Bài giảng Điện tử công suất - Chương 6: Hệ thống điều khiển bộ biển đổi

Chương 6 - Thiết bị điều khiển điện tử công suất. Sau khi học xong chương này, người học có thể hiểu được một số kiến thức cơ bản về: Khái quát và phân loại hệ thống điều khiển bộ biển đổi, phương pháp xây dựng bộ điều chế, nguyên lý điều khiển dọc, nguyên lý điều khiển dịch pha, một số mạch thông dụng trong hệ thống điều khiển bộ biến đổi phụ thuộc,... Mời các bạn cùng tham khảo để biết thêm các nội dung chi tiết.

Chương 6

hệ thống điều khiển 

bộ biển đổ i

Khái quát – phân loại Chức năng, cấu trúc

Hệ thống điều khiển gồm hai phần chính:

-Phần chứa thông tin về quy luật điều khiển: thực hiện các chức năng khác nhau tuỳ thuộc vào cấu trúc bộ biến đổi và lĩnh vực sử dụng,

-Phần tạo nên năng lượng điều khiển để đóng mở các van công suất.

Phân loại: Phân loại theo bộ biến đổi:

+ Điều khiển bộ biến đổi phụ thuộc,

+ Điều khiển bộ biến đổi độc lập.

Phương pháp xây dựng bộ điều chế

Bộ điều chế là bộ biến đổi tín hiệu điều

khiển Uđk thành góc điều khiển được tính

từ thời điểm chuyển mạch tự nhiên của van

động lực.

Xác định góc phải có thông tin về pha của

điện áp đặt lên van động lực, đó là bộ điều chế đồng bộ Bộ điều chế đồng bộ thường sử dụng trong mạch đk hở.

Bộ điều chế đồng bộ có thể tạo ra các đặc tính điều khiển khác nhau tuỳ thuộc vào

nguyên lí điều khiển

Nguyªn lý ®iÒu khiÓn däc

Bé ®iÒu khiÓn bao gåm:

+ Bé t¹o xung r¨ng c­a ( ®iÖn ¸p tùa - RC),+ Bé so s¸nh ( SS)

Hai tÝn hiÖu ®iÖn ¸p tùa vµ ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn ®­îc so s¸nh nhau,

T¹i URC = U®k, bé SS t¹o ra xung ®iÒu khiÓn

§Æc tÝnh pha cña bé ®iÒu

chÕ phô thuéc vµo d¹ng ®iÖn

¸p tùa NÕu ®iÖn ¸p cã d¹ng

d d

U

U U

0 cos

t U

Nguyên lý điều khiển dịch 

phaDùng bộ quay pha để thay

đổi pha của đ/áp hình sin đư

ợc tạo ra bởi máy phát tín hiệu

sin ( MF sin) Khi thay đổi

Uđk, góc pha của tín hiệu

xoay chiều sẽ bị thay đổi và

chậm pha so với tín hiệu ban

đầu một góc Tại thời điểm

khi điện áp x/chiều đi qua 0

sẽ tạo nên xung đk Tu

Nhược điểm: Bộ quay pha rất

nhạy cảm với dạng điện áp và

tần số nên pp này ít dùng

Một số mạch thông dụng trong

hệ thống điều khiển bộ biến đổi phụ thuộc

Mạch tạo tín hiệu đồng bộ

+ Dùng chỉnh lưu một pha hai nửa chu kì có điểm trung tính để tạo ra điện áp chỉnh lưu U (1)

Điện áp U (1) được so sánh với Uo để tạo nên các tín hiệu tương ứng với thời

điểm điện áp nguồn đi qua điểm 0.

10

+ Dùng nguồn không đối xứng cho khuếch đại thuật toán

Tín hiệu xoay chiều U (1) sau khi qua khâu so sánh sẽ

có xung vuông U (2) , tín hiệu này được đưa vào khâu cộng module 2 ( =1) và mạch trễ R2C2 để ạo ra một

xung đồng bộ ứng với điểm U (1) đi qua điểm 0 Độ

rộng TX = RC ln 2 là cơ sở để chọn R2 và L2

12

điện qua T2 ( hình a):

Các T1, R2, RE chọn sao cho bóng làm việc ở chế độ A

Muốn tạo đ/áp răng cưa dốc xuống, dòng phóng của tụ

phải duy trì không đổi nhờ T3 làm việc ở chế độ A

( hình b) Diode D1 dùng để hạn chế giá trị điện áp trên

tụ C ( UCmax = E – UD1)

t C

I dt

I C

t C C

0

1

14

1 2

C R

E U

2 2

C R

E U

16

Mạch tạo điện áp răng cưa dùng khuếch đại thuật toán

+ Mạch dùng khuếch đại thuật toán và trans is tor

Dùng mạch tích phân và khoá K, khoá K được điều

chỉnh bởi tín hiệu đồng bộ, xung đồng bộ kết thúc, K

mở, tụ C nạp:

Tại t1, K đóng, UC = 0 Để tránh ngắn mạch các mạch phụ thay khoá K bằng bóng trường ( công nghệ MOS) hoặc dùng khoá điện tử

Const I

R

E

t RC

E dt

R

E C dt

I C U

U

C C

R

0 0

1 1

18

Mạch tạo điện áp răng cưa dùng khuếch đại thuật toán

+ Mạch tạo điện áp tựa hàm Cos t

Nếu điện áp vào là nửa điện áp Sin t thì:

Cần đặt ở đầu ra điện áp chuyển dịch:

Điện áp ra sẽ là:

Điện áp tựa có dạng cosin t

t RC

U RC

U t

td

U RC

t m

U

Khâu s o s ánh

Nhận tín hiệu hai điện áp tựa ( răng cưa) và điện áp điều khiển, so sánh hai điện áp này, tìm thời điểm chúng bằng nhau ( Uđk = U răng cưa) thì phát xung đầu ra để gửi sang khâu khuếch đại

Để so sánh tín hiệu tương tự ( analog) thường dùng transistor hoặc kđ thuật toán Do KĐTT có nhiều ưu điểm nên hiện nay khâu so sánh sử dụng loại này là chủ yếu

và mạch động lực Bộ tạo xung có thể là:

Đặc điểm: sơ đồ đơn giản, độ tin cậy cao thường dùng trong các bộ đ/k đơn giản Độ rộng xung:

Tx = k.Tmở với Tmở thời gian để dòng qua T đạt giá trị

định mức

+ Bộ tạo xung có độ dài tuỳ ý và được trộn với xung  tần s ố cao:

Sử dụng xung có độ dài lớn nhưng vẫn đảm bảo kích thước cho biến áp xung ( BAX) gọn nhẹ Tx > 60o ( dùng cho sơ đồ cầu chỉnh lưu 3 pha) Tổn hao công suất trên cực đ/k lớn

theo chế độ hoặc s ơ đồ: Tạo xung đơn với số lượng

tuỳ ý, giảm được tổn hao, chủ động trong điều khiển ( dùng cho các bộ biến đổi dòng gián đoạn) Cấu trúc phức tạp, cần làm việc với các sensor ( dòng, áp) nên thường được áp dụng trong mạch công suất rất lớn

Mạch tạo xung dùng máy phát blocking

Blocking là mạch dao động phản hồi dương tạo xung có sườn dốc chất lượng cao, cách li giữa hai mạch đ/k và động lực

Mạch sử dụng biến áp xung cách li với cuộn sơ cấp w1, w3 là cuộn thứ cấp đưa tín hiệu ra, cuôn w2 là cuộn phản hồi

Bình thường, T1 khoá do thế âm từ –E đặt lên bazơ thông qua R2 Khi có xung từ cửa vào tại to, T1 dẫn, cuộn w1 xuất hiên sđđ e(t) Cuộn w2 được mắc sao cho điện áp trên w2 có dấu dương đặt vào bazơ của bóng tạo phản hồi dương giúp cho nó mở rất nhanh để đạt dòng Ic bão hoà Khi đó toàn bộ

điện áp nguồn E đặt lên W1, điện áp ra:

Do có điện áp phản hồi nên dòng bazơ:

Vẫn còn mặc dù xung đầu vào đã kết thúc

Lúc này, lõi thép bắt đầu được từ hoá và dòng Ic tăng lên ( vì dòng từ hoá I tăng) trong khi dòng Ib không đổi, T1chuyển từ trạng thái bão hoà sang khuếch đại, điện áp

UCE tăng lên, UW1 và UW2 giảm, lại có phản hồi dương nên quá trình này xảy ra nhanh và đến t1 thì T1 khoá hoàn toàn Độ dài của xung ra Tx

25

Mạch khuếch đại xung đơn công suất Khi yêu cầu công suất điều khiển lớn cung cấp cho Thyristor làm việc với mạch công suất lớn người ta sử dụng thyristor trong mạch điều khiển.

Tụ C được nạp điện với cực tính như

hình vẽ, khi đ/k mở thyristor sẽ có xung trên cuộn w1 và w2 Biên độ xung bằng

E, dòng E/Rw1 Rw1

là điện trở quy đổi

về BAX, đồng thời xuất hiện IC phóng qua thyristor với

dạng sóng sinus Tại

t2 dòng IC đổi dấu làm T khoá lại D giảm điện áp trên T khi khoá

bộ khuếch đại xung có độ rộng tuỳ ý

Sử dụng sơ đồ Darlington để nâng cao hệ số KĐ và công suất Dòng:

Trong đó: 1 hệ số KĐ của T1

2 Hệ số KĐ của T2 Hiệu suất ( 0.7)

Chọn T2 là công suất lớn, T1 KĐ dòng Số lượng cuộn đầu ra của BAX chọn tuỳ ý RB được chọn để T1 và T2 làm việc ở trạng thái bão hoà:

K thường chọn = 1.1 1.2

2 1

C B

I I

B

V B

I K

U R

.

Nhược điểm: Nếu truyền xung có độ rộng quá lớn ( tx >1 ms) thì BAX phải lớn, dạng xung xấu

đi.

30

Biến áp xungMục đích: + Cách li giữa mạch động lực với mạch điều khiển,

+ Phối hợp trở kháng giữa cực điều khiển của T với mạch KĐ đầu ra

+ Thay đổi cực tính của xung ( nếu cần)

Yêu cầu: Truyền xung với độ méo ít nhất

Nhược điểm:

+ Giảm chất lượng xung điều khiển,

+ Khó chuẩn hoá mạch,

+ Tăng kích thước mạch điều khiển

33

34

35

36

37

38

Mét s è m¹ch ®iÒu khiÓn  chØnh l­u th«ng dông

Mạch điều khiển chỉnh lưu dùng transistor một tiếp giáp ujt

Mạch điều khiển

được đồng bộ bằng nguồn nuôi ( chỉnh lưu, R1 và Dz)

Khi điện áp trên C tăng đến Uo = E ( = 0.6 0.8: Hệ

số ngưỡng) thì UJ T

mở tạo xung trên cuộn w1 Thay đổi R3 thay đổi được thời điểm tạo xung ( thay đổi góc =

10 170 o )

41

42