Thiết kế bộ nguồn liên tục UPS

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ
TỔNG QUAN VỀ BỘ NGUỒN LIÊN TỤC UPS
1.Tổng quan về bộ UPS
 Trong thực tế có rất nhiều những nơi đòi hỏi phải được cung cấp
điện một cách liên tục như : phòng cấp cứu ở các bệnh viện , phòng
máy tính lưu trữ thông tin,…Nếu để mất điện kết quả sẽ không
lường trước được.Yêu cầu đặt ra là phải cung cấp điện một cách
liên tục.
 Trong mạng lưới điện có rất nhiều nguyên nhân có thể gây mất
điện đột xuất như : sét đánh vào đường dây,vào trạm phân phối
điện,máy phát điện ; Cành cây rơi vào gây ngắn mạch và đứt dây;
Sự hư hỏng trong hệ thống cung cấp;…
2.Yêu cầu và giải pháp dùng UPS:
 Điều cần chú ý trước hết của những sự cố và những hậu quả của
nó về phương diện :
 An toàn cho con người
 An toàn cho thiết bị , nhà xưởng
 Mục tiêu vận hành kinh tế
 Từ đó phải tìm cách loại bỏ nhưng sự cố ra khỏi hệ thống . Có
nhiều giải pháp kĩ thuật khác nhau , những giải pháp này được so
sánh trên cơ sở của 2 tiêu chuẩn sau để đánh giá:
 Liên tục cung cấp điện
 Chất lượng cung cấp điện
Phụ tải ưu tiên thông thường có các thiết bị điện tử nhạy cảm đòi hỏi
việc cung cấp liên tục,yêu cầu một “Giao diện công suất” giữa nguồn
cung cấp
1
 và tải,nó cung cấp một điện áp mà không có bất kì sự cố nào dù rất
nhỏ ảnh hưởng đến hệ thống cung cấp trong phạm vi sai số cho
phép về biên độ và tần số.Bộ nguồn có chức năng làm việc tin cậy
như vậy là UPS(Unteruptible power system).

3.Chức năng của UPS:
 Hoạt động như một giao diện giữa hệ thống cung cấp và những tải
nhạy cảm. UPS cung cấp cho tải một năng lượng điện liên tục,chất
lượng cao, không phụ thuộc mọi tình trạng của hệ thống cung cấp.
 UPS tạo ra một điện áp cung cấp tin cậy:
 Không bị ảnh hưởng của những sự cố của hệ thống cung
cấp , đặc biệt khi hệ thống cung cấp ngừng hoạt động.
 phạm vi sai số cho phép tuỳ theo yêu cầu của thiết bị điện
tử nhạy cảm (Ví dụ :GALAXY_sai số cho phép của biên
độ 0.5%;Tần số: 1%).
 UPS có thể cung cấp điện áp tin cậy, độc lập và liên tục thông qua
các khâu trung gian : Acquy và chuyển mạch tĩnh.
4.Phân loại UPS:
a. UPS tĩnh tĩnh và quay :
 UPS tĩnh :
Sử dụng những bộ chuyển đổi tĩnh thực hiện chức năng
nghịch lưu.
~
=
=
~
acquy
HTCC1
HTCC2
2
Chỉnh lưu/nạp
nghịch lưu
tải
 UPS quay:Dùng máy điện quay để thực hiện chức năng
nghịch lưu.l

~
=
~
=
acquy
=
~
M
G
M
G
HTCC2
chỉnh lưu
Bộ nạp
nghịch lưu
điều khiển
chuyển mạch tĩnh
b. UPS gián tiếp(off-line) và UPS trực tiếp(on-line):
 Off –line UPS:
~
= =
~
=
F
acquy
chỉnh lưu/nạp
nghịch lưu
Lọc
Tải
3

HTCC1
HTCC
• Trong quá trình vận hành bình thường , nguồn lưới cung
cấp trực tiếp cho tải thông qua bộ lọc F mà không qua
nghịch lưu.
• Không đáp ứng được với các phụ tải như:các trung tâm
máy tính , tổng đài điện thoại ,và không điều chỉnh được
tần số.

 On-line UPS:
~
=
=
~
acquy
chỉnh lưu/nạp
Nghịch lưu
TẢI
Việc cung cấp điện được liên tục trong phạm vi sai số cho phép của tần số
và điện áp,không phụ thuộc vào trạng thái của HTCC hơn nữa trong hệ
thống có chuyển mạch tĩnh nênkhông có sự cố,hỏng hóc nếu tải buộc phải
được chyển trực tiếp về HTCC chính.Sơ đồ này dung cho công suất trung
bình và cao(>40KVA).
5.Các thành phần của UPS:
Ch nh L uỉ ư
Ngh ch l uị ư
c quyẮ
Chuy n ể
Mach
Tinh

Taỉ
K b ng tayĐ ằ
HTCC2
HTCC1
4
HTCC



a) Hệ thống cung cấp
-HTCC1: Đường vào bình thường cung cấp cho Chỉnh lưu-nạp
-HTCC2: Cung cấp cho chuyển mạch tĩnh,có tần số trùng HTCC1;
HTCC2 có thể trùng HTCC1
b) Bộ chỉnh lưu-nạp
Dùng để biến đổi áp xoay chiều thành 1 chiều để cung cấp cho bộ
chỉnh lưu và nạp ắcquy.
c) Ắc quy
-Là nguồn dự trữ năng lượng điện cung cấp cho bộ nghịch lưu khi mất
điện hoặc chất lượng điện suy giảm.
d) Bộ Nghịch lưu
- Nghịch lưu từ một chiều sang xoay chiều từ bộ Chỉnh Lưu hoặc
ắcquy với tần số xác định.
e) Chuyển mạch tĩnh
-Chuyển tải của UPS từ bộ Nghịch lưu sang HTCC2 mà không làm
gián đoạn cung cấp điện cho tải. Việc này xảy ra khi Nghịch lưu
ngừng hoạt động hoặc bảo dưỡng UPS.
6.Nhiệm vụ và yêu cầu kĩ thụât đối với bộ chỉnh lưu:
 Nhiệm vụ:Biến điện áp từ xoay chiều sang một chiều để:
• Cung cấp cho nghịch lưu
• Nạp thường trực cho acquy

 Yêu cầu kĩ thuật:
• Điện áp nguồn:220/380 V ; tần số:f=50hz, t=15’
• Công suất: 1500W
5
• Điện áp ra: VD

CHƯƠNG II:
TÍNH CHỌN MẠCH CÔNG SUẤT
GIỚI THIỆU CÁC PHƯƠNG ÁN :
Để biến đổi điện áp xoay chiều thành điện áp một chiều thì ta có thể dùng
bộ biến đổi có điều khiển hoặc không điều khiển hoặc điều khiển không
đối xứng . Nhưng với yêu cầu về chất lượng và độ tin cậy của UPS thì ta
có các phương án sau:
2.1.Chỉnh lưu cầu một pha điều khiển đối xứng:
T2
T1
R
T3
T4
L
E
U1

- Giá trị trung bình của điện áp trên tải
6
Ud
U2
Id
0
0

0
IT2,3
0
Id
0
IT1,4
I1,I2

- Giá trị trung bình của dòng điện qua tải :

- Giá trị trung bình của dòng chạy qua 1 Tiristor là:

- Giá trị điện áp ngược mà Tiristor phải chịu

ma 2
2.
ng ch
U U=
- Giá trị dòng thứ cấp máy biến áp: I
2
=1,11.I
d
Công suất biến áp

1,23.
BA d
S P
=
2.2 Sơ đồ chỉnh lưu 3 pha hình tia:
- Giá trị trung bình của điện áp trên tải

- Giá trị trung bình của dòng chạy qua tảI là:

- Giá trị trung bình của dòng chạy qua 1 Tiristor l

7
T1
T2
T3
E
R
L
A
B
C
α
π
cos
22
2
U
U
d
=
R
EUd
I
d
−
=

2
d
V
I
I
=
α
π
cos
2
63
2
U
U
d
=
R
EU
I
d
d
−
=

- Giá trị điện áp ngược mà Tiristor phải chịu

- Giá trị dòng thứ cấp máy biến áp: I
2
=0,58.I
d

Công suất biến áp :

1,35.
BA d
S P
=
2.3.Chỉnh lưu điều khiển đối xứng sơ đồ cầu 3 pha
Sơ đồ nguyên lý

8
U2
G1 G3 G5 G1
G3
G5 G1
Ud
Id
T1 T1 T1
ngT1
U
Uab
Uac
α

G2G6
G4
G2G6G4G2
T4 T4
2
,I
I

1
Uac
Uab
3
d
V
I
I
=
2max
6UU
ng
=
T4
T1
T3T6
T5T2
E
LR
A
B
C
Sơ đồ gồm 6 Tiristor được chia làm hai nhóm:
- Nhóm Katot chung : T1, T3, T5
- Nhóm Anot chung : T2, T4, T6
Góc mở α được tính từ giao điểm của các nửa hình sin
- Giá trị trung bình của điện áp trên tải

- Giá trị trung bình của dòng điện qua tải

- Giá trị trung bình của dòng chạy qua 1 Tiristor là :
9
α
π
θθ
π
α
π
α
π
cos
63
sin2
2
6
2
6
5
6
2
U
dUU
d
==
∫
+
+
R
EU
I

d
d
−
=

- Giá trị điện áp ngược mà Tiristor phải chịu :

ma 2
6.
ng ch
U U
=

- Giá trị dòng thứ cấp máy biến áp: I
2
=0,816.I
d

Công suất biến áp

2.4.Nhận xét các mạch
a.Chỉnh lưu cầu 1 pha đối xứng
• Ưu điểm : điện áp ngược đặt lên mỗi van trong sơ đồ nhỏ
• Nhược điểm : không dùng được cho tải có công suất lớn, nếu
dùng gây ra hiện tượng công suất bị lệch pha. Sơ đồ chỉnh lưu
cầu một pha dòng tải chảy qua hai van nối tiếp, vì vậy tổn thất
diện áp và công suất trên van sẽ lớn. Sơ đồ cầu một pha hợp
với những tải vừa và nhỏ.
b. chỉnh lưu tia 3 pha
* Ưu điểm : so với chỉnh lưu một pha thì chỉnh lưu tia 3 pha có

chất lượng điện áp một chiều tốt hơn, biên độ điện áp đập mạch
thấp hơn, thành phần sóng hài bậc cao bé hơn.
* Nhược điểm : sơ đồ chỉnh lưu tia 3 pha có chất lượng điện áp
ra tải chưa thật tốt lắm, khi cần chất lượng điện áp ra tốt hơn thì
dùng sơ đồ nhiều pha hơn.
c. Chỉnh lưu điều khiển đối xứng sơ đồ cầu 3 pha
10
3
max
max
d
TBV
I
I
=
dba
PS 05.1
=
Điện áp chỉnh lưu là đường cong bám theo đường điện áp
dây.dạng dòng điện giống hệt dạng điện áp khi tải thuần trở,và bị san
phẳng khi L= .
Giới hạn của sự liên tục dòng điện là:
Với sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha có điều khiển thì điện áp ra Ud ít đập
mạch ( trong một chu kì đập mạch 6 lần ) do đó vấn đề lọc rất đơn giản ,
điện áp ngược lên mỗi van nhỏ, công suất biến áp nhỏ nhưng mạch phức
tạp nhiều kênh điều khiển.
2.5.Kết luận và lựa chọn mạch phù hợp:
Qua phân tích 3 phương án trên ta nhận thấy, phương pháp chỉnh
lưu 1 pha có ưu điểm là gọn nhẹ , tiết kiệm được linh kiện, van. Mặc dù
chất lượng điện áp chỉnh lưu không cao bằng sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha

nhưng với công suât nhỏ dưới 10 kw thì có thể dùng sơ đồ một pha.Do đó
ta quyết định chọn sơ đồ chỉnh lưu cầu 1 pha. Trong chỉnh lưu cầu 1 pha
ta chọn phương án chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển đối xứng vì yêu cầu độ
tin cậy cao , độ ổn định và chất lượng điện áp cao. Nếu dùng sơ đồ cầu 1
pha điều khiển không đối xứng thì sẽ tiết kiệm van hơn nhưng dải điều
khiển góc ở sẽ hẹp hơn
2.6.Tính toán mạch lực
- Chọn sơ đồ Máy biến áp một pha làm mát tự nhiên bằng không
khí,mạch từ hình chữ E.
1. Điện áp sơ cấp MBA:
2. Điện áp thứ cấp MBA
Phương trình cân bằng điện áp khi có tải:
11
∞
3
∏
≤
α
)(220
1
VU
=
0
2
(1 cos )
2 2
. . 2
2
d v BA
U U U U

α
π
+
= + ∆ + ∆
Trong đó:
=5 góc dự trữ khi có suy giảm điện áp lưới.
sụt áp trên thyristor.
: sụt áp trên điện trở và dây kháng MBA.
Chọn sơ bộ:
10%. 0,1.220 22
BA d
U U V
∆ = = =
Từ phương trình trên suy ra:
2
0
2
220 2.2 22
274( )
0,45.(1 cos ) 0,45.(1 0,9962)
d V BA
U U U
U V
α
+ ∆ + ∆
+ +
= = =
+ +
3. Hệ số biến áp: k
ba

=
4. Dòng điện hiệu dụng thứ cấp MBA:I
2
=1,11.I
d

S
đm
=U
d
.I
d
=>
3
1,5.10
6,81
220
d
d
S
I
U
= = =
=>I
2
=1,11.6,81=7,6(A).
5. Công suất của máy biến áp:
S
ba
=1,23*P

d
=1,23.1,5 =1,85(KVA)
6. Tiết diện sơ bộ trụ:
.
.
BA
Fe Q
S
Q K
m f
=
K : hệ số phụ thuộc vào phương thức làm mát, lấy K =6.
m: số trụ của biến áp (ba pha:m=3 ; một pha: m=1 )
12
h
a
b
0
α
0
V2U =∆
BA
U
∆
25,1
220
274
1
2
==

U
U
Q Q
f: tần số nguồn điện xoay chiều, f=50 Hz.
Thay số:
2
0
1850
. 6. 36,5( )
. 50
BA
Fe
S
Q k cm
m f
= = =
Để đảm bảo cho kích thước của máy biến áp được phù hợp đảm bảo yêu cầu công
nghệ người ta thường chọn chiều dài a và chiều dày b sao cho
dựa vào tiết diện trụ Q
Fe
= a.b = 36.5 ( cm
2
) ta chọn
a = 4,6 ( cm); b = 7,8 ( cm )
8.Chọn loại thép ∋381, các lá thép có độ dày 0.35 mm.
Chọn sơ bộ mật độ từ cảm trong trụ B =1(T).
9.Đường kính quy tròn của trụ:
4 4.36,5
6,81( )
3,14

Q
d cm
π
= = =
10.Chọn tỉ số m=
h
d
=2,1(thường m=2:2,5) => h=2,1.6,81=14,3(cm)
11.Tính số vôn/vòng
X=4,44 .B.Q
Fe
.f.10
-4
= 4.44.1.50.36,5. =0,81 (vôn/vòng)
Với : +B:Mật độ từ thông.
+Q
fe
:Diện tích tiết diện lõi sắt
+f : tần số lưới
12. Số vòng dây sơ cấp máy biến áp:
1
1
220
271
0,81
U
W
X
= = =
(vòng)

a. Số vòng dây mỗi pha thứ cấp của máy biến áp:
13
25,1
=
a
b
T
4
10
−

2
2
274
338
0,81
U
W
X
= = =
(vòng)
b. Dòng điện hiệu dụng sơ cấp MBA

1 2
274
. .7,6 9,5( )
220
BA
I k I A
= = =

Chọn sơ bộ mật độ dòng điện trong máy biến áp.
c. Tiết diện dây dẫn sơ cấp máy biến áp.

2
1
1
1
9,5
3, 2( )
3
I
S mm
J
= = =
Chọn dây dẫn có tiết diện hình chữ nhật bọc sợi thủy tinh cấp
cách điện B
Kích thước kể cả cách điện S
1cđ
=3,2
2
mm
d. Tiết diện dây dẫn thứ cấp máy biến áp.

2
2
2
2
7,6
2,5( )

3
I
S mm
J
= = =
Chọn dây dẫn có tiết diện hình chữ nhật bọc sợi thủy tinh cấp cách điện B
(130
0
C)
Kích thước kể cả cách điện S
2cđ
=2,5
2
mm
2.7.Tính chọn van và bảo vệ van:
1.Tính chọn van:
Chế độ làm việc của các van rất khắc nghiệt, rất nhạy cảm với nhiệt
độ. Nhiệt độ của van tăng lên do công suất tổn hao trên van gây ra. Khi
nhiệt độ của van cao hơn nhiệt độ môi trường xung quanh nhiệt lượng
được truyền vào môi trường. Nếu nhiệt độ của van vượt quá giới hạn cho
14
)/(3
2
21
mmAJJ
==
phép sẽ phá hủy van, vì vậy làm mát cho van là một vấn đề rất quan
trọng. Thông thường van được gắn lên một cánh tản nhiệt với thông số
phù hợp. Có các biện pháp làm mát thường gặp :
+ Làm mát tự nhiên : chỉ dựa vào sự đối lưu không khí xung quanh

van, hiệu suất làm việc của van thấp chỉ khoảng 25%.
+ Làm mát bằng gió cưỡng bức : tạo luồng không khí với tốc độ
lớn qua van để đẩy nhanh qúa trình truyền nhiệt của van vào không khí,
hiệu suất làm việc của van là 35%
+ Làm mát bằng nước : van được gắn thêm tấm đồng rỗng cho
nước chảy qua. Đây là biện pháp làm mát rất hiệu quả , hiệu suất làm việc
của van đạt đến 90%, nhưng hệ thống làm mát phức tạp chỉ phù hợp với
yêu cầu công suất lớn và có nguồn nước tại vị trí lắp đặt thiết bị.
Ta có:

6,81
3,4( )
2 2
d
T
I
I A= = =
Chọn chế độ làm mát là thông gió tự nhiên nên H=25%.
I
T thực
=
3,4
25%
=13,6(A)
Chọn hệ số an toàn là:K
i
=2
Vậy dòng qua van cần chọn là:I
đm
=I

T thực
.K
i
=13,6.2=27,2(A)
Điện áp ngược đặt lên van:U
ng
= U
2
=1,41.274=387(V)
Chọn hệ số an toàn là:K
u
=1.5
Vậy điện áp ngược lớn nhất mà van phảI chịu được là: 387.1.5=580(V).
Từ các thông số trên tra bảng chọn van ta chọn : 4 Thysistor loại
HTS150/06VG1 do Mỹ sản xuất có các thông số sau :
Điện áp cực đại của van : U = 600 (V)
Dòng điện định mức của van : I
đm
=150 (A)
15
⇒
2
Dòng điện của xung điều khiển : I
G
=0,15 (A)
Điện áp của xung điều khiển : U
G
=1,4 (V)
Sụt áp lớn nhất của Thyristor ở trạng thái dẫn là : ∆U = 2,0 (V)
Tốc độ biến thiên điện áp : =200 (V/µs)

Tốc độ biến thiên dòng điện : =180 (A/µs)
Thời giankhoá :T
off
= 125 (µs)
Nhiệt độ làm việc cực đại cho phép :T
max
=125
o
C
2. Bảo vệ van :
Thyristor rất nhạy cảm với điện áp quá lớn so với điện áp định mức
hoặc tốc độ biến thiên điện áp quá lớn có thể dẫn tới hỏng van. Để bảo vệ
van người ta thường dung mạch trợ giúp RC
*Người ta chia làm 2 loại nguyên nhân gây ra quá điện áp:
- Nguyên nhân nội tại: Đó là sự tích tụ điện tích trong các lớp bán
dẫn. Khi khoá tiristor bằng điện áp ngược, các điện tích nói trên
đổi ngược lại hàng trình tạo ra dòng điện trong khoảng thời gian rất
ngắn. Sự biến thiên nhanh chóng của dòng điện ngược gây ra sức
điện động cảm ứng rất lớn trong các điện cảm. Do vậy giữa anot và
catot của tiristor xuất hiện quá điện áp.
- Nguyên nhân bên ngoài: Những nguyên nhân này thường xảy ra
ngẫu nhiên như khi cắt không tải một máy biến áp trên đường dây,
khi có sấm sét
Mạch trợ giúp dùng để
+ Giảm bớt hoặc triệt tiêu quá dòng hoặc quá áp
+ Giảm tổn hao công suất do đóng cắt
16
dt
dU
dt

dI
1
1.5
2 2.5 k
0.1
0.2
0.3
0.5
1
2
3
5
R*,C*
C*min
R*max
R*min
+ Truyền năng lượng phát nhiệt ra ngoài hoặc sang hướng khác
có lợi
Có 2 loại mạch trợ giúp RC:
- Mạch RC đấu song song với Tiristor nhằm bảo vệ quá điện áp do
tích tụ điện tích khi chuyển mạch gây nên.
- Mạch RC đấu giữa các pha thứ cấp MBA là để bảo vệ quá điện
áp do cắt không tải MBA gây nên
+Gọi U
đmp
,U
imp
là giá trị cực đại cho phép của điện áp thuận và ngược đặt
lên van 1 cách có chu kì
+Gọi U

đmnp
,U
imnp
là giá trị cực đại cho phép của điện áp thuận và ngược
đặt lên van 1 cách không có chu kì
- Xác định hệ số quá điện áp theo công thức:

- Xác định các thông số trung gian:
C
*
min
(k) , R
*
max
(k), R
*
min
(k)
- Tính di/dt
max
khi chuyển mạch
- Xác định điện lượng tích tụ Q= f(di/dt), sử dụng các đường cong tra
trong sổ tay tra cứu
-
17
im
pim
Ub
U
k

.
.
=

Đồ thị chọn R*, C*
Tính các thông số trung gian
C = C
*
min

R
*
min
≤ R ≤

R
*
max
Trong đó L là điện cảm của mạch RLC
Cuối cùng ta chọn
2.8.Chọn các thiết bị khác :
1.Aptomat
- Có chức năng đóng cắt mạch động lực khi đóng, mở hoặc sửa
chữa đồng thời tự động bảo vệ quá tải hoặc ngắn mạch đầu ra bộ
Chỉnh lưu , ngắn mạch thứ cấp Máy biến áp
- Chọn AP là loại xoay chiều 1 pha có:
+ I
đm
= 1,1.I
d

=1,1.I
d
= 1,1.6,81=7,5(A)
Chọn I
đm
=50A
+ U
đm
=600 VAC
+ Dòng ngắn mạch
18
im
U
Q2
Q
im
2
LU
Q
im
2
LU
Ω=
=
80
25,0
R
FC
µ
Inm= 10.I

đm
= 10.50=500(A)
+ Dòng quá tải :
I
quá tải
= 1,1.I
đm
=55A
Chọn I
quá tải
=60A
2.Biến dòng, Ampe kế , rơle dòng điện,vôn kế:
a.Biến dòng
Dùng để đo lường đưa ra mạch đo , đo giá trị dòng điện hiệu dụng
thứ cấp Máy biến áp và đưa vào cuộn dây rơle dòng điện.
Chọn biến dòng loại 60/5A công suất 10(VA)
b.Ampe kế : Chọn loại có thang đo 5A
c.Rơle dòng điện cực đại
Dùng để bảo vệ quá dòng cho mạch Chỉnh Lưu
Chọn rơle thường dùng PT81
d.Vôn kế : chọn loai có thang đo 250V
Chương III
Thiết kế và tính toán mạch điều khiển
3.1. Yêu cầu đối với mạch điều khiển
- Mạch điều khiển là khâu quan trọng trong bộ biến đổi tiristor
vì nó đóng vai trò chủ đạo trong việc quyết định chất lượng
và độ tin cậy của bộ biến đổi . Yêu cầu của mạch điều khiển
có thể tóm tắt trong 6 điểm chính sau:
+ yêu cầu về độ rộng của xung
+ Yêu về độ lớn của xung

+ Yêu cầu về độ dốc sườn trước của xung
+ Yêu cầu về sự đối xứng của xung
+ Yêu cầu về độ tin cậy
19
- Điện trở kênh điều khiển phải nhỏ hơn để tiristor không tự
mở khi dòng rò tăng
- Xung điều khiển ít phụ thuộc vào dao động nhiệt độ , dao
động điện áp nguồn
- Cần khử được nhiễu cảm ứng để tránh mở nhầm
+ Yêu cầu về lắp ráp vận hành
- Thiết bị thay thế dễ lắp ráp và điều chỉnh
- Dễ lắp và mỗi khối có khả năng làm việc độc lập
3.2. Nhiệm vụ của mạch điều khiển
Nhiệm vụ của mạch điều khiển là tạo ra các xung vào ở những thời
điểm mong muốn để mở các Tiristor của bộ chỉnh lưu trong mạch động
lực.
Tiristor chỉ mở cho dòng điện chảy qua khi có điện áp dương đặt trên
Anốt và có xung áp dương đặt vào cực điều khiển. Sau khi tiristor đã mở
thì xung điều khiển không còn tác dụng gì nữa, dòng điện chảy qua
tiristor do thông số của mạch động lực quyết định
Mạch điều khiển có chức năng :
- Điều chỉnh vị trí xung điều khiển trong phạm vi nửa chu kỳ
dương của điện áp đặt trên Anod – Catod của Tiristor
- Tạo ra được các xung đủ điều kiện mở tiristor độ rộng xung t
x
>
10 µs
Độ rộng xung được xác định theo biểu thức:
t
x

=
Trong đó I
dt
: dòng duy trì của Tiristor
di/dt: tốc độ tăng trưởng của dòng tải
Đối tượng cần điều khiển được đặc trưng bởi góc α
a. Cấu trúc của mạch điều khiển Tiristor
20
dtdi
I
dt
/
SS
1
U
đk
-
1
2
3
4
T
Hiệu điện áp u
đk
-u
rc
được đưa vào khâu so sánh 1, làm việc như một trigơ
Khi u
đk
-u

rc
= 0 thì trigơ lật trạng thái, ở đầu ra của nó ta nhận được một
chuỗi xung dạng ″sinus chữ nhật ”
Khâu 2 là đa hài 1 trạng thái ổn định
Khâu 3 là khâu khuyếch đại xung
Khâu 4 là biến áp xung
Bằng cách tác động vào u
đk
có thể điều chỉnh được vị trí xung điều khiển,
tức là điều chỉnh góc α
b. Nguyên tắc điều khiển
Trong thực tế người ta thường dùng 2 nguyên tắc điều khiển: thẳng
đứng tuyến tính và thẳng đứng “arccos” để thực hiện việc điều chỉnh vị
trí xung trong nửa chu kỳ dương của điện áp đặt trên Tiristor

- Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính
U
AK
α
α
α
U
rc
21
U
đk
+ U
rc
ωt
ωt

0
0
U
đk

Theo nguyên tắc này, người ta thường dùng 2 điện áp:
- Điện áp điều khiển U
đk
là điện áp 1 chiều có thể điều chỉnh được
biên độ
- Điện áp đồng bộ U
rc
có dạng răng cưa,đồng bộ với điện áp Anod-
Catod
Tổng đại số của U
rc
+ U
đk
đưa đến đầu vào của một khâu so sánh. Bằng
cách làm biến đổi U
đk
ta có thể điều chỉnh được thời điểm xuất hiện xung
ra tức là điều chỉnh được góc α.
Khi U
đk
= 0 ta có α = 0.
Khi U
đk
< 0 ta có α > 0.
Quan hệ giữa α và U

đk
như sau:
22
max.
.
rc
dk
U
U
πα
=
-Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arccos
U
AK
Uđk
U
r
Uđk
Uđk+U
rc
ωt
α
0
U
rc
Theo nguyên tắc này cũng có 2 điện áp:
- Điện áp đồng bộ U
rc
vượt trước điện áp Anod-CatodTiristor một
góc bằng π/2 ( Nếu U

AK
= A.sinwt thì U
r
= B.coswt)
- Điện áp điều khiển U
đk
là điện áp 1 chiều có thể điều chỉnh được
theo 2 hướng
Trên hình vẽ đường nét đứt là điện áp anod – catod tiristor, từ điện áp
này người ta tạo ra U
rc
. Tổng đại số U
rc
+ U
đk
được đưa đến đầu vào của
khâu so sánh .
Khi U
rc
+ U
đk
= 0 ta nhận được một xung ở đầu ra của khâu so sánh
:
23
U
đk
+ B.cosα = 0
Do đó α = arccos(-U
đk
/B)

Thường lấy B = U
đk max
Khi U
đk
= 0 thì α =π/2
Khi U
đk
= - U
đk max
thì α= 0
Như vậy khi cho U
đk
biến thiên từ - U
đk max
đến + U
đkmax
thì α biến
thiên từ 0 đến π.
Nguyên tắc này được sử dụng trong các thiết bị chỉnh lưu đòi hỏi chất
lượng cao.
Nhận xét: Theo yêu cầu thiết kế mạch điều khiển ta thấy nguyên
tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính là phù hợp, ta chọn nguyên tắc điều
khiển này.
c.Giới thiệu các khâu
-Khuyếch đại thuật toán
V
1
U
d
V

sat
V
sat
24
E
V
-
+
+
-
S
-
E
V
p
p
M
+
2
V
-
V
d
+
M
V
+
1
+
U

+
-
E
1
O A
E
Chế độ làm việc
• Chế độ tuyến tính
V
2
= A.u
d
; A = 10
4
÷10
5
là hệ số khuếch đại điện áp.
Để thực hiện chế độ này phải có
 u
d
 ≤
• Chế độ bão hoà:
 u
d
 > ; V
2
= V
sat
 u
d

 < ; V
2
= -V
sat
ứng dụng:
OA được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật điều khiển tự động: tạo hàm
số, tạo các bộ điều chỉnh P, PI, PID, tạo các đa hài, các trigơ, các khâu so
sánh, v.v
- Khâu đồng pha
Đây là khâu có nhiệm vụ xác định thời điểm mốc để tính góc mở α.
Nó liên hệ chặt chẽ về pha với điện áp lực. Bên cạch đó nó còn để cách li
mạch điều khiển và mạch lực ở đầu vào hệ điều khiển. Do vậy mà khối
đồng pha có thể dùng biến áp để cách li hoặc dùng phần tử otocupler
(phototransistor).
25
A
V
sat
A
V
sat
A
V
sat