Luận văn Giới thiệu sơ lược về thyristor - Nguyễn Văn Hiền

PHAÀN B NOÄI DUNG Chöông 1 GIÔÙI THIEÄU SÔ LÖÔÏC VEÀ THYRISTOR I - Caáu taïo – Nguyeân lyù laøm vieäc cuûa Thyristor 1 - Caáu taïo Thyristor coøn goïi laø SCR (Sillcon – Controlled – Rectifier) laø loaïi linh kieän 4 lôùp P – N ñaët xen keõ nhau. Ñeå tieän vieäc phaân tích caùc lôùp baùn daãn naøy ngöôøi ta ñaët laø P1, N1, P2, N2, giöõa caùc lôùp baùn daãn hình thaønh caùc chuyeån tieáp laàn löôït töø treân xuoáng döôùi laø J1, J2, J3. Sô ñoà caáu truùc, kyù hieäu, sô ñoà töông ñöông vaø caáu taïo cuûa thyristor ñöôïc trình baøy H1 H.I.1a. H.I.1b H.I.1c H.I.1d A : Anoát K : catoát G : Cöïc ñieàu khieån J1, J3 : Maët tieáp giaùp phaùt ñieän tích J2 : Maët tieáp giaùp trung gian H.I.1a : Sô ñoà kyù hieäu cuûa SCR H.I.1b : Sô ñoà caáu truùc boán lôùp cuûa SCR H.I.1c : Sô ñoà moâ taû caáu taïo cuûa SCR H.I.1d : Sô ñoà töông ñöông cuûa SCR 2. Nguyeân lyù laøm vieäc cuûa thyristor: Coù theå moâ phoûng moät Thyristor baèng hai transistor Q1, Q2 nhö H.I.1d. Transistor Q1 gheùp kieåu PNP, coøn Q2 kieåu NPN. Goïi a1, a2 laø heä soá truyeàn ñieän tích cuûa Q1vaø Q2. Khi ñaët ñieän aùp U leân hai ñaàu A &K cuûa Thyristor, caùc maët tieáp giaùp J1 & J3 chuyeån dòch thuaän, coøn maët tieáp giaùp J2 chuyeån dòch ngöôïc ( J2 maët tieáp giaùp chung cuûa Q1 & Q2 ). Do ñoù doøng chaûy qua J2 laø IJ2 IJ2 = a1 Ie1 + a2Ie2 + Io. I0 : Laø doøng ñieän roø qua J2 Nhöng vì Q1 & Q2 gheùp thaønh moät toång theå ta coù: Ie1 = Ie2 = IJ2 = I. Do ñoù IJ2 = I = a1 I + a2 I + Io Suy ra => I = Io / [1-( a1 + a2 )] (1) Do J2 chuyeån dòch ngöôïc neân haïn cheá doøng chaûy qua noù, daãn ñeán a1, a2 cuøng ñieàu coù giaù trò nhoû, I » Io, caû hai transistor ôû traïng thaùi ngaét. a 1 Ie 0 H.I.2 Töø bieåu thöùc (1) ta thaáy raèng doøng ñieän chaûy qua Thyristor phuï thuoäc vaøo heä soá truyeàn ñieän tích a1 & a2. Moái quan heä giöõa a vaø doøng emiter ñöôïc trình baøy ôû H.I.2. Nhö vaäy khi a1 + a2 taêng daàn ñeán 1 thì I taêng raát nhanh. Theo sô ñoà töông ñöông cuûa SCR H.I.1d ta coù theå giaûi thích nhö sau: - Doøng IC1 chaûy vaøo cöïc B cuûa Q2 laøm cho Q2 daãn vaø IC2 taêng, töùc IB1 cuõng taêng (IC2 = IB1) khieán Q1 daãn maïnh -> IC1 taêng vaø cöù tieáp dieãn nhö theá. Hieän töôïng naøy goïi laø hoài tieáp döông veà doøng, taïo ñieàu kieän laøm taêng tröôûng nhanh doøng ñieän chaûy qua Thyristor. Doøng Ie1 taêng laøm cho a1 taêng (H.I.2), coøn taêng Ie2 laøm cho a2 taêng. Cuoái cuøng thöcï hieän ñöôïc ñieàu kieän (a1 + a2) -> 1, caû hai transistor chuyeån sang traïng thaùi môû, luùc naøy noäi trôû giöõa A vaø K cuûa SCR raát nhoû. Vaäy muoán laøm cho Q1, Q2 töø traïng thaùi ngaét chuyeån sang traïng thaùi baõo hoaø (hay muoán môû Thyristor) chæ caàn laøm taêng IB2. Ñeå laøm ñöôïc vieäc naøy ngöôøi ta thöôøng cho moät doøng ñieàu khieån Iñk chaûy vaøo cöïc coång cuûa Thyristor, ñuùng theo chieàu IB2 treân H.I.1d. II. Ñaëc tuyeán Volt - Ampere cuûa Thyristor: H.I.3 H.I.3 Ñaëc tuyeán Volt - Ampere cuûa Thyristor Ith max : Giaù trò cöïc ñaïi doøng thuaän Uth : Ñieän aùp thuaän Ung : Ñieän aùp ngöôïc Udt : Ñieän aùp ñaùnh thuûng Ing : Doøng ngöôïc. Io : Doøng roø qua Thyristor Idt : Doøng duy trì. Du : Ñieän aùp rôi treân Thyristor Ñeå giaûi thích ñöôïc yù nghóa vaät lyù cuûa ñöôøng ñaëc tuyeán Volt - Ampere Thyristor, ngöôøi ta chia ra laøm boán ñoaïn ñaùnh soá la maõ nhö H.I. 3b - Ñoaïn ( I) öùng vôùi traïng thaùi ngaét cuûa Thyristor. Trong ñoaïn naøy (a1 + a2 ) < 1, coù doøng roø qua Thyristor I » Io, vieäc taêng giaù trò U ít coù aûnh höôûng ñeán giaù trò doøng I. Khi U taêng ñeán giaù trò Uch (ñieän aùp chuyeån maïch) thì baét daàu quaù trình taêng tröôûng nhanh choùng cuûa doøng ñieän,Thyristor chuyeån sang trang thaùi môû. -Ñoaïn (II) öùng vôùi giai ñoaïn chuyeån dòch thuaän cuûa maët tieáp giaùp J2 (Q1, Q2 chuyeån sang traïng thaùi baõo hoaø). ÔÛ giai ñoaïn naøy, moãi moät löôïng taêng nhoû doøng ñieän öùng vôùi moät löôïng giaûm lôùn cuûa ñieän aùp. Ñoaïn naøy ñöôïc goïi laø ñoaïn ñieän trôû aâm. -Ñoaïn (III) öùng vôùi traïng thaùi môû cuûa Thyristor. Trong ñoaïn naøy caû 3 maët tieáp giaùp J1, J2, J3 ñieàu ñaõ chuyeån dòch thuaän, moät giaù trò ñieän aùp nhoû coù theå taïo ra moät doøng ñieän lôùn. Luùc naøy doøng ñieän thuaän chæ coøn bò haïn cheá bôûi ñieän trôû maïch ngoaøi, ñieän aùp rôi treân Thyristor raát nhoû. Thyristor ñöôïc giöõ ôû traïng thaùi môû chöøng naøo doøng Ith coøn lôùn hôn doøng duy trì Idt. - Ñoaïn (IV) öùng vôùi traïng thaùi cuûa Thyristor khi ta ñaët moät ñieän aùp ngöôïc leân noù (cöïc döông leân catoát, cöïc aâm leân Anod). Luùc naøy J1, J3 chuyeån dòch ngöôïc, coøn J2 chuyeån dòch thuaän, vì khaû naêng khoaù cuûa J3 raát yeáu neân nhaùnh ngöôïc cuûa ñaëc tính Volt-Ampere chuû yeáu ñöôïc quyeát ñònh baèng khaû naêng khoaù cuûa maët tieáp giaùp J1, do ñoù coù daïng nhaùmh ngöôïc cuûa ñaëc tính diod thöôøng. Doøng ñieän Ing coù giaù trò raát nhoû Ing » Io. Khi taêng Ung ñeán giaù trò Uñt (ñieän aùp ñaùnh thuûng) thì J1 bò choïc thuûng vaø Thyristor bò phaù hoûng. Vì vaäy ñeå traùnh hö hoûng cho Thyristor ta khoâng neân ñaët ñieän aùp ngöôïc coù giaù trò gaàn baèng Uñt leân Thyristor. Neáu cho nhöõng giaù trò khaùc nhau cuûa doøng ñieàu khieån Iñk thì seõ nhaän ñöôïc moät hoï ñöôøng ñaëc tính Volt-Ampere cuûa Thyristor (H.I.4). Ñoaïn (I) cuûa ñöôøng ñaëc tính Volt-Ampere seõ bò ruùt ngaén laïi vaø ñieän aùp Uch cuõng nhoû ñi neáu taêng daàn giaù trò Uñk. Khi doøng ñieàu khieån töông ñoái lôùn Iñk3 (H.I.4) thì ñöôøng ñaëc tính ñöôïc naén gaàn nhö thaúng gioáng nhö nhaùnh thuaän cuûa ñaëc tính Diod, coù theå noùi vôùi giaù trò cuûa Iñk nhö theá (a1 + a2) vaø maët tieáp giaùp J2 chuyeån dòch thuaän nhanh choùng. H.I.4 III. Caùc thoâng soá chuû yeáu cuûa Thyristor. 1. Ñieän aùp thuaän cöïc ñaïi (Uth.max): Laø giaù trò ñieän aùp lôùn nhaát coù theå ñaët leân Thyristor theo chieàu thuaän maø Thyristor vaãn ôû traïng thaùi môû. Neáu vöôït quaù giaù trò naøy coù theå laøm hoûng Thyristor. 2. Ñieän aùp ngöôïc cöïc ñaïi (Ung max): Laø ñieän aùp lôùn nhaát coù theå daët leân Thyristor theo chieàu ngöôïc maø Thyristor vaãn khoâng hoûng. Döôùi taùc ñoäng cuûa ñieän aùp naøy, doøng ñieän ngöôïc coù giaù trò Ing = (10 - 20)mmA. Khi ñieän aùp ngöôïc ñaët leân Thyristor löu yù phaûi giaûm doøng ñieàu khieån (H. I. 5) Ung Ung.max (10-20)mA Iñk=0 Iñk1=100mA Iñk2=1A Ing Iñk < Iñk1 < Iñk2 H.I.5 3. Ñieän aùp ñònh möùc (Uñm): laø giaù trò ñieän aùp cho pheùp ñaëc leân treân Thyristor theo chieàu thuaän vaø ngöôïc. Thoâng thöôøng U ñm = 2/3 Uth max 4. Ñieän aùp rôi treân Thyristor: Laø giaù trò ñieän aùp treân Thyristor khi Thyristor ñang ôû traïng thaùi môû. 5. Ñieän aùp chuyeån traïng thaùi (Uch): ÔÛ giaù trò ñieän aùp naøy, khoâng caàn coù Iñk, Thyristor cuõng chuyeån sang traïng thaùi môû. 6. Doøng ñieän ñònh möùc (Iñm): Laø doøng ñieän coù giaù trò trung bình lôùn nhaát ñöôïc pheùp chaûy qua Thyristor. 7. Ñieän aùp vaø doøng ñieän ñieàu khieån (Uñkmin, Iñkmin): Laø giaù trò nhoû nhaát cuûa ñieän aùp ñieàu khieån ñaët vaøo G - K vaø doøng ñieän ñieàu khieån ñaûm baûo môû ñöôïc Thyristor. 8. Thôøi gian môû Thyristor (Ton): Laø khoaûng thôøi gian tính töø söôøn tröôùc xung ñieàu khieån ñeán thôøi ñieåm doøng ñieän taêng ñeán 0,9 Iñm. 9. Thôøi gian khoaù Thyristor (Toff ): Laø khoaûng thôøi gian tính töø thôøi ñieåm I = 0 ñeán thôøi ñieåm laïi xuaát hieän ñieän aùp thuaän treân Anod maø Thyristor khoâng chuyeån sang traïng thaùi môû. 10. Toác ñoä taêng ñieän aùp thuaän cho pheùp (du/ dt): Laø giaù trò lôùn nhaát cuûa toác ñoä taêng aùp treân Anod maø Thyristor khoâng chuyeån töø traïng thaùi khoaù sang traïng thaùi môû. 11. Toác ñoä taêng doøng thuaän cho pheùp (di/ dt): laø iaù trò lôùn nhaát cuûa toác ñoä taêng doøng trong quaù trình môû Thyristor. IV. Môû Thyristor: + Caùc bieän phaùp môû Thyristor: a) Nhieät ñoä: Neáu nhieät ñoä Thyristor taêng cao, soá löôïng ñieän töû töï do seõ taêng leân, daãn ñeán doøng ñieän roø Io taêng leân. Söï taêng doøng naøy laøm cho heä soá truyeàn ñieän tích a1, a2 taêng vaø Thyristor ñöôïc môû. Môû Thyristor baèng phöông phaùp naøy khoâng ñieàu khieån ñöôïc söï chaïy hoãn loaïn cuûa doøng nhieät neân thöôøng ñöôïc loaïi boû. b ) Ñieän theá cao: Neáu phaân cöïc Thyristor baèng moät ñieän theá lôùn hôn ñieän aùp ñaùnh thuûng Uñt thì Thyristor môû. Tuy nhieân phöông phaùp naøy seõ laøm cho Thyristor bò hoûng neân khoâng ñöôïc aùp duïng. c ) Toác ñoä taêng ñieän aùp (du/dt): Neáu toác ñoä taêng ñieän aùp thuaän ñaët leân Anod vaø Catot thì doøng ñieän tích cuûa tuï ñieän tieáp giaùp coù khaû naêng môû Thyristor. Tuy nhieân doøng ñieän tích lôùn naøy coù theå phaù hoûng Thyristor vaø caùc thieát bò baûo veä. Thoâng thöôøng toác ñoä taêng ñieän aùp du/dt thì do nhaø saûn xuaát qui ñònh. d) Doøng ñieàu khieån cöïc G Khi Thyristor ñaõ phaân cöïc thuaän ta ñöa doøng ñieàu khieån döông ñaët vaøo hai cöïc G & K thì Thyristor daãn, doøng IG caøng taêng thì Uñt caøng giaûm. Khoaù Thyristor: Khoaù Thyristor töùc laø traû noù veà traïng thaùi ban ñaàu tröôùc khi môû vôùi ñaày ñuû caùc tính chaát coù theå ñieàu khieån ñöôïc noù. Coù hai phuông phaùp khoaù Thyristor : - Giaûm doøng ñieän thuaän hoaëc caét nguoàn cung caáp. - Ñaët ñieän aùp ngöôïc leân Thyristor. + Quaù trình khoaù Thyristor: Khi ñaët ñieän aùp ngöôïc leân Thyristor (H.I.7a ) tieáp giaùp J1, J3 chuyeån dòch ngöôïc, coøn J2 chuyeån dòch thuaän. Do taùc duïng cuûa ñieän tröôøng ngoaøi, caùc loã troáng trong lôùp P2 chaïy qua J3 veà Catot vaø trong lôùp N1 loå troáng chaïy qua J1 veà Anod taïo neân doøng ñieän ngöôïc chaïy qua taûi, giai ñoaïn naøy töø to -t1 ( H.I.7b ). Khi caùc loã troáng bò tieâu taùn heát thì J1 & J3 (chuû yeáu J1) ngaên caûn khoâng cho ñieän tích tieáp tuïc chaûy qua, doøng ngöôïc baét ñaàu giaûm xuoáng, töø t1 - t2 goïi laø thôøi gian khoaù Thyristor. Thôøi gian khoaù naøy thöôøng daøi gaáp 8 - 10 laàn thôøi gian môû. P1J1 N1 J2P2 J3 N2 Ith A Ip In K tm _ + U R t0 t1 t2 t H.I.7a H.I.7b Moät soá sô ñoà cô baûn cuûa Thyristor: 1. Sô ñoà chuû yeáu duøng Thyristor trong maïch moät chieàu. Sau khi ñaõ hieåu bieát caùc ñaëc tính cô baûn cuûa Thyristor ta nghieân cöuù moät soá sô ñoà chuû yeáu ñeå kieåm chöùng laïi caùc ñaëc tính ñoù veà phöông dieän thöïc haønh. H.I.9 H. I.9 giôùi thieäu moät coâng taéc tô moät chieàu ñôn giaûn duøng ñeå ñieàu khieån boùng ñeøn 12 Volt,100mmA. Neáu caàn thieát ta coù theå thay taûi khaùc vaøo vò trí cuûa boùng ñeøn, nhöng trong tröôøng hôïp taûi caûm khaùng thì caàn phaûi noái song song moät Diod D1 ñeå traùnh cho maïch khoûi söï coá do söùc ñieän ñoäng caûm öùng gaây ra. Khi ñoùng hoaëc caét maïch Thyristor duøng trong maïch naøy coù theå chòu ñöôïc doøng ñieän Anod ñeán 2A vaø coù theå ñöôïc ñoùng (thoâng maïch) bôûi doøng ñieän ñieàu khieån beù côõ vaøi traêm miliAmpere. Doøng ñieän ñieàu khieån ñöôïc caáp qua ñieän trôû baûo veä R1 vaø nuùt aán S1. Ñieän trôû R2 ñöôïc noái giöõa cöïc khieån vaø Catot duøng ñeå naâng cao ñoä oån ñònh cuûa maïch ñieän. Khi nhaán S1 thì maïch seõ ñoùng ñieän, moät khi Thyristor ñaõ môû thì duø cho nuùt S1 hôû maïch thì noù vaãn duy trì traïng thaùi môû ñoù. Muoán cho Thyristor ngöng daãn ta nhanh choùng ñöa doøng ñieän Anod trôû veà khoâng baèng caùch nhaán nuùt S2. H.I.10 giôùi thieäu moät phöông phaùp ngaét Thyristor. Thöïc vaäy, khi T ñang ôû trang thaùi môû, tuï C1 ñöôïc naïp töø nguoàn qua ñieän trôû R3. Khi ta aán S2 laïi, baûn cöïc döông cuûa tuï noái mass vaø aùp treân tuï laøm cho Anod cuûa T trôû thaønh aâm, ñieàu naøy gaây ñaûo ngöôïc phaân cöïc treân T vaø laøm cho noù ngaét. Tuï C1 phoùng raát nhanh nhöng ñuû ñeå giöõ cho anod aâm trong vaøi phaàn trieäu giaây, vaø do ñoù ñaûm baûo cho T ngöng daãn. Caàn chuù yù raèng neáu S2 vaãn giöõ traïng thaùi ñoùng sau khi doøng taûi ñaõ ñöôïc ngaét, thì tuï seõ ñöôïc naïp ngöôïc thoâng qua taûi, do ñoù caàn choïn tuï khoâng phaân cöïc nhö tuï Mylar hoaëc tuï Polyester. H.I.11 Moät phöông phaùp khaùc khoaù T baèng tuï nhö H.I.11. ÔÛ ñaây, ngöôøi ta duøng T2 phuï ñeå thay theá cho nuùt aán trong H.I.10. Thyristor T1 ñöôïc ngaét baèng caùch môû T2 trong khoaûng thôøi gian raát ngaén nhôø moät xung ñieän ñieàu khieån raát nhoû chaûy qua nuùt aán S2 vì doøng Anod cuûa noù ñöôïc caáp qua R3 coù giaù trò nhoû hôn doøng duy trì. H.I.12 giôùi thieäu moät sô ñoà Thyristor noái theo maïch dao ñoäng duøng ñeå ñieàu khieån hai boùng ñeøn rieâng bieät LP1 & LP2. Giaû söû T1 môû trong khi T2 ngaét tuï C1 (loaïi khoâng coù cöïc tính) ñöôïc naïp vôùi cöïc tính döông phía LP2. Khi aán S2, maïch seõ chuyeån traïng thaùi, T2 môû do taùc duïng cuûa cöïc ñieàu khieån vaø T1 seõ bò chính T2 khoaù laïi döôùi taùc duïng cuûa tuï C1. Ñoàng thôøi tuï naøy ñöôïc naïp theo chieàu ngöôïc laïi. Khi tuï ñöôïc naïp ñaày, traïng thaùi cuûa maïch coù theå thay ñoåi neáu ta aán nuùt S1. khi ñoù T2 ngaét nhôø tuï C1. Traïng thaùi dao ñoâäng naøy coù theå laëp ñi laëp laïi maõi. H.I.12 Caùc maïch H.I.9,H.I.10, H.I.11,H.I.12 ñeàu duøng cho taûi coá ñònh ñôn giaûn thuoäc loaïi maïch töï duy trì . H.I.13a H.I.13b H.I.13 giôùi thieäu moät heä thoáng baùo ñoäng ñôn giaûn duøng ñieän moät chieàu, vôùi loaïi taûi khoâng lieân tuïc nhö chuoâng ñieän, boä rung hoaëc coøi. Khi ñoùng nguoàn, moät doøng ñieän seõ chaûy qua cuoän daây phaàn öùng boá trí trong maïch coù hai tieáp ñieåm, doøng ñieän ñoù caûm öùng ra töø tröôøng trong cuoän daây neân laøm cho caùc tieáp ñieåm môû ra. Khi tieáp ñieåm môû doøng ñieän bò ngaét vaø töø tröôøng cuõng bò maát theo. Keát quaû laø caùc tieáp ñieåm laïi ñoùng laïi doøng ñieän chaûy qua cuoän daây, hieän töôïng nhö treân cöù theá laëp ñi laëp laïi. Moät taûi nhö vaäy ñöôïc xem nhö moät coâng taét tô ñoùng môû theo chu kyø vôùi toác ñoä raát nhanh. Khi taûi treân ñöôïc noái vaøo maïch H.I.13a tín hieäu baùo ñoäng chæ ñöôïc phaùt ra neáu S1 ñoùng. Do taûi coù ñieän caûm neân khi söû duïng vôùi maïch Thyristor ta caàn noái song song vôùi moät diod D1 caûn dòu. Khi caàn thieát ta coù theå laép sô ñoà treân theo kieåu maïch duy trì baèng caùch noái song song vôùi duïng cuï caûnh baùo moät ñieän trôû R3 = 470 ( H.I.13b ). Trong tröôøng hôïp naøy, khi heä thoáng baùo ñoäng töï ngaét do rung doøng Anod cuûa Thyristor khoâng bò trieät tieâu, maø chæ giaûm ñeán moät giaù trò qui ñònh bôûi ñieän trôû R3 vaø söùc ñieän ñoäng cuûa nguoàn. Neáu giaù trò naøy lôùn hôn doøng duy trì cuûa Thyristor thì T seõ töï duy trì. Nhaân ñieàu kieän ñoù doøng Anod seõ khoâng giaûm veà khoâng khi tín hieäu baùo ñoäng chuyeån vaøo khoaûng khe hôû doøng ñieän giöõa hai laàn rung, vaø do ñoù T seõ bò ngaét. Maïch tín hieäu baùo ñoäng H.I.13 ñöôïc duøng nhieàu trong caùc duïng cuï coù ñieän aùp thaáp (3 ñeán 12 volt) nhö chuoâng ñieän, boä rung coøi. Ñoù laø nhöõng duïng cuï ñieän tieâu thuï doøng döôùi 2A. Boä nguoàn phaûi ñaûm baûo caáp ñuû moät ñieän aùp treân 1.5V so vôùi ñieän aùp caàn thieát ñeå duïng cuï caûnh baùo hoaït ñoäng bình thöôøng. Phaàn ñieän aùp duøng ñeå buø vaøo ñieän aùp baõo hoaø cuûa Thyristor khi ñaõ thoâng. Sô ñoà cô baûn duøng Thyristor trong maïch xoay chieàu: H.I.14 H.I.14 trình baøy moät maïch ñieän töông ñöông nhö duøng khoaù ñoùng caét theo nöûa chu kyø ñeå ñieàu khieån boùng ñeøn 100W noái vôi nguoàn ñieän xoay chieàu 120V hoaëc 240V. Khi khoaù S1 môû cöïc ñieàu khieån cuûa Thyristor T ngaét vaø ñeøn taét. Ngöôïc laïi, neáu S1 ñoùng ôû thôøi ñieåm khôûi ñaàu cuûa moãi nöõa chu kyø döông T ñang ngaét, do ñoù toaøn boä ñieän aùp ñaët leân cöïc ñieàu khieån qua ñeøn, Diod D1 & R1, khi ñieän aùp ñuû ñeå moài thoâng T thì ñeøn saùng leân. Keå töø luùc T môû, ñieän aùp treân noù giaûm xuoáng giaù trò xaáp xæ khoâng, do ñoù doøng ñieàu khieån khoâng coøn nöõa. Luùc naøy doøng Anod coù giaù trò ñuû lôùn neân T thöïc teá ñöôïc duy trì ôû traïng thaùi môû trong suoát nöõa chu kyø döông. Noù seõ töï ñoäng ngaét vaøo cuoái nöõa chu kyø naøy khi giaù trò doøng Anod giaûm xuoáng khoâng. Quaù trình neâu treân seõ ñöôïc laëp ñi laëp laïi theo caùc nöõa chu kyø neáu ta giöõ S1 ôû traïng thaùi ñoùng. Khi môû S1,T seõ ngaét vaø ñeøn taét, vì nhö ñaõ trình baøy,T khoaù vaøo moãi chu kyø döông. Diod D1 trong maïch naøy coù taùc duïng ngaên khoâng cho ñieän aùp aâm ñaët leân cöïc khieån. Ñieän trôû R1 coù giaù trò ñuû nhoû ñeå cho pheùp moài thoâng T vaøo ñaàu nöõa chu kyø döông, nhöng noù cuõng phaûi coù giaù trò ñuû lôùn ñeå haïn cheá doøng ñieän ñænh nhoïn trong cöïc ñieàu khieån ôû moät giaù trò thích öùng. Khi ta ñoùng S1 vaøo thôøi ñieåm coù ñieän aùp cöïc ñaïi treân ñöôøng daây, caàn chuù yù raèng ñænh nhoïn cuûa aùp vaø doøng chæ ñaët leân ñieän trôû R1 trong vaøi phaàn trieäu giaây ñeå moài thoâng T, neân coâng suaát tieâu taùn treân R1 raát beù. H.I.15 Coù nhieàu caùch duøng Thyristor ñeå ñieàu khieån caû hai nöõa chu kyø trong maïch xoay chieàu. Trong H.I.15 vaø H.I.16 ñieän aùp xoay chieàu ñöôïc bieán ñoåi thaønh ñieän aùp chænh löu ( khoâng loïc ) nhôø caàu boán Diod D1, D2, D3, D4. Ñieän aùp chænh löu ñoù ñöôïc ñaët leân Thyristor T. Khi khoaù S1 môû, T ngaét neân khoâng coù doøng ñieän chaïy qua caàu vaø taûi. Khi S1 ñoùng, T ñöôïc noái thoâng ngay töø ñaàu moãi nöûa chu kyø, neân toaøn boä coâng suaát ñöôïc ñaët leân taûi. Trong khi T daãn, cöïc ñieàu khieån maát taùc duïng moät caùch töï ñoäng, nhöng T vaãn giöõ ôû traïng thaùi môû trong suoát caû nöaõ chu kyø nhö giaûi thích treân. T seõ töï ñoäng ngaét vaøo cuoái moãi nöûa chu kyø khi doøng Anod giaûm xuoáng khoâng, do ñoù sô ñoà naøy duøng ñeå caáp ñieän cho taûi moät chieàu. ÔÛ phía xoay chieàu cuûa caàu chænh löu ngöôøi ta ñaët caàu chì baûo veä khi coù söï coá. H.I.16 Trong H.I.16 taûi ñöôïc noái ôû phía xoay chieàu cuûa caàu, do ñoù maïch naøy ñöôïc duøng ñeå ñieàu khieån taûi xoay chieàu. Tröôøng hôïp naøy khoâng caàn caàu chì baûo veä, vì chính taûi ñaõ coù taùc duïng haïn cheá doøng ñieän giaù trò cho pheùp khi coù söï coá trong caùc phaàn töû. Cuoái cuøng H.I.17 maéc hai Thyristor T1 & T2 song song ngöôïc nhau ñeå taïo ra moät soùng hoaøn chænh caáp cho taûi. Khi S1 môû, cöïc khieån cuûa T1 & T2 khoâng ñöôïc caáp ñieän, taûi khoâng tieâu thuï naêng löôïng. Khi S1 ñöôïc ñoùng, cöïc khieån T1 ñöôïc caáp ñieän trong caùc nöõa chu kyø döông thoâng qua diod D2, ñieän trôû R2 vaø T1 môû. Ngöôïc laïi trong caùc nöõa chu kyø aâm, T2 ñöôïc môû thoâng qua D1 vaø R2. Nhö vaäy ta thöïc hieän ñöôïc ñieàu khieån toaøn soùng. H.I.17 ChöôngII CHÆNH LÖU COÙ ÑIEÀU KHIEÅN DUØNG THYRISTOR Thyristor thöôøng ñöôïc duøng ñeå ñieàu khieån caùc thieát bò duøng ñieän moät chieàu nhö caùc ñoäng cô ñieän moät chieàu, loø ñieän, caùc maùy haøn ñieän vaø ñeøn chieáu saùng vôùi hieäu suaát cao. Ñeå môû ñöôïc Thyristor caàn phaûi thoûa maõn hai ñieàu kieän: UAK > 0 vaø coù tín hieäu döông UGK - Coù doøng IG taùc ñoäng vaøo cöïc ñieàu khieån G cuûa Thyristor Do ñoù Thyristor thöôøng môû chaäm hôn Diod moät goùc töông öùng a. Goùc a naøy laø goùc môû chaäm (goùc kích) cuûa Thyristor. Tacoù a = wt w : Taàn soá goùc doøng ñieän xoay chieàu. t : Thôøi gian tính töø thôøi ñieåm môû Diod töông öùng (UAK baét ñaàu döông) ñeán thôøi ñieåm môû Thyristor (coù tín hieäu ñieàu khieån IG) Trong caùc maïch chænh löu duøng Thyristor, caùc Thyristor ñöôïc cung caáp töø nguoàn ñieän xoay chieàu moät pha hoaëc ba pha. Ñieàu naøy coù nghóa laø Thyristor seõ khoaù laïi khi doøng ñieän qua noù ñi qua trò soá khoâng, hoaëc noù bò phaân cöïc ngòch moät caùch töï nhieân theo qui luaät cuûa nguoàn ñieän xoay chieàu vaø tính chaát chaát cuûa phuï taûi. I. Caùc cheá ñoä cung caáp ñieän cho moät phuï taûi qua maïch chænh löu duøng Thyristor: Cheá ñoä cung caáp giaùn ñoaïn: Cheá ñoä naøy doøng cung caáp cho phuï taûi khoâng lieân tuïc. Ñeå minh hoaï cho cheá ñoä naøy ta xeùt maïch chænh löu moät pha moät nöûa chu kyø, coù sô ñoà nguyeân lyù (H.II.1a) vaø ñoà thò ñieän aùp (H.II.1b). H.II.1a H.II.1b Sô ñoà H.II.1a, Thyristorñöôïc ñieàu khieån baèng caùc xung doøng ñieän IG xuaát hieän chaäm sau ñieän aùp U moät goùc a naøo ñoù nhö H.II.1b Khi coù tín hieäu IG,Thyristor seõ môû, neân goùc a ñöôïc goïi laø goùc môû chaäm cuûa Thyristor. Khi Thyristor aùp treân hai ñaàu phuï taûi laø: Ud = U = Um sinwt Doøng I qua phuï taûi ñöôïc xaùc ñònh bôûi phöông trình: L(di/dt) + Rid = U = Um sinwt Nghieäm phöông trình: Vôùi : A : laø haèng soá tích phaân ñöôïc xaùc ñònh töø ñieàu kieän ban ñaàu. Döïa vaøo bieåu thöùc id ta coù ñöôøng cong id giaûm ñeán khoâng vaø Thyristor töï ñoäng taét. Do ñoù goùc l goïi laø goùc taét cuûa Thyristor, Thyristor tieáp tuïc ngaét cho ñeán thôøi ñieåm xuaát hieän xung IG tieáp theo ôû chu kyø sau cuûa ñieän aùp U. Nhö vaäy trong moãi chu kyø cuûa U doøng ñieän qua phuï taûi id chæ toàn taïi trong khoaûng töø a ñeán l, coøn töø l ñeán 2p doøng id = 0, toùm laïi doøng qua phuï taûi laø doøng giaùn ñoaïn. 2. Cheá ñoä cung caáp lieân tuïc ÔÛ cheá ñoä naøy doøng ñieän qua phuï taûi laø moät doøng ñieän lieân tuïc (luoân luoân lôùn hôn khoâng). Ñeå minh hoaï cheá ñoä naøy ta xeùt maïch chænh löu moät pha hai nöûa chu kyø. Sô ñoà nguyeân lyù H.II.2a vaø ñoà thò ñieän aùp, doøng ñieän .II.2b nhö sau: H.II.2a H.II.2b Trong sô ñoà H.II.2a caùc Thyristor T1 & T2 ñöôïc ñieàu khieån baèng caùc xung doøng ñieän IG1 vaø IG2, ôû moãi chu kyø xung ñieàu khieån IG1 ñöôïc cho treân cöïc ñieàu khieån cuûa T1 chaäm sau ñieän aùp u1 moät goùc a, coøn IG2 ñöôïc cho treân cöïc ñieàu khieån T2 chaäm sau IG1 moät goùc p nhö H.II.2b Taïi goùc a coù IG1 vaø U1 > 0 neân T1 môû vaø giaù trò doøng ñieän taûi trung bình laø: vaø coù daïng ñöôøng cong IT1 ôû H.II.2b Taïi goùc a + p, coù iG2 vaø U2 > 0 neân T2 môû, khi T2 môû Uk = UA 2 = U2. Ñieän aùp treân T1 luùc ñoù laø UA1k = UA 1 - Uk = U1 - U2 < 0 neân T1 khoaù laïi. Nhö vaäy khi T1 daãn thì T2 khoaù hay ngöôïc laïi khi T2 môû thì id =iT2 vaø coù daïng gioáng iT1 ôû nöõa chu kyø tröôùc. Baây giôø ta haõy xem ñieàu kieän naøo thì doøng id qua phuï taûi laø lieân tuïc, ta thaáy ñeå id lieân tuïc thì ngay tröôùc khi môû T2, doøng id = iT1 chöa giaûm ñeán 0. Noùi caùch khaùc doøng Id ôû goùc a vaø a + p lôùn hôn khoâng. Ta coù: Vì ida = id(a + p ) =ido , neân: Töø ñaây ruùt ra: Ta coù: Vì : Neân ñeå ido > 0 caàn coùù: suy ra ñieàu kieän ñeå id lieân tuïc ( ido > 0) laø Sin(a- j) < 0 hoaëc a<j trong ñoù j = arctg wL/R. Nhö vaäy ñieàu kieän ñeå chænh löu moät pha hai nöûa chu kyø laøm vieäc ôû cheá ñoä cung caáp lieân tuïc laø goùc môû chaäm Thyristor a < j. Sô ñoà chænh löu caàu moät pha duøng Thyristor: 1. Chænh löu caàu moät pha duøng Thyristor vôùi phuï taûi laø thuaàn trôû: Sô ñoà nguyeân lyù H.II. 3a vaø ñoà thò doøng aùp H.II. 3b a) Söï hoaït ñoäng cuûa maïch vaø söï bieán thieân ñieän aùp vaø doøng ñieän chænh löu: Trong maïch H.II.3a duøng 4 Thyristor T1, T'1, T2, T2' caùc Thyristor ñöôïc ñieàu khieån baèng caùc xung doøng ñieän töông öùng IG1, IG1' IG2, IG2'. Maïch chænh löu ñöôïc cung caáp töø moät nguoàn ñieän xoay chieàu qua maùy bieán aùp vôùi ñieän aùp thöù caáp: U 2 =U2m sin wt H.II.3a H.II.3b Caùc xung ñieàu khieån IG1, IG1',IG2, IG2' coù cuøng chu kyø vôùi U2 nhöng xuaát hieän khoâng ñoàng thôøi vôùi U2, caùc xung IG1, IG2 'xuaát hieän sau U2 moät goùc laø a Coøn caùc xung IG2, IG1' xuaát hieän sau U2 moät goùc p + a (H.II.3b). Trong nöûa chu kyø ñaàu: U2 (0 <=wt < p ), U2 döông, caùc Thyristor T1, T2' ñöôïc phaân cöïc thuaän. Do ñoù wt = a (coù IG1 vaø IG'2) caùc Thyristor T1 vaø T'2 môû. Luùc ñoù doøng ñieän ñi töø ñieåm A qua T1 ñeán M qua phuï taûi R ñeán N qua T'2 veà B. Caùc Thyristor naøy môû cho ñeán luùc wt = p, taïi wt = p thì U 2 = 0. Doøng ñieän Thyristor cuõng baèng khoâng (ôû maïch thuaàn trôû doøng ñieän cuøng pha ñieän aùp) vaø Thyristor taét moät caùch töï nhieân. Trong thôøi gian Thyristor naøy môû (a =< w =< p ) ñieän aùp chænh löu (ñieän aùp ôû hai ñaàu phuï taûi) laø: ud = u 2 = u 2m Sin wt, Doøng qua phuï taûi vaø Thyristor id = iT1 = ud /R = u 2m / R Sin wt Coøn ñieän aùp treân T1 laø uT1 = 0 Sang nöûa chu kyø hai cuûa u2 (p =< wt = < 2 p); u2= 0, caùc Thyristor T1' vaø T2 phaân cöïc thuaän. Do ñoù taïi goùc a + p (coù iG1 vaø i'G1) caùc T2, T'1 môû, doøng ñi töø B qua T2 ñeán M qua R ñeán N qua T'1 veà A. Caùc Thyristor naøy môû cho ñeán wt = 2 p. Taïi w = 2 p, U2 = 0, doøng qua Thyristor baèng 0 vaø Thyristor ngaét. Trong thôøi gian T2, T'1 môû, ñieän aùp chænh löu laø: ud = - u2 = -u2m Sin w t. doøng qua phuï taûi vaø T2 laø id = iT2 = Ud/R = -(u 2m /R )Sin wt. Vôùi söï môû cuûa T2 vaø T'1 ; uM =uB vaø uN = uA. Luùc ñoù ñieän aùp treân T'2 vaø T1 seõ laø: uT1 = uA - uM = uA-uB = u2 < 0 uT'2 = uN -uB = uA - uB = u2 < 0 Do ñoù T1 vaø T'2 khoaù laïi (iT1 = 0), nhö vaäy söï môû cuûa moät ñoâi Thyristor naøy, seõ daãn ñeán söï khoaù moät caùch töï nhieân cuûa ñoâi Thyristor khaùc vaø caùc ñöôøng cong bieán thieân cuûa ud, id vaø uT1 coù daïng H.II.3b b) Caùc thoâng soá cuûa maïch chænh löu caàu moät pha duøng Thyristor khi taûi thuaàn trôû: Giaù trò trung bình cuûa ñieän aùp chænh löu: Töø H.II.3b, ta coù: U2m laø bieân ñoä thöù caáp maùy bieán aùp Khi a töø 0 ñeán p thì udo cuõng thay ñoåi töø U2m / p ñeán 0. Do ñoù ta coù theå ñieàu khieån Udo baèng caùch thay ñoåi a. - Giaù trò ñieän aùp ngöôïc cöïc ñaïi treân moãi Thyristor: ungmax = u2m khi a =< p /2. ungmax = u2m Sin a khi a >= p /2. Heä soá nhaáp nhoâ cuûa ñieän aùp chænh löu: K0 = (udmax -ud min )/2udo. Ñoái vôùi maïch chænh löu naøy udmin = 0 ; udmax = u2m, khi a =< p /2 vaø udmax = u2mSin a khi a > p/2. Do ñoù khi a =< p/2, ta coù: Khi a > p /2, ta coù: - Giaù trò trung bình cuaû doøng ñieän qua phuï taûi: - Trò soá cöïc ñaïi Imax, trò soá hieäu duïng I vaø trò soá trung bình io cuûa doøng ñieän qua moãi Thyristor: imax = id max = u2m / R Trò soá hieäu duïng I2 cuûa doøng thöù caáp vaø coâng suaát S cuûa Maùy bieán aùp. ÔÛ moãi nöûa chu kyø ñieän aùp u2, doøng ñieän qua cuoän daây thöù caáp chính laø doøng ñieän qua caùc Thyristor môû. Do ñoù: Heä soá coâng suaát cuûa maïch thöù caáp Maùy bieán aùp: 2. Chænh löu caàu moät pha duøng Thyristor vôùi phuï taûi R, L: Sô ñoà nguyeân lyù H.II.4a vaø ñoà thò aùp doøng H.II.4b. Söï hoaït ñoäng cuûa maïch vaø söï bieán thieân cuûa ñieän aùp vaø doøng ñieän chænh löu: Ñieàu khieån môû Thyristor trong maïch naøy gioâùng nhö vôùi phuï taûi thuaàn trôû, töùc laø chuùng ta duøng caùc xung doøng ñieàu khieån iG1,I'G1,iG2,I'G2 coù cuøng chu kyø vôùi ñieän aùp u2. Song IG1 vaø I'G2 chaäm sau u2 moät goùc a, coøn IG2 vaø I'G1 chaäm sau u2 moät goùc p+a + Trong nöûa chu kyø ñaàu cuûa ñieän aùp u2 ( 0 = 0 caùc Thyristor T1 vaø T2' môû. Doøng ñieän ñi töø ñieåm A qua T1 ñeán M qua phuï taûi ñeán N vaø qua T'2 veà ñieåm B. H.II.4a H.II.4b -Ñieän aùp chænh löu (ôû hai ñaàu phuï taûi): ud = u2 = u2m sin wt Ñieän aùp treân T1 laø : uT1 = 0 Doøng ñieän qua phuï taûi id ñöôïc xaùc ñònh L(did/ dt) + Rid = u2 = u2m Sin wt Giaûi ra ta ñöôïc: Vôùi : j = Artg wL/R A : Haèng soá tích phaân xaùc ñònh töø ñieàu kieän ban ñaàu + Trong nöûaa chu kyø sau cuaû ñieän aùp u2 (p =< w =<2p ) ; u2 < 0; T1' vaø T2 phaân cöïc thuaän. Do ñoù taïi goùc pha wt = a + p (coù iG1 vaø i'G1) caùc Thyristor T2, T'1 môû, luùc ñoù doøng ñieän ñi töø B qua T2 ñeán M qua phuï taûi ñeán N qua T'1 veà A. Ñieän aùp chænh löu laø: ud = - u2 = -u2m Sin w t. Doøngñieän chænh löu id bieán thieân gioùng nhö nöõa chu kyø ñaàu söï môû cuûa T2 vaø T'1 laøm cho uM =uB vaø u N = uA. Luùc ñoù ñieän aùp treân T'2 vaø T1 taïi wt = a + p, seõ laø: uT1 = uA - uM = uA-uB = u2 < 0 uT'2 = uN -uB = uA - uB = u2 < 0 Ñieàu ñoù laøm cho T1 vaø T'2 ngaét moät caùch töï nhieân. b) Caùc thoâng soá cuûa maïch chænh löu: Giaù trò trung bình ñieän aùp chænh löu Nhö vaäy khi thay ñoåi goùc a cuûa Thyristor töø 0 ñeán p/2 ta coù theå ñieàu khieån Udo töø 2u2m/p ñeán 0. Ñieän aùp cöïc ñaïi treân moãi Thyristor: ungmax =u 2m Heä soá nhaáp nhoâ cuûa ñieän aùp chænh löu: K = ( udmax - udmin ) /2udo, maø umax = 2u 2m udmin = u 2m Sin (a + p )= -u 2msin a - Giaù trò trung bình cuûa doøng ñieän qua phuï taûi: Theo ñöôøng cong H.II.4b thì: maø id ñöôïc xaùc ñònh töø phöông trình: L ( did/dt ) + Rid = ud Laáy tích phaân hai veá: Töø ñöôøng cong H.II.4b ta coù: id( a ) =id ( a + p ) = Io, do ñoù : Coøn: Nhö vaäy ta coù: RId = udo hay Id = Udo / R = (2/R p)u2m cos a Tröôøng hôïp phuï taûi coù ñieän caûm L raát lôùn thì id coù giaù trò khoâng ñoåi vaø baèng trò soá trung bình Id cuûa noù. Trò cöïc ñaïi Imax, trò soá hieäu duïng I vaø trò soá trung bình io cuûa doøng ñieän qua Thyristor. Ñeå tính toaùn ta giaû söû id = Id = const Luùc ñoù imax = Id Trò soá hieäu duïng cuûa doøng thöù caáp I2 vaø coâng suaát S cuûa maùy bieán aùp. ÔÛ moãi chu kyø cuûa u2, doøng ñieän qua cuoän daây thöù caáp chính laø doøng ñieän qua caùc Thyristor môû. Do ñoù: Heä soá coâng suaát cuûa maïch thöù caáp Maùy Bieán AÙp: Khi goùc môû a caøng lôùn thì Cosj2 caøng beù III. Maïch chænh löu caàu moât pha khoâng ñoái xöùng: Sô ñoà maïch vaø nguyeân lyù hoaït ñoäng: Trong sô ñoà H.II.5a söû duïng hai Thyristor T1 vaø T2, hai diod D'1 vaø D'2. Vieäc thay theá caùc Thyristor baèng caùc diod laø giaûm giaù thaønh cuûa caùc maïch chænh löu maø vaãn ñieàu khieån ñöôïc Udo. Caùc Thyristor T1 vaø T2 ñöôïc ñieàu khieån baèng caùc xung doøng ñieän IG1, IG2 xuaát hieän chaäm sau ñieän aùp u2 moät goùc a vaø a + p nhö H.II.5b. H.II.5a H.II.5b Trong nöûa chu kyø ñaàu cuûa u2 (0 = 0, T1 vaø D'2 phaân cöïc thuaän. D'2 daãn ngay taïi goùc wt = 0, song phaûi ñôïi ñeán goùc pha wt = a (coù tín hieäu iG1) thì T1 môùi môû vaø maïch ñieän môùi thoâng töø A qua T1 ñeán M qua phuï taûi ñeán N qua D'2 veà B. Luùc naøy ñieän aùp treân hai ñaàu phuï taûi M vaø N laø ud = u2 Ñieän aùp treân T1 vaø D'2 : uT1 = uD'2 = 0 Giaû thieát phuï taûi coù ñieän caûm L lôùn, doøng qua phuï taûi laø khoâng ñoåi vaø baèng trò soá trung bình cuûa noù Id. Trong nöûa chu kyø sau cuûa u2 ( p =< wt =< 2p ), u 2 < 0,T2 vaø D'1 phaân cöïc thuaän, D'1 daãn ngay taïi goùc wt = p, song phaûi ñôïi ñeán goùc pha wt = a +p (coù tín hieäu iG1) thì T2 môùi môû vaø maïch ñieän môùi thoâng töø B qua T2 ñeán M qua phuï taûi ñeán N qua D'1 veà A. Luùc naøy ñieän aùp treân hai ñaàu phuï taûi M vaø N laø: ud = -u2. Do T2 vaø D'1 môû neân ñieän aùp taïi ñieåm N vaø M laø: UN = UA = U2, UM = UB = U2 . Ñieän aùp treân D'2: uD'2 = uN - uB =uA -uB = u 2 < 0 Do ñoù D2 ngaét. Ñieän aùp ôû hai ñaàu phuï taûi ud = uBA = = -u 2 Ñieän aùp treân T1: uT1 = uD'2 = uA - uM = uA - uB = u 2 < 0. Do ñoù T1 vaø D'2 ngaét moät caùch töï nhieân. T2 môû cho ñeán thôøi ñieåm wt = 2p. Sau wt = 2p, maïch hoaït ñoäng trôû laïi nhö chu kì vöøa xeùt. Treân cô sôû hoaït ñoäng cuûa maïch nhö treân ta coù ñöôøng cong ud, uT1, uT2, IG nhö H.II.5.b. Caùc thoâng soá cuûa maïch: Giaù trò trung bình ñieän aùp chænh löu. - Ñieän aùp ngöôïc lôùn nhaát treân moãi Thyristor vaø Diod. ungmax = u 2m Heä soá nhaáp nhoâ ñieän aùp chænh löu. K = ( udmax - udmin)/2udo Theo ñöôøng cong H.II.5.b thì: udmin= 0 udmax = u 2m khi a =< p /2 udmax = u 2m Sin a, khi a > p /2 Giaù trò trung bình doøng ñieän qua phuï taûi. Giaû thieát phuï taûi laø ñieän caûm L raát lôùn vaø doøng ñieân qua phuï taûi id coù trò soá khoâng ñoåi id = Id. Do naêng löôïng tieâu thuï trong trong ñieän caûm L trong moät chu kyø laø baèng 0 vaø naêng löôïng tieâu thuï trong phuï taûi trong moät chu kyø laø: Wt = R I2d T Vôùi T laø chu kyø ñieän aùp. Coøn naêng löôïng nguoàn cung caáp cho phuï taûi trong moät chu kyø: Khi thay id = Id = const, ta coù: Hai naêng löôïng Wt vaø Wn phaûi baèng nhau: Nhaân hai veá phöông trình cho w, thay wT = 2p, ud = u2m Sin wt; - Doøng ñieän trung bình qua moãi Thyristor (IT) Vì T1 daãn trong khoaûng a =< wt =< p T'1 daãn trong khoaûng p + a =< wt =< 2p Khi Thyristor môû, doøng qua noù chính laø doøng qua phuï taûi. id = Id = const Doøng ñieän trung bình qua moãi Diod 0 =< wt =< p, D'2 môû p =< w =< 2p Khi Diod môû doøng qua noù chính laø doøng qua phuï taûi: Trò soá hieäu duïng cuûa doøng ñieän thöù caáp Maùy Bieán AÙp ( MBA) I2 Doøng ñieän chæ qua cuoän daây thöù caáp trong thôøi gian T1 môû (a =< wt =< p) vaø T'1 môû (p =< wt =< 2p) Trò soá doøng thöù caáp chính laø doøng qua phuï taûi id = Id = const. Coâng suaát MBA: Heä soá coâng suaát cuûa maïch thöù caáp: IV. Maïch chænh löu ba pha hình tia duøng Thyristor: Sô ñoà maïch vaø nguyeân lyù hoaït ñoäng: H.II.6a H.II.6b Ñeå ñieàu khieån caùc Thyristor T1,T2,T3 ngöôøi ta ñöa ra caùc xung doøng ñieàu khieån iG1, iG2, iG3,. Caùc xung ñieàu khieån naøy coù cuøng chu kyø vôùi caùc ñieän aùp thöù caáp U1, U2, U3 cuûa maùy bieán aùp nguoàn ba pha. Thöù töï phaùt caùc xung ñieàu khieån laø iG1ñeán iG2 ñeán iG3 caùch nhau moät goùc pha 2p/3. Vaäy trong moãi chu kyø taïi goùc pha q1= a + p / 6, T1 môû vì iG1 vaø u1 lôùn nhaát. Taïi goùc pha q 2 = a + p/6 + 2p/3, T2 môû vì iG2 vaø u2 lôùn nhaát. Taïi goùc pha q 3 = a + p/6 + 4p/3, T3 môû vì iG3 vaø u 3 lôùn nhaát. Khi moät Thyristor môû thì hai Thyristor khaùc laïi khoaù. - Trong khoaûng q1 =< wt =< q 2 thì T1 môû, doøng ñieän ñi töø A qua T1 ñeán M qua phuï taûi ñeán N veà ñieåm 0. AÙp treân hai ñaàu phuï taûi laø: ud = u1, uT1 = 0 (aùp treân Thyristor T1 -Trong khoaûng q2 =< wt =< q 3 thì T2 môû, doøng ñieän ñi töø B qua T2 ñeán M qua phuï taûi ñeán N veà ñieåm 0. AÙp treân hai ñaàu phuï taûi: ud = u 2 Söï môû cuûa T2 laøm cho uM = uB vaø aùp treân T1 laø: uT1 = uA - uM = uA - uB = u 1 - u 2 = u 12 -Trong khoaûng thôøi gian q 3 =< wt =< q 4 thì T3 môû, doøng ñieän ñi töø ñieåm C qua T3 ñeán M qua phuï taûi ñeán N veà ñieåm O: AÙp treân hai ñaàu phuï taûi laø: ud = u 3 Söï môû T3 laøm cho uM = u C vaø aùp treân T1 laø : uT1 = uA - uM = uA - uC = u1 - u 3 = u13. Caùc thoâng soá maïch: - Giaù trò trung bình cuûa ñieän aùp chænh löu: um bieân ñoä ñieän aùp thöù caáp moät pha. - Ñieän aùp ngöôïc treân moãi Thyristor Heä soá nhaáp nhoâ ñieän aùp chænh löu -Khi a < p / 3 thì udmax = um udmin = um sinq2 = um Sin (5p /6 + a ) = umCos( p /3 + a ) -Khi p / 3 =< a =< p /2 thì: udmax = umSin (p / 6+ a ) = umCos(a - p /3) udmin = um sinq2 = umCos( p /3 + a) Nhö vaäy vôùi 0 =< a =< p /3 thì: Coøn vôùi p/3 =< a =< p/2 thì: -Giaù trò trung bình doøng ñieän phuï taûi - Giaù trò trung bình io, giaù trò hieäu duïng I, giaù trò cöïc ñaïi imax cuûa doøng ñieän qua moãi Thyristor: io = Id / 3 I = Id / 3 imax = Id Trò soá hieäu duïng cuûa doøng ñieän thöù caáp I2, vaø coâng suaát cuûa MBA S2 Vì doøng ñieän thöù caáp moãi pha laø doøng ñieän qua Thyristor treân pha ñoù. Do ñoù: - Heä soá coâng suaát cuûa maïch thöù caáp: V. Maïch chænh löu caàu ba pha ñoái xöùng duøng Thyristor: Sô ñoà nguyeân lyù vaø hoaït ñoäng cuûa maïch: H.II.7a H.II.7b Trong sô ñoà H.II.7a ngöôøi ta duøng saùu Thyristor T1, T2, T3, T'1,T'2,T'3. Ñeå ñieàu khieån môû caùc Thyristor naøy ngöôøi ta thöôøng duøng moät maùy phaùt xung doøng ñieän ñieàu khieån iG. Caùc xung doøng ñieän iG phaùt ra theo thöù töï iG1,I'G3, iG2, i'G1,iG3,i'G2 caùch nhau moät khoaûng q = p/3 nhö H.II.7.b. Ngoaøi ra iG1 chaäm pha hôn so u1 moät goùc q1 = p / 6 + a. Cuõng gioáng nhö maïch chænh löu ba pha duøng diod, caùc Thyristor chia laøm hai nhoùm: Nhoùm Catod chung T1,T2,T3 vaø nhoùm Anod chung laø T'1,T'2,T'3. Moãi Thyristor trong nhoùm Catod chung seõ môû khi ñieän aùp pha cuûa cuoän daây thöù caáp noái vôùi noù laø lôùn nhaát vaø noù coù tín hieäu ñieàu khieån iG. Coøn moãi Thyristor trong nhoùm Anot chung seõ môû khi ñieän aùp pha cuûa cuoän daây thöù caáp noái vôùi noù laø aâm nhaát vaø noù coù tín hieäu ñieàu khieån iG. Khi moät trong ba Thyristor nhoùm môû thì hai Thyristor coøn laïi cuûa nhoùm seõ khoaù. Giaû thieát raèng phuï taûi cuûa maïch coù ñieän caûm L raát lôùn, neân maïch laøm vieäc trong cheá ñoä lieân tuïc cuûa doøng ñieän phuï taûi vaø giaù trò doøng ñieän naøy baèng trò soá trung bình cuûa noù Id. Nhö vaäy taïi goùc pha q1, T1 môû (u1 laø lôùn nhaátvaø coù tín hieäu iG1) T1 seõ môû cho ñeán q 3 (taïi q 3, T2 môû vaø T1 khoaù laïi) Taïi q 2 thì T'3 môû (u3 laø nhoû nhaát vaø coù tín hieäu I'G3) vaø T3 seõ môû cho ñeán q 4 (taïi q4, T'1 seõ môû vaø T'3 khoaù laïi). Töông töï: T2 seõ môû trong khoaûng q 3 =< q =< q 5 T3 môû trong khoaûng q 5 =< q =< q 7 T'1 môû trong khoaûng q4 =< q =< q 6 T'2 môû trong khoaûng q 6 =< q =<q 8 Trong khoaûng q1 =< q =< q2, T1, T'2 môû. Doøng ñieän ñi töø ñieåm A qua T1 ñeán M qua phuï taûi ñeán N qua T'2 veà ñieåm B: AÙp treân hai ñaàu phuï taûi laø ud = uA - uB = u 1 - u2 = u 12 AÙp treân T1 laø uT1 = 0 - Trong khoaûng q 2 =< q =< q 3, T1, T'3 môû. Doøng ñieän ñi töø B qua T1 qua phuï taûi, qua T'3 veà C: AÙp treân hai ñaàu phuï taûi laø ud = uA - uC = u = - u= = u 13 AÙp treân T1 laø uT1 = 0 - Trong khoaûng q3 =< q =< q4, T2, T'3 môû. Doøng ñieän ñi töø B qua T2 qua phuï taûi, qua T'3 veà C AÙp treân hai ñaàu phuï taûi laø ud = uB - uC = u 2 - u3 = u23 AÙp treân T1 laø uT1 = 0 Khi T2 môû thì uM = uB = u 2 uT1 = uA - uM = uA - uB = u1 - u2 = u12 - Trong khoaûng q4 =< q =< q5, T2, T'1 môû. Doøng ñieän ñi töø B qua T2, qua phuï taûi, qua T'1 veà A. AÙp treân hai ñaàu phuï taûi laø ud = uB - uA = u 2 - u1 = u 2 1 AÙp treân T1 laø uT1 = uA -uM = uA -uB = u 1 - u2 = u 12 - Trong khoaûng q5 =< q =< q6, T3, T'1 môû. Doøng ñieän ñi töø C qua T3, qua phuï taûi, qua T'1 veà A. AÙp treân hai ñaàu phuï taûi laø ud = uC - uA = u 3 - u1 = u31 AÙp treân T1 laø uT1 = uA -uM = uA - uC = u1 - u3 = u 13 - Trong khoaûng q6 =< q =< q 1, T3, T'2 môû. Doøng ñieän ñi töø C qua T3, qua phuï taûi, qua T'2 veà B. AÙp treân hai ñaàu phuï taûi laø ud = uC - uB = u 3 - u2 = u 32 AÙp treân T1 laø uT1 = uA -uM = uA - uC = u1 - u3 = u 13 2. Caùc thoâng soá cuûa maïch: - Giaù trò trung bình cuûa ñieän aùp chænh löu Töø ñöôøng cong H.II.7b, ta coù: Khi thay ñoåi a töø 0 ñeán p /2thì coù theå thay ñoåi giaù trò trung bình ñieän aùp chænh löu töø 3 .3 / p um ñeán 0. Ñieän aùp ngöôïc cöïc ñaïi treân moãi Thyristor ungmax = 3 um Giaù trò trung bình cuûa doøng ñieän qua phuï taûi: Trò soá cöïc ñaïi imax, giaù trò hieäu duïng I, giaù trò trung bình io cuûa doøng ñieän qua moãi Thyristor: imax = Id io = Id /3 Trò soá hieäu duïng cuûa doøng ñieän thöù caáp I2 vaø coâng suaát S cuûa MBA Töø H.II.7b thaáy raèng ôû moãi chu kyø trong khoaûng q1 =< wt =< q3 thì T1 môû, doøng thöù caáp i2 = Id. Coøn trong khoaûng q4 =< wt =< q6 thì T'1 môû, doøng ñieän thöù caáp i2 = - Id neân ta coù: Khi thay q3 - q1 = q6 - q4 = 2p /3 ta ñöôïc: Thay : Ta coù : Heä soá coâng suaát cuûa maïch thöù caáp: Vaäy neáu a caøng lôùn thì cosa caøng nhoû vaø cosj2 caøng nhoû: VI. Maïch chænh löu caàu ba pha khoâng ñoái xöùng: H.II.8a H.II.8b H.II.8c Trong sô ñoà H.II.8a söû duïng ba Thyristor T1,T2,T3 vaø caùc Diode D'1,D'2, D'3. Caùc Thyristor T1,T2, T3ñöôïc ñieàu khieån baèng caùc xung doøng ñieän ñieàu khieån iG1, iG2,iG3. Moãi Thyristor chæ môû khi coù tín hieäu iG vaø ñieän aùp treân cuoän daây thöù caáp noái vôùi noù laø lôùn nhaát trong soá ba ñieän aùp u1,u2, u3. Ngoaøi ra ta cuõng giaû thieát raèng phuï taûi coù ñieän caûm L lôùn neân maïch laøm vieäc trong cheá ñoä lieân tuïc cung caáp cho phuï taûi vôùi doøng ñieän phuï taûi coù trò soá khoâng ñoåi vaø baèng giaù trò trung bình cuûa noù Id. Trong cheá ñoä naøy moãi Thyristor seõ tieáp tuïc môû cho ñeán luùc moät Thyristor khaùc môû. Coøn moãi Diode trong nhoùm ba diode D'1, D'2, D'3 seõ môû trong khoaûng thôøi gian maø ñieän aùp treân cuoän daây thöù caáp noái vôùi noù coù trò soá beù nhaát (aâm nhaát) trong soá u1,u2,u3. Khi goùc môû cuûa Thyristor a p/3, ta coù ñoà thò bieán thieân cuûa ñieän aùp vaø doøng ñieän chænh löu H.II.8c. Treân caùc ñoà thò naøy ngöôøi ta bieåu dieãn caùc khoaûng môû cuûa Thyristor vaø Diode. Ta thaáy raèng khi a > p /3 (H.II.8c) treân ñoà thò toàn taïi nhöõng khoaûng môû ñoàng thôøi Thyristor vaø Diode ñöôïc noái vôùi cuøng moät daây quaán thöù caáp. Ví duï trong khoaûng q 3 =< q =< q 4, T1 vaø D1 ñöôïc môû ñoàng thôøi. Trong khoaûng naøy phuï taûi bò noái taét bôûi T1 vaø D1 vaø ñieän aùp ôû hai ñaàu phuï taûi Ud = 0. Coøn khi a < p/3 (H.II.8b) treân ñoà thò khoâng toàn taïi nhöõmg khoaûng môû ñoàng thôøi hai linh kieän Thyristor vaø Diode ñöôïc noái vôùi cuøng moät pha cuûa nguoàn ñieän. 2.Caùc thoâng soá cuûa maïch: Giaù trò trung bình cuûa ñieän aùp chænh löu: maø ud = uM - uN Trong khoaûng q1 =< q =< q3, T1 môû, uM = u1 q3 =< q =< q5, T2 môû, uM = u2 q5 =< q =< 2p, T3 môû, uM = u3 Do ñoù giaù trò trung bình cuûa uM laø: Vôùi : q 1 = p /6 + a q 2 = q 1 + 2p /3 Töông töï q 2 =< q =< q 4, D'3 môû, uN = u3 q 4 =< q =< q 6, D'1 môû, uN = u1 q 6 =< q =< 2 p D'2 môû, uN = u2 Vaø 0 = < q =< q 2 Do ñoù giaù trò trung bình cuûa uN laø : Vaäy : 3 Khi thay ñoåi a töø 0 ñeán p ta coù theå thay ñoåi udo töø ( 3 / 2p )um ñeán 0. Ñieän aùp ngöôïc cöïc ñaïi treân moãi Thyristor hoaëc Diod. -Trò soá trung bình cuûa doøng phuï taûi Trò soá cöïc ñaïi imax, trò soá trung bình io, trò soá hieäu duïng I cuûa doøng ñieän qua moãi Thyristor hoaëc diode Vì moãi Thyristor hoaëc Diod daãn trong 1/3 chu kyø vaø khi môû doøng ñieän qua noù chính laø doøng phuï taûi id = Id neân : -Trò soá hieäu duïng cuûa doøng ñieän thöù caáp I 2 vaø coâng suaát S cuûa MBA. Coù hai tröôøng hôïp ñeå tín I2 : + Khi a < p /3 ( H.II.8b) phuï taûi khoâng bò ngaén maïch bôûi söï môû ñoàng thôøi cuûa Thyristor vaø diode ñöôïc noái cuøng moät pha cuûa nguoàn. Trong khoaûng q 1 =< q =< q 3, T1 môû doøng thöù caáp i 2 = Id, Trong khoaûng q 4 =< q =< q =, D'1 môû doøng thöù caáp i 2 = -Id Vaäy : + Khi a > p/3 (H.II.8c) thì q4 = (7p/6) < q3 = 5p/6 + a Do ñoù T1 vaø D'1 môû ñoàng thôøi trong khoaûng q4 =< q =< q3. Trong khoaûng naøy phuï taûi ñöôïc noái taét qua T1 vaø D'1 vaø doøng ñieän thöù caáp i2 =0 neân ta coù: -Heä soá coâng suaát cuûa maïch thöù caáp MBA: Cosj2 = Pd/S Moät soá maïch ñieàu khieån Thyristor tieâu bieåu: 1. Maïch ñieàu khieån Thyristor duøng khaâu leäch pha RC: H.II.9a H.II.9b Trong maïch naøy ngöôøi ta duøng khaâu leäch pha RC ñeå ñieàu khieån goùc leäch pha giöõa ñieän aùp Anot cung caáp cho Thyristor vaø ñieän aùp ñieàu khieån UGK. Thaät vaäy ñieän aùp Anot Ua ñöôïc ñöa vaøo cuoän daây sô caáp maùy bieán aùp cuûa khaâu leäch pha RC. Coøn ñieän aùp ra cuûa khaâu naøy ñöôïc ñöa ñeán hai cöïc G vaø K cuûa Thyristor qua ñieän trôû RG vaø diot D. Do ñoù ôû nöõa chu kyø döông cuûa ñieän aùp ra UOD, doøng ñieän ñieàu khieån IG cuøng pha vaø tæ leä vôùi UOD. Ñoà thò bieán thieân ñieän aùp Uavaø doøng ñieän iG nhö hình H.II.9b. Ta bieát a laø goùc leäch pha giöõa Ua vaø iG coù theå ñöôïc thay ñoåi baèng caùch thay ñoåi ñieän trôû R cuûa khaâu leäch pha RC. Öu ñieåm nhöôïc ñieåm cuûa maïch Öu ñieåm: + Maïch ñôn giaûn deã laép raùp + Linh kieän deã thay theá Nhöôïc ñieåm: + Maïch chæ laøm vieäc ôû caùc nöõa chu kyø döông + Khoâng laøm vieäc trong caùc nöõa chu kyø aâm + Khoù ñieàu chænh khaâu leäch pha RC + Ñieän aùp ñieàu khieån chæ thay ñoåi theo chieàu ngang 2. Maïch ñieàu khieån Thyristor duøng ñieän aùp moät chieàu vaø khaâu leäch pha RC: H.II.10 Caùc ñieän trôû R1, R2, RG duøng ñeå haïn cheá doøng ñieàu khieån IG vaø ñieän aùp ñieàu khieån UGK haàu nhö khoâng ñoåi. Trong maïch naøy (H.II.10) ngöôøi ta duøng theâm moät nguoàn ñieän moät chieàu E maéc giöõa ñieåm 0 cuûa khaâu leäch pha RC vaø cöïc K cuûa Thyristor. Do ñoù ñieän aùp cung caáp cho maïch ñieàu khieån Thyristor laø: UÑK = E + UDo Ngoaøi ra khaâu leäch pha RC cuûa maïch ñieän naøy maùy bieán aùp ñöôïc quaán sao cho ñieän aùp thöù caáp UAB ngöôïc pha vôùi ñieän aùp sô caáp Ua vaø R = 1 / wC khoâng ñoåi. Do ñoù ñieän aùp UDo coù pha chaäm sau Ua moät goùc khoâng ñoåi. j = arctg RCw = 2 arctg1 = p /2 Neáu Ua = Uam Sin wt thì UDo = Urm Sin(wt - p /2 ) = -UrmCoswt Vaø UÑk = E + UDo = E - Urm Coswt, coøn doøng ñieän ñieàu khieån IG coù pha truøng vôùi UÑK. Öu nhöôïc ñieåm cuûa maïch + Maïch ñôngiaûn deã laép raùp + Linh kieän deã thay theá Nhöôïc ñieåm: + Maïch chæ laøm vieäc ôû caùc nöõa chu kyø döông + Goùc môû chaäm chæ thay ñoåi töø 0 ñeán 1800 + Khoù ñieàu chænh khaâu leäch pha RC + Ñieän aùp ñieàu khieån UÑK chæ thay ñoåi theo chieàu truïc thaúng ñöùng. Maïch ñieàu khieån Thyristor duøng Transistor moät maët gheùp (UJT): H.II.11a H.II.11b Maïch H.II.11a Thyristor vaø Transistor moät maët gheùp UJT ñöôïc cung caáp ñieän töø moät nguoàn ñieän xoay chieàu chung Uac qua moät boä chænh löu hai nöûa chu kyø D1, D2. Ñieän aùp ra boä chænh löu naøy coù daïng nhaáp nhoâ nhö H.II.11b. Sau ñoù nhôø DZ , ñieän aùp Ud ñöôïc sang phaúng vaø ñieän aùp Ua cung caáp cho Thyristor vaø Transistor UJT coù daïng nhö ñöôøng cong H.II.11b. Vôùi daïng ñieän aùp cung caáp Ua nhö vaäy, trong moãi nöõa chu kyø cuûa ñieän aùp Uac, Transistor moät maët gheùp UJT coù theå môû moät soá laàn, nhöng chæ quan taâm ñeán hai laàn môû cuûa noù. Laàn môû thöù nhaát khi Ua = 0 Ñieän aùp môû cuûa UJT laø UM = hUa Khi Ua = 0 thì UM = 0, luùc ñoù tuï C chöa naïp ñuû, aùp treân tuï UC > UM. Khi UJT môû tuï C xaõ ñieän qua T vaø R1. Khi xaû heát ñieän UC = 0 thì UJT khoaù laïi, tuï C ñöôïc naïp vaø aùp treân tuï C taêng ñoàng thôøi vôùi ñieän aùp Ua. Laàn môû thöù nhaát naøy T khoâng môû vì Ua = 0, nhöng noù laøm cho Uc taêng ñoàng pha vôùi Ua. - Laàn môû thöù hai xaûy ra khi Ua = UZ vaø tuï ñieän ñöôïc naïp ñieän ñeán Uc = UM = hUZ. ÔÛ laàn môû naøy tuï C xaõ ñieän qua T vaø R1 gaây neân moät xung ñieän aùp UG ôû cöïc khieån G cuûa T vaø laøm cho T môû (Ua = UZ > 0). Öu nhöôïc ñieåm cuûa maïch. + Maïch laøm vieäc caû hai nöûa chu kyø. + Thay ñoåi ngoõ ra baèng chieát aùp R. + Maïch laøm vieäc khoâng tuyeán tính. Maïch ñieàu khieån Thyristor baèng ñieän aùp: Töông töï nhö maïch H.II.11a, ta thay transistor moät maët gheùp UJT baèng hai transistor khaùc loaïi Q3 vaø Q4 (loaïi NPN vaø PNP), ñoàng thôøi thay bieán trôû chieát aùp R baèng taàng khueách ñaïi aùp duøng transistor Q1, Q2 ñöôïc ñieàu khieån bôûi bieán trôû thay ñoåi ñieän aùp moät chieàu VR caùc daïng soùng ngoõ ra cuõng töông töï nhö H.II.11b. Sau ñaây laø sô ñoà nguyeân lyù cuûa maïch: H.II.12 + Nguyeân lyù laøm vieäc cuûa maïch: Maïch kích Thyristor (H.II.12) ñöôïc cung caáp ñieän töø nguoàn xoay chieàu qua boä chænh löu hai nöûa chu kyø. Ñieän aùp ngoõ ra cuûa maïch laø moät daïng nhaáp nhoâ, do ñoù nhôø Diode Zener DZ san phaúng ñieän aùp nhaáp nhoâ naøy, ñoàng thôøi ghim aùp cho maïch ñieàu khieån laøm vieäc. Taàng khueách ñaïi aùp Q1 laøm vieäc ñöôïc nhôø nguoàn Uñk thoâng qua bieán trôû VR ñieàu chænh ñieän aùp. Caùc ñieän trôû R2, R6 phaân cöïc cho chaân C vaø E cuûa taàng khueách ñaïi Q1 laøm vieäc. Coøn taàng khueách ñaïi thuùc Q2 laøm taêng ñieän aùp ngoõ vaøo ñeå cung caáp cho khoái taïo xung Q3,Q4 kích môû Thyristor. Caùc ñieän trôû R4, R5 taïo neân moät caàu phaân theá caáp aùp cho taàng taïo xung hoaït ñoäng. Ñieän trôû R1 ñoùng vai troø giôùi haïn doøng cho maïch ñieàu khieån. Hai Thyristor khaùc loaïi Q3 (PNP) vaø Q4 (NPN) trong maïch H.1I.12 thay theá cho transistor moät maët gheùp UJT (H.II.11a) ñeå taïo ra ñoaïn ñaëc tính ñieän trôû aâm. Khi maïch ñöôïc caáp nguoàn Vcc thì tuï C ñöôïc naïp theo haøm muõ: Uc = Vcc. (1 - e - (t / RC) ) -Khi UA > UC, maët tieáp giaùp BE cuûa Q3 phaân cöïc nghòch, coù doøng ngöôïc raát nhoû chaûy töø A sang E. -Khi Uc >= Uñm thì Q3 chuyeån sang laøm vieäc ôû vuøng khueách ñaïi, doøng ICQ3 taêng daãn ñeán IBQ4 taêng, do ñoù ICQ4 taêng theo. Doøng ICQ4 taêng daãn ñeán ICQ3 taêng nöõa. Quaù trình hoài tieáp döông cöù theá phaùt trieån vaø Q3, Q4 chuyeån sang traïng thaùi baõo hoaø moät caùch nhanh choùng. Luùc naøy ta nhaän ñöôïc moät xung ra treân R7. Öu vaø nhöôïc ñieåm cuûa maïch + Maïch ñôn giaûn deã laép gheùp + Maïch laøm vieäc caû hai nöõa chu kyø + Thay ñoåi ngoõ ra baèng ñieàu khieån ñieän aùp + Maïch laøm vieäc khoâng tuyeán tính CHÖÔNG III PHÖÔNG PHAÙP LOÏC PHAÚNG ÑIEÄN AÙP VAØ DOØNG ÑIEÄN CHÆNH LÖU Boä loïc laø thieát bò noái giöõa boä nguoàn chænh löu vaø phuï taûi. Chöùc naêng chung cuûa noù laø cho doøng ñieän coù taàn soá naøo ñoù ñi qua maø khoâng bò suy giaûm, ñoàng thôøi laøm suy giaûm maïnh doøng ñieän ôû taàn soá khaùc. Ñeå ñaùnh giaù möùc ñoä loïc ngöôøi ta xaùc ñònh heä soá nhaáp nhoâ cuûa ñieän aùp sau khi loïc. Kf =knvaøo /knra : Heä soá nhaáp nhoâ Trong ñoù: laø tæ soá nhaáp nhoâ ñieän aùp chænh löu ñöa vaøo maïch loïc Knra = Unmaxra / Udo : tæ soá nhaáp nhoâ ñieän aùp ra khoûi boä loïc. Unmaxra : Bieân ñoä thaønh phaàn dao ñoäng cô baûn ñieän aùp ra cuûa boä loïc. Coù ba phöông phaùp loïc phaúng ñieän aùp vaø doøng ñieän chænh löu: I. Boä loïc duøng tuï ñieän: Xeùt sô ñoà chænh löu moät pha hai nöõa chu kyø coù maïch loïc duøng tuï ñieän C H.III.1a. Trong sô ñoà naøy tuï C maéc song song vôùi phuï taûi. Do ñoù aùp treân hai ñaàu phuï taûi Ud = Uc Ñeå deã khaûo saùt ta chæ xeùt tröôøng hôïp phuï taûi laø thuaàn trôû. Ñieän aùp thöù caáp cuûa MBA ñöôïc chia laøm hai nöõa baèng nhau nhöng ngöôïc pha nhau. u1 = - u2 = um Sin wt vaø coù daïng ñöôøng cong u1, u2 ( H.III.1b). Giaû söû goùc pha ban ñaàu (wt = 0) tuï coù aùp laø Uc (0). Suy ra Uc(o) > u1 = u2 = 0. H.III.1a H.III.1bDo diode D1, D2 khoaù neân C xaû ñieän qua R. Trong quaù trình xaû ñieän Uc giaûm daàn, ñeán thôøi ñieåm t1 töông öùng vôùi goùc pha q1 = wt1, ñieän aùp U1 baét ñaàu lôùn hôn Uc vaø D1 môû, doøng ñieän ñi töø ñieåm 1 qua D1 ñeán M, sau ñoù chia laøm hai doøng ñieän: iR = u 1 / R = (um / R ). Sinwt qua R vaø ic = C. ( du1 / dt ) = um wc Coswt qua tuï C vaø naïp cho tuï ñieän. AÙp treân tuï C (Uc) taêng theo U1 ñeán thôøi ñieåm t2 töông öùng vôùi goùc pha q2 = w t2 = p/2, U1 baét ñaàu giaûm vaø nhoû hôn Uc. Luùc naøy D1 khoaù vaø tuï C phoùng ñieän qua R. Trong quaù trình phoùng ñieän Uc giaûm daàn, ñeán thôøi ñieåm t3 töông öùng vôùi q3 = wt3, aùp u 2 baét ñaàu lôùn hôn Uc vaø D2 môû, doøng ñieän ñi töø ñieåm 2 qua D2 ñeán M sau ñoù chia laøm hai doøng ñieän: iR = u2 / R qua R vaø iC = C (du2/dt) qua tuï C vaø naïp cho tuï ñieän. Ñieän aùp treân tuï C taêng theo u2. Ñeán thôøi ñieåm t4 töông öùng vôùi q4 = wt = 3p/2, u2 giaûm xuoáng vaø nhoû hôn hôn UC, luùc ñoù D2 khoaù laïi vaø tuï C phoùng ñieän qua R, trong quaù trình phoùng UC giaûm xuoáng. Sang chu kyø sau quaù trình laëp laïi nhö chu kyø vöøa xeùt. Töø lyù luaän treân ta coù ñoà thò bieán thieân cuûa Ud nhö ñöôøng cong ñaäm neùt H.III.1b. Töø ñoà thò H.III.1b, ta coù: T / 2 = tn + tp T : Chu kyø ñieän aùp xoay chieàu caàn chænh löu. tn : Thôøi gian naïp tuï C. tp : Thôøi gian phoùng tuï C. Thoâng thöôøng tp >> tn neân ta coù theå xem nhö gaàn ñuùng: tp @ T / 2 Maët khaùc ñieän löôïng cuûa tuï C phoùng qua R trong thôøi gian phoùng tp: Qc = C DUc = IR tp = IR T/2 DUc : Löôïng giaûm cuûa UC trong thôøi gian phoùng (DUc = Ucmax - Ucmin ) IR : Giaù trò trung bình cuûa doøng ñieän qua R Suy ra DUc = (1/2C) IRT vôùi IR = Udo / R, T = 1/f Suy ra DUc = Ucmax - Ucmin = Udmax - Udmin = ( 1/ 2CRf) Udo Trong ñoù f : laø taàn soá cuûa ñieän aùp xoay chieàu caàn chænh löu Udo : Giaù trò trung bình cuûa ñieän aùp caàn chænh löu Töø ñaây ta suy ra heä soá nhaáp nhoâ cuûa ñieän aùp chænh löu: Löu yù raèng chæ soá nhaáp nhoâ cuûa sô ñoà chænh löu ñöôïc xeùt laø n = 2. Trong tröôøng hôïp duøng tuï ñieän C ñeå loïc trong sô ñoà chænh löu coù chæ soá nhaáp nhoâ n, ta coù: K = 1 / 2nCRf Vôùi n vaø f khoâng ñoåi thì K caøng nhoû neáu R vaø C caøng taêng. Do ñoù caùch loïc baèng tuï ñieän C thöôøng ñöôïc duøng khi phuï taûi coù ñieän trôû lôùn. II Maïch loïc duøng ñieän caûm: Xeùt sô ñoà chænh lö ba pha thöù caáp coù maïch loïc duøng ñieän caûm H.III.2a. Trong sô ñoà naøy L maéc noái tieáp vôùi phuï taûi. Ñeå deã khaûo saùt ta chæ xeùt tröôøng hôïp phuï taûi laø thuaàn trôû. Daïng ñieàu aùp sau khi chænh löu ñöôïc trình baøy H.III.2b. Ñieän aùp naøy coù chæ soá nhaáp nhoâ n = 3. H.III.2a H.III.2b Ta coù Ud= Udo + Unmax Cos3wt Vôùi : Ñoái vôùi thaønh phaàn khoâng ñoåi Udo, taàn soá goùc w = 0, ñieän khaùng XL = w L = 0, Toång trôû maïch loïc vaø phuï taûi laø Z = R Do ñoù doøng qua L vaø R do Udo taïo ra laø: Id = Udo / R Ñoái vôùi thaønh phaàn dao ñoäng UnmaxCos3wt taïo ra, ñieän khaùng XL = 3wL, toång trôû cuûa maïch loïc vaø phuï taûi laø: Do ñoù doøng qua L vaø R do UnmaxCos3wt taïo ra laø: Theo nguyeân lyù xeáp choàng, doøng qua L vaø R laø: id = Id + in Ñieän aùp treân taûi R sau khi loïc: Khi locï baèng ñieän caûm, thoâng thöôøng choïn L sao cho XL = 3wL >> R Trong tröôøng hôïp ñoù : Nhö vaäy tæ soá nhaáp nhoâ tröôùc khi loïc laø: Knvaøo =Unmax / Udo = 0.25 Tæ soá nhaáp nhoâ coøn laïi sau khi loïc laø: Heä soá loïc duøng ñieän caûm laø: Toång quaùt khi duøng ñieän caûm L ñeå loïc trong maïch chænh löu coù chæ soá nhaáp nhoâ laø n: Ta thaáy raèng R caøng nhoû vaø L caøng lôùn thì heä soá loïc Kf caøng lôùn vaø hieäu quaû loïc caøng toát. Do ñoù caùch locï duøng ñieän caûm L thöôøng ñöôïc duøng khi phuï taûi coù ñieän trôû beù. Maïch loïc duøng ñieän caûm vaø tuï ñieän: H.III.3a H.III.3b Xeùt sô ñoà maïch chænh löu caàu moät pha coù maïch loïc duøng ñieän caûm vaø tuï ñieän (H.III.3a). Trong sô ñoà naøy ñieän caûm L maéc noái tieáp vôùi phuï taûi, coøn tuï C maéc song song phuï taûi. Ñeå ñôn giaûn ta xeùt phuï taûi laø thuaàn trôû. Ñoà thò ñieän aùp ñöôïc bieåu dieãn H.III.3b. Ñieän aùp naøy coù chæ soá nhaáp nhoâ n =2, Ta coù: Ud = Udo + UnmaxCos2wt Vôùi : Ñoái vôùi thaønh phaàn khoâng ñoåi Udo XL = w L = 0 XC = 1 / w C = ¥ Toång trôû maïch loïc vaø phuï taûi Z = R. Doøng ñieän qua R vaø L do Udo taïo ra laø Id = Udo/R. Ñoái thaønh phaàn dao ñoäng Unmax Cos2wt, XL = 2 wL, XC =1/2wC. Toång trôû phöùc cuûa maïch loïc vaø phuï taûi laø: Choïn L vaø C sao cho XL = 2wL > R >> XC = 1/ 2 wC ta coù theå xem gaàn ñuùng Z @ j XL - jXC @ jXL = j2wL Doøng ñieän qua L do Unmax Cos 2wt taïo ra laø: Theo nguyeân lyù xeáp choàng, doøng qua L laø: id = Id + in Ñieän aùp treân phuï taûi laø: Thay IdR = Udo, XC = 1/2wC, ta coù : Heä soá nhaáp nhoâ ñieän aùp tröôùc khi loïc: K nvaøo = Unmax / Udo = 2/3 Heä soá nhaáp nhoâ cuûa ñieän aùp sau khi loïc: Knra = Unmax / 4w2LC Udo = 2 / (3*4w2CL) = 1 / 6w2LC Heä soá boä loïc duøng L vaø C laø: Kf = Knvaøo / Knra = 4w2 LC Toång quaùt khi duøng maïch loïc ñieän caûm vaø tuï ñieän trong sô ñoà chænh löu coù chæ soá nhaáp nhoâ n ta coù: CHÖÔNG IV THIEÁT KEÁ VAØ THI COÂNG MAÏCH ÑIEÀU KHIEÅN THYRISTOR I. Moät soá yeâu caàu ñoái vôùi maïch ñieàu khieån: 1. Yeâu caàu veà ñoä lôùn ñieän aùp vaø doøng ñieàu khieån: Giaù trò lôùn nhaát khoâng vöôït quaù trò soá cho pheùp ôû soå tay tra cöùu. Giaù trò nhoû nhaát phaûi ñaûm baûo môû ñöôïc Thyristor cuøng loaïi ôû moïi ñieàu kieän laøm vieäc. Toån hao coâng suaát trung bình treân cöïc khieån phaûi nhoû hôn giaù trò cho pheùp. 2. Yeâu caàu veà ñoä roäng xung ñieàu khieån: Döïa vaøo ñaëc tính Volt - Ampere cuûa Thyristor ta thaáy thôøi gian toàn taïi xung ñieàu khieån phaûi ñaûm baûo cho doøng qua Thyristor taêng töø 0 ñeán Ithmax. Thoâng thöôøng ñoä roäng xung ñieàu khieån khoâng nhoû hôn 5Ms. Neáu taêng ñoä roäng xung ñieàu khieån seõ cho pheùp giaûm nhoû bieân ñoä xung ñieàu khieån. 3. Yeâu caàu veà ñoä doác söôøn tröôùc cuûa xung: Ñoä doác söôøn tröôùc cuûa xung caøng cao thì vieäc môû Thyristor caøng toát vaø ñoä noùng cuïc boä cuûa Thyristor caøng giaûm, maø ñaëc bieät laø trong maïch coù nhieàu Thyristor maéc noái tieáp hoaëc song song. Thoâng thöôøng yeâu caàu ñoä doác söôøn tröôùc cuûa daõy xung ñieàu khieån laø : diñk/dt >= 0.1 (A/Ms) 4. Yeâu caàu veà ñoä tin caäy: Maïch ñieàu khieån phaûi ñaûm baûo laøm vieäc tin caäy trong moïi hoaøn caûnh nhö: nhieät ñoä, nguoàn tín hieäu nhieãu taêng v.v… Do ñoù yeâu caàu: Ñieän trôû ra cuûa keânh ñieàu khieån phaûi nhoû ñeå Thyristor khoâng töï môû khi doøng roø taêng. Xung ñieàu khieån ít phuï thuoäc vaøo dao ñoäng nhieät ñoä, dao ñoäng ñieän aùp nguoàn, nhieãu … Caàn khöû ñöôïc nhieãu caûm öùng (ôû caùc khaâu so saùnh, khoái caùch ly ngoõ ra ) ñeå traùnh môû nhaàm. 5. Yeâu caàu veà laép raùp vaän haønh: Thieát bò deã thay theá, deã laép raùp vaø ñieàu chænh. Caùc khoái trong maïch coù khaû naêng laøm vieäc ñoäc laäp. II. Caùc khoái maïch ñieàu khieån Thyristor: Ta coù sô ñoà khoái nhö sau: 1. Khoái nguoàn: coù nhieäm vuï cung caáp nguoàn naêng löôïng cho khoái caùch ly ngoõ ra laáy töø löôùi ñieän xoay chieàu coù taàn soá f = 50 Hz. 2. Khoái caùch ly ngoõ vaøo vaø ra: Hai khoái naøy laøm nhieäm vuï caùch ly maïch ñieàu khieån Thyristor vôùi phaàn coâng suaát cuûa maïch chænh löu khoâng doøng töø phaàn coâng suaát chaûy vaøo phaàn ñieàu khieån hay ngöôïc laïi. Caùc khoái naøy thöôøng ñöôïc söû duïng MBA ñeå caùch ly. Khoái ñoàng boä : Coù nhieäm vuï taïo ra ñoàng boä tín hieäu, coù hai caùch ñoàng boä chính, ñoù laø: Ñoàng boä Cosin. Ñoàng boä raêng cöa. + Ñoàng boä Cosin: Ñieän aùp ñöa vaøo maïch tích phaân, laøm cho daïng soùng leäch ñi moät goùc 90o vaø laáy ñieän aùp naøy so saùnh vôùi ñieän aùp ñieàu khieån. Ta coù sô ñoà doàng boä Cosin H.IV.1a vaø ñoà thò ñieän aùp H.IV.1b H.IV.1a H.IV.1b Taïo ñoàng boä Cosin trong khoaûng töø 0 ñeán 180o,Uñk vaø Uñb ñôn trò (chæ caét moät ñieåm). Yeâu caàu öùng vôùi moãi giaù trò cuûa t thì coù moät giaù trò cuûa U. Phöông phaùp naøy ñôn giaûn nhöng coù ñoä tin caäy khoâng cao. + Ñoàng boä raêng cöa: Phöông phaùp ñoàng boä raêng cöa laø duøng caùc maïch chöùc naêng taïo ra ñieän aùp raêng cöa ñeå so saùnh vôùi ñieän aùp ñieàu chænh ôû khoái so saùnh phía sau. Phöông phaùp naøy ñöôïc duøng roäng raûi trong caùc maïch ñieàu khieån Thyristor. . Ñoàng boä duøng tuï vaø Diod: Ta coù sô ñoà nguyeân lyù H.IV.2a vaø ñoà thò thôøi gian H. IV.2b H.IV.2a H.IV.2b . UAC : ñieän aùp xoay chieàu ñoàng pha vôùi ñieän aùp treân A-K cuûa SCR. . UDC : Nguoàn ñieän aùp moät chieàu. . UC = Uñb : Ñieän aùp ñoàng boä laáy ra. Khi UAC > 0 thì D1, D2 phaân cöïc ngöôïc, tuï C ñöôïc naïp töø nguoàn UAC qua R1. Khi UC = UAC (taïi t2) thì tuï C phoùng ñieän qua D2 vaø R2. Khi UAC < 0: D1 daãn, giaù trò aùp treân tuï C chính laø DUAC cho ñeán khi D1 khoaù. Khi IAC - IDC = 0 (taïi t1) tuï C baét ñaàu naïp vaø laëp laïi chu kyø môùi. Goùc kích a naèm trong khoaûng t1 ñeán t2 vaø ñöôïc xaùc ñònh. a = arcsin( UAC(t1)/UACmax) * Öu ñieåm: Maïch ñôn giaûn ít linh kieän, goùc ñieàu chænh a töø 10oñeán 150o * Nhöôïc ñieåm: Deã bò sai leäch do khoù chænh ñònh haèng soá thôøi gian naïp tuï chính xaùc. Caàn phaûi coù maïch xaùc ñònh ñieåm 0 ban ñaàu, toån hao coâng suaát lôùn. Ñoàng boä duøng Tuï - Transistor: Ta coù sô ñoà nguyeân lyù H.IV.3a vaø ñoà thò ñieän aùp H.IV.3b nhö sau: H.IV.3a H.IV.3b Khi UAC > 0 : Transistor T1 bò baûo hoaø UC = DU (DU laø suït aùp treân T1 ) Khi UAC < 0 T1 ngaét, tuï C ñöôïc naïp töø nguoàn UDC qua R1 vaø R3 Ta coù tnaïp = (R1 + R2 ) CLn (1- UC / UDC) a = ( R1 + R3 ) wCLn (1 - Uñk / UDC) Choïn R1 >> R3 sao cho tnaïp >> t xaõ Uñk : Ñieän aùp ñieàu khieån * Öu nhöôïc ñieåm: + Maïch ñôn giaûn ít linh kieän, goùc a thay ñoåi ñuû roäng, toån hao coâng suaát khoâng lôùn. + Phaûi chænh ñònh haèng soá thôøi gian cuûa tuï giöõa caùc keânh khaù phöùc taïp. coù hieän töôïng troâi xung môû theo taàn soá. Khoái so saùnh: Laøm nhieäm vuï so saùnh giöõa ñieän aùp ñoàng boä (raêng cöa) vôùi ñieän aùp ñieàu khieån Uñk. Ñeå so saùnh khoái naøy coù theå duøng maïch khueách ñaïi thuaät toaùn hoaëc Transistor. Trong tröôøng hôïp transistor thì ñieän aùp raêng cöa ñöôïc ñöa vaøo cöïc khieån ñeå so saùnh vôùi Uñk taïi cöïc phaùt. Coù caùc linh kieän chuyeân duøng vaøo chöùc naêng naøy nhö Transistor moät tieáp giaùp (UJT: the unijunction Transistor), hay transistor moät tieáp giaùp laäp trình ñöôïc (PUT). 5.Khoái taïo daïng xung: Coù nhieäm vuï söûa daïng xung ñaàu ra cuûa boä so saùnh sao cho coù ñoä roäng vaø bieân ñoä thích hôïp vôùi Thyristor caàn kích. Coù theå choïn doøng kích lôùn, ñieän aùp kích nhoû hoaëc ngöôïc laïi nhöng phaûi ñaûm baûo coâng suaát tieâu taùn nhoû hôn coâng suaát cho pheùp. Ñoä roäng xung ñöôïc quyeát ñònh bôûi thôøi gian doøng qua Thyristor ñaït ñeán giaù trò doøng caøi (tra trong soå tay nghieân cöuù öùng vôùi loaïi Thyristor söû duïng ). Trong thöïc teá maïch taïo xung thöôøng söû duïng maïch vi phaân tín hieäu xung vuoâng töø boä so saùnh ñöôïc ñöa qua boä vi phaân R-C bieán ñoåi thaønh caùc gai vi phaân coù ñoä roäng caàn thieát. Sau ñoù qua diod chaën thaønh phaàn gai aâm. Ta coù maïch taïo xung H.IV.4a vaø giaûn ñoà xung H.IV.4b H.IV.4a H.IV.4b - Goïi tx laø ñoä roäng xung : tx = i = C ( R1 // R2 ) Choïn C = 0.47 - 0.1 MF Choïn R1 vaø R2 seõ ñöôïc ñoä roäng xung tx thích hôïp. III. Tính toaùn choïn MBA moät pha: 1.Xaùc ñònh tieát dieän thöïc cuûa loõi saét ( So): So = ( 0.9 ¸ 0.93 ) S (mm2) Vôùi S = a* b, choïn a = 3mm, b = 5mm Suy ra S = 5*3 = 15 mm2 Vaäy So = 0.9 * 15 = 13.5 ( mm2) Coâng suaát döï tính Pdt ñoái vôùi kích thöôùc maïch töø So Pdt = U2 . I2 Choïn U1 = 220 V, f = 50 Hz U2 = 15 V, I2 = 1A Vaäy Pdt = 15 *1 = 15 (VA ) 2.Tính soá voøng daây moãi volt : W B 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 K 64 56 50 45 41 37.5 34.5 32.4 30 Choïn B = 0.7 (Tesla), suy ra K = 64 Vaäy W = 64/13.5 = 4.7 voøng /Volt Choïn W = 5 voøng/ Volt. 3. Xaùc ñònh soá voøng daây cuûa cuoän sô caáp vaø thöù caáp MBA: W1, W2 + Soá voøng daây cuoän sô caáp W1 = W* U1 = 5*220 =1100 voøng +Soá voøng daây cuoän thöù caáp W2 = W (U2 + Du2) Du2 laø ñoä döï truø ñieän aùp tra theo baûng sau: P(VA ) 100 200 300 500 750 1000 1200 1500 >1500 J(A/mm2) 4.5 4 3.9 3 2.5 2.5 2.5 2,5 2 Choïn Du2 = 4.5% Vaäy W2 = 5 * (15 + 4.5%) = 75.225 voøng. Choïn W2 = 100 voøng. Xaùc ñònh tieát dieän daây quaán: Tieát dieän daây quaán sô caáp: Choïn hieäu suaát MBA: h = 0.85 ¸ 0.9 Maät ñoä doøng J choïn theo baûn döôùi ñaây: P ( VA ) 0 ¸ 50 50 ¸ 100 100 ¸ 200 200 ¸ 250 500¸ 1000 J ( A /mm2) 4 3.5 3 2.5 2 Choïn J = 4 (A / mm2) Vaäy S1 = 15 / (0.9*220*4) = 0.019 mm2 @ 0.02 (mm2) + Tieát dieän daây quaán thöù caáp: S2 = I2/J = 1/4 = 0.25 ( mm2) + Ñöôøng kính daây sô caáp: + Ñöôøng kính daây thöù caáp: 5. Kieåm tra khoaûng troáng chöùa daây: Soá voøng daây sô caáp cho moät lôùp daây: W1lôùp Choïn loaïi daây ñoàng coù traùng eâ-may ecd = 0.03 ¸ 0.08 mmd1cd = d1 + ecd = 0.16 + 0.03 = 0.19 (mm) Choïn L = 50 mm Vaäy Choïn W1lôp = 260 voøng/lôùp Soá lôùp daây ôû cuoänsô caáp Choïn N1lôùp = 4 lôùp. Beà daøy cuoän sô caáp: e1 =( d1cd * Nlôùp ) + ecd ( N1lôùp - 1) e1 = ( 0.19 * 4 ) + 0.03 . (4 - 1) = 0.85 (mm) Soá voøng daây thöù caáp cho moät lôùp daây: d2cd = d2 + ecd = 0.56 + 0.03 = 0.59 mm W2lôùp = (L/d2cd) - 1 = 50 / 0.59 - 1 = 83.7 Voøng / lôùp Choïn W2lôùp = 85 voøng/lôùp Soá lôùp daây ôû cuoän thöù caáp: N2lôp = W2 / W2lôp = 100 / 85 = 1,18 (lôùp) Choïn N2lôùp = 2 lôùp Beà daøy cuoän thöù caáp: e2 = (d2cd * N2lôùp) + ecd (N2lôùp -1) e2 = (0.59 * 2) +0.03 ( 2-1) = 1.21(mm) Beà daøy toaøn boä cuûa cuoän daây quaán eT = (1.1 - 1.25) . ( ek + e1 + e2 +e12 +en ) choïn ek = 1, e12 = 0.3, en = 0.5 => eT = 1.1 ( 1 + 0.85 +3 +0.3 + 1.21 + 0.5 ) = 4.25(mm)  Tính choïn nguoàn chænh löu DC cung caáp cho maïch ñieàu khieån Thyristor: H.IV.7a H.IV.7b Maïch chænh löu toaøn kyø boán Diod D1,D2,D3,D4,ñöôïc cung caáp nguoàn xoay chieàu töø löôùi ñieän 220V coù taàn soá f = 50 Hz, haï aùp xuoáng phía thöù caáp U2 nhö H.IV.7a. + Nguyeân lyù hoaït ñoäng cuûa maïch: . Giaû söû baùn kyø ñaàu döông: Doøng ñieän ñi töø A qua D1, qua phuï taûi R, qua D3 vaø trôû veà B. Vaäy trong baùn kyø naøy D1,D3 daãn, coøn D2 vaø D4 ngaét. . Baùn kyø sau: Doøng ñieän ñi töø B qua D2 qua R vaø qua D4 trôû veà A. Daïng soùng chænh löu nhö H.IV.7b. Ñieän aùp trung bình treân taûi: Ñieän aùp hieäu duïng treân taûi: Doøng ñieän trung bình treân taûi: Choïn diod cho maïch chænh löu vôùi caùc thoâng soá sau: + Doøng ñænh Ip >= Im + Doøng trung bình Iavg >= IDC / 2 + Ñieän aùp ngöôïc ñænh Ing.max >= Um Do ñoù ta choïn boán Diode loaïi N4007 + Choïn tuï C = 470MF V. Tính choïn maùy bieán aùp xung cho maïch ñieàu khieån: Bieán aùp xung trong maïch coù nhieäm vuï caùch ly ñieän theá cao vôùi cöïc ñieàu khieån. Trình töï tính toaùn nhö sau: - Choïn vaät lieäu saét töø $ 330 vôùi loõi coù daïng E,I laøm vieäc treân moät phaàn ñaëc tính töø hoaù: Choïn DB = 0.7 T ñeå traùnh loõi bieán aùp xung bò baõo hoaø Tra baûng choïn DH = 50 A/m (coù khe hôû ) Töø thaåm loõi saét töø - Choïn sô boä : l = 0.1 m lkh = 0.01 mm = 10-5m (chieàu daøi khe hôû ) -Töø thaåm trung bình cuûa saét töø Theå tích loõi saét töø : Q : tieát dieän loõi saét tx = 500Ms : Ñoä roäng xung S = 12% : Ñoä suït toác ñoä E = 12v : Nguoàn cung caáp I'2= 0.3 A : Doøng thöù caáp qui ñoåi veà sô caáp Vaäy tieát dieän loõi saét Q = V / L = 13.32 / 0.1 = 1.332 cm2 Döïa vaøo baûng 5.5 saùch "Ñieän töû coâng suaát lôùn (Nguyeãn Bính)" ta choïn loõi E,I (12 x 6) Q = 1.63 cm2 a = 1.2 cm c = 1.2 cm b = 1.35 cm h = 3 cm H = 4.2 cm B = 1.6 cm C = 4.8 cm H.IV.9 Soá voøng daây cuoän sô caáp MBA K = 0.76 : Heä soá laép ñaày Choïn tæ leä 1:1 neân W2 = W1 = 69 voøng Ñöôøng kính daây quaán sô caáp baèng ñöôøng kính daây quaán thöù caáp Choïn maät ñoä doøng ñieän J = 5A/ mm2 (do MBA laøm vieäc ngaén haïn laëp laïi) Choïn d1 = d2 = 0.2 mm. Vôùi J laø maät ñoä doøng ñieän. VI. Sô ñoà nguyeân lyù vaø tính toaùn linh kieän cho maïch ñieàu khieån moät pha duøng Thyristor: 1. Sô ñoà nguyeân lyù: Nhö chuùng em ñaõ giôùi thieäu trong chöông II, maïch ñieàu khieån Thyristor coù nhieàu loaïi, moãi maïch ñeàu coù öu nhöôïc ñieåm khaùc nhau. Vaäy em quyeát ñònh choïn maïch ñieàu khieån Thyristor baèng ñieän aùp ñeå thi coâng bôûi vì: + Maïch ñôn giaûn, goïn nheï chæ caàn thay ñoåi bieán trôû VR ñeå thay ñoåi goùc kích a. + Maïch laøm vieäc oån ñònh, ít nguy hieåm. + Giaù thaønh töông ñoái reû, coù tính thöïc teá cao. H.IV.10 2. Keát noái maïch ñieàu khieån vôùi caùc maïch chænh löu nhö sau: a) Keát noái maïch moät pha: H.IV.11 H.IV.12 H.IV.11 laø maïch chænh löu moät pha moät nöõa chu kì, H.IV.12 laø maïch chænh löu moät pha hai nöûa chu kì. H.IV.13 H.IV.14 H.IV.13 laø sô ñoà chænh löu caàu moät pha baát ñoái xöùng, H.IV.14 laø sô ñoà chænh löu caàu moät pha ñoái xöùng, b) Keát noái maïch ba pha: H.IV.15 Caùc ñieåm ghi caùc soá 1, 2, 3, 4 vaø chöõ G treân maïch ñieàu khieån laø nhöõng ñieåm noái vaøo caùc ñieåm vaø chöõ soá ghi ôû caùc sô ñoà chænh löu tuông öùng. Vôùi caùc maïch ñieàu khieån vaø chænh löu treân, nhöng vì thôøi gian, kieán thöùc vaø kinh teá coù haïn, neân em chæ thi coâng ba modul cuûa maïch ñieàu khieån vaø ba sô ñoà chænh löu laø sô ñoà chænh löu moät pha moät nöõa chu kyø, chænh löu caàu moät pha khoâng ñoái xöùng vaø chænh löu caàu ba pha khoâng ñoái xöùng. Tính toaùn caùc linh kieän cho maïch ñieàu khieån ( H.IV.10) Choïn D1, D2 laø diode loaïi N4007 D2 = 15 V , I2 = 500mA Choïn xung ngoõ ra treân G coù: UG = 10 V IG = 150 mA R7 = UG / IG = 20 / 150*10-3+ R7 = 66W Do Q3,Q4 laøm vieäc ôû cheá ñoä baõo hoaø neân aùp taïi A laø VA = UG = 10V Ta coù Vcc = VA ( R4 + R5) / R4 Choïn R4 = R5 = 10 KW Vcc = 10*2 =20 VDC Vaäy ñieän aùp thöù caáp MBA + Tính taàng khueách ñaïi Q1,Q2 Choïn ñieän theá cöïc E cuûa Q1 ,Q2 ( so vôùi ñaát ) laø VE1 = 1V Giaû söû Q1, Q2 ñeàu coù VBE = 0.6 V. Do ñoù: VB1 = VE1 + VBE1 = 1 + 0.6 = 1.6V Choïn VCE1 = VCE2 = 4 V Tacoù VC1 = VCE1 + VE1 = 4 +1 = 5 V VE2 = VB2 - VBE2 = 5 - 0.6 =4.4 V (VB2 = VC1) VC2 = VE2 + VCE2 = 4.4 + 4 = 8.4 V Choïn doøng qua chaân C cuûa Q1 laø: IC1 = 50 mA , b = 120 Suy ra R2 = ( Vcc -Vc1 ) / IC1 = (20 -5 )/50mA = 300 W Choïn : R2 = 330 W Choïn doøng qua chaân C cuûa Q2 laø: IC2 = 100mA, b = 100 Choïn : R3 = 220 W + Coâng suaátcöïc ñaïi rôi treân cöïc C cuûa Q1 vaø Q2 laø: PC1 = IC1 * VC1 = 50mA * 5V =250 mW PC2 = IC2 * VC2 = 100mA * 8.4V =840 mW Nhö vaäy ta choïn Q1,Q2 coù caùc thoâng soá sau: Choïn Q1 laø 2SC828 (loaïi NPN) coù: Ic =50 mA b = 130 ¸ 520 mA IB = 50 /120 = 0.42 mA Pc = 400 mW VCBO = 30 V VEBO = 7 V Tj =150 oC Choïn Q2 laø 2SD468 Ic =1 mA b = 85 ¸ 240 mA IB = 1 /100 = 10 mA Pc = 900 mW VCBO = 25 V VEBO = 5V Tj = 150 oC Theo sô ñoà töông ñöông cuûa UJT ñöôïc thay theá bôûi hai Transistor khaùc loaïi ta choïn: Q3 laø loaïi 2SA1015 (PNP) coù: Ic = -150 mA b = 70 ¸ 240 mA Pc = 400 mW VCBO = -50 V VEBO = -5 V Tj =125oC Q4 laø loaïi 2SC1815 (NPN) coù: Ic = 150 mA b = 70 ¸ 700 mA Pc = 400 mW VCBO = 50 V VEBO = 5 V Tj =125oC Choïn ñieän trôû giôùi haïn R1 = 4.7K W ,5W C = 0.1 mF,600V Choïn bieán trôû ñieàu chænh VR = 10 K W + Tính choïn R6 Uñk = IB1*VR + VBE1 + IE1 R6 Xem IE1» IC1 = 50V Uñk = 8 .5V Tröôøng hôïp bieán trôû VR ôû giaù trò Max töùc VR = 10K thì : Tröôøng hôïp bieán trôû VR ôû vò trí min töùc laø VR =0 W Töø hai tröôøng hôïp treân choïn R6 = 220 W ,R9 = R10 = 15 W VR2 =10 K W Vôùi caùc giaù trò tính toaùn nhö treân maïch ñieàu khieån ñöôïc veõ laïi nhö sau: H.IV.10 Thieát keá maïch in cho maïch ñieàu khieån (H.IV.10) Sô ñoà maïch in ñöôïc chuùng em thieát keá nhö sau: 5. Tieán haønh laép raùp maïch: Sau khi thöïc hieän coâng taùc cho maïch chaïy thöû treân Testboard, chuaån bò linh kieän vaø maïch in, coâng taùc laép raùp ñöôïc tieán haønh nhö sau: -Veõ maïch in vaø ngaâm maïch vaøo hoaù chaát. -Duøng Ohm keá ñeå kieåm tra caùc ñöôøng noái treân maïch in. -Tieán haønh raùp vaø haøn chaân linh kieän. -Tieán haønh haøn daây caáp nguoàn thoâng qua MBA, haï aùp phía thöù caáp coøn 15VDC Thöû maïch vaø ñieàu chænh khi caàn thieát. Laép raùp maïch vaøo voû hoäp. Hoaøn chænh nhöõng phaàn coøn laïi. VII.Sô ñoà nguyeân lyù maïch ñieàu khieån ba pha hình tia hay ba pha baát ñoái xöùng duøng Thyristor: Caùch tính choïn linh kieän cho maïch ñieàu khieån loaïi naøy cuõng töông töï nhö ôû maïch ñieàu khieån moät pha, vaø ta coù sô ñoà nguyeân lyù nhö (H.VII). Nhö vaäy ñeå ñieàu khieån maïch chænh löu caàu moät pha baát ñoái xöùng ta chæ duøng moät moâdul ñeå ñieàu khieån. Coøn ñoái vôùi maïch chænh löu ba pha hình tia hay maïch chænh löu caàu ba pha baát ñoái xöùng ta phaûi söû duïng caû ba modul ñeå ñieàu khieån. VIII. Höôùng phaùt trieån cuûa ñeà taøi: Vì lyù do thôøi gian vaø kinh teá coù haïn cho neân em chæ giôùi haïn thi coâng ba modul vaø khoâng coù söû duïng maùy bieán aùp xung. Ñeå ñieàu khieån ñöôïc caùc maïch chænh löu caàu moät pha vaø ba pha ñoái xöùng duøng Thyristor ta phaûi thi coâng taát caû saùu modul coù söû duïng maùy bieán aùp xung ñeå caùch ly ñieän aùp giöõa ngoõ vaøo vaø ngoõ ra cuûa maïch ñieàu khieån. PHAÀN C KEÁT LUAÏÂN Ñeà taøi ' THIEÁT KEÁ VAØ THI COÂNG MOÄT MOÂ HÌNH MAÏCH KÍCH THYRISTOR TRONG THIEÁT BÒ CHÆNH LÖU COÙ ÑIEÀU KHIEÅN " laø moät ñeà taøi vöøa mang tính lyù thuyeát, vöaø coù yù nghóa thöïc tieãn trong saûn xuaát. Vì vaäy trong taäp luaän aùn naøy trình baøy caùc phöông phaùp môû, khoaù Thyristor vaø moät soá maïch ñieàu khieån cuøng vôùi maïch chænh löu duøng Thyristor moät pha cuõng nhö ba pha. Döôùi söï höôùng daãn cuaû thaày “Nguyeãn Xuaân Khai” cuøng vôùi quyeát taâm vaø noã löïc cuûa baûn thaân, chuùng em ñaõ hoaøn thaønh nhieäm vuï ñöôïc giao. Qua taäp luaän aùn naøy, noù ñaõ giuùp em böôùc ñaàu taäp söï, laøm quen vôùi coâng vieäc ngöôøi kyõ sö, ñoàng thôøi bieát ñöôïc caùch thöïc hieän vieäc thieát keá moät moâ hình maïch ñieàu khieån Thyristor baèng ñieän aùp. Tuy nhieân do thôøi gian, trình ñoä vaø kinh nghieäm coù haïn neân taäp luaän aùn naøy coøn nhieàu thieáu soùt. Sau cuøng, ñeå keát thuùc nhöõng trang cuoái cuøng cuûa taäp luaän aùn naøy, em xin gôûi ñeán thaày Nguyeãn Xuaân Khai vaø caùc thaày coâ trong khoa Ñieän - Ñieän Töû lôøi caûm ôn chaân thaønh nhaát vì ñaõ taän tình giuùp ñôõ em hoaøn thaønh taäp luaän aùn ñuùng thôøi haïn. TPHCM 3- 2000 Sinh Vieân Thöïc Hieän Nguyeãn Vaên Hieàn