CHƯƠNG 4: BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU - XOAY CHIỀU

(Bộ biến đổi điện áp pha)

MỤC TIÊU CHƯƠNG

Hiểu sự vận hành và các đặc tính của một bộ biến đổi điện áp xoay chiều: nắm

vững các dạng sơ đồ biến đổi điện áp xoay chiều và ứng dụng của BBĐ điện áp

xoay chiều – xoay chiều trong thực tế.

4.1. KHÁI NIỆM CHUNG

Trong kỹ thuật điện có nhiều trường hợp cần phải biến đổi một điện áp xoay

chiều giá trị không đổi thành điện áp xoay chiều có giá trị điều chỉnh được. Để biến

đổi một điện áp xoay chiều thành điện áp xoay chiều cùng tần số nhưng có giá trị

khác thì phổ biến nhất là dùng máy biến áp. Máy biến áp có ưu điểm là kết cấu gọn,

làm việc tin cậy, độ bền cao và nếu điện nguồn có dạng hình sin thì điện áp ra cũng

có dạng hình sin. Tuy vậy máy biến áp cũng có nhược điểm là khó thực hiện thay

đổi trơn điện áp ra, nhất là trong trường hợp công suất trung bình và lớn, điều này

cũng hạn chế khả năng sử dụng máy biến áp trong một số trường hợp. Khi yêu cầu

điều chỉnh trơn điện áp ra trong phạm vi rộng, đặc biệt là khi công suất trung bình

và lớn thì người ta sử dụng một BBĐ khác được gọi là BBĐ xoay chiều-xoay chiều

hay BBĐ điện áp pha.

BBD xoay chiều-xoay chiều là thiết bị biến đổi điện năng sử dụng các dụng

cụ bán dẫn có điều khiển. Nguyên tắc hoạt động của BBĐ là sử dụng tính chất có

điều khiển của các dụng cụ bán dẫn để cắt đi một phần trong mỗi nửa chu kỳ của

điện áp nguồn xoay chiều hình sin làm cho điện áp ra có giá trị hiệu dụng nhỏ hơn

điện áp nguồn. BBĐ này có ưu điểm là kết cấu cũng gọn nhẹ, hiệu suất cao, làm

việc tin cậy, có khả năng điều chỉnh trơn điện áp ra trong phạm vi rộng với mọi cấp

công suất. Nhưng BBĐ này cũng có một số nhược điểm là độ tin cậy không bằng

máy biến áp, thiết bị điều khiển tương đối phức tạp, bị hạn chế về công suất do khả

năng chịu dòng và áp của các dụng cụ bán dẫn bị giới hạn, và đặc biệt là khi điện áp

nguồn hình sin thì điện áp ra không còn dạng hình sin nữa. 158

Các BBĐ xoay chiều - xoay chiều được ứng dụng trong một số trường hợp như

sau:

- Để điều khiển tốc độ của các động cơ xoay chiều không đồng bộ công suất nhỏ

bằng phương pháp thay đổi điện áp nguồn cung cấp cho mạch stato của động cơ.

- Khởi động các động cơ xoay chiều không đồng bộ rô to lồng xóc công suất

trung bình và lớn.

- Cung cấp cho cuộn sơ cấp của máy biến áp tăng áp khi có yêu cầu điều chỉnh

trơn điện áp ra, ví dụ máy biến áp cung cấp cho bộ nắn điện cao áp cấp cho lò tần số

dùng đèn phát điện tử loại 3 cực.

4.2. BỘ BIẾN ĐỔI XOAY CHIỀU-XOAY CHIỀU MỘT PHA

4.2.1. Các sơ đồ BBĐ điện áp xoay chiều thành điện áp xoay chiều một pha

Hình 4.1: Các sơ đồ (phần lực) BBĐ xoay chiều – xoay chiều một pha

Trên các hình 4.1 là các sơ đồ mạch động lực BBĐ điện áp pha một pha.

Hình 3.1a là sơ đồ dùng 2 thyristor mắc song song ngược . Hình 4.1b là sơ đồ dùng

2 điôt và 2 thyristor với mục đích là để cho katôt 2 thyristor nối chung. Hình 4.1c là

e D Ztutung

it

T

d ung ut

it

c ung Ztut

it

b D2 D1

T2

ut

ung

it

T1

a T2 Ztutung

it

T1

D4

T

D2

TD1 D3

159

sơ đồ dùng triac, triac là dụng cụ bán dẫn cho dòng điện qua cả hai chiều nhưng

điều khiển được, về phần động lực thì nó tương đương như 2 thyristor mắc song

song ngược nhưng chỉ có một điện cực điều khiển nên kết cấu gọn hơn dùng 2

thyristor mắc song song ngược cả về mạch lực cũng như mạch tạo tín hiệu điều

khiển. Hình 4.1e là sơ đồ BBĐ xoay chiều-xoay chiều 1 pha không đối xứng, trong

sơ đồ này ta sử dụng một điôt và một thyristor nên khi sơ đồ làm việc trong đường

cong điện áp trên tải có thành phần một chiều, vì vậy sơ đồ này chỉ sử dụng để cung

cấp cho loại phụ tải sử dụng được cả điện áp một chiều và điện áp xoay chiều ví dụ

như là dây điện trở của lò điện trở.

Hình 4.2

Để hiểu rõ nguyên lý làm việc của BBĐ ta xét nguyên lý hoạt động của một

sơ đồ (ví dụ: sơ đồ hình 4.1a) trong trường hợp đơn giản nhất là khi tải thuần trở.

d

c

b

a 2

t

ung

321

uđkT2

2

2

uđkT1

0

0

0

0

2

ut it

t

t

t

160

Giả thiết điện áp nguồn như đồ thị hình 4.2a, đồ thị tín hiệu điều khiển của T1 và T2

như hình 4.2b và hình 4.2c.

Ta có : Từ t = 0 đến t < 1 = thì ung > 0 và đặt điện áp thuận lên T1 và đặt

điện áp ngược lên T2, do vậy van T2 phải khoá nhưng T1 còn chưa mở vì chưa có tín

hiệu điều khiển. Như vậy trong khoảng này dòng qua tải bằng không nên điện áp

trên tải cũng bằng không (ut = Rt.it , trong đó Rt là điện trở phụ tải), điện áp trên các

van: uT1 = ung và uT2 = -ung . Tại t = 1 = xuất hiện xung điều khiển trên điện cực

điều khiển của T1, do vậy T1 có đủ 2 điều kiện để mở nên T1 mở. Van T1 mở, dẫn

đến sụt áp trên nó giảm về bằng không,ta có ut = ung và xuất hiện dòng qua tải it =

ut/Rt = ung/Rt , lúc này uT1 = uT2 = 0.

Đến t = thì ung = 0 và bắt đầu chuyển sang âm, dòng qua T1 và tải cũng bằng

không và có xu hướng đổi chiều nên T1 sẽ khoá lại (do van không cho dòng đi theo

chiều ngược). Lúc này T2 cũng chưa mở nên dòng tải lại bằng không và điện áp

trên tải cũng bằng không.

Tại t = 2 = + xuất hiện tín hiệu điều khiển trên điện cực điều khiển của T2

và van T2 sẽ mở do đang có điện áp thuận, điện áp trên T2 giảm về bằng không nên

ut = ung , lại có dòng tải it = ut/Rt = ung/Rt .

Đến t = 2 thì ung = 0 và bắt đầu chuyển sang dương, nó sẽ tác động ngược

chiều dòng qua T2. Lúc đó it cũng bằng không và có xu hướng đổi chiều nhưng T2

không cho dòng đi theo chiều ngược lại nên T2 khoá lại mà T1 còn chưa mở vì chưa

có tín hiệu điều khiển nên dòng tải lại bằng không và ut = Rt.it = 0.

Đến t=2=2+ thì van T1 lại có tín hiệu điều khiển, T1 lại mở và sự làm việc

của sơ đồ diễn ra giống như chu kỳ vừa xét.

Đồ thị điện áp nguồn ung ; điện áp điều khiển các van uđkT1, uđkT2 ; điện áp và dòng

trên tải ut , it được biểu diễn trên các đồ thị hình 4.1. Điện áp trên phụ tải là điện áp

xoay chiều không hình sin có giá trị hiệu dụng nhỏ hơn điện áp nguồn và giá trị hiệu

dụng điện áp trên tải sẽ càng nhỏ khi góc càng tăng. Sóng hài bậc nhất điện áp tải

có tần số bằng tần số nguồn cung cấp .

Góc trong BBĐ này được gọi là góc điều chỉnh hay điều khiển.

161

4.2.2. Dòng điện và điện áp trên tải của BBĐ xoay chiều-xoay chiều một pha

4.2.2.1. Biểu thức dòng tải tổng quát

Để nghiên cứu dòng và áp trên tải ta sửdụng sơ đồ dùng 2 thyristor mắc

song song ngược như hình 4.1a. Do tính đối xứng của sơ đồ nên ta chỉ cần xét

trong thời gian một nửa chu kỳ và suy ra nửa chu kỳ kia. Ta giả thiết cho sơ đồ

làm việc với một góc điều chỉnh , chọn mốc thời gian xét t = 0 là thời điểm

truyền xung điều khiển đến mở một van của sơ đồ , ví dụ là mở T 1. Lúc đó do T1

mở nên uT1=0 và ta có phương trình vi phân:

Để giải phương trình vi phân (4.1) ta đặt:

Trong đó i* là giá trị tương đối dòng phụ tải ; Im là giá trị cực đại dòng tải khi

Lt=0, nó được chọn làm đại lượng cơ bản ; là hằng số thời gian mạch tải. Thế (4.2)

vào (4.1) ta được phương trình:

Từ nguyên lý sơ bộ của BBĐ đã nêu trong mục trước ta có nhận xét rằng:

Nếu dòng qua tải là liên tục thì hai van trong sơ đồ phải luân phiên thay nhau làm

việc, lúc đó nếu ta bỏ qua sụt áp rất nhỏ trên thyristor dẫn dòng thì điện áp giữa 2

điểm A và B trên sơ đồ hình 4.3 luôn luôn bằng không (vì luôn có một trong hai van

dẫn dòng), do vậy điện áp trên tải luôn luôn bằng điện áp nguồn . Muốn có điện áp

trên tải khác điện áp nguồn thì phải cắt đi một phần trong mỗi nửa chu kỳ điện áp

nguồn, điều này có nghĩa là dòng qua tải phải gián đoạn. Như vậy loại trừ trường

hợp điện áp ra trùng với điện áp nguồn thì chế độ làm việc của BBĐ điện áp pha là

chế độ dòng gián đoạn, tức là tại thời điểm bắt đầu mở van thì dòng qua tải đang

bằng không. Giải phương trình (4.3) với điều kiện đầu i*0=i*

|( t=0)=0 ta được:

Ta đặt = arctg là góc lệch pha của sóng hài bậc nhất dòng và áp trên tải.

Chuyển về đơn vị tuyệt đối ta có:

162

Đây là biểu thức tổng quát dòng qua phụ tải của BBĐ điện áp xoay chiều-

xoay chiều một pha. Sau đây ta sẽ tìm biểu thức dòng tải trong một số trường hợp

đặc biệt.

Hình 4.3: Đồ thị áp và dòng trên tải của BBĐ xoay chiều – xoay chiều một pha

a) Khi tải thuần trở; b)khi tải trở cảm; c) khi tải thuần cảm

c

>/2 2

t2 2'1

1'

b>

2t

2'

2

1

1'

a>0 2

t

ut it

ut it

ut itut(nét đậm) it(nét

mảnh)

21

163

4.2.2.2. Dòng qua tải khi tải thuần trở

Khi phụ tải thuần trở hoặc khi R t>>Lt thì 0 và 0, do vậy biểu thức

dòng tải có dạng đơn giản như sau:

4.3.4.2. Dòng qua tải khi tải thuần cảm

Trong trường hợp phụ tải thuần cảm R t = 0 hoặc khi Rt<<Lt, lúc đó ta có

/2 và và do vậy e-t/1 . Từ đó ta tìm được biểu thức dòng tải của trường

hợp này là:

Ta có đồ thị ut và it trong 3 trường hợp phụ tải là thuần trở (a), điện trở điện cảm

(b) và khi phụ tải thuần cảm (c) được biểu diễn trên các đồ thị hình 4.4. Nếu gọi

khoảng thời gian dẫn dòng của một van trong một chu kỳ điện áp nguồn qui ra góc

độ điện là góc dẫn của van và ký hiệu là thì được biểu diễn như trên đồ thị . Khi

tải thuần trở =-, khi tải thuần cảm thì =2(-), còn trường hợp tải điện trở-

điện cảm (Rt-Lt) thì góc nằm trong khoảng giới hạn bởi hai trường hợp đặc biệt

trên.

**Nhận xét:

- Khi phụ tải của BBĐ có tính chất điện trở-điện cảm (R t-Lt) thì tại thời điểm

bằng không và bắt đầu đổi dấu của điện áp nguồn ung thì van làm việc ở giai đoạn

trước chưa khoá lại mà vẫn tiếp tục dẫn dòng nhờ s.đ.đ. tự cảm trong điện cảm phụ

tải Lt, do vậy mà góc dẫn của van trong trường hợp này lớn hơn khi tải thuần trở

nếu cùng làm việc với một góc điều khiển như nhau. Nếu ta ký hiệu khoảng

thời gian kéo dài sự dẫn dòng của van do s.đ.đ. tự cảm sinh ra trong Lt qui ra góc độ

điện là, thì góc được xác định như trên đồ thị. Do đặc điểm này mà khi đặc tính tải

của BBĐ thay đổi thì giá trị hiệu dụng của điện áp ra cũng thay đổi theo mặc dù ta

vẫn giữ nguyên giá trị góc điều khiển .

- Góc sẽ tăng dần khi giảm góc điều khiển và khi thì đạt giá trị cực đại

và bằng . Khi = thì góc dẫn của van = max = , có nghĩa rằng mỗi van sẽ

dẫn dòng một nửa chu kỳ trong một chu kỳ điện áp nguồn và như đã nêu thì trong

164

trường hợp này điện áp ra trên tải luôn luôn bằng điện áp nguồn. Nếu độ dài của

xung điều khiển đủ lớn () thì khi phát tín hiệu điều khiển mở van với các góc

điều khiển nằm trong khoảng: 0 thì góc dẫn của mỗi van vẫn là: = max = .

Điện áp và dòng điện trên tải có dạng hình sin, các van của BBĐ lúc này đóng vai

trò như một công tắc không tiếp điểm mà không còn tác dụng điều chỉnh điện áp

trên tải. Vậy với BBĐ này thì khi 0 ta không điều chỉnh được điện áp ra trên

tải. Để điều khiển được điện áp trên tải thì góc điều khiển của BBĐ phải thoả mãn

điều kiện: 1800 > > .

4.3.4.2. Điện áp trên phụ tải BBĐ xoay chiều-xoay chiều

Giá trị tức thời của điện áp trên tải được xác định như sau: khi có một van nào

đó trong hai van dẫn dòng thì ut =ung , khi cả hai van đều khoá thì u t=0. Vậy trong

thời gian một chu kỳ nguồn cung cấp (bắt đầu tính từ lúc mở T1) ta có:

-Từ t = 0 t = : T1 mở nên ut = ung.

-Từ t = t = : T1 và T2 đều khoá nên ut = 0.

-Từ t = t = + : T2 mở nên ut = ung.

-Từ t = + t = 2: T1 và T2 đều khoá nên ut = 0.

*Giá trị hiệu dụng của điện áp trên tải, ký hiệu là U t, được xác định theo

biểu thức:

Trong đó Um là biên độ điện áp

nguồn cung cấp cho BBĐ. Tuỳ thuộc

vào đặc tính cũng như giá trị phụ tải

và giá trị ta sẽ xác định được giá

trị góc và thay vào (4.8)

ta sẽ tìm được giá trị hiệu dụng điện áp

trên tải. Giá trị tương đối Ut* = Ut/Ung theo

góc điều khiển biểu diễn bằng đồ

thị hình 4.4.

Đường 1 là khi tải thuần trở ; đường 2

3

21

0,000 /4 /2 3/4

0,25

0,50

0,75

1,00Ut

*

Hình 4.4: Đặc tính điều chỉnh của BBĐ

xoay chiều-xoay chiều

165

là khi tải điện trở-điện cảm có giá trị Lt và Rt sao cho arctg(Lt/Rt) = , còn đường

3 là trường hợp tải thuần cảm.

4.3.4. Tính chọn van cho BBĐ xoay chiều-xoay chiều

Việc chọn và kiểm tra các thyristor cho BBĐ xoay chiều-xoay chiều cũng tương

tự như đối với BBĐ xoay chiều-một chiều (chỉnh lưu) đã nghiên cứu trong chương

trước. Đối với các van trong BBĐ này ta có:

- Giá trị trung bình dòng qua van:

- Giá trị hiệu dụng dòng qua van:

Khi tính chọn van ta phải lấy giá trị dòng qua van ở chế độ nặng nề nhất, tức

tương ứng khi góc dẫn của van là cực đại ( = max = ) , lúc đó giá trị trung bình và

hiệu dụng cực đại của dòng các van là

Trong đó Imax là giá trị hiệu dụng cực đại của dòng tải khi quá tải cho phép với

giả thiết Ut*=1 và với một tải cụ thể đã cho.

Điện áp ngược lớn nhất trên van bằng biên độ điện áp nguồn xoay chiều :

Các điều kiện chọn và kiểm tra cũng tương tự như đã nêu trong chương một.

4.3.4. Bảo vệ BBĐ xoay chiều-xoay chiều

Hình 4.5: Bảo vệ BBĐ xoay chiều – xoay chiều

Các BBĐ xoay chiều-xoay chiều khi làm việc cũng có thể xảy ra quá dòng và áp

như các BBĐ xoay chiều-một chiều, vì vậy ta cũng phải trang bị các bảo vệ như đối

với BBĐ xoay chiều-một chiều đã xét. Trong BBĐ này để bảo vệ quá áp cho 2 van

R2

C2

T2Ztutung

A R

1

C1 Bit

T1

166

mắc song song ngược ta dùng một mạch R-C mắc song song với chúng (hình 4.6),

ngoài ra trong một số trường hợp có thể dùng thêm mạch R-C mắc song song với

nguồn cung cấp.

4.2. BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU 3 PHA

T5T4 T6( S3) T3 ( S2)

ZA ZB ZC

T1

A B C

T2 (S1)

T5T4 T6( S3) T3 ( S2)

ZA ZB ZC

T1

A B C O

T2 (S1)

a

d ZA ZB ZC

T1 T2 T3

A B C

c ZA ZB ZC

T1 T2 T3

A B C O

ZC

ZB

ZA

A1 B1 C1

A1

B1

C1b

g

T3

(S3)

ZA ZB ZC

T1

A B C

T2

(S1)T3D2 D3

(S3)T2

(S2)

ZA ZB ZC

T1

A B C O

D1

(S1)T4

e

167

Hình 4.6: Các dạng sơ đồ BBĐ xoay chiều – xoay chiều

Các BBĐ điện áp xoay chiều-xoay chiều 3 pha tuỳ thuộc vào phụ tải và dụng

cụ sử dụng mà có một số dạng khác nhau như trên các sơ đồ hình 4-7. Sơ đồ hình

4-7a và hình 4-7b là sơ đồ dùng 3 cặp tiristor mắc song song ngược có dây trung

tính và không có dây trung tính (cũng có thể nối phụ tải dạng tam giác). Hình 4-7c

và d là các sơ đồ dùng triac có và không có dây trung tính. Hình4-7e,g là một số sơ

đồ BBĐ không đối xứng, các sơ đồ này chỉ dùng để điều chỉnh điện áp cung cấp

cho các phụ tải vừa có thể dụng nguồn xoay chiều đồng thời cũng có sử dụng nguồn

cung cấp một chiều (ví dụ tải điện trở).

Nguyên lý hoạt động của sơ đồ BBĐ 3 pha xoay chiều-xoay chiều có dây

trung tính hoàn toàn giống như nguyên lý hoạt động của 3 BBĐ xoay chiều-xoay

chiều một pha làm việc độc lập với phụ tải từng pha. Còn nguyên lý hoạt động của

sơ đồ không có trung tính hoặc trường hợp phụ tải nối dạng tam giác thì có phức tạp

hơn. Trong giới hạn chương trình ta không xét chi tiết hoạt động của các sơ đồ này.

Nguyên lý hoạt động các sơ đồ trên có thể xem trong các tài liệu tham khảo.

4.3. MẠCH ĐIỀU KHIỂN BBĐ XOAY CHIỀU-XOAY CHIỀU

4.3.4. Khái niệm chung

Cũng như BBĐ xoay chiều-một chiều, trong BBĐ xoay chiều-xoay chiều ta

cũng sử dụng các van bán dẫn có điều khiển. Vì vậy để cho BBĐ có thể làm việc

theo yêu cầu thì cũng phải sử dụng mạch phát tín hiệu điều khiển cho các van. Dù là

sơ đồ dùng 2 thyristor mắc song song ngược hay sơ đồ dùng triac thì trong một chu

kỳ nguồn ta cũng phải tạo ra hai tín hiệu điều khiển lệch nhau một góc độ điện là

1800 tương tự như tín hiệu điều khiển các van trong sơ đồ chỉnh lưu hình tia 2 pha.

Do vậy về lý thuyết thì có thể sử dụng tất cả các mạch phát xung điều cho bộ chỉnh

lưu hình tia 2 pha để phát xung điều khiển cho BBĐ xoay chiều-xoay chiều một

pha,và mạch điều khiển cho sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha có thể dùng để phát xung

điều khiển cho BBĐ xoay chiều-xoay chiều 3 pha.Tuy nhiên cũng cần lưu ý:

Đối với sơ đồ chỉnh lưu thì sự đối xứng của xung điều khiển các van cũng quan

trọng nhưng không yêu cầu khắt khe lắm. Nhưng đối với BBĐ xoay chiều-xoay

chiều thì xung điều khiển các van, đặc biệt là của hai van song song ngược trong

168

cùng một pha nhất là khi phụ tải của BBĐ là thiết bị chỉ làm việc được với nguồn

cung cấp xoay chiều, ví dụ như các động cơ điện xoay chiều hoặc các máy biến

áp,..., đòi hỏi có độ đối xứng rất cao. Đó là vì khi góc điều khiển của 2 van trong

cùng một pha không hoàn toàn giống nhau thì trong đường cong điện áp trên tải sẽ

xuất hiện thành phần một chiều. Mặt khác tổng trở phụ tải đối với thành phần điện

áp một chiều là rất nhỏ do vậy thành phần dòng một chiều qua tải sẽ rất lớn. Điều

đó ảnh hưởng đến sự làm việc của phụ tải và BBĐ, tăng tổn thất phụ và khi sự

không đối xứng của tín hiệu điều khiển vượt quá một giá trị nhất định nào đó (phụ

thuộc trường hợp cụ thể) thì BBĐ sẽ không làm việc được nữa.

Như vậy ta có thể ứng dụng các sơ đồ hệ thống điều khiển BBĐxoay chiều-một

chiều để phát xung điều khiển cho BBĐ xoay chiều-xoay chiều, chỉ cần lưu ý đến

vấn đề đối xứng của xung điều khiển các van, do vậy ở đây ta sẽ không xét các

mạch điều khiển loại đó nữa. Trong một số trường hợp khi không đòi hỏi chất lượng

cao của tín hiệu điều khiển và phạm vi điều khiển không yêu cầu rộng thì ta có thể

sử dụng các mạch điều khiển đơn giản để giảm giá thành và kích thước BBĐ.

4.3.4. Các mạch phát xung điều khiển đơn giản

4.3.4.2. Mạch điều khiển dùng điôt-biến trở (D-R).

Ta xét một sơ đồ bộ biến đổi điện áp pha một pha có mạch điều khiển dùng

điôt-biến trở như hình 4.8.Trong sơ đồ này thì T1,T2 là 2 thyristor động lực, mạch

điều khiển các van của BBĐ gồm các điôt D1, D2, D3, D4, các diện trở R1,R2 và biến

trở WR.

* Nguyên lý hoạt động của sơ đồ

Từ đặc tính V-A của tiristor ta thấy rằng: Khi giữa anôt và katôt của tiristor đang

được đặt một điện áp thuận nào đó, nếu ta đặt vào điện cực điều khiển và katôt của

nó một điện áp điều khiển có giá trị từ một trị số nhất định nào đó trở lên thì tiristor

sẽ chuyển từ khoá sang mở. Giá trị điện áp điều khiển nhỏ nhất có thể làm mở

tiristor khi có một trị số điện áp thuận được gọi là điện áp điều khiển yêu cầu đối

với trị số điện áp thuận đó và ta ký hiệu là uđkTyc. Vậy khi trên van có một điện áp

thuận nào đó thì nếu có điện áp điều khiển uđk uđkTyc đối trị số điện áp thuận đó thì

van sẽ mở, còn nếu có điện áp điều khiển nhưng uđk< uđkTyc thì van không mở. Điện

169

áp thuận trên van thay đổi thì giá trị uđkTyc cũng thay đổi theo: Điện áp thuận trên

van tăng thì giá trị điện áp điều khiển yêu cầu giảm,nếu điện áp thuận trên van có

dạng nửa hình sin thì đồ thị uđkTyc có dạng như trên hình 4.9a. Để đơn giản cho việc

xét nguyên lý làm việc của sơ đồ ta tạm giả thiết là điện áp điều khiển yêu cầu

không phụ thuộc vào trị số điện áp thuận trên van (như hình 4.9b). Giả thiết như vậy

tuy không phù hợp với thực tế nhưng không ảnh hưởng đến nguyên lý làm việc của

sơ đồ nên có thể chấp nhận được trong trường hợp này. Ta chọn mốc xét t=0 là

thời điểm ung=0 và bắt đầu chuyển sang dương, giả thiết tải thuần trở. Vậy tại t=0

thì dòng tải cũng bằng không, lúc đó van T2 vừa khoá và T1 bắt đầu có điện áp

thuận, nếu T1 chưa mở thì qua D2-WR-R1-Rt (đã giả thiết Zt=Rt) sẽ có một dòng điện

do nguồn cung cấp tạo nên và dòng điện này gây nên trên R1 một sụt điện áp mà

điện áp này sẽ được đưa qua D1 đến điện cực điều khiển của T1. Vậy nếu bỏ qua sụt

áp trên D1 mở thì ta có uđkT1=uR1. Ta có:

Từ đồ thị ta thấy khi > t 0: uđkT1 < uđkTyc và T1 chưa mở, tại t= thì uđkT1=

uđkTyc, van T1 bắt đầu mở và sẽ dẫn dòng cho đến t=. Tại t= thì ung=0 và bắt

đầu đổi dấu nênT1 khoá lại ,van T2 bắt đầu được đặt điện áp thuận,nếu T2 chưa mở

thì lúc này qua tải (Rt)-D4-WR-R2 sẽ có dòng điện do nguồn cung cấp tạo nên. Sụt

điện áp trên R2 bởi dòng điện này sẽ được truyền qua D3 đến điện cực điều khiển T2

và nếu bỏ qua điện áp trên D3 mở thì :

Mặt khác do R1=R2 nên

Vì vậy mà trong khoảng +>t thì uđkT2< uđkTyc nên T2 vẫn chưa mở,cho

đến t=+ thì uđkT2= uđkTyc và T2 bắt đầu mở và dẫn dòng cho đến t=2. Trong

các chu kỳ tiếp theo sơ đồ làm việc tương tự. Cả 2 van trong sơ đồ đều mở với một

giá trị góc điều khiển là như nhau. Từ nguyên lý hoạt động đã nêu kết hợp với đồ

thị hình 4-9 ta thấy rằng có thể thay đổi góc điều khiển bằng cách thay đổi biên

độ của điện áp tính theo biểu thức: ung.R1/(R1+WR) . Để thực hiện người ta thường

thay đổi giá trị biến trở WR. Với mạch điều khiển này thì góc điều khiển tối đa

170

max=/2. Như vậy mạch điều khiển nay không dùng được cho trường hợp BBĐ

làm việc với phụ tải thuần cảm (ngay cả những trường hợp điện cảm lớn thì cũng

không nên sử dụng vì lúc đó phạm vi thay đổi của góc điều khiển rất hẹp.

4.3.4.2. Mạch điều khiển D-R-C

Trong sơ đồ này người ta thay vào vị trí 2 điện trở R1 và R2 của sơ đồ trước bằng

hai tụ C1,C2 . Nguyên lý làm việc của sơ đồ được minh hoạ trên đồ thị hình 4.11. Từ

đồ thị ta thấy rằng nhờ sử dụng các tụ mà góc điều khiển cực đại có thể đạt giá trị

tương đối lớn.

4.3.4.2. Mạch điều khiển biến trở-điôt cho BBĐ 3 pha không đối xứng

Nguyên lý hoạt động của mạch điều khiển trên hình 4.12 (phần nét mảnh) cũng

gần tương tự với mạch điều khiển biến trở-điôt của BBĐ một pha đã xét. Chỉ khác

là BBĐ trong sơ đồ này chỉ có 3 thyristor nên kết cấu mạch gọn hơn. Chú ý là sơ đồ

BBĐ này chỉ dùng cho phụ tải dạng điện trở thuần, không được dùng để cung cấp

cho động cơ hoặc máy biến áp.

Hình 4.12

CÂU HỎI HƯỚNG DẪN ÔN TẬP VÀ THẢO LUẬN

1. Nêu sự cần thiết phải có BBĐ xoay chiều – xoay chiều, các ứng dụng phổ

biến của BBĐ loại này?

171

2. Nêu nguyên lý làm việc của sơ đồ BBĐ xoay chiều, xoay chiều một pha

dùng 2 thyristor đấu song song ngược khi tải thuần trở với một góc điều

chỉnh , vẽ đồ thị điện áp và dòng điện trên tải để minh họa?

3. Nêu khải niệm góc tải φ trong BBĐ xoay chiều – xoay chiều? Khi tải thuần

cảm thì góc tải φ bằng bao nhiêu? Khi góc điều chỉnh (hay còn gọi là góc

điều khiển) nhỏ hơn góc tải thì dòng áp trên tải thế nào?

4. Nêu nguyên lý làm ciệc của sơ đồ BBĐ xoay chiều – xoay chiều một pha

dùng 2 thyristor đấu song song ngược khi tải điện trở - điện cảm với một góc

điều chỉnh , vẽ đồ thị điện áp và dòng điện trên tải để minh họa?

5. Nêu nguyên lý làm ciệc của sơ đồ BBĐ xoay chiều – xoay chiều một pha

dùng 2 thyristor đấu song song ngược khi tải điện trở - điện cảm với một góc

điều chỉnh , vẽ đồ thị điện áp và dòng điện trên tải để minh họa?

6. Tính giá trị hiệu dụng điện áp trên tài của BBĐ xoay chiều xoay chiều 1 pha

tại thuần trở cho hai giá trị góc điều chỉnh và khi biết giá trị

hiệu dụng của nguồn xoay chiều Ung = 220V?

7. Vẽ đồ thị điện áp và dòng điện trên tải của sơ đồ bộ biến đổi xoay chiều xoay

chiều 3 pha dùng ba cặp thyristor mắc song song ngược, khi tải thuần trở đấu

hình sao (Y0) có dây trung tính với một góc điều chỉnh ?

8. Vẽ đồ thị điện áp và dòng điện trên tải của sơ đồ BBĐ xoay chiều - xoay

chiều 3 pha dùng ba cặp thyristor mắc song song ngược, khi tải điện trở cảm

đấu hình sao có dây trung tính với một góc điều chỉnh ?

9. Tại sao, về cơ bản có thể dùng mạch tạo xung điều khiển cho các van của bộ

chỉnh lưu để tạo xung điều khiển cho các van BBĐ xoay chiều - xoay chiều?

Cần phải chú ý vấn đề gì?

10. Tại sao khi tạo xung điều khiển cho các quan của BBĐ xoay chiều - xoay

chiều người ta thường tạo ra các xung chùm? Hãy vẽ một sơ đồ tạo xung

chùm đơn giản (cho một xung có độ dài lớn, yêu cầu tạo ra nhiều xung hẹp

có tổng chu kỳ của chúng bằng độ dài xung ban đầu)?

172

173