Thiết kế bộ điều áp xoay chiều ba pha điều khiểnnhiệt độ lò điện trở

lOMoARcPSD|17160101

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC
KHOA ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HĨA

BÁO CÁO ĐỒ ÁN MƠN HỌC
ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT
Đề tài: Thiết kế bộ điều áp xoay chiều ba pha điều khiển
nhiệt độ lò điện trở

Giảng viên hướng dẫn: TS. Nguyễn Thị Điệp
Sinh viên thực hiện: Vũ Thị Thanh Thư
Mã sinh viên: 18810430168
Lớp: D13TDH&DKTBCN2

Hà Nội, 2021


lOMoARcPSD|17160101

TÓM TẮT

Tên đề tài: Thiết kế bộ điều áp xoay chiều ba pha điều khiển nhiệt độ lò điện trở
Yêu cầu về đề tài: Nhiệt độ lò từ 400˚C đến 500˚C. Nguồn xoay chiều 3 pha 3x380V;
tần số 50Hz.
Họ và tên
Ngô Đắc Nguyện
Trần Ngọc Thịnh
Vũ Thị Thanh Thư
Lê Thanh Thuận

Mã sinh viên
1881043013
8
1881043002
9
1881043016
8
1881043007
2

Lớp
D13TDH&DKTBCN2
D13TDH&DKTBCN2
D13TDH&DKTBCN2
D13TDH&DKTBCN2

Yêu cầu riêng
Công suất 6kW; hiệu
suất 0,85
Công suất 7kW; hiệu
suất 0,9
Công suất 8kW; hiệu
suất 0,95
Công suất 9kW; hiệu
suất 0,9


lOMoARcPSD|17160101

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU...............................................................................................................1
Chương 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ LÒ ĐIỆN TRỞ VÀ BỘ ĐIỀU ÁP XOAY
CHIỀU.......................................................................................................................... 2
1.1. Tổng quan về lò điện trở...................................................................................2
1.1.1. Giới thiệu chung về lò điện..........................................................................2
1.1.2. Giới thiệu chung về lò điện trở....................................................................3
1.1.3. Cấu tạo lò điện trở........................................................................................4
1.2. Giới thiệu chung về bộ điều áp xoay chiều......................................................8
1.2.1. Các đặc điểm chung về bộ điều áp xoay chiều............................................8
1.2.2. Van điều khiển thyristor.............................................................................10
1.2.3. Phân tích và chọn sơ đồ điều áp xoay chiều ba pha..................................15
Chương 2: TÍNH TỐN THIẾT KẾ MẠCH LỰC.................................................25
2.1. Thiết kế mạch lực............................................................................................25
2.2. Tính chọn van mạch lực (Van thyristor)........................................................26
2.3. Tính chọn các phần tử bảo vệ van..................................................................27
2.3.1. Bảo vệ quá dòng.........................................................................................28
2.3.2. Bảo vệ quá áp.............................................................................................29
Chương 3: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN...........................30
3.1. Yêu cầu chung của mạch điều khiển..............................................................30
3.2. Cấu trúc mạch điều khiển...............................................................................30
3.2.1. Khâu đồng pha...........................................................................................32
3.2.2. Khâu tạo điện áp răng cưa.........................................................................32
3.2.3. Khâu so sánh..............................................................................................33
3.2.4. Khâu tạo xung............................................................................................34
3.2.5. Khâu khuếch đại và biến áp xung.............................................................35
3.2.6. Khâu tạo điện áp điều khiển......................................................................37
Chương 4: MÔ PHỎNG KIỂM CHỨNG................................................................39
4.1. Sơ đồ mạch lực và mạch điều khiển...............................................................39
4.2. Mô phỏng và kiểm chứng mạch điều khiển trong các trường hợp..............41

KẾT LUẬN................................................................................................................47
TÀI LIỆU THAM KHẢO

......................................48


lOMoARcPSD|17160101

Danh sách các bảng, hình
Bảng 2.1. Các thơng số kỹ thuật của van thyristor T10-12 của Nga.........................27
Bảng 3.1. Bảng thông số các thiết bị khâu đồng pha................................................32
Bảng 3.2. Bảng thông số các thiết bị khâu tạo điện áp răng cưa..............................33
Bảng 3.3. Bảng thông số các thiết bị khâu tạo dao động..........................................34
Bảng 3.4. Bảng thông số các thiết bị khâu khuếch đại bằng biến áp xung..............37
Y

Hình 1.1. Hình ảnh lị điện trở dạng lị giếng.............................................................6
Hình 1.2. Cấu trúc bán dẫn và ký hiệu của thyristor................................................10
Hình 1.3. Đặc tính volt-ampere của thyristor............................................................10
Hình 1.4. Hiệu ứng dU/dt tác dụng như dịng điều khiển........................................14
Hình 1.5. Sơ đồ đấu sao có trung tính.......................................................................15
Hình 1.6. Sơ đồ tải đấu tam giác................................................................................16
Hình 1.7. Sơ đồ đấu sao khơng trung tính................................................................17
Hình 1.8. Đồ thị điện áp ra tải, với trường hợp 0 < α < 60˚......................................19
Hình 1.9. Đồ thị điện áp ra tải, với trường hợp 60˚ < α < 90˚...................................21
Hình 1.10. Đồ thị điện áp ra tải, với trường hợp 90˚ < α < 150˚...............................22
Hình 2.1. Sơ đồ mạch lực khi đã có các phần tử bảo vệ dịng và áp.........................25
Hình 2.2. Mạch bảo vệ q dịng La...........................................................................28
Hình 2.3. Mạch RC bảo vệ quá điện áp của thyristor...............................................29
Hình 3.1. Sơ đồ cấu trúc nguyên tắc điều khiển dọc.................................................30

Hình 3.2. Sơ đồ mạch khâu đồng pha.......................................................................32
Hình 3.3. Sơ đồ khâu tạo điện áp răng cưa...............................................................32
Hình 3.4. Sơ đồ khâu so sánh....................................................................................33
Hình 3.5. Sơ đồ mạch tạo dao động dùng IC logic....................................................34
Hình 3.6. Sơ đồ khâu tạo xung chùm........................................................................35
Hình 3.7. Sơ đồ khuếch đại xung ghép biến áp xung dạng xung chùm...................35
Hình 4.1.Sơ đồ mạch lực............................................................................................39
Hình 4.2.Sơ đồ mạch điều khiển................................................................................40
Hình 4.3. Mạch điều khiển với trường hợp Uđk = 1,43 (~45)...................................41
Hình 4.4. Đồ thị điện áp ra tải của cả 3 pha..............................................................42
Hình 4.5. Mạch điều khiển với trường hợp Uđk = 2,22V ()........................................43
Hình 4.6. Đồ thị điện áp ra tải của cả 3 pha.............................................................44
Hình 4.7. Mạch điều khiển với trường hợp Uđk = 3,2V ()..........................................45
Hình 4.8. Đồ thị điện áp ra tải của cả 3 pha..............................................................46


lOMoARcPSD|17160101

Thiết kế bộ điều áp xoay chiều ba pha

LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay, cùng với việc phát triển mạnh mẽ các ứng dụng của khoa học kỹ
thuật trong công nghiệp, đặc biệt là trong cơng nghiệp điện tử thì các thiết bị
điện tử có cơng suất lớn cũng được chế tạo ngày càng nhiều. Đặc biệt là các ứng
dụng của nó vào đời sống hàng ngày đã và đang được phát triển hết sức mạnh
mẽ. Với chủ trương cơng nghiệp hóa – hiện đại hóa đất nước, các nhà máy, xí
nghiệp cần phải nâng cao năng suất bằng cách đưa công nghệ điều khiển tự động
vào trong sản xuất. Do đó cần phải có thiết bị và máy móc an tồn, chính xác.
Để làm được điều này, nhà nước ta cần có đội ngũ thiết kế đủ năng lực. Sinh
viên ngành Tự động hóa trong tương lai chính là một phần trong số đó, do đó

cần phải trang bị cho mình nền tảng kiến thức thật vững. Chính vì vậy, đồ án
môn học Điện tử công suất là điều kiện cho sinh viên tự tìm hiểu, nghiên cứu
kiến thức về điện tử công suất.
Mặc dù chúng em đã rất nỗ lực và cố gắng, tuy nhiên đây là lần đầu tiên
chúng em làm đồ án, và đặc biệt do trình độ hiểu biết của chúng em cũng còn
nhiều hạn chế nên chúng em khơng thể tránh khỏi những sai sót, chúng em
mong nhận được sự phê bình, góp ý của các thầy cô để giúp chúng em hiểu rõ
hơn các vấn đề trong đồ án cũng như những ứng dụng thực tế của nó để bản đồ
án của chúng em được hồn thiện hơn.
Trong q trình làm đồ án chúng em đó nhận được sự giúp đỡ và chỉ bảo
rất tận tình của cơ Nguyễn Thị Điệp. Qua đây, em xin được gửi lời cảm ơn đến
cô đã giúp chúng em hoàn thành bản đồ án này.

Sinh viên thực hiện: Vũ Thị Thanh Thư

1


lOMoARcPSD|17160101

Thiết kế bộ điều áp xoay chiều ba pha

Chương 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ LÒ ĐIỆN TRỞ VÀ BỘ ĐIỀU ÁP
XOAY CHIỀU

1.1. Tổng quan về lò điện trở
1.1.1. Giới thiệu chung về lò điện
a. Định nghĩa
Lò điện là một thiết bị điện biến điện năng thành nhiệt năng dùng trong các q
trình cơng nghệ khác nhau như nung hoặc nấu luyện các vật liệu, các kim loại và các

hợp kim khác nhau v.v…
- Lò điện được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực kỹ thuật:
+ Sản xuất thép chất lượng cao
+ Sản xuất các hợp kim phe-rô
+ Nhiệt luyện và hóa nhiệt luyện
+ Nung các vật phẩm trước khi cán, rèn dập, kéo sợi
+ Sản xuất đúc và kim loại bột
- Trong các lĩnh vực công nghiệp khác:
+ Trong cơng nghiệp nhẹ và thực phẩm, lị điện được dùng để sất, mạ vật phẩm
và chuẩn bị thực phẩm
+ Trong các lĩnh vực khác, lò điện được dùng để sản xuất các vật phẩm thuỷ tinh,
gốm sứ, các loại vật liệu chịu lửa v.v…
Lị điện khơng những có mặt trong các ngành công nghiệp mà ngày càng được
dùng phổ biến trong đời sống sinh hoạt hàng ngày của con người một cách phong phú
và đa dạng: Bếp điện, nồi nấu cơm điện, bình đun nước điện, thiết bị nung rắn, sấy
điện v.v…
b. Ưu điểm của lò điện so với các lị sử dụng nhiên liệu
- Có khả năng tạo được nhiệt độ cao
- Đảm bảo tốc độ nung lớn và năng suất cao
- Đảm bảo nung đều và chính xác do dễ điều chỉnh chế độ điện và nhiệt độ
- Kín

Sinh viên thực hiện: Vũ Thị Thanh Thư

2


lOMoARcPSD|17160101

Thiết kế bộ điều áp xoay chiều ba pha

- Có khả năng cơ khí hố và tự động hố q trình chất dỡ nguyên liệu và vận
chuyển vật phẩm
- Đảm bảo điều kiện lao động hợp vệ sinh, điều kiện thao tác tốt, thiết bị gọn nhẹ
c. Nhược điểm của lị điện
- Năng lượng điện đắt
- u cầu có trình độ cao khi sử dụng
1.1.2. Giới thiệu chung về lò điện trở
a. Nguyên lý làm việc của lò điện trở
Lò điện trở làm việc dựa trên cơ sở khi có một dòng điện chạy qua một dây dẫn
hoặc vật dẫn thì ở đó sẽ tỏa ra một lượng nhiệt theo định luật Jun-Lenxơ:
Q = I2RT

(1. 0)

Trong đó:
Q - Lượng nhiệt tính bằng Jun (J)
I - Dịng điện tính bằng Ampe (A)
R - Điện trở tính bằng Ơm (Ω)
T - Thời gian tính bằng giây (s)
- Từ cơng thức trên ta thấy điện trở R có thể đóng vai trị:
+ Vật nung: Trường hợp này gọi là nung trực tiếp.
+ Dây nung: Khi dây nung được nung nóng nó sẽ truyền nhiệt cho vật nung bằng
bức xạ, đối lưu, dẫn nhiệt hoặc phức hợp. Trường hợp này gọi là nung gián tiếp.
Trường hợp thứ nhất ít gặp vì nó chỉ dùng để nung những vật có hình dạng đơn
giản (tiết diện chữ nhật, vng và trịn).
Trường hợp thứ hai thường gặp nhiều trong thực tế cơng nghiệp. Cho nên nói đến
lị điện trở không thể không đề cập đến vật liều để làm dây nung, bộ phận phát nhiệt
của lò.
b. Những vật liệu dùng làm dây nung

 Yêu cầu của vật liệu dùng làm dây nung
Dây nung là bộ phận phát nhiệt của lò, làm việc trong những điều kiện khắc
nghiệt do đó địi hỏi phải đảm bảo các u cầu sau:
- Chịu nóng tốt, ít bị oxy hóa ở nhiệt độ cao
Sinh viên thực hiện: Vũ Thị Thanh Thư

3


lOMoARcPSD|17160101

Thiết kế bộ điều áp xoay chiều ba pha

- Phải có độ bền cơ học cao, khơng bị biến dạng ở nhiệt độ cao
- Điện trở suất phải lớn
- Hệ số nhiệt điện trở phải nhỏ
- Các tính chất điện phải cố định hoặc ít thay đổi
- Các kích thước phải không thay đổi khi sử dụng
- Dễ gia công, dễ hàn hoặc dễ ép khuôn
 Dây nung kim loại
Để đảm bảo yêu cầu của dây nung, trong hầu hết các lị điện trở cơng nghiệp, dây
nung kim loại đều được chế tạo bằng các hợp kim Crôm-Nhôm và Crôm-Niken là các
hợp kim có điện trở lớn. Cịn các kim loại nguyên chất được dùng để chế tạo dây nung
rất hiếm vì các kim loại ngun chất thường có những tính chất khơng có lợi cho việc
chế tạo dây nung như:
- Điện trở suất nhỏ
- Hệ số nhiệt điện trở lớn
- Bị oxy hóa mạnh trong mơi trường khí quyển bình thường
Dây nung kim loại thường được chế tạo ở dạng tròn và dạng băng.
 Dây nung phi kim loại

Dây nung phi kim loại dung phổ biến là SiC, Grafit và than.
1.1.3. Cấu tạo lò điện trở
a. Những yêu cầu cơ bản đối với cấu tạo lò điện
 Hợp lý về cơng nghệ
Hợp lý về cơng nghệ có nghĩa là cấu tạo lị khơng những phù hợp với q trình
cơng nghệ u cầu mà cịn tính đến khả năng sử dụng nó đối với q trình cơng nghệ
khác nếu như khơng làm phức tạp q trình gia cơng và làm tăng giá thành một cách
rõ rệt. Cấu trúc lò đảm bảo được các điều kiện như thế mới coi là hợp lý nhất. Điều
này đặc biệt quan trọng trong khi nhu cầu về lò điện vượt xa khả năng sản xuất ra nó.
 Hiệu quả về kỹ thuật
Hiệu quả về kỹ thuật là khả năng biểu thị hiệu suất cực đại của kết cấu khi các
thơng số của nó xác định (kích thước ngồi, cơng suất, trọng lượng, giá thành, …).
Đối với một thiết bị hoặc một vật phẩm sản xuất ra, năng suất trên một đơn vị
công suất định mức, suất tiêu hao điện để nung… là các chỉ tiêu cơ bản của hiệu quả
Sinh viên thực hiện: Vũ Thị Thanh Thư

4


lOMoARcPSD|17160101

Thiết kế bộ điều áp xoay chiều ba pha

kỹ thuật. Còn đối với từng phần riêng biệt của kết cấu hoặc chi tiết, hiệu quả kỹ thuật
được đánh giá bằng công suất dẫn động, mô men xoắn, lực… ứng với trọng lượng,
kích thước hoặc giá thành kết cấu.
 Chắc chắn khi làm việc
Chắc chắn khi làm việc là một trong những chỉ tiêu quan trọng nhất của chất
lượng kết cấu của các lò điện. Thường các lò điện làm việc liên tục trong một ca, hai
ca và ngay cả ba ca một ngày. Nếu trong khi làm việc, một bộ phận nào đó khơng hồn

hảo sẽ ảnh hưởng đến q trình sản xuất chung. Điều này đặc biệt quan trọng đối với
các lò điện làm việc liên tục trong dây chyền sản xuất tự động. Ngay đối với các lò
điện làm việc chu kỳ, lò ngừng cũng làm thiệt hại rõ rệt cho sản xuất vì khi lị ngừng
đột ngột (nghĩa là phá hủy chế độ làm việc bình thường của nó) có thể dẫn đến làm hư
hỏng sản phẩm, lãng phí nguyên liệu và làm tăng giá thành sản phẩm.
Một chỉ tiêu phụ về sự chắc chắn khi làm việc của một bộ phận đó của lị điện là
khả năng thay thế nhanh hoặc khả năng dự trữ lớn khi lị làm việc bình thường. Theo
quan điểm chắc chắn, trong thiết bị cần chú ý đến các bộ phận quan trọng nhất, quyết
định sự làm việc liên tục của lị. Thí dụ: dây nung, băng tải…
 Tiện lợi khi sử dụng
Tiện lợi khi sử dụng nghĩa là yêu cầu:
- Số nhân viên phục vụ tối thiểu.
- Không yêu cầu trình độ chun mơn cao, khơng u cầu sức lực và sự dẻo dai
của nhân viên phục vụ.
- Số lượng các thiết bị hiếm và q bị hao mịn nhanh yêu cầu tối thiểu.
- Bảo quản dễ dàng. Kiểm tra và sửa chữa tất cả các bộ phận của thiết bị thuận
lợi.
- Theo quan điểm an toàn lao động, điều kiện làm việc phải hợp vệ sinh và tuyệt
đối an toàn.
 Rẻ và đơn giản khi chế tạo
Về mặt này yêu cầu:
- Tiêu hao vật liệu ít, đặc biệt là các vật liệu quí và hiếm (các kim loại màu, các
hợp kim có hàm lượng niken cao…)
- Cơng nghệ chế tạo đơn giản nghĩa là khả năng chế tạo phải sao cho ngày cơng ít
nhất và tận dụng được các thiết bị, dụng cụ thơng thường có sẵn trong các nhà
máy chế tạo để gia công.
Sinh viên thực hiện: Vũ Thị Thanh Thư

5

lOMoARcPSD|17160101

Thiết kế bộ điều áp xoay chiều ba pha

- Các loại vật liệu và thiết bị yêu cầu để chế tạo phải ít nhất.
- Sử dụng đến mức tối đa các kết cấu giống nhau và cùng loại để dễ dàng đổi lẫn
và thuận tiện khi lắp ráp.
- Chọn hợp lý các dạng gia công để phù hợp với điều kiện chế tạo (đúc, hàn,
dập). Bỏ các chi tiết và các khâu gia cơng cơ khí khơng hợp lý.
 Hình dáng bề ngoài đẹp
Mỗi kết cấu của thiết bị, vật phẩm, các khâu và các chi tiết phải có hình dáng và
tỷ lệ các cạnh phù hợp, dễ nhìn. Tuy nhiên cũng cần chú ý rằng, độ bền của kết cấu khi
trọng lượng nhỏ và hình dáng bề ngồi đẹp có quan hệ khăng khít với nhau.
Việc gia cơng lần chót như sơn có vai trị đặc biệt quan trọng đối với hình dáng
bên ngồi của lị điện. Song cũng cần tránh sự trang trí khơng cần thiết.
b. Cấu tạo lị điện trở

Hình 1.1. Hình ảnh lị điện trở dạng lò giếng

Sinh viên thực hiện: Vũ Thị Thanh Thư

6


lOMoARcPSD|17160101

Thiết kế bộ điều áp xoay chiều ba pha

Hình 1.1 thể hiện hình ảnh và kết cấu lị điện trở dạng lị giếng. Lị điện trở thơng

thường gồm ba phần chính: vỏ lị, lớp lót và dây nung.
 Vỏ lị
Vỏ lò điện trở là một khung cứng vững, chủ yếu để chịu tải trọng trong q trình
làm việc của lị. Mặt khác vỏ lò cũng dùng để giữ lớp cách nhiệt rời và đảm bảo sự kín
hồn tồn hoặc tương đối của lị.
Đối với các lị làm việc với khí bảo vệ, cấn thiết vỏ lị phải hồn tồn kín, cịn đối
với các lị điện trở bình thường, sự kín của vỏ lò chỉ cần giảm tổng thất nhiệt và tránh
sự lùa của khơng khí lạnh vào lị, đặc biệt theo chiều cao lò.
Trong những trường hợp riêng, lò điện trở có thể làm vỏ lị khơng bọc kín.
Khung vỏ lò cần cứng vững đủ để chị được tải trọng của lớp lót, phụ tải lị (vật
nung) và các cơ cấu cơ khí gắn trên vỏ lị.
- Vỏ lị chữ nhật thường dùng ở lò buồng, lò liên tục, lò đáy rung v.v…
- Vỏ lò tròn dùng ở các lò giếng và một vài lò chụp v.v…
- Vỏ lò tròn chịu lực tác dụng bên trong tốt hơn vỏ lò chữ nhật khi cùng một
lượng kim loại để chế tạo vỏ lò. Khi kết cấu vỏ lò tròn, người ta thường dùng
thép tấm dày 3 – 6 mm khi đường kính vỏ lị là 1000 – 2000 mm và 8 – 12 mm
khi đường kính vỏ lị là 2500 – 4000 mm và 14 – 20 mm khi đường kính vỏ lò
khoảng 4500 – 6500 mm.
Khi cần thiết tăng độ cứng vững cho vỏ lò tròn, người ta dùng các vịng đệm tăng
cường bằng các loại thép hình.
Vỏ lị chữ nhật được dựng lên nhờ các thép hình U, L và thép tấm cắt theo hình
dáng thích hợp. Vỏ lị có thể được bọc kín, có thể khơng tuỳ theo u cầu kín của lị.
Phương pháp gia cơng vỏ lị loại này chủ yếu là hàn và tán.
 Lớp lót
Lớp lót lị điện trở thường gồm hai phần: vật liệu chịu lửa và cách nhiệt.
Phần vật liệu chịu lửa có thể xây bằng gạch tiêu chuẩn, gạch hình và gạch hình
đặc biệt tuỳ theo hình dáng và kích thước đã cho của buồng lị. Cũng có khi người ta
đầm bằng các loại bột chịu lửa và các chất dính kết gọi là các khối đầm. Khối đầm có
thể tiến hành ngay trong lị và cũng có thể tiến hành ở ngồi nhờ các khn.
- Phần vật liệu chịu lửa cần đảm bảo các yêu cầu sau:

+ Chịu được nhiệt độ làm việc cực đại của lò.

Sinh viên thực hiện: Vũ Thị Thanh Thư

7


lOMoARcPSD|17160101

Thiết kế bộ điều áp xoay chiều ba pha

+ Có độ bền nhiệt đủ lớn khi làm việc.
+ Có đủ độ bền cơ học khi xếp vật nung và đặt thiết bị vận chuyển trong điều
kiện làm việc.
+ Đảm bảo khả năng gắn dây nung bền và chắc chắn.
+ Có đủ độ bền hoá học khi làm việc, chịu được tác dụng của khí quyển lị và ảnh
hưởng của vật nung.
+ Đảm bảo khả năng tích nhiệt cực tiểu. Điều này đặc biệt quan trọng đối với lò
làm việc chu kỳ.
Phần cách nhiệt thường nằm giữa vỏ lò và phần vật liệu chịu lửa. Mục đích chủ
yếu của phần này là để giảm tổn thất nhiệt. Riêng đối với đáy, phần cách nhiệt địi hỏi
phải có độ bền cơ học nhất định cịn các phần khác nói chung khơng u cầu.
- Yêu cầu cơ bản của phần cách nhiệt là:
+ Hệ số dẫn nhiệt cực tiểu
+ Khả năng tích nhiệt cực tiểu
+ Ổn định về tính chất lý, nhiệt trong điều kiện làm việc xác định.
Phần cách nhiệt có thể xây bằng gạch cách nhiệt, có thể điền đầy bằng bột cách
nhiệt.
 Dây nung
Theo đặc tính của vật liệu dùng làm dây nung, người ta chia dây nung làm hai

loại: dây nung kim loại và dây nung phi kim loại.
Trong cơng nghiệp, các lị điện trở dùng phổ biến là dây nung kim loại.
1.2. Giới thiệu chung về bộ điều áp xoay chiều
1.2.1. Các đặc điểm chung về bộ điều áp xoay chiều
a. Khái niệm và phân loại
Bộ điều áp xoay chiều là thiết bị dùng để đóng ngắt hoặc thay đổi điện áp xoay
chiều ra tải từ một nguồn xoay chiều cố định, trong đó tần số điện áp ra bằng tần số
nguồn.
Điện áp xoay chiều được phân loại theo một số cách như sau:
- Phân loại theo số pha nguồn cấp cho mạch van:
+ Điều áp xoay chiều một pha
+ Điều áp xoay chiều ba pha
Sinh viên thực hiện: Vũ Thị Thanh Thư

8


lOMoARcPSD|17160101

Thiết kế bộ điều áp xoay chiều ba pha

- Phân loại theo van bán dẫn trong mạch:
+ Mạch dùng thyristor
+ Mạch dùng triac
+ Mạch dùng thyristor và diode
b. Ưu, nhược điểm của bộ điều áp xoay chiều
 Ưu điểm
- Dễ điều chỉnh và tự động hóa
- Làm việc ổn định
- Phản ứng nhanh với các đột biến điều khiển

- Độ tin cậy và tuổi thọ cao
- Kích thước gọn
- Dễ thay thế
- Thích hợp với q trình hiện đại hóa
- Tập trung hóa các q trình cơng nghệ
 Nhược điểm
Nhược điểm chung và cơ bản nhất của điều áp xoay chiều là điện áp ra tải khơng
sin trong tồn dải điều chỉnh, (điện áp trên tải chỉ đạt hình sin hoàn chỉnh khi đưa toàn
bộ điện áp nguồn ra tải), điều chỉnh càng sâu – càng giảm điện áp ra, thì độ méo càng
lớn, tức là thành phần sóng hài bậc cao (là bội số của tần số vào) cũng càng lớn. Với
những tải yêu cầu nghiêm ngặt về độ méo và thành phần sóng hài có thể khơng ứng
dụng được điều áp xoay chiều.
c. Phạm vi ứng dụng của bộ điều áp xoay chiều
- Điều chỉnh ánh sáng đèn sợi đốt và ổn định độ phát quang của hệ chiếu sáng.
- Điều chỉnh và ổn định nhiệt độ các lị điện trở bằng cách tự động khống chế
cơng suất điện đưa vào lò.
- Điều áp xoay chiều cũng được sử dụng để điều chỉnh tốc độ động cơ điện
không đồng bộ, nhưng chỉ phù hợp với phụ tải của động cơ dạng quạt gió hoặc
máy bơm li tâm với phạm vi điều chỉnh không lớn. Điều áp xoay chiều thích hợp
với các chế độ như khởi động, đóng – ngắt nguồn cho động cơ điện xoay chiều.
- Điều áp xoay chiều cũng được dùng để điều chỉnh điện áp sơ cấp các biến áp
lực và thơng qua đó điều chỉnh điện áp ra tải, phụ tải có thể dùng dòng điện xoay
Sinh viên thực hiện: Vũ Thị Thanh Thư

9


lOMoARcPSD|17160101

Thiết kế bộ điều áp xoay chiều ba pha

chiều hoặc một chiều (chỉnh lưu diode phía thứ cấp) khi rơi vào hai trường hợp
sau:
+ Điện áp thứ cấp thấp hơn nhiều điện áp sơ cấp nhưng dòng điện thứ cấp rất lớn,
thí dụ như thiết bị hàn tiếp xúc
+ Điện áp thứ cấp mà tải yêu cầu cao hơn nhiều lần điện áp nguồn, thí dụ như hệ
thống nguồn cho điện phân, lọc bụi tĩnh điện...
1.2.2. Van điều khiển thyristor
a. Cấu tạo, ký hiệu Thyristor

Hình 1.2. Cấu trúc bán dẫn và ký hiệu của thyristor
Thyristor là phần tử bán dẫn cấu tạo từ bốn lớp bán dẫn p-n-p-n, tạo ra ba tiếp
giáp p-n: J1, J2, J3. Thyristor có ba cực: anode A, katot K, cực điều khiển G được biểu
diễn trên hình 1.2.
b. Đặc tính Volt-Ampere của thyristor
Đặc tính volt-ampere của một thyristor gồm 2 phần (hình 1.3). Phần thứ nhất
nằm trong góc phần tư thứ I là đặc tính thuận tương ứng với trường hợp điện áp UAK >
0; phần thứ hai nằm trong góc phần tư thứ III, gọi là đặc tính ngược, tương ứng với
trường hợp UAK < 0.

Sinh viên thực hiện: Vũ Thị Thanh Thư

10


lOMoARcPSD|17160101

Thiết kế bộ điều áp xoay chiều ba pha

Hình 1.3. Đặc tính volt-ampere của thyristor

 Trường hợp dịng điện vào cực điều khiển bằng khơng (IG = 0)
Khi dịng vào cực điều khiển của thyristor bằng 0 hay khi hở mạch cực điều
khiển thyristor sẽ cản trở dòng điện ứng với cả hai trường hợp phân cực điện áp giữa
anode - cathode. Khi điện áp UAK < 0, theo cấu tạo bán dẫn của thyristor, hai tiếp giáp
J1, J3 đều phân cực ngược, lớp J2 phân cực thuận, như vậy thytistor sẽ giống như 2
diode mắc nối tiếp bị phân cực ngược. Qua thyristor sẽ chỉ có một dịng điện rất nhỏ
chạy qua, gọi là dòng rò. Khi UAK tăng đạt đến một giá trị điện áp lớn nhất Ung.max sẽ
xảy ra hiện tượng thyristor bị đánh thủng, dòng điện có thể tăng lên rất lớn. Giống như
ở đoạn đặc tính ngược của diode, q trình bị đánh thủng là q trình khơng thể đảo
ngược được, nghĩa là nếu có giảm điện áp UAK xuống dưới mức Ung.max thì dịng điện
cũng khơng giảm được về mức dịng rị. Thyristor đã bị hỏng.
Khi tăng điện áp anode - cathode theo chiều thuận, UAK > 0, lúc đầu cũng chỉ có
một dịng điện rất nhỏ chạy qua, gọi là dòng rò. Điện trở tương đương mạch anode cathode vẫn có giá trị rất lớn. Khi đó tiếp giáp J1, J3 phân cực thuận, J2 phân cực
ngược. Cho đến khi UAK tăng đạt đến giá trị điện áp thuận lớn nhất, Uth.max, sẽ xảy ra
hiện tượng điện trở tương đương mạch anode - cathode đột ngột giảm, dòng điện chạy
qua thyristor sẽ chỉ bị giới hạn bởi điện trở mạch ngoài. Nếu khi đó dịng qua thyristor
lớn hơn một mức dịng tối thiểu, gọi là dịng duy trì Idt , thì khi đó thyristor sẽ dẫn dịng
trên đường đặc tính thuận, giống như đường đặc tính thuận ở diode. Đoạn đặc tính
thuận được đặc trưng bởi tính chất dịng có thể có giá trị lớn nhưng điện áp rơi trên
anode - cathode nhỏ và hầu như không phụ thuộc vào giá trị của dịng điện.
 Trường hợp có dịng điện vào cực điều khiển (IG > 0)
Nếu có dịng điều khiển đưa vào giữa cực điều khiển và cathode, quá trình
chuyển điểm làm việc trên đường đặc tính thuận sẽ xảy ra sớm hơn, trước khi điện áp
thuận đạt đến giá trị lớn nhất, Uth.max. Điều này được mơ tả trên hình 1.2 bằng những
đường nét đứt, ứng với các giá trị dòng điều khiển khác nhau, IG1, IG2, IG3,...nói chung,
nếu dịng điều khiển lớn hơn thì điểm chuyển đặc tính làm việc sẽ xảy ra với UAK nhỏ
hơn.
Sinh viên thực hiện: Vũ Thị Thanh Thư

11

lOMoARcPSD|17160101

Thiết kế bộ điều áp xoay chiều ba pha

Quá trình xảy ra trên đường đặc tính ngược sẽ khơng có gì khác so với trường
hợp dịng điều khiển bằng 0.
c. Mở, khóa thyristor
Thyristor có đặc tính giống như diode, nghĩa là chỉ cho phép dòng chạy qua theo
một chiều, từ anode đến cathode, và cản trở dòng chạy theo chiều ngược lại. Tuy nhiên
khác với diode, để thyristor có thể dãn dịng, ngồi điều kiện phải có điện áp UAK > 0
còn cần thêm một số điều kiện khác. Do đó thyristor được coi là phần tử bán dẫn có
điều khiển để phân biệt với diode là phần tử không điều khiển được.
 Mở thyristor
Khi được phân cực thuận, UAK > 0, thyristor có thể mở bằng hai cách. Thứ nhất,
có thể tăng điện áp anode - cathode cho đến khi đạt đến giá trị điện áp thuận lớn nhất,
Uth.max, điện trở tương đương trong mạch anode - cathode sẽ giảm đột ngột và dịng qua
thyristor sẽ hồn tồn do mạch ngoài xác định. Phương pháp này trong thực tế không
được áp dụng do nguyên nhân mở không mong muốn và khơng phải lúc nào cũng có
thể tăng được điện áp đến giá trị Uth.max. Vả lại như vậy sẽ xảy ra trường hợp thyristor
tự mở ra dưới tác dụng của các xung điện áp tại một thời điểm ngẫu nhiên, không định
trước.
Phương pháp thứ hai, phương pháp được áp dụng thực tế, là đưa một xung dịng
điện có giá trị nhất định vào giữa cực điều khiển và cathode. Xung dòng điện điều
khiển sẽ chuyển trạng thái của thyristor từ trở kháng cao sang trở kháng thấp ở mức
điện áp anode - cathode nhỏ. Khi đó nếu dịng qua anode - cathode lớn hơn một giá trị
nhất định, gọi là dịng duy trì (Idt) thì thyristor sẽ tiếp tục ở trong trạng thái mở dẫn
dịng mà khơng cần đến sự tồn tại của xung dòng điều khiển. Điều này nghĩa là có thể
điều khiển mở các thyristor bằng các xung dịng có độ rộng xung nhất định, do đó

cơng suất của mạch điều khiển có thể là rất nhỏ, so với công suất của mạch lực mà
thyristor là một phần tử đóng cắt, khống chế dịng điện.
 Khóa thyristor
Một thyristor đang dẫn dịng sẽ trở về trạng thái khóa (điện trở tương đương
mạch anode - cathode tăng cao) nếu dịng điện giảm xuống, nhỏ hơn giá trị dịng duy
trì, Idt. Tuy nhiên để thyristor vẫn ở trạng thái khóa, với trở kháng cao, khi điện áp
anode - cathode lại dương (UAK > 0), cần phải có một thời gian nhất định để các lớp
tiếp giáp phục hồi hoàn toàn tính chất cản trở dịng điện của mình.
Khi thyristor dẫn dòng theo chiều thuận, UAK > 0, hai lớp tiếp giáp J1, J3, phân
cực thuận, các điện tích đi qua hai lớp này dễ dàng và lấp đầy tiếp giáp J2 đang bị phân
cực ngược. Vì vậy mà dịng điện có thể chảy qua ba lớp tiếp giáp J1, J2, J3. Để khóa
thyristor lại cần giảm dịng anode - cathode về dưới mức dịng duy trì (Idt) bằng cách
Sinh viên thực hiện: Vũ Thị Thanh Thư
Downloaded by Free Games Android ()

12


lOMoARcPSD|17160101

Thiết kế bộ điều áp xoay chiều ba pha

hoặc là đối chiếu dòng điện hoặc áp một điện áp ngược lên giữa anode và cathode
của thyristor. Sau khi dòng về bằng không phải đặt một điện áp ngược lên anode cathode (UAK < 0) trong một khoảng thời gian tối thiểu, gọi là thời gian phục hồi, tr ,
chỉ sau đó thyristor mới có thể cản trở dịng điện theo cả hai chiều. Trong thời gian
phục hồi có một dịng điện ngược chạy giữa anode và cathode. Dòng điện ngược này
di chuyển các điện tích ra khỏi tiếp giáp J2 và nạp điện cho tụ điện tương đương của
hai tiếp giáp J1, J3 được phục hồi. Thời gian phục hồi phụ thuộc vào lượng điện tích
cần được di chuyển ra ngoài cấu trúc bán dẫn của thyristor và nạp điện cho tiếp giáp
J1, J3 đến điện áp ngược tại thời điểm đó.

Q trình khóa một thyristor có dạng gần giống như khóa một diode.
Thời gian phục hồi là một trong những thông số quan trọng của thyristor. Thời
gian phục hồi xác định dải tần số làm việc của thyristor. Thời gian phục hồi tr có giá trị
cỡ 550 µs đối với các thyristor tần số cao và cỡ 50200 µs đối với các thyristor tần số
thấp.
d. Các thông số cơ bản của thyristor
Các thông số cơ bản là các thông số dựa vào đó ta có thể lựa chọn một thyristor
cho một ứng dụng cụ thể nào đó.
 Giá trị dịng trung bình cho phép chạy qua thyristor, Iv
Đây là giá trị trung bình cho phép chạy qua thyristor với điều kiện nhiệt độ của
cấu trúc tinh thể bán dẫn của thyristor không vượt quá một giá trị cho phép. Trong thực
tế dòng điện cho phép chạy qua thyristor còn phụ thuộc vào các điều kiện làm mát và
nhiệt độ mơi trường. Thyristor có thể được gắn lên các bộ tản nhiệt tiêu chuẩn và làm
mát tự nhiên. Ngoài ra thyristor có thể phải được làm mát cưỡng bức nhờ quạt gió
hoặc dùng nước để tải nhiệt lượng tỏa ra nhanh hơn. Có thể lựa chọn dịng điện theo
các điều kiện làm mát theo kinh nghiệm như sau:
- Làm mát tự nhiên: dòng sử dụng cho phép đến một phần ba dịng Iv.
- Làm mát cưỡng bức bằng quạt gió: dòng sử dụng bằng hai phần ba dòng Iv.
- Làm cưỡng bức bằng nước: có thể sử dụng 100% dịng Iv.
 Điện áp ngược cho phép lớn nhất, Ung.max
Đây là giá trị điện áp ngược lớn nhất cho phép đặt lên thyristor. Trong các ứng
dụng phải đảm bảo rằng, tại bất kỳ thời điểm nào điện áp giữa anode - cathode UAK
ln nhỏ hơn hoặc bằng Ung.max. Ngồi ra phải đảm bảo một độ dự trữ nhất định về điện
áp, nghĩa là phải được chọn ít nhất là bằng 1,2 đến 1,5 lần giá trị biên độ lớn nhất của
điện áp trên sơ đồ đó.

Sinh viên thực hiện: Vũ Thị Thanh Thư
Downloaded by Free Games Android ()

13

lOMoARcPSD|17160101

Thiết kế bộ điều áp xoay chiều ba pha

 Thời gian phục hồi tính chất khóa của thyristor, tr (µs)
Đây là thời gian tối thiểu phải đặt điện áp âm lên giữa anode - cathode của
thyristor sau khi dòng anode - cathode đã về bằng khơng trước khi lại có thể có điện áp
dương mà thyristor vẫn khóa. Thời gian phục hồi tr là một thông số rất quan trọng của
thyristor, nhất là trong các bộ nghịch lưu phụ thuộc hoặc nghịch lưu độc lập, trong đó
phải ln đảm bảo rằng thời gian dành cho q trình khóa phải bằng 1,5 đến 2 lần tr.
 Tốc độ tăng điện áp cho phép, dU/dt (V/µs)
Thyristor được sử dụng như một phần tử có điều khiển, nghĩa là mặc dù được
phân cực thuận (UAK > 0) nhưng vẫn phải có tín hiệu điều khiển thì nó mới cho phép
dịng điện chạy qua. Khi thyristor được phân cực thuận, phần lớn điện áp rơi trên lớp
tiếp giáp J2 như được chỉ ra trên hình 1.4.

Hình 1.4. Hiệu ứng dU/dt tác dụng như dịng điều khiển
Lớp tiếp giáp J2 bị phân cực ngược nên độ dày của nó nở ra, tạo ra vùng khơng
gian nghèo diện tích, cản trở dịng điện chạy qua. Vùng khơng gian này có thể coi như
một tụ điện có điện dung CJ2. Khi có điện áp biến thiên với tốc độ lớn, dịng điện của
tụ có thể có giá trị đáng kể, đóng vai trị như dịng điều khiển. Kết quả là thyristor có
thể mở ra khi chưa có tín hiệu điều khiển vào cực điều khiển G.
Tốc độ tăng điện áp là một thông số phân biệt thyristor tần số thấp với các
thyristor tần số cao. Ở thyristor tần số thấp, dU/dt vào khoảng 50 đến 200 (V/µs) với
các thyristor tần số cao dU/dt có thể đạt 500 đến 2000 (V/µs).
 Tốc độ tăng dịng cho phép, dI/dt (A/µs)
Khi thyristor bắt đầu mở, khơng phải mọi điểm trên tiết diện tinh thể bán dẫn của
nó đều dẫn dịng đồng đều. dòng điện sẽ chạy qua bắt đầu ở một số điểm, gắn với cực

điều khiển nhất, sau đó sẽ lan tỏa dần sang các điểm khác trên toàn bộ tiết diện. Nếu
tốc độ tăng dịng q lớn có thể dẫn đến mật độ dòng điện ở các điểm dẫn ban đầu quá
Sinh viên thực hiện: Vũ Thị Thanh Thư
Downloaded by Free Games Android ()

14


lOMoARcPSD|17160101

Thiết kế bộ điều áp xoay chiều ba pha

lớn, sự phát nhiệt cục bộ quá mãnh liệt có thể dẫn đến hỏng cục bộ, từ đó dẫn đến
hỏng tồn bộ tiết diện tinh thể bán dẫn.
Tốc độ tăng dòng cũng phân biệt thyristor tần số thấp, có dI/dt cỡ 50 – 100
(A/µs), với các thyristor tần số cao với dI/dt cỡ 500 – 2000 (A/µs). Trong các ứng
dụng phải ln đảm bảo tốc độ tăng dòng dưới mức cho phép. Điều này đạt được nhờ
mắc nối tiếp các van bán dẫn với các cuộn kháng trị số nhỏ. Cuộn kháng có thể lõi
khơng khí hoặc lõi ferit. Có thể dùng những xuyến ferit lồng lên thanh dẫn để tạo các
điện kháng giá trị khác nhau tùy theo số lượng xuyến sử dụng. xuyến ferit tạo nên các
điện kháng có tính chất của cuộn kháng bão hòa. Khi dòng qua thanh dẫn nhỏ, điện
kháng sẽ có giá trị lớn để hạn chế tốc độ tăng dòng; khi dòng điện lớn, cuộn kháng bị
bão hịa, điện cảm giảm gần như bằng khơng. Như vậy cuộn kháng kiểu này không
gây sụt áp trong chế độ dịng định mức qua thanh dẫn.
1.2.3. Phân tích và chọn sơ đồ điều áp xoay chiều ba pha
a. Các sơ đồ điều áp xoay chiều ba pha thường gặp
Các bộ điều chỉnh điện áp xoay chiều dùng để điều chỉnh giá trị điện áp xoay
chiều với hiệu suất cao. Để điều chỉnh điện áp pha có thể sử dụng ba sơ đồ.
Bộ điều áp xoay chiều chủ yếu sử dụng các thyristor mắc ngược hoặc Triac để
thay đổi giá trị điện áp trong nửa chu kỳ của điện áp lưới theo góc mở α, từ đó đổi

được giá trị hiệu dụng của điện áp ra tải.
- Nối tam giác ba bộ điều áp một pha.
- Nối hỗn hợp ba thyristor và ba diode.
Dưới đây trình bày các bộ điều chỉnh điện áp dòng xoay chiều hay sử dụng nhất.
 Sơ đồ đấu sao có trung tính
Thơng thường trong thực tế người ta hay sử dụng bộ điều chỉnh xung áp ba pha
(điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha) điều khiển nhiệt độ của các lò điện trở.
Nếu bộ biến đổi xung áp ba pha được ghép từ ba bộ biến đổi một pha và có dây trung
tính (hình 1.5) thì dịng qua mỗi pha sẽ khơng phụ thuộc vào dòng của các pha khác.

Sinh viên thực hiện: Vũ Thị Thanh Thư
Downloaded by Free Games Android ()

15


lOMoARcPSD|17160101

Thiết kế bộ điều áp xoay chiều ba pha

Hình 1.5. Sơ đồ đấu sao có trung tính
Khi tăng góc điều chỉnh α sẽ làm giảm thời gian dẫn dòng qua thyristor. Ứng với
một giá trị α nào đó, dịng trong một pha sẽ giảm về không trước khi mở thyristor của
pha sau. Như vậy sẽ xuất hiện những khoảng thời gian khơng có dịng tải và khoảng
dẫn của thyristor sẽ bị giảm đến giới hạn nhỏ hơn 60˚.
- Ưu, nhược điểm của sơ đồ:
Ưu điểm:
+ Điện áp ngược trên các van dẫn nhỏ vì điện áp đặt vào van bán dẫn là điện áp
pha.
+ Hoạt động tương tự như bộ điều áp 1 pha, các pha hoạt động độc lập với nhau,

do đó việc tính tốn hồn tồn tương tự như điều áp xoay chiều một pha nên sẽ
đơn giản hơn.
Nhược điểm:
+ Các van đấu ở điện trung tính có tồn tại dịng điện điều hịa bậc cao
+ Khi góc mở các van khác 0 có dịng tải gián đoạn.
Kết luận: trong thực tế loại sơ đồ này sử dụng rất ít và loại sơ đồ nối này chỉ thích hợp
các loại tải 3 pha có 4 đầu dây ra.
 Sơ đồ tải đấu tam giác

Sinh viên thực hiện: Vũ Thị Thanh Thư
Downloaded by Free Games Android ()

16


lOMoARcPSD|17160101

Thiết kế bộ điều áp xoay chiều ba pha

Hình 1.6. Sơ đồ tải đấu tam giác
Sơ đồ hình 1.6 là sơ đồ tải đấu tam giác, nó có nhiều điều khác so với sơ đồ có
dây trung tính. Ở đây dòng điện chạy giữa các pha với nhau nên đồng thời phải cấp
xung điều khiển cho 2 thyristor của 2 pha 1 lúc.
Nhược điểm:
Việc cấp xung điều khiển như thế đơi khi gặp khó khăn trong mạch điều khiển,
ngay cả khi việc đổi thứ tự pha nguồn cũng có thể làm cho sơ đồ không hoạt động.
 Sơ đồ đấu sao khơng trung tính

Hình 1.7. Sơ đồ đấu sao khơng trung tính

Sinh viên thực hiện: Vũ Thị Thanh Thư
Downloaded by Free Games Android ()

17


lOMoARcPSD|17160101

Thiết kế bộ điều áp xoay chiều ba pha

Hoạt động của bộ điều chỉnh điện áp xoay chiều 3 pha nối sao khơng dây trung
tính (hình 1.7) là sự hoạt động tổng hợp của các pha. Việc điều chỉnh điện áp bộ điều
áp 3 pha khơng dây trung tính phụ thuộc vào góc α.
Trường hợp tổng quát sẽ có 6 đoạn điều khiển và 6 đoạn điều khiển không đối
xứng, đối xứng khi cả 3 Thyristor dẫn, không đối xứng khi 2 Thyristor dẫn.
Việc xác định điện áp phải căn cứ vaod chương trình làm việc của các Thyristor.
Giả thiết rằng tải đối xứng và sơ đồ điều khiển đảm bảo tạo ra các xung mở và góc mở
lệch nhau 120˚
Khi đóng hoặc mở 1 Thyristor của một pha nào đó sẽ làm thay đổi dịng của 2
pha cịn lại, ta lưu ý rằng trong hệ thống điện áp 3 pha hoặc chỉ qua 2 pha. Khơng có
trường hợp chỉ có 1 pha dẫn dịng.
Khi dịng chảy qua cả 3 pha thì điện áp trên tải đúng bằng điện áp pha.
Khi dịng chảy qua cả 2 pha thì điện áp trên tải bằng 1/2 điện áp dây của hai pha
mà có hai thyristor dẫn điện.
- Ưu, nhược điểm của sơ đồ:
Ưu điểm:
+ Điện áp ngược trên các van dẫn lớn hơn vì điện áp đặt vào van bán dẫn là điện
áp dây.
+ Hoạt động của bộ điều chỉnh điện áp xoay chiều 3 pha nối sao khơng dây trung
tính là sự hoạt động tổng hợp của các pha. Việc điều chỉnh điện áp bộ điều áp 3

pha không dây trung tính phụ thuộc vào góc α. Nên dễ dàng hơn trong việc điều
khiển.
Nhược điểm:
+ Việc tính tốn các van sẽ phức tạp hơn.
+ Dạng dòng điện và điện áp ra tải đều không sin, nhưng với tải điện trở thuần
của lị điện trở thì việc điện áp ra tải khơng sin cũng không ảnh hưởng đến chế độ
làm việc của lò.
Kết luận: trong thực tế loại sơ đồ này sử dụng rất phổ biến.
b. Lựa chọn và phân tích sơ đồ điều áp xoay chiều ba pha
 Lựa chọn sơ đồ
Từ việc giới thiệu các ưu điểm và nhược điểm của các sơ đồ trên, có thể đi đến
lựa chọn sơ đồ để thiết kế mạch lực và mạch điều khiển của bộ điều chỉnh nhiệt độ lò
Sinh viên thực hiện: Vũ Thị Thanh Thư
Downloaded by Free Games Android ()

18


lOMoARcPSD|17160101

Thiết kế bộ điều áp xoay chiều ba pha

điện trở là: Bộ điều áp xoay chiều ba pha sáu thyristor đấu song song ngược tải thuần
trở khơng dây trung tính.
 Phân tích sơ đồ
Sau đây là phân tích hoạt động của sơ đồ với tải thuần trở R:
- Mạch hoạt động theo quy luật chung:
+ Trường hợp 3 van dẫn: Mỗi pha có 1 van dẫn => Utải = Unguồn.
+ Trường hợp 2 van dẫn: Có 2 pha có van dẫn và 1 pha không van nào dẫn =>
điện áp pha tải = 1/2 điện áp dây nguồn và có 1 pha khơng có điện áp.

+ Trường hợp khơng có van dẫn: Toàn bộ tải bị ngắt khỏi nguồn (Utải = 0).
- Giá trị hiệu dụng của điện áp trên tải được tính theo biểu thức sau:
UZa =

(1. 0)

UZa – giá trị hiệu dụng; uZa – giá trị tức thời.
- Do giá trị trong căn là giá trị bình phương nên:
UZa= (1. 0)
uA – giá trị tức thời của điện áp pha; uAB, uAC – giá trị tức thời của điện áp dây.
Các trường hợp dẫn của van phụ thuộc vào góc điều khiển α. Gồm 3 vùng điều khiển:
 Với 0 < α < 60˚

Hình 1.8. Đồ thị điện áp ra tải, với trường hợp 0 < α < 60˚
Trong vùng này (hình 1.8) có các khoảng 3 van dẫn và 2 van dẫn xen kẽ nhau
Sinh viên thực hiện: Vũ Thị Thanh Thư
Downloaded by Free Games Android ()

19


lOMoARcPSD|17160101

Thiết kế bộ điều áp xoay chiều ba pha

 Các khoảng van dẫn trong một chu kỳ:
- Khoảng 0 ÷ 30˚: Khoảng có hai van T5, T6 cùng dẫn
+ UZa = 0
+ UZb = UBC/2
+ UZc = UCB/2

- Khoảng 30˚ ÷ 60˚: Khoảng có hai van T1, T5, T6 cùng dẫn
+ UZa = UA
+ UZb = UB
+ UZc = UC
- Khoảng 60˚ ÷ 90˚: Khoảng có hai van T1, T6 cùng dẫn
+ UZa = UAB/2
+ UZb = UBA/2
+ UZc = 0
- Khoảng 90˚ ÷ 120˚: Khoảng có hai van T1, T2, T6 cùng dẫn
+ UZa = UA
+ UZb = UB
+ UZc = UC
- Khoảng 120˚ ÷ 150˚: Khoảng có hai van T1, T2 cùng dẫn
+ UZa = UAC/2
+ UZb = 0
+ UZc = UCA/2
- Khoảng 150˚ ÷ 180˚: Khoảng có hai van T1, T2, T3 cùng dẫn
+ UZa = UA
+ UZb = UB
+ UZc = UC
- Khoảng 180˚ ÷ 210˚: Khoảng có hai van T2, T3 cùng dẫn
+ UZa = 0
+ UZb = UBC/2
Sinh viên thực hiện: Vũ Thị Thanh Thư
Downloaded by Free Games Android ()

20


lOMoARcPSD|17160101

Thiết kế bộ điều áp xoay chiều ba pha

+ UZc = UCB/2
- Khoảng 210˚ ÷ 240˚: Khoảng có hai van T2, T3, T4 cùng dẫn
+ UZa = UA
+ UZb = UB
+ UZc = UC
- Khoảng 240˚ ÷ 270˚: Khoảng có hai van T3, T4 cùng dẫn
+ UZa = UAB/2
+ UZb = UBA/2
+ UZc = 0
- Khoảng 270˚ ÷ 300˚: Khoảng có hai van T3, T4, T5 cùng dẫn
+ UZa = UA
+ UZb = UB
+ UZc = UC
- Khoảng 300˚ ÷ 330˚: Khoảng có hai van T4, T5 cùng dẫn
+ UZa = UAC/2
+ UZb = 0
+ UZc = UCA/2
- Khoảng 330˚ ÷ 360˚: Khoảng có hai van T4, T5, T6 cùng dẫn
+ UZa = UA
+ UZb = UB
+ UZc = UC
Góc dẫn van λ = (180˚ - α)
Van ngắt khi điện áp nguồn bằng khơng.
Giá trị hiệu dụng của dịng điện áp ra tải:
Uhd = Um ,

(1. 0)

 Với 60˚ < α < 90˚

Sinh viên thực hiện: Vũ Thị Thanh Thư
Downloaded by Free Games Android ()

21