Bài giảng Điện tử công suất - Chương 3: Bộ biến đổi điện áp một chiều

Nội dung text: Bài giảng Điện tử công suất - Chương 3: Bộ biến đổi điện áp một chiều

1. Chương 3 BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU 1
2. BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU Bộ biến đổi điện ỏp một chiều hay cũn gọi là bộ biến đổi xung ỏp một chiều với đầu vào là nguồn điện một chiều cú điện ỏp cố định và đầu ra cũng là nguồn điện một chiều nhưng cú điện ỏp thay đổi được. 2
3. Giỏ trị trung bỡnh của điện ỏp trờn tải: - Thời gian khoỏ K đúng  - Hệ số điều chỉnh T – Chu kỡ đúng cắt của khoỏ K Để thay đổi điện ỏp cú hai cỏch: 1- Thay đổi thời gian đúng K khi giữ chu kỡ T khụng đổi ( PWM) 2- Thay đổi tần số đúng cắt:  = 1  và giữ thời gian đúng khoỏ K khụng đổi : =const 3
4. Ưu điểm: + Hiệu suất cao vỡ tổn hao cụng suất trong BBĐ khụng đỏng kể so với bộ BĐ liờn tục, + Độ chớnh xỏc cao, ớt chịu ảnh hưởng của nhiệt độ mụi trường, + Chất lượng điện ỏp tốt hơn, + Kớch thước gọn nhẹ. Nhược điểm: + Cần cú bộ lọc đầu ra, tăng quỏn tớnh của bộ BĐ, + Tần số đúng cắt lớn tạo nờn nhiễu nguồn, nhiễu cỏc thiết bị đ/k khỏc 4
5. Bộ biến đổi điện ỏp một chiều sử dụng van điều khiển là hợp lý nhất. Nhiều trường hợp vẫn sử dụng Thyristor (T) cho loại này vỡ cụng suất của T lớn. T là van bỏn dẫn bỏn điều khiển, muốn khoỏ T cần giảm dũng qua T nhỏ hơn một giỏ trị nhất định nào đú bằng cỏch đặt điện ỏp ngược lờn T Với mạch một chiều khi sử dụng T, người ta thường sử dụng cỏc T phụ và nguồn năng lượng tớch trữ trong tụ điện để khoỏ T chớnh. 5
6. TC là Thyristor chớnh Tf là phụ. Khi Tc mở, tụ C được nạp thụng qua điện trở R bằng điẹn ỏp nguồn. Khi muốn khoỏ Tc điều khiển mở Tf, điện ỏp ngược từ tụ sẽ đặt lờn Tc làm cho dũng qua Tc giảm về 0. 6
7. Khi Tf mở, tụ C được nạp với dấu + ở trờn, Khi Tc làm việc, tụ C phúng qua D, L và do được tớnh toỏn trước nờn mạch này cộng hưởng, tụ C được nạp theo chiều ngược lại, dấu theo trong ngoặc. Khi muốn khoỏ Tc, điều khiển Tf, điện ỏp ngược đặt lờn Tc, giảm dũng về 0. 7
8. SƠ ĐỒ CẤU TRÚC Cỏc khõu chớnh: Nguồn N - Bộ lọc đầu vào L – Khoỏ điện tử KDT - Lọc đầu ra Lo - Phụ tải PT Nguồn 1 chiều cú thể là acquy, bộ chỉnh lưu. Lọc cú thể là L, LC. KDT thường sử dụng van bỏn dẫn điều khiển hoàn toàn ( GTO, IGBT, BJT). Lọc đầu ra để san phẳng 8
9. SƠ ĐỒ NGUYấN LÍ 9
10. NGUYấN TẮC ĐIỀU KHIỂN BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU 10
11. Bộ biến đổi xung ỏp một chiều khụng đảo chiều cú điện ỏp ra thấp hơn điện ỏp vào ( Bộ biến đổi xung ỏp nối tiếp) 11
12. BỘ BIẾN ĐỔI XUNG ÁP MỘT NHỊP LÀM VIỆC VỚI ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU 15
13. CHẾ ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN ÁP UAB ĐẠT CỰC ĐẠI KHI T DẪN UAB E VÀ ĐẠT CỰC TIỂU KHI UAB = 0. KHI T BỊ KHOÁ, DềNG ĐIỆN TĂNG TỚI I TMAX Ở THỜI ĐIỂM T1, VÀ GIẢM ĐẾN I TMIN TẠI THỜI ĐIỂM T. GIÁ TRỊ TRUNG BèNH CỦA DềNG ĐIỆN QUA KHOÁ ĐIỆN TỬ: ) ; TRONG Để: I1(T) LÀ DềNG ĐIỆN QUA PHỤ TẢI KHI KHOÁ DẪN ĐIỆN ( 0 T T1 T = .T: I2(T) LÀ DềNG ĐIỆN QUA PHỤ TẢI KHI KHOÁ KHễNG DẪN (T1 T ) ; T = (1- )T GIÁ TRỊ TRUNG BèNH DềNG QUA DIODE: ĐIỆN ÁP LỚN NHẤT ĐẶT LấN VAN: CễNG SUẤT SỬ DỤNG KHOÁ ĐIỆN TỬ 17
14. Chế độ dũng giỏn đoạn Điểm giới hạn giữa liờn tục và giỏn đoạn tương ứng với điều kiện : I min = 0. Giỏ trị điện cảm giới hạn: Khoảng dẫn điện giới hạn: Trong đú: Quan hệ: Với: Ngoài vựng giới hạn là vựng dũng điện liờn tục mụ tả bằng quan hệ: 18
15. ĐẶC TÍNH ĐIỆN CƠ : DềNG GIÁN ĐOẠN VÀ LIấN TỤC 19
16. Chế độ hóm điện của động cơ Dũng năng lượng sẽ từ động cơ về nguồn, động cơ làm chức năng mỏy phỏt ( hóm tỏi sinh) 20
17. BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP HAI NHỊP VỚI ĐIỆN ÁP RA NHỎ HƠN ĐIỆN ÁP VÀO 22
18. Bộ biến đổi cho phộp động cơ làm việc ở gúc phần tư thứ nhất: chế độ động cơ. Và gúc phần tư thứ hai: Chế độ hóm điện. 24
19. QUÁ TRèNH KHỞI ĐỘNG VÀ HÃM ( ĐIỆN) ĐỘNG CƠ 25
20. BỘ BIẾN ĐỔI XUNG ÁP SONG SONG Cể ĐIỆN ÁP RA NHỎ HƠN ĐIỆN ÁP VÀO ( BỘ BIẾN ĐỔI XUNG ÁP SONG SONG) 26
21. BỘ BIẾN ĐỔI XUNG ÁP SONG SONG 27
22. ĐỒ THỊ DềNG VÀ ÁP KHI DềNG ĐIỆN QUA ĐIỆN CẢM LIấN TỤC 28
23. Van T đúng mở do tớn hiệu đ/k UG. Khi van T dẫn ( 0 t1 ) điện ỏp nguồn đặt lờn cuộn cảm L, khi T khoỏ , toàn bộ năng lượng nguồn và năng lượng dự trữ tại L đặt lờn tải, tạo nờn dũng iL2, điện ỏp trờn tải lớn hơn điện ỏp nguồn. Tụ C tớch nlượng và lọc đ.ỏp ra. Khi T mở, tụ C cấp năng lượng cho tải. Dũng điện qua van: Dũng điện qua diode: Điện ỏp trờn tải: Trong đú R0 và E0 là sđđ và điện trở trong của nguồn 29
24. BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU Cể ĐIỆN ÁP RA LỚN HƠN HOẶC NHỎ HƠN ĐIỆN ÁP VÀO 30
25. BIỂU ĐỒ XUNG 32
26. Bộ biến đổi này cho phộp tạo được điện ỏp ra Ut lớn hơn hoặc nhỏ hơn điện ỏp vào E Van T được đúng nhờ tớn hiệu UG. Khi van dẫn, cuộn cảm L được nạp điện với điện ỏp nguồn, dũng nạp là IL1.Tại thời điểm t1, van T bị khoỏ, sđđ tự cảm trờn cuộn : khỏng L duy trỡ dũng qua nú theo chiều cũ và nạp cho tụ C và cho tải Rt dũng iL2. Khi van T dẫn ở chu kỡ tiếp theo, tụ C phúng điện qua tải và duy trỡ điện ỏp trờn tải bằng phẳng, đồng thời cuộn khỏng lại được tớch năng lượng. Như vậy: Tại thời điểm 0 t1 : Dũng qua van T là iT = iL1, Tại t1 T dũng qua diode : ID = i L2 Điện ỏp trờn cuộn L bằng E khi T dẫn, bằng – Ut khi T khoỏ. Điện ỏp : Như vậy, khi thay đổi  là cú thể thay đổi được điện ỏp ra: Ut E0 khi 0,5 <  < 1. Điều kiện để đảm bảo tăng điện ỏp ra cao hơn điện ỏp vào thỡ điện trở trong của nguồn R0 phải đủ nhỏ: 33
27. BỘ BIẾN ĐỔI XUNG ÁP MỘT CHIỀU Cể THỂ ĐẢO CHIỀU ĐƯỢC 34
28. Van điều khiển sử dụng IGBT. Bộ điều khiển cho phộp đảo chiều động cơ theo yờu cầu phụ tải. Động cơ thực hiện loại một chiều kớch từ độc lập. Đảo chiều động cơ thực hiện bằng đảo chiều dũng phần ứng. Cỏc van IGBT là khoỏ khụng tiếp điểm. Cỏc diode sử dụng trong trường hợp động cơ trả năng lượng phản khỏng về nguồn trong chế độ hóm tỏi sinh. Với bộ biến đổi này cú thể sử dụng cỏc phương phỏp khỏc nhau: + Điều khiển đối xứng, + Điều khiển khụng đối xứng, + Điều khiển hỗn hợp. Thụng dụng là đ/k khụng đối xứng vỡ chất lượng ra tốt hơn. 36
29. Điều khiển: Khi mở cỏc van T1, T2 động cơ sẽ quay theo chiều thuận ( chẳng hạn), T3 luụn được khoỏ cũn T4 sẽ được đúng mở ngược pha với T1. Việc T4 mở trong khoảng t1T nhằm mục đớch ngắn mạch phụ tải, do đú điện ỏp ra trong khoảng 0 t sẽ thực sự bằng 0. ( UAB = 0; t1 t T ). Bộ biến đổi cú ba trạng thỏi làm việc: Trạng thỏi 1: E. >ED. Động cơ làm việc ở gúc phần tư 1, năng lượng thụng qua T1 và T2 dẫn trong khoảng 0  t1. Thời gian t1  T năng lượng tớch luỹ trong cuộn cảm duy trỡ dũng điện đi theo chiều cũ khộp mạch qua T2 và D4. ( hinh f) 37
30. Trạng thỏi 2: E. E. nờn động cơ húm trả năng lượng về nguồn thụng qua D1 và D2. ( ID1 = ID2 – It ) Khoảng t0 – t1, E. > ED, hoạt động chế độ động cơ cấp qua T1 và T2. Khoảng t1 – t2 T1 khoỏ, T4 mở, điện cảm phỳng năng lượng tớch trữ cho động cơ thụng qua D2 và D4. Khoảng t2 – T khi năng lượng dự trữ trong điện cảm hết, Sđ đ động cơ đảo chiều dũng điện đi qua T4 D2 và cuộn cảm được tớch luỹ n.l., khi T4 khoỏ UAB > E quỏ trỡnh lặp lại như ban đầu. ( hỡnh g) Mặc dự dũng It cỳ đổi chiều nhưng do T4 và D4 tham gia nờn trong khoảng t1 – T điện ỏp UAB luụn bằng 0. Đừy chớnh là lớ do điện ỏp khụng bị biến dạng nhiều, thành phần sỳng điều hoà bậc cao trong điện ỏp phụ tải là nhỏ nhất. 38
31. PHỤ LỤC 40
32. BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU 41
33. ĐIỀU KHIỂN BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU Nguyờn lý hoạt động của một bộ biến đổi điện ỏp một chiều 42
34. BỘ GIẢM ÁP Gúc phần tư làm việc 43
35. BỘ TĂNG ÁP 44
36. BỘ TĂNG ÁP 45
37. BỘ TĂNG ÁP 46
38. BỘ BIẾN ĐỔI KẫP DẠNG ĐẢO DềNG 47
39. BỘ BIẾN ĐỔI KẫP DẠNG ĐẢO DềNG S1, S4: dạng xung kớch, ut: điện ỏp ngừ ra, it: dũng ngừ ra, i: dũng nguồn 48
40. BỘ BIẾN ĐỔI KẫP DẠNG ĐẢO DềNG S1, S4: dạng xung kớch, ut: điện ỏp ngừ ra, it: dũng ngừ ra, i: dũng nguồn 49
41. BỘ BIẾN ĐỔI KẫP DẠNG ĐẢO DềNG S1, S4: dạng xung kớch, ut: điện ỏp ngừ ra, it: dũng ngừ ra, i: dũng nguồn 50
42. BỘ BIẾN ĐỔI KẫP DẠNG ĐẢO DềNG 51
43. BỘ BIẾN ĐỔI KẫP DẠNG ĐẢO ÁP 52
44. BỘ BIẾN ĐỔI KẫP DẠNG ĐẢO ÁP 53
45. BỘ BIẾN ĐỔI KẫP DẠNG ĐẢO ÁP 54
46. BỘ BIẾN ĐỔI KẫP DẠNG TỔNG QUÁT 55
47. BỘ BIẾN ĐỔI KẫP DẠNG TỔNG QUÁT 56
48. BỘ BIẾN ĐỔI KẫP DẠNG TỔNG QUÁT 57
49. MẠCH LỌC CHO BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU 58
50. MẠCH LỌC CHO BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU 59
51. MẠCH LỌC CHO BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU 60
52. VÍ DỤ TÍNH TOÁN 61
53. VÍ DỤ TÍNH TOÁN 62
54. VÍ DỤ TÍNH TOÁN 63
55. VÍ DỤ TÍNH TOÁN 64
56. VÍ DỤ TÍNH TOÁN 65
57. VÍ DỤ TÍNH TOÁN 66
58. VÍ DỤ TÍNH TOÁN 67
59. VÍ DỤ TÍNH TOÁN 68
60. VÍ DỤ TÍNH TOÁN 69
61. VÍ DỤ TÍNH TOÁN 70
62. VÍ DỤ TÍNH TOÁN 71