Chuong3 TBD HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

Chương CÁC BỘ BIẾN ĐỔI Các đại lượng xoay chiều f, u3, f2 chiều Bộ băm điện áp trực tiếp gián tiếp Bộ biến tần Bộ điều chỉnh điện áp xoay chiều Nguồn điện nhà máy điện sản xuất có dạng hình sin với trị số điện áp tần số định (thường 50Hz) Các động truyền động cho máy sản xuất lại có yêu cầu khác nguồn điện cấp Do vậy, mục 1.1 chương 1, sơ đồ khối hệ truyền động điện phải có biến đổi Các biến đổi (BBĐ) dùng để biến đổi đại lượng điện nguồn điện đầu vào thành đại lượng đầu cho phù hợp với yêu cầu cấp điện động điện Bộ biến đổi khâu quan trọng hệ truyền động điện khả chất lượng điều chỉnh chế độ làm việc động điện máy sản xuất định BBĐ Hình 3-1 biểu thị sơ đồ tổng thể vai trò, tác dụng biến đổi Bộ chỉnh lưu có điều khiển Các đại lượng Máy biến áp Các đại lượng Các đại lượng không ĐK xoay chiều xoay chiều chiều Nghịch lưu độc lập (tăng, giảm f, u1 f, u2 I , U1 phụ thuộc áp) áp Các đại lượng chiều I , U2 Hình 3-1 Vai trò, tác dụng biến đổi Các BBĐ dùng để biến đổi nguồn (nguồn áp, nguồn dòng), loại dòng điện (xoay chiều, chiều), tần số, số pha, mức (điện áp, dòng điện) 3.1 BỘ CHỈNH LƯU D1 D u2∼ Zpt u1∼ u1∼ u2 c b u2∼ u2 a ∼ Zpt D2 u D2 u2∼ u1∼ b) ∼ D1 Zpt ∼ 22∼ a) a u21 D3 o d) D4 D1 D6 D3 u2 D2 D5 D1 D2 D3 Zpt c) c b D4 Zpt ∼ a T1 e) Hình 3-2 Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lưu c b T2 T3 Zpt o f) Bộ chỉnh lưu dùng để biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện chiều Bộ chỉnh lưu có loại: Chỉnh lưu không điều khiển (hình 3-2a, b, c, d, e) chỉnh lưu có điều - 24 - khiển (hình 3-2f); Chỉnh lưu nửa chu kỳ (hình 3-2a), chỉnh lưu hai nửa chu kỳ (hình 3-2b), chỉnh lưu cầu (hình 3-2c, e), chỉnh lưu hình tia ( hình 3-2d, f) ; Chỉnh lưu pha (hình 32a, b, c), chỉnh lưu ba pha (hình 3-2d, e, f) Trong chỉnh lưu không điều khiển thường dùng diode, chỉnh lưu có điều khiển thường dùng thyristor Giá trị dạng điện áp dòng điện chỉnh lưu phụ thuộc vào tính chất tải dạng chỉnh lưu 3.1.1 Chỉnh lưu không điều khiển Mắc diode nguồn xoay chiều phụ tải diode cho dòng điện chạy qua tải nửa chu kỳ mà nguồn phân áp thuận cho diode, diode khoá nửa chu kỳ bị phân áp ngược Khi phân áp thuận, diode thông, dẫn dòng trị số dòng điện phụ thuộc vào điện áp nguồn tổng trở phụ tải Bảng 3-1 (chúng tóm tắt từ giáo trình Điện tử công suất) cho biết sơ đồ nối điện sơ đồ chỉnh lưu, dạng trị số trung bình dòng điện điện áp chỉnh lưu tải, điện áp ngược cực đại diode Trong bảng 3-1: Ittb, Uttb – Giá trị trung bình dòng điện điện áp chiều phụ tải; U2 – Giá trị hiệu dụng điện áp thứ cấp máy biến áp nguồn; U ngmax - Điện áp ngược cực đại đặt lên diode; I – Giá trị hiệu dụng dòng điện cuộn thứ cấp máy biến áp nguồn; SBA – Công suất MBA nguồn; P – Công suất chiều phụ tải Dạng giá trị dòng điện chiều tải phụ thuộc nhiều vào tính chất tải: Tải trở (đèn sợi đốt, lò điện trở, bếp điện ); Tải có tính chất cảm (cuộn dây rơ le, công tắc tơ, li hợp, cuộn kháng ); Tải R – E (bộ nạp ắc quy, bể điện phân ); Tải R–L–E (Động điện ) Ngoài ra, xin đưa thêm dạng điện áp ngược diode (so với điện áp nguồn điện áp chỉnh lưu) số trường hợp u2 π ut, i t ω t b) t ω t c) θ uAC ut, Ei π θ1 θ2 uA t ωt θ t t ωt uD1, iD1 a) t ωt t ω t C Hình 3-4 Chỉnh lưu 1pha nửa chu kỳ tải R-L Hình 3-3 Chình lưu 1pha nửa chu kỳ tải R u2 2π - 25 - Hình 3-6 Chỉnh lưu nửa CK hình tia tải R c) a) ωt uAC t ω t t b) 2π c) ut, i π uD2, iD2 u2 ωt a) b) u2 t ωt 2π t ωt t ωt Hình 3-5 CL nửa CK tải R-E Bảng 3-1 Sơ đồ, dạng chỉnh lưu điện áp dòng điện tải thông số điển hình CL không điều khiển Chỉnh lưu pha nửa chu kỳ Chỉnh lưu pha nửa chu kỳ D1 D u∼ Chỉnh lưu pha sơ đồ cầu u∼ Zt Ut O u∼ Zt u∼ D2 ut u∼ ut, i E ut, i t ωt D1 D1 a bu c 2∼ D2 D3 u2∼ b u2∼ u2∼ o D1 u∼ u∼ ut Zt c u2∼ D3 a D3 D5 Zt b D4 D6 D2 D3 D5 ut c o D1 E D1 Zt D2 Dạng ut, i sau CL Tải trở D4 Zt O D3 u2∼ Chỉnh lưu pha sơ đồ cầu ut D1 E a Zt D2 u∼ D1 D2 ut u∼ Sơ đồ D4 Chỉnh lưu pha nửa chu kỳ (hình tia pha) D2 D3 Zt ut a E b u∼ D4 D6 ut, i t D2 c Zut t ut ut, i t ωt t ω t ut, i L M π/6 π/6 5π/6 N P 9π/6 13π/6 t ωt π/6 3π/6 5π/6 - 26 - t ωt ut, i Tải R – L ut, i t θ2 Tải R – E t ωt ωt θ1 ut, i t ωt ut, i ut, i ut, i ut, i E E θ1 θ2 π 2π ωt t t ωt π/6 5π/6 9π/6 E ωt t N1 E ut, ut, i θ1 ω t θ2 Ittb t t ωt m Uttb π π 1 2U 2sinθdθ Uttb= ∫ 2U 2sinθ dθ Uttb= ∫ 2π π0 2U ≈ 0,45U2 π λ Tải R – L Uttb= ∫ 2U sin θdθ 2π = t ωt t ωt ωt i = u2 E π/6 i Tải R-L-E Tải R ut, i t ωt 2U (1 − cosλ) 2π = 2U ≈ 0,9U2 π 2U π ≈ 0,9U2 Uttb = 2 2U Uttb = π ≈ 0,9U2 2U π ≈ 0,9U2 Uttb = Uttb = 2π / 5π / N2 ut, i 3π/6 5π/6 t ωt ut u ∼ D6 D t ωt ut, i i I ut ttb 3π / ∫π / 2U 2sinθdθ UDDttb5= 2π / π∫/ 6U 2cos(θ − π / 3)dθ 6U 6U = ≈ 1,17U2 = ≈ 2,34U2 Zt 2π π D D c b a - 27 - 3t u ∼ ut D D5 D Utb = U2 2π [ cos θ U2 − (π − θ 1)sin θ ] = Tải R – E Uttb = π = [ cos θ Uttb = U2 − (π − θ 1)sin θ ] π 2U [ 2cos θ 1− ωτ sin θ ] = π 2U [ 2cos θ − ω τ sin θ ]  cos θ τ  2π = 2U  − sin θ   π T   cosθ τ  − sin θ  = 2U  T  π  [ cos θ − (π − θ 1)sin θ ] 2U [ 2cos θ 1− ω τ sin θ ] π  cos θ τ  − sin θ  = 2U  π T   Khi E < Zt D 2U : 3 6U Uttb= ≈ 1,17U2 2π Khi E > 2U 2 D Uttb= :  cosθ τ  − sin θ  Uttb = 2U  π T   Ittb U ttb U 2U Ittb = ttb = R R πR 0,45U 2U ≈ 0,9U 2 Tải R = ≈ R πR R Tải R – L U 2U 2 2U 0,9U Ittb = ttb = ≈ (1 − cosλ ) Ittb= R R 2π R πR 2U πR 0,9U ≈ R 0,9U 2 2U Ittb= ≈ R πR Tải R – E 2U 2sinθ − E dθ Ittb= π ∫ R θ1 Ittb = θ 2U 2sinθ − E dθ Ittb= 2π ∫ R θ1 = U2 2π R [ cos θ θ 2U 2sinθ − E dθ Ittb= π ∫ R θ1 − ( π − θ 1)sin θ ] = 2U [ 2cos θ − ω τ sin θ ] 2π R 2U  cosθ τ  − sin θ  =  R  π T  = Ittb = U2 πR [ cos θ − (π − θ )sin θ ] Ittb= 1 Ittb = πR 2U : 3π / 6U 2cos(θ − π / 3)dθ 2π / π∫/ = 6U ≈ 2,34U2 π u ∼ u E U ttb 6U 2,34U 2 Ittb = ≈ ut = R R πR Zt D D θ U2 6U 1,17U ≈ R 2πR c b a Khi E < Khi E < 5π / [ cos θ − (π − θ )sin θ ] 1 2U : 2U 2sinθ − E dθ Ittb= ∫ 2π / π / R U E 6U E 2U 2U Itb= − ≈1,17 = [ 2cos θ − ω τ sin θ ] = [ 2cos θ1 − ωτ sin θ1 ] R R 2πR R πR πR 2U Khi E > : 2U  cosθ τ  2U  cosθ τ  − sin θ  = − sin θ  =   R  π T R  π T θ   2U sinθ − E Ittb = 2π / θ∫1 Ittb = 2U  cosθ τ  − sin θ  R  π T  R dθ c a o D Ittb = 2π / ut Zt D D c a o D - 28 - Khi E < ut t 3π / 2U : 2U 2sinθ − E dθ R π /6 U −E = ttb R ∫ ut ωt E ut O D UngmaxD Tải R Ungmax = U2 Ungmax = 2U Ungmax = U2 Ungmax = 6U Tải R-L Ungmax = U2 Ungmax = 2U Ungmax = U2 Ungmax = 6U Ungmax = U2 + E Ungmax = 2U Ungmax = U2 Tải R-E I2 (BA)  2U sin θ  I2= ∫  ÷÷ dθ 2π  R  = I1 (BA) = I2/k S1 S2 S +S S= 2 I2/Ittb S/Pt π U2 πI = ttb 2R I I1 = 1,21 ttb k  2U sin θ  I2= ∫  ÷ dθ 2π  R ÷ π = πI U I2 = = ttb 2 R I2 = 2π π /6 ∫ πI ttb I1 = 2k I1 = I ttb 2dθ π /6 2I ttb 3k 1, 21πU ttb I ttb π2 π2 S1=U1I1= S1=U1I1 = UttbIttb S1 = U1I1 = UttbIttb S1 = 3U1I1 = 2πU ttb 2Ittb 8 6.3 ≈ 2,69UttbIttb ≈ 1,23UttbIttb ≈ 1,23UttbIttb ≈ 1,21UttbIttb 2 2πU ttb I ttb π U ttb I ttb π U ttb I ttb π U ttb I ttb S2 = U2I2 = S2 =3U2I2 = S2=2U2I2= S2 = U2I2 = 2 ≈ 1,23UttbIttb ≈ 1,48UttbIttb ≈ 3,49UttbIttb ≈ 1,74UttbIttb S ≈ 1,48UttbIttb S ≈ 1,23UttbIttb S ≈ 1,345UttbIttb S ≈ 3,09 UttbIttb = 1,34P t = 1,48Pt = 1,23Pt = 3,09Pt 0,58 1,57 0,78 1,11 3,09 1,48 1,23 1,34 u∼ D Ungmax = 6U Zt D Ungmax = 6U D D I2 = π π /3 ∫ Ittb 2dθ = I ttb u∼ Zt D I1 = I2 = k I ttb k E πU ttb I ttb ut S1 =3U1I1 = 3 D ≈ 1,047U I ttb ttb D S2 = 3U2I2 = S1 ≈ 1,047UttbIttb D u∼ Zt D ut - 29 - Ungmax = 6U I ttb = U2 πI = ttb 2R πI ttb I1 = 2k Ungmax = 6U u∼ O D S ≈ 1,047UttbIttb = 1,047P t 0,82 1,05 3.1.2 Chỉnh lưu có điều khiển Mắc thyristor nguồn phụ tải dù nửa chu kỳ mà nguồn phân áp thuận cho thyristor, thyristor không thông không cho dòng điện chạy từ nguồn qua phụ tải Muốn thyristor thông phải có hai điều kiện: Thyristor phải phân áp thuận có xung điều khiển Thyristor bị khoá bị phân áp ngược dòng dẫn qua tiristor giảm xuống nhỏ dòng điện trì Khi góc mở α = 0, khoảng thông thyristor lớn (bằng π), α = π, khoảng thông thyristor nhỏ (bằng 0) Khoảng thông thyristor tăng điện áp chiều trung bình phụ tải tăng Khi góc mở α = thyristor dẫn dòng diode Do ta coi chỉnh lưu không điều khiển trường hợp đặc biệt chỉnh lưu có điều khiển Dạng dòng điện điện áp chiều phụ tải phụ thuộc vào điện áp nguồn tính chất phụ tải mà phụ thuộc vào góc mở α Bảng 3-2 trình bày tóm lược dạng điều khiển dùng thyristor số trường hợp Ngoài ra, xin đưa thêm số dạng điện áp ngược đặt lên thyristor: t a) t ωt a) ωt α t b) ωt uAC ut, i t c) λ O O’ α uAC Hình 3-7 Chỉnh lưu có ĐK 1pha nửa CK tải R t t b) ωt λ’ ωt uAC t ωt c) ωt t ωt a) ut, i ut, i b) u u u t c) Hình 3-8 Chỉnh lưu có ĐK 1pha nửa CK tải R-L ωt Hình 3-9 Chỉnh lưu có ĐK 1pha nửa CK tải R-E u2 u2 t ωt a) b’) u2 t b) uT1, iT1 t ωt b) ωt uT1 t ωt c) uT2, iT2 uT2 t c) ωt ut, i ut, i d) t ωt d) t ωt Hình 3-10a Chỉnh lưu có ĐK 1pha nửa CK (sơ đồ có điểm giữa) tải R uT1 c’) t ωt t ωt uT2 d’) t ωt ut, i t ωt e) e’) t ωt Hình 3-10b Chỉnh lưu có ĐK 1pha nửa CK (sơ đồ có điểm giữa) tải R-L (dòng gián đoạn dòng liên tục) - 30 - Bảng 3-2 Sơ đồ, dạng chỉnh lưu điện áp dòng điện tải thông số điển hình chỉnh lưu có khiển Chỉnh lưu pha nửa chu kỳ Chỉnh lưu pha nửa chu kỳ T1 T D u2∼ u2∼ Zt Ut O u2∼ Sơ đồ Zt Chỉnh lưu pha sơ đồ cầu T4 u2∼ u2∼ O Tải trở ut T4 u2∼ a) α Zt T1 ut E T2 Zt T3 ut Zt ut E ut,i ut, i t t t ωt ωt ωt ut, i t ωt ut,i t ωt ut, i t ωt - 31 - u2∼ u2∼ a T3 T5 Zt b T4 T6 T2 T3 T5 ut c o c T3 ut b) o c T3 a u2∼ b u2∼ T1 ut ut, i α T2 T2 T1 T2 ut, i T1 Zt T1 D E1 Z u2∼ Chỉnh lưu pha sơ đồ cầu T3 ut u2∼ Dạng ut, i sau CL a u2∼ b T1 T2 T2 Chỉnh lưu pha nửa chu kỳ T1 u2∼ u2∼ T4 a E b T6 T2 c Z t ut ut, i ut, i Tải R – L t λ O O’ α ut, i t ωt ωt λ’ ut,i ut, i ut, i d) ut, i ut, i ωt t t t ωt ωt ωt ut, i T T T T3 5π/6 9π/6 t 13π/6 T2 ut,i ut, i α π/6 t ωt t ωt ut ωt ut, i t Tải R – E t ut, i t ωt t ωt ut, i ut, i t t ωt Tải R-LE ωt ut, i t ωt ut, i t ωt Uttb π Uttb= Tải R = π 1 2U sin θdθ Uttb = ∫ 2U 2sinθ dθ ∫ 2π α πα 2U (1 + cosα) 2π = 2U (1 + cosα) π Uttb = 2U (1 + cosα) π Dòng gián đoạn ((α > π/6): π 2U sin θ dθ Uttb = 2π / π / ∫6+ α = U ( + cos ( π/6 + α ) ) 2π Dòng liên tục (α < π/6): - 32 - Dòng gián đoạn ((α > π/6): π 2U sin θ dθ Uttb= 2π / π / ∫6+ α = U ( + cos ( π/6 + α ) ) π Dòng liên tục (α < π/6): ωt π /6 + α Uttb = = Tải R – L = 2U sin θ dθ 2π ∫α 2U (cosα − cosλ ) 2π Uttb = 2U cosα π Với: λ = π + α Uttb = Utb = 2U Tải R – E  cos α − cosθ − (θ − α ) sin θ  2π  = 1 2U (cosα + cosθ 1) − E(π − θ 1− α )  2π  Với θ1 < α < θ2 2U  cos α − cosθ − (θ − α )sin θ  π  = 1 2U (cosα + cosθ 1) − E(π − θ 1− α )  π Với θ1 < α < θ2 Uttb = 2U π  cos α − cosθ − (θ − α )sin θ  = 1 2U (cosα + cosθ 1) − E(π − θ 1− α ) π Với θ1 < α < θ2 a) Dòng gián đoạn: a) Dòng gián đoạn: 2U 2U Uttb = (cosα − cosλ ) Uttb = (cosα − cosλ ) π π 2U E E = cos α − cosλ − a(λ − α ) - (λ − α ) - (λ − α ) π π 2π Tải R-Lb) Dòng liên tục: b) Dòng liên tục: E E với a = α ≤ θ ≤π 2U 2 2U 2U Uttb = Uttb = cosα − E cosα − E π π λ Uttb = ∫ ( 2U sin θ − E)dθ 2π α [ 6U cosα ≈ 1,17U2cosα 2π Uttb = = 2π / π /6+ α ∫ 2U sin θ dθ π /6 + α 6U cosα ≈ 1,17U2cosα π 5π / 6+ α a) Dòng gián đoạn: Dòng liên tục(α < π/6 không 2U sin θ dθ phụ thuộc vào trị số điện Uttb= 2U 2π / π / 6∫+ α Uttb= (cosα − cosλ ) cảm α > π/6 với trị π 6U số điện cảm lớn) b) Dòng liên tục: = cosα ≈ 2U π 6U 2U = (cosα − cosλ ) Uttb= cosα Uttb = cosα π 2,34U2cosα π π Với: α ≤ θ ≤ λ ≈1,17U2cosα b) Dòng liên tục: a) Dòng gián đoạn: λ Uttb= ∫ 2U sin θ dθ πα λ Uttb= 2U sin θ dθ 2π / π /6∫+ α ] - 33 - chọn gần với tần số cộng hưởng mạch tải bị hạn chế thời gian phục hồi trạng thái khoá cho khoá bán dẫn: fmax = (3-2) 10t k Nếu tần số dòng điện tải không phụ thuộc vào chất tải biến đổi gọi độc lập Trường hợp ngược lại gọi phụ thuộc Hình 3-19c, d biểu diễn dạng đại lượng u t i Thực tế coi điện áp hình sin Hình 3-19c: Tải có tính chất dung Hình 3-19d: Tải có tính chất cảm Với khoá dùng transitor cần lưu ý mở (thông) chồng chéo hai nhóm khoá thời gian ngắn, nguồn S i bị ngắn mạch Dù thời gian ngắn gây áp lớn lúc chuyển mạch * Sơ đồ hai khoá mắc song song Z a A L a Z b A L B * w/2 w/2 + A A a) a _ b L + ing T1 u2 _ + A E _ u1 i11 C FX T2 i12 b i2 A L B * Z a i2 A iC FX c) Z B C T1 T2 FX _ + i11 E B E T1 B * + C _ b u1 + ing iC B T2 A E T1 _ d) * + _ C FX u2 B iC B T2 i12 Hìnhb)3-20 Bộ nghịch lưu nguồn dòng pha song song Bộ biến đổi (hình 3-20a) gồm hai thyristor T T2 nối song song với để điều khiển dòng điện qua cuộn sơ cấp máy biến áp xung cuộn sơ cấp có điểm Trong mạch có cuộn cảm L có trị số lớn mắc nối tiếp để ổn định dòng điện cấp tải hạn chế dòng điện cực đại Tụ C mạch tụ điện chuyển mạch giúp cho việc khóa thyristor T1, T2 Trường hợp dùng transitor không cần tụ tắt dòng Khối phát xung (FX) cấp xung điều khiển T T2 lệch pha 1800 Khi cuộn sơ cấp MBAX có dòng điện xoay chiều có tần số tần số xung điều khiển thyristor Dòng điện tải phía thứ cấp MBAX dòng xoay chiều có tần số có dạng xung hình chữ nhật - 41 - Tần số nghịch lưu lớn bị giới hạn thời gian cần thiết để khoá thyristor Điện áp phụ tải biến đổi bị phụ thuộc nhiều vào thông số tải nên để giảm ảnh hưởng đặc biệt với phụ tải có tính chất cảm, người ta dùng thêm diode hoàn lượng để hoàn trả lượng tích luỹ từ trường phần cảm tải nguồn sơ đồ nghịch lưu Mac Maray Betpho hình 3-21 Các diode nối vào anode thyristor (hình 3-21a) hay nối vào cuộn sơ cấp MBAX (hình 3-21b) Z A A L B * + D1 D2 Lk _ a) b B * d m c A T1 E T2 D1 B D2 Lk _ b) Hình 3-21 Sơ đồ nghịch lưu Mac Maray Betpho * Sơ đồ hai khoá mắc nối tiếp i + T1 E Z C B T2 T1 A L + C A E a L1 T/2 t ωt i L2 Zpt T2 _ f = f0 T b) f < f0 c) t ωt C a) i d) f > f0 t ωt Hình 3-22 Bộ nghịch lưu nguồn dòng pha nối tiếp Trong sơ đồ nối tiếp, tải tham gia trực tiếp gián tiếp vào mạch dao động việc thông thyristor có chu kỳ Thyristor khoá nhờ cộng hưởng (hình 3-22a) Sơ đồ gồm hai thyristor, cuộn kháng có điểm tụ điện C Bộ nghịch lưu nối tiếp cho dòng điện tải có dạng gần hình sin thường dùng nguồn tần số cao (lò cảm ứng, máy làm siêu âm ) Dạng dòng điện phụ thuộc vào quan hệ chu kỳ T (hoặc tần số f) tạo xung mở thyristor với chu kỳ T0 (hay tần số f0) mạch vòng dao động L – C: - Khi f = f0: Dạng dòng điện tải hình sin (hình 3-23b); - 42 - - Khi f < f0: Dạng dòng điện tải bị ngắt quãng (hình 3-23c); - Khi f > f0: Dạng dòng điện tải có dạng gần hình chữ nhật với tốc độ tăng dòng điện điện áp lớn (hình 3-23d) Cảm kháng L1, L2 sơ đồ giữ vai trò quan trọng nhờ tương hỗ mạnh chúng nên điều khiển thông thyristor thyristor có điện áp ngược lớn lúc chuyển mạch làm tăng độ tin cậy việc khoá thyristor b) Bộ nghịch lưu nguồn dòng ba pha Sơ đồ nguồn dòng ba pha hình 3-23a Các xung mở - khoá điện tử sơ đồ phân phối tương tự với nghịch lưu nguồn áp ba pha Dòng điện có dạng bậc thang Trường hợp khoá điện tử dùng thyristor với chuyển mạch phụ thuộc cần có diode cách ly để phân cách phụ tải với tụ chuyển mạch để trình chuyển mạch không bị ảnh hưởng hình thành mạch cộng hưởng L – C cảm kháng tải tụ chuyển mạch Hình 3-23b sơ đồ nghịch lưu ba pha nguồn dòng chuyển mạch phụ thuộc L L + + K1 E K5 K3 B A K4 C3 T5 C5 C K6 C1 T3 T1 E K2 A D4 D1 T4 C4 B D6 D3 C2 C D2 T6 C6 D5 T2 O ZA ZB ZC ZA O’ a) Hình 3-23 Bộ nghịch lưu nguồn dòng ba pha ZC ZB b) Kết luận: - Các nghịch lưu biến đổi tín hiệu điện chiều thành tín hiệu điện xoay chiều chỉnh lưu ngược lại, biến tín hiệu điện xoay chiều thành tín hiệu điện chiều Đó hai trình biến đổi ngược - Các chỉnh lưu có hai chế độ làm việc: Chủ yếu biến đổi lượng dòng điện xoay chiều thành chiều, số điều kiện đó, chúng biến lượng dòng điện chiều thành dòng điện xoay chiều Các nghịch lưu có hai chế độ làm việc: Chúng chủ yếu biến đổi lượng dòng điện chiều thành xoay chiều số điều kiện chúng biến lượng dòng điện xoay chiều thành chiều - Các sơ đồ nghịch lưu phân loại phổ biến theo tương tự chúng với sơ đồ chỉnh lưu phân loại theo nguồn nguồn áp hay nguồn dòng 3.3 BỘ BIẾN ĐỔI MỨC ĐIỆN ÁP (DÒNG ĐIỆN) 3.3.1 Máy biến áp Máy biến áp (MBA) làm nhiệm vụ biến đổi điện áp u1 (hay dòng điện i1) từ lưới điện có tần số f1 thành điện áp u2 (hay dòng điện i2) đưa đến phụ tải có tần số Máy biến áp - 43 - có ưu điểm giữ điện áp lấy có dạng hình sin Thường dùng máy biến áp hai dây quấn hay máy biến áp tự ngẫu, pha hay ba pha Trong sơ đồ nguyên lý, máy biến áp hai dây quấn thường có ký hiệu hình 3-24a 3-24b, 3-24c 3-24d A u1, i1, f1 A O ∼ ∼ u1, i1, f1 B C ∼ Y a Y o ∼ b u2, i2, f1 a) d) b) ∼ b ∼ c u2, i2, f1 c) Hình 3-24 Ký hiệu máy biến áp hai dây quấn a 3.3.2 Bộ điều chỉnh điện áp (dòng điện) xoay chiều Chúng ta điều chỉnh mức điện áp máy biến áp nói để điều chỉnh liên tục giá trị điện áp ứng với vòng dây khó, với máy biến áp có công suất lớn Hơn nữa, việc thay đổi mức điện áp nhờ tiếp điểm nên dễ gây đánh lửa tiếp xúc không tốt Bộ điều chỉnh điện áp xoay chiều thiết bị bán dẫn cho phép điều chỉnh trơn thiết bị không tiếp điểm Các biến đổi điện áp xoay chiều thường sử dụng thyristor triac Có hai loại: Bộ điều chỉnh điện áp xoay chiều pha điều chỉnh điện áp xoay chiều ba pha Hình 3-25 vẽ sơ đồ nguyên lý điều chỉnh điện áp xoay chiều pha ba pha Hình 3-25a: Điều chỉnh điện áp xoay chiều pha dùng triac; Hình 3-25b: Điều chỉnh dùng thyristor mắc song song ngược; Hình 3-25c,d: Điều chỉnh điện áp xoay chiều ba pha dùng tiristor có tải đấu Y đấu Δ, cuộn sơ cấp máy biến áp đấu Y Với phụ tải cấp từ nguồn xoay chiều hình sin qua biến đổi dùng triac hay hai thyristor mắc song song ngược (hình 3-25a, b) có hai chế độ làm việc: - Chế độ thông – khoá đóng - cắt không tiếp điểm Khi đóng, phụ tải nối với nguồn tiêu thụ công suất Khi cắt, phụ tải bị tách khỏi nguồn, công suất tiêu thụ - Chế độ thông – khóa để điều chỉnh dòng điện xoay chiều qua việc điều khiển góc mở α Sau nghiên cứu kỹ chế độ làm việc thứ hai Xung đ.kh c a b u2 T1 Zpt u∼ a) u2 T1 T1 Zpt Xung đ.kh b) T3 T6 T5 T2 Zpt Xung đ.kh T2 u∼ T4 - 44 - a T4 c c)b T3 T6 Zpt d) T5 T2 Hình 3-25 Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh điện áp xoay chiều pha pha a) Bộ điều chỉnh điện áp (dòng điện) xoay chiều pha * Tải trở Điện áp nguồn xoay chiều hình sin U = 2U sin θ (hình 3-26a) đặt vào biến đổi điện áp xoay chiều hình 3-25b Dạng điện áp dòng điện tải hình 3-26b, c Giá trị tức thời dòng điện tải: 2U sin θ R i= (3-3) Giá trị góc θ nằm khoảng sau: α ≤ θ ≤ π nửa chu kỳ duơng;  α + π ≤ θ ≤ 2π nửa chu kỳ âm; Mặc dù tải trở điện áp hình sin bị xén phần nên dòng điện phụ tải trở không hình sin Khai triển Fourier gồm thành phần sóng sóng hài bậc cao Người ta chứng minh thành phần sóng dòng điện tải (i 1) chậm sau nguồn u góc φ tải trở Điều có nghĩa mạch tiêu thụ phần công suất phản kháng từ lưới tải trở Giá trị hiệu dụng điện áp tải: Ut = (π − α) + sin 2α U π (3-4) u u = Úsinθ Giá trị hiệu dụng dòng điện tải: I= (π−α) + sin 2α a) π Ut = U R R (3-5) π Công suất tiêu thụ tải: Pt = Ut I = U R (π − α) + sin 2α ut π 3π ωt t (3-6) Khi α = ut i có dạng hình sin Ut = U., I = b) 2π U R Khi α = ÷ π giá trị hiệu dụng điện áp U t giảm từβ π+α U ÷ Như vậy, cách t thay đổi góc mở α từ ÷ π, người ta điều chỉnh α công suất tiêu thụ tải từ giá ωt trị cực đại P max = U2/R đến giá trị cực tiểu P = u u = Úsinθ i a) ωt t ωt c) t - 45 - Hình 3-27 Điều chỉnh dòng điện xoay chiều với tải R + L ut b) α π π+α ωt 2π 2π+α t i i i1 c) ωt t ϕ Hình 3-26 Điều chỉnh dòng điện xoay chiều với tải R * Tải cảm kháng R + L Điện áp dòng điện tải (hình 3-27b, c) có thành phần sóng sóng hài bậc cao tải trở nói Trị số điện cảm L lớn thành phần sóng hài bậc cao bé Khi thyristor thông, với điều kiện ban đầu i (0) = và: φ = arctg ωL ;α