Khi có sẵn một nguồn điện xoay chiều, để có thể thay đổi điện áp ra tải ta có thể dùng bộ điều chỉnh điện áp xoay chiều ĐAXC dùng van bán dẫn.. Việc điều chỉnh điện áp ra tải dựa theo
Trang 1Ch-ơng 3 Giới thiệu chung về mạch điều áp
xoay chiều ba pha
I - Mạch điều áp xoay chiều ba pha :
Nh- đã nói ở trên, công suất ra tải của lò đ-ợc tính theo công thức:
P = 3
t
2 f
R U
Nh- vậy, để thay đổi công suất đ-a ra tải , ta có thể thay đổi
t
R hoặc Uf Tuy nhiên, trong thực tế, ng-ời ta th-ờng chọn cách thay đổi Uf để có thể thay đổi công suất ra tải
Khi có sẵn một nguồn điện xoay chiều, để có thể thay đổi
điện áp ra tải ta có thể dùng bộ điều chỉnh điện áp xoay chiều (
ĐAXC ) dùng van bán dẫn Việc điều chỉnh điện áp ra tải dựa theo nguyên tắc t-ơng tự nh- ở các bộ chỉnh l-u tức là thay đổi điểm mở của van so với điểm qua không của điện áp nguồn, vì vậy còn gọi
là ph-ơng pháp điều khiển pha (thay đổi góc mở van )
Do diot chỉ có thể dẫn dòng theo một chiều mà ta lại yêu cầu
điện áp ra tải là xoay chiều nên trong mạch điều áp xoay chiều ng-ời ta không dùng diot mà dùng triac vì đây là loại van bán dẫn duy nhất cho phép dòng điện xoay chiều đi qua nó Tuy nhiên, do triac không thông dụng bằng thyristor nên thực tế ng-ời ta th-ờng
Trang 2dùng sơ đồ 2 thyristor đấu song song ng-ợc nhau thay cho triac nh- hình d-ới :
Các van T1, T2 lần l-ợt dẫn dòng theo 1 chiều xác định nên dòng qua cặp thyristor đấu song song ng-ợc này là dòng xoay
chiều Các van thyristor đ-ợc phát xung điều khiển lệch nhau góc
180 độ điện để đảm bảo dòng qua cặp van là hoàn toàn đối xứng
Một -u điểm của việc sử dụng hai van thyristor đấu song song ng-ợc nhau thay thế cho triac trong nạch điều áp xoay chiều
là khả năng điều khiển để mở và khoá thyristor dễ dàng hơn nhiều
so với triac
Ta có đồ thị dạng điện áp ra của mạch điều áp xoay chiều : Các mạch điều áp xoay chiều có nh-ợc điểm cơ bản là trong quá trình điều chỉnh, mạch luôn làm việc ở chế độ dòng điện gián
đoạn, cả dạng dòng điện và điện áp ra tải đều không sin nên chỉ phù hợp với các tải loại điện trở nh- lò điện trở , bóng đèn loại sợi
đốt v v Dòng điện sẽ liên tục và đồng thời trở thành hình sin hoàn chỉnh chỉ khi điện áp ra tải lấy bằng điện áp nguồn Nh- vậy, khi điều chỉnh trên tải nhận đ-ợc một dải n sóng hài hình sin Mặc
dù vậy, với tải là điện trở thuần của lò điện trở thì việc dạng điện áp
ra tải không sin cũng không ảnh h-ởng đến chế độ làm việc của lò Các mạch điều áp xoay chiều không phù hợp với tải dạng cảm
Trang 3kháng nh- biến áp hoặc động cơ điện, nên chỉ dùng khi phạm vi
điều chỉnh điện áp không lớn
Trong thực tế công nghiệp, các mạch điều áp xoay chiều th-ờng sử dụng là các mạch điều áp xoay chiều ba pha, tải mắc hình sao( Y ) hoặc tải hình tam giác ( ) Quá trình làm việc của
mạch điều áp xoay chiều ba pha phức tạp hơn nhiều so với mạch một pha vì ở đây các pha ảnh h-ởng mạnh sang nhau và nó còn tuỳ thuộc vào nhiều yếu tố nh- sơ đồ đấu van, góc điều khiển cụ thể, tính chất tải
Hình trên là sơ đồ th-ờng dùng nhất, đó là sơ đồ có sáu
thyristor đấu thành ba cặp song song ng-ợc
II - Quan hệ giữa góc điều khiển và công suất ra tải
Khi phân tích hoạt động của sơ đồ ta cần xác định rõ xem trong các giai đoạn sẽ có bao nhiêu van dẫn và nhờ các quy luật d-ới đây ta có thể có đ-ợc biểu thức điện áp của từng giai đoạn, từ
đó mới tiến hành tính toán D-ới đây là các quy luật dẫn dòng của van trong mạch điều áp xoay chiều ba pha:
Trang 4Nếu mỗi pha có một van dẫn thì toàn bộ điện áp ba pha
nguồn đều nối ra tải
Nếu chỉ hai pha có van dẫn thì một pha nguồn bị ngắt ra khỏi tải, do đó điện áp đ-a ra tải là điện áp dây nào có van đang dẫn
Không thể có tr-ờng hợp chỉ có một pha dẫn dòng
Dựa vào quy luật dẫn dòng của van trong từng giai đoạn mà
ta có thể xây dựng đ-ợc đồ thị điện áp ra của mạch điều áp xoay chiều ba pha Tiếp theo, từ những biểu thức điện áp của từng giai
đoạn đó ta lại có thể tính toán đ-ợc các đại l-ợng cần tính nh- điện
áp, dòng điện, công suất
Ta xét hoạt động của mạch điều áp xoay chiều ba pha dùng sáu thyristor đấu song song ng-ợc, tải thuần trở đấu hình sao ở trên
và dựng đồ thị quan hệ giữa công suất tải và góc :
Công suất tải là : P 3 I 2 R trong đó I là trị số hiệu dụng của dòng điện tải Dòng điện này biến thiên theo hai trong ba quy luật dẫn dòng của van nh- sau :
Nếu mỗi pha có một van dẫn ( hay toàn mạch có ba van dẫn) :
) sin(
R 3
U
Nếu chỉ có hai van dẫn (hay toàn mạch có hai van dẫn ) :
) sin(
R 2
U
trong đó : Udm là biên độ điện áp dây
là góc lệch pha giữa điện áp và dòng điện ở giai đoạn
đang xét
Trang 5Tuỳ thuộc vào góc điều khiển mà các giai đoạn có ba van dẫn hoặc hai van dẫn cũng thay đổi theo Ta thấy có ba khoảng điều khiển chính :
1) Khoảng dẫn của van ứng với = 0 60o :
Trong phạm vi này sẽ có các giai đoạn ba van và hai van dẫn xen kẽ nhau nh- đồ thị d-ới đây :
Dựa vào đồ thị ta có thể xác định đ-ợc biểu thức liên quan giữa công suất ra tải P và góc điều khiển :
R I 3
=
) d 3
sin d
4
sin d
3
sin d
4
sin d
3
sin
(
R
U
3
3 2
2 3
2
3 2
2 3
2
3
2 3
3
2 2
2
8
2 sin 4 6
[ R
U
3 2
Trang 62) Khoảng van dẫn ứng với = 60 90o :
Trong phạm vi này luôn chỉ có các giai đoạn hai van dẫn Ta
có đồ thị điện áp ra ở d-ới :
Dựa vào đồ thị ta có thể xác định đ-ợc biểu thức liên quan giữa công suất ra tải P và góc điều khiển :
Trang 7.
I
.
3
4
sin d
4
sin [
R
U
3 6 3
5
3 2
3 6 5
3 2
2 2
2
16
3 2
sin 16
3 12
[ R
U
3) Kho¶ng van dÉn øng víi = 90 150o :
Trong ph¹m vi nµy chØ cã c¸c giai ®o¹n hai van dÉn hoÆc
Trang 8không có van nào dẫn xen kẽ nhau Ta có đồ thị điện áp ra nh- ở d-ới :
Dựa vào đồ thị ta có thể xác định đ-ợc biểu thức liên quan giữa công suất ra tải P và góc điều khiển :
R I 3
3
2 2
2
3
sin d
4
sin [
R
U 3
16
1 2 cos 16
3 4 24
5 [ R
U
Theo ba biểu thức (1), (2), (3) và cho các giá trị khác nhau
và lấy P ở = 0 là 100% ta có bảng các giá trị và đồ thị biểu diễn quan hệ giữa công suất ra tải P và góc điều khiển :
Trang 9Nhận xét : công suất đ-a ra tải là lớn nhất khi góc điều khiển
= 0 nh-ng với =30 thì công suất ra tải cũng xấp xỉ khi = 0
Trong mạch điều áp xoay chiều ba pha sáu thyristor đấu song song ng-ợc tải thuần trở đấu tam giác, dạng điện áp từng pha cũng nh- vậy Tuy nhiên, do tải đấu tam giác nên khi mạch có ba van dẫn thì điện áp rơi trên điện trở tải là điện áp dây, khi mạch có hai van dẫn thì điện áp rơi trên điện trở tải giữa hai dây đó là điện áp dây còn điện áp rơi trên hai điện trở còn lại bằng một nửa điện áp dây
