1.2: Bộ biến đổi điều áp xoay chiều 1 pha
1.2.4: Các phương pháp điều khiển bộ biến đổi điện áp xoay chiều 1 pha
Hình 1.17 giới thiệu một số mạch điều áp xoay chiều một pha. Hình 1.17a là điều áp
xoay chiều điều khiển bằng cách mắc nối tiếp với tải một điện kháng hay điện trở phụ (tổng
trợ phụ) biến thiên. Sơ đồ mạch điều chỉnh này tdùng, do hiệu suất thấp (nếu Zf là điện trở) hay cos thấp (nếu Zf là điện cảm)𝜑
Hình 1.17 : Các phương pháp điều khiển điện áp 1 pha
Người ta có thể dùng biến áp tự ngẫu để điều chỉnh điện áp xoay chiều U2 như hình 1.17b . Điều chỉnh bằng biến áp tự ngẫu có ưu điểm là có thể điều chỉnh điện áp U2 từ 0 đến trị số bất kì, lớn hơn hay nhỏ hơn điện áp vào. Nếu cần điện áp ra có điều chỉnh, mà vùng điều chỉnh có thể lớn hơn điện áp vào, thì phương án phải dùng biến áp là tất yếu. Tuy nhiên, khi dòng tải lớn, sử dụng biến áp tự ngẫu để điều chỉnh, khó đạt được yêu cầu nhưmong muốn, đặc biệt là không điều chỉnh liên tục được, do chổi than khó chế tạo để có thể chỉ tiếp xúc trên một vòng dây của biến áp.
Hai giải pháp điều áp xoay chiều trên hình 1.17a,b có chung ưu điểm là điện áp hình sin, đơn giản. Có chung nhược điểm là quán tính điều chỉnh chậm và không điều chỉnh liên tục khi dòng tải lớn. Sử dụng sơ đồ bán dẫn để điều chỉnh xoay chiều, có thể khắc phục được những nhược điểm vừa nêu.
Các sơ đồ điều áp xoay chiều bằng bán dẫn trên hình 1.17c được sử dụng phổ biến. Lựa chọn sơ đồ nào trong các sơ đồ trên tuỳ thuộc dòng điện, điện áp tải và khả năng cung cấp các linh kiện bán dẫn. Có một số gợi ý khi lựa chọn các sơ đồ hình 1.17c như sau:
Hình 1.18 : Sơ đồ điều áp xoay chiều một pha bằng bán dẫn Với:
-a: Bằng hai tiristor song song ngược -b: Bằng triac
-c: Bằng một tiristor một diod -d:Bằng bốn diod một tiristor
Sơ đồ kinh điển hình 1.18a thường được sử dụng nhiều hơn, do có thể điều khiển được với mọi công suất tải. Hiện nay Tiristor được chế tạo có dòng điện đến 7000A, thì việc điều khiển xoay chiều đến hàng chục nghìn ampe theo sơ đồ này là hoàn toàn đáp ứng được
Tuy nhiên, việc điều khiển hai tiristor song song ngược đôi khi có chất lượng điều khiển không tốt lắm, đặc biệt là khi cần điều khiển đối xứng điện áp, nhất là khi cung cấp cho tải đòi hỏi thành phần điện áp đối xứng (chẳng hạn như biến áp hay động cơ xoay chiều). Khả năng mất đối xứng điện áp tải khi điều khiển là do linh kiện mạch điều khiển tiristor gây nên sai số. Điện áp tải thu được gây mất đối xứng như so sánh trên hình 1.19b.
Điện áp và dòng điện không đối xứng như hình 1.19b cung cấp cho tải, sẽ làm cho tải có thành phần dòng điện một chiều, các cuộn dây bị bão hoà, phát nóng và bị cháy.
Vì vậy việc định kì kiểm tra, hiệu chỉnh lại mạch là việc nên thường xuyên làm đối
với sơ đồ mạch này. Tuy vậy, đối với dòng điện tải lớn thì đây là sơ đồ tối ưu hơn cả cho việc lựa chọn.
Hình 1.19 : Hình dạng đường cong điện áp điềukhiển a) Mong muốn
b) Không mong muốn
Để khắc phục nhược điểm vừa nêu về việc ghép hai tiristor song song ngược, triac ra đời và có thể mắc theo sơ đồ hình 1.17b. Sơ đồ này có ưu điểm là các đường cong điện áp ra gần như mong muốn như hình 1.18a, nó còn có ưu điểm hơn khi lắp ráp. Sơ đồ mạch này hiện nay được sử dụng khá phổ biến trong công nghiệp. Tuy nhiên triac hiện nay được chế tạo với dòng điện không lớn (I < 400A), nên với những dòng điện tải lớn cần phải ghép song song các triac, lúc đó sẽ phức tạp hơn về lắp ráp và khó điều khiển song song. Những tải có dòng điện trên 400A thì sơ đồ hình 1.17b ít dùng.
Sơ đồ hình 1.17c có hai tiristor và hai điốt có thể được dùng chỉ để nối các cực điều khiển đơn giản, sơ đồ này có thể được dùng khi điện áp nguồn cấp lớn (cần phân bổ điện áp trên các van, đơn thuần như việc mắc nối tiếp các van).
Sơ đồ hình 1.17d trước đây thường được dùng, khi cần điều khiển đối xứng điện áp trên tải, vì ở đây chỉ có một tiristor một mạch điều khiển nên việc điều khiển đối xứng điện áp dễ dàng hơn. Số lượng tiristor ít hơn, có thể sẽ có ưu điểm hơn khi van điều khiển còn hiếm.
Tuy nhiên, việc điều khiển theo sơ đồ này dẫn đến tổn hao trên các van bán dẫn lớn, làm hiệu suất của hệ thống điều khiển thấp. Ngoài ra, tổn hao năng lượng nhiệt lớn làm cho hệ thống làm mát khó khăn hơn.