Chương 6: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BỘ BIẾN ĐỔI doc

Chương 6. HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BỘ BIẾN ĐỔI

6.1. KHÁI QUÁT VÀ PHÂN LOẠI

6.1.1. Chức năng và cấu trúc của hệ thống điều khiển bộ biến đổi

Chức năng của hệ thống điều khiển bộ biến đổi là biến đổi tín hiệu điều khiển thành xung điều

khiển tương ứng cho việc điều khiển mở các phần tử bán dẫn công suất.

Bộ biến đổi gồm hai phần: Mạch động lực và mạch điều khiển. Mạch động lực chứa các phần tử

van điều khiển như: tiristor, GTO, tranzitor công suất lớn …

Phân loại:

Thông thường các bộ biến đổi có thể chia thành hai nhóm:

- Bộ biến đổi phụ thuộc: chỉnh lưu, bộ biến đổi xung áp xoay chiều

- Bộ biến đổi độc lập: nghịch lưu độc lập, bộ biến đổi xung áp một chiều

Do đó người ta cũng chia hệ điều khiển ra làm hai loại:

- Hệ điều khiển bộ biến đổi phụ thuộc (dùng cho chỉnh lưu và bộ biến đổi xung áp xoay chiều)

- Hệ điều khiển bộ biến đổi độc lập (dùng cho nghịch lưu độc lập và bộ biến đổi xung áp một

chiều).

Hệ điều khiển cũng có thể được phân loại theo tín hiệu như:

- Hệ điều khiển tương tự.

- Hệ điều khiển số.

Chúng ta sẽ lần lượt khảo cứu các hệ điều khiển nêu trên.

Cấu trúc chung của bộ biến đổi phụ thuộc được trình bày trên hình 6.1

Tín hiệu điều khiển là tín hiệu áp Uđk hoặc mã số. Uđk được đưa vào bộ điều chế ĐC. Bộ ĐC tạo ra

các tín hiệu điều khiển ở các thời điểm nhất định cho từng van cụ thể (thực hiện chức năng đồng bộ).

Chức năng của bộ điều chế được mô tả bằng phương trình:

α = f( Uđk)

Khâu tạo xung TX thực chất là bộ khuếch đại xung đầu ra (driver). Tín hiệu ra có biên độ, công

suất và độ rộng đủ để mở tiristor.

Ngoài hai khâu chủ yếu trên, bộ điều khiển còn có thêm khâu hiệu chỉnh. Khâu này biến đổi tín

hiệu áp thành dòng hay ngược lại, hoặc biến đổi tín hiệu điều khiển thành mã số, tổng hợp các tín hiệu

điều khiển, thực hiện các chức năng bảo vệ máy, dừng máy v..v..

Khâu phản hồi điện áp hoặc dòng điện ở đầu ra sẽ được đưa vào đầu vào dưới dạng phản hồi âm

để tạo ra nguồn dòng hay nguồn áp theo yêu cầu đặt ra.

Khâu quan trọng nhất là khâu điều chế (còn gọi là bộ dịch pha)

Hình 6.2. Bộ điều chế

6.1.2. Phương pháp xây dựng bộ điều chế

Bộ điều chế là bộ biến đổi tín hiệu điều khiển Uđk thành góc điều khiển α được tính từ thời điểm

chuyển mạch tự nhiên của van động lực. Để xác định được góc α cần phải biến thông tin về pha của điện

áp đặt lên van động lực.

6.1.2.1.Nguyên lý điều khiển dọc

Bộ điều khiển kiểu này có sơ đồ cấu trúc như ở hình 6.2, gồm bộ tạo xung răng cưa hoặc còn gọi

là điện áp tựa (RC) và bộ so sánh (SS), tín hiệu đồng bộ (Uđb) sẽ đồng bộ quá trình làm việc của máy phát

xung răng cưa. Xung răng cưa (URC) sẽ được so sánh với tín hiệu điều khiển Uđk trong bộ so sánh SS.

Tại thời điểm URC=Uđk, bộ so sánh sẽ tạo ra một xung mà vị trí của nó trên trục thời gian sẽ phụ

thuộc vào giá trị của tín hiệu điều khiển (hình 6.3a).

Đặc tính pha của bộ điều chế phụ thuộc vào dạng điện áp tựa (điện áp răng cưa). Nếu điện áp tựa

có dạng hàm số cosin (đường 3 hình 6.3b):

URC(t)=Umcosωt.

Chọn ωt = 0 là thời điểm chuyển mạch tự nhiên, thì khi: ωt = α

Ta có: Umcosα = Uđk

Điện áp ra của chỉnh lưu được tính theo công thức:

Đặt biểu thức (6.1) vào (6.2) ta được:

Như vậy đặc tính điều chỉnh Ud=f(Uđk) của bộ chỉnh lưu là

hàm tuyến tính (đường 1 hình 6.3b).

Đường 2 hình 6.3b là hàm sin

Hình 6.3. Đặc tính điều chỉnh của

chỉnh lưu

6.1.2.2.Nguyên lý điều khiển dịch pha

Một dạng điều khiển theo nguyên tắc khác là người ta

dùng bộ quay pha để thay đổi pha của điện áp hình sin được tạo

ra bởi máy phát tín hiệu sin (MF sin). Khi thay đổi Uđk, góc pha

của tín hiệu xoay chiều sẽ bị thay đổi và chậm pha so với tín

hiệu ban đầu một góc là α và tại thời điểm khi điện áp xoay

chiều đi qua điểm xung, sẽ tạo ra xung điều khiển tu. Do bộ

quay pha rất nhạy cảm với dạng điện áp và tần số nên phương

pháp này ít được sử dụng.