1
Ch¬ng6
hÖ thèng ®iÒu khiÓn
bé biÓn ®æi
2
Khái quát phân loại
Chức năng, cấu trúc
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 t ợng
điều khiển để tác động hoạt động đóng mở các khoá bán dẫn.
Hệ thống điều khiển gồm 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 l ợng điều khiển để đóng mở các van công suất.
Phân loại: Phân loại theo bộ biến đổi:
+ Điều khiển bộ biến đổi phụ thuộc,
+ Điều khiển bộ biến đổi độc lập.
3
Ph©n lo¹i theo tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn:
+ HÖ ®iÒu khiÓn t ¬ng tù,
+ HÖ ®iÒu khiÓn sè.
Ph©n lo¹i theo sè kªnh ®iÒu khiÓn:
+ Bé ®iÒu khiÓn mét kªnh,
+ Bé ®iÒu khiÓn nhiÒu kªnh.
S¬®åcÊutrócbébiÕn
®æiphôthuéc
4

Ph ơng pháp xây dựng bộ điều chế
Bộ điều chế là bộ biến đổi tín hiệu điều khiển U
đk

thành góc điều khiển đ ợc 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 th ờng sử dụng trong mạch đk hở.
Bộ điều chế đồng bộ có thể tạo ra các đặc tính điều
khiển khác nhau tuỳ thuộc vào nguyên lí điều khiển
5
Nguyªn lý ®iÒu khiÓn däc
Bé ®iÒu khiÓn bao gåm:
+ Bé t¹o xung r¨ng c a ( ®iÖn ¸p tùa - RC),
+ Bé so s¸nh ( SS).
Hai tÝn hiÖu ®iÖn ¸p tùa vµ ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn ® îc so s¸nh nhau,
T¹i U
RC
= U
®k
, bé SS t¹o ra xung ®iÒu khiÓn
6
Đặc tính pha của bộ điều chế
phụ thuộc vào dạng điện áp tựa.
Nếu điện áp có dạng Cosin :
Chọn t = 0 là thời điểm chuyển
mạch tự nhiên thì khi t = điện
áp:
Và

Điện áp ra của chỉnh l u
Nh vậy đặc tính điều chỉnh
U
d
=f(U
dk
) của bộ chỉnh l u là hàm
tuyến tính ( đ ờng 1)
dkm
UU =

cos
m
dk
U
U
ar cos=

dk
m
d
dd
U
U
U
UU
0
0
cos ==


tUU
mRC

cos)1( =
7
Nguyên lý điều khiển
dịch pha
Dùng bộ quay pha để thay đổi
pha của đ/áp hình sin đ ợc tạo ra
bởi máy phát tín hiệu sin ( MF
sin). Khi thay đổi U
đk
, góc pha
của 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 T
u
.
Nh ợc điểm: Bộ quay pha rất
nhạy cảm với dạng điện áp và tần
số nên pp này ít dùng
8
Métsèm¹chth«ngdôngtrong
hÖthèng®iÒukhiÓnbébiÕn®æiphôthuéc
9
Mạch tạo tín hiệu đồng bộ
+ Dùng chỉnh l u một pha hai nửa chu kì có điểm trung tính để tạo ra điện
áp chỉnh l u U

(1)
Điện áp U
(1)
đ ợc so sánh với U
o
để tạo nên các tín hiệu t ơng ứng với thời điểm
điện áp nguồn đi qua điểm 0.
U
o
càng nhỏ thì U
(2)
càng hẹp và phạm vi điều chỉnh càng lớn.
Nếu chọn max = 175
o
thì:
Giá trị này làm cơ sở để tính phân áp R
1
và R
2

o
o
UU 5sin2
2
=
10
11
+ Dùng nguồn không đối xứng cho khuếch đại thuật toán
Tín hiệu xoay chiều U
(1)

sau khi qua khâu so sánh sẽ có xung
vuông U
(2)
, tín hiệu này đ ợc đ a vào khâu cộng module 2 ( =1)
và mạch trễ R
2
C
2
để ạo ra một xung đồng bộ ứng với điểm U
(1)

đi qua điểm 0. Độ rộng T
X
= RC ln 2 là cơ sở để chọn R
2
và L
2
12
13
Mạch tạo điện áp răng c a
+ Mạch tạo xung răng c a tuyến tính dùng transistor
T
1
tạo nguồn dòng nạp cho C, khi T
2
khoá tụ C đ ợc náp I
c
=
const và tăng tuyến tính. Khi có xung mở T
2

, C sẽ phóng điện
qua T
2
( hình a):
Các T
1
, R
2
, R
E
chọn sao cho bóng làm việc ở chế độ A.
Muốn tạo đ/áp răng c a dốc xuống, dòng phóng của tụ phải duy
trì không đổi nhờ T
3
làm việc ở chế độ A ( hình b). Diode D
1

dùng để hạn chế giá trị điện áp trên tụ C ( U
Cmax
= E U
D1
)
t
C
I
dtI
C
U
C
t

CC

==
0
1
14
15
Mạch tạo điện áp răng c a dùng khuếch đại thuật toán
+ Mạch chỉ dùng khuếch đại thuật toán
Sử dụng mạch tích phân. Tụ đ ợc phóng nạp nhờ nguồn hai cực
tính: Khi điện áp U
1
d ơng (E), điện áp trên tụ U
2
nạp :

đây là đ ờng tuyến tính dốc xuống phía d ới. Khi điện áp vào mang
dấu âm (-E) thì điện áp U
2
:
đây là đ ờng đi lên phía trên. Bằng cách thay đổi thời gian
phóng(T
1
) và thời gian nạp (T
2
) và các giá trị R
1
, R
2
t ơng ứng, đầu

ra có thể nhận đ ợc dạng răng c a: dốc lên (b) dốc xuống ( c) hoặc
tam giác (d)
1
2
2
T
CR
E
UU
C

==
2
2
2
T
CR
E
UU
C
==
16
17
Mạch tạo điện áp răng c a dùng khuếch đại thuật toán
+ Mạch dùng khuếch đại thuật toán và transistor
Dùng mạch tích phân và khoá K, khoá K đ ợc điều chỉnh bởi
tín hiệu đồng bộ, xung đồng bộ kết thúc, K mở, tụ C nạp:
Tại t
1
, K đóng, U

C
= 0. Để tránh ngắn mạch các mạch phụ thay
khoá K bằng bóng tr ờng ( công nghệ MOS) hoặc dùng khoá
điện tử.
ConstI
R
E
I
CR
===
t
RC
E
dt
R
E
C
dtI
C
UU
t t
CCR

=

=

==

0 0

11
18
19
Mạch tạo điện áp răng c a dùng khuếch đại thuật toán
+ Mạch tạo điện áp tựa hàm Cos

t
Nếu điện áp vào là nửa điện áp Sint thì:
Cần đặt ở đầu ra điện áp chuyển dịch:
Điện áp ra sẽ là:
Điện áp tựa có dạng cosint
t
RC
U
RC
U
ttdU
RC
U
mm
t
mR

cos.sin
1
0
=

=


RC
U
U
m
cd
=
t
RC
U
U
m
R

cos=
20
Khâu so sánh
Nhận tín hiệu hai điện áp tựa ( răng c a) và điện áp điều khiển, so
sánh hai điện áp này, tìm thời điểm chúng bằng nhau ( Uđk = U răng
c a) thì phát xung đầu ra để gửi sang khâu khuếch đại.
Để so sánh tín hiệu t ơng tự ( analog) th ờng dùng transistor hoặc kđ
thuật toán. Do KĐTT có nhiều u điểm nên hiện nay khâu so sánh sử
dụng loại này là chủ yếu.
21
Các bộ tạo xung đầu ra
Bộ tạo xung ( driver) :
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 T

x
ổn định.
Đặc điểm: sơ đồ đơn giản, độ tin cậy cao th ờng dùng trong các
bộ đ/k đơn giản. Độ rộng xung:
T
x
= k.T
mở
với T
mở
thời gian để dòng qua T đạt giá trị định
mức.
22
+ Bộ tạo xung có độ dài tuỳ ý và đ ợc trộn với xung tần số
cao:
Sử dụng xung có độ dài lớn nh ng vẫn đảm bảo kích th ớc cho
biến áp xung ( BAX) gọn nhẹ. Tx > 60
o
( dùng cho sơ đồ cầu
chỉnh l u 3 pha). Tổn hao công suất trên cực đ/k lớn.
+ Bộ tạo xung tạo ra các số l ợng xung khác nhau tuỳ theo
chế độ hoặc sơ đồ: Tạo xung đơn với số l ợng tuỳ ý, giảm đ ợc
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 th ờng đ ợc áp dụng trong mạch công
suất rất lớn.
23
Mạchtạoxungdùngmáyphátblocking
Blockinglà mạch dao động phản hồi d ơng tạo xung có s ờn dốc
chất l ợng cao, cách li giữa hai mạch đ/k và động lực.

Mạch sử dụng biến áp xung cách li với cuộn sơ cấp w1, w3 là cuộn
thứ cấp đ a tín hiệu ra, cuôn w2 là cuộn phản hồi.
Bình th ờng, T1 khoá do thế âm từ E đặt lên bazơ thông qua R2.
Khi có xung từ cửa vào tại t
o
, T1 dẫn, cuộn w1 xuất hiên sđđ e(t).
Cuộn w2 đ ợc mắc sao cho điện áp trên w2 có dấu d ơng đặt vào
bazơ của bóng tạo phản hồi d ơng giúp cho nó mở rất nhanh để đạt
dòng I
c
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 đã kết thúc.
24
Lúc này, lõi thép bắt đầu đ ợc từ hoá và dòng I
c
tăng lên ( vì
dòng từ hoá I
à
tăng) trong khi dòng I
b
không đổi, T
1
chuyển từ
trạng thái bão hoà sang khuếch đại, điện áp U
CE
tăng lên, U
W1


và U
W2
giảm, lại có phản hồi d ơng nên quá trình này xảy ra
nhanh và đến t
1
thì T
1
khoá hoàn toàn. Độ dài của xung ra T
x