Giáo trình điện tử công suất chương bộ biến đổi xung điện áp một chiều

Nếu giá trị Lt đủ lớn, giá trị dòng tải không quá nhỏ thì năng lượng tích luỹtrong Lt ở giai đoạn K đóng đủ để duy trì dòng tải đến thời điểm đóng lại khoá K t=t2, ta có chế độ dòng điện

CHƯƠNG 3: BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU-MỘT CHIỀU

(Bộ biến đổi xung điện áp một chiều)

MỤC TIÊU CỦA CHƯƠNG

Sinh viên nắm được kĩ thuật đóng ngắt để chuyển đổi điện áp một chiều DC/DC.Hiểu sự vận hành và các đặc tính của bộ biến đổi điện áp một chiều

Ứng dụng của BBD điện áp một chiều trong thực tế

3.1 KHÁI NIỆM CHUNG

Trong kỹ thuật điện cũng có nhiều trường hợp phải thực hiện quá trình biến đổi mộtđiện áp một chiều không đổi thành một điện áp một chiều khác có giá trị điều chỉnh đượctrong phạm vi rộng Để thực hiện quá trình biến đổi này người ta đã từng sử dụng nhiềuphương pháp khác nhau Phương pháp biến đổi cho hiệu suất cao, dùng được trong giảicông suất từ nhỏ đến lớn và thực hiện điều chỉnh điện áp ra một cách thuận tiện nhất là

sử dụng các BBĐ điện áp một chiều thành điện áp một chiều, thường gọi tắt là BBĐ mộtchiều-một chiều và cũng còn được gọi là xung điện áp hoặc trong một số tài liệu khácngười ta gọi là bộ băm điện áp

Hình 3.1: Sơ đồ nguyên tắc chung (a) và dạng điện áp, dòng điện trên tải (b) của BBĐ

Tcktđ

ut

0 t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7

iDoD0

BBĐ một chiều-một chiều là thiết bị biến đổi điện năng ứng dụng các dụng cụ bándẫn có điều khiển Nguyên tắc hoạt động của BBĐ được minh hoạ bằng sơ đồ nguyêntắc hình 3.1.

Trong sơ đồ này khoá đóng cắt K đặc trưng cho BBĐ một chiều-một chiều; phụtải gồm các phần tử: s.đ.đ phụ tải Et (còn được gọi là sức phản điện động), điện trở tải Rt

và điện cảm phụ tải Lt (thường gồm tự cảm của tải, ví dụ như điện cảm cuộn dây phầnứng động cơ một chiều, và điện cảm của cuộn kháng đưa thêm vào mạch để san bằngdòng tải); điôt ngược D0 (còn gọi là điôt không) Điện áp Ud là điện áp một chiều thường

có giá trị không đổi dùng để cung cấp cho BBĐ Dòng qua khoá đóng cắt K đồng thời làdòng nguồn ký hiệu là id Dòng qua điốt ngược ký hiệu là iDo dòng và áp trên tải ký hiệu

là it và ut Điện áp trên D0 là uDo = -ut giống như điôt không trong sơ đồ chỉnh lưu

Nguyên tắc hoạt động của BBĐ như sau: Người ta điều khiển đóng-cắt khoá Ktheo một chu kỳ nào đó Ví dụ trong khoảng từ t=0 đến t=t1 thì đóng K, trên tải sẽ đượcđặt điện áp bằng Ud và có dòng từ nguồn qua khoá K kín và qua tải Phương trình vi phân

để xác định dòng qua tải trong giai đoạn này là:

mở van D0 và dòng tải sẽ được duy trì qua D0 Phụ thuộc vào chế độ làm việc cũng nhưthông số các phần tử phụ tải mà có thể xẩy ra 2 chế độ làm việc tương tự như với sơ đồchỉnh lưu Nếu giá trị Lt đủ lớn, giá trị dòng tải không quá nhỏ thì năng lượng tích luỹtrong Lt ở giai đoạn K đóng đủ để duy trì dòng tải đến thời điểm đóng lại khoá K (t=t2), ta

có chế độ dòng điện tải liên tục (dạng dòng tải trường hợp này biểu diễn trên đồ thị hình3.1b), và dòng tải giai đoạn này sẽ giảm dần từ Imax xuống bằng Imin tại t=t2 Trường hợp

do Lt quá nhỏ, hoặc do dòng tải quá nhỏ (tải nhỏ hoặc không tải) thì năng lượng tích luỹtrong Lt không đủ để duy trì dòng tải đến thời điểm đóng lại khoá K, ta có chế độ dòngđiện tải gián đoạn, khi sơ đồ làm việc ở chế độ dòng tải gián đoạn thì dòng tải khi cắt K

sẽ giảm dần đến bằng không tại một thời điểm t1' nào đó (t1'<t2) Trong giai đoạnt=tt=t' thì D dẫn dòng, bỏ qua sụt áp trên điôt mở ta có u = -u = 0 Từ t=t ' đến t=t

thì dòng tải bằng không, van D0 khoá, điện áp trên tải giai đoạn này là: ut=Et Phươngtrình vi phân để tìm dòng tải khi van D0 dẫn dòng là :

Tại t=t2 người ta lại đóng khoá K nên trên tải lại được đặt điện áp bằng Ud và lại códòng từ nguồn Ud đi vào tải, dòng tải lại tăng, van D0 lại bị đặt điện áp ngược và khoá lại.Các chu kỳ tiếp theo sự hoạt động của sơ đồ tương tự như đã xét

Từ đồ thị điện áp trên tải ở chế độ dòng điện tải liên tục ta có giá trị trung bình củađiện áp trên tải được xác định bằng biểu thức:

- Giữ nguyên thời gian một chu kỳ đóng cắt Tck=tđ+tc và thay đổi thời gian đóng tđ, tức

là thay đổi độ rộng xung : Được gọi là phương pháp điều chỉnh xung rộng

- Giữ nguyên thời gian đóng tđ, thay đổi thời gian chu kỳ Tck, tức là thay đổi tần sốđóng cắt f: Được gọi là phương pháp điều chỉnh xung tần

- Thay đổi cả thời đóng tđ và tần số đóng cắt f: Được gọi là phương pháp điều chỉnhxung rộng-tần

Để thực hiện chức năng khoá đóng cắt K ta có thể sử dụng các dụng cụ bán dẫn cóđiều khiển, các dụng cụ được sử dụng chủ yếu là transitor và tiristor

Các khoá bằng transitor có kết cấu gọn hơn do đặc tính làm việc của transitor là: mởkhi có tín hiệu điều khiển đủ yêu cầu và khoá khi mất tín hiệu điều khiển hoặc có một tínhiệu ngược chiều nhỏ ở cực gốc (được xem như là cực điều khiển) Các khoá loại này có

ưu điểm là dễ khống chế nhưng cũng có nhược điểm là công suất còn bị hạn chế

Các khoá đóng cắt bằng thyristor có nhược điểm là kết cấu phức tạp hơn do chỗ tiristor

mở khi có tín hiệu điều khiển nhưng lại không khoá được bằng tín hiệu điều khiển ngượcchiều (hiện nay cũng có một số tiristor khoá được bằng tín hiệu điều khiển ngược chiềunhưng thường là công suất nhỏ và chưa thông dụng) mà nguồn cung cấp cho BBĐ lànguồn một chiều Vì vậy, đối với khoá đóng cắt bằng tiristor thì cần phải có thêm một sốthiết bị phụ để chuyển mạch tiristor mà ta thường gọi là thiết bị chuyển mạch hay chuyểnđổi

3.2 DÒNG VÀ ÁP TRÊN PHỤ TẢI CỦA BBĐ MỘT CHIỀU-MỘT CHIỀU

3.2.1 Biểu thức dòng tải tổng quát dòng tải trong chế độ xác lập

.2.1.2 Giai đoạn khoá K đóng

Từ phương trình (3.1) chuyển sang dạng toán tử Laplace ta có:

trong đó a=Rt/Lt ; p là toán tử Laplace ; Iđ(p) là ảnh Laplace của dòng tải trong giai đoạn

K đóng itđ ; iđ(0) là giá trị dòng tải tại thời điểm đầu của mỗi lần đóng khoá K (chọn mốct=0 tại thời điểm đóng K), khi BBĐ làm việc ở chế độ xác lập thì giá trị tại thời điểm đầucủa khoảng K đóng bằng giá trị dòng tải tại thời điểm cuối của khoảng K cắt và ta kýhiệu là Imin , tức là : iđ(0) = Imin Giải (3.4) ta được :

I p U  E pL p a  I p a a U  E pR p a I p a

Chuyển sang hàm gốc ta tìm được biểu thức dòng tải giai đoạn khoá K đóng là:

.2.1.2 Giai đoạn khoá K cắt

Trong giai đoạn K cắt thì D0 dẫn dòng, ta có phương trình để xác định dòng tải làphương trình (3.2) Chuyển phương trình (3.2) sang dạng toán tử Laplace với mốc thờigian xét t=0 là thời điểm bắt đầu cắt khoá K:

     

.p I p c 0  i c  a I p c   E p t/

trong đó a=Rt/Lt ; p là toán tử Laplace ; Ic(p) là ảnh Laplace của dòng tải trong giai đoạn

K cắt itc ; ic(0) là giá trị dòng tải tại thời điểm đầu của mỗi lần cắt khoá K, khi BBĐ làmviệc ở chế độ xác lập thì giá trị tại thời điểm đầu của khoảng K cắt bằng giá trị dòng tảitại thời điểm cuối của khoảng K đóng và ta ký hiệu là Imax : ic(0)=Imax

.5.2.2 Biểu thức dòng tải toàn chu kỳ đóng cắt

Các biểu thức (3.5) và (3.7) là biểu thức dòng tải trong 2 giai đoạn của một chu kỳđóng cắt khoá K, trong các biểu thức này còn có Imin và Imax là các giá trị chưa biết Vậy

để có thể tìm được giá trị dòng tải ta xác định các giá trị Imin và Imax

Như đã nêu, trong chế độ xác lập, nếu dòng tải là liên tục thì ta có: Imin bằng giá trịdòng tải tại thời điểm cuối khoảng cắt của K, tức là khi cho t=tc đối với biểu thức (3.7) ;còn Imax là giá trị dòng tải cuối khoảng đóng của K, tương ứng là giá trị biểu thức (3.5)khi cho t=tđ Vậy ta có:

Vậy tập hợp các biểu thức (3.5), (3.7) và (3.11) ta có biểu thức tổng quát dòng tảitrong một chu kỳ đóng cắt khoá K:

3.2.2 Điện áp trên tải

.5.2.2 Chế độ dòng tải gián đoạn

Trong trường hợp dòng tải gián đoạn thì giai đoạn khoá K đóng điện áp tải vẫn không

có gì thay đổi so với chế độ dòng tải liên tục, tức là khi K đóng thì ut=Ud Giai đoạn khoá

K cắt được phân làm hai gian đoạn nhỏ : từ lúc bắt đầu cắt K cho đến khi dòng tải vừagiảm xuống bằng không (t=0t=t0) lúc này van D0 làm việc, ta có: ut=0; giai đoạn nhỏtiếp theo là từ lúc D0 khoá (t=t0) cho đến thời điểm đóng lại khoá K ở chu kỳ đóng cắttiếp theo (trong khoảng t=t0t=tc): ut=Et

Vậy ta có thể xác định biểu thức tính điện áp trung bình trên tải trong chế độ dòngđiện tải gián đoạn như sau:

Hình 3.2: Một số sơ đồ mạch lực BBĐ một chiều – một chiều sử dụng thyristor

Trên hình 3.2 là các sơ đồ BBĐ một chiều-một chiều sử dụng khoá đóng cắt bằng cácthyristor Trong tất cả các sơ đồ thì : T1 là thyristor chính, nó đóng vai trò khoá đóng cắtK: khi T1 mở tương đương với khoá K kín mạch (K đóng), còn khi T1 khoá tương đươngvới khoá K hở mạch (K cắt): phụ tải của BBĐ gồm Et,Rt,Lt ; D0 là điôt ngược; các phần

tử còn lại trong các sơ đồ là các phần tử chuyển mạch (chuyển đổi), nó được sử dụng đểkhoá van T1 tại những thời điểm cần thiết Các phần tử chuyển mạch của sơ đồ 1 (hình

Ud

iDoD0

ut

icC

d

T1

T2+

EtL

D

c

icC

T3

T4T5

iDoC

iT2D0

3.2a) và sơ đồ 3 (hình 3.2c) là tụ điện C, điện cảm L, điôt D và tiristor phụ T2 Các phần

tử chuyển mạch của sơ đồ 2 (hình 3.2b) gồm tụ điện C, các điện cảm L1, L2, các điôt D1,

D2 và tiristor phụ T2 Các phần tử chuyển mạch của sơ đồ 4 (hình 3.2d) gồm tụ điện C

và các tiristor phụ T2 , T3 , T4 , T5

3.3.2 Nguyên lý làm việc của BBĐ một chiều-một chiều sử dụng khoá đóng cắt

bằng thyristor

.5.2.2 Nguyên lý làm việc sơ đồ 1 (hình 4.2a)

Hình 3.3: Sơ đồ BBĐ một chiều-một chiều nối tiếp

Ta biểu diễn lại sơ đồ 1 trên hình 3.3, trong sơ đồ ta ký hiệu dòng và áp trên một sốphần tử của sơ đồ: uC, iC là điện áp và dòng điện trên tụ điện chuyển mạch C ; uT1, iT1 làđiện áp và dòng điện mạch anôt-katôt thyristor chính T1 ; ut, it , iDo là điện áp trên tải ,dòng qua tải và điôt ngược D0

Muốn cho sơ đồ khởi động và làm việc bình thường thì điều bắt buộc trước tiên làphải nạp điện đủ cho tụ C trước khi khởi động Giá trị điện áp nạp tụ đủ là Ud , còn cựctính điện áp nạp ban đầu cho tụ có thể bất kỳ Để nạp điện cho tụ C ta có thể sử dụngngay điện áp Ud cung cấp cho BBĐ hoặc có thể sử dụng một nguồn điện khác bất kỳ cógiá trị phù hợp , thường thì ta sử dụng ngay điện áp Ud để nạp tụ

*Việc nạp điện cho tụ C bằng nguồn Ud thường được thiết kế một cách tự động nhưsau:

Khi thiết kế lắp đặt BBĐ người ta nối thẳng mạch điện cực điều khiển của T2 đến đầu

ra mạch phát xung mở cho T2 Điện cực điều khiển của T1 thì nối đến đầu ra mạch phátxung mở cho T1 qua tiếp điểm thường mở của rơ le khởi động BBĐ Khi đóng nguồn

T1

T2+

cung cấp cho mạch động lực thì đồng thời mạch phát xung điều khiển cũng sẽ được cấpnguồn và làm việc Nếu ta giả thiết điện áp trên tụ đang bằng không, tại một thời điểmnào đó (ví dụ là tại t=0) ta đóng nguồn cung cấp cho BBĐ để chuẩn bị làm việc thì tạithời điểm đó mạch điều khiển của BBĐ (trong phần này ta chưa nghiên cứu đến phầnmạch điều khiển và ta tạm giả thiết là mạch điều khiển BBĐ làm việc bình thường đúngtheo yêu cầu đặt ra) cũng được cấp nguồn và làm việc, do vậy tại một thời điểm nào đólân cận ngay sau t=0 trên T2 sẽ xuất hiện tín hiệu điều khiển thứ nhất của nó Lúc nàyđiện áp trên T2 đang thuận vì uC = 0 nên khi có tín hiệu điều khiển T2 sẽ mở và xuất hiệndòng nạp cho tụ theo đường (+Ud) - C -T2 - phụ tải - (-Ud) và điện áp tụ sẽ tăng dần lên.Khi điện áp tụ đạt giá trị Ud với cực tính dương ở bản cực phía trên (tức là uC=Ud) thìdòng nạp tụ bằng không, có nghĩa rằng dòng qua T2 cũng bằng không và T2 tự khoá lại.

Do chưa khởi động BBĐ nên mạch điện cực điều khiển T1 chưa kín, van T1 chưa đượccấp xung điều khiển và chưa làm việc, còn T2 nếu có tiếp các xung điều khiển thì vẫnkhoá do tụ C đã nạp đầy dẫn đến không có điện áp thuận trên T2, vì vậy điện áp tụ C sẽđược giữ nguyên giá trị và cực tính như vậy để chuẩn bị quá trình khoá T1 khi ta cho sơ

đồ làm việc

*Khởi động và đưa BBĐ vào làm việc: Tại t=t0 ta ấn nút điều khiển khởi động BBĐ,lúc đó rơ le khởi động sẽ tác động và làm kín mạch điện cực điều khiển T1 với mạch phátxung Tại một thời điểm nào đó sau t0 (t=t0’) thì trên điện cực điều khiển T1 xuất hiệnxung điều khiển đầu tiên, do đang có điện áp thuận nên T1 sẽ mở và xuất hiện dòng điện

từ cực dương nguồn qua van T1 qua phụ tải về cực âm nguồn Van T1 mở, bỏ qua sụt áptrên nó ta có ut=Ud, mặt khác T1 mở sẽ tạo đường phóng điện cho tụ C và tụ sẽ phóngđiện theo đường C - T1 - D - L - C Nếu ta bỏ qua sụt áp trên T1 và D đang dẫn dòng thìmạch vòng phóng điện của tụ là một mạch vòng dao động cộng hưởng không có tổn thất.Như đã rõ trong lý thuyết mạch điện, ta có:

Với sự phóng điện của tụ trong vòng dao động cộng hưởng thì ban đầu dòng phóngcủa tụ tăng dần đồng thời điện áp trên tụ giảm dần, khi điện áp trên tụ giảm xuống bằngkhông thì dòng qua tụ và điện cảm đạt giá trị lớn nhất Sau đó tụ sẽ được nạp theo chiềungược lại, giá trị điện áp trên tụ tăng dần thì dòng qua tụ và điện cảm cũng giảm dần Khiđiện áp trên tụ đạt giá trị bằng trước lúc bắt đầu phóng và cực tính ngược lại (tức là uC=-

Ud) thì dòng qua tụ bằng không và có xu hướng đổi chiều (tụ có xu hướng phóng điện

ngược lại), nhưng do tính dẫn dòng một chiều của điôt D mà sự phóng điện theo chiềungược lại không xẩy ra và điện áp trên tụ sẽ được giữ nguyên giá trị và cực tính như vậy(=-Ud) cho đến thời điểm mở T2 Đến thời điểm t1=t0’+tđ ta cần khóa van T1 (cắt khoá K),

ta truyền tín hiệu điều khiển đến T2 (do mạch phát xung điều khiển thực hiện), T2 sẽ mở

và tụ C phóng điện qua T2 mở - qua phụ tải - nguồn cung cấp Bỏ qua sụt áp trên T2 mởthì toàn bộ điện áp trên tụ C sẽ đặt lên T1vậy ta có uT1=uC tức là tại thời điểm T2 mở (t=t1)thì T1 bị đặt điện áp ngược và khoá lại Khi điện áp trên tụ vẫn âm thì uT1 vẫn âm và T1phục hồi tính chất điều khiển Quá trình phóng điện làm cho giá trị điện áp trên tụ giảmdần và khi uC = 0 thì tụ sẽ được nạp theo chiều ngược lại bởi nguồn cung cấp Ud củaBBĐ và điện áp trên tụ lại tăng dần theo chiều ngược lại Khi giá trị điện áp trên tụ đạtđến Ud thì điện áp trên tải bằng không và s.đ.đ tự cảm sinh ra trong Lt sẽ làm mở D0 vàdòng tải sẽ được duy trì qua điôt ngược, bỏ qua sụt áp trên D0 mở thì ut=0 và điện áp tụcân bằng với điện áp nguồn (tụ nạp đầy) và dòng qua tụ sẽ giảm về bằng không nên dòng

T2 cũng bằng không và van T2 tự khoá lại, điện áp trên tụ được giữ nguyên giá trị và cựctính như vậy cho đến lúc T1 mở Tại t=t2=t1+tc van T1 lại có tín hiệu điều khiển, T1 lại mở,

ut=Ud và D0 bị đặt điện áp ngược khoá lại T1 mở thì qua T1 lại có dòng tải và dòng phóngcủa tụ Sự làm việc của sơ đồ trong các giai đoạn tiếp sau diễn ra tương tự như chu kỳvừa xét Như vậy bằng cách truyền tín hiệu điều khiển đến T1 và T2 theo qui luật nhấtđịnh mà ta đã khống chế được quá trình mở - khoá của T1 đúng theo qui luật cần thiết.Chu kỳ làm việc của 2 van T1 và T2 bằng nhau và đúng bằng chu kỳ của điện áp trên tải.Thời gian một lần đóng của khoá K bằng thời gian một khoảng mở của T1, nó bằngkhoảng thời gian từ thời điểm xuất hiện một xung điều khiển trên T1 đến thời điểm xuấthiện xung điều khiển trên T2 gần nhất và tiếp sau xung xuất hiện trên T1

.5.2.2 Nguyên lý làm việc của các sơ đồ khác

a Sơ đồ 2 (hình 3.2b)

Từ sơ đồ hình 3.2b ta thấy rằng nó chỉ khác sơ đồ hình 3.2a là tồn tại thêm một mạchvòng phóng điện thứ hai, có tác dụng giảm ảnh hưởng của dòng tải đến thời gian phóngđiện của tụ Các điều kiện cũng như biện pháp nạp điện ban đầu cho tụ cũng tương tự như

sơ đồ 1

b Sơ đồ 3 (hình 3.2c)

Với sơ đồ này thì không cần phải nạp điện ban đầu cho tụ Đây là ưu điểm của sơ đồnày so với các sơ đồ khác.

Ví dụ tại t=0 ta bắt đầu khởi động sơ đồ, giả thiết trước đó điện áp trên tụ đang bằngkhông Ở thời điểm t=t0 sẽ xuất hiện xung điều khiển đầu tiên trên T1 và van T1 sẽ mở vìđang có điện áp thuận do nguồn cung cấp một chiều Ud gây nên Van T1 mở thì sụt áptrên nó bằng không và trên tải được đặt điện áp nguồn cung cấp (tức là lúc này ta có:

ut=Ud), đồng thời sẽ xuất hiện dòng nạp cho tụ C theo mạch vòng: (+Ud) -T1 - D - L - (-Ud) Nếu bỏ qua sụt áp trên T1và D đang dẫn dòng thì đây là một mạch vòng cộnghưởng không tổn thất, theo lý thuyết mạch điện thì tụ C sẽ nạp điện với qui luật thay đổicủa điện áp dạng hàm sin , còn dòng qua tụ thay đổi theo qui luật hàm cosin (ta đặt t’=t-t0thì thời điểm tụ bắt đầu nạp - tức là bắt đầu mở T1: t'=0) Biểu thức dòng và áp tụ C sẽ là:

2 ’ ; ’ ;

Với w0  1/ L C là tần số góc cộng hưởng, Im=2.Ud/0.L là biên độ dòng qua tụ điện

C và cuộn kháng L khi tụ C nạp điện Như vậy khi 0t’=/2 thì uC=2Ud , còn dòng qua tụthì bằng không và bắt đầu có xu hướng đổi chiều, do tính dẫn dòng một chiều của D, mặtkhác T2 còn khoá nên quá trình đổi chiều dòng qua tụ chưa xảy ra Điện áp trên tụ lúc đó

có giá trị bằng 2Ud và cực tính dương ở bản cực phía trên trong sơ đồ hình 3-2c và sẽđược giữ nguyên như vậy cho tới lúc mở T2 Tại t=t1=t0+tđ thì ta cần khoá van T1, ta đưatín hiệu điều khiển đến mở T2, van T2 sẽ mở do điện áp trên nó đang thuận, tụ C sẽ phóngđiện qua T2 - qua phụ tải Sự phóng điện của tụ C qua T2 gây nên trên T1 một điện ápngược (khi T2 mở thì uT1=Ud-uC), do vậy mà T1 khoá lại Khi tụ phóng đến điện áp bằngkhông thì D0 sẽ mở và dẫn dòng nhờ s.đ.đ tự cảm sinh ra trong Lt, nên dòng tụ sẽ giảm

về bằng không , dẫn đến dòng T2 cũng bằng không , T2 tự khoá lại Đến t=t2=t1+tc=t0+Tckthì ta lại truyền xung điều khiển đến mở T1 và sự làm việc của sơ đồ sẽ diễn ra tương tựnhư chu kỳ vừa xét

c Sơ đồ 4 (hình 3.2d)

Với sơ đồ này cũng phải nạp điện trước cho tụ C, ta giả thiết là đã nạp điện trước cho

tụ với cực tính dương ở bản cực phía trên Cho sơ đồ bắt đầu làm việc, giả thiết cực tínhđiện áp ban đầu trên tụ như đã nêu, tại t=t0 xuất hiện xung điều khiển thứ nhất trên T1,

van này mở và qua nó sẽ có dòng điện tải do nguồn cung cấp tạo nên, ut=Ud Tại t=

t1=t0+tđ ta cần khoá T1, lúc đó ta truyền xung điều khiển đến T3 và T5, hai van này mở, tụđiện C sẽ phóng điện qua chúng-qua phụ tải và nguồn cung cấp gây nên trên T1 một điện

áp ngược làm cho T1 khoá lại Sau khi phóng đến điện áp bằng không thì C sẽ được nạptheo chiều ngược lại và khi điện áp trên C đạt giá trị bằng Ud với cực tính ngược lại(dương ở bản cực phía dưới) thì D0 mở và dòng nạp tụ sẽ bằng không, nên T3 và T5 khoálại Tại t2=t1+tc thì ta lại truyền xung điều khiển thứ hai đến mở T1, van T1 lại mở Đến

t3=t2+tđ ta lại cần khoá T1, lúc này ta truyền xung điều khiển đến hai van T2 và T4, hai vannày sẽ mở do đang có điện áp thuận, tụ C sẽ phóng điện qua hai van này và gây nên trên

T1 một điện áp ngược , T1 khoá lại Tụ điện C sau khi phóng đến điện áp bằng không thìlại được nạp theo chiều ngược lại bởi nguồn cung cấp Ud qua T2 ,T4 cho đến khi giá trịđiện áp trên tụ bằng Ud và cực tính như trước khi khởi động sơ đồ (dương ở bản cực phíatrên) thì D0 mở, T2,T4 khoá lại Tại t=t4=t3+tc ta lại mở T1 và tại t5=t4+tđ thì lại cần khoá T1,

ta lại truyền tín hiệu điều khiển đến hai van là T3 và T5, hai van này lại mở, tụ C phóngđiện qua chúng và gây nên điện áp ngược trên T1 làm cho T1 khoá lại Quá trình tiếp theotrong sơ đồ diễn ra tương tự, chu kỳ xuất hiện của tín hiệu điều khiển trên các tiristor phụbằng hai lần chu kỳ làm việc của van T1

3.3.3 Điện áp và dòng điện các phần tử BBĐ một chiều-một chiều trong một chu kỳ

Giai đoạn 1: Từ t=0t=t1 (t1 là thời điểm kết thúc sự phóng và nạp ngược lại của

tụ C qua mạch vòng C-T2-tải-Ud-C) Trước thời điểm này T1 đang dẫn dòng và phụ tải

đang được đặt điện áp bằng Ud , tụ C đã nạp đến điện áp bằng -Ud Tại thời điểm xét tatruyền xung điều khiển đến T2 và T2 mở, T1 bị đặt điện áp ngược khoá lại , tụ C phóngđiện qua T2, qua tải và nguồn cung cấp, dòng phóng của tụ bằng dòng tải, để đơn giảncho việc nghiên cứu ta giả thiết rằng trong giai đoạn phóng và nạp lại của tụ C thì dòngtải không thay đổi (thực tế thì giả thiết này hoàn toàn có thể chấp nhận được vì thời gianphóng và nạp lại của tụ C rất ngắn so với thời gian một chu kỳ của điện áp ra và nếu tải

có điện cảm khá lớn thì trong thời gian đó dòng tải thay đổi không đáng kể) và bằng Imax.Vậy ta có:

iT1= 0 ; uT1=uC ; iC=it=Imax ; uC= -Ud+Imax.t/C

uT1 iT1

tt2

Ud

t10

-Ud

t5t4

t3

tt2

Ud

t1

-Ud

t5t4

0Udut

141

Như vậy trong tời gian này điện áp trên C thay đổi theo qui luật tuyến tính, đến t=t1/2 thì

uC=0và bắt đầu đổi chiều, khi uC = Ud thì T2 khoá lại và kết thúc giai đoạn thứ nhất

Giai đoạn 2 : Từ t= t1t=t2 (t2 là thời điểm kết thúc một khoảng cắt của K), lúcnày tụ điện ngừng nạp T2 khoá,van D0 mở và dòng tải được duy trì qua D0,ta có:

iT1= 0 ; uT1=Ud ; iC= 0 ; uC= Ud; iT2= 0 ; ut= 0 ; iDo= it

Giai đoạn 3: Từ t= t2t=t3 (t3 là thời điểm kết thúc sự phóng và nạp ngược lại của

C qua mạch vòng dao động cộng hưởng) Trong giai đoạn này tụ điện phóng điện qua T1

mở - qua D - qua điện cảm L và sau đó được nạp theo chiều ngược lại nhờ tính chất daođộng cộng hưởng của mạch vòng phóng điện, van D0 bị đặt điện áp ngược khoá lại, qua

T1 có 2 thành phần dòng điện là dòng tải và dòng phóng nạp của tụ, vậy ta có:

Giai đoạn 4: Từ t= t3t=t4 (t4 là thời điểm kết thúc sự dẫn dòng của van T1 (tạithời điểm này cần cắt K, ta truyền tín hiệu điều đếnT2, van T2 lại mở, tụ C lại phóng điệnqua mạch qua T2 - qua tải - qua nguồn cung cấp sau đó được nạp theo chiều ngược lại bởinguồn Ud) Trong giai đoạn này dòng điện trong sơ đồ chỉ đi từ nguồn qua T1, qua tải, van

D0 vẫn bị đặt điện áp ngược và khoá , ta có:

iT1 = it ; uT1 = 0 ; iC = 0 ; uC = -Ud ; iT2 = 0 ; ut = Ud iDo = 0 ; iL = 0

Khoảng thời gian từ t=0 đến t=t4 đúng bằng một chu kỳ làm việc của BBĐ, các chu kỳtiếp theo sơ đồ làm việc tương tự Đồ thị dòng điện và điện áp trên T1, tụ điện C và đồ thịđiện áp trên tải như hình 3.4

3.3.4 Tính chọn các phần tử của BBĐ một chiều-một chiều

.5.2.2 Chọn các van

Việc tính chọn các van trong BBĐ này cũng trong tự như việc tính chọn các van trongcác BBĐ khác, giá trị tính toán về áp và dòng đối với T1 và T2 trong sơ đồ 1 được xácđịnh theo đồ thị hình 3-4 Điện áp ngược lớn nhất trên các van là :

Dòng trung bình các van được xác định theo đồ thị hình 3.4 trong chế độ nặng nềnhất, đối với T1là khi tđ =Tck và dòng qua tải lấy giá trị lớn nhất cho phép là Itmax, vậy tacó: IT1tbmax = Itmax ; Trong một chu kỳ T2 dẫn dòng một khoảng thời gian bằng khoảngthời gian để tụ phóng và nạp lại bởi dòng tải từ giá trị uC = -Ud đến uC = Ud (bằng t1) , ta

có : t1= 2.Ud.C/Itmax , vậy dòng trung bình lớn nhất qua T2:

=-Ud đến bằng không, tức là bằng t1/2 = Ud.C/Itmax Vậy giá trị nhỏ nhất của tụ điệnchuyển mạch để đảm bảo T1 phục hồi được tính chất điều khiển là:

Điện áp trên tụ khi làm việc thường là  Ud , để đảm bảo độ bền ta thường chọn điện

áp tính toán của tụ  1,5.Ud

b Chọn điện cảm chuyển mạch (L)

Giá trị của điện cảm chuyển mạch ảnh hưởng đến biên độ dòng phóng của tụ qua T1,theo quan điểm hạn chế biên độ xung dòng qua T1 thì L càng lớn càng tốt Nhưng giá trị