Chuyển mạch nghịch lưu phụ thuộc

Trần Trọng MinhBộ môn Tự đông hóa, Khoa Điện, ĐHBK Hà nội Hà nội, 9 - 2010 • Vấn đề chuyển mạch trong các sơ đồ chỉnh lưu • Chế độ nghịch lưu phụ thuộc và bộ biến đổi phụ thuộc nói chung

Ts Trần Trọng Minh

Bộ môn Tự đông hóa, Khoa Điện, ĐHBK Hà nội

Hà nội, 9 - 2010

• Vấn đề chuyển mạch trong các sơ đồ chỉnh lưu

• Chế độ nghịch lưu phụ thuộc và bộ biến đổi phụ thuộc nói chung

• Bộ biến đổi có đảo chiều

3.1 Chuyển mạch trong sơ đồ chỉnh lưu

 Chuyển mạch: một van khóa lại, một van mở ra Dòng tải

chuyển từ một van này sang một van khác

 Chuyển mạch tức thời: thời gian chuyển mạch bằng 0.

 Chuyển mạch thực tế: do có điện cảm nối tiếp trong mạch van,

dòng không thể thay đổi đột biến Chuyển mạch diễn ra trong một

khoảng thời gian, gọi là thời gian chuyển mạch Góc pha tương

ứng gọi là góc chuyển mạch .

 Điện cảm trong mạch van: có thể là bất cứ thành phần điện cảm

nào, do dây nối, do điện cảm tản MBA.

3.1 Chuyển mạch trong sơ đồ chỉnh lưu

 Điện cảm trong mạch van: có thể là bất cứ thành phần

điện cảm nào, do dây nối, do điện cảm tản MBA

0



1

µ L

Sơ đồ mạch từ MBA

Mạch điện tương đương MBA và mạch điện

thay thế đơn giản hóa

3.1 Chuyển mạch trong sơ đồ chỉnh lưu

3.1.1 Chuyển mạch trong sơ đồ tia một pha

 Giả thiết:

 Trong giai đoạn chuyển mạch dòng tải không kịp thay đổi

Id=const

 Van bán dẫn là lý tưởng

 Trong giai đoạn chuyển mạch:

 Kết thúc chuyển mạch:

 Phương trình mạch vòng chuyển mạch:

 Nghiệm p/t:

Mạch điện tương đương để xét chuyển mạch trong sơ đồ tia

một pha.

2

2 a 2

a

di

X  L   t u U 

2 cos - cos

m a a

U i



3.1 Chuyển mạch trong sơ đồ chỉnh lưu

3.1.1 Chuyển mạch trong sơ đồ tia một pha

 Tại chuyển mạch kết thúc, i a =I d,

 Trong khoảng  hai van cùng dẫn

 Điện áp tải bị mất đi phần

 Sụt áp trong quá trình chuyển mạch:

 Đặc tính ngoài của chỉnh lưu U d  (I d ):

Đồ thị dạng dòng điện, điện áp khi xảy ra chuyển mạch.

 

2 cos - cos +

m

d

a

U

I

  2

2

1

sin cos - cos +

m

 







2 2

2 2

U U

U



0

0

cos

a d d

X I U





3.1 Chuyển mạch trong sơ đồ chỉnh lưu

3.1.1 Chuyển mạch trong sơ đồ tia một pha

 Đặc tính ngoài của chỉnh lưu U d  (I d ):

Đặc tính ngoài của chỉnh lưu (a) Đồ thị; (b) Mạch điện tương đương

0

0

cos

a d d

X I U





U 



30

60

0

  

0 cos

d

U



a X



0 cos

d

Sụt áp do chuyển mạch

3.1 Chuyển mạch trong sơ đồ chỉnh lưu

3.1.3 Chuyển mạch trong sơ đồ tia ba pha

 Phương trình mạch vòng chuyển

mạch, lưu ý mạch vòng chuyển

mạch xảy dưới tác dụng của điện

áp dây:

 Phương trình xác định góc chuyển

mạch:

 Phương trình đặc tính ngoài:

 Mạch điện tương đương

di

2,

cos cos 2

m l a

a

U i

2,

2

m

l

d

a

U

I

3 2

a d

X I

U 



3

2

a d

X I



3.1 Chuyển mạch trong sơ đồ chỉnh lưu

3.1.3 Chuyển mạch trong sơ đồ tia ba pha

 Khi chuyển mạch do hai van V1,

V2 cùng dẫn, thế của điểm catot

chung sẽ là:

 u d = (u a +u b )/2

 Thế trên van sẽ là:

45

  U 



1

c b ac ab

3.1.4 Chuyển mạch trong

sơ đồ cầu ba pha

 Trong trường hợp đơn giản, không khác

gì chuyển mạch trong sơ đồ tia ba pha.

 Chuyển mạch diễn ra giữa hai nhóm van:

catot chung và anot chung.

 Sụt áp do chuyển mạch sẽ lớn gấp đôi so

với sơ đồ tia ba pha

 Phương trình xác định góc chuyển mạch

và phương trình đặc tính ngoài:

U 



3X I a d

U 



2,

cos cos 2

m l d

a

U I

3

X I



3.2 Nghịch lưu phụ thuộc

3.2.1 Các điều kiện để thực hiện NLPT

 NLPT: Chế độ làm việc của sơ đồ chỉnh lưu, trong đó năng

lượng phía một chiều được đưa trả về phía xoay chiều

 Năng lượng đưa về: có thể để giải tỏa năng lượng dư thừa, nếu

không sẽ phải giải tỏa dưới dạng nhiệt, gây tổn thất lãng phí

Trong một số trường hợp không thể giải tỏa kịp, gây nên chậm

quá trình Ví dụ hãm tái sinh trong các hệ truyền động

 Phía lưới:

 Không thực sự là “phụ tải” Năng lượng sẽ được các phụ tải khác

tiêu thụ.

 Lưới coi là kho năng lượng “vô cùng lớn”, nên có thể tiếp nhận

“bao nhiêu cũng được”, miễn là đảm bảo các điều kiện an toàn về

điện áp, dòng điện.

 Năng lượng đưa về thực sự là công suất tác dụng (kW).

3.2 Nghịch lưu phụ thuộc

3.2.1 Các điều kiện để thực hiện NLPT

 Các điều kiện để thực hiện chế độ NLPT:

 1 Phía DC phải có nguồn s.đ.đ Ed, có chiều tăng cường dòng

Id Dòng Idđi vào ở cực - và đi ra ở cực + của Ed Như vậy Ed

làm việc ở chế độ máy phát

 2 Góc điều khiển  > 90 Đây là điều kiện để Ud<0 hay phía

lưới là nơi nhận năng lượng

 3 Góc khóa của van  > = min = ωtr, trlà thời thời gian phục

hồi tính chất khóa của van Đây là điều kiện để đảm bảo an

toàn, không bị sự cố lật nghịch lưu

3.2 Nghịch lưu phụ thuộc

3.2.1 NLPT trong sơ đồ tia một pha.

Phương trình đặc tính vào của

NLPT:

Dòng chỉnh lưu trung bình xác

định bằng

Phương trình xác định góc

chuyển mạch :

Công suất đưa trả về lưới:

 Sơ đồ và đồ thị dạng dòng điện, điện

áp NLPT tia một pha

/

a

X 

0 cos

d

U 

U 



0

0

0

cos

cos

d

a d d

X I U











d

I

R





2

cos -cos

m

d

a

U

I

 

của van

3.2 Nghịch lưu phụ thuộc

3.2.1 NLPT trong sơ đồ tia một pha.

 Đặc tính tổng quát của sơ đồ

chỉnh lưu: kết hợp đặc tính

ra của chỉnh lưu với đặc tính

vào của nghịch lưu ta có đặc

tính tổng quát Ud(Id)

 Góc điều khiển max:

 Do đó

 Điều kiện dàng buộc

 Đặc tính tới hạn của NLPT

 Với mỗi góc điều khiển :

 Nhân hai vế ph/tr dòng điện với

Ud0vào hai vế pt/tr thứ nhất, trừ đi ph/tr thứ hai ta được phương trình đặc tính tới hạn:



cos    cos

2

cos +cos a d

m

X I U

cos cos

max



, 2

cos +cos th X I a d th m

U

, , 0 cos a d th

d th d

X I



, , 0 cos a d th

d th d

X I



3.2 Nghịch lưu phụ thuộc

3.2.1 NLPT trong sơ đồ tia một pha.

 Đặc tính tổng quát của sơ đồ chỉnh lưu

, , 0 cos a d th

d th d

X I



U 

 30

60

0

 

0 cos

d

d

U 

d

U 

90

  

120

15

15

th

,

d th

U 

Chỉnh lưu

Nghịch lưu

3.2 Nghịch lưu phụ thuộc

3.2.2 NLPT trong sơ đồ cầu một pha.

 Các vấn đề giống như ở sơ đồ tia một pha

 Các biểu thức tính toán:

 Sụt áp do chuyển mạch:

 Dòng một chiều trung bình:

 Phương trình xác định góc chuyển mạch:

 Đặc tính tổng quát:

2I X d a

U 



d

I R





2 cos -cos

m d a

U I

3.2 Nghịch lưu phụ thuộc

3.2.3 NLPT trong sơ đồ tia ba pha.

 Các vấn đề giống như ở sơ đồ tia một pha

 Các biểu thức tính toán:

 Sụt áp do chuyển mạch:

 Dòng một chiều trung bình:

 Phương trình xác định góc chuyển mạch:

 Đặc tính tổng quát:

d

I R





3 2

a d

X I

U 



2, cos cos 2

m l d a

U I

    

3

2

a d

X I



3.2 Nghịch lưu phụ thuộc

3.2.4 NLPT trong sơ đồ cầu ba pha.

 Các vấn đề giống như ở sơ đồ tia một pha

 Xét một chế độ của chỉnh lưu cầu (các chế độ khác tham khảo

TL) Rất quan trọng vì chỉnh lưu cầu được sử dụng nhiều

 Các biểu thức tính toán:

 Sụt áp do chuyển mạch:

 Dòng một chiều trung bình:

 Phương trình xác định góc chuyển mạch:

 Đặc tính tổng quát:

d

I R





3X I a d

U 



2, cos cos 2

m l d a

U I

    

3

X I



3.2 Nghịch lưu phụ thuộc

3.2.4 NLPT trong sơ đồ cầu ba pha.

 Đặc tính tổng quát của chỉnh

lưu cầu ba pha trên hệ đơn vị

tương đối

 Thể hiện ba chế độ:

 1 Đặc tính là các đoạn

thẳng: bình thường có hai

van dẫn, khi chuyển mạch

có ba van dẫn.

 2 Đoạn đặc tính elip, lúc

nào cũng có ba van dẫn,

=60.

 3 Chế độ có thể có 4 van

dẫn (không thể hiện trên đồ

thị).

3 2

3

2 3 4

3 4 1 2

1

1

d

U 



d

I

60

 

60

 

30

 

0

 

1 2

0

1 2



3 2



90

  

120

  

15

d

U 

15

th

  

3.3 Bộ biến đổi có đảo chiều

 Nhu cầu đảo chiều dòng điện:

 Trong hệ truyền động một chiều, khi cần đảo chiều quay

hoặc khi giảm tốc độ hoặc khi dừng cần hãm tái sinh

 Trong một số công nghệ, như mạ đảo dòng hoặc khi cần đảo

chiều dòng điện nhanh

 Đảo chiều bằng thiết bị có tiếp điểm không thể thực hiện

được khi cần đảo chiều nhiều lần

 Dòng chỉnh lưu chỉ có một chiều cố định (đi ra ở nhóm

van catot chung, đi vào ở nhóm anot chung) Vì vậy muốn

đảo chiều điện phải có hai bộ chỉnh lưu mắc song song

ngược với nhau

3.3 Bộ biến đổi có đảo chiều

3.3.1 BBĐ có đảo chiều, điều khiển chung

 Hai bộ chỉnh lưu mắc song song ngược với nhau:

 Giá trị điện áp chỉnh lưu trung bình phải bằng nhau

 Chỉ có thể có được nếu: Trường hợp đầu bị loại trừ

vì hai chỉnh lưu ngược nhau Trường hợp thứ hai nghĩa là nếu chỉnh

lưu 1 làm việc ở chế độ chỉnh lưu thì chỉnh lưu 2 phải ở chế độ

nghịch lưu phụ thuộc.

 Giá trị trung bình bằng nhau nhưng giá trị tức thời khác nhau,

sinh ra dòng cân bằng phải được hạn chế nhờ cuộn kháng cân bằng,

như ở sơ đồ chỉnh lưu 6 pha có cuộn kháng cân bằng.

 Ưu điểm: đảo chiều nhanh

 Nhược điểm: cuộn kháng cân bằng làm tăng kích thước của

BBĐ, tăng tổn hao công suất trên cuộn kháng, cũng làm

giảm đặc tính động vì có cuộn cảm

1 cos 1 2 cos 2

U  U  U  U 

    

u u

3.3 Bộ biến đổi có đảo chiều

3.3.1 BBĐ có đảo chiều, điều khiển chung

 Hai loại sơ đồ BBĐ có đảo chiều, gồm hai bộ chỉnh lưu

mắc song song ngược với nhau

 (a) Điều khiển chung; (b) Điều khiển riêng

3.3 Bộ biến đổi có đảo chiều

3.3.2 BBĐ có đảo chiều, điều khiển riêng

 BBĐ có đảo chiều điều khiển riêng:

 Khắc phục nhược điểm của điều khiển chung, không dùng cuộn

kháng cân bằng Kích thước gọn nhẹ, giảm tổn hao.

 Mỗi thời điểm chỉ có một BBĐ làm việc

 Điều khiển phức tạp: cần có bộ logic đảo chiều.

 Bộ logic đảo chiều:

 Bộ cảm biến đo dòng điện và xác định dòng về không (zero

detector) Bộ phận phát hiện dòng về không luôn theo dõi dòng

điện I dvà cho ra tín hiệu lôgic dòng khác không hay bằng không,

hoặc cho tín hiệu về chiều dòng điện, Id>0 và Id<0.

 Bộ phận nhận biết tín hiệu yêu cầu đảo chiều Thông thường tín

hiệu yêu cầu đảo chiều đến từ sự thay đổi dấu của lượng đặt, ví

dụ (+) ứng với chiều thuận, (-) ứng với chiều nghịch.

 Bộ phận tạo trễ Thời gian trễ thường có thể điều chỉnh được

trong khoảng vài chục ms

3.3 Bộ biến đổi có đảo chiều

3.3.2 BBĐ có đảo chiều, điều khiển riêng

 Bộ logic đảo chiều:

Theo dõi

dòng Id

Nhận biết tín hiệu

yêu cầu đảo chiều

Tín hiệu khóa hoặc cho phép xung điều khiển đến các thyristor của CL1 và CL2

Bộ tạo thời gian trế an toàn

Ngoài ra thông thường có mạch vòng dòng điện, bộ điều chỉnh dòng điện

phải thay đổi góc điều khiển  để đảm bảo các chế độ phù hợp Ví dụ như

phải hạn chế dòng điện lúc đảo chiều hoặc thực hiện chế độ NLPT để hãm

tái sinh

3.3 Bộ biến đổi có đảo chiều

Mô phỏng BBĐ có đảo chiều

 Nghiên cứu BBĐ có đảo chiều qua mô hình mô phỏng

trên MATLAB-SIMULINK,

 SimPowerSystems: Demos

 Electric Drive models: DC-4_example.mdl

 With circulating current: Mô hình điều khiển chung.

 Without circulating current: Mô hình điều khiển riêng, lưu ý thiết kế

bộ logic đảo chiều (Drive controller).

 Chạy thử mô hình:

 Xem xét cấu trúc mạch lực, hệ thống điều khiển

 Thay đổi giá trị đặt mô men hoặc tốc độ với sự thay đổi lớn

để có thể thấy rõ hiệu ứng đảo chiều qua dòng điện, góc

điều khiển Nhận xét kết quả mô phỏng!

Tóm lại về các sơ đồ chỉnh lưu

 Các sơ đồ hình tia cho lợi thế về dòng điện

 Dòng chỉ chạy qua một van nên tổn thất trên van nhỏ

 Phù hợp với các yêu cầu điện áp chỉnh lưu thấp, dòng chỉnh

lưu lớn

 Các sơ đồ cầu cho lợi thế về điện áp

 Với cùng điện áp chỉnh lưu yêu cầu điện áp trên van chỉ

bằng một nửa so với sơ đồ hình tia

 Tổn thất trên van lớn vì dòng phải chạy qua hai van một lúc

 Phù hợp với tải yêu cầu điện áp cao, dòng tương đối nhỏ

 Các sơ đồ 3 pha cho công suất lớn

 Các sơ đồ một pha chỉ phù hợp với công suất dưới 5 kW

Tóm lại về các sơ đồ chỉnh lưu

 Đọc kỹ lại tài liệu bài giảng Điện tử công suất

 Làm các bài tập phần chỉnh lưu!