tài liệu điện tử cơ sở và ứng dụng

ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT ỨNG DỤNG - Điện tử công suất điều khiển động điện, (dòch từ tiếng Anh) - NGUYỄN BÍNH, Điện tủ công suất, Hànội, nhà xuất KHKT - tiếng Việt: - PTS Nguyễn văn Nhờ, Điện tủ công suất & Bài tập, ĐHBK TP HCM - tieáng Anh: - M.H Rashid, POWER ELECTRONICS – Circuits, devices and applications, Pearson Education Inc., Pearson Prentice Hall 2004 Tài liệu tham khaœo: ( Mạch điện tử công suất, điều khiển ứng dụng ) Môn học http://www.powersimtech.com/index.php?name=download chương trình mô PSIMDEMO: http://www.4shared.com/account/dir/1CcVzXvw/sharing.html - tải giảng tài liệu tham khảo: Chương 7: Điều khiển động Chương 6: Bộ nguồn chiều Chương 5: Nghòch lưu biến tần nguồn áp Chương 4: BBĐ áp chiều Chương 3: BBĐ điều khiển pha Chương 2: Linh kiện điện tử công suất Chương 1: Mở đầu Nội dung: trang / 25 ch1 mo dau Mở đầu 1.4 Bảo vệ linh kiện công suất biến đổi 1.3 Tính chọn linh kiện công suất 1.2 Nội dung phương pháp khảo sát mạch điện tử công suất 1.1 Khái niệm chung: Bộ biến đổi ngắt điện điện tử Chương 1: trang / 25 ch1 mo dau BBĐ - Bộ Biến Đổi = Mạch ĐTCS + ĐIỀU KHIỂN - Phân loại Biến Đổi (BBĐ - Converter) theo mục đích: AC > DC: chỉnh lưu AC > AC: BBĐ áp AC, Biến tần DC > DC: BBĐ áp DC DC > AC: Nghòch lưu - ĐTCS: phận Điện tử ứng dụng hay Điện tử công nghiệp Kỹ thuật biến đổi điện Điện tử công suất lớn Điện tử công suất (Power Electronics) - Các tên gọi: ĐTCS BBĐ: I.1 CÁC KHÁI NIỆM: trang / 25 ch1 mo dau quát - Được lý tưởng hóa để khảo sát mạch ĐTCS có giá trò tổng - Làm việc chế độ đóng ngắt Là linh kiện điện tử: Ngắt điện bán dẫn: - BBĐ phân loại theo phương thức hoạt động NĐBD Ví dụ Ngắt Điện Điện Tử: Diod, Transistor, SCR - Mạch ĐTCS sử dụng Ngắt Điện Bán Dẫn NĐBD (Ngắt Điện Điện Tử – SEMICONDUCTOR SWITCH) Bộ Biến Đổi (tiếp): trang / 25 ch1 mo dau Diode G NDBDMC OFF : phân cực ngược: VAK < 0, hở mạch SCR ON : phân cực thuận: VAK > 0, sụt áp thuận VF = 0, dòng phụ thuộc mạch - DIODE ( chỉnh lưu ): trang / 25 ch1 mo dau Diode G NDBDMC ON, SCR OFF IA -> SCR có khả tự giữ trạng thái dẫn điện: SCR ON : Dẫn điện (đóng mạch) G ≠ phân cực thuận VAK > OFF : Có thể ngắt mạch hai chiều ( VAK > VAK < ) G = - SCR ( Chænh lưu có điều khiển ): trang / 25 ch1 mo dau Diode G NDBDMC SCR Trong thực tế, NGẮT ĐIỆN linh kiện hay tổ hợp linh kiện điện tử BJT (G dòng cực B), MOSFET công suất (G áp VGS) Có hai loại : ON : Dẫn điện (đóng mạch) G ≠ OFF : Ngắt mạch G = VS luôn > : không phân cực ngược - Ngắt điện bán dẫn chiều (NĐBDMC) - gọi tắt ngắt ñieän hay TRANSISTOR: trang / 25 ch1 mo dau Số đo => Các đặc trưng áp, dòng, công suất hoạt động mạch: u(t), i(t) phần tử Biểu thức cho điện áp VO, VR có dạng tương tự 1 ⎡ ⎤ IO = ∫ i(t)dt ; I R = i(t) dt T T T ∫T ⎣ ⎦ Các biểu thức cho dòng điện trung bình hiệu dụng: - Giá trò hiệu dụng VR, IR - Giá trò trung bình VO, IO - Giá trò cực đại: Các đặc trưng áp, dòng: Đầu ra: Sóng hài bậc (cơ bản) (a), bậc (b), bậc (c) tổng (d) = (a)+(b)+c) Phân tích thành phần Fourier tín cưa (o) Sóng hài bậc cao hệ số hình dáng: I.2 NỘI DUNG KHẢO SÁT MẠCH ĐTCS: Đầu vào khảo sát : Mạch ĐTCS + tín hiệu điều khiển NĐBD + taûi trang 10 / 25 ch1 mo dau trang / 25 ch1 mo dau Tổng hợp thành phần Fourier xung vuông đến sóng hài (harmonics) khác trang 11 / 25 ch1 mo dau ∞ n=1 n=1 Bn = ⎡ An ⎤ ⎥ ⎣ Bn ⎦ VR = Vo2 + ∞ ∑ Vn n=1 v(t) ⋅ cos nω t ⋅ dt T ∫T vaø = Vn sin(nω t − ϕn ) : V0 : trò số trung bình ( thành phần chiều ) v(t) ω : tần số góc v(t), chu kỳ T=ω/2π vn: sóng hài bậc n – có tần số nω An , Bn : thành phần sin, cos sóng hài bậc n Vn , ϕn : biên độ lệch pha sóng hài bậc n VR : Trò hiệu dụng v(t) ϕn = tg −1 ⎢ v(t) ⋅ sin nω t ⋅ dt T ∫T Vn = An2 + Bn2 An = v(t) = VO + ∑ ( An sin nω t +Bn cos nω t) = VO + ∑ với ∞ Khai triễn FOURIER dạng áp (làm việc có chu kỳ): trang 12 / 25 ch1 mo dau S = VR ⋅ I R P HSCS = cos ϕ = S => Taûi trở có HSCS 1 P = ∫ v(t ) ⋅ i (t ) ⋅ dt T T - Hệ số công suất HSCS hay cos ϕ : cho biết hiệu sử dụng lượng - Công suất biểu kiến S : tích số giá trò hiệu dụng dòng áp - Công suất tác dụng (trung bình) P hay PO : lượng sử dụng đơn vò thời gian Công suất hệ số công suất: trang 13 / 25 ch1 mo dau (a) v o i o L R v (b) v o i o L R Mạch chỉnh lưu Ở bán kỳ v > 0, bán sóng có diod D1 dẫn dòng iO phóng điện D2, v > nguồn xoay chiều v D2 D1 L R Khi D2 dẫn điện, D1 không dẫn: v < dòng iO > (c) v o i o L R Khi dòng iO = tương ứng diod dẫn điện (d) v o i o Ví dụ 0: Khảo sát chỉnh lưu diod tải RL có D phóng điện Mạch điện tử công suất = tổ hợp nhiều mạch tuyến tính thay đổi theo trạng thái ngắt điện Phương pháp nghiên cứu mạch: trang 14 / 25 ch1 mo dau wL với τ = L R , tổng trở tải Z = R + (ω L ) ,goùc pha φ = tg-1 R di v = R.io + L o điều kiện ñaàu io = dt −t ⎤ V 2⎡ τ => io = ⎢sin(ω t − φ ) + sin φ ⋅ e ⎥ Z ⎣ ⎦ AÙp nguồn v = 2V sin wt , điều kiện đầu t = 0; iO = − ωt = : v > 0, D1 dẫn điện, mạch điện hình (b): phương trình vi phân: Ví dụ1: Giải ví dụ để mô tả hoạt động mạch v (b) v o i o L R b Giải chu kỳ tựa xác lập mạch ĐTCS PT vi phân hay biến đổi Laplace: Giải mạch điện theo t (lưu ý trạng thái ngắt điện) trang 15 / 25 ch1 mo dau τ Ở đầu chu kỳ kế io = Io e −π wτ (c) v o L R = I1 > (lấy lại gốc thời gian) i o TỰA XÁC LẬP: Khi dòng áp thay đổi có chu kỳ, giá trò đầu giá trò cuối chu kỳ Chu kỳ điễn tương tự với dòng ban đầu iO = I1 > đạt chế độ xác lập (TỰA XÁC LẬP) −t dio điều kiện đầu io (0) = Io dt => io = Io e = R.io + L − ωt = π : doøng io = Io > phóng qua diod phóng điện D2 : trang 16 / 25 ch1 mo dau Hình vd2: Mạch RC cung cấp xung vuông C1 R2 microF 100 ohm - Nhận hệ phương trình để tính thông số cuả dạng dòng/áp - Khảo sát hoạt động chu kỳ với giả sử giá trò ban đầu biến trạng thái mạch biết v 100 ohm R1 b Giải chu kỳ tựa xác lập mạch ĐTCS PT vi phân hay biến đổi Laplace: trang 17 / 25 ch1 mo dau (a) v o i o L R v (b) v o i o L R => io = dio điều kiện đầu io = I1 dt ⎡ ⎤ −t V V sin(ω t − φ ) + ⎢ I1 − sin φ ⎥ ⋅ e τ Z Z ⎣ ⎦ v = R.io + L t = : D1 dẫn điện, phương trình vi phân mô tả mạch điện là: v D2 D1 Ví dụ 2: Giải tiếp tục ví dụ chế độ tựa xác lập trang 18 / 25 ch1 mo dau dio điều kiện đầu io (0) = Io dt −t −π wτ (a) v D2 D1 v o i o L R (c) v o i o L R Nhận xét: việc rút đặc trưng dòng, áp từ KQ khó khăn , cho phép ta tính I1 Io từ vẽ dạng dòng iO => io = Io e τ cuối chu kỳ I1 = Io e ⎡ ⎤ −π V V với Io = sin(π − φ ) + ⎢ I1 − sin φ ⎥ ⋅ e wτ Z Z ⎣ ⎦ = R.io + L Ở bán kỳ kế, D2 dẫn điện: trang 19 / 25 ch1 mo dau Thực tế ta cần tính tác dụng thành phần có ảnh hưởng lớn (một chiều hay tần số bản) Hệ tuyến tính: f ( x1 + x2 ) = f ( x1 ) + f ( x2 ) => Giaù trò trung bình dòng qua tải tổng: - dòng chiều thành phần trung bình áp tải - dòng điện hình sin sóng hài bậc cao Nguyên lý xếp chồng: khai triển Fourier + tính chất tuyến tính c Khảo sát dòng áp tải nguyên lý xếp chồng: trang 20 / 25 ch1 mo dau ch NgL BT L D5 B S6 S3 L R D2 cho ta thành phần áp pha tải từ luật điều khiển NL hài bậc áp pha A tải U1A : S5 S2 R D1 A N D4 hài bậc áp pha A trung tính nguồn S4 S1 U1An : n U U U1An = U1A _ + => Khai triển Fourier thành phần: uNn : thành phần thứ tự suy uAn + uBn + uCn = 3.uNn uAn = uA + uNn , uBn = vB + vNn , uCn = vC + uNn Đặt uNn áp trung tính N tải so với trung tính nguồn n Tính trực tiếp thành phần (hữu dụng) áp pha taûi u1A: Trang 13 D6 C L R D3 _ + n U 2 U N D4 S5 S2 R D1 A D5 S6 S3 R D2 B D6 R D3 C L L L Các trường hợp nối tải vào nguồn U tương ứng với trạng thái ngắt điện Trường hợp 1: S1, S3, S5 hay S2, S4, S6 đóng: uA = (không xảy đây) Trường hợp 2: S1, S2, S6 đóng: uA = V/3 Trường hợp 3: S1, S3, S6 hay S1, S2, S3 đóng: uA = V/3 Trường hợp 4: S4, S3, S5 đóng: uA = -2 V/3 Trường hợp 5: S4, S3, S2 hay S4, S5, S6 đóng: uA = -V/3 S4 S1 Xét trạng thái ngắt điện suy áp pha tải: Bài tập V.3.1: Vẽ trực tiếp dạng áp tính trò số hiệu dụng áp dây, áp pha nghòch lưu pha nguồn áp tải hình Y ch NgL BT CHÚ Ý: Có thể tính trực tiếp áp pha tải hình Y tập sau: Trang 14 S4 S3 t n U U S4 S1 N D4 A S5 S2 L R D1 D5 B S6 S3 L R D2 D6 C L R D3 hình V.3.2 Sơ đồ NL cầu pha _ + Hệ thống điều khiển không hoàn toàn có khoảng thời gian hai ngắt điện nửa cầu không làm việc => áp phụ thuộc tải Hệ thống điều khiển hoàn toàn (toàn phần): ½ cầu đóng/ngắt đão pha => áp dây hoàn toàn xác đònh từ luật điều khiển ngắt điện U A = U / (ứng với biên độ 2U / vaø 2U / ) a u U -U π π 2π ∫ π π /2 − /2 ∫π a/2 n = 1,3,5,7,9 ⇒ U n = π 4U ,− Khi a = π (xung chữ nhật) π uo ⋅ cos ( nwt ) dwt 4U na sin nπ wt n−1 4U 4U 4U 4U 4U , ,− , , (−1) 3π 5π 7π 9π nπ ⇒ Un = k = 0, 1, 2, 3… với tích phân theo biến ω t: uo ⋅ cos ( nwt ) dwt = U n cos ( nwt ) wt = a / 2U U n = ∫ U ⋅ cos ( nwt ) dwt = ⎡sin ( nwt ) ⎦⎤ wt=− a / nπ ⎣ π −a / Un = ∑ n = k+1 - uO coù π/2 tâm đối xứng: tần số bội chẵn (n ≠2k) - Trục tung trục đối xứng: vO thành phần sin, Hình V.4.1: Dạng xung cho phân tích sóng hài nghòch lưu Công thức để phân tích Fourier điện áp ngỏ nghòch lưu nguồn áp: ch NgL BT V.3 ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN ÁP: iA uAB S6 S2 áp dây U AB = U / áp pha: uA S1 Trang 16 uo = S5 ch NgL BT Tích phân dạng sóng hình V.3.2.a để tính hiệu dụng, ta có: Trang 15 ch NgL BT sin π = π 2U Có hai phương án: - Tỉ số sóng hài bậc cao thành phần (bậc 1) áp dây áp pha f Hình V.4.2: Đặc tính U / f = số theo lý thuyết (a) thực tế (b) (a) (b) U/m - điều chế nhiều xung: Khi tần số làm việc bé, dòng diện điều rộng nhiều xung nhỏù xung - điều chế xung b Điều chế độ rộng xung: - thành phần Fourier áp dây thành phần tương ứng áp pha U / f = số tải động AC cần có quan hệ ví dụ: - thay đổi theo yêu cầu tải, - Giữ ổn đònh điện áp ngỏ a Thay đổi áp nguồn cung cấp: - 2U/3 2π wt Chứng minh dạng sóng NẤC hình V.3.2a: -U/3 π Mục đích: Có phương pháp sau: u1 u2 2U/3 ch NgL BT Bài toán điều khiển áp ra: Trang 18 Chứng minh dạng sóng lệch pha hình V.4.3 có góc lệch pha θ = 2π / k hài bậc bội k: => Bộ nghòch lưu ba pha hài bội Bài tập V.4.2: 4U π 4U π 2U sin + sin = π 3π 3π π 4U áp pha: U1 = Áp dây U1 = uo Bài tập V.4.1: Không cần tích phân, tính thành phần (sóng hài bậc 1) ngỏ nghòch lưu nguồn áp pha (hình V.1.7): Trang 17 D2 D1 S4 = -S3 S1 = -S2 _ U + Trang 19 uo S2 io uo S1 π −U U D4 D3 ch NgL BT io S4 S3 S1 = -S2 θ I2 -I S3 = -S4 π uo wt 2π 2π wt Hình V.4.4: Sơ đồ điều rộng nhiều xung (NL pha) điều khiển hoàn toàn (sơ đồ cầu) Điều khiển áp lệch pha (điều rộng xung) I1 U 4U nθ sin nπ 4U π Un = n ⋅θ sin n theo θ thay đổi , n có cho ta đồ thò sau với n =1, 5, 7, 11, 13 Các hài bội ba không cần Hình BTV.4 xét dạng sóng ứng dụng cho hệ ba pha U n' = Khảo sát hàm số giá trò lẻ θ khoảng từ π Un = Như chứng minh, hai nửa cầu điều khiển lệch pha θ, ta có dạng xung điều rộng, bề rộng xung θ sóng hài bậc n là: ch NgL BT Bài tập V.4.4: Khảo sát sóng hài nghòch lưu điều khiển lệch pha theo góc lệch pha (giả sử điều khiển hoàn toàn) Trang 20 ch NgL BT Nhược điểm quan trọng sóng hài tần số sóng mang có biên độ lớn: - không ảnh hưởng tải - gây tiếng ồn, tổn hao lõi sắt - điều chế độ rộng xung hình sin (SPWM) với cải tiến - triệt tiêu hài chọn trước, - dùng so sánh có trễ (điều rộng thích nghi) - điều rộng vector không gian (SVPWM) - Điều chế độ rộng xung (PWM): Có nhiều phương pháp: - Sử dụng nghòch lưu nhiều bậc (dạng sóng nấc thang): sóng hài bé, sơ đồ phức tạp Các phương pháp hạn chế sóng hài: Chia làm hai nhóm: - Gây phát nóng phụ: dòng điện hài bậc cao - Gây momen phụ: thành phầnbậc cao tạo động xoay chiều Ảnh hưởng sóng hài bậc cao: V.4 SÓNG HÀI BẬC CAO VÀ NGHỊCH LƯU HÌNH SIN: Trang 21 c u ñk t on T u[n] (t) t REF u CMAX U t on uav -U T U uo t phần áp ra: u u1 U U = REF vaø = REFMAX U UCMAX U UCMAX Khi T đủ bé, dạng nấc thang “tương đương” tiến đến hình sin => giá trò điện áp u1 tương ứng với uref hay biên độ U1 thành - UCMAX biên độ cực đại sóng mang uc Với: - uav trung bình chu kỳ T xung áp ngỏ biên độ U - u[n] giá trò uREF chỗ giao với uc uc: sóng mang (carrier) chu kỳ T uref: áp chuẫn (đặt – reference) u t u[n] = av = on − ta coù: U CMAX U T u REF u a Nguyên lý: ch NgL BT Điều chế độ rộng xung hình sin (SPWM): Trang 22 m 0 10 0 10 20 30 50 60 m 70 80 90 u 100 đk 110 120 128 Hình V.4.6c: Các dạng sóng SPWM Bài tập tính áp ngỏ SPWM: Hình V.4.6.d: Phổ dạng sóng SPWM hình c Thành phần có n = 41, 43, 83, 85 có biên độ cao nhaát y 10.087793 12 c u REF u 40 ch NgL BT Ví dụ SPWM: Trang 23 U1V U U1 U = = 1R U1sixstep π2 U π U với U áp nguồn chiều U1R hiệu dụng thành phần áp pha tải Với U1sixstep lấy tập V.4.1: mO = sơ đồ pha) Trong sơ đồ NL ba pha: U1V = U1sixstep U1V : áp điều chế (ví dụ xung vuông sơ đồ pha hay dạng sóng nấc O * Chỉ số điều chế điện áp ngỏ mO (gọi tắt số điện áp): cho biết hiệu sơ đồ điều chế U U1 : áp có điều chế m = ; * Chỉ số điều chế tần số mf (thường gọi bội số điều chế tần số – frequency modulation ratio – lớn hay 1): thông số sơ đồ điều khiển f fC : tần số sóng mang, mf = C fO fO : tần số ngỏ * Chỉ số điều chế biên độ ma (còn gọi số điều chế – modulation index): UP UCMAX : biên độ sóng mang cưa ma = U CMAX ma : thông số điều khiển, đặc trưng cho yêu UP : biên độ áp chuẫn uREF , cầu điều khiển, lớn hay nhỏ ch NgL BT b Thông số kỹ thuật điều rộng xung (PWM) nghòch löu: Trang 24 0.5maU π = ma = 0.7855ma 4U / 2π 4U 2π Hình V.4.8a: Chỉ số áp ngỏ mo theo số điều chế biên độ ma sơ đồ nghòch lưu pha số điện aùp mO : mO = U1 = 0.7855ma U1sixstep Bieân độ thành phần U1 = 0.5maU Khi tính toán cho áp pha tải ba pha, cho ta Suy ra: mO = V vuông tương ứng: U1 = lưu ý biên độ áp ½ áp nguồn chiều Thành phần nghòch lưu xung uAn1 = 0.5maU sin wt Xét thành phần uAn: uAn = 0.5maU sin(wt + φ ) + H ( MwC ± Nw) xứng - điều chế đối xứng hay không đối - thay sóng hình sin dạng sóng nấc thang Hình V.4.9.a: Nguyên lý điều chế theo mẫu: thay hình sin dạng nấc thang a Điều chế theo mẫu: ch NgL BT Khai triển Fourier uAn với số điều chế biên độ ma ≤ thông số: Trang 26 Các phương pháp điều chế độ rộng xung khác: ch NgL BT c Chỉ số điều chế điện áp mO SPWM ba pha: Trang 25 n-1 n UC n.2π ua (n) = U M sin( ) N => caùc độ rộng T1, T2 theo tỉ số UM / UC , TS , hàm sin(n.2π/N) [chứa ROM] Với Ts: chu kỳ lấy mẫu; ua(n): áp chuẩn kỳ lấy mẫu thứ n; UC , UM: biên độ sóng mang tam giác áp chuẩn hình sin T ⎡ U − ua (n) ⎤ T1(n) = S ⎢ C ⎥ ; T 2(n) = TS − T1(n) ⎣ 2U C ⎦ Khi điều chế dối xứng: Bề rộng xung kỳ lấy mẫu thứ n : UM n+1 Hình V.4.9c: Điều chế không đối xứng Ts ts(n) ua(n) T1(n) n Ts UM n-1 T2(n) UC n+1 T2(n) ts(n) ua(n) T1(n) ch NgL BT Hình V.4.9b: Điều chế đối xứng Trang 27 V* * Khi điều rộng xung hình sin SPWM với fC = N.fO : N vector trạng thái nằm đường tròn có bán kính thay đổi, áp mong muốn ngắt điện Ngắt đóng S1,S5,S6 S1,S2,S6 S4,S2,S6 S4,S2,S3 S4,S5,S3 S1,S5,S3 Trạng thaùi Vd/3 -2U/3 -U/3 U/3 2U/3 -2Vd/3 Vd/3 U/3 -U/3 JJG V1 (1,0,0) JJG V2 (1,1,0) JJG V3 (0,1,0) JJG V4 (0,1,1) JJG V5 (0,0,1) JJG V6 (1,0,1) pha Vector khoâng gian uC -U/3 -2U/3 -U/3 tải pha áp uB -U/3 U/3 2U/3 tải pha áp uA 2U/3 U/3 -U/3 tải điện áp JJG JJG JJG JJG JJG U , U3 , U , U5 , U mô tả sáu trạng thái * Nghòch lưu nấc thang: vector U1 , JJG * Hệ ba pha hình sin đối xứng: vector U quay góc ωe JJG Vector không gian áp ba pha: có trường hợp sau: ch NgL BT b Điều chế vector không gian - SVM (gọi đầy đủ điều rộng xung vector không gian - SVPWM): Tính toán lần cho dạng sóng pha, Trang 28 ch NgL BT JJJG JJJG π π π U *.sin( − α ) 3 => Ub = U *.sin(α ) Ua = Ua U TC vaø tb = b TC U U tO = TC - ta - tb có áp zero ta = TC = tO + ta + tb cho ta: với TC chu kỳ điều chế độ rộng xung, JJJG JJJG JJG t JJG t JJJG U * = U a + U b = a U1 + b U TC TC - Ua , Ub tương ứng với ta vaø tb : U *sin(α ) = U b sin U *sin( − α ) = U a sin 3 π - vector khoâng gian U * = Ua + Ub JJJG * Công thức cho điều chế vector khoâng gian: * Ub α Ua U2 * U U1 - mô tả vector trạng thái SPWM U theo vector NL sáu nấc thang JJG JJG - hai trạng thái U0 (0, 0, 0) U7 (1,1,1) có áp thêm vào để điều chỉnh áp Kỹ thuật điều chế độ rộng xung vecto khoâng gian SVPWM: Trang 29 JJJG mGH = * U max 0.577U = = 0.907 U1sixstep πU tương ứng với số điện áp mO giới hạn (cực đại) bằng: U biên độ aùp naác JJG JJG thang ( U1 … U6 ) U: áp cấp điện chiều, π U U * = U cos = = 0.577U ; Suy biên độ áp điều khiển cực đại U* : => U * nằm phía hình lục giác ch NgL BT Điều kiện : TC > ta + tb Trang 30 Tc Ts S6 S6 S6 S3 S3 S6 Tc S6 S6 pha c S5 S5 S2 S2 S2 S2 pha b S5 S5 pha a U1 Uo ta to S1 S4 U2 U7 U7 U2 tb to to tb 2 S1 S1 S1 S1 Uo U1 to ta S4 S1 ch NgL BT (a) phân tích chúnh thành dạng (b) Un = π 4U ⎡ ⎣ 1− 2sin n.α + 2sin n.α1 n Khi U1 = 1.068U hay giá trò hiệu dụng U1R = 0.755U Cho U5 U7 không, giải α1 = 56.7Ο, α2 = 66.4Ο Dạng tổng quát biên độ sóng hài là: uO = uO1 – uO2 + uO3 , ⎤ ⎦ Ví dụ: Tính góc θ1, θ2 để dạng sóng v hình V.4.12.a sóng hài bậc 5, Dạng sóng điều rộng xung hình V.4.12.a phân tích thành dạng sóng hình V.4.12.b vậy, ta có: Hình V.4.12: Dạng sóng điều rộng xung hình sin => Có thể chọn α1, α2 để triệt tiêu sóng hài uo uo = uo1 (α1 ) − uo2 (α ) + uo3 c Triệt tiêu sóng hài chọn trước: Khi sử dụng dạng sóng có độ rộng xung cố đònh: Áp uo : Trang 31 Đặt Phản hồi Out pha Bất lợi: tần số đóng ngắt phụ thuộc đặc tính tải vO : dạng áp ra; v1 : hài điện áp Hình V.4.13b: Các dạng sóng điều rộng xung dùng so sánh có trễ phản hồi dòng điện: IREF : tín hiệu đặt dòng; iO : phản hồi dòng Pha A SO SÁNH SMIT ch NgL BT d Điều chế độ rộng xung sử dụng so sánh có trễ (điều chế delta): Trang 32 ch NgL BT biến tần qua trung gian chiều Biến tần trực tiếp (cyclo-converter) Có hai dạng biến tần tónh: - Dùng cho điều khiển động xoay chiều - Là BBĐ AC (lưới) Ỉ AC (3 pha) có tần số, điện áp thay đổi V.7 BIẾN TẦN: Trang 33 T4 T1 T5 T2 T6 T3 v o i o L R Nhược điểm: tần số bé (≤1/3) so với tần số lưới điện, khắc phục dùng GTO Ưu điểm: công suất lớn lớn, hiệu suất cao nhờ biến đổi trực tiếp - Là ứng dụng chỉnh lưu điều khiển pha đảo chiều - điều khiển cho áp ngỏ dạng sóng xoay chiều có chu kỳ hình V.7.1.a: Biến tần trực tiếp, sơ đồ pha; N A B C ch NgL BT Biến tần trực tiếp: Trang 34 KCB 3 L L C NL NA NL ND 3 Tải Tải Chỉnh lưu Diod C L Q7 R A B Nghòch lưu nguồn áp C - Biến tần nguồn dòng: công suất lớn, đóng ngắt tần số bé, đầu vào chỉnh lưu nghòch lưu đầu (nguồn dòng nguồn áp) chỉnh lưu đầu vào Biến tần có trung gian chiều gồm hai phận: - Mạch hãm động năng: Q7 cho phép tiêu thụ lượng điện trả từ tải, không để áp DC tăng cao - Biến tần nguồn áp: sử dụng ngắt điện chiều (có điều khiển khóa), đạt chất lượng điện áp ngỏ cao Hình V.7.2: Biến tần có trung gian Hình V.7.3: Mạch động lực biến tần nguồn áp dùng chiều IGBT Lưới Lưới SCR ch NgL BT Biến tần có trung gian môt chiều: Trang 35 ĐK U ĐK f - Điều khiển áp theo yêu cầu tải, thøng gặp quan hệ U/f = số Tả i - Hạn chế sóng hài áp Hình V.7.4: Giống nghòch lưu, biến tần có tín hiệu điều khiển: điện áp tần số (dòng) BIẾ N TẦN Lưới - Thực logic ba pha, thay đổi tần số ch NgL BT Bộ biến tần cần đảm bảo yêu cầu sau: Trang 36 ch NgL BT - Điều khiển U/f - Các dao động công suất hình sin sử dụng đèn điện tử hay transistor, làm việc tần số từ 50 KHz đến vài MHz dùng cho cao tần hay nung nóng điện môi -Điều khiển vector động KĐB sử dụng vi xử lý có khả tính toán mạnh để điều khiển động KĐB Có hai nguyên lý chính: Ngỏ trung tần hay cao tần: Từ 500 Hz đến 25 KHz sử dụng SCR hay cao dùng transistor - nguồn cho công nghệ điện: nung nóng cảm ứng, rung động siêu âm vật liệu từ giảo 60 ⋅ f ; no tính vòng/phút, f : tần số p (Hz) p số đôi cực Rotor quay theo từ trường quay với độ trượt s không đổi Từ trường quay có tốc độ no = Phương pháp phổ biến để điều khiển tốc độ động xoay chiều Điều khiển động AC dùng biến tần: Nguyên lý: nung nóng dòng xoáy (eddy current) Dãy tần số làm việc thay đổi từ tần số công nghiệp đến vài trăm KHz: - Tần số làm việc giảm công suất tăng - Tần số cần phải tăng tăng bề dầy làm việc giảm (tôi bề mặt thép) ch NgL BT Các nguồn tần số cao: Trang 38 tần) Ngỏ tần số công nghiệp thay đổi: điều khiển tốc độ động xoay chiều (biến - Inverter Ngỏ tần số công nghiệp (nhỏ 400 Hz) cố đònh: nguồn cho thiết bò điện thay điện lưới: - lưu điện (UPS – Uninterruped Power Supply) - Theo dãy tần số hoạt động: chia làm nhóm: - Theo nguồn điện: đầu vào nguồn chiều hay lưới điện xoay chiều - Theo loại thiết bò sử dụng: máy phát điện xoay chiều (nhóm thiết bò quay) điện tử công suất (thiết bò tónh) Bộ nguồn xoay chiều công nghiệp, phân làm nhóm: V.8 ỨNG DỤNG: Trang 37 ch NgL BT Nạp Accu Nghòch lưu Chuyển mạch Tải Hình V.8.1: Sơ đồ khối nguồn xoay chiều không gián đoạn Lưới Điều khiển UPS ON-LINE: UPS chuyển mạch nghòch lưu làm việc Accu Ỉ [NL1 Ỉ BA tần số cao Æ CL Æ Loïc ]Æ NL2 Æ Loïc Ỉ tải Sơ đồ UPS hay nghòch lưu có đầu vào accu điện áp thấp dùng nghòch lưu: Vấn đề then chốt UPS off-line thời gian chuyển đổi, tính từ nguồn xem bò đến xác lập áp nghòch lưu, Bao gồm nghòch lưu sử dụng accu chuyển mạch (rơ le hay TRIAC) Bộ nguồn xoay chiều không gián đoạn (bộ lưu điện hay UPS uninterrupted – power – supply): Trang 39 ch NgL BT nguoàn BL ST - Khi làm việc điện lưới cần có điện trường cao xung mồi ban đầu để tạo phóng điện thống, dùng chấn lưu cuộn dây Nguyên lý làm việc đèn huỳnh 220 VAC quang dựa vào phát sáng chất (bột) huỳnh quang (fluorescent) có dòng Hình V.8.2: Sơ đồ đèn huỳnh quang truyền điện tử va vào loại đèn sử dụng phổ biến nhờ hiệu suất tuổi thọ cao Chấn lưu (ballast) điện tử: Trang 40 ch NgL BT Chấn lưu điện tử nguồn tần số cao dùng mạch nghòch lưu ½ cầu (đường tô đậm hình V.8.3) hình V.8.3: Mạch ballast điện tử 36W đơn giản hãng International Rectifer (đọc thêm AN-1074.pdf) Trang 41 ... > DC: BBĐ áp DC DC > AC: Nghòch lưu - ĐTCS: phận Điện tử ứng dụng hay Điện tử công nghiệp Kỹ thuật biến đổi điện Điện tử công suất lớn Điện tử công suất (Power Electronics) - Các tên gọi: ĐTCS... kiện điện tử: Ngắt điện bán dẫn: - BBĐ phân loại theo phương thức hoạt động NĐBD Ví dụ Ngắt Điện Điện Tử: Diod, Transistor, SCR - Mạch ĐTCS sử dụng Ngắt Điện Bán Dẫn NĐBD (Ngắt Điện Điện Tử –... 0), xem hở mạch - Dẫn điện hay bảo hoà (ON): sụt áp bé, dòng phụ thuộc vào tải linh kiện hay nhóm linh kiện điện tử làm việc hai chế độ: Ngắt điện điện tử: Chương 2: TÁC DỤNG: hạn chế tần số làm