Đồ án Thiết kế bộ nguồn cấp điện liên tục UPS, phần chỉnh lưu

Cung cấp năng lượng điện cho những tải nhạy cảm 1. Sự cố nguồn năng lượng điện Sự cố trong các nguồn năng lượng điện có thể xẩy ra trong quá trình lắp đặt trang thiết bị hoặc ở đầu vào hệ thống (quá tải, nhiễu, mất cân bằng pha, sấm sét, …). Những sự cố này có thể gây ra những hậu quả khác nhau. Về mặt lý thuyết: Hệ thống phân phối năng lượng điện tạo ra một điện áp hình sin vơi biên độ và tần số thích hợp để cung cấp cho thiết bị điện (400V-50Hz chẳng hạn). Trong thực tê, những sóng hình sin điện áp và dòng điện cùng tần số bị ảnh hưởng trong phạm vi khác nhau bởi những sự cố có thể xuất hiện trong hệ thống. Đối với hệ thống cung cấp điện: Có thể bị sự cố hoặc gián đoạn cung cấp điện vì: ? Hiện tượng nhiễm điện ở bầu khí quyển (thường không tránh khỏi). Điều này có thể ảnh hưởng đến đường dây ngoài trời hoặc cáp chôn, chẳng hạn: - Sấm sét làm điện áp tăng đột ngột trong hệ thống cung cấp điện - Sương giá có thể làm cho đường dây bị đứt

pdf30 trang | Chia sẻ: longpd | Lượt xem: 2376 | Lượt tải: 5download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Đồ án Thiết kế bộ nguồn cấp điện liên tục UPS, phần chỉnh lưu, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
§å ¸n m«n häc: §iÖn tö c«ng suÊt §Ò bµi: ThiÕt kÕ bé nguån cÊp ®iÖn liªn tôc UPS, phÇn chØnh l­u víi c¸c tham sè sau: - §iÖn ¸p nguån: 220 VAC+10%,-10%, 50Hz. - C«ng suÊt: 15KVA. - §iÖn ¸p ra: 220 VAC+/-1%. - ¾c quy: axist lo¹i kÝn, thêi gian l­u ®iÖn 10 phót. Ch­¬ng 1: Tæng quan vÒ bé nguån liªn tôc UPS (uninterruptible power system) I. Giíi thiÖu chung vÒ UPS 1.1 Cung cÊp n¨ng l­îng ®iÖn cho nh÷ng t¶i nh¹y c¶m 1. Sù cè nguån n¨ng l­îng ®iÖn Sù cè trong c¸c nguån n¨ng l­îng ®iÖn cã thÓ xÈy ra trong qu¸ tr×nh l¾p ®Æt trang thiÕt bÞ hoÆc ë ®Çu vµo hÖ thèng (qu¸ t¶i, nhiÔu, mÊt c©n b»ng pha, sÊm sÐt, …). Nh÷ng sù cè nµy cã thÓ g©y ra nh÷ng hËu qu¶ kh¸c nhau. VÒ mÆt lý thuyÕt: HÖ thèng ph©n phèi n¨ng l­îng ®iÖn t¹o ra mét ®iÖn ¸p h×nh sin v¬i biªn ®é vµ tÇn sè thÝch hîp ®Ó cung cÊp cho thiÕt bÞ ®iÖn (400V-50Hz ch¼ng h¹n). Trong thùc tª, nh÷ng sãng h×nh sin ®iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn cïng tÇn sè bÞ ¶nh h­ëng trong ph¹m vi kh¸c nhau bëi nh÷ng sù cè cã thÓ xuÊt hiÖn trong hÖ thèng. §èi víi hÖ thèng cung cÊp ®iÖn: Cã thÓ bÞ sù cè hoÆc gi¸n ®o¹n cung cÊp ®iÖn v×:  HiÖn t­îng nhiÔm ®iÖn ë bÇu khÝ quyÓn (th­êng kh«ng tr¸nh khái). §iÒu nµy cã thÓ ¶nh h­ëng ®Õn ®­êng d©y ngoµi trêi hoÆc c¸p ch«n, ch¼ng h¹n: - SÊm sÐt lµm ®iÖn ¸p t¨ng ®ét ngét trong hÖ thèng cung cÊp ®iÖn - S­¬ng gi¸ cã thÓ lµm cho ®­êng d©y bÞ ®øt  Nh÷ng hiÖn t­îng ngÉu nhiªn, ch¼ng h¹n: - Cµnh c©y r¬i g©y g¾n m¹ch hoÆc ®øt d©y - §øt c¸p do ®µo ®Êt - Sù h­ háng trong hÖ thèng cung cÊp Nh÷ng thiÕt bÞ dïng ®iÖn cã thÓ ¶nh h­ëng ®Õn hÖ thèng cung cÊp  L¨p ®Æt c«ng nghiÖp, ch¼ng h¹n: - §éng c¬ g©y ra ®iÖn ¸p r¬i vµ nhiÔm RF trong qu¸ tr×nh khëi ®éng. - Nh÷ng thiÕt bÞ g©y « nhiÔm: lß luyÖn kim, m¸y hµn, … g©y ra ®iÖn ¸p r¬i vµ nhiÔm RF  Nh÷ng hÖ thèng ®iÖn tö c«ng suÊt cao  Thang m¸y, ®Ìn huúnh quang Nh÷ng sù cè ¶nh h­ëng ®Õn viÖc cung cÊp n¨ng l­îng ®iÖn cho thiÕt bÞ cã thÓ ph©n thµnh c¸c lo¹i sau:  LÖch ®iÖn ¸p  Ngõng ho¹t ®éng  T¨ng ®ét ngét ®iÖn ¸p  Thay ®æi tÇn sè  XuÊt hiÖn sãng hµi  NhiÔu tÇn sè cao… Sù cè cã thÓ g©y ra nh÷ng hËu qu¶ nghiªm träng, ®Æc biÖt lµ lµm gi¸n ®o¹n viÖc cung cÊp ®iÖn, nhÊt lµ hÖ thèng d÷ liÖu cña m¸y tÝnh. 1.2 Gi¶i ph¸p dïng UPS §iÒu cÇn chó ý tr­íc hÕt cña nh÷ng sù cè vµ hËu qu¶ cña nã vÒ ph­¬ng diÖn:  An toµn cho con ng­êi  An toµn cho thiÕt bÞ, nhµ x­ëng  Môc tiªu vËn hµnh kinh tÕ Tõ ®ã ph¶i t×m c¸ch lo¹i chóng ra. Cã nhiÒu gi¶i ph¸p kü thuËt kh¸c nhau cho vÊn ®Ò nµy, nh÷ng gi¶i ph¸p nµy ®­îc so s¸nh trªn c¬ së cña hai tiªu chuÈn sau ®Ó ®¸nh gi¸:  Liªn tôc cung cÊp ®iÖn  ChÊt l­îng cung cÊp ®iÖn 1.3 Nh÷ng chøc n¨ng cña UPS Ho¹t ®éng nh­ mét giao diÖn gi÷a hÖ thèng cung cÊp ®iÖn vµ nh÷ng t¶i nh¹y c¶m. UPS cung cÊp cho t¶i mét n¨ng l­îng ®iÖn liªn tôc, chÊt l­îng cao, kh«ng phô thuéc mäi t×nh tr¹ng cña hÖ thèng cung cÊp. UPS t¹o ra mét ®iÖn ¸p cung cÊp tin cËy  Kh«ng bÞ ¶nh h­ëng cña nh÷ng sù cè cña hÖ thèng cung cÊp, ®Æc biÖt khi hÖ thèng cung cÊp ngõng ho¹t ®éng.  Ph¹m vi sai sè cho phÐp tuú theo yªu cÇu cña nh÷ng thiÕt bÞ ®iÖn tõ nh¹y c¶m (ch¼ng h¹n: GALAXY-sai sè cho phÐp cña biªn ®é 5,0 %, tÇn sè 1 %) UPS cã thÓ cung cÊp ®iÖn ¸p tin cËy, ®éc lËp vµ liªn tôc th«ng qua c¸c kh©u trung gian: Acquy vµ chuyÓn m¹ch tÜnh. II. øng dông cña UPS trong thùc tÕ HiÖn nay nhu cÇu øng dông UPS trong c¸c lÜnh vùc tin häc, viÔn th«ng, ng©n hµng lµ rÊt lín. Sè l­îng UPS ®­îc sö dông gÇn b»ng 1/3 sè l­îng m¸y tÝnh ®ang ®­îc sö dông. Cã thÓ lÊy mét vµi vÝ dô vÒ c¸c thiÕt bÞ sö dông UPS, ®ã lµ nh÷ng m¸y tÝnh, viÖc truyÒn d÷ liÖu vµ toµn bé thiÕt bÞ ë mét tr¹ng th¸i nµo ®ã lµ rÊt quan träng vµ kh«ng cho phÐp ®­îc mÊt ®iÖn. UPS ®­îc sö dông trong ngµnh hµng kh«ng ®Ó ®¶m b¶o sù th¾p s¸ng liªu tôc cña ®­êng b¨ng s©n bay Nãi tãm l¹i UPS lµ mét nguån ®iÖn dù phßng nã cã mÆt ë mäi chç mäi n¬i, nh÷ng n¬i ®ßi hái cao vÒ yªu cÇu cÊp ®iÖn liªn tôc. Ch­¬ng II: tÝnh to¸n vµ lùa chän bé ¾c quy cho nguån UPS I. Giíi thiÒu chung vÒ ¾c quy. II. TÝnh to¸n vµ lùa chän cho ¾c quy. C¨n cø vµo ®Çu ra cña bé chØnh l­u ®éc lËp nguån dßng ®iÖn, ta cã thÓ chän ®­îc ®iÖn ¸p ®Çu vµo ®Æt lªn ¾cquy. D¹ng ®iÖn ¸p ra cña bé nghÞch l­u ®éc lËp nguån dßng ®iÖn cã d¹ng: Ta cã: U=    0 E 2 1 =         d) 3 E ( 2 2 d) 3 E ( 2 4 3/2 3/ 2d 3/ 0 2d =0,47Ed Víi U=220V=> Ed=220/0,47=468V. NÕu sö dông mét nguån lín 468V cã mét ­u ®iÓm lµ dßng tiªu thô sÏ nhá nh­ng kÝch th­íc cña bé chØnh l­u sÏ lµ rÊt lín, cång kÒnh. §Ó kh¾c phôc ®iÒu nµy ta chØ sö dông mét nguån ¸p trung b×nh Ed=120VDC ®Ó cung cÊp cho ¨cquy vµ chØnh l­u. Sau khi qua bé chØnh l­u sÏ sö dông mét m¸y biÕn ¸p ®Ó n©ng ®iÖn ¸p lªn 220V xoay chiÒu phï hîp víi t¶i. ¾cquy ®­îc chän lµ lo¹i ¨cquy 12. Nh­ vËy ta cÇn m¾c 120/12=10 ¾c quy m¾c nèi tiÕp nhau.  T×nh to¸n dung l­¬ng cña ¾c quy. Víi yªu cÇu vÒ c«ng suÊt cña UPS lµ 15KVA, U=220V ta cÇn sö dông m¸y biÕn ¸p. NÕu coi hiÖu suÊt cña m¸y biÕn ¸p lµ 95% th× hiÖu suÊt phÝa s¬ cÊp cña m¸y biÕn ¸p nghÞch l­u lµ: SnghÞch l­u= 8.1595.0 15  (KVA) Do tæn hao cña c¸c van c«ng suÊt cña bé biÕn ®æi lµ kh«ng ®¸ng kÓ do ®ã ta cã thÓ coi c«ng suÊt ®Çu vµo vµ ®Çu ra cña bé nghÞch l­u lµ nh­ nhau. Dßng ®iÖn cÇn thiÕt ®Ó l¹p cho ¾c quy lµ: Id= 131120 15800  (A) Th«ng th­êng khi chän ¨cquy ph¶i chän dung l­îng lín h¬n 2 lÇn dung l­îng ®Þnh møc. VËy ®Ó ®¶m b¶o cho ¨cquy kh«ng bÞ háng ta cÇn chän dung l­îng cña ¾cquy lµ 262A.h Do trong bé ¾c quy cã néi trë trong do ®ã ®iÖn ¸p ®Çu ra cña bé chØnh l­u ®­îc tÝnh nh­ sau: Ucl=Ud+Ut Trong ®ã: Ucl: ®iÖn ¸p ®Çu ra bé chØnh l­u. Ud: ®iÖn ¸p ®Æt trªn hai ®Çu ¾c quy. Ud=120VDC Ut: ®iÖn ¸p tæn hao do néi trë cña ¾c quy. Víi lo¹i ¨cquy 12V ta tra ®­îc néi trë trong cña ¨cquy lµ r=0,09 . VËy néi trë trong cña bé ¨cquy lµ R=0,09*12=1,08 §iÖn ¸p ®Çu ra cña bé chØnh l­u lµ: Ucl=120+131.1,08=262VDC. III. Ph­¬ng ph¸p n¹p ¨c quy vµ ph­¬ng thøc ®iÒu khiÓn n¹p. 1. Ph­¬ng ph¸p n¹p cho ¾c quy. Cã ba ph­¬ng ph¸p n¹p ¾c qui lµ + Ph­¬ng ph¸p dßng ®iÖn. + Ph­¬ng ph¸p ®iÖn ¸p. + Ph­¬ng ph¸p dßng ¸p. a) Ph­¬ng ph¸p n¹p ¾c qui víi dßng ®iÖn kh«ng ®æi. §©y lµ ph­¬ng ph¸p n¹p cho phÐp chän ®­îc dßng n¹p thÝch hîp víi mçi lo¹i ¾c qui, b¶o ®¶m cho ¾c qui ®­îc no. §©y lµ ph­¬ng ph¸p sö dông trong c¸c x­ëng b¶o d­ìng söa ch÷a ®Ó n¹p ®iÖn cho ¾c qui hoÆc n¹p sö ch÷a cho c¸c ¾c qui bÞ Sunfat ho¸. Víi ph­¬ng ph¸p nµy ¾c qui ®­îc m¾c nèi tiÕp nhau Nh­îc ®iÓm cña ph­¬ng ph¸p n¹p víi dßng ®iÖn kh«ng ®æi lµ thêi gian n¹p kÐo dµi vµ yªu cÇu c¸c ¾c qui ®­a vµo n¹p cã cïng dung l­îng ®Þnh møc. §Ó kh¾c phôc nh­îc ®iÓm thêi gian n¹p kÐo dµi, ng­êi ta sö dông ph­¬ng ph¸p n¹p víi dßng ®iÖn n¹p thay ®æi hai hay nhiÒu nÊc b) Ph­¬ng ph¸p n¹p víi ®iÖn ¸p kh«ng ®æi. Ph­¬ng ph¸p nµy yªu cÇu c¸c ¾c qui ®­îc m¾c song song víi nguån n¹p. HiÖu ®iÖn thÕ cña nguån n¹p kh«ng ®æi. Ph­¬ng ph¸p n¹p víi ®iÖn ¸p kh«ng ®æi cã thêi gian n¹p ng¾n, dßng n¹p tù ®éng gi¶m theo thêi gian.Tuy nhiªn dïng ph­¬ng ph¸p nµy ¾c qui kh«ng ®­îc n¹p no. V× vËy n¹p víi ®iÖn ¸p kh«ng ®æi chØ lµ ph­¬ng ph¸p n¹p bæ xung cho ¾c qui trong qu¸ tr×nh sö dông. c) Ph­¬ng ph¸p n¹p dßng ¸p. §©y lµ ph­¬ng ph¸p tæng hîp cña hai ph­¬ng ph¸p trªn. Nã tËn dông ®­îc nh÷ng ­u ®iÓm cña mçi ph­¬ng ph¸p. §èi víi ¾c qui axit: §Ó b¶o ®¶m thêi gian n¹p còng nh­ hiÖu suÊt n¹p th× ta tiÕn hµnh n¹p theo hai giai ®o¹n.  Giai ®o¹n 1: n¹p víi dßng ®iÖn kh«ng ®æi cho tíi khi dung l­îng ¾cquy b»ng 95% dung l­îng ®Þnh møc.  Giai ®o¹n 2: n¹p víi ¸p kh«ng ®æi cho tíi khi ¾cquy no th× dõng. KÕt luËn : V× ¾c qui lµ t¶i cã tÝnh chÊt dung kh¸ng kÌm theo søc ph¶n ®iÖn ®éng cho nªn khi ¾c qui ®ãi mµ ta n¹p theo ph­¬ng ph¸p ®iÖn ¸p th× dßng ®iÖn trong ¾c qui sÏ tù ®éng d©ng nªn kh«ng kiÓm so¸t ®­îc sÏ lµm s«i ¾c qui dÉn ®Õn háng hãc nhanh chãng. V× vËy trong vïng n¹p chÝnh ta ph¶i t×m c¸ch æn ®Þnh dßng n¹p cho ¾c qui. Khi dung l­îng cña ¾c qui d©ng lªn ®Õn 90% lóc ®ã nÕu ta cø tiÕp tôc gi÷ æn ®Þnh dßng n¹p th× ¾c qui sÏ s«i vµ lµm c¹n n­íc. Do ®ã ®Õn giai ®o¹n nµy ta l¹i ph¶i chuyÓn chÕ ®é n¹p ¾c qui sang chÕ ®é æn ¸p. ChÕ ®é æn ¸p ®­îc gi÷ cho ®Õn khi ¾c qui ®· thùc sù no. Khi ®iÖn ¸p trªn c¸c b¶n cùc cuÈ ¾c qui b»ng víi ®iÖn ¸p n¹p th× lóc ®ã dßng n¹p sÏ tù ®éng gi¶m vÒ kh«ng, kÕt thóc qu¸ tr×nh n¹p. 2. Ph­¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn n¹p ¨cquy S¬ ®å khèi cña m¹ch ®iÒu khiÓn n¹p ¨cquy theo hai giai ®o¹n Z t¶i§K B§ U®Æt Ch­¬ng III: tÝnh to¸n vµ lùa chän m¹ch chØnh l­u I. ChØnh l­u ®iÒu khiÓn ®èi xøng s¬ ®å cÇu 3 pha 1. S¬ ®å nguyªn lý S¬ ®å gåm 6 Tiristor ®­îc chia lµm hai nhãm: - Nhãm Katot chung : T1, T3, T5 - Nhãm Anot chung : T2, T4, T6 Gãc më  ®­îc tÝnh tõ giao ®iÓm cña c¸c nöa h×nh sin Gi¸ trÞ trung b×nh cña ®iÖn ¸p trªn t¶i          cos U63 dsinU2 2 6 U 2 6 5 6 2d Tõ c«ng thøc trªn ta thÊy khi VDC262U d  , chän gãc pha ®Çu 045 VËy 57,75 45cos.63 14,3.125 cos.63 .125 U 2     (V) Nh­ vËy ta ph¶i sö dông m¸y biÕn ¸p ®Ó h¹ ®iÖn ¸p tõ 380V xuèng 76V. Gi¸ trÞ trung b×nh cña dßng ch¹y qua 1 Tiristor lµ: A66,433 I I maxdmaxTBV  Gi¸ trÞ ®iÖn ¸p ng­îc mµ Tiristor ph¶i chÞu V275U05,1U3 U6U maxdmaxd2maxng    C«ng suÊt biÕn ¸p kVA94,3510.131.262.3 IU 3 S 3maxdmaxdba       NhËn xÐt : Víi s¬ ®å chØnh l­u cÇu 3 pha cã ®iÒu khiÓn th× ®iÖn ¸p ra Ud Ýt ®Ëp m¹ch ( trong mét chu k× ®Ëp m¹ch 6 lÇn ) do ®ã vÊn ®Ò läc rÊt ®¬n gi¶n, ®iÖn ¸p ng­îc lªn mçi van nhá, c«ng suÊt biÕn ¸p nhá nh­ng m¹ch phøc t¹p nhiÒu kªnh ®iÒu khiÓn. 2. §­êng ®Æc tÝnh biÓu diÔn II. ChØnh l­u cÇu 3 pha b¸n ®iÒu khiÓn 1. S¬ ®å nguyªn lý Trong s¬ ®å nµy sö dông 3 Tiristor ë nhãm Katot chung vµ 3 Diot ë nhãm Anot chung. Gi¸ trÞ trung b×nh cña ®iÖn ¸p trªn t¶i 2d1dd UUU  Trong ®ã : Ud1 lµ thµnh phÇn ®iÖn ¸p do nhãm Katot chung t¹o nªn Ud2 lµ thµnh phÇn ®iÖn ¸p do nhãm Anot chung t¹o nªn                    2 U63 dsinU2 2 3 U cos 2 U63 dsinU2 2 3 U 2 6 11 6 7 22d 2 6 11 6 7 21d VËy )cos1(2 U63 U 2d   Tõ c«ng thøc trªn ta thÊy khi VDC262U d  , chän gãc pha ®Çu lµ 045 VËy 131 )145.(cos63 14,3.2.262 )1.(cos63 2.262 U2       (V) Nh­ vËy ta còng ph¶i sö dông m¸y biÕn ¸p ®Ó h¹ ®iÖn ¸p l­íi tõ 380V xuèng 131V Gi¸ trÞ ®iÖn ¸p ng­îc mµ Tiristor ph¶i chÞu V275U05,1U3 U6U maxdmaxd2maxng    Gi¸ trÞ trung b×nh cña dßng ch¶y trong Tiristor vµ §ièt A66,43 3 I II maxdmaxdiotmaxTBV  C«ng suÊt biÕn ¸p kVA94,3510.131.262.3 IU 3 S 3maxdmaxdba       NhËn xÐt : Tuy ®iÖn ¸p chØnh l­u chøa nhiÒu sãng hµi nh­ng chØnh l­u cÇu 3 pha kh«ng ®èi xøng cã qu¸ tr×nh ®iÒu chØnh ®¬n gi¶n , kÝch th­íc gän nhÑ h¬n. 2. §­êng ®Æc tÝnh biÓu diÔn III. ChØnh l­u ®iÒu khiÓn cÇu mét pha kh«ng ®èi xøng 1. S¬ ®å nguyªn lý Trong s¬ ®å nµy, gãc dÉn dßng ch¶y cña Tiristor vµ cña ®ièt kh«ng b»ng nhau. Gãc dÉn cña ®ièt lµ :  D Gãc dÉn cña Tiristor lµ :  T Gi¸ trÞ trung b×nh cña ®iÖn ¸p t¶i         )cos1( U2 dsinU2 1 U 22d   2maxd U22 U Do ®ã V13922 84. 22 U U maxd2      Gi¸ trÞ trung b×nh cña dßng t¶i t d d Z U I  Dßng qua Tiristor         2 IdI 2 1 I ddT Dßng qua §ièt         2 IdI 2 1 I ddD Gi¸ trÞ hiÖu dông cña dßng ch¹y qua s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p         1IdI 1 I d 2 d2 NhËn xÐt : S¬ ®å chØnh l­u ®iÒu khiÓn 1 pha kh«ng ®èi xøng cã cÊu t¹o ®¬n gi¶n, gän nhÑ , dÔ ®iÒu khiÓn , tiÕt kiÖm van . ThÝch hîp cho c¸c m¸y cã c«ng suÊt nhá vµ võa. 2. §­êng ®Æc tÝnh biÓu diÔn KÕt luËn : Qua ph©n tÝch 3 ph­¬ng ¸n trªn ta nhËn thÊy, ph­¬ng ph¸p chØnh l­u 1 pha cã ­u ®iÓm lµ gän nhÑ, tiÕt kiÖm ®­îc linh kiÖn, van tuy nhiªn chÊt l­îng ®iÖn ¸p chØnh l­u kh«ng cao b»ng s¬ ®å chØnh l­u cÇu 3 pha. Do yªu cÇu cña ®Çu bµi lµ thiÕt kÕ nguån ®iÖn liªn tôc víi chÊt l­îng ®iÖn ¸p cao do ®ã ta quyÕt ®Þnh chän s¬ ®å chØnh l­u cÇu 3 pha. Trong 2 ph­¬ng ¸n chØnh l­u cÇu 3 pha ta chän ph­¬ng ¸n chØnh l­u cÇu 3 pha kh«ng ®èi xøng víi nh÷ng ­u ®iÓm sau:  Sö dông 3 van thyristor, 3 ®ièt, tiÕt kiÖm h¬n nªn gi¶m gi¸ thµnh cho bé biÕn ®æi.  S¬ ®å ®iÒu khiÓn ®¬n gi¶n.  §Çu ra cña bé biÕn ®æi kh«ng cã yªu cÇu cao vÒ mÆt sãng hµi. Ch­¬ng 4 : nguyªn lý ®iÒu khiÓn vµ mét sè kh©u ®iÒu khiÓn I. Nguyªn lý thiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn. §iÒu khiÓn thyristor trong s¬ ®å chØnh l­u hiÖn nay th­êng gÆp lµ ®iÒu khiÓn theo nguyªn t¾c th¼ng ®øng tuyÕn tÝnh. Néi dung cña nguyªn t¾c nµy cã thÓ m« t¶ theo gi¶n ®å h×nh d­íi ®©y: Khi ®iÖn ¸p xoay chiÒu h×nh sin ®Æt vµo anod cña thyristor, ®Ó cã thÓ ®iÒu khiÓn ®­îc gãc më  cña thyristor trong vïng ®iÖn ¸p+anod, ta cÇn t¹o mét ®iÖn ¸p tùa d¹ng tam gi¸c, ta th­êng gäi lµ ®iÖn ¸p tùa hay ®iÖn ¸p r¨ng c­a Urc. Nh­ vËy ®iÖn ¸p tùa cÇn cã trong vïng ®iÖn ¸p d­¬ng anod. Dïng mét ®iÖn ¸p mét chiÒu U®k so s¸nh víi ®iÖn ¸p tùa. T¹i thêi ®iÓm (t1,t4) ®iÖn ¸p tùa b»n ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn (Urc=U®k), trong vïng ®iÖn ¸p d­¬ng anod, th× ph¸t xung ®iÒu khiÓn X®k. Thyristor ®­îc më t¹i thêi ®iÓm cã xung ®iÒu khiÓn (t1,t4) cho tíi cuèi b¸n kú (hoÆc tíi khi dßng ®iÖn b»ng 0). II. S¬ ®å khèi m¹ch ®iÒu khiÓn §Ó thùc hiÖn ®­îc ý ®å ®· nªu trong phÇn nguyªn lý ®iÒu khiÓn ë trªn, m¹ch ®iÒu khiÓn bao gåm ba kh©u c¬ b¶n trªn h×nh vÏ sau: NhiÖn vô cña c¸c kh©u trong s¬ ®å ®iÒu khiÓn. Kh©u ®ång pha cã nhiÖn vô t¹o ®iÖn ¸p tùa Urc (th­êng gÆp lµ ®iÖn ¸p d¹ng r¨ng c­a tuyÕn tÝnh) trïng pha víi ®iÖn ¸p anod cña thyristor. Kh©u so s¸nh cã nhiÖn vô so s¸nh gi÷a ®iÖn ¸p tùa víi ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn U®k, t×m thêi ®iÓm hai ®iÖn ¸p nµy b»ng nhau (U®k=Urc). T¹i thêi ®iÓm hai ®iÖn ¸p nµy b»ng nhau, th× ph¸t xung ë ®Çu ra ®Ó göi sang tÇng khuyÕch ®¹i. Kh©u t¹o xung cã nhiÖn vô t¹o xung phï hîp ®Ó më thyristor. Xung ®Ó më Thyristor cã yªu cÇu:  S­ên tr­íc dèc th¼ng ®øng  §ñ ®é réng víi ®é réng xung lín h¬n thêi gian më cña thyristor  §ñ c«ng suÊt  C¸ch ly m¹ch ®iÒu khiÓn víi m¹ch lùc III. ThiÕt kÕ s¬ ®å nguyªn lý. HiÖn nay m¹ch ®iÒu khiÓn chØnh l­u th­êng ®­îc thiÕt kÕ theo nguyªn t¾c th¼ng ®øng tuyÕn tÝnh nh­ giíi thiÖu trªn. Theo nhiÖm vô cña c¸c kh©u nh­ ®· giíi thiÖu, tiÕn hµnh thiÕt kÕ, tÝnh chän c¸c kh©u c¬ b¶n cña ba khèi trªn. 1. Kh©u ®ång pha t¹o ®iÖn ¸p tùa A R1 R2 -E U2U1 C D Tr Ura (1.a) (1.b) S¬ ®å h×nh (1.a) lµ s¬ ®å ®¬n gi¶n, dÔ thùc hiÖn, víi sè linh kiÖn Ýt nh­ng chÊt l­îng ®iÖn ¸p tùa kh«ng tèt. §é dµi cña phÇn biÕn thiªn tuyÕn tÝnh cña ®iÖn ¸p tùa kh«ng phñ hÕt 1800. Do vËy, gãc më van lín nhÊt bÞ giíi h¹n. Hay nãi c¸ch kh¸c, nÕu theo s¬ ®å nµy ®iÖn ¸p t¶i kh«ng ®iÒu khiÓn ®­îc tõ 0 tíi cùc ®¹i mµ tõ mét trÞ sè nµo ®ã ®Õn cùc ®¹i. §Ó kh¾c phôc nh­îc ®iÓm vÒ d¶i ®iÒu chØnh ë s¬ ®å h×nh (1.a) ng­êi ta sö dông s¬ ®å tao ®iÖn ¸p tùa b»ng s¬ ®å h×nh (1.b). Theo s¬ ®å nµy, ®iÖn ¸p tùa cã phÇn biÕn thiªn tuyÕn tÝnh phñ hÕt nöa chu kú ®iÖn ¸p. Do vËy khi cÇn ®iÒu khiÓn ®iÖn ¸p tõ 0 tíi cùc ®¹i lµ hoµn toµn cã thÓ ®¸p øng ®­îc. Ngµy nay víi sù ra ®êi cña c¸c linh kiÖn ghÐp quang, chóng ta cã thÓ sö dông s¬ ®å t¹o ®iÖn ¸p tùa b»ng bé ghÐp quang nh­ h×nh (1.c) d­íi ®©y. Nguyªn lý vµ chÊt l­îng ®iÖn ¸p tùa cña hai s¬ ®å h×nh (1.b) vµ (1.c) t­¬ng ®èi gièng nhau. ¦u ®iÓm cña s¬ ®å h×nh (1.c) ë chç kh«ng cÇn biÕn ¸p ®ång pha , do ®ã cã thÓ ®¬n gi¶n h¬n trong viÖc chÕ t¹o vµ l¾p ®Æt. (1.c) C¸c s¬ ®å trªn ®Òu cã chung nh­îc ®iÓm lµ viÖc më, kho¸ c¸c Tranzitor trong vïng ®iÖn ¸p l©n cËn 0 lµ thiÕu chÝnh x¸c lµm cho viÖc n¹p, x¶ tô trong vïng ®iÖn ¸p l­íi gÇn 0 kh«ng ®­îc nh­ ý muèn. Ngµy nay c¸c vi m¹ch ®­îc chÕ t¹o ngµy cµng nhiÒu, chÊt l­îng ngµy cµng cao, kÝch th­íc ngµy cµng gän, øng dông c¸c vi m¹ch vµo thiÕt kÕ m¹ch ®ång pha cã thÓ cho ta chÊt U1 U2 R1A -E R2 D2 D B Ur C C GHEP QUANG C R2 R1 D Ura +E Uv l­îng ®iÖn ¸p tùa tèt. Trªn s¬ ®å h×nh (1.d) m« t¶ s¬ ®å t¹o ®iÖn ¸p tùa dïng khuyÕch ®¹i thuËt to¸n (K§TT). (1.d) 2. Kh©u so s¸nh §Ó x¸c ®Þnh ®­îc thêi ®iÓm cÇn më Tiristo chóng ta cÇn so s¸nh hai tÝn hiÖu U®k vµ Urc. ViÖc so s¸nh c¸c tÝn hiÖu ®ã cã thÓ ®­îc thùc hiÖn b»ng Tranzitor (Tr) nh­ trªn h×nh (2.a). T¹i thêi ®iÓm U®k = Urc, ®Çu vµo Tr lËt tr¹ng th¸i tõ kho¸ sang më (hay ng­îc l¹i tõ më sang kho¸), lµm cho ®iÖn ¸p ra còng bÞ lËt tr¹ng th¸i, t¹i ®ã chóng ta ®¸nh dÊu ®­îc thêi ®iÓm cÇn më Tiristo. Víi møc ®é më b·o hoµ cña Tr phô thuéc vµo hiÖu U®k  Urc = Ub, hiÖu nµy cã mét vïng ®iÖn ¸p nhá hµng mV, lµm cho Tr kh«ng lµm viÖc ë chÕ ®é ®ãng c¾t nh­ ta mong muèn, do ®ã nhiÒu khi lµm thêi ®iÓm më Tiristo bÞ lÖch kh¸ xa so víi ®iÓm cÇn më t¹i U®k = Urc. K§TT cã hÖ sè khuyÕch ®¹i v« cïng lín, chØ cÇn mét tÝn hiÖu rÊt nhá (cì V) ë ®Çu vµo, ®Çu ra ®· cã ®iÖn ¸p nguån nu«i, nªn viÖc øng dông K§TT lµm kh©u so s¸nh lµ hîp lý. C¸c s¬ ®å so s¸nh dïng K§TT trªn h×nh (2.b) vµ 2.c) rÊt th­êng gÆp trong c¸c s¬ ®å m¹ch hiÖn nay. ¦u ®iÓm h¬n h¼n cña c¸c s¬ ®å nµy lµ cã thÓ ph¸t xung ®iÒu khiÓn chÝnh x¸c t¹i U®k = Urc. A1 A2 R1A R2 Ur R3 C1 C D1B Tr U1 R1 Urc R2 Udk -E R3 a. Tr Ura 3. Kh©u khuyÕch ®¹i xung Víi nhiÖm vô t¹o xung phï hîp ®Ó më Tiristo nh­ ®· nªu ë trªn, tÇng khuyÕch ®¹i cuèi cïng th­êng ®­îc thiÕt kÕ b»ng Tranzitor c«ng suÊt, nh­ m« t¶ trªn h×nh (3.a). §Ó cã xung d¹ng kim göi tíi Tiristo, ta dïng biÕn ¸p xung (BAX), ®Ó cã thÓ khuyÕch ®¹i c«ng suÊt ta dïng Tr, ®i«t D b¶o vÖ Tr vµ cuén d©y s¬ cÊp biÕn ¸p xung khi Tr kho¸ ®ét ngét. MÆc dï víi ­u ®iÓm ®¬n gi¶n, nh­ng s¬ ®å nµy kh«ng ®­îc dïng kh«ng réng r·i, bëi lÏ hÖ sè khuyÕch ®¹i cña tranzitor lo¹i nµy nhiÒu khi kh«ng ®ñ lín, ®Ó khuyÕch ®¹i ®­îc tÝn hiÖu tõ kh©u so s¸nh ®­a sang. TÇng khuyÕch ®¹i cuèi cïng b»ng s¬ ®å darlington nh­ trªn h×nh (3.b) th­êng hay ®­îc dïng trong thùc tÕ. ë s¬ ®å nµy hoµn toµn cã thÓ ®¸p øng ®­îc yªu cÇu vÒ khuyÕch ®¹i c«ng suÊt, khi hÖ sè khuyÕch ®¹i ®­îc nh©n lªn theo th«ng sè cña c¸c tranzitor. Trong thùc tÕ xung ®iÒu khiÓn chØ cÇn cã ®é réng bÐ (cì kho¶ng (10  200) s), mµ thêi gian më th«ng c¸c tranzitor c«ng suÊt dµi (tèi ®a tíi mét nöa chu kú - 0.01s), lµm cho c«ng suÊt to¶ nhiÖt d­ cña Tr qu¸ lín vµ kÝch th­íc d©y quÊn s¬ cÊp biÕn ¸p d­ lín. §Ó A3 Ura R2 Udk R1 Urc b. A3 Ura R1 Urc R2 Udk c. R Uv Tr BAX +E D 3.a. R Uv Tr BAX +E D Tr1 3.b. gi¶m nhá c«ng suÊt to¶ nhiÖt Tr vµ kÝch th­íc d©y s¬ cÊp BAX chóng ta cã thÓ thªm tô nèi tÇng nh­ h×nh (3.c). Theo s¬ ®å nµy, Tr chØ më cho dßng ®iÖn ch¹y qua trong kho¶ng thêi gian n¹p tô, nªn dßng hiÖu dông cña chóng bÐ h¬n nhiÒu lÇn. §èi víi mét sè s¬ ®å m¹ch, ®Ó gi¶m c«ng suÊt cho tÇng khuyÕch ®¹i vµ t¨ng sè l­îng xung kÝch më, nh»m ®¶m b¶o Tiristo më mét c¸ch ch¾c ch¾n, ng­êi ta hay ph¸t xung chïm cho c¸c Tiristo. Nguyªn t¾c ph¸t xung chïm lµ tr­íc khi vµo tÇng khuyÕch ®¹i, ta ®­a chÌn thªm mét cæng vµ () víi tÝn hiÖu vµo nhËn tõ tÇng so s¸nh vµ tõ bé ph¸t xung chïm nh­ h×nh vÏ. H×nh sÏ vÏ sau. 4. Mét sè kh©u ph¸t xung chïm ®iÓn h×nh Vi m¹ch 555 t¹o xung ®ång hå cho ta chÊt l­îng xung kh¸ tèt vµ s¬ ®å còng t­¬ng ®èi ®¬n gi¶n. S¬ ®å nµy th­êng hay gÆp trong c¸c m¹ch t¹o chïm xung. R Uv Tr BAX +E D Tr1 C D 3.c. 4 8 6 7 4 2 1 3 5 555 +U R1 R2 C1 C2 Ura Trong thiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn, th­êng hay sö dông K§TT. Do ®ã ®Ó ®ång d¹ng vÒ linh kiÖn, kh©u t¹o chïm xung còng cã thÓ sö dông K§TT, nh­ c¸c s¬ ®å vÏ d­íi ®©y. Ch­¬ng V: Lùa chän, tÝnh to¸n m¹ch lùc vµ m¹ch ®iÒu khiÓn tèi ­u I. Lùa chän m¹ch lùc Qua ph©n tÝch c¸c m¹ch chØnh l­u mét pha mét nöa chu kú, 3 pha kh«ng ®èi xøng vµ m¹ch 3 pha ®èi xøng quyÕt ®Þnh chän m¹ch chØnh l­u 3 pha kh«ng ®èi xøng v× s¬ ®å nµy cã nhiÒu ­u ®iÓm vµ phï hîp víi yªu cÇu cña c«ng nghÖ. 1. TÝnh to¸n chän van thyristor TÝnh chän dùa vµo c¸c yÕu tè c¬ b¶n dßng t¶i, ®iÒu kiÖn to¶ nhiÖt,®iÖn ¸p