Đề tài: Thiết kế CÔNG TẮC TƠ ĐIỆN TỬ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI

BÀI TẬP
MÔN: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

ĐỀ BÀI: Đề số 04
Đề tài: Thiết kế công tắc tơ điện tử 3 pha. Điện áp 380V, công su ất
20KW
Yêu cầu công nghệ
- Giới thiệu công nghệ
- Tính toán mạch công suất
- Thiết kế mạch công suất

Thông số thiết kế
- Điện áp: 380V
- Công suất: 20KW

1


Hải Phòng, năm 2017
Mục lục
Lời mở đầu
Chương I: Tổng quan về công tắc tơ điện tử 3 pha.
1.1
1.2
1.3
1.4

Tổng quan về công nghệ điều chỉnh điện áp xoay chiều
Yêu cầu của công nghệ điều chỉnh điện áp xoay chiều

Phạm vi ứng dụng
Nguyên tắc điều chỉnh

Chương II: Tính chọn mạch công suất.
2.1

2.2
2.3
2.4

2.5

Các phương án mạch động lực
2.1.1 Mạch lực điều áp xoay chiều 3 pha dùng 6 Tiristor song song
ngược
2.1.2 Mạch lực điều áp xoay chiều 3 pha dùng Triac
2.1.3 Mạch lực điều áp xoay chiều 3 pha dùng Tiristor và Điôt
Chọn mạch lực điều áp xoay chiều 3 pha dùng 6 Tiristor song song
ngược
Phân tích ưu, nhược điểm của các mạch công suất
Tính chọn van bán dẫn công suất cho sơ đồ mạch
2.4.1 Dòng điện mỗi pha của phụ tải
2.4.2 Chỉ tiêu về dòng
2.4.3 Chỉ tiêu về điện áp
Tính chọn phần tử bảo vệ
2.5.1 Mạch bảo vệ quá áp RC
2.5.2 Bảo vệ quá nhiệt cho van : sử dụng cánh tản nhiệt
2.5.3 Bảo vệ quá dòng cho van : sử dụng aptomat, cầu chì

Chương III: Thiết kế mạch điều khiển công tắc tơ điện tử 3 pha .

3.1
3.2
3.3
3.4

Các yêu cầu cơ bản đối với bộ điều khiển
Nguyên lý thiết kế và sơ đồ khối
Lựa chọn sơ đồ các khâu
Tính toán các thông số mạch điều khiển

Kết luận:
Tài liệu tham khảo:
Giáo viên hướng dẫn

Sinh viên thực hiện
2


LỜI NÓI ĐẦU
Điện tử công suất là công nghệ biến đổi điện năng từ dạng này sang
dạng khác trong đó các phần tử bán dẫn công suất đóng vai trò trung tâm , được
ứng dụng rộng rãi trong hầu hết các ngành công nghiệp hiện đại.Trong những
năm gần đây công nghệ chế tạo các phần tử bán dẫn công suất đã có những tiến
bộ vượt bậc và ngày càng trở nên hoàn thiện dẫn đến việc chế tạo các bộ biến
dổi ngày càng nhỏ gọn, nhiều tính năng và sử dụng ngày càng dễ dàng hơn.
Trong các bộ biến đổi các phần tử bán dẫn công suất được sử dụng như
những van khóa bán dẫn, còn gọi là van bán dẫn, khi mở dẫn dòng thì nối tải
vào nguồn, khi khóa thì không cho dòng điện chạy qua. Khác với các phần tử có
tiếp điểm, các van bán dẫn thực hiện đóng cắt dòng điện mà không gây nên tia
lửa điện, không bị mài mòn theo thời gian.Tuy có thể đóng ngắt các dòng điện

lớn nhưng các phần tử bán dẫn công suất lại được điều khiển bởi các tín hiệu
điện công suất nhỏ, tạo bởi các mạch điện tử công suất nhỏ. Quy luật nối tải vào
nguồn phụ thuộc vào các sơ đồ của bộ biến đổi và phụ thuộc vào cách thức điều
khiển các van trong bộ biến đổi. Như vậy quá trình biến đổi năng lượng được
thực hiện với hiệu suất cao vì tổn thất trong bộ biến đổi chỉ là tổn thất trên các
khóa điện tử, không đáng kể so với công suất điện cần biến đổi.Không những
đạt được hiệu suất cao mà các bộ biến đổi còn có khả năng cung cấp cho phụ tải
nguồn năng lượng với các đặc tính theo yêu cầu, đáp ứng các quá trình điều
chỉnh, điều khiển trong một thời gian ngắn nhất, với chất lượng phù hợp trong
các hệ thống tự động.
Nội dung bài tập lớn này tậ trung tìm hiểu về bộ công tắc tơ 3 pha điện
từ sử dụng thyristor để điều khiển đóng cắt động cơ 3 pha. Đây là một đề tài có
quy mô và ứng dụng thực tế cao. Trong quá trình hoàn thành bài tập lớn môn
học, em đã nhận được sự giúp đỡ, chỉ bảo tận tình của thầy Vũ Ngọc Minh và
các thầy cô trong trường. Mặc dù em đã cố gắng nhưng chắc chắn không tránh
3


khỏi hết khuyết điểm. Em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của thầy,
cô để đồ án của em được hoàn chỉnh hơn.
Em xin chân thành cám ơn!

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ CÔNG TẮC TƠ ĐIỆN TỬ 3 PHA

1.1

Tổng quan về công nghệ điều chỉnh điện áp xoay chiều .

1.1.1 Các bộ điều áp xoay chiều dùng để đóng ngắt hoặc thay đổi đi ện áp
ra tải từ 1 nguồn xoay chiều cố định, trong đó tần số điện áp ra bằng điện

áp nguồn
Trong máy điện có thiết bị điện là biến áp tự ngẫu cho phép th ực hi ện
yêu cầu này, tuy nhiên việc điều chỉnh phải tiến hành qua hệ c ơ khí di
chuyển chổi than trượt trên các vòng dây biến thế, vì vậy hệ này không
bền, phản ứng chậm; nhưng có ưu điểm cơ bản là điện áp ra tải luôn
đảm bảo hình sin trong toàn dải điều chỉnh.
Điện tử công suất sử dụng các van bán dẫn để chế tạo các bộ ph ận
điều áp xoay chiều có các đặc điểm sau đây:
Điều áp xoay chiều dùng van bán dẫn có đầy đủ ưu điểm c ủa
những mạch công suất sử dụng kỹ thuật bán dẫn như: dễ điều chỉnh và
tự động hóa, làm việc ổn định, phản ứng nhanh với các đột bi ến đi ều
khiển, độ tin cậy và tuổi thọ cao, kích thước gọn, dễ thay thế, thích h ợp
với quá trình hiện đại hóa, tập trung hóa các công trình công ngh ệ….
Nhược điểm chung và cơ bản nhất của điều áp xoay chiều là điện áp
tải ra không Sin trong toàn dải điều chỉnh,(điện áp trên tải chỉ đạt hình
Sin hoàn chỉnh khi đưa toàn bộ điện áp nguồn ra tải), điều ch ỉnh càng
sâu càng giảm điện áp ra, thì độ méo càng lớn, tức là thành ph ần song
hài bậc cao(là bội số của tần số vào) cũng càng lớn. Với nh ững tải yêu
cầu nghiêm ngặt về độ méo và thành phần song hài có thể không áp
dụng được điều áp xoay chiều.
1.1.2 Giới thiệu về mạch lực điều áp xoay chiều 3 pha
Điều áp xoay chiều ba pha cho phép ứng dụng cho phụ tải đến hàng trăm
KW.

4


Trường hợp tải đấu ba pha có dây trung tính, hoặc đấu tam giác mà mỗi
cụm van đấu nối tiếp với từng pha của phụ tải, thì các pha hoạt động độc lập với
nhau, do đó việc tính toán hoàn toàn tương tự như điều áp xoay chiều một pha.

Hình 1.1. Điều áp xoay chiều ba pha, các pha hoạt động độc lập
a) Phụ tải đấu sao;

b) Phụ tải đấu tam giác

Khi tải không dùng dây trung tính, có thể sử dụng các sơ đồ ở hình 1.2,
hình 1.7 và hình 1.9 với các tham số tính chọn van trong bảng 1.2.
Theo bảng 1.2 ta thấy phạm vi góc điều khiển của các sơ đồ là khác nhau,
góc điều khiển nhỏ nhất của các sơ đồ là như nhau, nhưng góc điều khiển lớn
nhất không giống nhau, trong đó có 3 sơ đồ có góc điều khiển α max = 210 lên cần
chú ý thiết kế mạch điều khiển cho phù hợp (thể hiện ở khâu đồng pha và tạo
điện áp răng cưa).
Bảng 1. Các tham số tính toán cho điều áp xoay chiều ba pha
Sơ đồ hình
Tham số

1.1b

1.2a

1.2b

1.2c

1.7a

1.7b

0,45

0

0,45

0,45

0,45

1,73

1,5

1,5

1,73

180

150

150

210

1.7c

1.9a

1.9b

0,45

0,45

1,5

0,26 0,67
5
1,73 1,73

1,5

1,5

150

180

210

180

210

5


Một điểm cần lưu ý cho tất cả các bộ điều áp xoay chiều là khi điều chỉnh
với góc điều khiển lớn hơn 0° thì dòng tải điện luôn ở chế độ gián đoạn, tức là

luôn có những khoảng mà dòng tải bằng không, tải bị ngắt khỏi nguồn và không
được cấp năng lượng.
Sơ đồ hình 1.2a dùng van TRIAC là sơ đồ có ít van và cho phép điều chỉnh
điện áp ra tải đối xứng các pha, đồng thời hai nửa chu kỳ của một pha cũng đối
xứng.
Sơ đồ hình 1.2b dùng cách đấu hai thyristor trong tương đương với một
TRIAC, loại này rất thông dụng trong thực tế và có tên là sơ đồ sáu tiristo đấu
song song ngược, có đặc điểm hoàn toàn tương tự sơ đồ 1.2a.

b)

c)

Hình 1.2. Một số sơ đồ điều áp ba pha
Hai sơ đồ này đôi khi được sử dụng chỉ để đóng/ngắt nguồn ra tải, mà
không điều chỉnh điện áp và được gọi là bộ công – tắc – tơ điện tử.
Các sơ đồ hình 1.2a, b, c ứng dụng cho tải đấu sao hoặc tam giác đều được.
Mạch điều khiển của các sơ đồ này đều đồng bộ theo điện áp pha của nguồn.
Trên hình 1.3 cho dạng điện áp trên một pha của tải là chung cho các sơ đồ
hình 1.2a; 1.2b và biên độ các sóng hài ở một góc điều khiển khác nhau, với tải
thuần trở. Qua đồ thị sóng hài thấy xuất hiện các sóng hài có bậc lẻ, gần nhất là
bậc 5 và bậc 7, mặt khác cũng cho thấy khi tăng góc điều khiển thì biên độ sóng
hài bậc cao tăng nhanh đến xấp xỉ với sóng hài cơ bản ( bằng tần số nguồn điện,

6


ở đây là 50Hz). Như vậy khi điều chỉnh điện áp ra sâu, tương ứng góc điều
khiển càng lớn, thì điện áp ra sẽ càng méo nhiều hơn

Hình 1.3. Điều áp xoay chiều ba pha sáu thyristor đấu song song-ngược,
tải thuần trở đấu sao
(dạng điện áp pha A tải và phổ sóng hài với góc điều khiển khác nhau)
Khi tải có tính cảm kháng, hoạt động của sơ đồ bị ảnh hưởng mạch bởi góc
φ của tải như đã xét ở mục 1.1, tức là cả phạm vi điều chỉnh và dạng điện áp ra
đều không còn như trường hợp tải thuần trở. Hình 1.4 là đồ thị minh họa cho tải
cảm kháng với α = 30°, ta có thể so sánh với đồ thị khi tải thuần trở có cùng góc
điều khiển ở hình 1.3 để thấy sự khác biệt giữa chúng. Tuy nhiên tải RL dạng
dòng điện sữ không bị đột biến theo điện áp như tải thuần trở, vì vậy biên độ
sóng hài cũng sẽ giảm đi, tức là dạng dòng tải ít méo hơn dạng điện áp tải.

7


Hình 1.4. Điều áp xoay chiều ba pha sáu tiristo đấu song song ngược tải RL
(Dạng điện áp và dòng điện tải với góc điều khiển khác nhau)
Sơ đồ hình 1.2c sử dụng van không đối xứng, mỗi nhánh gồm một
thyristor đấu song song ngược với điôt. Do các điốt là các van không điều khiển
nên chúng có thể dẫn tự động, làm cho phạm vi góc điều khiển cho thyristor
tăng lên 120° mới có thể ngắt tải khỏi nguồn để cắt dòng tải. Đồ thị hình 1.5 cho
thấy với điện áp trên tải vẫn còn và nhìn theo trục hoành ta thấy cần tăng góc
điều khiển thêm 30° nữa mới ngắt được điện áp ra tải. Như vậy mạch điều khiển
cần lưu ý điều này, vì mạch thông dụng thường chỉ có phạm vi điều chỉnh góc
lớn nhất là 180°.

Hình 1.5. Điều áp xoay chiều ba pha,sơ đồ thyristor và điện trở
8


(Dạng điện áp tải và góc điều khiển 180°)

Dạng điện áp trên các pha tải vẫn đảm bảo đối xứng (giống nhau và lệch
nhau đúng 120° điện), song điện áp của mỗi pha thì không đối xứng ở hai nửa
chu kỳ. Điều này có thể thấy trên đồ thị hình 1.6, phổ sóng hài cho thấy nhiều
hơn hai sơ đồ trên, ngoài các sóng hài lẻ bậc 5 và 7… còn có thêm các sóng hài
bậc chẵn 2, 4, 8…

Hình 1.6. Điều áp xoay chiều ba pha, sơ đồ thyristor và điôt
song song, tải thuần trở
(Dạng đồ thị điện áp pha A tải và phổ song hài với góc điều khiển khác
nhau)
Khi tải đấu sao mà lại có thể đưa ra cả sáu đầu của phụ tải ra ngoài ta có
thể đưa bộ van xuống vị trí điểm trung tính như hình 1.7a, lúc đó ta có ba
thyristor đấu chung katốt nên có thuận lợi là: giảm được số dây điều khiển hoặc
có thể đấu trực tiếp mạch điều khiển với mạch lực cho nhóm van này; có ba van
có thể dùng chung tản nhiệt nên việc gá lắp sẽ dễ dàng hơn và giảm được kích
thước thiết bị. Đặc điểm điều chỉnh và dạng điện áp ra giống sơ đồ 1.2b, mạch
điều khiển cũng đồng bộ theo điện áp pha của nguồn cung cấp.

9


a)

b)

c)

Hình 1.7. Các sơ đồ điều áp xoay chiều ba pha khác

Sơ đồ hình 1.7b,c cũng dùng van ở vị trí dây trung tính, nhưng van đấu

khiểu tam giác. Sơ đồ 1.7b dùng sáu van và có các đặc điểm tương tự sơ đồ
1.8b, nhưng cần chú ý mạch điều khiển phải đồng bộ theo điện áp dây:
•
•
•

Cụm van đấu giữa các cực XY đồng bộ theo điện áp dây UAB.
Cụm van đấu giữa các cực YZ đồng bộ theo điện áp dây UBC.
Cụm van đấu giữa các cực ZX đồng bộ theo điện áp dây UCA.
Sơ đồ 1.7c tuy số van giảm được một nửa (chỉ cần ba van), nhưng dòng

qua van lớn hơn các sơ đồ khác và tuy điện áp các pha vẫn đối xứng, song điện
áp hai nửa chu kỳ của một pha lại không đối xứng. Phạm vi điều chỉnh góc điều
khiển trong sơ đồ này cũng tăng tới 210, riêng mạch đồng bộ khá đặc biệt như
sau:
•

Thyristor đấu giữa các cực XY đồng bộ theo điện áp ngược pha với U B.

•

(tức là UB đảo).
Thyristor đấu giữa các cực YZ đồng bộ theo điện áp ngược pha với U C.

•

(tức là UC đảo).
Thyristor đấu giữa các cực XY đồng bộ theo điện áp ngược pha với U A.
(tức là UA đảo).
Trên hình 1.8 là đồ thị điện áp với góc điều khiển là 30 khi so sánh với

điện áp đồng bộ. Đồ thị thứ hai và thứ ba cho ta thấy: điểm phát xung điều
khiển cho thyristor đấu giữa 2 cực XY của tải tuy đã trùng với điểm qua không
10


của điện áp dây UAB, song điện áp pha ra tải vẫn chưa đạt tới hình sin hoàn
chỉnh. Vì vậy điện áp đồng bộ cho van này phải sớm hơn điện áp dây U AB tới
30, để khi góc điều khiển bằng không sẽ đảm bảo điện áp ra tải là hình sin hoàn
chỉnh như điện áp nguồn vào. Trên đồ thị, nếu đối chiếu điện áp đồng bộ này
với điện áp nguồn UA thì sớm pha tới 60, và tương ứng ngược pha so với điện
áp nguồn của pha UB.
Hình 1.8. Điều áp xoay chiều ba pha, cụm van đấu tam giác
ở điểm trung tính tải

(Đồ thị điện áp với góc điều khiển 30 và vấn đề nội bộ)

Trong điều áp xoay chiều ba pha đôi khi người ta dùng mạch van điều
khiển chỉ đấu ở hai pha hoặc thậm chí một pha, các pha còn lại đấu trực tiếp vào
lưới điện, như thể hiện ở hình 1.9a và 1.9b. Sơ đồ loại này cấp cho tải hệ điện
áp không đối xứng nên phạm vi ứng dụng hạn chế, thường chỉ được dùng chế
độ ngắn hạn như khởi động hoặc dừng.

11


Sơ đồ hình 1.9a cho phép điều chỉnh và ngắt hẳn dòng các pha tải khi góc
điều khiển là 180. Trong khi đó sơ đồ hình 1.9b lại không thể cắt hẳn dòng tải,
vì ngay cả khi đã khóa toàn bộ các van thì hai pha còn lại vẫn được nối với
nguồn, lúc này mỗi pha tải sẽ nhận được điện áp bằng một nửa điện áp dây lưới

xoay chiều. Hình 1.10 và 1.11 là thí dụ về dạng điện áp ra tải bị mất đối xứng
giữa các pha tải của hai sơ đồ này.

a)

b)

Hình 1.9. Điều áp xoay chiều ba pha, sơ đồ không đối xứng

12


Hình 1.10. Điều áp xoay chiều ba pha, sơ đồ không đối xứng,
pha B nối trực tiếp với nguồn
(Dạng điện áp các pha của tải và phổ song hài với góc điều khiển 90)

Hình 1.11. Điều áp xoay chiều ba pha không đối xứng,
pha B và C nối trực tiếp với nguồn
(Dạng điện áp pha tải và phổ sóng hài với góc điều khiển 90)
1.2

Yêu cầu của công nghệ điều chỉnh điện áp xoay chiều
- Điều áp xoay chiều làm việc với nguồn vào là điện áp xoay chi ều,
tức là giống như mạch chỉnh lưu, vì vậy các van được sử dụng
13


1.2.1
1.2.1.1
-

như nguyên tắc điều khiển có nhiều điểm tương tự như ở mạch
chỉnh lưu.
- Do tải đòi hỏi dòng điện xoay chiều nên van bán dẫn có th ể dùng
ở đây là:
o Triac, đây là van bán dẫn duy nhất cho phép dòng đi ện ch ạy
theo cả hai chiều.
o Ghép hai van chỉ cho dẫn 1 chiều, bằng cách đ ấu song song
ngược nhau, lúc đó mỗi van đảm nhận một chiều của dòng
tải. Bằng cách này có thể ghép 2 Tiristor với nhau hoặc 1
Tiristor với 1 Điôt
Điốt.
Cấu tạo
Được cấu tạo từ 2 lớp vật liệu bán dẫn p, n ghép lại với nhau
Điện cực nối với p gọi là Anốt (A)
Điện cực nối với n gọi là Katốt (K)

1.2.1.2
-

Hoạt động

Khi phân cực thuận cho D (cực dương của nguồn điện nối v ới A, c ực
âm nối với K) thì sẽ có dòng điện chạy qua nó.
Ngược lại Khi phân cực ngược cho D (cực dương của nguồn điện
nối với K, cực âm nối với A) thì sẽ không có dòng đi ện ch ạy qua nó.
Chú ý: Khi được phân cực thuận mà UAK chưa lớn đến giá trị mở cảu
D thì D vẫn chưa cho dòng chạy qua, th ương U AK>1V.

1.2.1.3 Thông số cơ bản.

-

Un : Điện áp ngược cực đại
Idm : Dòng điện làm việc max
∆U

: Sụt áp trên D khi nó dẫn

1.2.1.4. Một số điốt công suất.

Kí hiệu

Un (V)

Idm(A)

1N1159
KY740/200
1N2282
SKN20/04
1N2284

200
200
300
400
500

20
20

20
20
20

∆U

(V)
1,2
1,1
1,5
1,55
1,5
14


SKN20/08
CR20-100
SKR20/12
D20PM18C

800
1000
1200
1800

20
20
20
20

1,55
1,1
1,55
1,55

1.2.2.Tiristor
1.2.2.1 Cấu tạo
Được cấu tạo từ 4 lớp bán dẫn P1, N1, P2, N2 ghép sát nhau theo th ứ t ự đó.
Và đưa ra 3 cực:
- Cực nối với P1 là Anốt (A)
- Cực nối với N2 là Katốt (K)
- Cực nối với P2 là Gate (G) (Cực cổng hay cực điều khi ển)
1.2.2.2. Hoạt động
+ Mở Tiristor (T)
Khi phân cực thuận cho T thì nó sẵn sàng mở. Khi có xung kích đ ủ công
suất (đủ U, I) vào cực G của T thì T mở ngay lập tức và cho phép dòng ch ạy
⇒

qua từ A K. Sau đó thì xung điều khiển không có tác dụng cho đến khi T
bị khóa lại.( Không thể dùng xung để điều khiển việc đóng T).
+ Khóa Tiristor
Để khóa T có 2 cách sau:
-

Phân cực ngược cho T
Giảm dòng điện xuống dưới mức dẫn của T
Sau khi T bị khóa muốn mở T trở lại thì phải th ực hiện lại việc m ở T ở
trên.

1.2.2.3. Thông số cơ bản.

- Un : Điện áp ngược max
- Idm: Dòng điện làm việc cực dại
15


-Ug : Điện áp xung điều khiển
-Ig : Dòng điện xung điều khiển
- ∆U : Sụt áp khi dẫn
- dU/dt : Tốc độ tăng điện áp
- Ih : Dòng điện tự giữ
- T : Nhiệt độ làm việc cực đại.

1.2.2.4. Một số Tiristor

Kí hiệu

Un(V)

2N5719
2N2688A
EC103D
C122D
SKT10/100
C501D
C411P

80
200
400
400

1000
400
1000

Idm(A
)
200m
350m
0.8
8
10
550
800

Ug(V)

Ig(A)

∆U(V)

0.6
0.7
0.8
1.5
3
3.5
5

20µ
20µ

200µ
25m
100m
150m
300m

1,4
1,2
1,7
1,8
1,6
1,5
2

dU/dt(V/
s)
100
200
40
500
500
200
200

Ih(A)

T(0C)

2m
500µ

5m
30m
150m
250m
250m

100
155
100
100
125
125
125

1.2.3.Triac
1.2.3.1. Cấu tạo
Triac (viết tắt của TRiode for Alternating Current) là phần tử bán d ẫn gồm
năm lớp bán dẫn, tạo nên cấu trúc p-n-p-n như ở thyristor theo cả hai
chiều giữa các cực T1 và T2, do đó có thể dẫn dòng theo cả hai chi ều, đ ể
điều khiển Triac ta chỉ cần cấp xung cho chân G của Triac.

16


1.2.3.2.Các thông số của van Triac:
Itb – Dòng điện trung bình cho phép.
Umax – điện áp cực đại cho phép đặt lên van ( cả hai chiều thuận và
ngược ).
Ug – điện áp điều khiển mở van .
Ig – dòng điều khiển mở van .

du/dt – tốc độ tăng điện áp thuận trên van Irò – dòng điện rò khi van
khoá.
Idt – dòng điện duy trì .
∆U – sụt áp thuận trên van ( giá trị tương ứng dòng điện van = 1,5 Itb ).
tj – nhiệt độ tối đa của tinh thể bán dẫn.

Itb

Umax

Ug

Ig

du/dt

Irò

Idt

∆
U

tj

(V)

(V)

m

A

V/às

mA

mA

(V)

o

Ký hiệu
(A)

C

DTA05C

0,5

200

2,3

15

5

0,1

25

2,0

110

MAC97B6

0,6

400

2,0

3

25

0,1

10

1,9

110

MAC97A8

0,6

600

2,0

5

25

0,1

10

1,9

110

BT13 -W600E

1

600

1,5

5

30

0,5

10

1,7

120

Z0103SN

1,0

700

1,5

3

–

0,01

7

1,8

125

CQ89NS

2,0

800

2,0

5

–

0,05

5

1,75

125
17


1.3

1.4

Phạm vi ứng dụng:
- Điều chỉnh ánh sáng đèn sợi đốt và ổn định độ phát quang của hệ
chiếu sáng.
Điều chỉnh và ổn định nhiệt độ các lò điện trở bằng cách tự động
khống chế công suất điện đưa vào lò.
- Điều áp xoay chiều cũng được sử dụng để điều chỉnh tốc độ
động cơ điện không đồng bộ, nhưng chỉ phù hợp với phụ tải của

động cơ dạng quạt gió hoặc máy bơm li tâm với phạm vi đi ều
chỉnh không lớn. Điều áp xoay chiều thích hợp với các chế đ ộ nh ư
khởi động, đóng – ngắt nguồn cho động cơ điện xoay chiều.
- Điều áp xoay chiều cũng được dùng để điều ch ỉnh điện áp s ơ c ấp
hay biến áp lực và thông qua đó điều chỉnh điện áp ra tải, ph ụ t ải
có thể dùng dòng điện xoay chiều hoặc 1 chiều (chỉnh lưu điôt
phía thứ cấp ) khi rơi vào 2 trương hợp sau:
o Điện áp thứ cấp thấp hơn nhiều điện áp s ơ cấp nh ưng
dòng điện thứ cấp rất lớn
o Điện áp thứ cấp mà tải yêu cầu cao hơn nhiều lần điện áp
nguồn
Nguyên tắc điều chỉnh
- Nguyên tắc điều chỉnh của điều áp xoay chiều tương tự nh ư trong
chỉnh lưu điều khiển, tức là điều chỉnh góc mở của van bán dẫn.
Xét từ phía mạch van, bộ chỉnh lưu và điều áp xoay chiều có
những điểm giống nhau: các van làm việc với điều áp xoay chiều
nên được khóa tự nhiên bằng điện áp nguồn và cũng ch ịu ảnh
hưởng của lưới điện đến van, kiểu điều khiển van cũng là dịch
pha điểm phát xung so với pha nguồn xoay chiều, tức là sử dụng
mạch điều khiển xung-pha.

18


CHƯƠNG II: TÍNH CHỌN MẠCH CÔNG SUẤT
2.1 Các phương án mạch động lực.
2.1.1
Mạch lực điều áp xoay chiều 3 pha dùng 6 Tiristor song song

ngược.

Mạch xoay chiều ba pha hiện nay trong thực tế th ường gặp 3 s ơ đ ồ sao:
Hình 2.1 a, b, c.

Hình 2.1: Sơ đồ điều áp xoay chiều ba pha bằng cặp tiristor m ắc song song
ngược

19


Các loại này bao gồm tải đấu sao trung tính ( Hình 2.1 a), t ải đ ấu sao
không trung tính (Hình 2.1 b), tải đấu tam giác (Hình 2.1 c).

2.1.2

Mạch lực điều áp xoay chiều 3 pha dùng Triac.

Hiện nay,với những tải có công suất trung bình, các sơ đ ồ đi ện áp ba pha
bằng các cặp tiristor như (Hình 2.1) được thay thế bằng các sơ đ ồ Triac
như (Hình 2.2).

Hình 2.2: Điều áp ba pha bằng Triac
Triac về nguyên lý điều khiển giống hệt các cặp thyristor mắc song song
ngược. Vì vậy, sử dụng các sơ đồ (Hình 2.1) hay (Hình 2.2) tùy thu ộc vào
khả năng linh kiện có loại nào.
2.1.3

Mạch lực điều áp xoay chiều 3 pha dùng Tiristor và Điôt.

Đối với những tải không có yêu cầu về điều khiển đối x ứng ng ười ta có
thể sử dụng sơ đồ cặp tiristor –điốt.

20


Hình 2.3: Sơ đồ điều áp xoay chiều ba pha dùng tiristor và Điôt

2.2

Chọn mạch lực điều áp xoay chiều 3 pha dùng 6 Tiristor song song
ngược, Phụ tải đấu sao không dây trung tính

Đối với các thiết bị có công suất trung bình và lớn, các dòng điện điều hòa
có vai trò quan trọng trong việc lựa chọn bộ điều áp. Việc lựa ch ọn gi ới
hạn bởi hai sơ đồ 6 tiristor.
21


- Bộ điều áp ba pha
- Ba bộ điều áp một pha ghép tam giác.
Sơ đồ ba bộ điều áp một pha nối tam giác không tốt đ ối v ới dòng đi ện t ải
so với bộ điều áp ba pha, nhưng đối với dòng điện lưới lại tốt h ơn. S ơ đ ồ
ba bộ điều áp một pha nối tam giác một pha nối tam giác làm cho dòng
điện pha có điều hòa bâc ba và bội ba nhưng trong dòng điện dây chúng b ị
triệt tiêu. Do vậy ta có thể đi đến kết luận :
- Khi việc giảm các điều hòa dòng điện lưới đóng vai trò quan trọng thì
thường chọn các sơ đồ ba bộ điều áp một pha nối tam giác
- Khi chất lượng điện áp trên tải quan trọng thì th ường ch ọn bộ điều áp ba
pha. Đó là trường hợp cung cấp cho các máy điện quay, bởi vì các máy đi ện
quay sẽ là việc xấu khi điện áp bậc ba hoặc bội ba. Các đi ện áp này t ạo nên
hệ thống thứ tự không.

Khi công suất giảm đi, cần giảm chi phí đối với các tiristor và m ạch đi ều
khiển, khi đó bộ điều áp ba pha có nhiều khả năng ;
- Đặt giữa lưới và tải, cho phép thay đổi pha khi chuy ển t ừ tam giác sang
hình sao mà không cần thay đổi điện áp.
- Đặt sau tải cho phép nối hình tam giác ba nhóm tiristor, làm gi ảm dòng
và cho phép giảm kích cỡ của tiristor
- Đặt sau tải và có một cực chung cho tất cả các tiristor, điều này làm cho
việc điều khiển dễ dàng, nhất là khi thay thế 6 tiristor bằng 3 triac.
Khi vấn đề các điều hòa dòng điện không không quan trọng thì bộ điều áp
ba pha và các phương án của nó có lợi hơn phương án nối tam giác.ba b ộ
điều áp một pha.

2.3

Phân tích ưu, nhược điểm của các mạch công suất

•

Mạch lực điều áp xoay chiều 3 pha dùng 6 Tiristor song song ngược

22


Ưu điểm là sơ đồ giống hệt ba mạch điều áp một pha điều khiển d ịch pha
theo điện áp lưới, do đó điện áp trên các van bán dẫn nh ỏ h ơn vì đi ện áp
đặt vào van bán dẫn là điện áp pha.
Nhược điểm của sơ đồ này là trên dây trung tính có tồn tại dòng điện điều
hòa bậc cao, khi góc mở của van khác 0 có dòng tải gián đo ạn và lo ại s ơ đ ồ
nối này chỉ thích hợp với loại tải ba pha có bốn đầu dây ra. Các s ơ đ ồ ko
trung tính (Hình 2.1 b, c) có nhiều điểm khác so với sơ đ ồ trung tính. Ở đây

dòng điện chạy giữa các pha với nhau, nên đồng thời phải cấp xung đi ều
khiển cho hai tiristor của hai pha một lúc. Việc cung cấp xung đi ều khi ển
như thế, đôi khi gặp khó khăn trong mạch, ngay cả việc đổi th ứ t ự pha
nguồn lưới cũng có thể làm cho sơ đồ không hoạt động.

•

Mạch lực điều áp xoay chiều 3 pha dùng Triac.

Như đã giới thiệu trên, Triac về nguyên lý điều khiển giống hệt các cặp
thyristor mắc song song ngược. Vì vậy, ưu nhược điểm của 2 sơ đồ gần
như không khác nhau. Ngoài ra (Hình 2.2) có ưu điểm h ơn về m ặt đi ều
khiển đối xứng và đơn giản về cách ghép.
•

Mạch lực điều áp xoay chiều 3 pha dùng Tiristor và Điôt.

Đối với những tải không có yêu cầu về điều khiển đối x ứng ng ười ta có
thể sử dụng sơ đồ cặp tiristor –điốt. Mặc dù vậy, sơ đ ồ này ứng d ụng th ực
tế không nhiều. Bởi vì khi không có xung điều khi ển vẩn có th ể có dòng
chạy qua tải. Trong trường hợp cho phép điều khiển không đ ối x ứng
chúng ta có thể sử dụng sơ đồ điều khiển hai pha như (Hình 2.3).

23


Hình 2.4: Sơ đồ điều áp ba pha đơn giản
Ưu điểm của sơ đồ (hình 2.3) là số lượng van bán dẫn ít h ơn, và mạch
điều khiển cũng đơn giản hơn. Nhược điểm của sơ đồ là điều khiển không
đối xứng, nên đường cong dòng điện và điện áp các pha không gi ống nhau,

vì vậy giá trị hiệu dụng của điện áp và dòng điện khác nhau rõ rệt. Lo ại s ơ
đồ này chỉ phát huy tác dụng khi tải và nguồn được phép làm vi ệc không
đối xứng và có số lượng van bán dẫn bị hạn chế.
2.4

Tính chọn van bán dẫn công suất cho sơ đồ mạch.
Thông số:
Nguồn điện 3 pha, điện áp 3 pha U= 380V
Công suất định mức 20Kw
Giả sử hệ số công suất Cosφ = 0,8 ; f=50 hz

2.4.1

Tính dòng điện mỗi pha của phụ tải
It = = = 37,98 (A)

Rtải = = )

•

Chọn van:

Các van trong mạch chỉnh lưu công suất thường phải làm việc với dòng
điện lớn, điện áp cao,công suất phát nhiệt trên nó khá mạnh,vì vậy việc tính
chọn van cần quan tâm trước tiên tới hai chỉ tiêu chính:
Chỉ tiêu về dòng điện.
Chỉ tiêu về điện áp.
Từ bảng 1 (Trang 5) ta suy ra Bảng các tham số tính toán cho điều áp
xoay chiều 3 pha

Sơ đồ / Tham số
/
/
(độ điện)

Phụ tải đấu sao
không dây trung
tính
0.45
1.5
150°

Phụ tải đấu sao
có dây trung tính

Phụ tải đấu tam
giác

0.45
1.73
180°

0.45
1.73
180°
24


2.4.2

Chọn van theo chỉ tiêu dòng điện
Theo sổ tay tra cứu chọn van theo nguyên tắc:
=.
Trong đó: - :dòng trung bình của van được chọn.
- :hệ số dự trữ về dòng điện cho van.
Với tải ổn định và dòng qua van dưới 100A chỉ cần có = 1,2÷1,4.

Với tải dòng điện lớn, do sự phát nhiệt trên van mạnh, thường phải giảm
dòng qua nó nên cần tăng hệ số dự trữ lên = 1,5÷2
Với van thường xuyên phải làm việc ở chế độ quá tải cần = 2÷4
Nếu làm việc ở nơi có môi trường khắc nhiệt, khó thay thế van thì phải
chọn hệ số dự trữ từ 5 đến 8.
Các van chịu dòng lớn nhưng làm việc ở chế độ ngắn hạn thi có thể chọn
từ 0,8 đến 1.
Với các dữ kiện để phù hợp với thông số đề bài nên ta chọn: = 1,2
Phải chọn tiristor ít nhất chịu được dòng trung bình:
Chọn chỉ tiêu dòng van dựa vào trị số trung bình theo Bảng các tham số tính
toán cho điều áp xoay chiều 3 pha
Itbv = 0,45.It = 0,45. 37,98 = 17,09 (A)
Vậy cần chọn van thyristor với trị số dòng điện cỡ:
Itbmax = 2Itbv = 2 . 17,09 = 34,19 (A)
2.4.3

Chọn van theo chỉ tiêu điện áp

Chỉ tiêu chọn áp vẫn theo Bảng các tham số tính toán cho điều áp xoay
chiều 3 pha
ta có:
Uvanmax = 1,5.Upha = 1,5.
25