Tài liệu PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN BỘ CHỈNH LƯU docx

Điện tử công suất 1 2.15 PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN BỘ CHỈNH LƯU Thời điểm đưa xung kích đóng các thyristor trong các bộ chỉnh lưu tương ứng với góc điều khiển dựa vào kết quả so sánh hai tín hiệu cơ bản: tín hiệu điều khiển u α đk và tín hiệu đồng bộ u p (hình H2.68). Tín hiệu đồng bộ tạo mốc chuẩn về thời gian cần cho việc xác đònh góc điều khiển, đồng thời xác lập đặc tính giữa áp chỉnh lưu trung bình U d và áp điều khiển u đk . Do đó, tín hiệu đồng bộ được chọn thay đổi trong khoảng thời gian xuất hiện điện áp khoá trên linh kiện và nó dựa vào dạng điện áp nguồn xoay chiều. Tín hiệu điều khiển xác đònh điểm làm việc trên đặc tính điều khiển vàø cho biết độ lớn góc điều khiển. Cả hai tín hiệu điều khiển và tín hiệu đồng bộ trên có thể xử lý dựa trên kỹ thuật số hoặc analog. Để đơn giản, ta nêu ví dụ điều khiển bộ chỉnh lưu mạch tia ba pha dùng kỹ thuật analog với tín hiệu đồng bộ dạng răng cưa. Quan hệ giữa tín hiệu đồng bộ răng cưa, điện áp điều khiển và vò trí kích đóng các linh kiện có thể theo dõi trên các hình H2.69. Giả sử sóng điều khiển biến thiên trong giới hạn hai cực trò của sóng đồng bộ răng cưa (-U pm ,+U pm ). Giá trò góc kích α với đại lượng áp điều khiển dễ dàng xác đònh theo hệ thức sau đây: ) U.2 u U ( pm dkpm − π=α (2.125) Quan hệ giữa điện áp chỉnh lưu trung bình mạch tia 3 pha điều khiển hoàn toàn với góc điều khiển cho bởi hệ thức: α π =α cos.U 2 63 )(Ud (2.126) 2-73 Điện tử công suất 1 Từ đó, ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ − π π =α pm dkpm d U.2 uU .cos.U 2 63 )(U (2.127) Hàm quan hệ giữa áp chỉnh lưu trung bình, điện áp điều khiển và góc điều khiển có thể biểu diễn lại dưới dạng đồ thò trên hình H2.70 Đặc tính điều khiển U d (u đk ) có dạng phi tuyến, tuy nhiên dạng mạch dễ thực hiện. Trong việc khảo sát các hệ thống điều khiển có hiệu chỉnh, đặc tính phi tuyến được tuyến tính hoá (hình H2.70b). Khi đó, bộ chỉnh lưu được xem như mạch khuếch đại công suất với độ khuếch đại cho bởi tỉ số giữa độ biến thiên điện áp chỉnh lưu trung bình và độ biến thiên điện áp điều khiển và được xem như bằng hằng số ở chế độ dòng liên tục. 2-74 Điện tử công suất 1 Ví dụ 2.26 Bộ chỉnh lưu mạch tia ba pha mắc vào nguồn xoay chiều ba pha với trò hiệu dụng áp pha U = 220 V , ω = 314 rad/s . Góc điều khiển α xác đònh trên cơ sở áp răng cưa và áp điều khiển. Cho biết áp răng cưa thay đổi trong phạm vi - 12V +12V. Giả thiết dòng điện qua tải liên tục . a/- Tính độ lớn áp chỉnh lưu trên tải khi áp điều khiển u dk = 8 V. b/- Tính độ lớn áp điều khiển khi điện áp chỉnh lưu bằng 200 V. Giải: Ta có: 2 12 12 π α = − dk u Từ đó: 212 12 π α . dk u− = và π α 24 12 −= dk u a/- 62 . 12 812 V8u dk π = π− =α⇒= 8,222 6 cos.220. 2 63 cos.U. 2 63 U d = π π =α π =⇒ [V] b/- 766,0 220.63 22 0.2 U.63 U.2 cos d = π = π =α ⇒ α = 0,682 rad Từ đó: V789,6 68 2,0.24 12u dk = π −= Ví dụ 2.27 Bộ chỉnh lưu mạch tia có thể xem như bộ khuếch đại với tín hiệu đầu vào là điện áp điều khiển u dk và đầu ra là điện áp chỉnh lưu trung bình. Cho điện áp xoay chiều U = 220V; điện áp xung răng cưa thay đổi từ -12V đến +12V . a/- Tính hệ số khuếch đại của bộ chỉnh lưu ở chế độ dòng tải liên tục phụ thuộc vào u dk . b/- Tuyến tính hóa đặc tính điều khiển U d (u đk ), xác đònh hệ số khuếch đại gần đúng c/- Thiết lập hàm truyền của bộ chỉnh lưu, giả thiết thời gian trễ của đáp ứng được chọn bằng 1/2 chu kỳ xung áp chỉnh lưu. Giải: a/- Hệ số khuếch đại 2-75 Điện tử công suất 1 () α− π = ∂α ∂ α ∂α ∂ = sin.U. 2 63 U du d . U k d dk d ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ π− =α=⇒ π −= α 2 . 12 u12 sin.U. 12 2 sin.U. 12 2 k 24du d dk dk Hệ số khuếch đại lớn nhất khi α π = 2 [rad] tương ứng với u dk = 0 [V] b/- Hệ số khuếch đại của đặc tính được tuyến tính hóa: () 44,21 12 U. 2 63 U U uu UU u U k dkm 0d dkmdkm mindmaxd dk d = π == −− − = ∆ ∆ = ′ c/- Thời gian trễ ][, , . sT pp 00330 3 020 2 1 2 1 === τ Hàm truyền của bộ chỉnh lưu ( ) s s eeksF p 00330 4421 , .,. − − == τ Ở tần số thấp s.τ p ≈ 0 nên áp dụng phân tích chuỗi Mac Laurin tại điểm 0, ta có: p s s e p τ τ . + ≈ − 1 1 Từ đó () 003301 4421 1 ,. , . ss k sF p + = + = τ Ví dụ 2.28 Cho động cơ một chiều kích từ độc lập với các tham số như sau : α A74I;54,0R;ph/v1000n;A37I;V220U maxuudmudmudm =Ω==== Vận tốc động cơ được điều khiển theo phương pháp điều khiển điện áp phần ứng thông qua bộ chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển hòan tòan. Nguồn kích từ không đổi bằng đònh mức. Bộ chỉnh lưu được mắc trực tiếp vào nguồn điện xoay chiều 1 pha với trò hiệu dụng áp pha bằng 300V, tần số lưới bằng 50Hz. Tính góc kích α của bộ chỉnh lưu để động cơ có thể làm việc ở chế độ đònh mức a. Tìm hàm truyền của bộ chỉnh lưu trên cho biết các tín hiệu sóng đồng bộ thay đổi giữa –10 và 0 V có dạng như hình vẽ H2.71 2-76 Điện tử công suất 1 b. Tìm độ lớn điện áp điều khiển để động cơ có thể chạy ở vận tốc đònh mức khi moment động cơ bằng cực đại. GIẢI: a. Ta có áp chỉnh lưu cấp cho phần ứng ở chế độ đònh mức: 220cos.300. 22 Ucos.U. 22 udm =α π =α π Từ đó: 0 4356180 ,][, =⇒= αα rad b. Hàm truyền của bộ chỉnh lưu 54 )10(0 )300 22 (300 22 uu UU K mindkmaxdk mindmaxd BCL = −− π −− π = − − = ][, . S BCL 0050 4 020 == τ s sF BCL ., )( 00501 54 + = c. Khi moment động cơ cực đại, do kích từ không đổi bằng đònh mức nên I u =I umax =74A. dmdmuuu kIRU ωφ maxmax += với R u =0,54 ; I Ω umax =74A; VIRUk udmuudmdmdm [., 20037540220 =−=−= ωφ ][., max VU u 24020074540 =+= Từ đó: 0 32747650240300 22 ,][,cos ==⇒= rad αα π Từ đồ thò: ][,][,. , VuVu u dkdk dk 5171517110 47650 10 −=⇒==⇒= ππ α Ví dụ 2.29 Cho động cơ một chiều kích từ độc lập với các tham số như sau : AIRphvnAIVU uudmudmudm 37322900518440 =Ω==== max ;,/,; Vận tốc động cơ được điều khiển theo phương pháp điều khiển điện áp phần ứng thông qua bộ chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển hòan tòan. Nguồn kích từ không đổi bằng đònh mức. Bộ chỉnh lưu được mắc trực tiếp vào nguồn điện xoay chiều 3 pha với trò hiệu dụng áp pha bằng 220V, tần số lưới bằng 50Hz. 2-77 Điện tử công suất 1 a. Tính góc kích α của bộ chỉnh lưu để động cơ có thể làm việc ở chế độ đònh mức b. Tìm hàm truyền của bộ chỉnh lưu trên cho biết các tín hiệu sóng đồng bộ có dạng như hình vẽ H2.72 c. Tìm độ lớn điện áp điều khiển để động cơ có thể chạy ở vận tốc đònh mức khi moment động cơ bằng cực đại. GIẢI: a. Ta có áp chỉnh lưu cấp cho phần ứng ở chế độ đònh mức: 440220 6363 =⇒= α π α π cos cos udm UU Từ đó: 0 236315451808550 ,][,,cos =⇒=⇒= ααα rad b. Hàm truyền của bộ chỉnh lưu 45951 1010 220 63 220 63 , )( )( minmax minmax = −− −− = − − = ππ dkdk dd BCL uu UU K ][, . S BCL 001660 12 020 == τ s sF BCL ., , )( 0016601 451 + = c. Khi moment động cơ cực đại, do kích từ không đổi bằng đònh mức nên I u =I umax =37A. dmdmuuu kIRU ωφ maxmax += với R u =2,32 ; I Ω umax =37A; VIRUk udmuudmdmdm [,,., 08397518322440 =−=−= ωφ ][,,., max VU u 924820839737322 =+= Từ đó: 0 209203527092482220 63 ,][,,cos ==⇒= rad αα π Từ đồ thò hình H2.72, ta xác đònh: ][,) , .().()( Vu uu dk dkdk 8778 35270 110110 10 1 10 10 =−=−=⇒−== − ππ α π α 2.16 BỘ CHỈNH LƯU KÉP Các dạng bộ chỉnh lưu đã khảo sát chỉ cho phép dòng điện đi qua tải theo một chiều, còn điện áp có chiều thay đổi. Một số tải đòi hỏi đảo chiều dòng điện trong quá trình hoạt động, chẳng hạn quá trình hãm động cơ một chiều hoặc quá trình mạ điện. 2.16.1 CÁC CẤU HÌNH MẠCH CHỈNH LƯU ĐẢO CHIỀU DÒNG ĐIỆN a.Dùng công tắc đảo Để đảo chiều dòng qua tải, với bộ chỉnh lưu đơn, mạch cần trang bò thêm công tắc đảo (hình H2.73) 2-78 Điện tử công suất 1 Khi cần cho dòng điện tải dương i d > 0, công tắc thuận T được đóng. Ngược lại, khi ta cho ngắt hai công tắc T và đóng công tắc đảo N, dòng điện khép kín qua bộ chỉnh lưu, công tắc N và qua tải theo chiều âm i d < 0. Khi cần cho dòng điện tải dương i Điện tử công suất 1 2-79 d > 0, công tắc thuận T được đóng. Ngược lại, khi ta cho ngắt hai công tắc T và đóng công tắc đảo N, dòng điện khép kín qua bộ chỉnh lưu, công tắc N và qua tải theo chiều âm i d < 0. 2-79 Điện tử công suất 1 Quá trình đảo chiều dòng điện tải- ví dụ từ dương sang âm : trước hết dòng điện được điều khiển từ giá trò dương về dòng bằng không bằng cách điều chỉnh góc kích bộ chỉnh lưu ở giá trò . Khi dòng đạt giá trò bằng không, mạch điều khiển thực hiện mở công tắc thuận T và sau đó đóng công tắc ngược N. Bằng quá trình điều khiển góc kích của bộ chỉnh lưu, dòng điện qua tải sẽ đổi dấu và đạt giá trò dòng yêu cầu. max α Tương tự cho quá trình đảo chiều dòng điện tải từ âm sang dương. b. Dùng bộ chỉnh lưu kép Bộ chỉnh lưu kép có khả năng điều khiển dòng điện đi qua tải theo cả hai chiều, bao gồm hai bộ chỉnh lưu đơn ghép lại. Bộ chỉnh lưu I điều khiển dòng điện qua tải theo chiều dương và bộ chỉnh lưu II điều khiển dòng qua tải theo chiều âm (hình 2.73b). Các dạng mạch chỉnh lưu kép Tuỳ theo dạng cấu tạo của các mạch chỉnh lưu, ta phân biệt bộ chỉnh lưu kép dạng đối song (hình H2.74c,d), bộ chỉnh lưu kép dạng chữ thập (hình H2.74a,b) và bộ chỉnh lưu kép dạng chữ H (hình H2.74e). * Dạng mạch chữ thập: cần hai nguồn điện áp xoay chiều riêng. Điểm thuận lợi của dạng mạch này ở khả năng giới hạn dòng cân bằng cực đại tốt hơn so với dạng mạch đối song. * Dạng mạch đối song: chỉ cần một nguồn điện áp xoay chiều và thích hợp cho trường hợp điều khiển riêng biệt. * Dạng mạch chữ H: thích hợp cho phương pháp điều khiển riêng biệt và cả điều khiển đồng thời. Cuộn kháng dùng để giới hạn dòng cân bằng mắc giữa các điểm trung tính của hai mạch nguồn 3 pha; đồng thời cuộn kháng này còn tác dụng nắn dòng điện tải. So với dạng mạch chữ thập, dòng điện luôn đi qua các cuộn thứ cấp, do đó làm công suất đònh mức cho máy biến áp có thể chọn nhỏ hơn . 2-80 . Dùng bộ chỉnh lưu kép Bộ chỉnh lưu kép có khả năng điều khiển dòng điện đi qua tải theo cả hai chiều, bao gồm hai bộ chỉnh lưu đơn ghép lại. Bộ chỉnh lưu. điều khiển theo phương pháp điều khiển điện áp phần ứng thông qua bộ chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển hòan tòan. Nguồn kích từ không đổi bằng đònh mức. Bộ