chuong 3.Bo Bien Doi ppsx

Chương III BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU 3.1. Khái niệm chung. 3.2. Bộ biến đổi điện áp xoay chiều thành xoay chiều một pha. 3.3. Bộ biến đổi điện áp xoay chiều thành xoay chiều ba pha. 3.4. Mạch tạo xung điều khiển. 3.4.1. Các mạch điều khiển đơn giản. 3.4.2. Áp dụng các phương pháp tạo xung điều khiển của bộ biến đổi điện áp xoay chiều thành 1 chiều để tạo xung điều khiển cho bộ biến đổi điện áp xoay chiều. 3.5. Bảo vệ bộ biến đổi điện áp xoay chiều. CHƯƠNG III BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU 3.1. Khái niệm chung. Trong kỹ thuật điện có nhiều trường hợp cần phải biến đổi một điện áp xoay chiều giá trị không đổi thành điện áp xoay chiều có giá trị điều chỉnh được . Để biến đổi một điện áp xoay chiều thành điện áp xoay chiều cùng tần số nhưng có giá trị khác thì phổ biến nhất là dùng máy biến áp . Máy biến áp có ưu điểm là kết cấu ngắn gọn , làm việc tin cậy ,độ bền cao và nếu điện nguồn có dạng hình sin thì điện áp ra cũng có dạng hình sin . Tuy vậy máy biến áp cũng có nhược điểm là khó thực hiện thay đổi trơn điện áp ra , nhất là trong trường hợp công suất trung bình và lớn , điều này cũng hạn chế khả năng sử dụng máy biến áp trong một số trường hợp . Khi yêu cầu điều chỉnh trơn điện áp ra trong phạm vi rộng , đặc biệt là khi công suất trung bình và lớn thì người ta sử dụng một BBĐ khác được gọi là BBĐ xoay chiều – xoay chiều hay BBĐ điện áp pha. BBĐ xoay chiều – xoay chiều là thiết bị biến đổi điện năng sử dụng các dụng cụ bán dẫn có điều khiển. Nguyên tắc hoạt động của bộ biến đổi là sử dụng tính chất có điều khiển của các dụng cụ bán dẫn để cắt đi một phần trong mỗi nửa chu kỳ của điện áp nguồn xoay chiều hìng sin làm cho điện áp ra có giá trị hiệu dụng nhỏ hơn điện áp nguồn. BBĐ này có ưu điểm là kết cấu cũng gọn nhẹ, hiệu suất cao, làm việc tin cậy, có khả năng điều chỉnh trơn điện áp ra trong phạm vi rộng với mọi cấp công suất. Nhưng BBĐ này cũng có một số nhược điểm là độ tin cậy không bằng máy biến áp, thiết bị diều khiển tương đối phức tạp, bị hạn chế về cơng suất do chịu dòng và áp của các dụng cụ bán dẫn bị giới hạn, và đặc biệt là khi điện áp nguồn hình sin thì điện áp ra khơng còn khơng còn dạng hình sin nữa. Các BBĐ xoay chiều – xoay chiều được ứng dụng trong một số trưừng hợp như sau: - Để điều khiển tốc độ của các động xoay chiều khơng đồng bộ cơng suất nhỏ bằng phương pháp thay đổi điện áp nguồn cung cấp cho mạch stato của động cơ. - Khởi động các động cơ xoay chiều khơng đồng bộ roto lồng xóc cơng suất trung bình và lớn. - Cung cấp cho cuộn sơ cấp của máy biến áp tăng áp khi có u cầu điều chỉnh trơn điện áp ra, vì dụ máy biến áp cung cấp cho bộ nắn điện cao áp cấp cho lò tần số dùng đèn phát điện tử loại 3 cực. 3.2. Bộ biến đổi điện áp xoay chiều thành xoay chiều một pha. Trường hợp tải thuần trở: Hình 3.1 Mạch gồm nguồn điện áp xoay chiều một pha dạng sin U=Um.sinωt mắc nối tiếp với tải R thông qua công tắc xoay chiều bán dẫn. Công tắc xoay chiều gồm hai thyristor mắc đối song V1 và V2 và trong trường hợp công suất nhỏ có thể thay thế chúng bằng một triac. Phân tích mạch (xem hình H3.2) Trong khoảng góc (0,α), dòng qua tải bò ngắt, ta có: t I = 0 , t U = 0 Trên thyristor V1 xuất hiện điện áp khóa vì 1v U = U – t U = U> 0 Tại thời điểm ứng với góc X = α, xung kích IG1 đưa vào cổng điều khiển của V1 trong điều kiện có áp khóa làm V1 đóng. Dòng điện khép kín qua mạch (u,V1 , R)- trạng thái V1. Các phương trình mô tả trạng thái V1 trong thời gian V1 dẫn ( α ≤ X < π ) 1v U = 0 = - 2v U Iv1 = it; iv2= 0 t U = - 1v U + U = U = UmsinX ut= R.it Tại X = π, dòng qua V1 triệt tiêu. Lúc đo,ù dòng điện tải bằng không và ta có trạng thái 0 : Các phương trình mô tả trạng thái 0: t I = 1v U = 2v U = 0 1v U = u - R.it= u 2v U = -U Điện áp đặt lên V2 trong khoảng thời gian ứng với X > π có giá trò dương - điện áp khóa, nên việc kích vào cổng điều khiển của V2 trong khoảng (π + α < X < 2π ) sẽ làm V2 đóng. Các phương trình mô tả trạng thái V2 : Tại vò trí X = 2π, dòng qua V2 triệt tiêu nên V2 bò ngắt. Mạch trở về trạng thái 0. Khi góc điều khiển α thay đổi trong phạm vi ( 0, π), điện áp tải có trò hiệu dụng biến thiên trong khoảng ( 0, U). Đồ thò biểu diễn trò hiệu dụng U theo góc điều khiển α được vẽ trên hình H3.3 Trò hiệu dụng dòng điện qua tải: * Trường hợp tải L: Ta phân biệt hai trường hợp góc điều khiển α: Trạng thái 0 : Trong khoảng trước vò trí góc kích α dòng tải bò gián đoạn. Các phương trình và hệ thức mô tả trạng thái không có dòng điện: Trạng thái V1 (α < X < 2π - α): Tại vò trí X = α, V1 được kích trong lúc có tác dụng của điện áp khóa nên đóng. Dòng điện dẫn khép kín qua mạch (u, V1, L). Trạng thái mạch điện được biểu diễn bởi hệ thức và phương trình sau: Từ điều kiện ban đầu it(α) = 0 và giải phương trình dòng điện ta thu được nghiệm Dòng điện có độ lớn tăng từ 0 đến cực đại rồi giảm về 0 tại vò trí X = 2π- α. Do iv1 = it nên tại vò trí vừa nêu trên, dòng qua V1 cũng bò ngắt.Trạng thái 0- khoảng (2π - α < X < π + α): Sau khi dòng qua V1 bò ngắt, mạch trở lại trạng thái không dẫn điện, các phương trình mô tả mạch điện: Trạng thái V2 - khoảng (π + α < X < 3π - α): Tại vò trí X= α + π, xung kích đưa vào V2 trong lúc V2 chòu tác dụng điện áp khóa nên V2 đóng. Dòng điện khép kín qua mạch (u, V2, L). Các phương trình và hệ thức mô tả trạng thái V2: Giải phương trình dòng điện và để ý rằng it ( π+α) = 0, ta được nghiệm dòng điện tải: Dòng qua tải và qua V2 có độ lớn tăng từ 0 đến cực đại rồi giảm về 0 . Tại đây, V2 bò ngắt. Mạch trở về trạng thái 0: Hệ quả: Đối với tải L và góc điều khiển πα π << 2 ta có: 1/- Dòng qua tải bò gián đoạn. 2/- Trò hiệu dụng điện áp trên tải có thể dẫn giải từ hình H3.4 3/- Trò hiệu dụng dòng điện qua tải: Trong ứng dụng với tải L, thành phần hài cơ bản dòng điện có ý nghóa quan trọng: Mạch họat động như một tải L điều chỉnh với cảm kháng là hàm phụ thuộc góc kích: b/- Góc điều khiển 2 π α < Điện áp tải không thể điều khiển được nữa. Mạch bộ biến đổi điện áp xoay chiều hoạt động như một công tắc ở trạng thái luôn đóng. Các linh kiện V1 và V2 lần lượt dẫn điện với khỏang dẫn của mỗi linh kiện bằng dòng điện qua tải liên tục. Nếu bắt đầu đưa xung kích π vào linh kiện từ vò trí 2 π α < dòng điện lệch pha so với điện áp một góc 2 π ϕ < Xung kích cần tạo thành dưới dạng chuỗi xung bắt đầu tại vò trí góc α và kết thúc tại cuối nửa chu kỳ tương ứng của áp nguồn xoay chiều . Chẳng hạn, khi dòng tải qua V1 giảm đến 0. V1 bò ngắt. Tại vò trí này trên V2 xuất hiện điện áp khóa. Do có xung kích tác dụng nên V2 đóng và dẫn dòng điện qua tải theo chiều ngược lại. Do đó, dòng điện tải đổi dấu và qua điểm 0 một cách liên tục . Hệ quả: Với tải L, khi 2 π α < , bộ biến đổi điện áp xoay chiều hoạt động như công tắc ở trạng thái đóng và điện áp trên tải bằng áp nguồn xoay chiều. Đặc tính Ut(α) cho trường hợp tải L được vẽ trên hình H3.3 Trường hợp tải RL (hình H3.5): Tương tự như trường hơp tải L, việc phân tích hoạt động mạch điện phụ thuộc vào góc điều khiển α. Giá trò phân biệt 2 π ở trường hợp tải L được thay bằng độ lớn gócϕ trong trường hợp tải RL, ϕ = arctg(ωL/R). Trường hợp α > ϕ - dòng điện tải bò gián đoạn. chu kỳ hoạt động được chia làm 4 khoảng tương ứng 4 trạng thái sau: Trạng thái 0: mạch không dẫn điện và áp khóa tác dụng lên V1 It = 0 ;Uv2 = 0 Iv1 = 0 ; Iv2 = 0 Uv1 = - Uv2 =U > 0 Trạng thái V1 : V1 được kích dẫn Trạng thái 0 : mạch không dẫn điện và điện áp khóa tác dụng lên V2 : It = 0 ; Ut = 0 Iv1 = 0 ; Iv2 = 0 Uv1 = - Uv2 = Uv2< 0 Trạng thái V2 : V2 được kích dẫn Uv1 = - Uv2 = 0 Iv2 = - I ; Ut =U Ut = R.It + L dt di Nghiệm dòng điện, ví dụ trong khoảng V1 dẫn có dạng Dòng điện qua tải bò gián đoạn Trường hợp α< ϕ - dòng tải liên tục. Điện áp tải không điều khiển được. Bộ biến đổi điện áp xoay chiều hoạt động như công tắc ở trạng thái luôn đóng. Điện áp tải bằng áp nguồn xoay chiều có tròï hiệu dụng bằng U. Xung kích cho linh kiện được cho dưới dạng chuỗi xung, bắt đầu từ vò trí góc điều khiển đến khi kết thúc nửa chu kỳ tương ứng của áp nguồn xoay chiều. Đặc tính Ut(α) –xem hình H3.5: phụ thuộc vào các tham số RL mạch tải, thay đổi giữặc tính tải thuần điện trở và tải thuần cảm L. Tính chất tương tự khi họat động với các tải R,L,RL được trình bày ngắn gọn trong bảngs o sánh B3.1. . XOAY CHIỀU 3. 1. Khái niệm chung. 3. 2. Bộ biến đổi điện áp xoay chiều thành xoay chiều một pha. 3. 3. Bộ biến đổi điện áp xoay chiều thành xoay chiều ba pha. 3. 4. Mạch tạo xung điều khiển. 3. 4.1. Các. ngắn gọn trong bảngs o sánh B3.1. Baûng B3.1 3. 3. Bộ biến đổi điện áp xoay chiều thành xoay chiều ba pha Bộ biến đổi điện áp xoay chiều 3 pha dạng đầy đủ (xem hình H3.6) có cấu tạo gồm ba công. được vẽ minh họa trên các hình H3.7 cho tải R và H3.8 cho tải RL nối tiếp. Đặc tính điều khiển của bộ biến đổi áp xoay chiều 3 pha dạng đầy đủ được vẽ trên hình H3.10. Với tải R, phạm vi điều