Chuong 3 BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU

Bộ biến đổi điện áp một chiềuBộ biến đổi điện áp một chiều hay còn gọi là bộ biến đổi xung áp một chiều với đầu vào là nguồn điện một chiều có điện áp cố định và đầu ra cũng là nguồn đi

Chương 3

BỘ BIẾN ĐỔI

ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU

Bộ biến đổi điện áp một chiều

Bộ biến đổi điện áp một chiều hay còn gọi là bộ biến đổi xung áp một chiều với đầu vào là nguồn điện một chiều

có điện áp cố định và đầu ra cũng là nguồn điện một chiều nhưng

có điện áp thay đổi được.

Giá trị trung bình của điện áp trên tải:

λ - Thời gian khoá K đóng γ - Hệ số điều chỉnh T – Chu kì đóng cắt của khoá K

Để thay đổi điện áp có hai cách:

1- Thay đổi thời gian đóng K khi giữ chu kì T không đổi ( PWM)

2- Thay đổi tần số đóng cắt: ƒ = 1 ⁄ Τ và giữ thời gian đóng khoá K không đổi :

λ =const

γ λ

E

Edt T

Ưu điểm:

+ Hiệu suất cao vì tổn hao công suất trong BBĐ không đáng kể so với bộ BĐ liên tục,

+ Độ chính xác cao, ít chịu ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường,

+ Chất lượng điện áp tốt hơn,

+ Kích thước gọn nhẹ.

Nhược điểm:

+ Cần có bộ lọc đầu ra, tăng quán tính của bộ BĐ,

+ Tần số đóng cắt lớn tạo nên nhiễu nguồn, nhiễu các thiết bị đ/k khác

Bộ biến đổi điện áp một chiều sử dụng van điều khiển là hợp

lý nhất Nhiều trường hợp vẫn sử dụng Thyristor (T) cho loại này vì công suất của T lớn

T là van bán dẫn bán điều khiển, muốn khoá T cần giảm dòng qua T nhỏ hơn một giá trị nhất định nào đó bằng cách đặt điện

áp ngược lên T

Với mạch một chiều khi sử dụng T, người ta thường sử dụng các T phụ và nguồn năng lượng tích trữ trong tụ điện để khoá

T chính

TC là Thyristor chính

Tf là phụ

Khi Tc mở, tụ C được nạp thông qua điện trở R bằng điẹn áp nguồn Khi muốn khoá Tc điều khiển mở Tf, điện áp ngược từ tụ sẽ đặt lên Tc làm cho dòng qua Tc giảm về 0

Khi Tf mở, tụ C được nạp với dấu + ở trên, Khi Tc làm việc,

tụ C phóng qua D, L và do được tính toán trước nên mạch này cộng hưởng, tụ C được nạp theo chiều ngược lại, dấu theo trong ngoặc Khi muốn khoá Tc, điều khiển Tf, điện áp ngược đặt lên Tc, giảm dòng về 0

SƠ ĐỒ CẤU TRÚC

Các khâu chính: Nguồn N - Bộ lọc đầu vào L – Khoá điện tử KDT - Lọc đầu ra Lo - Phụ tải PT

Nguồn 1 chiều có thể là acquy, bộ chỉnh lưu Lọc có thể là L,

LC KDT thường sử dụng van bán dẫn điều khiển hoàn toàn ( GTO, IGBT, BJT) Lọc đầu ra để san phẳng

Sơ đồ nguyên lí

Nguyên tắc điều khiển bộ biến đổi điện áp một chiều

Bộ biến đổi xung áp một chiều không đảo chiều

có điện áp ra thấp hơn điện áp vào ( Bộ biến đổi xung áp nối tiếp)

13

Bộ biến đổi xung áp một nhịp làm việc với

động cơ một chiều

Chế độ động cơ

Điện áp UAB đạt cực đại khi T dẫn UAB ≈ E và đạt cực tiểu khi UAB = 0.

Khi T bị khoá, dòng điện tăng tới i tmax ở thời điểm t1, và giảm đến i tmin tại thời điểm T.

Giá trị trung bình của dòng điện qua khoá điện tử:

Trong đó: i1(t) là dòng điện qua phụ tải khi khoá dẫn điện ( 0 ≤ t ≤ t1 ) ; t =

γ T:

i2(t) là dòng điện qua phụ tải khi khoá không dẫn (t1 ≤ t ≤ Τ ) ; t

= (1- γ )T

Giá trị trung bình dòng qua diode:

Điện áp lớn nhất đặt lên van:

Công suất sử dụng khoá điện tử

t L

U E I

U I

(

1

E U

U T = D =

γ

t T

P

P =

Chế độ dòng gián đoạn

Điểm giới hạn giữa liên tục và gián đoạn tương ứng với điều kiện : I min = 0

Giá trị điện cảm giới hạn:

Khoảng dẫn điện giới hạn:

E

I tgioihan

2

) 1

=

f I

E L

tgh

gioihan

2

) 1

λ −

=

f gioihan 1 2 τ.

U

t

t

2

U T

L

U E T

dt L

U E T I

t t

t t

đặc tính điện cơ : dòng gián đoạn và liên tục

Chế độ hãm điện của động cơ

Dòng năng lượng sẽ từ động cơ về nguồn, động cơ

làm chức năng máy phát ( hãm tái sinh)

21

bộ biến đổi điện áp hai nhịp với điện áp ra

nhỏ hơn điện áp vào

23

Bộ biến đổi cho phép động cơ làm việc ở góc

phần t thứ nhất: chế độ động cơ Và góc phần t thứ hai: Chế độ hãm điện

Quá trình khởi động và hãm ( điện) động cơ

bộ biến đổi xung áp song song có điện áp

ra nhỏ hơn điện áp vào ( bộ biến đổi

xung áp song song)

bộ biến đổi xung áp song song

Van T đóng mở do tín hiệu đ/k UG Khi van T dẫn ( 0

ữ t1 ) điện áp nguồn đặt lên cuộn cảm L, khi T khoá , toàn bộ năng l ợng nguồn và năng l ợng dự trữ tại L đặt lên tải, tạo nên dòng iL2, điện áp trên tải lớn hơn điện

áp nguồn Tụ C tích nl ợng và lọc đ.áp ra Khi T mở, tụ C cấp năng l ợng cho tải

Dòng điện qua van:

D

I I

I

2

0 0

) 1

bộ biến đổi điện áp một chiều có điện áp

ra lớn hơn hoặc nhỏ hơn điện áp vào

31

Bộ biến đổi này cho phép tạo đ ợc điện áp ra Ut lớn hơn hoặc nhỏ hơn điện áp vào E

Van T đ ợc đóng nhờ tín hiệu UG Khi van dẫn, cuộn cảm L đ ợc nạp

điện với điện áp nguồn, dòng nạp là IL1.Tại thời điểm t1, van T bị

khoá, sđđ tự cảm trên cuộn kháng L duy trì dòng qua nó theo

chiều cũ và nạp cho tụ C và cho tải Rt : dòng iL2 Khi van T dẫn ở chu kì tiếp theo, tụ C phóng điện qua tải và duy trì điện áp trên tải

bằng phẳng, đồng thời cuộn kháng lại đ ợc tích năng l ợng.

Nh vậy: Tại thời điểm 0 ữ t1 : Dòng qua van T là iT = iL1,

Tại t1 ữ T dòng qua diode : ID = i L2

Điện áp trên cuộn L bằng E khi T dẫn, bằng – Ut khi T khoá.

4 R I

E U

t

bộ biến đổi xung áp một chiều

có thể đảo chiều đ ợc

35

Van điều khiển sử dụng IGBT Bộ điều khiển cho

phép đảo chiều động cơ theo yêu cầu phụ tải Động cơ thực hiện loại một chiều kích từ độc lập Đảo

chiều động cơ thực hiện bằng đảo chiều dòng

phần ứng Các van IGBT là khoá không tiếp điểm

Các diode sử dụng trong tr ờng hợp động cơ trả năng l ợng phản kháng về nguồn trong chế độ hãm tái sinh

Với bộ biến đổi này có thể sử dụng các ph ơng pháp khác nhau:

+ Điều khiển đối xứng,

+ Điều khiển không đối xứng,

+ Điều khiển hỗn hợp

Điều khiển:

Khi mở các van T1, T2 động cơ sẽ quay theo chiều

thuận ( chẳng hạn), T3 luôn đ ợc khoá còn T4 sẽ đ ợc

đóng mở ng ợc pha với T1 Việc T4 mở trong khoảng t1ữ T nhằm mục đích ngắn mạch phụ tải, do đó điện áp

ra trong khoảng 0 ữ t sẽ thực sự bằng 0

( UAB = 0; t1 ≤ t ≤ T )

Bộ biến đổi có ba trạng thái làm việc:

Trạng thái 1: E.γ >ED Động cơ làm việc ở góc phần t

1, năng l ợng thông qua T1 và T2 dẫn trong khoảng 0 ữ

t1 Thời gian t1 ữ T năng l ợng tích luỹ trong cuộn cảm duy trì dòng điện đi theo chiều cũ khép mạch qua T2

và D4 ( hinh f)

Khoảng t0 – t1, E γ > ED, hoạt động chế độ động cơ cấp qua T1 và T2.

Khoảng t1 – t2 T1 khoá, T4 mở, điện cảm phóng năng lượng tích trữ cho động cơ thông qua D2 và D4.

Khoảng t2 – T khi năng lượng dự trữ trong điện cảm hết, Sđ đ động cơ đảo chiều dòng điện đi qua T4 D2 và cuộn cảm được tích luỹ n.l., khi T4khoá UAB > E quá trình lặp lại như ban đầu ( hình g)

Mặc dù dòng It có đổi chiều nhưng do T4 và D4 tham gia nên trong

khoảng t – T điện áp U luôn bằng 0 Đây chính là lí do điện áp không

39

Phô lôc

Bộ biến đổi điện áp một chiều

Điều khiển bộ biến đổi điện áp một chiều

Nguyên lý hoạt động của một bộ biến đổi điện áp một chiều

Bộ giảm áp

Góc phần tư làm việc

Bộ tăng áp

Bộ tăng áp

Bộ tăng áp

Bộ biến đổi kép dạng đảo dòng

Bộ biến đổi kép dạng đảo dòng

Bộ biến đổi kép dạng đảo dòng

S 1 , S 4 : dạng xung kích, u t : điện áp ngõ ra, i t : dòng ngõ ra, i: dòng nguồn

Bộ biến đổi kép dạng đảo dòng

Bộ biến đổi kép dạng đảo dòng

Bộ biến đổi kép dạng đảo áp

Bộ biến đổi kép dạng đảo áp

Bộ biến đổi kép dạng đảo áp

Bộ biến đổi kép dạng tổng quát

Bộ biến đổi kép dạng tổng quát

Bộ biến đổi kép dạng tổng quát

Mạch lọc cho bộ biến đổi điện áp một chiều

Mạch lọc cho bộ biến đổi điện áp một chiều

Mạch lọc cho bộ biến đổi điện áp một chiều

Ví dụ tính toán

Ví dụ tính toán

Ví dụ tính toán

Ví dụ tính toán

Ví dụ tính toán

Ví dụ tính toán

Ví dụ tính toán

Ví dụ tính toán

Ví dụ tính toán

Ví dụ tính toán

Ví dụ tính toán