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
30 trang |
Chia sẻ: longpd | Lượt xem: 2384 | Lượt tải: 5
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