CHƯƠNG 4: BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU - XOAY CHIỀU | Đại học Kinh tế Kỹ thuật Công nghiệp

CHƯƠNG 4: BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU - XOAY CHIỀU
(Bộ biến đổi điện áp pha) MỤC TIÊU CHƯƠNG
Hiểu sự vận hành và các đặc tính của một bộ biến đổi điện áp xoay chiều: nắm
vững các dạng sơ đồ biến đổi điện áp xoay chiều và ứng dụng của BBĐ điện áp
xoay chiều – xoay chiều trong thực tế.
4.1. KHÁI NIỆM CHUNG
Trong kỹ thuật điện có nhiều trường hợp cần phải biến đổi một điện áp xoay
chiều giá trị không đổi thành điện áp xoay chiều có giá trị điều chỉnh được. Để biến
đổi một điện áp xoay chiều thành điện áp xoay chiều cùng tần số nhưng có giá trị
khác thì phổ biến nhất là dùng máy biến áp. Máy biến áp có ưu điểm là kết cấu gọn,
làm việc tin cậy, độ bền cao và nếu điện nguồn có dạng hình sin thì điện áp ra cũng
có dạng hình sin. Tuy vậy máy biến áp cũng có nhược điểm là khó thực hiện thay
đổi trơn điện áp ra, nhất là trong trường hợp công suất trung bình và lớn, điều này
cũng hạn chế khả năng sử dụng máy biến áp trong một số trường hợp. Khi yêu cầu
điều chỉnh trơn điện áp ra trong phạm vi rộng, đặc biệt là khi công suất trung bình
và lớn thì người ta sử dụng một BBĐ khác được gọi là BBĐ xoay chiều-xoay chiều hay BBĐ điện áp pha.
BBD xoay chiều-xoay chiều là thiết bị biến đổi điện năng sử dụng các dụng
cụ bán dẫn có điều khiển. Nguyên tắc hoạt động của BBĐ là sử dụng tính chất có
điều khiển của các dụng cụ bán dẫn để cắt đi một phần trong mỗi nửa chu kỳ của
điện áp nguồn xoay chiều hình sin làm cho điện áp ra có giá trị hiệu dụng nhỏ hơn
điện áp nguồn. BBĐ này có ưu điểm là kết cấu cũng gọn nhẹ, hiệu suất cao, làm
việc tin cậy, có khả năng điều chỉnh trơn điện áp ra trong phạm vi rộng với mọi cấp
công suất. Nhưng BBĐ này cũng có một số nhược điểm là độ tin cậy không bằng
máy biến áp, thiết bị điều khiển tương đối phức tạp, bị hạn chế về công suất do khả
năng chịu dòng và áp của các dụng cụ bán dẫn bị giới hạn, và đặc biệt là khi điện áp
nguồn hình sin thì điện áp ra không còn dạng hình sin nữa. 158 lOMoAR cPSD| 40190299
Các BBĐ xoay chiều - xoay chiều được ứng dụng trong một số trường hợp như sau:
- Để điều khiển tốc độ của các động cơ xoay chiều không đồng bộ công suất nhỏ
bằng phương pháp thay đổi điện áp nguồn cung cấp cho mạch stato của động cơ.
- Khởi động các động cơ xoay chiều không đồng bộ rô to lồng xóc công suất trung bình và lớn.
- Cung cấp cho cuộn sơ cấp của máy biến áp tăng áp khi có yêu cầu điều chỉnh
trơn điện áp ra, ví dụ máy biến áp cung cấp cho bộ nắn điện cao áp cấp cho lò tần số
dùng đèn phát điện tử loại 3 cực.
4.2. BỘ BIẾN ĐỔI XOAY CHIỀU-XOAY CHIỀU MỘT PHA
4.2.1. Các sơ đồ BBĐ điện áp xoay chiều thành điện áp xoay chiều một pha T T1 1 T2 i i t t a D D1 u T u Z b u ng ng 2 t 2 t ut i t it D1 T D3 T c u u ng t Zt d u ng ut D4 D2 T it e u u Z ng D t t
Hình 4.1: Các sơ đồ (phần lực) BBĐ xoay chiều – xoay chiều một pha
Trên các hình 4.1 là các sơ đồ mạch động lực BBĐ điện áp pha một pha. Hình
3.1a là sơ đồ dùng 2 thyristor mắc song song ngược . Hình 4.1b là sơ đồ dùng 2 điôt
và 2 thyristor với mục đích là để cho katôt 2 thyristor nối chung. Hình 4.1c là 159 lOMoAR cPSD| 40190299
sơ đồ dùng triac, triac là dụng cụ bán dẫn cho dòng điện qua cả hai chiều nhưng
điều khiển được, về phần động lực thì nó tương đương như 2 thyristor mắc song
song ngược nhưng chỉ có một điện cực điều khiển nên kết cấu gọn hơn dùng 2
thyristor mắc song song ngược cả về mạch lực cũng như mạch tạo tín hiệu điều
khiển. Hình 4.1e là sơ đồ BBĐ xoay chiều-xoay chiều 1 pha không đối xứng, trong
sơ đồ này ta sử dụng một điôt và một thyristor nên khi sơ đồ làm việc trong đường
cong điện áp trên tải có thành phần một chiều, vì vậy sơ đồ này chỉ sử dụng để cung
cấp cho loại phụ tải sử dụng được cả điện áp một chiều và điện áp xoay chiều ví dụ
như là dây điện trở của lò điện trở. u ng t a 0 2 1 2 3 u đkT1 0 t b u 2 đkT2 0 t c u 2 t it t d 0 2 Hình 4.2
Để hiểu rõ nguyên lý làm việc của BBĐ ta xét nguyên lý hoạt động của một
sơ đồ (ví dụ: sơ đồ hình 4.1a) trong trường hợp đơn giản nhất là khi tải thuần trở. 160 lOMoAR cPSD| 40190299
Giả thiết điện áp nguồn như đồ thị hình 4.2a, đồ thị tín hiệu điều khiển của T1 và T2
như hình 4.2b và hình 4.2c.
Ta có : Từ t = 0 đến t < 1 = thì ung > 0 và đặt điện áp thuận lên T1 và đặt điện
áp ngược lên T2, do vậy van T2 phải khoá nhưng T1 còn chưa mở vì chưa có tín hiệu
điều khiển. Như vậy trong khoảng này dòng qua tải bằng không nên điện áp trên tải
cũng bằng không (ut = Rt.it , trong đó Rt là điện trở phụ tải), điện áp trên các van: uT1
= ung và uT2 = -ung . Tại t = 1 = xuất hiện xung điều khiển trên điện cực điều khiển của
T1, do vậy T1 có đủ 2 điều kiện để mở nên T1 mở. Van T1 mở, dẫn đến sụt áp trên nó
giảm về bằng không,ta có ut = ung và xuất hiện dòng qua tải it = ut/Rt = ung/Rt , lúc này uT1 = uT2 = 0.
Đến t = thì ung = 0 và bắt đầu chuyển sang âm, dòng qua T1 và tải cũng bằng
không và có xu hướng đổi chiều nên T1 sẽ khoá lại (do van không cho dòng đi theo
chiều ngược). Lúc này T2 cũng chưa mở nên dòng tải lại bằng không và điện áp trên tải cũng bằng không.
Tại t = 2 = + xuất hiện tín hiệu điều khiển trên điện cực điều khiển của T2 và van
T2 sẽ mở do đang có điện áp thuận, điện áp trên T2 giảm về bằng không nên ut = ung ,
lại có dòng tải it = ut/Rt = ung/Rt .
Đến t = 2 thì ung = 0 và bắt đầu chuyển sang dương, nó sẽ tác động ngược chiều
dòng qua T2. Lúc đó it cũng bằng không và có xu hướng đổi chiều nhưng T2 không
cho dòng đi theo chiều ngược lại nên T2 khoá lại mà T1 còn chưa mở vì chưa có tín
hiệu điều khiển nên dòng tải lại bằng không và ut = Rt.it = 0.
Đến t= 2=2 + thì van T1 lại có tín hiệu điều khiển, T1 lại mở và sự làm việc của
sơ đồ diễn ra giống như chu kỳ vừa xét.
Đồ thị điện áp nguồn ung ; điện áp điều khiển các van uđkT1, uđkT2 ; điện áp và
dòng trên tải ut , it được biểu diễn trên các đồ thị hình 4.1. Điện áp trên phụ tải là
điện áp xoay chiều không hình sin có giá trị hiệu dụng nhỏ hơn điện áp nguồn và
giá trị hiệu dụng điện áp trên tải sẽ càng nhỏ khi góc càng tăng. Sóng hài bậc nhất
điện áp tải có tần số bằng tần số nguồn cung cấp . Góc
trong BBĐ này được gọi là góc điều chỉnh hay điều khiển. 161 lOMoAR cPSD| 40190299
4.2.2. Dòng điện và điện áp trên tải của BBĐ xoay chiều-xoay chiều một pha
4.2.2.1. Biểu thức dòng tải tổng quát
Để nghiên cứu dòng và áp trên tải ta sửdụng sơ đồ dùng 2 thyristor mắc song
song ngược như hình 4.1a. Do tính đối xứng của sơ đồ nên ta chỉ cần xét trong thời
gian một nửa chu kỳ và suy ra nửa chu kỳ kia. Ta giả thiết cho sơ đồ làm việc với
một góc điều chỉnh , chọn mốc thời gian xét t = 0 là thời điểm truyền xung điều
khiển đến mở một van của sơ đồ , ví dụ là mở T1. Lúc đó do T1 mở nên uT1=0 và ta có phương trình vi phân:
Để giải phương trình vi phân (4.1) ta đặt:
Trong đó i* là giá trị tương đối dòng phụ tải ; Im là giá trị cực đại dòng tải khi
Lt=0, nó được chọn làm đại lượng cơ bản ; là hằng số thời gian mạch tải. Thế (4.2)
vào (4.1) ta được phương trình:
Từ nguyên lý sơ bộ của BBĐ đã nêu trong mục trước ta có nhận xét rằng:
Nếu dòng qua tải là liên tục thì hai van trong sơ đồ phải luân phiên thay nhau làm
việc, lúc đó nếu ta bỏ qua sụt áp rất nhỏ trên thyristor dẫn dòng thì điện áp giữa 2
điểm A và B trên sơ đồ hình 4.3 luôn luôn bằng không (vì luôn có một trong hai van
dẫn dòng), do vậy điện áp trên tải luôn luôn bằng điện áp nguồn . Muốn có điện áp
trên tải khác điện áp nguồn thì phải cắt đi một phần trong mỗi nửa chu kỳ điện áp
nguồn, điều này có nghĩa là dòng qua tải phải gián đoạn. Như vậy loại trừ trường
hợp điện áp ra trùng với điện áp nguồn thì chế độ làm việc của BBĐ điện áp pha là
chế độ dòng gián đoạn, tức là tại thời điểm bắt đầu mở van thì dòng qua tải đang
bằng không. Giải phương trình (4.3) với điều kiện đầu i*0=i*|( t=0)=0 ta được: Ta đặt = arctg
là góc lệch pha của sóng hài bậc nhất dòng và áp trên tải.
Chuyển về đơn vị tuyệt đối ta có: 162 lOMoAR cPSD| 40190299
Đây là biểu thức tổng quát dòng qua phụ tải của BBĐ điện áp xoay chiều-
xoay chiều một pha. Sau đây ta sẽ tìm biểu thức dòng tải trong một số trường hợp đặc biệt. ut(nét đậm) it(nét mảnh) ut it 1 2 t a >0 2 ut it ' t b 1 2 ' 2 > 2 1 u i t t c 2' 1 1' 2 t 2 >/2
Hình 4.3: Đồ thị áp và dòng trên tải của BBĐ xoay chiều – xoay chiều một
pha a) Khi tải thuần trở; b)khi tải trở cảm; c) khi tải thuần cảm 163 lOMoAR cPSD| 40190299
4.2.2.2. Dòng qua tải khi tải thuần trở
Khi phụ tải thuần trở hoặc khi Rt>> Lt thì 0 và 0, do vậy biểu thức dòng tải
có dạng đơn giản như sau:
4.3.4.2. Dòng qua tải khi tải thuần cảm
Trong trường hợp phụ tải thuần cảm Rt = 0 hoặc khi Rt<< Lt, lúc đó ta có /2 và
và do vậy e-t/ 1 . Từ đó ta tìm được biểu thức dòng tải của trường hợp này là:
Ta có đồ thị ut và it trong 3 trường hợp phụ tải là thuần trở (a), điện trở điện cảm
(b) và khi phụ tải thuần cảm (c) được biểu diễn trên các đồ thị hình 4.4. Nếu gọi
khoảng thời gian dẫn dòng của một van trong một chu kỳ điện áp nguồn qui ra góc
độ điện là góc dẫn của van và ký hiệu là thì được biểu diễn như trên đồ thị . Khi tải
thuần trở = - , khi tải thuần cảm thì =2( - ), còn trường hợp tải điện trở-điện cảm
(Rt-Lt) thì góc nằm trong khoảng giới hạn bởi hai trường hợp đặc biệt trên. **Nhận xét:
- Khi phụ tải của BBĐ có tính chất điện trở-điện cảm (Rt-Lt) thì tại thời điểm
bằng không và bắt đầu đổi dấu của điện áp nguồn ung thì van làm việc ở giai đoạn
trước chưa khoá lại mà vẫn tiếp tục dẫn dòng nhờ s.đ.đ. tự cảm trong điện cảm phụ
tải Lt, do vậy mà góc dẫn của van trong trường hợp này lớn hơn khi tải thuần trở nếu
cùng làm việc với một góc điều khiển như nhau. Nếu ta ký hiệu khoảng thời gian
kéo dài sự dẫn dòng của van do s.đ.đ. tự cảm sinh ra trong Lt qui ra góc độ điện là,
thì góc được xác định như trên đồ thị. Do đặc điểm này mà khi đặc tính tải của BBĐ
thay đổi thì giá trị hiệu dụng của điện áp ra cũng thay đổi theo mặc dù ta vẫn giữ
nguyên giá trị góc điều khiển .
- Góc sẽ tăng dần khi giảm góc điều khiển và khi thì đạt giá trị cực đại và bằng .
Khi = thì góc dẫn của van = max = , có nghĩa rằng mỗi van sẽ dẫn dòng một nửa chu
kỳ trong một chu kỳ điện áp nguồn và như đã nêu thì trong 164 lOMoAR cPSD| 40190299
trường hợp này điện áp ra trên tải luôn luôn bằng điện áp nguồn. Nếu độ dài của
xung điều khiển đủ lớn ( ) thì khi phát tín hiệu điều khiển mở van với các góc điều
khiển nằm trong khoảng: 0 thì góc dẫn của mỗi van vẫn là: = max = . Điện áp và dòng
điện trên tải có dạng hình sin, các van của BBĐ lúc này đóng vai trò như một công
tắc không tiếp điểm mà không còn tác dụng điều chỉnh điện áp trên tải. Vậy với
BBĐ này thì khi 0 ta không điều chỉnh được điện áp ra trên tải. Để điều khiển được
điện áp trên tải thì góc điều khiển của BBĐ phải thoả mãn điều kiện: 1800 > > .
4.3.4.2. Điện áp trên phụ tải BBĐ xoay chiều-xoay chiều
Giá trị tức thời của điện áp trên tải được xác định như sau: khi có một van nào
đó trong hai van dẫn dòng thì ut =ung , khi cả hai van đều khoá thì ut=0. Vậy trong
thời gian một chu kỳ nguồn cung cấp (bắt đầu tính từ lúc mở T1) ta có: -Từ t = 0 t = : T1 mở nên ut = ung. -Từ t = t = :
T1 và T2 đều khoá nên ut = 0. -Từ t =
t = + : T2 mở nên ut = ung. -Từ t = +
t = 2 : T1 và T2 đều khoá nên ut = 0.
*Giá trị hiệu dụng của điện áp trên tải, ký hiệu là Ut, được xác định theo biểu thức:
Trong đó Um là biên độ điện áp nguồn U *
cung cấp cho BBĐ. Tuỳ thuộc vào t 1,00
đặc tính cũng như giá trị phụ tải và giá 3 0,75
trị ta sẽ xác định được giá trị góc và 1 2 0,50 thay vào (4.8) 0,25
ta sẽ tìm được giá trị hiệu dụng điện áp 0,00
trên tải. Giá trị tương đối U * t = Ut/Ung theo 0 /4 /2 3/4
góc điều khiển biểu diễn bằng đồ thị hình 4.4.
Hình 4.4: Đặc tính điều chỉnh của BBĐ
Đường 1 là khi tải thuần trở ; đường 2
xoay chiều-xoay chiều 165 lOMoAR cPSD| 40190299
là khi tải điện trở-điện cảm có giá trị Lt và Rt sao cho arctg( Lt/Rt) = , còn đường 3
là trường hợp tải thuần cảm.
4.3.4. Tính chọn van cho BBĐ xoay chiều-xoay chiều
Việc chọn và kiểm tra các thyristor cho BBĐ xoay chiều-xoay chiều cũng tương
tự như đối với BBĐ xoay chiều-một chiều (chỉnh lưu) đã nghiên cứu trong chương
trước. Đối với các van trong BBĐ này ta có:
- Giá trị trung bình dòng qua van:
- Giá trị hiệu dụng dòng qua van:
Khi tính chọn van ta phải lấy giá trị dòng qua van ở chế độ nặng nề nhất, tức
tương ứng khi góc dẫn của van là cực đại ( = max = ) , lúc đó giá trị trung bình và
hiệu dụng cực đại của dòng các van là
Trong đó Imax là giá trị hiệu dụng cực đại của dòng tải khi quá tải cho phép với
giả thiết U *t=1 và với một tải cụ thể đã cho.
Điện áp ngược lớn nhất trên van bằng biên độ điện áp nguồn xoay chiều :
Các điều kiện chọn và kiểm tra cũng tương tự như đã nêu trong chương một.
4.3.4. Bảo vệ BBĐ xoay chiều-xoay chiều T1 R C A 1 1B i t ung R2 ut Zt T2 C2
Hình 4.5: Bảo vệ BBĐ xoay chiều – xoay chiều
Các BBĐ xoay chiều-xoay chiều khi làm việc cũng có thể xảy ra quá dòng và áp
như các BBĐ xoay chiều-một chiều, vì vậy ta cũng phải trang bị các bảo vệ như đối
với BBĐ xoay chiều-một chiều đã xét. Trong BBĐ này để bảo vệ quá áp cho 2 van 166 lOMoAR cPSD| 40190299
mắc song song ngược ta dùng một mạch R-C mắc song song với chúng (hình 4.6),
ngoài ra trong một số trường hợp có thể dùng thêm mạch R-C mắc song song với nguồn cung cấp.
4.2. BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU 3 PHA A B C O T T T 1 (S1) 2 3 ( S2) T4 T5 ( S3) T6 a Z ZB ZC A A B C Z A A 1 T T5 ( S3) T6 T T Z 1 (S1) 2 3 ( S2) T4 B B1 A1 B1 C 1 b ZA Z Z Z B C C C1 A C O A B C T T T T3 2 T 1 T2 3 1 c Z Z Z d ZA A Z B C B ZC A C O A C T D D D T T 1 T T 1 2 2 3 3 3 1 (S1) (S2) (S ) (S (S 1) 3) 3 T2 T4 Z Z e ZA ZB C Z g A B ZC 167 lOMoAR cPSD| 40190299
Hình 4.6: Các dạng sơ đồ BBĐ xoay chiều – xoay chiều
Các BBĐ điện áp xoay chiều-xoay chiều 3 pha tuỳ thuộc vào phụ tải và dụng
cụ sử dụng mà có một số dạng khác nhau như trên các sơ đồ hình 4-7. Sơ đồ hình 4-
7a và hình 4-7b là sơ đồ dùng 3 cặp tiristor mắc song song ngược có dây trung tính
và không có dây trung tính (cũng có thể nối phụ tải dạng tam giác). Hình 4-7c và d
là các sơ đồ dùng triac có và không có dây trung tính. Hình4-7e,g là một số sơ đồ
BBĐ không đối xứng, các sơ đồ này chỉ dùng để điều chỉnh điện áp cung cấp cho
các phụ tải vừa có thể dụng nguồn xoay chiều đồng thời cũng có sử dụng nguồn
cung cấp một chiều (ví dụ tải điện trở).
Nguyên lý hoạt động của sơ đồ BBĐ 3 pha xoay chiều-xoay chiều có dây
trung tính hoàn toàn giống như nguyên lý hoạt động của 3 BBĐ xoay chiều-xoay
chiều một pha làm việc độc lập với phụ tải từng pha. Còn nguyên lý hoạt động của
sơ đồ không có trung tính hoặc trường hợp phụ tải nối dạng tam giác thì có phức tạp
hơn. Trong giới hạn chương trình ta không xét chi tiết hoạt động của các sơ đồ này.
Nguyên lý hoạt động các sơ đồ trên có thể xem trong các tài liệu tham khảo.
4.3. MẠCH ĐIỀU KHIỂN BBĐ XOAY CHIỀU-XOAY CHIỀU
4.3.4. Khái niệm chung
Cũng như BBĐ xoay chiều-một chiều, trong BBĐ xoay chiều-xoay chiều ta
cũng sử dụng các van bán dẫn có điều khiển. Vì vậy để cho BBĐ có thể làm việc
theo yêu cầu thì cũng phải sử dụng mạch phát tín hiệu điều khiển cho các van. Dù là
sơ đồ dùng 2 thyristor mắc song song ngược hay sơ đồ dùng triac thì trong một chu
kỳ nguồn ta cũng phải tạo ra hai tín hiệu điều khiển lệch nhau một góc độ điện là
1800 tương tự như tín hiệu điều khiển các van trong sơ đồ chỉnh lưu hình tia 2 pha.
Do vậy về lý thuyết thì có thể sử dụng tất cả các mạch phát xung điều cho bộ chỉnh
lưu hình tia 2 pha để phát xung điều khiển cho BBĐ xoay chiều-xoay chiều một
pha,và mạch điều khiển cho sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha có thể dùng để phát xung
điều khiển cho BBĐ xoay chiều-xoay chiều 3 pha.Tuy nhiên cũng cần lưu ý:
Đối với sơ đồ chỉnh lưu thì sự đối xứng của xung điều khiển các van cũng quan
trọng nhưng không yêu cầu khắt khe lắm. Nhưng đối với BBĐ xoay chiều-xoay
chiều thì xung điều khiển các van, đặc biệt là của hai van song song ngược trong 168 lOMoAR cPSD| 40190299
cùng một pha nhất là khi phụ tải của BBĐ là thiết bị chỉ làm việc được với nguồn
cung cấp xoay chiều, ví dụ như các động cơ điện xoay chiều hoặc các máy biến
áp,..., đòi hỏi có độ đối xứng rất cao. Đó là vì khi góc điều khiển của 2 van trong
cùng một pha không hoàn toàn giống nhau thì trong đường cong điện áp trên tải sẽ
xuất hiện thành phần một chiều. Mặt khác tổng trở phụ tải đối với thành phần điện
áp một chiều là rất nhỏ do vậy thành phần dòng một chiều qua tải sẽ rất lớn. Điều
đó ảnh hưởng đến sự làm việc của phụ tải và BBĐ, tăng tổn thất phụ và khi sự
không đối xứng của tín hiệu điều khiển vượt quá một giá trị nhất định nào đó (phụ
thuộc trường hợp cụ thể) thì BBĐ sẽ không làm việc được nữa.
Như vậy ta có thể ứng dụng các sơ đồ hệ thống điều khiển BBĐxoay chiều-một
chiều để phát xung điều khiển cho BBĐ xoay chiều-xoay chiều, chỉ cần lưu ý đến
vấn đề đối xứng của xung điều khiển các van, do vậy ở đây ta sẽ không xét các
mạch điều khiển loại đó nữa. Trong một số trường hợp khi không đòi hỏi chất
lượng cao của tín hiệu điều khiển và phạm vi điều khiển không yêu cầu rộng thì ta
có thể sử dụng các mạch điều khiển đơn giản để giảm giá thành và kích thước BBĐ.
4.3.4. Các mạch phát xung điều khiển đơn giản
4.3.4.2. Mạch điều khiển dùng điôt-biến trở (D-R).
Ta xét một sơ đồ bộ biến đổi điện áp pha một pha có mạch điều khiển dùng
điôt-biến trở như hình 4.8.Trong sơ đồ này thì T1,T2 là 2 thyristor động lực, mạch
điều khiển các van của BBĐ gồm các điôt D1, D2, D3, D4, các diện trở R1,R2 và biến trở WR.
* Nguyên lý hoạt động của sơ đồ
Từ đặc tính V-A của tiristor ta thấy rằng: Khi giữa anôt và katôt của tiristor đang
được đặt một điện áp thuận nào đó, nếu ta đặt vào điện cực điều khiển và katôt của
nó một điện áp điều khiển có giá trị từ một trị số nhất định nào đó trở lên thì tiristor
sẽ chuyển từ khoá sang mở. Giá trị điện áp điều khiển nhỏ nhất có thể làm mở
tiristor khi có một trị số điện áp thuận được gọi là điện áp điều khiển yêu cầu đối
với trị số điện áp thuận đó và ta ký hiệu là uđkTyc. Vậy khi trên van có một điện áp
thuận nào đó thì nếu có điện áp điều khiển uđk uđkTyc đối trị số điện áp thuận đó thì
van sẽ mở, còn nếu có điện áp điều khiển nhưng uđk< uđkTyc thì van không mở. Điện 169 lOMoAR cPSD| 40190299
áp thuận trên van thay đổi thì giá trị uđkTyc cũng thay đổi theo: Điện áp thuận trên
van tăng thì giá trị điện áp điều khiển yêu cầu giảm,nếu điện áp thuận trên van có
dạng nửa hình sin thì đồ thị uđkTyc có dạng như trên hình 4.9a. Để đơn giản cho việc
xét nguyên lý làm việc của sơ đồ ta tạm giả thiết là điện áp điều khiển yêu cầu
không phụ thuộc vào trị số điện áp thuận trên van (như hình 4.9b). Giả thiết như vậy
tuy không phù hợp với thực tế nhưng không ảnh hưởng đến nguyên lý làm việc của
sơ đồ nên có thể chấp nhận được trong trường hợp này. Ta chọn mốc xét t=0 là thời
điểm ung=0 và bắt đầu chuyển sang dương, giả thiết tải thuần trở. Vậy tại t=0 thì
dòng tải cũng bằng không, lúc đó van T2 vừa khoá và T1 bắt đầu có điện áp thuận,
nếu T1 chưa mở thì qua D2-WR-R1-Rt (đã giả thiết Zt=Rt) sẽ có một dòng điện do
nguồn cung cấp tạo nên và dòng điện này gây nên trên R1 một sụt điện áp mà điện
áp này sẽ được đưa qua D1 đến điện cực điều khiển của T1. Vậy nếu bỏ qua sụt áp
trên D1 mở thì ta có uđkT1=uR1. Ta có:
Từ đồ thị ta thấy khi > t 0: uđkT1 < uđkTyc và T1 chưa mở, tại t= thì uđkT1= uđkTyc, van
T1 bắt đầu mở và sẽ dẫn dòng cho đến t= . Tại t= thì ung=0 và bắt đầu đổi dấu nênT1
khoá lại ,van T2 bắt đầu được đặt điện áp thuận,nếu T2 chưa mở thì lúc này qua tải
(Rt)-D4-WR-R2 sẽ có dòng điện do nguồn cung cấp tạo nên. Sụt điện áp trên R2 bởi
dòng điện này sẽ được truyền qua D3 đến điện cực điều khiển T2 và nếu bỏ qua điện áp trên D3 mở thì : Mặt khác do R1=R2 nên
Vì vậy mà trong khoảng + > t thì uđkT2< uđkTyc nên T2 vẫn chưa mở,cho đến t= +
thì uđkT2= uđkTyc và T2 bắt đầu mở và dẫn dòng cho đến t=2 . Trong các chu kỳ tiếp
theo sơ đồ làm việc tương tự. Cả 2 van trong sơ đồ đều mở với một giá trị góc điều
khiển là như nhau. Từ nguyên lý hoạt động đã nêu kết hợp với đồ thị hình 4-9 ta
thấy rằng có thể thay đổi góc điều khiển bằng cách thay đổi biên độ của điện áp tính
theo biểu thức: ung.R1/(R1+WR) . Để thực hiện người ta thường thay đổi giá trị biến
trở WR. Với mạch điều khiển này thì góc điều khiển tối đa 170 lOMoAR cPSD| 40190299
max= /2. Như vậy mạch điều khiển nay không dùng được cho trường hợp BBĐ làm
việc với phụ tải thuần cảm (ngay cả những trường hợp điện cảm lớn thì cũng không
nên sử dụng vì lúc đó phạm vi thay đổi của góc điều khiển rất hẹp.
4.3.4.2. Mạch điều khiển D-R-C
Trong sơ đồ này người ta thay vào vị trí 2 điện trở R1 và R2 của sơ đồ trước bằng
hai tụ C1,C2 . Nguyên lý làm việc của sơ đồ được minh hoạ trên đồ thị hình 4.11. Từ
đồ thị ta thấy rằng nhờ sử dụng các tụ mà góc điều khiển cực đại có thể đạt giá trị tương đối lớn.
4.3.4.2. Mạch điều khiển biến trở-điôt cho BBĐ 3 pha không đối xứng
Nguyên lý hoạt động của mạch điều khiển trên hình 4.12 (phần nét mảnh) cũng
gần tương tự với mạch điều khiển biến trở-điôt của BBĐ một pha đã xét. Chỉ khác
là BBĐ trong sơ đồ này chỉ có 3 thyristor nên kết cấu mạch gọn hơn. Chú ý là sơ đồ
BBĐ này chỉ dùng cho phụ tải dạng điện trở thuần, không được dùng để cung cấp
cho động cơ hoặc máy biến áp. Hình 4.12
CÂU HỎI HƯỚNG DẪN ÔN TẬP VÀ THẢO LUẬN
1. Nêu sự cần thiết phải có BBĐ xoay chiều – xoay chiều, các ứng dụng phổ
biến của BBĐ loại này? 171 lOMoAR cPSD| 40190299
2. Nêu nguyên lý làm việc của sơ đồ BBĐ xoay chiều, xoay chiều một pha
dùng 2 thyristor đấu song song ngược khi tải thuần trở với một góc điều chỉnh
, vẽ đồ thị điện áp và dòng điện trên tải để minh họa?
3. Nêu khải niệm góc tải φ trong BBĐ xoay chiều – xoay chiều? Khi tải thuần
cảm thì góc tải φ bằng bao nhiêu? Khi góc điều chỉnh (hay còn gọi là góc
điều khiển) nhỏ hơn góc tải thì dòng áp trên tải thế nào?
4. Nêu nguyên lý làm ciệc của sơ đồ BBĐ xoay chiều – xoay chiều một pha
dùng 2 thyristor đấu song song ngược khi tải điện trở - điện cảm với một góc điều chỉnh
, vẽ đồ thị điện áp và dòng điện trên tải để minh họa?
5. Nêu nguyên lý làm ciệc của sơ đồ BBĐ xoay chiều – xoay chiều một pha
dùng 2 thyristor đấu song song ngược khi tải điện trở - điện cảm với một góc điều chỉnh
, vẽ đồ thị điện áp và dòng điện trên tải để minh họa?
6. Tính giá trị hiệu dụng điện áp trên tài của BBĐ xoay chiều xoay chiều 1 pha
tại thuần trở cho hai giá trị góc điều chỉnh và khi biết giá trị
hiệu dụng của nguồn xoay chiều Ung = 220V?
7. Vẽ đồ thị điện áp và dòng điện trên tải của sơ đồ bộ biến đổi xoay chiều xoay
chiều 3 pha dùng ba cặp thyristor mắc song song ngược, khi tải thuần trở đấu
hình sao (Y0) có dây trung tính với một góc điều chỉnh ?
8. Vẽ đồ thị điện áp và dòng điện trên tải của sơ đồ BBĐ xoay chiều - xoay
chiều 3 pha dùng ba cặp thyristor mắc song song ngược, khi tải điện trở cảm
đấu hình sao có dây trung tính với một góc điều chỉnh ?
9. Tại sao, về cơ bản có thể dùng mạch tạo xung điều khiển cho các van của bộ
chỉnh lưu để tạo xung điều khiển cho các van BBĐ xoay chiều - xoay chiều?
Cần phải chú ý vấn đề gì?
10. Tại sao khi tạo xung điều khiển cho các quan của BBĐ xoay chiều - xoay
chiều người ta thường tạo ra các xung chùm? Hãy vẽ một sơ đồ tạo xung
chùm đơn giản (cho một xung có độ dài lớn, yêu cầu tạo ra nhiều xung hẹp
có tổng chu kỳ của chúng bằng độ dài xung ban đầu)?