnh khó thực hiện khi dòng tải lớn, đặc biệt là không điều chỉnh liên tục được, do chổi than khó chế tạo để có thể chỉ tiếp xúc trên một vòng dây của biến áp

Hai giải pháp điều áp xoay chiều trên hình 9.26 a,b có chung ưu điểm

là điện áp hình sin, đơn giản Có chung nhược điểm là quán tính điều chỉnh chậm và không điều chỉnh liên tục khi dòng tải lớn Sử dụng sơ đồ bán dẫn

để điều chỉnh xoay chiều, có thể khắc phục được những nhược điểm vừa nêu

Các sơ đồ bán dẫn điều áp xoay chiều trên hình 9.1 được sử dụng Lựa chọn sơ đồ nào trong các sơ đồ trên tuỳ thuộc dòng điện, điện áp tải và khả năng cung cấp các linh kiện bán dẫn Có một số gợi ý khi lựa chọn các sơ đồ hình 9.1 như sau:

Hình 9.26 Các phương án điều áp một pha

Tuy nhiên việc điều khiển hai Tiristo song song ngược đôi khi có chất lượng điều khiển không tốt lắm, đặc biệt là khi cần điều khiển đối xứng điện

áp, nhất là khi cung cấp cho tải, mà tải đòi hỏi thành phần điện áp đối xứng, chẳng hạn như biến áp hay động cơ xoay chiều Khả năng mất đối xứng điện

áp khi điều khiển là do linh kiện mạch điều khiển Tiristo gây nên sai số Điện áp tải thu được gây mất đối xứng như so sánh trên hình 9.27

Hình 9.27 Hình dạng đường cong điện áp điều khiển

a-Mong muốn b-Không mong muốn

Điện áp và dòng điện không đối xứng như hình 9.27.b cung cấp cho tải,

sẽ làm cho tải có thành phần dòng điện một chiều, các cuộn dây bị bão hoà, phát nóng và bị cháy Vì vậy việc định kỳ kiểm tra, hiệu chỉnh lại mạch là việc nên thường xuyên làm đối với sơ đồ mạch này Tuy vậy đối với dòng điện tải lớn thì đây là sơ đồ tối ưu hơn cả cho việc lựa chọn

Để khắc phục nhược điểm vừa nêu về việc ghép hai Tiristo song song ngược, Triac ra đời và có thể mắc theo sơ đồ hình 9.1.b Sơ đồ này có ưu điểm là, các đường cong điện áp ra gần như mong muốn như hình 9.27.a, nó còn có ưu điểm hơn về việc lắp ráp Ở đây chỉ có một van bán dẫn Sơ đồ

Một 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 ít 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

Hình 9.28 Điêù áp xoay chiều với điện áp

tải lớn hơn điện áp nguồn cấp

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

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

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 để 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 α=0, lúc này tải có dòng điện hình sin chạy qua Dòng điện tải có thể được tính :

ITải=

ϕ

cos

U P

T

T X R

U

+

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

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, chúng 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 ít 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

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 chúng ta có các xung điều khiển Xđk liên tiếp ở mỗi nửa chu kỳ

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 chúng 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

Hình 9.31 Nguyên lý điều khiển điều áp xoay chiều

t UA

UB

UC

t

t U1

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 VR1hình 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 γ của UB, phần dương UB tích phân qua A2 thành điện áp tựa

Trong vùng γ làm mất xung điều khiển, do không có điện áp tựa Theo nguyên tắc này càng giảm nhỏ góc γ càng tốt, mà góc γ do U1 quyết

định Vì vậy có thể giảm U1 để có góc γ một vài độ, sai số một vài độ là hoàn toàn cho phép

-Hình 9.32 Sơ đồ đồng pha tạo điện áp tựa liên tiếp hai nửa chu kỳ

γ

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

Hình 9.33 Nguyên lý tạo điện áp tựa trong điều áp

xoay chiều

A1+ - B

K§X T

T1

c T2

M§K

b T2

2

K§X

T1M§K

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

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

Hình 9.35 Các phương án điều khiển cặp tiristo mắc song song

ngược

a, hai mạch điều khiển độc lập; b,- một biến áp xung hai cuộn

dây thứ cấp; c – chung lệnh mở van, khác nhau khuếch đại

13Mạch 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

Hình 9.36 Sơ đồ nguyên lý điều khiển điều áp xoay chiều với hai

Tiristo song song ngược

A1+ - B

15 Hình 9.37 Đường cong các khâu cơ bản của sơ đồ hình 9.36

UV2

t t t t t t

t t

t U1

Ura

t

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 α1,α2 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

Một 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

Hình 9.38-Sơ đồ đường cong dòng điện và điện áp xoay chiều khi

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 π cho đến ϕ1, nếu có phát xung điều khiển T2, thì T2 không dẫn Như vậy khi có tải là điện cảm, góc mở nhỏ nhất αmin của các Tiristo phải lớn hơn hoặc bằng góc trễ ϕ lớn nhất (αmin lớn hơn hoặc bằng ϕmax)

Với tải điện cảm, như biến áp hay động cơ thì góc ϕ thay đổi theo tải, làm cho việc giới hạn góc αmin 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

Hình 9.39 Sự xuất hiện dòng điện tại các góc

mở khác nhau khi tải điện cảm

Để giải quyết bài toán về sự thay đổi góc ϕ 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

Hình 9.40 Phương án cấp xung khi điều áp xoay chiều với tải

điện cảm lớn

a - cấp xung liên tục b - cấp xung gián đoạn

U Tai

CX

Xdk

UX

CX

Xdk

t

t

tt

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

Hình 9.41 Nguyên lý tạo chùm xung điều khiển

a) Sơ đồ; b) các đường cong

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)

Hình 9.42 Sai số có thể gặp khi điều khiển bằng chùm xung a) lệnh mở và chùm xung đúng thời điểm; b) lệnh mở và chùm xung không cùng thời điểm

a b

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

Hình 9.43 Điều khiển điều áp xoay chiều khi tải điện cảm bằng chùm

xung a) Van động lực là triac; b) Van động lực là Tiristo

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

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 cosϕ=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

A1+ - B

Hình 9.46: Sơ đồ điều áp xoay chiều ba pha bằng cặp Tiristo

mắc song song ngược

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

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 ít 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

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

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 chúng 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 ΔP 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 ΔP 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 ΔP 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:

ΔP = IHD ΔU

Thông số ΔP này có ảnh hưởng rất lớn tới diện tích 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 α=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 cosϕ, hiệu suất η

Dòng điện hiệu dụng chạy qua van bán dẫn khi tải đấu Y (Hình 9.46

b, 9.47 b)

ϕη cos

3 f

dm HD

U

P

I =

Trong đó: Uf là điện áp pha

Khi tải đấu tam giác:

ϕη cos

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

I vlv I HD

2

1

=

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:

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, chúng ta có một hệ số KI đủ lớn, bản thân KI này nói lên rằng chúng