Tài liệu PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN BỘ CHỈNH LƯU docx

Điện tử công suất 1

2.15 PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN BỘ CHỈNH LƯU

Thời điểm đưa xung kích đóng các thyristor trong các bộ chỉnh lưu tương ứng
với góc điều khiển
dựa vào kết quả so sánh hai tín hiệu cơ bản: tín hiệu điều
khiển u
α
đk
và tín hiệu đồng bộ u
p
(hình H2.68).

Tín hiệu đồng bộ tạo mốc chuẩn về thời gian cần cho việc xác đònh góc
điều khiển, đồng thời xác lập đặc tính giữa áp chỉnh lưu trung bình U
d
và áp điều
khiển u
đk
. Do đó, tín hiệu đồng bộ được chọn thay đổi trong khoảng thời gian
xuất hiện điện áp khoá trên linh kiện và nó dựa vào dạng điện áp nguồn xoay
chiều. Tín hiệu điều khiển xác đònh điểm làm việc trên đặc tính điều khiển vàø
cho biết độ lớn góc điều khiển. Cả hai tín hiệu điều khiển và tín hiệu đồng bộ
trên có thể xử lý dựa trên kỹ thuật số hoặc analog.
Để đơn giản, ta nêu ví dụ điều khiển bộ chỉnh lưu mạch tia ba pha dùng
kỹ thuật analog với tín hiệu đồng bộ dạng răng cưa.
Quan hệ giữa tín hiệu đồng bộ răng cưa, điện áp điều khiển và vò trí kích
đóng các linh kiện có thể theo dõi trên các hình H2.69.
Giả sử sóng điều khiển biến thiên trong giới hạn hai cực trò của sóng
đồng bộ răng cưa (-U

pm
,+U
pm
). Giá trò góc kích
α
với đại lượng áp điều khiển dễ
dàng xác đònh theo hệ thức sau đây:
)
U.2
u
U
(
pm
dkpm
−
π=α
(2.125)
Quan hệ giữa điện áp chỉnh lưu trung bình mạch tia 3 pha điều khiển hoàn
toàn với góc điều khiển cho bởi hệ thức:
α
π
=α cos.U
2
63
)(Ud
(2.126)


2-73
Điện tử công suất 1

Từ đó,
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
−
π
π
=α
pm
dkpm
d
U.2
uU
.cos.U
2
63
)(U
(2.127)


Hàm quan hệ giữa áp chỉnh lưu trung bình, điện áp điều khiển và góc điều
khiển có thể biểu diễn lại dưới dạng đồ thò trên hình H2.70

Đặc tính điều khiển U
d
(u
đk
) có dạng phi tuyến, tuy nhiên
dạng mạch dễ thực hiện. Trong việc khảo sát các hệ thống điều khiển có hiệu
chỉnh, đặc tính phi tuyến được tuyến tính hoá (hình H2.70b). Khi đó, bộ chỉnh lưu
được xem như mạch khuếch đại công suất với độ khuếch đại cho bởi tỉ số giữa độ
biến thiên điện áp chỉnh lưu trung bình và độ biến thiên điện áp điều khiển và
được xem như bằng hằng số ở chế độ dòng liên tục.


2-74
Điện tử công suất 1
Ví dụ 2.26
Bộ chỉnh lưu mạch tia ba pha mắc vào
nguồn xoay chiều ba pha với trò
hiệu dụng áp pha U = 220 V ,
ω
= 314 rad/s . Góc điều khiển α xác đònh trên cơ
sở áp răng cưa và áp điều khiển. Cho biết áp răng cưa thay đổi trong phạm vi -
12V +12V. Giả thiết dòng điện qua tải liên tục .
a/- Tính độ lớn áp chỉnh lưu trên tải khi áp điều khiển u
dk
= 8 V.
b/- Tính độ lớn áp điều khiển khi điện áp chỉnh lưu bằng 200 V.
Giải:
Ta có:

2

12
12
π
α
=
−
dk
u

Từ đó:

212
12
π
α
.
dk
u−
=

và

π
α
24
12 −=
dk
u

a/-

62
.
12
812
V8u
dk
π
=
π−
=α⇒=

8,222
6
cos.220.
2
63
cos.U.
2
63
U
d
=
π
π
=α
π
=⇒
[V]

b/-
766,0
220.63
22
0.2
U.63
U.2
cos
d
=
π
=
π
=α

⇒ α = 0,682 rad
Từ đó:
V789,6
68
2,0.24
12u
dk
=
π
−=

Ví dụ 2.27
Bộ chỉnh lưu mạch tia có thể xem như bộ khuếch đại với tín hiệu đầu vào
là điện áp điều khiển u

dk
và đầu ra là điện áp chỉnh lưu trung bình. Cho điện áp
xoay chiều U = 220V; điện áp xung răng cưa thay đổi từ -12V đến +12V .
a/- Tính hệ số khuếch đại của bộ chỉnh lưu ở chế độ dòng tải liên tục phụ
thuộc vào u
dk
.
b/- Tuyến tính hóa đặc tính điều khiển U
d
(u
đk
), xác đònh hệ số khuếch đại
gần đúng
c/- Thiết lập hàm truyền của bộ chỉnh lưu, giả thiết thời gian trễ của đáp
ứng được chọn bằng 1/2 chu kỳ xung áp chỉnh lưu.

Giải:
a/- Hệ số khuếch đại

2-75
Điện tử công suất 1
()
α−
π
=
∂α
∂
α
∂α
∂

=
sin.U.
2
63
U
du
d
.
U
k
d
dk
d

⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
π−
=α=⇒
π
−=
α
2
.
12
u12
sin.U.

12
2
sin.U.
12
2
k
24du
d
dk
dk

Hệ số khuếch đại lớn nhất khi
α
π
=
2
[rad] tương ứng với u
dk
= 0 [V]
b/- Hệ số khuếch đại của đặc tính được tuyến tính hóa:
()
44,21
12
U.
2
63
U
U
uu
UU

u
U
k
dkm
0d
dkmdkm
mindmaxd
dk
d
=
π
==
−−
−
=
∆
∆
=
′


c/- Thời gian trễ
][,
,
. sT
pp
00330
3
020
2

1
2
1
===
τ

Hàm truyền của bộ chỉnh lưu
( )
s
s
eeksF
p
00330
4421
,
.,.
−
−
==
τ

Ở tần số thấp s.τ
p
≈ 0 nên áp dụng phân tích chuỗi Mac Laurin tại điểm
0, ta có:
p
s
s
e
p

τ
τ
.
+
≈
−
1
1

Từ đó
()
003301
4421
1 ,.
,
. ss
k
sF
p
+
=
+
=
τ

Ví dụ 2.28
Cho động cơ một chiều kích từ độc lập với các tham số như sau :

α

A74I;54,0R;ph/v1000n;A37I;V220U
maxuudmudmudm
=Ω====

Vận tốc động cơ được điều khiển theo phương pháp điều khiển điện áp phần
ứng thông qua bộ chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển hòan tòan. Nguồn kích từ không
đổi bằng đònh mức. Bộ chỉnh lưu được mắc trực tiếp vào nguồn điện xoay chiều 1 pha
với trò hiệu dụng áp pha bằng 300V, tần số lưới bằng 50Hz.
Tính góc kích
α
của bộ chỉnh lưu để động cơ có thể làm việc ở chế độ đònh mức
a. Tìm hàm truyền của bộ chỉnh lưu trên cho biết các tín hiệu sóng đồng
bộ thay đổi giữa –10 và 0 V có dạng như hình vẽ H2.71

2-76
Điện tử công suất 1
b. Tìm độ lớn điện áp điều khiển để động cơ có thể chạy ở vận tốc đònh
mức khi moment động cơ bằng cực đại.
GIẢI:
a. Ta có áp chỉnh lưu cấp cho phần ứng ở chế độ đònh mức:
220cos.300.
22
Ucos.U.
22
udm
=α
π
=α
π

Từ đó:

0
4356180 ,][, =⇒=
αα
rad

b. Hàm truyền của bộ chỉnh lưu

54
)10(0
)300
22
(300
22
uu
UU
K
mindkmaxdk
mindmaxd
BCL
=
−−
π
−−
π
=
−
−
=

][,
.
S
BCL
0050
4
020
==
τ

s
sF
BCL
.,
)(
00501
54
+
=


c. Khi moment động cơ cực đại, do kích từ không đổi bằng đònh mức nên
I
u
=I
umax
=74A.

dmdmuuu

kIRU
ωφ
..
maxmax
+=

với R
u
=0,54 ; I
Ω
umax
=74A;
VIRUk
udmuudmdmdm
[.,.. 20037540220
=−=−=
ωφ

][.,
max
VU
u
24020074540
=+=

Từ đó:
0
32747650240300
22
,][,cos..

==⇒=
rad
αα
π

Từ đồ thò:

][,][,.
,
VuVu
u
dkdk
dk
5171517110
47650
10
−=⇒==⇒=
ππ
α


Ví dụ 2.29
Cho động cơ một chiều kích từ độc lập với các tham số như sau :

AIRphvnAIVU
uudmudmudm
37322900518440
=Ω====
max
;,/,;

Vận tốc động cơ được điều khiển theo phương pháp điều khiển điện áp phần
ứng thông qua bộ chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển hòan tòan. Nguồn kích từ không
đổi bằng đònh mức. Bộ chỉnh lưu được mắc trực tiếp vào nguồn điện xoay chiều 3 pha
với trò hiệu dụng áp pha bằng 220V, tần số lưới bằng 50Hz.

2-77