CÁC ỨNG DỤNG của điện tử CÔNG SUẤT TRONG hệ THỐNG điều CHỈNH tốc độ ĐỘNG cơ KHÔNG ĐỒNG bộ 3 PHA

CHƯƠNG I: VẤN ĐỀ ĐIỀU KHIỂN CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ
CÔNG SUẤT DÙNG TRONG VIỆC ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ
ĐỘNG CƠ
I.1 ĐIỀU KHIỂN TRANSISTOR:
- Transistor được dùng để đóng cắt dòng điện có cường độ tương
đối lớn. Vậy chúng chỉ làm việc ở hai trạng thái:
- Trạng thái đóng (dẫn bão hòa) để đóng mạch điện.
- Trạng thái mở (ngưng dẫn) để cắt mạch điện.
Khi transistor hoạt động với thời gian dẫn bão hòa hay ngắt tương
đối dài còn gọi là chế độ khóa của transistor.
I.1.1 Chế độ khóa của Transistor.
-Transistor làm việc ở chế độ khóa như một khóa điện tử đóng
mở mạch nhanh với tốc độ nhanh (10 -9 s ÷ 10-6 s) do đó có nhiều đặc
điểm khóa với chế độ khuếch đại.
Transistor ở chế độ khóa thì điện áp đầu ra có hai trạng thái sau:
Vra=1 khi Vvào = 0.
(I.1)
Vra = 0 khi Vvào= 1.
- Chế độ khóa của transistor được xác định bởi chế độ điện áp hay
dòng điện một chiều cung cấp từ ngoài qua một mạch phụ trợ (khóa
thường đóng hay thường mở) việc chuyển trạng thái khóa thường đuợc
thực hiện nhờ một tín hiệu xung có cực tính thích hợp tác động tới đầu
vào. Những đặc điểm chủ yếu của chế độ khóa được xét như hình I.1.
+ V n g u o àn

R C

R 3

HìnhI-1:Mạch khóa dùng Transistor
1

-Ban đầu khi Vvào =0, transistor ở trạng thái mở, dòng điện ra I c
= 0 lúc không có tải Rt, khi transistor được coi là hở mạch V ra= Vnguồn
khi cho xung điều khiển có cực tính dương tới đầu vào V vào = 1
transistor chuyển sang trạng thái đóng (bão hòa) điện áp ra thỏa mãn
điều kiện ở (I.1) Vra = 0 ở trạng thái bão hòa để duy trì khả năng điều
khiển và để tránh điện tích cực nền quá lớn, dòng điện cực nền ban
đầu phải cao để chuyển sang trạng thái dẫn nhanh chóng, ở chế độ
khóa dòng điện nền phải giảm cùng qui luật như dòng điện thu để
tránh hiện tượng chọc thủng tiếp giáp BC.
Trạng thái đóng mạch IB lớn
IC do tải giới hạn
Trạng thái hở mạch IB=0
Hình I.2: Đặc tuyến transistor ở chế độ khóa.
I.1.2 MẠCH TRỢ GIÚP MỞ:
I V

V+

I
D 2

i

R t

iC

i

D

i1

t

0iD
C

ic
R 1

D 1

V v a øo

0

Hình I.3 :Mạch trợ giúp mở.

iD

0

2

t


t1

t2

t

Khi transistor chuyn t trng thỏi úng sang trng thỏi m.
Mch tr giỳp m gm cỏc phn t C, D 1, R1. Dũng in ti l i,
vỡ thi gian chuyn trng thỏi rt ngn nờn xem I=const trong mi ln
chuyn trng thỏi.
Ban u VCE = VCE bo hũa 0, iC =I, iD = 0.
Khi cho xung ỏp tõm tỏc ng vo cc nn ca Transistor dũng I C
gim tuyn tớnh t 1 xung 0 trong khong thi gian t1.
Nu khụng cú mch tr giỳp m iC + iD = I = const (I.2).
Va lỳc iC bt u gim thỡ iD tng lờn ngay, D2 lm chuyn mch
ti
VCE = V+0,6V (I.3).
Nu cú mch tr giỳp thỡ ta cú: iC + I1 = I = const (I.4).
va lỳc iC bt u gim tuyn tớnh thớ i1 cng bt u tng tuyn tớnh
t C c np in.
dVc
I
ic
=
(I.5)
dt
C

Khi t=t1 , iC= 0, VC(t1) = VCE << V
Sau t1, t in C c np bng dũng I
dVc

I
=
dt
C

Cho n khi VC = V lỳc ny diode D1 mi cho dũng chy qua thi
gian tng cng ca quỏ trỡnh chuyn trng thỏi m l t2.
Trong thc t ngi ta chn C sao cho:
2t1 < t2 < 5t1
V
ẹieọn dung C ủửụùc tớnh gan ủuựng : i1 = I C . (I.7)
t
I .t2 2
C=
V

Trong ú:
T1 l thi gian cn thit iC gim t I xung 0, cho trong s tay
tra cu

3


I.1.3 MẠCH TRỢ GIÚP ĐÓNG:
Ta có sơ đồ mạch như sau
+Vn

D 2

* Khi Transistor từ trạng thái

mở sang trạng thái đóng

R t

D 3
L1
R 2

C

T

R 1

D 1

V v

Hình I.4: Mạch trợ giúp đóng
- Mạch trợ giúp đóng gồm L1, D3, R2 có chức năng hạn chế sự
tăng trưởng của dòng iC trong khoảng thời gian cần thiết để V CE giảm
từ giá trị V xuống VCE bão hòa = 0 cho trong sổ tay tra cứu.
- Thời gian tổng cộng của quá trình đóng là :tΣ
- Điện cảm L1 được tính gần đúng bằng biểu thức
L1 =

V .tΣ
(I - 8)
I

Trong thực tế người ta chọn L1 sao cho:
2 tđ
4


Điện trở R2 có tác dụng hạn chế dòng điện do sức điện động tự
cảm trong L1 tạo ra trong mạch L1,R2,D3 trong khoảng thời gian t2
L1
> t2 (I - 9)
R2

chuyển sang trạng thái mở T. Như vậy phải thỏa mãn điều kiện:
Điện trở R1 có nhiệm vụ hạn dòng điện phóng của tụ C
Trong mạch CTR1 trong khoảng thời gian đóng tΣ như vậy phải
thỏa mãn điều kiện R1C>tΣ.
I.2 ĐIỀU KHIỂN THYRISTOR:
I.2.1: Các yêu cầu cơ bản về mạch điều khiển:
Mạch điều khiển là khâu rất quan trọng trong bộ biến đổi
Thyristor. Nó đóng vai trò chủ yếu trong việc quyết định chất lượng và
độ tin cậy của bộ biến đổi. Yêu cầu đối với mạch điều khiển đa dạng
gồm các bước chính sau:
• Yêu cầu về độ lớn xung điều khiển.
- Mỗi Thyristor đều có một đặc tính đầu vào đó là quan hệ giữa
áp trên cực khiển và dòng điện chạy qua cực khiển Vđk=f(iđk).
Do sai lệch về thông số chế tạo và điều kiện làm việc mà ngay cả các
Thyristor cùng loại cũng có những đặc tính đầu vào khác nhau. Yêu cầu
độ lớn điện áp và dòng điện điều khiển là:
- Giá trị lớn nhất không vượt quá giá trị cho phép ở sổ tay tra cứu.
-Giá trị nhỏ nhất phải đảm bảo mở được tất cả các Thyristor cùng ở

mọi điều kiện làm việc.
-Tổn hao công suất trung bình trên cực điều khiển phải nhỏ hơn
trị cho phép.
• Yêu cầu về độ rộng xung:
- Căn cứ vào đặc tuyến V-A của Thyristor ta thấy tồn tại xung
điều khiển phải đảm bảo cho dòng qua Thyristor tăng từ 0 đến giá trị
IC khi Thyristor mở bằng xung điều khiển quá trình mở có thể xem là
quá trình tăng điện tích ở lớp bán dẫn P nối với cực điều khiển, khi
các điện tử tự do ở lớp bán dẫn này tăng đến mức nhất định thì điện
trở thuận của Thyristor giảm đột ngột Thyristor mở. Độ lớn điện tích

5


tích lũy ở lớp bán dẫn P nối với cực điều khiển phụ thuộc vào độ rộng
xung điều khiển. Thông thường độ rộng xung điều khiển không nhỏ
hơn 5µs và tăng độ rộng xung điều khiển cho phép giảm nhỏ biên độ
xung điều khiển.
• Yêu cầu về độ dốc sườn trước của xung:
Độ dốc sườn trước của xung càng cao thì việc mở Thyristor càng
tốt. Đặc biệt trong khi mạch có nhiều Thyristor mắc nối tiếp và song
song. Thông thường yêu cầu về độ dốc xung điều khiển là:
diñk
> 0,1 {A/µs} (I - 11)
dt

• Yêu cầu về sự đối xứng của xung trong các kênh điều khiển.
Ở các bộ biến đổi nhiều pha, nhiều Thyristor độ đối xứng xung
điều khiển giữa các kênh sẽ quyết định chất lượng đặc tính ra của hệ.
Nếu không đối xứng, các xung điều khiển của Thyristor của bộ biến

đổi nhiều pha sẽ gây ra sự mất cân bằng giá trị trung bình của dòng qua
Thyristor.
• Yêu cầu về độ tin cậy:
Mạch điều khiển phải đảm bảo làm việc tin cậy trong mọi hoàn
cảnh như t0 thay đổi, nguồn tín hiệu nhiễu tăng. Do vậy yêu cầu:
Điện trở ra của kênh điều khiển phải nhỏ để Thyristor 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 (ở khâu so sánh, ở biến áp xung
tần ra) để tránh mở nhầm.
• Yêu cầu về lắp đặt:
Thiết bị dễ thay thế, dễ lắp ráp điều chỉnh.
Dễ lắp lẫn và mỗi khối có khả năng làm việc độc lập.
I.2.2 Nguyên tắc xây dựng và phân loại mạch điều khiển Thyristor.
Mạch điều khiển có nhiệm vụ gia công và biến đổi các tín hiệu điều
khiển (điện áp DC) thành các chuỗi xung để đưa vào điều khiển
Thyristor, được biểu diễn như hình I.5
6


N
Ñ B

e

CH

θ

T
a

θ0

CÑ

b

CB

Hình I.5 Sơ đồ khối mạch điều khiển Thyristor.
Đối tượng cần điều khiển là bộ biến đổi Thyristor T và được đặc
trưng bởi đại lượng được điều khiển ở a (có thể là dòng, áp, nhiệt độ,
tốc độ). N là khối biểu thị nhiễu bên ngoài (do mô men tải, nhiệt độ
môi trường). Bộ cảm biến CB sẽ đưa tín hiệu b được so sánh với tín
hiệu chủ đạo CĐ. Sai lệch tín hiệu của tín hiệu θ0-b là x sẽ điều khiển
thiết bị chấp hành CH, thiết bị CH có nhiệm vụ khử sai lệch X, hoặc
cực tiểu nó bằng cách tạo ra góc điều khiển θ để điều khiển bộ biến
đổi Thyristor T. Hoạt động của thiết bị chấp hành CH được đồng bộ
nhờ tín hiệu e phát ra từ nguồn đồng bộ ĐB.
Mạch điều khiển Thyristor có thể phân loại theo nhiều cách. Các
mạch điều khiển Thyristor đều dựa theo nguyên lý thay đổi góc pha và
theo đó ta có nguyên lý khống chế ngang và khống chế đứng.
Khống chế ngang là phương pháp tạo ra góc θ thay đổi bằng cách
dịch chuyển điện áp ra hình sin theo phương pháp ngang so với điện áp
ban đầu hình (I-6).

BA

a

b
V c

c
θ VR

VR
C

a

c

b

Vr

V c

7


Hình I-6: Sơ đồ nguyên lý và độ thị điện áp mạch khống chế
ngang.
Khống chế đứng là tạo ra góc θ thay đổi bằng cách dịch chuyển
điện áp của chủ đạo theo phương thẳng đứng so với điện áp răng cưa,
phương pháp này lại chia ra: Phương pháp khống chế không đồng bộ
và phương pháp khống chế đồng bộ. Khống chế đồng bộ là khống chế

để tạo ra xung điều khiển Thyristor đồng bộ với nhau nhờ nguồn pha
phát tín hiệu đồng bộ, còn khống chế không đồng bộ là việc tạo ra các
xung điều khiển Thyristor độc lập với nhau. phương pháp khống chế
đứng hiện đang được dùng phổ biến vì độ chính xác cao và khoảng
điểu khiển rộng (từ 00 – 1800).

8


Phương pháp khống chế đứng được biểu diễn như hình I-7.
Ñ B
T a ïo x u n g

V 2
V 1

So
s a ùn h

V 3

T a ïo
h ìn h

V 4

K h u e ác h
ñ a ïi

V

V 5

V 6
B i e án a ùp r a

V

0

t

V
θ
V3
0

t

V

V6
V4

t

0

Hình I-7: Sơ đồ khối mạch khống chế đứng và dạng điện áp ra
của nó.

I.2.3 Các khối của mạch điều khiển Thyristor.
a>
Khối phát tín hiệu đồng bộ: ĐB Vì điều khiển Thyristor
theo nguyên lý điều khiển pha nên cần có khối đồng bộ pha giữa điện
áp điểu khiển và điện áp Anod – Cathode của Thyristor.
Các mạch phát tín hiệu đồng bộ điển hình như sau:

9


• Khối phát tín hiệu đồng bộ dùng tụ và diode. Hình I-8.

Vng

R 1
R2
BA
Vv

D2

Vñ

in
C

D 1

Vc

Vđ
∆VC
0

t1 t2

t

Hình I-8: Sơ đồ khối phát tín hiệu đồng bộ dùng tụ diode.
Trong đó:
Vd: Điện áp xoay chiều đồng pha với điện áp trễ Anod – Katod của
transistor.
Vn :nguồn điện áp một chiều.
Vc : Điện áp đồng bộ lấy ra.
Khi VD>0 thì D1, D2 phân cực ngược. Tụ C được nạp về nguồn Vn.
Khi Vc = Vd (ở t2) thì C phóng điện qua R2 và Đ2. Khi Vd<0 áp tr6n tụ
C là ∆VC cho đến khi Đ1 khóa. Khi id- in=0 (tại t1) tụ C bắt đầu được nạ
Goùc θ = arcsin

Vñ(t1)

Vñmax

(I - 9)

chu kỳ mới
θ nằm khoảng t1÷t2.
• Khối phát tín hiệu đồng bộ dùng tụ và transistor:I-10.
Vn

R1
R2

V

v

V ñ

C
D2

Vc

R3

Hình I-10: Khối phát tín hiệu đồng bộ dùng tụ và
transistor.
10


V

Vđ

Vđk
∆V

t1

t2

T

Trong đó:
Vđ: Điện áp nguồn xoay chiều đồng pha với điện áp trên Anot và
Katot của thyristor.
Vn: Điện áp điện một chiều.
Vc: Điện áp đồng bộ lấy ra khi Vđ>0. Transistor T bão hòa.
VC=∆v (∆v sụt áp trên Transistor).
Khi Vd >0 Transistor T khóa, tụ C được nạp qua R1, R3 từ Vn.
Ta có:
 V 
t naïp = (R1 + R2)C ln1 − c  (I - 13)
 Vn 
 V 
θ = (R1 + R3 )ωC. ln1 − ñk  (I - 14)
Vn 


Nên chọn R1>>R3 đề tnạp >> tphóng.
Vđk: Điện áp điều khiển.
b. Bộ phát xung chủ đạo:
Bộ phát xung chủ đạo có nhiệm vụ phát ra các xung với tần số cố
định hoặc thay đổi để làm nguồn tín hiệu chủ đạo trong các mạch điều
khiển Thyristor.
Bộ phát xung chủ đạo dùng Transistor một tiếp giáp(I-11).
V n+

ic

R2

R
Ie

E

B1
Tu

C

V

B2

R1

BB

VB1
11

Vr


VE

0
Vr

t

0

t

Hình I-11: Sơ đồ thay thế Transistor một tiếp giáp làm máy phát xung và
dạng xung ra.
Khi VE<ηVBB tụ C được nạp từ nguồn Vn theo biểu thức sau:
VC = Vn (1 − e − t / RC )

(I - 15)

η: Tham số riêng của mỗi loại Transistor 1 tiếp giáp.
η=0,47÷0,8.
Khi VC≥ηVBB Transistor 1 tiếp giáp dẫn, tụ C sẽ phóng điện qua R 1 và
ta có:
ηVBB=Vn(1-e-t/RC) (I-16).
T: Chu kỳ tạo xung.
VE:Điện áp trên cực phát của Transistor một tiếp giáp.
VBB:Điện áp trên cực B1,B2 của Transistor một tiếp giáp
T =RC ln

1
1 −η

(I - 17)

Xem VBB=Vn thì

Điện trở R2 trong sơ đồ dùng để ổn định tần số xung khi nhiệt độ
thay đổi, theo công thức kinh nghiệm.
R2 =

0,4 RBB
ηVn

(I - 18)

12


Điện trở R để điều chỉnh tần số xung. Giá trị lớn nhất của điện trở
Vn −V p
Rmax ≤
Ip

(I - 19)

xác định theo điều kiện tạo dao động.
Vp=ηVBB+VĐ. (I-20).
Trong đó VĐ: Điện áp rơi trên cực E khi UJT mở (VĐ=0,4÷0,50).
VP: Điện áp đỉnh của Transistor một tiếp giáp (UJT) khi bắt đầu dẫn.
IP:Dòng điện ứng với VP.
Giá trị nhỏ nhất của điện trở được xác định.
Rmin ≥

Vn −Vν
Iν

(I - 21)

Trong đó VV, và IV là áp dòng ứng với điểm trũng trên đặc tính
V-A của UJT.
Khi không có Transistor một tiếp giáp ta có thể dùng Transistor loại
thông thường để thay thế theo sơ đồ tương đương hình I-12.

+V n

+V n

R

R

R 2

B

T1

T1

D
T2

R 1

C

C
T2

B 1
R 3

R 3

Hình I-12: Sơ đồ thay thế Transistor một tiếp giáp bằng
Transistor thường.

13


Nguyên tắc hoạt động của hình I-12 cũng tương tự như I-11. Ở
trạng thái ban đầu cả hai Transistor T 1 và T2 đều khác, lúc đó tụ C
Vn .R1
= βVn
R1 + R2
R1
Vôùi β =
R1 + R2

VB =

(I - 22)

được nạp từ nguồn Vn qua điện trở R. Điện áp trên cực nền T1 là:
Khi VC>VB thì T1 dẫn. Do cách nối các cực Transistor T1 và T2
nên khi T1 bắt đầu dẫn thì giữa 2 Transistor hình thành một phản hồi

dương và cả hai T1,T2 nhanh chóng chuyển qua chế độ bão hòa. Lúc
đó tụ C sẽ phóng điện qua R3 sẽ có xung ra. Lúc đó tỉ số β sẽ là:
β=

R1
= 0,5 ÷ 0,8
R1 + R2

Còn các thông số còn lại tương tự như thông số mạch hình I-11.
C. Khối so sánh:
Khối so sánh có nhiệm vụ so sánh các tín hiệu và phản ánh các sai lệch
tín hiệu ở đầu ra. khâu so sánh có ảnh hưởng rất quan trọng đến sai lệch
tĩnh của hệ thống. Ngoài ra để điều khiển các bộ biến đổi Thysistor ngày
nay các sơ đồ so sánh được làm bằng bán dẫn và vi mạch.
Khối so sánh dùng các mạch bán dẫn được trình bày hình I-13.
Rc

Rc

R2
Vr

Vr
T

R2

RB

BA

BA

Vñb

V1

Vñb

V1

Vñk

Vñk
V n+

Vn+

a/

b/
14


Hình I-13: Khối so sánh dùng các mạch bán dẫn.
Khối so sánh trong các hệ thống điều khiển Thyristor thường là
khối trùng hợp, nghĩa là tín hiệu điều khiển bằng tín hiệu đồng bộ thì
khối so sánh sẽ cho ra tín hiệu ra. Khi khối so sánh dùng các mạch bán
dẫn thì tín hiệu điều khiển Vđk và tín hiệu đồng bộ Vđb được nối với
nhau theo hai cách:

Nối nối tiếp hình(I-13a) Vđk và Vđb nối ngược cực tính với nhau.
Nối song song hình(I-13b) Vđk và Vđb nối song song.
Khi Vđk=0 ta tính được điện áp đồng bộ.
Lúc nối tiếp Vđb=VBo +IB(Rđb+Rđk+rB) (I-23)
Luùc song song
Vñb = VBo (1 +



R1 + Rñb
rB

) + I Bo {RB + ( R1 + Rñb ).
1


R2 + Rñk
 R2 + Rñk 

(I - 24)

Diode D hình I-13 để bảo vệ Transistor khi Vđk> Vđb.
Điện áp VBo: Điện áp rơi trên tiếp giáp B-C lúc không tải.
• Khối so sánh dùng vi mạch điện tử:
Khối so sánh dùng vi mạch điện tử ngày nay được sử dụng rất
rộng rãi vì nó có nhiều ưu điểm là gọn nhẹ công suất tiêu thụ bé, chỉ
tiêu kỹ thuật cao, dễ dàng thực hiện mạch điều khiển nhiều pha.
Sơ đồ nguyên lý mạch so sánh dùng vi mạch hình (I-16).
+12V
+12V

+
0

-

Vr

R2

V

-

-

R1

Vv

R1

vV
Vr

+

V
-1 2 V

R2
+

0

+
-6 V

-

-

Hình I-15. Sơ đồ nguên lý mạch so sánh dùng vi mạch.
Khâu so sánh bằng vi mạch loại khuếch đại thuật toán chuyên
dùng để sosánh tín hiệu. Nhiệm vụ chính của mạch này là chuyển tiếp

15


điện áp ra Vr từ mức Logic 1 sang mức logic 0 hoặc ngược lại khi điện
áp Vv vượt điện áp ngưỡng Vo.
d. Khối khuếch đại và tạo xung đầu ra:
Khối khuyếch đại và tạo xung đầu ra có nhiệm vụ tạo ra xung có
đủ độ rộng vừa phải khuyếch đại cho xung có đủ biên độ thỏa mãn yêu
cầu đối tượng điều khiển. Đầu vào của khối này là tín hiệu của khâu so
sánh đầu ra là xung mở Thyristor.
Sơ đồ khuếch đại và tạo xung đầu ra điển hình trình bày như hình
I-16.

t

R2
BAX

T1
V

v

R1

t

T2

Hình I-16: Khuyếch đại xung nối với tải qua máy biến áp.
Transistor T1, T2 nối tầng để tăng hệ số khuyếch đại công suất Đ1,R1
để bảo vệ T1, T2 khỏi quá áp khi cuộn sơ cấp của máy biến áp xung
chuyển mạch.
- Khi có xung âm T1,T2 mở sẽ có dòng qua dây quấn sơ cấp của
máy biến áp xung BAX và ở cuộn thứ cấp sẽ có xung ra. khi xung
vào tắt thì T1,T2 cùng khóa và xung ra cũng tắt.
* Biến áp xung thường làm biến áp của bộ khuyếch đại tạo xung, có
các chức năng sau:
Tạo xung đúng theo yêu cầu.
Tạo sự phù hợp điện áp mạch tạo xung và điện áp cực điều khiển
Thyristor.
16


-

Có thể dùng một vài cuộn đầu ra để điều khiển một vài
Thyristor.
Đảm bảo ngăn cách về điện giữa mạch động lực và mạch điều
khiển các thông số đặc trưng của máy biến áp xung.
Điện cảm thẩm từ Lµ: nó đặc trưng cho độ rộng xung với mạch từ
thông có khe hở không khí.

µhñ .S1t .W12

Lµ =

L1t

(I - 25)

Trong đó S1t, L1t: tiết diện ngang và chiều dài mạch từ.
µhđ: Độ từ thẩm hiệu dụng.
W1: số vòng dây sơ cấp.
• Hệ số tắt dần δ:

δ=( R

1

Lt

1
T0
+ 1

)
(I - 26)
R2 .C0 4π

Trong đó R1: điện trở của cuộn dòng W1.
R21
: Điện trở tải qui đổi về W1.
Lt:điện cảm kháng tản.
C0:điện dung ký sinh.
T0: chu kỳ dao động.
Hệ số càng lớn thì xung càng dốc ở sườn trước muốn vậy phải giảm
nhỏ Lt vàC0.
Hệ số đặc trưng dao động λ.
R21
λ=
R1 +R21

(I - 27)

Hệ số càng nhỏ thì dao động ở sườn trước xung càng bé.
I.2.4 Sử dụng vi mạch trong các mạch điều khiển Thyristor.
Sử dụng vi mạch vào hệ thống điều khiển thyristor như đã biết có
nhiều ưu điểm. Bên cạnh các ưu điểm như kích thước nhỏ, thiết bị vạn
năng lắp ráp đơn giản... Khi dùng hệ thống vi mạch còn cho phép dự trữ
các khối dễ dàng. Ngày nay người ta đã sản xuất những vi mạch và các vi
mạch vạn năng lúc cần sử dụng để điều khiển các sơ đồ Thyristor cụ thể
ta có thể lựa chọn một trong những mạch đã có sẵn.

17

Máy phát xung: có loại máy phát 2 xung lệch nhau 1800 và có
khả năng điều chỉnh pha, máy phát 3 kênh với các xung lệch nhau
1200, máy phát 6 kênh với các xung lệch nhau 600.
- Các bộ khuyếch đại và tạo xung :các bộ này cung cấp xung có độ dài
1800- θ hoặc 210 -θ (θ: là góc điều khiển).
- Các bộ điều khiển: các bộ này cò thể thực hiện các luật điều khiển
khác nhau như tỷ lệ (p), tích phân (i), hoặc tỷ lệ - tích phân - đạo hàm
(PID).
Các bộ lọc điện áp lưới: các bộ này sẽ cho điện áp ra hoàn toàn
hình sin để cung cấp cho khối đồng bộ.
Các mạch điều khiển Thyristor dùng vi mạch đều dùng nguyên
lý khống chế đứng, trong đó lại chia ra mạch khống chề đồng bộ và
mạch khống chế không đồng bộ.
Sơ đồ khối trùng hợp dùng vi mạch khống chế chỉnh lưu 3 pha
theo nguyên lý đồng bộ như hình (I-17).
1

2

3

4

2

3

4

σ

1

Ñ e án m a ïc h t a ïo
xung

σ

1

2

4

3

σ

V ñk

a. Hệ thống khống chế đồng bộ:
Hệ thống khống chế gồm 3 kênh trùng hợp giống nhau. Khối 1 để
lọc điện áp lưới gồm các khuyếch đại giải tích. Điện áp đồng bộ
không phụ thuộc vào sự dao động của điện áp nguồn, tín hiệu đầu ra
của bộ lọc được biến thành các áp hình chữ nhật và được hạn chế biên
độ qua bộ hai.
Điện áp ra của khối 2 được tích phân qua khối 3 do vậy điện áp ra
của khối 3 có dạng răng cưa và đồng bộ với tín hiệu điều khiển V đk ở
tín hiệu đồng bộ bằng tín hiệu điều khiển thì ở đầu ra của khối 4 sẽ

xuất hiện một xung, xung đó được dẫn vào bộ tạo xung để điều khiển

18


Thyristor. Việc điều khiển Thyristor theo nguyên lý đồng bộ có một
số nhược điểm như: góc điều khiển phụ thuộc vào tín hiệu đồng bộ
(nghĩa là phụ thuộc vào điện áp lưới) hơn nữa hệ thống điều khiển
nhiều kênh do hiện tượng không đối xứng mà sai lệch góc điều khiển
giữa các kênh ít nhất là 20.
Khống chế không đồng bộ có đặc điểm cho xung điều khiển
Thyristor sau chỉ phụ thuộc vào thời điểm tác động của Thyristor
2π
ωti =ωti −1.
+θ1 (Vñk )
m

trước nghĩa là:
Trong đó:
ωti :góc tương ứng với thời điểm cho xung điều khiển Thyristor.
M: số pha điều chỉnh.
b. Hệ thống khống chế không đồng bộ.
Hệ thống khống chế không đồng bộ gồm hai khối chính khối điều
khiển ĐK và khối phân phối xung. Khối điều khiển có hai mạch: mạch
điều khiển áp và mạch điều khiển dòng điện. Mạch điều khiển điện áp
và khối tích phân nhờ bộ khuyếch đại K và tụ C. Tín hiệu vào của
mạch điều khiển điện áp gồm tín hiệu chủ đạo V cđ , tín hiệu phản hồi
áp Vfa và tín hiệu dịch V0 . Tín hiệu ra của mạch tích phân áp sẽ cung
cấp cho phần tử logic MOA, MOA sẽ có tín hiệu ra Vcđ bằng Vfa.
Mạch điểu khiển dòng điện có các phần tử tương tự như mạch điều

khiển áp. Tín hiệu ra cả hai mạch điều khiển áp và dòng điện nhân
logic với nhau qua phần tử logic L1.
Phần tử chính của bộ phân phối xung FX là các trigger T 1, T2, T3
khi đầu vào S của Trigger có tín hiệu 1 thì đầu ra của Trigger có tín
hiệu 0.
Tín hiệu ở đầu vào R xuất hiện ở góc θmin. Tín hiệu 1 ở đầu vào S
phụ thuộc vào các phần tử L5, L6, L7. Tín hiệu L5, L6, L7 là tín hiệu hạn
chế góc điều khiển θmax từ bộ HC-2 và tín hiệu ra của phần tử L 2, L3,
L4. Phần tử L2, L3, L4 có tín hiệu ra là 1 với 3 điều kiện: có tín hiệu ra
của L1, có tín hiệu ngược từ bộ HC-1 (hạn chế góc αmin) cà đã khởi
động Trigger pha trước (T1, T2, T3). Tín hiệu ra của T1, T2, T3 qua các
tụ vi phân C1, C2, C3 sẽ đưa vào các mạch khuyếch đại xung KX và
mạch ra KR. Mỗi một khối đầu ra KR đều có hai đầu vào: đầu vào (+)

19


để tạo xung đầu ra, đầu vào (-) để khử xung ra (được nối vào KX của
pha trước).
Các xung ở sau C1,C3,C5 được dẫn vào các phần tử logic L8 sau
đó qua phần tử tạo xung F để cho tín hiệu vào Transistor Tk.
Transistor Tk sẽ khử tín hiệu ra của bộ khuyếch đại K (ngắn mạch tụ
C). Sau mỗi lần T1, T2 hoặc T3 khởi động.
Sơ đồ mạch điều khiển Thyristor theo nguyên lý không đồng bộ
như hình vẽ sau:

20


CHƯƠNG II:

CÁC ỨNG DỤNG CỦA ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT TRONG HỆ
THỐNG ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ
3 PHA.
II.1 ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ
BẰNG CÁCH BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP CUNG CẤP:
I.
Điều áp đối xứng bằng Thyristor:
Sơ đồ nguyên lý của mạch như hình vẽ sau.
Th2
C

c

Th6

R

Th5
B

V

~

b

Th3

R
R

Th4

Ñ K Ñ

A

a

Th1

P H A ÙT X U N G

V ñk

Hình II.1: Sơ đồ nguyên lý của hệ dùng bộ điều chỉnh Thyristor.
• Sơ đồ điều chỉnh điện áp ba pha và đồ thị điện áp khi θ > π/6.
VA
1

0

VB

VC

3

5

wt

θ
6

2

4

21


Hình II.2 : Sơ đồ điều chỉnh điện áp 3 pha.

22


Đồ thị điện áp.

• Các cuộn dây Stator của động cơ không đồng bộ là một dạng trở
kháng. Điện áp pha của lưới điện có biểu thức như sau:
VA=VmSinϕ
Điện áp dây của lưới điện.
VAB = 3Vm Sin(ϕ + π 6 )
VAC = 3Vm Sin(ϕ − π 6 )
VBC = 3Vm Sin(ϕ − π 2 )

Giá trị của điện áp trên tải mỗi pha phụ thuộc vào góc mở θ và góc lệnh
pha α, khi điều khiển đối xứng tức là các Thyristor đều có cùng góc mở θ
như nhau vì thế ở đây chỉ xét điện áp trên tải pha A.

• Như sơ đồ của đồ thị điện áp ta thấy rằng:
Cặp Thyristor Th1, Th6 sẽ cho dòng chảy qua khi VAB >0 và khi đã có
xung mở.
Cặp Thyristor Th1 ,Th6 sẽ cho dòng chảy qua khi VAC>0 và khi đã có
xung mở. Mỗi Thyristor đều có góc dẫn θ=π. Điện áp trên tải pha A.
Va= VmSinϕ.
Doøng ñieän ia =

Vm
Sin(ϕ −α)
Z

Khi Thyristor mở thì điện áp trên các đoạn O1,O2, O3,O4, O5,O6 là
Va=VmSinϕ
Trong khoảng O2O3
Va =

VAB
3
=
Vm Sin(ϕ +π 6 )
2
2

Trong khoảng O4O5
Va =

VAB
3
=

Vm Sin(ϕ −π 6 )
2
2

23


Trong khoảng O6O7 các Thyristor ở pha A sẽ bị khóa.

24


Nghiệm tổng quát của dòng điện ở mỗi đoạn có dạng như sau
in =

Trong đó

K nV

Sin(ϕ − α + β m ) + An e

R 2 + (wl) 2

−

R
(ϕ −θ m )
wl

n: số thứ tự đoạn.

3
2

K n = 2 hoaëc

An:Hằng số tích phân.
βm=0, π/6 hoặc -π/6 là các điểm mốc.
θn: góc mở Thyristor đoạn thứ n.
Vì giá trị của dòng ở đầu thứ n bằng giá trị của dòng ở cuối đoạn thứ n-1
nên hằng số tích phân có thể xác định được.
An = i( n −1) cuoái −

K nV
R 2 + (wl) 2

Sin(θ n − α + β m ).

Do tính chất phức tạp của quan hệ giữa sóng hài bậc một của
điện áp động cơ với góc θ và ϕ không biểu diễn bằng giải tích nên
thường dùng phương pháp đồ thị để dựng các đặc tính điều chỉnh, đồ thị
biểu diễn như hình vẽ sau:
Vb/V
1,0

300
400

0,8

500

600

0,6

Quan hệ giữa giá trị hiệu dụng của sóng
hài bậc 1 của điện áp Stator động cơ với
góc điều chỉnh θ và góc pha phụ tải của
động cơ không đồng bộ

700

800
900

0,4

1000

0,2

1100
0

100

300

ϕ
500 700 900

25