L 0: giá trị điện cảm ban đầu của cảm biến δ= δ0; S= S0.
2. Bộ ổn áp kiểu biến áp cĩ sun từ
Biến áp cĩ sun từ đĩng vai trị của cuộn kháng bão hịa và cuộn kháng tuyến tính. Sơ đồ nguyên
lí của loại này như hình 9-9. Tụ C mắc song song với U2 hoặc với điện áp cao hơn U2.
9.4. ỔN ÁP KHUẾCH ĐẠI TỪ
Điện áp hay dịng điện của
tải mắc ở đầu ra của khuếch đại từ cĩ thể điều khiển được nhờ dịng điện điều khiển vào cuộn dây điềìu khiển. Muốn duy trì điện áp hay dịng điện đầu ra khơng đổi thì chỉ việc thay đổi trị số dịng điều khiển Iđk , đĩ là nguyên lí làm việc của bộ ổn áp khuếch đại từ như hình 9-10.
Nĩ gồm một KĐT đơn và một biến áp tự ngẫu AT, điện áp đầu vào đặt trên hai cuộn làm
việc của khuếch đại từ và cuộn dây sơ cấp của AT.
Hình 9-9: Ổn áp kiểu shun từ
Cĩ UV = UKĐT + U1AT. Điện áp đầu ra lấy ở cuộn thứ cấp của máy biến áp tự ngẫu AT. Vai trị của AT dùng để nâng cao điện áp ra :
Ur= K.UAT = K( UV+ UKĐT).
Trong đĩ : K là hệ số biến áp của AT. Muốn cho Ur khơng đổi thì Iđk phải được điều chỉnh sao cho :
+ Khi Ur = Uđm thì Iđk = Iđkđm và cĩ UKĐTđm. + Khi Ur > Uđm thì Iđk < Iđkđm và cĩ UKĐT
làm giảm Ur về lại Uđm.
+ Khi Ur < Uđm thì Iđk> Iđkđm và cĩ UKĐT
làm tăng Ur lên lại Uđm.
Hình 9-10: Dạng đơn giản của ổn áp khuếch đại từ
Vấn đề mấu chốt là phải tạo ra được quá trình tự động thay đổi Iđk theo quy lụật trên khi Ur thay đổi. Điều này được giải quyết nhờ hệ thống điều khiển gồm các cơ cấu phát, cơ cấu đo và cơ cấu so sánh. Khi UV thay đổi ( vì điện áp dưới tải thay đổi hoặc tải của ổn áp thay đổi) các cơ cấu trên cĩ nhiệm vụ tạo ra Iđk phù hợp với đặc tính điều chỉnh của ổn áp do đĩ điện áp ra sẽ được duy trì ổn định. Ur dao động ít nhất nếu các cơ cấu phát, đo và so sánh được làm bằng các linh kiện điện tử và bán dẫn. Tuy vậy chúng cũng cịn được làm từ các phần tử điện từ.
Hình 9 -12 trình bày nguyên lí của một
ổn áp KĐT mà cơ cấu của hệ điều khiển làm bằng các cuộn kháng. KĐT cĩ ba cuộn dây điều khiển Wđk1, Wđk2 và Wđk3. Trong đĩ: Wđk1:là cơ cấu phải chỉnh định bằng dịng điện Iđk1 sao cho khi : UV = Uvđm , It = Itđm thì điện áp ra bằng điện áp định mức. Iđk1 được chỉnh định bằng điện trở R1.
Hình 9-11: Đặc tính ổn áp
Cuộn Wđk2 và Wđk3 mắc nối tiếp với cuộn kháng bão hịa L2 và tuyến tính L3 qua bộ chỉnh lưu, vì hai cuộn này trên hình được nối ngược cực tính với nhau do đĩ sức từ động chung
bằng hiệu hai sức từ động: (IW) = ( Iđk2.Wđk2) - ( Iđk3 .Wđk3)
Trong đĩ: Iđk2 và Iđk3 phải được chỉnh định qua biến trở R2 và R3 sao cho khi Ur = URđm thì sức từ
động tổng bằng khơng(IW= 0). Khi Ur thay đổi thì Iđk2Wđk2 và Iđk3Wđk3 thay đổi theo hình 9-11. Quá trình tự động thay đổi điện áp cĩ thể biểu diễn như sau:
+ khi UR < Urđm thì sức từ động IW >0 dẫn đến LKĐT giảm và UKĐT giảm và điện áp ra lại tăng lại. + khi UR > Urđm thì IW < 0 dẫn đến LKĐT tăng làm UKĐT tăng và điện áp ra giảm lại.
Ổn áp khuếch đại từ cĩ thể chế tạo với cơng suất tương đối lớn, hiệu suất cao hơn so với ổn áp sắt từ.
Hình 9-12: Sơ đồ nguyên lí ổn áp khuếch đại từ
9.5. ỔN ÁP BIẾN TRỞ THAN
Loại ổn áp này cĩ cấu tạo khá đơn giản như hình 9-13. Nĩ gồm một chồng đĩa than xốp, một lị xo kéo và một nam châm điện. Điện áp đầu ra được tính bằng hiệu của điện áp đầu vào và điện áp rơi trên chồng đĩa than:
U = UV - IT. R
Nếu điện áp ra thay đổi ( khi điện áp vào và tải thay đổi) thì lực điện từ của nam châm điện thay đổi theo cho nên lực ép lên chồng đĩa than cũng thay đổi làm điện trở của nĩ thay đổi.
Khi điện trở của đĩa than thay đổi thì điện áp rơi trên nĩ cũng thay đổi, kết quả làm cho điện áp đầu ra UR được duy trì khơng đổi.
Hình 9-13: Ổn áp điện trở tiếp xúc
9.6. ỔN ÁP KIỂU SERVOMOTOR
Ổn áp kiểu servomotor cịn được gọi là ổn áp dùng servomotor kéo chổi than theo nguyên lí điện cơ. Nguyên lí làm việc của nĩ là dùng một mạch điều khiển bằng linh kiện bán dẫn điện tử để điều khiển động cơ thừa hành làm nhiệm vụ ổn định điện áp.
Uv U r S Mạch điều khiển độngcơ So sánh và khuếch đại Điện áp lấy mẫu Điện áp chuẩn M
Sơ đồ nguyên lí làm việc như hình 9-14. Hình 9-14: Sơ đồ khối ổn áp kiểu servomotor
Phần chính là một biến áp tự ngẫu BA cĩ lõi hình xuyến, đầu vào lấy điện qua con chạy S. Để giữ điện áp ra Ur khơng đổi ta phải thay đổi điện áp vào Uv cho phù hợp bằng cách điều khiển tự động con chạy S. Việc điều chỉnh S được thực hiện nhờ động cơ M. Động cơ này được điều khiển bằng bộ so sánh mức độ sai lệch giữa điện áp mẫu Ur’ (Ur’ là đại diện cho Ur) và điện áp chuẩn. Sơ đồ khối mạch điều khiển được trình bày như hình 9-15.
Uv TH ĐL CL Ur U’ r M
Hình 9-15 : Sơ đồ khối mạch điều khiển ổn áp
Điện áp Ur sau khi qua bộ chỉnh lưu (CL) cĩ điện áp Ur’. Bộ đo lường là một mạch cầu gồm ba nhánh điện trở R1, R2, R3 và một nhánh điơt zener Dz được vẽ trên hình 9-16.
Điện áp giữa hai nhánh của cầu là Ur’ (điện áp chỉnh lưu của Ur ), ∆U là điện áp giữa hai đỉnh chéo AB của cầu. Các trị số điện trở R1, R2, R3 được tính tốn như thế nào để khi Ur= Urđm thì cĩ U= 0. Giá trị U sai lệch được khuếch đại lên thành giá trị
∆
∆ ∆U1 lớn hơn nhiều lần. U∆ 1 này được đưa đến
khối thực hiện TH để khối này nhận biết điều khiển chiều quay của động cơ M, kéo theo con trượt S chạy. Ta cĩ cụ thể như sau:
Uv Ur R1 R2 R3 Dz B A Hình 9-16: Cầu so sánh
+Khi điện áp ra Ur tăng xuất hiện sự sai lệch điện áp là ∆U, sự sai lệch này được khuếch đại thành U∆ 1 lớn gấp nhiều lần để cung cấp cho động cơ M quay theo chiều giảm(chiều ngược), kéo theo con trượt S chạy đến khi Ur ổn định (Ur=Urđm).
+Khi điện áp ra Ur giảm xuất hiện sự sai lệch điện áp là ∆U, sự sai lệch này được khuếch đại thành U∆ 1 lớn gấp nhiều lần để cung cấp cho động cơ M quay theo chiều tăng (chiều thuận), kéo theo con trượt S chạy đến khi Ur ổn định (Ur=Urđm).
Ổn áp loại này cĩ các ưu điểm: điện áp ra ổn định, làm việc tin cậy, dạng điện áp ra ít bị méo dạng, phạm vi thay đổi điện áp rộng, hiệu suất cao và rất tiện lợi khi chế tạo ở cơng suất nhỏ. Tuy nhiên nĩ cĩ một số nhược điểm là: cấu tạo khá phức tạp, do cĩ hệ thống chổi than nên gây ồn khi làm việc và dễ sinh cháy nổ, do vậy loại này khĩ thực hiện ở cơng suất lớn và giá thành cao.
9.7. ỔN ÁP KIỂU BÙ
Nguyên lí làm việc của ổn áp kiểu bù tương tự như ổn áp kiểu servomotor. Hình 9-17 là sơ đồ nguyên lí của loại ổn áp kiểu bù.
Mạch điều khiển T B Ur Uv M Hình 9-17: Nguyên lí ổn áp kiểu bù
Mục đích của cuộn bù là bù thêm một lượng điện áp thích hợp để cĩ điện áp ra ổn định. Phương trình cân bằng điện áp là: Uv= Ur + U∆ b
Việc thay đổi lượng điện áp bù nhờ biến áp tự ngẫu. Mạch điều khiển cĩ nhiệm vụ so sánh và khuếch đại điện áp ra thay đổi để điều khiển servomotor M theo hai chiều quay thuận hoặc quay ngược. Servomotor M lại điều khiển từ biến áp tự ngẫu T làm cho nĩ cung cấp một lượng điện áp cĩ véc tơ dương hoặc âm cho biến thế B. Thứ cấp của B nối nối tiếp với mạch động lực giữa đầu vào và đầu ra.
111 Uv Ur BA1 T2 T1
Hình 9-18: Sơ đồ nguyên lí ổn áp kiểu bù
Thực tế điện áp lưới dao động từ Umin đến Umax nên thường phương án được đưa ra là bù một lượng U và do một biến áp khác đảm nhiệm. Sơ đồ nguyên lí như hình 9-18. Khi cĩ U∆ v nhỏ hơn một trị số điện áp đặt Uđ thì biến áp BA1 làm việc (Triac T1 dẫn, Triac T2 ngưng dẫn) bù một lượng điện áp
U do đĩ điện áp của biến áp BA
∆ 2 luơn luơn lớn hơn Uđ. Khi điện áp Uv cao thì biến áp BA1 ngưng làm việc. Biến áp BA2 làm nhiệm vụ bù lượng điện áp ∆U để điện áp ra ổn định, việc bù này nhờ thay đổi Uđk theo vị trí chổi than con trượt của biến áp vi sai. Khi các biến áp BA1, BA2 khơng cần thiết phải bù thì thiết bị tự ngắt mạch sơ cấp của nĩ để tránh hiện tượng bão hịa mạch từ làm tăng tổn hao cơng suất. Ưu điểm của ổn áp kiểu bù là chất lượng điện áp tốt ít bị méo dạng, độ tin cậy làm việc cao, các phần tử điều khiển lượng cơng suất bé( của BA1 và BA2 ) nên dễ chế tạo ổn áp ở cơng suất lớn, hiệu suất cao và giá hạ. Tuy nhiên loại này cũng tồn tại một số nhược điểm: khĩ chế tạo và thiết kế, sử dụng chổi than nên gây ồn và dễ cháy nổ, loại này thường được chế tạo với cơng suất lớn.
9.9. ỔN ÁP ĐIỆN TỬ
Ổn áp gồm một biến áp tự ngẫu T2 , cuộn dây bù điện áp T1 và mạch điều khiển là các linh kiện bán dẫn. Nguyên lí làm việc loại này tương tự loại servomotor, nhưng ở đây động cơ thừa hành servomotor và con chạy S được thay thế bằng mạch điều khiển dịng điện và cuộn dây bù điện áp T1. Khi điện áp thay đổi, mạch điều khiển sẽ phân tích để bù lượng điện áp thích hợp đảm bảo điện áp ra ổn định. Hình 9-19 là sơ đồ nguyên lí của ổn áp điện tử.
Uv Mạch điều khiển dịng điện
T1
T2
So sánh và khuếch đại Điện áp lấy mẫu Điện áp chuẩn
Ur
Hình 9-19: Sơ đồ khối ổn áp điện tử Ưu nhược điểm của ổn áp điện tử
Ngồi các ưu điểm đạt được như loại servomotor, loại này cịn khắc phục được các nhược điểm là khơng gây ồn hoặc cháy nổ. Tác động rất nhanh , nhạy và khối lượng nhẹ.
Tuy nhiên nĩ cũng cĩ các nhược điểm là khá phức tạp khi thiết kế, chế tạo mạch điều khiển, cơng suất chế tạo loại ổn áp này khơng lớn và giá thành sản xuất khá cao.