Tài liệu Đồ án tốt nghiệp - Nhà máy điện Phả Lại P5 docx

Chương 5: Phương án thay thế mạch điều khiển – chỉnh lưu

69
Chương 5.
PHƯƠNG ÁN THAY THẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN - CHỈNH LƯU
Chức năng và những yêu cầu cơ bản đối với hệ thống điều khiển
chỉnh lưu.
Hệ thống điều khiển của các thiết bị biến đổi dùng để hình thành
và tạo ra các xung điều khiển có độ rộng xung nhất định, phân bố các
xung theo các pha và thay đổi thời điểm đư
a xung kích mở thông các
van. Sau khi kích thích mở thông các van thì hệ thống điều khiển được
gây ảnh hưởng tới trạng thái làm việc của chúng, các yêu cầu chính
của hệ thống điều khiển là:
5-1. Yêu cầu về xung điều khiển.
Độ lớn: Độ lớn điện áp trên cực điều khiển và dòng điện chạy qua
cực điều khiển có quan hệ U
đk
= f (i
đk
) và được giới hạn trong phạm
vi sau:







Đặc tính điều khiển
Giới hạn trên của các đặc tính

Điện áp điều khiển cho phép cực đại
Giới hạn công suất cực đại
Dòng điện điều khiển cho phép cực đại
Dòng điện điều khiển nhỏ nhất để mở ở nhiệt độ bất kỳ
Điện áp điềukhiển nhỏ nhất đảm bảo mở ở nhiệt độ bất kỳ
Giới hạn trên của các đặc tính
I
G
Chương 5: Phương án thay thế mạch điều khiển – chỉnh lưu

70
Do sai lệch về thông số chế tạo và điều kiện hoạt động ngay cả
Thyzitor có đặc tính này dao động giữa hai đặc tính giới hạn trên và
dưới. Các yêu cầu của áp và dòng điều khiển là:
- Giá trị lớn nhất không vượt quá giá trị cho phép.
- Giá trị nhỏ nhất phải đảm bảo mở được Thyzitor trong
mọi điều kiện làm việc.
- Tổn hao tiêu cực đi
ều khiển phải nhỏ hơn giá trị cho phép
thường độ lớn của áp 2 ÷ 10 v, dòng 20 ÷ 200 mA.
5.2- Yêu cầu về độ rộng xung điều khiển:
Thời gian mở Thyzitor chia thành hai giai đoạn:
- Giai đoạn dòng tăng trưởng chậm, ký hiệu t
1
là thời gian cần thiết để
làm cho J
2
chuyển dịch thuận (J
2
là mặt tiếp giáp giữa hai lớp bán dẫn

P
2
và n
2
của Thyzitor).
- Giai đoạn tăng trưởng nhanh: ký hiệu t
2
độ rộng xung điều khiển
phải lớn hơn hoặc bằng thời gian mở của Thyzitor t
α
≥ t
m







t
1
t
2
t
m
t
m
0,1 i
th

0,9 i
th

I
đk

i
đk

t
t
Chương 5: Phương án thay thế mạch điều khiển – chỉnh lưu

71
5.3- Yêu cầu độ dốc xung điều khiển.
Độ dốc sườn trước xung điều khiển càng cao thì việc mở Thyzitor
càng dễ dàng, đặc biệt là trong mạch có nhiều van nối tiếp hoặc song
song. Thông thường yêu cầu độ dốc sườn trứơc của dòng xung điều
khiển là:

msA
d
d
t
idk
/1,0≥

Độ dốc sườn trước của xung càng tăng thì đốt nóng cục bộ của
tizistor càng giảm.
- Dải điều khiển.

Dải điều khiển phải rộng và dải này xác định bởi dạng và chế độ
làm việc cả các bộ biến đổi và đặc tính của tải.
Tính đối xứng điều khiển:
Đảm bảo được đối xứng các xung đ
iều khiển theo pha nếu không
đảm bảo đối xứng các xung điều khiển các tizistor qua các bộ biến đổi
nhiều pha sẽ gây ra sự không cân bằng giá trị trung bình của dòng
tizitor đó.
Độ tác động nhanh:
Hệ thống điều khiển phải tác động nhanh và trong nhiều trường
hợp phải đạt tốc độ cỡ μs.
Độ tin cậy.
Mạch điều khiển phải làm việc tin cậ
y trong mọi hoàn cảnh khi
nhiệt độ thay đổi, nguồn tín hiệu tăng lên. Điện trở ra của kênh điều
Chương 5: Phương án thay thế mạch điều khiển – chỉnh lưu

72
khiển phải nhỏ để tizitor không tự phép mở khi dòng số tăng. Xung
điều khiển phải ít phụ thuộc vào dao động nhiệt độ, dao động điện áp
nguồn. Cần khử các nhiễu cảm ứng để tránh mở nhầm các thyzitor.
Yêu cầu về nắp ráp và vận hành.
Việc nắp ráp, vận hành, sử dụng phải dễ dàng, thuận tiện cho
việc điều khiển, sửa chữa, l
ắp khối gọn nhẹ, thay dễ dàng.
Nguyên tắc điều khiển:
Việc điều khiển tizitor chính là việc tạo thời điểm phát xung mở
tizitor. Có hai nguyên tắc điều khiển chủ yếu sau:
+ Nguyên tắc điều khiển arccos.
+ Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính.

5.4- Nguyên tắc điều khiển arccos.





Nguyên tắc điều khiển arccos.
Theo nguyên tắ
c này người ta dùng hai điện áp.
+ Điện áp U
r
vượt trứơc điện áp A-K của tizistor một góc bằng
2
π

(nếu U
AK
= A. Sin ωt thì U
r
= B Cosωt). Điện áp điều khiển U
c
là điện
U
0
α
π 2π
U
đk

0

Chương 5: Phương án thay thế mạch điều khiển – chỉnh lưu

73
áp một chiều, có thể điều chỉnh được biên độ theo hai hướng ( dương
và âm).
Tổng đại số U
r
+ U
C
= 0 ta nhận được một xung ở đầu ra của
không so sánh: U
C
= B.Cosα = 0 ⇒ α = arccos
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
−
B
U
C
1-1.
Ta lấy B = U
Cmax

Nguyên tắc này áp dụng cho các thiết bị chỉnh lưu đòi hỏi chất
lượng cao.
5.5- Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính.

Theo nguyên tắc này ta dùng hai điện áp.
+ Điện áp đồng bộ, ký hiệu U
r
có dạng răng cưa, đồng bộ với
điện áp trên A-K của tizitor.
+ Điện áp điều khiển ký hiệu là Uc’ là điện áp một chiều có thể
điều chỉnh được biên độ.





Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính
Như vậy bằng phương pháp thay đổi giá trị U
C
có thể điều chỉnh
góc α
U
đk

π
2π
3π
0
α
U
Chương 5: Phương án thay thế mạch điều khiển – chỉnh lưu

74

maxr
C
U
U
⋅=
πα
(2.1)
Người ta lấy U
Cmax
= U
rmax
, do đó có thể có α = 0 ÷π.
Ở trong sơ đồ này ta sử dụng một dạng khác của nguyên tắc điều
khiển tuyến tính. Điện áp tựa răng cưa có dạng răng cưa ngược (sườn
phóng dài hơn sườn nạp). Điện áp điều khiển ngược dấu với điện áp
răng cưa theo dạng dưới đây:





Đ
iện áp điều khiển và điện áp răng cưa được tổng hợp trên một
chân của OA so sánh để so sánh với điểm đốt. Theo hình vẽ ta có thể
chèn được biểu thức của góc điều khiển α (Coi khoảng nạp là không
đáng kể so với chu kỳ)
rc
dk
R
U

=
−
π
απ
(2.2)
⇒
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
−=
Urc
U
dk
1
πα
(2.3)
Ta thấy góc α là hàm tuyến tính của điện áp điều khiển. Với
nguyên tắc này thì α biến thiên ngược chiều với điện áp điều khiển.
Nhưng theo phần mạch tạo tín hiệu ổn định dòng áp mà ta đã xem xét
thì tín hiệu điều khiển biến thiên ngược chiều với biến thiên các giá trị
tín hiệu trên tải, vì thế mà α cũng biến thiên thuận chhiều vớ
i biến
π
2π
3π

α
U
đk

θ
0
Chương 5: Phương án thay thế mạch điều khiển – chỉnh lưu

75
thiên áp, dòng trên tải giống như phương pháp thẳng đứng tuyến tính
đã trình bày ở phần trên.

5.6- Cấu trúc của hệ điều khiển chỉnh lưu:



Hình 5-1: Sơ đồ cấu trúc hệ điều khiển
Khâu đồng pha:
Để quá trình điều khiển như mong muốn, thì phải phát xung
chính xác vào từng thời điểm trên điện áp tải. Vì thế phải có khâu
đồng pha để phản ánh đi
ện áp cầu điều khiển.
Khâu đồng pha ở đây sử dụng biến áp đồng pha..
Thiết kế biến áp đồng pha:
Sơ đồ nối dây của biến áp đồng pha.

Đồng pha

Dịch pha
Tạo điện áp
chuẩn U
0

SS

TX

KĐα
S
A
B
C
a
b
c
Chương 5: Phương án thay thế mạch điều khiển – chỉnh lưu

76


Hình 5-2: Sơ đồ nối dây biến áp đồng pha.
Cuộn sơ cấp nối với các pha của lưới điện, các cuộn thứ cấp có
điện áp đồng pha với điện áp lưới, đưa tới mạch điều khiển.
Cuộn an đưa tới cuộn điều khiển kênh 1.

Cuộn bn đưa tới cuộn điều khiển kênh 2.
Cuộn cn đưa tới cu
ộn điều khiển kênh 3.
5.7- Thiết kế mạch từ:
Chọn dạng mạch từ là ba pha, ba trụ.
Tiết diện mỗi trụ được tính bằng công thức kinh nghiệm:

)(
2
cm
fC
P
kQ
⋅
⋅=
(1.1)
Biến áp khô: K = 5 ÷6. Ta chọn K = 6.
P: Công suất biểu kín của máy hạ áp.
C: Số trụ của máy biến áp: C = 3
f: Tần số nguồn xoay chiều f = 50Hz.
Thay vào công thức ta có:

503
40
6
⋅
⋅=
⋅
⋅=
fC

P
KQ

Vậy Q = 3,09 cm
2
.