PHẦN 3 : THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN
3.2 Thiờt kế mạch phỏt xungđiều khiển cỏc van chỉnh
3.2.1 Lựa chọn phƣơng phỏp phỏt xungđiều khiển cỏc van chỉnh lƣu
Yờu cầu về tớn hiệu điều khiển tiristor:
+ Đủ cụng suất thể hiện biờn độ điện ỏp (UGK), dũng điện (IGK).
+ Độ rộng xung là một yờu cầu quan trọng để đảm bảo dũng IV vượt qua giỏ trị dũng duy trỡ Ih, để khi ngắt xung van vẫn giữ được trạng thỏi dẫn. Thực tế, độ rộng xung điều khiển chỉ cần cỡ 300-500às là đảm bảo mở van với cỏc dạng tải.
+ Cú sườn xung dốc đứng để mở van chớnh xỏc vào thời điểm quy định, thường tốc độ tăng điện ỏp điều khiển phải đạt 10V/às, tốc độ tăng dũng điều khiển 0,1A/às.
Chỳ ý: Đối với sơ đồ 3 pha thỡ thời điểm mở tự nhiờn của cỏc van điều chậm sau 30o điện. Vỡ điện ỏp UAK là điện ỏp dõy. Vỡ vậy chỳng ta phải sử dụng BAĐB để đồng bộ giữa thời điểm van mở tự nhiờn với thời điểm cú xung điều khiển tới van.
62
Cỏc hệ thống phỏt xung điều khiển bộ chỉnh lưu hiện nay đang sử dụng cú thể phõn làm 2 nhúm:
Nhúm cỏc hệ thống điều khiển đồng bộ: Đõy là nhúm cỏc hệ thống điều khiển mà cỏc xung điều khiển xuất hiện trờn điện cực điều khiển cỏc thyristor đỳng thời điểm cần mở van và lặp đi lặp mang tớnh chu kỳ với chu kỳ thường là bằng chu kỳ nguồn xoay chiều cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu (trong một vài trường hợp chu kỳ của xung cú thể bằng 1/2 chu kỳ điện ỏp nguồn). Nhúm hệ thống điều khiển này đang được sử dụng phổ biến nhất hiện nay.
Nhúm cỏc hệ thống điều khiển khụng đồng bộ: Cỏc hệ thống điều khiển thuộc nhúm này tạo ra cỏc xung điều khiển khụng tuõn theo giỏ trị gúc điều khiển như đó nờu ở phần trước. Cỏc hệ thống điều khiển này phỏt ra chuỗi xung điều khiển với tần số thường cao hơn rất nhiều tần số nguồn xoay chiều cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu và trong quỏ trỡnh làm việc tần số xung được tự động thay đổi để đảm bảo cho một đại lượng đầu ra nào đú, vớ dụ như Ud hay Id ... khụng thay đổi. Để đạt được điều này thỡ người ta thực hiện khống chế tần số xung điều khiển theo sai lệch giữa tớn hiệu đặt và tớn hiệu ra thực tế của đại lượng cần ổn định. Như vậy cỏc hệ thống phỏt xung loại này buộc phải thực hiện ở dạng hệ thống cú phản hồi, tức là hệ thống kớn. Cỏc hệ thống điều khiển này tương đối phức tạp và ở đõy ta sẽ khụng xột.
Cỏc hệ thống điều khiển đồng bộ thường sử dụng hiện nay bao gồm:
- Hệ thống điều khiển chỉnh lưu theo nguyờn tắc khống chế pha đứng. Hệ thống này tạo ra cỏc xung điều khiển nhờ việc so sỏnh giữa tớn hiệu điện ỏp tựa hỡnh răng cưa thay đổi theo chu kỡ điện ỏp lưới và cú thời điểm xuất hiện phự hợp, gúc pha của lưới với điện ỏp điều khiển một chiều thay đổi được.
Ưu điểm: Khoảng điều chỉnh gúc mở rộng, ớt phụ thuộc vào sự thay đổi của điện ỏp nguồn, dễ tự động hoỏ, mỗi chu kỡ của điện ỏp anốt của Thyristor chỉ cú một xung được đưa đến mở nờn giảm tổn thất trong mạch điều khiển. Do đú hệ thống này được sử dụng rộng rói.
Nhược điểm: Khỏ phức tạp
- Hệ thống điều khiển chỉnh lưu theo nguyờn tắc khống chế pha ngang. Ở phương phỏp này người ta tạo ra điện ỏp điều khiển hỡnh sin cú tần số bằng tần số nguồn và gúc pha điều khiển được. Thời điểm xuất hiện xung trựng với gúc pha đầu của điện ỏp điều khiển. Phương phỏp này cú nhược điểm là: Khoảng điều chỉnh gúc mở hẹp, rất nhạy với sự thay đổi của dạng điện ỏp nguồn, khú tổng hợp nhiều tớn hiệu điều khiển ... do vậy thường ớt được sử dụng.
63
=> Qua những phõn tớch cỏc phương phỏp phỏt xung điều khiển ở trờn ta thấy với yờu cầu của đề tài là dải điều chỉnh rất rộng, độ sụt tốc độ nhỏ nờn phải sử dụng cỏc phản hồi, tức là cần phải tổng hợp nhiều tớn hiệu điều khiển. Do vậy, phương phỏp điều khiển theo
nguyờn tắc pha đứng là phự hợp hơn cả, ta chọn phương phỏp này.
Cấu trỳc một mạch phỏt xung theo nguyờn tắc pha đứng như sau:
Sơ đồ cấu trỳc mạch phỏt xung thiết kế theo nguyờn tắc khống chế pha đứng
Khối 1: Khối đồng bộ hoỏ và phỏt điện ỏp răng cưa (ĐBH-FXRC). Khối 2: Khối so sỏnh (SS).
Khối 3: Khối gia cụng xung (GCX). Cỏc đại lượng điện ỏp sử dụng gồm:
- U1: Điện ỏp lưới (nguồn) xoay chiều, đồng pha với điện ỏp cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu.
- Urc: Điện ỏp tựa, thường cú dạng hỡnh răng cưa.
- Uđk: Điện ỏp điều khiển, đõy là điện ỏp một chiều cú thể thay đổi được biờn độ và được lấy từ mạch khuếch đại trung gian đưa tới.
- UđkT: Điện ỏp điều khiển Tiristor, nú là chuỗi cỏc xung điều khiển, lấy từ đầu ra của mạch điều khiển truyền tới điện cực điều khiển (G) và katốt (K) của cỏc Thyristor.
Nguyờn lý cơ bản của hệ thống điều khiển theo nguyờn tắc pha đứng, cú thể được túm tắt như sau:
Tớn hiệu điện ỏp cung cấp cho mạch động lực bộ chỉnh lưu được đưa đến mạch đồng bộ hoỏ của khối 1 và trờn đầu ra của mạch đồng bộ ta cú điện ỏp thường cú dạng hỡnh sin với tần số bằng tần số nguồn cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu và trựng pha hoặc lệch pha 1 gúc xỏc định so với điện ỏp nguồn, điện ỏp này được gọi là điện ỏp đồng bộ và ký hiệu Uđb. Cỏc điện ỏp đồng bộ được đưa vào mạch phỏt điện ỏp răng cưa để khống chế sự làm việc của mạch này, kết quả là đầu ra của mạch phỏt điện ỏp răng cưa ta cú hệ thống điện ỏp dạng hỡnh răng cưa đồng bộ về tần số và gúc pha với cỏc điện ỏp đồng bộ. Cỏc điện ỏp này gọi là điện ỏp răng cưa Urc. Cỏc điện ỏp răng cưa được đưa vào đầu vào khối so sỏnh và ở đú cũn cú một tớn hiệu điện ỏp khỏc nữa là điện ỏp điều khiển chiều điều chỉnh được và đưa từ ngoài vào, hai tớn hiệu này được mắc vào cực tớnh sao cho tỏc động của chỳng
UđkT ĐBH FXRC SS GCX U1 Uđk Ur
64
nờn mạch và khối so sỏnh là ngược chiều nhau. Khối so sỏnh làm nhiệm vụ so sỏnh hai tớn hiệu này và tại những thời điểm hai tớn hiệu này cú giỏ trị tuyệt đối bằng nhau thỡ đầu ra khối so sỏnh sẽ thay đổi trạng thỏi.
Như vậy, khối so sỏnh là một mạch điện hoạt động theo nguyờn tắc biến đổi tương tự số do tớn hiệu ra của mạch so sỏnh là dạng tớn hiệu số nờn chỉ cú hai giỏ trị cú hoặc khụng. Tớn hiệu trờn đầu ra khối so sỏnh là cỏc xung xuất hiện với chu kỳ bằng chu kỳ của Urc. Nếu thời điểm bắt đầu xuất hiện của một xung nằm trong vựng sườn xung nào của Urc được sử dụng, điều đú cú nghĩa là tại thời điểm Urc Udk ở phần sườn sử dụng trong một chu kỳ của điện ỏp răng cưa thỡ trờn đầu ra của khối so sỏnh sẽ bắt đầu xuất hiện một xung điện ỏp.Từ đú ta thấy cú thể thay đổi thời điểm xuất hiện xung đầu ra khối so sỏnh bằng cỏch thay đổi giỏ trị của Uđk khi giữ nguyờn Urc. Trong một số trường hợp thỡ xung ra từ khối so sỏnh được đưa đến cực điều khiển của Thiritor, nhưng trong đa số cỏc trường hợp thỡ tớn hiệu ra khối so sỏnh chưa đủ cỏc yờu cầu cần thiết đối với tớn hiệu điều khiển Thiristor. Để cú tớn hiệu đủ yờu cầu người ta thực hiện khuếch đại thay đổi hỡnh dỏng của xung. Cỏc nhiệm vụ này được thực hiện bởi một mạch gọi là mạch tạo xung.
Trong sơ đồ chỉnh lưu cầu hoặc sơ đồ hỡnh tia nhiều pha ta cú nhiều Thiristor để tạo ra tớn hiệu điều khiển cho nhiều van trong hệ thống điều khiển cú hai phương phỏp:
- Sử dụng nhiều mạch phỏt xung giống hệt nhau, trong mỗi mạch đều cú cỏc khối giống nhau và chỳng chỉ khỏc nhau tớn hiệu điện ỏp lưới (khỏc pha) đặt vào mạch đồng bộ. Mỗi mạch phỏt xung được dựng để tạo xung điều khiển cho một van hoặc một số van mắc nối tiếp hoặc mắc song song. Mạch điều khiển loại này gọi là mạch nhiều kờnh phỏt xung cho một van gọi là một kờnh điều khiển.
- Người ta sử dụng chung một mạch đồng bộ, một mạch tạo điện ỏp răng cưa, một khối so sỏnh. Như vậy xung đầu ra của khối so sỏnh thường cú tần số gấp n lần tần số nguồn (n = q) lỳc đú để cú n (hay q) kờnh xung khỏc nhau cú tần số bằng tần số nguồn thỡ trong khối tạo xung phải cú thờm một mạch điện làm nhiệm vụ phõn chia xung điều khiển loại này gọi là mạch điều khiển một kờnh.
Lưu ý:
Từ nguyờn lý làm việc của sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha cú thể nhận thấy, muốn cú dũng qua tải phải cú 2 van cựng làm việc, một ở nhúm van katot chung và một ở nhúm van anot chung, thờm nữa thời điểm cỏc van mở cỏc van thứ tự lệch nhau gúc 60 độ điện, do vậy muốn khởi động được sơ đồ hoặc duy trỡ sơ đồ làm việc bỡnh thường ở chế độ dũng tải giỏn đoạn thỡ yờu cầu khi 1 van xung điều khiển thỡ xung điều khiển trờn van cú thứ tự làm việc liền trước đú vẫn cũn, ta dựng phương phỏp: Tạo ra 2 xung điều khiển hẹp ( thường từ 3-10 độ điện ứng với tần số từ 50-60 hz) cỏch nhau 60 độ điện: xung thứ nhất
65
xuất hiện tại thời điểm cần mở van, xung thứ 2 xuất hiện chậm sau xung thứ nhất 1 gúc 60 độ điện ( sử dụng phương phỏp gửi xung).
Phương phỏp gửi xung:
- Khi T1 làm việc sẽ kớch xung T6 làm việc. Nghĩa là tại thời điểm cần mở van thỡ T1 làm việc đồng thời kớch T6 mở van sau T1 một gúc 60 độ điện.
Tương tự 5 cho những cỏi cũn lại : T2-T1, T3-T2, T4-T3,T5-T4,T6-T5.