Giáo trình điện tử công suất chương bộ biến đổi điện áp pha

CHƯƠNG 4: BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU - XOAY CHIỀU
(Bộ biến đổi điện áp pha)
MỤC TIÊU CHƯƠNG
Hiểu sự vận hành và các đặc tính của một bộ biến đổi điện áp xoay chiều: nắm
vững các dạng sơ đồ biến đổi điện áp xoay chiều và ứng dụng của BBĐ điện áp
xoay chiều – xoay chiều trong thực tế.

4.1. KHÁI NIỆM CHUNG
Trong kỹ thuật điện có nhiều trường hợp cần phải biến đổi một điện áp xoay
chiều giá trị khơng đổi thành điện áp xoay chiều có giá trị điều chỉnh được. Để biến
đổi một điện áp xoay chiều thành điện áp xoay chiều cùng tần số nhưng có giá trị
khác thì phổ biến nhất là dùng máy biến áp. Máy biến áp có ưu điểm là kết cấu gọn,
làm việc tin cậy, độ bền cao và nếu điện nguồn có dạng hình sin thì điện áp ra cũng
có dạng hình sin. Tuy vậy máy biến áp cũng có nhược điểm là khó thực hiện thay
đổi trơn điện áp ra, nhất là trong trường hợp cơng suất trung bình và lớn, điều này
cũng hạn chế khả năng sử dụng máy biến áp trong một số trường hợp. Khi yêu cầu
điều chỉnh trơn điện áp ra trong phạm vi rộng, đặc biệt là khi cơng suất trung bình
và lớn thì người ta sử dụng một BBĐ khác được gọi là BBĐ xoay chiều-xoay chiều
hay BBĐ điện áp pha.
BBD xoay chiều-xoay chiều là thiết bị biến đổi điện năng sử dụng các dụng
cụ bán dẫn có điều khiển. Nguyên tắc hoạt động của BBĐ là sử dụng tính chất có
điều khiển của các dụng cụ bán dẫn để cắt đi một phần trong mỗi nửa chu kỳ của
điện áp nguồn xoay chiều hình sin làm cho điện áp ra có giá trị hiệu dụng nhỏ hơn
điện áp nguồn. BBĐ này có ưu điểm là kết cấu cũng gọn nhẹ, hiệu suất cao, làm
việc tin cậy, có khả năng điều chỉnh trơn điện áp ra trong phạm vi rộng với mọi cấp
công suất. Nhưng BBĐ này cũng có một số nhược điểm là độ tin cậy không bằng
máy biến áp, thiết bị điều khiển tương đối phức tạp, bị hạn chế về cơng suất do khả
năng chịu dịng và áp của các dụng cụ bán dẫn bị giới hạn, và đặc biệt là khi điện áp
nguồn hình sin thì điện áp ra khơng cịn dạng hình sin nữa.

158

Các BBĐ xoay chiều - xoay chiều được ứng dụng trong một số trường hợp như
sau:
- Để điều khiển tốc độ của các động cơ xoay chiều không đồng bộ công suất nhỏ
bằng phương pháp thay đổi điện áp nguồn cung cấp cho mạch stato của động cơ.
- Khởi động các động cơ xoay chiều không đồng bộ rô to lồng xóc cơng suất
trung bình và lớn.
- Cung cấp cho cuộn sơ cấp của máy biến áp tăng áp khi có u cầu điều chỉnh
trơn điện áp ra, ví dụ máy biến áp cung cấp cho bộ nắn điện cao áp cấp cho lò tần số
dùng đèn phát điện tử loại 3 cực.
4.2. BỘ BIẾN ĐỔI XOAY CHIỀU-XOAY CHIỀU MỘT PHA
4.2.1. Các sơ đồ BBĐ điện áp xoay chiều thành điện áp xoay chiều một pha
T1

T1

T2

D2

D1

it

a

ung

T2

ut

b

Zt

ung

it

ut

it

c

T

ung

ung

ut

Zt

d
T

e

D1

D

ung

D4

T

D3

D2

it
ut

it
ut

Zt

Hình 4.1: Các sơ đồ (phần lực) BBĐ xoay chiều – xoay chiều một pha
Trên các hình 4.1 là các sơ đồ mạch động lực BBĐ điện áp pha một pha.
Hình 3.1a là sơ đồ dùng 2 thyristor mắc song song ngược . Hình 4.1b là sơ đồ dùng
2 điôt và 2 thyristor với mục đích là để cho katơt 2 thyristor nối chung. Hình 4.1c là
sơ đồ dùng triac, triac là dụng cụ bán dẫn cho dòng điện qua cả hai chiều nhưng

159


điều khiển được, về phần động lực thì nó tương đương như 2 thyristor mắc song
song ngược nhưng chỉ có một điện cực điều khiển nên kết cấu gọn hơn dùng 2
thyristor mắc song song ngược cả về mạch lực cũng như mạch tạo tín hiệu điều
khiển. Hình 4.1e là sơ đồ BBĐ xoay chiều-xoay chiều 1 pha không đối xứng, trong
sơ đồ này ta sử dụng một điôt và một thyristor nên khi sơ đồ làm việc trong đường
cong điện áp trên tải có thành phần một chiều, vì vậy sơ đồ này chỉ sử dụng để cung
cấp cho loại phụ tải sử dụng được cả điện áp một chiều và điện áp xoay chiều ví dụ
như là dây điện trở của lị điện trở.
un
g

a

b
c

d

t

0
1

2

2

uđk
T1 0

3

t
2

uđkT
2 0

t
2

ut it

t

0

2

Hình 4.2
Để hiểu rõ nguyên lý làm việc của BBĐ ta xét nguyên lý hoạt động của một
sơ đồ (ví dụ: sơ đồ hình 4.1a) trong trường hợp đơn giản nhất là khi tải thuần trở.
Giả thiết điện áp nguồn như đồ thị hình 4.2a, đồ thị tín hiệu điều khiển của T 1 và T2
như hình 4.2b và hình 4.2c.

160

Ta có : Từ t = 0 đến t < 1 =  thì ung > 0 và đặt điện áp thuận lên T 1 và đặt
điện áp ngược lên T2, do vậy van T2 phải khố nhưng T1 cịn chưa mở vì chưa có tín
hiệu điều khiển. Như vậy trong khoảng này dịng qua tải bằng khơng nên điện áp
trên tải cũng bằng không (ut = Rt.it , trong đó Rt là điện trở phụ tải), điện áp trên các
van: uT1 = ung và uT2 = -ung . Tại t = 1 =  xuất hiện xung điều khiển trên điện cực
điều khiển của T1, do vậy T1 có đủ 2 điều kiện để mở nên T1 mở. Van T1 mở, dẫn đến
sụt áp trên nó giảm về bằng khơng,ta có ut = ung và xuất hiện dịng qua tải it = ut/Rt =
ung/Rt , lúc này uT1 = uT2 = 0.
Đến t =  thì ung = 0 và bắt đầu chuyển sang âm, dòng qua T 1 và tải cũng bằng
khơng và có xu hướng đổi chiều nên T1 sẽ khố lại (do van khơng cho dịng đi theo
chiều ngược). Lúc này T 2 cũng chưa mở nên dịng tải lại bằng khơng và điện áp
trên tải cũng bằng không.
Tại t = 2 = + xuất hiện tín hiệu điều khiển trên điện cực điều khiển của T 2
và van T2 sẽ mở do đang có điện áp thuận, điện áp trên T 2 giảm về bằng khơng nên
ut = ung , lại có dịng tải it = ut/Rt = ung/Rt .
Đến t = 2 thì ung = 0 và bắt đầu chuyển sang dương, nó sẽ tác động ngược
chiều dịng qua T2. Lúc đó it cũng bằng khơng và có xu hướng đổi chiều nhưng T 2
khơng cho dịng đi theo chiều ngược lại nên T2 khố lại mà T1 cịn chưa mở vì chưa
có tín hiệu điều khiển nên dịng tải lại bằng khơng và ut = Rt.it = 0.
Đến t=2=2+ thì van T1 lại có tín hiệu điều khiển, T 1 lại mở và sự làm việc
của sơ đồ diễn ra giống như chu kỳ vừa xét.
Đồ thị điện áp nguồn u ng ; điện áp điều khiển các van u đkT1, uđkT2 ; điện áp và
dòng trên tải ut , it được biểu diễn trên các đồ thị hình 4.1. Điện áp trên phụ tải là
điện áp xoay chiều khơng hình sin có giá trị hiệu dụng nhỏ hơn điện áp nguồn và
giá trị hiệu dụng điện áp trên tải sẽ càng nhỏ khi góc  càng tăng. Sóng hài bậc nhất
điện áp tải có tần số bằng tần số nguồn cung cấp .
Góc  trong BBĐ này được gọi là góc điều chỉnh hay điều khiển.

161

4.2.2. Dòng điện và điện áp trên tải của BBĐ xoay chiều-xoay chiều một pha
4.2.2.1. Biểu thức dòng tải tổng quát
Để nghiên cứu dòng và áp trên tải ta sửdụng sơ đồ dùng 2 thyristor mắc
song song ngược như hình 4.1a. Do tính đối xứng của sơ đồ nên ta chỉ cần xét
trong thời gian một nửa chu kỳ và suy ra nửa chu kỳ kia. Ta giả thiết cho sơ đồ
làm việc với một góc điều chỉnh , chọn mốc thời gian xét t = 0 là thời điểm
truyền xung điều khiển đến mở một van của sơ đồ , ví dụ là mở T 1. Lúc đó do T1
mở nên uT1=0 và ta có phương trình vi phân:
Rt .it  Lt .dit / dt  U m .sin( wt  y )                                  

Để giải phương trình vi phân (4.1) ta đặt:
            i*  it / I m  it /  U m / Rt   Rt .it / U m ;        t  Lt / Rt .                       

Trong đó i* là giá trị tương đối dòng phụ tải ; I m là giá trị cực đại dịng tải khi
Lt=0, nó được chọn làm đại lượng cơ bản ;  là hằng số thời gian mạch tải. Thế (4.2)
vào (4.1) ta được phương trình:
i*  t.di* / dt  sin( wt  y ) 

Từ nguyên lý sơ bộ của BBĐ đã nêu trong mục trước ta có nhận xét rằng:
Nếu dịng qua tải là liên tục thì hai van trong sơ đồ phải luân phiên thay nhau làm
việc, lúc đó nếu ta bỏ qua sụt áp rất nhỏ trên thyristor dẫn dịng thì điện áp giữa 2
điểm A và B trên sơ đồ hình 4.3 ln ln bằng khơng (vì ln có một trong hai van
dẫn dịng), do vậy điện áp trên tải luôn luôn bằng điện áp nguồn . Muốn có điện áp
trên tải khác điện áp nguồn thì phải cắt đi một phần trong mỗi nửa chu kỳ điện áp
nguồn, điều này có nghĩa là dịng qua tải phải gián đoạn. Như vậy loại trừ trường
hợp điện áp ra trùng với điện áp nguồn thì chế độ làm việc của BBĐ điện áp pha là
chế độ dòng gián đoạn, tức là tại thời điểm bắt đầu mở van thì dịng qua tải đang
bằng khơng. Giải phương trình (4.3) với điều kiện đầu i*0=i*|( t=0)=0 ta được:

   i*  (1/1   ( wt ) 2 ).[ sin( wt  y  arctgwt )  sin( y  arctgwt ).e  t / t ]

Ta đặt  = arctg là góc lệch pha của sóng hài bậc nhất dịng và áp trên tải.
Chuyển về đơn vị tuyệt đối ta có:
it  [U m / ( Rt . 1   ( wt ) 2  )  . sin( wt  y  j )  sin( y  j ).et / t ]

162


Đây là biểu thức tổng quát dòng qua phụ tải của BBĐ điện áp xoay chiềuxoay chiều một pha. Sau đây ta sẽ tìm biểu thức dịng tải trong một số trường hợp
đặc biệt.

ut(nét đậm)
mảnh)

ut
it

it(nét

1

a

2

t
2

>0

ut
it
2

1'

b

t

1

>

2' 2

ut
it

c

1
>/2

1'

2

2'

t
2

Hình 4.3: Đồ thị áp và dòng trên tải của BBĐ xoay chiều – xoay chiều một pha
a) Khi tải thuần trở; b)khi tải trở cảm; c) khi tải thuần cảm
4.2.2.2. Dòng qua tải khi tải thuần trở
Khi phụ tải thuần trở hoặc khi R t>>Lt thì   0 và  0, do vậy biểu thức
dịng tải có dạng đơn giản như sau:

163


it   U m / Rt  .sin( wt  y)

.3.4.2. Dòng qua tải khi tải thuần cảm
Trong trường hợp phụ tải thuần cảm R t = 0 hoặc khi Rt<<Lt, lúc đó ta có 
/2 và  và do vậy e-t/1 . Từ đó ta tìm được biểu thức dòng tải của trường
hợp này là:
it  (U m / wLt ).[ sin( wt  y  p / 2)  sin( y  p / 2)]  (U m / wLt ).[cosy  cos ( wt  y )]

Ta có đồ thị ut và it trong 3 trường hợp phụ tải là thuần trở (a), điện trở điện cảm
(b) và khi phụ tải thuần cảm (c) được biểu diễn trên các đồ thị hình 4.4. Nếu gọi
khoảng thời gian dẫn dòng của một van trong một chu kỳ điện áp nguồn qui ra góc
độ điện là góc dẫn của van và ký hiệu là  thì  được biểu diễn như trên đồ thị . Khi
tải thuần trở =-, khi tải thuần cảm thì =2(-), cịn trường hợp tải điện trởđiện cảm (Rt-Lt) thì góc  nằm trong khoảng giới hạn bởi hai trường hợp đặc biệt
trên.
**Nhận xét:
- Khi phụ tải của BBĐ có tính chất điện trở-điện cảm (R t-Lt) thì tại thời điểm
bằng khơng và bắt đầu đổi dấu của điện áp nguồn u ng thì van làm việc ở giai đoạn

trước chưa khoá lại mà vẫn tiếp tục dẫn dòng nhờ s.đ.đ. tự cảm trong điện cảm phụ
tải Lt, do vậy mà góc dẫn của van trong trường hợp này lớn hơn khi tải thuần trở
nếu cùng làm việc với một góc điều khiển  như nhau. Nếu ta ký hiệu  khoảng
thời gian kéo dài sự dẫn dòng của van do s.đ.đ. tự cảm sinh ra trong L t qui ra góc độ
điện là, thì góc  được xác định như trên đồ thị. Do đặc điểm này mà khi đặc tính tải
của BBĐ thay đổi thì giá trị hiệu dụng của điện áp ra cũng thay đổi theo mặc dù ta
vẫn giữ nguyên giá trị góc điều khiển .
- Góc  sẽ tăng dần khi giảm góc điều khiển  và khi  thì  đạt giá trị cực đại
và bằng . Khi  =  thì góc dẫn của van  = max =  , có nghĩa rằng mỗi van sẽ
dẫn dòng một nửa chu kỳ trong một chu kỳ điện áp nguồn và như đã nêu thì trong
trường hợp này điện áp ra trên tải luôn luôn bằng điện áp nguồn. Nếu độ dài của
xung điều khiển đủ lớn () thì khi phát tín hiệu điều khiển mở van với các góc

164


điều khiển nằm trong khoảng: 0 thì góc dẫn của mỗi van vẫn là:  = max = .
Điện áp và dịng điện trên tải có dạng hình sin, các van của BBĐ lúc này đóng vai
trị như một cơng tắc khơng tiếp điểm mà khơng cịn tác dụng điều chỉnh điện áp
trên tải. Vậy với BBĐ này thì khi 0 ta không điều chỉnh được điện áp ra trên
tải. Để điều khiển được điện áp trên tải thì góc điều khiển của BBĐ phải thoả mãn
điều kiện: 1800 >  > .
.3.4.2. Điện áp trên phụ tải BBĐ xoay chiều-xoay chiều
Giá trị tức thời của điện áp trên tải được xác định như sau: khi có một van nào
đó trong hai van dẫn dịng thì ut =ung , khi cả hai van đều khố thì ut=0. Vậy trong
thời gian một chu kỳ nguồn cung cấp (bắt đầu tính từ lúc mở T1) ta có:
-Từ t = 0  t = :

T1 mở nên ut = ung.

-Từ t =   t = :

T1 và T2 đều khoá nên ut = 0.

-Từ t =   t = + : T2 mở nên ut = ung.
-Từ t =  +   t = 2: T1 và T2 đều khoá nên ut = 0.
*Giá trị hiệu dụng của điện áp trên tải, ký hiệu là U t, được xác định theo
biểu thức:
U t       (1/ p) .U
  m 2 .sin 2 ( wt  y ).d ( wt )

Trong đó Um là biên độ điện áp
nguồn cung cấp cho BBĐ. Tuỳ thuộc
vào đặc tính cũng như giá trị phụ tải
và giá trị  ta sẽ xác định được giá
trị góc  và thay vào (4.8)

Ut*
1,00

3

0,75
1

0,50

2

0,25

ta sẽ tìm được giá trị hiệu dụng điện áp
*

trên tải. Giá trị tương đối Ut = Ut/Ung theo
góc điều khiển  biểu diễn bằng đồ
thị hình 4.4.
Đường 1 là khi tải thuần trở ; đường 2

0,00

0

/4

/2

3/4

Hình 4.4: Đặc tính điều chỉnh của BBĐ
xoay chiều-xoay chiều

165


là khi tải điện trở-điện cảm có giá trị L t và Rt sao cho arctg(Lt/Rt) =  , còn đường
3 là trường hợp tải thuần cảm.
.3.4.

Tính chọn van cho BBĐ xoay chiều-xoay chiều

Việc chọn và kiểm tra các thyristor cho BBĐ xoay chiều-xoay chiều cũng tương
tự như đối với BBĐ xoay chiều-một chiều (chỉnh lưu) đã nghiên cứu trong chương
trước. Đối với các van trong BBĐ này ta có:


-

Giá trị trung bình dịng qua van:

ITtb  (1/ 2 p ) �it ( wt ).d (wt )

Giá trị hiệu dụng dòng qua van:

IT       (1/ 2 p) �it 2 ( wt ).d ( wt ) 

0

                



-

0

Khi tính chọn van ta phải lấy giá trị dòng qua van ở chế độ nặng nề nhất, tức
tương ứng khi góc dẫn của van là cực đại ( = max = ) , lúc đó giá trị trung bình và
hiệu dụng cực đại của dịng các van là
Trong đó I max là giá trị hiệu dụng cực đại của dòng tải khi quá tải cho phép với

giả thiết Ut*=1 và với một tải cụ thể đã cho.
Điện áp ngược lớn nhất trên van bằng biên độ điện áp nguồn xoay chiều :
U Tthmax  U Tngmax  U m    2.U ng .

Các điều kiện chọn và kiểm tra cũng tương tự như đã nêu trong chương một.
.3.4.

Bảo vệ BBĐ xoay chiều-xoay chiều
Hình 4.5: Bảo vệ BBĐ xoay chiều – xoay chiều

T1
A
ung

R2
C2

R
1

C1 B
T2

i
ut t

Zt

Các BBĐ xoay chiều-xoay chiều khi làm việc cũng có thể xảy ra quá dòng và áp
như các BBĐ xoay chiều-một chiều, vì vậy ta cũng phải trang bị các bảo vệ như đối

với BBĐ xoay chiều-một chiều đã xét. Trong BBĐ này để bảo vệ quá áp cho 2 van
mắc song song ngược ta dùng một mạch R-C mắc song song với chúng (hình 4.6),

166


ngồi ra trong một số trường hợp có thể dùng thêm mạch R-C mắc song song với
nguồn cung cấp.
4.1. BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU 3 PHA
A
T1

B

(S1)

T2 T3

( S2)

C
T4

T5

O

( S3)

T6

a
ZA
A
T1

B

(S1)

T2 T3

( S2)

A1

B

C

T1

T2

T3

e

ZB

ZA

A
T1

T5

( S3)

D1 T
2
(S1)

ZC

T
1

ZB

B1

ZC

C1
C

T2

T

3

O

D2 T3

D3

A

B

T1

g

ZC
C

T3
(S1)

(S3)

ZC

ZB

ZA

d
C

ZB

A1

B

A

O

ZC

(S2)

T6

ZA

C1

B

ZA

T4

ZB

A

c

C

B1
ZA

b

ZC

ZB

ZA

(S3)

T2

T
4
ZB

ZC

Hình 4.6: Các dạng sơ đồ BBĐ xoay chiều – xoay chiều

167


Các BBĐ điện áp xoay chiều-xoay chiều 3 pha tuỳ thuộc vào phụ tải và dụng
cụ sử dụng mà có một số dạng khác nhau như trên các sơ đồ hình 4-7. Sơ đồ hình
4-7a và hình 4-7b là sơ đồ dùng 3 cặp tiristor mắc song song ngược có dây trung
tính và khơng có dây trung tính (cũng có thể nối phụ tải dạng tam giác). Hình 4-7c
và d là các sơ đồ dùng triac có và khơng có dây trung tính. Hình4-7e,g là một số sơ
đồ BBĐ khơng đối xứng, các sơ đồ này chỉ dùng để điều chỉnh điện áp cung cấp
cho các phụ tải vừa có thể dụng nguồn xoay chiều đồng thời cũng có sử dụng nguồn
cung cấp một chiều (ví dụ tải điện trở).
Nguyên lý hoạt động của sơ đồ BBĐ 3 pha xoay chiều-xoay chiều có dây
trung tính hồn tồn giống như ngun lý hoạt động của 3 BBĐ xoay chiều-xoay
chiều một pha làm việc độc lập với phụ tải từng pha. Còn ngun lý hoạt động của
sơ đồ khơng có trung tính hoặc trường hợp phụ tải nối dạng tam giác thì có phức tạp
hơn. Trong giới hạn chương trình ta khơng xét chi tiết hoạt động của các sơ đồ này.
Nguyên lý hoạt động các sơ đồ trên có thể xem trong các tài liệu tham khảo.
4.2. MẠCH ĐIỀU KHIỂN BBĐ XOAY CHIỀU-XOAY CHIỀU
.3.4.

Khái niệm chung
Cũng như BBĐ xoay chiều-một chiều, trong BBĐ xoay chiều-xoay chiều ta

cũng sử dụng các van bán dẫn có điều khiển. Vì vậy để cho BBĐ có thể làm việc
theo u cầu thì cũng phải sử dụng mạch phát tín hiệu điều khiển cho các van. Dù là
sơ đồ dùng 2 thyristor mắc song song ngược hay sơ đồ dùng triac thì trong một chu
kỳ nguồn ta cũng phải tạo ra hai tín hiệu điều khiển lệch nhau một góc độ điện là
1800 tương tự như tín hiệu điều khiển các van trong sơ đồ chỉnh lưu hình tia 2 pha.
Do vậy về lý thuyết thì có thể sử dụng tất cả các mạch phát xung điều cho bộ chỉnh
lưu hình tia 2 pha để phát xung điều khiển cho BBĐ xoay chiều-xoay chiều một

pha,và mạch điều khiển cho sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha có thể dùng để phát xung
điều khiển cho BBĐ xoay chiều-xoay chiều 3 pha.Tuy nhiên cũng cần lưu ý:
Đối với sơ đồ chỉnh lưu thì sự đối xứng của xung điều khiển các van cũng quan
trọng nhưng không yêu cầu khắt khe lắm. Nhưng đối với BBĐ xoay chiều-xoay
chiều thì xung điều khiển các van, đặc biệt là của hai van song song ngược trong
cùng một pha nhất là khi phụ tải của BBĐ là thiết bị chỉ làm việc được với nguồn
cung cấp xoay chiều, ví dụ như các động cơ điện xoay chiều hoặc các máy biến

168


áp,..., địi hỏi có độ đối xứng rất cao. Đó là vì khi góc điều khiển của 2 van trong
cùng một pha khơng hồn tồn giống nhau thì trong đường cong điện áp trên tải sẽ
xuất hiện thành phần một chiều. Mặt khác tổng trở phụ tải đối với thành phần điện
áp một chiều là rất nhỏ do vậy thành phần dịng một chiều qua tải sẽ rất lớn. Điều
đó ảnh hưởng đến sự làm việc của phụ tải và BBĐ, tăng tổn thất phụ và khi sự
không đối xứng của tín hiệu điều khiển vượt quá một giá trị nhất định nào đó (phụ
thuộc trường hợp cụ thể) thì BBĐ sẽ khơng làm việc được nữa.
Như vậy ta có thể ứng dụng các sơ đồ hệ thống điều khiển BBĐxoay chiều-một
chiều để phát xung điều khiển cho BBĐ xoay chiều-xoay chiều, chỉ cần lưu ý đến
vấn đề đối xứng của xung điều khiển các van, do vậy ở đây ta sẽ khơng xét các
mạch điều khiển loại đó nữa. Trong một số trường hợp khi khơng địi hỏi chất lượng
cao của tín hiệu điều khiển và phạm vi điều khiển khơng u cầu rộng thì ta có thể
sử dụng các mạch điều khiển đơn giản để giảm giá thành và kích thước BBĐ.
.3.4.

Các mạch phát xung điều khiển đơn giản

.3.4.2. Mạch điều khiển dùng điôt-biến trở (D-R).
Ta xét một sơ đồ bộ biến đổi điện áp pha một pha có mạch điều khiển dùng

điơt-biến trở như hình 4.8.Trong sơ đồ này thì T 1,T2 là 2 thyristor động lực, mạch
điều khiển các van của BBĐ gồm các điôt D 1, D2, D3, D4, các diện trở R1,R2 và biến
trở WR.
* Nguyên lý hoạt động của sơ đồ
Từ đặc tính V-A của tiristor ta thấy rằng: Khi giữa anôt và katôt của tiristor đang
được đặt một điện áp thuận nào đó, nếu ta đặt vào điện cực điều khiển và katơt của
nó một điện áp điều khiển có giá trị từ một trị số nhất định nào đó trở lên thì tiristor
sẽ chuyển từ khố sang mở. Giá trị điện áp điều khiển nhỏ nhất có thể làm mở
tiristor khi có một trị số điện áp thuận được gọi là điện áp điều khiển yêu cầu đối
với trị số điện áp thuận đó và ta ký hiệu là u đkTyc. Vậy khi trên van có một điện áp
thuận nào đó thì nếu có điện áp điều khiển u đk  uđkTyc đối trị số điện áp thuận đó thì
van sẽ mở, cịn nếu có điện áp điều khiển nhưng u đk< uđkTyc thì van khơng mở. Điện
áp thuận trên van thay đổi thì giá trị u đkTyc cũng thay đổi theo: Điện áp thuận trên
van tăng thì giá trị điện áp điều khiển yêu cầu giảm,nếu điện áp thuận trên van có

169


dạng nửa hình sin thì đồ thị uđkTyc có dạng như trên hình 4.9a. Để đơn giản cho việc
xét nguyên lý làm việc của sơ đồ ta tạm giả thiết là điện áp điều khiển yêu cầu
không phụ thuộc vào trị số điện áp thuận trên van (như hình 4.9b). Giả thiết như vậy
tuy không phù hợp với thực tế nhưng không ảnh hưởng đến nguyên lý làm việc của
sơ đồ nên có thể chấp nhận được trong trường hợp này. Ta chọn mốc xét t=0 là
thời điểm ung=0 và bắt đầu chuyển sang dương, giả thiết tải thuần trở. Vậy tại t=0
thì dịng tải cũng bằng khơng, lúc đó van T 2 vừa khố và T1 bắt đầu có điện áp
thuận, nếu T1 chưa mở thì qua D2-WR-R1-Rt (đã giả thiết Zt=Rt) sẽ có một dịng điện
do nguồn cung cấp tạo nên và dòng điện này gây nên trên R 1 một sụt điện áp mà
điện áp này sẽ được đưa qua D1 đến điện cực điều khiển của T 1. Vậy nếu bỏ qua sụt
áp trên D1 mở thì ta có uđkT1=uR1. Ta có:
Từ đồ thị ta thấy khi  > t 0: uđkT1 < uđkTyc và T1 chưa mở, tại t= thì uđkT1=

uđkTyc, van T1 bắt đầu mở và sẽ dẫn dòng cho đến t=. Tại t= thì ung=0 và bắt
đầu đổi dấu nênT1 khố lại ,van T2 bắt đầu được đặt điện áp thuận,nếu T2 chưa mở
thì lúc này qua tải (R t)-D4-WR-R2 sẽ có dịng điện do nguồn cung cấp tạo nên. Sụt
điện áp trên R2 bởi dòng điện này sẽ được truyền qua D 3 đến điện cực điều khiển T2
và nếu bỏ qua điện áp trên D3 mở thì :
  uđkT 1  uR1  ung .R1 /  R1  WR  Rt  »ung .R1 /  R1  WR   vì  Rt  WR và Rt  R1.
 
  uđkT 2  uR 2  ung .R2 /  R2  WR  Rt  »  ung .R2 /  R2  WR  vì Rt  WR và ut  R2 .

Mặt khác do R1=R2 nên

uđkT 2 »  ung .R1 /  R1  WR  .

Vì vậy mà trong khoảng +>t thì uđkT2< uđkTyc nên T2 vẫn chưa mở,cho
đến t=+ thì uđkT2= uđkTyc và T2 bắt đầu mở và dẫn dòng cho đến t=2. Trong
các chu kỳ tiếp theo sơ đồ làm việc tương tự. Cả 2 van trong sơ đồ đều mở với một
giá trị góc điều khiển là  như nhau. Từ nguyên lý hoạt động đã nêu kết hợp với đồ
thị hình 4-9 ta thấy rằng có thể thay đổi góc điều khiển  bằng cách thay đổi biên
độ của điện áp tính theo biểu thức: u ng.R1/(R1+WR) . Để thực hiện người ta thường
thay đổi giá trị biến trở WR. Với mạch điều khiển này thì góc điều khiển tối đa
max=/2. Như vậy mạch điều khiển nay không dùng được cho trường hợp BBĐ

170


làm việc với phụ tải thuần cảm (ngay cả những trường hợp điện cảm lớn thì cũng
khơng nên sử dụng vì lúc đó phạm vi thay đổi của góc điều khiển  rất hẹp.
.3.4.2. Mạch điều khiển D-R-C
Trong sơ đồ này người ta thay vào vị trí 2 điện trở R 1 và R2 của sơ đồ trước bằng
hai tụ C1,C2 . Nguyên lý làm việc của sơ đồ được minh hoạ trên đồ thị hình 4.11. Từ

đồ thị ta thấy rằng nhờ sử dụng các tụ mà góc điều khiển cực đại có thể đạt giá trị
tương đối lớn.
.3.4.2. Mạch điều khiển biến trở-điôt cho BBĐ 3 pha không đối xứng
Nguyên lý hoạt động của mạch điều khiển trên hình 4.12 (phần nét mảnh) cũng
gần tương tự với mạch điều khiển biến trở-điôt của BBĐ một pha đã xét. Chỉ khác
là BBĐ trong sơ đồ này chỉ có 3 thyristor nên kết cấu mạch gọn hơn. Chú ý là sơ đồ
BBĐ này chỉ dùng cho phụ tải dạng điện trở thuần, không được dùng để cung cấp
cho động cơ hoặc máy biến áp.

Hình 4.12

CÂU HỎI HƯỚNG DẪN ƠN TẬP VÀ THẢO LUẬN
1. Nêu sự cần thiết phải có BBĐ xoay chiều – xoay chiều, các ứng dụng phổ
biến của BBĐ loại này?
2. Nêu nguyên lý làm việc của sơ đồ BBĐ xoay chiều, xoay chiều một pha
dùng 2 thyristor đấu song song ngược khi tải thuần trở với một góc điều
chỉnh   0 , vẽ đồ thị điện áp và dòng điện trên tải để minh họa?

171


3. Nêu khải niệm góc tải φ trong BBĐ xoay chiều – xoay chiều? Khi tải thuần
cảm thì góc tải φ bằng bao nhiêu? Khi góc điều chỉnh (hay cịn gọi là góc
điều khiển) nhỏ hơn góc tải thì dịng áp trên tải thế nào?
4. Nêu nguyên lý làm ciệc của sơ đồ BBĐ xoay chiều – xoay chiều một pha
dùng 2 thyristor đấu song song ngược khi tải điện trở - điện cảm với một góc
điều chỉnh    , vẽ đồ thị điện áp và dòng điện trên tải để minh họa?
5. Nêu nguyên lý làm ciệc của sơ đồ BBĐ xoay chiều – xoay chiều một pha
dùng 2 thyristor đấu song song ngược khi tải điện trở - điện cảm với một góc
điều chỉnh    / 2 , vẽ đồ thị điện áp và dịng điện trên tải để minh họa?

6. Tính giá trị hiệu dụng điện áp trên tài của BBĐ xoay chiều xoay chiều 1 pha
0
0
tại thuần trở cho hai giá trị góc điều chỉnh   30 và   120 khi biết giá trị

hiệu dụng của nguồn xoay chiều Ung = 220V?
7. Vẽ đồ thị điện áp và dòng điện trên tải của sơ đồ bộ biến đổi xoay chiều xoay

chiều 3 pha dùng ba cặp thyristor mắc song song ngược, khi tải thuần trở đấu
hình sao (Y0) có dây trung tính với một góc điều chỉnh   0 ?
8. Vẽ đồ thị điện áp và dòng điện trên tải của sơ đồ BBĐ xoay chiều - xoay
chiều 3 pha dùng ba cặp thyristor mắc song song ngược, khi tải điện trở cảm
đấu hình sao có dây trung tính với một góc điều chỉnh    ?
9. Tại sao, về cơ bản có thể dùng mạch tạo xung điều khiển cho các van của bộ
chỉnh lưu để tạo xung điều khiển cho các van BBĐ xoay chiều - xoay chiều?
Cần phải chú ý vấn đề gì?
10. Tại sao khi tạo xung điều khiển cho các quan của BBĐ xoay chiều - xoay
chiều người ta thường tạo ra các xung chùm? Hãy vẽ một sơ đồ tạo xung
chùm đơn giản (cho một xung có độ dài lớn, yêu cầu tạo ra nhiều xung hẹp
có tổng chu kỳ của chúng bằng độ dài xung ban đầu)?

172