Tài liệu học tập điện tử công suất và ứng dụng phần 2

CHƯƠNG 3: BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU-MỘT CHIỀU (Bộ biến đổi xung điện áp) 3.1 KHÁI NIỆM CHUNG Trong kỹ thuật điện có nhiều trường hợp phải thực trình biến đổi điện áp chiều không đổi thành điện áp chiều khác có giá trị điều chỉnh phạm vi rộng Để thực trình biến đổi người ta sử dụng nhiều phương pháp khác Phương pháp biến đổi cho hiệu suất cao, dùng giải công suất từ nhỏ đến lớn thực điều chỉnh điện áp cách thuận tiện sử dụng BBĐ điện áp chiều thành điện áp chiều, thường gọi tắt BBĐ chiều-một chiều gọi xung điện áp số tài liệu khác người ta gọi băm điện áp BBĐ chiều-một chiều thiết bị biến đổi điện ứng dụng dụng cụ bán dẫn có điều khiển Nguyên tắc hoạt động BBĐ minh hoạ sơ đồ nguyên tắc hình 3.1 + K id ut(nét liền) it(nét đứt) Rt ut D0 it Ud iDo Ud ut it t Lt Et - tđ t1 tc t2 Tck t3 Tck t4 t5 t6 b a Hình 3.1: Sơ đồ nguyên tắc chung (a) dạng điện áp, dòng điện tải (b) BBĐ chiều – chiều Trong sơ đồ khố đóng cắt K đặc trưng cho BBĐ chiều-một chiều; phụ tải gồm phần tử: s.đ.đ phụ tải Et (còn gọi sức phản điện động), điện trở tải Rt điện cảm phụ tải Lt (thường gồm tự cảm tải, ví dụ điện cảm cuộn dây phần ứng động chiều, điện cảm cuộn kháng đưa thêm vào mạch để san dịng tải); điơt ngược D0 (cịn gọi điơt khơng) Điện áp Ud điện áp 141 chiều thường có giá trị khơng đổi dùng để cung cấp cho BBĐ Dịng qua khố đóng cắt K đồng thời dòng nguồn ký hiệu id Dòng qua điốt ngược ký hiệu iDo dòng áp tải ký hiệu it ut Điện áp D0 uDo = -ut giống điôt không sơ đồ chỉnh lưu Nguyên tắc hoạt động BBĐ sau: Người ta điều khiển đóng-cắt khố K theo chu kỳ Ví dụ khoảng từ t=0 đến t=t1 đóng K, tải đặt điện áp Ud có dịng từ nguồn qua khố K kín qua tải Phương trình vi phân để xác định dịng qua tải giai đoạn là: Rt it  Lt dit  Et  U d dt (3.1) dòng qua tải tăng từ giá trị Imin đến Imax t=t1 Trên D0 có điện áp ngược D0 không làm việc Tại thời điểm t=t1 người ta thực cắt khoá K, điện áp nguồn chiều Ud tách khỏi mạch tải, s.đ.đ tự cảm xuất điện cảm phụ tải Lt làm mở van D0 dịng tải trì qua D0 Phụ thuộc vào chế độ làm việc thơng số phần tử phụ tải mà xẩy chế độ làm việc tương tự với sơ đồ chỉnh lưu Nếu giá trị Lt đủ lớn, giá trị dịng tải khơng q nhỏ lượng tích luỹ Lt giai đoạn K đóng đủ để trì dịng tải đến thời điểm đóng lại khố K (t=t2), ta có chế độ dịng điện tải liên tục (dạng dòng tải trường hợp biểu diễn đồ thị hình 3.1b), dịng tải giai đoạn giảm dần từ Imax xuống Imin t=t2 Trường hợp Lt nhỏ, dịng tải q nhỏ (tải nhỏ khơng tải) lượng tích luỹ Lt khơng đủ để trì dịng tải đến thời điểm đóng lại khố K, ta có chế độ dịng điện tải gián đoạn, sơ đồ làm việc chế độ dòng tải gián đoạn dịng tải cắt K giảm dần đến khơng thời điểm t1' (t1'uA nên T1 bị đặt điện áp ngược khố lại Sau phóng đến điện áp khơng tụ Ccm nạp ngược lại để chuẩn bị cho việc khoá T2 ta mở T8 Quá trình khoảng tiếp sau diễn tương tự 5.4 NGHỊCH LƯU CỘNG HƯỞNG 5.4.1 Phân loại nghịch lưu cộng hưởng theo tải Như nêu phần thứ chương này, nghịch lưu cộng hưởng BBĐ chiều-xoay chiều nguồn có đặc trưng tải phải dao động cộng hưởng với tần số lớn tần số làm việc BBĐ Khi nguồn cung cấp dạng nguồn áp người gọi nghịch lưu cộng hưởng có đầu vào hở, nguồn cung cấp dạng nguồn dòng người gọi nghịch lưu cộng hưởng có đầu vào kín 213 Chính dao động cộng hưởng phụ tải làm ngắt dịng qua van làm cho van khố nên sơ đồ BBĐ sử dụng phần tử chuyển mạch nghịch lưu áp dịng nghiên cứu Để mạch tải có tính chất dao động cộng hưởng người ta sử dụng phần tử R-L-C mắc theo sơ đồ khác BBĐ thường phân loại theo cách mắc mạch tải: -Nghịch lưu cộng hưởng nối tiếp : có phần tử phụ tải mắc nối sơ đồ hình 5-29a -Nghịch lưu cộng hưởng song song: có phần tử phụ tải mắc song song theo sơ đồ hình 5-29b 5-29c -Nghịch lưu cộng hưởng nối tiếp-song song: có phần tử phụ tải mắc theo sơ đồ hình 5-29d 5-29e Ct A A Ct Lt Rt B a B A b Lt Ct Ct2 Ct1 B Lt Rt Rt A Lt c d B Rt Ct2 A Ct1 Lt B Hình 5-29 e Rt 5.4.2 Nghịch lưu cộng hưởng nối tiếp nguồn áp 5.4.2.1 Sơ đồ nguyên lý Hình 5-30 + D11 Ud C0 T1 A Ct it T¶i Rt D33 T3 Lt B uCt - D44 T4 ut T2 D22 214 Sơ đồ BBĐ biểu diễn hình 5-30, sơ đồ ta có: Các thyristor T1T4 dùng để biến đổi lượng điện chiều nguồn thành lượng điện xoay chiều phụ tải gồm phần tử Rt, Lt Ct, giá trị phần tử phụ tải lựa chọn cho chúng có tính chất dao động cộng hưởng với tần số cộng hưởng f0>f tần số làm việc BBĐ Ta có f0=0/2 f=/2 (hay =2f), giá trị 0 xác định theo công thức sau: Trong sơ đồ cịn sử dụng điơt ngược D11D44 để trả lượng phản kháng từ tải nguồn 5.4.2.2 Nguyên lý làm việc Đối với BBĐ tuỳ theo quan hệ f f0 mà xẩy chế độ khác dòng tải: Chế độ dòng tải gián đoạn chế độ dòng tải liên tục a Chế độ dòng tải gián đoạn Chế độ làm việc BBĐ xẩy f0>2f Nguyên lý làm việc sơ đồ trường hợp sau: Giả thiết t=0 ta truyền xung điều khiển đến mở T1 T2 , hai van mở bắt đầu dẫn dòng bắt đầu xuất q trình dao động mạch Dịng qua tải tăng từ khơng (do chế độ dịng tải gián đoạn nên thời điểm mở cặp van có điều khiển dịng tải khơng) đến giá trị cực đại giảm không t=t1=1 (ta có 0t1= ) bắt đầu đổi chiều Do van khơng cho dịng ngược chiều nên T1 T2 tự khố lại, dịng tải khép kín qua điơt ngược D11, D22 qua nguồn cung cấp Đến t=t2 =2 =2t1 (ta có 0t2=2 ) dịng tải lại khơng có xu hướng đổi chiều nên D11, D22 khoá lại Mặt khác thyristor T1, T2 khố từ trước nên dịng tải giữ khơng Tại thời điểm t= ta truyền xung điều khiển đến mở T3 T4, hai van mở trình dao động dịng mạch tải lại bắt đầu Trên hình 5-31a 215 biểu diễn số đồ thị minh hoạ nguyên lý hoạt động sơ đồ chế độ dòng tải gián đoạn Góc dẫn điơt góc dẫn tiristor (ký hiệu ) Góc khố van trường hợp là: uđkT 1 = hay thời gian khoá thyristor tk=/ =/0 uđkT  3 2 5 6 t it 1  2 2 3 t it 2 6 t 3 2 t 2 3 t 4 iT1 iT2 D 2 3 4 iD1 iD2  3 uT1 uT2 4  1 t iD1 iD2 T t uT1 uT2 t Ud 6 t  Ud t uC uC t t 0 a Hình 5-31 b b Chế độ dòng điện tải liên tục Khi BBĐ làm việc với tần số cộng hưởng f0 thoả mãn : f