Giáo trình Điện tử công suất (Nghề: Điện tử công nghiệp - Cao đẳng): Phần 2 - Trường CĐ nghề Việt Nam - Hàn Quốc thành phố Hà Nội

(NB) Giáo trình Điện tử công suất cung cấp cho người học những kiến thức như: Tổng quan về điện tử công suất; Công tắc van điện từ; Chỉnh lưu công suất không điều khiển; Chỉnh lưu công suất có điều khiển; Điều chỉnh điện áp xoay chiều; Nghịch lưu;... Mời các bạn cùng tham khảo nội dung giáo trình phần 2 dưới đây.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo trình Điện tử công suất (Nghề: Điện tử công nghiệp - Cao đẳng): Phần 2 - Trường CĐ nghề Việt Nam - Hàn Quốc thành phố Hà Nội Bài 4 Chỉnh lưu công suất có điều khiển Mục tiêu - Trình bày được nguyên lý hoạt động, đặc tính, các phương pháp điều khiển của mạch điều khiển chỉnh lưu - Phân tích được các mạch điều khiển công suất trong sửa chữa được các hư hỏng thông thường - Kiểm tra, sửa chữa được các mạch điều khiển công suất đạt yêu cầu kỹ thuật. - Sử dụng được các mạch điều khiển tương đương trong thay thế, sửa chữa đạt yêu cầu kỹ thuật. - Rèn luyện tính tỷ mỉ, chính xác, an toàn và vệ sinh công nghiệp 4.1. Tổng quan mạch điều khiển chỉnh lưu công suất 4.1.1. Nguyên tắc cơ bản Quá trình hoạt động của mạch điều khiển công suất trong lưới điện xoay chiều một pha cũng như 3 pha tương đối không có vấn đề gì xảy ra. Các linh kiện triac và thyristor sẽ tự động tắt khi dòng điện chảy qua chúng bằng 0. Tuy nhiên, với các ứng dụng trong mạch điện một chiều thì vẫn phải có biện pháp thích hợp để tắt các thyristor Trong mạch điện xoay chiều một pha và ba pha ngoài phương pháp thay đổi góc pha còn có thể áp dụng phương pháp điều khiển chuỗi xung để thay đổi công suất rơi trên tải. 4.1.2. Điều khiển chuỗi xung Phương pháp này còn được gọi là phương pháp điều khiển toàn sóng, điểm đặc biệt của phương pháp là áp dụng kỹ thuật chuyển mạch tại điểm 0 để điều khiển đóng-mở tải, thời gian đóng-mở thay đổi làm thay đổi công suất rơi trên tải từ 0% đến 100%. Phương pháp này thường áp dụng trong yêu cầu điều khiển lò sưởi vì các ưu điểm sau đây: Ít gây nhiễu vô tuyến do đặc điểm của phương pháp kích tại điểm 0 Hệ số công suất cos ϕ = 1 vì công suất phản kháng thấp 121 Ít sóng hài vì trong khoảng thời gian dẫn điện dòng qua tải có dạng hình sin Về cơ bản tín hiệu điều khiển có dạng hình chử nhật với bề rộng xung thay đổi và chu kỳ cố định. Hình 3.1 mô tả nguyên tắc phương pháp điều khiển chuỗi xung với chu kỳ TSW = 80 ms, dòng điện chảy qua tải trong khoảng thời gian ton = 60 ms và ngừng trong khoảng thời gian toff= 20 ms, từ tỉ số ton/Toff cho thấy công suất P rơi trên tải có giá trị nhỏ hơn công suất cực đại Pmax P= (ton/Toff). Pmax Hình 4.1 tương ứng với trường hợp P = 3/4.Pmax tức là công suất rơi trên tải bằng 75% công suất tiêu thụ cực đại của tải. Hình 4.1 Nguyên tắc điều khiển chuổi xung Ngược lại, công suất tải sẽ đạt cực đại khi thời gian tắt toff ngắn nhất. Tuy nhiên, phương pháp này không thích hợp cho yêu cầu điều khiển độ sáng đèn và tốc độ động cơ vì ánh sáng bị nhấp nháy và động cơ quay không tròn vòng Trong thực tế có nhiều vi mạch được chế tạo cho yêu cầu điều khiển chuỗi xung, các IC này còn được kết hợp thêm khả năng định thời cũng như tạo xung kích cho các mạch điều khiển bằng phương pháp thay đổi góc pha Theo chuẩn DIN EN 50006/VDE 0838, phương pháp điều khiển chuỗi xung được gọi là đối xứng khi không có thành phần một chiều qua tải hoặc số lượng bán kỳ dương bằng với số lượng bán kỳ âm trong khoảng thời gian dẫn 122 Để điều khiển công suát tải từ P = 1% đến P = 99%, giả sử TSW = 4S (tương đương 200 chu kỳ) tại tần số lưới là f = 50Hz thì thời gian dẫn ngắn nhất ton min = 40mS và dài nhất ton max= 3960mS và xung điều khiển phải có dạng chử nhật với bề rộng thay đổi từ 40mS đến 3960mS và chu kỳ phải cố định tại TSW = 4S 4.1.3. Điều khiển góc pha Điều chỉnh dòng xoay chiều 1 pha và 3 pha bằng phương pháp thay đổi góc pha được áp dụng để thay thế phương pháp dùng tiếp điểm cơ học V.D: Điều khiển độ sáng đèn, các lĩnh vực thường áp dụng phương pháp này là: - Thay đổi tốc độ động cơ quạt gió - Thay đổi độ sáng đèn - Thay thế các biến áp xoay - Chỉnh tốc độ động cơ vạn năng Quá trình chuyển mạch được kích tại mỗi bán kỳ của điện áp lưới, trong phương pháp này góc kích có một giá trị xác định trong mỗi bán kỳ điện áp lưới, thay đổi góc kích sẽ làm thay đổi dòng điện hiệu dụng cũng như công suất trung bình trên tải từ 0% đến 100% Góc lệch pha của xung kích tính từ điểm 0 của điện áp lưới gọi là góc kích α, điện áp rơi trên tải được ký hiệu là Uα để phân biệt với điện áp lưới U Trường hợp đặc biệt khi α = 00 U = Uα = U0 Về nguyên tắc góc kích ở bán kỳ dương và bán kỳ âm đối xứng với nhau như trình bày ở hình 4.2 Hình 4.2 Định nghĩa góc kích α 123 Ngược lại trong mạch chỉnh lưu, trong các thiết bị điều khiển công suất 1 pha cũng như 3 pha không xảy ra quá trình chuyển tiếp V.D: Trong trường hợp hai thyristor ghép song song ngược chiều, dòng qua 1 thyristor sau khi về 0, sau khi kích thyristor nghịch đối dòng sẽ chảy trở lại sau một khoảng thời gian mất dòng rất ngắn (ngắn nhất tại α = 00) Nếu một thiết bị điều chỉnh được mở rộng để xử dụng trong một hệ tự động điều chỉnh thì thiết bị này phải có khả năng thay đổi công suất trung bình trên tải sao cho các đại lượng cần điều chỉnh như: Nhiệt độ, độ sáng hoặc tốc độ động cơ là hằng số và luôn luôn tương ứng với trị số đặt trước 4.2. Mạch chỉnh lưu công suất một pha có điều khiển 4.2.1. Mạch chỉnh lưu công suất một nửa chu kỳ Chỉnh lưu dùng SCR gọi là chỉnh lưu có điều khiển. SCR chỉ mở cho dòng chảy qua khi thỏa mãn hai điều kiện: UAK>0 và IG > 0 và nó tự động khóa lại ở bán kỳ âm của điện áp, vì vậy cần phải có mạch kích SCR vào thời điểm thích hợp. a. Trường hợp tải thuần trở: Hình 4.3 : Mạch chỉnh lưu một pha dùng SCR và dạng điện áp ra trên tải thuần trở R. Vào bán kỳ dương đoạn từ 0 - SCR được phân cực thuận nhưng vẫn chưa dẫn vì chưa có xung kích vào cực G. Đoạn từ α đến π SCR dẫn vì đã có xung kích vào cực G. Vào bán kỳ âm SCR được phân cực nghịch nên SCR ...