+ Các yêu cầu đối với dây quấn bao gồm:- Sinh ra được một sức điện động cần thiết có thể cho một dòng điện nhấtđịnh chạy qua mà không bị nóng quá, một nhiết độ nhất định để sinh ramoment
TỔNG QUAN ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ
Cấu tạo
Giống như các loại máy điện khác động cơ không đồng bộ 3 pha gồm các bộ phận chính sau:
+ Phần tĩnh hay còn gọi là Stato.
+ Phần quay hay còn gọi là Rotor.
Hình 1.1 Động cơ không đồng bộ ba pha a Phần tĩnh (stator)
Trên stator có vỏ máy, lõi thép, dây quấn b Vỏ máy:
Vỏ máy có tác dụng cố định lõi thép và dây quấn Thường vỏ máy làm bằng gang Đối với công suất lớn (1000kw) thường dùng thép tấm hàn lại thành vỏ máy, tùy theo cách làm nguội, máy và vỏ máy cũng có hình dạng khác nhau. c Lõi thép
Lõi thép là phần tử dẫn từ vì từ trường đi qua lõi thép là từ trường quay nên để giảm bớt tổn hao, lõi thép được làm bằng những lá thép kĩ thuật điện dày 0,5mm ép lại Khi đường kính ngoài của lõi thép nhỏ hơn 990mm thì dùng cả tấm thép ép tròn lại Khi đường kính ngoài lớn hơn trị số trên thì dùng tấm thép hình rẻ quạt (hình 1.2) ghép lại thành khối tròn.
Hình 1.2 Tấm thép hình rẻ quạt d Dây quấn
Dây quấn stator và phần ứng là những bộ phận quan trọng nhất của động cơ, được đặt trong các rãnh của lõi thép và cách điện tốt với lõi Dây quấn stator tạo nên các vòng kín tham gia trực tiếp vào quá trình biến đổi năng lượng điện thành cơ năng, quyết định hiệu suất của động cơ Chiếm tỷ lệ cao trong giá thành máy, dây quấn cũng đóng vai trò quan trọng về mặt kinh tế.
+ Các yêu cầu đối với dây quấn bao gồm:
- Sinh ra được một sức điện động cần thiết có thể cho một dòng điện nhất định chạy qua mà không bị nóng quá, một nhiết độ nhất định để sinh ra moment cần thiết đồng thời đảm bảo đổi chiều tốt.
- Triệt để tiết kiệm vật liệu, kết cấu đơn giản làm việc chắc chắn an toàn
- Dây quấn phần ứng có thể phân ra làm các loại chủ yếu sau:
+ Dây quấn xếp đơn và dây quấn xếp phức tạp.
+ Dây quấn song đơn và dây quấn song phức tạp.
Trong một số máy máy cỡ lớn còn dùng dây quấn hỗn hợp đó là sự kết hợp giữa hai dâu quấn xếp và song. e Lõi thép
Lá thép kĩ thuật điện được sử dụng rộng rãi trong các máy điện, đặc biệt là lõi thép của stato, được ép trực tiếp lên trục máy hoặc rôto Về mặt cấu tạo, lá thép có thể được tạo rãnh ở mặt ngoài để chứa dây quấn.
Phân loại làm hai loại chính rotor kiểu dây quấn và rotor kiểu lồng xóc: Loại rotor kiểu dây quấn: rotor kiểu dây quấn (hình 1.3) cũng giống như dây quấn ba pha stator và có cùng số cực từ dây quấn stator Dây quấn kiểu này luôn đấu hình sao (Y) và có ba đấu ra đấu vào ba vành trượt gắn vào trục quay rotor và cách điện với trục Ba chổi than cố định và luôn tỳ trên vành trượt này để dẫn điện và một biến trở cũng nối sao nằm ngoài động cơ để khởi động hoặc điều chỉnh tốc độ
Hình 1.3 Rotor kiểu quấn dâyRotor kiểu lồng sóc (hình 1.4): Gồm các thanh đồng hoặc thanh nhôm đặt trong rãnh và bị ngắn mạch bởi hai vành ngắn mạch ở hai đấu Với động cơ nhỏ, dây quấn rotor được đúc nguyên khối gồm thanh dẫn , vành ngắn mạch, cánh tản nhiệt và cánh quạt làm mát Các động cơ công suất trên 100kw thanh dẫn làm bằng đồng được đặt vào các rãnh rotor và gắn chặt vành ngắn mạch.
Hình 1.4 Rotor kiểu lồng sóc g Khe hở
Vì rotor là một khối tròn nên khe hở đều, khe hở trong máy điện không đồng bộ rất nhỏ (từ 0,2mm đến 1mm trong máy điện cở nhỏ và vừa) để hạn chế dòng điện từ hóa lấy từ lưới vào, và như vậy có thể làm cho hệ số công suất của máy tăng cao.
1.1.2 Tổng quan nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ xoay chiều ba pha:
Khi ta cho dòng điện ba pha tần số f vào ba dây quấn stator, sẽ tạo ra từ trường quay p đôi cực, quay với tốc độ là n Từ trường quay cắt các thanh dẫn của dây quấn rotor, cảm ứng các sức điện động Vì dây quấn rotor nối ngắn mạch, nên sức điện động cảm ứng sẽ sinh ra dòng điện trong các thanh dẫn rotor Lực tác dụng tương hỗ giữa các từ trường quay của máy với thanh dẫn mang dòng điện rotor, kéo rotor quay cùng chiều quay từ trường với tốc độ n.
Hình 1.4 Quá trình tạo momen của máy điện không đồng bộ
-Sự hình thành của từ trường quay
Xét động cơ điện đơn giản đặt vào dây quấn ba pha đối xứng AX, BY,
CZ Trục của các dây quấn ba pha lệch nhau trong không gian 12 0 0 điện. Giả thiết rằng trong ba dây quấn có hệ thống dòng điện ba pha đối xứng thứ tự thuận chạy qua: i A =I m sin ωti B =I m sin( ¿ωt+120 0 )¿ i C =I m sin(¿ωt+24 0 0 )¿ (1.1)
Từ cảm riêng rẽ do dòng điện iA, iB, iC tạo ra lần lượt theo các trục pha A, B, C theo quy tắc nắm tay phải Độ lớn của từ cảm tỉ lệ với giá trị của dòng điện tương ứng Từ cảm tổng hợp của cả ba dòng điện này là tổng vectơ các thành phần từ cảm riêng rẽ.
Xét B ở các thời điểm khác nhau:
- Xét tại thời điểm ωt=9 0 0 Ở thời điểm này, dòng điện pha A là cực đại và mang giá trị dương, nên
B A là lớn nhất và hướng theo chiều dương của trục phaA (B A =B m ) Dòng điện ở pha B và C đều âm (i B =i C = −I m
2 ) nên B B và B C hướng theo chiều âm của trục pha B và C, đồng thời có độ dài bằng B m
2 Từ cảm tổng B sẽ hướng theo chiều dương trục của pha A.
Lúc này là thời điểm sau thời gian đã xét ở trên 1 3 chu kỳ Lúc này dòng điện trên pha B là cực đại và dương, các dòng điện ở pha A và C làm âm. Tương tự như trên ta thấy B B =B m và i A =i C = −I m
2 Từ cảm tổng B sẽ hướng theo chiều dương trục của pha B và lệch 1 góc so với thời điểm trước là 12 0 0
Lúc này là thời điểm sau thời gian đã xét là 2 3 chu kỳ Lúc này dòng điện trên pha C là lớn nhất và mang giá trị dương, dòng trên pha A và B là âm.Tương tự ta có B C =B m và i A =i B = −I m
2 Từ cảm tổng Bsẽ hướng theo chiều dương trục của pha C và lệch 1 góc so với thời điểm ban đầu xét là 24 0 0
Hình 1.5 Đồ thị dòng điện ba pha đối xứng chạy trong ba dây quấn
Hình 1.6 Từ trường quay của dây quấn 3 pha
Từ trường tổng của hệ thống dòng điện hình sin ba pha đối xứng chạy qua dây quấn ba pha sẽ chuyển động quay tròn Tốc độ quay của từ trường phụ thuộc trực tiếp vào tần số của dòng điện stator (f) và số đôi cực (p) của máy.
Chiều quay của từ trường phụ thuộc vào thứ tự pha của dòng điện, Muốn đổi chiều ta cần thay đổi thứ tự hai pha cho nhau.
Từ trường quay sinh ra từ thông xuyên qua mỗi dây quấn Xét từ thông của từ trường xuyên qua dây quấn AX ta thấy dây quấn pha B và C cách dây quấn pha A lần lượt là 12 0 0 và 24 0 Tổng hợp từ thông theo quy tắc hình bình hành ta có: B= B A +B B +B C
Hệ thống dòng điện ba pha đối xứng nên:
2 B A Khi dòng i A = sin ω i max nên từ thông tại pha A sẽ là
Từ thông của từ trường xuyên qua các dây quấn biến thiên hình sin và có biên độ bằng 3 2 từ thông cực đại một pha.
Tổng quan nguyên lí
là đường thẳng và phương trình M= 2 M th s th s khi đó độ cứng được xác định theo phương trình β= −1 ω
BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỀU ÁP XOAY CHIỀU BA PHA
Sơ đồ mạch lực
1.2.1.1 Mạch lực Điều áp xoay chiều (ĐAXC) ba pha cho phép ứng dụng cho phụ tải đến hàng trăm kW Sơ đồ mạch lực
Hình 1.19 Một số sơ đồ điều áp xoay chiều ba pha
Một điểm cần chú ý chung cho tất cả các bộ ĐAXC là khi điều chỉnh với góc điều khiển lớn hơn 0 thì dòng điện tải luôn ở chế độ gián đoạn, tức là o luôn có những khoảng mà dòng tải bằng không
Tham số a (tải sao) b (tải sao) c (tải sao) d e f
U vanmax /U phamax 1,5 1,5 1,73 1,73 1,73 1,73 α max (độ điện) 150 150 210 180 210 180
Bảng 1.20 Các tham số tính toán cho ĐAXC ba pha
Sơ đồ hình 1.19a sử dụng ba van bán dẫn TRIAC, một tính năng nổi bật của sơ đồ này là số lượng van ít nhưng vẫn có khả năng điều chỉnh điện áp ra ở tải đối xứng các pha, ngoài ra trong một pha cũng đối xứng điện áp ra giữa hai nửa chu kỳ.
Sơ đồ hình 1.19b dùng cách đấu hai thyristor tương đương với một TRIAC, loại này rất thông dụng trong thực tế và có tên là sơ đồ sáu thyristor đấu song song ngược
Hai sơ đồ này đôi khi được sử dụng chỉ để đóng/ngắt nguồn ra tải, mà không điều chỉnh điện áp, và được gọi là bộ công – tắc – tơ điện tử
Các sơ đồ hình 1.19 a, b, c ứng dụng cho tải đấu sao hoặc tam giác đều được Mạch điều khiển các sơ đồ này đều đồng bộ theo điện áp pha của nguồn
Sơ đồ hình 1.19d, e dùng van ở vị trí dây trung tính, nhưng van đấu kiểu tam giác
Theo bảng 1.19 ta thấy phạm vi góc điều khiển các sơ đồ là khác nhau, góc điều khiển nhỏ nhất của các sơ đồ là như nhau, nhưng góc điều khiển lớn nhất không giống nhau, nên cần chú ý khi thiết kế mạch điều khiển cho phù hợp (thể hiện ở khâu đồng pha và tạo điện áp răng cưa)
Xét tải thuần trở đấu sao như hình 1.19a và đồ thị điện áp trong các trường hợp góc điều khiển khác nhau Như vậy khi điều chỉnh điện áp càng sâu, tương ứng góc điều khiển càng lớn, thì dạng điện áp ra sẽ càng méo nhiều hơn
Khi tải có tính cảm kháng, hoạt động của sơ đồ bị ảnh hưởng mạnh bởi góc φ của tải, tức là cả phạm vi điều chỉnh và dạng điện áp ra đều không còn như trường hợp tải thuần trở Hình 1.20 minh họa cho các loại tải khác nhau, với các góc điều khiển khác nhau, ta thấy với tải RL dạng dòng điện sẽ không bị đột biến theo điện áp như tải thuần trở, vì vậy dạng điện áp ít méo hơn dạng điện áp a) Sơ đồ mạch lực b) Góc điều khiển 0 < α < 60 o o c) 60 o < α < 90 d) 90 < α < 150 o o o
Hình 1.20 Sơ đồ điều áp xoay chiều sáu thyristor đấu song song – tải thuần trở đấu sao a) Góc điều khiển 45 tải R b) Góc điều khiển 90 tải R o o c) Góc điều khiển 45 tải RL d) Góc điều khiển 90 tải RL o o e) Dạng dòng điện trường hợp hình c f) Dạng dòng điện trường hợp Hình 1.21 Giản đồ điện áp điều áp xoay chiều trong các loại tải khác nhau
Phương pháp điều khiển pha ngang và pha dọc
Công suất ra tải của lò được tính theo công thức:
Như vậy, để thay đổi công suất đưa ra tải, ta có thể thay đổi hoặc Tuy nhiên, trong thực tế, người ta thường chọn cách thay đổi để có thể thay đổi công suất ra tải
Khi có sẵn một nguồn điện xoay chiều, để có thể thay đổi điện áp ra tải ta có thể dùng bộ điều chỉnh điện áp xoay chiều (ĐAXC) dùng van bán dẫn Việc điều chỉnh điện áp ra tải dựa theo nguyên tắc tương tự như ở các bộ chỉnh lưu tức là thay đổi điểm mở van so với điểm qua 0 của điện áp nguồn, vì vậy còn gọi là phương pháp điều khiển pha (thay đổi góc mở van). a Phương pháp điều khiển ngang
Hình 1.22 là sơ đồ cấu trúc và đồ thị minh họa Khâu đồng bộ ĐB thường tạo ra điện áp hình sin có góc lệch pha cố định so với điện áp lực Khâu dịch pha DF có nhiệm vụ thay đổi góc pha của điện áp ra dưới dạng tác động của điện áp điều khiểnUđk Xung điều khiển được tạo thành ở khâu tạo xung TX vào thời điểm khi điện áp dịch pha Uđf qua điểm 0 Xung này nhờ khâu khuếch đại xung được tăng đủ công suất được gửi tới cực điều khiển của van Như vậy góc điều khiển α hay thời điểm phát xung mở van thay đổi được nhờ sự tác động của Uđk làm điện áp Udf di chuyển theo chiều ngang của trục thời gian.
Hình 1.22 Đồ thị minh họa và sơ đồ cấu trúc b Phương pháp điều khiển dọc
Sơ đồ cấu trúc và đồ thị minh họa như trên hình 1.23 Ở đây Utựa tạo ra điện áp dạng cố định (thường có dạng răng cưa, đôi khi có dạng dạng SIN) theo chu kỳ do nhịp đồng bộ của Uđb. Khâu so sánh SS xác định điểm cân bằng của hai điện áp Utựa và Uđk để phát động khâu tạo xung TX Như vậy trong nguyên tắc này thời điểm phát xung mở van hay góc điều khiển thay đổi do sự thay đổi trị số của Uđk, trên đồ thị đó là sự di chuyển theo chiều dọc của trục biên độ
Hình 1.23 Đồ thị minh họa và sơ đồ cấu trúc
TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MẠCH LỰC 2.1 Tính toán, thiết kế mạch lực
Tính toán, thiết kế sơ đồ mạch lực
Hình 2.1 Sơ đồ điều áp xoay chiều ba pha bằng cặp thyristor mắc song song ngược Ở phần thiết kế bộ điều chỉnh điện áp xoay chiều 3 pha này em chọn sơ đồ hình 2.1(a) làm sơ đồ thiết kế.
Tính toán, lựa chọn các phần tử mạch lực
- Theo cách đấu của mạch lực này thì (6 thyristor đấu song song – ngược), tra theo bảng các tham số tính toán cho ĐAXC 3 pha ta có:
Suy ra giá trị dòng mà van thyristor với trị số dòng điện cỡ:
(chọn thông số =1,6 là hệ số dự trữ dòng) b Tính toán, lựa chọn các phần tử mạch lực
+ Điều kiện làm mát cho van:
Quan thực nghiệm cho ta thấy: Ở điều kiện làm mát tự nhiên, van làm việc tốt với 25% dòng điện định mức. Ở điều kiện làm mát cưỡng bức, van làm việ với 30% - 60% dòng điện định mức.
Ta chọn điều kiện làm mát tự nhiên để van có thể làm việc tốt với 25% dòng điện định mức.
Chọn hệ số dự trữ điện áp cho van: chọn
Theo điều kiện và , tra theo bảng 2.2.2 (Trang 437-Tài liệu hướng dẫn thiết kế ĐTCS), ta có thể chọn van T86N là loại của Tây Âu có dãy điện áp trong khoảng 1200V đến 1800V và các tham số khác là:
I = 86A tb di dt = 150 (A/ s) du dt = 1000(V/ s)
Vì van được mắc nối tiếp vào lưới điện mà không qua biến áp do đó cần phải có cuộn cảm để bảo vệ cho van trong trường hợp quá dòng Tốc độ di/dt sẽ lớn nhất khi dòng qua van là cao nhất Giả sử điện áp lưới không ổn định mà dao động trong khoảng 5%, vậy Uv max lúc này sẽ tương đương:
Xét quá trình quá độ trong mạch:
Tốc độ tăng dòng lớn nhất khi
Chọn cuộn kháng L có trị số sao cho
- Gồm các phần tử là Rvà C tạo thành mạch RC mắc song song với van Thông số các phần tử này được tính như sau:
- Do loại van này có du/dt = 1000 (V/μs), nhưng van làm việc ở điều kiện không phải lí tưởng, vì vậy ta chỉ cần chọn thông số du/dt cho van = 200(V/μs) Ta có:
- Tổn thất trên R khi các van ở trạng thái khóa:
- Tổn thất trên R khi van mở:
- Tổn thất khi van khóa lại:
Công suất phát nhiệt với khoảng dẫn các van là 10ms, do đó công suất trên R do các van mở - khóa là:
Do công suất phát nhiệt trên van lớn nhất không thể vượt quá tổng 2 công suất vừa tính:
Chọn điện trở có công suất từ 3W đến 5W.
Vậy giá trị các phần tử mạch bảo vệ van là:
L=3 H C=0,25 F R /3W c Bảo vệ các linh kiện bán dẫn
Cũng như các thiết bị bán dẫn khác, ở đây bảo vệ van bán dẫn cũng cần có cácloại bảo vệ Các loại bảo vệ thông dụng, bao gồm bảo vệ ngắn mạch bằng Aptomat AT, dòng điện định mức của Aptomat được chọn bằng (1,1 - 1,3) lần dòng điện định mức của tải, dòng điện ngắn mạch của Aptomát được chỉnh lớn hơn dòng điện quá độ của tải I nhưng nhỏ hơn dòng điện xungQĐ của van bán dẫn
HÌnh 2.2 Mạch động lực và các thiết bị bảo vệ của điều áp xoay chiều 3 pha
Bảo vệ xung điện áp từ lưới bằng mạch R1C1
Bảo vệ xung điện áp do chuyển van R2C2 cũng có thể được chọn gần đúng:
Mô phỏng mạch lực
Để mô phỏng mạch lực ta sử dụng phần mềm Psim để mô phỏng mạch
- Giới thiệu phần mềm Psim:
Psim là phần mềm chuyên về mô phỏng mạch kỹ thuật điện và các công cụ cho việc nghiêm cứu và phát triển các sản phẩm liên quan đến nguồn cung cấp, truyền động điện và các hệ thống chuyển đổi và điều khiển năng lượng Chương trình thiết kế mạch của Psim là 1 chương trình có tính tương tác cao giữa giao diện của các thư mục và phần mềm soạn thảo mạch điện với người sử dụng Các phần tử được chia thành bốn nhóm: phần tử linh kiện công suất (Power)
Phần tử mạch điều khiển (Control), phần tử nguồn (Sources) và các phần tử khác (Other)
Psim bao gồm có ba chương trình tương tác lẫn nhau:
• Psim Schematic: chương trình dùng để vẽ, thiết kế mạch điện
• Psim Simulator: chương trình mô phỏng
• Psim View: chương trình hiển thị kết quả mô phỏng mạch thiết kế
Hình 2.3 Giao diện phần mềm Psim
2.2.1 Xây dựng mô hình mô phỏng
Hình 2.4 Sơ đồ mạch động lực
Hình 2.5 Sơ đồ mạch điều khiển
Hình 2.6 Đồ thị biểu diễn các pha và điện áp trên tải với α = 30°
Hình 2.7 Đồ thị biểu diễn các pha và điện áp trên tải với α = 60°
Đặt bài toán
Xây dựng bộ điều khiển cho bộ biến đổi điều áp xoay chiều ba pha điều khiển tốc độ động cơ xoay chiều ba pha
Thông số động cơ ba pha:
-Điện áp định mức 80VAC
-Tốc độ định mức 00 (vòng /phút)
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN
Tính toán, thiết kế mạch điều khiển
3.1.1 Tính toán, lựa chọn mạch điều khiển
Yêu cầu chung của mạch điều khiển
- Phát xung điều khiển các van lực theo đúng thứ tự pha và theo đúng góc điều khiển cần thiết.𝛼
- Đảm bảo phạm vi điều khiển 𝛼𝑚𝑖𝑛 ÷ 𝛼𝑚𝑎𝑥 tương ứng với phạm vi thay đổi điện áp ra tải của mạch lực
- Cho phép bộ điều khiển làm việc bình thường với các chế độ khác nhau do tải yêu cầu.
- Góc điều khiển mọi van không được lệch quá (1-3) độ điện.
- 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.
- Có khả năng chống nhiễu công nghiệp tốt.
- Độ tác động của mạch điều khiển nhanh dưới 1ms.
- Đảm bảo xung điều khiển phát tới các van phù hợp để mở chắc chắn van.
Về nguyên tắc ta có 2 nguyên tắc điều khiển
- Nguyên tắc điều khiển ngang khâu đồng bộ (ĐB) thường tạo ra điện áp hình sin có góc lệch pha cố định so với điện áp lực Khâu dịch pha (DF) có nhiệm vụ thay đổi góc pha của điện ra dưới tác động của điện áp Uđk Xung điều khiển được tạo thành ở khâu tạo xung (TX) vào thời điểm khi điện áp dịch pha Udf qua điểm 0 Xung này nhờ khâu khuếch đại xung (KĐX) được tăng đủ công suất được gửi tới điểm cực điều khiển của van Như vậy gọc điều khiển hay thời điểm phát xung mở van thay đổi được nhờ sự tác động của 𝛼 Uđk làm điện áp Udf di chuyển theo chiều ngang của trục thời gian
Theo nguyên tắc điều khiển dọc ở khâu Urc, điện áp tựa tạo ra sẽ có dạng cố định, thường là răng cưa hoặc trong một số trường hợp là sóng sin Dạng điện áp này phụ thuộc vào chu kỳ đo nhịp đồng bộ của khâu Uđb, cho phép hệ thống duy trì hoạt động ổn định và chính xác.
Khâu so sánh SS đóng vai trò quan trọng trong quá trình tạo xung ở mạch điều khiển Nó xác định thời điểm phát xung mở van bằng cách so sánh hai điện áp Urc và Uđk Sự thay đổi của điện áp Uđk sẽ dẫn đến sự thay đổi vị trí trục biên độ của điện áp đầu ra, từ đó điều chỉnh góc điều khiển Nguyên tắc hoạt động này thường được sử dụng trong các mạch điều khiển thực tế.
Hình 3.1 Nguyên tắc điều khiển dọc
Hoạt động: Khâu ĐB thường tạo ra điện áp hình sin có góc lệch pha cố định so với điện áp lực Utựa tạo ra điện áp tựa có dạng cố định (thường có dạng răng cưa dôi khi có dạng hình sin) theo chu kỳ do nhịp đồng bộ của Uđb Khâu so sánh (SS) xác định điểm cân bằng của hai điện áp tựa Utựa và Uđk phát động khâu tạo xung DX Như vậy trong nguyên tắc này thời điểm phát xung mở valve hay góc điều khiển thay đổi do thay đổi trị số của Uđk. ã Khõu đồng bộ (hay đồng pha): Cú nhiệm vụ tạo ra điện ỏp tựa đồng bộ với điện áp lưới, cho phép xác định được góc điều khiển α. ã Khõu tạo diện ỏp tựa: Cú nhiệm vụ tạo ra điện ỏp tựa dạng thớch hợp sao cho trong mỗi nửa chu kì của điện áp cần chỉnh lưu đều có dạng điều áp ra theo quy luật giống nhau. ã Khõu so sỏnh: thực hiện nhiệm vụ so sỏnh điện ỏp tựa với điện ỏp điều khiển để phát động tạo xung có độ rộng thích hợp điều khiển tới van. ã Khõu tạo xung: Vỡ xung dương sau khối so sỏnh là một xung vuụng cú độ rộng kéo dài từ khi xuất hiện cho đến hết nửa cho kì đang xét của điện áp chỉnh lưu, xung này chưa thích hợp để mở thyristor Do vậy khâu tạo xung này có nhiệm vụ:
- Chế biến dạng xung ra thành xung thích hợ để mở vạn thyristor (dạng xung đơn hoặc xung chùm).
- Khếch đại đủ công suất để mở thyristor
- Chia xung cấp cho thyristor ã Khõu tạo dạng xung: Trong mạch điều khiển chỉnh lưu, điện ỏp tựa được tạo ra trong cả hai nửa chu kỳ bằng một mạch duy nhất Lúc này khâu so sánh sẽ xác định góc điều khiển cho cả hai van thuộc cùng một pha mạch lực: Một van làm việc nửa chu kì dương, một van ở chu kỳ âm của lưới điện xoay chiều Như vậy sao khâu tạo dạng xung (DX) ta nhận được hai xung điều khiển ở cả hai nửa chu kỳ này Tuy nhiên việc phát xung điều khiển cho van khi điện áp trên van âm là có thể được nhưng không mong muốn Để tránh điều này cần có thêm một khâu tách xung (còn gọi là phân phối xung), lúc đó van lực khi nhận xung điều khiển chỉ ở gia đoạn khi điện áp trên nó là dương. ã Khõu khuếch đại xung: Cú nhiệm vụ khuếch đại để đảm bảo về: độ lớn của xung, công suất xung điều khiển và cách ly mạch lực với mạch điều khiển Ở mạch ba pha không trung tính dòng điện chạy qua tải là dòng điện chạy qua giữa các pha với nhau Tại mỗi thời điểm phải có hai hoặc ba pha có van bán dẫn, không khi nào chỉ có một pha bán dấn cả Cấp xung điều khiển cho điều áp xoay chiều có thể cấp bằng xung đơn hoặc xung chùm Cấp xung điều khiển loại nào thì còn tùy thuộc vào chế độ làm việc của tải Thường hiện nay trong điều áp ba pha có hai cách điều khiển:
- Xung điều khiển cấp đơn nhưng phải đệm xung điều khiển.
- Xung điều khiển cấp bằng xung chùm.
3.1.2 Tính toán lựa chọn các phần tử trong mạch điều khiển a Khâu đồng pha
Tại phần đồng pha này, ta có thể sử dụng theo cách đơn giản là sử dụng biến áp đồng pha Có thể sử dụng 3 biến áp 1 pha cho mỗi pha Tuy nhiên vì trong mạch điều khiển còn có những khâu khác cũng cần đến biến áp nên thường chỉ sử dụng chung 1 biến áp có nhiều cuộn dây thứ cấp, mỗi cuộn dây thực hiện 1 chức năng riêng trong đó có cuộn dành cho việc lấy tín hiệu đồng pha. Khâu tạo điện áp đồng bộ cho bộ điều áp xoay chiều 3 pha để điều chỉnh 6 thyristor thường cần 1 hệ điện áp 6 pha làm điện áp đồng bộ Góc được lấy 𝛼 từ góc 0 Hệ điện áp pha này bao gồm 6 điện áp đồng bộ hình sin lệch nhau 1 góc 3 Do đó ta cần phải đấu cuộn sơ cấp của biến áp đồng pha với điện áp 𝜋 pha của nguồn lực ,điểm trung tính được nối với điểm 0 của mạch điều khiển Các điện áp lấy từ thứ cấp a, a’, b, b’, c, c’ Sau khi qua chỉnh lưu được dùng làm điện áp đồng pha của các pha A,B,C tương ứng. b Khâu đồng bộ hóa:
Khâu đồng bộ hóa có nhiệm vụ chuyển đổi điện áp lực có giá trị cao xuống giá trị thấp phù hợp với mạch điều khiến Cách ly hoàn toàn điện áp giữa mạch lực và mạch điều khiển, điều này đảm bảo an toàn cho người sử dụng.
Mạch đồng bộ có vai trò tạo ra điện áp đầu vào với hình dạng và tần số phù hợp cho mạch tạo xung răng cưa Dạng mạch đồng bộ phổ biến nhất là mạch đồng bộ hai nửa chu kỳ, sử dụng kết hợp giữa chỉnh lưu và khuếch đại thuật toán OA để tạo ra xung nhịp đồng bộ.
Hình 3.3 Mạch tạo xung nhịp đồng bộ kết hợp chỉnh lưu và OA
Mạch chỉnh lưu kiểu 2 nửa chu kỳ có điểm giữa (tia 2 pha) dùng diode D ,0
Dj và tải cho chỉnh lưu là điện trở R Điện áp 0 được đưa đến của (+) của bộ khuếch đại OA để so sánh với điện áp ngưỡng lấy từ biến trở Pj Do đó điện áp đồng bộ sẽ tuân theo quan hệ sau:
Do đó nếu thì u dương và bằng điện áp bão hòa OA:db ngược lại nếu thì Điểm giao của và U là điểm chuyển trạng thái của điện áp ra, nếung chiếu lên điện áp lực ta thấy hai điểm này xác định giới hạn của góc điều khiển do đó:
Nếu ta thay đối điện áp ngưỡng thì sẽ làm thay đối phạm vi điều chỉnh góc điều khiển. Điện áp lưới biến động cũng ảnh hưởng đến góc điều khiển.
Do kiểu sơ đồ đấu nối của van ta có góc điều khiển:
Nhóm chỉnh lưu D1, D2 có điện áp đặt vào là điện áp đồng pha với nên đặt lên diode là:
Chọn DI và D2 kà loại 1N4002 với tham số và
- Mạch so sánh tạo xung đồng bộ, chọn OA là loại TL082 là loại chứa hai vỏ trong cùng một IC do đó 1 vỏ còn lại sẽ dùng cho mạch tạo xung răng cưa.Chọn RI = 15K Để có phạm vi điều chỉnh góc điều khiển => góc điều khiển nhỏ nhất là: Điện áp ngưỡng:
Do có sụt áp trên diode chỉnh lưu nên Ung giảm đi khoảng 0,7V
Chọn dòng i qua phân áp Pl + R4 là ImA Nên tông trở của cả bộ phân áp là
Chọn R4 = 10K và Pl = 1OK, điều chỉnh Pl = 5K là điện trở tải của mạch chỉnh lưu, chọn c Khâu tạo điện áp răng cưa
Theo nguyên tắc điều khiển dọc, điện áp hình răng cưa được tạo ra bằng khối khuếch đại thuật toán OA Dạng răng cưa giúp khắc phục nhược điểm của dạng hình sin, ít bị ảnh hưởng bởi điện áp và tần số nguồn xoay chiều Do đó, góc điều khiển α và phạm vi điều chỉnh không bị ảnh hưởng nhiều bởi biến động của điện áp lưới.
Hình 3.4 Sơ đồ nguyên lý khâu tạo điện áp răng cưa
Hình 3.5 Đồ thị biểu diễn răng cưa Ở đây ta tạo điện áp răng cưa đi lên tuyến tính sử dụng bóng transistor T loại n-p-n đấu song song với tụ c để làm nhiệm vụ phóng cho tụ điện, kiểu này cho phép thời gian hồi phục điện áp răng cưa rất nhanh vì tụ được phóng ngắn mạch qua bóng bán dẫn bão hòa.
Khi làm transistor loại n-p-n dẫn nối ngắn mạch tụ c nên Như vậy bóng T thực hiện nhiệm vụ phóng điện cho tụ c.
Khi làm transistor T khóa lúc này tụ c cũng được nạp nhờ điện áp ra của OAI mà không trực tiếp từ nguồn E.
Chọn OA2 là vỏ dùng chung IC với OA 1 (đã giới thiệu tại phần trước) là IC loại TL082.
Do trong khi đó, tại mỗi V2 chu kỳ của điện áp lực ta phải tạo được 1 xung răng cưa.
Thời gian tụ C1 phóng điện chính tương ứng với góc điều khiển α, khi α = 150°, điện áp trên tụ được quy đổi thành thời gian bằng:
Chọn điện áp răng cưa lớn nhất và điện áp bão hòa
Chọn transistor ngược loại BC107
