hệ biến đổi xung áp

06/04/2011 1 Ts. Trần Trọng Minh Bộ môn Tự đông hóa, Khoa Điện, ĐHBK Hà nội Hà nội, 9 - 2010 2/18/2011 1 4.1 Các bộ điều áp xoay chiều • Các bộ điều áp xoay chiều cơ bản • Công tắc tơ điện tử và khởi động mềm 4.2 Các bộ biến đổi xung áp một chiều 4.2.1 Băm xung áp một chiều 4.2.2 Các bộ biến đổi nguồn DC-DC 2/18/2011 2 06/04/2011 2 Bản chất là các BBĐ phụ thuộc, giống như các bộ chỉnh lưu, điều chỉnh điện áp ra bằng cách thay đổi góc điều khiển . Có những ứng dụng rất quan trọng. Cần phải nắm được phạm vi và lĩnh vực ứng dụng của những BBĐ này cũng như phương pháp điều khiển chúng. 10/02/2011 3 4.1. Các bộ biến đổi xung áp xoay chiều  Các bộ XAAC  Điều chỉnh giá trị điện áp xoay chiều, tần số sóng hài cơ bản không đổi, bằng tần số của điện áp lưới.  Dùng tiristo song song ngược, triăc, thay đổi điện áp trong mỗi nửa chu kỳ điện áp lưới theo góc mở .  Ưu điểm: rất đơn giản và tin cậy.  Ứng dụng:  1. Cho tải thuần trở, như trong các lò điện trở. Khi đó dạng điện áp xấu không ảnh hưởng đến tải.  2. Các bộ khởi động mềm (Soft Starter) cho ĐC KĐB.  3. Điều chỉnh phía sơ cấp MBA trong các chỉnh lưu.  4. Các cuộn cảm điều chỉnh được TCR.  5. Được dùng như các công-tắc-tơ điện tử, không tiếp điểm. 2/18/2011 4 06/04/2011 3 4.1. Các bộ biến đổi xung áp xoay chiều 4.1.1 Các sơ đồ van  (a) Cặp thyristor song song ngược.  (b) Cầu điôt.  (c) Triac. 2/18/2011 5 4.1. Các bộ biến đổi xung áp xoay chiều 4.1.2 XAAC một pha  1. Tải thuần trở  Điện áp trên tải phụ thuộc góc điều khiển .  Giá trị hiệu dụng của điện áp trên tải, theo hình (a): 2/18/2011 6       2 1 1 1 2 sin 2 1 1 sin 1 cos2 2 m o U U d U d U                            2         2   Đồ thị dạng dòng điện, điện áp trong XAAC. (a) Tải thuần trở; (b) Tải trở cảm. 06/04/2011 4 4.1. Các bộ biến đổi xung áp xoay chiều 4.1.2 XAAC một pha  2. Tải trở cảm  Khi một tirsto nào đó thông, tải RL được nối vào nguồn xoay chiều.  Nghiệm của phương trình: ; ;  Phương trình xác định góc dẫn của van; 2/18/2011 7 1 sin m L di Ri X U d         1 sin sin m Q U i e Z                         sin sin 0 Q e             2 2 L Z R X   L X Q R  arctgQ   4.1. Các bộ biến đổi xung áp xoay chiều 4.1.2 XAAC một pha  3. Tải thuần cảm  Có ứng dụng cực kỳ quan trọng trong các cuộn kháng điều khiển được (Thyristor Controlled Reactor – TCR). TCR được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị bù trong hệ thống truyền tải điện cao thế như SVC, TCSC. 2/18/2011 8 06/04/2011 5 4.1. Các bộ biến đổi xung áp xoay chiều 4.1.2 XAAC một pha  Biên độ của dòng qua cuộn cảm:  Điện dẫn thay thế tương đương:  Theo điện dẫn tương đương có thể xây dựng hệ thống điều khiển SVC.  Dạng dòng qua cuộn cảm phụ thuộc góc . 2/18/2011 9 2 1 ( ) (1 sin 2 ) L V I L          )2sin 12 1( L 1 )(B L        4.1. Các bộ biến đổi xung áp xoay chiều 4.1.3 XAAC ba pha  Sơ đồ van 2/18/2011 10 06/04/2011 6 4.1. Các bộ biến đổi xung áp xoay chiều 4.1.3 XAAC ba pha  Phân tích sơ đồ với tải thuần trở:  Góc điều khiển tính các điểm điện áp nguồn qua không.  Xác định các khoảng van dẫn:  Nếu có 3 van dẫn điện áp trên tải bằng điện áp pha.  Nếu chỉ có hai van dẫn điện áp trên tải bằng một nửa điện áp dây.  Tính giá trị hiệu dụng theo từng khoảng van dẫn.  Ví dụ phân tích dạng điện áp trên tải trở với góc =30 2/18/2011 11 4.1. Các bộ biến đổi xung áp xoay chiều 4.1.3 XAAC ba pha  Phân tích sơ đồ với tải thuần trở.  Ví dụ phân tích dạng điện áp trên tải trở với góc =90.  Lưu ý góc và các khoảng dẫn của van như sau:  Có các giai đoạn 3 van và 2 van cùng dẫn.  Chỉ có các giai đoạn 2 van cùng dẫn.  Có 2 van dẫn hoặc không có van nào dẫn cả.  Dạng dòng, áp 2/18/2011 12 0 60     60 90      90 150      06/04/2011 7 4.1. Các bộ biến đổi xung áp xoay chiều 4.1.3 XAAC ba pha  Phân tích sơ đồ với tải trở cảm.  Một nhiệm vụ khó khăn vì khoảng dẫn của van phụ thuộc vào tính chất của tải và vào góc điều khiển .  Các phương pháp giải tích chỉ đúng được cho một tham số của tải.  Có thể dùng mô phỏng để nghiên cứu sơ đồ.  Vấn đề điều khiển các BBĐ xung áp xoay chiều:  Hệ thống điều khiển phát xung được xây dựng giống như đối với các sơ đồ chỉnh lưu tương ứng, một pha, ba pha.  Phải có hệ thống phát xung tạo nên góc  thay đổi, đồng bộ với điện áp xoay chiều.  XAAC và chỉnh lưu gọi chung là các BBĐ phụ thuộc. 2/18/2011 13 4.1.4 Công tắc xoay chiều 1 pha 2/18/2011 14 Ứng dụng của điều áp xoay chiều 06/04/2011 8 4.1.4 Công tắc xoay chiều 1 pha 2/18/2011 15 Cấu trúc một bộ contact xoay chiều 1 pha, đóng cắt đồng bộ với thời điểm điện áp lưới qua zero Ứng dụng của điều áp xoay chiều 4.1.5 Công tắc xoay chiều 3 pha 2/18/2011 16 Ứng dụng của điều áp xoay chiều 06/04/2011 9 4.1.5 Công tắc xoay chiều 3 pha 2/18/2011 17 Cấu trúc một bộ contact xoay chiều 3 pha Ứng dụng của điều áp xoay chiều Ứng dụng của điều áp xoay chiều 4.1.6 Khởi động mềm  Khởi động mềm dùng bộ điều áp xoay chiều ba pha để khởi động các động cơ không đồng bộ 3 pha.  Các động cơ công suất lớn, khi khởi động trực tiếp (nối thẳng vào nguồn điện lưới) dòng khởi động rất lớn, gấp 7- 9 lần dòng định mức, gây ra sụt điện áp lưới, giảm tuổi thọ động cơ.  Để giảm dòng khởi động dưới 2 – 3 lần dòng định mức lúc khởi động, giảm điện áp ban đầu đặt lên động cơ, sau đó tăng dần điện áp đến khi bằng điện áp lưới.  Bộ khởi động mềm thích hợp với các động cơ làm việc với tải máy bơm và quạt gió. 2/18/2011 18 06/04/2011 10 4.1 Các bộ biến đổi xung áp xoay chiều 4.1.7 Hệ thống điều khiển phát xung  Hệ thống điều khiển các bộ biến đổi phụ thuộc giống nhau. 10/02/2011 19  2       Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển các BBĐ phụ thuộc Xây dựng khâu điện áp tựa răng cưa đồng bộ với điện áp lưới 4.1 Các bộ biến đổi xung áp xoay chiều 4.1.7 Hệ thống điều khiển phát xung  Có thể xây dựng từ các mạch chức năng.  Ví dụ hệ thống điều khiển phát xung cho chỉnh lưu cầu ba pha. 10/02/2011 20 [...]... thể dùng MBA để biến đổi điện áp thì điện áp một chiều bắt buộc phải dùng BBĐ xung áp  Các BBĐ xung áp dần loại trừ các loại biến áp tần số thấp trong các bộ nguồn, dẫn đến kích thước các thiết bị điện tử ngày càng nhỏ gọn  Hai loại bộ biến đổi xung áp một chiều:  1 Các bộ băm xung áp (Chopper)  2 Các bộ biến đổi nguồn DC-DC 10/02/2011 25 4.2 Các bộ biến đổi xung áp một chiều Khái niệm chung ...06/04/2011 4.1 Các bộ biến đổi xung áp xoay chiều 4.1.7 Hệ thống điều khiển phát xung Đồ thị dạng xung của sơ đồ điều khiển A Điện áp từ biến áp đồng pha B Xung vuông sau khâu so sánh C Xung đồng bộ sau khâu vi phân D Xung đồng bộ điều khiển mạch tạo răng cưa 180 E Răng cưa F Điện áp sau khâu so sánh G Dạng xung sau bộ chia xung H Xác định độ rộng xung điều khiển I Xác định độ rộng xung điều khiển J UGK,V1,... BBĐ xung áp một chiều Nắm rõ các phạm vi ứng dụng của các loại BBD Đặc điểm quan trọng nhất của các BBĐ xung áp là làm việc với tần số cao Thiết kế các BBĐ DC-DC 10/02/2011 24 12 06/04/2011 4.2 Các bộ biến đổi xung áp một chiều Khái niệm chung  Các bộ biến đổi xung áp một chiều có vai trò đặc biệt quan trọng vì phạm vi ứng dụng ngày càng to lớn  Nếu điện áp xoay chiều có thể dùng MBA để biến đổi. .. UGK,V2 Dạng xung điều khiển sau bộ tạo xung chùm, đưa đến cực điều khiển thyristor      180  360     Q      10/02/2011 21 4.1 Các bộ biến đổi xung áp xoay chiều 4.1.7 Hệ thống điều khiển phát xung Sơ đồ mạch điều khiển cặp van song song ngược dùng TCA785 IC chuyên dụng giúp giảm đến mức tối thiểu các linh kiện phải mắc thêm vào 10/02/2011 22 11 06/04/2011 4.1 Các bộ biến đổi xung áp xoay... với các bộ băm xung Nắm được các sơ đồ DC-DC cơ bản Thiết kế các BBĐ DC-DC 10/02/2011 32 16 06/04/2011 4.3 Các bộ biến đổi nguồn DC-DC Đặc điểm chung  Dựa trên nguyên lý băm xung áp  Đầu ra phải có tụ đủ lớn để san bằng điện áp trên tải  Nếu bộ băm xung áp dùng để điều chỉnh dòng điện một chiều ra tải (nguồn dòng) thì bộ biến đổi nguồn DC-DC dùng để điều chỉnh điện áp ra tải (nguồn áp)  Có thể coi... Sơ đồ bộ băm xung áp  Từ 0 đến tx: V thông, nối tải vào nguồn, Ut = E;  Từ tx đến T: V khoá lại, tải bị cắt khỏi nguồn Nếu tải có tính cảm, dòng tải phải tiếp tục duy trì qua điôt D0, Ut = 0 10/02/2011 27 4.2 Các bộ biến đổi xung áp một chiều 4.2.1 Các bộ băm xung áp (Chopper)  Ứng dụng:  1 Điều khiển dòng điện một chiều, những chỗ nào trước đây dùng thyristor thì nay có thể dùng băm xung Ví dụ các... điện) 10/02/2011  Sơ đồ bộ băm xung áp  Từ 0 đến tx: V thông, nối tải vào nguồn, Ut = E;  Từ tx đến T: V khoá lại, tải bị cắt khỏi nguồn Nếu tải có tính cảm, dòng tải phải tiếp tục duy trì qua điôt D0, Ut = 0 28 14 06/04/2011 4.2 Các bộ biến đổi xung áp một chiều 4.2.1 Các bộ băm xung áp (Chopper)  Tải trở cảm  1 Chế độ dòng liên tục:   Đồ thị dạng dòng điện, điện áp T t x  t tx E E e Q  1 Q... dòng điện, điện áp một chiều, tiến tới lý tưởng  3 Kích thước các phần tử phản kháng như điện cảm, tụ điện giảm đáng kể, giảm kích thước BBĐ nói chung đến mức rất nhỏ  4 Không dùng biến áp nguồn tần số thấp nữa Giảm tổn hao, tiết kiệm sắt thép  Nhược điểm: Phát sinh nhiều vấn đề cần nghiên cứu!!! 10/02/2011 26 13 06/04/2011 4.2 Các bộ biến đổi xung áp một chiều 4.2.1 Các bộ băm xung áp (Chopper) ... đoạn: iV  t t t t    x   x E E Q Q Q  1  e  ; iD   1  e  e   R R     (a) Liên tục; (b) Gián đoạn 10/02/2011 29 4.2 Các bộ biến đổi xung áp một chiều 4.2.1 Các bộ băm xung áp (Chopper)  Tải có sức phản điện động:  Sơ đồ bộ băm xung khi tải có s.p.đ.đ  Khi V thông: di  E  Ed dt  Khi V không thông: iR  L iR  L di   Ed dt 1 Chế độ dòng liên tục:  T t x t E  Ed E e... trong một khoảng thời gian đủ nhỏ, vài chu kỳ cắt mẫu, điện áp ra là không đổi  Giả thiết này cho phép đơn giản hóa tối đa quá trình phân tích các sơ đồ DC-DC  Các sơ đồ thực tế còn nhiều vấn đề cần xem xét 10/02/2011 33 4.3 Các bộ biến đổi nguồn DC-DC 4.3.1 BBD DC-DC nối tiếp (Buck Converter)  Bộ biến đổi nguồn DC-DC nối tiếp.(a)  BBĐ giảm áp: diL  E  Ut dt  Khi V mở:  Khi V khóa dòng qua cuộn