đồ án lý thuyết điều khiển tự động

ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

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 công nghiệp điện tử thì các thiết bị điện tử có
công suất lớn cũng được chế tạo ngày càng nhiều. Đặc biệt là các ứng dụng của nó
vào các ngành kinh tế quốc dân và đời sống hàng ngày đã và đang được phát triển
hết sức mạnh mẽ.

-

Tuy nhiên, để đáp ứng được nhu cầu ngày càng nhiều và phức tạp của công nghiệp
thì ngành điện tử công suất phải luôn nghiên cứu để tìm ra giải pháp tối ưu nhất.
Đặc biệt với chủ trương công nghiệp hóa – hiện đại hóa đất nước, các nhà máy, xí
nghiệp cần phải thay đổi, nâng cao công nghệ bằng cách đưa công nghệ điều khiển
tự động vào trong sản xuất. Do đó đòi hỏi phải có thiết bị và phương pháp điều
khiển an toàn, chính xác. Đó là nhiệm vụ mà nghành điện tử công suất cần phải
giải quyết.

-

Để giải quyết được vấn đề này, nhà nước ta cần có đội ngũ thiết kế đông đảo và đủ
năng lực. Sinh viên ngành Tự động hóa tương lai không xa sẽ đứng trong đội ngũ
này, do đó cần phải tự trang bị cho mình một trình độ và tầm hiểu biết sâu rộng.
Chính vì vậy, đồ án môn học Điện tử công suất là yêu cầu cấp thiết cho mỗi sinh
viên tự động hóa. Đó là bài kiểm tra khảo sát kiến thức tổng hợp của mỗi sinh viên

và cũng là điều kiện cho sinh viên tự tìm hiểu, nghiên cứu kiến thức về điện tử
công suất.

Mặc dù vậy, do kinh nghiệm thực tế chưa nhiều nên vẫn cần đến sự giúp đỡ và hướng
dẫn của thầy giáo. Qua đây, em xin được gởi lời cám ơn đến thầy Võ Quang Vinh tận
tình chỉ dẫn để em có thể hoàn thành đề án này.
Sinh viên thực hiện: Hoàng Văn Đạt
Quách Đức Đạt

1


ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

NHẬN XÉT CỦA GVHD:
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................

.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
2


ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU...........................................................................................................1
MỤC LỤC.................................................................................................................2
CHƯƠNG I : THIẾT KẾ SƠ ĐỒ MẠCH ĐỘNG LỰC
1.1 Đặt vấn đề..................................................................................................4
1.2 Chọn bộ biến đổi ........................................................................................
1.3 Sơ Đồ chỉnh lưu hình tia 2 pha..................................................................5

1.4 Mạch động lực...........................................................................................9
CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN
2.1 Phân tích, lựa chọn phương án điều khiển bộ biến đổi………………….9
2.2 Sơ đồ khối mạch tạo xung và thiết kế sơ đồ nguyên lý cho các khối…..15
CHƯƠNG 3 : TÍNH CHỌN THIẾT BỊ
3.1 Tính chọn thiết bị mạch động lực………………………………………18
3.2 Tính chọn thiết bị cơ bản mạch điều khiển……………………………..24
CHƯƠNG 4 : THUYẾT MINH NGUYÊN LÝ TOÀN HỆ THỐNG
4.1 Giới thiệu sơ đồ ………………………………………………………...29
4.2 Thuyết minh sơ đồ nguyên lý…………………………………………...30
CHƯƠNG 5 : MÔ PHỎNG

3


ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

CHƯƠNG I : THIẾT KẾ MẠCH ĐỘNG LỰC
1.1.Đặt vấn đề
Trong kĩ thuật điện có rất nhiều trường hợp yêu cầu biến đổi nguồn điện xoay chiều
thành nguồn điện áp một chiều và điều chỉnh điện áp một chiều đầu ra. Để thực hiện việc
này, người ta có nhiều cách khác nhau, ví dụ như dùng tổ hợp động cơ – máy phát, dùng
bộ chỉnh lưu nhưng phổ biến nhất và có hiệu suất cao nhất là sử dụng các sơ đồ chỉnh lưu
bằng các phần tử bán dẫn. Các sơ đò chỉnh lưu ( bộ biến đổi xoay chiều - một chiều ) là
các bộ biến đổi ứng dụng tính chất dẫn dòng một chiều của các phần tử điện tử bán dẫn
để biến đổi điện áp xoay chiều thành điện áp một chiều một cách trực tiếp.
Hiện nay các phần tử điện tử hầu như không được dùng trong các sơ đồ chỉnh lưu vì có
kích thước lớn, hiệu suất thấp. Các phần tử chủ yếu được sử dụng hiện nay là các
thyristor và các điôt bán dẫn. Các sơ đồ chỉnh lưu có nhiều dạng khác nhau, ví dụ như là
để điều chỉnh tốc đọ động cơ một chiều, cung cấp điện áp một chiều cho các thiết bị mạ

điện , điện phân, cung cấp điện áp một chiều cho các thiết bị điều khiển, các đèn phát
trung tâm và cao tần… Các sơ đồ chỉnh lưu cũng được dùng từ công suất rất nhỏ đến
công suất rất lớn.
1.2 Chọn bộ biến đổi :
•
•

Theo cách nối dây :Mạch chỉnh lưu hình tia
Theo số pha : tia 2 pha

Theo cách điều khiển : có điều khiển
1.3 Sơ Đồ chỉnh lưu hình tia 2 pha
a. Nhiệm vụ
BA là máy biến áp cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu, BA có nhiệm vụ như sau:

4


ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

Tạo ra hệ thống điện áp xoay chiều hai pha không có trong lưới điện công nghiệp.
BA có một cuộn sơ cấp được đặt điện áp nguồn xoay chiều một pha u1, hai cuộn dây thứ
cấp là W21 và W22 có số vòng bằng nhau và được đấu như hình
Như vậy trên W21 và W22 ta có các điện áp u21 và u22 thoả mãn quan hệ u21 = u22, đây là hệ
thống điện áp xoay chiều hai pha cần thiết.

5


ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

°

°

U1

BA

I1

U21

U22

I21

W21
W22
W1

6

I22

Ed


ωt
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

Đảm bảo sự cách ly về điện giữa mạch động lực của sơ đồ chỉnh lưu với nguồn điện áp
xoay chiều trong một số trường hợp cần thiết để đảm bảo an toàn cho người vận hành và
sửa chữa.
Các Thyristor T1, T2 biến điện áp xoay chiều thành một chiều
- Ed, Ld, Rd các phần tử phụ tải.

π

v1

v2

2π

v3

u21

2u21

b. Giản đồ dòng điện, điện áp của các phần tử .

uT1

0

7

ωt

0

ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

Hình 1.1 Giản đồ dòng áp, điện áp

c. Nguyên lí làm việc
Trường hợp tải có Ld = ∞ và cũng cho sơ đồ làm việc với một góc điều khiển là α
sơ đồ đã làm việc xác lập trước thời điểm bắt đầu xét (ωt=0), tại ωt=0 thì u21=0 và bắt đầu
chuyển sang dương.Tại ω=v1= α ta truyền xung điều khiển đến mở T1, giả thiết rằng
trước đó (ωt=0 đến ωt=v1) Thì trog sơ đồ có van T2 làm việc nên id=it2 và ud=u22 Vậy tại
v1 thì ut1=u21-u22=2u21>0, có đủ điều kiện để t1 mở.T1 đã mở xụt điên áp trên T1 bằng
không nên ta có điện áp chỉnh lưu tức thời ud=u21.Lúc này ut2=u22-u21=2u22<0 .Tức là do
T1 mở mà T2 bị đặt điện áp ngược, T2 khóa lại.Trong sơ đồ bây giờ chỉ có đúng van T1
làm việc, xuất hiện dòng điện từ đầu pha thứ nhất qua T1, qua phụ tải và quay về pha thứ
nhất thứ cấp máy biến áp BA. Ta có:
it1=id=Id
it2=i0 ut2=u22
8


ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

Đến thời điểm ωt= π thì u21=0 và bắt đầu chuyển sang âm,lúc đó u21 sẽ có tác dụng
ngược chiều dòng qua T1 và phụ tải làm cho phụ tải có xu hướng giảm, trong điện cảm có
sẽ xuất hiện S.đ.đ tự cảm để tiếp tucj duy trì dòng tải và với giả thiết Ld = ∞ thi như đã
biết: dòng tải không đổi vậy trong khoảng tiếp theo thì T1 vẫn dẫn dòng nên các quan hệ
vẫn như đã nêu

Tại ωt=v2= π+ α van T2 có tín hiệu điều khiển và uT2=2u22,khi có điện áp trên T1
sẽ là: UT1=2u21<0, tức là T1 bị đặt điện áp ngược và khóa lại, trong giai đoạn này ta có :
iT1=0;

iT2=id=Id

uT1=2u21;

uT2=0

Đến thời điểm wt=2π thì u22=0và bắt đầu chuyển sáng âm, lúc đó u22 sẽ có tác
dụng ngược chiều qua dòng T2 và phụ tải làm cho dòng tải có xu hướng giảm, trong điện
cảm phụ tải sẽ xuất hiện s.đ.đ tự cảm để tiếp tục duy trì dòng tải tương tự như wt= π đến
wt=v2= π+ α .Vậy trong khoảng tiếp theo thì T2 vẫn dẫn dòng nên các quan hệ vẫn như
giai đoạn từ wt=v2= π+ α đến wt=2π
Tại wt=v3 thì T1 lại có tín hiệu điều khiển và uT1>0 nên T1 lại mở,sơ đồ lặp lại
trạng thái như từ wt=v. Giai đoạn từ wt=0 đến wt=v1cũng giống như gia đoạn wt=2π đến
wt=v3
Với trường hợp này ta có thể tóm tắt sự hoạt động của sơ đồ như sau:

o

ωt= 0 ÷ ωt = v1 và ωt= v2÷ ωt=v3 T2 dẫn dòng: ud = u22

iT1 =0;
o

iT2=id=Id ;

iT1= 2 u21; uT2 =0;

ωt = v1 ÷ ωt = v2 và từ ωt = v3… T1 dẫn dòng: ud = u21
Dòng điện các cuộn dây thứ cấp BA bằng dòng các van:
I21=iT1;i22=I22
Dòng điện quận dây sơ cấp BA:
I1=(i21-i22)/kba=(iT1-iT2)/kba
Đồ thì dòng, áp được biểu diễn trên hình 1.1

d. Các biểu thức tính toán cơ bản

Ud=Udocosα
9


ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

Udo=(2 2 / π).U2=0.9.U2
Trong đó U2 là giá trị hiệu dụng của điện áp một pha bên thứ cấp BA
iTtb=id/2 ; iT=id/ 2
UTthmax=UTngmax=2 2 U2
i2=id/ 2 ; i1=id/(kba 2 )
1.4 Mạch động lực

CHƯƠNG 2.THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN
* Ở chương trước chúng ta đã nghiên cứu sự hoạt động của sơ đồ mạch động lực
bộ biến đổi có điều khiển dùng các thyristor. Để các van của bộ chỉnh lưu có thể mở tại
các thời điểm mong muốn thì ngoài điều kiện hiện tại thời điểm đó ta vẫn phải có điện áp
thuận đặt lên A, K thì trên điện cực điều khiển (tín hiệu điều khiển). Để có tín hiệu điều
khiển xuất hiện đúng theo yêu cầu mở van đã nêu, người ta sử dụng một mạch điện tạo ra
các tín hiệu đó được gọi là mạch điều khiển hay hệ thống điều khiển bộ chỉnh lưu. Điện

áp điều khiển của các thyristor phải đáp ứng được các yêu cầu cần thiết về công suất,
10


ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

cũng như thời gian tồn tại. Do đặc điểm của thyristor là khi van đã mở thì việc còn tín
hiệu điều khiển hay không điều khiển ảnh hưởng đến dòng qua van, vì vậy để hạn chế
công suất của mạch phát tín hiệu người ta thường tạo ra các tín hiệu điều khiển thyristor
có dạng các xung, do đó mạch điều khiển còn được gọi là mạch phát xung điều khiển.
* Các hệ thống phát xung điều khiển bộ
chỉnh lưu hiện đang sử dụng có thể phân ra làm 2 nhóm:
+ Nhóm các hệ thống điều khiển đồng bộ
+ Nhóm các hệ thống điều khiển không đồng bộ
Nhóm các hệ thống điều khiển đồng bộ được sử dụng phổ biến nhất hiện nay. Đây
là nhóm các hệ thống điều khiển mà các xung điều khiển xuất hiện trên điện cực điều
khiển các thyristor đúng thời điểm cần mở van và lặp đi lặp lại mang tính chất chu kỳ với
chu kỳ thường bằng chu kỳ mạch xoay chiều cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu.
* Các hệ thống điều khiển đồng bộ thường được sử dụng hiện nay bao gồm:
+ Hệ thống điều khiển chỉnh lưu theo nguyên tắc khống chế pha đứng
+ Hệ thống điều khiển chỉnh lưu theo nguyên tắc khống chế pha ngang
+ Hệ thống điều khiển chỉnh lưu dùng điôt 2 cực gốc.
2.1. Phân tích, lựa chọn phương án điều khiển bộ biến đổi:
* Ở chương trước chúng ta đã nghiên cứu sự hoạt động của sơ đồ mạch động lực bộ biến
đổi có điều khiển dùng các thyristor. Để các van của bộ chỉnh lưu có thể mở tại các thời
điểm mong muốn thì ngoài điều kiện hiện tại thời điểm đó ta vẫn phải có điện áp thuận
đặt lên A, K thì trên điện cực điều khiển (tín hiệu điều khiển). Để có tín hiệu điều khiển
xuất hiện đúng theo yêu cầu mở van đã nêu, người ta sử dụng một mạch điện tạo ra các
tín hiệu đó được gọi là mạch điều khiển hay hệ thống điều khiển bộ chỉnh lưu. Điện áp
điều khiển của các thyristor phải đáp ứng được các yêu cầu cần thiết về công suất, cũng

như thời gian tồn tại. Do đặc điểm của thyristor là khi van đã mở thì việc còn tín hiệu
điều khiển hay không điều khiển ảnh hưởng đến dòng qua van, vì vậy để hạn chế công
suất của mạch phát tín hiệu người ta thường tạo ra các tín hiệu điều khiển thyristor có
dạng các xung, do đó mạch điều khiển còn được gọi là mạch phát xung điều khiển.

11


ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

* Các hệ thống phát xung điều khiển bộ chỉnh lưu hiện đang sử dụng có thể phân
ra làm 2 nhóm:
+ Nhóm các hệ thống điều khiển đồng bộ
+ Nhóm các hệ thống điều khiển không đồng bộ
Nhóm các hệ thống điều khiển đồng bộ được sử dụng phổ biến nhất hiện nay. Đây
là nhóm các hệ thống điều khiển mà các xung điều khiển xuất hiện trên điện cực điều
khiển các thyristor đúng thời điểm cần mở van và lặp đi lặp lại mang tính chất chu kỳ với
chu kỳ thường bằng chu kỳ mạch xoay chiều cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu.
* Các hệ thống điều khiển đồng bộ thường được sử dụng hiện nay bao gồm:
+ Hệ thống điều khiển chỉnh lưu theo nguyên tắc khống chế pha đứng
+ Hệ thống điều khiển chỉnh lưu theo nguyên tắc khống chế pha ngang
+ Hệ thống điều khiển chỉnh lưu dùng điôt 2 cực gốc.
2.1. Phân tích, lựa chọn phương án điều khiển bộ biến đổi
1. Mạch điều khiển bộ chỉnh lưu theo nguyên tắc khống chế pha ngang
a. Nội dung phương pháp:
Để tạo xung điều khiển cho các van chỉnh lưu trước trên người ta tạo ra các tín
hiệu điều khiển hình sin có tần số bằng tần số xung điều khiển các thyristor tức là bằng
tần số nguồn cung cấp xoay chiều và có biên độ không đổi. Có xung điều khiển các van
sẽ được tạo ra tại các thời điểm bằng không và bắt đầu chuyển sang dương của các điện
áp điều khiển hình sin đã nêu. Việc thay đổi giá trị góc điều khiển được thực hiện bằng

cách thay đổi góc pha của các điện áp điều khiển hình sin.
Như vậy đối với hệ thống điều khiển này thì việc trước tiên ta phải tạo ra được bộ
điện áp điều khiển hình sin với biên độ không đổi và góc pha điều khiển được. Để thực
hiện nhiệm vụ này, hiện nay người ta sử dụng các sơ đồ cầu dịch pha dùng điện trở, tụ
điện (cầu R – C) hoặc điện trở, điện cảm (cầu R – L). Khi đã có dạng điện áp điều khiển
hình sin như đã nêu thì việc tạo ra các xung điều khiển cho các thyristor tại những thời
điểm bằng không và bắt đầu chuyển sang dương của các điện áp hình sin có thể thực hiện
bằng nhiều sơ đồ khác nhau, đơn giản nhất là dùng các điôt, ngoài ra có thể sử dụng
12


ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

mạch biến đổi tương tự, số bằng vi mạch. Sau khi đã có các xung xuất hiện đúng thời
điểm cần thiết thì tuỳ thuộc vào dạng và công suất xung đã có và xung yêu cầu cần có mà
ta có thể sử dụng các mạch của xung và khuếch đại xung.
* Một hệ thống điều khiển theo pha ngang thường bao gồm 5 khối cơ bản sau:
+ Khối 1: Khối đồng bộ hoá phát xung răng cưa (đồng bộ hoá và phát sóng răng
cưa).
+ Khối 2: Khối dịch pha
+ Khối 3: Khối tạo xung
+ Khối 4: Khối khuếch đại xung
+ Khối 5: Khối điện áp điều khiển được đưa vào.
Khối đồng bộ hoá thường tạo ra điện áp hình sin có lệch pha cố định so với điện
áp tựa.
Khối dịch pha có nhiệm vụ thay đổi góc mở á của điện áp theo tác động của điện
áp điều khiển xung điều khiển được tạo ra ở khâu tạo xung vào thời điểm khi điện áp dịch
pha qua điểm không. Xung này nhờ khâu khuếch đại xung tăng đủ công suất gửi tới cực
điều khiển của van. Như vậy góc mở á hay thời điểm phát xung mở của van thay đổi
được là do sự tác động của điện áp điều khiển làm cho điện áp dịch pha di chuyển theo

chiều ngang của trục thời gian. Vì vậy ta gọi phương pháp này là phương pháp khống chế
theo pha ngang.
* Ưu nhược điểm của phương pháp điều khiển bộ chỉnh lưu theo nguyên tắc
khống chế pha ngang: phương pháp này có ưu điểm là hệ thống hoạt động ổn định, thực
hiện dễ dàng. song nhược điểm là phạm vi thay đổi góc mở á không rộng, rất nhạy với sự
thay đổi dạng của điện áp nguồn, khó tổng hợp nhiều tín hiệu điều khiển nên rất ít được
sử dụng.
b. Hệ thống điều khiển dùng điôt hai cực gốc (còn gọi là tranzitor một tiếp
giáp UJT).
* Nội dung của phương pháp điều khiển điôt hai cực gốc

13


ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

Phương pháp này tạo ra các xung nhờ việc so sánh giữa điện áp răng cưa xuất hiện
theo chu kỳ nguồn xoay chiều với việc điều chỉnh sự mở của điôt hai cực gốc (tranzito
một tiếp giáp UJT).
* Ưu nhược điểm của phương pháp:
Phương pháp này có ưu điểm là: Mạch tương đối đơn giản, xung ra đủ để mở các
thyristor có công suất nhỏ.
Nhược điểm của phương pháp này là: góc mở á có phạm vi điều chỉnh hẹp, vì
ngưỡng mở của tranzitor một tiếp giáp UJT phụ thuộc vào điện áp lưới mạch thường đưa
ra những xung điều khiển gây tổn thất phụ trong mạch điều khiển.
c. Hệ thống điều khiển theo nguyên tắc khống chế pha đứng.
* Sơ đồ khối hệ điều khiển theo pha đứng:

Khối 1
u1

ĐBH

khối 2

khối 3

urc

FSRC

SS

khối 4
TX

khối 5
PCK

Uđk
°

- Khối 1: Khối đồng bộ hoá.
- Khối 2: Khối tạo ra điện áp tựa, tạo ra điện áp dưới dạng sóng răng cưa.
- Khối 3: Khối so sánh, so sánh điện áp tựa với điện áp điều khiển.
- Khối 4: Khối tạo xung
- Khối 5: Khối phân chia xung
+ u1 – là điện áp lưới(nguồn) xoay chiều cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu.
+ urc – là điện áp tựa thường có dạng hình răng cưa lấy từ đầu khối ĐBH – FSRC.
+ uđk – là điện áp điều khiển, đây là điện áp một chiều được đưa từ ngoài và để

điều khiển giá trị góc á.

14


ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

+ uđKt – là điện áp điều khiển thyristor, là chuỗi các xung điều khiển lấy từ đầu ra
hệ điều khiển( cũng là đầu ra khối tạo xung), và được truyền đến điện cực điều khiển( G)
và katot(K) của thyristor.
* Nguyên lý cơ bản của hệ điều khiển theo nguyên tắc khống chế pha đứng.
Tín hiệu điện áp cung cấp cho mạch động lực bộ chỉnh lưu được đưa đến mạch
đồng bộ hoá của khối 1 và trên đầu ra của mạch đồng bộ ta có các điẹn áp thường có
dạng hình sin với tần số bằng tần số điện áp nguồn cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu và trùng
pha hoặc lệch pha một góc pha xác định so với điện áp nguồn. Điện áp này được gọi là
điện áp đồng bộ và được ký hiệu là: uđb.
Các điện áp đồng bộ được đưa vào mạch phát điện áp răng cưa để khống chế sự
làm việc của mạch điện này kết quả là trên đầu ra mạch phát điện áp răng cưa ta có một
hệ thống các điện áp dạng hình răng cưa đồng bộ về tần số, về góc pha các điện áp đồng
bộ. Được gọi là điện áp răng cưa urc. Các điện áp răng cưa được đưa vào khối so sánh và
ở đó còn một tín hiệu khác nữa là điện aps điều khiển, điều chỉnh được và người ta đưa từ
ngoài vào, hai tín hiệu này đợc mắc vào cực tính sao cho tác động của chúng lên mạch
vào khối so sánh là ngợc chiều nhau. Khối so sánh làm nhiệm vụ so sánh hai tín hiệu này
và tại những thời điểm hai tín hiệu này có giá trị tuyệt đối bằng nhau thì đầu ra của khối
so sánh sẽ thay đổi trạng thái. Như vậy khối so sánh là một mạch điện hoạt động theo
nguyên tắc biến đổi tương tự – số. Do tín hiệu ra của mạch so sánh là dạng tín hiệu số
nên chỉ có hai giá trị có hoặc không. Tín hiệu trên đầu ra khối so sánh là các xung xuất
hiện với chu kỳ bằng chu kỳ của urc. Nếu thời điểm bắt đầu của một xung nằm trong vùng
sườn xung nào của urc thì sườn xung ấy của u rc được gọi là sườn sử dụng. Điều này có
nghĩa rằng: tại thời điểm

u rc = u dk

ở phần sườn sử dụng trong một chu kỳ của điện áp

răng cưa thì trên đầu ra khối so sánh sẽ bắt đầu xuất hiện một xung điện áp. Từ đó ta
thấy: có thế thay đổi thời điểm xuất hiện của xung đầu ra khối so sánh bằng cách thay đổi
giá trị của uđk khi giữa nguyên dạng urc. Trong một số trường hợp thì xung ra từ khối so
sánh được đưa đến điện cực điều khiển của thyristor, nhưng trong đa số các trường hợp
thì tín hiệu ra khối so sánh chưa đủ các yêu cầu cần thiết đối với tín hiệu điều khiển
thyristor. Để có tín hiệu đủ yêu cầu người ta thực hiện việc khuếch đại, thay đổi lại hình
dạng của xung...v v. Các nhiệm vụ này được thực hiện bởi một mạch điện gọi là mạch tạo
15


ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

xung( TX), cuối cùng trên đầu ra khối tạo xung ta có chuỗi xung điều khiển (u đkT), có đủ
các thông số yêu cầu về công suất, độ dài, độ dốc mặt đầu của xung …v v. Nhưng thời
điểm bắt đầu xuất hiện của các xung thì hoàn toàn trùng với thời điểm xuất hiện xung
trên đầu ra khối so sánh. Vậy thời điểm xuất hiện của tín hiệu điều khiển trên điện cực
điều khiển và katot của thyristor cũng chính là thời điểm xuất hiện xung đầu ra khối so
sánh, tức là khối so sánh đóng vai trò xác định giá trị góc điều khiển á.
* Ưu nhược điểm của phương pháp:
Hệ thống này có nhược điểm là khá phức tạp song có những ưu điểm nổi bật:
Khoảng điều chỉnh góc mở á là rộng, ít phụ thuộc vào sự thay đổi của điện áp nguồn, dễ
tự động hoá. Mỗi chu kỳ điện áp anot của thyristor chỉ có một xung đưa đến mở nên giảm
tổn thất trong mạch điều khiển. Do đó phương pháp này được sử dung rông rãi.
* Tóm lại: Từ các phân tích trên ta thấy rằng phương pháp điều khiển chỉnh lưu
theo nguyên tắc khống chế pha đứng là ưu điểm hơn cả. Vì vậy ở đây ta chọn phương

pháp này để điều khiển chỉnh lưu. Để cấp xung điều khiển cho bộ chỉnh lưu hình cầu một
pha ta thiết mạch điều khiển gồm hai kênh tạo xung, hai kênh tạo xung này giống hệt
nhau chỉ khác nhau tín hiệu điện áp lưới
Sau đây ta thiết kế cho một kênh tạo xung, kênh còn lại tương tự.

2.2.Sơ đồ khối mạch tạo xung và thiết kế sơ đồ nguyên lý cho các khối.
Sơ đồ khối mạch tạo xung theo phương pháp khống chế pha đứng như ta đã phân tích ở

trên.

16


ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

1. Khối đồng bộ hoá và phát xung răng cưa.
a. Mạch đồng bộ hoá

-

Có nhiệm vụ tạo điện áp lực tựa Urc ( thường gặp là điện áp dạng răng cưa
tuyến tính ) trùng pha với điện áp Anod của Tiristo.
b. Khối so sánh:
Để tạo ra một hệ thống các xung xuất hiện cùng chu kỳ với chu kỳ
của điên áp răng cưa và điều khiển được thời điểm xuất hiện của mỗi xung
ta sử dụng các mạch so sánh .Có nhiều mạch so sánh khác nhau nhưng phổ
biến nhất hiện nay là các sơ đồ dùng tranzitor và KĐTT bằng vi điện tử.
Trong các sơ đồ so sánh thường coa 2 tín hiệu vào là điện áp răng cưa lầy từ
đầu ra mạch ĐBH- FSRC(urc) và điện áp điều khiển một chiều (u đk).Hai điệ
áp này được mắc sao cho tác dụng của chúng đối với đầu vào mạch so sánh

là ngược nhau.Có 2 cách nối các điện áp này trên đầu vào mạch so sánh là:
+ Nối nối tiếp urc và uđk gọi là tổng hợp nối tiếp
+ Nối song song qua các điện trở tổng hợp gọi là tổng hợp song
song.
Ta xét một số sơ đồ thường dùng sau:
17


ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

•

Khâu Tạo Xung :
• Có nhiệm vụ tạo xung phù hợp để mở tisistor. Xung mở Tiristo có yêu
cầu : sườn trước dốc thẳng đứng ,để đảm bảo yêu cầu Tiristo mở tức
thời khi có xung điều khiển ( thường gặp loại xung là xung kim hoặc
xung chữ nhật ,đủ độ rộng với độ rọng xung lớn hơn thời gian mở của
Tisito , đủ công suất ,cách ly giữa mạch điều khiển với mạch động lực )

Hợp 3 khâu đồng pha so sánh tạo xung sẽ tạo 1 chùm xung điều khiển

18


ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

Đây là Thiết kế BBĐ xoay chiều một chiều tự động duy trì điện áp ra theo
lượng đặt trước

CHƯƠNG 3. TÍNH CHỌN THIẾT BỊ

19


ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

* Ý nghĩa của việc tính chọn linh kiện – thiết bị.
Trong kỹ thuật việc tính chọn thiết bị điện có ý nghĩa rất quan trọng nó quyết định
có đưa hệ thống vào làm việc hay không. Nếu chọn thiết bị có công suất lớn hơn yêu cầu
sẽ gây lãng phí về thiết kế dẫn đến giá thành cao. Còn nếu chọn thiết bị có công suất nhỏ
hơn yêu cầu thì dẫn đến hệ thống luôn làm việc trong tình trạng quá tải làm giảm tuổi thọ
của hệ thống hoặc phá hỏng hệ thống. Việc tính chọn thiết bị thiếu chính xác thì hệ thống
có thể làm việc kém chất lượng hoặc không làm việc. Vì vậ tính chọn thiết bị phải đáp
ứng các yêu cầu sau:
Về mặt kỹ thuật: phải đảm bảo yêu cầu công nghệ và các thông số phù hợp với
thiết bị, đảm bảo cho hệ thống làm việc ổn định lâu dài đặc biệt là độ tin cậy cao.
Về mặt kinh tế: các thiết bị được chọn trong khoảng thoả mãn các yêu cầu kỹ thuật
phải đảm bảo có chi phí mua sắm hợp lý sao cho tiết kiệm.
3.1. Tính chọn thiết bị mạch động lực.
1. Tính chọn máy biến áp động lực.
Máy biến áp để tạo ra điện áp phù hợp cho bộ biến đổi, do mạch động lực sử dụng
sơ đồ cầu một pha nên ta dùng máy biến áp một pha với điện áp định mức phía sơ cấp là:
u1 = 220 (v)
* Điện áp thứ cấp MBA:
+ Phương trình cân bằng điện áp khi có tải:
udo .
uv + u dn + uba.
min = ud + 2
cos α
∆
∆

∆
Trong đó:

α
∆
∆
∆

min

= 10 0 là góc dự trữ khi có sự suy giảm điện lưới.

uv = 2(v) là sụt áp trên thyristor.
udn = 0 là sụt áp trên dây nối.
uba =

∆

ur +

∆

ux là sụt áp trên điện trở và điện kháng MBA, chọn sơ bộ

∆

uba =

6% .ud = 6%. 220 = 13,2(v).
Từ phương trình cân bằng điện áp khi có tải ta có:

20


ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

udo =

U d + 2∆U v + ∆U dn + ∆U ba
cos α min

=

220 + 2.2 + 0 + 13, 2
cos100

= 239,03(v)

Công suất tối đa của tải:
Pdmax = udo . Id = 239,03.15 = 3585,4(w)
Công suất biểu kiến của MBA:
S = Ks . Pdmax
Ks: là hệ số công suất, sơ đồ cầu một pha tra được Ks = 1,23
Vậy ta có:
S = 1,23 .3585,4 = 4410,04 (VA)
= 4,41004 (KVA)
Điện áp thứ cấp máy biến áp:
u2f =
=
= 265,36(v)
U do 239, 03

2 2
Ku
π
Ku – là hệ số điện áp, với sơ đồ cầu một pha ta tra được: Ku =

.
2 2
π

Dòng điện hiệu dụng thứ cấp MBA.
I1 = kba . I2 =
. I2 =.15 = 18,09 (A)
U2
U1
Máy biến áp được chọn theo điều kiện:
Sđm Stt
≥
I1đm
I2đm
u2đm

≥
≥
≥

I1
I2
u2

Dựa vào số liệu vừa tính toán ta chọn MBA:

21


ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

Sđm(KVA)
4,41004

u1đm(v)
220

u2đm(v)
265,36

I1đm(Â)
15

I2đm(A)
18,09

KBA
0,6

Điện trở của MBA qui đổi về phía thứ cấp được xác định một cách gần đúng như
sau:
Rba . I2đm = (0,04 ÷ 0,05) u2đm.
Chọn Rba . I2đm = 0,04 u2đm
Rba =

⇒

0, 04 . U 2dm
I 2dm

=

0, 04.265,36
15

= 0,707(

Ω

)

Điện cảm của MBA (Lba) qui đổi về phía thứ cấp được xác định gần đúng như sau:
Thông thường máy biến áp động lực có:
uN% = (8 ÷ 10); ta chọn uN% = 8
uN =
=
= 17,6(v)
⇒
8.U d
8.220
100

ZN =

⇔

⇔

⇒

⇒

U2N
I dm
U2N
I 2 dm

L2ba =

UN
I dm

100

=
R 2 ba + ( Lba .ω ) 2

= R2ba + (Lba .

= R2ba + (Lba .

U2N
I 2 dm .U 2

–

ω

)2

ω

)2

R 2 ba
ω2

Lba =

= 2,97.10 -3(H)

=
U
I

2
dm

2
N

.U

2

−

2

R ba
ω2

17, 62
0, 702
−
152.3142 3142

22


ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

2. Tính chọn các van chỉnh lưu.
Các van được chọn cần thoả mãn các yêu cầu sau:
Điều kiện về dòng điện.
[Itb] KIt . ITmax
≥
Điều kiện về điện áp.
uTng max KUT . uTng max
≥
= KU .

2

u2

Chọn theo điều kiện dòng điện
Giá trị dòng trung bình phải ứng với dòng tải của hệ thống.
ITtb Ki.ITtb max
≥
ITtb Ki.
= 2,5.
= 18,75(A)
15
≥
Id

2

2

Ki là hệ số dự trữ dòng điện ( KIt =1,5 ÷ 4), ta chọn KIt = 2,5
Như vậy ITtb 18,75(A)
≥
Chọn theo điều kiện điện áp
Điện áp ngược đặt lên T là:
ung max KU.
u2 = 2.
2
≥

2

.265,36 = 750,55 (v)

KU là hệ số dự trữ điện áp lấy trong khoảng (1,5 ÷ 2,5)

Ta lấy KU = 2
[ITi] ITitb
≥
[ungTi]

≥

uTing max

23


ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

Vậy ta chọn Ti theo thông số sau:
Ký
hiệu

unmax
(v)

T35N50
0
BOF

500

Iđmmax IpiKma
(A)
x

(A)
35

1100

Igmax
(A)

ugmax
(v)

Ihmax
(A)

Irmax
(A)

Äuma
x
(v)

120
m

1,4

200
m

20m

2

du
dt

(v/s
)
100
0

Tcm
(s)

Tmax
°C

120

125

Trong đó:
Iđmmax - dòng điện làm việc cực đại
IpiKmax - dòng điện đỉnh cực đại
Ihmax - dòng điện tự giữ
Irmax - dòng rò
Igmax - dòng điện xung điều khiển
ugmax - điện áp xung điều khiển
Äumax – sụt áp trên T ở trạng thái dẫn
- đạo hàm điện áp

du
dt

Tcm - thời gian chuyển mạch ( mở và khoá)
Tmax- nhiệt độ làm việc cực đại
3. Tính chọn cuộn kháng san bằng:
Cuộn kháng được mắc nối tiếp với tải của bộ chỉnh lưu. Nó có nhiệm vụ ngăn
chặn các thành phần dòng điện xoay chiều bậc cao từ bộ biến đổi sang tải nhờ cảm kháng
XL =

ω

L.

24


ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

Ngoài ra nó góp phần duy trì dòng điện qua tải là liên tục khi bộ biến đổi làm việc
ở chế độ gián đoạn.
*Cuộn kháng được chọn phải đảm bảo các yêu cầu sau:
- Đảm bảo cho bộ chỉnh lưu làm việc liên tục trong một giới hạn cho phép .
- Hạn chế dòng xoay chiều bậc cao không quá (3 ÷ 5) % Iđm.
- Cảm kháng: L =
= Lt + LCK
∑

2U12
m.ω.I0

Trong đó:
m = 1 là tần số đập mạch của điện áp chỉnh lưu trong một chu kỳ nguồn xoay
chiều với sơ đồ hình cầu một pha.
= 314 là vận tốc góc của điện áp nguồn

ω

I0 = 5% Iđm là dòng không tải lý tưởng
u12 là biên độ sống hài cơ bản của điện áp chỉnh lưu
u12 =
1
π

π
+α
2

∫

U 2 cos ω t + cos ωt )d ωt

π
− +α
2

u12 =

Cho = thì.
u12 =

1
π

1
π

(- 265,36 sin

(-265,36 . sin

ω

ω

t

π
+α
2
π
− +α
2

t

− sin ωt

)=
3π

2
π
2

− sin ω t

3π
2
π
2

1
π

π
+α
2
π
− +α
2

)

( 7864+0,29 ) = 25,02 (V)

Vậy ta có:
L

∑

=

= 0,15(H)
2.25, 02
35, 38
=
314.0, 05.15 235,5

25