Bài giảng Điện tử công suất 1: Chương 3 - PGS. TS. Phan Quốc Dũng

Chương 3 - Bộ biến đổi điện áp xoay chiều. Chương này gồm có những nội dung chính sau: Bộ biến đổi điện áp xoay chiều, bộ biến đổi điện áp xoay chiều 1 pha, công tắc xoay chiều 1 pha,... Mời các bạn cùng tham khảo.

BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU

BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU

Chức năng : Dùng để điều khiển trị hiệu dụng điện áp xoay chiềungõ ra bộ biến đổi có nguồn ngõ vào có dạng điện áp xoay chiềukhông đổi.

BBĐ

-Các động cơ không đồng bộ công suất nhỏ và trung bình (truyền

động của các máy quạt, máy bơm, máy xay)

-Các truyền động nhỏ với các động cơ vạn năng công suất nhỏ

(dụng cụ điện cầm tay, máy sấy, máy trộn)

-Hệ thống bù nhuyễn công suất phản kháng

2 Theo dạng mạch:

Cơ bản (đối xứng)

Tiết kiệm (không đối xứng)

3 Nguyên tắc điều khiển bộ biến đổi:Điều khiển pha

Điều khiển theo thời gian

Các loại khoá xoay chiều bán dẫn:

Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải R,L,RL

2 Phân tích :

- Xác định các khoảng dẫn linh kiện

- Thiết lập phương trình áp và dòng

- Vẽ các giản đồ

- Các hệ quả

- Các hệ quả

Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải R

1 Sơ đồ :

Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải R

1 Trạng thái 0: [0 … α ]

; 0

; 0 sin

; 0

; 0 sin

2 1

2

1 1

V V

V m

V

z z

i t

U u

u

i t

U u

u

ωω

Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải R

2 Trạng thái V1: [ α - π ]

;sin

;0

;0

;0

;

;

;sin

;0

2 2

1 1

z z

z V

m z

V

i u

R

u i

i i

t U

u u

Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải R

3 Trạng thái 0: [ π …π+α ]

;0

;

0 =

= i u

;0

;0sin

;0

;0sin

;0

;0

2 1

2

1 1

V V

V m

V

z z

i t

U u

u

i t

U u

u

i u

ω ω

Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải R

4 Trạng thái V2: [π+α …2π ]

;sin

;0

;0

;0

;

;

;sin

;0

1 1

2 2

z z

z V

m z

V

i u

R

u i

i i

t U

u u

Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải R

Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải R

Trị hiệu dụng điện áp trên tải :

π

α π

α ω

ω π

π

2

2

sin1

.sin

z

Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải R

Trị hiệu dụng dòng tải :

U U

2 sin

I z = =

Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải R

Hệ số công suất nguồn :

π α π

α λ

2

2

sin1

U R

U S

z

z z

π

.I U U

Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải R

Đặc tuyến điều khiển trị hiệu dụng điện áp tải và hệ số công suất

100 150 200 250

0.2 0.4 0.6 0.8 1

Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải L

; 0

; 0 sin

; 0

; 0 sin

; 0

; 0

2 1

2

1 1

V V

V m

V

z z

i t

U u

u

i t

U u

u

i u

ω ω

Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải L

2 Trạng thái V1:

;

;sin

;0

m z

V

i i

t U

u u

;0

;0

;

2 2

z V

i u

i i

L

U t

d

t L

U i

t

U dt

di

t m z

α

cos cos

sin

Phương trình dịng điện :

Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải L

Giản đồ áp tải và dịng tải

Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải LGiản đồ áp và dịng linh kiện

Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải L

Trị hiệu dụng áp tải : Khi góc điều khiển α > π /2

2 sin 1

2 sin

U t

d t U

π

α ω

ω π

α π

α

2 sin 3 cos

2 1 1

Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải RL

Góc tới hạn ϕ là góc điều khiển mà dòng điện tải ở ranh giới giữa chế độ dòng điện gián đoạn và dòng liên tục Với tải RL, góc tới hạn cho bởi hệ thức:

R

L arctg ω.

ϕ =

: Dòng tải iz liên tục, uz=u; Uz =U (không đổi)

: Dòng tải gián đoạn, trị hiệu dụng Uz thay đổi

ϕ ≤ ≤

Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải RL

Phân tích trường hợp dòng tải gián đoạn:

a) Trạng thái 0: Ta có các phương trình áp và dòng:

; 0

; 0 sin

; 0

; 0 sin

; 0

; 0

2 1

2

1 1

V V

V m

V

z z

i t

U u

u

i t

U u

u

i u

ωω

Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải RL

b) Trạng thái V1:

;

; sin

; 0

m z

V

i i

t U

u u

; 0

; 0

;

2 2

z V

i u

i i

Phương trình dòng tải:

=

⇒

= +

ω ω

ω

t m

z

m

z z

e

t L

R

U i

t

U dt

di L Ri

sin sin

sin

2 2

Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải RL

b) Trạng thái V1: với ϕ là góc tới hạn, τ = L/R – thời hằng điện Dòng tải iz tăng dần từ thời điểm α, đạt giá trị cực đại Sau đó giảm về 0 ở ωt =β, V1 ngắt ở thời điểm này

; 0 sin

; 0

; 0 sin

; 0

; 0

2 1

2

1 1

V V

V m

V

z z

i t

U u

u

i t

U u

u

i u

ω ω

Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải RL

d) Trạng thái V2: [β … π+α]

;

; sin

t U

u u

; 0

; 0

;

1 1

z V

i u

i i

Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải RL

Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải RL

Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải RL

Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải RL

Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải RL

Gọi Iz là trị hiệu dụng dòng điện qua tải RL Công suất tiêu thụ của tải:

Pz=R.Iz2

Công suất của nguồn xoay chiều:

S=U.I=U.IzHệ số công suất của nguồn:

U

U U

I R S

Bộ biến đổi áp xoay chiều ba pha : Tải R,L,RL

1 Các sơ đồ

Bộ biến đổi áp xoay chiều ba pha : Tải R,L,RL

1 Các sơ đồ

Bộ biến đổi áp xoay chiều ba pha : Tải R,L,RL

Bộ biến đổi áp xoay chiều ba pha : Tải R,L,RL

Bộ biến đổi áp xoay chiều ba pha : Tải R,L,RL

Các phương pháp điều khiển

1 Điều khiển pha : Tương tự điều khiển bộ chỉnh lưu SCR

Các phương pháp điều khiển

2 Điều khiển theo số nguyên lần chu kỳ :

Ví dụ: Cho bộ biến đổi điện áp xoay chiều một pha, nguồn áp xoay chiều , [V] Chiều dương qui ước của áp tải và dòng tải như nhau sao cho thuận chiều dòng dẫn qua Thyristor V1 Tải gồm R=10Ω Góc điều khiển các Thyristor α = 1200

.

1.Vẽ giản đồ u và i ;

1.Vẽ giản đồ uz và iz;

2.Tính góc dẫn của một SCR trong một chu kỳ áp nguồn;

3.Tính trị hiệu dụng áp tải và dòng tải Uz, Iz

4.Tính giá trị cực đại của dòng tải ;

5.Nếu mắc nối tiếp với tải R một cuộn cảm có giá trị L=0.1H và giả sử xung điều khiển có dạng chuỗi xung với giá trị góc kích α = π/3 [rad] Kết luận gì về tính chất liên tục của dòng điện tải ?