CHƯƠNG 2. CHỈNH LƯU 2.1. GIỚI THIỆU CHUNG
6.3. MẠCH ĐIỀU KHIỂN BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU-XOAY CHIỀU
6.3.1. Khái niệm chung
Cũng như BBĐ xoay chiều - một chiều, trong BBĐ xoay chiều - xoay chiều cũng sử dụng các van bán dẫn có điều khiển. Vì vậy, để cho BBĐ có thể làm việc theo yêu cầu cũng cần phải sử dụng mạch phát tín hiệu điều khiển cho các van. Dù
166
là sơ đồ dùng hai thyristor mắc song song ngược hay sơ đồ dùng triac thì trong một chu kỳ nguồn cũng phải tạo ra hai tín hiệu điều khiển lệch nhau một góc độ điện là 1800 tương tự như tín hiệu điều khiển các van trong sơ đồ chỉnh lưu hình tia hai pha. Do vậy về lý thuyết thì có thể sử dụng tất cả các mạch phát xung điều cho bộ chỉnh lưu hình tia hai pha hoặc cầu một pha để phát xung điều khiển cho BBĐ xoay chiều - xoay chiều một pha, tương tự, có thể sử dụng mạch phát xung điều khiển sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha dùng để phát xung điều khiển cho BBĐ xoay chiều - xoay chiều 3 pha. Tuy nhiên cũng cần lưu ý:
- Đối với sơ đồ chỉnh lưu, sự đối xứng của xung điều khiển các van cũng quan trọng nhưng không yêu cầu quá khắt khe. Còn đối với BBĐ xoay chiều - xoay chiều, sự đối xứng của xung điều khiển các van, đặc biệt là của hai van song song ngược trong cùng một pha khi phụ tải của BBĐ là thiết bị chỉ làm việc được với nguồn cung cấp xoay chiều, ví dụ như các động cơ điện xoay chiều hoặc các máy biến áp, ..., đòi hỏi có độ đối xứng rất cao. Đó là vì, khi góc điều khiển của hai van trong cùng một pha không hoàn toàn giống nhau, trong đường cong điện áp trên tải sẽ xuất hiện thành phần một chiều, tổng tổng trở phụ tải đối với thành phần điện áp một chiều lại rất nhỏ nên thành phần dòng một chiều qua tải sẽ rất lớn. Điều này ảnh hưởng đến sự làm việc của phụ tải và BBĐ, tăng tổn thất phụ và khi sự không đối xứng của tín hiệu điều khiển vượt quá một giới hạn nhất định nào đó (phụ thuộc trường hợp cụ thể), dòng một chiều trong mạch sẽ rất lớn, thiết bị bảo vệ sẽ ngắt BBĐ ra khỏi nguồn cung cấp.
- Để đảm bảo cho sơ đồ làm việc bình thường trong mọi chế độ, tùy đặc tính tải, xung điều khiển các van cần có thời gian tồn tại thích hợp, tốt nhất là lớn hơn 900 điện (khi góc điều khiển nhỏ). Để đáp ứng yêu cầu này, nhưng lại không làm tăng kích thước máy biến áp xung, có một giải pháp thường được sử dụng là chuyển xung điều khiển có độ dài lớn thành nhiều xung hẹp với độ dài rất ngắn (tạo xung chùm), biện pháp này cho phép truyền một xung dài (đã chia thành chuỗi nhiều xung) với kích thước máy biến áp xung nhỏ gọn.
Như vậy, có thể ứng dụng tất cả các nguyên tắc và các sơ đồ phát xung điều khiển cho BBĐ xoay chiều - một chiều hình cầu một pha hoặc ba pha để phát xung điều khiển cho BBĐ xoay chiều - xoay chiều một pha hoặc ba pha với các lưu ý trên, do vậy trong phần này sẽ không xét các mạch điều khiển loại đó nữa.
167
Trong một số trường hợp khi không đòi hỏi chất lượng cao của tín hiệu điều khiển, phạm vi thay đổi góc điều khiển không yêu cầu rộng, có thể sử dụng các mạch điều khiển đơn giản để giảm giá thành và kích thước BBĐ.
6.3.2. Các mạch phát xung điều khiển đơn giản 6.3.2.1. Sơ đồ dùng biến trở và diode
Hoạt động của sơ đồ
Hình 6.18 BBĐ xoay chiều - xoay chiều một pha, mạch điều khiển đơn
giản bằng điện trở- đi ôt
Hình 6.19 Minh họa điện áp điều khiển yêu cầu đối vói các thyristor Từ đặc tính V-A của thyristor có thể thấy: Khi giữa a nốt và ka tốt của thyristor có một giá trị điện áp uT thuận nhất định, nếu đặt vào điện cực điều khiển và ka tốt của nó một điện áp điều khiển có giá trị từ một trị số nào đó trở lên thì thyristor sẽ chuyển từ trạng thái khóa sang trạng thái mở. Giá trị điện áp điều khiển nhỏ nhất có thể làm mở thyristor khi ứng với một trị số điện áp thuận được gọi là điện áp điều khiển yêu cầu đối với trị số điện áp thuận đó, giả thiết ký hiệu là uđkTyc. Do đó, khi trên van có một điện áp thuận nhất định, nếu giữa cực điều khiển và ka tốt có điện áp điều khiển uđk uđkTyc tương ứng với trị số điện áp thuận đó thì van sẽ mở, còn nếu không có hoặc có uđk nhưng uđk < uđkTycc, van không mở. Điện áp thuận trên van thay đổi thì giá trị uđkTyc cũng thay đổi theo: Điện áp thuận trên van tăng thì giá trị uđkTyc giảm và ngược lại, nếu điện áp thuận trên van có dạng nửa hình sin thì đồ thị uđkTyc có dạng như trên hình 6.19a. . Để đơn giản cho việc xét nguyên lý làm việc của sơ đồ, tạm giả thiết điện áp điều khiển yêu cầu không phụ thuộc vào trị số điện áp thuận trên van như hình 6.19b. Giả thiết như vậy tuy không phù hợp với thực tế nhưng không ảnh hưởng đến việc phân tích nguyên lý hoạt động của sơ đồ nên có thể chấp nhận được trong trường hợp này.
168
Chọn mốc thời gian xét t=0 là thời điểm đầu nửa chu kỳ dương của ungvà giả thiết tải thuần trở. Do giả thiết tải thuần trở, nên tại t=0, dòng tải cũng bằng không, lúc đó van T1 vừa khóa và T2 bắt đầu có điện áp thuận, khi T1 còn chưa mở, có một dòng điện đi theo mạch: D1-WR-R1-Rt (đã giả thiết tải là Rt), dòng điện này gây nên trên R1 một sụt điện áp, điện áp trên R1 sẽ được đưa qua diode D3 đến điện cực điều khiển của T1. Vậy nếu bỏ qua sụt áp trên D3 mở, điện áp điều khiển van T1 là: UđkT1=R1.
Đồ thị hình 6.20 cho thấy, khi t0: UđkT1<UđkTyc chưa mở, tạit= thì UđkT1=R1, T1 bắt đầu mở và sẽ dẫn dòng cho đếnt= .
Tại t= , Ung =0 và bắt đầu đổi dấu nên dòng qua T1 giảm về bằng không và có xu hướng đổi chiều, T1 khóa lại và T1 bắt đầu được đặt điện áp thuận. Khi
ng 0
U và T2 chưa mở, qua mạch Rt-D2-WR-R2 sẽ có dòng điện do nguồn cung cấp tạo nên. Sụt điện áp trên R2 bởi dòng điện này sẽ được truyền qua D4 đến điện cực điều khiển T2, khi bỏ qua điện áp trên D4 mở, điện áp điều khiển van T2 là:
1 2
ủkT R
U =U . Từ sơ đồ và nguyên lý hoạt động đã nêu, có thể thấy:
Khi Ung 0: UủkT1=UR1 =Ung.R1/(R1+WR+Rt)Ung.R1/(R1+WR); Khi Ung 0:UủkT2 =UR2 = −Ung.R2/(R2+WR+Rt) −Ung.R2/(R2+WR); do Rt WR R, t R2 va R1 =R2 nờn: UủkT2 Ung.R1/(R1+WR)
Vì vậy, thời điểm UđkT1 đạt giá trị UđkTyc là thời điểm t= + và tại thời điểm này T2 bắt đầu mở cho đến t =2 . Trong các chu kỳ tiếp theo sơ đồ làm việc tương tự. Cả 2 van trong sơ đồ đều mở với một giá trị góc điều khiển là như nhau. Từ nguyên lý hoạt động đã nêu kết hợp với đồ thị hình 6.20, có thể thấy rằng, để thay đổi góc điều khiển thực hiện thay đổi biên độ của điện áp điều khiển bằng cách điều chỉnh giá trị biến trở WR. Với mạch điều khiển này thì góc điều khiển tối đa max = / 2. Do vậy, mạch điều khiển này không dùng cho trường hợp BBĐ làm việc với phụ tải thuần cảm.
169
Hình 6.20 Đồ thị minh họa nguyên lý làm việc của sơ đồ hình 6.19.
6.2.3.2. Mạch điều khiển đơn giản áp dụng cho BBĐ ba pha không đối xứng Trong một số ứng dụng cụ thể, ví dụ như, điều khiển nhiệt độ các lò điện trở, v.v...Trong những trường hợp này, tải của các BBĐ là điện trở thuần, là loại tải có thể làm việc được với cả điện áp nguồn là xoay chiều hoặc một chiều, mặt khác, một số trường hợp phạm vi điều chỉnh không yêu cầu rộng, không yêu cầu về việc tự động ổn định, khi đó có thể sử dụng các BBĐ xoay chiều - xoay chiều ba pha không đối xứng với phần mạch điều khiển rất đơn giản (biến trở - diode) như hình 6.21. Nguyên lý hoạt động của mạch điều khiển trên hình 6.21 (phần nét mảnh) cũng gần tương tự với mạch điều khiển biến trở - diode của BBĐ một pha đã xét.
Chỉ khác là BBĐ trong sơ đồ này chỉ có 3 thyristor nên kết cấu mạch gọn hơn. Chú ý là sơ đồ BBĐ này không được sử dụng để cung cấp cho động cơ xoay chiều hoặc cấp cho cuộn dây sơ cấp máy biến áp.
Hình 6.21 Sơ đồ BBĐ xoay chiều – xoay chiều ba pha với mạch điều khiển đơn giản dùng biến trở - diode.
170