Thiết kế điều khiển nhiệt độ lò điện trở 3 pha.DOC

Thiết kế điều khiển, nhiệt độ lò điện trở, 3 pha

Lời mở đầu

Hiện nay, lò điện trở 3 pha đã và đang đợc sử dụng rộng rãi trong cácngành công nghiệp nh: Ngành công nghiệp chế biến lơng thực, thực phẩm;ngành công nghiệp sản xuất hàng tiêu dùng; ngành công nghiệp luyện kim;ngành cơ khí …vv Nhng phát triển mạnh nhất là trong ngành công nghiệp chếbiến thực phẩm, bởi vì nó tạo ra đợc các sản phẩm có ích cho con ngời, cho xãhội và góp phần đáng kể cho nguồn hàng xuất khẩu của đất nớc Tuy lò điệntrở có cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo, dễ sửa chữa, dễ sử dụng mà lại làm việc tincậy song nó cũng có những hạn chế nhất định nh là phải khống chế đợc nhiệt

độ của lò điện trở nhất là các lò có công suất lớn tới vài chục, vài trăm kilowatthì việc thiết kế thiết bị khống chế nhiệt độ theo yêu cầu rất phức tạp và cồngkềnh, giá cả rất đắt Song ngày nay, với trình độ tiến bộ khoa học kỹ thuật ng-

ời ta đã nghiên cứu, thiết kế và chế tạo đợc các loại lò điện trở lớn nhỏ vớicông suất khác nhau, hiệu suất làm việc cao và đáp ứng đợc yêu cầu côngnghệ của các ngành công nghiệp Tuỳ theo yêu cầu công nghệ của từng ngànhsản xuất mà lò điện trở có những tính năng, tác dụng của yêu cầu của ngời sửdụng Chính vì những yêu cầu đó đòi hỏi lò điện trở phải có những tính năng

điều chỉnh đợc nhiệt độ thích hợp với yêu cầu sản xuất và sử dụng đợc tối đahiệu suất của lò mà không làm h hỏng lò hoặc nhìn chung khi điều chỉnhnhiệt độ của lò điện trở

Nhìn chung khi điều chỉnh nhiệt độ của lò điện trở cần tuân thủ các yêucầu cơ bản dới đây:

- Điện áp cấp cho lò ấn định

- Tổn hao nhiệt nhỏ

- Hiệu suất làm việc cao

- Làm việc an toàn, dễ sử dụng, dễ điều khiển

- Đạt đợc yêu cầu công nghệ

- Thiết bị sử dụng đơn giản, gọn nhẹ, chắc chắn, rẻ tiền

- Dễ sửa chữa, thay thế

Tuy nhiên để thiết kế và chế tạo đợc lò điện trở với đầy đủ yêu cầu trên

sẽ không rẻ tiền Vì vậy ta phải căn cứ vào yêu cầu của từng ngành sản xuất đểchọn công suất lò và thiết kế bộ điều chinhr nhiệt độ của lò điện trở thích hợp

- 1 -

Chơng 1 Phơng án chọn mạch lực I.1 Thyristor Nguyên lý cấu tạo và hoạt động.–

Thyristor là phần tử bán dẫn cấu tạo từ bốn lớp bán dẫn p-n-p-n tạo ra

ba tiếp giáp p-n J1, J2, J3 Thyristor có ba cực: anot A, catot K, cực điều khiển

G nh đợc biểu diễn trên hình 1

I.2 Các thông số cơ bản của thyristor

Các thông số cơ bản là những thông số dựa vào đó ta có thể lựa chọnmột thyristor cho một ứng dụng cụ thể nào đó

1 Giá trị dòng trung bình cho phép chạy qua thyristor, I Vtrb

Đây là giá trị dòng trung bình cho phép chạy qua thyristor với điều kiệnnhiệt độ của cấu trúc tinh thể bán dẫn của thyristor không vợt quá một giá trịcho phép Trong thực tế dòng điện cho phép chạy qua thyristor còn phụ thuộcvào các điều kiện làm mát và nhiệt độ môi trờng Thyristor có thể đợc gắn lêncác bộ tản nhiệt tiêu chuẩn và làm mát tự nhiên Ngoài ra thyristor có thể tản

đợc làm mát cỡng bức nhờ quạt gió hoặc dùng nớc để tải nhiệt lợng toả ranhanh hơn Nói chung có thể lựa chọn dòng điện theo các điều kiện làm mát

nh sau:

- Làm mát tự nhiên: Dòng sử dụng cho phép đến 1/3 dòng IVtrb

- Làm mát cỡng bức bằng quạt gió: Dòng sử dụng bằng 2/3 IVtrb

- Làm mát cỡng bức bằng nớc: Có thể sử dụng đến 100% dòng IVtrb

2 Điện áp ng ợc cho phép lớn nhất, U ngmax

Đây là giá trị điện áp ngợc lớn nhất cho phép đặt lên thyristor Trongcác ứng dụng phải đảm bảo rằng tại bất kỳ thời điểm nào điện áp giữa anot –catot UAK luôn nhỏ hơn hoặc bằng Ungmax Ngoài ra phải đảm bảo một độ dự trữ

canot

nhất định về điện áp, nghĩa là Ungmax phải đợc chọn ít nhất là bằng 1,2 – 1,5lần giá trị biên độ lớn nhất của điện áp trên sơ đồ.

3 Thời gian phục hồi tính chất khoá của thyristor , t r (à s)

Đây là thời gian tối thiểu phải đặt điện áp âm lên giữa anot – catot củathyristor sau khi dòng anot – catot đã về bằng không trớc khi lại có thể có

điện áp UAK dơng mà thyristor vẫn khoá tr là một thông số rất quan trọng củathyristor nhất là trong các bộ nghịch lu phụ thuộc hoặc nghịch lu độc lập,trong đó phải luôn đảm bảo rằng thời gian dành cho quá trình khoá phải bằng1,5 – 2 lần tr

điện áp rơi trên lớp tiếp giáp J2 nh đợc chỉ ra trên hình 6

Lớp tiếp giáp J2 bị phân cực ngợc lên độ dày của nó nở ra tạo ra vùngkhông gian nghèo điện tích, cản trở dòng điện chạy qua Vùng không gian này

có thể coi nh một tụ điện có điện dụng CJ2 Khi có điện áp biến thiên với tốc

độ lớn dòng điện của tụ có thể có giá trị đáng kể, đóng vai trò nh dòng điềukhiển Kết quả là thyristor có thể mở ra khi cha có tín hiệu điều khiển vào cực

điều khiển G

- 3 -

p n

p n

J1 J2

J3

anot

G C12

i = C12(dU/dt)

Hình 6

Tốc độ tăng điện áp là một thông số phân biệt thyristor tần số thấp với

các thyristor tần số cao ở thyristor tần số thấp

độ dòng điện ở các điểm dẫn ban đầu quá lớn, sự phát nhiệt cục bộ quá mãnhliệt có thể sẽ dẫn đến hỏng cục bộ, từ đó dẫn đến hỏng toàn bộ tiết diện tinhthể bán dẫn

Tốc độ tăng dòng cho phép cũng phân biệt ở thyristor tần số thấp có

dt dI

khoảng 50 – 100 A/às với các thyristor có tần số cao dI dt khoảng 500 –

2000 A/às Trong các bộ biến đổi phải luôn luôn có biện pháp đảm bảo tốc độtăng dòng ở dới giá trị cho phép Điều này đạt đợc nhờ mắc nối tiếp với cácphần tử bán dẫn những điện kháng nhỏ, lõi không khí hoặc đơn giản hơn làcác xuyến ferit lồng lên nhau Các xuyến ferit đợc dùng rất phổ biến vì cấu tạo

đơn giản, dễ thay đổi điện cảm bằng cách thay đổi số xuyến lồng lên thanhdẫn Xuyến ferit còn có tính chất của cuộn cảm bão hoà, khi dòng qua thanhdẫn còn nhỏ điện kháng sẽ lớn để hạn chế tốc độ tăng dòng Khi dòng đã lớnferit bị bão hoà từ, điện cảm giảm gần nh bằng không Vì vậy cuộn khángkiểu này không gây sụt áp trong chế độ dòng định mức chạy qua dây dẫn

I.3 ảnh hởng của các phần tử nối song song với cực điều khiển.

1 ảnh hởng của điện trở nối song song với cuặc điều khiển Điện trở này ảnhhởng rất lớn đến Tiristo:

a Làm tăng giá trị dòng qua van Ia cần thiết để mở đợc và duy trì chovan dẫn vì điện trở này rẽ nhánh dòng qua va qua nó

b hạn chế ảnh hởng của tốc độ tăng áp du/dt, nó sẽ dẫn bớt dòng kýsinh có hại này qua nó, giảm bớt tác động này đến cực điều khiển

c Tiristo có độ nhạy cao thờng bắt buộc phải có điện trở này để dẫn dòngnhiệt (dòng diện rò ) qua nó để tránh Tiristo bị mở vì dòng này.

d Làm giảm hệ số khuếch đại vùng n1-p2-n2 dẫn đến làm tăng điện ápchuyển mạch của van

e Làm giảm đợc thời gian hồi phục tính chất khoá cho Tiristo vì nó tạothành mạch thoát cho các điện tích d tích tụ trong vùng p2 và n2.

Nhìn chung để đánh giá chi tiết hơn cần biết giá trị của RG, RS Tuynhiên quy luật chung của các điện trở này là: Tiristo càng nhỏ thì trị số RScàng lớn ( đôi khi coi rằng RS=∞)

Giá trị RG phụ thuộc vào kích thớc tinh thể bán dẫn, tinh thể càng lớngiá trị RG càng nhỏ

2 ảnh hởng của tụ điện nối song song với cực điều khiển

a Làm giảm ảnh hởng của tốc độ tăng hợp du/dt gần nh của điện trở,tuy nhiên chỉ có tác dụng ở tần số cao đó do đó, khác với điện trở, tụ điện rất

có ích để chống nhiễm cao tần ảnh hởng từ mạng điện lực tới mà không gâyhậu quả ở khu vực tần số thấp, nhất là với dòng ổn định một chiều

b Làm giảm độ dốc cả xung điều khiển mở van, dẫn đến ké dài hơnthời gian mở van cũng nh thời gian thời gian tăng dòng Ia, do đó không có lợitrong những mạch cần có tốc độ tăng dòng lớn

c Khi van đã dẫn điện áp trên trên tụ điện này có trị số xấp xỉ sụt áp trênvan (cỡ 1ữ 2V ) Điện áp này nói chung lớn hơn điện áp tối thiểu để mở van.Khi van khoá lại sau đó lại có điện áp dơng đặt trở lại thì dòng điện phóng ra

từ tụ điện này có thể làm van mở ra không cần có dòng điều khiển thực hiệnnữa ( ví dụ van làm việc ở tần số 50 Hz, nếu tụ đủ lớn để kéo dài dòng phóngquá 10ms sẽ làm van mở ngay ở nửa chu kỳ điện áp trên van dơng trở lại.)

3 ảnh hởng của điện áp âm đặt lên cực điều khiển Điện áp trên cực

điều khiển không đợc âm quá trị số cho phép của từng loại van ( thờng giớihạn ở mức 5V ) Vì vậy khi van làm việc có khả năng xuất hiện điện áp âmquá mức trên cực điều khiển cần có biện áp hạn chế trớc mà thông dụng nhất

là đấu thêm điốt nối tiếp song song với cực điều khiển nh trên hình

4 ảnh hởng của điện áp dơng trên cực điều khiển khi điện áp trên vanlại âm, điều này có thể dẫn đến sự phát nhiệt quá mức ở cực điều khiển làmhỏng van

Nhìn chung nên hạn chế các tình trạng: UGK>0 trong khi UAk<0; cũng

nh UGK<0 trong khi UAK>0 Trong sổ tra cứu thờng hai trị số âm và dơng của

UGK lấy là -1 và vào khoảng 0,5V đến 1V

- 5 -

]I.4 Đặc tính vôn ampe của thyristor–

Đặc tính vôn – ampe của một Thyristor gồm hai phần (hình 2) Phầnthứ nhất nằm trong góc phần t thé I là đặc tính thuận tơng ứng với trờng hợp

điện áp UAK > 0, phần thứ hai nằm trong góc phần t thứ III gọi là đặc tính

ng-ợc, tơng ứng với trờng hợp UAK < 0

a Trờng hợp dòng điện vào cực điều khiển bằng không (I G = 0)

Khi dòng vào cực điều khiển của Thyristor bằng 0 hay khi hở mạch cực

điều khiển Thyristor sẽ cản trở dòng điện ứng với cả hai trờng hợp phân cực

điện áp giữa anot – catot Khi điện áp UAK < 0 theo cấu tạo bán dẫn củaThyristor hai tiếp giáp J1, J3 đều phân cực ngợc, lớp J2 phân cực thuận, nh vậyThyristor sẽ sẽ giống nh hai đi ốt mắc nối tiếp bị phân cực ngợc QuaThyristor sẽ chỉ có một dòng điện rất nhỏ chạy qua, gọi là dòng rò Khi UAKtăng đạt đến một giá trị điện áp lớn nhất Ungmax sẽ xảy ra hiện tợng Thyristor bị

đánh thủng, dòng điện có thể tăng lên rất lớn Giống nh ở đoạn đặc tính ngợccủa đi ốt quá trình bị đánh thủng là quá trình không thể đảo ngợc đợc, nghĩa lànếu có giảm điện áp UAK xuống dới mức Ungmax thì dòng điện cũng không giảm

đợc về mức dòng rò Thyristor đã bị hỏng

Khi tăng điện áp anot – catot theo chiều thuận UAK > 0 lúc đầu cũngchỉ có một dòng điện rất nhỏ chạy qua, gọi là dòng rò Điện trở tơng đơngmạch anot – catot vẫn có giá trị rất lớn Khi đó tiếp giáp J1, J3 phân cựcthuận, J2 phân cực ngợc Cho đến khi UAK tăng đạt đến giá trị điện áp thuậnlớn nhất Uthmax sẽ xảy ra hiện tợng điện trở tơng đơng mạch anot – catot độtngột giảm, dòng điện có thể chạy qua Thyristor và giá trị sẽ chỉ bị giới hạn bởi

điện trở tải ở mạch ngoài Nếu khi đó dòng qua Thyristor có giá trị lớn hơnmột mực dòng tối thiểu, gọi là dòng duy trì IHình 2 Đặc tính von-ampe của thyristordt thì khi đó thyristor sẽ dẫn dòng

Dòng rò

Dòng rò O

trên đờng đặc tính thuận, giống nh đờng đặc tính thuận ở đi ốt Đoạn đặc tínhthuận đợc đặc trng bởi tính chất dòng có thể có giá trị lớn nhng điện áp rơitrên anot – catot thì nhỏ và hầu nh không phụ thuộc vào giá trị của dòng

điện

b Trờng hợp có dòng điện vào cực điều khiển (I G > 0)

Nếu có dòng điều khiển đa vào giữa cực điều khiển và catot thì quátrình chuyển điểm làm việc trên đờng đặc tính thuận sẽ xảy ra sớm hơn, trớckhi điện áp thuận đạt đến giá trị lớn nhất, Uthmax Điều này đợc mô tả trên hình1.7 bằng những đờng nét đứt, ứng với các giá trị dòng điều khiển khác nhau

IG1, IG2, IG3 Nói chung nếu dòng điều khiển lớn hơn thì điểm chuyển đặc tínhlàm việc sẽ xảy ra với UAK nhỏ hơn

I.5 Mở và khoá thyristor

Thyristor có đặc tính giống nh điôt, nghĩa là chỉ cho phép dòng chạyqua theo một chiều, từ anot đến catot và cản trở dòng chạy theo chiều ngợc lại.Tuy nhiên khác với điôt, để thyristor có thể dẫn dòng ngoài điều kiện phải có

điện áp UAK > 0 còn cần thêm một số điều khiển khác Do đó thyristor đợc coi

là phần tử bán dẫn có điều khiển để phân biệt với điôt là phần tử không điềukhiển đợc

1 Mở thyristor

Khi đợc phân cực thuận UAK > 0 thyristor có thể mở bằng hai cách Thứnhất có thể tăng điện áp anot- catot cho đến khi đạt đến giá trị điện áp thuậnlớn nhất , Uthmax khi đó điện trở tơng đơng trong mạch anot – catot sẽ giảm

đột ngột và dòng qua thyristor sẽ hoàn toàn do mạch ngoài xác định Phơngpháp mở này trong thực tế không đợc áp dụng và còn nguyên nhân mở khôngmong muốn vì không phải lúc nào cũng có thể tăng đợc điện áp đến giá trị

Uthmax Vả lại nh vậy sẽ xảy ra trờng hợp thyristor tự mở ra dới tác dụng củacác xung điện áp nhiễu tại một thời điểm ngẫu nhiên, không định trớc

Phơng pháp thứ hai là phơng pháp đợc áp dụng thực tế là đa một xungdòng điện có giá trị nhất định vào giữa cực điều khiển và catot Xung dòng

điện điều khiển sẽ chuyển trạng thái của thyristor từ trở kháng cao sang trởkháng thấp ở mức điện áp anot – catot nhỏ Khi đó nếu dòng qua anot –catot lớn hơn một giá trị nhất định, gọi là dòng duy trì (Idt) thì thyristor sẽ tiếptục cho trạng thái mở dẫn dòng mà không cần đến sự tồn tại của xung dòng

điều khiển nữa Điều này nghĩa là có thể điều khiển mở các thyristor bằng cácxung dòng có độ rộng xung nhất định, do đó công suất của mạch điều khiển

có thể là rất nhỏ, so với công suất của mạch lực mà thyristor là một phần tử

đóng cắt, khống chế dòng điện

2 Khoá thyristor

- 7 -

Một thyristor đang dẫn dòng sẽ trở về trạng thái khoá (điện trở tơng

đ-ơng mạch anot – catot tăng cao) nếu dòng điện giảm xuống, nhỏ hơn giá trịdòng duy trì Idt Tuy nhiên để thyristor vẫn ở trạng thái khoá, với trở khángcao, khi điện áp anot – catot lại dơng (UAK > 0) cần phải có một thời giannhất định để các lớp tiếp giáp phục hồi hoàn toàn tính chất cản trở dòng điệncủa mình Khi thyristor dẫn dòng theo chiều thuận UAK > 0, hai lớp tiếp giáp

J1, J3 phân cực thuận, các điện tích đi qua hai lớp này dễ dàng và lấp đầy tiếpgiáp J2 đang bị phân cực ngợc Vì vậy mà dòng điện có thể chảy qua ba lớptiếp giáp J1, J2, J3 Để khoá thyristor lại cần giảm dòng anot – catot về dớimức dòng duy trì (Idt) và đặt một điện áp ngợc lên anot – catot (UAK < 0)trong một khoảng thời gian tối thiểu, gọi là thời gian phục hồi, tr Trong thờigian phục hồi có một dòng điện ngợc chạy giữa catot và anot Dòng điện ngợcnày di tản các điện tích ra khỏi tiếp giáp J2 và nạp điện cho tụ điện tơng đơngcủa hai tiếp giáp J1, J3 lúc này đang bị phân cực ngợc Kết quả là khả năng cảntrở dòng điện của J1 J3, đợc phục hồi Thời gian phục hồi phụ thuộc vào lợng

điện tích cần đợc di tản ra ngoài cấu trúc bán dẫn của thyristor và nạp điệncho tiếp giáp J1, J3

Quá trình khoá một thyristor đợc mô tả trên đồ thị hình 3

Theo hình 3 phần điện tích gạch chéo dới đờng dòng điện là lợng điệntích Q cần di tản ra ngoài cấu trúc bán dẫn của thyristor

Hình 3 Quá trình khoá một thyristor, ý nghĩa của thời gian phục hồi, tr

Thời gian phục hồi là một trong những thông số quan trọng củathyristor thời gian phục hồi xác định dải tần số làm việc của thyristor, tr, cógiá trị cỡ 5 – 50 às đối với các thyristor tần số cao và cỡ 50 – 200 às đối vớicác thyristor tần số thấp

I v I vo

O

i

t U

Q t

di/dt

t

I.6 Các yếu cầu đối với tín hiệu điều khiển thyristor

Quan hệ giữa điện áp trên cực điều khiển và catot với dòng điện đi vàocực điều khiển xác định các yêu cầu đối với tín hiệu điều khiển thyristor Vớicùng một loại thyristor nhà sản xuất sẽ cung cấp một họ đặc tính điều khiển,

ví dụ nh trên hình 4, trên đó có thể thấy đợc các đặc tính giới hạn về điện áp

và dòng điện nhỏ nhất, ứng với một nhiệt độ môi trờng nhất định mà tín hiệu

điều khiển phải đảm bảo để mở đợc chắc chắn một thyristor Dòng điều khiển

đi qua tiếp giáp p-n giữa cực điều khiển và catot cũng làm phát nóng tiếp giápnày Vì vậy tín hiệu điều khiển cũng phải bị hạn chế về công suất Công suấtgiới hạn của tín hiệu điều khiển phụ thuộc thời gian Nếu tín hiệu điều khiển

là một xung có độ rộng càng ngắn thì công suất cho phép có thể càng lớn

Sơ đồ tiêu biểu của một mạch khuếch đại xung điều khiển thyristor đợccho trên hình 5 Khoá Transistor T đợc điều khiển bởi một xung có độ rộngnhất định, đóng cắt điện áp phía sơ cấp biến áp xung Xung điều khiển đa đếncực điều khiển của thyristor ở bên phía cuộn thứ cấp Nh vậy mạch lực đợccách ly hoàn toàn với mạch điều khiển bởi biến áp xung Điện trở R hạn chếdòng qua transistor và xác định nội trở của nguồn tín hiệu điều khiển ĐiôtD1 ngắn mạch cuộn sơ cấp biến áp cung khi transistor T khoá lại để chốngquá áp trên T Điot D2 ngăn xung âm và cực điều khiển Điot D3 mắc songsong với cực điều khiển và có thể song song với tụ C có tác dụng giảm quá áptrên tiếp giáp G – K khi thyristor bị phân cực ngợc

Hình 5

Hình 4 Yêu cầu đối với tín hiệu điều khiển

Giới hạn điện áp nhỏ nhất

Giới hạn dòng điện nhỏ nhất

Giới hạn công suất với độ rộng xung khác nhau

0,1ms

Vùng mở chắc chắn Thynsitor

II Các bộ biến đổi xung áp

II.1 Đặc điểm chung

Các bộ điện áp xoay chiều (ĐAXC) dùng để đóng ngắt hoặc thay đổi

đ-ợc điện áp xoay chiều ra tải Do tải đòi hỏi dòng điện xoay chiều nên phảidùng loại van bán dẫn là TRIAC hoặc ghép hai van dẫn một chiều song songngợc nhau để mỗi van đảm nhận một chiều của dòng tải: Nh vậy có thể ghép 2thyistor với nhau (gọi là kiểu đối xứng ) hoặc 1 thyristor với 1 điôt

ĐAXC dùng van bán dẫn có đầy đủ các u điểm của nhng mạch côngsuất sử dụng kỹ thuật bán dẫn nh: Dễ điều chỉnh và tự động hoá, làm việc ổn

định, phản ứng nhanh với các đột biến điều khiển, độ tin cậy và tuổi thọ cao,kích thớc gọn, dễ thay thế Thích hợp với quá trình hiện đại hoá, tập chunghoá các quá trình công nghệ Nhợc điểm chung và cơ bản của ĐAXC là điện

áp ra tải không sin trong toàn dải điều chỉnh Điện áp trên tải chỉ sin khi đatoàn bộ điện áp nguồn ra tải, do vậy độ méo điện áp trên tải sẽ càng lớn khi

điều chỉnh càng sâu, thành phần sóng dài khá cao Với những tải yêu cầunghiêm ngặt về độ méo và thành phần sóng dài không thể dùng ĐAXC đợc

Do vậy ứng dụng chủ yếu của nó là cho dạng tải có tính thuần trở:

- Điều chỉnh ánh sáng đèn sợi đốt và ổn định độ phát quang của hệchiếu sáng

- Điều chỉnh và ổn định nhiệt độ các lò điện trở bằng cách khống chếcông suất đa vào lò

- ĐAXC cùng đợc sử dụng để điều chỉnh tốc độ động cơ điện không

đồng bộ Nhng chỉ phù hợp với phụ tải của động cơ dạng quạt gió hoặc máybơm li tâm với phạm vi điều chỉnh không lớn ĐAXC thích hợp với các chế độ

nh khởi động, đóng ngắt tải cho động cơ điện

- ĐAXC cũng đợc dùng để điều chỉnh điện áp sơ cấp các biến áp lực vàthông qua đó điều chỉnh điện áp ra tải, phụ tải có thể dùng dòng điện xoay

chiều hoặc một chiều ( chỉnh lu điôt phía thứ cấp ) khi rơi vào hai trờng hợpsau : a/ điện áp thứ cấp thấp hơn điện áp sơ cấp nh dòng điện thứ cấp rất lớn.b/ điện áp thứ cấp mà tải yêu càu cao hơn nhiều lần điện áp nguồn.

Nguyên tắc điều chỉnh của ĐAXC là điều chỉnh góc mở của van bándẫn Các van làm việc với điện áp xoay chiều nên đợc khoá tự nhiên bằng điện

áp nguồn và cũng chịu các ảnh hởng của lới điện đến van, kiểu điều khiển vancũng là dịch pha điểm phát xung so với pha nguồn xoay chiều.đặc trng khácbiệt và các cơ sở do tính toán

- 11 -

II.2 Xung áp xoay chiều 3 pha

1 Các ơ đồ ứng dụng

Hình 7 Sơ đồ XAAC 3 pha

a, tải có thể dấu Y hoặc **:

b, thyristor V1, V2, V3, sẽ tạo thành điểm chung tính giả cho tải ZA, Zb, Zc,

XAAC 3 pha có thể thực hiện theo các phơng án nh trên hình 7 Sơ đồ (a) cóthể áp dụng bán điều khiển, ví dụ thay V4, V6, V2 bằng 3 điôt

2 Ưu nh ợc điểm của sơ đồ

- Các sơ đồ XAAC nói chung đều đơn giản, do đó cho hiệu quả caotrong quá trình điều chỉnh điện áp xoay chiều

- Tuy nhiên dạng điện áp ra phụ thuộc rất nhiều vào góc độ điều khiển vàtính chất của tải Dạng điện áp ra cũng rất không sin

- Phù hợp với các ng dụng yêu cầu công suất vừa và nhỏ, nhất là với tảithuần trở vì khi đó dạng điện áp trên tải không yêu cầu khắt khe

- Với công suất lớn có thể áp dụng trong những trờng hợp dải điềuchỉnh điện áp yêu cầu hẹp hoặc quá trình điều chỉnh chỉ diễn ra trong một thờigian ngắn, ví dụ trong các bộ khởi động cơ

- Trong mọi trờng hợp phải có biện pháp tránh ảnh hởng của nhiễu rangoài lới diện do đờng điện không sin Ví dụ phải lắp thêm các bộ lọc đầuvào

- Có thể cải thiện đáng kể đặc tính của XAAC nếu sử dụng các van điềukhiển hoàn toàn Khi đó việc điều chỉnh sẽ áp dụng phơng pháp điều chế độrộng xung ở mỗi nửa chu kỳ điện áp lới

Để phân tích sự hoạt động của sơ đồ ta phải xác định lúc nào 3 phacùng dẫn, lúc nào chỉ có 2 pha dẫn cũng nh khoảng dẫn của các van Ta hãyxét sơ đồ (a) với tải Y thuần trở, ZA= ZB= ZC Đồ thị dạng điện áp trên tải vớigóc điều khiển α=300 dợc biểu diễn trên hình 8

3 pha hoặc chỉ qua 2 pha Khi dòng chảy qua cả 3 pha thì điện áp trên mỗi ph

đúng bằng điện áp pha Khi dòng chảy qua hai pha thì điện áp trên các pha

t-ơng ứng sẽ bằng một nửa điện áp dây

Nh trên đồ thị 8 với 01≤ 0≤ 02 dòng có thể chay qua cả 3 pha Khi đó V1dẫn ở pha A, V6 dẫn ở pha B, V5 dẫn ở pha C

UC

1 2 3

4

5 6 5

Với 0 ≤α≤ 600 có các giai đoạn 3 van và 2 van cùng dẫn.

Với 600≤α≤ 900 chỉ có các giai đoạn 2 van cùng dẫn

Với 900 ≤ α≤ 1500 chỉ có các giai đoạn 2 van dẫn hoặc không có vannào dẫn cả

Ví dụ về dạng điện áp trên tải với góc điều khiển α=900 đợc cho trênhình 9

Chơng ii.

Tính toán thiết kế chọn mạch lực cho bộ điều

chỉnh nhiệt độ lò điện trở 3 pha.

Vì tải thuần trở nên để tiện dụng ta sử dụng bộ biến đổi xung áp xoaychiều 3 pha cho mạch lực

Với các phần tử bảo vệ mạch lực

- Bảo vệ quá trình cho van Sử dụng R1C mắc song song với van

- Bảo vệ tốc độ tăng dòng di/dt cho van: Sử dụng cuộn cảm L

Sơ đồ mạch lực:

I Tính chọn van mạch động lực

Để đảm bảo cho mạch hoạt động một cách tin cậy khi làm việc vớidòng điện lớn, điện áp cao, công suất phát nhiệt mạnh, tránh đợc hiện tợngvan tự mở khi không cần xung điều khiển ta phải chọn van 1 cách hợp lý

Với công suất tải Pđm=30kw

Vì tải thuần trở nên ta có:

f

dm tdm tdm

f dm

U

P I

I U P

3

.

=

) ( 45 , 45 220 3

000 30

A

I tdm = =

Dòng điện tức thời qua van

i(v) = 2 I tdm sin θ (A)

i(v) = 2 45 , 45 sin θ = 64 , 3 sin θ (A)

ậy dòng điện trung bình qua van là:

- 15 -

C B

hình 10

∫ = −

π θ θ

3 , 64 sin

3 , 64 2

1

d

I tbv

48 , 20 ) 1 ( 28 , 6

3 , 64 1 28 , 6

3 ,

Idò(mA)

Cấp

điện

áp

Cấpdu/dt

Cấptph

Cấpdi/dt ∆U

(V)

Uđk(V)

Iđk(mA)

- Cấp điện áp : Ungmax=1300-2200(v)

- Dòng điện trung bình tối đa cho phép chảy qua van Icp=40(A)

- Dòng điện quá tải ngắn hạn cho phép qua van trong thời gian khôngquá vài ms IX=360(A)

- Trị số biên độ dòng điện dạng sin cho phép 1 lần qua van sau đó phảingắt điện áp đặt: Id=600(A)

- Dòng điện dò khi van ở trạng thái khoá: Idò=20mA

- Tốc độ tăng điện áp thuận lớn nhất đặt lên van mà van sẽ rọi vào hiệntợng tự dẫn không cần dòng điều khiển cấp(2-4)

- Tốc độ tăng trởng dòng lớn nhất qua van mà van không bị đánh thủngcấp 2

- Sụt áp trên van ở dòng định mức ∆U = 2,7(V)