Điện tử ứng dụng

Bài Giảng Môn Học ĐIỆN TỦ ỨNG DỤNG GVGD:Vũ Thế Đảng Trang 1 Bài 1: CHỈNH LƯU - NGHỊCH LƯU - BIẾN TẦN 1.1. CHỈNH LƯU: 1.1.1. Khái niệm chung: Chỉnh lưu là biến đổi năng lượng xoay chiều thành năng lượng một chiều. Hiện nay trong kĩ thuật chỉnh lưu hầu như người ta chỉ dùng các phần tử bán dẫn công suất (diode, thyristor). Điều đó là do các bộ chỉnh lưu bán dẫn có hiệu suất rất cao, làm việc tin cậy, gia thành rẻ, chi phí bảo dưỡng không đáng kể, kích thước và trọng lượng bé. Để chỉnh lưu công suất nhỏ người ta thường dùng các bộ chỉnh lưu 1 pha 2 nữa chu kì, còn để chỉnh lưu công suất công suất lớn, người ta thường dùng các bộ chỉnh lưu 3 pha. Ưu điểm của các bộ chỉnh lưu 3 pha là cho công suất ra tải lớn và điện áp, dòng điện ra tải ít dao động. 1.1.2. CHỈNH LƯU MỘT PHA 1.1.2.1. CHỈNH LƯU BÁN KÌ CÔNG SUẤT: ( hay chỉnh lưu 1 pha, nửa chu kì) a) Sơ Đồ Mạch: Trên sơ đồ điện áp xoay chiều phía thứ cấp máy biến áp, ở đầu vào chỉnh lưu có dạng sin xoay chiều . b) Hoạt Động: Ở bán kì (+) của dòng điện xoay chiều qua biến áp đến diode. Do diode mắc theo chiều thuận nên ở bán kì (+) diode sẽ không nối tải Rt vào nguồn làm cho Vt= U Ở bán kì (-) của dòng điện xoay chiều qua biến áp đến diode. Do diode mắc theo chiều thuận nên ở bán kì (-) diode sẽ không thông (không dẫn)→không nối tải Rt vào nguồn→Vt=0 D1 RtU V IN = V AC V t Bài Giảng Môn Học ĐIỆN TỦ ỨNG DỤNG GVGD:Vũ Thế Đảng Trang 2 c. Các thông số của mạch: +Điện áp một chiều trung bình ở ngõ ra: ACt VV . 2 π = +Dòng tải trung bình : AC t V R It . 2 π = +Diode chịu điện áp ngược max: ACng VV .2 max = d. Ứng Dụng: Đây là sơ đồ đơn giản rất ít ứng dụng trên thực tế . 1.1.2.2. CHỈNH LƯU TOÀN KÌ CÔNG SUẤT: ( chỉnh lưu cầu 1 pha) i. Chỉnh Lưu Toàn Kì Công Suất Không Điều Khiển: a/ Sơ đồ mạch: _Chỉnh lưu cầu 1 pha có cấu tạo từ 4 dioe :D1 và D2 có kathode chung,D3 và D4 có anode chung _Các diode dẫn dòng theo từng cặp D1 và D3, D2 và D4 V IN V t t t Rt V IN = V AC V t D 1 D 2 D 3 D 4 Bài Giảng Môn Học ĐIỆN TỦ ỨNG DỤNG GVGD:Vũ Thế Đảng Trang 3 _Nguồn cấp cho mạch là nguồn điện xoay chiều V IN = V AC b/ Hoạt động: • Ơ bán kì (+) → V IN > 0, D1, D3 dẫn, D2, D4 không dẫn, dòng điện đi từ nguồn qua D1, Rt,D3 →trở về nguồn→ta có Vt= V IN • Ơ bán kì (-)→V IN < 0, D1, D3 ngưng dẫn, D2, D4 dẫn, dòng điện từ nguồn qua D2→ Rt→ D4→ nguồn, ta có: Ut= - V IN c/ Các thông số của mạch: Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu: int Vu . 2 π = Điện áp ngược cực đại trên mỗi diode Ungmax= Vin Giá trị trung bình của dòng điện tải: in t t V R R u I . 2 π == V IN V t t t V t = V IN V t = -V IN Bài Giảng Môn Học ĐIỆN TỦ ỨNG DỤNG GVGD:Vũ Thế Đảng Trang 4 ii. Chỉnh Lưu Toàn Kì Công Suất Có Điều Khiển: a/ Sơ đồ mạch: Đối với các mạch nắn điện điều khiển dùng SCR thì thường SCR được đặt sau tải để kathode nối đến mạch có U = 0V thì mạch điều khiển tạo dòng điện kích sẽ có thiết kế tính toán đơn giản hơn Khi dùng SCR thì ngoài điều khiển để có V AK > 0V để phân cực thuận SCR thì cần phải có thêm điều kiện I G > 0. như vậy khi nguồn V AC có bán kì (+) nhưng nếu không kích 1 xung (+) vào cực G thì SCR không dẫn điện lúc đó điện áp ra trên tải vẫn là 0V. b/ Hoạt động: • ở bán kì(+) và nếu T1 được kích xung (+) ở cực G thì T1 dẫn điện , dòng điện đi từ A qua T1→ R t → D2→ B • ở bán kì (-) nếu T2 được kích xung (+) ở cực G thì T2 dẫn, dòng điện đi từ B → T2→ R t → D1→A Trong mạch này sau khi SCR được kích, SCR sẽ duy trì trạng thái dẫn cho hết bán kì (+), (-) thì SCR sẽ tắt Ơ những bán kì (+)(-) tiếp theo phải có xung kích tiếp cấp cho cực G thì SCR mới dẫn điện. Rt V IN = V AC A D 1 D 2 T 2 T 1 B Bài Giảng Môn Học ĐIỆN TỦ ỨNG DỤNG GVGD:Vũ Thế Đảng Trang 5 iii) Ưng Dụng: Sơ đồ cầu một pha phù hợp với các ứng dụng yêu cầu điện áp chỉnh lưu cao và dòng nhỏ V IN V t t t t V t Bài Giảng Môn Học ĐIỆN TỦ ỨNG DỤNG GVGD:Vũ Thế Đảng Trang 6 1.1.3.CHỈNH LƯU 3 PHA 1.1.3.1. CHỈNH LƯU HÌNH TIA 3 PHA DÙNG DIODE: i) Sơ Đồ Mạch: Chỉnh lưu hình tia 3 pha cấu tạo từ máy biến áp 3 pha và 3 diode D1, D2, D3. Ba diode có thể đấu kathode chung hoặc đấu anode chung. Phụ tải Rt được đấu giữa điểm Kathode chung ( hoặc anode chung) với điểm trung tính N của thứ cấp máy biến áp. Hệ thống điện áp cung cấp vào là hệ thống điện áp 3 pha với cùng biên độ và lệch pha nhau một góc 120 độ. Giá trị tức thời của điện áp đầu vào là: θSinUu m A . 1 = ) 3 4 (. ) 3 2 (. 1 1 π θ π θ += += SinUu SinUu m C m B Trong đo: θ = ωt – góc pha ω = 2ðf – tần số góc pha f : tần số điện áp nguồn U 1m : giá trị biên độ ii) Hoạt Động_ Các Thông Số Của Mạch: a/ Hoạt động: Trong mạch chỉnh lưu này khi pha nào có bán kì (+) thì diode đó dẫn điện cho dòng qua tải. Điện áp ra trên tải là bán kì (+) của 3 pha lần lượt theo thứ tự pha của nguồn DA DB DC Rt u t A B C u 1 u 2 u 3 N Bài Giảng Môn Học ĐIỆN TỦ ỨNG DỤNG GVGD:Vũ Thế Đảng Trang 7 Trên đồ thị các điểm θ 1 , θ 2 , θ 3 , θ 4 , θ 5 , …tại đó các đường điện áp pha cắt nhau, gọi là đường chuyển mạch tự nhiên. Tại các điểm chuyển mạch tự nhiên một diode mới sẽ vào dẫn dòng, diode dẫn dòng trước đó sẽ khóa lại. Do đó trong khoảng θ 1 ≤ ωt ≤θ 2 : u 1 lớn nhất (dương nhất), chỉ có D A dẫn, dòng điện sẽ qua phụ tải R t đến điểm N. Điện áp đưa ra tải u t = u 1 , điện áp trên D A : U DA =0V Trong khoảng θ 2 ≤ ωt ≤θ 3 : u 2 lớn nhất (dương nhất), chỉ có D B dẫn, dòng điện sẽ qua phụ tải R t đến điểm N. Điện áp đưa ra tải u t = u 2 Trong khoảng θ 3 ≤ ωt ≤θ 4 : u 3 lớn nhất (dương nhất), chỉ có D C dẫn, dòng điện sẽ qua phụ tải R t đến điểm N. Điện áp đưa ra tải u t = u 3 Vậy điện áp chỉnh lưu thu được là đường bao phía trên các đường điện áp pha, đập mạch ba lần trong một chu kỳ. Tương tự tại các pha còn lại Dạng sóng điện áp tại ngõ ra sau khi được chỉnh lưu. b/ Các thông số của mạch: • Điện áp một chiều trung bình ra trên tải: ACAC VVUt 17,1.2 2 33 = Π = →Ut = 1,17 V AC (V AC là điện áp pha) V IN V t t t 2 V AC - 2 V AC 2 V AC θ 1 θ 2 θ 3 θ 4 θ 5 u 1 u 2 u 3 Bài Giảng Môn Học ĐIỆN TỦ ỨNG DỤNG GVGD:Vũ Thế Đảng Trang 8 • Giá trị trung bình của dòng điện tải AC t V R R U It === 17,1 iii)Ứng Dụng: Chỉnh lưu hình tia 3 pha thích hợp cho các chỉnh lưu yêu cầu công suất nhỏ. 1.1.3.2. CHỈNH LƯU CẦU 3 PHA: i) Chỉnh Lưu Cầu 3 Pha Dùng Diode: a/ Sơ đồ mạch: Chỉnh lưu cầu 3 pha cấu tạo từ máy biến áp 3 pha và 6 diode D1→D6 và được mắc theo 2 nhóm: D1, D2, D3 mắc kathode chung; D4, D5, D6 mắc anode chung. b/ Hoạt động – Các thông số của mạch: • Hoạt động: Trên sơ đồ ta đánh dấu các điểm chuyển mạch tự nhiên, đó là các điểm mà các đường điện áp pha u A , u B , u C cắt nhau:1, 2, 3, 4, 5, 6, 7,…từ đó có thể thấy u t t u A u B u C Rt D1 D2 D3 D4 D5 D6 A B C U t V AC Bài Giảng Môn Học ĐIỆN TỦ ỨNG DỤNG GVGD:Vũ Thế Đảng Trang 9 trong khoảng 1→3, pha A có điện áp (+) nhất nên D1 sẽ dẫn. D2 dẫn trong khoảng 3→5, D3 dẫn trong khoảng 5→7 Trong nhóm anode chung, trong khoảng 2→4 pha c có điện áp (-) nhất nên D6 sẽ dẫn. D4 dẫn trong khoảng 4→6. D5 dẫn trong khoảng 6→8 Vậy khi: 1≤<2 : D1, D5 dẫn → u t =u AB 2≤<3 : D1, D6 dẫn → u t =u AC 3≤<4 : D2, D6 dẫn → u t =u BC 4≤<5 : D2, D4 dẫn → u t =u BA 5≤<6 : D3, D4 dẫn → u t =u CA 6≤<7 : D3, D5 dẫn → u t =u CB • Các thông số của mạch: • Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu: ACACt VUu 34.2.2 2 33 = Π = V AC : điện áp pha • Dòng trung bình qua diode: 3 t D I I = • Điện áp ngượ lớn nhất trên diode: ACng VU .6 max = ii. Chỉnh Lưu Cầu 3 Pha Có Điều Khiển: Bài Giảng Môn Học ĐIỆN TỦ ỨNG DỤNG GVGD:Vũ Thế Đảng Trang 10 Mạch nắn điện điều khiển 3 pha cấu tạo từ máy biến áp 3 pha và 6 thyristor chia ra 2 nhóm: + Nhóm nối kathode chung là T1, T2 ,T3 + Nhóm nối anode chung là T4, T5, T6 Để điều khiển mở các SCR này người ta thường dùng 1 máy phát xung dòng điện điều khiển i G . Các xung dòng i G phải phát ra theo thứ tự i G1 , i G6 , i G2 , i G4 , i G3 , i G5 cách nhau 1 khoảng = ð / 3 Mỗi SCR trong nhóm kathode chung sẽ mở khi điện áp pha của cuộn dây thứ cấp nối với nó là lớn nhất và nó có tín hiệu điều khiển i G . Còn mỗi SCR trong nhóm anode chung sẽ mở khi điện áp pha của cuộn dây thứ cấp nối với nó là âm nhất và nó có tín hiệu điều khiển i G . Khi 1 trong 3 SCR của nhóm mở thì 2 SCR còn lại của nhóm đó khoá lại iii. Chỉnh Lưu Cầu 3 Pha Không Đối Xứng: Rt T1 T2 T3 T4 T5 T6 A B C A B C [...]... ĐIỆN TỦ ỨNG DỤNG GVGD:Vũ Thế Đảng 1.2.B BỘ NGHỊCH LƯU 1.2.B.1 KHÁI NIỆM CHUNG • Thiết bị nghịch lưu đổi điện một chiều ra điện xoay chiều Ở phần chỉnh lưu có điều ' chỉnh ta đã nói rằng các sơ đồ có điện áp ra cho bởi công thức VCO = VCO cos α làm việc đổi điện một chiều ra điện xoay chiều khi góc kích thyristor ở trong khoảng từ π đến π, là trường hợp gặp khi động cơ điện một chiều được cấp điện bởi... nghịch lưu áp cung cấp và điều khiển điện áp xoay chiều ở ngõ ra Trong các trường hợp khảo sát dưới đây ta xét bộ nghịch lưu áp với quá trình chuyển mạch cưỡng bức sử dụng linh kiện có khả năng điều khiển ngắt dòng điện Trang 25 Bài Giảng Môn Học ĐIỆN TỦ ỨNG DỤNG GVGD:Vũ Thế Đảng • Nguồn điện áp một chiều có thể ở dạng đơn giản như acquy, pin điện hoặc ở dạng phức tạp gồm điện áp xoay chiều được chỉnh lưu... ứng qua T 3T , , như vậy Vr không còn sóng hài chẵn 4 2 • Kỹ thuật điều chế xung không những cho điện áp ra Vr có dạng gần sine nhất mà còn thay đổi được điện áp ra, tần số điện áp ra cho phù hợp với phụ tải Trang 29 Bài Giảng Môn Học ĐIỆN TỦ ỨNG DỤNG GVGD:Vũ Thế Đảng • Khi điều chỉnh tần số điện áp ra, tần số xung điều khiển cũng phải thay đổi để có điều kiện mỗi bán kỳ phải có số xung lẻ đối xứng... thay đổi điện áp hiệu dụng ra Điện áp ra có dạng xung, trị trung bình điện áp dạng xung vẫn biến thiên theo đường biểu diễn dạng chữ nhật 1.2.B.6 BỘ NGHỊCH LƯU BA PHA * Sơ đồ nghịch lưu 3 pha Trang 31 Bài Giảng Môn Học ĐIỆN TỦ ỨNG DỤNG GVGD:Vũ Thế Đảng Để có điện 3 pha ta dùng cầu nghịch lưu 3 pha 6 bộ đóng ngắt và diode thu hồi năng lượng như sau: Ta có thể dùng 3 cầu nghịch lưu 1 pha để có điện 3 pha... thuộc bất cứ nguồn điện xoay chiều sẵn có nào Do vậy thiết bị được gọi là thiết bị nghịch lưu độc lập Có các loại thiết bị nghịch lưu sau đây: • Thiết bị đổi điện từ bình ăcquy 12, 24 hoặc 48V ra điện xoay chiều tân số 50 Hz điện áp 220V dùng để cấp điện dự phòng khi mất điện lưới, dùng cấp nguồn cho các thiết bị như tivi, ampli, đầu máy trên xe du lịch • Thiết bị đổi điện một chiều ra điện xoay chiều... tần số và điện áp có thể thay đổi cho bằng tần số cộng hưởng của phụ tải phù hợp với tình trạng phụ tải như lò nấu thép trung tần Đó là thiết bị nghịch lưu cộng hưởng cao tần • Thiết bị đổi điện một chiều ra điện xoay chiều có tần số và điện áp thay đổi được để cấp điện cho động cơ không đồng bộ hay đồng bộ 3 pha Điện 1 chiều được cấp từ lưới điện xoay chiều 220V, 50 Hz qua bộ chỉnh lưu để có điện xoay... T4 T6 T2 Ed Trang 16 Bài Giảng Môn Học ĐIỆN TỦ ỨNG DỤNG GVGD:Vũ Thế Đảng 1.2.1.3 CÁC BỘ BIẾN ĐỔI ĐẢO CHIỀU: Một số phụ tải một chiều yêu cầu điện áp một chiều cung cấp có thể đảo chiều được cực tính Vd: đảo cực tính điện áp đặt vào phần ứng động cơ tương ứng với yêu cầu đảo chiều quay động cơ, hệ thống mạ đảo dòng… Về nguyên tắc các hệ thống yêu cầu đảo cực tính điện áp nguồn sẽ gồm 2 bộ chỉnh lưu (CL1,CL2)... SCR nối tiếp Trang 18 Bài Giảng Môn Học ĐIỆN TỦ ỨNG DỤNG GVGD:Vũ Thế Đảng + Sơ đồ cầu 4 SCR ii) Nguồn Ap_Nguồn Dòng: a/ Nguồn áp: Nếu nguồn điện 1 chiều cung cấp cho nghịch lưu là nguồn áp ta có nghịch lưu điện áp Nguồn áp lý tưởng là 1 nguồn điện với nội trở bằng 0 Như vậy dạng điện áp ra là không đổi, không thuộc vào giá trị cũng như tính chất của phụ tải Dòng điện ra sẽ thuộc phụ tải Nguồn áp sẽ làm... giả thiết các phần tử trong sơ đồ là lý tưởng: máy biến áp chỉ đơn thuần là bộ biến đổi mức điện áp, nghĩa là điện áp phía thứ cấp liên hệ với điện áp phía sơ cấp qua tỉ số máy biến áp; nguồn cấp điện xoay chiều thuần tuý là nguồn điện áp với trở kháng trong bằng không, các khoá lý tưởng với thời gian đóng mở bằng không… Trong thực tế đường dây cung cấp nguồn xoay chiều có điện cảm, điện trở, bản thân... Phương pháp điều khiển 6 bước thường được áp dụng để cấp điện động cơ không đồng bộ 3 pha Tuy nhiên phương pháp yêu cầu có nguồn điện một chiều điều chỉnh được điện áp 1.2.B.7 NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦA BỘ NGHỊCH LƯU DÒNG - Bộ nghịch lưu có dòng một chiều là nguồn điện Bộ nghịch lưu dòng được sử dụng trong lĩng vực truyền động động cơ điện xoay chiều và cho lò cảm ứng - Tương tự như bộ nghịch lưu áp, ta phân . dẫn điện. Rt V IN = V AC A D 1 D 2 T 2 T 1 B Bài Giảng Môn Học ĐIỆN TỦ ỨNG DỤNG GVGD:Vũ Thế Đảng Trang 5 iii) Ưng Dụng: Sơ đồ cầu một pha phù hợp với các ứng dụng yêu cầu điện. Học ĐIỆN TỦ ỨNG DỤNG GVGD:Vũ Thế Đảng Trang 3 _Nguồn cấp cho mạch là nguồn điện xoay chiều V IN = V AC b/ Hoạt động: • Ơ bán kì (+) → V IN > 0, D1, D3 dẫn, D2, D4 không dẫn, dòng điện. tải trung bình : AC t V R It . 2 π = +Diode chịu điện áp ngược max: ACng VV .2 max = d. Ứng Dụng: Đây là sơ đồ đơn giản rất ít ứng dụng trên thực tế . 1.1.2.2. CHỈNH LƯU TOÀN KÌ CÔNG