Trong các ngành công nghiệp, động cơ điện không đồng bộ được sử dụng phổ biến bởi tính chất đơn giản và tin cậy trong thiết kế chế tạo và sử dụng. Tuy nhiên khi sử dụng động cơ không đồng bộ trong sản xuất đặc biệt với các động cơ có công suất lớn ta cần chú ý tới quá trình khởi động động cơ do khi khởi động roto ở trạng thái ngắn mạch, dẫn đến dòng điện khởi động và momen khởi động lớn, nếu không có biện pháp khởi động thích hợp có thể không khởi động được động cơ hoặc gây nguy hiểm cho các thiết bị khác trong hệ thống điện. Vấn đề khởi động động cơ điện không đồng bộ dã được nghiên cứu từ lâu với các biện pháp khá hoàn thiện để giảm dòng điện cũng và momen khởi động. Trong đó, biện pháp được dùng phổ biển nhất là biện pháp giảm điện áp đặt vào động cơ trong quá trình khởi động. Ngày nay, công nghệ bán dẫn ngày càng phát triển, các thiết bị bán dẫn công suất lớn ngày càng được sử dụng rộng rãi, với độ tin cậy ngày càng cao, có khả năng điều khiển tốt. Việc giảm điện áp đặt vào động cơ trong quá trình khởi động hoàn toàn có thể được thực hiện một cách dễ dàng bằng việc điều khiển góc mở của van bán dẫn. Điều chỉnh điện áp như vậy làm cho điện áp tăng lên một cách từ từ không gây nhảy cấp điện áp, vì vậy nó được gọi là bộ khởi động mềm cho động cơ.
Với đề tài tốt nghiệp: “THIẾT KẾ, CHẾ TẠO BỘ KHỞI ĐỘNG MỀM ĐIỀU KHIỂN SỐ”, chúng em dã nghiên cứu, sử dụng vi điều khiển để tính toán phát xung điều khiển tự động điều chỉnh góc mở của van bán dẫn nhằm thay đổi điện áp trên tải.
Trong ba tháng làm đồ án, chúng em dã nỗ lực cố gắng hoàn thành các nhiệm vụ của đồ án và chế tạo thành công mạch thử nghiệm của bộ khởi động mềm điều khiển số.
Chúng em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo hướng dẫn HÀ XUÂN HÒA cùng các thầy cô trong bộ môn Thiết bị điện – điện tử, đã giúp đỡ chúng em hoàn thành đồ án này.
79 trang |
Chia sẻ: ngtr9097 | Lượt xem: 3501 | Lượt tải: 2
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Đồ án Thiết kế, chế tạo bộ khởi động mềm điều khiển số, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
LỜI NÓI ĐẦU
Trong các ngành công nghiệp, động cơ điện không đồng bộ được sử dụng phổ biến bởi tính chất đơn giản và tin cậy trong thiết kế chế tạo và sử dụng. Tuy nhiên khi sử dụng động cơ không đồng bộ trong sản xuất đặc biệt với các động cơ có công suất lớn ta cần chú ý tới quá trình khởi động động cơ do khi khởi động roto ở trạng thái ngắn mạch, dẫn đến dòng điện khởi động và momen khởi động lớn, nếu không có biện pháp khởi động thích hợp có thể không khởi động được động cơ hoặc gây nguy hiểm cho các thiết bị khác trong hệ thống điện. Vấn đề khởi động động cơ điện không đồng bộ dã được nghiên cứu từ lâu với các biện pháp khá hoàn thiện để giảm dòng điện cũng và momen khởi động. Trong đó, biện pháp được dùng phổ biển nhất là biện pháp giảm điện áp đặt vào động cơ trong quá trình khởi động. Ngày nay, công nghệ bán dẫn ngày càng phát triển, các thiết bị bán dẫn công suất lớn ngày càng được sử dụng rộng rãi, với độ tin cậy ngày càng cao, có khả năng điều khiển tốt. Việc giảm điện áp đặt vào động cơ trong quá trình khởi động hoàn toàn có thể được thực hiện một cách dễ dàng bằng việc điều khiển góc mở của van bán dẫn. Điều chỉnh điện áp như vậy làm cho điện áp tăng lên một cách từ từ không gây nhảy cấp điện áp, vì vậy nó được gọi là bộ khởi động mềm cho động cơ.
Với đề tài tốt nghiệp: “THIẾT KẾ, CHẾ TẠO BỘ KHỞI ĐỘNG MỀM ĐIỀU KHIỂN SỐ”, chúng em dã nghiên cứu, sử dụng vi điều khiển để tính toán phát xung điều khiển tự động điều chỉnh góc mở của van bán dẫn nhằm thay đổi điện áp trên tải.
Trong ba tháng làm đồ án, chúng em dã nỗ lực cố gắng hoàn thành các nhiệm vụ của đồ án và chế tạo thành công mạch thử nghiệm của bộ khởi động mềm điều khiển số.
Chúng em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo hướng dẫn HÀ XUÂN HÒA cùng các thầy cô trong bộ môn Thiết bị điện – điện tử, đã giúp đỡ chúng em hoàn thành đồ án này.
Do thời gian gấp gáp cộng với kinh nghiệm còn non nớt, chắc chắn đồ án của chúng em không thể tránh khỏi có sai sót. Chúng em rất mong nhận được sự chỉ bảo, góp ý từ các thầy cô và các bạn bè động nghiệp.
Chúng em xin chân thành cảm ơn !
Sinh viên
Chương 1
CÁC PHƯƠNG PHÁP
KHỞI ĐỘNG ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ
Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ
Khi cho dòng điện xoay chiều ba pha vào cuộn dây stator. Trong lõi sắt stato của máy điện không đồng sinh một từ trường quay với tốc độ đồng bộ n1 = 60f1/p, trong đó f1 là tần số dòng điện lưới đưa vào, p là số đôi cực của máy, thì từ trường này quét qua dây quấn nhiều pha tự ngắn mạch đặt trên lõi sắt rotor và cảm ứng trong dây quấn đó suất điện động e2 và vì dây quấn rotor được nối ngắn mạch do đó e2 sẽ sinh ra dòng điện i2. Chiều suất điện động và chiều dòng điện được xác định theo quy tắc bàn tay phải. Từ thông do dòng điện i2 sinh ra hợp với từ thông của stator tạo thành từ thông tổng (o ở khe hở không khí. Dòng điện i2 trong dây quấn rotor tác dụng với từ thông tổng (o sinh ra lực điện từ trên dây quấn rotor và mômen quay làm cho rotor quay với tốc độ n. Tốc độ rotor n luôn khác với tốc độ đồng bộ n1 hay có sự chuyển động tương đối giữa stato và rotor. Do đó gọi là động cơ không đồng bộ.
Để chỉ phạm vi tốc độ của máy, thường người ta dùng hệ số trượt s.
(1.1)
Các phương trình cơ bản của động cơ không đồng bộ
- Máy điện không đồng bộ làm việc khi rotor đứng yên
(1.2)
- Máy điện không đồng bộ làm khi rotor quay
(1.3)
Trong đó:
: Điện áp đặt vào stato động cơ.
, : Dòng điện và suất điện động của stato.
, : Dòng điện và suất điện động của rotor đã qui đổi về stator.
: Dòng điện từ hóa của động cơ
Z1, x1, r1 : Tổng trở, điện trở và điện kháng tản của dây quấn stator.
Z’2, x’2, r’2 : Tổng trở, điện trở và điện kháng tản của dây quấn rotor đã qui đổi vể stato.
s : Hệ số trượt của động cơ
- Mômem điện từ của máy điện không đồng bộ
(1.4)
Trong đó:
C1 = và
f1, p : Tần số của lưới điện và số đôi cực của động cơ.
Hình 1:Đường biểu diễn mômen điện từ và dòng điện theo hệ số trượt
Quá trình mở máy của động cơ điện không đồng bộ
Trong quá trình mở máy động cơ điện, mômen mở máy là đặc tính chủ yếu nhất trong những đặc tính mở máy của động cơ điện. Muốn cho máy quay được thì mômen mở máy của động cơ điện phải lớn hơn mômen tải tính và mômen ma sát tĩnh. Trong quá trình tăng tốc, phương trình cân bằng động về mômen:
(1.5)
Trong đó:
M, Mc và Mj là mômem điện từ của động cơ, mômen cản và mômen quán tính.
J = là hằng số quán tính.
g = 9,81 m/s2 là gia tốc trọng trường.
G và D là trọng lượng và đường kính rotor.
( là tốc độ góc của rotor.
Khi đã biết đặc tính cơ của động cơ điện M = f1(n) và của tải MC = f2(n) thì từ công thức (1.5) ta tìm được quan hệ giữa tốc độ và thời gian n = f(t) trong quá trình mở máy.
Để quá trình mở máy đảm bảo tăng tốc thuận lợi ta phải giữ hay M > MC. Như vậy M – MC càng lớn thì tốc tăng càng nhanh.
Khi bắt đầu mở máy thì rotor đang đứng yên, hệ số s = 1 nên trị số dòng mở máy có thể tính được tính theo mạch điện thay thế:
(1.6)
Do khi mở máy mạch từ tản bão hòa rất nhanh, điện kháng giảm xuống nên dòng điện mở máy còn lớn hơn so với trị số tính theo công thức (1.6). Ở điện áp định mức, thường dòng điện mở máy bằng 4 (7 lần dòng điện định mức. Dòng điện quá lớn không những làm cho bản thân máy bị nóng mà còn làm cho điện áp lưới giảm sút nhiều, nhất là với những lưới điện công suất nhỏ.
Các phương pháp mở máy động cơ không đồng bộ
Theo yêu cầu của sảm xuất, động cơ điện không đồng bộ lúc làm việc thường phải mở máy và ngừng máy nhiều lần. Tùy theo tính chất của tải và tình hình của lưới điện mà yêu cầu về mở máy đối với động cơ điện cũng khác nhau. Có khi yêu cầu mômen mở máy lớn, có khi cần hạn chế dòng điện mở máy và có khi cần cả hai. Những yêu cầu trên đòi hỏi động cơ điện phải có tính năng mở máy thích ứng.
Trong nhiều trường hợp, do phương pháp mở máy hay do chọn động cơ điện có tính năg mở máy không thích đáng nên thường hỏng máy.Ví dụ như động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc công suất lớn nếu ta mở máy trực tiếp sẽ làm nứt rotor. Dẫn đến khởi động không tải thì được nhưng khi đóng tải vào thì máy lại không chạy.
Nói chung khi mở máy một động cơ cần xét đến những yêu cầu cơ bản sau:
Phải có mômen mở máy đủ lớn để thích ứng với đặc tính cơ bản của tải.
Dòng điện mở máy càng nhỏ càng tốt.
Phương pháp mở máy và thiết bị cần dùng đơn giản, rẻ tiền, chắc chắn.
Tổn hao công suất trong quá trình mở máy càng thấp càng tốt.
Những yêu cầ trên thường mâu thuẫn với nhau như khi đòi hỏi mômen mở máy lớn thì dòng điện mở máy cũng lớn hoặc thiết bị mở máy đắt tiền. Vì vậy phải căn cứ vào điều kiện làm việc cụ thể mà chọn phương pháp mở máy thích hợp.
Mở máy trực tiếp động cơ điện rotor lồng sóc
Đây là phương pháp mở máy đơn giản nhất, chỉ việc đóng trực tiếp động cơ điện vào lưới điện là được.
Ưu điểm:
Đây là phương pháp đơn giản.
Nếu nguồn điện tương đối lớn thì có thể dùng phương pháp này để mở máy vì mở máy nhanh và đơn giản.
Nhược điểm:
Dòng điện mở máy tương đối lớn.
Nếu quán tính của tải tương đối lớn, thời gian mở máy quá dài thì có thể làm cho máy nóng và ảnh hưởng đến điện áp của lưới .
Hạ điện áp mở máy
Mục đích của phương pháp này là giảm dòng điện mở máy nhưng đồng thời mômen mở máy cũng giảm xuống. Do đó đối với những tải yêu cầu có mômen mở máy lớn thì phương pháp này không dùng được. Tuy vậy, đối với những thiết bị yêu cầu mômen mở máy nhỏ thì phương pháp này rất thích hợp. Ví dụ: tải quạt gió,bơm,..
Hình 3: Đường đặc tính M = f(s) ở các mức điện áp khác nhau
Nối điện kháng nối tiếp vào mạch điện stato
Sơ đồ nối dây như hình 4. Khi mở máy trong mạch điện stato đặt nối tiếp một điện kháng. Sau khi mở máy xong bằng cách đóng tiếp điểm K1 của công tắc tơ thì điện kháng này bị nối ngắn mạch. Điều chỉnh trị số của điện kháng thì có thể có được dòng điện mở máy cần thiết.
Do có điện áp giáng trên điện kháng nên diện áp mở máy trên đầu cực động cơ U’K sẽ nhỏ hơn điện áp lưới. Gọi dòng điện mở máy và mômen khi mở máy trực tiếp là IK và MK. Nếu cho rằng khi hạ điện áp mở máy, tham số của máy điện vẫn giữ không đổi thì sau khi thêm điện kháng vào:
Dòng điện mở máy còn lại là : I’K = k.IK
Điện áp đầu cực động cơ điện là : U’K = k.UK
Mômen mở máy là : M’K = k2.MK
Trong đó: k < 1.
Ưu điểm:
Thiết bị khởi động đơn giản
Dòng điện mở máy có thể điều chỉnh được cho phù hợp với yêu cầu
Phương pháp này được dùng cho động cơ công suất hạ áp và cao áp.
Nhược điểm:
Khi giảm dòng điện khởi động xuống thì mômen mở máy giảm đi bình phương lần.
Dùng biến áp tự ngẫu hạ điện áp mở máy
Sơ đồ nối dây như hình 5. Bên cao áp nối với lưới điện, bên hạ áp nối với động cơ điện. Sau khi mở máy xong thì cắt máy biến áp tự ngẫu (bằng cách đóng tiếp điểm K2 vào và mở K1 ra)
Gọi tỷ số biến đổi điện áp của biến áp tự ngẫu là kT (kT < 1) thì:
Điện áp đầu cực động cơ : U’k = kT.U1
Dòng điện mở máy : I’K = kT.IK
Mômen mở máy : M’K = .MK
Nếu gọi dòng điện lấy từ lưới vào là I1 (dòng điện bên sơ cấp máy biến áp tự ngẫu) thì dòng điện I1 = kT.I’K = .IK
Như vậy ta thấy dòng điện mở máy lấy từ lưới giảm hơn lần.
Ưu điểm:
Dòng điện mở máy có thể điều chỉnh được cho phù hợp với yêu cầu.
Với dòng điện mở máy bằng dòng điện mở máy của phương pháp dùng cuộn kháng thì ta có mômen máy lớn hơn.
Phương pháp này dùng được cho cả động cơ hạ áp,cao áp.
Nhược điểm;
Mômen mở máy giảm
Phải đầu tư thêm một máy biến áp tự ngẫu
Mở máy bằng phương pháp đổi nối Y - (
Phương pháp mở máy Y - ( thích ứng với những máy khi làm việc bình thường đấu tam giác. Khi mở máy ta đổi thành Y, như vậy điện áp đưa vào hai đầu mỗi pha chỉ có U1/. Sau khi đã chạy rồi, đổi lại thành cách đấu (. Sơ đồ cách đấu dây như hình 6. Khi mở máy thì đóng ATM, tiếp điểm KY đóng, còn tiếp điểm K( mở, như vậy máy đấu Y. Khi máy đã chạy rồi thì đóng tiếp điểm K(, máy đấu (
Theo phương pháp Y - ( thì khi dây quấn đấu Y thì ta có:
Điện áp pha trên dây quấn là : Ukf =
Dòng điện pha khi mở máy là :
Mômen khi mở máy là :
Khi mở máy trực tiếp máy đấu ( khi ấy
Điện áp pha trên dây quấn là : Ukf = U1
Dòng điện pha khi mở máy là :
Như vậy khi mở máy đấu Y thì:
Dòng điện pha khi mở máy là : I1 =
Mômen khi mở máy là:
Trường hợp này tương tự như dùng một máy biến áp tự ngẫu mở máy mà tỷ số biến đổi điện áp kT = .
Ưu điểm:
Phương pháp này đơn giản, được áp dụng rộng rãi với những động cơ điện khi làm việc đấu tam giác.
Phương pháp này dùng cho động cơ hạ áp.
Nhược điểm:
Không dùng cho động cơ Y/( = 220/380.
Không điều chỉnh được dòng điện khởi động theo yêu cầu.
Mở máy dùng bộ khởi động mềm (bộ điều áp xoay chiều)
Hình 7: Mở máy hạ điện áp bằng bộ điều áp xoay chiều
Dùng ba cặp thyristor đấu song song ngược như hình 7. Ứng với các góc mở ( khác nhau của các cặp thyristor, điện áp trung bình đặt vào động cơ giảm nhỏ khác nhau
Ưu điểm:
Mở máy động cơ dễ dàng bằng cách điều khiển góc mở ( lớn để hạn chế dòng điện mở máy.
Áp dụng cho tất cả các loại động cơ ở các cấp điện áp khác nhau.
Nhược điểm:
Bộ khởi động dùng thêm ba cặp thyristor cho nên giá thành tăng.
Mở máy dùng biến tần
Ưu điểm:
Phương pháp mở máy dùng biến tần có thể giảm dòng khởi động mà mômen khởi động lớn.
Điện áp ra hình sin, hiệu suất cao
Nhược điểm:
Sử dụng nhiều thyristor khiến mạch điều khiển phức tạp và đắt.
Mở máy bằng cách thêm điện trở phụ vào rotor
Phương pháp này chỉ thích hợp với những động cơ điện rotor dây quấn vì đặc trưng của loại động cơ điện này là có thể thêm điện trở vào cuộn dây rotor. Khi điện trở rotor thay đổi thì ta có đường đặc tính M = f(s) như hình 8. Khi điều chỉnh điện trở mạch điện rotor thích đáng thì sẽ được trạng thái mở máy lý tưởng (đường 4). Sau khi máy đã quay để duy trì một mômen điện từ nhất định trong quá trình mở máy ta cắt dần điện trở thêm vào rotor làm cho quá trình tăng tốc của động cơ điện thay đổi từ đường 4 sang đường 1 và sau khi cắt toàn bộ điện trở thì sẽ theo đường 1 tăng tốc đến điểm làm việc.
Ưu điểm:
Dùng cho động cơ rotor dây quấn có thể đạt được mômen mở máy lớn.
Dòng điện mở máy nhỏ nên những nơi nào mở máy khó khăn thì dùng động cơ điện loại này.
Nhược điểm:
Rotor dây quấn là rotor chế tạo phức tạp hơn rotor lồng sóc nên đắt hơn. Bảo quản khó hơn, hiệu suất thấp của máy thấp hơn.
Phương pháp này chỉ áp dụng được cho động cơ không đồng bộ rotor dây quấn.
Bảo quản khó hơn, hiệu suất thấp hơn.
Tổn thất công suất trên điện trở phụ lắp vào rotor.
Chương 2
BỘ ĐIỀU ÁP XOAY CHIỀU
Bộ điều chỉnh điện áp xoay chiều gọi tắt là điều áp xoay chiều thực hiện biến đổi điện áp xoay chiều về độ lớn và dạng sóng nhưng tần số không thay đổi. Điều áp xoay chiều thường được ứng dụng trong điều khiển chiếu sáng và đốt nóng, trong khởi động mềm và điều chỉnh tốc độ quạt gió hoặc máy bơm...
Bộ điều áp xoay chiều một pha
Các sơ đồ
Hình 9: Sơ đồ điều áp xoay chiều một pha bằng van bán dẫn
1) Hai Thyristor mắc song song ngược. 2) Triac
3) Hai Thyristor và hai Diode. 4) Bốn Diode và một Thyristor
Sơ đồ hai Thyristor song song ngược
Có thể điều khiển được với mọi công suất tải. Hiện nay Thyristor được chế tạo có dòng điện đến 700A thì việc điều khiển xoay chiều đến hàng chục nghìn ampe hoàn toàn đáp ứng được.
Việc điều khiển hai Thyristor song song ngược đôi khi có chất lượng điều khiển không tốt lắm, đặc biệt là khi cần điều khiển đối xứng điện áp (chẳng hạn như biến áp hay động cơ xoay chiều). Khả năng mất đối xứng điện áp khi điều khiển là do mạch điều khiển Thyristor gây nên sai số (góc mở ở chu kỳ điện áp dương và âm khác nhau). Tuy vậy đối với dòng điện tải lớn thì đây là sơ đồ tối ưu hơn cả cho việc lựa chọn.
Sơ đồ dùng Triac
Khắc phục được nhược điểm mất đối xứng điện áp của sơ đồ hai Thyristor mắc song song ngược.
Sơ đồ này có ưu điểm là khi lắp ráp và điện áp ra gần như mong muốn. Sơ đồ này thường hay dùng trong công nghiệp. Tuy nhiên Triac hiện nay được chế tạo với dòng điện không lớn (I < 400A), nên với những dòng điện tải lớn cần phải ghép song song các Triac. Những tải trên 400A thì sơ đồ này ít dùng.
Sơ đồ có hai Thyristor và hai Diode
Sơ đồ này có thể được dùng chỉ để nối các cực điều khiển đơn giản và khi điện áp nguồn cấp lớn (cần phân bổ điện áp trên các van như việc mắc nối tiếp các van).
Sơ đồ bốn Diode và một Thyristor
Sơ đồ này trước đây thường được dùng khi cần điều khiển đối xứng điện áp trên tải, vì ở đây chỉ có một Thyristor, một mạch điều khiển nên việc điều khiển đối xứng điện áp dễ dàng hơn. Tuy nhiên, việc điều khiển theo sơ đồ này dẫn đến tổn hao trên van bán dẫn lớn làm cho hệ thống làm mát khó khăn hơn.
Sơ đồ dùng một Thyristor và một Diode
Khi tải không có nhu cầu cao về điều khiển đối xứng nhất là khi điều khiển các điện trở lò sấy hay đèn sợi đốt người ta có thế sử dụng sơ đồ này để điều khiển. Tuy nhiên nếu công suất tải lớn sẽ gây mất đối xứng nguồn cấp làm xấu chất lượng nguồn.
Điều áp xoay chiều một pha tải thuần trở
Hình 10: Dạng đường cong điện áp.
Tại các thời điểm t1, t2 có xung điều khiển T1 và T2, các Thyristor này sẽ dẫn. Nếu bỏ qua sự sụt áp trên các van bán dẫn thì đồ thị dạng điện áp tải có dạng như hình vẽ. Dòng điện tải đồng dạng với điện áp tải.
Giá trị hiệu dụng của điện áp tải:
(2.1)
Giá trị hiệu dụng dòng điện tải:
(2.2)
Trong đó:
( = (t u1 : giá trị tức thời của điện áp lưới.
Ud, Id : giá trị hiệu dụng của điện áp và dòng điện tải.
R : Giá trị điện trở của tải.
( : góc mở của Thyristor.
Điều áp xoay chiều một pha khi tải mang tính trở cảm
Khi tải mang tính trở cảm thì dạng dòng điện và điện áp trên tải sẽ khác nhau.
Gọi góc lệch pha của tải
a) Khi ( > ( thì dòng điện tải sẽ bị gián đoạn
Hình 11: Sơ đồ đường cong điện áp khi tải
là tải điện cảm, với góc mở ( > (.
- Giá trị hiệu dụng của điện áp tải là:
(2.3)
- Nghiệm dòng điện i có biểu thức:
i = icb + itd = (2.4)
Trong đó:
Z =
b) Khi ( < (
Hình 12: Sơ đồ đường cong điện áp khi tải là tải điện cảm, với góc mở ( < (
a) khi xung mở hẹp. b) khi xung mở đủ rộng
Nếu xung mồi hẹp và nhọn.Thyristor T1 dẫn khi nhận được xung điều khiển. Phương trình dòng điện theo công thức (2.4). Dòng điện triệt tiêu khi (t > ( + (, do đó lớn hơn ( + (. Xung điều khiển đưa tới T2 trước khi anod của T2 chuyển sang dương do đó T2 không dẫn. Việc không dẫn của T2 là do tại thời điểm mồi xung cuộn dây vẫn đang còn xả năng lượng, do đó UAk < 0.
Nếu xung mồi có độ rộng lớn thì xung điều khiển đưa tới T2 trước khi UAK > 0 nhưng xung điều khiển có độ rộng đủ lớn nên khi dòng điện T1 triệt tiêu, T2 vẫn còn xung điều khiển nên nó được dẫn khi UAK > 0.
Điện áp trên tải sẽ không thay đổi và dòng điện tải sẽ liên tục khi xung điều khiển có độ rộng đủ lớn.
Nhận xét:
Khả năng điều chỉnh điện áp chỉ có thể xảy ra khi góc mở Thyristor nằm trong khoảng ( ( ( ( (.
Bộ điều áp xoay chiều ba pha
Các sơ đồ
Mạch điều áp xoay chiều ba pha hiện nay trong thực tế thường gặp có 3 sơ đồ sau:
Hình 13: Sơ đồ điều áp xoay chiều ba pha bằng cặp Thyristor mắc song song ngược
1) Tải đấu sao có trung tính. 2) Tải không có dây trung tính
Hình 14: Sơ đồ điều áp xoay chiều ba pha bằng Triac.
Tải đấu sao có trung tính
Ưu điểm: Sơ đồ giống hệt ba mạch điều áp một pha điều khiển dịch pha theo điện áp lưới. Do đó điện áp trên các van bán dẫn nhỏ hơn, vì điện áp đặt vào van bán dẫn là điện áp pha.
Nhược điểm: Sơ đồ này là trên dây trung tính có tồn tại dòng điện điều hòa bậc cao, khi góc mở các van khác 0 có dòng tải gián đoạn và loại sơ đồ nối này chỉ thích hợp với tải ba pha có bốn đầu dây ra.
Tải không có dây trung tính
Dòng điện chạy giữa các pha với nhau, nên đồng thời cấp xung điều khiển cho hai Thyristor của hai pha một lúc. Việc cấp xung điều khiển như thế đôi khi gặp khó khăn trong mạch điều khiển và việc đổi thứ tự pha nguồn lưới có thể làm ảnh hưởng tới hoạt động của sơ đồ. Để đảm bảo lượng sóng hài tối thiểu, các góc mở của Thyristor phải bằng nhau, do đó mỗi van được mở cách nhau 60(
Với những tải có công suất trung bình các sơ đồ điều áp ba pha bằng các cặp Thyristor được thay bằng các sơ đồ Triac.
Trong thực tế thường gặp sơ đồ điều áp ba pha tạo nên từ ba nhóm, mỗi nhóm gồm hai Thyristor nối song song ngược và tải nối sao không dây trung tính.
Muốn đảo chiều động cơ không đồng bộ cần phải đổi thứ tự pha. Sơ đồ điều khiển có đảo chiều quay của động cơ không đồng bộ như hình 15. Khi chiều quay thuận cấp xung điều khiển cho T1, T2, T7, T8, T9, T10. Các pha lưới A1, B1, C1 được nối tương ứng với các cuộn A, B, C của động cơ. Khi ở chiều quay ngược ta cấp xung điều khiển cho T3, T4, T5, T6, T9, T10. Các pha lưới A1, B1, C1 được nối tương ứng với các cuộn B, A, C của động cơ.
Hình 15: Sơ đồ điều áp ba pha có đổi thứ tự pha
Bộ điều áp xoay chiều ba pha bằng cặp Thyristor mắc song song ngược, tải đấu sao không có dây trung tính.
Nguyên tắc xây dựng đường cong điện áp trên tải
- Khi cả ba Thyristor của ba pha đều dẫn điện thì điện áp trên tải sẽ trùng với điện áp pha của lưới ( UfT = Ua, UfT = Ub, UfT = Ub ).
- Khi chỉ có hai Thyristor dẫn điện thì điện áp trên tải sẽ bằng một nửa điện áp dây của hai pha mà có hai Thyristor dẫn điện ( UfT = Udây ).
- Trên pha đang xét không có van dẫn thì UfT = 0.
Khi tải mang tính thuần trở
Hình 16: Sơ đồ dạng đường cong điện áp, khi tải thuần trở
và với các giá trị góc mở của pha A là ( = 30(, 60(, 120(.
Giá trị hiệu dụng của điện áp trên tải:
Trong đó:
ua : Giá trị tức thời của điện áp pha.
uab, uac : Giá trị tức thời của điện áp dây.
Thay các giá trị ua, uab, uac ta tính được giá trị hiệu dụng của điện áp pha:
, 0 < ( < 60(
, 60( < ( < 90(
, 90( < ( < 150(
Khi tải là tải điện cảm
Hình 17: Sơ đồ đường cong điện áp, khi tải mang tính trở kháng
và các góc mở của p