BỘ BIẾN đổi điện áp 1 CHIỀU

BỘ BIẾN đổi điện áp 1 CHIỀU BỘ BIẾN đổi điện áp 1 CHIỀU BỘ BIẾN đổi điện áp 1 CHIỀU BỘ BIẾN đổi điện áp 1 CHIỀU BỘ BIẾN đổi điện áp 1 CHIỀU BỘ BIẾN đổi điện áp 1 CHIỀU BỘ BIẾN đổi điện áp 1 CHIỀU BỘ BIẾN đổi điện áp 1 CHIỀU BỘ BIẾN đổi điện áp 1 CHIỀU BỘ BIẾN đổi điện áp 1 CHIỀU BỘ BIẾN đổi điện áp 1 CHIỀU BỘ BIẾN đổi điện áp 1 CHIỀU BỘ BIẾN đổi điện áp 1 CHIỀU BỘ BIẾN đổi điện áp 1 CHIỀU

BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP 1 CHIỀU

( trung đức , nguyễn văn tiến )

Khái niệm : bộ biến đổi điện áp 1 chiều dùng để thay đổi giá trị trung bình điện áp 1 chiều ở đầu ra từ nguồn 1 chiều ban đầu điện áp trên tải có dạng xung tạo thành từ quá trình đóng cắt liên tục nguồn điện áp 1 chiều không thay đổi vào tải do đó bộ biến đổi còn gọi là bộ biến đổi điện áp 1 chiều dạng xung

ứng dụng : - dùng trong các bộ nguồn đóng ngắt

1- Bộ giảm áp

Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động:

Mạch bộ giảm áp gồm nguồn điện áp 1 chiều không đổi U mắc nối tiếp với tải qua công tắc S Tải 1 chiều tổng quát gồm RL và sức điện động E ( ví dụ như động cơ điện 1 chiều ) diode mắc song song với tải (H4a)

Nguồn 1 chiều có thể lấy từ pin , acquy , hay nguồn xoay chiều qua bộ chỉnh lưu công tăc S có chức năng điều khiển đóng , ngắt dòng điện đi qua nó do đó S là linh kiện tư chuyển mạch (trazito , mosfet ,thyritor ) Tải là động cơ điên 1 chiều

RLE

Ut= R.it +LdIt dt +E

Chon th i đi m ban đ u t ời điểm ban đầu t ểm ban đầu t ầu t 0 =0

và ta có:

i t (t 0 ) = i t0 =i 0

Gi i h ph ng trình vi ải hệ phương trình vi ệ phương trình vi ương trình vi phân trên, ta có nghi m dòng ệ phương trình vi

đi n đi qua t i d i d ng : ệ phương trình vi ải hệ phương trình vi ưới dạng : ạng :

+io.e−1 /τ (4.2 ) Với

Dòng đi n có quá trình gi m theo hàm m :ệ phương trình vi ải hệ phương trình vi ũ:

T i cu i kho ng th i gian Tạng : ối khoảng thời gian T ải hệ phương trình vi ời điểm ban đầu t 2, công t c Sắc S

l i đ c kích đóng S d n đi n làm đi n ápạng : ược kích đóng S dẫn điện làm điện áp ẫn điện làm điện áp ệ phương trình vi ệ phương trình vi

ngu n U tác d ng lên diode kh ng Vồn U tác dụng lên diode khơng V ụng lên diode khơng V ơng trình vi 0 nh đi n áp ng c nên ng t dòng qua nó Tr ng tháiư ệ phương trình vi ược kích đóng S dẫn điện làm điện áp ắc S ạng :

S đóng đ c phân tích nh ph n trên ược kích đóng S dẫn điện làm điện áp ư ở phần trên ầu t

Chế độ dòng tải hệ phương trình vi i gián đoạng :n:

T i cu i kho ng d n T ạng : ối khoảng thời gian T ải hệ phương trình vi ẫn điện làm điện áp 1 , ta có: i t1 =i t (T 1 )=i 1

Quá trình dòng đi n t i có d ng t ng theo hàm m ệ phương trình vi ải hệ phương trình vi ạng : ăng theo hàm mũ ũ:

Trạng thái ngắt S -kho ng th i gian (Tải hệ phương trình vi ời điểm ban đầu t 1 <t<T): kho ng th i gian ng t là T ải hệ phương trình vi ời điểm ban đầu t ắc S 2

Do b kích ị kích ng t nên dòng qua S tri t tiêu M ch t i có ch a L nên dòng qua nó không th ắc S ệ phương trình vi ạng : ải hệ phương trình vi ứa L nên dòng qua nó không thể ểm ban đầu t

thay đ i đ t ổi đột ộ ng t đ c Do tính liên t c c a dòng đi n qua t i ch a L, dòng t i i ộ ược kích đóng S dẫn điện làm điện áp ụng lên diode khơng V ủa dòng điện qua tải chứa L, dòng tải i ệ phương trình vi ải hệ phương trình vi ứa L nên dòng qua nó không thể ải hệ phương trình vi t ti p ế

t c đi theo chi u ụng lên diode khơng V ều c và khép kín qua diode không V ũ: 0 thu n chi u đang d n c a nó ầu t ều ẫn điện làm điện áp ủa dòng điện qua tải chứa L, dòng tải i

Ph ng trình mô t tr ng ương trình vi ải hệ phương trình vi ạng : thái m ch (V ạng : 0 ,RLE):

u t =0

u t = R.i t + L di +Et

i u ki n ban đ u c a (4.3): t (4.2), dòng đi n t i i

Điều kiện ban đầu của (4.3): từ (4.2), dòng điện tải i ều ệ phương trình vi ầu t ủa dòng điện qua tải chứa L, dòng tải i ừ (4.2), dòng điện tải i ệ phương trình vi ải hệ phương trình vi t đ t giá tr t i th i đi m ạng : ị kích ạng : ời điểm ban đầu t ểm ban đầu t

t=T 1 :

(4.4)

i1 = it (t0 + T1 ) = it (T1) = (U−E R )(1-e−T 1 / τ

Gi i ph ng trình (4.3) ch a nghi m dòng đi n t i iải hệ phương trình vi ương trình vi ứa L nên dòng qua nó không thể ệ phương trình vi ệ phương trình vi ải hệ phương trình vi t

ta có:

It(t) = −R E.(1-e−t −T 1

τ ) + i1.e−t −T 1

τ

Khi E=0, dòng đi n t i luôn liên t c Khi E>0, dòng đi n t i có th liên t c ho c gián đo n Kho ng th i gian ệ phương trình vi ải hệ phương trình vi ụng lên diode khơng V ệ phương trình vi ải hệ phương trình vi ểm ban đầu t ụng lên diode khơng V ặc gián đoạn Khoảng thời gian ạng : ải hệ phương trình vi ời điểm ban đầu t dòng đi n t i gián đo n ph thu c vào các giá tr c a tham s đi u khi n (Tệ phương trình vi ải hệ phương trình vi ạng : ụng lên diode khơng V ộ ị kích ủa dòng điện qua tải chứa L, dòng tải i ối khoảng thời gian T ều ểm ban đầu t 1,T2) và tham s t i (RLE) ch ối khoảng thời gian T ải hệ phương trình vi ở phần trên ế

đ dòng gián đo n (hình H4.2), kho ng th i gian dòng gián đo n (iộ ạng : ải hệ phương trình vi ời điểm ban đầu t ạng : t=0) xu t hi n trong th i gian ng t c ng ất hiện trong thời gian ngắt cơng ệ phương trình vi ời điểm ban đầu t ắc S ơng trình vi

t c S Trong th i gian đóng S, dòng đi n t i liên t c đ c mô t b i ph ng trình (4.1) và (4.2) b t đ u t ắc S ời điểm ban đầu t ệ phương trình vi ải hệ phương trình vi ụng lên diode khơng V ược kích đóng S dẫn điện làm điện áp ải hệ phương trình vi ở phần trên ương trình vi ắc S ầu t ừ (4.2), dòng điện tải i giá tr iị kích t(0)=i0=0 Trong giai đo n đ u c a th i gian ng t công t c S (Tạng : ầu t ủa dòng điện qua tải chứa L, dòng tải i ời điểm ban đầu t ắc S ắc S 1<t<t2): dòng đi n t i liên t c gi m và ệ phương trình vi ải hệ phương trình vi ụng lên diode khơng V ải hệ phương trình vi

tr ng thái m ch đ c mô t b i ph ng trình (4.3) và (4.4) Nghi m dòng đi n t i theo h th c (4.4) gi m ạng : ạng : ược kích đóng S dẫn điện làm điện áp ải hệ phương trình vi ở phần trên ương trình vi ệ phương trình vi ệ phương trình vi ải hệ phương trình vi ệ phương trình vi ứa L nên dòng qua nó không thể ải hệ phương trình vi

và đ t gía tr 0 t i th i đi m tạng : ị kích ạng : ời điểm ban đầu t ểm ban đầu t 2 th a mãn đi u ki n ;ỏa mãn điều kiện ; ều ệ phương trình vi

It(t2) =−R E(1- e t 2−T 1 τ )+ i1.e t 2−T 1 τ = 0; T1<t2<T

.

Gi i ph ng trình (4.5), ta xác đ nh đ c giá tr tải hệ phương trình vi ương trình vi ị kích ược kích đóng S dẫn điện làm điện áp ị kích 2:

t2 = 𝛕.ln.[U E .(e T 1 τ -1)+1]

Giai đoạng :n dòng tải hệ phương trình vi i gián đoạng :n (t2<t<T): đi n áp trên t i b ng E.ệ phương trình vi ải hệ phương trình vi ằng E

Trị kích trung bình điệ phương trình vi n áp trên tải hệ phương trình vi i: d dàng d n gi i đi n áp trung bình trên ễ dàng dẫn giải điện áp trung bình trên ẫn điện làm điện áp ải hệ phương trình vi ệ phương trình vi

t i theo hải hệ phương trình vi ệ phương trình vi th c (4.7):ứa L nên dòng qua nó không thể

Ut = U.T 1 T +E.T −t 2 T =U γ+ E ¿) (4.7)

Hệ quả:

V i ch đ dòng đi n qua t i liên t c, ta có:ới dạng : ế ộ ệ phương trình vi ải hệ phương trình vi ụng lên diode khơng V

- i n áp trên t i có d ng xung thay đ i gi a hai giá tr 0 và Điều kiện ban đầu của (4.3): từ (4.2), dòng điện tải i ệ phương trình vi ải hệ phương trình vi ạng : ổi đột ữa hai giá trị 0 và ị kích

+U;

2- B T NG ÁP Ộ TĂNG ÁP ĂNG ÁP

- B ng cách thay đ i t s ằng E ổi đột ỉ số ối khoảng thời gian Tγ =T 1 T 2 giữa hai giá trị 0 và a T1 thời điểm ban đầu ti gian đóng S và T chu kì đóng ngắc St

(T= T1+T2), ta điềuu khiểm ban đầu tn trị kích trung bình áp tải hệ phương trình vi i và dòng tải hệ phương trình vi i theo hệ phương trình vi thứa L nên dòng qua nó không thể c

0

T

ut dt= UT 1+0 T 2 T = U.T 1 T =U γ ; γ =T 1 T 2

ch đ dòng t i gián đo n, các quá trình đi n áp và dòng đi n đ c mô t b i các

ở phần trên ế ộ ải hệ phương trình vi ạng : ệ phương trình vi ệ phương trình vi ược kích đóng S dẫn điện làm điện áp ải hệ phương trình vi ở phần trên h th c và ệ phương trình vi ứa L nên dòng qua nó không thể

ph ng trình (4.1),(4.2), (4.7) và (4.9)ương trình vi

B gi m áp dùng làm ngu n đi n áp cho truy n đ ng đi n đ ng c m t chi u, làm bộ ải hệ phương trình vi ồn U tác dụng lên diode khơng V ệ phương trình vi ều ộ ệ phương trình vi ộ ơng trình vi ộ ều ộ

ph n ngu n cho b bi n t n áp, b bi n t n dòng đi nầu t ồn U tác dụng lên diode khơng V ộ ế ầu t ộ ế ầu t ệ phương trình vi

Nghiệm dòng điện tải của (4.9) giảm theo hàm số mũ , cho bởi hệ :

Cuộn kháng giải hệ phương trình vi i phóng 1 phầu tn năng theo hàm mũ.ng lược kích đóng S dẫn điện làm điện ápng dự trữa hai giá trị 0 và , Sứa L nên dòng qua nó không thể c điệ phương trình vi n động E ở phần trên chế độ phát năng theo hàm mũ.ng lược kích đóng S dẫn điện làm điện ápng này được kích đóng S dẫn điện làm điện ápc đưa vều nguồn U tác dụng lên diode khơng Vn U một phầu tn , phầu tn còn lạng :i tiêu hao trên điệ phương trình vi n trở phần trên tải hệ phương trình vi i

HỆ QUẢ :

- i n áp t i thay đ i theo d ng xung gi a hai giá tr +U và 0.Điều kiện ban đầu của (4.3): từ (4.2), dòng điện tải i ệ phương trình vi ải hệ phương trình vi ổi đột ạng : ữa hai giá trị 0 và ị kích

T .∫

0

T

ut dt=¿0 T 1+UT 2

T =U

T 2

T =U (1−γ)¿ , γ=T 1

T

Do 0≤ γ ≤ 1 suy ra 0 ≤ Ut ≤U

It = −Ut +E R nếu thay đổi độti vai trò giữa hai giá trị 0 và a U và tải hệ phương trình vi i : gọi tải hệ phương trình vi i Ut là nguồn U tác dụng lên diode khơng Vn cất hiện trong thời gian ngắt cơng p năng theo hàm mũ.ng lược kích đóng S dẫn điện làm điện ápng và U là tải hệ phương trình vi i nhận năng theo hàm mũ.ng lược kích đóng S dẫn điện làm điện ápng , ta có : U = 1−γ Ut > Ut

Điều kiện ban đầu của (4.3): từ (4.2), dòng điện tải iiệ phương trình vi n áp tải hệ phương trình vi i lới dạng :n hơng trình vi n áp nguồn U tác dụng lên diode khơng Vn nên ta gọi đây là bộ tăng theo hàm mũ.ng áp