Chương III Một số vấn đề trong truyền thông PLC
4.1 Kết nối với lưới điện
4.1.2 Mạch ghép dung kháng C
Nguyên lý của mạch phối ghép nμy lμ do tần số của tín hiệu cao hơn tần số của dòng điện 50 Hz rất nhiều nên dòng điện xoay chiều 50 Hz sẽ đ−ợc cản lại bằng một bộ lọc thông cao dùng tụ C, nh−ng bộ lọc nμy phải có khả năng chịu đ−ợc điện
áp cao của lưới điện đặt lên, tức lμ tụ điện C phải lμ tụ cao áp chịu được điện áp l−íi.
Luận văn Thạc sĩ Khoa học GVHD: PGS-TS Phạm Thị Ngọc Yến
Hình 4-1: Mạch ghép dung kháng
Trong sơ đồ (a): Tụ C vμ R tạo thμnh một bộ lọc thông cao, tần số lọc trung tâm
đ−ợc tính theo công thức sau: f0 = 1/2 π RC
Với điều kiện lμ ứng với tần số điện l−ới 50 Hz thì ZC phải rất lớn so với R vμ tụ C phải có khả năng chịu đ−ợc điện áp cao hơn điện áp l−ới điện. Về mặt ngăn cản
điện 220V – 50Hz thì ZC cμng lớn cμng tốt vμ R cμng nhỏ cμng tốt nh−ng thực tế thì điều đó lại còn phải phụ thuộc vμo tín hiệu cần truyền, do vậy ZC không thể tăng mãi đ−ợc.
VÝ dô:
Yêu cầu ở đầu ra:
- Đối với dòng điện 220V - 50 Hz lμ: UAC ≤ 220 mV ( suy giảm hơn 3dB) - Đối với tín hiệu thông tin 1MHz: US suy giảm < 1 dB
Do kết quả không nhất thiết phải chính xác một cách tuyệt đối mμ chỉ cần nằm trong một khoảng nμo đó nên ta có thể tính một cách gần đúng nh− sau:
UAC =
R Z
R V
c +
*
220 ≤ 220 mV
→ Zc > 1000R
→ 2 fAC.C 1
π > 1000R ( fAC = 50 Hz )
→ RC < 3.2.10 -6
Luận văn Thạc sĩ Khoa học GVHD: PGS-TS Phạm Thị Ngọc Yến Víi R = 1 kΩ C < 3.2*10→-9 (F) ~ 3 nF
T−ơng tự với tần số 1MHz : US =
R Z
R U
C V
+
* > 0.1 Uv
→ Zc < 9R
→ 2 fS.C 1
π < 9R ( fS = 106 Hz )
→ RC >18.10 -8 Víi R = 1k → C > 18.10Ω-11 (F) ~ 0.2 nF
---> giá trị của R vμ C nằm trong khoảng trên sẽ thoả mãn với điều kiện đ−ợc đ−a ra.
Sơ đồ (a) tuy thoả mãn về nguyên lý nh−ng thực tế sẽ không an toμn do điện cao áp vẫn tiếp xúc trực tiếp với mạch điện vμ ng−ời sử dụng có thể bị giật nếu chạm vμo phần đó. Sơ đồ (b) cũng lμ tương tự với sơ đồ (a) với
2 1
2
* 1
C C
C C C
= + nh−ng sơ đồ (b) sẽ an toμn hơn cho mạch điện cũng như người sử dụng do tụ C1 vμ C2 sẽ cách ly hoμn toμn l−ới điện với mạch điện.
Hình 4-2: Mạch ghép kết hợp LC
Luận văn Thạc sĩ Khoa học GVHD: PGS-TS Phạm Thị Ngọc Yến Mạch ghép dung kháng ở trên có −u điểm lμ khá đơn giản, nh−ng chỉ có thể lμm việc tôt với điều kiện điện l−ới lμ điện hạ thế (không quá lớn) vμ tần số của tín hiệu sóng mang cần truyền phải lớn hơn tần số dòng điện xoay chiều một khoảng nhất định. Nếu như điện áp của dòng điện lưới lμ vμi kV trở lên hoặc tần số của tín hiệu chỉ khoảng vμi chục kHz thì thực tế mạch sẽ không còn tác dụng nh− tính toán ở trên. Nguyên nhân lμ do R gần nh− không thay đổi trở kháng khi tần số thay đổi, vì thế mμ bậc lọc của mạch chỉ lμ bậc nhất nên hiệu quả lọc không cao.
Do vậy đối với những trường hợp đó phải sử dụng các mạch phối hợp phức tạp hơn nh− mạch kết hợp LC. Có hai cách sử dụng L trong tr−ờng hợp nμy lμ dùng cuộn cảm đơn hay ghép biến áp. Việc ghép biến áp tuy phức tạp hơn nh−ng đạt
đ−ợc hiệu quả rất cao vμ rất an toμn cho ng−ời sử dụng do việc cách ly hoμn toμn phần mạch với lưới điện, điều đó còn có giá trị bảo vệ mạch điện rất tốt khi lưới
điện gặp các sự cố nh− quá áp hay bị sét đánh. Khi hoạt động, cuộn cảm L mắc song song có vai trò cũng giống nh− tụ C lμ cho tần số cao lμ tần số của tín hiệu sóng mang đi qua vμ gây suy hao lớn với tần số thấp lμ tần số của dòng điện l−ới.
Đối với cả sơ đồ thu vμ sơ đồ phát tín hiệu thì mạch phối ghép cũng gần giống nhau. Tuy nhiên, Zc ở mạch phát th−ờng nhỏ hơn khá nhiều so với Zc ở mạch thu do trở kháng ra ở mạch phát lμ nhỏ đóng vai trò lμ R nhỏ nên Zc không cần lớn
để giảm suy hao cho tín hiệu phát đi.
Sơ đồ (c) lμ bộ phối ghép với lưới điện của cho lưới điện 3 pha.