Chuong 4 bbda1c ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT ỨNG DỤNG

Microsoft Word chuong 4 BBDA1C doc chuong 4 BBDA1C doc Page 1 of 30 CHÖÔNG 4 BOÄ BIEÁN ÑOÅI AÙP MOÄT CHIEÀU Boä bieán ñoåi aùp moät chieàu (BBÑA1C) hay goïi ñaày ñuû laø boä bieán ñoåi xung ñieän aùp[.]

BỘ BIẾN ĐỔI ÁP MỘT CHIỀU CHƯƠNG Bộ biến đổi áp chiều (BBĐA1C) hay gọi đầy đủ biến đổi xung điện áp chiều, sử dụng ngắt điện bán dẫn sơ đồ thích hợp để biến đổi áp nguồn chiều thành chuỗi xung áp (dòng), nhờ thay đổi trị trung bình áp Uo ngỏ (hình IV.0.1) Vì BBĐA1C gọi băm điện áp (hacheur hay chopper) Dạng áp BBĐA1C theo chu kỳ T bao gồm thời gian có áp ton khoảng nghỉ T – ton U Vào t on Ra BBĐ Áp Một chiều t t T Uo t Hình IV.0.1 Nguyên lý hoạt động BBĐA1C Có nguyên lý điều khiển: - Điều chế độ rộng xung (PWM – viết tắt Pulse – Width – Modulation) chu kỳ T không đổi, thay đổi thời gian đóng điện ton Tỉ số α = ton/T gọi độ rộng xung tương đối - Điều chế tần số ton không đổi, chu kỳ T thay đổi - Điều khiển hổn hợp, T ton thay đổi Hai phương pháp sau thông dụng thời gian gần đây, gắn liền với mạch điện cụ thể, thường đơn giản Chất lượng chúng thường không cao với nhược điểm lớn tần số làm việc hệ thống bị thay đổi Trong số tài liệu, biến đổi xung điện áp chiều đóng ngắt nguồn điện cung cấp cho tải định nghiã xếp vào nhóm FORWARD (trực tiếp), phân biệt với biến đổi làm việc qua trung gian cuộn dây gọi FLYBACK (gián tiếp) Ngoài ra, có số sơ đồ có độ tổng quát không cao, không trình bày chương IV.1 KHẢO SÁT BỘ BIẾN ĐỔI ÁP MỘT CHIỀU LOẠI FORWARD: Khái niệm mặt phẳng tải: U Bộ biến đổi áp chiều loại FORWARD phần tư phần tư phân loại theo số phần tư mặt phẳng tải mà hoạt thứ II thứ I động Mặt phẳng tải tập hợp điểm làm việc Uo >0, Io 0 I BBĐ, có hai trục tọa độ trị trung bình dòng, áp tải phần tư phần tư (Io, Uo), gồm phần tư hình IV.1.1 Ở phần tư thứ I thứ III thứ III, áp dòng dấu tương ứng với công suất Uo, Io 0; Uo ton , S1 ngắt, dòng tải không thay đổi tức thời, khép mạch qua diod phóng điện D2 Phương trình vi phân mô tả hệ thống chọn lại gốc thời gian: di = Rio + L o + E , với điều kiện đầu io (0) = Imax dt Giải : io (t) = I x − ( I xl − I max )e − t / τ với I xl = − E R Vaø io (T − ton ) = I xl − ( I xl − I max )e − (T − ton )/ τ = I vaø cho phép tính Imax, Imin dạng iO theo t hình IV.1.3.(b) chuong BBDA1C.doc Page of 30 Imax ( ( ) ) ( ( ) ) − ton / τ ton / τ −1 E U 1− e E U e = − I = − ; R − e− T / τ R R eT / τ − R nhấp nhô dòng ra: ΔI = ( Imax − Imin ) ton ⋅ U t U −E = α U , với α = on , dòng Io = o T T R sử dụng nguyên lý xếp chồng cho thành phần chiều áp vO Trị trung bình áp ra: U o = Tính gần đúng: Khi T , giả thuyết dòng liên tục Kiểm tra lại: τ = 0.01 / = 0.002 giây, từ , (e30 E−6 / E−3 −1) − 20 = 1.8953546 A (e100 E −6 / E −3 −1) (1− e −30 E−6 / E−3 ) − 20 = 2.1053454 A , suy ΔI = 0.20991 A = 100 (1− e −100 E −6 / E −3 ) Imin = 100 Imax Như sai số hai cách tính không đáng kể Kiểm tra thời hằng: T = 100 E-6 29.475 volt tX < 100 micro giây dòng bắt đầu gián đoạn Bài tậpï 4.1: Suy từ Đặt T/τ = σ có tON/T = α , vào lưu ý e Imax ( ( ) ) ( ( ton τ = e α σ ; e T τ = eσ : ) ) −α σ α σ U 1− e E U e −1 E = − ; Imin = − R − e−.σ R R eσ − R Vì T D1 dẫn dòng iO < , áp uO = U Tương tự, S2 đóng, S2 dẫn dòng iO < D2 dẫn dòng iO > 0, áp uO = Vậy biến đổi có áp dương giống BBĐ làm việc ¼ mặt phẳng tải dòng tải đảo chiều: BBĐ làm việc phần tư thứ hai Việc đóng ngắt đảo pha hai ngắt điện mắc nối tiếp không dễ dàng thực tế ta để ý thời gian turn on ngắt điện bán dẫn bé thời gian turn off Khi xảy ngắn mạch nguồn tạm thời ngắt điện turn off chưa kịp OFF ngắt điện turn on ON (sự trùng dẫn) Để tránh tượng ta cần thêm vào khe thời gian đủ lớn hai ngắt điện khoá làm trung gian cho trình chuyển mạch Khảo sát với sơ đồ BBĐ làm việc phần tư cho kết không thay đổi, công thức từ đến áp dụng Nhưng dòng điện lớn hay nhỏ zero, ta chế độ dòng gián đoạn Các dạng dòng áp vẽ hình IV.1.6: Dạng dòng iO hình (a) tương ứng với trường hợp trị trung bình dòng Io >> Diod D1 ngắt điện S2 dòng, thực tế mạch Hình IV.1.6: Các trường hợp dòng điện BBĐ hoạt động biến đổi phần tư thứ I làm việc nhiều ¼ mặt phẳng tải Dạng dòng (b) xảy sức phản điện tải E xấp xỉ trị trung bình áp Uo, trị trung bình tiến linh kiện công suất tham gia dẫn điện Dạng dòng (c) xảy trị trung bình dòng Io Io = (50 – 40)/5 = ampe Vaäy Imin = – 1.25 = 0.75 ampe; Imax = + 1.25 = 3.25 ampe, tương ứng với trường hợp dòng điện dạng (a) hình IV.1.6 b α = 0.4 ΔI/2 = 100*0.0001*0.4(1 – 0.4)/(2*0.001)= 1.2 ampe Trung bình áp Vo = 0.4*100 = 40 volt => Io = (40 – 40)/5 = ampe Vaäy Imin = – 1.2 =– 1.2 ampe; Imax = + 1.2 = 1.2 ampe, tương ứng với trường hợp dòng điện dạng (b) hình IV.1.6 b α = 0.3 ΔI/2 = 100*0.0001*0.3(1 – 0.3)/(2*0.001)= 1.05 ampe Trung bình áp Vo = 0.3*100 = 30 volt => Io = (30 – 40)/5 = – ampe Vaäy Imin =– – 1.05 =– 3.05 ampe; Imax =– + 1.05 = – 0.95 ampe, tương ứng với trường hợp dòng điện dạng (c) hình IV.1.6 Ví dụ 4.2: Sơ đồ BBĐ bao gồm D1 S2 (hình IV.1.7 dùng để chuyển lượng từ tải E nguồn chiều U có điện áp cao gọi BBĐ tăng áp (trường hợp (c ) hình II.1.6) Ở BBĐ tăng áp, ta định nghiã tON thời gian dẫn điện S2, công thức tính trị trung bình VO thay đổi, tương ứng với việc thay α (1 - α) Ta có VO = V (1 - α) dòng qua tải IO = (VO – E)/R < tương ứng VO < E Hình IV.1.7: BBĐ tăng áp Cần lưu ý dòng tải iO liên tục, nhờ vào khả tích trữ lượng dạng dòng điện tự cảm L Có thể nhận xét BBĐ tăng áp làm việc nhờ sức điện động cảm ứng L, nhờ mà dòng điện chạy từ tải E có điện áp bé nguồn V lớn BBĐ tăng áp sơ đồ nhóm BBĐ áp chiều dạng FLYBACK, có khả tăng-giảm áp với tự cảm L xem thành phần BBĐ Khảo sát biến đổi làm việc bốn phần tư mặt phẳng tải: Hình IV.1.2.(c) cho ta sơ đồ cầu (còn gọi cầu H) biến đổi làm việc bốn phần tư mặt phẳng tải Ta sử dụng sơ đồ với hai nguồn hình IV.1.8 Trong sơ đồ cầu, ngắt điện S1, S4 cung cấp điện áp dương ngắt điện S2, S3 cung cấp điện áp âm Hình IV.1.8: BBĐ làm việc cho tải Các diod song song ngược với ngắt điện đảm bảo dòng điện lưu bốn phần tư mặt phẳng chuong BBDA1C.doc Page of 30 thông hai chiều Có thể lý luận tương tự để chứng minh khả làm tải, sơ đồ hai nguồn việc bốn phần tư mặt phẳng tải sơ đồ sử dụng hai nguồn: S1 cung cấp điện áp dương cho tải S2 cho điện áp âm Có nhiều cách điều khiển BBĐ làm việc phần tư mặt phẳng tải bảng sau: BẢNG TÓM TẮT CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN SƠ ĐỒ CẦU (hình IV.3.1c) STT Cách điều khiển Phần tư làm Đặc điểm việc Điều rộng xung S1 = S4 = S3 = S2 phần tư, Cho phép thay đổi liên tục dòng, áp phụ thuộc độ ra; nhấp nhô dòng cao làm tăng tổn rộng xung hao; lưu ý trùng dẫn tương đối α Điều rộng xung S1, S4 cho aùp > 0, I cho áp > Điều khiển đơn giản; tổn hao; 0, trùng dẫn; không đảo III cho áp chiều dòng tải Điều rộng xung S2, S3 cho áp < Uo = U(2α – 1) => α = 0.85 Dòng trung bình qua S1: I1= Io*ton/T = Io*α = 17A Tích phân dòng trung bình qua nguồn: In=[ Io*ton – Io(T – ton)]/T = Io*(2α − 1) = 14A chuong BBDA1C.doc Page of 30 Có thể tính trị trung bình In dòng nguồn in cân lượng cung cấp tiêu thụ: S1, S4 ĐK T U T Pn = ∫ U in dt = ∫ in dt = U In T T Pn = Po = U*In = Uo*Io => In = Io*Uo/U - Khi Io = – 10A: tính toán tương tự, ta có: α = 0.7; I1 = – 7A (khi S1 đóng, dòng chạy qua D1 IS1 = 0); Pn = – 400W tương ứng với dòng nguồn trung bình In = – 4A S2, S3 0.85 t/T +U uo t/T -U in S1, S4 20A t/T -20A LƯU Ý: Nguyên lý bảo toàn lượng cung cấp – D2, D3 tiêu thụ thỏa mãn tính toán xác hay trường hợp lý tưởng L tải vô ví Hình IV.1.11 áp tải dòng nguồn dòng tải dụ 20A Giả thiết dòng tải tam giác dù tạo nhiều thuận lợi cho khảo sát gần đúng, không đảm bảo nguyên lý bảo toàn lượng cung cấp - tiêu thu,ï làm xuất kết không giống tính toán lượng phần tử hệ thống tập số cuối chương Vì dạng dòng tam giác dùng để tính toán nhấp nhô dòng tải tính toán lượng, người ta lại giả sử dòng tải phẳng để sử dụng trị trung bình dòng tải cho tính toán Khảo sát sóng hài áp dòng tải RLE: a Sóng hài điện áp: Có thể phân làm hai trường hợp: dòng liên tục gián đoạn Khi dòng liên tục, dạng áp phụ thuộc độ rộng xung tương đối α Khi dòng gián đoạn, dạng áp phụ thuộc sức phản điện E Tuy nhiên cần khảo sát trường hợp dòng điện gián đoạn, trường hợp dòng liên tục tương ứng với bề rộng xung dòng tX chu kỳ T Khai triển Fourier cho áp vO hình IV.1.3.c: uo = U o + ∑ n =1 ( An sin nω t + Bn cos nω t ) = U o + ∑ n =1 ⎡⎣U n sin ( nω t + θ n ) ⎤⎦ với ∞ Un = ∞ An2 + Bn2 ,θ n = tg −1 ( An / Bn ) ω = 2π /T Uo tính ; An, Bn tích phân theo dạng sóng uO hình IV.1.3.c, để ý chu kỳ T tương ứng với 2π: An = An = π ∫ 2π uo ⋅ sin nω t ⋅ d ωt = π (∫ ton ⋅2π /T U ⋅ sin nωt ⋅ d ω t + ∫ U E (1 − cos nwton ) − (1 − cos nwtx ) ; nπ nπ 2π t x ⋅2π /T Bn = E ⋅ sin nωt ⋅ d ω t ) U E ( sin nwton ) − ( sin nwtx ) nπ nπ Biên độ độ lệch pha sóng hài bậc n trường hợp dòng liên tục tX = T là: Un = 2U − cos nwton ; nπ chuong BBDA1C.doc θ n = tg −1 ⎡⎣ sin nwton / (1 − cos nwton ) ⎤⎦ Page of 30 b Soùng hài dòng điện tải RLE: Sóng hài dòng điện tải RLE tính áp dụng nguyên lý xếp chồng, dòng hiệu dụng thành phần bậc n : In = Un R2 + ( nwL ) Sự làm việc song song biến đổi: Hình IV.1.12 Mạch điện sóng hài bậc n (tải RLE) Sử dụng song song biến đổi có tác dụng: - Tăng công suất ngỏ thay nối song song ngắt điện để tăng công suất BBĐ: Khi công suất tải lớn vượt khả ngắt điện có sẵn, việc song song nhiều ngắt điện để đáp ứng công suất có nhiều hạn chế: mạch thực tế phức tạp, sản xuất đơn chiếc, hệ số an toàn tính chọn ngắt điện tăng… Trong công nghiệp, người ta thường chế tạo khối mạch công suất chuẫn hóa với khả nối song song ngỏ - Tăng chất lượng áp hiệu sử dụng nguồn điện: BBĐ áp DC làm cho dòng nguồn không phẳng, dòng hiệu dụng nguồn cung cấp tăng từ giảm khả đường dây và/hay nguồn cấp điện Khi cung cấp cho tải hai BBĐ ta giảm nhấp nhô dòng nguồn cho BBĐ làm việc lệch pha Cũng cách này, nhấp nhô áp giảm làm tăng chất lượng điện áp cung cấp cho tải Để thấy kết trên, ta quan sát hình IV.1.13a Đây sơ đồ hai BBĐ cung cấp cho tải có thông số hoạt động giống nhau: UO, khả tải dòng… làm việc lệch pha ½ chu kỳ Chúng nối chung ngỏ vào chung ngỏ qua cuộn kháng có nhiệm vụ rơi phần áp chênh lệnh xoay chiều Mỗi BBĐ dẫn ½ dòng tải Áp ngỏ BBÑ: u01 = u02 (wt – π) => U01 = U02 = U0 Áp cuộn kháng L: uL = (u01 - u02 )/2 Suy áp tải: uO = u01 – uL = (u01 + u02 )/2 Hình IV.1.13a: Hai BBĐ cung cấp cho tải Có thể chứng minh dễ dàng áp Hình IV.1.13b: Sơ đồ động lực nhìn từ ngỏ vào: Cải tải có hài bội chẵn, nghiã nhấp nhô thiện dòng nguồn lọc ngõ vào điều khiển tần số góc 2w áp cuộn kháng L có lệch pha BBĐ hài bội leû 1, 3, 5… chuong BBDA1C.doc Page 10 of 30 n ⋅ iL1 = iL1 = Io + C uC = uL duC ΔU T ) Io ⇒ n ⋅ I L1 = Io + ⇒ I L1 = ( dt n T − ton Δt di t L2 diL1 L2 ΔIL1 = L2 L = ⇒ UC = ⇒ U C = ( on )U dt n dt n Δt n T − ton Biểu thức tính giá trị trung bình áp dòng qua cuộn dây giống trường hợp có thêm tỉ số biến áp n Nhấp nhô dòng tỉ lệ nghịch với giá trị tự cảm cuộn dây, cần lưu ý tự cảm không lớn để biến áp bị bảo hòa, mà dòng nạp cuộn dây dòng từ hóa cho biến áp Khảo sát trường hợp dòng gián đoạn nhận kết tương tự c Sơ đồ tăng áp hình IV.2.1.d: Khi biến áp T nối dạng tự ngẫu, tỉ số 1:n nối tiếp với áp vào, ta nhận sơ đồ tăng áp Các thông số: L2 = n2 L1 ; I L1 = nIL ; n ⋅ uL1 = uL Chứng minh tương tự để ý S1 ngắt, cuộn dây phóng điện: ΔI L1 ton )] ⇒ U C = U [1 + n( T − ton Δt Ta có : ΔI L1 = LU1 ton ; ΔU C = ΔU = Io C ton ta coù: uC = U + uL ⇒ U C = U + nL2 trị trung bình dòng điện cuộn dây pha nạp điện I L1 = n T Io T − ton Khi biến đổi có nhiều ngỏ ra: (hình IV.2.5 ) Các nguồn xung thường cần nhiều cấp điện áp ngỏ ra, cách điện với hình IV.2.5 Sơ đồ thường dùng biến áp có nhiều cuộn thứ cấp Giả sử biến áp có cuộn sơ cấp vàø n cuộn thứ cấp Các cuộn dây có thông số n, L; n1, L2; …; n, L thông số cuộn sơ cấp Các tự cảm quan hệ với nhau: D1 L L1 L2 L3 = = = = _ 2 2 ( n ) ( n1 ) ( n2 ) ( n3 ) C1 I1 U1 L1 quan hệ điện áp cảm ứng: + U U1 U U S = = = = ; D2 n n1 n2 n3 + + I2 i dòng điện cuộn daây nI = ∑ ni Ii L2 C2 U2 L _ i Từ đó, suy chế độ dòng liên tục với i số cuộn dây: - nhấp nhô áp cuộn dây thứ cấp: I ΔU Ci = i ton ; Ci - nhấp nhô dòng cuộn sơ cấp: U ΔI L = ton L U _ D3 L L3 C3 _ + U3 Hình IV.2.5: BBĐ Fly back nhiều ngỏ - Trung bình áp cuộn dây thứ cấp: U Ci = chuong BBDA1C.doc u L ni ⎛ ton ⎞ ⎜ ⎟U n ⎝ T − ton ⎠ Page 16 of 30 I3 - Trung bình dòng điện cuộn sơ cấp: I L = 1⎛ T ⎞ ⎜ ⎟ ∑ ni Ii n ⎝ T − ton ⎠ i Để ý S1 ngắt, dòng điện cần phóng liên tục cuộn dây thứ cấp đảm bảo hệ thống làm việc chế độ dòng liên tục Lưu ý: Mặc dù chế độ dòng liên tục sở khảo sát lý thuyết, nguồn thực tế làm việc dòng gián đoạn Để đảm bảo ổn định áp ra, cần có có phản hồi áp để chỉnh tON tự động Tuy nhiên, nguồn flyback làm việc chế độ không tải, nhà sản xuất phải dùng điện trở làm tải giả, đề phòng trường hợp ngỏ không tải hay tải bé Ví dụ IV.2.1: a Cho sơ đồ hình IV.2.5.(c), áp nguồn U = 260 volt, tần số đóng ngắt f = 20 KHz, tải định mức Uo = volt, Io = ampe Tính thông số mạch để nhấp nhô áp ΔU = 20 mV, nhấp nhô dòng qua ngắt điện ΔI 50 % trị trung bình T = 1/f = 50 micro giây, chọn tON = 0.6 T = 0.6/ 20000 = 30 micro giaây suy C = Io*tON/ ΔU = 5*30 E -6 / 20 E -3 = 7.5 E –3 = 7500 uF suy tỉ số biến áp n =(U * tON)/ [(T - tON )* Vo] = 78 trị trung bình dòng qua L (trong khoảng nạp điện) IL = (Io * T)/ [(T - tON )* n] = ( * 50) / [(50 – 30)*78] = 0.16 ampe nhấp nhô dòng ΔI = 0.16 * 0.5 = 0.08 ampe => L = (260 * 30 E –6) / 0.08 = 0.0975 H Doøng cực đại qua ngắt điện S: Imax = IL + ΔI / = 0.20 ampe b Với hệ thống tính câu a., độ rộng xung tương đối bé cho phép tính dòng tải tối thiểu để hệ thống có dòng liên tục lúc này: tON/Tø= 0.1, tON = 0.1 * 50 = micro giây Nhấp nhô dòng ΔI = 260*5 E –6 / 0.0975 = 0.0133 ampe Để có dòng liên tục, trị tối thiểu Imin = hay trung bình dòng qua sơ cấp biến áp IL phải lớn nửa nhấp nhô dòng ΔI, 0.00667 ampe dòng tải tương ứng : => Io = IL * n *(T – tON) / T = 0.00667 * 78*(50 – 5)/50 = 0.468 ampe Bài tập IV.2.1: Tính toán xác cho sơ đồ hình 4.8.a (sơ đồ bản): Khảo sát chu kỳ tựa xác lập (khi dạng sóng lập lại chu kỳ) - Khi ngắt điện S đóng, biểu thức không đổi, có dạng diL ⇒ iL = UL t + Imin Imin laø giá trị ban đầu, t = dt t = ton : iL (ton ) = UL ton + Imin ⇒ ΔI = ΔI L = iL (ton ) − Imin = UL ton U=L duC I ⇒ uC = − o t + U max U max laø giá trị ban đầu, t = dt C I I t = ton : uC (ton ) = − o ton + U max ⇒ ΔU = ΔU C = Vmax − uC (ton ) = o ton < III.2.2 > C C Io = −C - Khi S ngắt: chuong BBDA1C.doc Page 17 of 30 có phương trình iL = Io + iC = Io + C iL ( ) = Imax = Imin + ΔI < baitapII.5.1 > duC ; dt uL = −uC = L diL điều kiện ban đầu dt ; uC ( ) = Vmin = U max − ΔU < baitapII.5.2 > Hệ phương trình đổi lại thành phương trình bậc theo vC sau: LC d2 uC + uC = với điều kiện đầu: dt2 uC ( ) = U ; duC 1 ( ) = iC ( ) = ( Imax − Io ) dt C C nghiệm vC có dạng uC = A sin wt + B cos wt với w = / LC , A B số tích phân phụ thuộc hai điều kiện đầu Có thể tính được: uC = Z ( Imax − Io ) sin wt + U cos wt với Z = L C tổng trở sóng mạch cộng hưởng LC U iL = iC + Io = − sin wt + ( Imax − Io ) cos wt + Io Z Với giả thiết dòng liên tục, t = T – tON vào, ta có lại giá trị áp dòng đầu chu kỳ uC = Umax iL = Imin sau: U max = Z ( Imax − Io ) X + U Y vaø U X + ( Imax − Io ) Y + Io với X = sinw(T – tON), Y = cosw(T – tON) Z Bốn phương trình từ đến cho phép ta tính Vmin, Vbđ, Imax, Ibđ, viết biểu thức mô tả dạng sóng áp tụ dòng qua cuộn dây: I I ⎡ ⎤ U = U ⋅ wton ⋅ X − o ton (1 − Y ) ⎥ ; U max = U + o ton 2 ⎢ C C ⎦ (1 − Y ) + X ⎣ Imin = − Imax = Io + (1 − Y ) ⎡U ⎤ ⎢ L ton (1 − Y ) − Io ⋅ wton ⋅ X ⎥ ; ⎦ +X ⎣ Imin = Imax − U ton L Dạng sóng áp tụ dòng qua L có dạng dao động khoảng L phóng điện qua C thay đường thẳng khảo sát gần Trong thực tế, C thường lớn, chu kỳ T mạch thường bé so với chu kỳ dao động LC, đường cong xem đường thẳng Các công thức gần suy trở l khai triển Taylor hàm lượng giác: sin x xấp xỉ (x – x3/3) cos x – x2/2 Bài tập IV.2.1 cho thấy phức tạp việc tính toán xác, tăng lên khi khảo sát trường hợp dòng gián đoạn Tính toán gần sử dụng thực tế IV.3 MẠCH TẮT SCR: Để thực ngắt điện bán dẫn chiều, họ transistor hay GTO đóng ngắt theo mạch lái, ta sử dụng SCR với mạch phụ, gọi mạch tắt SCR Quá trình tắt SCR gọi trình đảo lưu hay chuyển mạch dòng tải chuyển sang mạch điện khác do/để dòng qua SCR không Nguyên lý tổng quát mạch tắt SCR tạo đường dẫn điện tạm thời thay SCR, làm cho dòng qua không thời gian đảm bảo tắt tq lớn thời gian tắt toff ghi sổ tay sử dụng linh kiện chuong BBDA1C.doc Page 18 of 30 Ví dụ mạch tắt SCR: Mạch hai trạng thái bền dùng SCR (hình IV.3.1) Tại t = 0, kích T1 T1 dẫn điện C nạp qua T1 R2 đến áp nguồn U với cực tính hình vẽ T2 có điện áp phân cực uC , áp nguồn V dòng nạp tụ tiến + R1 u C U C _ bảo tắt SCR, cần phải lớn toff thời gian cần thiết cho SCR phục hồi khả khóa T1 R2 + - Khi kích T2, T2 dẫn điện tụ điện C đặt áp âm vào T1 T1 dẫn điện phục hồi trạng thái khóa Tụ điện C nạp qua R1 đến giá trị áp nguồn U với dấu ngược lại, chuẩn bị làm tắt T2 T1 kích Thời gian T1 bị đăït áp âm gọi tq - thời gian đảm T2 Hình IV.3.1: Mạch hai trạng thái bền dùng SCR Như để tắt SCR, người ta dùng tụ điện có tích điện với dấu thích hợp, tạo đường dẫn điện tạm thời làm cho dòng qua SCR không thời gian tq > toff , đủ để SCR phục hồi khả khóa Bài tập: Tính phương trình mô tả dạng áp tụ C chu kỳ tựa xác lập theo thông số mạch chu kỳ T Suy tq (thời gian đãm bảo tắt SCR) mạch Sơ đồ đảo lưu (chuyển mạch) cứng SCR Việc tắt SCR cách dùng tụ điện đặt áp âm vào AK ví dụ gọi chuyển mạch cứng SCR Để khảo sát ta xem sơ đồ tổng quát hình IV.3.2 với giả thiết dòng tải Io không đổi thời gian chuyển mạch, U áp tụ ban đầu Khi khóa K đóng, uT = uC ( ) = −U làm T tắt, dòng tải Io chuyển qua mạch C Phương trình cho uC chuyển mạch: dvC ; uC ( ) = −U dt I ⇒ uT = uC ( t ) = o t − U C t = tq thời gian đảm bảo tắt T1, áp tụ : T C K uc Df u T uC ( tq ) = ⇒ C.U = Io tq Khi C nạp đến giá trị nguồn, dòng qua 0, T2 tự tắt, dòng tải khép mạch qua Df Tụ điện C có Io u T Io = C tq t lượng cho chu kỳ làm việc Như vậy, điện -U lượng C.U tích trữ C phải trì dòng tải Hình IV.3.2 mạch điện để khảo sát đảo lưu thời gian đảm bảo chuyển mạch tq hay tq = U C / IO chuong BBDA1C.doc cứng dang áp SCR T Page 19 of 30 Bộ biến đổi làm việc phần tư dùng SCR (hình IV.3.3.a): Trong mạch hình IV.3.3.a, T1 SCR dẫn dòng điện tải, T2 SCR phụ, làm nhiệm vụ tắt (chuyển mạch) SCR Để khảo sát mạch, ta có giả thuyết dòng tải không thay đổi: iO = Io = số + C u C U _ + T1 _ io T2 Dp L uo Df R thời gian mạch tắt Hình IV.3.3: (a)BBĐ ¼ mặt phẳng tải dùng SCR; (b) dạng sóng SCR hoạt động Nguồn nối vào đủ lâu để C nạp đến áp nguồn U theo cực tính hình vẽ qua điện trở R R có giá trị lớn, không ảnh hưởng đến hoạt động sau mạch Tại t = 0, kích T1 T1 dẫn điện dòng qua gồm dòng tải Io dòng phóng điện tụ C qua T1, Dp L Đây mạch cộng hưởng LC tổn hao ta xem linh kiện lý tưởng Dòng phóng điện C hình sin áp qua có dạng cos Khi điện áp tụ điện đảo cực tính (ngược với dấu hình IV.3.3.a), diod Dp không cho phép xả theo chiều ngược lại tụ điện C chuẩn bị điện tích có dấu thích hợp để tắt T1 T2 kích, sơ đồ nguyên lý hình IV.3.2 Thời gian đảo cực tính tụ điện ½ chu kỳ dao động T = π LC thời gian on tối thiểu BBĐ Khi kích T2, T2 dẫn vT1 = vC < : T1 tắt dòng tải Io chuyển qua C C nạp dòng tải Io,như nguyên lý chuyển mạch cứng khảo sát Điều kiện để có chuyển mạch I o tq , tq > toff thời gian tắt SCR T1 U Khi C nạp đến giá trị nguồn U, dòng qua 0, T2 tự tắt, dòng tải khép mạch qua Df cho áp tụ thay đổi từ – U đến + U, đảm bảo tắt SCR chu kỳ tiếp T T1 T2 C u C T3 + _ Tụ điện C có lượng cho chu kỳ làm việc Thời gian off tối thiểu BBĐ 2.tq, dể T1 T11 C u C T4 T2 + _ thành công C > T22 Nhược điểm lớn mạch (b) (c) phải có pha đảo cực tính áp tụ điện, điều làm Hình IV.3.3.b c: Các mở rộng mạch tắt hình IV.3.3.a tăng tổn hao lượng, giảm tần số làm việc cho phép mạch Cùng họ chuyển mạch cứng có mạch hình IV.3.3.b 5.3.3.c không sử dụng cuộn dây pha đảo cực tính áp tụ điện Tụ tắt C nằm cầu SCR, chúng kích theo chu trình thích hợp để cung cấp áp âm tắt SCR (sơ đồ b) Sơ đồ (c) có điều khiển phức tạp dòng tải chạy qua nhánh cầu SCR Trong thực tế, mạch nhiều tự cảm nối tiếp với SCR, tự cảm nguồn điện, dây dẫn cuộn dây thêm vào để chống đột biến dòng làm ảnh hưởng kết chuong BBDA1C.doc Page 20 of 30