Bài tập lớn điện tử công suất (bộ điều chỉnh điện áp xoay chiều 3 pha sử dụng 6 thyristor)

Bài tập lớn
Mơn: ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT
Đề tài: Thiết kế bộ điều chỉnh điện áp xoay chiều 3 pha sử dụng 6
thyristor, tải RL, Ut=100-400 VAC, P=35 KV
-

Môn học: Điện Tử Cơng Suất
Mã học phần: 13350
Nhóm học phần: N04
Nhóm bài tập: N01
Họ tên thành viên trong nhóm:
Họ và tên

Mã sinh viên

1


MỤC LUC
Chương 1: Tổng quan về bộ điều chỉnh điện áp xoay chiều 3 pha...............................................................3
1.1 Tổng quan về công nghệ điều chỉnh điện áp xoay chiều:....................................................................3
1.1.1Các bộ điều áp xoay chiều dùng để đóng ngắt hoặc thay đổi điện áp ra tải từ một nguồn xoay
chiều cố định, trong đó tần số điện áp ra bằng điện áp nguồn............................................................3
1.1.2 Giới thiệu về mạch lực điều áp xoay chiều một pha...................................................................3
1.1.3 Giới thiệu về mạch lực điều áp xoay chiều ba pha:..................................................................4
1.2. Một số ứng dụng của điều áp xoay chiều 3 pha.............................................................................11
1.2.1 Công tắc tơ điện tử......................................................................................................................11
1.3 Yêu cầu của công nghệ điều chỉnh điện áp xoay chiều..................................................................14
1.3.1 Một số Thyristor..........................................................................................................................15
1.3.2 Phạm vi ứng dụng:......................................................................................................................15
1.3.3 Nguyên tắc điều chỉnh................................................................................................................16

CHƯƠNG II: TÍNH CHỌN MẠCH CƠNG SUẤT.................................................................................17
2.1

Các phương án mạch động lực...................................................................................................17

2.2
Chọn mạch lực điều áp xoay chiều 3 pha dùng 6 Thyristor song song ngược, Phụ tải đấu
sao không dây trung tính.........................................................................................................................17
2.3

Phân tích ưu, nhược điểm của các mạch cơng suất...................................................................19

2.4

Tính chọn van bán dẫn công suất cho sơ đồ mạch...................................................................19

2.4.1Chọn van theo chỉ tiêu dòng điện...............................................................................................20
2.4.2
2.5

Chọn van theo chỉ tiêu điện áp...........................................................................................21
Tính chọn phần tử bảo vệ............................................................................................................22

2.5.1. Bảo vệ quá điện áp cho van.......................................................................................................22
2.5.2 Bảo vệ quá nhiệt cho van............................................................................................................24
CHƯƠNG 3: ĐÁNH GIÁ CÁC YÊU CẦU ĐÃ ĐẶT RA.......................................................................26
3.1 Những yêu cầu đã đạt được:.............................................................................................................26
3.2 Những điều chưa đạt được:...............................................................................................................26
CHƯƠNG 4: PHỤ LỤC VÀ THAM KHẢO............................................................................................27
4.1 Bảng phụ lục các hình và sơ đồ trong bài:......................................................................................27

Sơ đồ contactor điện tử và ứng dụng.....................................................................................................27
4.2 Phụ Lục Tham Khảo:........................................................................................................................28
1. Thiết kế bộ điều ap xoay chiều 3 pha nguồn tham khảo ebook.vn.......................................................28

2


Giới thiệu:
Điện tử công suất là công nghệ biến đổi điện năng từ dạng này sang dạng
khác trong đó các phần tử bán dẫn cơng suất đóng vai trị 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 đổi 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, cịn gọi là van bán dẫn, khi mở dẫn dịng thì nối tải vào
nguồn, khi khóa thì khơng có dịng điện chạy qua. Khác với các phần tử có tiếp
điểm các văn bản dẫn thực hiện đóng cắt dịng điện mà khơng gây nên tia lửa điện
khơng bị mài mịn theo thời gian. Tuy có thể đóng cắt các dịng điện lớn nhưng các
phần tử bán dẫn cơng 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 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, khơng đáng kể so với
công suất điện Cần biến đổi. Không những đạt được hiệu suất cao mà các bộ biến
đổi cịn có khả năng cung cấp phụ tải nguồn năng lượng với các đặc tính theo yêu
cầu, đáp ứng các quá trình điều chỉnh, điều kiện trong một thời gian ngắn nhất, với
chất lượng phù hợp trong các hệ thống tự động.
Nội dung bài tập lớn này tập trung tìm hiểu về bộ điều chỉnh điện áp xoay chiều 3
pha điện tử sử dụng thyristor để điều khiển đóng cắt động cơ 3 pha. Đây là một đề

tài có quy mơ và ứng dụng thực tế cao. Trong q trình hồn thành bài tập lớn mơn
học, em đã nhận được sự hướng dẫn của thầy Đặng Hồng Hải và các thầy cô trong
trường. Chúng em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của các thầy cơ để
bài tập lớn của chúng em được hoàn chỉnh hơn.

3


Chương 1: Tổng quan về bộ điều chỉnh điện áp xoay chiều 3 pha
1.1 Tổng quan về công nghệ điều chỉnh điện áp xoay chiều:
1.1.1Các bộ điều áp xoay chiều dùng để đóng ngắt hoặc thay đổi điện
áp ra tải từ một 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 thực hiện yêu
cầu này, tuy nhiên việc điều chỉnh phải tiến hành qua hệ cơ khí di chuyển chổi than
trượt trên các vịng dây biến thế, vì vậy hệ này khơng bền, phản ứng chậm, nhưng
có ưu điểm cơ bản là điện áp ra tải ln đảm bảo hình Sin trong tồn dải điều
chỉnh.
Điện tử cơng suất sử dụng các van bán dẫn để chế tạo các bộ phận điều áp
xoay chiều có các đặc điểm như sau:
Điều áp xoay chiều dùng van bán dẫn có đầy đủ ưu điểm của những mạch
công suất sử dụng kĩ thuật bán dẫn như: dễ điều chỉnh và tự động hóa, làm việc ổn
định, phản ứng nhanh với các đột biến điều khiển, độ tin cậy và tuổi thọ cao, kích
thước gọn, dễ thay thế, thích hợp với q trình hiện đại hóa, tập trung hóa cơng
trình cơng nghệ…
Nhược điểm chung và cơ bản nhất của điều áp xoay chiều là điện áp tải ra
khơng sin hồn chỉnh khi đưa tồn bộ điện áp nguồn ra tải, điều chỉnh càng sâu
càng giảm điện áp ra, thì độ méo càng lớn, tức là thành phần sóng hài bậc cao (là
bội số của tần số vào) cũng càng lớn. Với những tải yêu cầu nghiêm ngặt về độ
méo và thành phần sóng hài có thể không áp dụng được điều áp xoay chiều.

1.1.2 Giới thiệu về mạch lực điều áp xoay chiều một pha

-Để thay đổi điện áp xoay chiều, ngoài dùng máy biến áp, ta cịn có thể dùng
các bộ thyristor đấu song song ngược.
-Việc điều khiển thời điểm đóng mở thyristor sẽ tạo ra những xung áp trên
tải lên bộ biến đổi được gọi là bộ điều chỉnh xung áp xoay chiều.
Sơ đồ mạch lực điều áp xoay chiều 1 pha:

Hình 1.1 Bộ điều áp xoay chiều 1 pha.
4


Sơ đồ bộ biến đổi 1 pha gồm: 1 thyristor đấu song song ngược (T1 và T2) và
được mắc nối tiếp với tải. Đối với bộ biến đổi có cơng suất nhỏ và trung bình
( khoảng vài KW) có thể thay thế bộ thyristor bằng Triac.

Hình 1.2 Điều áp xoay chiều ba pha,sơ đồ thyristor và điện trở

1.1.3 Giới thiệu về mạch lực điều áp xoay chiều ba pha:
Bộ biến đổi xung áp 3 pha được ứng dụng rộng rãi trong điều khiển nhệt độ
các lò điện trở hoặc động cơ không đồng bộ ba pha. Nếu bộ biến đổi xung áp ba
pha được ghép từ ba bộ biến đổi 1 pha và có dây trung tính thì dịng qua mỗi pha
sẽ khơng phụ thuộc vào dịng của các pha khác.
Khi bộ biến đổi xung áp 3 pha được đấu sao, khơng có dây trung tính, q
trình điện từ trong mạch hồn tồn khác với sơ đồ trên hình trên vì q trình dẫn
dịng trong một pha phải tương thích với q trình Dẫn dịng trong pha khác

Hình 1.3Điều áp xoay chiều 3 pha , các pha hoạt động độc lập
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 dịng tải điện ln ở chế độ gián đoạn. Tức là ln
có những khoảng mà dịng tải bằng khơng tải bị ngắt khỏi nguồn và khơng 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 2 nửa chu kỳ của một pha cũng đối
xứng.
Sơ đồ hình 1.2b dùng cách đấu 2 thyristor trong tương đương với 1 Triac,
loại này rất thông dụng trong thực tế và có tên là sơ đồ 6 Tiristor đấu song song
ngược có đặc điểm hồn tồn tương tự sơ đồ 1.2b.

Hình 1.4 Một số bộ điều áp xoay chiều 3 pha.
Hai sơ đồ này đôi khi được sử dụng chỉ để đóng ngắt nguồn ra tải, mà khơng
điều chỉnh điện áp được và được gọi là bộ công tắc tơ điện tử.
Các sơ đồ hình 1.4a, b, c ứng dụng cho các giải 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 1.4cho dạng điện áp trên một pha của tải là chung cho các sơ đồ
hình 1.4a; 1.4b 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 sống hài cơ bản (Băng tần số nguồn điện, Ở đây
là 50Hz). Như vậy khi điều chỉnh điện áp ra sâu, tương ứng các điều khiển càng
lớn, thì điện áp ra sẽ càng méo nhiều hơn.
Hình điều áp xoay chiều 3 pha sau 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)
Trong thực tế chúng ta hay sử dụng bộ điều chỉnh xung áp ba pha ( điều
khiển động cơ không đồng bộ ba pha ) để điều khiển nhiệt độ của các lò điện trở.
6

Nếu bộ biến đổi xung áp ba pha được ghép từ ba bộ biến đổi một pha và có dây
trung tính thì dịng qua mỗi pha sẽ khơng phụ thuộc vào dịng của các pha khác.
Các biểu thức tính tốn về a, λ và φ tương tự như các sơ đồ một pha.
Khi ta tăng góc điều chỉnh a sẽ làm giảm thời gian dẫn dòng qua tiristo .Ứng
với một giá trị a bất kỳ thì dịng một pha sẽ giảm về không trước khi mở tiristo của
pha tiếp theo. Như vậy sẽ xuất hiện một khoảng thời gian không có dịng và
khoảng dẫn của tiristo sẽ bị giảm đến giới hạn nhở hơn .

Hình 1.5 Sơ đồ điều áp 3 pha tải đấu sao khơng có dây trung tính
Khi bộ biến đổi xung áp ba pha được đấu theo hình sao mà khơng có dây
trung tính q trình điện từ trong mạch sẽ hồn tồn khác do q trình dẫn dịng
trong một pha sẽ phải tương thích với q trình dẫn dịng pha khác.
Để đảm bảo lượng sóng hài là tối thiểu thì các góc mở của tiristo phải bằng
nhau (a), do đó mỗi van lần lượt được mở cách nhau một góc và có khoẳng dẫn
điện ( λ )là giống nhau .
Khi mỗi pha có một tiristo dẫn điện ,lúc này các tải của ba pha điều được
đấu vào nguồn và tạo thành hệ ba pha đối xứng nhau ( giả thiết là các tải thuần
trở ).
Đường cong điện áp trên tải () được xây dựng theo quy tắc sau :
- Khi cả ba tiristo của cả ba pha điều dẫn dịng thì điện áp U trên tải sẽ trùng
với điện áp của pha đó (

7


- Khi chỉ có hai tiristo dẫn thì điện áp U trên tải sẽ bằng một nửa điện áp trên
dây của hai pha mà có hia tiristo dẫn điện .
Giá trị hiệu dụng của điện áp trên tải được tính theo cơng thức sau:

Trong đó thì là giá trị hiệu dụng và là giá trị tức thời
Do giá trị trong căn là giá trị bình phương nên:
==
=
Trong đó là giá trị tức thời của điện áp pha; là giá trị tức thời của điện áp
dây.
Thay các gí trị ta tính được được giá trị hiệu dụng của điện áp pha:
= ,0<α <
= ,<
= ,<

Dạng đồ thị điện áp trên tải đối pha với pha α () ứng với góc được thể hiện
ở hình trên (tải là tải thuần trở)
Nhận thấy khi , bất kỳ thời điểm nào cũng chỉ có hai van dẫn vì đó điện áp
trên tải sẽ được tạo bởi các đường cong .
Khi tải mang tính trở khác sẽ có ba chế độ làm việc:
Nếu , dịng tải và điện áp trên tải sẽ là hình sin vì lúc này các
van điều dẫn điện trong một nửa chu kỳ và ở bất kỳ thời điểm nào cũng có
ba pha dẫn điện . Do đó :

Nếu , là giá trị mà vẫn còn tồn tại chế độ cả ba van thuộc về ba pha
vẫn dẫn điện . Lúc này đường cong điện áp trên tải sẽ có dạng như hình

8


Trong mỗi nửa chu kỳ sẽ có ba đoạn mà , hai đoạn còn lại
Như vậy cả ba tiristo dẫn điện thì:

Khi hai tiristo của pha α và pha b dẫn ta có:

Khi hia tiristo của pha α và pha c dẫn ta có :

Khi tiristo của pha α khóa:
Từ các phương trình trên ta rút ra được biểu thức tổng qt của dịng điện là:

Trong đó
- n là số thứ tự của các đoạn trong mỗi nửa chu kỳ
- = nếu điện áp là điện áp pha
-

/2 nếu điện áp là điện áp dây

-

=(0, +π/6,-π/6) tùy thuộc vào số đoạn

-

là giá trị ban đầu của góc θ

- là hằng số tích phân
Góc giới hạn được tính
-

Nếu thì đường cong điện áp sẽ tương ứng với hình dưới

9

Hình 1.6 Đồ thị dạng điện áp với tải thuần trở

Và mỗi nửa chu kỳ sẽ có hai đoạn mà hoặc . Đối với các đoạn cịn lại thì
và chế dộ này tương ứng với trạng thái chỉ có hai van của hai pha dẫn điện với góc
điều khiển lớn nhất là

10


Hình 1.7 Đồ thị dạng điện áp với tải RL

1.2. Một số ứng dụng của điều áp xoay chiều 3 pha
1.2.1 Công tắc tơ điện tử
Công tắc tơ là thiết bị dùng để đóng ngắt phụ tải điện. Đây là loại khí cụ
điện sử dụng lực hút của cuộn dây khi có dịng điện đi qua( nam châm điện) để di
chuyển bộ phận cơ khí, kéo theo các tiếp điểm cho tiếp xúc với nhau để nối nguồn
điện vào tải. Khi phải đóng, ngắt các tải dịng điện lớn thường xảy ra hiện tượng
đánh lửa ăn mòn trên bề mặt tiếp xúc, giảm đáng kể thời gian sử dụng thiết bị, mặt
khác do có di chuyển cơ học dẵn đến thời gian tác động chậm, nên không thể làm
việc với tần suất đóng/ngắt lớn. Đây là nhược điểm cơ bản của công tắc tơ điện từ.
Để khắc phục các nhược điểm trên cần thay hệ tiếp điểm cơ khí bằng hệ
không tiếp điểm, tức là phải sử dụng van điện tử, như vật vừa loại trừ hiện tượng
đánh lửa vừa tăng khả năng về tốc độ và tần suất đóng/ngắt cũng như tuổi thọ của
thiết bị. Ứng dụng này của điều áp xoay chiều được gọi là công tắc tơ điện tử.

Hình 1.8: Sơ đồ điều áp xoay chiều 3 pha thyristor đấu song song ngược

11

Công tắc tơ điện tử 1 pha được ứng dụng cho hệ tự động chuyển đổi nguồn
với công suất không lớn và công nghệ hàm tiếp xúc xoay chiều.
Công tắc tơ điện tử 3 pha được ứng dụng cho vùng cơng suất lớn hoặc cho
phụ tảu 3 pha như đóng/ngắt và đảo chiều động cơ làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp
lại.

Do mục đích của cơng tắc tơ điện tử chỉ dùng để đóng/ngắt tải với nguồn mà
khơng có yêu cầu điều chỉnh điện áp, nên các van luôn được phát xung mở ngay ở
đầu mỗi nửa chu kì của điện áp nguồn. Khi được cấp nguồn, điện áp trên tải là đầy
đủ điện áp hình sin của lưới, do đó khơng cịn vấn đề về sóng hài như khi điều
chỉnh điện áp, vì vật cơng tắc tở điện tử không bị các hạn chế như vớt điều áp xoay
chiều thông thường.
Như vậy mạch điều khiển công tắc tơ điện tử có 2 nhiệm vụ chính là:
+) Hoặc phát xung với góc min để cấp tồn bộ điện áp nguồn cho tải
+) Hoặc không phát xung( ngắt xung điều khiển van) để tất cả các van khóa
làm tải hồn tồn bị cắt khỏi nguồn điện. Do đó sơ đồ điều khiển cũng đơn giản
hơn nhiều so với mạch cần điều chỉnh điện áp.
1.2.2 Mạch đơn giản
Dòng điều khiển mở thyristor lấy chính từ nguồn xoay chiều, cịn lệnh
đóng/ngắt thực hiện nhờ các tiếp điểm s,s 1 và s2. Khi các tiếp điểm này hở, khơng
có đường tạo dịng điều khiển Ig và do UGK= 0 nên các van đều khóa.
Để các van dẫn, các tiếp điểm phải được đóng kín(Thơng thường chúng là
tiếp điểm của cùng 1 rơle điều khiển)
Lúc đó, ở nửa chu kì khi điện áp T 1 dương, dòng điện đi từ điểm dương
nguồn qua tiếp điểm S1 – D1 – R1- cực G CỦA T1 – katôt T1- qua Rtải rồi về điểm âm
nguồn, như vậy đã có dịng vào cực điều khiển T1 nên làm thyristor dẫn. Nửa chu
kì sẽ đi qua S2 – R2 – Gate T2- katôt T2 và về nguồn, đến lượt thyristor T2 dẫn.
Ở nửa chu kì khi điện áp trên T1 dương, dòng điện đi từ điểm dương qua DZ1
– R1 – cực G của T1 – katôt T1 – qua Rtải rồi về điểm âm nguồn, như vậy đã có dịng

vào cực điều khiển T1 nên làm thyristor T1 dẫn. Nửa chu kì sau khi nguồn đảo dấu,
dịng điều khiển cho T2 sẽ qua Rtải – DZ2 – S – R1 – Gate T2 – katôt T2 và về nguồn ,
đến lượt thyristor T2 dẫn.
Trong cả 2 trường hợp đều có dịng điều khiển.
12


Thời điểm thyristor bắt đầu
vandan Tính từ điểm qua 0 của điện áp nguồn có thể
xác định theo biêu thức sau( coi tải thuần trở)
= arcsin(*)

vandan

Trong đó Um là biên độ điện áp nguồn.
Điện trở R1, R2 có tác dụng hạn chế dịng điều khiển dịng điều khiển cực
đại vì khi tiếp điểm S đóng lúc điện áp nguồn là nhất thì dịng điều khiển là lớn
nhất. Tuy nhiên, nếu điểm này lấy quá lớn sẽ ảnh hưởng tới điểm van dẫn, vì khi
mạch đã hoạt đọng cần cho van mở ngay ở đầu mỗi chu, mà thời điểm mở phụ
thuộc
vandan cho thấy R1 càng lớn thì góc mà ở đó van bắt đầu dẫn cũng càng lớn
có nghĩa van mở càng chậm so với điểm qua không của điện ap nguồn.
Các điơt ổn áp có tác dụng hạn chế điện áp đặt lên cực điều khiển khi tiếp
điểm vừa đóng ở thời điểm điện áp nguồn có thể gây hỏng cực điều khiển.
Sơ đồ kiểu này có ửu điểm rất đơn giản, hoạt đọng tin cậy với mọi loại tải
nhưng cũng có nhược điểm.
+) Vẫn phải dùng tiếp điểm S, tuy dịng điều khiển van nhỏ nên khơng ảnh
hưởng nhiêu đến độ bền các tiếp điểm, nhưng tần suất đóng/ngắt của mạch vẫn bị
hạn chế bởi khả năng của chính rơle điều khiển.

1.3 u cầu của cơng nghệ điều chỉnh điện áp xoay chiều
- Điều áp xoay chiều làm việc với nguồn vào là điện áp xoay chiều, tức là
giống như mạch chỉnh lưu, vì vậy các van được sử dụng như nguyên tắc
điều khiển có nhiều điểm tương tự như ở mạch chỉnh lưu.
- Do tải đòi hỏi dịng điện xoay chiều nên van bán dẫn có thể dùng ở đây
là:
Ghép hai van chỉ cho dẫn 1 chiều, bằng cách đấu song song ngược nhau, lúc
đó mỗi van đảm nhận một chiều của dòng tải. Bằng cách này có thể ghép 2
Thyristor với nhau hoặc 1 Thyristor với 1 Điôt

1.3.1 Một số Thyristor

13


Un(V Idm( Ug(V Ig(A ∆U(V dU/dt(V/ Ih(A T(0C
Kí hiệu
)
A)
)
)
)
s)
)
)
2N5719
80
200m 0.6 20µ 1,4
100
2m 100

500
2N2688A 200 350m 0.7 20µ 1,2
200
155
µ
200
EC103D 400
0.8
0.8
1,7
40
5m 100
µ
C122D
400
8
1.5 25m 1,8
500
30m 100
SKT10/1
100
150
1000
10
3
1,6
500
125
00
m

m
150
250
C501D
400
550
3.5
1,5
200
125
m
m
300
250
C411P
1000 800
5
2
200
125
m
m
1.3.2 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 lị điện trở bằng cách tự động khống
chế cơng 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 điều chỉnh không lớn. Điều áp xoay
chiều thích hợp với các chế độ như khởi động, đóng – ngắt nguồn cho
động cơ điện xoay chiều.
- Điều áp xoay chiều cũng được dùng để điều chỉnh điện áp sơ cấp hay
biến áp lực và thơng qua đó điều chỉnh điện áp ra tải, phụ tải có thể dùng
dịng điện xoay chiều hoặc 1 chiều (chỉnh lưu điơt phía thứ cấp ) khi rơi
vào 2 trương hợp sau:
o Điện áp thứ cấp thấp hơn nhiều điện áp sơ cấp nhưng dòng điện
thứ cấp rất lớn
o Điện áp thứ cấp mà tải yêu cầu cao hơn nhiều lần điện áp nguồn
14


1.3.3 Nguyên tắc điều chỉnh
- Nguyên tắc điều chỉnh của điều áp xoay chiều tương tự như 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 chịu 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.

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

Mạch xoay chiều ba pha hiện nay trong thực tế thường gặp 3 sơ
đồ sao: Hình 2.1 a, b, c.

15


Các loại này bao gồm: tải đấu sao trung tính ( Hình 2.1 a), tải đấu sao
khơng trung tính (Hình 2.1 b)
2.2Chọn mạch lực điều áp xoay chiều 3 pha dùng 6 Thyristor song song
ngược, Phụ tải đấu sao không dây trung tính

Hình 2.2 Mạch lực điều áp xoay chiều 3 pha 6 thyristor đấu song song ngược

Đối với các thiết bị có cơng suất trung bình và lớn, các dịng điện điều hịa
có vai trị quan trọng trong việc lựa chọn bộ điều áp. Việc lựa chọn giới hạn bởi hai
sơ đồ 6 Thyristor.
- 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 đối với dòng điện tải so
với bộ điều áp ba pha, nhưng đối với dòng điện lưới lại tốt hơn. Sơ đồ ba bộ điều
16


áp một pha nối tam giác một pha nối tam giác làm cho dịng điện pha có điều hịa
bâc ba và bội ba nhưng trong dòng điện dây chúng bị triệt tiêu. Do vậy ta có thể đi
đến kết luận:
- Khi việc giảm các điều hịa dịng điện lưới đóng vai trị 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 thường chọn bộ điều áp ba
pha. Đó là trường hợp cung cấp cho các máy điện quay, bởi vì các máy điện quay
sẽ là việc xấu khi điện áp bậc ba hoặc bội ba. Các điện áp này tạo nên hệ thống thứ
tự khơng.

Khi cơng suất giảm đi, cần giảm chi phí đối với các Thyristor và mạch điều
khiển, khi đó bộ điều áp ba pha có nhiều khả năng;
- Đặt giữa lưới và tải, cho phép thay đổi pha khi chuyển từ tam giác sang
hình sao mà khơng cần thay đổi điện áp.
- Đặt sau tải cho phép nối hình tam giác ba nhóm Thyristor, làm giảm dịng
và cho phép giảm kích cỡ của Thyristor
- Đặt sau tải và có một cực chung cho tất cả các Thyristor, điều này làm cho
việc điều khiển dễ dàng, nhất là khi thay thế 6 Thyristor bằng 3 triac.
Khi vấn đề các điều hòa dịng điện khơng khơng quan trọng thì bộ điều áp ba
pha và các phương án của nó có lợi hơn phương án nối tam giác.ba bộ 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 Thyristor song song ngược

Ưu điểm là sơ đồ giống hệt ba mạch điều áp một pha điều khiển dịch pha
theo điện áp lưới, do đó điện áp trên các van bán dẫn nhỏ hơn vì điện áp đặt vào
van bán dẫn là điện áp pha.

17


Nhược điểm của sơ đồ này là trên dây trung tính có tồn tại dịng điện điều
hịa bậc cao, khi góc mở của van khác 0 có dịng tải gián đoạn và loại sơ đồ nối này
chỉ thích hợp với loại tải ba pha có bốn đầu dây ra. Các sơ đồ ko trung tính có
nhiều điểm khác so với sơ đồ trung tính. Ở đây dịng điện chạy giữa các pha với
nhau, nên đồng thời phải cấp xung điều khiển cho hai Thyristor của hai pha một

lúc. Việc cung cấp xung điều khiển như thế, đơi khi gặp khó khăn trong mạch,
ngay cả việc đổi thứ tự pha nguồn lưới cũng có thể làm cho sơ đồ khơng hoạt
động.
2.4Tính chọn van bán dẫn công suất cho sơ đồ mạch.

Thông số:
Nguồn điện 3 pha, điện áp 3 pha U= 400V
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 = = = 36,08 (A)
Rtải = = )
 Chọn van:
Các van trong mạch chỉnh lưu công suất thường phải làm việc với dịng
điện lớn, điện áp cao,cơng 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 ta suy ra Bảng các tham số tính tốn cho điều áp xoay chiều 3 pha
Sơ đồ / Tham số
/
/
(độ điện)

Phụ tải đấu sao
khơng 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°
18


2.4.1Chọn van theo chỉ tiêu dòng điện
Theo sổ tay tra cứu chọn van theo ngun tắc:
=.
Trong đó: - :dịng 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 dịng điện lớn, do sự phát nhiệt trên van mạnh, thường phải giảm
dịng 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 mơi 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 Thyristor ít nhất chịu được dịng trung bình:
Chọn chỉ tiêu dịng van dựa vào trị số trung bình theo Bảng các tham số tính tốn
cho điều áp xoay chiều 3 pha
Itbv = 0,45.It = 0,45. 36,08 = 16,23 (A)
Vậy cần chọn van thyristor với trị số dòng điện cỡ:
Itbmax = 2Itbv = 2 . 16,23 = 32.46 (A)

2.4.2 Chọn van theo chỉ tiêu điện áp
Chỉ tiêu chọn áp vẫn theo Bảng các tham số tính tốn cho điều áp xoay chiều 3
pha, ta có:
Uvanmax = 1,5.Upha = 1,5.
19


Vậy cần chọn thyristor chịu điện áp khoảng:
Uthy = 2Uvanmax = 2.487,9 = 975,8 (V)


Ta có thể chọn loại NO44RH12 với các thông số sau:

Itb = 45A
Umax= 1200V
Uđk = 3V
Iđk = 100mA

Nhiệt độ vỏ van tương ứng chế độ dòng trung bình tối đa cho phép:
85C
Ta có tham số điều khiển: U g = 3; Ig = 100 mA, nên điện trở tương đương
của cực điều khiển:
Rg = = = 30 (Ω)
Dịng điều khiển max:
Ig max = (10 ÷ 20).0,1 = (1 ÷ 2) A, vậy chọn Ig max = 2A,
R1 = (Rg + Rtải) =
Với R1 là điện trở hạn chế
Độ trễ mở van:
R∑ = R1 + Rg + Rtải = 245,77 + 30 + 6,37 = 282,14 (Ω)
van

= arcsin (

.

) = arcsin (

) = 4.98O

2.5 Tính chọn phần tử bảo vệ.
Việc bảo vệ mạch lực chủ yếu là bảo các van bán dẫn khỏi hai trạng thái: quá dòng
và quá điện áp.
2.5.1. Bảo vệ quá điện áp cho van
Bảo vệ điện áp cho van: mắc R-C song song với Thyristor
Linh kiện bán dẫn nói chung và linh kiện bán dẫn cơng suất nói riêng, rất nhạy cảm
với sự thay đổi của điện áp. Những yếu tố ảnh hưởng lớn nhất tới van bán dẫn mà
ta cần có phương pháp bảo vệ là:
20

- Điện áp đặt vào van lớn quá thông số của van.
- Xung điện áp do chuyển mạch van.
- Xung điện áp từ phía từ phía lưới điện xoay chiều, nguyên nhân thường
gặp là do cắt tải có điện cảm lớn trên đường dây.
Xung điện áp do cắt đột ngột máy biến áp non tải.
Để bảo vệ cho van làm việc dài hạn khơng bị q điện áp thì ta phải chọn đúng các
van bán dẫn theo điện áp ngược.

Hình 2.3 Bảo vệ quá điện và bảo vệ xung điện áp cho van.
Để bảo vệ quá điện áp của xung điện áp do q trình đóng cắt các van bán
dẫn được thực hiện bằng cách mắc R-C song song với thyristor. Khi có sự cố
chuyển mạch, các điện tích trong các lớp bán dẫn phóng ra ngồi tạo ra dịng điện
ngược trong khoảng thời gian ngắn. Sự biến thiên nhanh chóng của dịng điện
ngược gây ra sức điện động cảm ứng rất lớn trong các điện cảm, làm cho quá điện
áp giữa anot và catot của van.Khi có R-C mắc song song với van, tạo ra mạch vịng
phóng điện tích trong q trình chuyển mạch nên van khơng bị q điện áp.

. 400 = 565,7 (V)
Tính theo cơng thưc gần đúng ta có :
- Coi sẽ dẫn đến tham số d = 0
- Lưới điện đã có điện cảm 5µH
- δ = 0,964 , R = 2.0,964
0
21


= 625.(
C=

= 5,12. = 0,512µF

R = 1,928. = 1,928. = 6,025 (ῼ )
Chọn tụ C có giá trị 0,512 µF và R có giá trị 6,025 (ῼ )

2.5.2 Bảo vệ quá nhiệt cho van
Thyristor làm việc với dòng điện tối đa Imax = 32,46A chịu một tổn hao trên
van là (P1) và khi chuyển mạch (P2). Tổng tổn hao sẽ là:
P = P1 +P2 P1 = U.Ilv = 1,6.32,46 = 51,936W.
Tổn hao công suất này sinh ra nhiệt. Mặt khác van chỉ làm việc tới nhiệt độ
tối đa cho phép là T = 850C. Do đó phải bảo vệ van bằng cách gắn van bán dẫn lên
cánh toả nhiệt.
Khi van bán dẫn được mắc vào cánh toả nhiệt bằng đồng hoặc nhôm, nhiệt độ
của van được toả ra môi trường xung quanh nhờ bề mặt của cánh toả nhiệt. Sự toả
nhiệt này là nhờ vào sự chênh lệch nhiệt giữa cánh toả nhiệt và môi trường xung
quanh. Khi cánh toả nhiệt nóng lên, nhiệt độ xung quanh cánh toả nhiệt nóng lên.
Nhiệt độ xung quanh cánh toả nhiệt tăng lên. Làm cho tốc độ dẫn nhiệt ra mơi
trường khơng khí bị chậm lại. Diện tích bề mặt toả nhiệt được tính:

Stn =
Tổn hao cơng suất: P = 51,936W.
Độ chênh lệch nhiệt độ so với mơi trường: = Tlv – Tmt
Có Tlv = 850C, chọn nhiệt độ môi trường: Tmt = 350C.
= 85 - 35= 50 0C
Ktn: Hệ số có xét tới điều kiện tỏa nhiệt.
Chọn Ktn = 8.10-4 W/cm2 0C.
Stn = = 1298.4 cm2

22

Hình 2.4 Tản nhiệt 6 cánh cho Van
Vậy ta chọn loại cánh tản nhiệt có 6 cánh,
Chọn a = 25cm, b= 20cm, h=10cm
Diện tích đế : S1= a.b = 25.20=500cm2
Diện tích 6 cánh : S2= 6.b.h = 6.20.10 =1200cm2
Tổng diện tích cánh tản nhiệt:
S=S1 + S2 = 500+1200=1700 cm2
Vậy cánh tản nhiệt ta chọn đã đủ diện tích bề mặt để bảo vệ quá nhiệt độ cho van
bán dẫn

CHƯƠNG 3: ĐÁNH GIÁ CÁC YÊU CẦU ĐÃ ĐẶT RA
3.1 Những yêu cầu đã đạt được:





Tìm hiểu về mạch lực điều áp xoay chiều 3 pha, sơ đồ
Hiểu được nguyên lý làm việc và cách điều chỉnh điệp áp của mạch
Nắm vứng được cơng thức tính tốn
Tính được các thơng số cơ bản của van và chọn loại van bán dẫ hợp lý
23


3.2 Những điều chưa đạt được:
- Chưa mô phỏng Matlab q trình làm việc của mạch
- Chưa có sự thực nghiệm và kiểm chứng trên thực tế
- Các tham số tính tốn để chọn van chưa được chi tiết

CHƯƠNG 4: PHỤ LỤC VÀ THAM KHẢO
4.1 Bảng phụ lục các hình và sơ đồ trong bài:
STT
TÊN HÌNH
1.1
Bộ điều áp xoay chiều 1 pha
1.2 Điều áp xoay chiều ba pha,sơ đồ thyristor và
1.3
1.4
1.5

điện trở
Điều áp xoay chiều 3 pha , các pha hoạt
động độc lập
Một số bộ điều áp xoay chiều 3 pha.
Sơ đồ điều áp 3 pha tải đấu

TRÍCH XUẤT
Ảnh mạng
điện tử cơng suất
Phạm Quốc Hải

TRANG
4
5

điện tử cơng suất
Nguyễn Bính
điện tử công suất

Phạm Quốc Hải
điện tử công suất

5
6
7
24


sao khơng có dây trung tính

Phạm Quốc Hải

1.6

Đồ thị dạng điện áp với tải thuần trở

10

1.7

Đồ thị dạng điện áp với tải RL

1.8

Sơ đồ điều áp xoay chiều 3 pha thyristor đấu
song song ngược
Các loại này bao gồm: tải đấu sao trung tính
( Hình 2.1 a), tải đấu sao khơng trung tính
(Hình 2.1 b)

điện tử cơng suất
Phạm Quốc Hải
điện tử cơng suất
Phạm Quốc Hải
điện tử cơng suất
Nguyễn Bính
điện tử cơng suất
Phạm Quốc Hải
điện tử công suất
Phạm Quốc Hải
điện tử công suất
Nguyễn Bính

16

điện tử cơng suất
Phạm Quốc Hải

23

2.1

2.2

Mạch lực điều áp xoay chiều 3 pha 6
thyristor đấu song song ngược

2.3

Bảo vệ quá điện và bảo vệ xung điện
áp cho van.

2.4

Tản nhiệt 6 cánh cho Van

11
12
16

21

25