BỘ BIẾN ĐỔI XUNG ÁP MỘT CHIỀU GIẢM HOẶC TĂNG ÁP

CHƯƠNG 2. CHỈNH LƯU 2.1. GIỚI THIỆU CHUNG

3.4. BỘ BIẾN ĐỔI XUNG ÁP MỘT CHIỀU GIẢM HOẶC TĂNG ÁP

Bộ băm tăng và giảm áp (hình 6.19) cho phép điện áp đầu ra cả tăng và giảm so với điện áp vào. Đây là loại bộ băm tương tự như bộ băm giảm và tăng áp ở trên.

Điện áp ra có thể điều chỉnh được theo độ rộng xung chuyển mạch của van điều chỉnh. Nguyên lý làm việc của bộ biến đổi được minh họa bởi biểu đồ điện áp và dòng điện (hình 6.20).

Van điện tử T được đóng mở nhờ tín hiệu điều khiển UG.

Khi van dẫn điện (UG=0), cuộn kháng L được tích một năng lượng nhất định từ nguồn E (dòng nạp cho cuộn kháng là dòng iL1).

96

Tại thời điểm t1, van T bị khóa lại, sức điện động tự cảm của cuộn kháng L sẽ duy trì dòng qua cuộn kháng vẫn theo chiều cũ, năng lượng tích trữ trong cuộn kháng sẽ được nạp lại cho tải và tụ C (dòng iL2).

Khi van T lại dẫn điện, tụ C sẽ phóng điện qua tải và duy trì cho điện áp trên tải là bằng phẳng, đồng thời cuộn kháng lại được tích năng lượng.

Tương ứng trong khoảng 0 ÷ t1, dòng qua van T là iT = iL1 (hình 6.20e).

Trong khoảng t1 ÷ T, dòng qua điôt ID = iL2 (hình 6.20f).

Điện áp trên cuộn kháng sẽ bằng E khi van T dẫn và khi van T khóa sẽ có giá trị là –Ut.

So với bộ băm giảm và tăng áp ở trên, bộ băm tăng giảm áp có các đặc điểm:

-Cực của điện áp đầu ra bị đảo ngược.

-Điện áp ra có thể thay đổi từ 0 đến 

Hình 6.19 Bộ biến đổi xung áp một chiều giảm hoặc tăng áp

97

Hình 6.20 Biểu đồ xung 3.4.2. Chế độ dòng điện liên tục

Dạng dòng điện và điện áp khi làm việc ở chế độ dòng điện liên tục như trên hình 6.20

Trong khoảng 0t1 van T dẫn, dòng điện cuộn dây biến thiên theo phương trình UL LdiL E

= dt = . Ở cuối thời gian dẫn của van T, dòng điện trong cuộn dây tăng theo biểu thức:

. .

1

0 0

D T D T . .

L L

E E D T

i di dt

L L

=  =  = (3.30)

Trong khoảng t1T van T khóa, dòng điện chạy qua cuộn dây điện cảm là dòng điện chạy qua tải và qua đi ôt. Với giả thiết sụt áp trên đi ôt không đáng kể

98

và tụ đủ lớn để điện áp tụ không đổi, dòng điện biến thiên theo phương trình

L

L t

U Ldi U

= dt = .

Biểu thức biến thiên dòng điện trong khoảng van T khóa được viết:

(1 ). (1 ). ( )

2

0 0

U . 1 .

D T D T

R R

L L

U D T

i di dt

L L

− − −

=  =  =

(3.31)

Khảo sát bộ băm làm việc ở chế độ xác lập thấy rằng, năng lượng tích lũy khi van T dẫn cân bằng với năng lượng xả ra khi van T khóa, khi đó dòng điện đầu và cuối chu kỳ bằng nhau:

( )

1 2

U . 1 .

0 . . t 0

L L

E D T D T i i

L L

+ =  + − =

hay

1 Ut D

E D

= −

−

(3.32)

Do 0 < D < 1 nên từ (3.32) ta thấy cực tính đầu ra ngược so với đầu vào, giá trị điện áp ra thay đổi theo D

3.4.3. Chế độ dòng điện gián đoạn

Cách giải thích tương tự như trên, có thể tính được dòng điện đỉnh của chế độ dòng điện đỉnh của chế độ gián đoạn như (3.30)

. .

1

0 0

D T D T . .

L L

E E D T

I di dt

L L

=  =  =

Dòng điện IL giảm về 0 sau khoảng thời gian t1' =.T  −T t1 (trong đó  là hệ số đặc trưng cho khoảng duy trì dòng điện khi xả năng lượng cuộn dây), van khóa

' 1

2 '

2 1

0

.

t

t t t

L

L t L

U U U T

u Ldi U I dt t

dt L L L

= = → = = =  (3.33)

Khi bộ băm làm việc ở chế độ xác lập, năng lượng trong cuộn dây cân bằng ở đầu và cuối chu kỳ bằng 0. Với cách lý giải như trên ta có:

99

. . t 0 .

t

U T

E D T D E

L L U

  −

+ = → = (3.34) Dòng điện tải ở đây bằng dòng điện chạy qua đi ôt và bằng dòng điện cuộn dây khi van khóa. Do đó dòng điện đầu ra được tính:

2 2

1 . . . . .

2 2. .U

t

L

R D

t t

I E D T D E E D T I I

L U L

 − −

= = =  =

(3.35)

Biểu thức điện áp ra được tính:

. 2. 2. . t

t

R

U E D T

E = − L I

(3.36)

CHƯƠNG 4

BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU 4.1. GIỚI THIỆU CHUNG

4.1.1. Khái niệm

Trong kỹ thuật điện có những trường hợp cần phải biến đổi một điện áp xoay chiều giá trị không đổi thành điện áp xoay chiều có giá trị khác, điều chỉnh được.

Để biến đổi một điện áp xoay chiều thành điện áp xoay chiều cùng tần số nhưng có giá trị khác thì phổ biến nhất là dùng máy biến áp. Máy biến áp có ưu điểm là kết cấu gọn, làm việc tin cậy, độ bền cao và nếu điện áp nguồn có dạng hình sin thì điện áp ra cũng có dạng hình sin. Tuy vậy, máy biến áp cũng có nhược điểm là khó thực hiện thay đổi trơn điện áp ra, nhất là trong trường hợp công suất trung bình và lớn, điều này cũng hạn chế khả năng sử dụng máy biến áp trong một số trường hợp.

Khi yêu cầu điều chỉnh trơn điện áp ra trong phạm vi rộng, đặc biệt là khi công suất trung bình và lớn thì người ta sử dụng một bộ biến đổi (BBĐ) khác được gọi là BBĐ xoay chiều - xoay chiều hay BBĐ điện áp pha. BBĐ xoay chiều - xoay chiều là thiết bị biến đổi điện năng sử dụng các dụng cụ bán dẫn có điều khiển. Nguyên tắc hoạt động của BBĐ là sử dụng tính chất có điều khiển của các dụng cụ bán dẫn để cắt đi một phần trong mỗi nửa chu kỳ của điện áp nguồn xoay chiều hình sin làm cho điện áp ra có giá trị hiệu dụng nhỏ hơn điện áp nguồn.

BBĐ xoay chiều - xoay chiều có ưu điểm là kết cấu gọn, hiệu suất cao, có khả năng điều chỉnh trơn điện áp ra trong phạm vi rộng với dải công suất khá rộng.

Nhưng BBĐ này cũng có một số nhược điểm là độ tin cậy kém hơn so với máy

100

biến áp, thiết bị điều khiển tương đối phức tạp, bị hạn chế về công suất do khả năng chịu dòng và áp của các dụng cụ bán dẫn bị giới hạn, và đặc biệt khi điện áp nguồn hình sin thì điện áp ra không còn dạng hình sin nữa, cần dùng thêm bộ lọc xoay chiều để khắc phục nhược điểm này.

Các BBĐ xoay chiều- xoay chiều được ứng dụng trong một số trường hợp như sau:

- Điều khiển tốc độ của các động cơ xoay chiều không đồng bộ công suất nhỏ bằng phương pháp thay đổi điện áp nguồn cung cấp cho mạch stator của động cơ.

- Khởi động các động cơ xoay chiều không đồng bộ rotor lòng sóc công suất trung bình và lớn, đặc biệt là trong các hệ thống bơm.

- Là một bộ phận quan trọng của bộ biến đổi tạo nguồn một chiều điện áp cao có điều chỉnh dùng để cấp cho một số thiết bị: lò tần số dùng đèn phát điện tử loại 3 cực chân không, các hệ thống lọc bụi tĩnh điện, v.v...

4.1.2. Phân loại bộ biến đổi xoay chiều-xoay chiều

Các BBĐ xoay chiều - xoay chiều có thể được phân loại theo số pha điện áp vào/ra, theo loại dụng cụ được sử dụng.

Phân loại theo số pha: BBĐ một pha và ba pha

Phân loại theo dụng cụ bán dẫn công suất được sử dụng: BBĐ sử dụng thyristor, BBĐ sử dụng triac, v.v...