d- Thyristor đúng cắt tụ điện, Thyristor đúng cắt cuộn khỏng
3-5.HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THYRISTOR
Thyristor chỉ mở cho dũng điện chạy qua khi cú điện ỏp dương đặt lờn anụt và xung điện ỏp dương đặt lờn cực điều khiển. Sau khi Thyristor đó mở thỡ xung điều khiển khụng cũn tỏc dụng, dũng điện chảy qua Thyristor do thụng số của mạch động lực quyết định.
3-5.1 Sơ đồ cấu trỳc
Mạch điều khiển cú cỏc chức năng sau:
- Điều chỉnh được vị trớ xung điều khiển trong phạm vi nửa chu kỳ dương của điện ỏp trờn anụt- catụt của Thyristor
- Tạo ra được cỏc xung cú đủ điều kiện mở được Thyristor . Xung điều khiển thường cú biờn độ từ 2 đến 10V, độ rộng xung tx= 20-100μs đối với thiết bị chỉnh lưu hoặc cặp Thyristor đấu song song ngược như cỏc sơ đồ chỳng ta đó xột ở trờn
Độ rộng xung được xỏc định theo biểu thức:
dt di I t dt x = Trong đú:
Idt là dũng duy trỡ của Thyristor
di/dt là tốc độ tăng trưởng của dũng tải.
Cấu trỳc của một mạch điều khiển Thyristor gồm 3 khõu chớnh sau đõy:
44
ĐB SS-TX KĐ
Uđk Uđb
α Л α 2Л ωt
Uđk Urc
Urc Uđk
Hỡnh 3-30. Nguyờn tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tớnh
- Khõu đồng bộ: tạo tớn hiệu đồng bộ với điện ỏp anụt-catụt của Thyristor cần mở. Tớn hiệu này là điện ỏp xoay chiều, thường lấy từ biến ỏp cú sơ cấp nối song song với Thyristor cần mở
- Khõu so sỏnh- tạo xung: làm nhiệm vụ so sỏnh giữa điện ỏp đồng bộ thường đó được biến thể với tớn hiệu điều khiển một chiều để tạo ra xung kớch mở Thyristor
- Khõu khuếch đại xung: tạo ra xung mở cú đủ điều kiện để mở Thyristor Khi thay đổi giỏ trị điện ỏp một chiều Uđk thỡ gúc mở α sẽ thay đổi
3-5.2. Cỏc nguyờn tắc điều khiển
Trong thực tế người ta thường dựng hai nguyờn tắc điều khiển: thẳng đứng tuyến tớnh và thẳng đứng “arccos” để thực hiện điều chỉnh vị trớ đặt xung trong nữa chu kỳ dương của điện ỏp đặt trờn Thyristor
3-5.2.1 Nguyờn tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tớnh (hỡnh 5.2) Theo nguyờn tắc này, ở khõu so sỏnh cú hai điện ỏp đặt vào:
Điện ỏp đồng bộ Uđb sau khi ra khỏi khõu ĐB cú dạng răng cưa Urc
Điện ỏp điều khiển Uđk là điện ỏp một chiều thay đổi được. Điện ỏp đặt vào khõu so sỏnh là:
Ud = Uđk - Uđb
Khi Ud = 0 thỡ khõu so sỏnh sẽ tạo ra một xung điều khiển. Như vậy, bằng cỏch làm biến đổi điện ỏp điều khiển, ta cú thể điều chỉnh được thời điểm xuất hiờn xung ra, tức là điều chỉnh gúc mở α
Giữa α và Uđk cú quan hệ sau đõy:
rc dk U U π α =
Ta lấy Uđkmax = Ucmax
3-5.2.2 Nguyờn tắc điờự khiển thẳng đứng “arcoss” Theo nguyờn tắc này, ở khõu so sỏnh cú hai điện ỏp đặt vào:
- Điện ỏp đồng bộ sin, sau khi ra khỏi khõu ĐB được tạo thành tớn hiệu cos - Điện ỏp điều khiển là ỏp một chiều cú thể biến đổi được
Điện ỏp uđb= Um sinωt thỡ
Uc = Um cosωt Giỏ trị α được tớnh theo phương trỡnh sau:
Uđk = Umcosα Do đú α = arccos(Udk/Um) - khi Udk = Um thỡ α = 0 - khi Udk = 0 thỡ α =Л/2 46 α Л 2Л ωt Uc Udb Udk Udk Uc Udb
- khi Udk = -Um thỡ α = Л
Như vậy, khi điều chỉnh Udk từ trị -Um đến +Um , ta cú thể điều chỉnh được gúc α từ 0 đến Л .
3-5.3 Khõu so sỏnh sử dụng khuếch đại thuật toỏn OA
Khuếch đại thuật toỏn ( Operational Amplifier) , ký hiệu là OA cú hai cổng vào: U+ là cổng khụng đảo dấu; U- là cổng đảo dấu; và một cổng ra S. M là điểm “ nối đất” của sơ đồ, là điểm chuẩn zero để đo điện thế của cỏc điểm khỏc
−+ +
p p V
V , là nguồn nuụi của OA
Khõu so sỏnh cú hai chế độ làm việc * Chế độ tuyến tớnh:
Điện ỏp ra của OA: V2 = A.ud
Với A là hệ số khuếch đại điện ỏp. A = 104 – 105
Để thực hiện chế độ này, phải cú
AV V U sat d ≤ * Chế độ bóo hũa: sat sat d sat sat d V v A V u V v A V u − = − < = > 2 2 , , Hỡnh 3.32 Khõu so sỏnh tớn hiệu + - M U+ U- Vp- Vp+ + - M U+ U- S S V1- V1+ Ud Ud V2 Vsat ▪ ▪ -Vsat V2
Do giỏ trị ud quỏ nhỏ nờn ta cú thể kết luận: - khi ud>0 thỡ v2= Vsat
- khi ud<0 thỡ v2= -Vsat
OA được sử dụng rộng rói trong kỹ thuật điều khiển tự động như tạo hàm số, tạo cỏc bộ điều chỉnh P, PI, PID, tạo cỏc đa hài , trigơ, cỏc khõu so sỏnh,v.v…
3-5.3.1 So sỏnh hai tớn hiệu cựng dấu
3-5.3.2 So sỏnh hai tớn hiệu khỏc dấu
48
Hỡnh 3-33 So sỏnh hai tớn hiệu cựng dấu
+- - M v1 vr ud v2 vr v1 v2 Vsat -Vsat ω t T/2 T + - ur U+ u d v 2 uc Rc Rr U- v2 ur uc u t t 0 Vsat▪ - Vsat▪
Người ta so sỏnh tớn hiệu của một đại lượng đang biến thiờn với tớn hiệu của đại lượng đặt, cũn gọi là tớn hiệu điều khiển. Cỏc tớn hiệu này thể hiện dưới dạng điện ỏp. Cỏc điện ỏp ur và uc với cực tớnh ngược nhau được đặt vào cổng đảo của OA
3-6 Mễ PHỎNG SƠ ĐỒ PHÁT XUNG ĐIỀU KHIỂN THYRISTOR
3-6.1 Sơ đồ nguyờn lý
Trong phần này ta nghiờn cứu một sơ đồ điều khiển cho hai Thyristor nối song song ngược mà ta gặp phổ biến trong cỏc sơ đồ nghiờn cứu ở cỏc chương trước.
Sơ đồ làm việc theo nguyờn tắc điều khiển thẳng đứng “arccos”, trong đú khõu tạo hàm cosωt và khõu so sỏnh sử dụng OA loại àA741, so sỏnh theo kiểu hai tớn hiệu cựng dấu. Khõu khuếch đại xung sử dụng một Transistor và biến ỏp xung. Khõu khuếch đại cú thể tớnh chọn khỏc nhau tuỳ thuộc vào Thyristor được chọn.
Sơ đồ gồm hai kờnh kớch mở cho hai Thyristor T1 và T2 nối song song ngược. Mỗi kờnh gồm cú 3 khõu: khõu tạo hàm cosωt, khõu so sỏnh và khõu khuếch đại
- Khõu tạo hàm kớch mở cho T1gồm:OA1, R1, R2, R3, R4 và tụ C1. Khõu tạo hàm kớch mở cho T2 gồm: OA3, R11, R12, R13, R14 và tụ C2
- Khõu so sỏnh cho kờnh kớch mở T1 là OA2 và cho T2 là OA4. Tớn hiệu ra của cỏc khõu tạo hàm sẽ đưa vào cổng khụng đảo của cỏc OA và cổng đảo được cấp bằng nguồn ỏp [-V1ữ +V1]. Thay đổi điện ỏp điều khiển bằng cỏch thay đổi biến trở BT
- Khõu khuếch đại xung cho kờnh T1 gồm: Tr1, R5, R6, R7, R8, BAX1, D2, D3
- Khõu khuếch đại xung cho kờnh T2 gồm: Tr2, R15, R16, R17, R18, BAX2, D12, D13
50
3-6.2 Sơ đồ mụ phỏng trờn chương trỡnh Workbench
Hỡnh 3-36 Sơ đồ mụ phỏng (đo dạng súng khõu tạo hàm) Dạng súng đo tại điểm A là tớn hiệu của điện ỏp lưới
Dạng súng đo tại điểm B là tớn hiệu ra của khõu tạo hàm (hỡnh 4.3)
Hỡnh 3-37 Dạng súng vào-ra của khõu tạo hàm
Hỡnh 3-38 Sơ đồ mụ phỏng (đo dạng súng trờn khõu so sỏnh-tạo
xung)
Hỡnh 3-39 Dạng xung đo tại C khi Udk= 0
Hỡnh 3-40 Dạng xung đo tại C khi Udk>0
52
Hỡnh 3-41 Dạng xung đo tại C khi Udk <0
Hỡnh 3-42 Sơ đồ mụ phỏng (đo dạng súng tại D)
Hỡnh 3-43 Dạng súng đo tại D khi Udk= 0
53 uA uC uA uD
Hỡnh 3-44 Dạng súng đo tại D khi Udk<0
Hỡnh 3-45 Dạng súng đo tại D khi Udk>0
Nhận xột:
Nếu lấy điểm 0 của điện ỏp lưới làm gốc, thỡ - Khi điện ỏp Udk = 0, ta nhận được gúc mở α = 900
- Khi điện ỏp Udk< 0, ta nhận được gúc mở α > 900
- Khi điện ỏp Udk> 0, ta nhận được gúc mở α < 900
- Tớn hiệu xung của khõu khuếch đại cú giỏ trị tăng đỏng kể nhưng gúc mở α khụng thay đổi.Tuỳ theo thụng số của cỏc Thyristor , ta thiết kế tầng khuếch đại xung phự hợp đủ để mở Thyristor .
- Tầng khuếch đại sử dụng BAX để cỏch ly giữa mạch động lực với mạch điều khiển, đồng thời trỏnh việc ngắn mạch cặp Thyristor nối song song ngược
KẾT LUẬN
Sơ đồ phỏt xung điều khiển cho một cặp Thyristor nối song song ngược cú cấu trỳc đơn giản, làm việc tin cậy, dễ thực hiện. Sơ đồ cú thể thực hiện
54 uA uD uA uD uA
điều khiển đúng cắt cuộn khỏng TCR, đúng cắt tụ điện TSC, đúng cắt tụ nối tiếp TSSC hoặc SSSC… Tuỳ theo số
lượng cỏc thiết bị cần điều chỉnh hoặc đúng cắt, ta thực hiện số lượng mạch điều khiển tương ứng.