Thiết kế bộ điều chỉnh nhiệt độ lò điện trở 3 pha

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 tr

Lời mở đầu

Hiện nay, lò điện trở 3 pha đã và đang đợc sử dụng rộng rãi trong các ngành 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 Nh… ng phát triển mạnh nhất là trong ngành công nghiệp chế biến thực phẩm, bởi vì nó tạo ra đợc các sản phẩm có ích cho con ngời, cho xã hội và góp phần đáng kể cho nguồn hàng xuất khẩu của đất nớc Tuy lò điện trở có cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo, dễ sửa chữa, dễ sử dụng mà lại làm việc tin cậy 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 kilowat thì việc thiết kế thiết bị khống chế nhiệt độ theo yêu cầu rất phức tạp và cồng kềnh, 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 với công suất khác nhau, hiệu suất làm việc cao và đáp ứng đợc yêu cầu công nghệ của các ngành công nghiệp Tuỳ theo yêu cầu công nghệ của từng ngành sản xuất mà lò điện trở có những tính năng, tác dụng của yêu cầu của ngời sử dụng 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 đa hiệu suất của lò mà không làm h hỏng lò hoặc nhìn chung khi điều chỉnh nhiệt độ của lò điện trở

Nhìn chung khi điều chỉnh nhiệt độ của lò điện trở cần tuân thủ các yêu cầu 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 để chọn công suất lò và thiết kế bộ điều chinhr nhiệt độ của lò điện trở thích hợp

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 Đặc tính vôn ampe của thyristor–

Đặc tính vôn – ampe của một Thyristor gồm hai phần (hình 2) Phần thứ 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 của Thyristor hai tiếp giáp J1, J3 đều phân cực ngợc, lớp J2 phân cực thuận, nh vậy Thyristor sẽ sẽ giống nh hai đi ốt mắc nối tiếp bị phân cực ngợc Qua Thyristor sẽ chỉ có một dòng điện rất nhỏ chạy qua, gọi là dòng rò Khi UAK

tăng 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 ngợc

canot

của đi ốt quá trình bị đánh thủng là quá trình không thể đảo ngợc đợc, nghĩa là nếu 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 cũng chỉ có một dòng điện rất nhỏ chạy qua, gọi là dòng rò Điện trở tơng đơng mạch anot – catot vẫn có giá trị rất lớn Khi đó tiếp giáp J1, J3 phân cực thuận, J2 phân cực ngợc Cho đến khi UAK tăng đạt đến giá trị điện áp thuận lớn nhất Uthmax sẽ xảy ra hiện tợng điện trở tơng đơng mạch anot – catot đột ngột 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 hơn một mực dòng tối thiểu, gọi là dòng duy trì Idt thì khi đó thyristor sẽ dẫn dòng trên đờng đặc tính thuận, giống nh đờng đặc tính thuận ở đi ốt Đoạn đặc tính thuận đợc đặc trng bởi tính chất dòng có thể có giá trị lớn nhng điện áp rơi trên 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 quá trình chuyển điểm làm việc trên đờng đặc tính thuận sẽ xảy ra sớm hơn, trớc khi điện áp thuận đạt đến giá trị lớn nhất, Uthmax Điều này đợc mô tả trên hình

Hình 2 Đặc tính von-ampe của thyristor

Dòng rò

Dòng rò O

1.7 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 tính làm việc sẽ xảy ra với UAK nhỏ hơn

I.3 Mở và khoá thyristor

Thyristor có đặc tính giống nh điôt, nghĩa là chỉ cho phép dòng chạy qua 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 điều khiển đợc

1 Mở thyristor

Khi đợc phân cực thuận UAK > 0 thyristor có thể mở bằng hai cách Thứ nhất có thể tăng điện áp anot- catot cho đến khi đạt đến giá trị điện áp thuận lớn 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 Phơng pháp mở này trong thực tế không đợc áp dụng và còn nguyên nhân mở không mong 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 của các 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 xung dòng 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 trở kháng 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 tiếp tục 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 các xung 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

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 trị dòng duy trì Idt Tuy nhiên để thyristor vẫn ở trạng thái khoá, với trở kháng cao, khi điện áp anot – catot lại dơng (UAK > 0) cần phải có một thời gian nhất định để các lớp tiếp giáp phục hồi hoàn toàn tính chất cản trở dòng điện của 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 tiếp giáp J2 đang bị phân cực ngợc Vì vậy mà dòng điện có thể chảy qua ba lớp tiếp giáp J1, J2, J3 Để khoá thyristor lại cần giảm dòng anot – catot về dới mức 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 thời gian phục hồi có một dòng điện ngợc chạy giữa catot và anot Dòng điện ngợc này di tản các điện tích ra khỏi tiếp giáp J2 và nạp điện cho tụ điện tơng đơng của hai tiếp giáp J1, J3 lúc này đang bị phân cực ngợc Kết quả là khả năng cản trở 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 điện cho 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 điện tích 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

I v I vo

O

i

t U

Q t di/dt

t

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

I.4 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 vào cực điều khiển xác định các yêu cầu đối với tín hiệu điều khiển thyristor Với cùng 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 giáp này Vì vậy tín hiệu điều khiển cũng phải bị hạn chế về công suất Công suất giới 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 đợc cho trên hình 5 Khoá Transistor T đợc điều khiển bởi một xung có độ rộng

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

nhất định, đóng cắt điện áp phía sơ cấp biến áp xung Xung điều khiển đa đến cực điều khiển của thyristor ở bên phía cuộn thứ cấp Nh vậy mạch lực đợc cách ly hoàn toàn với mạch điều khiển bởi biến áp xung Điện trở R hạn chế dòng qua transistor và xác định nội trở của nguồn tín hiệu điều khiển Điôt D1 ngắn mạch cuộn sơ cấp biến áp cung khi transistor T khoá lại để chống quá áp trên T Điot D2 ngăn xung âm và cực điều khiển Điot D3 mắc song song với cực điều khiển và có thể song song với tụ C có tác dụng giảm quá áp trên tiếp giáp G – K khi thyristor bị phân cực ngợc.

I.5 Các thông số cơ bản của thyristor

Các thông số cơ bản là những thông số dựa vào đó ta có thể lựa chọn một 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 kiện nhiệt độ của cấu trúc tinh thể bán dẫn của thyristor không vợt quá một giá trị cho phép Trong thực tế dòng điện cho phép chạy qua thyristor còn phụ thuộc vào các điều kiện làm mát và nhiệt độ môi trờng Thyristor có thể đợc gắn lên các 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 ra

Hình 5

nhanh 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 Trong các 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 nhất định về điện áp, nghĩa là Ungmax phải đợc chọn ít nhất là bằng 1,2 – 1,5 lần 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 của thyristor 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 của thyristor 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 bằng 1,5 – 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 vùng không 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 điều khiển Kết quả là thyristor có thể mở ra khi cha có tín hiệu điều khiển vào cực

điều khiển G

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 mãnh liệt có thể sẽ dẫn đến hỏng cục bộ, từ đó dẫn đến hỏng toàn bộ tiết diện tinh thể bán dẫn

p n

p n

i = C12(dU/dt)

Hình 6

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

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

I.6 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 ảnh hởng rất lớn đến Tiristo:

a Làm tăng giá trị dòng qua van Ia cần thiết để mở đợc và duy trì cho van 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 ký sinh 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 dòng nhiệt (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 áp chuyển mạch của van

e Làm giảm đợc thời gian hồi phục tính chất khoá cho Tiristo vì nó tạo thành 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 Tuy nhiên quy luật chung của các điện trở này là: Tiristo càng nhỏ thì trị số RS

càng lớn ( đôi khi coi rằng RS=∞)

Giá trị RG phụ thuộc vào kích thớc tinh thể bán dẫn, tinh thể càng lớn giá 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 gây hậu 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 hơn thời gian mở van cũng nh thời gian thời gian tăng dòng Ia, do đó không có lợi trong 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 trên van (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 hiện nữa ( ví dụ van làm việc ở tần số 50 Hz, nếu tụ đủ lớn để kéo dài dòng phóng quá 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 giới hạn ở mức 5V ) Vì vậy khi van làm việc có khả năng xuất hiện điện áp âm quá 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 van lại âm, điều này có thể dẫn đến sự phát nhiệt quá mức ở cực điều khiển làm hỏng 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

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 phải dùng loại van bán dẫn là TRIAC hoặc ghép hai van dẫn một chiều song song ngợc nhau để mỗi van đảm nhận một chiều của dòng tải: Nh vậy có thể ghép 2 thyistor 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 công suất 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 chung hoá 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 đa toàn 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 cầu nghiêm 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 hệ chiếu sáng

- Điều chỉnh và ổn định nhiệt độ các lò điện trở bằng cách khống chế công 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 máy bơm 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 và thông 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 hợp sau : 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 bán dẫn 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 van cũng là dịch pha điểm phát xung so với pha nguồn xoay chiều.đặc trng khác biệt và các cơ sở do tính toán

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) có thể 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 cao trong quá trình điều chỉnh điện áp xoay chiều

- Tuy nhiên dạng điện áp ra phụ thuộc rất nhiều vào góc độ điều khiển và tính 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 tải thuần 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 điều chỉnh điện áp yêu cầu hẹp hoặc quá trình điều chỉnh chỉ diễn ra trong một thời gian ngắn, ví dụ trong các bộ khởi động cơ.

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

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

3 Phân tích sự hoạt động của sơ đồ

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

UC

1 2 3

4

5 6 5

sơ đồ (a)

Góc điều khiển trong XAAC đợc tính từ thời điểm điện áp nguồn qua không Ta cần lu ý rằng trong hệ thống điện áp 3 pha dòng có thể chảy qua cả

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 V1

dẫn ở pha A, V6 dẫn ở pha B, V5 dẫn ở pha C

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 van nào dẫn cả

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

Chơng ii.

Tính toán thiết kế chọn mạch lực do 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 xoay chiều 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 với dòng điện lớn, điện áp cao, công suất phát nhiệt mạnh, tránh đợc hiện tợng van 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

P I

I U P

3

.

=

) ( 45 , 45 000 30

A

C B

LA LB LC

hình 10

Dßng ®iÖn tøc thêi qua van

i(v) = 2 I tdm sin θ (A)

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

Ëy dßng ®iÖn trung b×nh qua van lµ:

π θ θ

3 , 64 sin

3 , 64 2

1

d

I tbv

48 , 20 ) 1 ( 28 , 6

3 , 64 1 28 , 6

3 ,

CÊp tph

CÊp di/dt

- CÊp ®iÖn ¸p : Ungmax=1300-2200(v)

- Dßng ®iÖn trung b×nh tèi ®a cho phÐp ch¶y qua van Icp=40(A)