chuong 6 bo nguon mot chieu Điện tử công suất

Microsoft Word chuong6 Bo nguon mot chieu doc Trang 1 chuong 2 Ñieän töû coâng suaát II A CHÖÔNG 6 BOÄ NGUOÀN BAÙN DAÃN MOÄT CHIEÀU Boä nguoàn baùn daãn (ôû ñaây goïi taét laø boä nguoàn) laø caùch g.

CHƯƠNG BỘ NGUỒN BÁN DẪN MỘT CHIỀU Bộ nguồn bán dẫn (ở gọi tắt nguồn) cách gọi khác biến đổi (BBĐ) hay thiết bị điện tử công suất ta biết, lượng cung cấp cho tải công nghiệp lấy từ BBĐ nguồn chiều nội dung chương bắt đầu phần khảo sát ứng dụng điện tử công suất Trong chương từ I đến V, ứng dụng giới thiệu cách ngắn gọn với mục đích giúp người học có nhìn trọn vẹn biến đổi khảo sát Bốn chương phần ứng dụng, từ VI đến IX dành cho nhóm ứng dụng điện tử công suất, gồm nguồn chiều, điều khiển động chiều, điều khiển động xoay chiều nguồn tần số cao VI.1 BỘ NGUỒN BÁN DẪN MỘT CHIỀU VÀ PHÂN LOẠI: Bộ nguồn bán dẫn nguồn chiều: Sơ đồ khối đầy đủ Lọc Lọc Bộ nguồn bán dẫn trình bày Lưới Tải đầu đầu vào Biế n đổ i (*) (*) hình VI.1.1 Các phần tử công suất (dòng điện lớn) bao gồm lọc đầu vào, biến đổi hay mạch điện tử Mạ ch công suất lọc ngỏ Bộ lọc đầu Phá t xung Bả o vệ vào cần thiết hệ thống chất lượng cao nhằm hạn chế nhiễu ngắt điện chuyển mạch tạo hay Điều khiể n Phả n hồ i vò ng kín từ tác động vào biến (*) đổi Bộ lọc ngỏ dùng để cải thiện chất lượng điện cung cấp cho tải Đặ t Hai lọc bị bỏ qua ta cân nhắc giá thành nguồn Hình VI.1.1 Sơ đồ khối đầy đủ mộ nguồn bán dẫn, chất lượng hoạt động khối có dấu (*) không cần Các khối tín hiệu bao gồn mạch phát xung, điều khiển vòng kín bảo vệ Với nội dung thiết kế điều khiển biến đổi dùng cho tải cụ thể, chương VI khảo sát đặc tính tải Sau đó, yêu cầu cho phần thiết kế điều khiển biến đổi phát biểu với giải pháp tính toán Không phân tích nguyên lý, số sơ đồ mạch điện, hệ thống điều khiển vòng kín hay thiết bị công nghiệp cụ thể giới thiệu nhằm cung cấp nhìn thực tế biến đổi sử dụng công nghiệp Ngoài ra, số kiến thức sở liên quan giới thiệu để sinh viên theo dõi nội dung dễ dàng Bộ nguồn chiều bán dẫn dùng để biến đổi cung cấp điện chiều cho loại tải khác Như gồm cảù điều khiển động điện chiều Khác với nguồn xoay chiều, đa số nguồn chiều có sơ đồ khối nguyên lý điều khiển dù chúng có khác biệt nguồn, tải, mạch động lực hay điều khiển Do đó, số nội dung chương sẽõ khái quát thành lý luận chung ta thấy ứng dụng chúng chương Phân loại nguồn chiều: Trang 1/ chuong Điện tử công suất II A Bộ nguồn chiều phân loại theo nhiều cách, ta xét hai nhóm: phân loại theo biến đổi (BBĐ) sử dụng theo tính chất tải Cách định cấu trúc biến đổi cách thứ hai cho biết số đặc tính cần thiết phải có (hay không cần) sơ đồ - Theo biến đổi: Có hai loại nguồn chiều tương ứng với hai BBĐ sử dụng: BBĐ điều khiển pha BBĐ áp chiều Bộ nguồn chiều dùng BBĐ điều khiển pha: (Biến áp) > Chỉnh lưu (điều khiển pha) BBĐ áp AC > Biến áp tần số lưới > Chỉnh lưu D Còn gọi nguồn chỉnh lưu, ( ) khối không cần Bộ chỉnh lưu điều khiển pha dùng Diod, SCR hay hỗn hợp Trong sơ đồ khối 2, áp lưới sau điều khiển pha, qua biến áp chỉnh lưu diod có dạng áp ngỏ chỉnh lưu điều khiển không hoàn toàn Như hai sơ đồ khối tương đương số trường hợp, sơ đồ khối thứ tỏ hiệu sơ đồ khối Bộ nguồn chiều dùng BBĐ áp chiều: [Biến áp > Chỉnh lưu D > lọc] > BBĐ [Chỉnh lưu D -> lọc] -> BBĐ -> Biến áp tần số cao -> Chỉnh lưu D Khi dùng nguồn chiều, khối [ ] Nhóm gọi nguồn xung hay cấp điện đóng ngắt (switching power supply), phát triễn cấp điện chiều loại tuyến tính, dùng để cung cấp điện chiều có ổn áp phòng thí nghiệm hay công nghiệp Ở sơ đồ khối 3, biến đổi thực chức ổn áp, thay cho mạch ổn áp tuyến tính có hiệu suất thấp Trong sơ đồ khối 4, BBĐ loại flyback hay nghịch lưu pha sử dụng biến áp tần số cao, nhờ giảm giá thành, tăng hiệu suất Trong nguồn trên, mạch lọc ngỏ lựa chọn, LC để có áp phẳng hay không cần tải động chiều… So sánh hai loại: Nhóm Ưu Nhược Điều khiển pha công suất lớn (MW) nhờ tần số đóng ngắt bé (tần số lưới) dùng SCR => mạch lọc ngỏ có trị số lớn BBĐ áp chiều Tần số làm việc cao nên ảnh công suất đến 100kw dùng hưởng hài bậc cao nhỏ transistor, dùng thyristor yêu cầu mạch tắt - Phân loại theo dạng tải: Bộ nguồn chiều có dạng tải sau: động chiều, tải điện hóa, điện công nghệ, mạch điện tử,… Tuy nhiên chúng chia làm hai nhóm: • tải áp: Tải cần áp phẳng, tiêu biểu thiết bị điện tử Với dạng tải phải dùng mạch lọc LC ngỏ BBĐ Có thể nhận xét nguồn điều khiển pha không thích hợp cấp điện đóng ngắt có giá trị LC mạch lọc tăng Trang 2/ chuong Điện tử công suất II A cao tần số làm việc thấp • tải dòng: gồm tải lại - không cần áp phẳng Trong trường hợp cần dòng phẳng để giảm tổn hao, tăng chất lượng hoạt động tải, dùng cuộn kháng nối tiếp Trong số trường hợp, để dòng thật phẳng dùng lọc LC Ví dụ: nguồn dùng cho điện phân công nghiệp thường không cần mạch lọc điện trở tải thường không bé nạp accu, ngỏ thường có cuộn dây hay điện trở để gánh chênh lệch xung áp ngỏ sức điện động tải, hạn chế biên độ dòng nạp Một đặc tính khác cần lưu ý yêu cầu cách ly nguồn – tải dùng điện lưới Nhằm đảm bảo an toàn cho ngøi vận hành máy, hạn chế dòng rò qua tải xuống đất, người ta phải dùng biến áp dể cách ly lưới – tải cho nguồn VI.2 BỘ NGUỒN CHỈNH LƯU: Là nguồn bán dẫn chiều cho phép cung cấp công suất lớn lớn nhờ sử dụng Diod hay SCR, có sơ đồ khối giới thiệu Vì sơ đồ chỉnh lưu khảo sát chi tiết chương III nên mục giới thiệu bước để thiết kế nguồn công suất lớn trình bày chi tiết với nguồn chỉnh lưu Các bước thiết kế nguồn bán dẫn: - Thiết kế sơ mạch động lực: Từ yêu cầu tải, ta chọn sơ đồ, dùng quan hệ gần giả sử cần thiết (do không đủ số liệu) để tính chọn thông số mạch động lực Sơ đồ phải chọn lại có thông số tính không chấp nhận - Kiểm tra hệ thống chọn cách tính toán xác hay sử dụng công cụ mô để có hoạt động mạch với phần tử mạch động lực chọn Nếu kết không phù hợp, chọn lại thông số mạch hay đổi phương án (trở lại bước thiết kế sơ bộ) Cũng thực nhiều thiết kế sơ chọn thiết kế tối ưu sau bước kiểm tra - Tính toán hệ thống điều khiển bảo vệ, lập vẽ lắp đặt xây dựng quy trình thi công, thử nghiệm, hiệu chỉnh Sau thi công, thử nghiệm hiệu chỉnh xong, ta có sản phẩm (nếu chế tạo đơn chiếc) hay sản phẩm mẫu (bản chế thử) trường hợp sản xuất hàng loạt với thiết kế quy trình sản xuất Không loại trừ khả làm lại bước kết không thỏa đáng Thiết kế sơ chỉnh lưu điều khiển pha (ĐKP): Gồm bước sau: a Chọn sơ đồ chỉnh lưu: Cần cân nhắc yếu tố: • Có sử dụng biến áp (BA) hay không: BA có hai nhiệm vụ: thay đổi tầm áp cách ly điện nguồn – tải Áp ngỏ vào chỉnh lưu phải có giá trị thích hợp nhằm tránh BBĐ làm việc dài hạn góc kích lớn có chất lượng áp có hệ số công suất thấp Cách ly điện nguồn – tải đãm bảo an toàn cho người vận hành tránh nhiễu gây dòng rò lưới qua BBĐ làm cho BBĐ hoạt động không tốt Thông thường, có điều khiển động chiều chỉnh lưu trực tiếp từ lưới Trang 3/ chuong Điện tử công suất II A • Một pha hay nhiều pha: Sơ đồ nhiều pha phức tạp chất lượng ngỏ cao (nhấp nhô áp có tần số cao biên độ bé), cho phép công suất tải lớn tải ba pha lưới • Sơ đồ tia hay cầu: Sơ đồ tia cần sử dụng trung tính có dòng chiều qua nguồn, thích hợp công suất trung bình nhỏ Về nguyên tắc, trung tính dùng cho chiếu sáng mạch đo lường • Cầu điều khiển hoàn toàn (SCR) hay không hoàn toàn (SCR + D): Sơ đồ có sử dụng diod có áp lớn zero nên không trả lượng lưới được, hoạt động không đối xứng (có hài bậc chẵn) làm hạn chế công suất có ưu điểm đơn giản, giá hạ, góc điều khiển pha không lớn có hệ số công suất cao • Sử dụng sơ đồ đặc biệt: - nối tiếp, song song chỉnh lưu: thường sử dụng công suất lớn lớn, cho phép cải thiện dạng sóng dòng ngỏ vào áp ngỏ BBĐ - Sơ đồ pha có kháng cân (hình III.4.11b) song song hai sơ đồ pha hình tia Là sơ đồ chỉnh lưu có dòng qua chỉnh lưu bé nhất, thích hợp với ứng dụng có dòng tải lớn - Sử dụng BBĐ áp AC phiá sơ cấp biến áp dùng chỉnh lưu diod thứ cấp: Đây sơ đồ có hiệu kinh tế cao hai trường hợp sau: • Áp bé (chục V) dòng tải lớn (hàng nghìn A): Chi phí đầu tư giảm thay chỉnh lưu SCR D có giá hạ bên thứ cấp đáng kể so với chi phí trang bị BBĐ áp xoay chiều sơ cấp Chi phí vận hành cải thiện đáng kể sụt áp thuận SCR cao gấp đôi sụt áp thuận D • Áp lớn (chục nghìn V), dòng bé (chục A): Khi áp cao, cần nối tiếp nhiều chỉnh lưu Sử dụng diod hiệu nhiều tránh việc nối tiếp nhiều SCR phức tạp tốn b Tính toán điện áp góc kích SCR: Sau chọn sơ đồ, ta cần phải tính toán thông số biến áp Áp ngỏ BBĐ phụ thuộc vào yếu tố: áp nguồn, tỉ số biến áp, góc điều khiển pha, chế độ dòng tải sụt áp mạch Sụt áp mạch bao gồm: - Sụt áp chỉnh lưu: V/ Diod V / SCR - Sụt áp chuyển mạch dòng liên tục - Sụt áp nguồn hay biến áp (do tính toán ta lấy giá trị áp thứ cấp không tải) dây dẫn Như có nhiều thông số để từ áp ngỏ cần thiết tính tỉ số biến áp cách xác Khi tính toán sơ bộ, ước lượng sụt áp tổng cộng từ 15% - 20%, sử dụng công thức chế độ dòng liên tục và góc kích tối thiểu 10 – 15o Nếu sơ đồ không dùng biến áp, việc kiểm tra phạm vi điều chỉnh góc ĐKP cần thiết, tránh góc điều khiển pha tối thiểu αmin lớn ( > 40 - 50O) làm giảm tiêu lượng hệ thống Khi phải dùng biến áp giảm áp Góc αmin tính Trang 4/ chuong Điện tử công suất II A áp cao (tính sụt áp) Góc kích tối đa: Thường chọn khoảng 150 O với lý sau: Nếu không làm việc chế độ nghịch lưu, áp α > 150 O thường bé, Nếu có làm việc chế độ nghịch lưu, góc nghịch lưu an toàn lấy 30 O , yêu cầu áp nghịch lưu cao Ví dụ 1: Chọn sơ đồ tính thông sớ chỉnh lưu 220VDC/100A dòng cho điều khiển động chiều kích từ độc lập, lưới công nghiệp 380VAC ba pha Giải: Vì công suất tải 220 x 100 = 22kW không nhỏ để có chất lượng áp cao, ta chọn chỉnh lưu cầu pha.Để cung cấp 220V cho tải, áp chỉnh lưu Uo = 1.2 x 220 = 264 V (khi ước lượng sụt áp tổng cộng khoảng 20%) Giả sử không dùng biến áp dòng tải liên tục, góc kích tối thiễu là: Uo = U ⋅ cos α => αmin = cos-1[264/(2.34 x 220)] = 59o 2π Trị số lớn, làm giảm chất lượng hoạt động hệ thống, ta tính toán lại với việc dùng biến áp Giả sử góc kích tối thiểu αmin = 15o, áp thứ cấp biến áp baèng U = 264 /(2.34 x cos 15o) = 116.8V suy tỉ số biến áp (nối YY) k = 116.8/220 = 0.53 Ghi chú: - Với công suất 22kW mức độ trung bình, sử dụng sơ đồ cầu pha điều khiển không hoàn toàn (SCR+D) Nhưng làm hoạt động biến áp không tốt có hài bậc chẵn nên sơ đồ điều khiển hoàn toàn chọn (ta chọn hướng thiết kế hệ thống chất lượng cao) - Nếu lưới có công suất lớn (để dòng 100A trung tính chấp nhận được) để giảm giá thành, chọn sơ đồ chỉnh lưu pha hình tia Khi áp không đủ giá trị 220V cho động tải định mức c Tính chọn chỉnh lưu biến áp: dây - Định mức áp chỉnh lưu: Áp khoá cực đại chỉnh lưu giá trị max áp Ví dụ: Có thể chứng minh điện áp làm việc cực đại Ulvmax chỉnh lưu cầu pha hiệu dụng áp lưới, chỉnh lưu cầu ba pha biến áp có điểm 2 aùp pha = aùp pha, chỉnh lưu dùng Lưu ý hệ số an toàn điện áp linh kiện bán dẫn chọn > - Định mức dòng chỉnh lưu dòng qua BA (nếu có): Từ giá trị dòng tải cho trước Io, ta tính giá trị dòng điện qua phần tử mạch điện giả định dạng dòng tải chỉnh lưu, lưu ý Io giá trị trung bình Có thể chọn dạng sau phụ thuộc chế độ làm việc tải, xếp theo thứ tự nhấp nhô tăng dần: * Dòng tải phẳng – liên tục: tải có L Io lớn hay làm việc góc điều khiển pha bé Trang 5/ chuong Điện tử công suất II A * Dòng xung hình sin: tải có L lớn làm việc góc điều khiển pha lớn, ví dụ động chiều làm việc áp bé so với định mức Imax Io * Xung tam giác: tải có L bé (hay 0) làm việc góc điều khiển pha lớn Io I max Việc chọn dạng dòng nhằm mục đích nâng cao độ xác cho thiết kế sơ Như giới thiệu chương II, linh kiện công suất chọn sơ giá trị trung bình hay hiệu dụng dây dẫn hay biến áp cần chọn theo giá trị hiệu dụng chúng phát nóng điện trở Có thể chứng minh định mức dòng theo giá trị trung bình không phụ thuộc dạng sóng định mức dòng theo hiệu dụng tăng theo độ méo dạng Cách thứ hai xác chỉnh lưu Để tính toán, ta vẽ dạng dòng qua phần tử mạch tính dòng qua chúng hay sử dụng công thức cho bảng tổng kết Ví dụ tính toán dòng qua phần tử xem lại chương chỉnh lưu (mục III.4.3): Thiết kế chỉnh lưu cho điều khiển động DC kích từ độc lập 400 V/ 200A từ lưới điện pha 380V (áp dây): chọn sơ đồ, tính toán thông số hoạt động chỉnh lưu điều khiển pha, tính dòng trung bình, áp ngược cực đại SCR, dòng hiệu dụng qua phần tử mạch khác Chọn chỉnh lưu cầu pha (không dùng BA): Vdo = 1.35*380 = 514V Áp cần thiết Uo = 1.2 * 400 = 480 = Vdo.cos α => không dùng BA hợp lý α Giá trị đủ nhỏ để việc Dòng trung bình qua SCR 200/3 A áp ngược max SCR 380* V, dòng hiệu dụng lưới điện: 200 / A Thiết kế chỉnh lưu cho điều khiển động DC kích từ độc lập 180 V/ 20A từ lưới điện công nghiệp 220V/380V: Chọn chỉnh lưu cầu pha SCR (không dùng BA) sử dụng áp pha công suất động bé, sơ đồ pha đơn giản: Udo = 0.9*220 = 198V Áp cần thiết Vo = 1.2 * 180 = 216 > 198 V cho thấy cần sử dụng biến áp tăng áp hay sử dụng đầu vào chỉnh lưu áp dây (380V) để động hoạt động chế độ định mức Trong thực tế ta sử dụng áp pha biết động có tải định mức tốc độ định mức được: α MIN = Vo = 198 V => áp động 198/1.2 = 165 V, tương ứng với khoảng 165/180 = 91% tốc độ định mức Các tính toán thực với ước lượng tổng sụt áp 20% áp đặt vào động Dòng trung bình qua SCR 20/2 áp ngược max SCR 220* V, dòng hiệu dụng lưới điện: 20 A Trang 6/ chuong Điện tử công suất II A Có thể chọn sơ đồ điều khiển không hoàn toàn (SCR + Diode), định mức linh kiện chọn theo điều kiện làm việc xấu nhất, với góc dẫn lớn π tương ứng với dòng tải định mức 20 A => dòng trung bình qua SCR diode 20/2 dòng qua diode phóng điện 20 A (tương ứng góc dẫn 2π) d Tính chọn mạch lọc ngỏ ra: Như giới thiệu phần sơ đồ khối, mạch lọc ngỏ không cần nguồn Ta biết áp biến đổi chứa sóng hài bậc cao đánh giá ảnh hưởng tải lọc ngỏ sử dụng thật cần thiết, có yêu cầu hạn chế nhấp nhô dòng, áp ngỏ làm tăng giá thành, kích thước nguồn Việc tính chọn thông số lọc ngỏ nguồn chiều giới thiệu phần khảo sát BBĐ tương ứng, liệt kê số nguồn chiều có mạch lọc: - Bộ cấp điện cho mạch điện tử cần áp phẳng, ổn định có lọc LC ngỏ Lưu ý tự cảm tản biến áp cần tính vào L mạch lọc - Các nạp accu công suất lớn thường có cuộn kháng nối tiếp tải để hạn chế nhấp nhô dòng nạp điện trở accu thường bé Các điều khiển động chiều cần cuộn kháng san để làm cho dòng tải liên tục, momen nhấp nhô - Một số trường hợp nguồn xi mạ kim loại có lọc LC để làm phẳng dòng điện theo yêu cầu công nghệ Điều khiển nguồn chỉnh lưu: Như giới thiệu hình VI.1.1, hệ thống điều khiển nguồn nói chung chỉnh lưu bao gồm: - Mạch phát xung: có nhiệm vụ cung cấp xung tín hiệu điều khiển ngắt điện theo tín hiệu điều khiển từ khối điều khiển vòng kín Mạch phát xung điều khiển pha giới thiệu chi tiết III.6, tham khảo đặc tính vi mạch điều khiển pha TCA785 (thuộc họ TCA78x) phần phụ lục - Khối bảo vệ: Trong nguồn bán dẫn, bảo vệ giới thiệu chương I ngắt ngỏ vào hay tắt tín hiệu điều khiển SCR xảy cố hệ thống, chức bảo vệ dễ dàng tích hợp vào khối điều khiển vòng kín nhằm hạn chế ngỏ (dòng, áp…) không vùng làm việc cho phép, tránh khả hư hỏng xảy - Khối điều khiển vòng kín: Có nhiệm vụ điều khiển ngỏ BBĐ để nguồn có tính chất mong muốn cách xử lý tín hiệu phản hồi từ tải hay bên BBĐ tín hiệu đặt theo nguyên lý điều khiển tự động Bộ nguồn chiều, nguồn nói chung hầu hết thiết bị điều khiển công nghiệp sử dụng hệ thống điều khiển nhiều vòng giới thiệu chi tiết VI.4 VI.3 BỘ NGUỒN XUNG (SWITCHING POWER SUPPLY): Các nguồn xung hay cấp điện đóng ngắt có sơ đồ khối 3, mục VI.1, với trung tâm BBĐ áp chiều hay nghịch lưu dùng transistor làm việc hàng chục hay trăm KHz cho phép giảm kích thước, giá thành Do nguồn xung sử dụng phổ biến thiết bị điện tử dân dụng, làm nguồn cho khối điều khiển, đo lường Trang 7/ chuong Điện tử công suất II A thiết bị công nghiệp Sơ đồ ổn áp đóng ngắt thay ổn áp tuyến tính: Từ năm 70, BBĐ áp chiều làm việc ¼ mặt phẳng tải dùng để thay mạch ổn áp tuyến tính gọi ổn áp đóng ngắt Để có áp phẳng, mạch lọc LC sử dụng Mạch ổn áp đóng ngắt có đặc điểm: - Ưu: hiệu suất cao nhờ thay đổi từ chế độ làm việc linh kiện công suất từ khuếch đại thành đóng ngắt, nhờ giảm kích thước tản nhiệt giá thành hệ thống - Nhược: có nhấp nhô áp ra, mạch điều khiển phức tạp khắc phục cách sử dụng vi mạch chuyên dùng ΔV S1 Io Q1 + L + D1 V V Điều khiển _ io Vo Tải Io v o _ C Hình VI.3.2 Ổn áp đóng ngắt Hình VI.3.1 Ổn áp tuyến tính Sau đó, sơ đồ bị thay nguồn xung, việc đưa BBĐ trước biến áp giảm áp cho phép sử dụng biến áp tần số cao có kích thước nhỏ so với biến áp dùng tần số lưới giá thành thấpï để ta có nguồn xung ngày Có hai dạng BBĐ sử dụng: tầm công suất bé (25KHz), kích thước, giá thành biến áp mạch lọc ngỏ giảm đáng kể Sơ đồ cho phép biến đổi không bị giới hạn công suất sơ đồ flyback Hình VI.3.2a cho ta sơ đồ sử dụng nghịch lưu nửa cầu Ở công suất lớn 300W, người ta thường dùng sơ đồ cầu (4 transistor) Để giữ ổn định điện áp ngỏ ra, phản hồi để thay đổi độ rộng xung nghịch lưu Với sơ đồ nửa cầu, ta điều khiển không hoàn toàn cách thay đổi trực tiếp độ rộng xung điều khiển transistor Ngỏ chiều lấy thứ cấp T1 biến áp giảm (tăng) áp, sau chỉnh lưu lọc phẳng Với nhận Trang 8/ chuong Điện tử công suất II A xét điện áp sau chỉnh lưu lại có dạng điều rộng xung, người ta gọi nguyên lý điều khiển biến đổi điều rộng xung đẩy kéo (push-pull) Hình VI.3.2b mạch điều rộng xung đẩy kéo dạng áp Đây phần lõi TL494 vi mạch điều khiển nguồn xung thông dụng Ví dụ tính toán nguồn xung dùng nghịch lưu pha: Tính toán mạch động lực cấp điện dùng nghịch lưu (sơ đồ ½ cầu hình V.8.1), ngỏ 5V/20 A, ngỏ vào 260 VDC - Chọn tần số ngỏ 20 Khz, độ rộng xung tương đối α = ton/T= 0.5 => biên độ áp thứ cấp 5/0.5 = 10 V Giả sử diod cầu sụt áp tổng 0.6 V (dùng diod Schotky), biên độ thứ cấp biến áp 10 + 0.6 = 10.6 V Biên độ sơ cấp ½ áp nguồn chiều (nghịch lưu cầu): => tỉ số biến áp: 260 / (2 * 10.6) = 12.3 Phân tích dạng dòng => trị trung bình dòng qua L1 dòng tải Io, áp Sơ cấp biến áp v o Io Thứ cấp biến áp sau chỉnh lưu i o giả sử dòng qua Diod phẳng => biên độ Hình VI.3.2c Dạng dòng, áp sau chỉnh lưu thứ Io = 20 A cấp biến áp Chọn dòng trung bình qua D kat Io = 1.5 * 20 = 30 A; aùp qua D > 10 V, chọn 25 V, loại Schotky Hiệu dụng cuộn dây thứ cấp 20 / = 14 A , hiệu dụng cuộn dây sơ: 14 / 12.3 = 1.2 A Chọn ngắt điện nghịch lưu theo biên độ dòng qua nó, 20 /12.3 = 1,6 A Chọn transistor đóng ngắt công suất, dòng định mức A / 600 V Sơ đồ nguồn xung Flyback: Mạch động lực nguồn xung dùng sơ đồ Flyback giới thiệu chi tiết chương IV, Các sơ đồ cụ thể tìm tài liệu hãng cung cấp phụ lục (phần cuối chương) Sơ đồ bảo vệ áp cho ngắt điện nguồn xung Flyback: Hình VI.2.3 là mạch động lực dạng áp nguồn xung sử dụng BBĐ áp chiều loại flyback dùng biến áp, có bảo vệ xung áp gồm diod phục hồi nhanh D, tụ điện C điện trở R MosFET Q ngắt điện S, có áp cực Drain vD có dạng hình mạch bảo vệ xung áp Khi Q tắt, dòng từ hoá sơ cấp chuyển sang thứ cấp để cung cấp cho mạch tải Có thể chứng minh vD hai lần áp nguồn V lúc Cũng từ hình vẽ này, ta quan sát Q vừa ngắt, ta có xung qúa áp cao, tồn thời gian ngắn xuất trình chuyển dòng từ sơ cấp sang thứ cấp biến áp không xảy tức thời Thời gian xuất LC ký sinh biến áp T, tạo áp cho Q làm giảm hiệu suất BBĐ Tụ điện C mạch bảo vệ làm giảm biên độ xung áp, điện trở R phải tiêu thụ lượng xung áp phần lại chu kỳ để C nạp chu kỳ Trang 9/ chuong Điện tử công suất II A V C v C R D v C 2V v D T v D V Q Q off Q on t Hình VI.3.3: Bộ bảo vệ áp xung cho BBĐ flyback ghép biến áp Bài tập: Từ mô tả hoạt động bảo vệ xung áp, biện luận ảnh hưởng lên điện áp vD lúc Q khóa việc thay đổi giá trị điện trở R Sơ đồ nguồn xung dùng BBĐ áp chiều loại Forward: Ở công suất nhỏ, ta gặp sơ đồ nguồn xung hình VI.2.4 Vì nguồn cung cấp lượng cho tải ngắt điện Q đóng nên thuộc nhóm Forward Tương tự biến áp xung kích SCR có thời gian nghỉ bé, cần phải giải phóng lượng từ hóa lõi sắt mạch trả lượng lưới qua diod D1 sử dụng Lưu ý cực tính cuộn dây biến áp hình VI.3.4 V+ T1 D2 L1 C1 Q D1 Để ý, mạch kích SCR xung rộng hình II.4.6b Hình VI.3.4: Bộ nguồn xung loại Forward dùng ngắt điện sử dụng nguồn xung có cách ly (không ổn áp) Bài tập: Vẽ dạng dòng áp phần tử mạch điện hình VI.3.4, cho biết nguyên lý để chọn số vòng cuộn dây trả lượng VI.4 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÒNG KÍN BỘ NGUỒN MỘT CHIỀU: Mục giới thiệu sơ đồ điều khiển vòng kín sử dụng phổ biến nguồn chiều hay thiết bị điện tử công suất khác, mà điều khiển công nghiệp, đối tượng hệ thống quán tính Do đó, vấn đề khảo sát mục dùng cho điều khiển vòng kín biến đổi nói chung, từ cấp điện cho mạch điện tử hay thiết bị điện phân đến điều khiển động chương sau Bài toán điều khiển biến đổi (BBĐ): Ngoài tính cách hệ thống tự động (HTTĐ) - yêu cầu đảm bảo chất lượng ngỏ chế độ tónh (xác lập) động (quá độ) - BBĐ có hai toán quan trọng sau: - Dòng điện qua BBĐ hay đại lượng tải phụ thuộc dòng điện (như momen động chiều) phải hạn chế không vượt giá trị cho phép - Điều khiển trình khởi động dừng BBĐ Người ta thường tăng áp đặt vào tải từ từ khởi động BBĐ gọi khởi động mềm (soft start) Thời gian khởi động chọn từ vài miligiây đến nhiều phút phụ thuộc tải Quá trình dừng BBĐ tương tự trọng thực tế Trang 10/ chuong Điện tử công suất II A điều khiển dòng vòng cho phép dòng tải tăng Hình VI.4.2: BBĐ ổn áp hạn dịng Nhờ áp tải giữ ổn định (làm việc ổn áp) điều khiển áp bảo hòa Khi hệ thống làm việc đặc tính hạn dòng I = Igh tín hiệu đặt điều khiển dòng không thay đổi Vậy nhờ hệ thống điều khiển hai vòng, nguồn DC bình thường giữ ổn định áp giá trị làm việc U = Ulv hạn chế dòng giá trị I = Igh bị tải Có thể lý luận tương tự để thấy sơ đồ điều khiển hoạt động với nạp accu (hay thiết bị điện hóa khác làm việc đặc tính ổn dòng, hạn chế áp cực đại), khác điểm làm việc chế độ bình thường Bài tập: Trong hệ thống điều khiển nhiệt độ, ta có hai vòng tương ứng với hai biến: nhiệt độ dây đốt (hay nguồn nhiệt) nhiệt độ vùng cần nung (sử dụng nhiệt) Hãy cho biết tác dụng điều khiển hai vòng hệ thống Quan sát: Hai nguồn ổn áp có hạn dòng (bộ cấp điện ổn áp) ổn dòng có giới hạn áp (bộ nạp accu) có sơ đồ điều khiển, khác cách vận hành Hiệu chỉnh HT hệ thống điều khiển tọa độ: Một cách tổng quát, để điều khiển n biến trạng thái giới thiệu mục 1, ta tính toán hiệu chỉnh theo lý thuyết điều khiển tự động n vòng từ ngoài, vòng sau hiệu chỉnh trở thành phần đối tượng vòng Trong thực tế, với nhận xét hầu hết đối tượng công nghiệp bao gồm khối quán tính (hàm truyền có cực phần âm trục thực) hệ thống điều khiển tọa độ dùng công nghiệp sử dụng hiệu chỉnh PID với phương pháp khử cực – zero để đưa hệ thống kín kiểu mẫu (model) với chất lượng biết trước a Hai HT mẫu (model): - HT Tối ưu module: Hàm truyền vòng hở phản hồi đơn vị sau hiệu chỉnh có dạng: Wh1 ( s) = ⋅ T ⋅ s ⋅ (T ⋅ s + 1) Hình VI.4.3 Giản đồ Bode Wh1 HT tối ưu module HT kín vô sai với ngỏ vào hàm nấc, có dự trữ pha 65O , dự trữ biên vô (giản đồ Nyquyist không cắt trục thực) Quá trình độ có dạng bậc hai tới hạn, vọt lố POT = 4.3% , thời gian lên 4.7T thời gian đạt 95% biên độ xác lập T HT tối ưu module khối sở, cho phép thực algorit hiệu chỉnh PID cho HTĐK tọa độ (nhiều vòng) - HT Tối ưu đối xứng: Hàm truyền vòng hở phản hồi đơn vị sau hiệu chỉnh có dạng: Wh2 ( s) = (4 ⋅ T ⋅ s + 1) ⋅ T ⋅ s2 ⋅ (T ⋅ s + 1) HT tối ưu đối xứng kết khâu hiệu chỉnh có tích phân đối tượng có khâu tích phân để nhận hai cực gốc tọa độ Khâu tích phân hiệu chỉnh cần thiết để đảm bảo hệ thống không sai số theo nhiễu Giản đồ Bode có hai điểm gảy đối xứng qua điểm cắt trục hoành ωc (hình VI.4.4a) Trang 12/ chuong Điện tử công suất II A HT kín vô sai với ngỏ vào hàm dốc, có dự trữ pha 36O, dự trữ biên vô cùng, vọt lố POT = 43% , thời gian lên T, thời gian độ 14.6 T Hình VI.4.4a: Giản đồ Bode Wh2 HT tối ưu đối xứng Một cách tổng quát, tử số hàm truyền hệ hở sau hiệu chỉnh có dạng (Tn.s+1) Quá độ hàm nấc hệ thống với giá trị Tn/T khác vẽ hình VI.4.4b Và phụ thuộc vào đáp ứng mong muốn mà Hình VI.4.4a: Quá độ hàm nấc HT tối ưu đối Tn lớn 4T (Xem giản đồ Bode xứng với giá trị Tn khác trường hợp tổng quát hình VI.4.6) Với Tn = 4T, hệ thống đáp ứng nhanh (thời gian lên 3T) vọt lố cao Để hạn chế nhược điểm này, cần sử dụng tín hiệu đặt hàm dốc hay nối tiếp tín hiệu đặt khâu quán tính thời T Kiểu mẫu tối ưu module dùng cho vòng (lý giải hích mục c kế tiếp) hiệu chỉnh tối ưu đối xứng hay module cho vòng phụ thuộc đặc tính mong muốn hệ thống b Hiệu chỉnh PID (vi tích phân tỉ lệ): có dạng: HC = K p + K i / s + K d s = (Ta s + 1)(Tb s + 1) Ti s đó: Kp, Ki, Kd: hệ số khuếch đại tương ưng với khâu tỉ lệ, tích phân, vi phân sử dụng điều khiển chương trình Ta, Tb , Ti thời hằng, sử dụng tính toán hiệu chỉnh Hàm truyền PID có hai zero cực gốc tọa độ Theo nguyên lý khử cực – zero, zero dùng để loại bỏ cực không mong muốn Để hệ thống có đáp ứng nhanh, ta ưu tiên loại bỏ thời lớn (cực gần gốc tọa độ) Khâu tích phân thêm vào nhằm triệt tiêu sai số xác lập, thời tích phân Ti xác định đặc tính độ mong muốn Khi cho hệ số 0, ta nhận sơ đồ điều khiển P, PD, I, PI: Hiệu chỉnh P HC = K p = Ti Hiệu chỉnh PD HC = K p + K d s = hiệu chỉnh I (Ta s + 1) Ti HC = K i / s = Ti s hiệu chỉnh PI HC = K p + K i / s = (Ta s + 1) Ti s Sau ví dụ hiệu chỉnh PID dùng nguyên lý khử cực-zero: Trang 13/ chuong Điện tử công suất II A - Đối tượng bậc có tích phân: W= K (T1s + 1) (T2 s + 1) K W= s (T2 s + 1) Hiệu chỉnh PI để có tối ưu module T > T2 Hiệu chỉnh PI để có tối ưu đối xứng P để có tối ưu module - Đối tượng bậc tích phân: Hiệu chỉnh PID để có tối ưu module W= K T > T2 > T3 (T1s + 1)(T2 s + 1)(T3 s + 1) HC = (Ta s + 1)(Tb s + 1) Ti s với Ta = T1; Tb = T2; Ti/K = 2.T3 Hình VI.4.5: Hiệu chỉnh hệ thống bậc tối ưu module - Đối tượng bậc có tích phân: W= K T > T2 s (T1s + 1)(T2 s + 1) Hiệu chỉnh PID để có tối ưu đối xứng (hình ): Ta = T1; Tb = 4.T2; Ti/K = 8.(T2)2 PD để có tối ưu module HC = Hình VI.4.6: Hiệu chỉnh hệ thống bậc có tích phân tối ưu đối xứng với Tn thay đổi (Ta s + 1) Ti Chọn Ta = T1; Ti/K = 2.T2 Nhận xét: Với hiệu chỉnh PID, ta khử zero, mẫu số hàm truyền đối tượng cần đưa bậc kể tích phân c Các hàm truyền gần đúng: Để thực việc hiệu chỉnh hệ thống nhiều vòng hệ thống công nghiệp theo nguyên lý khử cực – zero mục b ta cần phải sử dụng số quan hệ gần dựa sở đặc tính pha hai HT có giá trị vùng khảo sát : - Để tiếp tục hiệu chỉnh vòng ngoài, đối tượng phải hệ quán tính Suy hàm truyền vòng sau hiệu chỉnh phải khâu quán tính (có cực phần âm trục thực) Đặc tính pha - tần số hình VI.4.7 cho thấy thay hệ thống Trang 14/ chuong Điện tử công suất II A tôí ưu module hàm truyên tương đương bậc sau: Wk1 = Wh1 = + Wh1 2T s (T s + 1) + 1 2T s + Do đó, vòng hiệu chỉnh thành tối ưu module để thực việc hiệu chỉnh tiếp tục vòng sau thay vòng hàm truyền tương đương (a) So sánh 1 vaø j 2w + j 2w( jw + 1) + (b) So sánh 1 jw + (1 + jw / n) n Hình VI.4.7: So sánh đặc tính pha – tần số hàm truyền tương đương, ta nhận xét chúng có đặc tính giá trị pha ≤ 60o , cho phép thay lẫn - Thu gọn nhiều khâu quán tính có số thời gian bé quán tính bậc để giảm bậc mẫu số hàm truyền đối tượng có bậc > 3: Wh = K (T1.s + 1)(T2 s + 1)∏ (Tn s + 1) K (T1.s + 1)(T2 s + 1)(∑ Tn s + 1) n n Tn thời bé Nhờ công thức gần mà ta sử dụng hiệu chỉnh khử cực-zero đối tượng quán tính có bậc cao Trên hình VI.4.7b, giá trị pha ≤ 60o , cực 1/T có đặc tính tương tự n cực 1/nT - Tương tự, khâu trễ thời gian τ tương đương với quán tính bậc thời τ Wh = K e −τ s K (τ s + 1) Ví dụ: Hãy chọn tính hiệu chỉnh hệ thống điều khiển hai vòng, có đối tượng hai khâu quán tính nối tiếp sau: ⎡ ⎤ x1 ⎡ ⎤ x 100 u ⎯⎯ →⎢ ⎯⎯ → ⎢ ⎥ ⎯⎯→ ⎥ ⎣ 2.s ⎦ ⎣ (0.05s + 1) (0.2s + 1)(2 s + 1) ⎦ Voøng trong: Trang 15/ chuong Điện tử công suất II A - Đưa đối tượng bậc 3: H = - hiệu chỉnh PID: HC1 = 100 (0.05s + 1) (0.2 s + 1)(2s + 1) 100 (0.1s + 1)(0.2 s + 1)(2s + 1) (Ta.s + 1)(Tb.s + 1) để có HT tối ưu module Ti.s chọn T = 0.1 để HT có đáp ứng nhanh nhất, hàm truyền vòng hở sau hiệu chỉnh: HC1* H = 0.2 s (0.1s + 1) => Ta = 0.2, Tb = Ti = 0.2*100 = 20 hàm truyền vòng kín sau hiệu chỉnh: 1 Wk1 = (hàm truyền tương đương giảm bậc) 0.2 s (0.1s + 1) + 0.2s + Vòng ngoài: đối tượng cần hiệu chỉnh: Wh = Wk1* H = - Có thể chọn hiệu chỉnh P: HC = Kp = HC 2*Wh = 1 0.4 s (0.2s + 1) 1 , s (0.2s + 1) để có HT tối ưu mun: Ti => Ti.2 = 0.4 => Ti = 0.2 hay Kp = - hay hiệu chỉnh PI để có hàm truyền sau hiệu chỉnh tối ưu đối xứng với T = 0.2: HC 2*Wh = Ta s + 1 (4Ts + 1) i i ≡ 2 Ti s 2s (0.2 s + 1) 8T s (Ts + 1) => Ta = 4T =0.8; 2*Ti = 8T2 => Ti = 0.16 e Ý nghiã thực tiễn hiệu chỉnh tọa độ: Như giới thiệu ban đầu, HT điều chỉnh tọa độ sử dụng rộng rãi công nghiệp dễ sử dụng có tính phổ quát cao Thuật toán hiệu chỉnh trình bày cho thấy PID hiệu chỉnh hệ thống quán tính có bậc bất kỳ, mô hình đa số máy móc công nghiệp Vì thế, điều khiển công nghiệp (động cơ, trình) tích hợp sẵn PID người sử dụng cần chỉnh thông số PID HT hoạt động với chất lượng chấp nhận Thuật toán chỉnh định thông số hiệu chỉnh gồm phần: cách hiệu chỉnh PID biến trạng thái (một vòng) hiệu chỉnh hệ nhiều vòng - Hiệu chỉnh PID: Nguyên tắc hiệu chỉnh quan sát trình độ với đầu vào hàm nấc, thay đổi Ki, Kp, Kd đến có độ mong muốn Đối với thiết bị ĐTCS (bộ nguồn, điều khiển động cơ), người ta cung cấp hiệu chỉnh PI BBĐ nguồn nhiễu tần số cao (bằng tần số đóng ngắt ngắt điện) có điều khiển trình (vị trí, nhiệt, áp suất, lưu lượng ) cần hiệu chỉnh PID Đầu tiên, ta cho Ki, Kd không, tăng dần Kp đến hệ thống bắt đầu có vọt lố (hay gần vọt lố) Sau tăng dần Ki đến có có đáp ứng tới hạn (vọt lố < 5%) hiệu chỉnh thành tối ưu modun hay độ dạng bậc hai (dao động 1- chu kỳ) để sử dụng Bổ sung Kd để giảm vọt lố cần - Hiệu chỉnh HT nhiều vòng: Chỉnh điều khiển, từ vòng dần vòng Khi hiệu chỉnh vòng trong, cần giảm giá trị bảo hòa điều khiển Trang 16/ chuong Điện tử công suất II A vòng để tín hiệu đặt vòng không đổi: ta quan sát trình độ hàm nấc vòng Ví dụ điều khiển tốc độ động có hai biến dòng điện (vòng trong) tốc độ (vòng ngoài) Để hiệu chỉnh dòng điện, ta hạn chế dòng (mức bảo hòa vòng tốc độ) đến động không đủ momen để quay, ta độ tốc độ quan sát độ hàm nấc dòng điện Khi chỉnh xong vòng dòng điện, tăng mức hạn chế dòng để động có đủ momen quay ta quan sát độ tốc độ Các mạch điện thường dùng: a Bộ hiệu chỉnh PID dùng OPAM: R26 C4 R22 U7 Ui R21 C7 VR1 VR2 Ufh Uo VR3 U6 R27 ặ t Hình VI.4.8 (a) Sơ đồ nguyên lý hiệu chỉnh PID C5 R24 U đk C6 (b) Sơ đồ thực tế: PID > sớm trễ pha, có vi phân đường phản hồi b Bộ hiệu chỉnh PID dùng OPAM: Tỉ lệ Hình VI.4.8.c cho phép chỉnh độc lập thành phần PID (Xem tài liệu ĐKTĐ) Vi phâ n Ui + Uo Tích phâ n c Mạch hạn chế biên độ: Vì ngỏ hiệu chỉnh vòng tín hiệu đặt hiệu chỉnh vòng trong, mức bảo hòa hiệu chỉnh vòng xác định giới hạn biên độ ngỏ vòng Các mạch thay đổi mức bảo hòa (hạn chế biên độ) ngỏ KĐTT thường dùng VCC U10 Uo Hình VI.4.9 (a) Mạch hạn chế biên độ ngỏ dùng diod (bảo hòa V1 > 0) Uo R13 +VCC U3 VR Hình VI.4.9 (b) Mạch dùng KĐTT phuï D4 R31 Ui 7 Ui U1 VR1 R3 R6 D7 0.01uF 10K d Mạch tạo hàm dốc (RAMP): Khi tín hiệu đặt BBĐ hàm nấc, HT có vọt lố ngỏ cao sai số lớn ban đầu, sử dụng kiểu mẫu tối ưu đối xứng công nghiệp, tín hiệu Hình VI.4.10 Mạch tạo hàm dốc ứng dụng Trang 17/ chuong Điện tử công suất II A V wđ wđ D1 tkđ t Hình : tín hiệu đặt hàm RAMP Đồ thị tốc độ đặt truyền động nâng hạ buồng thang máy Vo R3 U2 (c) (a) V 0.01uF POT1 R4 (b) POT2 7 U1 t C1 R1 v(t) 10k đặt thường có dạng hàm dốc, hay hàm mũ (1 – e-t/T) mạch nạp tụ Ở hệ thống điều khiển chuyển động có người thang máy, không tín hiệu đặt mà đạo hàm cần liên tục để tránh gia tốc độ giật lớn, tạo cảm giác an toàn, thoải mái cho người sử dụng Hình VI.4.10c cho ta mạch điện tạo hàm dốc dùng hai KĐTT Lọc nhiễu cách ly: Trong hình VI.4.8, lọc hình T dùng RC lọc nhiễu đầu vào cách ly tầng để chống khả cài hay dao động khuếch đại thuật toán R/2 R/2 Vi Vo 104 Hình VI.4.10: Lọc T tầng: điện trở R tách làm đôi, thêm vào tụ điện 0.1 uF PHỤ LỤC CHƯƠNG VI MẠCH ĐIỀU KHIỂN BỘ NGUỒN XUNG 3842 GIỚI THIỆU CHUNG: Phần phụ lục giới thiệu họ vi mạch 3842 3846, điều khiển nguồn xung loại FLYBACK, sử dụng MOSFET Người ta gọi nhóm vi mạch điều rộng xung lọai dòng điện (current mode PWM) khác với nguyên tắc PWM mô tả II.5.1 MosFET dẫn điện từ đầu chu kỳ bị khóa dòng vượt qua giá tri đặt ngỏ hiệu chỉnh Nguyên tắc điều khiển thích hơp với BBĐ loại flyback biến đổi lượng qua trung gian dòng điện Các vi mạch nhóm khác vài thông số phụ thuộc mã số Tiếp đầu ngữ cho biết nhà chế tạo, số đầu từ (1842) đến (3842) phụ thuộc nhiệt độ làm việc Trang 18/ chuong Điện tử công suất II A Hình PL4.1 Sơ đồ khối mô tả chân EC 3842, số chân ngoặc sử dụng vỏ DIP14 Vi mạch EC 3842 điều chế độ rộng xung loại dòng điện, chuyên dùng cho BBĐ flyback có sơ đồ khối hình PL4.1, cấp điện đến 30 volt (phụ thuộc mã số) , bao gồm: - Mạch ổn áp 5V / 20 mA (chân 8/14) cho mạch áp chuẩn 2.5 V cho mạch khuếch đại sai số ERROR AMPLIFIER (bộ hiệu chỉnh) - Mạch bảo vệ giảm áp nguồn cấp điện Under Voltage Lock Out, không cho mạch làm việc nguồn giảm xuống giá trị cho phép (phụ thuộc mã số) - Bộ dao động tần số cực đại 500 kHz, chỉnh RC chân 4/7 - Ngỏ lái MosFET dùng mạch bổ phụ transistor, dòng tiêu biểu +/- 200mA - Mạch khuếch đại sai số ERROR AMPLIFIER (thực chất hiệu chỉnh vòng kín) có ngỏ vào tín hiệu đặt V REF = 2.5 V tín hiệu phản hồi Voltage Feedback Input (chân 2/3), tác động lên phát xung điều rộng cho sai lệch ngỏ vào giảm - Sự điều chế độ rộng xung loại dòng điện thực so sánh dòng set-reset flipflop Bộ so sánh dòng có hai ngỏ vào điện áp tỉ lệ với dòng điện tải I SENSE ngỏ mạch khuếch đại sai số ERROR AMP Khi I SENSE > ngỏ ERROR AMP (sau giảm áp), so sánh lên 1, reset RS FF MosFET bị khóa Như giá trị đỉnh dòng qua MosFET xác định sai lệch điện áp phản hồi so với giá trị đặt RS FF đổi trạng thái, cho phép MosFET làm việc bắt đầu chu kỳ làm việc (các dạng sóng hình PL4 2) - Độ rộng xung tương đối α cực đại khống chế cách chọn tụ dao động CT Đối với vi mạch mã số từ 3844 – 3846, trị số 0.5 Điều khác so với lý thuyết phạm vi thay đổi từ Lý để tránh bảo hòa cuộn dây Trang 19/ chuong Điện tử công suất II A hình PL4 2: Các dạng sóng chân thay đổi độ rộng xung Mạch tiêu biểu: Hình PL4.3 sơ đồ nguồn xung dùng vi mạch 3842 (3844) Sơ đồ tiểu biểu cho mạch nguồn lọai flyback, ngắt điện IGBT thường thay MosFET Năng lượng cung cấp từ lưới qua bảo vệ áp dùng varistor giảm nhiễu LC RTC điện trở thay đổi theo nhiệt, hạn chế dòng nạp tụ lọc nguồn C1, C2 đóng nguồn R3 điện trở cấp nguồn ban đầu ( điền trở mồi) cho mạch điều khiển, nguồn thật cho mạch điều khiển lấy từ biến áp, chỉnh lưu qua D1 R8, C4 hai phần tử xác định tần số dao động R9, C5 mạch phản hồi dòng qua IGBT, đưa vào so sánh Việc ổn định điện áp ngỏ thực qua vi mạch ổn áp song song TL431, so sánh áp chuẩn 2.5V bên để thay đổi dòng phân cực OPTRON PC817 Transistor ngỏ OPTRON thay đổi dòng cực thu làm thay đổi độ rộng xung lái IGBT Hình PL4.3 Sơ đồ nguồn xung có dùng vi mạch TL431 Dòng tải cảm nhận qua RC trước vào so sánh để lọc bỏ gai dòng ban đầu turn-on MosFET Trang 20/ chuong Điện tử công suất II A PHỤ LỤC 2: Vi mạch điều rộng xung TL494 Mô tả: TL494 vi mạch hảng Texas Instrument đại diện cho nhóm vi mạch điều khiển cấp điện đóng ngắt (nguồn xung) loại sử dụng nghịch lưu (mục II.5.2 – hình II.5.4) hay UPS offline công suất bé, bao gồm: - Bộ dao động cưa dùng RC tạo sóng mang cho điều rộng xung, tần số làm việc từ kHz đến 300 kHz - Bộ so sánh Dead time control comparator xác định bề rộng xung tối đa, lớn điện áp chân DTC Trang 21/ chuong Điện tử công suất II A - Bộ so sánh PWM định bề rộng xung theo áp ngỏ khuếch đại sai số Hai so sánh tác động mức thấp nên xung cổng OR xung có bề rộng bé - Pulse steering Flip Flop chia hai, kết hợp với cổng NOR ngỏ cho ta tác động đẩy kéo: hai transistor ngỏ Q1 Q2 luân phiên làm việc Chân 13 (output control) cấâm tác động Flip Flop, Q1 Q2 làm việc giống Hai transistor có cực E C nối thuận tiện cho thiết kế mạch động lực - Hai khuếch đại sai số khuếch đại thuật toán dùng để phản hồi ổn định điện áp ngỏ bảo vệ biến đổi Để ý ngỏ có diod tải nguồn dòng 0.7 mA nối xuống GND làm cho điện áp chân có trị số ngỏ cao xung hẹp - Vi mạch có nguồn chuẩn V chân 14 Sơ đồ thử nghiệm: - Các ngỏ vào khuếch đại thuật toán nối để ngỏ thấp để không tác dụng Cựïc E Q1, Q2 nối GND: tải lấy cực C - Việc thử nghiệm thực qua việc thay đổi áp hai chân DTC FEEDBACK với dạng sóng đo hình trang sau Để ý tải chân FEEDBACK ngồn dòng 0.7 mA nên ta điều khiển chân biến trở 10k nối nguồn REF V chân 14 Tần số dao động cưa tính theo đồ thị sau: Trang 22/ chuong Điện tử công suất II A Mạch nguồn máy tính ATX dùng TL494 Trang 23/ chuong Điện tử công suất II A Trang 24/ chuong Điện tử công suất II A  Bảng tra tính toán chỉnh lưu diod/SCR Trang 25/ chuong Điện tử công suất II A Sơ đồ Chỉnh lưu Phía chiều Tên Hình Vdo/Vf n Bán sóng có diod phóng điện 0.45 Cầu pha 0.9 6 Một pha điểm giửa có 0.9 Ba pha tia 1.17 Ba pha tia , bieán áp nối zigzag 1.17 Ba pha cầu , biến áp nối sao/ 2.34 Sáu pha tia có cuộn kháng 1.17 wU 1.21 0.48 0.48 0.19 12 12 18 24 12 18 24 0.19 0.042 0.042 Phiá xoay chiều Van n Ia/Ido 9 11 13 11 13 gi Biến áp Thứ cấp Vm/Vdo Is/Ido Sơ cấp Cs mIp/Id Ct Cp o 0.9 05 3.14 0.707 1.57 0.5 1.11 1.34 0.9 0.5 1.57 1.11 1.11 1.11 0.9 phạm vi sử dụng Đến 0.5 kW Biến áp bị bảo hòa từ Đến vài kW ngành vận tải điện dến vài MW Đến vài kW cần biến áp 0.5 3.14 0.707 1.57 1.11 1.34 0.33 2.09 0.82 (1.21) (0.82) (1.21) (1.21) 0.83 0.33 2.09 0.58 1.71 0.47 1.21 1.46 Đến vài kW cần biến áp 0.96 0.33 1.05 0.82 1.05 0.82 1.05 1.05 Đến vài MW không cần biến áp 1.05 1.32 ( kể CK ) 0.96 0.167 2.09 0.289 1.48 0.41 nhỏ kW (có BA) biến áp bị bảo hoà; vài kW không BA Đến vài trăm kW cần biến áp Vdo : Trị trung bình áp chỉnh lưu Ido : Trị số dòng điện tải , giả sử liên tục , phẳng PDC : Công suất ngỏ ( chiều ) Vf : Điện áp pha ngỏ vào n : bậc sóng hài 2 1/2 wU = Vn∑ / Vdo , Vn∑ = ( VRMS - Vdo ) : Giá trị hiệu dụng thành phần xoay chiều gi = I1/ IRMS : tỉ số thành phần hài dòng điện giá trị hiệu dụng Ia : Giá trị trung bình dòng qua van Vm : Giá trị cực đại cũa áp ngược van Is : Giá trị hiệu dụng dòng điện thứ cấp biến áp Ip : Giá trị hiệu dụng dòng điện sơ cấp biến áp m : tỉ số biến áp ( áp sơ cấp / áp thứ cấp ) Cs =Ss / PDC áp chỉnh lưu , Cp = Sp/ PDC , Ct = St/ PDC Ss , Sp , St công suất biểu kiến thứ cấp , sơ cấp trung bình biến ... (dùng diod Schotky), biên độ thứ cấp biến áp 10 + 0 .6 = 10 .6 V Biên độ sơ cấp ½ áp nguồn chiều (nghịch lưu cầu): => tỉ số biến áp: 260 / (2 * 10 .6) = 12.3 Phân tích dạng dòng => trị trung bình dòng... 0.83 0.33 2.09 0.58 1.71 0.47 1.21 1. 46 Đến vài kW cần biến áp 0. 96 0.33 1.05 0.82 1.05 0.82 1.05 1.05 Đến vài MW không cần biến áp 1.05 1.32 ( kể CK ) 0. 96 0. 167 2.09 0.289 1.48 0.41 nhỏ kW (có... Uo = 1.2 x 220 = 264 V (khi ước lượng sụt áp tổng cộng khoảng 20%) Giả sử không dùng biến áp dòng tải liên tục, góc kích tối thiễu là: Uo = U ⋅ cos α => αmin = cos-1[ 264 /(2.34 x 220)]