Mạch chỉnh lưu tia 3 pha dùng thyristor là gì? Tìm hiểu về chi tiết nguyên lý mạch tạo xung kích thyristor và nguyên lý 2 mạch chỉnh lưu 3 pha hình tia có điều khiển.
Mạch chỉnh lưu 3 pha hình tia có điều khiển là gì
Mạch chỉnh lưu 3 pha hình tia có điều khiển là mạch biến đổi điện áp xoay chiều 3 pha thành điện áp một chiều dùng 3 thyristor. Điện áp trung bình ngõ ra được điều chỉnh bằng cách thay đổi thời gian đóng, mở của các thyristor.
Mỗi thyristor sẽ được mắc nối tiếp với một pha nguồn, cực âm của thyristor nối lại với nhau và mắc nối tiếp với tải. Trong một chu kỳ của nguồn điện, mỗi thyristor sẽ luân phiên dẫn điện trong thời gian thời gian 1/3 chu kỳ
Mạch chỉnh lưu 3 pha hình tia có điều khiển
Giả sử nguồn điện sử dụng là nguồn 3 pha 380V, tần số 50Hz điện áp mỗi pha nguồn V1, V2, V3 lệch pha nhau 120 độ điện. Phương trình điện áp mỗi pha được vẽ trong hình trên.
3 Mạch chỉnh lưu tia 3 pha dùng thyristor
1. Nguyên lý thiết kế mạch điều khiển tia 3 pha dùng thyristor
Mạch điều khiển thyristor trong mạch điện 3 pha tương đối phức tạp, do yêu cầu về góc kích của thyristor: Tín hiệu điều khiển phải đồng bộ với điện áp nguồn.
Cụ thể góc 0 độ của tín hiệu xung kích không bắt đầu ở đầu chu kỳ điện áp nguồn, mà tính từ lúc điện áp pha tức thời trên thyristor cần kích lớn nhất. Ví dụ hình bên dưới sử dụng góc kích 90 độ, khi V1 bắt đầu lớn hơn V2 và V3 thì 90 độ sau xuất hiện xung kích thyristor 1.
Nguyên lý mạch điều khiển mạch thyristor
Nguyên lý hoạt động của mạch điều khiển
Điện áp nguồn 3 pha 380V được chuyển thành điện áp có thể đo được nhờ khối cảm biến điện áp. Khối cảm biến còn có chức năng dời góc 0 độ của tín hiệu kích đến vị trí điện áp chuyển pha. Bắt đầu tại điểm này điện áp pha tức thời mắc với thyristor là lớn nhất, đảm bảo khi có xung kích thì thyristor tương ứng sẽ dẫn điện.
Điện áp sau cảm biến đo được cho vào khối so sánh, khi điện áp từ cảm biến lớn hơn 0 thì ngõ ra khối so sánh ở mức cao. Tín hiệu mức cao này sẽ cho phép khối tạo góc kích alpha xuất góc kích sau khoảng thời gian chờ alpha. Khoảng thời gian này chỉnh là góc kích điều khiển thyristor yêu cầu.
Tìm hiểu về các khối chính trong mạch điều khiển:
+ Khối cảm biến điện áp: Đo điện áp mạch công suất chuyển về giá trị phù hợp cho mạch điều khiển.
+ Khối so sánh: Ngõ ra của khối so sánh ở mức 1 khi ngõ vào cổng không đảo [+] lớn hơn cổng đảo [-]. Ở mạch này ngõ vào cổng đảo [-] được nối với GND nên ngõ vào ở mức cao thì ngõ ra sẽ lên mức cao.
+ Khối tạo góc kích alpha: Cho phép tạo một khoảng chờ alpha khi có tín hiệu cho phép. Để đơn giản thì ở mạch này ta nối chân tạo tín hiệu đồng bộ Sync và chân cho phép Enable lại với nhau. Khi chân Enable ở mức 1 thì sau thời gian alpha so với chu kỳ sẽ xuất hiện xung kích.
3 khối chính trong mạch điều khiển tia 3 pha
2. Mạch chỉnh lưu 3 pha hình tia có điều khiển với tải thuần trở
Mạch chỉnh lưu tia sử dụng tải ngõ ra là điện trở 10 Ohm, sơ đồ nguyên lý của mạch như sau:
Mạch chỉnh lưu tia 3 pha với tải thuần trở
– Nguyên lý mạch:
+ Mỗi Thyristor chỉ có thể dẫn điện trong 1/3 chu kỳ của điện áp nguồn, thyristor có thể được kích dẫn khi điện áp trên nó có giá trị tức thời lớn nhất.
+ Tại thời điểm V1 là lớn nhất, khi có xung kích G1 thì thyristor 1 dẫn, điện áp trên tải bằng với điện áp nguồn. Nhưng khác với mạch chỉnh lưu 3 pha hình tia không có điều khiển: khi V1 giảm xuống nhỏ hơn V2 thì thyristor tiếp tục dẫn cho đến khi V1 về 0.
Điều này là do khi V1 < V2 thì chưa có xung kích thyristor 2 nên thyristor 1 tiếp tục dẫn. Nói cách khác khi giảm góc kích thì V1 < V2 khi có xung kích G2 thì ngay lập tức THY1 ngưng và THY2 dẫn điện.
3. Mạch chỉnh lưu tia 3 pha dùng thyristor với tải RL
Sơ đồ mạch và dạng sóng ngõ ra của mạch được mô phỏng trên phần mềm PSim kết quả như hình bên dưới.
Mạch chỉnh lưu tia 3 pha tải RL dùng thyristor
– Nguyên lý hoạt động của mạch:
+ Khi có xung kích G1 thì thyristor 1 dẫn điện, đến khi điện áp V1 về 0V thyristor1 ngưng dẫn. Nhưng do tải phát dòng năng lượng duy trì THY1 dẫn, áp tải bằng với áp nguồn. THY1 dẫn cho đến khi tải phát hết năng lượng hoặc có xung kích G2.
Trong trường hợp này khi tải phát hết năng lượng thì THY1 ngưng dẫn, điện áp tải bằng 0. Sau đó khi có xung kích G2 thì THY2 dẫn chu kỳ được lập lại.
– Nhận xét:
Đối với tải có tính cảm thì điện áp ngõ ra thu được trên tải có phần điện áp âm. Điều này làm giảm chất lượng điện áp tải. Do đó trong mạch thực tế người ta sử dụng tụ điện có giá trị đủ lớn mắc song song với tải để lọc phẳng điện áp, tăng giá trị trung bình.
Tham khảo video về mạch chỉnh lưu tia 3 pha của thầy Đỗ Đức Trí
>>> Xem thêm:
Chi tiết về mạch chỉnh lưu tia 3 pha không điều khiển
10 mạch chỉnh lưu không điều khiển dùng diode
10 mạch chỉnh lưu có điều khiển sử dụng thyristor
Sơ đồ và nguyên lý bộ biến đổi điện áp xoay chiều dùng SCR là gì, các phương pháp điều khiển của bộ biến đổi điện áp.
1. Bộ biến đổi điện áp dùng SCR là gì
Bộ biến đổi điện áp xoay chiều được sử dụng để thay đổi trị hiệu dụng của điện áp ngõ ra mà không làm thay đổi tần số. Bộ biến đổi điện áp xoay chiều sử dụng scr có tính năng giống như máy biến áp điều khiển vô cấp. Điện áp đáp ứng ở ngõ ra thay đổi nhanh và liên tục.
Bộ biến đổi điện áp xoay chiều dùng SCR là gì
Bộ biến đổi điện áp xoay chiều được sử dụng để điều khiển công suất tiêu thụ của tải như lò nướng điện trở, bếp điện, điều khiển chiếu sáng, quảng cáo. Điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ công suất vừa và nhỏ như quạt, máy bơm, máy xoay, hay động cơ vạn năng như máy trộn, máy sấy.
>>> Xem thêm: SCR là gì – bài viết hay nhất, chi tiết nhất về SCR
2. Bộ biến đổi điện áp xoay chiều 1 pha
2.1 Trường hợp tải thuần trở
Cho mạch nguồn xoay chiều có phương trình: U = 220√2.Sin100πt nối tiếp với tải R thông qua bộ biến đổi điện áp. Bộ biến đổi điện áp xoay chiều một pha gồm hai thyristor mắc song song và đối đâu với nhau. Trong trường hợp công suất nhỏ có thể thay thế bằng một triac.
Mạch biến đổi điện áp xoay chiều tải trở
Nguyên lý hoạt động:
– Ở bán kỳ dương: D2 bị phân cực ngược không thể dẫn nên chỉ xét với SCR D1
+ Xét trong khoảng từ [0 – α] chưa xuất hiện xung kích nên thyristor D1 không dẫn. Do đó dòng tải và áp tải trong khoảng này bằng không: Io = 0, Vo = 0.
+ Tại thời điểm xuất hiện xung kích đưa vào cổng điều khiển của D1 thì D1 đóng. Dòng điện khép kín qua mạch [nguồn, D1, R] điện áp ngõ ra lúc này bằng với điện áp nguồn: Vo = Vs.
+ Cuối bán kỳ dương dòng điện áp hai đầu thyristor D1 về 0 và chuyển sang điện áp ngược nên D1 ngưng dẫn.
– Ở bán kỳ âm: Chỉ xét với SCR D2
+ Tương tự như ở bán kỳ dương, trong khoảng từ [π – [π + α]] chưa có xung kích nên D2 mở. Điện áp và dòng tải đều bằng không.
+ Khi có xung kích vào cổng G của D2 thì SCR D2 đóng nên điện áp tải bằng với áp nguồn Vo = Vs < 0, dòng qua tải ngược dấu với dòng qua thyristor.
+ Cuối bán kỳ âm điện áp nguồn chuyển từ âm sang dương nên D2 phân cực ngược nên D2 mở. Chu kỳ lặp lại như trên.
2.2 Trường hợp tải xoay chiều có tính cảm
Ta sẽ xét hai trường hợp với góc φ = arctg[ωL/R]
a. Trường hợp góc điều khiển α > φ
Hình bên dưới dạng sóng của mạch biến đổi điện áp xoay chiều tải RL, góc kích mô phỏng trong mạch này là 120 độ.
Biến đổi điện áp xoay chiều tải RL với góc kích α > φ
– Ở bán kỳ dương:
+ Ở đâu bán kỳ khi chưa xuất hiện góc kích dòng tải và áp tải đều bằng không.
+ Khi xuất hiện xung kích vào chân G1 thì thyristor D1 đóng, điện áp tải bằng với điện áp nguồn Vo = Vs. Do tải có tính cảm nên dòng điện tăng từ không đến vị trí cực đại sau đó về giảm, nhưng cuối bán kỳ dương thì dòng điện vẫn lớn hơn 0.
– Ở bán kỳ âm:
+ Đầu chu kỳ âm thyristor D1 bị áp ngược nên ngưng dẫn, nhưng do tải có tính cảm nên phát năng lượng duy trì D1 tiếp tục dẫn, do đó Vo = Vs < 0. Dòng điện giảm về 0 khi cuộn cảm xả hết năng lượng, lúc này dòng và áp tải bằng 0.
+ Đến khi D2 có xung kích ở chân kích G2 thì D2 đóng, Vo = Vs và Io = Is. Dòng điện tải tăng từ 0 đến giá trị cực đại và giảm về 0, dòng điện liên tục khi đi qua điểm 0.