Bộ điều chỉnh điện áp xoay chiều

1
Ch−¬ng 5. §iÒu ¸p xoay chiÒu
5.1. Kh¸i qu¸t vÒ ®iÒu ¸p xoay chiÒu
5.2 §iÒu ¸p xoay chiÒu mét pha
5.3. §iÒu khiÓn ®iÒu ¸p xoay chiÒu mét
pha
5.4 §iÒu ¸p xoay chiÒu ba pha
5.5. §iÒu khiÓn ®iÒu ¸p xoay chiÒu 3 pha
2
5.1. Kh¸i qu¸t vÒ ®iÒu ¸p xoay chiÒu
 C¸c ph−¬ng ¸n ®iÒu ¸p xoay chiÒu
 H×nh 5.1 giíi thiÖu mét sè m¹ch ®iÒu ¸p xoay chiÒu mét
pha
U
1
Z
f
U
2
i
Z
a
U
2
b
TB B§
U
2
U
1
C

U
1
i
Z
Z
i
H×nh 5.1 C¸c s¬ ®å ®iÒu ¸p xoay
chiÒu
3
5.2. Điều áp xoay chiều một pha
I. Sơ đồ điều áp xoay chiều một pha
II. Điều áp một pha tải thuần trở
III. Điều áp một pha tải trở cảm
4
I. S¬ ®å ®iÒu ¸p xoay chiÒu mét pha
 H×nh 5.2 giíi thiÖu c¸c s¬ ®å ®iÒu ¸p xoay chiÒu mét
pha b»ng b¸n dÉn
T
2
Z
T
1
U
1
Z
T
U
1
a.
D

2
Z
T
U
1
D
1
D
3
D
4
d.
b.
H×nh 5.2 S¬ ®å ®iÒu ¸p xoay chiÒu mét pha b»ng b¸n
dÉn a. b»ng hai thrysistor song song ng−îc; b. b»ng
triac; c. b»ng mét thrysistor mét diod; d. b»ng bèn diod
mét thrysistor
Z
U
1
c.
D
1
T
1
T
2
D
2
5

II. Điều áp xoay chiều một pha tải thuần trở
Khi tải thuần trở hoạt động của sơ đồ hình 5.2 cho điện
áp dạng hình 5.3
U
U
Tải
t

1

2
i
G1
i
G2
T
2
R
T
1
U
1
Hình 5.3
6
 T¹i c¸c thêi ®iÓm α
1,
α
2
, cã xung ®iÒu khiÓn c¸c thrysistor T
1

, T
2
,
c¸c thrysistor nμy dÉn. NÕu bá qua sôt ¸p trªn c¸c thrysistor, ®iÖn
¸p t¶i cã d¹ng nh− h×nh vÏ. Dßng ®iÖn t¶i ®ång d¹ng ®iÖn ¸p vμ
®−îc tÝnh:
 Khi thrysistor dÉn
 Khi thrysistor kho¸ i = 0
 TrÞ sè dßng ®iÖn hiÖu dông ®−îc tÝnh
R
tsinU
i
m
ω
=
π
α
π
α
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
π
ω
−
π
ω

=ωω
π
=
∫
4
t2sin
2
t
R
U
td.tsin
R
U
1
I
2
2
m
2
2
2
m
2
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
π

α
+
π
α
−=
4
2sin
22
1
R
U
I
2
2
m
2
π
α
+
π
α
−=
2
2sin
1
R
U
I
(5.2)
(5.1)

(5.3)
7
III. §iÒu ¸p xoay chiÒu mét pha t¶i ®iÖn c¶m
 Nguyªn lÝ ®iÒu khiÓn
U
1
A
1
A
2
T
1
T
2
i
U
2
a
i
G1
i
G2
α
1
ϕ
1
α
2
ϕ
2

α
3
π
U
t¶i
i
b
A
1
A
2
T
1
T
2
H×nh 5.4
8
§−êng cong ®iÖn ¸p vμ dßng ®iÖn khi c¸c gãc më kh¸c
nhau
U
1
A
1
A
2
T
1
T
2
i

U
2
a
U
t¶i
i
α
ϕ
α<ϕ
U
t¶i
i
α
1
ϕ
α=ϕ
U
t¶i
i
α
ϕ
α>ϕ
b
a
c
H×nh 5.5
α
2
α
2

ϕ
1
9
Khi α>ϕ, dßng ®iÖn t¶i gi¸n ®o¹n
Ph−¬ng tr×nh cña m¹ch lμ:
 NghiÖm cña ph−¬ng tr×nh dßng ®iÖn lμ:
Trong®ã
tsinUi.R
dt
di
.L
m
ω=+
()
R
L
tg;LRZ
2
2
ω
=ϕω+=
() ()
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
ω
α

−−
ϕ−α−ϕ−ω=+=
t
R
mm
tdcb
L
esin
Z
U
tsin
Z
U
iii
(5.4)
(5.5)
(5.6)
10
Khi <, xung mồi hẹp
Nếu xung mồi dạng xung nhọn v hẹp, thrysistor T
1
dẫn
khi nhận đợc xung mồi, phơng trình dòng điện vẫn
l:
Dòng điện triệt tiêu khi t> +, do đó lớn hơn +.
Xung đa tới cực điều khiển T
2
trớc khi điện áp anod
của nó chuyển sang +, do đó T
2

không dẫn.
Việc không dẫn của T
2
l do: tại thời điểm có xung mồi
t
2
cuộn dây còn đang xả năng lợng, lmchoU
AK
< 0.
() ()









=
t
R
mm
L
esin
Z
U
tsin
Z
U

i
(5.7)
11
§−êng cong dßng ®iÖn khi α<ϕ
u
i
cb
i
α
ϕ
t
1
t
2
i
td
H×nh 5.6
ϕ
1
U
1
A
1
A
2
T
1
T
2
i

U
2
a
12
Tr−êng hîp ®iÒu khiÓn b»ng xung cã ®é
réng lín
 NÕu xung måi d¹ng xung réng, thrysistor T
1
nhËn ®−îc
xung måi dÉn, ph−¬ng tr×nh dßng ®iÖn vÉn lμ:
 Dßng ®iÖn triÖt tiªu khi ωt> π+ϕ, do ®ã lín h¬n π+α. Xung
®−a tíi cùc ®iÒu khiÓn T
2
tr−íc khi ®iÖn ¸p anod cña nã
chuyÓn sang +, nh−ng xung måi cã ®é réng ®ñ lín nªn
®Õn khi dßng ®iÖn T
1
triÖt tiªu T
2
vÉn cßn tån t¹i xung
®iÒu khiÓn nªn nã ®−îc dÉn.
13
Trị hiệu dụng của dòng điện
Khoảng dẫn của các
thrysistor đợc xác định từ
phơng trình siêu việt
Trị hiệu dụng của dòng điện
đợc tính từ biểu thức đinh nghĩa
(5.9)
Thay (5.7) vo(5.9) tacó

(5.10)
Các hệ số trong biểu thức
(5.10) có dạng:
()()



=+
.
L
R
esinsin
()

+



= td.ti
1
I
2
tiảt
(5.8)
(5.9)
()
10.4
)hd(cba
XR
U2

I
2
L
2
hd

++
+
=
(
)
[
]
()
()

+
=








=

+

=

sin
1Q
Q2
c
;e1.sinQb
;22cos.sin5,0a
2
2
Q
2
2
()()
()()
R
L
R
X
Q
;cossin
Q
1
h
;cossin

Q
1
ed
L
Q

==
+=






+++=


14
§Æc tÝnh ®iÒu khiÓn
TrÞ sè ®iÖn ¸p t¶i ®−îc tÝnh
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
0

30 60 90
120
150 180
U
α
U
1
U
3
U
5
U
7
U
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
0
30 60 90
120
150 180
U
α
U

U
3
U
5
U
7
U
1
ϕ = 0
ϕ = 45
0
(
)
()
12.4
2
2sin2sin
UU
i¶t
π
α−λ+α
−
π
λ
=
()
11.4
2
2sin
1UU

i¶t
π
α
+
π
α
−=
15
Dßng ®iÖn c¬ b¶n cña c¸c ®iÒu hoμ
()
2
5
5
2
3
3
2
1
2
2
1
1
Q251R
U
I
Q91R
U
I
Q1R
U

L.f2R
U
I
+
=
+
=
+
=
π+
=
16
BiÕn thiªn c«ng suÊt theo gãc më
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
0
30 60 90
120
150 180
U
α
P
Q

S
ϕ = 0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
0
30 60 90
120
150 180
U
α
S
P
Q
ϕ = 45
0
17
5.3. M¹ch ®iÒu khiÓn ®iÒu ¸p xoay
chiÒu mét pha
I. M¹ch ®iÒu khiÓn ®¬n gi¶n
T
1
T
2

D
2
D
1
C
1
C
2
VR
R
3
R
1
DA
1
DA
2
R
2
a)
U
1
U
2
Z
VR
R
C
T
D

1
D
3
D
2
D
4
b)
U
1
U
2
Z
t
U
U
2
U
C
c)
t
1
t
2
d)
D
1
D
3
D

2
D
4
U
1
U
2
Z
T
VR
C
R
1
D
0
R
2
UJT
H×nh 43.1
18
 M¹ch ®iÒu khiÓn triac ®¬n gi¶n
U
1
U
2
Z
VR
R
2
R

1
C
1
D
A
T
C
AT
t
U
U
2
U
C
U
U
2
U
C
+U
DA
-U
DA
t
R
1
C
1
d)
c)

b)
U
1
U
2
Z
VR
R
2
C
T
AT
a)
H×nh 43.2
19
II. Nguyên lí điều khiển
Về nguyên lí, mạch điều áp xoay chiều có van bán dẫn
đợc mắc volới điện xoay chiều, nên mạch điều khiển
hontongiốngnh chỉnh lu.
Trờng hợp mạch động lực đợc chọn l hai thrysistor
mắc song song ngợc nh sơ đồ hình 3.2a, cần có hai
xung điều khiển trong mỗi chu kì. Mạch điều khiển có thể
sử dụng sơ đồ honton giống điều khiển chỉnh lumột
pha cả chu kì, với mỗi thrysistor một mạch điều khiển
độc lập
Đối với những tải cần điều khiển đối xứng, đòi hỏi hai
thrysistor mở đối xứng, lúc ny cần các kênh điều khiển
thrysistor có góc mở cng ít khác nhau cng tốt. Mong
muốn l chúng honton giống nhau. Nhng sự giống
nhau ny chỉ có thể đạt đến một chừng mực nođó

20
Nguyªn lÝ ®iÒu khiÓn
 Gi¶n ®å nªu nguyªn lÝ
®iÒu khiÓn gi¬i thiÖu trªn
h×nh 43.3
H×nh 43.3 Nguyªn lÝ ®iÒu khiÓn ®iÒu ¸p xoay
chiÒu.
U
rc
t
1
X
®k
U
t¶i
t
t
t
t
2
t
3
t
4
t
5
t
6
t
7

t
8
U
t
U
®k
21
S¬ ®å nguyªn lÝ t¹o ®iÖn ¸p tùa liªn tiÕp hai nöa
chu k×
U
v
U
®f1
U
®f2
D
1
D
2
VR
1
R
1
R
2
U
1
A
1
+

-
B
R
4
R
5
D
3
Tr
1
C
C
22
§−êng cong cña c¸c kh©u
H×nh 3.11 Nguyªn lÝ t¹o ®iÖn ¸p tùa trong ®iÒu ¸p xoay
chiÒu
γ
t
U
A
t
t
U
1
U
B
U
C
23
III. M¹ch ®iÒu khiÓn vÝ dô

U
v
U
®f1
U
®f2
D
1
D
2
VR
1
R
1
R
2
A
A
1
+
-
B
R
3
R
4
D
3
Tr
1

C
A
2
-
+
R
4
U
®k
R
5
R
6
A
3
-
+
D
R
7
D
4
D
5
X
U
T
R
5
Tr

2
Tr
3
24
Mạch điều khiển cặp thrysistor song
song ngợc
Hình 3.13 Các phơng án điều khiển cặp thrysistor mắc song
song ngợc
a, hai mạch điều khiển độc lập; b,- một biến áp xung hai
cuộn dây thứ cấp; c chung lệnh mở van, khác nhau
khuếch đại
b
T
2
MĐK
T
T
1
c
KĐX
T
1
KĐX
T
2
MĐK
T
1
T
2

MĐK
T
1
T
1
a
MĐK
T
2
T
2
25
M¹ch ®iÒu khiÓn
U
V
U
®f1
U
®f2
D
1
D
2
VR
1
R
1
R
2
A

A
1
+
-
B
R
3
R
4
D
3
Tr
1
C
A
2
-
+
R
4
U
®k
R
5
R
6
A
3
-
+

D
V
1
T
1
D
4
T
2
V
2
A
5
A
4
+15V
+15V