giao_trinh_dien_tu_cs_1.pdf

Diode thực tế: IDB30E60 – Infineon Technologies.[r]

CHƯƠNG 1

MỞ ĐẦU – CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

1.1 Khái niệm chung

Điện tử Công suất lớn

Sự khác linh kiện điện tử ứng dụng (điện tử điều khiển) điện tử công suất

• Cơng suất: nhỏ – lớn

• Chức năng: điều khiển – đóng cắt dịng điện cơng suất lớn

IB

IC

• Thời điểm • Công suất

Động lực

Transistor điều khiển: Khuyếch đại

Transistor cơng suất: đóng cắt dòng điện

B IC

U R

a b

A

A

UCE = U - RIC

UCE = UCE1

UCE1 U

IB2 > IB1

IB1 > 0

IB = 0

UBE < 0 UCE

IB2

IB

R

U uCE

C iB

B

uBE E iE

Đặc tính Volt – Ampe van công suất lý tưởng

i

u điều khiển

u i

a c

b

Đối tượng nghiên cứu điện tử cơng suất

• Các biến đổi cơng suất

• Các khóa điện tử công suất lớn Chỉnh lưu

Nghịch lưu

BBĐ điện áp chiều (BĐXA) • BBĐ điện áp

1 Các linh kiện điện tử công suất

1.2.1 Chất bán dẫn - Lớp tiếp giáp P - N

Chất bán dẫn:

Ở nhiệt độ bình thường có độ dẫn điện nằm chất dẫn điện chất cách điện Loại P: phần tử mang điện lỗ trống – mang điện tích dương

Loại N: phần tử mang điện electron – mang điện tích âm

+ + + + + + + + -+

-Miền bão hòa - Cách điện

Phân cực ngược + + + + + + + + -+

-Miền bão hòa - Cách điện

P N + -+ + +

-Miền bão hòa - Cách điện

P N

+

-Phân cực thuận

+ + +

+ +

+ +

+

-+

-Miền bão hòa - Cách điện

P N

-+

-+

1.2.2 Diode

Cấu tạo, hoạt động

R: reverse – ngược F: forward – thuận

N

P Katode K A

Anode

iR uR iF

uF

K A

Hướng ngược

Đặc tính V – A

Diode lý tưởng

u i

Nhánh thuận – mở

Nhánh ngược – đóng

Diode thực tế

UTO: điện áp rơi diode

điện trở thuận diode

F F F dI dU r =

điện trở ngược diode

R R R dU r dI =

UBR: điện áp đánh thủng

Hai trạng thái: mở – đóng

U[BR]

IR [mA] UF [V]

UR [V]

1 1,5 800 400

50 100 30 20 URRM T

j = 30 C

o o

T

j = 160 C IF [A]

URSM

Nhánh thuận – mở

Đặc tính động diode

• UK: Điện áp chuyển mạch

• trr: Thời gian phục hồi khả năng đóng • irr: Dịng điện chuyển mạch – phục hồi

∫

= rr t

rr

r i dt

Q

0

: điện tích chuyển mạch

Quá áp trong

L + UK -S I iF irr iR iF Ðó n g S trr

0,1 irrM

irrM

iR iF = I t O

irr Qr

t

uR

uF

Uk

uRM

uR = Uk

Bảo vệ chống áp trong

R C

L

uR

V

Uk

irr

iL iRC

- +

V

O t

irr iRC

O

Uk t

Mở Đóng

L

R k

di

u U L

dt

= − RC

Các thơng số chính diode

Điện áp:

• Giá trị điện áp đánh thủng UBR

• Giá trị cực đại điện áp ngược lập lại: URRM

• Giá trị cực đại điện áp ngược khơng lập lại: URSM

Dịng điện - nhiệt độ làm việc • Giá trị trung bình cực đại dịng điện thuận: IF(AV)M

• Giá trị cực đại dịng điện thuận khơng lập lại: IFSM

U[BR]

IR [mA] UF [V]

UR [V]

1 1,5 800 400

50 100 30 20 URRM T

j = 30 C

o o

T

j = 160 C IF [A]

URSM

Nhánh thuận – mở

1.2.3 Transistor lưỡng cực (BT)

Cấu tạo, hoạt động

R U uCE C iB B

uBE E iE

iC R U uEC C iB B

uEB E iE

Đặc tính Volt – Ampe

Miền mở bão hịa

Miền đóng bão hịa

Mở

Đóng

• Đặc tính ngồi IC = f(UCE) • Đặc tính điều khiển IC = f(IB)

B IC

U R

a b

A

A

UCE = U - RIC

UCE = UCE1

UCE1 U

IB2 > IB1

IB1 > 0

IB = 0

UBE < 0 UCE

IB2

ICE ICE0 ICER ICES ICEU

UCE0 U

CE

UBR(CEU) UBR(CES) UBR(CER) UBR(CE0)

IB =

UCER UCES

UCEU RB

-IB UBE

+

-RB

-IB UBE

+

-+

- ICEU

b) c)

a)

O

Quá trình độ của transistor

iB

IB

0.9IB

O t

0.1IB

0.1IC uCE

td tr

iC ts

toff ton

O

tf

Mạch trợ giúp đóng mở

(Điện tử cơng suất – Nguyễn Bính)

Các thơng số chính Điện áp:

• Giá trị cực đại điện áp colector – emitor UCE0M khi IB = 0

• Giá trị cực đại điện áp emitor – bazơ UEB0M khi IC = 0

1.2.4 Transistor trường MOSFET

(Metal Oxid Semiconductor Field Effect Transistor)

N iD

D

OXID G

S

uGS P

N

G

D i

D

uDS S

uGS

N D

OXID G

S P

N

G

D

Đặc tính động

RG on

UG

off CGS uGS G

CGD D

1.2.5 Transistor lưỡng cực cổng cách ly - IGBT

Insulated Gate Bipolar Transistor

C

G

E

G

C

Đặc tính động G on UG RG iC C E uCE uGE off R U uGE 0.1UCM UGE(th)

UG 0.9UG

IGBT thực tế

1.2.6 Thyristor

Cấu tạo – Hoạt động

Điều kiện để mở Thyristor

• UAK > 0

• Xung điều khiển đưa vào cực điều khiển.

Điều kiện để đóng Thyristor Đặt điện áp ngược lên A – K

uD

iD

iG iR uR

uT iT

uG

A K

Hướng ngược

Hướng thuận

Trạng thái:

• Mở

• Đóng • Khóa

• T: Thuận • D: Khóa • R: Ngược

Đặc tính Volt - Ampe

Thyristor lý tưởng

u i

Nhánh thuận – mở

Nhánh ngược – đóng

Thyristor thực tế

Ba trạng thái: đóng – mở – khóa

Nhánh khóa – khóa

UBR: điện áp ngược đánh thủng UBO: điện áp tự mở của thyristor UTO: điện áp rơi Thyristor

IH: Dịng trì (holding) IL: Latching

Các thơng số chính

Tương tự như diode. URRM = UDRM

Nhánh thuận – mở

Nhánh khóa – khóa

Nhánh ngược – đóng

IG = 25 mA IG =

IG = IG = 25 mA

IN IL U[TD] U[BR] U[BR] [V] UR [V] UD UT IR -1 10 -2 10 -3 10 [A] [A] ID IT 10 102 10-3 10-2 10-1 1 10 10 103

Đặc tính điều khiển thyristor:

iG

U

R

uG

UG[V] 40

30 20

UGT O

IGT 1 IG[A] 2

(PGM)Ψ=π/6

UG=U-RIG

(PGM)Ψ=π/12

-400C

iG Ψ

2π

IG ωt

iG

Đặc tính động

Mở thyristor

Tổn thất

công suất mở

Khóa thyristor

G

A

J1 J2 J3 P

N P N iC

+

K

-iC

C u

D

uD

t O

t O

Đóng thyristor

• Bảo vệ q áp trong

1.2.7 GTO

Gate Turn Off Thyristor

J1 J2 J3 G

iRG K

A

P N P N

uRG uFG iRG

iFG

ir (iD)

ur (uD) A

Đặc tính động

Mở GTO

uD

tgd

tgr

UD 0.9UD

ir

0.1UD

t O

O

tgt

iFG IFG÷10Α

Đóng GTO

I

iD

iT

L

uD

iRG

uRG

iT

tgs tgf

uD

ITQ 0.9IT UDP

IT=I

O t

tgq

ttq

O

uRG iRG

iRG

QGQ uRG

IRG

1.2.8 Triac

Hướng ngược

Hướng thuận

Điện áp thuận

Điện áp khóa Dịng điện thuận Dịng điện khóa

Dịng điện thuận Dịng điện khóa

Điện áp thuận Điện áp khóa

Nhánh mở

Nhánh khóa

Nhánh khóa Nhánh mở

UD > 0

UG > 0; IG > 0 UG < 0; IG < 0

UDR > 0

UG > 0; IG > 0 UG < 0; IG < 0

CHƯƠNG 2: MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN

2.1 Năng lượng tích lũy vào cuộn kháng và giải phóng từ cuộn kháng

[ ] 1 0 ( ) ( )

0 1

( ) ( ) ( , ); ( , ) ( ) ( ) ( ) ( ) L L L L t L L

L L L

t

t i t

L L L L L L L

t i t

d di u dt Q t t u L

dt dt

Q t t d L di t t L i t i t

2.2 Nhịp sự chuyển mạch

Nhịp khoảng thời gian giữa hai lần liên tiếp thay đổi trạng thái của linh kiện điện tử công suất mạch Tên của nhịp tên của linh kiện đang dẫn điện.

Chuyển mạch trạng thái điện từ xảy trong mạch bộ biến đổi, được đặc trưng bằng việc dòng điện một nhánh chuyển sang một nhánh khác dòng điện tổng chảy từ nút giữa hai nhánh vấn không đổi.

Nhánh – Nhánh phụ

Nhánh chínhNhánh chính Nhánh

Nhánh phụ

• Điện áp chuyển mạch • Chuyển mạch ngồi – Chuyển mạch tự nhiên • Chuyển mạch trong • Chuyển mạch trực tiếp • Chuyển mạch gián tiếp • Chuyển mạch nhiều tầng • Thời gian chuyển mạch – Góc chuyển mạch

2.3 Các đường đặc tính

Đặc tính ngồi (Đặc tính tải): Mối quan hệ giữa điện áp đầu dòng điện đầu của bộ biến đổi

Đặc tính điều khiển: Mối quan hệ giữa điện áp đầu đại lượng

điều khiển của bộ biến đổi

2.4 Hệ số công suất của bộ biến đổi

S P =

λ

P: Công suất hữu công S: Công suất biểu kiến

P = mUI(1)cosϕ(1) m: số pha

U: Giá trị hiệu dụng điện áp điều hòa của pha

I(1): Giá trị hiệu dụng của thành phần bậc dịng điện pha

ϕ(1): Góc chậm pha của thành phần bậc dòng điện pha so với điện áp S = mUI

I: Giá trị hiệu dụng dòng điện pha ∑ ∞ = = ) ( n n I I

2 2 2 2 2

( ) (1) ( )

1

n n

n n

S m U I m U I m U I

∞ ∞

= =

= ∑ = + ∑

2 2 2 2 2 2 2 (1) (1) (1) cos (1) (1) sin (1) (1)

S = m U I = m U I ϕ + m U I ϕ = P +Q

2 2 (1) ( ) n n

S P Q D

D mU I

∞ =

= + +

= ∑

D: Công suất phản kháng biến dạng

(1) 2

(1)

(1)

cos

P

P Q D I I λ υ ϕ υ = = + + =

… Độ méo dạng tổng THD (Total Harmonic Distortion) … Hệ số méo dạng DF (Distortion Factor)

… Hệ số công suất PF (Power Factor)

Chức năng:

Biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện chiều

Ứng dụng

Cấp nguồn cho tải chiều: Động điện chiều, nạp accu, mạ điện phân, máy hàn chiều, nam châm điện, truyền tải

điện chiều cao áp, …

3.2 Đặc điểm của điện áp dòng điện chỉnh lưu

3.2.1 Điện áp chỉnh lưu

ud: Giá trị tức thời điện áp chỉnh lưu – Bao gồm thành phần xoay chiều uσ thành phần chiều – Giá trị trung bình điện áp chỉnh lưu Ud

d

d u U

u = σ +

Số xung đập mạch sóng

điện áp chỉnh lưu:

(1)

f p

f

σ

=

• fσ(1): Tần số sóng điều hịa bậc thành phần xoay chiều ud

3.1.2 Dòng điện chỉnh lưu

id: Giá trị tức thời dịng điện chỉnh lưu – Sóng dịng điện chỉnh lưu

Id: Giá trị trung bình – Thành phần chiều sóng dịng điện chỉnh lưu iσ: Thành phần xoay chiều dòng điện chỉnh lưu

d d

i = +iσ I

Xét hệ thống chỉnh lưu – tải R,L,Eư:

( )

d

L d d

di

u L u Ri E

dt

= = − + −

0; d 0

d d L

di

u Ri E u

dt

> + − ⇒ > >

0; d 0

d d L

di

u Ri E u

dt

= + − ⇒ = =

0; d 0

d d L

di

u Ri E u

dt

• Dịng điện liên tục • Dịng điện gián đoạn

• Dòng điện biên giới gián đoạn

d d

i = +iσ I

d d U E I R − = − 0 d d

I ≥ ⇒ U ≥ E−

( )

( ) 2

2 ( ) n n n U I R L σ σ σ ω = ⎡ ⎤ + ⎣ ⎦

Đối với giá trị trung bình – thành phần chiều:

Đối với thành phần xoay chiều: • I

σ(n): Giá trị hiệu dụng sóng điều

hịa bậc n thành phần xoay chiều dịng điện lưu

• Uσ(n): Giá trị hiệu dụng sóng

điều hịa bậc n thành phần xoay chiều

điện áp chỉnh lưu

• ωσ(n): Tần số góc sịng điều hịa bậc n thành phần xoay chiều

( )n 0 d d

L → ∞ ⇒ Iσ → ⇒ =i I

3.3 Chỉnh lưu hình tia m-pha – dòng liên tục

Z LK

RK

3.3.1 Chỉnh lưu hình tia khơng điều khiển Sơ đồ

1 sin 2 sin( ) 3 4 sin( ) 3 m m m u U u U u U θ π θ π θ = = − = − t θ ω= 2

sin ( 1)

n m

u U n

Trong khoảng θ1 < θ < θ2: • Giả sử V2 mở

2

1 1

0

0 0

V

V V

V

u

u u u u u u

u

= ⇒

− − = ⇒ = −

⇒ >

Tương tự giả thiết V3 mở Ỵ V1 mở Ỵ Nhịp V1

Nhịp V1 – θ1 < θ < θ2:

1 2 3

1

0; ;

; ; 0

V V V

d d V d V V

u u u u u u u

u u i i I i i

= = − = −

= = = = =

Nhịp V2 – θ2 < θ < θ3:

2 1 3

2

0; ;

; ; 0

V V V

d d V d V V

u u u u u u u

u u i i I i i

= = − = −

= = = = =

Nhịp V3 – θ3 < θ < θ4:

3 1 2

3

0; ;

; ; 0

V V V

d d V d V V

u u u u u u u

u u i i I i i

= = − = −

Nhịp Vn:

1

1

0; ;

; ; 0

Vn V n Vm m n d n d Vn d V Vm

u u u u u u u

u u i i I i i

= = − = −

= = = = =

Quá trình chuyển mạch thời

điểm θ2:

Ỉ Điện áp chuyển mạch uk = u2 – u1 Tương tự thời điểm θ3, θ4:

điện áp chuyển mạch u3 – u2 u1 – u3

Ỵ Chuyển mạch tự nhiên

p = m

3.3.2 Chỉnh lưu hình tia có điều khiển

Tín hiệu

điều khiển uc

Thời điểm chuyển mạch tự nhiên

Góc điều khiển α: tính từ thời điểm chuyển mạch tự nhiên đến thời điểm phát xung mở thyristor

Phạm vi góc điều khiển α:

π α < ≤

α α

π

π sin cos di0 cos

m

di U

m mU

U = =

0 sin m di mU U m π π =

Udi0: Giá trị trung bình điện áp chỉnh lưu khơng điều khiển

2

0

3 3 3 3 6

sin 1.17

3 2 2

m m

di

U U U

U π U

π π π

= = = =

m =

Giá trị trung bình điện áp chỉnh lưu

2 sin 2 m di m m m

U U d

Các đường đặc tính

Đặc tính điều khiển: Đặc tính ngồi (đặc tính tải): • Đầu ra: Ud

• Đầu vào: α

0 cos

di di

U = U α

Chếđộ

chỉnh lưu

Chế độ

6 2

π < <α π

để có dịng liên tục: tải phải có L

3.3.3 Chế độ làm việc chỉnh lưu nghịch lưu phụ thuộc

• Chế độ làm việc chỉnh lưu

• Chế độ làm việc nghịch lưu

d d P U I=

… chế độ nghịch lưu phụ thuộc

2

• Trong tải phải có Eư • Eư đảo chiều

2 π α

⋅ > ⋅ E− > Ud

Góc an toàn

0 ≤ < −α π γ

γ

Chếđộ

chỉnh lưu

Chếđộ

nghịch lưu

3.3.4 Chỉnh lưu hình tia pha có diode V0

d

V u

u 0 = −

V0 mở trường hợp khơng có V0 ud <

Ỵ V0 hoạt động

2 m

π π

Chen vào nhịp V1, V2, V3 nhịp V0:

0 1 1 2 2 3 3

0

0; ; ;

d V V V V

d V d

u u u u u u u u

i i I

= − = = = =

α α

π

π sin cos di0 cos

m

di U

m mU

U = =

0 sin m di mU U m π π = 2 m π π α • ≤ −

2 m 2 m

π π α π π

• − ≤ ≤ +

0

1 sin( )

sin

2 2 sin

m

di di

m

mU m

U d U

Ảnh hưởng diode V0

• Khơng có chế độ nghịch lưu

• Diode V0 làm tăng hiệu suất chỉnh lưu

d d U I

mUI λ =

U, I: giá trị hiệu dụng điện áp dòng điện pha

1

2

V d

I I ψ π

= V1 2 V0

m π

ψ = −ψ

3.4 Chỉnh lưu hình cầu chế độ dòng liên tục

Thiết bị chỉnh lưu sơ đồ đấu nối hình cầu thực chất hai chỉnh lưu hình tia mắc nối tiếp

Nh

óm KATODE

Nh

óm ANODE

Nhóm

3.4.1 Chỉnh lưu hình cầu pha điều khiển hồn tồn

• Dịng điện pha:

i1 = iV1 – iV4; i2 = iV3 – iV6; i3 = iV5 – iV2 • Giá trị trung bình điện áp chỉnh lưu:

p = 2m

di diA diK

U = U −U

2 sin cos diA diK U U m U m π α π = − =

Trong trường hợp m =

3.4.2 Chỉnh lưu hình cầu bán điều khiển

0

3 6

cos 2

3 6 1 cos 3 6

;

2 2

diA

diK di di di

U U

U U

U U U U

α π

α

π π

=

+

3.4.3 Chỉnh lưu hình cầu điều khiển hồn tồn có diode V0

Diode V0 hoạt động

6 2 3 ; ) 6 sin( 1 2

0 α π π ≤ α ≤ π + π

⎥⎦ ⎤ ⎢⎣ ⎡ − − = di di U U

Tác dụng: - Giảm độ nhấp nhô điện áp dòng điện tải - Tăng hiệu suất

- Không cho phép chế độ nghịch lưu phụ thuộc

3.4.4 Chỉnh lưu cầu một pha điều khiển hoàn toàn 2 sin sin 2 sin( ) 2 m m m

u U u u

U u U u θ θ θ π = = − = = −

1

d dA dK

V V V V

u u u

i i i i i

= −

0

0

cos 2 2

0.9

di di

di

U U

U

U U

α π

=

= =

0

0

1 cos 2 2 2

di di di

U U

U U

α

π

+ =

=

So sánh hai phương án: điều khiển hoàn toàn bán điều khiển

• Đỉnh âm sóng điện áp chỉnh lu b ct ẻ nhp nhụ ã Khụng th làm việc chế độ nghịch lưu

3.5 Dòng điện liên tục gián đoạn của chỉnh lưu p – xung

3.5.1 Thiết bị chỉnh lưu ở chế độ dòng điện gián đoạn

Sự xuất dịng điện gián đoạn • Tải R: id ≥ ⇒0 ud ≥ 0

• Tải R,L: Ud = RId > 0

Ỵ với α mà chế độ dòng liên tục Ud < xuất dòng điện gián đoạn

Trong nhịp “0”:

Trong nhịp “0”:

• Tải L, Eư: Ud = E−

Ỵ với α mà chế độ dòng liên tục Ud < Eư

sẽ xuất dòng điện gián đoạn Trong nhịp “0”:

0;

d Vi i

u = u = u

0;

d Vi i

u = u = u

;

d Vi i

u = E− u = −u E−

;

MIN MAX

θ θ

3.5.2 Phân tích dịng điện chỉnh lưu của chỉnh lưu p – xung, khơng có V0

p = Ỵ Dịng điện ln gián đoạn Với p > 1:

• Chỉnh lưu hình tia có điều khiển m – pha p = m Um biên độ điện áp pha

• Chỉnh lưu hình cầu điều khiển hồn toàn m – pha p = 2m Um biên độ điện áp dây (trừ trường hợp m = 1)

Z

θ =α

Góc bắt đầu: • p = 1:

2

Z p

π π

θ = − +α

sin (1)

d

d m

di

Ri L E U

d

ω θ

θ

+ + − =

Tải tổng quát R, L, Eư:

sin( ) 1

( ) sin( )

Z

Z

m d

m

d Z Z

U i Z E e R U i e Z θ θ ωτ θ θ ωτ θ ϕ θ θ ϕ − − − − = − − ⎛ ⎞ ⎜ ⎟ − − + ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ ⎡ ⎤ +⎢ − − ⎥ ⎣ ⎦ − (2)

2 2

arctg

Z R L

L R L R ω ω ϕ τ = + =

Dòng điện gián đoạn: MIN Z MAX

θ <θ <θ

arcsin 2 arcsin 2 MIN m MAX m E U E U π θ π θ = < = > − −

( ) 0

d Z

i θ = Thay vào (2)

( ) 0 sin( ) 1 sin( ) K Z K Z m

d K K

m Z U i Z E e R U e Z θ θ ωτ θ θ ωτ θ θ ϕ θ ϕ − − − − = = − − ⎛ ⎞ ⎜ ⎟ − − + ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ − − − 2

K Z p

π θ − θ ≤

Sử dụng toán số giải (4) để xác định θK với điều kiện:

Dòng điện liên tục

2

K Z p

π θ = θ +

( ) ( ) 0;

d Z d K

i θ = i θ >

Áp dụng vào (2)

2

2

( ) ( ) sin( )

1 ( ) sin( )

m

d Z d K Z

p m p

d Z Z

U

i i

Z p

U E

e i e

R Z π π ωτ ωτ π θ θ θ ϕ θ θ ϕ − − = = + − − ⎛ ⎞ ⎡ ⎤ ⎜ ⎟ − − + ⎢ − − ⎥ ⎜ ⎟ ⎣ ⎦ ⎝ ⎠ − (5) Suy 2 2

sin( ) sin( )

( ) ( )

1

p

Z Z

d Z d K m

p

e

E p

i i U

1 2

V V d d

i + i = =i I

2 1

2 1

V V

K

di di

L u u

dt dt

⎛ − ⎞ = −

⎜ ⎟

⎝ ⎠

2 1 sin

2 sin

k km

km m

u u u U

U U

m

θ π

= − =

= … biên độ điện áp dây hai pha kề

( )

( )

2 cos cos

2 cos cos 2 km V K km km km K U i L I U I L α θ ω α θ ω = − = − = ( ) cos cos d km

I = I ⎡⎣ α − α µ+ ⎤⎦

arccos cos d

km

I I

µ = ⎛⎜ α − ⎞⎟ −α

2 2

1 2

2

V

d k

di

u u L

dt

u u

= −

(cos cos )

km d

i I= α − θ − I

km km K U I L ω = ( ) 1 2

3 4 1

cos cos

2

km

V V

V V d V

I

i i

i i I i

α θ

= = −

= = −

( )

2Id = Ikm ⎡⎣cosα − cos α µ+ ⎤⎦

2

arccos cos d

Sụt áp trùng dẫn Udθ

d d

U θ = R Iθ

2

k

pX Rθ

π

=

• Chỉnh lưu hình tia ba pha • Chỉnh lưu cầu pha

k

pX Rθ

π

=

Udθ: Sụt áp Lk

Udr = Rk.Id: Sụt áp Rk UdF: Sụt áp van

Ảnh hưởng đến góc an tồn thyristor:

M

α + + =µ γ π

( )

cos M d cos

km

I I

α = + π γ−

Chỉnh lưu hình cầu pha, tia ba pha

Chỉnh lưu hình cầu pha

( )

2

cos M d cos

km

I I

Xác định giá trị điện áp chỉnh lưu cực đại

( )

0

1

di c dM d M drM dFM

U c U U U U

b θ

= + + +

3.7 Chỉnh lưu có đảo chiều dịng điện - bốn góc phần tư Ngun lý điều khiển:

• Điều khiển riêng:

• Điều khiển chung

Xung điều khiển lúc đưa vào hai bộ, có

điều khiển với góc α < π/2, làm việc

chế độ chỉnh lưu Còn thứ hai

điều khiển với góc α > π/2, chế độ

chờ

Để khơng có dịng ngắn mạch hai

chỉnh lưu: UdI + UdII

( )

0

0

.cos .cos 0

cos cos 0

di I di II

di I II

I II

U U

U

α α

α α

α α π

+ ≤

+ ≤

Tuy nhiên: udI + udII ≠

Ỉ dịng điện tuần hồn

Hạn chế dịng tuần hồn:

3.8 Máy biến áp động lực

3.8.1 Dòng điện

iS = IS(AV) + iSσ

NP: số vòng dây cuộn sơ cấp NS: số vòng dây cuộn thứ cấp

iP.NP = iS.NS

3

) (

d AV

S

I

I =

1 1 1

2 2 2

3 3 3

3 3 3

d

S S P

d

S S P

d

S S P

I

i i i

I

i i i

I

i i i

σ σ σ = − = = − = = − =

1 3 1

2 1 2

3 2 3

L P P

L P P

L P P

i i i i i i i i i

= −

= −

3.8.2 Công suất biểu kiến của máy biến áp

2

P S

tN t tN

S S

S = + = K P

StN: Công suất biểu kiến định mức máy biến áp SP: Công suất biểu kiến cuộn dây sơ cấp

SS: Công suất biểu kiến cuộn dây thứ cấp

PtN: Công suất hữu công định mức máy biến áp

Đối với máy biến áp ∆/Y

2 / 1 2 3 d S d I

I I d

π

θ π

= ∫ =

( ) ( )

2 /

2

0 /

2 1

2 / 3 / 3

2 3

d

P d d

I

I I d I d

3 3

3 2

S S SN S dN

P P PN P dN

S U I U I

S U I U I

= =

= =

Với chỉnh lưu tia ba pha: 0 3 6

2 di U U π = 0 2 2 3 3 2 2

3 3 3 3

S di dN dN

P di dN dN

S U I P

S U I P

π π

π π

= =

= =

2 2

3 3 3

1.35 2

tN dN dN

S P P

π π +

3.9 Các nguyên tắc điều khiển chỉnh lưu

Xung điều khiển đưa vào thyristor lúc điện áp đặt lên thyristor dương Æ Phải biết điện áp đặt lên thyristor dương

Ỵ Phải có điện áp đồng bộ: đồng với điện áp khóa đặt lên thyristor

Sơ đồ khối khâu phát xung – bộ điều khiển:

Đồng uđb So sánh uc

Khuyếch đại p.p

3.9.1 Nguyên tắc thẳng đứng tuyến tính

Điện áp đồng điện áp cưa

. c

K u α =

( )

0 cos cos .

di di di c

U = U α = U K u

uđb1

uđb2

uđb3 uC

uC

3.9.2 Nguyên tắc arccos:

Điện áp đồng đường cosin

max cos

đb

u = U θ

max

max cos arccos

đb c

c

u u U

u U

α α

= =

⎛ ⎞

⇒ = ⎜ ⎟

⎝ ⎠

0

max

cos c

di di di

u

U U U

U α

Umax

θ α

uc

uđb

Chương 4: Bộ biến đổi

và bộ khóa

4.2 Bộ khóa một chiều Đóng cắt dịng điện chiều Sơ đồ nguyên lý sử dụng GTO

a) V

U

V0 L

R iZ

Z iG

iV0

iV

L R

0

0 iG

iV

iV0

t R

L

Khi sử dụng thyristor: Mở - Đóng

Đóng – Cắt

ĐĨNG

ĐÓNG CẮT

S

BCM

S

S

PS

Z V0 OS

OS S

PS

4.3 Phân loại thiết bị biến đổi một chiều

4.3.1 Phân loại theo phương pháp biến đổi

• Trực tiếp – biến đổi xung • Gián tiếp

4.3.2 Phân loại theo chức năng biến đổi

• Giảm áp – mắc nối tiếp • Tăng áp – mắc song song

• Điều khiển xung giá trị điện trở

4.3.3 Phân loại theo phương pháp điều khiển

• Tần số xung • Độ rộng xung • Hai giá trị

Nghịch lưu

Chỉnh lưu có điều khiển

4.4 Nguyên lý làm việc của bộ biến đổi xung

4.4.1 Bộ biến đổi giảm áp – mắc nối tiếp

• Nguyên lý làm việc Nhịp S:

uZ = U

iZ = iS: tăng theo đường cong hàm mũ giá trị (U - Eư)/R Năng lượng từ nguồn U, phần tích lũy vào cuộn L, phần lớn nạp cho Eư, phần lại tiêu tốn R

Nhịp S kéo dài khoản thời gian T1 Kết thúc tín hiệu “cắt” đưa vào khóa S

uc S iS U iV0 V0 R L uZ iZ Z uZ 0

S V0 S V0 S

U UZi

t T1 T2

T

iS iV0 I

Z

∆iZ

iZM

iZMIN

Nhịp V0: uZ =

iZ = iV0: giảm theo đường cong hàm mũ giá trị -Eư/R

Năng lượng trước tích lũy cuộn L giải phóng, phần lớn nạp cho Eư, phần lại tiêu tốn R

Nhịp V kéo dài khoản thời gian T2 Kết thúc tín hiệu “đóng” đưa vào khóa S uc S iS U iV0 V0 R L uZ iZ Z uZ 0

S V0 S V0 S

U UZi

t T1 T2

T

iS iV0 IZ

∆iZ

iZM iZMIN

• Giá trị trung bình điện áp tải

zU U

T T

UZi = =

z: tỷ số chu kỳ

0 z

0 Uzi U

Zi z U E I R − = − uc S iS U iV0 V0 R L uZ iZ Z uZ 0

S V0 S V0 S

U UZi

t T1 T2

T

iS iV0 IZ

∆iZ

iZM

iZMIN

4.4.2 Bộ biến đổi tăng áp – mắc song song

• Nguyên lý làm việc Nhịp S:

uZ =

iZ = iS; tăng theo đường cong hàm mũ, giá trị Eư/R

Năng lượng từ nguồn Eư

được tích lũy phần lớn vào cuộn L, phần cịn lại tiêu tốn điện trở R

Nhịp S kéo dài khoảng thời gian T1 Nhịp kết thúc tín hiệu “cắt” đưa vào S

uc iV0 V0 iS S iZ Z U R L uZ

S V0 S V0 S

T1 T2 T

0 UZi U

t

uZ

iS i

V0 i

Nhịp V0: uZ = U

iZ = iV0; giảm theo đường cong hàm mũ, giá trị

(Eư – U)/R <

Năng lượng từ nguồn Eư với lượng tích lũy cuộn L

nhịp trước, tiêu tốn phần điện trở R, phần lớn lại trả nguồn U

Nhịp V0 kéo dài khoảng thời gian T2 Nhịp kết thúc tín hiệu “đóng” đưa vào S uc iV0 V0 iS S iZ Z U R L uZ

S V0 S V0 S

T1 T2 T

0 UZi U

t

uZ

iS i

V0 i

• Giá trị trung bình điện áp tải ( ) 1 Zi T U U T T T U T z U = = − = = = − Zi z E U I R − = − uc iV0 V0 iS S iZ Z U R L uZ

S V0 S V0 S

T1 T2 T

0 UZi U

t

uZ

iS i

V0 i

4.4.3 Bộ biến đổi xung giá trị điện trở

• Nguyên lý làm việc

Nhịp S:

iZ = iS: tăng với hệ số góc U/L

Nhịp S kéo dài khoảng thời gian T1 Kết thúc tín hiệu “cắt” đưa vào S

U RP

S uc

L

iZ L

iS

S iR

Rp U

uc

T1 T2

T

iS iR

iZMIN iZM

t 0

Nhịp

iZ = iR; giảm theo đường cong hàm mũ giá trị U/Rp

Nhịp kéo dài khoảng thời gian T2 Kết thúc tín hiệu”đóng” đưa vào S

iZ L

iS

S iR

Rp U

uc

T1 T2

T

iS iR

iZMIN iZM

t 0

• Xác định giá trị điện trở tương đương Rei ei p Z Z p Z R U T T R U I T I R T

UI = ⇒ = =

2

2

( )

2 1

ei p p

T

R R z R

T

= = − 0 ≤ Rei ≤ Rp

iZ L iS S iR Rp U uc

T1 T2

T

iS iR

iZMIN iZM

t 0

4.5 Bộ chuyển mạch

4.5.1 Mạch LC

U dt di L idt C u t

C + ∫ + =

0

1 )

0

( i U uC(0) sin vt i(0) cos vt

L C

ω ω

−

= +

ωv: tần số góc mạch LC … v 1

LC ω =

C uC

i

L t =

uC(0)

uC i

t

U

t =

L

i

uC C O

t uC(0)=0

uC i

U 2U

V iV

[ ]

0

1 (0)

(0) cos (0) sin

t

C C

C v v

u u idt

C

L

U u U t i t

C

ω ω

= + =

= + − +

4.5.2 Phân tích bộ chuyển mạch của bộ biến đổi xung áp

uc

S iS

U

iV0

V0

R L

uZ iZ

Z

i iV1 V1

C uC

iC uV1 V2

V3 L1

U

V0

Z iZ

Nhịp V0 – (0, t1)

iZ = iV0, uV0 = 0, uZ = Giả thiết uC = U

uV2 = 0; uV1 = U iC = iV1 = iV2 =0

i iV1 V1

C uC iC

uV1 V2 V3 L1 U V0 Z iZ uZ t 0 0 U U U -K1U

K1U

uC iC

IZ iV1 uV1 t0V1 uV2 iV2 t0V2 t IZ

iZ iV2

iV0

V0

T

T1 T2

V1 V3

V1 V2 V0 K1U

U uZ

t2

0 t1 t3 t4 t5 t6 t7

Nhịp V1, V3 (t1, t3)

Tại t1 đưa xung điều khiển mở V1 uZ = U; uV0 = -uZ = -U Æ V0 đóng lại

iZ = iV1

1

cos ( )

C v

u = U ω t − t

sin ( )

C v

U

i t t

L C

ω

−

= −

i iV1 V1

C uC iC

uV1 V2 V3 L1 U V0 Z iZ uZ t 0 0 U U U -K1U

K1U

uC iC

IZ iV1 uV1 t0V1 uV2 iV2 t0V2 t IZ

iZ iV2

iV0

V0

T

T1 T2

V1 V3

V1 V2 V0 K1U

U uZ

t2

0 t1 t3 t4 t5 t6 t7

uV1 = iV1 = IZ - iC uV2 = -uC iV2 =

Tại t = t3, dòng iC = 0; V3 đóng lại uC(t3) = -K1U; K1 = 0.7 – 0.9

i iV1 V1

C uC iC

uV1 V2 V3 L1 U V0 Z iZ uZ t 0 0 U U U -K1U

K1U

uC iC

IZ iV1 uV1 t0V1 uV2 iV2 t0V2 t IZ

iZ iV2

iV0

V0

T

T1 T2

V1 V3

V1 V2 V0 K1U

U uZ

t2

0 t1 t3 t4 t5 t6 t7

Nhịp V1 (t3, t4)

Tất đại lượng giữ nguyên giá trị

tại thời điểm t = t3

i iV1 V1

C uC iC

uV1 V2 V3 L1 U V0 Z iZ uZ t 0 0 U U U -K1U

K1U

uC iC

IZ iV1 uV1 t0V1 uV2 iV2 t0V2 t IZ

iZ iV2

iV0

V0

T

T1 T2

V1 V3

V1 V2 V0 K1U

U uZ

t2

0 t1 t3 t4 t5 t6 t7

Nhịp V2 (t4, t6)

Tại t = t4 đưa xung điều khiển vào V2 – mở V2 uV2 =

Điện áp ngược C đặt lên V1 Ỉ đóng V1

4 4 1 ( ) ( ) t

C Z C C Z

t

Z

i I u u t I dt

C I

t t K U C

= ⇒ = +

= − −

∫

i iV1 V1

C uC iC

uV1 V2 V3 L1 U V0 Z iZ uZ t 0 0 U U U -K1U

K1U

uC iC

IZ iV1 uV1 t0V1 uV2 iV2 t0V2 t IZ

iZ iV2

iV0

V0

T

T1 T2

V1 V3

V1 V2 V0 K1U

U uZ

t2

0 t1 t3 t4 t5 t6 t7

Nhịp V2 (t4, t6) iV2 = IZ

uV1 = uC iV1 =

uZ = U – uC = -uV0

Tại t = t6, uZ = ặ V0 m, V2 úng li ẻ Bt đầu nhịp V0

uZ(t6) = ỈuC = U

i iV1 V1

C uC iC

uV1 V2 V3 L1 U V0 Z iZ uZ t 0 0 U U U -K1U

K1U

uC iC

IZ iV1 uV1 t0V1 uV2 iV2 t0V2 t IZ

iZ iV2

iV0

V0

T

T1 T2

V1 V3

V1 V2 V0 K1U

U uZ

t2

0 t1 t3 t4 t5 t6 t7

Nạp điện cho tụ C bắt đầu làm việc • Mở V2 trước

• Đóng tụ C trực tiếp vào nguồn U qua điện trở hạn chế dòng Xác định thơng số C L

• V1 sử dụng khoảng (t4, t5) để phục hồi khả khóa Ỉ (t5 – t4)MIN = toffV1

1

5

1

( ) ZM offV

Z

I t K UC

t t C

I K U

− = ⇒ =

• V2 sử dụng khoảng (t1, t2) để phục hồi khả khóa Ỉ (t2 – t1)MIN = toffV2

2

2 2

4 ( ) 4 2 offV v t T

t t LC L

C

π

π

4.6 Nguyên tắc điều khiển bộ biến đổi xung áp

• Độ rộng xung – thay đổi T1 • Tần số xung – thay đổi T • Hai giá trị

4.6.1 Nguyên tắc điều khiển độ rộng xung

Giữ nguyên f = 1/T, thay đổi T1

BÐK

M

Đ

uc

BCM

Đ

C

T T1 T2

0

ucM u

P uc

4.6.2 Nguyên tắc điều khiển tần số xung

Giữ nguyên T1, thay đổi T

f = 1/T M

Đ BÐK

M

Đ

uc

BCM

Khâu phát xung

4.6.3 Nguyên tắc điều khiển hai giá trị

Bộ phát xung đóng vai trị điều khiển dòng điện

∆iZ

t

0

iZMIN iZM I'Z=IZ

ui1 ui2

iZ

ui1 ui2 ui1 ui2 uc

uc >

uc <

M

Ð uc

BCM

V0

Z iZ

ui1 ui2 uc

Ð

4.7.1 Bộ biến đổi hai góc phân tư đảo chiều dịng điện

V

S1

U

S2

V0

4.7.2 Bộ biến đổi hai góc phân tư đảo chiều điện áp

) 1 2

(

2

1 − = −

= U z

T T T

U UZi

z > 0.5 Ỉ Uzi > z < 0.5 Ỉ Uzi <

U

S1

V2

uZ iZ

V1

S2 Z

S1S2 V1V2 S1S2 V2V1

0

iZ

uZ

t

4.7.3 Bộ biến đổi bốn góc phân tư V2 V1 S2 S1 S3 S4 V4 V3 Z iZ uZ U S2

S1 S3S4

S3S4 S2

S1 V4V3 V1

V2 S4 S3 V2 V1 iZ uZ t 0 S2

S1 V3S1 S1S2 V1S3 S3S4 S3V1

5.1 Khái niệm chung – Phân loại

Biến đổi lượng điện chiều thành lượng điện xoay chiều Phân loại

• Theo số lượng pha: - Một pha

- Ba pha - Nhiều pha • Theo sơ đồ

- Hình cầu - Hình tia

• Theo đặc điểm nguồn - Nguồn áp

5.2 Sơ đồ nguyên lý

Sơ đồ nguyên lý nghịch lưu cầu pha

Sơ đồ nguyên lý nghịch lưu tia bán cầu pha

S1 S3 S4 S2 R uZ U S2

S1 S3S4 S1S2

0 uZ

θ = ωt

S1 S2 R Ud uZ O S1 S2 S1 Ud

Nghịch lưu cầu ba pha tải trở

Ud

S1 S3 S5

S4 S6 S2

1

uZ1 uZ2 uZ3

S1 S2 S3 S4 S5 S6

π

3

Ud

θ = ωt uZ1

uZ2

5.3 Nghịch lưu áp

5.3.1 Dịng cơng suất hữu công phản kháng

P = UdId

P > Ỉ Id > 0: c.độ nghịch lưu P < Ỉ Id < 0: c.độ chỉnh lưu

∑ = = = m n n d

di p

U p

1

• Mang tính chất nguồn áp: tạo điện áp xoay chiều Dòng điện đầu phụ thuộc vào tải

• Đầu vào nghịch lưu áp nguồn điện áp chiều

Ud id

-id S

VR

P = Ud.Id p = Ud.id

5.3.2 Nghịch lưu áp cầu một pha

Ψ: Góc dự kiến đóng khóa

ΨS: Góc thơng dịng khóa

ΨR: Góc thơng dịng diode ngược

VR2 VR1

S2

S1 S3

S4

VR4

VR3 iZ

uZ Ud

L R

Z id

iVR1

S1,S2 VR1,VR2 S3,S4 VR3,VR4

uZ

ΨR Ψ

θ = ωt Ud

ΨS

-Ud

O

Ud/R

-Ud/R

2π

iZ

iS1 = iS2

O

Id

iVR3 = iVR4

iS3 = iS4 iVR1 = iVR2

5.3.3 Nghịch lưu áp tia một pha

• Nhịp S1: uZ = ua = Ud

• Nhịp VR2:

uZ = ub = -Ud

iVR2 = -id = iZ … giảm theo đường cong hàm mũ

Ngắt xung điều khiển đưa vào S1 Do ảnh hưởng L tải, dòng

điện cuộn thứ cấp qua dịng cuộn sơ cấp giữ

chiều cũ Dòng cuộn sơ cấp chảy qua VR2 qua nửa phải cuộn sơ cấp

• Nhịp S2:

uZ = ub = -Ud

iS2 = id = -iZ … tăng theo đường cong hàm mũ với chiều ngược lại Xung điều khiển đưa vào S2 sau ngắt S1 Khi VR2 đóng, dịng chảy qua S2 Điện áp tải khơng đổi, nhiên dịng iZ đảo chiều

Nhịp S2 kết thúc ngắt xung điều khiển đưa vào S2 bắt đầu đưa xung

• Nhịp VR1:

uZ = ua = Ud

iVR1 = -id = -iZ … tăng theo đường cong hàm mũ

Ngắt xung điều khiển đưa vào S2 Do ảnh hưởng L tải, dòng

điện cuộn thứ cấp qua dịng cuộn sơ cấp giữ

chiều cũ Dòng cuộn sơ cấp chảy qua VR1 qua nửa trái cuộn sơ cấp

π π < Ψ ≤

• S1, S5, S6

1

2

Z

uZ1 uZ3

uZ2

Ud

• S1, S2, S6

3

uZ1

uZ3 uZ2

Ud

uZ1 = 2Ud/3

• S1, S2, S3

1

3

Z

uZ1 uZ2

uZ3

Ud

• S2, S3, S4

3

uZ2

uZ3 uZ1

Ud

uZ2 = 2Ud/3

• S3, S4, S5

2

1

Z

uZ2 uZ3

uZ1

Ud

• S4, S5, S6

2

uZ3

uZ2 uZ1

Ud

uZ3 = 2Ud/3

Ψ= π Æ ΨS + ΨR = Ψ = π

Ψ < π Ỉ ΨS + ΨR > Ψ

5.3.5 Điều khiển nghịch lưu áp cầu pha Nguyên tắc thay đổi tần số xung

Nguyên tắc điều biến độ rộng xung - PWM

ĐIỆN ÁP RĂNG CƯA

ĐiỆN ÁP ĐIỀU KHIỂN

• Độ lớn: … Ud

• Tần số: … tần số phát xung vào khóa

Phát xung

uc Phân phối

xung

Khuyếch đại xung

• S1, S3, S5 • S2, S4, S6

5.4 Nghịch lưu dòng

5.4.1 Hai chức năng của bộ chuyển mạch trong nghịch lưu dịng

• Đặt điện áp ngược

lên thyristor, đóng thyristor • Tham gia vào trình

5.4.2 Nghịch lưu dòng một pha

Giả sử V1, V2 mở, dòng điện qua tải iZ = Id

Điện áp tụ uC1 < 0, uC2 < Muốn đóng V1, V2: mở V11, V12

Dịng iZ = Id chảy qua V11, C1, C2, V12

Ỉ điện áp tụ đảo chiều

Trong thời gian điện áp tụ <0, V1 V2 phục hồi khả khóa Bộ chuyển mạch thực chức thứ

Xung điều khiển đưa vào V3, V4, với V11 V12, nhiên chưa mở

Đối với tải L: uV3 = uC1, uV4 = uC2

Ỉ V3, V4 mở uC1 = uC2 =

Dòng điện chảy qua V11, C1, Z, C2, V12 giảm dần Dòng điện chảy qua V3, Z, V4 tăng dần

Bộ chuyển mạch thực chức thứ hai

5.4.3 Nghịch lưu dịng pha

• Thyristor chính: V1, V2, …, V6

• Tụ chuyển mạch: C13, C35, …, C 26, C24 • Diode phân cách: V11, V12, …, V16

0

120

Ψ = V1

V2 V3 V4 V5 V6 iZ1

iZ2

Id -Id

• Nhịp V1, V2, V11, V12 iZ1 = Id; iZ2 = 0; iZ3 = -Id uC13 >

uV3 = uC13 > 0:… V3 trạng thái khóa • Nhịp V3, V11, V2, V12

Đưa xung điều khiển mở V3 uC13 đóng V1

Dịng Id chảy qua V3, C13, song song với C13 C35 C15, V11, vào pha

uV13 = uZ12 – uC13 < V13 đóng Id đảo chiều điện áp C13

• Nhịp V3, V11, V13, V2, V12

Khi uV13 = uZ12 – uC13 = V13 mở Dòng chảy qua V3 V13 vào pha Quá trình chuyển mạch: dòng chảy vào pha giảm dần, dòng chảy vào pha tăng dần

Bộ chuyển mạch thực chức thứ

2: tham gia vào trình chuyển mạch Quá trình chuyển mạch kết thúc dòng chảy vào pha giảm dòng chảy vào pha thứ Id

6.1 Khái niệm chung – Phân loại

Dùng để biến đổi lượng điện xoay chiều cách thay đổi tần số

• Phân loại theo số lượng pha - Một pha

- Ba pha - m-pha

• Phân loại theo sơ đồ

- Trực tiếp - Gián tiếp

6.2 Biến tần trực tiếp

Biến đổi trực tiếp điện áp xoay chiều thành điện áp xoay chiều

1

2 2( 1)

T

T T n

p

= + − n: sđể tốạo nên nnửa chu kửa chu kỳ điện áp ỳ điệđần áp u vàođầu ra

2

1 2( 1)

f T p

f = T = p + n − [ ]

1

2 2( 1)

T T

T p n q

p p

Tần số điện áp đầu f2 < 25Hz điều khiển vơ cấp

Ỵ Biến tần trực tiếp sử dụng

[ ] 1

2 2( 1)

T T

T p n q

p p

= + − =

6.3 Biến tần gián tiếp

6.3.1 Biến tần nguồn áp

CHỈNH LƯU NGHỊCH LƯU ÁP

UdII >

Cf, Lf: mạch lọc

Mạch lọc với chỉnh lưu tạo thành nguồn áp chiều đầu vào

nghịch lưu áp

Cf: nhận dòng phản kháng

Nguyên tắc điều khiển:

• Nguyên tắc điều khiển tần số xung: f2: tần số xung phát vào nghịch lưu

U2: sử dụng chỉnh lưu có điều khiển, sử dụng chỉnh lưu không điều khiển biến đổi xung áp

• Nguyên tắc PWM – chỉnh lưu cần khơng điều khiển • UdI >

• IdI >

6.3.2 Biến tần nguồn dịng

CHỈNH LƯU NGHỊCH LƯU DỊNG

Lf: Mạch lọc

Chỉnh lưu mạch lọc phải có tính chất nguồn dịng chiều

Ngun tắc điều khiển:

f2: tần số xung phát vào nghịch lưu I2: sử dụng chỉnh lưu có điều khiển • Id >

• UdI > <

Chương 7

Bộ khóa xoay chiều

7.1 Khái niệm chung – Phân loại Bộ khóa xoay chiều: đóng, cắt dịng xoay chiều

Thiết bị biến đổi điện áp xoay chiều: thay đổi giá trị điện áp xoay chiều • Phân loại theo số lượng pha

- Một pha - Ba pha - m-pha

• Phân loại theo sơ đồ

- Cơ - Tiết kiệm

• Phân loại theo phương pháp điều khiển - Điều khiển hồn tồn

7.2 Bộ khóa xoay chiều

7.2.1 Bộ khóa xoay chiều một pha

ĐÓNG NGẮT θ

θ

ω Z m sin

Z u U

d di L

Ri + = =

θZ: góc bắt đầu iz(θz) =

( )

sin( ) Z sin( )

R

m m L

Z z U U i e Z Z θ θ ω θ ϕ − − θ ϕ = − − −

2 2 2

; arctan L

Z R L

R ω

ω ϕ

= + =

7.2.2 Bộ khóa xoay chiều ba pha

7.3 Thiết bị biến đổi điện áp xoay chiều

Tải trở R

Tải R, L:

• Khi ϕ < α < π

( )

sin( )

sin( )

m Z

R

m L

U i

Z U

e Z

θ α ω

θ ϕ

α ϕ

− −

= − −

− −

θZ = α

• Khi < α < ϕ

Không điều khiển điện áp

Tải L

• Khi π/2 < α < π

(cos cos )

m Z

U i

L α θ

ω

= −

• Khi < α < π/2

Không điều khiển điện áp

Thiết bị làm việc khóa xoay chiều

7.3.2 Thiết bị biến đổi điện áp xoay chiều ba pha

8.1 Bảo vệ các phần tử điện tử công suất

8.1.1 Công suất tổn thất làm mát

1 2 1

P p p p

∆ = ∆ + ∆ ≈ ∆

P

∆ … Công suất tổn thất

1

p

∆ … Cơng suất tổn thất

2

p

∆ … Công suất tổn thất phụ

2 0 ( )

T AV F

P U I R I

j a th

th jv vr ra

T T R P

R R R R

= + ∆

= + +

Nhiệt độ mặt ghép

Tj … Nhiệt độ mặt ghép

Ta … Nhiệt độ khơng khí mơi trường

Rjv … Điện trở nhiệt mặt ghép vỏ linh kiện bán dẫn Rvr … Điện trở nhiệt vỏ cánh tản nhiệt

Rra … Điện trở nhiệt cánh tản nhiệt khơng khí mơi trường

Làm mát:

• Cánh tản nhiệt

8.1.2 Bảo vệ dịng điện Cầu chì:

• CC phải chịu dòng làm việc định mức thiết bị

• Nhiệt dung chịu đựng CC phải nhỏ nhiệt dung thiết bị cần bảo vệ Æ nhiệt lượng (I2t)

CC < (I2t)TB

• Điện áp hồ quang CC phải tương đối lớn Æ Giảm nhanh dòng điện tiêu tán lượng mạch

• Khi CC đứt, điện áp phục hồi phải đủ lớn Ỉ Khơng làm cho hồ quang cháy lại hai cực cầu chì

Lắp đặt: có nhiều cách

• Từng pha cuộn dây sơ cấp thứ cấp MBA • Nối tiếp với van

8.1.3 Bảo vệ quá áp Quá áp trong

Sự tích tụ điện tích lớp bán dẫn (q trình động diode thyristor)

Ỵ Bảo vệ mạch R – C đấu song song với diode thyristor

Q áp ngồi

Cắt khơng tải MBA đường dây, CC bảo vệ nhảy, sấm sét, …

Ỵ Bảo vệ mạch R – C mắc pha thứ cấp MBA động lực • R 10 – 1000 Ω

8 Điều khiển thiết bị biến đổi

8.2.1 Khuyếch đại thuật toán

2

r v

R

u u

R

= − Khuyếch đại đảo

Mạch so sánh

cc r

cc

U u u

u

U u u

− +

+ −

− >

⎧

= ⎨+ >

Mạch tích phân

1

r v

u u dt

RC

= − ∫

-+

R

C

ur v

r

du

u RC

dt

1 2

1 2

0.693 ( ); 0.693

0.693 ( 2 )

t C R R t CR

T t t t C R R

= + =

= = + = +

Mạch lật đơn sử dụng IC 555

1.1

T = RC

1 3Vcc