Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Trong hệ thống cung cấp và trang bị điện công nghiệp, nguồn năng lượng điện một chiều đóng vai trò thiết yếu đối với các hệ thống truyền động điện và các thiết bị công nghệ đặc thù. Phương pháp truyền thống tạo ra dòng điện một chiều bằng máy phát điện một chiều bộc lộ nhiều điểm hạn chế như kết cấu cồng kềnh, chi phí đầu tư và vận hành cao, bảo dưỡng phức tạp. Sự phát triển của kỹ thuật điện tử công suất với các linh kiện bán dẫn công suất lớn cho phép xây dựng các bộ biến đổi chỉnh lưu tĩnh đạt hiệu suất cao, vận hành tin cậy và linh hoạt trong điều khiển. Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn đó, đồ án tốt nghiệp đại học hệ chính quy ngành Điện Tự động Công nghiệp tại Trường Đại học Dân lập Hải Phòng (năm 2017) của tác giả Đinh Trọng Vinh, dưới sự hướng dẫn của GS.TSKH Thân Ngọc Hoàn, đã thực hiện đề tài: "Xây dựng hệ thống điều chỉnh dòng điện bộ chỉnh lưu một pha tải điện trở R biến đổi".
Theo văn bản đồ án, các mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể bao gồm:
- Nghiên cứu lý thuyết các cấu hình bộ chỉnh lưu có điều khiển: khảo sát các sơ đồ chỉnh lưu một pha và ba pha, phân tích trạng thái làm việc khi tải có hoặc không có điốt ngược, xác định quan hệ điện áp, dòng điện và điện áp ngược tác động lên van bán dẫn.
- Thiết kế và tính toán kỹ thuật mạch động lực: lựa chọn sơ đồ chỉnh lưu cầu một pha cho tải điện trở R biến đổi, tính chọn van bán dẫn Tiristor kèm phương thức làm mát; tính toán thiết kế cuộn kháng lọc hạn chế thành phần sóng hài và chống dòng gián đoạn; tính chọn thiết bị bảo vệ quá nhiệt, quá dòng điện và quá điện áp.
- Thiết kế mạch điều khiển phát xung: xây dựng mạch điều khiển mở Tiristor theo nguyên tắc thẳng đứng tuyến tính, tính chọn các khâu đồng pha, khâu so sánh và khâu tạo xung - khuếch đại công suất.
- Tổng hợp và mô phỏng hệ thống điều khiển: thiết lập sơ đồ cấu trúc hệ thống, tổng hợp mạch vòng điều chỉnh dòng điện, chỉnh định tham số bộ điều chỉnh và mô phỏng đánh giá chất lượng động học khi giá trị điện trở tải biến động.
Đối tượng nghiên cứu là bộ chỉnh lưu cầu một pha có điều khiển sử dụng Tiristor và hệ thống mạch vòng tự động điều chỉnh dòng điện khi cấp nguồn cho tải thuần trở biến đổi. Phạm vi nghiên cứu giới hạn ở các cấu hình biến đổi bán dẫn tần số công nghiệp (50 Hz), tính toán thiết kế phần cứng theo tiêu chuẩn công nghiệp và tiến hành mô phỏng khảo sát mạch vòng điều khiển kín.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu
Đồ án ứng dụng hệ thống lý thuyết nền tảng của chuyên ngành Kỹ thuật Điện và Điện tử công suất:
- Lý thuyết linh kiện bán dẫn công suất: nguyên lý hoạt động, đặc tính đóng - cắt và điều kiện kích mở của Tiristor (Thyristor) và Điốt (Diode).
- Lý thuyết chỉnh lưu điều khiển pha: nguyên lý biến đổi điện áp xoay chiều thành một chiều; các biểu thức giải tích xác định trị số trung bình của điện áp ra ($U_d$), dòng điện tải ($I_d$), dòng điện qua van ($I_{lv}, I_{hd}$) và điện áp ngược cực đại ($U_{ngmax}$) trên các sơ đồ một pha (nửa chu kỳ, hai nửa chu kỳ có điểm trung tính biến áp, cầu một pha đối xứng, cầu một pha không đối xứng) và ba pha (tia ba pha, cầu ba pha đối xứng, cầu ba pha không đối xứng).
- Lý thuyết phân tích điều hòa: sử dụng chuỗi Fourier để phân tích phổ sóng hài của điện áp chỉnh lưu, làm cơ sở xác định biên độ thành phần sóng hài bậc một nhằm tính toán thông số điện cảm lọc.
- Lý thuyết điều khiển phát xung: nguyên tắc thẳng đứng tuyến tính (Linear Vertical Principle) dựa trên việc so sánh điện áp tựa răng cưa đồng pha với điện áp điều khiển một chiều.
- Lý thuyết điều khiển tự động: phương pháp tổng hợp mạch vòng kín theo tiêu chuẩn tối ưu kỹ thuật, thiết lập hàm truyền đạt của các khâu chức năng và chỉnh định bộ điều khiển dòng điện.
Phương pháp nghiên cứu kết hợp giữa phân tích lý thuyết giải tích, tính toán thiết kế kỹ thuật công nghiệp và mô phỏng số:
- Phương pháp phân tích - so sánh: đối chiếu ưu, nhược điểm của các sơ đồ mạch chỉnh lưu về hiệu suất sử dụng máy biến áp, số lượng van bán dẫn, mức độ đập mạch điện áp và độ phức tạp của mạch điều khiển.
- Phương pháp giải tích kỹ thuật: tính toán dung lượng biến áp, tiết diện mạch từ và dây quấn cuộn kháng, diện tích bề mặt cánh tản nhiệt, cũng như thông số các phần tử bảo vệ $R-C$, cầu chì, áptômát.
- Phương pháp mô phỏng chuyên ngành: xây dựng mô hình sơ đồ khối hệ thống điều khiển trên máy tính nhằm khảo sát đặc tính quá độ và khả năng duy trì dòng điện ổn định của hệ thống khi điện trở tải thay đổi.
Nguồn dữ liệu sử dụng trong đồ án xuất phát từ các giáo trình chuyên ngành Điện tử công suất, Truyền động điện, sổ tay thiết kế thiết bị điện và các tiêu chuẩn tính toán công nghiệp đối với khí cụ đóng cắt, bảo vệ bán dẫn.
Thiết kế và tính toán kỹ thuật
Hệ thống được thiết kế theo cấu hình chỉnh lưu cầu một pha đối xứng gồm 4 Tiristor ($T_1, T_2, T_3, T_4$). Nội dung tính toán thiết kế phần cứng mạch động lực và mạch điều khiển được thực hiện qua các bước kỹ thuật cụ thể:
1. Tính toán chọn van bán dẫn và chế độ làm mát
Điện áp ngược cực đại đặt lên mỗi van Tiristor trong sơ đồ cầu một pha được xác định bởi: $$U_{ngmax} = \sqrt{2} \cdot U_2$$ Điện áp định mức của van được tính chọn với hệ số dự trữ $k_{dtU}$: $$U_v = k_{dtU} \cdot U_{ngmax}$$
Về chế độ tản nhiệt, văn bản khảo sát và đưa ra định mức dòng điện làm việc ($I_{lv}$) của van tùy theo 3 phương thức làm mát:
- Làm mát bằng cánh tản nhiệt tự nhiên (đồng hoặc nhôm), không có quạt đối lưu: $I_{lv} = 25% I_{đm}$.
- Làm mát bằng quạt gió cưỡng bức: $I_{lv} = 35% I_{đm}$.
- Làm mát bằng nước tuần hoàn (yêu cầu khử ion hoặc tăng điện trở của nước): $I_{lv} = 90% I_{đm}$.
Tác giả lựa chọn phương thức làm mát bằng cánh tản nhiệt tự nhiên với điều kiện diện tích bề mặt đầy đủ, dòng điện làm việc định mức chọn theo hệ số dự trữ dòng $K_i$: $$I_{đmv} = I_{lv} \cdot K_i = 25% I_{đm} \cdot K_i$$
Diện tích bề mặt tỏa nhiệt của cánh tản nhiệt ($S_{TN}$) được tính toán dựa trên tổn thất công suất của van $\Delta p = \Delta U \cdot I_{lv}$ và độ chênh lệch nhiệt độ cho phép so với môi trường $\tau$: $$S_{TN} = \frac{\Delta p}{k_m \cdot \tau}$$
2. Tính toán kết cấu cuộn kháng lọc điện
Để hạn chế biên độ sóng hài bậc một không vượt quá 10% dòng định mức ($I_{1m} \le 0,1 I_{đm}$) và ngăn chặn tình trạng dòng điện gián đoạn ở góc mở cực đại $\alpha_{max}$, cuộn kháng lọc lõi thép được tính toán chi tiết:
- Tiết diện trụ cực từ chính của lõi thép: $Q_{Fe} = k_Q \sqrt{P/f}$ (với $k_Q = 5$ đối với phương thức làm mát tự nhiên).
- Dòng điện hiệu dụng chạy qua cuộn kháng tính theo dòng tải trung bình và thành phần biên độ xoay chiều bậc một: $$I_{hd} = \sqrt{I_d^2 + \left(\frac{I_{1m}}{\sqrt{2}}\right)^2}$$
- Tiết diện dây quấn được xác định từ mật độ dòng điện cho phép $J$: $S_d = I_{hd} / J$.
- Kích thước hình học mạch từ: chiều cao $H = h + a$, chiều dài $C = 2c + 2a$, diện tích cửa sổ $Q_{cs} = c \cdot h$, số vòng dây trên một lớp và số lớp dây quấn.
- Khối lượng vật liệu cuộn kháng được tính toán dựa trên thể tích và khối lượng riêng của sắt ($\rho_{Fe} = 7,85 \text{ kg/dm}^3$) và đồng ($\rho_{Cu} = 8,9 \text{ kg/dm}^3$).
3. Tính chọn thiết bị bảo vệ mạch động lực
- Bảo vệ quá dòng: Áptômát được chọn để đóng cắt nguồn và tự động ngắt khi ngắn mạch van hoặc ngắn mạch tải, với dòng ngắn mạch chỉnh định $I_{nm} = 2,5 I_{lv}$ và dòng quá tải $I_{qt} = 1,5 I_{lv}$. Cầu dao cách ly có dòng định mức $I_{đm} = 1,1 I_{lv}$. Dây chảy cầu chì tác động nhanh bảo vệ ngắn mạch cho từng nhánh van bán dẫn được chọn với dòng danh định $I_{cc} = 1,1 I_{hd}$.
- Bảo vệ quá điện áp: Mạch $R-C$ mắc song song với từng Tiristor nhằm dập tắt sức điện động cảm ứng do dòng tích tụ phóng ngược trong quá trình chuyển mạch. Mạch lọc $R-C$ phía nguồn xoay chiều triệt tiêu các xung quá điện áp từ lưới.
4. Thiết kế mạch điều khiển phát xung
Mạch điều khiển hoạt động theo nguyên tắc thẳng đứng tuyến tính, gồm 3 khâu chức năng:
- Khâu đồng pha: Biến đổi điện áp lưới xoay chiều thành điện áp tựa răng cưa tuyến tính ($U_{rc}$) đồng bộ với cực Anot của Tiristor.
- Khâu so sánh: So sánh $U_{rc}$ với điện áp điều khiển một chiều $U_{đk}$. Tác giả phân tích hạn chế của sơ đồ dùng Tranzitor (dễ bị trôi điểm phát xung do vùng điện áp bão hòa vài mV) và lựa chọn mạch so sánh sử dụng Vi mạch Khuếch đại thuật toán (KĐTT/Op-Amp) nhờ hệ số khuếch đại vô cùng lớn, cho phép lật trạng thái chính xác tại thời điểm $U_{rc} = U_{đk}$ với độ nhạy vi vôn ($\mu V$).
- Khâu tạo xung và khuếch đại: Tạo xung mở dạng kim hoặc xung chữ nhật có sườn trước dốc đứng, độ rộng đạt từ $10 \div 200 \mu s$. Đồ án đề xuất giải pháp sử dụng phần tử cách ly ghép quang (Optocoupler) kết hợp một Tranzitor công suất nhằm tạo xung điều khiển tin cậy, tiết kiệm chi phí và gọn nhẹ hơn so với việc sử dụng biến áp xung phối ghép Tranzitor tầng Darlington.
Nội dung chính theo từng chương
Chương 1: Các bộ chỉnh lưu có điều khiển
Chương này khảo sát hệ thống lý thuyết về các sơ đồ chỉnh lưu có điều khiển một pha và ba pha, phân tích dạng sóng điện áp, dòng điện và các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật:
- Chỉnh lưu nửa chu kỳ: Cấu tạo đơn giản gồm 1 van, điện áp trung bình $U_{d0} = 0,45 U_2$, công suất biến áp yêu cầu lớn ($S_{ba} = 3,09 P_d$), chất lượng điện áp kém nên ít được ứng dụng.
- Chỉnh lưu cả chu kỳ với biến áp có điểm trung tính: Tần số đập mạch $f_đ = 2f_1$; khi tải thuần trở $U_d = 0,9 U_2 \frac{1+\cos\alpha}{2}$; khi tải điện cảm lớn $U_d = 0,9 U_2 \cos\alpha$. Van phải chịu điện áp ngược rất lớn $U_{ngmax} = 2\sqrt{2} U_2 \approx 2,82 U_2$; cấu tạo biến áp phức tạp vì gồm hai cuộn thứ cấp riêng biệt.
- Chỉnh lưu cầu một pha: Sơ đồ cầu đối xứng sử dụng 4 Tiristor mở theo cặp, điện áp ngược trên van giảm xuống còn $U_{ngmax} = \sqrt{2} U_2 \approx 1,41 U_2$. Sơ đồ cầu không đối xứng gồm 2 Tiristor và 2 Điốt, mỗi thời điểm chỉ cần phát một xung mở, các điốt đảm nhận vai trò xả năng lượng khi điện áp đổi dấu.
- Chỉnh lưu ba pha: Phân tích sơ đồ chỉnh lưu tia ba pha ($U_{d0} = 1,17 U_{2f}$, góc mở tự nhiên dịch $30^\circ$ so với điện áp pha, dòng trung tính chịu dòng tải $I_d$) và chỉnh lưu cầu ba pha đối xứng (gồm 6 Tiristor, mở đồng thời 2 van theo thứ tự luân phiên).
- Chỉnh lưu có điốt ngược: Làm rõ cơ chế tự đóng của van khi điện áp nguồn đổi dấu, năng lượng tích lũy trong cuộn cảm xả qua điốt ngược, giữ điện áp tải không bị âm và dòng điện duy trì liên tục.
| Sơ đồ chỉnh lưu | Số lượng van | Tần số đập mạch ($f_đ$) | Điện áp tải không điều khiển ($U_{d0}$) | Điện áp ngược cực đại van ($U_{ngmax}$) |
|---|---|---|---|---|
| Nửa chu kỳ một pha | 1 van | $f_1$ | $0,45 U_2$ | $\sqrt{2} U_2 \approx 1,41 U_2$ |
| Một pha có điểm trung tính | 2 van | $2 f_1$ | $0,9 U_2$ | $2\sqrt{2} U_2 \approx 2,82 U_2$ |
| Cầu một pha đối xứng | 4 van | $2 f_1$ | $0,9 U_2$ | $\sqrt{2} U_2 \approx 1,41 U_2$ |
| Tia ba pha | 3 van | $3 f_1$ | $1,17 U_{2f}$ | $\sqrt{6} U_{2f} \approx 2,45 U_{2f}$ |
| Cầu ba pha đối xứng | 6 van | $6 f_1$ | $2,34 U_{2f}$ | $\sqrt{6} U_{2f} \approx 2,45 U_{2f}$ |
Bên cạnh đó, tác giả lập bảng xác định trình tự kích mở và khóa các van trong sơ đồ cầu ba pha đối xứng:
| Thời điểm phát xung | Van mở | Van khóa |
|---|---|---|
| $\pi/6$ | $T_1$ | $T_5$ |
| $\pi/2$ | $T_2$ | $T_6$ |
| $5\pi/6$ | $T_3$ | $T_1$ |
| $7\pi/6$ | $T_4$ | $T_2$ |
| $9\pi/6$ | $T_5$ | $T_3$ |
| $11\pi/6$ | $T_6$ | $T_4$ |
Chương 2: Giới thiệu bộ chỉnh lưu cầu một pha cho tải điện trở R biến đổi
Chương 2 trình bày toàn bộ quy trình tính toán thiết kế phần cứng của hệ thống chỉnh lưu cầu một pha:
- Thiết lập phương trình giải tích xác định các thông số dòng - áp trên van động lực; phân tích định mức tải và điều kiện làm việc của cánh tản nhiệt trong điều kiện làm mát tự nhiên ($I_{lv} = 25% I_{đm}$).
- Xác định góc mở cực tiểu $\alpha_{min}$ (dự trữ bù sụt áp lưới xoay chiều) và cực đại $\alpha_{max}$; phân tích chuỗi Fourier sóng hài điện áp để tính giá trị điện cảm cuộn kháng lọc $L_k$.
- Trình bày đầy đủ thuật toán thiết kế kết cấu cơ khí - điện từ của cuộn kháng: chọn độ dày lá thép kỹ thuật điện, tính toán tiết diện trụ từ ($Q_{Fe}$), diện tích cửa sổ ($Q_{cs}$), số vòng dây ($W$), tiết diện dây dẫn ($S_d$), chiều dài dây quấn trung bình ($l_{tb}$), điện trở cuộn dây ở nhiệt độ làm việc, thể tích và khối lượng sắt - đồng.
- Tính chọn khí cụ đóng cắt và bảo vệ quá nhiệt, quá dòng, quá áp cho van Tiristor.
- Thiết kế mạch điều khiển theo nguyên tắc thẳng đứng tuyến tính: xây dựng sơ đồ nguyên lý từng khối chức năng (đồng pha, so sánh KĐTT, mạch khuếch đại tạo xung dùng ghép quang).
Chương 3: Tổng hợp và mô phỏng bộ điều chỉnh dòng điện của bộ chỉnh lưu một pha tiristor cấp điện cho điện trở R
Chương cuối cùng tập trung vào việc thiết kế cấu trúc điều khiển tự động và kiểm chứng mô hình:
- Trình bày sơ đồ cấu trúc hệ thống điều chỉnh dòng điện mạch kín, phân tích chức năng các khối: bộ điều chỉnh dòng điện (Current Controller), mạch phát xung điều khiển Tiristor, bộ biến đổi chỉnh lưu cầu một pha, cảm biến đo dòng điện phản hồi và đối tượng phụ tải điện trở $R$ biến đổi.
- Thiết lập các phương trình vi phân và hàm truyền đạt tương đương của từng khâu trong hệ thống kín.
- Ứng dụng tiêu chuẩn tối ưu kỹ thuật (Modulus Optimum) để tổng hợp thông số bộ điều chỉnh dòng điện (thường lựa chọn dạng tích phân tỉ lệ PI).
- Tiến hành chỉnh định tham số và mô phỏng hệ thống nhằm khảo sát chất lượng điều chỉnh: thời gian đáp ứng quá độ, độ quá điều chỉnh dòng điện và khả năng duy trì dòng điện ổn định khi điện trở tải $R$ thay đổi giá trị đột ngột.
Kết quả và đóng góp
Đồ án đạt được các kết quả kỹ thuật chính sau:
- Hoàn thiện hệ thống tính toán giải tích hoàn chỉnh cho bộ chỉnh lưu cầu một pha có điều khiển: từ các phương trình xác định góc mở $\alpha_{min}, \alpha_{max}$, phân tích sóng hài Fourier đến các thông số dòng điện, điện áp và dung lượng thiết bị.
- Tính toán thành công kết cấu cơ khí - điện từ cuộn kháng lọc lõi thép đáp ứng tiêu chuẩn biên độ sóng hài bậc một $I_{1m} \le 10% I_{đm}$, triệt tiêu vùng dòng điện gián đoạn.
- Đưa ra giải pháp thiết kế mạch điều khiển tối ưu: sử dụng KĐTT cho khâu so sánh để loại bỏ hiện tượng sai lệch góc mở của Tranzitor, và ứng dụng optocoupler kết hợp tranzitor công suất để cách ly tín hiệu, nâng cao độ bền xung điều khiển.
- Tổng hợp thành công cấu trúc mạch vòng điều chỉnh dòng điện, xác định phương pháp chỉnh định thông số bộ điều khiển và kiểm chứng tính ổn định của dòng điện tải qua mô phỏng.
Về mặt đóng góp học thuật và kỹ thuật, đồ án đã hệ thống hóa phương pháp tính toán thiết kế phần cứng biến đổi bán dẫn kết hợp với lý thuyết điều khiển tự động, cung cấp một quy trình tính toán liền mạch từ thông số mạch lực, mạch lọc, mạch bảo vệ đến thuật toán điều khiển mạch vòng kín cho tải điện trở biến đổi.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
Căn cứ vào nội dung và phạm vi nghiên cứu được trình bày trong văn bản:
- Hạn chế: Toàn bộ kết quả của đồ án dừng lại ở mức độ tính toán lý thuyết giải tích và khảo sát thông qua mô phỏng; văn bản chưa ghi nhận kết quả chế tạo mẫu phần cứng thực nghiệm để đo đạc thông số thực tế trong phòng thí nghiệm. Mạch điều khiển được xây dựng hoàn toàn bằng linh kiện tương tự (Analog), chưa tích hợp kỹ thuật điều khiển số.
- Hướng nghiên cứu tiếp:
- Chế tạo mô hình thực nghiệm phần cứng hoàn chỉnh để kiểm chứng độ chính xác của các công thức tính toán cuộn kháng, cánh tản nhiệt và mạch dập quá điện áp.
- Nghiên cứu thay thế khối điều khiển tương tự bằng các bộ vi điều khiển (hoặc vi xử lý, DSP) để số hóa quá trình phát xung và thực thi các thuật toán điều khiển thích nghi khi tải $R$ thay đổi trên phạm vi rộng.
- Mở rộng ứng dụng cấu trúc điều chỉnh dòng điện cho các hệ thống chỉnh lưu ba pha công suất lớn và các dạng phụ tải phức tạp hơn.
Giá trị tham khảo
Đồ án tốt nghiệp là tài liệu tham khảo phù hợp cho sinh viên, giảng viên và kỹ sư kỹ thuật thuộc các ngành Kỹ thuật Điện, Điện Tự động Công nghiệp, Tự động hóa và Điện tử Công suất. Các nội dung có giá trị tham khảo cụ thể bao gồm:
- Bảng so sánh chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật và giản đồ xung của các sơ đồ chỉnh lưu một pha, ba pha tại Chương 1.
- Quy trình tính toán thiết kế chi tiết kết cấu cuộn kháng lọc lõi thép (tính toán mạch từ, số vòng quấn, khối lượng đồng, sắt) và phương pháp tính diện tích cánh tản nhiệt van bán dẫn tại Chương 2.
- Phương pháp luận xây dựng sơ đồ khối, thiết lập hàm truyền và tổng hợp bộ điều khiển mạch vòng dòng điện kín tại Chương 3.
Câu hỏi thường gặp
1. Trong đồ án, tác giả lựa chọn phương thức làm mát nào cho van Tiristor và dòng điện làm việc định mức được tính toán theo tỷ lệ nào? Tác giả đã phân tích 3 phương thức làm mát (cánh tản nhiệt tự nhiên cho phép $I_{lv} = 25% I_{đm}$, quạt gió cưỡng bức $I_{lv} = 35% I_{đm}$, làm mát bằng nước tuần hoàn $I_{lv} = 90% I_{đm}$). Trong đồ án, tác giả chọn phương thức làm mát bằng cánh tản nhiệt tự nhiên không có quạt đối lưu, do đó dòng điện làm việc cho phép của van được tính bằng $I_{lv} = 25% I_{đm}$, dòng định mức van được chọn là $I_{đmv} = I_{lv} \cdot K_i$.
2. Mạch $R-C$ mắc song song với Tiristor có vai trò kỹ thuật gì trong hệ thống? Mạch $R-C$ mắc song song với từng Tiristor có chức năng bảo vệ van khỏi hiện tượng quá điện áp do quá trình chuyển mạch. Khi van khóa đột ngột, các điện tích tích tụ trong các lớp bán dẫn phóng ngược nhanh chóng, gây ra sức điện động cảm ứng rất lớn trên các phần tử điện cảm đường dây; mạch $R-C$ tạo thành mạch vòng phóng điện tích, giữ điện áp giữa Anot và Catot trong giới hạn an toàn.
3. Mạch điều khiển mở Tiristor hoạt động theo nguyên tắc nào và bao gồm những khâu chức năng cơ bản nào? Mạch điều khiển hoạt động theo nguyên tắc thẳng đứng tuyến tính, so sánh điện áp tựa răng cưa $U_{rc}$ (đồng pha với điện áp Anot) với điện áp điều khiển một chiều $U_{đk}$ để phát xung mở van tại thời điểm $U_{rc} = U_{đk}$. Cấu trúc mạch điều khiển gồm 3 khâu cơ bản: Khâu đồng pha (tạo điện áp răng cưa), Khâu so sánh (xác định thời điểm phát xung) và Khâu tạo xung - khuếch đại (tạo xung có sườn dốc đứng, đủ độ rộng và công suất kích mở van).
4. Tại sao tác giả lựa chọn Vi mạch Khuếch đại thuật toán (KĐTT) thay vì Tranzitor cho khâu so sánh? Khâu so sánh sử dụng Tranzitor có nhược điểm là vùng điện áp mở bão hòa phụ thuộc vào tổng đại số tín hiệu đầu vào với sai lệch vài milivôn (mV), khiến điểm lật trạng thái dễ bị trôi và góc mở van bị sai lệch. Trong khi đó, KĐTT có hệ số khuếch đại vô cùng lớn, chỉ cần độ chênh lệch điện áp đầu vào cỡ micrôvôn ($\mu V$) là đầu ra đã lật trạng thái nguồn nuôi, đảm bảo phát xung điều khiển chính xác tuyệt đối tại thời điểm $U_{rc} = U_{đk}$.
5. Mục đích của việc mắc nối tiếp cuộn kháng lọc với tải là gì và tiêu chuẩn thiết kế biên độ dòng điện xoay chiều bậc một là bao nhiêu? Cuộn kháng lọc được mắc nối tiếp với phụ tải nhằm hai mục đích chính: hạn chế thành phần sóng hài bậc cao để giảm hiện tượng đập mạch dòng điện và tổn hao nhiệt phụ, đồng thời thu hẹp vùng dòng điện gián đoạn khi hệ thống làm việc ở góc mở lớn $\alpha_{max}$. Tiêu chuẩn thiết kế được tác giả đặt ra là biên độ dòng điện xoay chiều bậc một qua cuộn kháng không được vượt quá 10% dòng định mức ($I_{1m} \le 10% I_{đm}$).
Kết luận
Đồ án tốt nghiệp của tác giả Đinh Trọng Vinh đã giải quyết trọn vẹn nhiệm vụ xây dựng hệ thống điều chỉnh dòng điện bộ chỉnh lưu cầu một pha Tiristor cấp điện cho tải điện trở R biến đổi. Công trình kết hợp chặt chẽ giữa cơ sở lý thuyết biến đổi bán dẫn, tính toán thiết kế chi tiết phần cứng mạch động lực, cuộn kháng lọc, hệ thống bảo vệ khí cụ và mạch điều khiển phát xung tuyến tính chính xác cao. Kết quả tổng hợp và mô phỏng mạch vòng điều chỉnh dòng điện đã hoàn thiện mục tiêu nghiên cứu, đóng góp tài liệu kỹ thuật có giá trị tham khảo rõ ràng cho chuyên ngành Điện Tự động Công nghiệp.