Nguyên lý điều khiển chỉnh lưu thyristor trong động cơ điện một chiều

Phân tích các phương án

Ưu điểm: Chỉnh lưu cầu một pha có chất lượng điện áp ra tương đương với chất lượng điện áp ra của chỉnh lưu một pha có biến áp trung tính, nhưng đối với chỉnh lưu cầu một pha lại có điện áp ngược đặt lên mỗi van chỉ bằng một nữa so với chỉnh lưu một pha có biến áp trung tính. Nhận xét : Trong chỉnh lưu cầu 3 pha bán điều khiển dạng điện áp ra khi α > 0 chỉ có 3 đập mạch, vì vậy hệ số đập mạch của sơ đồ bán điều khiển thấp hơn hệ số đập mạch của sơ đồ điều khiển hoàn toàn.

Cấu trúc

Mạch chỉnh lưu dùng điôt chỉ cho phép nhận được điện áp một chiều cố định, còn nếu muốn điều chỉnh được điện áp tải cần dùng mạch chỉnh lưu thyristor. Tham số tác động để điều chỉnh điện áp ra là góc α= 0 sẽ trở thành tương tự như mạch chỉnh lưu điôt cùng loại, nên tham số của mạch chỉnh lưu điôt được lấy để tính toán thiết kế chung cho mạch chỉnh lưu thyristor.

Sơ đồ mạch lực 1. Sơ đồ nguyên lý

Cả hai điện áp UdI và UdII đều đặt lên phần ứng của cuả động cơ M, lúc này dòng điện chỉ có thể chảy từ bộ BBĐ1 sang động cơ mà không thể chảy từ bộ BBĐ1 sang BBĐ2 vì các tiristor không thể cho dòng chảy từ katốt sang anốt. Tính chọn tiristor dựa vào các yếu tố cơ bản là dòng tải, sơ đồ đã chọn, điều kiện toả nhiệt, điện áp làm việc, các thông số cơ bản của van được tính đến như sau. Thực hiện dây quấn kiểu đồng tâm bố trí theo chiều dọc trụ -Tính sơ bộ số vòng dây trên một lớp của cuộn sơ cấp.

Khi van làm việc thì dòng điện chạy qua van nên có sụt áp trên van, do đó có tổn hao công suất ∆P.Tổn hao này sinh ra nhiệt đốt nóng van bán dẫn. Để van bán dẫn làm việc an toàn không bị chọc thủng vè nhiệt ta phải chọn và thiết kế hệ thống toả nhiệt hợp lý. Aptomat dùng đẻ đóng ngắt mạch động lực, tự động bảo vệ quá tải và ngắn mạch Tiristor ngắn mạch đầu ra bộ biến đổi, ngắn mạch thứ cấp MBA, ngắn mạch ở chế độ nghịch lưu.

Dùng câu d chì dây chẩy tác động nhanh để bảo vệ ngắn mạch cho các tiristor, ngắn mạch đầu ra của bộ chỉnh lưu. - Bảo vệ quá điện áp: Do quá trình đóng cắt các tiristor được thực hiện bằng cách mắc các R,C song song với tiristor. Khi có chuyển mạch các điện tích tích tụ trong cácc lớp bán dẫn phóng ra ngoài tạo ra dòng điện ngược trong khoảng thời gian ngắn, sự biến thiên nhanh chóng này gây ra sức điện động cảm ứng rất lớn trong các điện cảm làm cho quá điện áp giữa anốt và katốt của tiristor.

Khi có mạch R,C mắc song song với tiristor sẽ tạo ra mạch vòng phóng điện tích trong quá trình chuyển mạch nên tiristor không bị quá áp. Ta mắc mạch R,C như hình vẽ, nhờ có mạch lọc này mà đỉnh xung gần như nằm lại hoàn toàn trên điện trở đường dây Trị số R,C chọn theo kinh nghiệm.

Các khâu trong mạch điều khiển

Phần này trình về điện áp giữa mạch điêu khiển và mạch lực .Điều này đảm bảo an toàn cho người sử dụng cũng như linh kiện của mạch điều khiển. Do phạm vi điều chỉnh của mạch lực chỉ từ 0 độ cho tới 150 độ nên cuốnơ cấp và thứ cấp của biến áp đồng pha đều có thể đấu Y. Khâu này hoạt động theo nhịp của điện áp nhằm hình thành điện áp có hình dạng thuận lợi để xác định điện áp.

Khâu này tiến hành so sánh điện áp tựa và điện áp điều khiển, điểm cân bằng của hai điện áp này là điểm phát xung điều khiển, tức là thời điểm tính góc mở. Độ rộng của xung chùm có thể được hạn chế trong khoảng 100—130 độ điện , về nguyên tắc nó phải kết thúc khi mà điện áp trên van lực mà nó điều khiển chuyển sang dấu âm. Nguyên tắc tạo xung chùm là coi tín hiệu do bộ so sánh đi ra như tín hiệu cho phép hay cấm khâu khuyếch đại xung được nhận xung tần số cao phát ta từ một bộ tạo dao động.

Việc làm này được thực hiện bằng cách đưa tín hiệu khâu so sánh và tín hiệu bộ tạo dao động vào cùng một cổng Logic And. Đồng thời tầng khuyếch đại sử dụng một Transistor Darlington nhằm tăng hệ số khuyếch đại lên hằng trăm lần. Tuỳ theo tốc độ của động cơ mà mạch điều khiển sẽ bố trí phát thêm công suất hay giảm công suất đi tới khi tốc độ đạt yêu cầu.

Các phương pháp điều khiển Có hai phương pháp điều khiển

Do tín hiệu từ phía động cơ nhỏ nên ta phải bố trí bộ khuyếch đại trước khi đưa vào bộ điều chỉnh. Bộ phản hồi có tác dụng nhận thông tin từ phía tải để báo cho mạch điều khiển biết về tốc độ động cơ. Khâu phản hồi còn có tác dụng ổn định tốc độ của động cơ, Giảm quá trình quá độ dòng điện lúc khởi động.

- Cần tạo một điện áp hình sin uS lệch pha với điện áp hình sin ở Anốt của Tiristor một góc 900 điện. - Dùng một điện áp một chiều Uđk có thể điều chỉnh giá trị theo hai chiều dương và âm. - Dùng mạch L – C để để tạo ra một điện áp lệch pha so với điện áp Anốt của Tiristor.

Nhờ có các phần tử lệch pha L, C sẽ tạo ra một điện áp dịch pha udf lệch pha (cụ thể là chậm pha) so với điện áp hình sin ở Anốt của Tristor một góc là α. Trong các nguyên tắc điều chỉnh nói trên thì ta nhận thấy nguyên tắc điều khiển theo phương thẳng đứng tuyến tính là đơn giản nhất, vì góc mở α phụ thuộc tuyến tính vào điện áp một chiều Uđk nên việc điều khiển sẽ thuận lợi hơn. Vậy ta chọn nguyên tắc điều khiển theo phương thẳng đứng tuyến tính để thiết kế mạch điều khiển Tiristor.

Thiết kế mạch điều khiển

• sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển 1. Mạch điều khiển cho một Tiristor
• Tính toán các thông số của mạch điều khiển

Mặt dù với ưu điểm đơn giản, nhưng sơ đồ này được dùng không rộng rãi, bởi vì hệ số khuếch đại của loại Tranzitor này nhiều khi không đủ lớn để có thể khuếch đại tín hiệu từ khâu so sánh đưa sang. - Sơ đồ hình 4.14 : Đây cũng là sơ đồ khuếch đại kiểu Darlington nhưng có dùng tụ điện để nối tầng với mục đích làm giảm công suất tỏa nhiệt trên Tranzitor và giảm kích thước dây quấn sơ cấp máy biến áp xung. Ở sơ đồ này thì Tranzitor chỉ mở cho dòng điện chạy qua trong thời gian nạp tụ, nên dòng hiệu dụng của chúng bé đi nhiều nên không có công suất tỏa nhiệt dư trên Tranzitor.

Trong thiết kế mạch điều khiển, ta thường dùng khuếch đại thuậtoán để thiết kế các khâu đồng pha, khâu so sánh, do vậy để đồng dạng về linh kiện nên ta chọn sơ đồ hình b làm mạch tạo xung chùm. Vì việc điều khiển của các Tiristor là tương tự nhau nên ta chỉ cần xét nguyên lí hoạt động của một kênh điều khiển cho một Tiristor, còn việc điều khiển cho các Tiristor khác cũng tương tự. - Điện áp vào tại điểm A là uA có dạng hình sin và trùng pha với điện áp Anốt của Tiristor (T), qua điện trở R1 để giảm bớt dòng điện sau đó đến đầu vào của khuếch đại thuật toán A1 mắc theo kiểu không đảo, ở đầu ra của khuếch đại thuật toán A1 ( ở điểm B) cho ta điện áp UB có dạng một chuỗi xung chữ nhật đối xứng.

+ Phần dương của điện áp chữ nhật UB sẽ làm cho Tranzitor (Tr1) khóa và làm cho Diode D1 mở thông, đến đầu vào của khuếch đại thuật toán A2 tích phân thành điện áp tựa dạng răng cưa có giá trị âm ở đầu ra tại C. + Phần âm của điện áp chữ nhật UB sẽ làm cho Diode D1 khóa và Tranzitor Tr1 mở thông và kết quả là khuếch đại thuật toán A2 bị ngắn mạch, làm cho điện áp Urc tại C có giá trị Urc = 0. Khi đồng thời hai tín hiệu UD và UE có giá trị dương ở điểm F của đầu ra, cổng AND có giá tri dương làm tụ C3 nạp, sau đó đến R9 đặt vào chân Bazơ của Tranzitor Tr2 làm cho các Tranzitor Tr2, Tr3 mở thông.

Điện áp Ud sẽ xuất hiện trên tải từ thời điểm có xung điều khiển đầu tiên tại các thời điểm t2, t4 trong chuỗi xung điều khiển của mỗi bán chu kì dương điện áp nguồn cấp. Mỗi kênh điều khiển phải dùng 4 khuếch đại thuật toán, do đó ta chọn 6 IC loại TL084 do hãng Texas Instruments chế tạo, các IC này có các khuếch đại thuật toán.