Bài giảng Điện tử công suất - Chương 3: Bộ biến đổi điện áp một chiều

Bài giảng Điện tử công suất - Chương 3: Bộ biến đổi điện áp một chiều cung cấp cho người học các kiến thức: Bộ biến đổi điện áp một chiều, bộ giảm áp, bộ biến đổi kép dạng đảo dòng, mạch lọc cho bộ biến đổi điện áp một chiều,... Mời các bạn cùng tham khảo.

Chương 3

BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU

 Ngõ ra: đi n áp DC thay đ i đ c ệ ổ ượ  

 Dùng trong các b  ngu n  ộ ồ đóng ng t (switching power supply ắ ),       trong các  ng d ng đi u khi n đ ng c  DC ứ ụ ề ể ộ ơ … 

Các d ng m ch kh o sát trong ch ng này: ạ ạ ả ươ  

 B   ộ bi n đ i  ế ổ m t chi u ki u  ộ ề ể gi m áp ả  (B  gi m áp) ộ ả  

 B   ộ bi n đ i  ế ổ m t chi u ki u  ộ ề ể tăng áp (B   ộ tăng áp) 

 B   ộ bi n đ i  ế ổ m t chi u kép  ộ ề  

­ Ki u đ o dòng,  ể ả  

­ Ki u đ o áp,  ể ả  

­ D ng t ng quát ạ ổ  

Bộ biến đổi điện áp một chiều

Nguồn acquy

Điện áp dc (không ổn định) Điện áp dc (ổn định)

Điện áp dc (không ổn định)

Ví dụ ứng dụng: sơ đồ khối bộ ổn áp DC dùng bộ biến đổi điện áp một chiều

Điều khiển bộ biến đổi điện áp một chiều

a Nguyên lý mạch tạo tín hiệu PWM

v st

(sóng răng c a ư )

Bộ so sánh

Tín hiệu điều khiển khóa bán dẫn

v st

(sóng răng c a ư )

Tín hiệu điều khiển khóa bán dẫn

U t * (t/h đặt)

U t (t/h hồi tiếp)

Bộ giảm áp

Bộ giảm áp

Ch  đế ộ dòng liên t c:ụ  

 Đi n áp ra uệ t có d ng xungạ  

 Giá tr  trung bình c a đị ủ i nệ  áp ngõ ra: 

E

U T

t T E T

T U

Bộ giảm áp

Góc phần tư làm việc

Bộ tăng áp

Bộ tăng áp

 Đi n áp ra u ệ t có d ng xung ạ  

 Giá tr  trung bình c a đ ị ủ i n ệ  áp ngõ ra: 

     ­ Ut là đi n ệ  áp phía ngu n c p năng l ng ồ ấ ượ  (E) 

     ­ U là đi n áp phía t i nh n năng l ng ệ ả ậ ượ  

     Ta có:  t U t

1 U

U

Bộ biến đổi kép dạng đảo dòng

Bộ biến đổi kép dạng đảo dòng

0 0.5 1 1.5

0 0.5 1 1.5

0 100 200 300

0 10 20

0 10 20

Đáp ứng của hệ thống Chopper lớp C + động cơ DC kích từ độc lập (L ư = 10mH, R ư = 0.25 Ω , f sw = 1000Hz

Bộ biến đổi kép dạng đảo dòng

0 0.5 1 1.5

0 100 200 300

-20 -10 0

-20 -10 0

Bộ biến đổi kép dạng đảo dòng

0 0.5 1 1.5

0 0.5 1 1.5

0 100 200 300

-50 0 50

-50 0 50

Đáp ứng của hệ thống Chopper lớp C + động cơ DC kích từ độc lập (L ư = 10mH, R ư = 0.25 Ω , f sw = 100Hz

Bộ biến đổi kép dạng đảo dòng

­ Đi n áp ệ ra thay đ i gi a +U và 0 ổ ữ  luôn luôn >0. 

­ Dòng t i có th  đ i chi uả ể ổ ề  

­ Luôn ho t đ ng   ch  đ  dòng liên t cạ ộ ở ế ộ ụ  

Bộ biến đổi kép dạng đảo áp

Bộ biến đổi kép dạng đảo áp

Gi n đ  kích 1ả ồ : 

­ S 1  đóng c t  ắ trong m i chu k ỗ ỳ,  T T  (T1 1 : th i gian đóng khóa S ờ 1), 

­ S 2 : d n liên t c, đi n áp trung bình ngõ ra: ẫ ụ ệ   1

t

T

Bộ biến đổi kép dạng tổng quát

­ Dòng ngõ ra có th  ch y theo  ể ạ c   ảhai chi u ề  

­ Đi n áp ngõ ra bi ệ ến thiên gi a  ữ –U và U 

­ Giá tr  trung bình đi n áp ngõ ra (  ch  đ  dòng ị ệ ở ế ộ  liên t c): ụ  

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

4

t f

c

I C

 L là cảm kháng mạch tải (L=Lph+Lt)

 i là độ nhấp nhô lớn nhất cho phép của dòng điện tải

Ví dụ tính tốn

Ví dụ 4.1: 

Bộ giảm áp cấp nguồn áp cho phần ứng của động cơ DC kích từ độc lập

Nguồn một chiều U = 220V, tần số đóng ngắt f = 500Hz

Động cơ có Rư = 2 sức điện động tính theo cơng thức E = 1,253 [V;rad/s]

Đi n c m Lệ ả ư khá l n đ  dịng đ ng c  luơn liên t cớ ể ộ ơ ụ  

Dịng động cơ luôn bằng định mức, tức It = Iưdm=11,6[A]

a Tính tỉ số T1/T khi vận tốc động cơ là 1000 vòng/phút

b Tính điện áp tải nhỏ nhất ở chế độ dòng tải liên tục,

Từ đó xác định thời gian đóng tối thiểu T1 của chế độ dòng liên tục

T

T 1

Xung kích S

t

154 U

U T

T 1 t

b.- Điện á p tả i nhỏ nhất khi E 0 Lú c đó :

Ví dụ tính tốn

Ví dụ 4.2 

Cho bộ giả m á p cấp nguồn cho động cơ một chiều kích từ độc lập

Nguồn một chiều U = 220V

Tả i có Rư = 0, Lư = 32,5 mH, E =1,253 vớ i [rad/s] là vận tốc động cơ

Tần số đó ng ngắt bộ giả m á p f = 500Hz Cho biết dòng tả i liên tục và mạch ở xá c lập

1 Tính tỉ số = T

T

1 khi vận tốc động cơ n = 1500 v/ph

2 Gọi i ttmin và i tmax là trị nhỏ nhất và lớ n nhất củ a dòng điện qua tả i

Tính hiệu i t = i tmax - i tmin

3 Để giả m bớ t độ nhấp nhô dòng điện i t sao cho i t < 1A,

cần phả i thêm cả m khá ng phụ bằng bao nhiêu

4 Trong trường hợp không sử dụng thêm cả m khá ng phụ,

cần phả i điều chỉ nh tần số đó ng ngắt như thế nào để i t < 1A

5 Một cá ch tổng quá t, khi E thay đổi trong khoảng ( 0, +U),

tìm điều kiện về f và L để độ nhấp nhô dòng ở xá c lập thỏ a điều kiện i t < i tmax

Ở chế độ xác lập Ut = E = 1,253 = 1,253 157 = 196,8[V]

T

T U

220

8 ,

196 U

E E

U

U t

Ví dụ tính tốn

2.- Tính hiệu it = itmax - itmin

Khi công tắc S đóng:

E dt

di L U

L

E U

8946 ,

0 0325 ,

0

8 , 196

220 f

L

E U

i t

Ví dụ tính tốn

3.- Tính Lph sao cho it < 1A,

Để giảm độ nhấp nhô dòng điện it < itmax = 1A Ta phải có:

] H [ 0415 ,

0 500

8946 ,

0 1

8 , 196 220

L

f

i

E U

L

i f

max t

Từ đó cảm kháng phụ thêm vào tối thiểu bằng:

Lph min = L - Lu = 0,0415 - 0,0325 = 0,009 [H] = 9 [mH]

4.- N uế giảm độ nhấp nhô dòng điện bằng cách thay đổi tần số đóng ngắt f, ta có:

] Hz [ 5 , 648 8946

, 0 0325 ,

0 1

8 , 196 220

L i

E U

Ví dụ tính tốn

5.- Ta có:

1

f.

L

U f

L

U

U f

L

E U

L

U 1

f.

4

1 f.

220 i

4

U L

.

max t

Việc chọn tần số và cảm kháng phụ tùy ý, thỏa điều kiện f.L > 55 {H.H ]