Bài giảng Điện tử công suất - Chương 6: Hệ thống điều khiển bộ biển đổi

Chương 6

hệthố ng điềukhiển
bộ biểnđổ i

1


Kháiquátphânlo ại
Chứ c năng ,c ấutrú c
Bộ biến đổi gồm 2 phần:
+ Mạch động lực chứa van: Thyristor, GTO, Transistor công suất...
+ Mạch điều khiển:
Hệ thống thực hiện biến đổi tín hiệu điều khiển thành tín hiệu cần thiết phù
hợp với đối tượng điều khiển để tác động hoạt động ®ãng më c¸c kho¸ b¸n dÉn.
HƯ thèng ®iỊu khiĨn gåm hai phần chính:
-Phần chứa thông tin về quy luật điều khiển: thực hiện các chức năng khác nhau
tuỳ thuộc vào cấu trúc bộ biến đổi và lĩnh vực sử dụng,
-Phần tạo nên năng lượng điều khiển để đóng mở các van công suất.
Phânlo ại: Phân loại theo bộ biến đổi:
+ §iỊu khiĨn bé biÕn ®ỉi phơ thc,
+ §iỊu khiĨn bé biÕn ®ỉi ®éc lËp.
2


Phân loại theo tín hiệu điều
khiển:
+Hệ điều khiển tương tự,
+Hệ điều khiển số.
Phân loại theo số kênh điều
khiển:

+Bộ điều khiển một kênh,
+Bộ điều khiển nhiều kênh.

Sơđồ cấu trúc bộ biến
đổi phô thuéc

3


Phương phápxâydựng bộ điềuc hế
Bộ điều chế là bộ biến đổi tín hiệu điều
khiển Uđk thành góc điều khiển được tính
từ thời điểm chuyển mạch tự nhiên của van
động lực.
Xác định góc phải có thông tin về pha của
điện áp đặt lên van động lực, đó là bộ điều
chế đồng bộ. Bộ điều chế đồng bộ thường sử
dụng trong mạch ®k hë.
Bé ®iỊu chÕ ®ång bé cã thĨ t¹o ra các đặc
tính điều khiển khác nhau tuỳ thuộc vào
nguyên lí ®iỊu khiĨn
4


Ng uyênlýđiềukhiểndọc
Bộ điều khiển bao gồm:
+Bộ tạo xung răng cưa ( điện áp tựa - RC),
+Bộ so sánh ( SS).
Hai tín hiệu điện áp tựa và điện áp điều khiển được so
sánh nhau,

Tại URC =Uđk, bộ SS tạo ra xung ®iỊu khiĨn

5


Đặc tính pha của bộ điều
chế phụ thuộc vào dạng điện
áp tựa. Nếu điện áp có dạng
Cosin :

U RC (1) U m cos t

Chọn t =0 là thời điểm
chuyển mạch tự nhiên thì khi
U dk
m cos
t= U
điện
áp:

ar cos

Và

U dk
Um

Điện áp ra cña chØnh l­u
Ud

U d 0 cos

U d0
U dk
Um

Nh­ vËy đặc tính điều
chỉnh Ud=f(Udk) của bộ
chỉnh lưu là hàm tuyến tÝnh (
®­êng 1)

6


Ng uyênlýđiềukhiểndịc h
pha
Dùng bộ quay pha để thay
đổi pha của đ/áp hình sin đư
ợc tạo ra bởi máy phát tín hiƯu
sin ( MF sin). Khi thay ®ỉi
U®k, gãc pha cđa tín hiệu
xoay chiều sẽ bị thay đổi và
chậm pha so với tín hiệu ban
đầu một góc . Tại thời điểm
khi điện áp x/chiều đi qua 0
sẽ tạo nên xung đk Tu.
Nhược điểm: Bộ quay pha rất
nhạy cảm với dạng điện áp và
tần số nên pp này ít dùng

7


Một số mạch thông dụng trong
hệ thống điều khiển bộ biÕn ®ỉi phơ thc

8


Mạc htạo tínhiệuđồng bộ
+Dùng c hỉnhlưumộ tphahainử ac hukì có điểm trung tính để
tạo ra điện áp chỉnh lưu U (1)

Điện áp U (1) được so sánh với Uo để tạo nên các tín hiệu tương ứng với thời
điểm điện áp nguồn đi qua điểm 0.
Uo càng nhỏ thìU (2) càng hẹp và phạm vi điều chỉnh càng lớn.
Nếu chọn

max =175

o

thìU
: o

2U 2 sin 5 o

Giá trị này làm cơsở để tính phân áp R1 và R2

9

10


+Dùng ng uồnkhông đố ixứ ng c ho khuếc hđạithuật
to ¸n
TÝn hiƯu xoay chiỊu U (1) sau khi qua kh©u so sánh sẽ
có xung vuông U (2) , tín hiệu này được đưa vào khâu
cộng module 2 ( =1) và mạch trễ R 2C2 để ạo ra một
xung đồng bộ ứng với điểm U (1) đi qua điểm 0. Độ
rộng TX =RC ln 2 là cơsở để chọn R2 và L2

11


12


Mạc htạo điệnáprăng c ưa
+Mạc htạo xung răng c ưatuyếntínhdùng trans is to r
T1 tạo nguồn dòng nạp cho C, khi T2 khoá tụ C được náp Ic =
const và tăng tuyến tính. Khi có xung mở T2, C sẽ phóng
điện qua T2 ( hình a):
t

UC

1
I C dt

C0

IC
t
C

Các T1, R2, RE chọn sao cho bóng làm việc ở chế độ A.
Muốn tạo đ/áp răng cưa dốc xuống, dòng phóng của tụ
phải duy trìkhông đổi nhờ T3 làm việc ở chế độ A
( hình b). Diode D1 dùng để hạn chế giá trị điện áp trên
tụ C ( UCmax =E UD1)
13


14


Mạc htạo điệnáprăng c ưadùng khuếc hđạithuậtto án
+Mạc hc hỉd ùng khuếc hđạithuậtto án
Sử dụng mạch tích phân. Tụ được phóng nạp nhờ nguồn hai
cực tính: Khi điện áp U1 dương (E), điện áp trên tụ U2 nạp :
U2

UC

E
T1
R2 C

đây là đường tuyến tính dốc xuống phía dưới. Khi điện áp

vào mang dấu âm (-E) thìđiện áp U2:
E
U2

UC

R2 C

T2

đây là đường đi lên phía trên. Bằng cách thay đổi thời gian
phóng(T1) và thời gian nạp (T2) và các giá trị R 1, R2 tương
ứng, đầu ra có thể nhận được dạng răng cưa: dốc lên (b) dốc
xuống ( c) hoặc tam gi¸c (d)
15


16


Mạc htạo điệnáprăng c ưadùng khuếc hđạithuậtto án
+Mạc hd ùng khuếc hđạithuậtto ánv àtrans is to r
Dùng mạch tích phân và khoá K, khoá K được điều
chỉnh bởi tín hiệu ®ång bé, xung ®ång bé kÕt thóc, K
më, tơ C nạp:
E
IR

IC

R
t

UR

UC

1
I C dt
C 0

Const

t

1 E
dt
C 0R

E
t
RC

Tại t1, K đóng, UC =0. Để tránh ngắn mạch các mạch phụ
thay khoá K bằng bóng trường ( công nghệ MOS) hoặc
dùng khoá điện tö.

17

18


Mạc htạo điệnáprăng c ưadùng khuếc hđạithuật
to án
+Mạc htạo điệnáp tựahàm Co s t
t
Nếu điện áp vào là
thì:
Ut
1 nửa điện ápUSin
m
m
UR

RC

U m sin .td t

0

RC

RC

cos t

Um
RC

Cần đặt ở đầu ra điện áp chuyểnUdịch:
cd
Điện áp ra sẽ là: U R

Um
cos t
RC

Điện ¸p tùa cã d¹ng cosin t

19


Khâus o s ánh

Nhận tín hiệu hai điện áp tựa ( răng cưa) và điện áp điều
khiển, so sánh hai điện áp này, tìm thời điểm chúng bằng
nhau ( Uđk =U răng cưa) thìphát xung đầu ra để gửi sang
khâu khuếch đại.
Để so sánh tín hiệu tương tự ( analog) thường dùng transistor
hoặc kđthuật toán. Do KĐTT có nhiều ưu điểm nên hiện
nay khâu so sánh sử dụng loại này lµ chđ u.

20


Các bộ tạo xung đầura
Bộ tạo xung (drive r) :
Nhiệm vụ: Tạo và khuếch đại xung có dạng, độ dài và
công suất đủ để điều khiển mở Thyristor. Bộ tạo xung

còn có nhiệm vụ thực hiện cách li giữa mạch điều khiển
và mạch động lực. Bộ tạo xung có thể là:
+Bộ tạo xung đơn: xung đơn, có độ dài Tx ổn định.
Đặc điểm: sơđồ đơn giản, độ tin cậy cao thường dùng
trong các bộ đ/k đơn giản. Độ rộng xung:
Tx =k.Tmở với Tmở thời gian để dòng qua T đạt giá trị
định mức.
21


+Bộ tạo xung c óđộ d àituỳý v àđược trộ n v íi xung  
tÇn s è  c ao :
Sư dơng xung cã độ dài lớn nhưng vẫn đảm bảo kích
thước cho biến ¸p xung ( BAX) gän nhÑ. Tx >60o ( dïng
cho sơđồ cầu chỉnh lưu 3 pha). Tổn hao công suất
trên cực đ/k lớn.
+Bộ tạo xung tạo rac ác s ố lượng xung khác nhautuỳ
the o c hếđộ ho ặc s ơđồ: Tạo xung đơn với số lượng
tuỳ ý, giảm được tổn hao, chủ động trong điều khiển
( dùng cho các bộ biến đổi dòng gián đoạn). Cấu trúc
phức tạp, cần làm việc với các sensor ( dòng, áp) nên thư
ờng được áp dụng trong mạch công suất rất lớn.

22


Mạch tạo xung dùng máy phát blocking
Blocking là mạch dao động phản hồi dương tạo xung có sườn
dốc chất lượng cao, cách li giữa hai mạch đ/k và động lực.
Mạch sử dụng biến áp xung cách li với cuộn sơcấp w1, w3 là

cuộn thứ cấp đưa tín hiệu ra, cuôn w2 là cuộn phản hồi.
Bình thường, T1 khoá do thế âm từ E đặt lên bazơthông
qua R2. Khi có xung từ cửa vào tại to, T1 dẫn, cuộn w1 xuất
hiên sđđe(t). Cuộn w2 được mắc sao cho điện áp trên w2 có
dấu dương đặt vào bazơcủa bóng tạo phản hồi dương giúp
cho nó mở rất nhanh để đạt dòng Ic bÃo hoà. Khi đó toàn bộ
điện áp nguồn E đặt lên W1, điện áp ra:
Do có điện áp phản hồi nên dòng bazơ:
Vẫn còn mặc dù xung đầu vào đà kÕt thóc.

23


Lúc này, lõi thép bắt đầu được từ hoá và dòng Ic tăng lên
( vìdòng từ hoá I tăng) trong khi dòng Ib không đổi, T1
chuyển từ trạng thái bÃo hoà sang khuếch đại, điện áp
UCE tăng lên, UW1 và UW2 giảm, lại có phản hồi dương nên
quá trình này xảy ra nhanh và đến t1 thìT1 khoá hoàn
toàn. Độ dµi cđa xung ra Tx

24


25