Chỉnh lưu ba pha có điều khiển

Bạn đã từng nghe đến khái niệm “chỉnh lưu ba pha có điều khiển” chưa? Bài viết này sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về vấn đề này.

Nhiệm vụ

  • Lắp ráp mạch cầu chỉnh lưu ba pha sử dụng SCR và diode công suất, thử nghiệm điện áp đầu ra trên các loại tải;
  • Kết luận về trạng thái hoạt động của các diode công suất trong mạch và tổng hợp theo mẫu bảng báo cáo.

Trình tự thực hiện

Sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng

Sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha có ba SCR thuộc nhóm anode chung và ba SCR thuộc nhóm cathode chung (hình 6.3). Mỗi kênh có cấu trúc tương tự mạch điều khiển một SCR.

Sơ đồ mạch công suất của cầu chỉnh lưu ba pha dùng SCR

Đặc điểm của mạch kích mở SCR trong sơ đồ chỉnh lưu ba pha hình cầu là cần đảm bảo luôn luôn có xung kích mở đồng thời, luân phiên hai SCR (một ở nhóm anode chung và một ở nhóm cathode chung). Điều này đảm bảo khóa bán dẫn và hoạt động của thiết bị khi làm việc ở chế độ dòng tải gián đoạn. Nếu xung kích mở SCR có thời gian ngắn, sơ đồ sẽ không khởi động được hoặc không làm việc được trong chế độ dòng điện gián đoạn. Để giải quyết vấn đề này, có thể áp dụng một trong ba phương pháp sau:

  • Điều khiển bằng hệ thống xung kép (mỗi xung cách nhau 600);
  • Điều khiển bằng xung có độ rộng lớn;
  • Điều khiển bằng xung chùm (chia xung có độ rộng lớn thành chuỗi xung liên tiếp với tần số cao khoảng 8 – 10 kHz).

Trong mạch chỉnh lưu cầu điều khiển đối xứng ba pha, các SCR đấu nối như sơ đồ hình 6.3 theo tín hiệu nguồn điện ba pha được tổng hợp như trong bảng 6.1.

Bảng 6.1. Tổng hợp trạng thái làm việc của SCR trong mạch

Thời điểm kích SCR được kích dẫn SCR bị khóa
1 = /6 +  T1, T5 T2, T4
2 = 3/6 +  T6, T4 T1, T3
3 = 5/6 +  T3, T1 T2, T6
4 = 7/6 +  T2, T6 T3, T1
5 = 9/6 +  T5, T3 T4, T2
6 = 11/6 +  T4, T2 T5, T3

Đặc điểm của xung kích mở lần lượt các SCR là các xung này phải có độ lệch pha nhau góc 600 (/3) để đưa đến cực điều khiển của các SCR theo thứ tự T1 → T2 → T3 → T4 → T5 → T6.

Một sơ đồ phổ biến trong thực tế là sơ đồ trên hình 6.4, bao gồm máy biến áp đồng bộ ba pha, ba vi mạch TCA785, 6 khuếch đại xung và 6 biến áp xung để cách ly tín hiệu điều khiển với tín hiệu mạch công suất. Các phần tử đấu nối trong mạch ở ba pha hoàn toàn giống nhau. Tín hiệu điều khiển V11 kết nối trên chân 11 của ba TCA785 được điều chỉnh trong khoảng giá trị dưới +15V bằng việc sử dụng biến trở giống như trong sơ đồ mạch điều khiển một pha đã trình bày trong các bài thực hành trước.

Sơ đồ mạch tạo xung kích mở SCR ba pha

Chỉnh lưu cầu ba pha không đối xứng

Trong sơ đồ này, ta sử dụng ba SCR thuộc một nhánh anode chung hoặc kathode chung và ba diode công suất ở nhánh còn lại (hình 6.6).

Sơ đồ mạch chỉnh lưu cầu ba pha bán điều khiển

a- Dạng mạch anode chung; b- Dạng mạch kathode chung

Trong trường hợp này, mạch tạo xung kích mở đơn giản hơn so với trường hợp chỉnh lưu cầu đối xứng. Vẫn sử dụng sơ đồ mạch kích trên hình 6.5, nhưng mỗi kênh chỉ lấy tín hiệu trên một chân đầu ra của TCA785. Với sơ đồ nối ba SCR thuộc nhóm anode chung, ta cần sử dụng tín hiệu trên chân 14, còn đối với ba SCR thuộc nhóm kathode chung, ta cần sử dụng tín hiệu trên chân 15 của vi mạch TCA785.

Sơ đồ này thường được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu chất lượng điện áp chỉnh lưu không cao. Nó cũng có hệ số cos cao hơn so với các sơ đồ dạng đối xứng.

Sơ đồ chỉnh lưu tia ba pha có điều khiển

Sơ đồ này được đấu nối như trên hình 6.7. Nguồn cung cấp có thể được nhận trực tiếp từ lưới điện ba pha bốn dây hoặc sử dụng ba biến áp một pha 220V/24VAC để đấu nối với lưới điện ba pha 380V để đạt đầu ra có dây trung tính.

Trong sơ đồ chỉnh lưu tia ba pha, ta sử dụng sơ đồ mạch kích trên hình 6.5, nhưng chỉ cấp tín hiệu trên chân 15 của ba vi mạch TCA785 cho ba SCR.

Trạng thái làm việc của SCR trong mạch được tổng hợp như trong bảng 6.3.

Bảng 6.3. Tổng hợp trạng thái làm việc của SCR trong mạch

Thời điểm SCR dẫn SCR khóa
1 = /6 +  T1, T2, T3
2 = 5/6 +  T2, T1, T3
3 = 9/6 +  T3, T1, T2

Sau khi lắp ráp mạch, bạn cần thực hiện các thí nghiệm sau:

  • Sử dụng dao động ký quan sát tín hiệu trên đầu ra tại các chân 14 và 15 của ba TCA785. Nhận xét và vẽ lại dạng sóng tương ứng.
  • Thay đổi góc kích mở  bằng cách điều chỉnh biến trở VR. Sử dụng dao động ký quan sát tín hiệu tương ứng trên các đầu ra của TCA.
  • Cấp điện cho mạch công suất. Sử dụng dao động ký quan sát tín hiệu trên tải đèn. Vẽ dạng sóng của tín hiệu trên tải theo giá trị điện áp vào tương ứng.
  • Thay thế tải trở (đèn) bằng tải có tính cảm (motor). Vẽ dạng sóng của tín hiệu trên tải (motor) theo giá trị điện áp vào.
  • So sánh dạng sóng trên hai dạng tải trở và tải có tính cảm. Giải thích sự khác nhau giữa chúng.

Bộ biến đổi điện áp một chiều

Bộ biến đổi điện áp một chiều (DC-DC) được sử dụng để biến đổi điện áp nguồn một chiều thành chuỗi các xung áp một chiều có trị số trung bình có thể điều chỉnh từ 0 đến giá trị lớn nhất bằng chính điện áp nguồn cung cấp. Ứng dụng quan trọng nhất của bộ biến đổi điện áp một chiều là điều chỉnh tốc độ của động cơ một chiều.

Có ba dạng bộ biến đổi đơn giản: bộ biến đổi nối tiếp, bộ biến đổi song song, và bộ biến đổi đảo dòng.

Thực hành

Bộ băm điện áp một chiều dùng IC555

  • Lắp ráp mạch điều khiển trên bo test, mạch công suất và chạy thử nghiệm sản phẩm;
  • Điều chỉnh giá trị, kiểm nghiệm chất lượng mạch, thiết kế mạch in kèm mô hình sản phẩm, viết báo cáo kết quả.
Trường hợp 1: Đối với mạch điều khiển tải có công suất nhỏ

Lắp ráp mạch trên bo test như sơ đồ hình 7.1. Cấp nguồn một chiều 12VDC cho mạch tạo xung và mạch công suất nối với tải bóng đèn.

  • Sử dụng dao động ký quan sát tín hiệu tại chân 3 của mạch tạo xung;
  • Thay đổi giá trị của biến trở VR. Quan sát sự thay đổi dạng sóng của tín hiệu trên tải trở (đèn). Giải thích sự thay đổi đó;
  • Thay thế tải trở (đèn) bằng tải có tính cảm (motor). Vẽ dạng sóng của tín hiệu trên tải có tính cảm (motor) theo điện áp vào;
  • So sánh dạng sóng trên hai dạng tải trở và tải có tính cảm và giải thích sự khác nhau giữa chúng.
Trường hợp 2: Đối với mạch điều khiển tải có công suất lớn

Sơ đồ này sử dụng MOSFET như trên hình 7.2. Đấu nối mạch công suất để điều khiển động cơ điện một chiều. Điều khiển tải có công suất lớn yêu cầu lắp thêm tụ điện C3 để ổn định điện áp nguồn và diode D3 giải phóng năng lượng trên phần ứng động cơ khi khóa Q1. Diode D3 cần là diode phục hồi nhanh với dòng điện làm việc phù hợp.

Sau khi lắp ráp mạch, bạn cần thực hiện các nhiệm vụ sau:

  • Sử dụng dao động ký quan sát tín hiệu trên đầu ra tại các chân 14 và 15 của ba TCA785;
  • Thay đổi giá trị của biến trở VR và quan sát sự thay đổi dạng sóng của tín hiệu trên tải trở (đèn);
  • Thay thế tải trở (đèn) bằng tải có tính cảm (motor) và vẽ dạng sóng của tín hiệu trên tải có tính cảm theo điện áp vào;
  • So sánh dạng sóng trên hai dạng tải trở và tải có tính cảm và giải thích sự khác nhau giữa chúng.

Biến đổi điện áp một chiều

Biến đổi điện áp một chiều là một quá trình quan trọng trong công nghiệp và trên tàu thủy, giúp điều chỉnh tốc độ của động cơ một chiều. Bài viết này đã giúp bạn hiểu cơ bản về chỉnh lưu ba pha và bộ biến đổi điện áp một chiều. Hy vọng bạn đã có một cái nhìn rõ ràng hơn về chủ đề này.