Điện tử công suất - Chương số 2

Chia sẻ: Nguyễn Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:0

Thêm vào BST

Báo xấu

85
lượt xem 15
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tài liệu tham khảo giáo trình môn học Điện tử công suất II A thiết kế , điều khiển và ứng dụng gồm 5 chương

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Điện tử công suất - Chương số 2

BOÄ NGUOÀN MOÄT CHIEÀU BAÙN DAÃN CHÖÔNG HAI II.1 PHAÂN LOAÏI: Vôùi nghiaõ roäng, boä nguoàn moät chieàu duøng ñeå chæ caùc thieát bò cung caáp ñieän moät chieàu cho caùc loaïi taûi khaùc nhau, keå caûù ñoäng cô ñieän. Duø coù khaùc bieät veà nguoàn, taûi, maïch ñoäng löïc hay ñieàu khieån, chuùng vaãn coù caùc ñieåm ñeå coù theå khaûo saùt chung. - Phaân loaïi theo boä bieán ñoåi: BBÑ ñieàu khieån pha: Löôùi --> (Bieán aùp) --> Chænh löu SCR --> (loïc) --> taûi Löôùi --> BBÑ aùp AC --> Bieán aùp taàn soá löôùi--> Chænh löu D --> (loïc) --> taûi Sô ñoà khoái 1 Trong ñoù ( ) laø thieát bò coù theå khoâng caàn. Chænh löu SCR vaø BBÑ aùp AC deàu duøng nguyeân lyù ñieàu khieån pha ñeå ñieàu khieån ñieän aùp ngoû ra . BBÑ aùp DC: [Löôùi --> Bieán aùp --> Chænh löu D --> (loïc)] --> BBÑ --> (loïc) --> taûi [Löôùi -> Chænh löu D -> (loïc)] -> BBÑ -> Bieán aùp taàn soá cao -> Chænh löu D -> (loïc) -> taûi Sô ñoà khoái 2 Khi duøng nguoàn DC, caùc khoái [ ] khoâng coù. Trong sô ñoà khoái 2, BBÑ laø boä nghòch löu, ñöôïc xem laø tröôøng hôïp rieâng cuûa BBÑ aùp DC khi laøm vieäc 4 phaàn tö maët phaúng taûi vaø trò trung bình aùp ra baèng 0, nhoùm naøy coøn ñöôïc goïi laø boä nguoàn ñoùng ngaét (switching power supply). So saùnh hai loaïi: Nhoùm Öu Nhöôïc Ñieàu khieån pha coâng suaát lôùn vì duøng SCR taàn soá ñoùng ngaét beù (taàn soá löôùi) => maïch loïc ngoû ra coù trò soá lôùn BBÑ aùp DC Taàn soá laøm vieäc cao neân aûnh coâng suaát beù neáu duøng transistor, höôûng haøi baäc cao nhoû duøng thyristor yeâu caàu maïch taét - Phaân loaïi theo daïng taûi: taûi laø ñoäng cô DC, taûi ñieän hoùa, ñieän coâng ngheä, caùc maïch ñieän töû khaùc, coù theå chia laøm hai nhoùm: taûi aùp: Taûi caàn aùp ra phaúng, goàm coù thieát bò ñieän töû, phaûi duøng maïch loïc LC ngoû • ra BBÑ. taûi doøng: goàm caùc taûi coøn laïi - khoâng caàn aùp ra phaúng, khi caàn doøng phaúng coù theå • duøng cuoän khaùng noái tieáp. Trong moät soá raát ít tröôøng hôïp, ñeå doøng ra thaät phaúng môùi duøng loïc LC. Moät ñaëc tính khaùc laøyeâu caàu caùch ly löôùi – taûi khi duøng nguoàn töø löôùi ñieän. Nhaèm ñaûm baûo an toaøn cho nguôøi vaän haønh maùy, vaø haïn cheá doøng roø qua taûi xuoáng ñaát, ngöôøi ta Trang 1/ chuong 2 Ñieän töû coâng suaát II A
phaûi duøng bieán aùp deå caùch ly löôùi – taûi cho caùc boä nguoàn. Trong caùc taûi treân, chæ coù ñoäng cô DC laø khoâng yeâu caàu ñaëc tính naøy. => caùc boä nguoàn ñieàu khieån pha khoâng thích hôïp cho taûi caàn aùp phaúng baèng boä nguoàn ñoùng ngaét. II.2 THIEÁT KEÁ CHÆNH LÖU ÑIEÀU KHIEÅN PHA (ÑKP): 1. Choïn sô ñoà chænh löu: Coù caùc yeáu toá: Coù bieán aùp (BA) hay khoâng: BA duøng ñeå thay ñoåi A • taàm aùp ra vaø caùch ly ñieän nguoàn – taûi. C Moät pha hay nhieàu pha: Sô ñoà nhieàu pha phöùc taïp • nhöng chaát löôïng ngoû ra cao vaø coâng suaát taûi lôùn B hôn. D3 ab Sô ñoà tia hay caàu: Sô ñoà tia caàn söû duïng trung tính • D1 vaø coù doøng moät chieàu qua nguoàn, chæ thích hôïp Io/2 bc D2 coâng suaát trung bình vaø nhoû. ca v Caàu ñieàu khieån hoaøn toaøn (SCR) hay khoâng hoaøn • o1 toaøn (SCR + D): Sô ñoà söû duïng diod coù aùp ra > 0 KCB R neân khoâng traû naêng löôïng veà löôùi ñöôïc, hoaït ñoäng i v o o khoâng ñoái xöùng (coù haøi baäc chaün) laøm haïn cheá vcb coâng suaát nhöng coù öu ñieåm laø ñôn giaûn, giaù haï. vo2 - ca Io/2 - bc Caùc sô ñoà ñaëc bieät: • D6 D4 - noái tieáp, song song caùc boä chænh löu: giaûm - ab soùng haøi baäc cao vaø taêng coâng suaát ngoû ra. D5 - Sô ñoà 6 pha coù khaùng caân baèng – hình II.2.1 Hình II.2.1 Sô ñoà 6 pha coù khaùng caân (song song hai sô ñoà 3 pha hình tia): coù doøng qua caùc baèng chænh löu beù nhaát, thích hôïp vôùi öùng duïng coù doøng taûi lôùn. - Söû duïng BBÑ aùp AC ôû phiaù sô caáp bieán aùp vaø duøng chænh löu ôû thöù caáp: Daïng aùp ra sau chænh löu cuõng gioáng nhö sô ñoà chænh löu ÑKP coù diod phoùng ñieän, söû duïng BBÑ aùp AC ôû phiaù sô caáp bieán aùp coù hieäu quaû kinh teá trong hai tröôøng hôïp sau: AÙp ra beù (chuïc V) vaø ñoøng taûi lôùn ( nghìn A): giaù SCR >> D cuøng doøng taûi, suït aùp • thuaän SCR gaáp ñoâi cuûa D. AÙp ra lôùn (chuïc nghìn V), doøng ra beù (chuïc A): Traùnh vieäc noái tieáp SCR phöùc taïp • vaø toán keùm. 2. Tính toaùn ñieän aùp vaø goùc kích: a. Cô sôû lyù thuyeát: AÙp ra chænh löu ÑKP phuï thuoäc sô ñoà + cheá ñoä taûi. Khi thieát keá sô boä, ngöôøi ta thöôøng giaû söû hai tröôøng hôïp taûi: thuaàn trôû vaø taûi doøng lieân tuïc. Coâng thöùc tính trung bình aùp ra chænh löu ñieàu khieån hoaøn toaøn taûi doøng lieân tuïc: • Trang 2/ chuong 2 Ñieän töû coâng suaát II A
Vo = Vdo cos α , Vdo = m 2 sin π V m π Vdo: Trung bình aùp ra chænh löu diod. m: soá xung, baèng soá pha ôû sô ñoà tia vaø 2 laàn soá pha ôû sô ñoà caàu. V: hieäu duïng aùp pha ôû sô ñoà tia vaø aùp daây ôû sô ñoà caàu. Coâng thöùc tính trung bình aùp ra chænh löu ñieàu khieån khoâng hoaøn toaøn taûi doøng lieân tuïc • hay taûi RL: Vdo (1 + cos α ) ; Vdo trung bình aùp ra chænh löu diod sô ñoà caàu töông öùng. Vo = 2 Khi laøm vieäc, coù theå gaëp nhöõng suït aùp sau: - Suït aùp treân chænh löu: 1 V/ Diod vaø 2 V / SCR - Suït aùp do chuyeån maïch khi doøng lieân tuïc: mX a Io m: soá xung; ω: taàn soá goùc nguoàn ΔU x = ; X a = w.La 2π Io: trung bình doøng taûi La: töï caûm maïch anod chænh löu - Suït aùp nguoàn hay bieán aùp (laáy giaù trò aùp thöù caáp ôû khoâng taûi). Nhöõng suït aùp naøy khoâng theå tính ñöôïc khi thieát keá sô boä, coù theå öôùc löôïng töø 15% - 20%. b. Tính choïn aùp thöù caáp bieán aùp / goùc kích SCR: - Khi choïn sô ñoà coù bieán aùp, aùp thöù caáp cuûa bieán aùp coù theå tính ñöôïc töø aùp taûi vôùi buø suït aùp öôùc löôïng nhö treân vaø goùc ÑKP min (töø 10 – 15O). - Neáu choïn khoâng duøng bieán aùp, vieäc kieåm tra phaïm vi ñieàu chænh goùc ÑKP laø caàn thieát, traùnh goùc αmin quaù lôùn ( > 40 - 50O) laøm giaûm caùc chæ tieâu naêng löôïng cuûa heä thoáng. Khi ñoù coù theå phaûi duøng bieán aùp giaûm aùp. Goùc αmin ñöôïc tính ôû aùp ra max (tính caû caùc suït aùp). Goùc kích toái ña: Thöôøng choïn khoaûng 150 O vôùi 2 lyù do sau: Neáu khoâng laøm vieäc ôû cheá ñoä nghòch löu, aùp ra ôû α > 150 O thöôøng raát beù, Neáu coù laøm vieäc ôû cheá ñoä nghòch löu, goùc nghòch löu an toaøn cuõng coù theå laáy baèng 30 O , neáu khoâng coù yeâu caàu aùp nghòch löu cao. 3. Tính choïn chænh löu vaø bieán aùp: a. Ñònh möùc aùp: AÙp khoaù cöïc ñaïi treân chænh löu luoân baèng max aùp daây. Ví duï: Ulvmax cuûa chænh löu caàu moät pha baèng 2 hieäu duïng aùp löôùi, chænh löu caàu ba pha baèng 2 3 = 6 aùp pha, chænh löu duøng bieán aùp coù ñieåm giöõa baèng 2 2 aùp pha. b. Ñònh möùc doøng chænh löu vaø doøng qua BA (neáu coù): - Ñònh möùc doøng theo giaù trò trung bình khoâng phuï thuoäc daïng soùng trong khi ñònh möùc doøng theo hieäu duïng taêng theo ñoä meùo daïng. Caùch thöù hai chính xaùc hôn ñ/v chænh löu. - Khi thieát keá coù theå xem doøng taûi boä chænh löu laø 1 trong 3 daïng sau phuï thuoäc cheá ñoä laøm vieäc cuûa taûi, xeáp theo thöù töï khoâng phaúng: Trang 3/ chuong 2 Ñieän töû coâng suaát II A
* Phaúng – lieân tuïc. * Xung hình sin. * Xung tam giaùc. - Töø nguyeân lyù laøm vieäc cuûa töøng sô ñoà (xem baûng ôû caùc taøi lieäu tham khaûo), ta tính ñöôïc doøng qua caùc phaàn töû. 4. Tính choïn maïch loïc ngoû ra: Nhö ta ñaõ bieát chænh löu m xung cho ra ñieän aùp moät chieàu nhaáp nhoâ m laàn trong moät chu kyø löôùi ñieän. Khi khai trieån Fourier, tín hieäu coù chu kyø naøy goàm coù: - Thaønh phaàn moät chieàu hay trung bình, laø phaàn höõu duïng hay mong muoán. - Caùc thaønh phaàn hình sin coù taàn soá k.m.w, coøn goïi laø soùng haøi baäc n, n = k.m; vôùi k laø soá nguyeân, w laø taàn soá löôùi ñieän tính baèng rad. Thaønh phaàn naøy khoâng nhöõng khoâng höõu ích vôùi taûi moät chieàu, maø coøn gaây ra caùc taùc duïng khoâng mong muoán nhö: laøm taêng giaù trò hieäu duïng cuûa doøng ñieän, daãn ñeán taêng phaùt noùng; ñoái vôùi ñoäng cô moät chieàu coøn taïo ra moâ men phuï gaây rung. Khi doøng taûi lieân tuïc, trò hieäu duïng VRn cuûa soùng haøi baäc n cuûa ñieän aùp ra baèng: VRn = Vdo ⋅ 1 + ( n 2 − 1 ) sin 2 α 2 n −1 2 Trong ñoù, Vdo laø trò trung bình aùp ra chænh löu diod cuøng sô ñoà. I n Cuõng nhö tính toaùn vôùi thaønh phaàn moät chieàu cuûa ñieän aùp, ta coù R theå tìm ra caùc thaønh phaàn soùng haøi doøng ñieän baäc n khi giaûi maïch ñieän töông ñöông boä chænh löu taûi RLE cho caùc soùng haøi ñieän aùp (hình II.2.2): Vn jnwL I Rn = VRn / R 2 + ( nwL )2 Theo tính chaát cuûa caùc thaønh phaàn Fourier, trò hieäu duïng cuûa doøng ñieän laø: Hình II.2.2: I R = ( I o )2 + ∑ n I 2 vôùi IO laø trò trung bình cuûa doøng ñieän. Rn 2 ñöôïc goïi laø hieäu duïng toång caùc soùng haøi - Total Harmonic Distortion (THD), ∑ n I Rn bieåu thò ñoä nhaáp nhoâ (khoâng phaúng) cuûa doøng ñieän. THD coøn bieåu dieãn ôû daïng töông ñoái: ∑ n IRn 100% 2 THD % = Io Chæ soá n ñöôïc tính töø m ñeán ∞ . Trong thöïc teá, vì nwL vaø VRn giaûm nhanh theo n , ngöôøi ta chæ tính toaùn vôùi vaøi soùng haøi ñaàu tieân (k = 1 .. 3). Ví duï: Cho boä chænh löu ba pha caàu taûi R coù loïc LC ngoû ra hình 2.20*.(a), nguoàn coù aùp pha coù trò soá hieäu duïng V baèng 100 volt, taàn soá 50 Hz. Goùc ÑK pha α = 60O , taûi R 100 ohm. Maïch loïc LC baèng bao nhieâu ñeå bieân ñoä nhaáp nhoâ aùp ra ( ñænh – ñænh) baèng 10 volt. Caùc giaû thieát ñeå ñôn giaûn tính toaùn: - Sau khi qua maéc loïc LC, caùc soùng haøi baäc lôùn hôn cô baûn (k = 1, öùng vôùi taàn soá nhaáp nhoâ ngoû ra 6 xung, baèng 300 Hz) laø khoâng ñaùng keå. Nhö vaäy chæ caàn khaûo saùt soùng haøi cô baûn. - Doøng qua boä chænh löu laø lieân tuïc ñeå coù theå aùp duïng . Hình II.2.3*: (a) laø maïch ñoäng löïc trong ñoù vO laø aùp ra boä chænh löu, vC laø aùp ngoû ra boä loïc LC; (b) laø maïch töông ñ/v haøi cô baûn, v1 laø soùng haøi cô baûn - baäc k = 1 cuûa aùp ra boä Trang 4/ chuong 2 Ñieän töû coâng suaát II A
chænh löu, vC1 laø soùng haøi baäc k = 1 cuûa aùp qua tuï C – theo giaû thieát treân cuõng chính laø aùp ngoû ra maïch loïc; (c) laø caùc daïng soùng trong maïch trong ñoù VO laø trung bình aùp ra chænh löu. v o L jnwL Vo v1 v v C C1 v v C v C1 R R o 1/jnwC Hình II.2.3: (a) (b) (c) sin ( m ) V = .sin ( π ) .100 = 2.34 ⋅100 = 234 v Vdo = m2 π 62 Ta coù π π 6 tính < II.2.4 > n = 6⋅;α = 60 ⇒ V1 = 48.9 v Hình II.2.3.b cho ta: (1 / jnwC ) // R VC1 1 = = (1 / jnwC ) // R + jnwL (1 − n w LC ) V1 + (nwL R ) 2 2 2 2 Yeâu caàu cuûa ñaàu baøi laø bieân ñoä nhaáp nhoâ aùp ra ( ñænh – ñænh) baèng 10 volt, suy ra trò soá hieäu duïng soùng haøi cô baûn qua ñieän dung C laø VC1 = 10 /( 2 ⋅ 2 ) = 3.53 v . Phöông trình treân cho pheùp tính toaùn giaù trò Lvaø C. Vì chæ coù moät phöông trình cho hai aån soá, caàn phaùt bieåu theâm ñieàu kieän tröôùc khi giaûi. (1 − n w LC ) + (nwL R ) ≈ n 2 w 2 LC vì taàn soá trong maïch seõ khaù lôùn so vôùi 2 Ñeå yù: 2 2 2 taàn soá coäng höôûng cuûa LC (maïch loïc chæ cho taàn soá thaáp qua), VC1 3.53 1 48.9 ⇒ LC = = 3.90 E − 6 = ≈22 3.53 ⋅ 6 2 ⋅ (100π )2 V1 48.9 n .w .LC Coù nhieàu phöông aùn ñeå choïn LC, ôû ñaây choïn C = 100 uF suy ra L = 0.039 H. Giaù trò LC nhö vaäy coù theå thöïc hieän deå daøng trong thöïc teá. Kieåm tra laïi: ♦ phaàn tính toaùn : nwL/R = 6*100π*0.039/100 = 0.74 vôùi Vdo = 234 ; n = k ⋅ m = 12 ; α = 60 ⇒ V2 = 23.8 v vaø V2 23.8 VC 2 = = 0.63 volt . Vaäy soùng haøi = (1 − 12 ) + (12⋅100π100 ) 37.5 ⋅ (100π)2 ⋅ 3.9 ⋅ 10 −6 2 2 2 baäc k = 2 laø khoâng ñaùng keå so vôùi thaønh phaàn cô baûn baäc k = 1, ñuùng nhö giaû thieát. ♦ Kieåm tra doøng lieân tuïc: Coâng thöùc chæ ñuùng trong tröôøng hôïp doøng lieân tuïc, ñeå ñaûm baûo keát quaû caàn phaûi kieåm tra söï lieân tuïc cuûa doøng ñieän. Tuy nhieân, giaûi tích maïch ñieän chænh löu ñieàu khieån pha taûi RLC trong ñieàu kieän doøng giaùn ñoaïn raát phöùc taïp vaø thöôøng khoâng caàn thöïc hieän khi thieát keá vì khi doøng baèng khoâng, aùp ra seõ baèng aùp treân tuï – lôùn hôn aùp löôùi trong khoaûng naøy (chính laø aùp ra ngoû ra khi doøng lieân tuïc). Nhö vaäy nhaáp nhoâ aùp treân taûi khi doøng giaùn ñoaïn seõ beù hôn tính toaùn döïa vaøo giaû thuyeát doøng lieân tuïc. II.3 MAÏCH PHAÙT XUNG ÑIEÀU KHIEÅN PHA: Trang 5/ chuong 2 Ñieän töû coâng suaát II A
1. Nguyeân lyù ñieàu khieån pha: Hieåu moät caùch ñôn giaûn nhaát, maïch kích v caùc SCR trong sô ñoà ñieàu khieån pha seõ cung caáp cho cöïc coång moät daïng soùng cuøng taàn soá ( ñoàng 2 0 boä) vôùi löôùi ñieän nhöng pha thay ñoåi ñöôïc theo wt tín hieäu ñieàu khieån. Ñeå taêng ñoä chính xaùc, daïng α θ soùng naøy caàn coù ñoä doác lôùn taïi thôøi ñieåm kích SCR, nhö daïng xung treân hình II.3.1. Beà roäng xung coù theå laáy töø 100 usec ñeán 1 msec vì caùc SCR luoân ñöôïc kích khi phaân cöïc thuaän.Cuõng Hình II.3.1 treân hình naøy, ta coù nhaän xeùt, trong tröôøng hôïp toång quaùt, goác ñeå tính goùc ñieàu khieån pha α (öùng vôùi tröôøng hôïp α = 0) seõ leäch vôùi aùp löôùi v moät goùc θ phuï thuoäc sô ñoà vaø caùch laáy tín hieäu löôùi ñeå ñoàng boä maïch kích. Coù hai nguyeân lyù ñieàu khieån pha thöôøng duøng: laøm treã vaø so saùnh. a. Nguyeân lyù laøm treã: (hình II.3.2) Maïch Td ñoàng boä Döïa vaøo maïch ñôn oån. AÙp löôùi sau aùp löôùi kích SCR Ñôn oån khi qua maïch ñoàng boä seõ kích maïch ñôn Hình II.3.2 oån (laøm treã) taïi ñieåm α = 0. Xung ra maïch ñôn oån seõ treã so vôùi xung ñoàng boä thôøi gian Td töông öùng goùc ñieàu khieån pha: Maïch α = w. Td ñoàng boä _ Nhö vaäy vieäc ñieàu khieån pha thoâng aùp löôùi Uñb qua chaäm treã thôøi gian Td. Uñk + kích SCR (a) b. Nguyeân lyù so saùnh: (hình II.3.3) \ Phaùt xung ñieàu khieån pha theo nguyeân lyù so saùnh coù haït nhaân laø maïch so saùnh vôùi ngoû vaøo laø hai tín hieäu: Uñk laø tín hieäu ñieàu khieån laø tín hieäu moät chieàu, Uñb laø tín hieäu ngoû ra maïch ñoàng boä, laø tín hieäu cuøng taàn soá löôùi, coù ñoä doác khoâng ñoåi daáu trong khoaûng α = 0 ñeán α = π laø khoaûng thay ñoåi cuûa goùc ñieàu khieån pha α. Khi Uñk = Uñb, ngoû ra boä so saùnh thay ñoåi traïng thaùi, ñaùnh daáu thôøi ñieåm kích SCR. Thay ñoåi aùp Uñk seõ ñieàu khieån goùc ñieàu khieån pha α töông öùng. Hình (b) II.3.3.(b) veõ caùc daïng soùng vôùi aùp ñoàng boä raêng cöa. Hình II.3.3 a vaø b Nguyeân lyù so saùnh thöôøng duøng trong caùc boä ñieàu khieån töông töï (analog) vì thoâng qua tín hieäu ñieàu khieån laø aùp moät chieàu Uñk, trong khi nguyeân lyù laøm treã thích hôïp vôùi maïch soá (digital) hay caùc sô ñoà ñieàu khieån ñôn giaûn – khi maø vieäc laøm treã thöïc hieän baèng maïch dao ñoäng naïp xaû ôû cheá ñoä coù ñoàng boä (trigger). Trang 6/ chuong 2 Ñieän töû coâng suaát II A
Moät nguyeân lyù ñieàu khieån, tuy raát lyù ñoàng boä Boä thuù nhöng raát ít gaëp, laø tích phaân. Xung kích vo/k C phaân phoái 9 kích xung SCR ñöôïc phaùt ra khi tích phaân aùp ra vo (ñaõ 8 9 R SCR 10 8 V 10 ñöôïc tæ leä heä soá k) baèng vôùi giaù trò ñaët Vñ ñ .Moät boä chia xung seõ höôùng xung naøy ñeán SCR caàn ñöôïc kích. Treân hình II.3.4 xung kích SCR seõ ñöôïc phaùt ra khi phaàn dieän tích cao hôn cuûa vo/k so vôùi Vñ baèng phaàn dieän tích thaáp hôn (phaàn toâ ñaäm). Nguyeân lyù naøy coù hai öu ñieåm: - Heä soá khueách ñaïi (quan heä vaøo ra) Hình II.3.4: sô ñoà vaø giaûn ñoà ñieän aùp ngoû ra cuûa BBÑ laø haèng soá: trò trung bình aùp ra chænh löu, xung kích caùc SCR cuûa nguyeân lyù tích Vo = k .Vñ phaân - Vieäc ñieàu khieån boä chænh löu khoâng bò aûnh höôûng bôûi taàn soá nguoàn hình sin nhö hai nguyeân lyù ñaàu. Duø nguyeân lyù phaùt bieåu raát ñôn giaûn, khi thöïc hieän sô ñoà ñieàu khieån seõ phaûi giaûi quyeát moät soá vaán ñeà phaùt sinh töông ñoái phöùc taïp chæ coù theå giaûi quyeát khi söû duïng caùc heä thoáng ñieàu khieån duøng kyõ thuaät soá.Ñieàu naøy ñaõ haïn cheá vieäc söû duïng noù trong thöïc teá. 2. Hai ví duï cuûa nguyeân lyù laøm treã: a. Maïch kích duøng UJT: UJT laø vieát taét cuûa chöõ Uni - Junction - Transistor nghiaõ laø transistor moät tieáp giaùp, coù caáu taïo nguyeân lyù treân hình II.3.5.(a) bao goàm thanh vaät lieäu n (hay p) coù hai cöïc (terminal) B1 vaø B2 (vieát taét chöõ base), coù ñieän trôû RBB khoaûng 6k ñeán 10k ohm, treân ñoù taïo ra moái noái pn vôùi cöïc E (emitter). B1 B1 B1 VP = η ⋅ RB1 R E E pn E D D RB2 B2 B2 B2 (a) (b) (c) (d) Hình II.3.5 UJT coù maïch töông ñöông nhö hình (b) khi moái noái pn phaân cöïc nghòch: xaûy ra khi VEB2 < η VBB , vôùi η = RB2 ( RB1 + RB2 ) , η coù trò soá töø 0.6 ñeán 0.75. VBB laø aùp giöõa hai cöïc B1 vaø B2. Nhöng khi VEB2 > η VBB , diod D (moái noái pn) phaân cöïc thuaän vaø EB2 töông ñöông moái noái diod coù ñieän trôû lôùn (suït aùp Vv khoaûng 2 volt) - hình ( c). Ñaëc tuyeán V - I cuûa EB2 trình baøy treân hình (d): Laáy B2 laøm ñieåm chung, ñieän aùp VE taêng daàn töø khoâng. Doøng qua cöïc E raát beù vì moái Trang 7/ chuong 2 Ñieän töû coâng suaát II A
noái pn phaân cöïc nghòch do VEB2 < η VBB. Khi VE taêng ñeán giaù trò ngöôõng (daáu < trôû neân daáu =), moái noái phaân cöïc thuaän, EB2 daãn ñieän. Vaäy ta coù vuøng ñieän trôû aâm töø VP ñeán Vv ( aùp giaûm trong khi doøng taêng) laø yeáu toá caên baûn cho maïch dao ñoäng naïp xaû treân hình II.3.6.(a). VBB VBB I 220 220 R B1 B1 E E UJT UJT B2 B2 V Vo Vo E C C Q 47 47 R (a) (b) ( c) Hình II.3.6 Tuï C naïp ñeán VP thì phoùng ñieän, taïo ra xung ôû ngoû ra VO . Khi aùp giaûm ñeán VV thì moái noái phuïc hoài traïng thaùi khoaù vaø ta coù maïch dao ñoäng naïp xaû – hình II.3.6.(b). Thôøi gian C phoùng thöôøng raát beù, khoaûng vaøi chuïc micro giaây neân chu kyø dao ñoäng T chuû yeáu do thôøi gian naïp, töø phöông trình aùp treân C coù daïng haøm muõ thôøi haèng RC: vE = VBB (1 − e− t / RC ) = Vp khi t ≈ T , suy ra T = RC ⋅ l n 1 1− η Ñeå kích SCR, ta baét ñaàu naïp C taïi wt = θ vaø khi vE baèng VP, maïch seõ phaùt ra xung kích khôûi SCR . Khi thay ñoåi T, ta thay ñoåi goùc ñieàu khieån pha α = w T. Hình ( c) cho ta moät phöông phaùp ñoàng boä. Ngaét ñieän Q khi daãn ñieän seõ xaû tuï C veà 0 vaø C chæ baét ñaàu naïp khi Q taét. Hình II.3.7 trình baøy sô ñoà kích chænh löu moät pha, sô ñoà caàu hoån hôïp SCR - Diod. 10k/10w DC_ D1 D2 I 220 D3 AC1 B1 D4 E UJT AC2 DZ T1 33 B2 C T2 33 0.1u 100 DC+ Hình II.3.7 (a) (b) Maïch ñoäng löïc bao goàm T1, T2, D1, D2. Khi caùc SCR khoâng daãn ñieän, maïch ñieàu khieån ñöôïc cung caáp ñieän qua D1, D2, D3, D4, vaø taûi. Maïch ñieàu khieån haïn cheá doøng baèng ñieän trôû 10k ohm vaø xeùn ôû giaù trò Vz (thöôøng laáy baèng 20 volt) baèng diod zener DZ. Tuï ñieän C baét ñaàu naïp ôû wt = 0 , khi ñaït giaù trò Vp thì coù xung kích cho hai SCR. SCR naøo phaân cöïc thuaän seõ laøm vieäc vaø ngaén maïch maïch ñieàu khieån. Tuï ñieän C giöõ giaù trò 0 ñeán baùn kyø sau môùi naïp ñieän trôû laïi. Ñieän trôû R duøng cho naïp tuï ñöôïc thay theá baèng nguoàn doøng I cho pheùp xöû lyù tín hieäu ñieàu khieån baèng maïch ñieän deã daøng hôn ñieän trôû R. Hôn nöõa, aùp treân tuï seõ taêng tuyeán tính. ÔÛ baùn kyø thöù hai cuûa daïng soùng hình II.3.7.(b) öùng vôùi tröôøng hôïp doøng naïp beù, aùp Trang 8/ chuong 2 Ñieän töû coâng suaát II A
treân tuï taêng raát chaäm. Ñeán cuoái baùn kyø, aùp treân tuï vaãn khoâng ñaït Vz. Nhöng do aùp phaân cöïc UJT giaûm, Vp seõ giaûm tæ leä neân UJT vaãn xaû ñöôïc aùp treân C ñeå coù theå naïp laïi ôû ñaàu baùn kyø sau. Söû duïng xung aùp aâm ôû cöïc B1 laø phöông phaùp ñoàng boä UJT thöù hai sau caùch duøng ngaét ñieän ñeå xaû tuï ñaõ trình baøy treân hình II.3.6.(c). Hình II.3.8 cho ta moät phaàn töû dao ñoäng naïp xaû kích ñöôïc SCR khaùc, PUT – transistor ñôn noái laäp trình ñöôïc. PUT thuoäc hoï thyristor, coù maïch töông ñöông nhö SCR nhöng coù cöïc P thay cho G. Khi A coù ñieän aùp lôùn hôn P moät moái noái diod, AK daãn ñieän nhö moái noái EB2 cuûa UJT. Ñieän aùp cöïc P thay ñoåi nhôø caàu phaân aùp beân ngoaøi, nhö vaäy ngöôõng phoùng ñieän cuûa tuï C laø laäp trình ñöôïc. Maïch töông ñöông cuûa PUT coù VCC VCC theå thay theá noù khaù toát khi choïn giaù trò R1, R2 R1 A P R R1 thích hôïp. Ngaøy nay PUT haàu nhö ñöôïc duøng ñeå AP Q2 thay theá UJT trong caùc öùng duïng. UJT hay caùc PUT Vo K Q1 C phöông phaùp laøm treã duøng phaàn töû töông töï 33 (analog) khaùc coù nhöôïc ñieåm lôùn laø ñieàu khieån K 1k R2 100 R2 thôøi gian treã baèng tín hieäu aùp raát khoù khaên. Ví duï nhö cho maïch hình II.3.7, nguoàn doøng I coù Hình II.3.8 ñieåm chung khaùc vôùi cöïc Katod cuûa SCR hay caùc phaàn töû maïch khaùc. b. Ñieàu khieån pha duøng boä ñeám: UJT hay PUT laø caùc phöông phaùp kích SCR ñieàu khieån pha khaù coå ñieån, khi maïch ñieän töû chuû yeáu döïa vaøo linh kieän rôøi. Ngaøy nay, khi vi ñieän töû ñaõ phoå bieán, nguyeân lyù laøm treã thöôøng ñöôïc söû duïng khi ta taïo ra ñoä leäch pha thoâng qua thôøi gian treã xaùc ñònh bôûi boä ñeám xung – hình 3.30. ÔÛ thôøi ñieåm α = 0, boä ñeám xuoáng coù preset ñöôïc naïp soá N. Xung ñoàng hoà CLK luoân ñöôïc ñöa vaøo laøm boä ñeám giaûm trò soá vaø phaùt xung kích SCR khi noäi dung boä ñeám baèng 0. Giaù trò NMAX töông öùng goùc αMAX vaø thôøi gian treã NMAX .TCLK . Tín hieäu ñaët N DATA Ñoàng boä T preset (α = 0) ñeám xuoáng, DATA = 0 taàn soá CLK CLK kích SCR ñaët DATA = N DATA = 0 Boä ñeám xuoáng t coù preset kích SCR (α = 0) Hình II.3.9 (a) (b) αMAX = w.NMAX .TCLK Ta coù Neáu duøng boä ñeám leân, ta khoâng caàn coù preset nhöng phaûi so saùnh soá ñeám vôùi giaù trò ñaët N vaø khi ñoàng boä thì reset boä ñeám veà 0. Thieát bò söû duïng nguyeân lyù naøy trôû neân ñôn giaûn khi söû duïng vi xöû lyù, laøm treã coù theå duøng phaàn meàm hay caùc boä ñeám – ñònh thì chuyeân duøng. c. Ñieàu khieån pha duøng vi xöû lyù: Trang 9/ chuong 2 Ñieän töû coâng suaát II A
ñoàng boä pha A 2 1 6 2 1 6 1 a1 π/3 π/3 a π/3 π/3 2 00 wt ξ π/3 π/3 a 5 Tröôøng hôï p α < π/3 4 3 Hình II.3.9 (c ): giaûn ñoà thôøi gian phaùt xung kích sô ñoà caàu 3 pha duøng vi xöû lyù. a, a1: goùc ñieàu khieån pha khi tính töø ñieåm aùp pha qua zero Moät pha löôùi(pha A) ñöôïc doø ñieåm khoâng (coù theå duøng ngaét ngoaøi) ñeå laøm cô sôû cho caùc quaù trình delay taïo xung kích caùc SCR theo trình töï (Hình II.3.9c). Caùc baøi toaùn caàn giaûi quyeát: - Toái thieåu vieäc söû duïng caùc taøi nguyeân phaàn cöùng cuûa vi xöû lyù: I/O, interrupt, timer, thanh ghi.. - Giaûm thieåu sai soá tuyeät ñoái vaø loaïi tröø sai soáø tích luõy khi söû duïng delay thôøi gian thay theá leäch pha goùc. - Keát hôïp caùc baûo veä, tính toaùn voøng kín ñeå ñaûm baûo heä thoáng coù chaát löôïng ñieàu khieån cao vaø laøm vieäc tin caäy, an toaøn. 3. Maïch kích chænh löu ñieàu khieån pha theo nguyeân lyù so saùnh: Laø nguyeân lyù söû duïng roäng raõi nhaâùt hieän nay khi thieát keá baèng vi maïch töông töï (analog). Ñaõ coù nhieàu vi maïch chuyeân duøng kích SCR ñieàu khieån pha, coù theå keå TCA280, hoï TCA78x ñöôïc nhieàu haõng saûn xuaát hay uAA 145 söû duïng raêng cöa vôùi ñoä doác aâm. a. Sô ñoà khoái: Hình II.3.10 cho ta sô ñoà khoái ñaày ñuû maïch kích chænh löu ñieàu khieån pha. Khoái leäch pha θ hieäu chænh ñoä leäch pha cuûa aùp löôùi sao cho maïch khaùm phaù zero cho ra caùc xung ôû goùc pha α = 0. Tín hieäu zero naøy seõ ñoàng boä caùc maïch phaùt xung theo nguyeân lyù laøm treã hay kích khôûi maïch taïo aùp ñoàng boä. Nhö ta ñaõ bieát, maïch so saùnh xaùc ñònh thôøi ñieåm kích SCR khi Uñb baèng Uñk . Maïch ñôn oån ôû ngoõ ra boä so saùnh xaùc ñònh beà roäng xung kích SCR. Caùc maïch vöøa ñöôïc keå thuoäc vaøo khoái phaùt xung kích SCR, khaùc nhau ôû moãi pha. Trong sô ñoà chænh löu nhieàu pha, moãi pha seõ coù ít nhaát moät khoái phaùt xung kích SCR, caùc ngoõ ra cuûa chuùng ñöôïc ñöa vaø khoái logic ñeå phoái hôïp, ñaûm baûo sô ñoà nhieàu pha laøm vieäc ñuùng. Khoái khueách ñaïi vaø gheùp naâng möùc coâng suaát xung vaø noái vaøo cöïc coång SCR, coù theå phaûi ñaûm baûo caùc ñieàu kieän caùch ly ñieän giöõa caùc SCR vôùi nhau, SCR vaø maïch ñieàu khieån. Xung töø caùc pha khaùc Pha caùc SCR Uñb K. ñaïi α löôùi cuûa Leäch pha Taïo aùp LOGIC Khaùm phaù & chænh löu ñoàng boä ZERO θ gheùp Ñôn oån so saùnh α=0 Khoái phaùt xung kích Uñk Trang 10/ chuong 2 Ñieän töû coâng suaát II A
Hình II.3.10 b. Maïch kích chænh löu caàu moät pha (sô ñoà hoãn hôïp SCR – Diod) duøng BJT: Laø moät ví duï töông ñoái tieâu bieåu cho sô ñoà khoái hình II.3.10 vì tính ñôn giaûn – chæ söû duïng 5 transistor. Maïch duøng ñeå kích sô ñoà chænh löu caàu moät pha hoãn hôïp SCR vaø diod. Ngoû vaøo ñoàng boä laø aùp pha ñaõ giaûm xuoáng qua bieâùn aùp vaø chænh löu laáy giaù trò aâm (khoâng coù veõ treân giaûn ñoà thôøi gian hình (b)). Q1 laø phaàn töû khaùm phaù zero. Caàu phaân aùp 1k / 10k ôû cöïc B cuûa Q1 laøm cho noù chæ baûo hoøa khi aùp löôùi qua zero. Q1 baûo hoøa chaäp tuï ñieän C, chæ cho pheùp noù naïp ñieän qua ñieän trôû 100k . Ñieän trôû 100k vaø tuï ñieän 0.1uF laø maïch tao ra aùp ñoàng boä raêng cöa coù ñoä doác döông. Boä so saùnh goàm Q2 vaø Q3, so saùnh aùp ôû hai cöïc neàn. Khi vC lôùn hôn Uñk – thay ñoåi baèng caùch chænh chieát aùp VR, Q2 baûo hoøa xaùc ñònh thôøi ñieåm kích SCR VCC 10k 220 0.1uF Q4 100k Q5 Vo 10k Q3 VR Q2 100 Q1 Löôùi 1k C 470 4k7 0.1uF 1k D RB2 (a) (b) Hình II.3.11 Q4 vaø maïch RC ôû cöïc neàn laø maïch ñôn oån khoâng coù töï giöõ, kích baèng caïnh xuoáng cuûa aùp cöïc C cuûa Q2 xaùc ñòng beà roäng xung kích SCR. Q5 laø maïch ñeäm ñieän aùp laáy taûi cöïc E, khueách ñaïi doøng ñieän. Ñieän trôû 100 ohm vöøa haïn cheá doøng qua cöïc coång SCR vöøa laø phaàn töû phaân doøng khi duøng moät xung kích cho hai SCR (nhö maïch hình II.3.7) Maïch kích hình II.3.11 coù hai nhöôïc ñieåm: - Khueách ñaïi vi sai Q2, Q3 laøm vieäc moät nguoàn vôùi khoaûng aùp vaøo thay ñoåi roäng neân chaát löôïng hoaït ñoäng khoâng toát. - Maïch taïo aùp ñoàng boä coù toång trôû ra khaù lôùn deå bò nhieãu. c. Maïch phaùt xung ñieàu khieån pha duøng khueách ñaïi thuaät toaùn (KÑTT): D18 12V _12V D19 R25 D20 3k3 0.1u 3k3 15k 10k R27 C20 R28 R26 D22 R29 10 4 TL084 8 5 SCR U5A 1k 3 9 7 R30 0.1u 1 13 6 U5C 3k3 U5B C21 2 14 DB R33 12 R32 U5D Maïch ñôn oån 10k 100k 2k2 So saùnh 11 DK R34 _12V Khaùm phaù zero Taïo xung ñoàng boä Hình II.3.12.(a) Maïch khaùm phaù zero U5A so saùnh tín hieäu DB laø sin löôùi chænh löu vaø ngöôõng moät chieàu, cho ra xung döông khi DB qua zero [daïng soùng (1) treân hình II.3.12(b)]. Trang 11/ chuong 2 Ñieän töû coâng suaát II A
U 5D laø maïch tích phaân ñeå taïo aùp ñoàng boä Uñb. Khi ngoû ra U5A cao, U 5D tích phaân xuoáng vôùi thôøi haèng gaàn baèng R27*C20 coù trò soá beù taïo caïnh xuoáng cuûa aùp ñoàng boä. Khi ngoû ra U5A thaáp, U 5D tích phaân leân vôùi thôøi haèng baèng R32*C20 coù trò soá lôùn cho ta caïnh leân cuûa raêng cöa, laø ñoä doác laøm vieäc. Diod D18 coù anod noái ngoû vaøo – cuûa KÑTT giöõø cho giaù trò Uñb ôû trong khoaûng töø –Vγ ñeán Uñbmax. U 5C laø boä so saùnh duøng KÑTT, cho ra xung döông [daïng soùng (4)] khi Uñb > Uñk. Caïnh leân cuûa ngoû ra U5C laø thôøi ñieåm kích SCR. U5B laø boä so saùnh cuûa maïch ñôn oån khoâng töï giöõ, xaùc ñònh beà roäng xung kích SCR, thöôøng laáy baèng 1 mili giaây cho caùc sô ñoà chænh löu. Beà roäng naøy thay ñoåi theo thôøi haèng C21*R26 cuûa maïch vi phaân [daïng soùng (3)]. Diod D19 khoâng cho ngoû vaøo U 5B coù giaù trò aâm, baûo veä ngoû vaøo KÑTT vaø xaû nhanh tuï C26, giöõ khoâng ñoåi beà roäng xung trong suoát khoaûng thay ñoåi cuûa α. Hình II.3.11.(b) Sô ñoà hình II.3.11.a cho ra xung kích SCR ôû hai baùn kyø[daïng soùng (5)], coù thoâng soá chæ phuï thuoäc hai tuï ñieän (C20, C21) vaø hai ñieän trôû (R32, R26); duøng aùp moät chieàu ñeå ñieàu khieån goùc α cho thaáy khaû naêng cheá taïo vi maïch ñieàu khieån pha. Trong coâng nghieäp, nhöõng vi maïch ñieàu khieån pha ñeàu coù sô ñoà khoái töông töï, nhöng kyõ thuaät maïch thay ñoåi ñeå coù theå duøng moät nguoàn, caùc trôû tuï thöôøng noái xuoáng ñieåm chung ñeå giaûm soá chaân söû duïng. 4. AÙp ñoàng boä daïng cosin vaø khoái leäch pha: α Uñk Nhö ñaõ trình baøy trong phaàn nguyeân lyù, aùp ñoàng boä 0 π 2π a) cuûa maïch phaùt xung ñieàu khieån pha caàn coù ñoä doác khoâng ñoåi daáu trong khoaûng α baèng 0 ñeán α max. Nhö vaäy coù theå coù caùc daïng raêng cöa vôùi (a) ñoä doác döông, (b) ñoä doác aâm vaø 0 π 2π (c ) daïng cosin [treân hình II.3.13]. b) Daïng (a) raát deã thöïc hieän nhöng coù baát lôïi laø khi Uñk taêng, goùc kích α taêng töông öùng aùp ra Vo giaûm. Daïng π 2π 0 (b) coù ñaëc tính ngöôïc laïi, raát khoù thöïc hieän. AÙp ñoàng boä raêng cöa cho ta goùc ñieàu khieån pha α thay ñoåi tuyeán tính c) Hình II.3.13 vôùi aùp ñieàu khieån Uñk. Ñieàu naøy laøm cho quan heä trung bình ñieän aùp ngoû ra vaø Uñk khoâng theå tuyeán tính, vì quan heä Vo(α) coù caùc haøm sin, cos. Ñaây laø moät baát lôïi cho heä thoáng ñieàu khieån töï ñoäng vì khoù hieäu chænh heä thoáng phi Trang 12/ chuong 2 Ñieän töû coâng suaát II A
tuyeán. Ñoàng boä cosin cho ta quan heä α(Uñk) coù daïng Arccos, haøm naøy seõ bò khöû boû khi doøng qua chænh löu laø lieân tuïc, khi ñoù, Vo(α) coù daïng cos (). Thöïc vaäy, Hình II.3.14 neáu goïi bieän ñoä hình cosin laø Uñbmax, khi Uñk = Uñb ta coù: Uñk = Uñb = Uñbmax.cos α hay ( ) α = cos −1 Uñk Uñb max vaø vieát laïi U ñk m2 π Vo = Vdo , vôùi Vdo = sin V U ñb max m π Ñeå taïo haøm cosin, nguôøi ta thöôøng laáy aùp löôùi qua bieán aùp giaûm vaø cho leäch pha. Coù theå söû duïng maïch leäch pha duøngRC, RC vaø KÑTT, maïch xoay pha baèng bieán aùp vaø RC hay choïn pha thích hôïp. Hình II.3.14 cho ta caùc vector aùp pha vaø daây cuûa löôùi ñieän ba pha. Caùc aùp pha vaø daây cuûa löôùi ba pha coù caùc ñoä leäch pha 30O, 60O, 90O, 120O . Coù theå choïn trong ñoù caùc thaønh phaàn thích hôïp ñeå coù haøm cosin cho maïch ñieàu khieån pha. Ví duï ñeå kích SCR cho maïch 1 pha, ta caàn leäch 90O . Töø hình II.3.14, nhaän xeùt pha A vaø aùp daây BC leäch 90O . Moät ví duï khaùc, ôû sô ñoà ba pha tia, ñoái vôùi SCR pha C laø T3, α = 0 khi aùp daây CB baèng khoâng. Haøm cosin kích T3 laø pha – A. Caùc baát lôïi coù theå keå ra cuûa ñoàng boä cosin laø: moät daïng cos chæ coù theå kích cho moät SCR thay vì moät pha nhö ñoàng boä raêng cöa (hình II.3.13), phaïm vi thay ñoåi goùc kích heïp vì α khoâng theå giaûm veà khoâng vaø aùp ñoàng boä thöôøng coù nguoàn goác löôùi neân bieân ñoä bò thay ñoài theo nguoàn vaø deå bò nhieãu … Caùc phöông phaùp laøm leäch pha trình baøy treân cuõng öùng duïng vaøo khoái leäch pha trong sô ñoà khoái toång quaùt cuûa maïch kích SCR ñieàu khieån pha (hình II.3.10). Khoái leäch pha caàn thieát cho vieäc söû duïng maïch khaùm phaù zero tìm ra ñieåm α = 0 khi aùp löôùi khoâng qua zero ôû α = 0 (hình II.3.1). Ví duï ôû sô ñoà ba pha tia, ñeå kích SCR pha A laø T1, coù theå laøm chaäm aùp pha A goùc 30O hay duøng aùp daây AC ñöa vaøo maïch khaùm phaù zero. 5. Maïch phaùt xung ñieàu khieån pha kích SCR duøng vi maïch: Bao goàm maïch phaùt xung ñieàu khieån pha coù hoaït ñoäng töông töï nhö ñaõ trình baøy trong muïc 3. Nhöng thöôøng söû duïng moät nguoàn caáp ñieän, ngoû vaøo ñoàng boä laø hình sin khoâng chænh löu nhöng phaùt xung kích hai baùn kyø ñeå taêng hieäu quaû. Caùc vi maïch naøy coù theå boå sung maïch taùch xung cho hai baùn kyø nhö hình II.3.15 nhaèm naâng cao chaát löôïng ngoû ra, caùc SCR chæ nhaän ñöôc xung ñieàu khieån khi phaân cöïc thuaän. Caùc vi maïch nhö vaäy coù theå ñöôïc phoái hôïp ñeå thöïc hieän sô ñoà kích SCR cho chænh löu caàu ba pha. Trang 13/ chuong 2 Ñieän töû coâng suaát II A
kích TCA785 1 AC T1 3 ÑB O+ 2 1 Pha ÑB Maïch phaùt 3 ÑK O_ kích O+ 2 löôùi xung ÑK pha 4 T4 6 5 1 Uñk ÑK 3 kích O_ 2 TCA785 9 10 BA T2 8 8 ÑB O+ 10 9 ÑK O_ kích 12 U T5 11 10 ñk 13 8 9 kích TCA785 1 CB T3 3 Hình II.3.15 ÑB O+ 2 ÑK O_ kích 4 T6 6 5 Hình II.3.16 6. Maïch taïo xung kích caàu 3 pha: Hình II.3.16 trình baøy sô doà nguyeân lyù maïch taïo xung dieàu khieån pha cho chænh löu caàu ba pha. Xem laïi giaûn ñoà xung kích sô ñoà caàu 3 pha, caùc SCR cuûa sô ñoà caàu ba pha caàn 6 laàn phaùt xung trong moät chu kyø, moãi SCR nhaän ñöôïc hai xung: moät ñeå kích daãn (xung cuûa chính noù), moät ñeå ñaûm baûo luoâng coù hai SCR daãn ñieän(xung cuûa SCR lieàn sau noù). Maïch taïo xung söû duïng ba vi maïch TCA785 hay maïch ñieän töông ñöông nhaän tín hieäu ñoàng boä löôùi ôû ÑB, tín hieäu ñieàu khieån ÑK, ngoû ra laø hai xung O+ vaø O_ nhö sô ñoà khoái hình II.3.15. Ñeå yù caùc tín hieäu ñoàng boä löôùi laø caùc aùp daây AC, BA, CB ñeå kích caùc SCR pha A, B, C. khoâng phaûi duøng maïch leäch pha. Caùc maïch OR coäng logic caùc xung ngoû ra boä phaùt xung ñieàu khieån pha ñöa vaøo maïch khueách ñaïi vaø gheùp ñeán cöïc coång SCR theo caùc trình töï ñaõ quy ñònh T1 T6 T2 T4 T3 T5 T1 coù xung phuï. Ñaây chính laø khoái LOGIC treân sô ñoà khoái hình 3.31. Löu yù laø vieäc choïn caùc aùp daây cho tín hieäu ñoàng boä vaø thöù töï xung kích ñaõ ngaàm ñònh moät thöù töï pha cuûa sô ñoà laø A B C A, neáu thöù töï naøy khoâng laø thöù töï pha cuûa nguoàn thì maïch seõ hoaït ñoäng sai, caàn ñoåi laïi. TAØI LIEÄU THAM KHAÛO PHAÀN 1 CHÖÔNG II Vi maïch ñieàu khieån pha TCA785 TCA785 laø vi maïch töông ñoái ñaày ñuû cuûa hoï TCA78x duøng ñeå ñieàu khieån pha sô ñoà moät pha. Vi maïch söû duïng nguoàn ñôn, duøng raát ít linh kieän phuï. TCA785 coù hai ngoû ra Q1 vaø Q2 rieâng bieät taûi max 250 mA duøng cho ñieàu khieån hai baùn kyø döông vaø aâm, coù theå kích xung heïp (chænh löu) vaø roäng (ñieàu khieån aùp AC). Vi maïch coù nguoàn chuaån 3.1 volt vaø ngoû vaøo caám ñeå phoái hôïp vôùi caùc maïch ñieàu khieån khaùc. Ngoû ra boä so saùnh Z ø cuõng ñöôïc noái ra ngoaøi ñeå tieän duïng. Trang 14/ chuong 2 Ñieän töû coâng suaát II A
1. Moâ taû caùc chaân: (löu yù RAMP signal: tín hieäu haøm doác, naøy quen goïi laø raêng cöa) Ñaát (ñieåm chung) Ngoû ra 2 (ñaûo) Ngoû ra U Ngoû ra 1 (ñaûo) Ngoû vaøo ñoàng boä löôùi Caám (khoùa) Ngoû ra Z AÙp chuaån Ñieän trôû chænh raêng cöa Ñieän dungï chænh raêng cöa AÙp ñieàu khieån Ñieän dungï chænh ñoä roäng Choïn xung roäng (ngoû vaøo) Ngoû ra Q1 Ngoû ra Q2 Nguoàn caáp ñieän 2. Sô ñoà khoái: Sô ñoà khoái bao goàm: - Maïch khaùm phaù zero laáy tín hieäu ñoàng boä VSYNC (V5) töø löôùi, taùc ñoäng vaøo thanh ghi ñoàng boä khi aùp nguoàn qua zero. AÙp nguoàn caáp ñieän VS qua oån aùp taïo aùp chuaån VREF vaø nguoàn doøng I (ñöôïc ñieàu khieån bôûi R9) ñeå naïp tuï C10. Tuï ñieän C10 seõ ñöôïc xaû ôû moãi ñaàu baùn kyø baèng T68 thaønh laäp aùp ñoàng boä raêng cöa (Ramp voltage) V10. AÙp naøy ñöôïc so saùnh vôùi aùp ñieàu khieån V11 xaùc ñònh pha kích caùc SCR. Khoái logic bao goàm caùc maïch taïo beà roäng xung (töø C12), tín hieäu ñieàu khieån caám (Inhibit) vaø choïn xung roäng/heïp Long Pulse Commutation ñeå taïo ra caùc xung ngoû ra theo caùc daïng ôû hình döôùi. 3. Caùc daïng soùng: Trang 15/ chuong 2 Ñieän töû coâng suaát II A
V5: AÙp ñoàng boä löôùi V10: Giaù trò ñænh aùp raêng cöa. V10: AÙp ñoàng boä raêng cöa. V11: AÙp ñieàu khieån V10:Trò toái thieåu aùp raêng cöa. V15: Q2, ngoû ra kích SCR V14: Q1: ngoû ra kích SCR V15: ngoõ ra Q2 khi xung roäng (chaân 12 noái ñaåt) V14: ngoõ ra Q1 khi xung roäng V2: Q2 ñaûo (chaân 13 noái ñaát) V4: Q1 ñaûo V3: QU, aùp ra boä khaùm phaù zero V7: QZ, xung kích hai baùn kyø 4. Tính toùan caùc linh kieän R, C: - Trò soá ñieän dung tuï ñieän taïo raêng cöa C10: toái thieåu 400 pF, toái ña 1μF. - AÙp raêng cöa: V10MAX = VS – 2 V , VS : aùp caáp ñieän. VREF .K V10 (t) = t vôùi K = 1.1 ± 20%; VREF = 3.1 V . R9.C10 Khi tính toaùn, ôû taàn soá löôùi 50 Hz, coù theå laáy t = 10 ms ñeå coù V10 = V10MAX . - Beà roäng xung kích SCR coù theå tính gaàn ñuùng tx = 620*C12 (μsec), C12 tính baèng nF. Khi kích SCR chænh löu, tx thöôøng ñöôïc choïn khoaûng 1 msec cho chænh löu coâng suaát lôùn. 5. Maïch öùng duïng: Maïch döôùi ñaây söû duïng TCA785 ñeå laøm maïch ñieàu chænh ñoä saùng ñeøn coù tim (light dimmer). TCA785 ñöôïc söû duïng ñeå kích tröïc tieáp TRIAC Tc töø nguoàn ñieän löôùi 220 VAC. Cuoän daây L vaø tuï 0.22uF/250VAC taïo thaønh maïch loïc haïn cheá aûnh höôûng leân löôùi ñieän cuûa vieäc ñoùng ngaét TRIAC taûi thuaàn trôû khi aùp khoâng qua zero. Vi maïch ñöôïc caáp ñieän tröïc tieáp töø löôùi qua ñieän trôû 4k7/9W, oån aùp baèng diod oån aùp 15 V (vaøo chaân 16). Tín hieäu ñoàng boä löôùi laáy tröïc tieáp qua RSYNC 220k ohm, ngoû vaøo 5 ñöôïc baûo veä baèng hai diod. Ngoû vaøo caám 6 noái leân 15 V ñeå cho pheùp maïch hoïat ñoäng. Thoâng soá maïch taïo Trang 16/ chuong 2 Ñieän töû coâng suaát II A
raêng cöa: C10 = 47 nF (sô ñoà goác in sai!), R9 laø bieán trôû 100k ohm vaø ñieän trôû 22k ohm. Tuï C12 = 150 pF öùng vôùi beà roäng xung kích 620*0.15 = 93 μs. Hai ngoû ra Q1, Q2 noái vaøo cöïc coång TRIAC qua hai diod, taïo thaønh coång OR (wired OR) ñeå kích ôû hai baùn kyø. Ñieän trôû 150 ohm haïn cheá bieân ñoä doøng cöïc coång beù hôn 15 / 150 = 0.1 A. Ñeå yù tuï 2.2 μF noái chaân 11 cuûa aùp ñieàu khieån vaø nguoàn nhaèm choáng nhieãu vaø taïo khaû naêng khôûi ñoäng meàm (soft start): Udk (goùc ñieàu khieån pha α) seõ giaûm daàn töø giaù trò max ñeán giaù trò laøm vieäc khi ñoùng ñieän. Döïa vaøo sô ñoà naøy, ta coù theå veõ maïch kích SCR cho caùc boä ñieàu khieån phöùc taïp hôn, ñeå yù vieäc noái chung caùc chaân VREF seõ giuùp caùc vi maïch hoïat ñoäng gioáng nhau (khi duøng nhieàu hôn moät vi maïch TCA785 trong moät boä ñieàu khieån), caùch laáy tín hieäu ñoàng boä vaø khoái gheùp vôùi maïch ñoäng löc. Trang 17/ chuong 2 Ñieän töû coâng suaát II A