Điện tử công suất - Chương 3 ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU pot

1
Chương 3
ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU
3.1. Kh¸i qu¸t vÒ ®iÒu ¸p xoay chiÒu
3.2 §iÒu ¸p xoay chiÒu mét pha
3.3. §iÒu khiÓn ®iÒu ¸p xoay chiÒu mét pha
3.4 §iÒu ¸p xoay chiÒu ba pha
3.5. §iÒu khiÓn ®iÒu ¸p xoay chiÒu 3 pha
2
4.1. Kh¸i qu¸t vÒ ®iÒu ¸p xoay chiÒu
Bộ điều chỉnh điện áp xoay chiều được sử dụng
vào nhiều mục đích khác nhau như:
– Điều chỉnh nhiệt độ trong lò điện.
– Điều chỉnh hệ thống chiếu sáng.
– Điều chỉnh tốc độ quay của động cơ xoay
chiều.
3
• C¸c ph¬ng ¸n ®iÒu ¸p xoay chiÒu
• Giíi thiÖu mét sè m¹ch ®iÒu ¸p xoay chiÒu mét pha
U
1
Z
f
U
2
i
Z
a
U
2
b

TBB§
U
2
U
1
C
U
1
i
Z
Z
i
H×nh 4.1 C¸c s¬ ®å ®iÒu ¸p xoay chiÒu
4
Ph©n lo¹i ®iÒu ¸p
ON OFF
ON OFF
D¹ng ¸p ra ®iÒu khiÓn ON - OFF
D¹ng ¸p ra ®ãng/c¾t lóc ¸p qua
zero
• Điều khiển ON – OFF còn gọi là điều khiển toàn chu kỳ.
• Điều khiển ON – OFF có thể điều khiển dòng năng lượng cung
cấp cho tải nhưng không thể thay đổi điện áp cung cấp cho tải.
5
Ph©n lo¹i ®iÒu ¸p
Dạng điều khiển điện áp ra này ta có thể
thay đổi thời điểm kích SCR trong mỗi chu kỳ,
thời điểm kích trong mỗi chu kỳ thay đổi 
Điện áp ra thay đổi.
Phương pháp này gọi là điều khiển pha.

D¹ng ¸p ra ®iÒu khÓn pha t¶i R
6
4.2. 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
7
4.2.1. S¬ ®å ®iÒu ¸p xoay chiÒu mét pha
T
2
Z
T
1
U
1
Z
T
U
1
a. M¹ch sö dông hai tiristor song song ngîc
D
2
Z
T
U
1
D
1
D
3

D
4
d. M¹ch sö dông bèn diod vµ mét
tiristor
b. M¹ch sö dông triac
c. M¹ch sö dông mét tiristor mét diod
Z
U
1
T
1
D
1
T
2
D
2
8
4.2.2. §iÒu ¸p xoay chiÒu mét pha t¶i R
• M¹ch sö dông hai tiristor song song ngîc
U
U
T¶i
t

1

2
i
G1

i
G2
T
2
R
T
1
U
1
• D¹ng sãng ®iÖn ¸p ngâ ra vµ xung kÝch
9
• T¹i c¸c thêi ®iÓm 
1,

2
, cã xung ®iÒu khiÓn
c¸c tiristor T
1
, T
2
, c¸c tiristor nµy dÉn.
• NÕu bá qua sôt ¸p trªn c¸c tiristor, ®iÖn ¸p t¶i
cã d¹ng nh h×nh vÏ.
• Dßng ®iÖn t¶i ®ång d¹ng ®iÖn ¸p vµ ®îc tÝnh:
Khi tiristor dÉn
R
tsinU
i
m



10
• Khi tiristor kho¸ i = 0
• TrÞ sè dßng ®iÖn hiÖu dông ®îc tÝnh:



















4
t2sin
2
t
R
U
td.tsin

R
U
1
I
2
2
m
2
2
2
m
2












4
2sin
22
1
R
U

I
2
2
m
2






2
2sin
1
R
U
I
11
4.2.3. §iÒu ¸p xoay chiÒu mét pha t¶i L
• Nguyªn lÝ ®iÒu khiÓn
U
1
A
1
A
2
T
1
T
2

i
U
2
a
i
G1
i
G2

1

1

2

2

3

i
b
U
t¶i
A
1
A
2
T
1
T

2
12
• §êng cong ®iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn khi c¸c gãc më kh¸c nhau
U
t¶i
i

1

=
U
t¶i
i


>
b
a
c

2

2
U
t¶i
i


<


1
13
Khi , 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

 
R
L
tg;LRZ
2
2


   











t
R
mm
tdcb
L
esin
Z
U
tsin
Z
U
iii
14
Khi <, xung måi hÑp
• NÕu xung måi d¹ng xung nhän vµ hÑp, tiristor
T
1
dÉn khi nhËn ®îc xung måi
• Ph¬ng tr×nh dßng ®iÖn lµ:
   











t
R
mm
L
esin
Z
U
tsin
Z
U
i
15
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
là do: tại thời điểm có
xung mồi t
2
cuộn dây còn đang xả năng
lợng, làm cho U
AK
< 0.

U
tải
i


<

1
16
• §êng cong dßng ®iÖn khi <
U
1
A
1
A
2
T
1
T
2
i
U
2
a
u
i
cb
i



t
1
t
2
i
td

1
17
Trêng hîp ®k b»ng xung cã ®é réng lín
• NÕu xung måi d¹ng xung réng, tiristor T
1
nhËn
®îc xung måi dÉn, ph¬ng tr×nh dßng ®iÖn
vÉn lµ:
• Dßng ®iÖn triÖt tiªu khi t>, do ®ã lín
h¬n . 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.
18
Trị hiệu dụng của dòng điện
Khoảng dẫn của các tiristor đợc

xác định từ phơng trình siêu việt
Trị hiệu dụng của dòng điện đợc
tính từ biểu thức đinh nghĩa (4.9)
Thay (4.7) vào (4.9) ta có (4.10)
Các hệ số trong biểu thức (4.10) có
dạng:





.
L
R
esinsin






td.ti
1
I
2
tiảt
(4.8)
(4.9)

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

19
§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

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

U
U
3
U
5
U
7
U

1
 = 0
 = 45
0
 
 
12.4
2
2sin2sin
UU
i¶t






 
11.4
2
2sin
1UU
i¶t






20

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









21
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

P
Q
S
 = 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

S
P
Q
 = 45
0
22
4.3. M¹ch ®iÒu khiÓn ®iÒu ¸p xoay chiÒu mét
pha
4.3.1. 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
23
• 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
24
4.3.2. Nguyên lí điều khiển
Về nguyên lí, mạch điều áp xoay chiều có van bán dẫn đợc
mắc vào lới điện xoay chiều, nên mạch điều khiển hoàn toàn
giống nh chỉnh lu.
Trờng hợp mạch động lực đợc chọn là hai tiristor 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 hoàn
toàn giống điều khiển chỉnh lu một pha cả chu kì, với mỗi
tiristor một mạch điều khiển độc lập
Đối với những tải cần điều khiển đối xứng, đòi hỏi hai tiristor
mở đối xứng, lúc này cần các kênh điều khiển tiristor có góc
mở càng ít khác nhau càng tốt. Mong muốn là chúng hoàn toàn
giống nhau. Nhng sự giống nhau này chỉ có thể đạt đến một
chừng mực nào đó
25
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