Giao trinh bai tap ch4 qhttppdh 111128015449 phpapp02

Chỉnh lưu diod không điều khiển 4.. Thyristor - ngắt điện làm việc với nguồn xoay chiều: Thí nghiệm: Lập mạch điện như hình 3.1.1 iG ≠ 0: TRIAC sẽ dẫn điện ON: dòng qua tải cùng dạng

Trang 1

Slides ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi

Chương 3: BỘ BIẾN ĐỔI (BBĐ) ĐIỀU KHIỂN PHA

1 Nguyên lý điều khiển pha

2 Điều khiển pha áp xoay chiều

3 Chỉnh lưu diod (không điều khiển)

4 Chỉnh lưu điều khiển pha

5 Mạch phát xung điều khiển pha

2 / 37 ch3 DK pha ppt.doc /ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi

III.1 NGUYÊN LÝ ĐIỀU KHIỂN PHA:

1 Thyristor - ngắt điện làm việc với nguồn xoay chiều:

Thí nghiệm: Lập mạch điện như hình 3.1.1

iG ≠ 0: TRIAC sẽ dẫn điện (ON): dòng qua tải cùng dạng với áp

iG = 0: TRIAC sẽ tắt (OFF) khi dòng (áp) qua zero

=> TRIAC (và SCR) là phần tử có thể đóng ngắt ở điện AC

T

Điều khiển

v

io

Hình III.1.1 TRIAC làm việc với nguồn AC tải R

Hình III.1.2: Dạng áp ra điều khiển ON – OFF (a), có đóng ngắt lúc áp qua zero (b)

Trang 2

Nhận xét:

- Thyristor có thể đóng ngắt mạch điện xoay chiều

- Khái niệm chuyển mạch lưới ( line commutation )

- ĐIỀU KHIỂN ON-OFF

còn gọi là điều khiển toàn chu kỳ

(integral cycle control)

- Để điều khiển khiển áp ra,

ta dùng: ĐIỀU KHIỂN PHA

Hình III.1.3: Áp ra điều khiển pha tải trở

ĐN điều khiển pha:

- Thyristor làm việc 1 phần chu kỳ (bán kỳ) của nguồn AC

- ĐK áp ra bằng cách thay đổi góc điều khiển α (góc thông chậm)

2 Khảo sát sơ đồ điều khiển pha 1 SCR :

a Khảo sát với tải R: áp nguồn hình sin u U = 2 sin wt

R

T1

Điều khiển

io o u u

(a) Trị trung bình áp ra:

2 0

1

2

O

U

π

π α

π

α

=

∫

o

wt

o

2π

u

i

T1

u

γ = π − α

wt

π

wt G1

α

Nguyên lý xếp chồng: IO= U RO/

Trị số hiệu dụng áp ngỏ ra:

(1 cos 2 ) [ sin 2 ] ( sin 2 )

oR

α

Trang 3

Khi α = 0, ta có trị hiệu dụng áp ra chỉnh lưu diod bằng U/ 2 0.707= U

b Khảo sát với tải RL:

R

o

L

u u

Khảo sát tương tự trường hợp R

R

wL tg L

R

Z = 2 + ω 2và góc pha φ = −1

tải trở

di

với điều kiện đầu là khi wt = α , io = 0

Dòng tải io có dạng iO = iO1 + iO2 với

* iO1 là thành phần xác lập

( )

1

2 2

1

2 sin( ω φ )

ω

=

tổng trở tải và góc pha tải

o

U

Z

wL tg R

* iO2 là thành phần quá độ

i o U 2 sin( t ) sin( ) e ( t )

Z

ω α

ω τ

Khi wt = α + γ dòng về không: Hình III.2.7: Phân tích các thành phấn áp ngỏ ra.

iO = 0 => sin( α + γ − φ ) − sin( α − φ ) ⋅ e−γω⋅τ = 0

γ

−

⋅ φ

− α

= φ

− γ +

α ) sin( ) e

γ : góc dẫn của SCR

Trang 4

Có góc dẫn γ, ta tính được:

wt

π γ u

u i

Trị trung bình áp UO :

O T T o

α

ω ω

=> Trị trung bình dòng IO : Io = Io / R

α π

=

2

t o

U

Z

ω τ α

π

⋅

Bài tập: Sử dụng GOAL SEEK của Excel để giải <III.2.4>

Bài tập: Sử

dụng GOAL SEEK của Excel để giải

<III.2.4>:

Màn hình Excel để tìm góc dẫn khi cho trước góc kích

Trang 5

III.2 ĐIỀU KHIỂN PHA ÁP XOAY CHIỀU:

1 Khảo sát sơ đồ một pha:

a Tải điện trở:

R

u

i

o

o u

T

Hình III.2.1: BBĐ áp xoay chiều một pha

dùng triac

o

i

α

wt

T

u

γ = π − α

G

i

2π

wt

π

u

wt

- Trị hiệu dụng áp trên tải:

2

α

Kiểm tra lại: khi α = 0 , UOR = U

- Trị hiệu dụng dòng tải:

2sin 2

OR OR

I

- Công suất:

( )2 ( )2

Ví dụ: Tìm góc ĐKP α để công suất ra bằng ½ công suất cực đại (khi đóng trực tiếp vào nguồn)

Bài tập: Sử dụng GOAL SEEK của Microsoft Excel để giải bài toán ngược

của<III.3.1>: Tính góc kích triac để có hiệu dụng áp ra bằng giá trị mong muốn Tính bằng số: Hiệu dụng áp ngỏ ra UOR = 110V ứng với nguồn U = 220V hiệu dụng

Trang 6

b Tải RL:

- dòng không tắt khi áp qua zero

- bề rộng xung dòng γ > π − α

γ là nghiệm của phương trình

sin( α + γ − φ ) = sin( α − φ ) ⋅ e−γω⋅τ

i

α γ

wt

u

Trị hiệu dụng áp ra:

2

[sin 2 sin 2( )]

oR T T o

U

α γ π α π

+

<III.3.3>

Các nhận xét:

* Áp ra bằng không khi α = αMAX = 180 O

* Góc α tối thiểu với tải RL bằng φ

Khi α < φ, áp ra không thay đổi

* Yêu cầu kích xung rộng:

Hình III.3.3: Quá trình quá độ bộ ĐKP áp xoay chiều một pha

4 Ứng dụng:

a Điều khiển ON – OFF:

0.1u Out

R

33

G

Điều khiển In

(a) Sơ đồ khối rơ le bán dẫn

(b) Sử dụng opto triac để điều khiển ON-OFF Hình III.3.6: Ứng dụng điều khiển ON – OFF

Trang 7

- rơ le hay contactor bán dẫn (SSR - solid state relay )

Ưu điểm: - không tạo ra tia lửa điện,

- số lần và tần số đóng ngắt cho phép rất cao…

Nhược điểm: - khả năng quá tải kém,

- hỏng không phục hồi được, nhạy với nhiễu, nhiệt …

b BBĐ áp xoay chiều:

Tải

TRIAC A

Tải

TRIAC B

TRIAC C

T5

T6

R

L

T1

Tải

T3

R T4

(a) dùng ba sơ đồ một pha (b) sơ đô điều khiển ba pha

VÍ DỤ: khảo sát trên PSIM sơ đồ đk pha 3 pha

III.3 CHỈNH LƯU DIOD (KHÔNG ĐIỀU KHIỂN):

Phân loại theo số xung m của áp ra trong một chu kỳ

1 Khảo sát chỉnh lưu hai xung: chỉnh lưu toàn sóng hay hai nữa chu kỳ

a Hoạt động ở tải R:

(a) (b)

Sơ đồ cầu một pha (a) và sơ đồ một pha có điểm giữa (b)

io uo

2π

U 2 u

0

D1

wt

π

u

(c)và các dạng sóng dòng, áp tải trở

2 sin

với U , ω : trị số hiệu dụng và tần số góc áp nguồn u

¾ Trị trung bình Uo của áp ra uo:

2

T

iS

Trang 8

uo = io R với io là dòng ngỏ ra => io = uo/R và Io = Uo/R

¾ Trị hiệu dụng dòng tải :

2

⎛ ⎞

⎝ ⎠

IoR cũng chính là trị hiệu dụng IS của dòng qua nguồn

¾ P R Io . oR2 U2

R

= = => cos φ = 1 => PDC= U IO O. < Po

Áp khóa cực đại trên diod: cực đại áp dây

b Hoạt động ở tải RL:

RL thay vào vị trí của R

(a) áp dòng chỉnh lưu hai xung tải RL (b) dạng dòng trong chu kỳ tựa xác lập

Khảo sát chu kỳ tựa xác lập, ta lấy lại gốc tọa độ và phương trình mạch điện:

u = = u U wt R i = + L dt điều kiện đầu : iO(0) = I1

giải ra: 2 sin ( ) 1 t

o

U

−

L

tg 1ω

=

và R

L

= τ

Khi wt = π , dòng điện trở lại giá trị ban đầu I1 :

2 sin o

U

Z

π ωτ

= − + = <III.1.5> => io(t)

Từ nguyên lý xếp chồng: IO = UO/R , có dạng

Trang 9

Ví dụ: Tính dòng qua mạch chỉnh lưu

cầu diod tải R = 10 ohm, áp nguồn

12 V (hiệu dụng)

Trị trung bình áp ra:

Uo = 12⋅2π2 =12⋅0 9=10 8v,

Trị trung bình dòng ra:

10.8 /10 1.08A

Bài tập III.1.1: Tính HSCS của

BBĐ khi dòng tải phẳng, bằng IO

- Công suất nguồn cung cấp:

o o o 2 2 o

U

π

D1, D4 D2, D3

o o

wt

2π

I

u

π

o Dòng qua nguồn

i = I

u

o

Hình BT III.1.1 Khảo sát chỉnh lưu 2 xung tải dòng phẳng, liên tục

- công suất biểu kiến S = U.IO => HSCS 2 2

π

=

c Hoạt động ở tải RE: Tải có sức phản điện làm cho xung dòng thu hẹp

Gọi δ là góc để diod bắt đầu dẫn điện:

1 2

2 Khi wt = δ thì u E = ⇔ E = U sin δ ⇒ = δ sin− E <III.1.6>

Khi diod dẫn điện, uo= = u R i E o+ ⇒ = io ( u E R − ) / với u = 2 U sin wt

Chỉnh lưu diod 2 xung, tải RE

Khi diod tắt hay iO = 0 , uO = E

=> Uo π1 δ πu dwto. π1 π δ 2 U sin wt dwt δ πE dwt

−

IO có thể được tính theo nguyên lý xếp chồng: IO = (UO – E) /R

R

I = π∫πi dwt= π δ∫π δ− − dwt => Po = R I OR2

Trang 10

d Hoạt động ở tải có tụ điện: ( hình III.1.4 )

Hình III.1.4: Mạch động lực và dạng dòng, áp

Phương trình dòng khi diod dẫn điện:

C in

= = <III.1.7> , với u U = 2 sin wt

iin có thể có giá trị rất lớn => cần hạn chế (khi U lớn)

C v v

R

T

C

(a)

v

C v iin

R

L C

(b)

v

C v iin

R

VARISTOR

C

(c) Các sơ đồ thực tế (có hạn dòng nạp tụ)

Dạng dòng áp khi có phần tử hạn dòng

v

C v

in i

R R

K

C

(d)

2 Tính toán gần đúng áp ra bộ chỉnh lưu diod ngỏ ra có tụ điện:

Giả sử điện dung C rất lớn hay tải nguồn dòng (mạch ổn áp)

Hình III.1.6b Dạng áp tính toán sơ đồ hình III.1.5a

Δ t = T/2 T là chu kỳ điện lưới o.

C

I t U

C

Δ

Δ = (lớn hơn thực tế)

2 2

U = U − Δ U − Δ U ; U: hiệu dụng áp nguồn , Δ UD : sụt áp diod

Trang 11

Dạng áp ra khi áp nguồn quá thấp

e

- e

v

78xx

79xx

Vo

- Vo

C1

C2

C3

Bộ ổn áp tuyến tính 78xx Bài tập: Dùng PSIM mô phỏng bộ chỉnh lưu 1 SCR điều khiển pha có D phóng điện

tải RL Tính dạng sóng dòng tải trong chu kỳ tựa xác lập

L

R

D

u

i

vo

III.4 CHỈNH LƯU ĐIỀU KHIỂN PHA

1 Sơ đồ chỉnh lưu SCR hai xung: hình III.4.1.(a) và (b)

Khảo sát trường hợp tải thuần trở:

T1

(a)

T2

T4

u

o

T3

i

u

n

o

(b)

u

i

o

T1

u

T2 Tr

Hình III.4.1: Sơ đồ và dạng áp, dòng chỉnh lưu 2 xung ĐK pha

G1

γ = π − α

u

i

wt

α

G2

o uo i

o

π

= + <III.4.1> Giá trị tức thời dòng điện tải i

trị trung bình dòng tải

o o

u R U I R

=

Trang 12

Trường hợp tải RL:

Xung dòng kéo dài, có dạng như trường

hợp chỉnh lưu 1 SCR

γ : góc dẫn của SCR là nghiệm số

τ

⋅ ω γ

−

⋅ φ

− α

= φ

−

γ

+

<III.2.4* >

Trung bình áp ra giảm so với tải R

o

U

I

R

= <III.4.4>

i

o

wt

α γ

G1

u

i G2

Hình III.4.3: Dạng dòng, áp ra chỉnh lưu

2 xung, tải RL với dòng gián đoạn

Trường hợp tải dòng liên tục:

Khi L đủ lớn và góc điều khiển pha bé, bề rộng xung γ tăng đến giá trị giới hạn π

dạng áp ra không phụ thuộc tải:

1

2 2

với la áp ra chỉnh lưu diode:

o

do

U ø

α π α

π

α π

π

+

=

∫

<III.4.5>

wt wt

T1

π

o o

2π

i

α

2π

u u

Hình III.4.4: Dạng dòng, áp ra khi dòng tải liên tục

Khi L = ∞ , dòng tải trở nên phẳng: giả thuyết dòng tải liên tục, phẳng

Bài tập: điều kiện chế độ biên liên tục là α = φ với φ = tg–1(wL/R)

Trang 13

2 Sơ đồ chỉnh lưu SCR hình tia m xung:

- Nguồn là hệ thống m pha hình sin

1

1 2

2 3

1

2

sin

m

ω

=

<III.4.8>

(a) Hệ m pha hình sin:

N

e

o u

1

Tm

3

T1

m

e

e e

T2 T3

2

(b) Chỉnh lưu m pha hình tia

e e

2π

0

e

2

m

θ

wt

1

α

1

π

i e

G

m

(c) Dạng áp ngỏ ra tải dòng liên tục

Ta có trình tự làm việc của các SCR:

T1 Ỉ T2 Ỉ T3 Ỉ …Ỉ Tm Ỉ T1 Ỉ T2

=> góc dẫn của 1 SCR γ = 2π/m

Góc chuyển mạch tự nhiên θ (tương ứng với α = 0) của SCR:

2 hay

26 / 37 ch3 DK pha ppt.doc /ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi Trị trung bình áp ngỏ ra khi dòng tải liên tục:

2

o

m

π

=

m

do m

U sin U áp ngõ ra chỉnh lưu diod (khi α = 0)

=> Uo= Udocos α

Trang 14

Ví dụ chỉnh lưu 3 xung: hình tia ba

pha

uo

A

B

T3

T2

C

N

T1

Khi dòng tải liên tục:

2

Khảo sát thêm:

1 Khảo sát chỉnh lưu 3 pha hình tia

tải R

2 Hoạt động bộ chỉnh lưu m pha

hình tia ĐK pha khi α > 90o với tải

dòng liên tục (chế độ nghịch lưu)

B A

2

wt

0

C

v

o

T1

v

θ

CA T1 dẫn BA CA

α

i

o

wt

2 0

2π/3

3 Chỉnh lưu SCR sáu xung với tải dòng liên tục: Sơ đồ cầu 3 pha

T1

B C

T6 T4

T3

u

_

T2

o o

+ i u

u

T5

A

Chia làm 2 nhóm:

- nhóm + : T1, T2, T3

- nhóm – : T4, T5, T6

Là 2 sơ đồ 3 pha hình tia thứ tự kích các SCR:

T1 Ỉ T2 Ỉ T3 Ỉ T1 T6 Ỉ T4 Ỉ T5 Ỉ T6

i

u u

G2 i G1 iG3

3

iG4 iG5

A

u

2π

G6

π

i

π 0

B

+ C α

o

_

Trị trung bình áp ra: (Udo : áp ra chỉnh lưu diod)

2

6

+ + +

Trang 15

TỔNG KẾT VỀ CHỈNH LƯU ĐK PHA:

4 Khảo sát sơ đồ điều khiển không hoàn toàn: Các sơ đồ:

o

(b)

T1

D5

T1

D4

i o

D6

u

D4

o o

(c)

Df

D2

D4

u o

Df D3

T2

u

(a)

C

T1

T3

o

Hình III.6.1

Khảo sát sơ đồ chỉnh lưu một pha (hình III.6.1.a và b) tải RL:

- khoảng dẫn điện của SCR, D thay đổi theo cách bố trí linh kiện

- Áp ra không có phần âm

- Tăng khoảng điều chỉnh, cải thiện HSCS

2

o

U

π

60ο

u

SCR Df SCR Df

T2,D4 T1, D4 T1,D3 T2, D3

D2,D4 T1,D4 D2,D4 D2, T3

(a)

(b) (c)

2π wt 0

π π

Trang 16

Ví dụ: Cho bộ chỉnh lưu một pha hỗn hợp hình III.6.1.a có diod phóng điện Áp

nguồn 220 VAC Tải RL, R = 10 ohm, L đủ lớn để có thể xem dòng tải là phẳng Tính trị

trung bình dòng qua SCR, Diod ở góc ĐK pha α = 45 O

Trung bình áp ra:

UO = 0.45*220*(1 + cos 45) = 169 volt

Trung bình dòng ra:

IO = 169/10 = 16.9 A

- Tính dòng qua SCR, diod:

-u i

Df T1, D4 Df T2, D3

o

2 o

45

u u

180

o

5 Công suất và HSCS của chỉnh lưu điều khiển pha:

Khảo sát sơ đồ chỉnh lưu 2 xung tải dòng liên tục và phẳng Io

T2

u

D4

o

D3

i = I

T1

Công suất tải:

π

A1

o

A

kích T2, T3

α

i

wt u

kích T1, T4

I

cos

o o o do o

P U I = = U I α với Udo= 2 2 / U π Công suất tiêu thụ (ngỏ vào): Pin 1 π αU 2.sin wt I dwt Po o

α

π

+

Công suất biểu kiến: S = U Io => HS công suất: cos Po 2 2 cos o

S

α ϕ

π

Nhận xét: ■ cos ϕ < bất chấp góc điều khiển α vì dòng không hình sin 1

■ cos ϕ < khi α > 90 0 o: Năng lượng đão chiều

Bài tập: Tính lại quan hệ công suất và cos ϕ cho chỉnh lưu cầu 3 pha

Trang 17

III.5 MẠCH PHÁT XUNG ĐIỀU KHIỂN PHA :

1 Nguyên lý điều khiển pha:

Tạo điều khiển: cùng tần số ( đồng bộ) với lưới điện + pha thay đổi

Với α = 0 : không điều khiển,

SCR Å D, áp ra cực đại với tải

G

θ

wt

u i

α

Hình III.7.1 nguyên lý phát xung điều khiển pha

Có hai nguyên lý: làm trễ và so sánh

a Nguyên lý làm trễ:

Dựa vào mạch đơn ổn (làm trễ), kích ở α = 0, phát xung kích thyristor sau Td giây

Đơn ổn

Td Mạch

đồng bộ

α = w Td <III.7.1>

b Nguyên lý so sánh:

mạch so sánh hai tín hiệu:

- Uđk: tín hiệu điều khiển

- Uđb: tín hiệu đồng bộ + cùng tần số lưới + có độ dốc không đổi dấu trong khoảng

α = αmin đến α = αmax

(thường là 0 và π)

ĐK

u

α = 0 α

U

α = α

i

kích SCR

max

ĐB

wt

u G

θ

Định dạng
Số trang	19
Dung lượng	451,65 KB