Bài giảng Điện tử công suất - Chương 4: Bộ biến đổi điện áp xoay chiều

Chương 4 - Bộ biến đổi điện áp một chiều. Sau khi học xong chương này, người học có thể hiểu được một số kiến thức cơ bản về: Bộ biến đổi điện áp xoay chiều, trường hợp tải thuần cảm (tải L), trường hợp tải RL, bộ biến đổi điện áp xoay chiều 3 pha, công tắc xoay chiều 1 pha, công tắc xoay chiều, điều khiển bộ biến đổi điện áp xoay chiều,… Mời các bạn cùng tham khảo để biết thêm các nội dung chi tiết.

BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU

Bộ biến đổi điện áp xoay chiều

Hiện nay, sử dụng mạch Thyristor ( T) mắc song song ngược.

Ưu điểm:

+ Điều chỉnh điện áp vô cấp, linh hoạt.

+ Điều chỉnh nhanh, dễ tạo ra các mạch vòng tự động

Bộ biến đổi điện áp xoay chiều 1 pha

Trường hợp tải thuần trở (tải R)

Bộ biến đổi điện ỏp xoay chiều 1 pha

Điện áp trên tải: ( thay đổi góc mở trị hiệu dụng U thay

đổi)

Công suất tiêu thụ tích cực:

)(2

2sin

)2cos1

(2

2)

sin2

(

12

1

1

2 1 2

0

2 1

2

0

2 1

f U

d

U d

U d

u

U t

) 2

2

sin (

P P

Giá trị hiệu dụng dòng tải:

Điện áp ngược: U ngmax = 2 U2

) cos 1

( sin

1

R

U d

sin )

(

R

U d

R U

Bộ biến đổi điện áp xoay chiều 1 pha

Trường hợp tải thuần cảm (tải L)

Trường hợp tải thuần cảm (tải L)

Bộ biến đổi điện áp xoay chiều 1 pha

Trường hợp tải thuần cảm (tải L)

Trường hợp tải thuần cảm (tải L)

Bộ biến đổi điện áp xoay chiều 1 pha

Trường hợp tải RL

khác nhau Phương trình mô tả dòng điện biến đổi trong

khoảng ( + như sau:

Trong đó khoảng dẫn điện của T

Nghiệm của phương trình:

A là hằng số tích phân, được tính từ điều kiện = thì i = 0.

d

di L R

Tính được A sẽ tìm được dòng tải:

Khi = + ; i(t = 0 thay vào tính được:

Đây là phương trình dùng để tính thời gian dẫn điện của T

Khi > dòng tải gián đoạn; Khi dòng điện liên tục

và điện áp không đổi Như vậy, khả năng điều chỉnh điện áp chỉ có thể xảy ra khi góc dẫn của T nằm trong khoảng:

Trường hợp tải RL

Biến thiên áp cửa ra theo góc kích

Bộ biến đổi điện áp xoay chiều 1 pha

Trường hợp tải RL

Trong trường hợp mạch sử dụng dây trung tính

thì dòng qua mỗi pha không phụ thuộc vào dòng cuat pha khác Lúc đó các biểu thức tính , và tương tự như một pha Khi tăng góc điều khiển

sẽ làm giảm thời gian dẫn dòng qua T, ứng với

mỗi giá trị nào đó, dòng trong pha sẽ giảm về 0 trước khi mở T của pha sau Như vậy sẽ xuất hiẹn khoảng thời gian không có dòng tải và khoảng

Khi bộ biến đổi được đấu sao không dây trung tính, quá trình điện từ trong mạch hoàn toàn khác vì việc dẫn dòng trong một pha phải

tương thích và tuỳ thuộc vào pha khác Để

đảm bảo lượng sóng hài là tối thiểu thì góc mở phải bằng nhau, mỗi van lần lượt mở cách

Bộ biến đổi điện áp xoay chiều 3 pha

Biến thiên điện áp hiệu dụng cửa ra với góc kích α

Công tắc xoay chiều

Tên g i ti ng Anh: Solid state relay,ọ ế  Semiconductor relay… 

Công tắc xoay chiều 1 pha

Cấu trúc một bộ contact xoay chiều 1 pha, đóng cắt đồng bộ với thời điểm áp lưới qua zero

Điện áp nguồn

Dòng tải

Tín hiệu điều khiển

Công tắc xoay chiều

Thời điểm tắt dòng tải

Điện áp nguồn

Dòng tải

Tín hiệu

Công tắc xoay chiều 3 pha

Đi u khi n pha: ề ể  

 Ph ng pháp thông th ng:  ươ ườ  

     đi u khi n  ề ể kích d n theo  ẫ góc kích    nhi u sóng hài đi n áp ề ệ    

 Ph ng pháp chuy n m ch c ng b c: ươ ể ạ ưỡ ứ  

    ­ Điều khi n kích d n & kích t t ể ẫ ắ  

    ­ Đi n áp ngõ ra có th  đ c đi u khi n theo  ệ ể ượ ề ể ki u đi u r ng xung  ể ề ộ          gi m sóng hài ả  

    ­ C n s  d ng các linh ki n có th  kích t t (transistor, GTO ầ ử ụ ệ ể ắ …)          hoặc SCR v i m ch t t c ng b c ớ ạ ắ ưỡ ứ  

Điều khiển bộ biến đổi điện áp xoay chiều

Đi u khi n t  l  th i gianề ể ỉ ệ ờ  (Time duty ratio control) 

S  d ng contact ử ụ xoay chi uề , đóng ng t đ ng b  v i th i đi m áp l i qua zeroắ ồ ộ ớ ờ ể ướ  Chu k  đóng ng t công su t cho t i: T = nTỳ ắ ấ ả s (Ts: chu kỳ áp l i)ướ  

c Tính heä soá coâng suaát

Ví dụ tính toán

c Heä soá coâng suaát nguoàn

707 , 0 10

56 , 155 220 2420

R

U U

P I.

U

P I.

U

P S

P PF

t

t t

t t

.

2 2 2

sin 2

1

U 2

2 sin 1

U

2 1

2 1 t

56 ,

155

U R

1 dX R

u 2

1 dX

i.

u 2

1

P

2

2 0

2 0

2 t

2 t t

t t

d Khi Pt = 4 kW, ta có: U t P t R 4000 10 200 [ V ]

50 100 150 200 250

Ví dụ tính tốn

] [

U

Trị trung bình dòng qua SCR ( =0):

] A [ 9 , 9 10

.

220

2 R

.

U 2 I

dX R

X sin U

2 2

1 dX

i 2

Trịï hiệu dụng dòng qua SCR

1

cos

20000

3 0

] [ , ,

Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha mắc vào tải L

Tính trị hiệu dụng áp và dòng tải khi

3

2 [rad]

Tính công suất phản kháng của sóng hài cơ bản

Cho biết L=0,01H, áp nguồn U = 220V, = 314 rad/s

L

It

Ví dụ tính tốn

Giải:

] V [ 566 , 137 2

3

2 2 sin 3

2 1 2 220 2

2 sin 1

2

U

2 sin

3 cos

2 1 1

2 L

.

U

] A [ 142 , 29 3

2 2 sin

3 3

2 cos 2 1 3

2 1 2 01 , 0

314

220

Công suất phản kháng của sóng hài cơ bản:

Q(1) = US.It(1) với

2

2 sin 2

2

L

U

] A [ 395 , 27

I

3

2 2

sin 3

2 2 2

01 , 0 314

220 I

Ví dụ tính tốn

Ví dụ 3.4 

Mạch động lực của bộ bù nhuyễn một pha nh  hình v ư ẽ 

Dòng bù được điều khiển bằng cách thay đổi góc kích trong khoảng ,

Áp nguồn xoay chiều có trị hiệu dụng U = 220V, = 314 rad/s

Công suất bù của tụ QC = 10 kVAr

a/- Tính độ lớn cuộn kháng L để có thể bù công suất

với độ lớn thay đổi từ Qmin=0 đến Qmax = 10 kVAr

b/- Với L tính được, xác định dòng bù tổng ( hài cơ bản)

ứng với các trường hợp góc điều khiển 1 2 3 4

6

5 3

2

Ví dụ tính toán

Giải:

2

2

U

C X

,

000 10 1

U U

C j i

i

L

U I

L

.

1 L 1

] [ ,

,

rad

rad

arctg R

L arctg

523 0 6

3042

0 10

01 0 314

Dòng tải gián đọan

b/- R = 10 ; L = 0,01H ;

6

] [ , ,

.

rad

arctg R

L

1

01 0 314

] [ , 523 rad

0 6

Ví dụ tính tốn

Ví dụ 3.6 

Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha điều khiển theo phương pháp tỉ lệ thời gian

Áp nguồn xoay chiều U = 220V, = 314 rad/s

Thời gian đóng 1s, thời gian ngắt 0,5s Tải thuần trở R = 50

a/- Tính trị hiệu dụng điện áp tải và dòng tải

b/- Tính công suất tải

c/- Tính hệ số công suất nguồn

5 , 1

1 220 T

T U

50

6 ,

179 R

U

] W [ 333 , 645 50

6 ,

179 R

0 592 , 3 220

333 ,

645 I.

U

P S

P

t R