Nội dung

Ch­¬ng 6 hÖ thèng ®iÒu khiÓn bé biÓn ®æi 1 Kh¸i qu¸t – ph©n lo¹i Chøc n¨ng, cÊu tróc Bé biÕn ®æi gåm 2 phÇn: + M¹ch ®éng lùc chøa van: Thyristor, GTO, Transistor c«ng suÊt... + M¹ch ®iÒu khiÓn: HÖ thèng thùc hiÖn biÕn ®æi tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn thµnh tÝn hiÖu cÇn thiÕt phï hîp víi ®èi t­îng ®iÒu khiÓn ®Ó t¸c ®éng ho¹t ®éng ®ãng më c¸c kho¸ b¸n dÉn. HÖ thèng ®iÒu khiÓn gåm hai phÇn chÝnh: -PhÇn chøa th«ng tin vÒ quy luËt ®iÒu khiÓn: thùc hiÖn c¸c chøc n¨ng kh¸c nhau tuú thuéc vµo cÊu tróc bé biÕn ®æi vµ lÜnh vùc sö dông, -PhÇn t¹o nªn n¨ng l­îng ®iÒu khiÓn ®Ó ®ãng më c¸c van c«ng suÊt. Ph©n lo¹i: Ph©n lo¹i theo bé biÕn ®æi: + §iÒu khiÓn bé biÕn ®æi phô thuéc, + §iÒu khiÓn bé biÕn ®æi ®éc lËp. 2 Ph©n lo¹i theo tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn: + HÖ ®iÒu khiÓn t­¬ng tù, + HÖ ®iÒu khiÓn sè. Ph©n lo¹i theo sè kªnh ®iÒu khiÓn: + Bé ®iÒu khiÓn mét kªnh, + Bé ®iÒu khiÓn nhiÒu kªnh. S¬ ®å cÊu tróc bé biÕn ®æi phô thuéc 3 Ph­¬ng ph¸p x©y dùng bé ®iÒu chÕ Bé ®iÒu chÕ lµ bé biÕn ®æi tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn U®k thµnh gãc ®iÒu khiÓn  ®­îc tÝnh tõ thêi ®iÓm chuyÓn m¹ch tù nhiªn cña van ®éng lùc. X¸c ®Þnh gãc  ph¶i cã th«ng tin vÒ pha cña ®iÖn ¸p ®Æt lªn van ®éng lùc, ®ã lµ bé ®iÒu chÕ ®ång bé. Bé ®iÒu chÕ ®ång bé th­êng sö dông trong m¹ch ®k hë. Bé ®iÒu chÕ ®ång bé cã thÓ t¹o ra c¸c ®Æc tÝnh ®iÒu khiÓn kh¸c nhau tuú thuéc vµo nguyªn lÝ ®iÒu khiÓn 4 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 5 §Æc tÝnh pha cña bé ®iÒu chÕ phô thuéc vµo d¹ng ®iÖn ¸p tùa. NÕu ®iÖn ¸p cã d¹ng Cosin : U RC (1) U m cos t Chän t = 0 lµ thêi ®iÓm chuyÓn m¹ch tù nhiªn th×  ¸p: U dk m cos khi tU= ®iÖn Vµ  ar cos U dk Um §iÖn ¸p ra cña chØnh l­u U d U d 0 cos   U d0 U dk Um Nh­vËy ®Æc tÝnh ®iÒu chØnh Ud=f(Udk) cña bé chØnh l­u lµ hµm tuyÕn tÝnh ( ®­êng 1) 6 Nguyªn lý ®iÒu khiÓn dÞch pha Dïng bé quay pha ®Ó thay ®æi pha cña ®/¸p h×nh sin ®­îc t¹o ra bëi m¸y ph¸t tÝn hiÖu sin ( MF sin). Khi thay ®æi U®k, gãc pha cña tÝn hiÖu xoay chiÒu sÏ bÞ thay ®æi vµ chËm pha so víi tÝn hiÖu ban ®Çu mét gãc . T¹i thêi ®iÓm khi ®iÖn ¸p x/chiÒu ®i qua 0 sÏ t¹o nªn xung ®k Tu. Nh­îc ®iÓm: Bé quay pha rÊt nh¹y c¶m víi d¹ng 7 Mét sè m¹ch th«ng dông trong hÖ thèng ®iÒu khiÓn bé biÕn ®æi phô thuéc 8 M¹ch t¹o tÝn hiÖu ®ång bé + Dïng chØnh l­u mét pha hai nöa chu k× cã ®iÓm trung tÝnh ®Ó t¹o ra ®iÖn ¸p chØnh l­u U (1) §iÖn ¸p U (1) ®­îc so s¸nh víi Uo ®Ó t¹o nªn c¸c tÝn hiÖu t­¬ng øng víi thêi ®iÓm ®iÖn ¸p nguån ®i qua ®iÓm 0. Uo cµng nhá th× U (2) cµng hÑp vµ ph¹m vi ®iÒu chØnh cµng lín. NÕu chän  max = 175 o o U  2 U sin 5 o 2 th×: Gi¸ trÞ nµy lµm c¬ së ®Ó tÝnh ph©n ¸p R1 vµ R2 9 10 + Dïng nguån kh«ng ®èi xøng cho khuÕch ®¹i thuËt to¸n TÝn hiÖu xoay chiÒu U (1) sau khi qua kh©u so s¸nh sÏ cã xung vu«ng U (2) , tÝn hiÖu nµy ®­îc ®­a vµo kh©u céng module 2 ( =1) vµ m¹ch trÔ R2C2 ®Ó ¹o ra mét xung ®ång bé øng víi ®iÓm U (1) ®i qua ®iÓm 0. §é réng TX = RC ln 2 lµ c¬ së ®Ó chän R2 vµ L2 11 12 M¹ch t¹o ®iÖn ¸p r¨ng c­a + M¹ch t¹o xung r¨ng c­a tuyÕn tÝnh dïng transistor T1 t¹o nguån dßng n¹p cho C, khi T2 kho¸ tô C ®­îc n¸p Ic = const vµ t¨ng tuyÕn tÝnh. Khi cã xung më t T2, C sÏ phãng ®iÖn 1qua T2 (I h×nh a): UC  C I C dt  0 C C t C¸c T1, R2, RE chän sao cho bãng lµm viÖc ë chÕ ®é A. Muèn t¹o ®/¸p r¨ng c­a dèc xuèng, dßng phãng cña tô ph¶i duy tr× kh«ng ®æi nhê T3 lµm viÖc ë chÕ13 ®é A ( h×nh b). Diode D dïng ®Ó h¹n chÕ gi¸ trÞ 14 M¹ch t¹o ®iÖn ¸p r¨ng c­a dïng khuÕch ®¹i thuËt to¸n + M¹ch chØ dïng khuÕch ®¹i thuËt to¸n Sö dông m¹ch tÝch ph©n. Tô ®­îc phãng n¹p nhê nguån hai cùc tÝnh: Khi ®iÖn  E ¸p U1 d­¬ng (E), ®iÖn ¸p trªn tô U2 n¹p :U 2 U C  R C T1 2 E T2 ®©y lµ ®­êng tuyÕn tÝnh dèc xuèngRphÝa d­íi. Khi 2C U 2 U C  ®iÖn ¸p vµo mang dÊu ©m (-E) th× ®iÖn ¸p U2: ®©y lµ ®­êng ®i lªn phÝa trªn. B»ng c¸ch thay ®æi thêi gian phãng(T1) vµ thêi gian n¹p (T2) vµ c¸c gi¸ 15 16 M¹ch t¹o ®iÖn ¸p r¨ng c­a dïng khuÕch ®¹i thuËt to¸n + M¹ch dïng khuÕch ®¹i thuËt to¸n vµ transistor Dïng m¹ch tÝch Eph©n vµ kho¸ K, kho¸ K ®­îc I   I Const ®iÒu chØnh bëiR tÝn hiÖu ®ång bé, xung ®ång t t  1  1 E  E bé kÕt thóc, më, tô C n¹p: U R U K  I dt  dt  t C C  R C C 0 C 0 R RC T¹i t1, K ®ãng, UC = 0. §Ó tr¸nh ng¾n m¹ch c¸c m¹ch phô thay kho¸ K b»ng bãng tr­êng ( c«ng nghÖ MOS) hoÆc dïng kho¸ ®iÖn tö. 17 18 M¹ch t¹o ®iÖn ¸p r¨ng c­a dïng khuÕch ®¹i thuËt to¸n + M¹ch t¹o ®iÖn ¸p tùa hµm Cost t NÕu ®iÖn ¸p vµo U m ¸p U mSint th×:  1 lµ nöa ®iÖn UR  U  RC m sin .tdt  0 RC  RC cos t U RC m CÇn ®Æt ë ®Çu ra ®iÖn ¸p chuyÓn U cd dÞch: Um §iÖn ¸p ra sÏ lµ: U R  RC cos t §iÖn ¸p tùa cã d¹ng cosint 19 Kh©u so s¸nh NhËn tÝn hiÖu hai ®iÖn ¸p tùa ( r¨ng c­a) vµ ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn, so s¸nh hai ®iÖn ¸p nµy, t×m thêi ®iÓm chóng b»ng nhau ( U®k = U r¨ng c­a) th× ph¸t xung ®Çu ra ®Ó göi sang kh©u khuÕch ®¹i. §Ó so s¸nh tÝn hiÖu t­¬ng tù ( analog) th­êng dïng transistor hoÆc k® thuËt to¸n. Do K§TT cã nhiÒu ­u ®iÓm nªn hiÖn nay kh©u so s¸nh sö dông lo¹i nµy lµ chñ yÕu. 20 C¸c bé t¹o xung ®Çu ra Bé t¹o xung ( driver) : NhiÖm vô: T¹o vµ khuÕch ®¹i xung cã d¹ng, ®é dµi vµ c«ng suÊt ®ñ ®Ó ®iÒu khiÓn më Thyristor. Bé t¹o xung cßn cã nhiÖm vô thùc hiÖn c¸ch li gi÷a m¹ch ®iÒu khiÓn vµ m¹ch ®éng lùc. Bé t¹o xung cã thÓ lµ: + Bé t¹o xung ®¬n: xung ®¬n, cã ®é dµi Tx æn ®Þnh. §Æc ®iÓm: s¬ ®å ®¬n gi¶n, ®é tin cËy cao th­ êng dïng trong c¸c bé ®/k ®¬n gi¶n. §é réng xung: Tx = k.Tmë víi Tmë thêi gian ®Ó dßng qua T ®¹t 21 + Bé t¹o xung cã ®é dµi tuú ý vµ ®­îc trén víi xung tÇn sè cao: Sö dông xung cã ®é dµi lín nh­ng vÉn ®¶m b¶o kÝch th­íc cho biÕn ¸p xung ( BAX) gän nhÑ. Tx > 60o ( dïng cho s¬ ®å cÇu chØnh l­u 3 pha). Tæn hao c«ng suÊt trªn cùc ®/k lín. + Bé t¹o xung t¹o ra c¸c sè l­îng xung kh¸c nhau tuú theo chÕ ®é hoÆc s¬ ®å: T¹o xung ®¬n víi sè l­îng tuú ý, gi¶m ®­îc tæn hao, chñ ®éng trong ®iÒu khiÓn ( dïng cho c¸c bé biÕn ®æi dßng gi¸n ®o¹n). CÊu tróc phøc t¹p, cÇn lµm viÖc víi c¸c sensor ( dßng, ¸p) nªn th­êng ®­îc ¸p dông trong m¹ch c«ng suÊt rÊt lín. 22 M¹ch t¹o xung dïng m¸y ph¸t blocking Blocking lµ m¹ch dao ®éng ph¶n håi d­¬ng t¹o xung cã s­ên dèc chÊt l­îng cao, c¸ch li gi÷a hai m¹ch ®/k vµ ®éng lùc. M¹ch sö dông biÕn ¸p xung c¸ch li víi cuén s¬ cÊp w1, w3 lµ cuén thø cÊp ®­a tÝn hiÖu ra, cu«n w2 lµ cuén ph¶n håi. B×nh th­êng, T1 kho¸ do thÕ ©m tõ –E ®Æt lªn baz¬ th«ng qua R2. Khi cã xung tõ cöa vµo t¹i to, T1 dÉn, cuén w1 xuÊt hiªn s®® e(t). Cuén w2 ®­îc m¾c sao cho ®iÖn ¸p trªn w2 cã dÊu d­¬ng ®Æt vµo baz¬ cña bãng t¹o ph¶n håi d­¬ng gióp cho nã më rÊt nhanh ®Ó ®¹t dßng Ic b·o hoµ. Khi ®ã toµn bé ®iÖn ¸p nguån E ®Æt lªn W1, ®iÖn ¸p ra: 23 Lóc nµy, lâi thÐp b¾t ®Çu ®­îc tõ ho¸ vµ dßng Ic t¨ng lªn ( v× dßng tõ ho¸ I t¨ng) trong khi dßng Ib kh«ng ®æi, T1 chuyÓn tõ tr¹ng th¸i b·o hoµ sang khuÕch ®¹i, ®iÖn ¸p UCE t¨ng lªn, UW1 vµ UW2 gi¶m, l¹i cã ph¶n håi d­¬ng nªn qu¸ tr×nh nµy x¶y ra nhanh vµ ®Õn t1 th× T1 kho¸ hoµn toµn. §é dµi cña xung ra Tx 24 25 M¹ch khuÕch ®¹i xung ®¬n c«ng suÊt Khi yªu cÇu c«ng suÊt ®iÒu khiÓn lín cung cÊp cho Thyristor lµm viÖc víi m¹ch c«ng suÊt lín ng­êi ta sö dông thyristor trong m¹ch ®iÒu khiÓn. 26 Tô C ®­îc n¹p ®iÖn víi cùc tÝnh nh­h×nh vÏ, khi ®/k më thyristor sÏ cã xung trªn cuén w1 vµ w2. Biªn ®é xung b»ng E, dßng E/Rw1. Rw1 lµ ®iÖn trë quy ®æi vÒ BAX, ®ång thêi xuÊt hiÖn IC phãng qua thyristor víi d¹ng sãng sinus. 27 T¹i t2 dßng IC ®æi bé khuÕch ®¹i xung cã ®é réng tuú ý Sö dông s¬ ®å Darlington ®Ó n©ng cao hÖ sè K§ vµ c«ng suÊt. I Dßng: IB  C  1  2 Trong ®ã: 1 hÖ sè K§ cña T1 2 HÖ sè K§ cña T2  HiÖu suÊt (  0.7) Chän T2 lµ c«ng suÊt lín, T1 K§ dßng. Sè l­îng cuén ®Çu ra cña BAX chän tuú ý. RB ®­îc chän ®Ó T1 vµ U V th¸i b·o hoµ: T2 lµm viÖc ë tr¹ng RB  K .I B K th­êng chän = 1.1  1.2 28 Nh­îc ®iÓm: NÕu truyÒn xung cã ®é réng qu¸ lín ( tx >1 ms) th× BAX ph¶i lín, d¹ng xung xÊu ®i. 29 30 H×nh trªn lµ bé trén cao tÇn víi ®iÖn ¸p Uv lµ xung cã ®é dµi Tx ®­îc trén víi xung cã chu k× Tf nhá h¬n rÊt nhiÒu so víi Tx th«ng qua m¹ch logic AND. Bé ph¸t xung cao tÇn th­êng lµ bé ®a hµi t¹o xung vu«ng cã f = 5  10 Kz. BiÕn ¸p xung ®­îc tÝnh víi ®é réng xung Tf. §iÖn trë R5 m¾c ®Ó h¹n chÕ dßng qua transistor khi BAX bÞ b·o hoµ vµ lµm ph©n ¸p khi muèn gi¶m ¸p trªn cuén W1 31 BiÕn ¸p xung Môc ®Ých: + C¸ch li gi÷a m¹ch ®éng lùc víi m¹ch ®iÒu khiÓn, + Phèi hîp trë kh¸ng gi÷a cùc ®iÒu khiÓn cña T víi m¹ch K§ ®Çu ra. + Thay ®æi cùc tÝnh cña xung ( nÕu cÇn) Yªu cÇu: TruyÒn xung víi ®é mÐo Ýt nhÊt Nh­îc ®iÓm: + Gi¶m chÊt l­îng xung ®iÒu khiÓn, + Khã chuÈn ho¸ m¹ch, + T¨ng kÝch th­íc m¹ch ®iÒu khiÓn 32 33 34 35 36 37 38 Mét sè m¹ch ®iÒu khiÓn chØnh l­u th«ng dông 39 M¹ch ®iÒu khiÓn chØnh l­u dïng transistor mét tiÕp gi¸p ujt M¹ch ®iÒu khiÓn ®­îc ®ång bé b»ng nguån nu«i ( chØnh l­u, R1 vµ Dz) Khi ®iÖn ¸p trªn C t¨ng ®Õn Uo = .E (= 0.6 0.8: HÖ sè ng­ìng) th× UJT më t¹o xung trªn cuén w1. Thay ®æi R3 thay ®æi ®­îc thêi ®iÓm t¹o xung ( thay ®æi gãc  = 10  40 170o) 41 42