GTO (Gate turn off SCR, SCR taĩt baỉng cực coơng ).

VIII. 4 b Nhược đieơm :

5. GTO (Gate turn off SCR, SCR taĩt baỉng cực coơng ).

Với khạ naíng tự giữ tráng thái dăn đieơn, SCR khođng theơ tự taĩt ở nguoăn moơt chieău nêu mách khođng có sơ đoă đaịc bieơt đeơ dòng qua nó giạm veă khođng. GTO cho phép ngaĩt SCR baỉng xung ađm ở cực coơng. Từ mách tương đương hai BJT (hình 1.2), khạ naíng này có theơ được dự đoán. Nhưng trong thực tê, SCR khođng theơ taĩt baỉng coơng vì cực coơng chư moăi cho quá trình dăn, sau đó khođng còn tác dúng.

GTO có câu táo khác hơn cho phép kiẹm tra sự dăn đieơn từ cực coơng . Giá phại trạ là heơ sô khuêch đái dòng khi kích còn khá bé, khoạng vài chúc. Heơ sô khuêch đái dòng khi taĩt xâp xư mười. Người ta chê táo được GTO có dòng định mức đên vài ngàn ampe.

9.

Bạo veơ ngaĩt bán dăn:

a.

Bạo veơ dòng:

Bạo veơ dòng cực đái (ngaĩn mách): bạo veơ dòng cực đái làm vieơc ngay khi có hieơn tượng vượt quá dòng qui định, thường là rât lớn so với trị định mức. Bạo veơ dòng cực đái còn gĩi là bạo veơ ngaĩn mách, xuât hieơn ở ngõ ra hay beđn

trong boơ biên đoơi, là nguyeđn nhađn gađy ra quá dòng đieơn rât lớn caăn lối bỏ ngay, tránh hư hỏng ngaĩt đieơn bán dăn và đạm bạo hốt đoơng bình thường cụa lưới đieơn.

Caău chì tác đoơng nhanh được sử dúng, có theơ đaịt ở đaău vào boơ biên đoơi hay nôi tiêp linh kieơn được bạo veơ. Thođng sô đaịc trưng cụa caău chì la dòng, áp định mức và tích phađn dòng ngaĩn mách đeơ caău chì chạy. Tích phađn này caăn phại bé hơn tích phađn tương tự đeơ ngaĩt đieơn bán dăn bị hư hỏng khi quá dòng ( ngaĩn mách ), lây ở soơ tra nhà sạn xuât. Thời gian tích phađn T thường là nửa chu kì lưới cho SCR. Cuoơn kháng nôi tiêp anode cụa SCR đođi khi còn dùng đeơ hán chê dòng ngaĩn mách, sao cho dòng ngaĩn mách bé hơn khạ naíng chịu đựng cụa SCR.

CB (ngaĩt mách tự đoơng-aptomat) thường gaịp ở ngõ vào các boơ biên đoơi làm các nhieơm vú: đóng ngaĩt, bạo veơ quá tại và lối bỏ phaăn mách hư hỏng ra khỏi lưới đieơn, khođng có khạ naíng bạo veơ các phaăn tử bán dăn cođng suât.

+ Bạo veơ quá tại (quá dòng có thời gian):

Quá tại là trường hợp dòng đieơn qua mách lớn hơn giá trị tính toán moơt lượng khođng lớn, nêu kéo dài sẽ gay hư hỏng do quá nhieơt ở các phaăn dăn đieơn. Như vaơy đaịc tính quá tại có dáng hyperbol, dòng quá tại càng lớn, thời gian cho phép càng ngaĩn.

Bạo veơ quá tại được thực hieơn baỉng rơ le chuyeđn dùng tác đoơng vào thiêt bị đóng ngaĩt tự đoơng (contactor), CB (có rơ le nhieơt) ở đaău vào. Ở các boơ biên đoơi, boơ đieău khieơn thường tích hợp cạ boơ phaơn hán dòng, tác đoơng tức thời ở 120% đên 200% giá trị định mức thiêt bị, làm cạ nhieơm vú bạo veơ quá tại cho ngaĩt đieơn bán dăn.

2.

Bạo veơ áp:

Với vieơc chĩn định mức áp cụa linh kieơn bán dăn cođng suât tôi thieơu baỉng hai laăn áp khoá cực đái, ngaĩt đieơn bán dăn thường khođng phại bạo veơ áp khi làm vieơc. Bạo veơ áp được đaịt ra đeơ chông lái các xung áp cạm ứng tređn dađy dăn nguoăn hay xung xuât hieơn do cạm ứng tređn heơ thông khi có đóng ngaĩt.

Ohm

µF

Hình II.13 : Các mách bạo veơ áp cho linh kieơn đóng ngaĩt

Người ta thường dùng ở đaău nguoăn: RC nôi tiêp maĩc song song (1), Varistor là lối đieơn trở giạm nhanh khi áp lớn hơn trị sô ngưỡng (2) và các boơ lĩc nguoăn (3) goăm maĩc lĩc LC hình

π.

Mách RC song song với các ngaĩt đieơn (mách snubber) còn làm nhieơm vú bạo veơ linh kieơn khỏi các xung áp trong mách.

II.

Boơ chưnh lưu

1.Toơng quan veă boơ chưnh lưu:

Boơ chưnh lưu có nhieơm vú biên đoơi dòng đieơn xoay chieău thành dòng đieơn moơt chieău. Boơ chưnh lưu được áp dúng làm nguoăn đieơn áp moơt chieău ; làm nguoăn đieơn moơt chieău có đieău khieơn câp cho các thiêt bị má, thiêt bị hàn moơt chieău ; nguoăn đieơn cho các truyeăn đoơng đoơng cơ đieơn moơt chieău ; nguoăn cung câp cho mách kích từ cụa máy đieơn moơt chieău hoaịc máy đieơn đoăng boơ. Boơ chưnh lưu còn dùng đeơ chuyeơn đoơi đieơn xoay chieău thành dáng moơt chieău đeă truyeăn tại đi xa. Boơ chưnh lưu còn táo thành moơt boơ phaơn trong thiêt bị biên taăn, cycloconverter dùng trong truyeăn đoơng đieơn đoơng cơ xoay chieău.

Cođng suât cụa các boơ chưnh lưu có theơ từ vài traím W đên hàng chúc MW.

Phađn lối boơ chưnh lưu :

 Theo pha:

Boơ chưnh lưu moơt pha. Boơ chưnh lưu ba pha.

 Theo tính đieău khieơn :

Boơ chưnh lưu khođng đieău khieơn Boơ chưnh lưu đieău khieơn hoàn toàn. Boơ chưnh lưu bán đieău khieơn.

 Theo hình dáng :

Boơ chưnh lưu tam giác.

 Theo diode zero :

Boơ chưnh lưu có diode zero.

Boơ chưnh lưu khođng có diode zero

So

sánh các lối chưnh lưu:

 Biên áp:

Biên áp cách ly áp nguoăn cụa chưnh lưu với lưới đieơn. Do đó tại có theơ cháy ngaĩn mách trong thời gian ngaĩn. Biên áp là baĩt buoơc trong trường hợp ta thực hieơn boơ nguoăn cho các thiêt bị cođng ngheơ đieơn khi người cođng nhađn có theơ tiêp xúc trực tiêp với thiêt bị có đieơn.

Biên áp có tác dúng lĩc sóng hài baơc cao. Đoăng thời biên áp còn táo cạm kháng chuyeơn mách, do đó hán chê sự biên dáng gađy ra cụa quá trình chuyeơn mách.

Truyeăn đoơng đieơn là khođng baĩt buoơc dùng biên áp.

Biên áp cung câp đieơn áp nguoăn có đoơ lớn phù hợp với yeđu caău cụa tại.

 Moơt hay nhieău pha:

Cađn đôi theo qui mođ cođng suât : 1 pha đơn giạn hơn nhưng làm leơch heơ thông 3 pha dùng cho cođng suât < 5KW hay rât << cođng suât heơ thông. Nhieău pha : giạm sóng hài, dòng ra phẳng hơn.

 Tia hay caău:

Tia gaĩn lieăn vớisử dúng biên áp trung tính lưới veă nguyeđn taĩc là khođng sử dúng.

Nhược đieơm : rât lớn cụa sơ đoă tia 3 pha là dòng DC veă lưới, chư dùng khi cođng suât chưnh lưu << lưới.

Hieơu suât sơ đoă caău thâp khi đieơn áp ra thâp.

Sơ đoă caău phức táp, ampere laĩp đaịt gâp đođi sơ đoă tia giá thành cao hơn sơ đoă tia tương ứng.

Cho phép sử dúng trực tiêp áp lưới.  Caău hoên hợp:

Caău hoên hợp, dùng diode chưnh lưu làm giạm giá thành, taíng cosϕ, giạm heơ sô đaơp mách (áp hài) khi áp ra khođng

ađm.

Moơt nhược đieơm cụa caău hoên hợp là áp ra dương khođng chưnh lưu được.

Nhược đieơm lớn cụa caău hoên hợp là có hài baơc boơi chẵn do dòng đieơn ở bán kì dương khođng cán xứng ở dòng có bán kì ađm.

Caău hoên hợp chư dùng cho tại cođng suât nhỏ so với lưới.

 Diode phóng đieơn (diode zero):

Vieơc sử dúng D0 tương tự như caău khođng hoàn toàn nhưng khođng có nhược đieơm hài boơi chẵn nhưng heơ thông khođng nghịch lưu được.

2.

Tính chât lieđn túc cụa dòng đieơn tại và heơ quạ:

Do đieơn áp chưnh lưu ud táo thành có dáng xung neđn giá trị đieơn áp này có theơ tách làm hai thành phaăn: thành phaăn moơt chieău với trị tức thời baỉng trị trung bình áp chưnh lưu Ud và thành phaăn xoay chieău:

d d d u U uδ = −

Thành phaăn xoay chieău cụa áp chưnh lưu ud làm dòng đieơn tại id bị gợn sóng. Tươngtự như đieơn áp, dòng chưnh lưu có theơ tách làm hai thành phaăn tương ứng:

δ

+

= d d

d I i

i

Thành phaăn xoay chieău cụa dòng làm dòng đieơn tại có theơ bị gián đốn. Khi dòng qua tại bị gián đốn, dáng đieơn áp chưnh lưu cụa tại phú thuoơc vào tráng thái mách tại.

Ví

dú : đôi với tại RLE khi id=0 ud=0 nêu E=0

ud=E nêu E≠ 0

Các heơ thức Ud dăn giại cho dòng tại lieđn túc khođng áp dúng được cho trường hợp dòng gián đốn. Tư leơ phađn bô thời gian dòng đieơn qua tại lieđn túc (id > 0) và thời gian dòng gián đốn (id=0) trong moơt chu kì xung đieơn áp chưnh lưu phú thuoơc vào các giá trị tham sô tại và góc đieău khieơn α. Vieơc tính toán đieơn áp chưnh lưu trong trường hợp này rât phức táp. Khi dòng tại gián đốn, quan heơ giữa đieơn áp chưnh lưu và α khođng còn là duy nhât. Trong đieău khieơn, ví dú đoơng cơ đieơn moơt chieău, khi dòng tại baỉng 0, moment tác đoơng trieơt tieđu và vieơc đieău khieơn tại khođng có tác dúng. Tác dúng dòng tại gián đốn làm đaịc tính đieău khieơn trở neđn phi tuyên, hieơn tượng quá đoơ cụa heơ đieău khieơn khó hieơu chưnh, do đó trong kỹ thuaơt người ta cô gaĩng hán chê vùng làm vieơc cụa boơ chưnh lưu ở chê đoơ dòng gián đốn.

Tuy nhieđn chê đoơ dòng tại gián đốn thường ít xạy ra neđn trong trường hợp khođng có yeđu caău chính xác cao, vieơc

tính toán định mức heơ thông có theơ vaơn dúng từ kêt quạ tính cho dòng đieơn tại lieđn túc.

3.

Mách lĩc áp tại và dòng tại

Đeơ hán chê thành phaăn xoay chieău cụa áp chưnh lưu và do đó làm giạm đoơ gợn sóng dòng tại, ta có theơ:

1. Taíng sô xung kích chưnh lưu, ví dú sử dúng mách nhieău pha, dáng caău.

2. Dùng tú lĩc.

3. Dùng cạm kháng lĩc .

4. dùng diode khođng mách đieău khieơn bán phaăn.

Phương pháp tú lĩc chư dùng cho tại cođng suât nhỏ. Với cođng suât lớn ta có theơ sử dúng các phương pháp còn lái.

4.

Hieơn tượng chuyeơn mách

Trong các phaăn trước, boơ chưnh lưu được phađn tích với giạ thiêt bỏ qua trở kháng trong cụa nguoăn áp. Haơu quạ là quá trình chuyeơn mách giữa các nhánh chứa thyristor dieên ra tức thời. Trong thực tê, nguoăn có trở kháng trong làm dòng đieơn qua nó khođng có theơ thay đoơi đoơt ngoơt. Heơ quạ, hieơn tượng chuyeơn mách giữa các nhánh chứa các thyristor khođng dieên ra tức thời mà kéo dài moơt khoạng thời gian, hình thành tráng thái các nhánh chứa thyristor cùng dăn đieơn. Hieơn tượng này gĩi là hieơn tượng trùng dăn hoaịc hieơn tượng chuyeơn mách.

 Các heơ quạ do hieơn tượng chuyeơn mách gađy ra:

- Làm giạm áp tại trong thời gian chuyeơn mách.

- Làm giạm góc đieău khieơncực đái cho phép.

- Làm biên dáng đieơn áp nguoăn.

5.

Phương pháp đieău khieơn boơ chưnh lưu:

Thời đieơm phát xung kích cho các thyristor trong các boơ chưnh lưu tương ứng với góc đieău khieơn dựa vào hai tín hieơu cơ bạn tín hieơu đieău khieơn uđk và tín hieơu đoăng boơ up.

Tín hieơu đoăng boơ táo môc chuaơn veă thời gian cho vieơc xác định góc đieău khieơn đoăng thời xác laơp đaịc tính giữa áp chưnh lưu trung bình Ud và áp đieău khieơn uđk. Do đó, tín hieơu được chĩn thay đoơi trong khoạng thời gian xuât hieơn đieơn áp khoá tređn linh kieơn và nó phại dựa vào dáng đieơn áp nguoăn xoay chieău. Tín hieơu đieău khieơn xác định đieơm làm vieơc tređn đaịc tính đieău khieơn và cho biêt đoơ lớn góc đieău khieơn. Cạ hai tín hieơu đieău khieơn và tín hieơu đoăng boơ tređn có theơ xử lí dựa tređn kĩ thuaơt sô hoaịc analog.

6.

Boơ chưnh lưu caău ba pha đieău khieơn hoàn toàn:

Sơ

đoă câu táo:

V1 V3 V5 V4 V6 V2 R L E u i u u u u i u u V1 V1 1 2 dK dA d d

Mách nguoăn xoay chieău ba pha lý tưởng maĩc vào boơ chưnh lưu caău goăm 6 thyristor. Các đieơn áp udA ,udK là đieơn áp từ đieơm nút chung cụa các nhóm linh kieơn đên đieơm trung tính cụa nguoăn áp ba pha.

 Phađn tích :

Mách đieơn được phađn tích với giạ thiêt dòng đieơn qua tại id lieđn túc. Theo phép coơng đieơn áp, ta có:

ud = udA –udK

Ta sẽ chứng minh raỉng nêu dòng tại lieđn túc, đieơn áp udA sẽ chư phú thuoơc vào góc kích đóng cụa nhóm linh kieơn ( V1, V3, V5 ) và đieơn áp nguoăn; và áp udK phú thuoơc góc kích đóng cụa ngóm (V2 ,V4 ,V6 ).

Thaơt vaơy, xét nhóm anode (V1, V3, V5), giạ sử raỉng V1 đóng và V3, V5 bị ngaĩt,ta có:

iV1=id ; iV3 =0 ; iV5 = 0.

uV1 = 0 ;uV3 = u2 –u1 ; uV5=u3 – u1 ; udA = u1.

Rõ ràng, các heơ thức mođ tạ đieơn áp nhóm anode khođng phú thuoơc vào tráng thái kích đóng các thyristor nhóm cathode. Do đó, đeơ khạo sát đieơn áp udA, ta chư caăn xét đên tráng thái kích đóng cùa các thyristor (V1 ,V3 ,V5).

Các heơ thức mođ tạ đieơn áp nhóm anode có dáng giông như mách chưnh lưu tia ba pha với áp chưnh lưu udA, (hình 2.6). Góc đieău khieơn α ví dú cụa V1, được tính từ vị trí xuât hieơn áp khóa tređn V1 tức uV1= u1 – u3>0.

Tương tự, hốt đoơng nhóm cathode có theơ phađn tích dưới dáng chưnh lưu mách tia ba pha với áp chưnh lưu udK. Góc đieău

khieơn, ví dú cụa V2 được tíng từ vị trí xuât hieơn đieơn áp khóa tređn V2, tức: uV2 = u2 – u3 > 0 u u V1 V3 V5 dA NHÓM ANODE u1 u2 u NHÓM CATHODE V6 V4 V2 dK u u1 u2

Phương trình đieơn áp tại và dòng tại ud = udA - udK

ud = R.id + L.

dt did

+ E

Toơng hợp các kêt quạ phađn tích ở tređn, ta có theơ viêt phương trình mođ tạ tráng thái mách, ví dú khi V1, V2 đóng:

uV1 = 0 ; uV2 = 0 ; uV3 = u2 – u1 ; uV4 = u3 – u1 ; iV1 = id ; iV2 = id ; iV3 = 0 ; iV4 = 0 ; uV5 = u3 – u1 ; uV6 = u3 –u2 ; iV5 = 0 ; iV6 = 0 ; ud = udA – udK = u1 –u3 ; ud = R.id + L. dt did + E ;

Đoă thị đieơn áp và dòng đieơn các đái lượng mách được vẽ tređn hình

 Heơ quạ: Khi dòng đieơn tại lieđn túc:

-Dáng đieơn áp tại có 6 xung và chư phú thuoơc vào góc đieău khieơn và đieơn áp nguoăn xoay chieău. Chu kỳ xung chưnh lưu baỉng 61 chu kì áp nguoăn Tp = 16 T.

-Trị trung bình đieơn áp chưnh lưu: Ud(α) = 6 2 1 π ∫ +6 2 0 0 π α α uddX = UdA(α) – UdK(α) = π 3 3 Umcosα

= 3π6 .U.cosα

Với U là trị hieơu dúng áp pha U =

2

m

U

.

-Phám vi góc đieău khieơn α : baỉng phám vi góc đieău khieơn cụa các nhóm chưnh lưu mách tia, tức (0, π). Do đó, đieơn áp trung bình tređn tại có theơ đieău khieơn thay đoơi trong khoạng

      −3 6.U,3 6.U π π .

Dòng trung bình qua tại (RLE):

α d I = R E Udα − ;

Moêi thyristor dăn 31 chu kì áp nhuoăm neđn trị trung bình dòng đieơn qua nó: ITAV = 3 d I ;

Đieơn áp khóa và áp ngược cực đái xuât hieơn tređn linh kieơn

UDRM = URRM = 3.Um = 6 .U ;

-Dòng đieơn qua nguoăn đieơn áp, ví dú qua pha 1: i1 = iV1 – iV4 ;

Trị hieơu dúng đieơn qua nguoăn được xác định với giạ thiêt dòng tại khođng đoơi:

d ddX I i I . 3 2 2 1 2 1/2 0 2  =   = π ∫π ;

α α