Thiết kế và chế tạo được lò điện trở

Hiện nay, lò điện trở 3 pha đã và đang được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như: Ngành công nghiệp chế biến lương thực, thực phẩm; ngành công nghiệp sản xuất hàng tiêu dùng; ngành công nghiệp luyện kim; ngành cơ khí …vv.

LỜI MỞ ĐẦU

Hiện nay, lò điện trở 3 pha đã và đang được sử dụng rộng rãi trong cácngành công nghiệp như: Ngành công nghiệp chế biến lương thực, thực phẩm;ngành công nghiệp sản xuất hàng tiêu dùng; ngành công nghiệp luyện kim;ngành cơ khí …vv Nhưng phát triển mạnh nhất là trong ngành công nghiệpchế biến thực phẩm, bởi vì nó tạo ra được các sản phẩm có ích cho con người,cho xã hội và góp phần đáng kể cho nguồn hàng xuất khẩu của đất nước Tuy

lò điện trở có cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo, dễ sửa chữa, dễ sử dụng mà lại làmviệc tin cậy song nó cũng có những hạn chế nhất định như là phải khống chếđược nhiệt độ của lò điện trở nhất là các lò có công suất lớn tới vài chục, vàitrăm kilowat thì việc thiết kế thiết bị khống chế nhiệt độ theo yêu cầu rấtphức tạp và cồng kềnh, giá cả rất đắt Song ngày nay, với trình độ tiến bộkhoa học kỹ thuật người ta đã nghiên cứu, thiết kế và chế tạo được các loại lòđiện trở lớn nhỏ với công suất khác nhau, hiệu suất làm việc cao và đáp ứngđược yêu cầu công nghệ của các ngành công nghiệp Tuỳ theo yêu cầu côngnghệ của từng ngành sản xuất mà lò điện trở có những tính năng, tác dụng củayêu cầu của người sử dụng Chính vì những yêu cầu đó đòi hỏi lò điện trởphải có những tính năng điều chỉnh được nhiệt độ thích hợp với yêu cầu sảnxuất và sử dụng được tối đa hiệu suất của lò mà không làm hư hỏng lò hoặcnhìn chung khi điều chỉnh nhiệt độ của lò điện trở

Nhìn chung khi điều chỉnh nhiệt độ của lò điện trở cần tuân thủ các yêucầu cơ bản dưới đây:

- Điện áp cấp cho lò ấn định

- Tổn hao nhiệt nhỏ

- Hiệu suất làm việc cao

- Làm việc an toàn, dễ sử dụng, dễ điều khiển

- 1 -

- Đạt được yêu cầu công nghệ

- Thiết bị sử dụng đơn giản, gọn nhẹ, chắc chắn, rẻ tiền

- Dễ sửa chữa, thay thế

Tuy nhiên để thiết kế và chế tạo được lò điện trở với đầy đủ yêu cầutrên sẽ không rẻ tiền Vì vậy ta phải căn cứ vào yêu cầu của từng ngành sảnxuất để chọn công suất lò và thiết kế bộ điều chinhr nhiệt độ của lò điện trởthích hợp

- 2 -

CHƯƠNG 1 PHƯƠNG ÁN CHỌN MẠCH LỰC I.1 THYRISTOR – NGUYÊN LÝ CẤU TẠO VÀ HOẠT ĐỘNG.

Thyristor là phần tử bán dẫn cấu tạo từ bốn lớp bán dẫn p-n-p-n tạo ra

ba tiếp giáp p-n J1, J2, J3 Thyristor có ba cực: anot A, catot K, cực điều khiển

G như được biểu diễn trên hình 1

I.2 CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA THYRISTOR

Các thông số cơ bản là những thông số dựa vào đó ta có thể lựa chọnmột thyristor cho một ứng dụng cụ thể nào đó

1 Giá trị dòng trung bình cho phép chạy qua thyristor, I Vtrb

Đây là giá trị dòng trung bình cho phép chạy qua thyristor với điều kiệnnhiệt độ của cấu trúc tinh thể bán dẫn của thyristor không vượt quá một giá trịcho phép Trong thực tế dòng điện cho phép chạy qua thyristor còn phụ thuộcvào các điều kiện làm mát và nhiệt độ môi trường Thyristor có thể được gắnlên các bộ tản nhiệt tiêu chuẩn và làm mát tự nhiên Ngoài ra thyristor có thểtản được làm mát cưỡng bức nhờ quạt gió hoặc dùng nước để tải nhiệt lượngtoả ra nhanh hơn Nói chung có thể lựa chọn dòng điện theo các điều kiện làmmát như sau:

canot

- Làm mát cưỡng bức bằng quạt gió: Dòng sử dụng bằng 2/3 IVtrb

- Làm mát cưỡng bức bằng nước: Có thể sử dụng đến 100% dòng IVtrb

2 Điện áp ngược cho phép lớn nhất, U ngmax

Đây là giá trị điện áp ngược lớn nhất cho phép đặt lên thyristor Trongcác ứng dụng phải đảm bảo rằng tại bất kỳ thời điểm nào điện áp giữa anot –catot UAK luôn nhỏ hơn hoặc bằng Ungmax Ngoài ra phải đảm bảo một độ dựtrữ nhất định về điện áp, nghĩa là Ungmax phải được chọn ít nhất là bằng 1,2 –1,5 lần giá trị biên độ lớn nhất của điện áp trên sơ đồ

3 Thời gian phục hồi tính chất khoá của thyristor , t r (  s)

Đây là thời gian tối thiểu phải đặt điện áp âm lên giữa anot – catot củathyristor sau khi dòng anot – catot đã về bằng không trước khi lại có thể cóđiện áp UAK dương mà thyristor vẫn khoá tr là một thông số rất quan trọngcủa thyristor nhất là trong các bộ nghịch lưu phụ thuộc hoặc nghịch lưu độclập, trong đó phải luôn đảm bảo rằng thời gian dành cho quá trình khoá phảibằng 1,5 – 2 lần tr

4 Tốc độ tăng điện áp cho phép (V / s)

p n

i = C12(dU/dt)

H×nh 6

Lớp tiếp giáp J2 bị phân cực ngược lên độ dày của nó nở ra tạo ra vùngkhông gian nghèo điện tích, cản trở dòng điện chạy qua Vùng không gian này

có thể coi như một tụ điện có điện dụng CJ2 Khi có điện áp biến thiên với tốc

độ lớn dòng điện của tụ có thể có giá trị đáng kể, đóng vai trò như dòng điềukhiển Kết quả là thyristor có thể mở ra khi chưa có tín hiệu điều khiển vàocực điều khiển G

Tốc độ tăng điện áp là một thông số phân biệt thyristor tần số thấp vớicác thyristor tần số cao ở thyristor tần số thấp dU dt vào khoảng 50 – 200 V/

s, với các thyristor tần số cao dU dt có thể đạt đến 500 – 2000 V/s

5 Tốc độ tăng dòng cho phép dI dt (A/s)

Khi thyristor bắt đầu mở không phải mọi điểm trên tiết diện tinh thểbán dẫn của nó đều dẫn dòng điện đồng đều Dòng điện sẽ chạy qua bắt đầu ởmột số điểm, gần với cực điều khiển nhất, sau đó sẽ lan toả dần sang các điểmkhác trên toàn bộ tiết diện Nếu tốc độ tăng dòng quá lớn có thể dẫn đến mật

độ dòng điện ở các điểm dẫn ban đầu quá lớn, sự phát nhiệt cục bộ quá mãnhliệt có thể sẽ dẫn đến hỏng cục bộ, từ đó dẫn đến hỏng toàn bộ tiết diện tinhthể bán dẫn

Tốc độ tăng dòng cho phép cũng phân biệt ở thyristor tần số thấp có

dt

dI

khoảng 50 – 100 A/s với các thyristor có tần số cao dI dt khoảng 500 –

2000 A/s Trong các bộ biến đổi phải luôn luôn có biện pháp đảm bảo tốc độtăng dòng ở dưới giá trị cho phép Điều này đạt được nhờ mắc nối tiếp với cácphần tử bán dẫn những điện kháng nhỏ, lõi không khí hoặc đơn giản hơn làcác xuyến ferit lồng lên nhau Các xuyến ferit được dùng rất phổ biến vì cấutạo đơn giản, dễ thay đổi điện cảm bằng cách thay đổi số xuyến lồng lênthanh dẫn Xuyến ferit còn có tính chất của cuộn cảm bão hoà, khi dòng qua

- 5 -

thanh dẫn còn nhỏ điện kháng sẽ lớn để hạn chế tốc độ tăng dòng Khi dòng

đã lớn ferit bị bão hoà từ, điện cảm giảm gần như bằng không Vì vậy cuộnkháng kiểu này không gây sụt áp trong chế độ dòng định mức chạy qua dâydẫn

I.3 ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC PHẦN TỬ NỐI SONG SONG VỚI CỰC ĐIỀU KHIỂN.

1 ảnh hưởng của điện trở nối song song với cuặc điều khiển Điện trở này ảnhhưởng rất lớn đến Tiristo:

a Làm tăng giá trị dòng qua van Ia cần thiết để mở được và duy trì chovan dẫn vì điện trở này rẽ nhánh dòng qua va qua nó

b hạn chế ảnh hưởng của tốc độ tăng áp du/dt, nó sẽ dẫn bớt dòng kýsinh có hại này qua nó, giảm bớt tác động này đến cực điều khiển

c Tiristo có độ nhạy cao thường bắt buộc phải có điện trở này để dẫndòng nhiệt (dòng diện rò ) qua nó để tránh Tiristo bị mở vì dòng này

d Làm giảm hệ số khuếch đại vùng n1-p2-n2 dẫn đến làm tăng điện ápchuyển mạch của van

e Làm giảm được thời gian hồi phục tính chất khoá cho Tiristo vì nótạo thành mạch thoát cho các điện tích dư tích tụ trong vùng p2 và n2.

Nhìn chung để đánh giá chi tiết hơn cần biết giá trị của RG, RS Tuynhiên quy luật chung của các điện trở này là: Tiristo càng nhỏ thì trị số RS

càng lớn ( đôi khi coi rằng RS=)

Giá trị RG phụ thuộc vào kích thước tinh thể bán dẫn, tinh thể càng lớngiá trị RG càng nhỏ

2 ảnh hưởng của tụ điện nối song song với cực điều khiển

a Làm giảm ảnh hưởng của tốc độ tăng hợp du/dt gần như của điện trở,tuy nhiên chỉ có tác dụng ở tần số cao đó do đó, khác với điện trở, tụ điện rất

có ích để chống nhiễm cao tần ảnh hưởng từ mạng điện lực tới mà không gâyhậu quả ở khu vực tần số thấp, nhất là với dòng ổn định một chiều

- 6 -

b Làm giảm độ dốc cả xung điều khiển mở van, dẫn đến ké dài hơnthời gian mở van cũng như thời gian thời gian tăng dòng Ia, do đó không cólợi trong những mạch cần có tốc độ tăng dòng lớn.

c Khi van đã dẫn điện áp trên trên tụ điện này có trị số xấp xỉ sụt áp trênvan (cỡ 1 2V ) Điện áp này nói chung lớn hơn điện áp tối thiểu để mở van.Khi van khoá lại sau đó lại có điện áp dương đặt trở lại thì dòng điện phóng ra

từ tụ điện này có thể làm van mở ra không cần có dòng điều khiển thực hiệnnữa ( ví dụ van làm việc ở tần số 50 Hz, nếu tụ đủ lớn để kéo dài dòng phóngquá 10ms sẽ làm van mở ngay ở nửa chu kỳ điện áp trên van dương trở lại.)

3 ảnh hưởng của điện áp âm đặt lên cực điều khiển Điện áp trên cựcđiều khiển không được âm quá trị số cho phép của từng loại van ( thường giớihạn ở mức 5V ) Vì vậy khi van làm việc có khả năng xuất hiện điện áp âmquá mức trên cực điều khiển cần có biện áp hạn chế trước mà thông dụng nhất

là đấu thêm điốt nối tiếp song song với cực điều khiển như trên hình

4 ảnh hưởng của điện áp dương trên cực điều khiển khi điện áp trênvan lại âm, điều này có thể dẫn đến sự phát nhiệt quá mức ở cực điều khiểnlàm hỏng van

Nhìn chung nên hạn chế các tình trạng: UGK>0 trong khi UAk<0; cũngnhư UGK<0 trong khi UAK>0 Trong sổ tra cứu thường hai trị số âm và dươngcủa UGK lấy là -1 và vào khoảng 0,5V đến 1V

]I.4 ĐẶC TÍNH VÔN – AMPE CỦA THYRISTOR

Đặc tính vôn – ampe của một Thyristor gồm hai phần (hình 2) Phầnthứ nhất nằm trong góc phần tư thé I là đặc tính thuận tương ứng với trườnghợp điện áp UAK > 0, phần thứ hai nằm trong góc phần tư thứ III gọi là đặctính ngược, tương ứng với trường hợp UAK < 0

a Trường hợp dòng điện vào cực điều khiển bằng không (I G = 0)

Khi dòng vào cực điều khiển của Thyristor bằng 0 hay khi hở mạch cựcđiều khiển Thyristor sẽ cản trở dòng điện ứng với cả hai trường hợp phân cựcđiện áp giữa anot – catot Khi điện áp UAK < 0 theo cấu tạo bán dẫn củaThyristor hai tiếp giáp J1, J3 đều phân cực ngược, lớp J2 phân cực thuận, như

- 7 -

vậy Thyristor sẽ sẽ giống như hai đi ốt mắc nối tiếp bị phân cực ngược QuaThyristor sẽ chỉ có một dòng điện rất nhỏ chạy qua, gọi là dòng rò Khi UAK

tăng đạt đến một giá trị điện áp lớn nhất Ungmax sẽ xảy ra hiện tượng Thyristor

bị đánh thủng, dòng điện có thể tăng lên rất lớn Giống như ở đoạn đặc tínhngược của đi ốt quá trình bị đánh thủng là quá trình không thể đảo ngượcđược, nghĩa là nếu có giảm điện áp UAK xuống dưới mức Ungmax thì dòng điệncũng không giảm được về mức dòng rò Thyristor đã bị hỏng

Khi tăng điện áp anot – catot theo chiều thuận UAK > 0 lúc đầu cũng chỉ

có một dòng điện rất nhỏ chạy qua, gọi là dòng rò Điện trở tương đươngmạch anot – catot vẫn có giá trị rất lớn Khi đó tiếp giáp J1, J3 phân cực thuận,

J2 phân cực ngược Cho đến khi UAK tăng đạt đến giá trị điện áp thuận lớnnhất Uthmax sẽ xảy ra hiện tượng điện trở tương đương mạch anot – catot độtngột giảm, dòng điện có thể chạy qua Thyristor và giá trị sẽ chỉ bị giới hạnbởi

điện trở tải ở mạch ngoài Nếu khi đó dòng qua Thyristor có giá trị lớn hơnmột mực dòng tối thiểu, gọi là dòng duy trì Idt thì khi đó thyristor sẽ dẫn dòngtrên đường đặc tính thuận, giống như đường đặc tính thuận ở đi ốt Đoạn đặctính thuận được đặc trưng bởi tính chất dòng có thể có giá trị lớn nhưng điện

- 8 -

H×nh 2 §Æc tÝnh von-ampe cña thyristor

Dßng rß

Dßng rß O

áp rơi trên anot – catot thì nhỏ và hầu như không phụ thuộc vào giá trị củadòng điện.

b Trường hợp có dòng điện vào cực điều khiển (I G > 0)

Nếu có dòng điều khiển đưa vào giữa cực điều khiển và catot thì quátrình chuyển điểm làm việc trên đường đặc tính thuận sẽ xảy ra sớm hơn,trước khi điện áp thuận đạt đến giá trị lớn nhất, Uthmax Điều này được mô tảtrên hình 1.7 bằng những đường nét đứt, ứng với các giá trị dòng điều khiểnkhác nhau IG1, IG2, IG3 Nói chung nếu dòng điều khiển lớn hơn thì điểmchuyển đặc tính làm việc sẽ xảy ra với UAK nhỏ hơn

I.5 MỞ VÀ KHOÁ THYRISTOR

Thyristor có đặc tính giống như điôt, nghĩa là chỉ cho phép dòng chạyqua theo một chiều, từ anot đến catot và cản trở dòng chạy theo chiều ngượclại Tuy nhiên khác với điôt, để thyristor có thể dẫn dòng ngoài điều kiện phải

có điện áp UAK > 0 còn cần thêm một số điều khiển khác Do đó thyristorđược coi là phần tử bán dẫn có điều khiển để phân biệt với điôt là phần tửkhông điều khiển được

1 Mở thyristor

Khi được phân cực thuận UAK > 0 thyristor có thể mở bằng hai cách.Thứ nhất có thể tăng điện áp anot- catot cho đến khi đạt đến giá trị điện ápthuận lớn nhất , Uthmax khi đó điện trở tương đương trong mạch anot – catot sẽgiảm đột ngột và dòng qua thyristor sẽ hoàn toàn do mạch ngoài xác định.Phương pháp mở này trong thực tế không được áp dụng và còn nguyên nhân

mở không mong muốn vì không phải lúc nào cũng có thể tăng được điện ápđến giá trị Uthmax Vả lại như vậy sẽ xảy ra trường hợp thyristor tự mở ra dướitác dụng của các xung điện áp nhiễu tại một thời điểm ngẫu nhiên, không địnhtrước

Phương pháp thứ hai là phương pháp được áp dụng thực tế là đưa mộtxung dòng điện có giá trị nhất định vào giữa cực điều khiển và catot Xungdòng điện điều khiển sẽ chuyển trạng thái của thyristor từ trở kháng cao sangtrở kháng thấp ở mức điện áp anot – catot nhỏ Khi đó nếu dòng qua anot –

- 9 -

catot lớn hơn một giá trị nhất định, gọi là dòng duy trì (Idt) thì thyristor sẽ tiếptục cho trạng thái mở dẫn dòng mà không cần đến sự tồn tại của xung dòngđiều khiển nữa Điều này nghĩa là có thể điều khiển mở các thyristor bằng cácxung dòng có độ rộng xung nhất định, do đó công suất của mạch điều khiển

có thể là rất nhỏ, so với công suất của mạch lực mà thyristor là một phần tửđóng cắt, khống chế dòng điện

2 Khoá thyristor

Một thyristor đang dẫn dòng sẽ trở về trạng thái khoá (điện trở tươngđương mạch anot – catot tăng cao) nếu dòng điện giảm xuống, nhỏ hơn giá trịdòng duy trì Idt Tuy nhiên để thyristor vẫn ở trạng thái khoá, với trở khángcao, khi điện áp anot – catot lại dương (UAK > 0) cần phải có một thời giannhất định để các lớp tiếp giáp phục hồi hoàn toàn tính chất cản trở dòng điệncủa mình Khi thyristor dẫn dòng theo chiều thuận UAK > 0, hai lớp tiếp giáp

J1, J3 phân cực thuận, các điện tích đi qua hai lớp này dễ dàng và lấp đầy tiếpgiáp J2 đang bị phân cực ngược Vì vậy mà dòng điện có thể chảy qua ba lớptiếp giáp J1, J2, J3 Để khoá thyristor lại cần giảm dòng anot – catot về dướimức dòng duy trì (Idt) và đặt một điện áp ngược lên anot – catot (UAK < 0)trong một khoảng thời gian tối thiểu, gọi là thời gian phục hồi, tr Trong thờigian phục hồi có một dòng điện ngược chạy giữa catot và anot Dòng điệnngược này di tản các điện tích ra khỏi tiếp giáp J2 và nạp điện cho tụ điệntương đương của hai tiếp giáp J1, J3 lúc này đang bị phân cực ngược Kết quả

là khả năng cản trở dòng điện của J1 J3, được phục hồi Thời gian phục hồiphụ thuộc vào lượng điện tích cần được di tản ra ngoài cấu trúc bán dẫn củathyristor và nạp điện cho tiếp giáp J1, J3

Quá trình khoá một thyristor được mô tả trên đồ thị hình 3

Theo hình 3 phần điện tích gạch chéo dưới đường dòng điện là lượngđiện tích Q cần di tản ra ngoài cấu trúc bán dẫn của thyristor

Q t di/dt

t

Hỡnh 3 Quỏ trỡnh khoỏ một thyristor, ý nghĩa của thời gian phục hồi, tr

Thời gian phục hồi là một trong những thụng số quan trọng củathyristor thời gian phục hồi xỏc định dải tần số làm việc của thyristor, tr, cúgiỏ trị cỡ 5 – 50 s đối với cỏc thyristor tần số cao và cỡ 50 – 200 s đối vớicỏc thyristor tần số thấp

I.6 CÁC YẾU CẦU ĐỐI VỚI TÍN HIỆU ĐIỀU KHIỂN THYRISTOR

Quan hệ giữa điện ỏp trờn cực điều khiển và catot với dũng điện đi vàocực điều khiển xỏc định cỏc yờu cầu đối với tớn hiệu điều khiển thyristor Vớicựng một loại thyristor nhà sản xuất sẽ cung cấp một họ đặc tớnh điều khiển,

vớ dụ như trờn hỡnh 4, trờn đú cú thể thấy được cỏc đặc tớnh giới hạn về điện

ỏp và dũng điện nhỏ nhất, ứng với một nhiệt độ mụi trường nhất định mà tớnhiệu điều khiển phải đảm bảo để mở được chắc chắn một thyristor Dũng điềukhiển đi qua tiếp giỏp p-n giữa cực điều khiển và catot cũng làm phỏt núngtiếp giỏp này Vỡ vậy tớn hiệu điều khiển cũng phải bị hạn chế về cụng suất.Cụng suất giới hạn của tớn hiệu điều khiển phụ thuộc thời gian Nếu tớn hiệuđiều khiển là một xung cú độ rộng càng ngắn thỡ cụng suất cho phộp cú thểcàng lớn

- 11 -

Hình 4 Yêu cầu đối với tín hiệu điều khiển

Giới hạn điện áp nhỏ nhất

Giới hạn dòng điện nhỏ nhất

Giới hạn công suất với độ rộng xung khác nhau

0,1ms

Vùng mở chắc chắn Thynsitor

Sơ đồ tiêu biểu của một mạch khuếch đại xung điều khiển thyristorđược cho trên hình 5 Khoá Transistor T được điều khiển bởi một xung có độrộng nhất định, đóng cắt điện áp phía sơ cấp biến áp xung Xung điều khiểnđưa đến cực điều khiển của thyristor ở bên phía cuộn thứ cấp Như vậy mạchlực được cách ly hoàn toàn với mạch điều khiển bởi biến áp xung Điện trở Rhạn chế dòng qua transistor và xác định nội trở của nguồn tín hiệu điềukhiển Điôt D1 ngắn mạch cuộn sơ cấp biến áp cung khi transistor T khoá lại

để chống quá áp trên T Điot D2 ngăn xung âm và cực điều khiển Điot D3

mắc song song với cực điều khiển và có thể song song với tụ C có tác dụnggiảm quá áp trên tiếp giáp G – K khi thyristor bị phân cực ngược

Hình 5

II CÁC BỘ BIẾN ĐỔI XUNG ÁP

II.1 ĐẶC ĐIỂM CHUNG

Các bộ điện áp xoay chiều (ĐAXC) dùng để đóng ngắt hoặc thay đổiđược điện áp xoay chiều ra tải Do tải đòi hỏi dòng điện xoay chiều nên phảidùng loại van bán dẫn là TRIAC hoặc ghép hai van dẫn một chiều song songngược nhau để mỗi van đảm nhận một chiều của dòng tải: Như vậy có thểghép 2 thyistor với nhau (gọi là kiểu đối xứng ) hoặc 1 thyristor với 1 điôt

ĐAXC dùng van bán dẫn có đầy đủ các ưu điểm của nhưng mạch côngsuất sử dụng kỹ thuật bán dẫn như: Dễ điều chỉnh và tự động hoá, làm việc ổnđịnh, phản ứng nhanh với các đột biến điều khiển, độ tin cậy và tuổi thọ cao,kích thước gọn, dễ thay thế Thích hợp với quá trình hiện đại hoá, tập chunghoá các quá trình công nghệ Nhược điểm chung và cơ bản của ĐAXC làđiện áp ra tải không sin trong toàn dải điều chỉnh Điện áp trên tải chỉ sin khiđưa toàn bộ điện áp nguồn ra tải, do vậy độ méo điện áp trên tải sẽ càng lớnkhi điều chỉnh càng sâu, thành phần sóng dài khá cao Với những tải yêu cầunghiêm ngặt về độ méo và thành phần sóng dài không thể dùng ĐAXC được

Do vậy ứng dụng chủ yếu của nó là cho dạng tải có tính thuần trở:

- Điều chỉnh ánh sáng đèn sợi đốt và ổn định độ phát quang của hệchiếu sáng

- Điều chỉnh và ổn định nhiệt độ các lò điện trở bằng cách khống chếcông suất đưa vào lò

- ĐAXC cùng được sử dụng để điều chỉnh tốc độ động cơ điện khôngđồng bộ Nhưng chỉ phù hợp với phụ tải của động cơ dạng quạt gió hoặc máybơm li tâm với phạm vi điều chỉnh không lớn ĐAXC thích hợp với các chế

độ như khởi động, đóng ngắt tải cho động cơ điện

- ĐAXC cũng được dùng để điều chỉnh điện áp sơ cấp các biến áp lực

và thông qua đó điều chỉnh điện áp ra tải, phụ tải có thể dùng dòng điện xoaychiều hoặc một chiều ( chỉnh lưu điôt phía thứ cấp ) khi rơi vào hai trường

- 13 -

hợp sau : a/ điện áp thứ cấp thấp hơn điện áp sơ cấp như dòng điện thứ cấprất lớn b/ điện áp thứ cấp mà tải yêu càu cao hơn nhiều lần điện áp nguồn.

Nguyên tắc điều chỉnh của ĐAXC là điều chỉnh góc mở của van bándẫn Các van làm việc với điện áp xoay chiều nên được khoá tự nhiên bằngđiện áp nguồn và cũng chịu các ảnh hưởng của lưới điện đến van, kiểu điềukhiển van cũng là dịch pha điểm phát xung so với pha nguồn xoay chiều.đặctrưng khác biệt và các cơ sở do tính toán

- 14 -

II.2 XUNG ÁP XOAY CHIỀU 3 PHA

1 Các ơ đồ ứng dụng

Hình 7 Sơ đồ XAAC 3 pha

a, tải có thể dấu Y hoặc **:

b, thyristor V1, V2, V3, sẽ tạo thành điểm chung tính giả cho tải ZA, Zb, Zc,

XAAC 3 pha có thể thực hiện theo các phương án như trên hình 7 Sơ đồ (a)

có thể áp dụng bán điều khiển, ví dụ thay V4, V6, V2 bằng 3 điôt

2 Ưu nhược điểm của sơ đồ

- Các sơ đồ XAAC nói chung đều đơn giản, do đó cho hiệu quả caotrong quá trình điều chỉnh điện áp xoay chiều

- Tuy nhiên dạng điện áp ra phụ thuộc rất nhiều vào góc độ điều khiển vàtính chất của tải Dạng điện áp ra cũng rất không sin

- Phù hợp với các ưng dụng yêu cầu công suất vừa và nhỏ, nhất là vớitải thuần trở vì khi đó dạng điện áp trên tải không yêu cầu khắt khe

- Với công suất lớn có thể áp dụng trong những trường hợp dải điềuchỉnh điện áp yêu cầu hẹp hoặc quá trình điều chỉnh chỉ diễn ra trong một thờigian ngắn, ví dụ trong các bộ khởi động cơ

- Trong mọi trường hợp phải có biện pháp tránh ảnh hưởng của nhiễu

ra ngoài lưới diện do đường điện không sin Ví dụ phải lắp thêm các bộ lọcđầu vào

- Có thể cải thiện đáng kể đặc tính của XAAC nếu sử dụng các vanđiều khiển hoàn toàn Khi đó việc điều chỉnh sẽ áp dụng phương pháp điềuchế độ rộng xung ở mỗi nửa chu kỳ điện áp lưới

3 Phân tích sự hoạt động của sơ đồ

Để phân tích sự hoạt động của sơ đồ ta phải xác định lúc nào 3 phacùng dẫn, lúc nào chỉ có 2 pha dẫn cũng như khoảng dẫn của các van Ta hãyxét sơ đồ (a) với tải Y thuần trở, ZA= ZB= ZC Đồ thị dạng điện áp trên tải vớigóc điều khiển =300 dược biểu diễn trên hình 8

Góc điều khiển trong XAAC được tính từ thời điểm điện áp nguồn quakhông Ta cần lưu ý rằng trong hệ thống điện áp 3 pha dòng có thể chảy qua

cả 3 pha hoặc chỉ qua 2 pha Khi dòng chảy qua cả 3 pha thì điện áp trên mỗi

ph đúng bằng điện áp pha Khi dòng chảy qua hai pha thì điện áp trên các phatương ứng sẽ bằng một nửa điện áp dây

Như trên đồ thị 8 với 01 0 02 dòng có thể chay qua cả 3 pha Khi đó

V1 dẫn ở pha A, V6 dẫn ở pha B, V5 dẫn ở pha C

Với 0   600 có các giai đoạn 3 van và 2 van cùng dẫn

Với 600   900 chỉ có các giai đoạn 2 van cùng dẫn

Với 900   1500 chỉ có các giai đoạn 2 van dẫn hoặc không có vannào dẫn cả

- 17 -

Ví dụ về dạng điện áp trên tải với góc điều khiển =900 được cho trênhình 9

U AB

U AC

U2 A

V V 5 V 1 V 2 V 4 V 3 V 4 V 5

CHƯƠNG II.

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHỌN MẠCH LỰC CHO BỘ ĐIỀU

CHỈNH NHIỆT ĐỘ LÒ ĐIỆN TRỞ 3 PHA.

Vì tải thuần trở nên để tiện dụng ta sử dụng bộ biến đổi xung áp xoaychiều 3 pha cho mạch lực

Với các phần tử bảo vệ mạch lực

- Bảo vệ quá trình cho van Sử dụng R1C mắc song song với van

- Bảo vệ tốc độ tăng dòng di/dt cho van: Sử dụng cuộn cảm L

Sơ đồ mạch lực:

I Tính chọn van mạch động lực

Để đảm bảo cho mạch hoạt động một cách tin cậy khi làm việc vớidòng điện lớn, điện áp cao, công suất phát nhiệt mạnh, tránh được hiện tượngvan tự mở khi không cần xung điều khiển ta phải chọn van 1 cách hợp lý

Với công suất tải Pđm=30kw

Vì tải thuần trở nên ta có:

f

dm tdm tdm

f

P I

I U P

3

h×nh 10