Xây dựng mô hình mô phỏng cầu chỉnh lưu Thyristor 3 pha đối xứng

KHOA ĐIỆN
BỘ MÔN LÝ THUYẾT
---------0&0--------BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC LÝ THUYẾT MÔ HÌNH HÓA
VÀ MÔ PHỎNG
Sinh viên thực hiện: Lê Quang Thăng.
Lớp: K9Z-Điện,Điện Tử.
Giáo viên hướng dẫn:Nguyễn Thị Ngọc Xuân.
Đề tài : Xây dựng mô hình mô phỏng cầu chỉnh lưu Thyristor 3 pha đối xứng:
I .Giới thiệu chung về chỉnh lưu cầu 3 pha Thyristor 3 pha đối xứng:
1 Thyristor : ( SCR- SILICON CONTROLLED RECTIFIER )

Hình 1.1:Cấu tạo của Thyristor.
1.1 Cấu tạo (Hình 1.1) :
Thyristor gồm 3 lớp PN nối vào mạch ngoài thông qua 3 cổng : điện cực A
(Anode) ,điện cực C (Cathode) , điện cực G (Gate) . Về mặt lý thuyết tồn tại
cấu trúc Thyristor NPNP và PNPN , nhưng trong thực tế chỉ phát triển loại
SCR PNPN . Sơ đồ thay thế của SCR bằng Transistor_BJT được trình bày như
hình vẽ trên . Giả sử điện áp A dương hơn so với điện áp đặt vào cực K của
SCR đồng thời đưa 1 xung dòng I G vào cực G , K transistor NPN dẫn . Dòng
điện dẫn tiếp tục qua cực E – B của Transistor PNP .Các transistor này tiếp tục
dẫn ngay cả dòng iG xuống bằng không .Dòng qua Colector của transistor này
đồng thời qua cực Badơ của transistor thứ hai .Dòng qua colector của transistor
này cũng chính là dòng qua Badơ của transistor khác .Các transistor này sẽ
cùng nhau duy trì trạng thái đóng.

Lê Quang Thăng-Lớp K9Z-Điện,Điện tử.

1


Các tính chất và trạng thái cơ bản :

Nếu SCR bị ngắt thì hiệu điện thế giữa A và K có thể dương tức là SCR
có thể bị ngắt hoặc có thể điện áp âm hơn so với so với K => trạng thái nghịch.
Để SCR chuyển từ trạng thái khóa sang trạng thái mở cần thỏa mãn hai
điều kiện :
+Hiệu điện áp giữa A và K là dương.
+Có xung kích mở (dòng kích mở iG ) > 0.
Hiện tượng ngắt ở SCR:Quá trình chuyển từ trạng thái mở sang trạng thái
khóa => Quá trình này gồm hai giai đoạn :
+Giai đoạn 1: Giai đoạn làm dòng thuận triệt tiêu bằng cách tay đặt một
điện áp âm vào hai cực A-K.
+Giai đoạn 2: Giai đoạn khôi phục khả năng khóa của SCR . Sau khi dòng
thuận bị triệt tiêu , cần có một khoảng thời gian để chuyển SCR về trạng thái
khóa chắc chắn .
Đặc tính VA :
Đặc tính VA ngõ ra: Quan hệ giữa điện áp và dòng điện đi qua giữa hai
cực tính A – K của SCR được trình bày ở hình 1.2 như sau :

Hình 1.2:Đặc tính VA của ngõ ra.
Đặc tính ngõ vào quan hệ giữa điện áp và dòng điều khiển đưa vào
chân G.Đặc tính VA gồm 3 nhánh :
+,Nhánh thuận (1) : SCR ở trạng thái mở .Độ sụt áp giữa A-K nhỏ
không đáng kể.
+,Nhánh nghịch (3) : Giống như Diode.
+,Nhánh khóa (2) : ứng với trạng thái khóa .Nếu dòng i G = 0 thì nhánh
khóa tương tự như nhánh nghịch thay vì điện trở r R thì ở đây là điện trở rD
(differential block resistance) .Tương tự ta có điện áp đóng UB0 thay vì UBR .

Lê Quang Thăng-Lớp K9Z-Điện,Điện tử.

2

Khi điện áp đạt tới U B0 SCR không bị phá hỏng mà sẽ bị đóng (chuyển
từ trạng thái khóa sang trạng thái mở ) . Khi i G thay đổi , tùy thuộc vào độ lớn
của iG mà điện thế khóa thay đổi theo (điện thế khóa giảm khi i G tăng).
Hiện
tượng SCR dẫn điện do tác dụng điện vượt quá U B0 (iG =0) là sự cố gây ra do
độ quá điện áp xuất hiện trên lưới . Thông thường ,ta đóng xung dòng qua
mạch G_K .Điện trở thuận rT và điện áp thuận UT0 được định nghĩa tương tự
như trường hợp của diode .Khác với diode ,các nhánh thuận không bắt đầu với
từ góc mở Zero của hệ trục mà bắt đầu từ giá trị i H (holding current) dòng duy
trì ở trạng thái dẫn .Nếu giá trị dòng giảm nhỏ hơn i H thì SCR trở về trạng thái
khóa ,ngay sau khi đóng SCR trước khi dòng cổng i G tắt ,đòi hỏi dòng thuận
phải đạt đến hoặc vượt hơn giá trị dòng chốt iL , iL > iH

Hình 1.3.Xung dòng kích mở SCR.
Để đóng SCR thì khoảng đầu mỗi xung dòng kích phải có giá trị
đủ lớn.Dạng xung dòng thường sử dụng để kích mở SCR có dạng như trên
hình1.3. Do tính chất của lớp nghịch không tốt nên không được phép để xuất
hiện trên nó một điện thế âm dù chỉ rất nhỏ .Khi SCR đang ở trạng thái nghịch
việc kích vào cổng G sẽ làm tăng dòng nghịch một cách vô ích .Các xung điều
khiển được truyền đến SCR nhờ các BAX ( biến áp xung) .Nhiệm vụ của nó là
cách li mạch nguồn và mạch điều khiển . Khi sử dụng các biến áp xung ,càn
phải giải quyết vấn đề làm tắt nhanh dòng từ hóa khi xung bị ngắt nếu không
thì dòng từ hóa không ngừng tăng lên sau mỗi lần đưa xung vào ) và vấn đề
bảo vệ lớp cổng của SCR trước điện áp nghịch.
Các tính chất động :
Tác dụng điện áp khóa UV (hoặc UD) ; về bản chất đó là tác dụng của điện áp
nghịch lên lớp bán dẫn .Lúc đó nó hoạt động như một tụ điện điện áp của nó
phụ thuộc vào điện dung của tụ và phụ thuộc điện áp đặt vào:

iC =

dU
d(C.U V )
dC
=U V .
+C. y
dt
dt
dt

Lê Quang Thăng-Lớp K9Z-Điện,Điện tử.

3


Theo phương trình trên , dòng iC đạt giá trị lớn khi

dU y
dt

giả sử C=const.

Bởi vì một đường dẫn của iC trùng với đường dẫn của mạch kích cổng nên có
tác dụng như đóng kích và làm đóng SCR ngoài ý muốn . Vì thế người ta giới
 du V 
÷
 dt max

hạn độ dốc của uV đến giá trị : Su crit = 

Việc đóng SCR không xảy ra khi xung dòng i G vào cổng . Đầu tiên dòng
dẫn iV đi qua một phần nhỏ của tiết diện của SCR ở chỗ nối với cổng G .
Sau đó diện tích dẫn này tăng dần lên của tiết diện phiến bán dẫn , điện áp khóa
giảm dần . Đối với SCR thông thường thời gian đóng điện tgt ở trong khoảng
(3÷10µs) . Kho dòng iV tăng quá nhanh chỉ có phần nhỏ tiết diện xung quanh
cực G dẫn điện và dẫn đến quá tải , có thể làm tăng nhiệt độ lên đến giá trị phá
hỏng linh kiện . Vì thế độ tăng của dòng iV được giới hạn bởi :
 di 
Si crit =  V ÷
 dt max

Quá trình ngắt SCR được trình bày ở hình 1.4 :

Lê Quang Thăng-Lớp K9Z-Điện,Điện tử.

4


Hình 1.4 .Quá trình ngắt SCR.
Giai đoạn đầu diễn ra tương tự như ngắt đối với Diode . Thời gian
phục hồi tính nghịch trr điện tích chuyển mạch Qr (lớn hơn đối với SCR) .
Sau thời gian phục hồi điện trở nghịch của các lớp của các lớp J 1 và J3 nhưng
quá trình ngắt vẫn chưa kết thúc cần một khoảng thời gian nữa để phục hồi
khả năng khóa tức là phục hồi điện trở nghịch của lớp J2 . Vì vậy ta định nghĩa
thêm tq là khoảng thời gian tối thiểu cần thiết mà SCR cần duy trì điện áp
ngược để khóa chắc chắn ,nó bắt đầu khi dòng điện thuận trở về Zero cho đến
khi điện áp khóa tác dụng trở lại mà không làm cho SCR đóng lại.
Nếu ta tác dụng điện áp khóa lên sớm hơn khoảng thời gian khóa t q này,

SCR có thể đóng ngoài ý muốn mặc dù chưa có xung điều khiển đưa đến .
Thời gian ngắt phụ thuộc vào : nhiệt độ chất bán dẫn ,dòng bị ngắt ,tốc độ giảm
dòng và điện áp nghịch . Các SCR có tq trong khoảng vài µs đến vài trăm µs
Các thông số của SCR :
Công suất tổn hao lúc đóng ngắt lúc quá điện áp do quá trình
chuyển mạch:SUcrit ,SIcrit .Quá điện áp do quá trình chuyển mạch có thể được
giới hạn bằng mạch RC cuộn kháng bảo vệ
(mắc song song với SCR ) giới hạn độ dốc

di V
kết hợp với mạch RC
dt

du V
.
dt

Điện áp nghịch cực đại có thể lặp lại uRRM và điện thế khóa uDRM.
Khả năng làm mát cho SCR.
Khả năng chịu quá tải dòng ,áp.

Lê Quang Thăng-Lớp K9Z-Điện,Điện tử.

5


Ví dụ :

I.2. Giới thiệu về quá trình chỉnh lưu
Để cấp nguồn cho tải một chiều, chúng ta cần thiết kế các bộ chỉnh lưu với mục

đích biến đổi năng lượng điện xoay chiều thành một chiều. Các loại bộ biến đổi
này có thể là chỉnh lưu không điều khiển và chỉnh lưu có điêu khiển. Với mục
đích giảm công suất vô công, người ta thường mắc song song ngược với tải
một chiều một điôt (loại sơ đồ này được gọi là sơ đồ có điôt ngược). Trong các
sơ đồ chỉnh lưu có điôt ngược, khi có và không có điều khiển, năng lượng được
truyền từ phía lưới xoay chiều sang một chiều, nghĩa là các loại chỉnh lưu đó
chỉ có thể làm việc ở chế độ chỉnh lưu. Các bộ chỉnh lưu có điều khiển, không
điôt ngược có thể trao đổi năng lượng theo cả hai chiều. Khi năng lượng truyền
từ lưới xoay chiều sang tải một chiều, bộ nguồn làm việc ở chế độ chỉnh lưu,
khi năng lượng truyền theo chiều ngược lại (nghĩa là từ phía tải một chiều về
lưới xoay chiều) thì bộ nguồn làm việc ở chế độ nghịch lưu trả năng lượng về
lưới. Theo dạng nguồn cấp xoay chiều, chúng ta có thể chia chỉnh lưu thành
một hay ba pha. Các thông số quan trọng của sơ đồ chỉnh lưu là: dòng điện và
điện áp tải; dòng điện chạy trong cuộn dây thứ cấp biến áp; số lần đập mạch
trong một chu kỳ. Dòng điện chạy trong cuộn dây thứ cấp biến áp có thể là một
chiều, hay xoay chiều, có thể phân loại thành sơ đồ có dòng điện biến áp một
chiều hay, xoay chiều. Số lần đập mạch trong một chu kỳ là quan hệ của tần số
sóng hài thấp nhất của điện áp chỉnh lưu với tần số điện áp xoay chiều .Theo
hình dạng các sơ đồ chỉnh lưu, với chuyển mạch tự nhiên chúng ta có thể phân
loại chỉnh lưu thành các loại sơ đồ sau.
1. Chỉnh lưu một nửa chu kỳ :
Sơ đồ hình 2.1:
U1

T

U2
R

Lê Quang Thăng-Lớp K9Z-Điện,Điện tử.

L

6


Hỡnh 2.1 S chnh lu mt na chu kỡ
súng in ỏp ra mt chiu s b giỏn on trong mt na chu k khi in ỏp
anod ca van bỏn dn õm, do vy khi s dng s chnh lu mt na chu k,
chỳng ta cú cht lng in ỏp xu, tr s in ỏp ti trung bỡnh ln nht c
tớnh :
Udo = 0,45.U2
Vi cht lng in ỏp rt xu v cng cho ta h s s dng bin ỏp xu:
Sba = 3,09.Ud.Id.
2. Chnh lu c chu k vi bin ỏp cú trung tớnh.(Hỡnh 2.2)
Theo hỡnh dng s , thỡ bin ỏp phi cú hai cun dõy th cp vi thụng s
ging ht nhau, mi na chu k cú mt van dn cho dũng in chy qua. Cho
nờn c hai na chu k súng in ỏp ti trựng vi in ỏp cun dõy cú van dn
.Trong sơ đồ này điện áp tải đập mạch trong cả hai nửa chu
kỳ, với tần số đập mạch bằng hai lần tần số điện áp xoay
chiều
S :
T1
U2
U1

R

U2

L
T2

Hỡnh 2.2 Chnh lu c chu kỡ vi bin ỏp cú trung tớnh
in ỏp trung bỡnh trờn ti, khi ti thun tr dũng in giỏn on c tớnh:
Ud = Udo.(1+cos)/2
Udo : in ỏp chnh lu khi khụng iu khin v Ud0 = 0,9.U2

: Gúc m van
4

Khi ti in cm ln dũng in, in ỏp ti liờn tc, lỳc ny in ỏp

Lờ Quang Thng-Lp K9Z-in,in t.

13
2
5
0

4

0
1
2
3
5

7

Ud = Udo.cosα
Trong các sơ đồ chỉnh lưu thì loại sơ đồ này có điện áp ngược của van
phải chịu là lớn nhất

U nv =2 2U 2
Mỗi van dẫn thông trong một nửa chu kỳ, do vậy dòng điện mà van bán
dẫn phải chịu tối đa bằng 1/2 dòng điện tải , trị hiệu dụng của dòng điện chạy
qua van Ihd = 0,71.Id .
So với chỉnh lưu nửa chu kỳ, thì loại chỉnh lưu này có chất lượng điện áp
tốt hơn. Dòng điện chạy qua van không quá lớn, tổng điện áp rơi trên van nhỏ.
Tuy vậy việc chế tạo biến áp có hai cuộn dây thứ cấp giống nhau, mà mỗi
cuộn chỉ làm việc có một nửa chu kỳ, làm cho việc chế tạo biến áp phức tạp
hơn và hiệu suất sử dụng biến áp xấu hơn, mặt khác điện áp ngược của các van
bán dẫn phải chịu có trị số lớn nhất
3. Chỉnh lưu cầu một pha.
Sơ đồ
U2

T4
T2

T1
T3

L

R

Hình 2.3 Sơ đồ chỉnh lưu cầu một pha

Chỉnh lưu cầu một pha có chất lượng điện áp ra hoàn toàn giống như
chỉnh lưu cả chu kỳ với biến áp có trung tính . Trong sơ đồ này dòngđiện chạy
qua van giống như chỉnh lưu 2 nửa chu kì có điểm trung tính biến áp nhưng
điện áp ngược van phải chịu nhỏ hơn Unv = √2.U2

4. Chỉnh lưu tia ba pha.
Sơ đồ :

A

T1

B

T2

C

T3

L

R

4

Lê Quang Thăng-Lớp K9Z-Điện,Điện tử.

13
2

5
0

4

0
1
2
3
5

8


Hình 2.4 .Sơ đồ chỉnh lưu hình tia 3 pha
Điện áp trung bình của sơ đồ với tải thuần trở với chế độ dòng liên tục :
Ud = Udo .cosα
Trong đó Ud0 = 1,17.U2f (U2f : điện áp pha thứ cấp máy biến áp )
Điện áp trung bình của sơ đồ với tải thuần trở với chế độ dòng gián đoạn :
Ud =

U d0 
 π 
. 1+sin  -α ÷
3 
 3 

So với chỉnh lưu một pha, thì chỉnh lưu tia ba pha có chất lượng điện một chiều
tốt hơn, biên độ điện áp đập mạch thấp hơn, thành phần sóng hài bậc cao bé
hơn, việc điều khiển các van bán dẫn trong trường hợp này cũng tương đối đơn

giản. Với việc dòng điện mỗi cuộn dây thứ cấp là dòng một chiều, nhờ có biến
áp ba pha ba trụ mà từ thông lõi thép biến áp là từ thôngxoay chiều không đối
xứng làm cho công suất biến áp phải lớn (xem hệ số công suất bảng 2), nếu ở
đây biến áp được chế tạo từ ba biến áp một pha thì công suất các biến áp còn
lớn hơn nhiều. Khi chế tạo biến áp động lực các cuộn dây thứ cấp phải được
đấu Υ với dây trung tính phải lớn hơn dây phaKhi tải điện cảm (nhất là điện
cảm lớn) dòng điện, điện áp tải là các đường cong liên tục, nhờ năng lượng dự
trữ trong cuộn dây đủ lớn để duy trì dòng điện khi điện áp đổi dấu
5. Chỉnh lưu tia sáu pha

A

*

T1

B

T2

C

T3

A C* B A* C B*

*
*
R

L
A*

T4

B*

T5

C*

T6

Lê Quang Thăng-Lớp K9Z-Điện,Điện tử.

t

9


a,

b,

Hình 2.5
Chỉnh lưu tia sáu pha.
a.- Sơ đồ động lực; b.- đường cong điện áp tải.
Sơ đồ chỉnh lưu tia ba pha ở trên có chất lượng điện áp tải chưa thật tốt lắm.
Khi cần chất lượng điện áp tốt hơn chúng ta sử dụng sơ đồ nhiều pha hơn. Một
trong những sơ đồ đó là chỉnh lưu tia sáu pha. Sơ đồ động lực mô tả trên hình

a.Sơ đồ chỉnh lưu tia sáu pha được cấu tạo bởi sáu van bán dẫn nối tới biến áp
ba pha với sáu cuộn dây thứ cấp, trên mỗi trụ biến áp có hai cuộn giống nhau
và ngược pha. Điện áp các pha dịch nhau một góc là 60 0 như mô tả trên hình
2.5b. Dạng sóng điện áp tải ở đây là phần dương hơn của các điện áp pha với
đập mạch bậc sáu. Với dạng sóng điện áp như trên, ta thấy chất lượng điện áp
một chiều được coi là tốt nhất so với sơ đồ khác, thì ở chỉnh lưu tia sáu pha
dòng điện chạy qua van bán dẫn bé nhất . Theo dạng sóng điện áp ra (phần nét
đậm trên giản đồ hình b) chúng ta thấy rằng mỗi van bán dẫn dẫn thông trong
khoảng 1/6 chu kỳ. So với các sơ đồ khác, thì ở
chỉnh lưu tia sáu pha dòng điện chạy qua van bán dẫn bé nhất. Do đó sơ đồ
chỉnh lưu tia sáu pha rất có ý nghĩa khi dòng tải lớn. Trong trường hợp đó
chúng ta chỉ cần có van nhỏ có thể chế tạo bộ nguồn với dòng tải lớn.Theo
dạng sóng điện áp ra (phần nét đậm trên giản đồ hình 2.5 b) chúng ta thấy rằng
mỗi van bán dẫn dẫn thông trong khoảng 1/6 chu kỳ. So với các sơ đồ

khác, thì ở chỉnh lưu tia sáu pha dòng điện chạy qua van bán dẫn bé nhất. Do
đó sơ đồ chỉnh lưu tia sáu pha rất có ý nghĩa khi dòng tải lớn. Trong trường hợp
đó chúng ta chỉ cần có van nhỏ có thể chế tạo bộ nguồn với dòng tải lớn.
6.Chỉnh lưu cầu 3 pha đối xứng :
Sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng hình a có thể coi như hai
sơ đồ chỉnh lưu tia ba pha mắc ngược chiều nhau, ba Tiristo T1,T3,T5 tạo
thành một chỉnh lưu tia ba pha cho điện áp (+) tạo thành nhóm anod, còn
T2,T4,T6 là một chỉnh lưu tia cho ta điện áp âm tạo thành nhóm catod, hai
chỉnh lưu này ghép lại thành cầu ba pha Hình a.Theo hoạt động của chỉnh lưu
cầu ba pha điều khiển đối xứng, dòng điện chạy qua tải là dòng điện chạy từ
pha này về pha kia, do đó tại mỗi thời điểm cần mở Tiristo chúng ta cần cấp hai
xung điều khiển đồng thời (một xung ở nhóm anod (+), một xung ở nhóm catod
(-)). Ví dụ tại thời điểm t1 trên hình b cần mở Tiristo T1 của pha A phía anod,
chúng ta cấp xung X1, đồng thời tại đó chúng ta cấp thêm xung X4 cho Tiristo
T4 của pha B phía catod các thời điểm tiếp theo cũng tương tự. Cần chú ý rằng

thứ tự cấp xung điều khiển cũng cần tuân thủ theo đúng thứ tự pha. Khi chúng
ta cấp đúng các xung điều khiển, dòng điện sẽ được chạy từ pha có điện áp
dương hơn về pha có điện áp âm hơn. Ví dụ trong khoảng t1 ÷ t2 pha A có
điện áp dương hơn, pha B có điện áp âm hơn, với việc mở thông T1, T4 dòng
điện dược chạy từ A về B. Khi góc mở van nhỏ hoặc điện cảm lớn, trong mỗi

Lê Quang Thăng-Lớp K9Z-Điện,Điện tử.

10


khoảng dẫn của một van của nhóm này (anod hay catod) thì sẽ có hai van của
nhóm kia đổi chỗ cho nhau. Điều này có thể thấy rõ trong khoảng t1 ÷ t3 như
trên hình b Tiristo T1 nhóm anod dẫn, nhưng trong nhóm catod T4 dẫn trong
khoảng t1 ÷ t2 còn T6 dẫn tiếp trong khoảng t2 ÷ t3.Điện áp ngược các van
phải chịu ở chỉnh lưu cầu ba pha sẽ bằng 0 khi van dẫn và bằng điện áp dây
khi van khoá. Ta có thể lấy ví dụ cho van T1 (đường cong cuối cùng của hình
8.11b) trong khoảng t1 ÷ t3 van T1 dẫn điện áp bằng 0, trong khoảng t3 ÷ t5
van T3 dẫn lúc này T1 chịu điện áp ngược U BA, đến khoảng t5 ÷ t7 van T5 dẫn
T1 sẽ chịu điện áp ngược UCA.Khi điện áp tải liên tục, như đường cong Ud trên
hình b trị số điện áp tải được tính theo công thức
Ud = Udo.cosα
Khi góc mở các Tiristo lớn lên tới góc α > 600 và thành phần điện cảm của tải
quá nhỏ, điện áp tải sẽ bị gián đoạn như các đường nét đậm trên hình 2.6d (khi
góc mở các Tiristo α =900 với tải thuần trở). Trong các trường hợp này dòng
điện chạy từ pha này về pha kia, là do các van bán dẫn có phân cực thuận theo
điện áp dây đặt lên chúng cho tới khi điện áp dây đổi dấu, các van bán dẫn sẽ
có phân cực ngược nên chúng tự khoá.

Sự phức tạp của chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng như đã nói trên là

cần phải mở đồng thời hai van theo đúng thứ tự pha, do đó gây không ít khó
khăn khi chế tạo vận hành và sửa chữa
Sơ đồ :

T2

T1

T4

T3

T6

T5

R

L

a,

Uf

A

B

C

4

1
2
5
0
3

A

Ud

Lê Quang Thăng-Lớp K9Z-Điện,Điện tử.

411

0
1
2
3
5


A

B

C

A

Uf

Ud

b,

d

====================================================
Hình 2.6. Sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha
a, Sơ đồ mạch động lực
c,Khi góc mở α =600
b,giản đồ các đường cong cơ bản
d,Khi góc mở α =900

Lê Quang Thăng-Lớp K9Z-Điện,Điện tử.

12


====================================================
Chương II . Mô phỏng sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha không đối xứng
với Matlab – Simulink
1. Sơ đồ khối của quá trình chỉnh lưu nói chung:

§ ång pha

So s¸nh

T¹o xung

KhuyÕch
®¹i xung

M¹ch van
c«ng suÊt

TÝn hiÖu
®Æ
t

Lê Quang Thăng-Lớp K9Z-Điện,Điện tử.

13


Hình 3.1
+, Khâu đồng pha có nhiệm vụ nhận dạng điểm không của
nguồn
+,Khâu so sánh có nhiệm vụ so sánh khâu tạo tín hiệu đặt và
khâu đông pha từ đó tạo ra xung điều khiển
+,Khâu tạo xung cùng với khâu khuyếch đại xung : tạo xung
phù hợp để mở van .
Đối với chỉnh lưu cầu 3 pha : để tạo ra các xung kích mở cho 6 van công suất
ta tạo ra 1 hệ điện áp đồng bộ lệch pha so với điện áp nguồn 300
Ta có hệ điện áp nguồn (hình vẽ 3.2):

====================================================

Lê Quang Thăng-Lớp K9Z-Điện,Điện tử.

14


He dien ap nguon Uhd=220V
400
Diem dong bo

R Diemdongbo

T
Diem dong bo

S

300

200

Dien ap(V)

100

0

-100

-200

-300

-400
0(0)

Diem dong bo

0.005

Diem dong bo Diem dong bo

0.01 (180)

0.015

0.02(360)
Time (s)

0.025

0.03

0.035

0.04

Hình 3.2 .Hệ điện áp nguồn 3 pha
Hệ điện áp đồng bộ nguồn

Lê Quang Thăng-Lớp K9Z-Điện,Điện tử.

15


He dien ap dong bo
600
CB

AC
BA

400

Dien ap(V)

200

0

-200

-400

-600

0

0.005

0.01

0.015

0.02
Time (s)

0.025

0.03

0.035

0.04

0.035

0.04

Hình 3.4 .Hệ điện áp dồng bộ
Hệ điện áp này sau khi qua khối đồng bộ :
1

0.9

CB

BA

0.8

0.7
AC
0.6

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

0

0

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025

0.03

Hình 3.5 .Hệ điện áp đồng bộ sau khi đi qua khối đồng bộ

Thực chất bộ chỉnh lưu cầu 3 pha được xây dựng bộ chỉnh lưu cầu 1 pha :

Lê Quang Thăng-Lớp K9Z-Điện,Điện tử.

16


Chức năng các chân của “IC TCA”được xây dựng từ matlab
Am : Chỉnh biên độ xung răng cưa
Sync : Tín hiệu chân đồng bộ đưa tín hiệu nguồn cần đồng bộ vào
Ctr : Chân điều khiển
Đầu ra :
+,TT : Nối với Thyristor thuận (theo nguồn _ Biên độ dương)
+,TN : Nối với Thyristor ngược (theo nguồn_ Biên độ âm)
Sơ đồ cấu tạo của TCA xây dựng trong Matlab

Hình 3.6 .Sơ đồ cấu tạo bên trong TCA
Khối lấy tích phân tín hiệu vào : (trong thư viện continuous)

Lê Quang Thăng-Lớp K9Z-Điện,Điện tử.

17


t

y(t)= ∫ u(t).dt+y0
t0

x=y(t)
x0=y0
.

x =u(t)

x0 : chân số 3(đặt độ rộng xung kích mở)
Chân thứ nhất là chân x , chân thứ hai của khối là chân reset đầu ra ,
Khối relay : (trong thư viện Discontinuities)

Thông số : Điểm mở ,Điểm khóa , giá trị đầu ra khi mở , giá trị đầu ra khi khóa
Khối so sánh

Khối nhân tín hiệu logic kích vào khối này ta có các hàm toán Logic :

Thực hiện mô phỏng khi góc kích mở 00 thu được xung :
Sơ đồ thí nghiệm :

Lê Quang Thăng-Lớp K9Z-Điện,Điện tử.

18


Kết quả mô phỏng :
TT
1
0.8
0.6
0.4

0.2
0

0

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025

0.03

0.035

0.04

0.025

0.03

0.035

0.04

0.025

0.03

0.035

0.04

TN
1

0.5

0

0

0.005

0.01

0.015

0.02
Dien ap nguon

400
200
0
-200
-400

0

0.005

0.01

0.015

0.02

Sơ đồ khi kích mở 600

Lê Quang Thăng-Lớp K9Z-Điện,Điện tử.

19


Kết quả mô phỏng :
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0

0

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025

0.03

0.035

0.04

0.025

0.03

0.035

0.04

0.025

0.03

0.035

0.04

TN
1

0.5

0

0

0.005

0.01

0.015

0.02
D ien ap nguon

400
200
0
-200
-400

0

0.005

0.01

0.015

0.02

Sơ đồ của IC ‘TCA 3 pha”:

Lê Quang Thăng-Lớp K9Z-Điện,Điện tử.

20


Chức năng các chân :
+, AC , BA , CB : Chân đưa điện áp nguồn đồng bộ đối với chỉnh lưu cầu 3
pha
+, Ctr : Chân điều khiển góc mở
+, g : Đầu ra các xung điều khiển
Cấu tạo bên trong của “IC” TCA 3pha

Sơ đồ khảo sát xung ra của khối :

Lê Quang Thăng-Lớp K9Z-Điện,Điện tử.

21


Kết quả mô phỏng
T1
1
0.5
0

0

0.005

0.01

0.015

0.02
T2

0.025

0.03

0.035

0.04

0

0.005

0.01

0.015

0.02
T3

0.025

0.03

0.035

0.04

0

0.005

0.01

0.015

0.02
T4

0.025

0.03

0.035

0.04

0

0.005

0.01

0.015

0.02
T5

0.025

0.03

0.035

0.04

0

0.005

0.01

0.015

0.02
T6

0.025

0.03

0.035

0.04

0

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025

0.03

0.035

0.04

1
0.5
0
1
0.5
0

1
0.5
0
1
0.5
0
1
0.5
0

Lê Quang Thăng-Lớp K9Z-Điện,Điện tử.

22


Mạch van công suất :

Thông số mặc định :

Sơ đồ mô phỏng chỉnh lưu cầu 3 pha tải R điện áp pha hiệu dụng 220V ,
R=1000Ω góc kích mở α = 600 :

Lê Quang Thăng-Lớp K9Z-Điện,Điện tử.

23


Kết quả mô phỏng
M ,N
400

M

Dien ap(V )

200
0
-200
-400

N
0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05
t(s )
Ud

0.06

0.07

0.08

0.09

0.1

0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05
t(s )
I

0.06

0.07

0.08

0.09

0.1

0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05
t(s )

0.06

0.07

0.08

0.09

0.1

Dien ap day(v)

600

400

200

0

0.8

Dong dien(A )

0.6
0.4
0.2
0

Sơ đồ mô phỏng cầu chỉnh lưu 3 pha đối xứng với tải RLE (Động cơ điện
DC) :
Thông số :
Pđm : Công suất định mức của động cơ
= 1,5
KW

Lê Quang Thăng-Lớp K9Z-Điện,Điện tử.

24


Uđm : Điện áp phần ứng
= 220
nđm : Tốc độ định mức
= 1500
ηđm : Hiệu suất danh định của đông cơ
= 90
%

L : Điện áp phần ứng
=0,2
Ti : Hằng số thời gian máy biến dòng
=0,002
Tv : Hằng số thời gian của bộ chỉnh lưu
=0,0025
s
Tđk : Hằng số thời gian của mạch điều khiển bộ CL = 0,0001 s
Tω : hằng số thời gian của máy phát tốc
=0,001
s
Các phương trình phản ứng phần ứng trong động cơ điện DC :
Uư = Eư + (Rư + Rf).Iư
Uư : Điện áp phần ứng
Eư : Sức điện đông phần ứng
Rư : Điện trở mạch phần ứng
Rf : Điện trở phụ trongmachj phần ứng
Iư : Dòng điện mạch phần ứng
Eư = K.φ.ω = Ke. φ.n
n: tốc độ quay của rotor (vòng /phút)
ω : Tốc độ góc
2.π
n
ω=
.n=
60
9,55
1500
ωdm =
=157(rad/s)

9,55
K
ke =
=0,105K
9,55
Phương trình đặc tính cơ điện :

ω=

V
vòng/phút
H
s

U u R u +R f
.I u
K.φ K.φ

Phương trình đặc tính cơ :

ω=

U u R u +R f
.M
K.φ (K.φ ) 2

Mđt = Mco = M

Mômen định mức :
Pđm = Mđm.ωđm  Mđm = Pđm/ ωđm =1500/157 = 9,55 (N.m)

=> Iđm = Pđm/Uđm = 1500/220 = 6,82 (A)
=> K.Φ = Mđm / Iđm =9,55/6,82 =1,4
Điện trở phần ứng tính gần đúng :
Rư = 0,5.(1-ηđm).Rđm = 0,5(1-0,9).220/6,82 = 1,6 (Ω)

Lê Quang Thăng-Lớp K9Z-Điện,Điện tử.

25