băm xung- điện tử công suất

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.. Các bộ biến đổi xung áp xoay ch

Trang 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

Trang 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.

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

Trang 3

 Điện áp trên tải phụ thuộc góc điều khiển 

 Giá trị hiệu dụng của điện áp trên tải, theo hình (a):

Trang 4

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;

 arctgQ

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

Trang 5

2 1 ( ) (1 sin 2 )

Trang 6

 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

dẫn của van như sau:

 Có các giai đoạn 3 van

Trang 7

 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

4.1.4 Công tắc xoay chiều 1 pha

Ứng dụng của điều áp xoay chiều

Trang 8

Cấu trúc một bộ contact xoay chiều 1 pha, đóng cắt đồng bộ với thời điểm điện áp

lưới qua zero

Trang 9

Cấu trúc một bộ contact xoay chiều 3 pha

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

Trang 10

4.1.7 Hệ thống điều khiển phát xung

 Hệ thống điều khiển các bộ biến đổi phụ thuộc giống

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

Trang 11

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, UGK,V2 Dạng xung điều khiển

sau bộ tạo xung chùm, đưa đến cực

điều khiển thyristor.

Trang 12

Các mạch tạo răng cưa tích

hợp bên trong IC Sườn và

độ dốc của răng cưa xác định

bằng giá trị tụ đua vào ở

V 15 Q2

V 14 Q1

V 15 Q2 (nếu chân 12 nối xuống GND

V 14 Q1 (nếu chân 12 nối xuống GND

V 2 Nếu chân 12 nối xuống GND

Q1

V 4 (Nếu chân 12 nối xuống GND )

Trang 13

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 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

Khái niệm chung

 Ưu điểm cơ bản:

 1 Sử dụng các phần tử MOSFET, IGBT, đặc biệt là

MOSFET, với tần số đóng cắt cao, vài chục đến vài trăm

kHz Trong tương lai đến 1Mhz

 2 Nhờ tần số đóng cắt cao giảm được độ đập mạch của

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!!!

Trang 14

4.2.1 Các bộ băm xung áp (Chopper)

 Phần tử cơ bản là khoá điện

tử V, là một van điều khiển

hoàn toàn (GTO, IGBT,

MOSFET, BJT), được mắc

nối tiếp giữa tải và nguồn

 Điôt D0 có vai trò quan

trọng trong sự hoạt động

của sơ đồ, gọi là điôt không

Điôt này sẽ dẫn dòng tải khi

V khoá.

 Khi V thông:

 Khi V khóa:

 Sơ đồ bộ băm xung áp.

 Từ 0 đến t x: V thông, nối tải

vào nguồn, U t = E;

 Từ t x 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,

 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 bộ điều khiển kích từ

cho máy phát đồng bộ, cho

máy điện một chiều.

 2 Đặc biệt thích hợp cho

điều khiển các máy điện

một chiều công suất nhỏ.

 Chính vì vậy ta xét hai loại

tải:

 1 Trở cảm (cuộn cảm).

 Sơ đồ bộ băm xung áp.

 Từ 0 đến t x: V thông, nối tải

vào nguồn, U t = E;

 Từ t x 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,

U t = 0.

Trang 15

x

T t

t Q

Q T

(a) Liên tục; (b) Gián đoạn.

d di

1

.

x

x x

T t

t Q Q d

Q t

t t Q Q

x x

T t

t Q

Q T Q

E e

R e

Trang 16

T Q d

(b) Dòng gián đoạn.

Cần hiểu được ở mức độ cơ bản vai trò của các BBĐ nguồn

DC-DC.

Phân biệt được chế độ làm việc với các bộ băm xung.

Nắm được các sơ đồ DC-DC cơ bản.

Thiết kế các BBĐ DC-DC

Trang 17

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 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

4.3.1 BBD DC-DC nối tiếp (Buck Converter)

 BBĐ giảm áp:

 Khi V mở:

 Khi V khóa dòng qua cuộn cảm L

nối vòng qua điôt D0:

 Giả thiết U t =const, dòng qua cuộn

cảm thay đổi tuyến tính.

Sơ đồ nguyên lý; (b) Đồ thị dạng dòng điện, điện áp.

I



L t di

dt  

L t



Trang 18

4.3.2 BBD DC-DC song song (Boost Converter)

 BBĐ tăng áp

 Khi V mở:

song.(a) Sơ đồ nguyên lý; (b) Đồ thị dạng dòng điện, điện áp.

L t di

4.3.3 BBD DC-DC nối tiếp - song song

 BBĐ tăng ,giảm áp (Buck-Boost

Converter) Cực tính điện áp đảo

ngược lại.

 Khi V mở:

song song.(a) Sơ đồ nguyên lý; (b) Đồ thị dạng dòng điện, điện áp.

L t di

Trang 19

 Độ đập mạch điện áp đầu ra: Δuo

Thông thường Δuo=(0,1 – 1)%Uo.

 Độ đập mạch dòng qua cuộn cảm

 Thông thường ΔiL=(10 – 30)%IL

 Nhiệm vụ thiết kế:

 Xác định các tham số của mạch, giá trị điện cảm L, tụ C.

 Xác định dòng đỉnh (Ipeak) qua van, điôt.

 Xác định dòng trung bình qua van

và điôt để tính toán chế độ nhiệt.

 Tính toán hiệu suất của BBĐ.

 Tính toán giá thành sản phẩm.

 Thiết kế các mạch vòng điều chỉnh dòng điện, điện áp.

 Độ đập mạch của điện áp trên tụ:

với giả thiết điện áp trên tụ đập

mạch rất nhỏ có thể tính toán độ

đập mạch Dòng trung bình qua

cuộn cảm chính là dòng tải I =I

 Đồ thị để tính toán gần đúng độ đập mạch dòng điện và điện áp.

 Khi dòng iL>ILtụ được nạp Khi

iL<ILtụ phóng điện ra tải Dòng trung bình nạp cho tụ làm điện áp

tụ tăng lên Δu trong thời gian

Trang 20

4.3.4 Tính toán thiết kế BBD DC-DC

 Buck converter

 Độ đập mạch của điện áp trên tụ

được tính gần đúng bằng:

 Thay Δi L vào, ta có:

 Từ hai biểu thức trên đây chọn

trước độ đập mạch dòng ΔiLsuy ra

biểu thức tính cuộn cảm L và sau

 Dòng trung bình qua MOSFET:

 IV=IL*ton/Ts=DIL

 ID=IL*toff/Ts=(1-D)IL.

 Các yếu tố thực tế phải xem xét:

 Tần số càng cao thì điện cảm và tụ điện càng nhỏ.

 Giá trị điện áp ra ảnh hưởng mạnh đến giá trị cuộn cảm và tụ Uocàng nhỏ so với Uinthì cuộn cảm

s in o

L

U T U

 Các yếu tố thực tế phải xem xét:

 Khi chọn tụ điện phải tính được

giá trị hiệu dụng dòng qua tụ, đó

chính là thành phần đập mạch của

dòng qua cuộn cảm Từ dòng hiệu

dụng sẽ tính được tổn thất trên

điện trở tác dụng nối tiếp với tụ

(ESR – Efective Series

Resistance) ESR cho bởi nhà sản

xuất tụ điện.

 Với dạng dòng hình tam giác qua

tụ, trị hiệu dụng bằng:

 Tổn thất trên điện cảm gồm tổn thất trên mạch từ, có thể lấy được

từ nhà sản xuất, và tổn thất trên điện trở dây cuốn, thường rất nhỏ

Do đó cũng cần tính toán dòng hiệu dụng qua cuộn cảm Đó là dòng điện có dạng hình thang vuông, tính toán không có gì khó.

2 / 2 1

Trang 21

4.3.4 Tính toán thiết kế BBD DC-DC

 Đối với Boost converter và Buck-Boost converter phương pháp

tính toán cũng tương tự, hoàn toàn có thể suy ra được

Định dạng
Số trang	21
Dung lượng	10,53 MB