Chương III BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỀU KHIỂN PHA
CHƯƠNG 4 BỘ BIẾN ĐỔI ÁP MỘT CHIỀU
IV.1 KHẢO SÁT BỘ BIẾN ĐỔI ÁP MỘT CHIỀU LOẠI FORWARD
4. Khảo sát bộ biến đổi làm việc bốn phần tư mặt phẳng tải
Hình IV.1.2.(c) cho ta sơ đồ cầu (còn gọi là cầu H) của bộ biến đổi làm việc bốn phần tư mặt phẳng tải. Ta cũng có thể sử dụng sơ đồ với hai nguồn như hình IV.1.8. Trong sơ đồ cầu, các ngắt điện S1, S4 cung cấp điện áp dương và các ngắt điện S2, S3 cung cấp điện áp âm cho tải. Các diod song song ngược với ngắt điện đảm bảo dòng điện lưu
Hình IV.1.8: BBĐ làm việc bốn phần tư mặt phẳng
thông hai chiều. Có thể lý luận tương tự để chứng minh khả năng làm tải, sơ đồ hai nguồn
việc ở bốn phần tư mặt phẳng tải của sơ đồ sử dụng hai nguồn: S1 cung cấp điện áp dương cho tải và S2 cho điện áp âm. Có nhiều cách điều khiển BBĐ làm việc 4 phần tư mặt phẳng tải như trong bảng sau:
BẢNG TÓM TẮT CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN SƠ ĐỒ CẦU (hình IV.3.1c)
STT Cách điều khiển Phần tư làm
vieọc
Đặc điểm 1 Điều rộng xung S1=S4=S3=S2 4 phần tư,
phụ thuộc độ rộng xung tương đối α
Cho phép thay đổi liên tục dòng, áp ra; nhấp nhô dòng cao làm tăng tổn hao; lửu yự truứng daón
2 Điều rộng xung S1, S4 cho áp ra > 0, Điều rộng xung S2, S3 cho áp ra < 0
I cho áp ra >
0,
III cho áp ra
< 0
Điều khiển đơn giản; ít tổn hao;
không thể trùng dẫn; không đảo chiều dòng tải được.
3 Điều rộng xung S1=S2 cho điều khiển áp,
4 3
S =S để chọn chiều áp
I, II cho áp ra < 0, III,IV áp ra < 0
Làm việc được ở 4 phần tư; đảo chiều áp ra cần thay đổi luật điều khieồn; ớt toồn hao; lửu yự truứng daón 4 Điều rộng xung S1=S S2, 4=S3
Và S1=S wt4( −π)
4 phaàn tử, phụ thuộc độ rộng xung tương đối α
Cho phép thay đổi liên tục dòng, áp ra; nhấp nhô dòng thấp; lưu ý trùng dẫn; sơ đồ điều khiển phức tạp nhất Chia làm hai nhóm:
- Điều khiển hoàn toàn: Đặc điểm nhận dạng của nhóm này là ở mỗi nhánh cầu (nữa cầu), luôn có một ngắt điện làm việc. Kết quả là dòng trên tải có thể đảo chiều tùy theo quan hệ nguồn – tải.
Ví dụ nguyên lý điều khiển S1=S4=S2=S3 (Một số tài liệu gọi sơ đồ cầu với điều khiển như vậy là BBĐ một chiều tổng quát). Áp ngỏ ra luôn có hai cực tính: uO dương khi S1 đóng và âm khi S1 ngắt – dạng sóng hình IV.1.9. Xung áp ra có biên độ thay đổi trong khoảng –U đến +U, làm cho nhấp nhô dòng điện tăng gấp đôi so với dạng xung một cực tính.
Δ = max − min = 2UT (1−α α)
I I I
L <IV.1.14>
với α = tON/T; tON là thời gian ON của S1, S4.
Sơ đồ này cho phép thay đổi liên tục áp ra từ âm sang dương khi thay đổi độ rộng xung tương đối tON/T : Uo 1 U ton U T t( on) U(2 1)
T α
= ⎡⎣ ⋅ − − ⎤⎦= − <IV.1.15>
Hình IV.1.9 dạng sóng áp ra ĐK chung Dòng tải có thể dương hay âm phụ thuộc vào tương quan giữa trung bình áp ra UO và sức điện động tải E (theo nguyên lý xếp chồng).
O O
U E
I R
= − ,
Bài tập: Khảo sát hoạt động của BBĐ làm việc 4 phần tư mặt phẳng tải, điều khiển theo thuật toán thứ 4 trong bảng phương pháp điều khiển.
- Điều khiển không hoàn toàn: Là những sơ đồ điều khiển còn lại.
Tiêu biểu là nguyên lý điều khiển sau: mỗi lúc chỉ đóng ngắt một trong hai nhóm: hoặc S1, S4 cung cấp áp dương hoặc S2, S3 cung cấp áp âm cho tải. Khi đó, BBĐ chỉ có thể làm việc ở phần tư I và III.
Mạch điện tương đương khi đóng ngắt S1, S4 vẽ treân hình IV.1.10.a.
Khi tải thuần trở, mạch làm việc như tính toán:
S1, S4 cung cấp áp dương hoặc S2, S3 cung cấp áp âm cho tải (hình IV.1.10.b). Trị trung bình áp ra:
. α
o =
U U α: độ rộng xung tương đối
Dòng qua tải RL và đóng ngắt S1, S4 vẽ trên hình IV.1.10.c. Khi S1, S4 khóa, dòng qua L không thay đổi tức thời sẽ phóng qua S2, D3 tạo thành một xung áp
D3
U o
_ +
S1
D2 S4
i
Uo
(b1)
Hình IV.1.10 (a) Mạch tương đương âm. Trị trung bình áp ra UO thay đổi theo đặc tính tải, bé hơn trường hợp tải trở.
Vậy, một cách chính xác hơn, sơ đồ cầu điều khiển đóng ngắt S1, S4 có thể làm việc ở phần tư thứ I và IV vì dòng tải luôn dương và áp ra cũng có thể âm trong một điều kiện cụ thể.
(b) áp ra tải R (a) áp ra tải RL
Hình IV.1.10 Khảo sát điều khiển không hoàn toàn: Sơ đồ cầu khi đóng ngắt S1, S4
Bài tập: Khảo sát BBĐ làm việc 4 phần tư khi điều khiển chung. Nguồn U = 100 volt, E = 50V, R = 1 ohm, L = ∞ để nhấp nhô dòng ΔI bằng không. Tính dòng trung bình qua S1, nguồn, công suất nguồn cung cấp trong hai trường hợp độ rộng xung tương đối có giá trị thích hợp để dòng tải lần lượt là 20A và -10A
Bài giải:
- Khi Io = 20A:
Uo = E + R.Io = 50 + 1*20 = 70 volt => Uo = U(2α – 1) => α = 0.85 Dòng trung bình qua S1: I1= Io*ton/T = Io*α = 17A
Tích phân dòng trung bình qua nguồn: In=[ Io*ton – Io(T – ton)]/T = Io*(2α − 1) = 14A
Có thể tính trị trung bình In của dòng nguồn in khi cân bằng năng lượng cung cấp và tiêu thụ:
0 0
1 T . . T . .
n n n n
P U i dt U i dt U I
T T
= ∫ = ∫ =
Pn = Po = U*In = Uo*Io => In = Io*Uo/U - Khi Io = – 10A: tính toán tương tự, ta có: α
= 0.7; I1 = – 7A (khi S1 đóng, dòng chạy qua D1 IS1 = 0); Pn = – 400W tương ứng với dòng nguồn trung bình In = – 4A.
LƯU Ý: Nguyên lý bảo toàn năng lượng cung cấp – tiêu thụ chỉ được thỏa mãn khi tính toán chính xác hay trường hợp lý tưởng L tải bằng vô cùng như ví duù treõn.
D2, D3
t/T ẹK
t/T
i
t/T 0
n 0 u
0 o
0.85 1 S1, S4
+U S2,S3
- U 20A
-20A S1, S4
Hình IV.1.11 áp trên tải và dòng nguồn khi dòng tải baèng 20A
Giả thiết dòng tải tam giác dù tạo nhiều thuận lợi cho khảo sát nhưng chỉ là gần đúng, không đảm bảo nguyờn lý bảo toàn năng lượng cung cấp - tiờu thu,ù làm xuất hiện cỏc kết quả khụng giống nhau khi tớnh toán năng lượng trên các phần tử của hệ thống như bài tập số 4 ở cuối chương.
Vì thế dạng dòng tam giác có thể được dùng để tính toán nhấp nhô dòng tải nhưng khi tính toán năng lượng, người ta lại giả sử là dòng tải phẳng để chỉ sử dụng trị trung bình dòng tải cho mọi tính toán.