Thiết kế điều áp xoay chiều

Khi thiÕt kÕ mét bé ®iÒu ̧p xoay chiÒu nan tiÕn hμnh theo tr×nh tù sau: 1. Ph©n tÝch chÕ ®é lμm viÖc cña t¶i, t×m hiÓu c ̧c c ̈n cø thiÕt kÕ. 2. Lùa chän s¬ ®å. 3. TÝnh to ̧n th«ng sè m1ch ®éng lùc 4. ThiÕt kÕ m1ch ®iÒu khiÓn a-ThiÕt kÕ m1ch nguyan lý b-TÝnh chän linh kiÖn

9.6 Thiết kế bộ điều áp xoay chiều

9.6.1 Trình tự thiết kế

Khi thiết kế một bộ điều áp xoay chiều nên tiến hành theo trình tự sau:

1 Phân tích chế độ làm việc của tải, tìm hiểu các căn cứ thiết kế

+Điện áp và dòng điện bằng hay khác điện áp nguồn lới

+Chế độ làm việc: dài hạn, ngắn hạn hay ngắn hạn lặp lại

+Dải điều khiển công suất

Zf

U2 i Z a

Việc thiết kế một bộ điều áp xoay chiều một pha và ba pha có một số

đặc điểm, cách làm hơi khác nhau, vì vậy cần phân biệt rõ hai loại điều áp này

9.6.2 Thiết kế bộ điều áp một pha.

1 Lựa chọn sơ đồ

a-Chọn sơ đồ mạch động lực

Mạch động lực bộ điều áp xoay chiều nói chung có một số sơ đồ kinh

điển Trên hình 9 26 a là điều áp xoay chiều điều khiển bằng cách mắc nối tiếp với tải một điện kháng hay điện trở phụ (tổng trở phụ ) biến thiên Sơ đồ mạch điều chỉnh này đơn giản dễ thực hiện

Tuy nhiên điều chỉnh kinh điển này hiện nay ít đợc dùng, do hiệu suất thấp (nếu Zf là điện trở ) hay cosϕ thấp (nếu Zf là điện cảm ) Ngời ta có thể dùng biến áp tự ngẫu để điều chỉnh điện áp xoay chiều U2 nh trên hình 9.26

b Điều chỉnh bằng biến áp tự ngẫu có u điểm là có thể điều chỉnh điện áp U2

từ 0 đến trị số bất kỳ, lớn hay nhỏ hơn điện áp vào Nếu cần điện áp ra có

điều chỉnh, mà vùng điều chỉnh có thể lớn hơn điện áp vào, thì phơng án phải dùng biến áp là tất yếu Tuy nhiên sử dụng biến áp tự ngẫu để điều chỉnh khó thực hiện khi dòng tải lớn, đặc biệt là không điều chỉnh liên tục đợc, do chổi than khó chế tạo để có thể chỉ tiếp xúc trên một vòng dây của biến áp

Hai giải pháp điều áp xoay chiều trên hình 9.26 a,b có chung u điểm là

điện áp hình sin, đơn giản Có chung nhợc điểm là quán tính điều chỉnh chậm và không điều chỉnh liên tục khi dòng tải lớn Sử dụng sơ đồ bán dẫn

để điều chỉnh xoay chiều, có thể khắc phục đợc những nhợc điểm vừa nêu Các sơ đồ bán dẫn điều áp xoay chiều trên hình 9.1 đợc sử dụng Lựa chọn sơ đồ nào trong các sơ đồ trên tuỳ thuộc dòng điện, điện áp tải và khả năng cung cấp các linh kiện bán dẫn Có một số gợi ý khi lựa chọn các sơ đồ hình 9.1 nh sau:

Hình 9.26 Các phơng án điều áp một pha

Tuy nhiên việc điều khiển hai Tiristo song song ngợc đôi khi có chất ợng điều khiển không tốt lắm, đặc biệt là khi cần điều khiển đối xứng điện

l-áp, nhất là khi cung cấp cho tải, mà tải đòi hỏi thành phần điện áp đối xứng, chẳng hạn nh biến áp hay động cơ xoay chiều Khả năng mất đối xứng điện

áp khi điều khiển là do linh kiện mạch điều khiển Tiristo gây nên sai số

Điện áp tải thu đợc gây mất đối xứng nh so sánh trên hình 9.27

Hình 9.27 Hình dạng đờng cong điện áp điều khiển

a-Mong muốn b-Không mong muốn

Điện áp và dòng điện không đối xứng nh hình 9.27.b cung cấp cho tải,

sẽ làm cho tải có thành phần dòng điện một chiều, các cuộn dây bị bão hoà, phát nóng và bị cháy Vì vậy việc định kỳ kiểm tra, hiệu chỉnh lại mạch là việc nên thờng xuyên làm đối với sơ đồ mạch này Tuy vậy đối với dòng điện tải lớn thì đây là sơ đồ tối u hơn cả cho việc lựa chọn

Để khắc phục nhợc điểm vừa nêu về việc ghép hai Tiristo song song

ng-ợc, Triac ra đời và có thể mắc theo sơ đồ hình 9.1.b Sơ đồ này có u điểm là, các đờng cong điện áp ra gần nh mong muốn nh hình 9.27.a, nó còn có u

điện tải lớn cần phải ghép song song các Triac, lúc đó sẽ phức tạp hơn về lắp ráp và điều khiển song song Những tải có dòng điện trên 400A thì sơ đồ hình 9.1 b ít dùng.

Một trong những yếu tố làm cho Triac cha áp đảo đợc Tiristo trong

điều áp xoay chiều hiện nay (của năm 2003 này) là về chất lợng Hiện nay chất lợng Triac cha thật cao lắm, do đó việc sử dụng còn làm cho ngời ta lo ngại, trong tơng lai gần chắc chắn việc sử dụng Triac sẽ rộng rãi hơn

Sơ đồ hình 9.1.c có hai Tiristo và hai điốt có thể đợc dùng chỉ để nối các cực điều khiển đơn giản, trong trờng hợp này có thể đợc dùng khi điện áp nguồn cấp lớn, cần phân bổ điện áp trên các van, đơn thuần nh việc mắc nối tiếp các van

Sơ đồ hình 9.1.d trớc đây thờng đợc dùng, khi cần điều khiển đối xứng

điện áp trên tải, vì ở đây chỉ có một Tiristo một mạch điều khiển nên việc

điều khiển đối xứng điện áp dễ dàng hơn Số lợng Tiristo ít hơn có thể sẽ có

-u điểm hơn khi van điề-u khiển còn hiếm T-uy nhiên việc điề-u khiển theo sơ

đồ này dẫn đến tổn hao trên các van bán dẫn lớn, làm hiệu suất của hệ thống

điều khiển thấp Ngoài ra việc tổn hao năng lợng nhiệt lớn làm cho hệ thống làm mát khó khăn hơn

Đa số các trờng hợp điều áp xoay chiều, điện áp tải điều khiển trong vùng thấp hơn điện áp nguồn, các van bán dẫn đợc nối trực tiếp tới nguồn Trong trờng hợp này điện áp tải thờng đợc điều khiển trong dải từ 0 đến điện

áp nguồn cấp

Một số loại tải có điện áp tối đa khác với thông số điện áp nguồn cấp Trong trờng hợp đó biến áp để phối hợp thông số điện áp nguồn cấp với thông số điện áp tối đa của tải theo sơ đồ 9.28 cần đợc đa vào

Hình 9.28 Điêù áp xoay chiều với điện áp tải

Biến áp đợc sử dụng trên hình 9.28 có thể là biến áp tự ngẫu hoặc biến

áp cách ly Biến áp cách ly thờng nên chọn hơn, bởi vì biến áp cách ly còn có thêm chức năng bảo vệ xung điện áp từ lới

Khi tải không có nhu cầu cao về điều khiển đối xứng, nhất là khi điều khiển các điện trở lò sấy hay đèn sợi đốt, ngời ta có thể sử dụng sơ đồ điều khiển không đối xứng một điốt một Tiristo nh hình 9.29

ở đây chúng ta chỉ điều khiển một nửa chu kỳ điện áp còn nửa chu kỳ không điều khiển Trờng hợp này có thể điều khiển từ 1/4 công suất trở lên Tuy nhiên nếu công suất tải lớn sẽ gây mất đối xứng nguồn cấp làm xấu đi chất lợng nguồn

Thông số các van bán dẫn T1,T2,T và các Aptomat bảo vệ dòng điện AT

đợc lựa chọn thông qua thông số dòng điện tải

Tính toán thông số để lựa chọn van.

Dòng điện quyết định chế độ làm việc của van bán dẫn cần chọn và dòng điện bảo vệ của Aptomat là dòng điện cực đại của tải Dòng điện cực

đại của tải đợc tính khi góc mở van nhỏ nhất Thờng góc mở van nhỏ nhất là chế độ làm việc khi α=0, lúc này tải có dòng điện hình sin chạy qua

U

+

Khi thông số đã cho là điện áp U, điện trở tải RT và điện cảm XT

Từ các trị số IT ta tính đợc dòng điện làm việc hiệu dụng chạy qua các van bán dẫn

Trong sơ đồ hình 9.30.a dòng điện chạy qua các Tiristo IT1, IT2 đợc tính

Trớc tiên chọn chế độ làm mát cho van bán dẫn Căn cứ chế độ làm mát

mà chọn van, tham khảo cách làm mát này trong phần chọn van bán dẫn của chơng 8 Sau khi chọn xong chế độ làm mát van, tính trị số định mức của van cần chọn Tra bảng thông số van chọn đợc van cần thiết

Tính chọn Aptomat AT và bảo vệ xung điện áp do chuyển mạch van RC cũng đợc thực hiện nh dã giới thiệu ở chơng 8

Trờng hợp điện áp nguồn cấp không trùng điện áp tối đa của tải, chúng

ta cần có một biến áp để phối hợp điện áp cho hợp lý, công suất biến áp ở

đây đợc tính theo công suât tải Biến áp đợc tính nh dã giới thiệu ở chơng 8

3- Thiết kế mạch điều khiển

Về nguyên lý, trong mạch điều áp xoay chiều, van bán dẫn đợc mắc vào lới điện xoay chiều hoàn toàn giống nh chỉnh lu

Trờng hợp mạch động lực đợc chọn là hai Tiristo mắc song song ngợc

nh sơ đồ hình 9.1a, chúng ta cần có hai xung điều khiển trong mỗi chu kỳ Mạch điều khiển có thể sử dụng sơ đồ hoàn toàn giống điều khiển chỉnh lu một pha cả chu kỳ, với mỗi Tiristo một mạch điều khiển độc lập Khi sử dụng sơ đồ mạch điều khiển chỉnh lu cho điều áp xoay chiều, có thể xuất hiện khả năng là: hai Tiristo điều khiển không đối xứng, do các linh kiện của hai mạch điều khiển không hoàn toàn giống hệt nhau

Đối với những tải cần điều khiển đối xứng, đòi hỏi hai Tiristo mở đối xứng, lúc này cần các kênh điều khiển Tiristo có góc mở càng ít khác nhau càng tốt Mong muốn là chúng hoàn toàn giống nhau Nhng sự giống nhau này chỉ có thể đạt đến một chừng mực nào đó

Nguyên lý điều khiển Tiristo ở đây nh trong điều khiển chỉnh lu, nghĩa

là ở mỗi nửa chu kỳ điện áp, cần tạo điện áp tựa trùng pha điện áp nguồn cấp

nh hinh 9.31

Trong điều khiển chỉnh lu mỗi kênh điều khiển một nửa chu kỳ, điện áp tựa xuất hiện gián đoạn Mỗi nửa chu kỳ có một điện áp tựa đồng pha điện

7

Khi so sánh điện áp tựa với điện áp điều khiển, ở mỗi nửa chu kỳ đều

có điện áp tựa bằng điện áp điều khiển trong vùng biến thiên tuyến tính của

điện áp tựa ( tại các điểm t1, t2, t3, t4, ) Kết quả là chúng ta chúng ta có các xung điều khiển Xđk liên tiếp ở mỗi nửa chu kỳ

Nguyên lý điều khiển nh trên hình 9.31 sẽ hợp lý khi mạch động lực là Triac ở hình 9.1.b

Để thực hiện ý tởng điều khiển nh nguyên lý hình 9.31 chúng ta cũng cần các khâu điều khiển nh đã giới thiệu trong chỉnh lu Sự khác nhau giữa

Hình 9.31 Nguyên lý điều khiển điều áp xoay chiều

t UA

UB

UC

t

t U1

Nguyenvanbientbd47@gmail.com

điều khiển chỉnh lu với điều áp xoay chiều là trong điều áp xoay chiều cần tạo điện áp tựa liên tiếp ở hai nửa chu kỳ Để làm đợc việc này, đầu vào đồng pha đa tới một điện áp chỉnh lu ví dụ nh hình 9.32

Nguyên lý hoạt động của sơ đồ hình 9.32 nh sau:

Điện áp chỉnh lu UA đợc so sánh với điện áp U1 lấy trên biến trở VR1 hình 9.32 Tại thời điểm UA=U1 thì đổi dấu điện áp ra của khuếch đại thuật toán A1 Kết quả là chúng ta có chuỗi xung chữ nhật không đối xứng UB ở

đây có độ rộng xung âm γ của UB, phần dơng UB tích phân qua A2 thành điện

-Hình 9.32 Sơ đồ đồng pha tạo điện áp tựa liên tiếp hai nửa chu kỳ

Mạch điều khiển Triac

Mạch điều khiển một bộ điều áp xoay chiều một pha với mạch điều khiển là Triac điều khiển sợi đốt có thể đợc vẽ nh hình 9.34

Hình 9.33 Nguyên lý tạo điện áp tựa trong điều áp xoay

chiều

γ

+ - B

KĐX T

T1

c T2

MĐK

b T2

2

KĐX

T1MĐK

Nguyên lý hoạt động của hình 9.34 sẽ đợc giới thiệu sau, tại hình 9.37

Mạch điều khiển cặp Tiristo mắc song song ngợc

Khi mạch động lực là hai Tiristo mắc song song ngợc, có thể thực hiện việc điều khiển bằng một số giải pháp nh trên hình 9.35

Nh đã giới thiệu ở trên, nếu điều khiển hai Tiristo bằng hai mạch điều khiển độc lập nh hình 9.35.a, khả năng điều khiển không đối xứng điện áp t-

ơng đối cao

Khi cần điều khiển đối xứng ngời ta dùng một mạch điều khiển phát xung liên tiếp ở cả hai nửa chu kì, để mở hai Tiristo ngời ta sử dụng biến áp xung hai cuộn dây thứ cấp nh trên hình 9.35.b Giải pháp này có u

điểm là đơn giản trong việc thi công mạch điều khiển, nhng khi sử dụng một biến áp xung, việc phân phối công suất cho hai Tiristo không đều nhau, do

đó khả năng một Tiristo không đủ công suất để mở là tơng đối cao, Các sơ

đồ mạch thực tế thờng không chọn sơ đồ này

Mạch điều khiển tối u nên chọn là hai Tiristo chung nhau phần điện áp tựa và điện áp so sánh, tới tầng khuếch đại mới tách riêng từng Tiristo

Hình 9.35 Các phơng án điều khiển cặp tiristo mắc song song ngợc

a, hai mạch điều khiển độc lập; b,- một biến áp xung hai cuộn dây thứ cấp; c – chung lệnh mở van, khác nhau khuếch đại

Hình 9.36 Sơ đồ nguyên lý điều khiển điều áp xoay chiều với hai

Tiristo song song ngợc

A1+ - B

Hình 9.37 Đờng cong các khâu cơ bản của sơ đồ hình 9.36

UV2

t t t t t t

t t

t U1

Ura

t

UX CX

Xdk

UX CX

Xdk

t

t

t t

một, nh vậy lệnh mở Tiristo chung nhau, nhng khuếch đại tín hiệu để

mở các Tiristo riêng rẽ, không bị ảnh hởng công suất giữa hai Tiristo với nhau

Sơ đồ điều khiển cặp tiristo mắc song song ngợc giới thiệu trên hình 9.36

Nguyên lý điều khiển hình 9.36 giống nh hình 9.33 từ tín hiệu vào đến hết khâu so sánh, điều đó chứng tỏ lệnh mở Tiristo là đối xứng Sau khi có lệnh mở Tiristo tại các thời điểm α1,α2 phân xung điều khiển theo mỗi nửa chu kỳ Việc phân xung điều khiển đợc thực hiện thông qua hai mạch

khuếch đại, hai biến áp xung Lệnh điều khiển cho hai mạch khuếch đại này đợc lấy từ hai cổng và V1,V2 hai cổng và này chung nhau một tín hiệu lấy từ đầu ra của A3 đó là lệnh mở các Tiristo tại mỗi nửa chu kì Cổng vào còn lại của V1,V2 đợc nhận hai tín hiệu đồng pha với điện áp anốt của Tiristo, đó là các tín hiệu đảo pha từ A4, A5 Nhờ có hai tín hiệu đảo pha này

mà có xung điều khiển hai Tiristo dịch pha nhau 1800 Các dạng điện áp của các khâu cơ bản mô tả trên hình 9.37

Điều khiển điều áp xoay chiều cho tải có điện cảm

Một trong những loại tải rất điển hình của điện áp xoay chiêù là tải điện cảm Ví dụ máy biến áp một pha hay động cơ một pha .lúc này sử dụng các mạch điều khiển hình 9.33, 9.36 có thể có một vùng không hoạt động, nếu điện cảm lớn có thể không hoạt động hoàn toàn

Nguyên nhân của các hiện tợng này nh sau :

-Nguyên nhân thứ nhất là do khi có điện cảm dòng điện chậm pha sau

αmin của các Tiristo phải lớn hơn hoặc bằng góc trễ ϕ lớn nhất (αmin lớn hơn hoặc bằng ϕmax)

Với tải điện cảm, nh biến áp hay động cơ thì góc ϕ thay đổi theo tải, làm cho việc giới hạn góc αmin là không thích hợp, vì nó liên tục thay đổi theo tải Kết quả là, muốn điều khiển tăng điện áp xoay chiều, bằng cách giảm góc mở Tiristo, đến vùng góc mở đủ nhỏ nào đó có thể chỉ mở một Tiristo Dòng điện trên tải lúc này là dòng một chiều

Nguyên nhân thứ hai là do khi có điện cảm, dòng điện không biến thiên

đột ngột tại thời điểm mở Tiristo, điện cảm càng lớn dòng điện biến thiên càng chậm, nếu nh độ rộng xung điều khiển hẹp, dòng điện khi có xung điều không đủ lớn hơn dòng điện duy trì, do đó van bán dẫn không tự giữ dòng

điện Kết quả là không có dòng điện, hay Tiristo không mở Hiện tợng này thờng thấy khi ở đầu và cuối chu kì điện áp hình 9.39 a, c lúc đó điện áp tức thời đặt vào Van bán dẫn nhỏ Khi kết thúc xung điều khiển, dòng điện còn nhỏ hơn dòng điện duy trì nên van bán dẫn khoá luôn Chỉ khi nào điện áp tại thời điểm mở van đủ lớn, dòng điện cuối chu kì xung điều khiển đủ lớn hơn dòng điện duy trì, thì dòng điện mới tồn tại trong mạch

Hình 9.39 Sự xuất hiện dòng điện tại các góc mở

khác nhau khi tải điện cảm

Hai nguyên nhân này làm cho một số ngời thiết kế ngại không muốn

điều khiển tải điện cảm bằng thiết bị bán dẫn Khi biết đợc nguyên nhân của việc không điều khiển nh trên, thì việc xử lý trở nên không có gì khó khăn

Để giải quyết bài toán về sự thay đổi góc ϕ của tải làm mất điều khiển, cần có xung liên tục từ thời điểm mở Tiristo cho đến khi điện áp đổi dấu, nh hình 9.40 a Khi phát lệnh mà van còn đang phân cực ngợc, thì lệnh điều khiển chờ tới khi nào đủ điều kiện phân cực thuận van sẽ dẫn

Việc phát xung điều khiển với độ rộng lớn gần nh cả nửa chu kì nh hình 9.40 a có hai nhợc điểm, thứ nhất là dòng điều khiển gần nh dài hạn (về nguyên lý điều khiển Tiristo và Triac, xung điều khiển với chức năng mồi nên chỉ cần ngắn hạn), thứ hai là việc thiết kế cấp xung điều khiển nh trên khá phức tạp, nhất là đối với những mạch có nhiều van bán dẫn Cấp xung rộng thế nào? Bằng một nguồn phụ, hay bằng biến áp xung có điện cảm cuộn dây lớn cũng khó khăn nh nhau

Một trong những giải pháp nên dùng, là tạo xung gián đoạn bằng chùm xung liên tiếp, từ thời điểm mở van cho tới cuối bán kỳ nh hình 9.40b, về nguyên lý đây là cấp xung liên tục nh hình 9.40a Trong kỹ thuật, cấp xung

Hình 9.40 Phơng án cấp xung khi điều áp xoay chiều với tải điện

cảm lớn

a - cấp xung liên tục b - cấp xung gián đoạn

Ucx

Xđkb

a

UTai

1 2

t

UXCX

Xdk

UXCX

Xdk

t

t

tt

Hình 9.42 Sai số có thể gặp khi điều khiển bằng chùm xung

a) lệnh mở và chùm xung đúng thời điểm; b) lệnh mở và chùm xung không cùng thời điểm

điều khiển tại đầu ra biến áp xung có đợc là do có hai tín hiệu vào cổng AND đồng thời, tín hiệu vào UX để quyết định góc mở α tín hiệu từ chùm xung UCX Hai tín hiệu này nếu không đồng pha, thì khi có lệnh UX mà UCX =

0, xung điều khiển Xđk phải chờ khi nào UCX lên mức cao nh mô tả trên hình 9.42 b

Sơ đồ mạch điều khiển điều áp xoay chiều với tải có điện cảm đợc thiết

kế trên cơ sở hình 9.34 cho mạch động lực là triac, hay hình 9.36 cho mạch

động lực là cặp tiristo song song ngợc, với việc nối thêm mạch tạo xung chùm nh trên hình 9.43 Các đầu vào của hình 9.43 UD, UE, UF đợc lấy từ các đầu tơng ứng trên hình 9.34, 9.36 Chùm xung đợc tạo bởi một dao động

đa hài A6 hoặc một mạch tạo xung chữ nhật nào đó (sẽ giới thiệu trong

ch-ơng 10)

Hình 9.43 Điều khiển điều áp xoay chiều khi tải điện cảm bằng chùm

xung a) Van động lực là triac; b) Van động lực là Tiristo

Trờng hợp điện cảm lớn mà Tiristo không mở đợc, nguyên nhân là do

độ rộng xung thiết kế là không đủ lớn Việc chọn độ rộng xung ở đây phải hợp lý

Ví dụ :Thiết kế mạch điều khiển và ổn định nhiệt độ cho tủ sấy bằng

điện trở với nhiệt độ điều chỉnh trong dải 0ữ1500C công suất sợi đốt 40 KW,

điện áp nguồn cấp 1 pha 220 V/50 Hz

Lựa chọn sơ đồ thiết kế

Đây là nguồn có công suất không lớn, xét về phía tải Vì đây là tải trở, không đòi hỏi quá cao về tính đối xứng của nguồn điều khiển Có thể chọn bất kỳ sơ đồ nào trong các sơ đồ đã giới thiệu ở trên Tuy nhiên, với trờng hợp này sơ đồ dùng Triac điều khiển là hợp lý hơn cả với các lý do sau:

-Với công suất không lớn Triac thừa đủ công suất để cung cấp

-Mạch điều khiển Triac đơn giản hơn mạch hai Tiristo

-Dù là công suất nhỏ, nhng nếu điều khiển không đối xứng bằng một

điốt, một Tiristo cũng không nên, do làm xấu đi chất lợng điện áp nguồn -Các sơ đồ không dùng thiết bị bán dẫn khó đáp ứng cho việc ổn định nhiệt độ, do việc tự động thay đổi điện áp và dòng điện tải khó khăn hơn

Khi điều chỉnh nhiệt độ ta coi nhịêt độ tối đa 1500 đạt đợc tơng ứng với dòng điện tối đa 18,18 A các yếu tố khác ảnh hởng đến nhiệt độ của lò nhthể tích vật liệu, thông số ở đây không xét

Dòng điện I=18,18 A đợc coi là dòng điện lớn nhất để chọn Triac Với dòng điện không quá lớn nh thế này, tổn hao khi van dẫn không quá lớn, nên

ta chọn điều kiện làm việc có cánh toả nhiệt đủ diện tích làm mát, không cần quạt đối lu không khí, để an toàn cho phép Triac làm việc với 20%Iđm

Dòng điện định mức của Triac cần chọn

27 , 27

IAT=(1,1ữ1,3)Ilvmax=20ữ23,63 A

Chọn loại 25A có bảo vệ ngắn mạch khôngcần bảo vệ quá tải

Thiết kế mạch điều khiển :

Nh đã biết lò điện trở có hệ số cosϕ=1 Do đó việc cung cấp xung điều khiển bằng xung chùm nh hình 9.43 a là không cần thiết Mạch điều khiển góc mở Triac sử dụng sơ đồ 9.34 hoàn chỉnh thành 9.45 a là hợp lý Tính toán thông số các linh kiện mạch điều khiển này đợc sử dụng các cách tính

nh đã giới thiệu ở chơng 8

Hình 9.45 Sơ đồ mạch điều khiển nhiệt độ cho tủ sấy

A1+ - B

9.6.3 Thiết kế bộ điều áp xoay chiều ba pha

1 Lựa chọn sơ đồ động lực

Mạch xoay chiều ba pha hiện nay trong thực tế thờng gặp gồm 3 sơ

đồ nh sau: Hình 9.46 a, b, c.

Các loại sơ đồ này bao gồm, tải đấu sao có trung tính (Hình 9.46 a),

tải đấu sao không trung tính (Hình 9.46 b), tải đấu tam giác (Hình 9.46 c) Tải đấu sao có trung tính, có u điểm là sơ đồ giống hệt ba mạch điều

áp một pha điều khiển dịch pha theo điện áp lới, do đó điện áp trên các van bán dẫn nhỏ hơn vì điện áp đặt vào van bán dẫn là điện áp pha Nhợc

điểm của sơ đồ là trên dây trung tính có tồn tại dòng điện điều hoà bậc

Hình 9.46: Sơ đồ điều áp xoay chiều ba pha bằng cặp Tiristo

cao, khi góc mở các van khác 0 có dòng tải gián đoạn và loại sơ đồ nối này chỉ thích hợp với loại tải ba pha có bốn đầu dây ra.

Các sơ đồ không trung tính Hình 9.46 b, c có nhiều điểm khác so với

sơ đồ có trung tính ở đây dòng điện chạy giữa các pha với nhau, nên

đồng thời phải cấp xung điều khiển cho hai Tiristo của hai pha một lúc Việc cấp xung điều khiển nh thế, đôi khi gặp khó khăn trong mạch điều khiển (sẽ giới thiệu sau), ngay cả việc đổi thứ tự pha nguồn lới cũng có thể làm cho sơ đồ không hoạt động

Hiện nay, với những tải có công suất trung bình, các sơ đồ điều áp ba pha bằng các cặp Tiristo nh Hình 9.46 đợc thay thế bằng các sơ đồ Triac

Đối với những tải không có yêu cầu về điều khiển đối xứng ngời ta

có thể sử dụng sơ đồ cặp Tiristo - điốt ( Hình 9.15).

Mặc dù vậy, sơ đồ này ứng dụng thực tế không nhiều Bởi vì khi không có xung điều khiển vẫn có thể có dòng chạy qua tải

Trong trờng hợp cho phép điều khiển không đối xứng chúng ta có thể sử dụng sơ đồ điều khiển hai pha nh Hình 9.48.

Ưu điểm của sơ đồ Hình 9.48 là số lợng van bán dẫn ít hơn, và mạch

điều khiển cũng đơn giản hơn Nhợc điểm của sơ đồ là điều khiển không

đối xứng, nên đờng cong dòng điện và điện áp các pha không giống nhau, vì vậy giá trị hiệu dụng của điện áp và dòng điện khác nhau rõ rệt Loại sơ

đồ này chỉ phát huy tác dụng khi tải và nguồn đợc phép làm việc không

đối xứng và có số lợng van bán dẫn bị hạn chế

Khi sử dụng điều áp xoay chiều cho động cơ không đồng bộ ngoài chế độ đóng cắt, điều khiển tốc độ, còn cần cả đảo chiều quay

Trong động cơ điện không đồng bộ, khi đảo chiều quay cần đổi thứ

tự pha Sơ đồ điều khiển có đảo chiều quay động cơ không đồng bộ nh

Khi chiều quay thuận ta cấp xung điều khiển cho T1,T2,T7,T8,T9,T10; Các pha lới A1, B1, C1 đợc nối tơng ứng với các cuộn A, B, C của động cơ Khi ở chiều quay ngợc ta cấp xung điều khiển choT3,T4,T5,T6,T9,T10 Các pha lới A1, B1, C1 đợc nối tơng ứng B, A, C của động cơ.

Thiết kế sơ đồ mạch động lực của bộ điều áp xoay chiều ba pha chúng ta phải thực hiện hàng loạt các bài toán tổng hợp Ngay cả ở chế độ xác lập thì dòng điện và điện áp trên các van bán dẫn cũng chỉ là chế độ gần với xác lập Trong phần thiết kế này chúng ta chỉ xét bộ điều áp làm việc ở chế độ xác lập

Khi lựa chọn các van bán dẫn cho sơ đồ điều áp ba pha theo dòng

điện và điện áp, tổn hao công suất ∆P nh đã xét, đợc xác định theo đờng cong dòng điện chạy qua van Tổn hao công suất trên van là tổn hao theo chiều thuận khi van dẫn Lúc này ∆P phụ thuộc các giá trị dòng điện trung bình, hiệu dụng của van và theo đờng cong đặc tính Vôn - Ampe của van tìm đợc ∆P Tuy nhiên đờng đặc tính Vôn - Ampe không phải của van nào cũng có cho nên gần đúng chúng ta chọn hơi d thì lấy:

∆P = IHD ∆UThông số ∆P này có ảnh hởng rất lớn tới diện tích cánh toả nhiệt mà chúng ta sẽ thiết kế sau này

Sau khi lựa chọn xong sơ đồ động lực từ phần giới thiệu 9.3 và hớng

A Tính chọn van theo dòng điện

Trong điều áp xoay chiều dòng điện chạy qua tải thờng xác định là dòng hiệu dụng Thông số dòng điện để chọn van bán dẫn đợc tính là dòng điện lớn nhất trong quá trình làm việc.Trong điều khiển xung pha, dòng điện lớn nhất khi góc mở van bán dẫn nhỏ nhất Góc mở nhỏ nhất của van bán dẫn thờng nhận trị số α=0 khi dòng điện tải là dòng điện hình sin

Đối với các tải ba pha, thông số thờng cho: công suất định mức Pđm,

điện áp định mức Uđm , hệ số công suất cosϕ, hiệu suất η