Bộ điều khiển điện áp xoay chiều

Bộ biến đổi điện áp xoay chiều Dùng để thay đổi trị hiệu dụng của điện áp xoay chiều ngõ ra Các ứng dụng:  Điều khiển công suất các tải điện trở  Điều khiển chiếu sáng  Điều khiển tốc

Trang 1

Chương 3

BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU

Trang 2

Bộ biến đổi điện áp xoay chiều

Dùng để thay đổi trị hiệu dụng của điện áp xoay chiều ngõ ra

Các ứng dụng:

 Điều khiển công suất các tải điện trở

 Điều khiển chiếu sáng

 Điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ 1 pha & 3 pha, động cơ vạn năng

 Dùng trong các hệ thống bù nhuyễn

Trang 3

Bộ biến đổi điện áp xoay chiều 1 pha

Trường hợp tải thuần trở (tải R)

Góc kích: 0o    180o

Trang 4

Trường hợp tải thuần trở (tải R)

Trị hiệu dụng áp trên tải:

1 2

2 2

1 2

1

.2

sin 21

t

2 t

2

2 sin 1

U

U I.

U

R /

U S

( R 2

U dx

x sin R

U 2

I VRMS  t

Trang 5

Trường hợp tải thuần cảm (tải L)

 Không thể điều khiển áp trên tải

Trang 6

Dạng sóng ngõ vào và ngõ ra BBĐDAXC với tải L

(góc kích > /2)

Trang 7

Với góc kích

2



  : Trị hiệu dụng áp trên tải:

2 2

Trang 8

Trong ứng dụng với tải thuần cảm (L), thành phần hài cơ bản của dòng tải

có ý nghĩa quan trọng & tính bởi công thức:

Trang 9

Ứng dụng:

BBĐĐAXC + tải L có thể được dùng với tụ C để hình thành bộ bù nhuyển (static compensator) như hình.

 thay đổi  IL(1) thay đổi  BBĐĐAXC + tải L tương đương với L thay đổi được  dung lượng bù có thể được điều khiển qua góc kích 

Trang 10

Biến thiên áp ngõ ra theo góc kích

0 0.1

Trang 11

Trường hợp tải RL

Gọi   arctan(  L R / ) : góc kích tới hạn

Với    : dòng tải gián đoạn & áp ngõ ra điều khiển được theo 

Với    : dòng tải liên tục & áp ngõ ra không điều khiển được

Trang 13

STT TẢI PHẠM VI

ĐIỀU KHIỂN

TRỊ HIỆU DỤNG ÁP TẢI

TRỊ HIỆU DỤNG DÒNG TẢI

HỆ SỐ CÔNG SUẤT

2 sin 1

( 2

điều khiển được áp tải

Trang 14

Ví dụ tính tốn

Ví dụ 3.1:

Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha cấp nguồn cho tải thuần trở R=10

Nguồn xoay chiều có trị hiệu dụng bằng 220V, 50Hz Góc điều khiển  

2 [ rad ]

a Tính trị hiệu dụng áp tải

b Tính công suất tiêu thụ của tải

c Tính hệ số công suất

d Để đạt được công suất tải bằng 4 kW, tính độ lớn góc kích 

e Định mức linh kiện sử dụng

Trang 15

56 , 155 220

U U

P I.

U

P I.

U

P S

P PF

t

t t

.

2 2 2

sin 2

1

U 2

2 sin 1

U

2 1

2 1 t

56 ,

155

P

U R

1 dX R

u 2

1 dX

i.

u 2

1

P

2 t

2 0

2 t

2 t t

t t

Trang 16

U t (V)

Góc kích (rad)

Trang 17

e Áùp làm việc lớn nhất của SCR:

] [

U

Chọn hệ số an toàn áp: Ku = 2,5

ta có tham số SCR cần chọn thỏa mãn điều kiện:

UDRM = URRM > 2,5.311 = 778[V]

Trị trung bình dòng qua SCR (=0):

] A [ 9 , 9 10

.

220

2 R

.

U 2 I

dX R

X sin U

2 2

1 dX

i 2

.

sin

A R

U dX

R

X U

10 2

220 2 2

2 2

2

1 2

Trang 18

Ví dụ 3.3

Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha mắc vào tải L

Tính trị hiệu dụng áp và dòng tải khi

3

2 

  [rad]

Tính công suất phản kháng của sóng hài cơ bản

Cho biết L=0,01H, áp nguồn U = 220V,  = 314 rad/s

L

It

Trang 19

2 2 sin 3

2 1 2 220 2

2 sin 1

2

2 2 sin

3 3

2 cos 2 1 3

2 1 2 01 , 0

Trang 20

L

U

I t ( 1 ) S

] A [ 395 , 27

I

3

2 2

sin 3

2 2 2

01 , 0 314

220 I

Trang 21

Ví dụ 3.4

Mạch động lực của bộ bù nhuyễn một pha như hình vẽ

Dòng bù được điều khiển bằng cách thay đổi góc kích  trong khoảng 

Áp nguồn xoay chiều có trị hiệu dụng U = 220V,  = 314 rad/s

Công suất bù của tụ QC = 10 kVAr

a/- Tính độ lớn cuộn kháng L để có thể bù công suất

với độ lớn thay đổi từ Qmin=0 đến Qmax = 10 kVAr

b/- Với L tính được, xác định dòng bù tổng ( hài cơ bản)

ứng với các trường hợp góc điều khiển 1  2   3   4  

6

5 3

2

Trang 22

Ví dụ tính toán

Trang 23

Ví dụ tính toán

Trang 24

Giải:

a/- Tính L để có thể bù từ Qmin=0 đến Qmax = 10 kVAr

Công suất bù của tụ:

2

U

C X

,

Trang 25

U U

C j i

U I

L

.

1 L 1

Ta có kết quả:

Trang 26

Ví dụ 3.5:

Cho bộ biến đồi điện áp xoay chiều một pha, tải RL,

Điện áp nguồn U = 220V, tần số nguồn ac f=50Hz

Kết luận gì về tính liên tục của dòng tải trong các trường hợp sau:

Trang 27

] [ ,

,

rad

arctg R

L arctg

523 0 6

3042

0 10

01 0 314

 Dòng tải gián đọan

Trang 28

.

rad

arctg R

L

1

01 0

Trang 29

Mạch ứng dụng: Điều chỉnh tốc độ động cơ máy hút bụi

Trang 30

Mạch ứng dụng: Điều chỉnh độ sáng đèn

LC: mạch lọc; L = 2.5H, C = 0.15 F

Trang 31

Cấu hình bộ biến đổi điện áp xoay chiều 3 pha với tải đấu Y

Trang 32

Phân tích hoạt động của BBĐ điện áp xoay chiều 3 pha khá phức tạp

 thường sử dụng các chương trình mô phỏng

Trang 33

Dạng sóng dòng, áp ngõ ra trên 1 pha

Trang 34

Dạng sóng dòng, áp ngõ ra trên 1 pha

Trang 35

Tải R, góc kích   120o

Trang 39

Biến thiên điện áp hiệu dụng ngõ ra với góc kích

Trang 40

Công tắc xoay chiều

Tên gọi tiếng Anh: Solid state relay, Semiconductor relay…

Có thể hoạt động với tần số cao, đáp ứng nhanh, không gây phóng điện

Có tổn hao trên linh kiện bán dẫn  Cần giải nhiệt

Sử dụng trong: đóng ngắt động cơ, chuyển mạch nguồn cho lưới điện,

chuyển mạch trong hệ thống UPS…

Trang 42

Công tắc xoay chiều

Đóng cắt đồng bộ với thời điểm áp lưới qua zero

Thời điểm tắt dòng tải

Điện áp nguồn

Dòng tải

Tín hiệu

điều khiển

Trang 43

43Công tắc xoay chiều 1 pha

Trang 44

Công tắc xoay chiều 1 pha

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

điểm áp lưới qua zero

Trang 45

Trang 46

Cấu trúc một bộ contact xoay chiều 3 pha

Trang 47

Điều khiển bộ biến đổi điện áp xoay chiều

Điều khiển pha:

 Phương pháp thông thường:

điều khiển kích dẫn theo góc kích   nhiều sóng hài điện áp

 Phương pháp chuyển mạch cưỡng bức:

- Điều khiển kích dẫn & kích tắt

- Điện áp ngõ ra có thể được điều khiển theo kiểu điều rộng xung  giảm sóng hài

- Cần sử dụng các linh kiện có thể kích tắt (transistor, GTO…) hoặc SCR với mạch tắt cưỡng bức

Trang 48

Điều khiển bộ biến đổi điện áp xoay chiều

Điều khiển tỉ lệ thời gian (Time duty ratio control)

Sử dụng contact xoay chiều, đóng ngắt đồng bộ với thời điểm áp lưới qua zero Chu kỳ đóng ngắt công suất cho tải: T = nTs (Ts: chu kỳ áp lưới)

Trang 49

Ví dụ 3.2

Công tắc xoay chiều ba pha dạng đầy đủ mắc vào tải theo cấu hình sao

Công suất tải P= 20kW, hệ số công suất 0,707

Tính đđịnh mức áp và dòng cho linh kiện Áp nguồn có trị hiệu dụng áp dây 440V

Lưu ý: Khi tính chọn SCR cần biết:

- Điện áp ngược cực đại cĩ thể đặt lên SCR,

- Dịng trung bình , hoặc dịng hiệu dụng qua SCR

Trang 50

cos



Điện áp đỉnh đặt lên SCR:

] [ ,

U

Trang 51

Ví dụ 3.6

Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha điều khiển theo phương pháp tỉ lệ thời gian

Áp nguồn xoay chiều U = 220V,  = 314 rad/s

Thời gian đóng 1s, thời gian ngắt 0,5s Tải thuần trở R = 50

a/- Tính trị hiệu dụng điện áp tải và dòng tải

b/- Tính công suất tải

c/- Tính hệ số công suất nguồn

Trang 52

1 220 T

T U

Do tải R nên trị hiệu dụng dòng tải 3 , 592 [ A ]

50

6 ,

179 R

U

b/- Công suất tải R:

] W [ 333 , 645 50

6 ,

179 R

U

c/- Hệ số công suất nguồn

8166 ,

0 592 , 3 220

333 ,

645 I.

U

P S

P

t

R R

Trang 53

Chương 3

BÀI TẬP

Trang 54

Bài tập

Bài 1: Bộ biến đổi điện áp xoay chiều một pha tải R với thông số: nguồn ac có

trị hiệu dụng áp pha 480V, f=50Hz, điện trở tải R=50  Góc kích  800 Hãy xác định:

- trị hiệu dụng áp tải;

- công suất tải

- hệ số công suất

- trị hiệu dụng và trị trung bình dòng qua SCR

- hệ số méo dạng dòng điện nguồn (DF)

Trang 55

Bài tập

Bài 2: Bộ biến đổi điện áp xoay chiều một pha tải R với thông số : nguồn ac có

trị hiệu dụng áp pha 240V, f=50Hz, điện trở tải R=45  Xác định góc kích để công suất tải bằng 800W

Trang 56

Bài tập

Bài 3: Một tải thuần trở tiêu thụ công suất 200W dưới tác dụng nguồn điện

120V, 50Hz Thiết kế mạch cung cấp công suất 200W cho điện trở trên khi sử dụng nguồn lưới là 240V, 50Hz Xác định giá trị điện áp đỉnh trên tải

Trang 57

Bài tập

Bài 4: Bộ biến đổi điện áp xoay chiều một pha tải R với thông số : nguồn ac có

trị hiệu dụng áp pha 120V, f=50Hz, điện trở tải R=32  Xác định phạm vi điều chỉnh góc kích để công suất tải thay đổi trong khoảng 200 đến 400W Xác định phạm vi thay đổi hệ số công suất tương ứng

Trang 58

Bài tập

Bài 5: Thiết kế mạch cung cấp công suất từ 750W đến 1500W cho điện trở

R=30 Cho biết nguồn lưới ac có trị hiệu dụng pha 240V, 50Hz Xác định trị trung bình và trị hiệu dụng cực đại dòng điện đi qua SCR và giá trị điện áp đỉnh trên linh kiện

Trang 59

Bài tập

Bài 6: Thiết kế mạch cung cấp công suất không đổi bằng 1000W cho một tải

điện trở có độ lớn R thay đổi trong phạm vi từ 20 đến 40  Cho biết nguồn lưới ac có trị hiệu dụng pha 240V, 50Hz Xác định trị trung bình và trị hiệu dụng cực đại dòng điện đi qua SCR và giá trị điện áp đỉnh trên linh kiện

Trang 60

Bài tập

Bài 7: Thiết kế mạch điều chỉnh chiếu sáng cho bóng đèn 120V,100W Nguồn

điện lưới ac 120V, 50Hz Xác định góc kích của triac để công suất đèn bằng: 30W; b/-60W Giả thiết rằng đèn hoạt động như tải thuần trở không đổi

Trang 61

Bài tập

Bài 8: Bộ biến đổi điện áp xoay chiều một pha với linh kiện S1 là SCR và S2 là

diode S1 điều khiển với góc kích 

a Xác định trị hiệu dụng áp tải theo hàm và biên độ áp nguồn

b Phạm vi điều khiển áp trên tải

Trang 62

Bài tập

Bài 9: Bộ biến đổi điện áp xoay chiều một pha với góc kích khác nhau cho các

SCR:1 đối với SCR1 và 2 đối với SCR2 Xác định trị hiệu dụng áp tải theo các tham số Um, 1 và 2

Định dạng
Số trang	62
Dung lượng	1,45 MB