CHƯƠNG 3: BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU pps

CHƯƠNG 3: BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU Bộ băm điện áp 1 chiều MỤC TIÊU THỰC HIỆN: - Nắm được nguyên lý họat động của các sơ đồ khác nhau của bộ biến đổi điện áp 1 chiều.. GIỚI THIỆU TỔN

CHƯƠNG 3: BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU

( Bộ băm điện áp 1 chiều)

MỤC TIÊU THỰC HIỆN:

- Nắm được nguyên lý họat động của các sơ đồ khác

nhau của bộ biến đổi điện áp 1 chiều

- Các công thức tính điện áp, dòng điện, độ nhấp nhô

dòng điện trên tải

- Ứng dụng của bộ biến đổi điện áp 1 chiều

GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ BỘ BĂM ĐIỆN

ÁP

¾ Bộ băm điện áp cho phép, từ một nguồn điện mộtchiều Us tạo ra điện áp tải Ud cũng là điện một chiều

nhưng có thể điều chỉnh được

¾ Thiết bị băm điện áp được sử dụng nhiều trong

truyền động đầu máy chạy điện trong giao thông đườngsắt, ôtô chạy điện, xe vận chuyển hàng trong nhà máy, trên bến cảng, v.v…

¾ Bộ băm điện áp thường được kí hiệu bằng một cầudao mở kèm theo chữ H, hoặc một Thyristor có hai

cổng điều khiển

¾ Tuỳ theo mục đích sử dụng người ta có sơ đồ

Hacheur nối tiếp và Hacheur song song

3.1 HACHEUR NỐI TIẾP

(băm ỏp một chiều nối tiếp)

HèNH 3.1 a sơ đồ nguyên lí; b đường cong điện áp.

+

d

UdH

1.Nguyờn lý băm ỏp một chiều nối tiếp:

• Sơ đồ nguyên lý băm áp một chiều nối tiếp giới

thiệu ở hình 3.1 a theo đó phần tử chuyển mạch tạo các xung điện áp mắc nối tiếp với tải.

• Điện áp một chiều được điều khiển bằng cách

điều khiển thời gian đóng khóa H trong chu kỳ đóng cắt.

¾ Trong khoảng thời gian từ 0 ÷ t1 ( hình 3.1b)

khóa H đóng điện áp tải bằng điện áp nguồn

(Ud = U1).

¾ Trong khoảng thời gian từ t1 ÷ t2 ( hình 3.1b)

khóa H mở điện áp tải bằng 0

™Trị trung bình điện áp một chiều được tính

• Nếu thì:

• Ud = ε U1

• F = 1/TCK

1 ck

1

t

0

1 CK

d

UT

t

dt

UT

1U

UTB

0

2 Hoạt động của sơ đồ với tải điện cảm:

• I XL dòng điện xác lập của chu kỳ đang xét

( khi khóa H đóng, khi H mở I XL = 0

• - hằng số thời gian điện từ của mạch

Ld

UdH

Rd

dt

di L i

R

t XL

T t

bd e I 1 e I

• Độ nhấp nhô dòng điện được tính:

¾Từ biểu thức ta thấy rằng, biên độ dao động dòng điện phụ thuộc vào:

d

CK

f L

U L

T

U I

.2

.)

1

(2

• Các thông số: điện áp nguồn cấp,độ rộng xung điện áp phụ thuộc yêu cầu điều khiển điện áp tải, điện cảm Ld là thông số của tải Do đó để cải thiện chất lượng dòng điện ( giảm nhỏ ΔI)

có thể tác động vào TCK.

• Như vậy, nếu chu kỳ chuyển mạch càng bé ( hay tần số chuyển mạch càng lớn) thì biên độ đập mạch dòng điện càng nhỏ, chất lượng dòng điện một chiều càng cao Do đó bộ điều khiển này thường được thiết kế với tần số cao hàng chục kHz

• Có thể minh họa bằng giản đồ dòng điện, điện áp chohai tần số khác nhau.

b)

3 Các sơ đồ động lực của băm áp nối tiếp

•Xét trường hợp khi tải điện cảm và có sức điện động

( ví dụ động cơ làm việc ở chế độ hạ tải)

U E

Ri dt

di

a R

E

U ai

at at

•Để xác định biên trị I1 và I2 , có thể vận dụng các dữkiện: khi t = εT thì id = I1và khi t = T thì Id = I2

T a T

a

R

E U

Giản đồ điện áp tải và các dòng điện

™ TÍNH GẦN ĐÚNG:

• Trị trung bình của dòng điện tải

0 + R.Id + E = εUs

Do đó

Biểu thức gần đúng của I1 và I2 , ta xem Rid = RId

• Giải phương trình mạch điện khi H đóng

d d

d

U E

Ri dt

di

2

)1

(

I

t L

U

2 1

1

I L

TU

=+

U

i d = − ε s − ε +

1 2

) 1

(

I L

Dòng điện tải i d biến động xung quanh giá trị trung bình I d ,

giữa hai biên trị I1 và I2.vậy:

R

E U

Hiệu suất của bộ băm điện áp:

– Trị trung bình của dòng điện lấy từ nguồn nuôi:

– Trị trung bình của dòng diode:

– Công suất lấy từ nguồn nuôi:

– Công suất mạch tải nhận được:

Ta thấy Pd = P và vì chúng ta đã xem bộ băm điện áp gồmcác phần tử lý tưởng, không có năng lượng tổn thất.Thực

tế hiệu suất của bộ băm điện áp cũng rất cao, xấp xỉ bằng1

d d

T

T I

d d

T

T I

s d

d

d U I U I

P = = ε .

™Dòng điện liên tục và dòng điện gián đoạn:

• Nếu bỏ qua R, vì thường là rất nhỏ, có thể viết

phương trình mạch tải như sau:

Trong khoảng 0 < t <εT; Khi H đóng mạch:

i d = − − ε +

Để có dòng điện tải id biến thiên một cách chu kỳ, phảithỏa mãn điều kiện: id(0) = id(T)

L

E T

• Cuối cùng nhận được:

• Giả thiết E là hằng số có thể rút ra các kết luận:

– Nếu ε = (E/Us) trị trung bình của dòng điện tải

id là hằng số;

– Nếu ε > (E/Us) trị trung bình của id tăng theo thời gian;

– Nếu ε < (E/Us) trị trung bình của id giảm nhỏ

và dẫn tới dòng gián đoạn.

¾Như vậy, để dòng điện tải là dòng điện liên tục thì phải tuân thủ theo điều kiện ε≥ E/ Us

Thực tế, E ≠ const vì khi trị trung bình của

dòng điện tải và id tăng lên thì E cũng tăng lên,

do đó khi tăng, giảm tỉ số chu kỳ , có thể làm tăng giảm tốc độ động cơ

Diễn biến của dòng tải id

• Mạch khuyếch đại cho điều áp một chiều dùng thyristor

+

Tp

TaD L

C +

(+)

a

• Trạng thái ban đầu : Tp và Ta đều bị khoá, tụ điện C được nạp điện.

• Cho xung điều khiển kích mở Tp Thyristor này mở cho dòng điện chảy qua, tức là H đóng kín mạch Dòng điện từ nguồn Us chảy qua Tp, qua tải và trở về nguồn Đồng thời tụ điện C phóng điện theo mạch C-Tp-Lc-Dc-C và được nạp ngược lại Điện áp trên tải là ud = Us .

• Nếu bây giờ cho xung kích mở Ta , Thyristor này mở, đặt điện áp giữa hai bản cực của tụ

điện C lên Tp khiến Tp bị khoá lại, tức là H mở mạch, ud= 0.

3.2 HACHEUR SONG SONG:

• Sơ đồ Hacheur song song với tải là một máy điện một

chiều ( E + L + L) cho phép thực hiện hãm tái sinh

• Trong chế độ hãm tái sinh, máy điện làm việc như một

máy phát điện, trả năng lượng về nguồn đã từng nuôi nókhi nó làm việc ở chế độ động cơ, L là điện cảm mạchphần ứng, giả thiết đủ lớn để giữ cho, id= Id= const trongmột quá trình chuyển mạch

D 2

E

+ - L

0

Sơ đồ hoạt động như sau:

™ Giả thiết khi t = 0, ta cho xung điều khiển kích mở

Tp:

• ud = 0, is = 0, iH =Id : Diode D2 bị khoá lại Năng

lượng từ nguồn E được biến thành năng lượng từtrường tích chứa trong cuộn cảm L, để rồi khi H

mở mạch trả về nguồn nuôi qua diode D2

™ Khi t = T1 = εT, cho xung mở Ta : Tp bị khoá lại,

™ Thực tế L ≠ ∞, nên khi H mở mạch, dòng id không

còn bằng Id mà giảm nhỏ đi, L(did /dt)<0

• Thực hiện lai phép biến đổi đối với phương trình trên:

• Do đó : E – RId = Ud

• Trị trung bình của điện áp tải:

• Trị trung bình của dòng điện trả về nguồn:

• Trị trung bình của dòng chảy qua Tp :

¾ Có thể nhận thấy rằng 0 ≤ Ud ≤ Us .Sở dĩ thực hiện đượchãm tái sinh (chuyển năng lượng từ mạch tải về nguồnnuôi) là nhờ năng lượng tích luỹ trong điện cảm L củamạch tải

¾ Có thể khống chế dòng điện hãm bằng cách tác động vào

tỉ số chu kỳ

d d

3.3 SƠ ĐỒ HACHEUR ĐẢO DÒNG:

• Ghép một Hacheur nối tiếp H1 với một Hacheur

song song H2 sẽ có được sơ đồ Hacheur đảo

dòng

• Dòng điện id > 0 khi H2 luôn luôn hở mạch, còn

H1 đóng mở một cách chu kỳ.

• Trị trung bình của điện áp tải và Ud luôn luôn

lớn hơn 0 và điều chỉnh được từ 0 đến Us Điện cảm Lc có tác dụng hạn chế dòng điện tuần

hoàn khi khoá một Hacheur.