Nghiên cứu phân tích bộ chỉnh lưu điều khiển đối xứng cầu 3 pha dùng thyristor làm việc ở điều kiện không bình thường

..

Bộ giáo dục và đào tạo
Trường đại học bách khoa Hà Nội
----------------------------

Hà trung kiên

Nghiên cứu, phân tích bộ chỉnh lưu điều khiển đối
xứng cầu 3 pha
dùng thyristor làm việc ở điều kiện không bình
thường

Chuyên ngành: tự động hóa
MÃ số :

Luận văn thạc sĩ khoa học

Người hướng dẫn khoa học:
TS. Dương văn nghi

Hà Nội - 2008


Lời cam đoan
Tôi xin cam đoan bản luận văn này được thực hiện bởi chính bản thân
mình dưới sự hướng dẫn của TS. Dương Văn Nghi cùng với các tài liệu đÃ
được trích dẫn trong phần tài liệu tham khảo ở phần cuối bản luận văn .
Hà Nội, ngày 25 tháng 11 năm 2008
Học viên
Hà Trung Kiên

mục lục
Trang
Mở đầu

1

Chương 1 : Nghiên cứu chế độ chỉnh lưu và
nghịch lưu phụ thuộc của Bộ chỉnh lưu
điều khiển đối xứng cầu ba pha dùng
thyristor ở điều kiện bình th­êng

5

1.1. ChÕ ®é chØnh l­u cđa bé biÕn ®ỉi

7

1.2. ChÕ độ nghịch lưu phụ thuộc của bộ biến đổi

19

Kết luận

28

Chương 2 : Nghiên cứu bộ chỉnh lưu đối xứng
cầu ba Pha dùng thyristor làm việc ở
chế độ chỉnh lưu khi xảy ra sự cố ngắn

hạn ở bộ biến đổi, phương pháp khắc phục

29

2.1. Quá trình sự cố do các van thyristor của bộ chỉnh
lưu bị đánh thủng

30

2.2. Quá trình sự cố khi ngắn mạch trên các cực của
chỉnh lưu

34

2.3. Quá trình sự cố khi lật nghịch lưu của biến tần

36

Kết luận

52

Chương 3 : Nghiên cứu bộ chỉnh lưu đối xứng
cầu ba Pha dùng thyristor làm việc ở
chế độ nghịch lưu phụ thuộc khi xảy ra
sự cố ngắn hạn ở phía nguồn dòng điện
xoay chiều, phương pháp khắc phục

54

3.1. Sự bất bình thường của lưới điện, các nguyên nhân
gây nên sự bất bình thường của lưới

54

3.2. Chế độ làm việc chỉnh lưu của bộ biến đổi cầu ba
pha dùng thyristor ở điều kiện bất bình thường của
lưới điện

57

3.3. Chế độ nghịch lưu phụ thuộc ở điều kiện không
bình thường của lưới điện
Kết luận

59
69

Chương 4 : ứng dụng bộ phát xung nối tiếp
để điều khiển bộ biến đổi khi xảy ra sự cố
ngắn hạn phía lưới điện xoay chiều
4.1. Phối hợp kỹ thuật số với kỹ thuật tương tự trong bộ
phát xung

70

4.2. Phân tích chức năng phát xung cho bộ biến đổi

71

4.3. Cấu trúc tổng quát của bộ phát xung nèi tiÕp

76

4.4. øng dơng bé ph¸t xung nèi tiÕp ®Ĩ ®iỊu khiĨn bé
biÕn ®ỉi khi x¶y ra sù cè ngắn hạn phía lưới điện
xoay chiều
78
Kết luận chung

92

Tài liệu tham kh¶o

94


Sum up of the composition contents by
English
Title of Composition : Research Three-Phase Full Bridge Controlled
Thyristor Rectifier to operate on abnomal condition .
Composition reserch following fundamental question :
- Research mode of rectifier and dependent inversion of Three-Phase Full
Bridge Controlled Rectifier to operate on nomal condition .
- Research mode of rectifier and dependent inversion of Three-Phase Full
Bridge Controlled Rectifier to operate rectifier mode while to meet with
difficulties short-emergency. Various faults that occur in thyristor converter
are : short circuit acroos the thyristor, short circuit acroos the DC terminals,
the inverter of frequency converter collapsed . Methods to repair .

- Research mode of dependent inversion of Three-Phase Full Bridge
Controlled Rectifier to operate rectifier mode while to happened shortemergency on AC power supply. Methods to repair .
- Applied series pulse generator to control Three-phase thyristor
Converters : general structure of series pulse generator, algorithm for series
pulse generator, to integrate power supply status supervisiory fuction, current
conversion supervisiory fuction of thyristors into pulse generator. To combine
fixing pulse generating sequence with adjusting negative voltage area of
thyristor .
Composition had finished theoretics and experimental, and open ways to
design Three-Phase Thyristor Converters to operate on abnomal condition .


Tóm tắt nội dung luận văn
Tên đề tài : Nghiên cứu bộ chỉnh lưu điều khiển đối xứng cầu ba pha
dùng thyristor làm việc ở điều kiện không bình thường .
Luận văn nghiên cứu các vấn đề cơ bản sau đây :
- Nghiên cứu chế độ chỉnh lưu và nghịch l­u phơ thc cđa bé chØnh l­u
®iỊu khiĨn ®èi xøng cầu ba pha dùng thyristor làm việc ở điều kiện bình
thường .
- Nghiên cứu về bộ chỉnh lưu điều khiển đối xứng cầu ba pha dùng
thyristor làm việc ở chế độ chỉnh lưu khi xảy ra sự cố ngắn hạn. Các sự cố xảy
ra là : Sự cố do van thyristor của chỉnh lưu bị đánh thủng, sự cố ngắn mạch
tên các cực của chỉnh lưu, sự cố làm lật nghịch lưu của biến tần. Các biện
pháp khắc phục.
- Nghiên cứu về bộ chỉnh lưu điều khiển đối xứng cầu ba pha dùng
thyristor làm việc ở chế độ nghịch lưu phụ thuộc khi xảy ra sự cố ngắn hạn
phía nguồn dòng điện xoay chiều. Các biện pháp khắc phục.
- ứng dụng bộ phát xung theo cấu trúc nối tiếp để ®iỊu khiĨn bé biÕn
®ỉi : cÊu tróc tỉng qu¸t cđa bộ phát xung nối tiếp, thuật toán để quản lý bộ
phát xung, phối hợp vào bộ phát xung chức năng theo dõi trạng thái lưới điện,

chức năng theo dõi chuyển mạch dòng điện giữa các van. Kết hợp việc chữa
lại trình tự phát xung với việc điều chỉnh diện tích điện áp âm đặt lên thyristor.
Luận văn đà hoàn thành việc nghiên cứu lý thuyết tổng quan về các chế
độ làm việc của bộ biến đổi và ứng dụng thực tế của bộ phát xung nối tiếp;
đồng thời mở ra khả năng có thể thiết kế và chế tạo bộ biến đổi và điều khiển
năng lượng điện làm việc ở ®iỊu kiƯn bÊt th­êng .


1

mở đầu
Vấn đề khai thác, sử dụng năng lượng điện một cách hợp lý, tối ưu, tiết
kiệm và tin cậy luôn luôn là các đề tài hấp dẫn đối với những nhà nghiên cứu,
thiết kế bộ biến đổi và điều khiển năng lượng điện dùng van bán dẫn công
suất.
Các dạng năng lượng điện chính được biến đổi và điều khiển dùng nhiều
trong công nghiệp đó là :
- Biến đổi và điều khiển năng lượng điện từ dòng điện xoay chiều sang
dòng điện một chiều được gọi là các bộ chỉnh lưu.
- Biến đổi và điều khiển năng lượng điện từ dòng điện một chiều sang
dòng điện xoay chiều được gọi là các bộ nghịch lưu.
- Biến đổi và điều khiển năng lượng điện từ dòng điện một chiều có giá
trị điện áp cố định sang dòng điện một chiều có giá trị điện áp thay đổi được
đó chính là các bộ biến đổi xung áp một chiều .
- Biến đổi và điều khiển năng lượng điện dòng xoay chiều có tần số,
điện áp, số pha, thứ tự pha cố định sang dòng điện xoay chiều có tần số, điện
áp, số pha và thứ tự pha thay đổi được, đó được gọi là các bộ biến tần.
Việc nghiên cứu, thiết kế, chế tạo cũng như tìm quy luật điều khiển và
các giải pháp nâng cao chất lượng dạng dòng điện, điện ¸p , hƯ sè c«ng st ,
hiƯu st cịng nh­ độ tin cậy của các bộ biến đổi và điều khiển năng lượng

điện với dải công suất nhỏ và trung bình đà thu được nhiều kết quả như mong
muốn. ĐÃ có nhiều môđun phần cứng tối ưu cũng như các phần mềm điều
khiển đa chức năng của các của các bộ biến đổi và điều khiển năng lượng điện
được nhiều hÃng nổi tiếng trên thế giới sản xuất, chế tạo đồng loạt .
Tuy vậy, đối với các bộ biến đổi và điều khiển năng lượng điện có công
suất lớn hoặc rất lớn với điện áp cao hoặc rất cao, bắt buộc phải dùng van bán
dẫn điều khiển không hoàn toàn thyristor thường vẫn còn những vấn đề cần

Hà Trung Kiên

Tự ®éng ho¸ 06-08


2

phải nghiên cứu, khảo sát kỹ hơn. Đó chính là các bộ biến tần dùng thyristor
nhất là các bộ biến tần thyristor với khâu trung gian dòng điện một chiều.
Các bộ biến tần dùng thyristor thường có công suất lớn và rất lớn được
sử dụng rộng rÃi ở các nhà máy thuỷ điện, nhà máy điện khí, nhà máy nhiệt
điện, ... và các tuyến đường dây tải điện năng đi xa bằng điện cao áp một
chiều .
Đối với các nhà máy phát điện, bộ biến tần thyristor đảm chức năng
khởi động trơn (bằng phương pháp tần số) các tổ hợp máy phát điện và điều
chỉnh tốc độ quay các máy cơ cấu của nhà máy nhiệt điện. Vấn đề tối ưu trong
khởi động các tổ hợp như: Động cơ - máy phát đối với các nhà máy thuỷ điện;
tổ hợp tuốcbin phát - máy bù đồng bộ đối với các nhà máy điện khí, điện hơi
nước... theo quan điểm tiêu thụ năng lượng từ nguồn, hiệu suất của tổ hợp và
sự ảnh hưởng của chúng đến hệ thống năng lượng cũng như hệ thống trang bị
điện được quyết định trên cơ sở ứng dụng bộ biến tần thyristor cao áp có khâu
trung gian dòng điện một chiều sử dụng nghịch lưu nguồn dòng điện chuyển

mạch tự nhiên.
Đối với các tuyến đường dây truyền tải điện năng đi xa bằng điện cao áp
một chiều, trong hệ thống có ít nhất là hai bộ biến đổi và điều khiển năng
lượng dùng thyristor. Mỗi một bộ trong hai bộ biến đổi đó đều có thể làm
được chức năng biến điện áp xoay chiều thành điện áp một chiều để truyền đi
tức là lấy năng lượng điện từ lưới xoay chiều đưa lên đường dây một chiều để
cấp cho tải . Và ngược lại, cũng làm được chức năng tiếp nhận năng lượng
điện từ đường dây một chiều biến thành năng lượng xoay chiều hoà vào nguồn
dòng điện xoay chiều; tức là lưới xoay chiều .
Vấn đề tối ưu hệ thống trên tuyến tải điện năng bằng cao áp một chiều
là điều khiển sự làm việc tối ưu các chế độ làm việc của mỗi bộ biến đổi cũng
như của các lớp bộ biến đổi dùng thyristor tham gia vào đường dây truyền tải
điện năng này trong quá trình tiếp nhận cũng như phát năng lượng điện lên

Hà Trung Kiên

Tự động hoá 06-08


3

đường dây; đồng thời phải đảm bảo độ tin cậy làm việc cao cho mỗi bộ biến
đổi cũng như toàn bộ hệ thống các bộ biến đổi khác.
Cũng trên quan điểm tối ưu về tiêu thụ năng lượng điện từ ngn, hiƯu
st cđa hƯ thèng cịng nh­ sù ¶nh h­ëng của quá trình làm việc của các bộ
biến đổi đến hƯ thèng, ng­êi ta sư dơng phỉ biÕn c¸c bé biến tần thyristor cao
áp với khâu trung gian dòng điện một chiều dùng nghịch lưu nguồn dòng điện
chuyển mạch tự nhiên . Phần tử cơ bản, đóng vai trò chính trong các bộ biến
tần cao áp loại này là chính là bộ chỉnh lưu điều khiển đối xứng cầu ba pha
dùng thyristor thường .

Phân tích, khảo sát, đánh giá các chế độ làm việc, bao gồm cả các chế
độ làm việc bình thường (xác lập) cũng như các chế độ không bình thường
(chế độ sự cố ngắn hạn) đối với bộ chỉnh lưu này, trên cơ sở đó đề xuất các
giải pháp điều khiển nhằm đảm bảo cho bộ chỉnh lưu làm việc được tin cậy
trong thời gian xảy ra sự cố ngắn hạn, tránh không phải cắt điện ngưng quá
trình làm việc của các bộ biến đổi trong thời gian sự cố ngắn hạn, đó là nội
dung chính của bản luận văn này.
Nội dung luận văn gồm các phần sau đây :
Chương I : Nghiên cứu chế độ chỉnh lưu và nghịch lưu phụ thuộc của
Bộ chỉnh lưu điều khiển đối xứng cầu ba pha dùng thyristor thường làm việc ở
điều kiện bình thường .
Chương II : Nghiên cứu Bộ chỉnh lưu điều khiển đối xứng cầu ba pha
dùng thyristor thường làm việc ở chế độ chỉnh lưu khi xảy ra sự cố ngắn hạn.
Phương pháp khắc phục .
Chương III : Nghiên cứu Bộ chỉnh lưu điều khiển đối xứng cầu ba pha
dùng thyristor thường làm việc ở chế độ nghịch lưu phụ thuộc khi xảy ra sự cố
ngắn hạn phía nguồn dòng điện xoay chiều. Giải pháp khắc phục .

Hà Trung Kiên

Tự động hoá 06-08


4

Chương IV : ứng dụng nguyên tắc phát xung nối tiếp điều khiển Bộ
biến đổi khi xảy ra sự cố ngắn hạn phía lưới điện xoay chiều. Các kết quả mô
phỏng .
Kết luận chung : Tóm tắt những nội dung chính mà luận văn đà giải
quyết, những đặc điểm và kết quả đạt được của biện pháp .

Xin chân thành cảm ơn thày giáo, TS. Dương Văn Nghi - Bộ môn Tự
động hoá xí nghiệp công nghiệp đà tận tình hướng dẫn tác giả trong quá trình
nghiên cứu và hoàn thành luận văn; chân thành cảm ơn các thày cô giáo trong
bộ môn Tự động hoá xí nghiệp công nghiệp cùng với sự góp ý chân thành, sâu
sắc; cảm ơn sự cổ vũ, động viên của đồng nghiệp, bạn bè và sự giúp đỡ chỉ
dẫn của Viện đào tạo sau đại học trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đà giúp
đỡ tác giả hoàn thành luận văn tốt nghiệp này .
Hà Nội, ngày 25 tháng 11 năm 2008
Học viên :
Hà Trung Kiên

Hà Trung Kiên

Tự động hoá 06-08


5

chương 1 :
Nghiên cứu chế độ chỉnh lưu và nghịch lưu
phụ thuộc của Bộ chỉnh lưu điều khiển đối xứng
cầu ba pha dùng thyristor ở điều kiện bình thường
Bộ chỉnh lưu đối xứng sơ đồ cầu ba pha dùng thyristor được sử dụng
phổ biến trong công nghiệp, nhất là ở những nơi yêu cầu điện áp cao, do ưu
thế về đặc tính làm việc, tính tối ưu và tính kinh tế của sơ đồ .
Bộ biến đổi làm việc ở chế độ chỉnh lưu khi truyền công suất từ phía
nguồn dòng điện xoay chiều sang phía dòng điện một chiều và làm việc ở chế
độ nghịch lưu phụ thuộc khi biến đổi công suất từ dòng điện một chiều sang
phía dòng điện xoay chiều.
Điều kiện để van bán dẫn Thyristor dẫn dòng là có xung kích đặt vào

cực điều khiển và điện áp đặt thuận lên Thyristor. Thyristor chỉ khoá lại khi có
điện áp ngược đặt lên Thyristor hoặc dòng điện qua Thyristor đà giảm về giá
trị không một thời gian nhất định .
Trước tiên chúng ta sẽ nghiên cứu chế độ làm việc của bộ biến đổi trong
điều kiện bình thường ( dòng điện và điện áp ba pha là các đại lượng đối
xứng) . Sơ đồ bộ biến ®ỉi nh­ h×nh H1-1

H×nh H1-1. Bé chØnh l­u ®èi xøng cầu ba pha dùng Thyristor

Hà Trung Kiên

Tự động hoá 06-08


6

Khi khảo sát trạng thái của bộ biến đổi , để đảm bảo độ chính xác đến
một giá trị nhất định cũng như đơn giản cho quá trình tính toán, ta có các giả
thiết sau :
- Bỏ qua tổn thất trên các Thyristor và trong cuộn dây của máy biến áp .
- Giá trị điện cảm trong mạch dòng điện một chiều Ld là vô cùng lớn.
- Có tính đến điện cảm tản, điện cảm tương hỗ giữa các cuộn dây của
máy biến áp, giá trị này ở cả ba pha đều bằng nhau, được quy đổi về phía thứ
cấp giá trị là La
Với các giả thiết nêu trên dòng điện trong mạch một chiều hoàn toàn
được san bằng, không thay đổi về giá trị, còn dòng điện chuyển mạch chỉ phụ
thuộc vào giá trị điện cảm tản La

Hà Trung Kiên

Tự động hoá 06-08


7

1.1 Chế độ chỉnh lưu của bộ biến đổi
Đối với chỉnh lưu điều khiển dùng Thyristor tải Rd và Ld , quy luật thay
đổi đặc tính ngoài phụ thuộc vào góc điều chỉnh . Thông thường người ta xây
dựng các đặc tính ngoài với các giá trị khác nhau của gãc α nghÜa lµ :
Ud = f(Id) ; α = const
Ngoài ra, quy luật thay đổi đặc tính ngoài của chỉnh lưu còn phụ thuộc
vào thời gian dẫn dòng của mỗi van = 2/3 +
Trong đó : là góc mở chậm của Thyristor
là góc chuyển mạch dòng điện giữa các van
là góc dẫn dòng điện mỗi van
Chọn gốc toạ độ O là thời điểm mà ua đạt giá trị cực đại U2m
Ta có các phương trình điện áp pha và dây :
ua = U2mcost ;
ub = U2mcos(ωt + 2π/3) ;

(1-1)

uc = U2mcos(ωt - 2π/3) ;
Nh­ mäi ng­êi ®· biÕt, chØnh l­u ®iỊu khiĨn ®èi xøng cầu ba pha với dòng
điện một chiều Id lớn và có tính đến giá trị điện cảm La thì thời gian chuyển
mạch dòng điện giữa các van (góc ) sẽ thay đổi khi giá trị Id thay đổi. Điều
này sẽ dẫn đến đặc tính làm việc của bộ biến đổi cũng bị ảnh hưởng theo.
Dưới đây chúng ta sẽ xem xét một số trường hợp đặc trưng :
1.1.1 Trường hợp < /3
Do có sự chuyển mạch giữa hai van nên xuất hiện quá trình ngắn mạch

tạm thời giữa hai pha bên thứ cấp biến áp. Giả thiết rằng T1 và T2 đang dẫn
dòng, tại thời điểm 1 phát xung mở T3. Do có điện cảm nguồn La và Lb cho
nên dòng điện ngắn mạch tạm thời trong cuộn dây máy biến áp không xảy ra

Hà Trung Kiên

Tự động hoá 06-08


8

đột biến. Ta có sơ đồ mạch điện tương đương trong giai đoạn này, dạng cụ thể
như hình H1-2
Dạng điện áp trên các nhóm van Anốt chung (A) và nhóm Catôt chung
(K), điện áp chỉnh lưu ud , điện áp đặt trên Thyristor T1 được thể hiện trên hình
H1-3

Hình H 1-2 . Sơ đồ mạch điện tương đương trong quá trình
chuyển mạch giữa T1, T2 và T3

Hà Trung Kiên

Tự động ho¸ 06-08


9

Hình H1-3. Dạng điện áp và dòng điện của bộ biến đổi cầu ba pha với <

Hà Trung Kiên

3

Tự ®éng ho¸ 06-08


10

Trong thời gian chuyển mạch , dòng điện của các Thyristor T1, T2, T3 có
giá trị :
iT1 = ia ; iT3 = ib ; iT2 = Id = ic

(1-3)

Theo s¬ đồ tương đương hình H2-2 ta có các phương trình :
 di a di b 
−

ua - ub = Xa 
 dωt dωt 

(1-4)

ia + ib = I d
V×

di a
di
= b nên :

d
d

ua ub = 2Xa

di a
d

Mà ta l¹i cã : ua – ub = uab = 3 U2m sin(ωt +
⇒ 3 U2m sin(ωt +

2π
)
3

di
2π
) = 2Xa a
3
dθ

(1-5)

Qu¸ trình chuyển mạch xảy ra từ thời điểm 1 = +
=+


đến thời điểm 2
3

+
3

Dòng điện trong Thyristor T1 và T3 tại thời điểm = 1 :
iT1(1) = Id ; iT3(1) = 0
Lấy tích phân phương trình (2-5) với ®iỊu kiƯn biªn ë trªn ta cã :
3U 2 m
(cos α − cos ωt )
2 Xa

ia = Id ib =

3U 2 m
(cos α − cos ωt )
2 Xa

(1-6)
(1-7)

KÕt thóc qu¸ trình chuyển mạch, dòng điện trong Thyristor T1 và T3 tại
thời điểm = 2 :

Hà Trung Kiên

Tự động hoá 06-08


11

iT1(θ2) = 0 ; iT3(θ1) = Id
3U 2m
(cosα − cos(α + ωt) )
2Xa

⇒ Id =

Hay ta cã : cosα - cos(α+γ) =

2I d X a
3U 2m

(1-8)
(1-9)

Qua biÓu thøc (1-9) nhËn thấy khi tăng dòng điện tải Id đồng thời giữ
góc = const thì góc chuyển mạch dòng điện cũng tăng theo .
Dòng điện ngắn mạch tạm thời trong quá trình chuyển mạch là :

ik = iT3 =

3. U 2 m
(cos cos( + t ))
2 Xa

Trong quá trình chuyển mạch , điện áp đầu ra của bộ biến ®ỉi :
ud =

ua − ub
3

− uc = − uc
2
2

KÕt thóc quá trình chuyển mạch, điện áp đầu ra của bộ biến đổi :
ud = u b - u c
Điện áp chỉnh lưu trung bình tính theo công thức :
Ud =

X a Id 
3 3U 2m (cosα + cos(α + γ) ) 3 3U 2m


cos
=



2
3U 2m


(1-10)

Ta thấy điện áp chỉnh lưu do quá trình chuyển mạch sẽ bị giảm đi một
lượng Ud =

X a Id
3U 2m

Phương trình (1-8) với các giá trị góc khác nhau sẽ cho họ các đường
thẳng song song .
Khi dòng điện tải càng tăng (ứng với một góc = const ) thì đặc tính
càng mềm đi, đặc tính tốt nhất ứng với trường hợp không có chuyển mạch
dòng điện, nghĩa là chuyển mạch xảy ra tức thời .

Hà Trung Kiên

Tự động hoá 06-08


12

ở trường hợp góc < /3, nhận thấy trên sơ đồ có lúc 2 van thông, lại
có lúc 3 van thông, nên được gọi là chế độ 2-3
Qua đồ thị điện áp dây uab nhận thấy trong thời gian chuyển mạch dòng
điện giữa các van ở pha a và pha b với nhau thì điện áp dây có giá trị bằng
không .
1.1.2 Trường hợp = /3
Như trên phân tích, sự tăng dòng điện tải Id kéo theo tăng góc trùng dẫn
(góc chuyển mạch) , việc tăng góc trïng dÉn sÏ më réng kho¶ng thêi gian c¶
ba van cùng dẫn dòng điện. Dòng điện tải tăng đạt đến một giá trị nào đó ta có
chế độ ba van luôn luôn dẫn dòng, đó là trường hợp với góc =


, hay còn
3

gọi là chế độ 3 .
Đồ thị điện áp Ud, điện áp đặt trên Thyristor , điện áp pha, dòng điện

pha thể hiện trên hình H 1-4

Hà Trung Kiên

Tự động hoá 06-08


13

Hình H 1-4. Dạng điện áp và dòng điện chế ®é chØnh l­u øng víi gãc γ = π /3

Hµ Trung Kiên

Tự động hoá 06-08


14

Các phương trình điện áp và dòng điện chỉnh lưu được xác định từ (1-8)
và (1-10) khi =


3

2X a I d
π
= cosα − cos(α + )
3
3U 2m
2ππ. d

π
= cosα + cos( + )
3
3 3U 2m

(1-11)

Biến đổi hai phương trình trên ta nhận được :
2X a I d

= sin( + )
6
3U 2m
2ππ. d
π
= cos(α + )
9U 2m
6

⇒

4X a2 .I d2 4. 2 .U d2
+
=1
3U 22m
81U 22m

(1-12)

Phương trình (1-12) là phương trình của hình Elip. Vậy đặc tính ngoài

Ud = f(Id) trong chế độ này có dạng Elip .
2.1.3 Trường hợp > /3
Chế độ này bắt đầu xuất hiện từ thòi điểm ứng với góc + =


2

trên

hình H1-7a. Từ thời điểm này trong sơ đồ đồng thời có bốn Thyristor cùng
dẫn dòng điện. Trước thời điểm 3 có ba Thyristor đang dẫn dòng điện là T1,
T5 , T6 (Hình H1-5). Tại T3 phát xung điều khiển vào Thyristor T2 làm T2
thông. Trong giai đoạn góc 1 có bốn Thyristor cùng dẫn dòng điện là T1, T2,
T5 và T6. Do T5 và T2 cùng dẫn dòng trong giai đoạn 1 nên Ud = 0. Góc 1 kết
thúc khi dòng điện qua T5 bằng không. Tiếp theo là giai đoạn ứng với góc 2
có ba Thyristor đồng thời dẫn dòng điện là T1, T2 và T6 . Giai đoạn này kéo dài
cho tới khi nào đủ điều kiện để Thyristor T3 bắt đầu làm việc và lại là giai
đoạn bốn Thyristor cùng dẫn dòng như trong khoảng thời gian 1 nêu trên .

Hà Trung Kiên

Tự động hoá 06-08


15

Hình H1-5. Dạng điện áp và dòng điện chế độ chØnh l­u øng víi gãc γ > π /3
Hµ Trung Kiên

Tự động hoá 06-08

16

Đồ thị điện áp Ud, điện áp đặt trên Thyristor , điện áp pha, dòng điện
pha thể hiện trên hình H1-5
Để xác định quy luật thay đổi dòng điện trong quá trình chuyển mạch ở
chế độ này, từ đồ thị H1-5 ta nhËn thÊy :
- Trong kho¶ng cã ba van T1, T2, T6 cùng dẫn, dòng điện trong van T2
được xác định bằng :
iT2 = C1

3U 2m
cos
2.X a

i6 = I d – i2
- Trong kho¶ng thêi gian bèn van T6, T1, T2, T3 cïng dÉn , Thyristor T1
dÉn dßng ®iƯn pha A, Thyristor T2 dÉn dßng ®iƯn pha B .
Theo định luật Farađây :
ua = Xa.

di T1
d

ub = Xa.

di T 2
dθ

⇒ iT1 = C2 +

U 2m
sinθ
Xa

(1-13)

iT3 = Id – iT1
⇒ iT2 = C3 -

U 2m
2π
sin(θ + )
Xa
3

(1-14)

iT6 = Id iT2
Xác định các giá trị C1, C2, C3 theo ®iỊu kiƯn :
+ Khi θ = α + π/3 :

iT3 = 0 , iT1 = Id và giá trị dòng điện iT3 liên tục

tại thời điểm này .
+ Khi = θ2 = α + γ : iT6 = 0 , iT2 = Id

Hà Trung Kiên

Tự động hoá 06-08


17

Giá trị dòng điện iT3 tại thời điểm = + bằng với giá trị dòng điện



iT2 tại = + -

3

Từ các điều kiện trên ta xác định được :
C2 = I d

U 2m

sin( + )
Xa
3

(1-15)

C3 = I d +

U 2m
2π
sin(α + γ + )
Xa

3

(1-16)

π
3U 2m
U 2m
cos(α + )
sinα +
2.X a
3
Xa

C1 = C3 +

cos ( α + γ +

(1-17)

2X a I d
π
π
) = cos(α )U 2m
6
6

(1-18)

Điện áp trung bình chỉnh lưu được xác định b»ng :
α+

Ud =

3
π

π
3

α+

∫u
α+γ−

d

. dθ =

π
3

3
π

∫

π
3

α+γ−

π
3

3
U 2 m cosθ . dθ
2

π
π γ
cos(α − ) + cos(α + + )
6
6 2
2

=

9
U
π 2m

=

9
γ
π γ
U 2 m cos(α + ) cos( + )
π
2
6 2

(1-19)

Tõ phương trình (1-14) và (1-15) ta được :
Ud =


9
X .I 
U 2 m  cos(α − ) − a d

6
U2m


(1-20)

Biểu thức (1-20) là phương trình của dạng đường thẳng. Như vậy đặc
tính ngoài của bộ biến đổi trong trường hợp này có dạng đường thẳng.
Đặt Ud* =

Hà Trung Kiªn

π . Ud
3 3 U2m

;

Id*=

2. I d X a
U2m

Tù ®éng ho¸ 06-08


18

Ta có quan hệ Ud* = f (Id*,) là đặc tính ngoài của bộ biến đổi làm
việc ở chế độ chỉnh lưu được thể hiện trên H1-6

Hình H1-6. Đặc tính ngoài của bộ biến đổi
làm việc ở chế độ chỉnh lưu

Hà Trung Kiên

Tự động hoá 06-08


19

1.2 Chế độ nghịch lưu phụ thuộc của bộ biến ®ỉi
1.2.1 ChÕ ®é nghÞch l­u phơ thc cđa bé chØnh lưu cầu ba pha .
Nghịch lưu phụ thuộc là thực hiện quá trình biến đổi và điều khiển năng
lượng điện từ phía dòng điện một chiều sang phía dòng điện xoay chiều ba
pha hoà được vào lưới công nghiệp tần số 50Hz hoặc 60Hz.
Khi phân tích nguyên lý hoạt động của nghịch lưu phụ thuộc sơ đồ cầu
ba pha hình H1-1, điện trở tải Rd được thay bằng nguồn một chiều EN với cực
tính như hình vẽ. Cùng với giả thiết Ld , nguồn điện áp một chiều EN và Ld
sẽ nhận được nguồn dòng điện một chiều Id. Một trong những vai trò của

nguồn xoay chiều là chức năng sức phản điện động .
Khi thay đổi góc mở chậm của các thyristor trong trường hợp này là
thay đổi giá trị trung bình sức phản điện động nghịch lưu Ud , chính là điều
khiển quá trình truyền năng lượng từ phía nguồn một chiều về nguồn xoay
chiều tần số công nghiệp .
Cũng như chế độ chỉnh lưu, sự thay đổi dòng điện Id có ảnh hưởng đến
thời gian chuyển mạch dòng điện giữa các thyristor, cụ thể là góc . ở nghịch
lưu phụ thuộc, góc điều khiển đặc trưng lại chính là góc vượt trước , xác
định từ thời điểm bắt đầu chuyển mạch dòng điện hai van đến thời điểm khi
các điện áp xoay chiều tham gia chuyển mạch liên quan đến hai van chuyển
mạch trở nên bằng nhau. Góc vượt trước được xác định theo công thức :
=-

(1-21)

Đồ thị hình H1-7 là dạng dòng điện và điện áp trên một số điểm cần
quan tâm để khảo sát chế độ nghịch lưu phụ thuộc ứng với góc chuyển mạch
< /3.

Hà Trung Kiên

Tự động ho¸ 06-08