BÁO cáo CHUYÊN đề NGÀNH công nghệ kỹ thuật điều khiển và tự động hóa CHUYÊN NGÀNH tự động hóa và điều khiển thiết bị công nghiệp

+Nếu có các Thyristor khác đang dẫn thì điện áp pha tương ứng phải dương hơn pha kia.. Tại mỗi thời điểm nào đó chỉ có 1 Thyristor dẫn ,như vậy dòng điện qua tải liên tục, mỗi t dẫn tron

RƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN Lực KHOA ĐIỀU KHIỂN & Tự ĐỘNG HÓA

ĐỢI HỌC ĐIỆÍ1 Lực

ELECTRIC POWER UNIVERSITY

BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ

NGÀNH: Công nghệ kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

CHUYÊN NGÀNH: Tự động hóa và điều khiển thiết bị công nghiệp HỌC PHẢN: Đề án điện tử công suất

Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Ngọc Khoát

Nhóm sinh viên/ sinh viên thực hiện - Mã sinh viên:

Nhóm 1 : Nguyễn Khánh Hùng Khôi - 19810430152

Lớp : D14TDH&DKTBCN3

HÀ NỘI, 2/2022

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU SƠ ĐỒ CHỈNH LƯU HÌNH TIA BA PHA ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU.

-—£3 ^^-—

A TỔNG QUAN VỀ CHỈNH LƯU 3 PHA HÌNH TIA :

1.Sơ đồ chỉnh lưu hình tia 3 pha :

Hình 1.1: Sơ đồ chỉnh lưu tia 3 pha

R

Đổánmònhoc^Điêntử^ôngsuất ^^ffi^^^VHD.Nguj|nNgoeKhoát

^ Sơ đồ chỉnh lưu 3 pha:

Gồm 1 máy biến áp 3 pha có thứ cấp nối Yo, 3 pha Thyristor nối với tải như hình 1.1

* Điều kiện khi cấp xung điều khiển chỉnh lưu:

+Thời điểm cấp xung điện áp pha tương ứng phải dương hơn so với trung tính

+Khi biến áp đấu hình sao (Y)trên mỗi pha A,B,C nối một van.3 catod đấu chung cho điện áp dương của tải ,còn trung tính biến áp, sẽ là điện áp âm Ba pha này dịch góc 120o theo các đường cong điện áp pha ,có điện áp của 1 pha dương hơn điện áp của 2 pha kia trong khoảng thời gian 1/3 chu kì

+Nếu có các Thyristor khác đang dẫn thì điện áp pha tương ứng phải dương hơn pha kia Vì thế phải xét đến thời gian cấp xung đầu tiên

Góc mở tự nhiên:

+Góc mở (X được xác định từ lúc điện áp đặt lên van tương ứng chuyển từ âm đến 0 (từ

đóng sang khoá) cho đến khi bắt đầu đặt xung điều khiển vào

+Điện áp gây nên quá trình chuyển mạch: điện áp dây

+ Q<ơ.<7ĩ-ỵ- ự

Trong đó : Ỵ: góc dẫn

p.: góc chuyển mạch

a) Xét khi góc mở ạ = 0:

- Điện áp pha thứ cấp máy biến áp

va = V2u, sin 9

v h = y/ĩu^ sin (ớ -27T /3)

v c = sỉĩu 7 sin (ớ + 2ĩĩ/3)

- Qua hình trên ta thấy:

• Lúe 9| < 0 < 02 ^ va > vb > vc V , eó giá trị lớn nhất nên Ti mở eho dòng ehạy qua T2;

T3 khoá í, = Ỵ '

R

• Lúe 92 < 9 < 9, > vb > vc > V,, vb eó giá trị lớn nhất nên T2 mở eho dòng ehạy qua Ti; T3 , vb - E

khoá 1 - —

R

• Lúe 03 < 9 < 9| vc > V;| > vb, T3 mở; Ti, T2 khoá;

Trong đó: R: điện trở eủa động eơ

E: suất điện động phản kháng eủa động eơ

b) Xét khi góe mở ạ ^ 0 :

Giả thiết tải : R, L,Eu , chuyển mạeh tứe thời

Điện áp pha thứ cấp của máy biến áp:

w, = U m sin 3

2ĩT

u 2 = u„, sin(ớ-^-)

w3 =L/njsin(ớ + ^)

*Nhịp Vi: khoảng thời gian từ ỡ\ -> ớ2 Tại ỡ ỵ điện áp đặt lên ui > 0, eó xung kíeh khởi: T1 mở, khi đó:

Ti mở, T2, T3 đóng, lúe này:

+Điện áp chỉnh lưu bằng điện áp ui : ud = ui

+Dòng điện chỉnh lưu bằng dòng điện qua van i: id = Id = ii

+Dòng điện qua T2, T3 bằng 0: Ỉ 2 = Ỉ3 = 0

Trong nhịp Vi: uv2 từ âm chuyển lên 0, khi uv2 = 0 thì T2 mở, lúc này uvi = ui - u2 = 0 và bắt đầu âm nên Ti đóng, kết thúc nhịp Vi, bắt đầu nhịp V2

*Nhịp V2: từ > 3-.

Lúc này : -Ị ' ;ỊẠ‘ “

T2 mở, Ti, T3 đóng

+Điện áp chỉnh lưu bằng điện áp u2: ud = u2

+Dòng điện chỉnh lưu bằng dòng điện dòng điện qua van 2: id = Id = Ỉ2

+Dòng điện qua Ti, T3 bằng 0: ii = Ỉ3 = 0

Vẹ-E

R

Dòng trung bình:

Đổánmònhoc^Điêntử^ôngsuất ^^ffi^^^VHD.Nguj|nNgoeKhoát

Trong nhịp V2: UV3 từ âm chuyển lên 0, khi UV3 = 0 thì T3 mở, lúc này UV2 = U2 - U3 = 0 và bắt đầU âm nènT: đóng, kết thúc nhịp V2, bắt đầU nhịp V3

*Nhịp V3: từ ỡy

-7-llỵẠ = 0

Lúc này : sU vỵ — u ỵ — u 3

U v2

T3 mở, T1, T2 đóng

+Điện áp chỉnh lưU bằng điện áp U3: Ud = U3

+Dòng điện chỉnh lưU bằng dòng điện dòng điện qUa van 3: id = Id = Ì3

+Dòng điện qUa T1, T2 bằng 0: ii = Ỉ2 = 0

Trong nhịp V3: UV1 từ âm chUyển lên 0, khi UV1 = 0 thì T1 mở, lúc này UV3 = U3 - U1 = 0 và bắt đầU âm nên T3 đóng, kết thúc nhịp V3, bắt đầU nhịp V1

Trong mạch ,dạng sóng của dòng điện phụ thUỘc vào tải, tải thUần trở dòng điện id cùng dạng sóng Ud ,khi điện kháng tải tăng lên ,dòng điện càng trở nên bằng phẳng hơn, khi Ld tiến tới vô cùng dòng điện id sẽ không đổi, id = Id

Trị trung bình của điện áp tải:

ư =-— V2.ỈẠ.sinc/.ứỂ/ = —_ cosa = 1,1 /lẦcosG'.

—+a

6

Trong đó : a : Góc mở Thyristor

Trùng dẫn:

e a = yíl.u2 sin ỡ

e h =42.u 2 sin(0 y)

ec^4Ĩ.U2.sm(ỡ + ^~)

Giả sử T1 đang cho dòng chạy qUa, ỈT1 = Id Khi 0 = 0 2 cho xUng điềU khiển mở T2 Cả 2 Thyristor T1 và T2 đều cho dòng chảy qUa làm ngắn mạch 2 ngUồn ea và eb NếU chUyển gốc

toạ độ từ 3 sang ỡ 2 ta có:

e a = -TĨ.U n sin(ớ + —- + ÍZ)

6

e h = V2.t7, sin(6’ + + ơ)

6 Điện áp ngăn mạch:

u c = e b — e a = lĩ.u 2 sin(6* + a)

Dòng điện ngắn mạch đuợc xác định bởi phương trình:

~j6.U 2 sin(Ế> + a) = 2.X c

.-f-dt

Do đó:

VÓ.Ỉ7

2

.[coscr - cos(ớ + «)]

Nguyên tắc điều khiển các Thyristor : Khi anod của Thyristor nào dương hơn Thyristor

đó mới được kích mở Thời điểm của 2 pha giao nhau được coi là góc thông tự nhiên của các Thyristor Các Thyristor chỉ được mở với góc mở nhỏ nhất

Tại mỗi thời điểm nào đó chỉ có 1 Thyristor dẫn ,như vậy dòng điện qua tải liên tục, mỗi

t dẫn trong 1/3 chu kì.còn nếu điện áp tải gián đoạn thì thời gian dẫn của các Thyristor nhỏ hơn Tuy nhiên, trong cả 2 TH dòng điện trung bình của các Thyristor đều bằng 1/3 Id .trong khoảng thời gian Thyristor dẫn dòng điện của Thyristor bằng dòng điện tải Dòng điện Thyristor khoá = 0 Điện áp Thyristor phải chịu bằng điện dây giữa pha có Thyristor khoá với pha có Thyristor đang dẫn

Khi tải thuần trở dòng điện và điện áp tải liên tục hay gián đoạn phụ thuộc vào góc mở Thyristor

+Nếu ơ < 30 ^ Ud , Id liên tục

+Nếu ơ > 30 ^ Ud , Id gián đoạn

Đổánmònhoc^Điêntử^ôngsuất ^^ffi^^^VHD.Nguj|nNgoeKhoát

* Nhận xét : So với chỉnh lưu 1 pha:

+Chỉnh lưu tia 3 pha có chất lượng điện một chiều tốt hơn

+Biên độ điện áp đập mạch tốt hơn

+Thành phần sóng hài bậc cao bé hơn

+Việc điều khiển các van bán dẫn cũng tương đối đơn giản hơn

Dòng điện mỗi cuộn thứ cấp là dòng điện 1 chiều ,do biến áp 3 pha 3 trụ mà từ thông lõi thép biến áp là từ thông xoay chiều không đối xứng làm cho công suất biến áp phải lớn Khi chế tạo biến áp động lực, các cuộn dây thứ cấp phải đấu sao(Y) ,có dây trung tính phải lớn hơn dây pha vì dây trung tính chịu dòng tải

3 Tổng quan về Thyristor :

a) Cấu tạo :

Là dụng cụ bán dẫn gồm 4 lớp bán đẫn loại P và N ghép xen kẽ nhau và có 3 cực anốt, catốt và cực điều khiển riêng G

+

P1 + +

+

N1+ +

+

P2 + + N2

J1 ‘Ẽ^ J2 T J

G Hình 1-5

b) Nguyên lý hoạt đông :

Khi Thyristor đượe nối với nguồn môt ehiều E > 0 tứe eựe dương đặt vào anốt eựe âm đặt vào eatốt, thì tiêp giáp J1, Js đượe phân eựe thuận eòn miền J2 phân eựe ngượe, gần như toàn bô điện áp đượe đặt lên mặt ghép J2, điện trường nôi tại E1 eủa J2 eó ehiều từ N1 hướng tới P2 Điện trường ngoài táe đông eùng ehiều với E1, vùng ehuyển tiếp là vùng eáeh điện eàng đượe mở rông ra, không eó dòng điện ehạy qua tiristor mặe dù nó đượe đặt dưới 1 điện

áp dương

+Mở Thyristor : Nếu eho môt xung điện áp dương Ug táe đông vào eựe G (dương so với K ) thì eáe eleetron từ N2 ehạy sang P2 Đến đây môt số ít trong ehúng ehảy về nguồn Ug

và hình thành dòng điều khiển Ig ehảy theo mạeh G1 - Js - K - G , eòn phần lớn điện tử dưới sứe hút euả điện trường tổng hợp eủa mặt J2 lao vào vùng ehuyển tiếp này ehúng đượe tăng tốe do đó eó đông năng rất lớn sẽ bẻ gảy eáe liên kết giữa eáe nguyên tử Si, tạo nên eáe điện

tử tự do mới Số điện tử này lại tham gia bắn phá eáe nguyên tử Si kháe trong vùng ehuyển tiếp Kết quả eủa eáe phản ứng dây ehuyền này làm xuất hiện eàng nhiều điện trường ehạy vào vùng N1 qua P1 và đến eựe dương eủa nguồn điện ngoài, gây nên hiện tượng đẫn điện ào

ạt làm eho J2 trở thành mặt ghép dẫn điện bắt đầu từ môt diểm nào đó ở sung quanh eựe rồi phát triển ra toàn bô mặt ghép với tốe đô lan truyền khoảng 1m/100ps

- Môt trong những biện pháp đơn giản nhất để

mở Thyristor đượe trình bày trên hình vẽ

Khi đóng mở K, nếu Ig > Igst thì T mở ( Ig « (1,1 -1,2 ).Igst)

Ig : Giá trị dòng điều khiển ghi trong sổ tay tra

eứu Thyristor

R2 = 100: 1000(Q)

Có thể hình dung như sau : Khi dặt Thyristor ở UAK > 0 thì Thyristor ở tình trạng sẵn sàn

mở eho dòng ehảy qua, nhưng nó eòn đợi tín hiệu Ig ở eựe điều khiển, nếu Ig > Igst thì Thyristor mở

+Khoá Thyristor :

Môt khi Thyristor đã mở thì tín hiệu Ig không eòn táe dụng nữa Để khoá Thyristor eó 2 eáeh :

Giảm dòng điện làm việe I xuống giá trị dòng duy trì Idt

Đặt môt điện áp ngượe lên Thyristor UAK < 0, hai mặt J1, Js phân eựe ngượe, J2 phân eựe thuận Những điện tử trướe thời điểm đảo eựe tính UAK < 0 đang eó mặt tại P1, N1, P2, bây giờ đảo ehiều hành trình, tạo nên dòng điện ngượe ehảy từ Catốt về Anốt và về eựe âm eủa nguồn điện áp ngoài

(14-1,2)^,

Đổánmônhoe^ĐÌêntửcÕngSUất ^^Q^^ GVHD : Nguyễn Ngoc Khoát

SVTH : Nguyễn Khánh Hùng Khôi 19810430152

Hình 1-6b

- Lúe đầu quá trình từ to— ti, dòng điện ngượe khá lớn, sau đó J1, Js trở nên eáeh điện Còn một ít điện tử đượe giủ lại giữa hai mặt ghép, hiện tượng khuếeh tán sẽ làm ehúng ít dần

đi eho đến hết và J2 khôi phụe lại tính ehất eủa mặt ghép điều khiển

-Thời gian khoá toff đượe tính từ khi bắt đầu xuất hiên dong điện ngượe bằng 0 (t2) đây

là thời gian mà sau đó nếu đặt điện áp thuận lên Thyristor thì Thyristor vẫn không mở, toff kéo dài khoảng vài ehụe as Trong bất kỳ trường hợp nào eũng không đượe đặt tiristor dưới điện áp thuận khi Thyristor ehưa bị khoá nếu không sẽ eó nguy eơ gây ngắn mạeh nguồn Trên sơ đồ hình (b), việe khoá Thyristor bằng điện áp ngượe đượe thựe hiện bằng eáeh đong khoá K eòn sơ đồ (e) eho phép khóa Thyristor một eáeh tự động Trong mạeh hình (e) khi

mở Thyristor này thì tiristor kia sẽ khoá lại Giả thuyết eho một xung điện áp dương đặt vào

Gi—Ti mở dẫn đến xuất hiện 2 dòng điện : Dòng thứ nhất ehảy theo mạeh : +E - R1-T1 -E,eòn dòng thứ 2 ehảy theo mạeh +E - R2 -Ti- -E

-Tụ C đượe nạp điện đến giá trị E, bản eựe dương ở B, bản eựe âm ở A Bây giờ nếu eho một xung điện áp dương táe động vào G2->T; mở nó sẽ đặt điện thế điểm B vào eatốt eủa Ti Như vậy là Ti bị đặt dưới điện áp Uc = -E và Ti bị khoá lại

-T2 mở lại xuất hiện 2 dòng điện : Dòng thứ nhất chảy theo mạch : + E - Ri-C - T2 - -E Còn dòng thứ hai chảy theo mạch : +E - R2 - T2 - -E

- Tụ C được nạp ngược lại cho đến giá trị E, chuẩn bị khoá T2 khi ta cho xung mở Ti c) Điện dung của tụ điện chuyển mạch :

-Trong sơ đồ hình (b), (c) một câu hỏi được đặt ra là : Tụ điện C phải có giá trị bằng bao nhiêu thì có thể khoá được Thyristor ?

— Như đã nói ở trên khi Ti mở cho dòng chảy qua thì C được nạp điện đến giá trị E bản cực “+” ở phía điểm B tại thời điểm cho xung mở T2 (cả 2 Thyristor điều mở), ta có phương trình mạch điện

+ U C với i € —

dt

Nên E = C.R^ + U e

r dt

Viết dưới dạng toán tử Laplace :

E

.(p) at

Từ đó ta có : /' Thời gian t_ off là khoảng thời gian kể từ