Tài liệu Điện tử công xuất II P6 ppt

Trang 1/ Chuong 5.doc Điện tử công suất II A CHƯƠNG 5 : BỘ NGUỒN AC TẦN SỐ CAO V.1 KHÁI NIỆM VỀ NUNG NÓNG BẰNG TẦN SỐ: 1. Nguyên lý nung nóng bằng tần số: Khi vật chất được đặt vào trong trường điện từ tạo ra bởi dòng điện xoay chiều có cường độ đủ lớn, các hạt vật chất sẽ có chuyển động, tương ứng với sự gia tăng nhiệt độ: ta có nguyên lý nung nóng bằng tần số hay gia nhiệt cao tần. Với các tần số khác nhau, ta nung nóng được những vật liệu khác nhau: - Nung nóng bằng dòng điện cảm ứng: Khi đặt vật dẫn điện (thường là kim loại) vào từ trường xoay chiều, bên trong vật liệu sẽ xuất hiện sđđ tạo ra dòng điện gọi là dòng cảm ứng (dòng điện Foucault hay dòng xoáy – eddy current). Sự nung nóng do dòng điện này được gọi là nung nóng bằng dòng cảm ứng hay gia nhiệt cảm ứng. Đây chính là lý do mà lõi thép biến áp phải ghép lại bằng những lá tôn có bề mặt sơn cách điện và biến áp tần số cao sử dụng lõi bằng ferrite. Tổn hao do dòng cảm ứng tăng theo bình phương tần số dòng điện do đó dòng điện sử dụng cho nung nóng cảm ứng thường có tần số cao. Nung nóng cảm ứng có thể dùng để nung nóng hay nấu luyện kim loại. Để ý là khi khối lượng vật liệu lớn, ta có thể sử dụng tần số công nghiệp chứ không nhất thiết phải dùng tần số cao. Do sự tương tác giữa các lớp dòng điện cảm ứng, mật độ dòng điện cảm ứng phân bố không đều: tăng dần từ trong ra ngoài. Khi tần số dòng điện đủ lớn, sự phân bố này rất không đều: dòng cảm ứng chủ yếu tập trung ở bề mặt và ta có hiệu ứng da (skin effect), được ứng dụng để tôi kim loại. Đây làmột phương pháp tăng cơ tính các chi tiết bằng sắt thép. Chi tiết cần tôi sau khi được nung nóng bề mặt được làm nguội thật nhanh. Kết quả là bề mặt chi tiết được biến cứng trong khi bên trong vẫn không thay đổi cơ tính, tính năng hoạt động được nâng cao. - Nung nóng điện môi: Ứng dụng hiện tượng tổn hao điện môi của vật liệu cách điện hay dẫn điện kém khi được đặt trong điện trường tần số rất cao từ vài trăm đến hàng MHz. Đối tượng cho nung nóng điện môi có thể là vật liệu nhựa hay thực phẩm. Ưu điểm của nung nóng tần số: - Hiệu suất rất cao do nhiệt phát ra từ bên trong vật được nung. - Mật độ năng lượng rất cao nên thời gian nung nhanh, vật liệu không đổi tính chất, cho phép thực hiện các công nghệ đặc biệt. - Không có môi chất cho trao đổi nhiệt nên có thể gia công với độ tinh khiết cao . Nhược điểm duy nhất là cần bộ nguồn tần số luôn đắt tiền. Trong chương này, ta chỉ tìm hiểu các bộ nguồn sử dụng ngắt điện bán dẫn, có thể làm việc đến MHz và thường được ứng dụng cho nung nóng cảm ứng. 2. Các quan hệ của nung nóng cảm ứng: [tài liệu http://www.thermonics.co.jp/e-side.htm] - Chiều sâu thấm P được đònh nghóa là độ sâu tính từ bề mặt để mật độ dòng điện giảm 36.8% so với giá trò trên bề mặt, ρ: điện trở suất , μ: hệ số từ thẩm tương đối. 3 10 5.03 2 P f f ρ ρ μ πμ ⋅ == ⋅ ⋅ . <V.1.1> Trang 2/ Chuong 5.doc Điện tử công suất II A Từ P, ta chọn được tần số của bộ nguồn cao tần tù thuộc vào vật liệu và công nghệ gia công là nung nóng, nấu chảy hay tôi bề mặt. Bảng sau cho ta các thông số cho công nghệ tôi bề mặt dùng dòng điện cảm ứng. Tôi cao tần Chiều sâu (mm) Đường kính vật (mm) Tần số (kHz) Công suất (kw) 0.5~1.0 6~25 400,200 15,30 11~16 400,200,30 80 16~25 400,200,30,10 80,50 25~50 200,30,10 50,80 1.2~2.5 > 50 30,10 80 19~25 30,10 80,150 25~100 3,10 80,150 2.5~5.0 > 100 3,10 150,300 Bảng V.1 Các quan hệ khi tôi bề mặt thép. Với thép, vật liệu mất từ tính ởû 800 O tương ứng μ = 1, ta có khi đó: 503 ()Pmm f = <V.1.2> và nếu chọn đường kính vật bằng 3.5 lần chiều sâu thấm tôi, ta có bảng tra tần số tối thiểu cho thiết bò nấu cảm ứng: Tần số f kHz Đường kính D mm 300 3.2 100 5.5 20 12.4 10 17.5 5 24.7 3 32 1 55 Bảng V.2 Tần số tối thiểu khi nung nóng cảm ứng thép Hình V.1.1 cho ta chiều sâu thấm với các vật liệu khác nhau, ở các nhiệt độ làm việc. 3. Các bộ nguồn cho nung nóng cảm ứng: Phụ thuộc và tần số làm việc, có thể phân ra làm các nhóm sau: 1. Nguồn tần số lưới: Sử dụng cho nấu kim loại khi khối lượng tương ứng với công suất đủ lớn. Ta có thể hình dung đây là một biến áp (thường có lõi thép) trong đó sơ cấp nối lưới điện, thứ cấp là khối kim loại cần nung chảy, tạo thành một vòng ngắn mạch. Trang 3/ Chuong 5.doc Điện tử công suất II A . Hình V.1.1: Quan hệ chiều sâu thấùm theo tần số với các kim loại khác nhau 2 Bộ nguồn dùng SCR: sử dụng khi tần số < 25 KHz. Có thể sử dụng bộ nghòch lưu nối tiếp hay song song, có hay không qua trung gian một chiều. 3. Bộ nguồn dùng transistor: Phát triển trong thời gian gần đây, khi cac transistor dòng lớn, áp cao được chế tạo. Làm việc ở tần số đến MHz (thông thường là vài trăm KHz). 4.Bộ nguồn dùng đèn điện tử: Làm việc ở tần số từ 50 KHz đến hàng MHz hay GHz, dùng cho nung nóng cảm ứng và điện môi. Mạch điện có dạng mạch dao động ba điểm LC (Harley hay Colpitt) phân cực lớp C ở tần số đến MHz hay dùng các đèn đặc biệt ở tần số siêu cao. Đặc trưng quan trọng của thiết bò nung nóng cảm ứng là là hệ số công suất của tải rất thấp khoảng 0.1 vì là cuộn dây không lõi thép. Để giảm dòng qua các ngắt điện, cần mắc tụ điện song song để tăng hệ số công suất nên tải luôn là mạch cộng hưởng LCR. Như vậy, ta có thể thấy là các bộ nguồn dùng SCR có thể được dùng để nung nóng hay nấu chảy kim loại ở công suất lớn vì hoạt động chủ yếu ở tần số thấp. Để tôi cao tần hay nấu luyện kim loại ở số lượng nhỏ, ta có thể sử dụng mạch dao động dùng đèn điện tử để họat động ở tần số cao hơn. Các bộ nguồn dùng transistor có thể thay thế đèn điện tử về nguyên tắc, đã và đang được phát triển. Trong chương này ta chỉ nghiên cứu các bộ nguồn dùng cho nung nóng cảm ứng. V.2 BỘ NGUỒN TẦN SỐ CAO DÙNG SCR: 1. Nghòch lưu song song và nối tiếp: Là các dạng nghòch lưu sử dụng SCR làm phần tử đóng ngắt, có tụ điện ở mạch tải để đảm bảo chuyển mạch. Trong mạch điện gồm R tải, tự cảm L và điện dung C tạo thành mạch cộng hưởng LCR, làm cho dòng qua SCR có thể về zero và tắt. Hình V.2.1 bao gồm hai mạch nghòch lưu song song: (a) là sơ đồ cầu, (b) là sơ đồ ghép biến áp; và (c) là nghòch lưu nối tiếp. + Trang 4/ Chuong 5.doc Điện tử công suất II A V V o V V C L R SCR1 SCR2 L1 L2 + _ + _ SCR1 SCR2 R SCR3 SCR4 C T SCR1 SCR2 C L + _ (a) (b) ( c) Hình V.2.1: Nghòch lưu song song (a) và (b), nối tiếp (c). a. Nghòch lưu song song: Khảo sát sơ đồ cầu V.2.1.a. Dạng sóng các phần tử trên sơ đồ V.2.1.a được vẽ trên hình V.2.2.b. Các SCR 1 và SCR 4 có cùng dạng xung kích, SCR 2 và SCR3 được kích cùng lúc. Khi SCR 1 và SCR 4 dẫn điện, tụ điện C được nạp đến điện áp có cực tính như trên hình vẽ. Điện áp này sẽ đặt điện áp âm và làm tắt SCR 1 và SCR 4 khi SCR2 và SCR3 được kích. Tự cảm L ở đầu vào cách ly nguồn và cầu chỉnh lưu, làm cho dòng điện cung cấp vào cầu chỉnh lưu không thay đổi tức thời, tránh khả năng chập mạch tạm thời qua SCR 1 và SCR 2 (hay SCR 3 và SCR 4) khi các SCR chuyển mạch. b. Nghòch lưu nối tiếp: (a) (b) Hình V.2.2: Dạng áp, dòng của NL nối tiếp (a) và song song (b) Mạch điện hình V.2.1.c là dạng đơn giản nhấùt trong nhóm mạch nghòch lưu nối tiếp, có mạch tương đương là LCR nối tiếp khi SCR dẫn điện. Ví dụ như khi SCR 1 được kích, dòng qua mạch sẽ về không khi áp trên tụ điện đạt giá trò cực đại (có dấu như trên mạch điện) và SCR sẽ tự tắt. Vì thế mạch còn gọi là nghòch lưu chuyển mạch tải. Khi SCR 2 được kích, tụ điện sẽ phóng qua nó và dòng về không khi áp trên tụ điện đảo cực tính, chuẩn bò cho chu kỳ kế tiếp – dạng sóng hình V.2.2.a. Hai mạch nghòch lưu này được dùng làm bộ nguồn trung hay cao tần (nhóm thứ 3 trong phần giới thiệu ở đầu chương). Và như vậy, ngoài nhiệm vụ tắt (chuyển mạch) SCR, các tụ điện trong hai nghòch lưu này còn có nhiệm vụ cải thiện hệ số công suất của tải, giảm dòng qua các ngắt điện. Trong thời gian gần đây, các transistor được dùng thay cho SCR và nhu cầu chuyển mạch trở nên không cần thiết, tuy nhiên việc khảo sát nghòch lưu cộng hưởng vẫn có giá trò, và ta có khả năng chuyển mạch transistor khi áp đặt vào nó bằng không: tăng độ tin cậy và hiệu suất của hệ thống. 2. Khào sát nghòch lưu nguồn dòng tải cộng hưởng (nghòch lưu song song tải RL): + - I Trang 5/ Chuong 5.doc Điện tử công suất II A Nghòch lưu song song hình V.2.1 còn có thể gọi là nghòch lưu nguồn dòng, khi tự cảm nguồn L có giá trò đủ lớn. Nghòch lưu nguồn dòng có nhiều ưu điểm khi sử dụng SCR: mạch tắt SCR hiệu quả, điều khiển đơn giản … và ngày nay vẫn còn được sử i N i o V ∞ v C o i v C Mạch tương đương (C là tụ chuyển mạch) Tải RL N L i C i + L = S3 S2 S1 _ S4 R L C Hình V.2.3: mạch tương đương NL nguồn dòng tải RL dụng ở cấp công suất lớn và rất lớn (và trăm kW đến nhiều MW). Hình V.2.3 trình bày sơ đồ nguyên lý và mạch tương đương của NL nguồn dòng một pha tải RL. Tự cảm L N có giá trò lớn làm cho dòng i N phẳng, không đổi ở một giá trò tải. Dòng điện này được đóng ngắt thành xoay chiều để cung cấp cho tải. Vậy trong điều kiện lý tưởng, tải nhận được dòng điện là những xung vuông có biên độ I phụ thuộc tải. Áp trên tải biến thiên liên tục (vì có C song song), ngăn cách với nguồn qua tự cảm lọc nguồn L N . Thông thường, người ta chỉ điều khiển công suất tải thông qua thay đổi áp nguồn một chiều vì khó thay đổi luật đóng ngắt. Như các bộ nghòch lưu nguồn dòng khác, do năng lượng chỉ truyền một chiều,với cùng áp vào, áp ra phụ thuộc đặc tính tải. - Khảo sát gần đúng nghòch lưu nguồn dòng: Trong thực tế, điện kháng nguồn không lớn vô cùng. Tuy nhiên khi tính toán gần đúng, ta vẫn có các giả thiết sau (hình V.2.3): * Xung dòng cung cấp cho tải là xung hình vuông, biên độ I. * Tụ C và tải RL làm thành mạch cộng hưởng, làm cho áp trên tải v C có dạng hình sin và như vậy chỉ có sóng hài bậc 1 của dòng cung cấp là i 1 tạo ra công suất. Hình V.2.4.a cho ta các vector: V C là áp ra, I 1 là hài cơ bản của dòng ra i O ; I C , I L lần lượt là dòng qua C và tải RL, ta có: V C là áp ra, lệch dòng ra I L góc φ của tải RL. I 1 sớm pha V C góc β để có áp âm cần thiết tắt được các SCR (phần gạch đứng tronghình V.2.4.b). Vậy C có nhiệm vụ làm cho tải có tính dung, không chỉ bù cos φ cho tải cuộn dây, giảm dòng cung cấp mà còn cung cấp khả năng chuyển mạch cho SCR. Ta có - góc lệch pha β = ω .t q . - Hiệu dụng hài bậc nhất dòng i O là 1 22 I I π = Từ đồ thò vec tơ, ta có: 1.sin .sin 1.sin tan .cos .cos .cos φ φ φ β φ φ φ − − − === L CL C L L C I II I B I IB I với 1 . ω === LL CC I Y B I YCZ , Trang 6/ Chuong 5.doc Điện tử công suất II A V I I I L C C 1 φ β wt π 2π β β v i i 1 o o I - I V Hình V.2.4.a và (b). Z là tổng trở tải RL, 22 ()=+ZRwL và ta có 1 1sin tan cos φ β φ − ⎛⎞ − = ⎜⎟ ⎝⎠ B B . Để tính các dòng, áp ta tính công suất P bằng hai cách từ nguồn một chiều (cung cấp) và tải (tiêu thụ) khi xem hiệu suất hệ thống bằng 1: 1 22 1 . . .cos . . .cos . . cos .2 2 π ββ π β == = ⇒= CC C P VI V I V a I V V a Từ áp ngỏ ra V C có thể suy ra công suất P của mạch và dòng nguồn I. Bài tập: Tính mạch nghòch lưu nguồn dòng sơ đồ một pha. Áp nguồn một chiều 500 V, tần số làm việc 1 KHz, R = 15 ohm và L = 0.001 H - Tính giá trò điện dung C để đảm bảo thời gian tắt SCR là 30 μ sec. - Tính giá trò hiệu dụng áp ra V C , suy ra công suất trên tải P và dòng nguồn I. 3. Bộ nguồn tần số cao dùng nghòch lưu nguồn dòng: Hình V.2.5 trình bày mạch động lực một bộ nguồn dùng cho nấu thép, công suất từ vài chục kW đến MW. Đầu vào là chỉnh lưu 3 pha cầu 6 SCR để điều khiển A B C n Chỉnh lưu đầu vào Nghòch lưu Mạch mồi + _ T2T1 T3 T4 T5 T6 L T13 T11 T12 T14 Lp C R Tp Rp L Cp Hình V.2.5: Mạch mồi (Start up) cho nghòch lưu song song tải cộng hưởng. công suất bộ nghòch lưu bằng cách thay đổi áp cung cấp. L n là cuộn kháng có trò số lớn đảm bảo tính chất nghòch lưu nguồn dòng. Tải của bộ NL là vòng cảm ứng phía trong là kim loại cần nấu và có gông thép phía ngoài để dẫn từ, có mạch tương đương là RL song song hay nối tiếp (hình V.2.5). Biến áp có thể được dùng để điều hợp tổng trở giữa vòng cảm ứng và bộ nghòch lưu (không được vẽ trên hình). Vì các SCR chỉ tắt được khi có áp trên mạch dao động tải nên tụ C cần phải được nạp giá trò đầu khi khởi động thiết bò. Đây là một sự bổ sung khi đưa sơ đồ NL nguồn dòng tải cộng hưởng vào thực tế. Mạch khởi động gồm Rp có trò số rất lớn cách ly tụ Cp và nguồn một chiều, Lp có trò số bé hạn dòng phóng từ Cp vào mạch tải RLC khi Tp được kích. Tp tự tắt khi dòng qua nó bằng 0 (vì Rp đủ lớn). Một đặc điểm khác của nghòch lưu song song là chỉ có thể dừng hoạt động khi ngắt nguồn một chiều, khác với nghòch lưu nối tiếp là chỉ cần ngắt xung SCR nghòch lưu là đủ. SCR 1 và 4 dẫn | kích SCR 2 và 3 Trang 7/ Chuong 5.doc Điện tử công suất II A Nguyên lý điều khiển bộ nghòch lưu là luôn đảm bảo tần số hoạt động hơi lớn hơn tần số cộng hưởng để tải luôn có tính dung, hay kiểm soát cos φ của tải và hiệu chỉnh dung lượng tụ điện bù khi giữ tần số làm việc không đổi. Trong thực tế, người ta sử dụng cả hai nguyên lý này: Mạch điều khiển luôn duy trì tần số phù hợp với mạch dao động tải, trong khi đó người ta luôn giám sát họat động của hệ thống và thay đổi giá trò L (đổi nối) và điện dung C theo trạng thái của tải. Một thông số khác cần quan tâm là giá trò áp trên tụ cần phải bé hơn trò số cho phép để tránh hư hỏng. Nguyên lý này cũng đúng với bộ nguồn dùng nghòch lưu nối tiếp như khảo sát trong mục sau. 4. Bộ nghòch lưu nối tiếp làm việc với nguồn 3 pha (bộ nghòch lưu – đổi pha): Hình V.2.6a cho ta cái nhìn trung gian giữa sơ đồ giới thiệu nghòch lưu nối tiếp (hình V.2.1c) và mạch thực tế V.2.6b. Cũng như mạch cơ bản hình V.2.1c, SCR1 và SCR2 được kích ở hai bán kỳ tạo thành hai xong dòng nguồn cung cấp cho tải R ở hai bán kỳ. Khác với sơ đồ ½ cầu dùng cho cấp điện đóng ngắt (chương II), tụ điện C1, C2 không tạo ra điểm giữa của nguồn, chúng có điện dung bé hơn nhiều và là thành phần của mạch cộng hưởng, làm tắt SCR khi dòng qua zero. Ta có thể xem C1, C2 và SCR1, SCR2 tạo thành sơ đồ cầu của bộ nghòch lưu. Để ý khi viết phương trình đặc trưng của hệ thống, ta nối tắt nguồn áp V, hai tụ C1, C2 trở thành song song với nhau tham gia vào mạch cộng hưởng RLC. V V o + _ SCR1 SCR2 L L R C1 C2 o o i v A B C L T2T1 T3 T4 T5 T6 R C1 C2 C3 TR L C Hình V.2.6: (a) Nghòch lưu nối tiếp có tụ chia đôi. (b) Sơ đồ biến tần – đổi pha. Nguyên lý hoạt động của sơ đồ nghòch lưu – đổi pha hình V.2.6b hoàn toàn tương tự. ta có thể hình dung nó bao gồm nhóm tụ C1, C2, C3 nối vào ba pha, hai nhóm SCR T1, T2, T3 và T4, T5, T6 cung cấp cho tải RLC (qua biến áp TR). Nhóm SCR thứ nhất cung cấp xung dòng dương và nhóm thứ hai cung cấp xung dòng âm cho tải. Ví dụ như trong hìnhV.2.7, tại wt = θ1, ta kích luân phiên T1 và T6 để tạo ra dòng xoay chiều qua tải. Việc sử dụng 3 linh kiện cho một nhóm cho phép nối trực tiếp bộ nghòch lưu vào lưới xoay chiều ba pha. Trình tự hoạt động cả các SCR trong hai nhóm ở một chu kỳ: wt 2π π3π v o T1 T1 T6 T6 1 2 3 4 5 56 1 wt wt θ1 Trang 8/ Chuong 5.doc Điện tử công suất II A Hình V.2.8 Dạng áp, dòng qua tải Hình V.2.7: Xung kích khởi các SCR T1 --> T2 --> T3 --> T1 và T6 --> T4 --> T5 --> T6 như ở các sơ đồ chỉnh lưu vì các SCR này được mắc vào các pha điện lưới nên thứ tự hoạt động cũng chính là thứ tự pha của lưới điện. Hơn thế nữa, khi thay đổi (làm chậm) khoảng hoạt động của các SCR, ta có thểõ giảm áp cung cấp cho mạch nghòch lưu nối tiếp giống như chỉnh lưu điều khiển pha. Tóm lại, có thể hình dung BBĐ chính là sự kết hợp chỉnh lưu điều khiển pha, biến đổi điện lưới thành một chiều và nghòch lưu nối tiếp biến đổi áp một chiều thành xoay chiều tần số cao. Một sơ đồ như vậy rất thích hợp cho các bộ nguồn công suất lớn, vì chỉ biến đổi năng lượng một lần, hiệu suất cao và giảm công suất SCR lắp đặt. Một bất lợi lớn của sơ đồ là dòng điện lưới có thành phần tần số cao, yêu cầu phải có bộ lọc đầu vào để làm tăng Phát xung 2 fo Phát xung điều khiển pha 3 pha, mỗi SCR dẫn góc 2π/3 T1 T4 T2 T5 T3 T6 A+ B+ C+ A_ B_ C_ A B C Đồng bộ Điều khiển áp 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 D 2 Q 5 CLK 3 Q 6 PR 4 CL 1 Hình V.2.8: Mạch phát xung kích khởi các SCR hệ số công suất của BBĐ và chống nhiễu truyền về lưới. V.3 BỘ NGUỒN DÙNG TRANSISTOR: Theo nội dung phần V.2 trên, các bộ nguồn cho nung nóng cảm ứng trên không cần phần tử phụ cho chuyển mạch các SCR vì các SCR sẽ tự tắt khi dòng qua giá trò không ở nghòch lưu nối tiếp hay bò đặt áp âm khi kích SCR nhánh đối diện ở nghòch lưu song song. Sự chuyển mạch có được nhờ tải là mạch cộng hưởng như vậy được gọi là chuyển mạch tải (load commutation). Trong những sơ đồ hiện đại, người ta dùng transistor (mosFET, IGBT) thay thế SCR trong sơ đồ tương tự. Việc sử dụng transistor trong bộ nghòch lưu tải cộng hưởng có các ý nghóa sau: - Vì transistor đóng ngắt theo sự điều khiển, các ngắt điện không cần điều kiện chuyển mạch cho nên vùng thông số hoạt động của hệ thống được nới rộng. Ví dụ tải nghòch lưu nguồn dòng không nhất thiết phải có tính dung kháng. Một kết quả khác là độ tin cậy của hệ thống được nâng cao do ngắt điện luôn chuyển mạch được. - Tần số làm việc tối đa tăng, đến hàng MHz do giảm thông số động của của ngắt điện khi dùng transistor thay cho thyristor: t on xuống dưới micro giây, t off chỉ còn vài micro giây hay bé hơn khi dùng MosFET. Tuy nhiên, tổn hao trên ngắt điện có thể tăng do sụt áp thuận trên transistor thường cao hơn SCR ở dòng điện lớn. 1. Bộ nghòch lưu nguồn dòng dùng transistor: Trang 9/ Chuong 5.doc Điện tử công suất II A Các SCR trong bộ NL nguồn dòng được thay thế bằng các transistor + diod nối tiếp. Các diod này bảo vệ cho transistor khỏi áp ngược khi chuyển mạch. Diod song song ngược là có sẵn (khi chế tạo) hay được mắc thêm để bảo vệ. Hoạt động của mạch giống như nghòch lưu nguồn dòng: các ngắt điện thay phiên hoạt động, góc dẫn 180 O : T1, T4 --> T2, T3 --> T1, T4 . Sự khác biệt ở đây là ta không sợ chuyển mạch thất bại nên giá trò L nguồn có thể chọn nhỏ hơn khi dùng SCR, tần số hoạt V L _ + R C D1 Q1 Q2 D2 Q4 D4 Q3 D3 Hình V.3.1: Bộ nghòch lưu nguồn dòng dùng transistor động có thể lớn hay bé hơn tần số cộng hưởng và không cần mạch mồi để khởi động hệ thống. 2. Bộ nghòch lưu nguồn áp làm việc với tải cộng hưởng: Khi sử dụng nghòch lưu nguồn áp (có diod song song ngược), mạch tải sẽ là mạch cộng hưởng nối tiếp hay hỗn hợp như hình V.3.2. Như ta đã biết, vì ngắt điện chỉ dẫn điện một chiều, các bộ nghòch lưu nguồn dòng là một bẫy năng lượng: năng lượng cung cấp phải được tiêu thụ hết, nếu không sẽ làm biên độ dao động tăng lên, có thể gây quá áp trên tụ điện. Việc sử dụng diod song song làm cho năng lượng được truyền hai chiều. Khả năng trả được năng lượng phản kháng về nguồn làm cho bộ nghòch lưu có thể làm việc không tải (hay tải bé) mà không làm quá áp các phần tử. o V V C1 _ R C2 L + Q1 Q2 D1 D2 V V o L _ Q2 C1 + C2 R Q1 L V o L + Q3 _ Q2 Q1 R L L Q4 C (a) (b) (c) Hình V.3.2: Nghòch lưu nối tiếp tải cộng hưởng khi không (a) và có (b),(c) trả năng lượng về lưới. (a), (b) là sơ đồ nhận được khi thay thế SCR trong hìnhV.2.6a bằng IGBT, (c) là sơ đồ cầu IGBT, tải là vòng cảm ứng RL o có tụ C bù cos ϕ . Tự cảm L nối tiếp nhằm cách ly nguồn một chiều và tải cộng hưởng. Một vấn đề phát sinh khi làm việc dưới tần số cộng hưởng là quá trình trả năng lượng về nguồn sẽ tác động trở lại quá trình nạp năng lượng vào mạch dao động, được so sánh trong hình sau khi mô phỏng các mạch điện hình V.3.2 dùng PowerSIM: * Sơ đồ hình V.3.2a : Dòng qua L, cũng là dòng qua tải R, là những xung hình sin, về không khi áp trên C đạt cực đại, sau đó dòng qua ngắt điện bằng không và C giữ nguyên điện áp cho đến khi ngắt điện kế hoạt động. Trang 10/ Chuong 5.doc Điện tử công suất II A Hình V.3.3: Các dạng áp của sơ đồ hình V.3.2a * Sơ đồ hình V.3.2b : Mạch hình V.3.2b giống như hình V.3.2a nhưng không có diod chặn xung dòng trả năng lượng về nguồn một chiều. Từ các dạng sóng trên hình V.3.4, ta nhận xét biên dộ dòng điện qua L, áp trên C đều giảm do quá trình trả năng lượng dao động về nguồn điện qua các diod song song ngược. Hình V.3.4: Các dạng áp của sơ đồ hình V.3.2b * Sơ đồ hình V.3.2c : Hai mạch V.3.2 (a) và(b) ít được gặp trong thực tế. Khi tải là vòng cảm ứng người ta luôn mắc song song với nó một tụ điện tạo thành mạch cộng hưởng RL O C. Nhiệm vụ tụ điện này là nâng cao hệ số công suất của vòng cảm ứng, giảm dòng qua ngắt điện và nguồn. Khi đó, hoạt động của bộ nghòch lưu bao gồm 2 quá trình: dao động của mạch cộng hưởng tải RL O C và sự đóng ngắt nguồn để nạp năng lượng vào mạch cộng hưởng này. Do tính chọn lọc của mạch cộng hưởng, áp trên tải sẽ là dao động hình sin cùng tần số điều khiển và ta phải nối tiếp thêm cuộn dây L để gánh chênh lệch áp nguồn với tải. Phụ thuôc vào giá trò L, ta có hai trường hợp sau: * Khi L bé, L + RL O C có tần số dao động cao hơn tần số kích Transistor làm cho dòng qua [...]... cao hiệu suất của mạch Khi khởi động, điện thế cực cổng bằng không nên đèn sẽ dẫn điện Tụ nối tầng C2 phóng điện sẽ làm cho Trang 11/ Chuong 5.doc Điện tử công suất II A + mạch cộng hưởng dao động và mạch phân cực tự động L2,R1 sẽ là cho triode tiến dần qua vùng khóa Từ đó, triode chỉ chuyển sang trạng thái dẫn điện khi áp anode là bé nhất Nhờ Hình V.3.7: Dao động công suất dùng đèn ba cực (triode) đó,... pha giữa iL và vC, công suất không tăng như dự đònh (hình V.3.6) Hình V.3.6: Các dạng áp của sơ đồ hình V.3.2c khi L lớn 3 Mạch dao động hình sin công suất : Các sơ đồ dao động dùng đèn điện tử cho nung nóng cảm ứng được phát triển từ lâu, khi xuất hiện các đèn ba cực công suất Đó là các mạch dao động LC ba điểm như Colpitts (hai tụ điện) , Harley(hai tự cảm) như hình V.3.7 sau Phần tử tác động (Triode)... This is the method which uses heat generated by arc Direct one uses work material as electrode And indirect one heat with arc heat by radiation, convection and conduction Trang 12/ Chuong 5.doc Điện tử công suất II A Electron beam heating and ion beam heating This is the method which uses electrum beam The work is in vacuum and gets quite high power density through electron lens Laser heating This is... power density and the quality of bonding is very good because it doesn't have few heat affected zone 2 The production rate of electrum beam is not good for industrial usage Trang 13/ Chuong 5.doc Điện tử công suất II A ... chuyển các sơ đồ dao động dùng đèn qua bán dẫn Mạch dao động cũng có dạng tương tự với khi dùng đèn, với ưu điểm là mạch điện rất đơn giản, hiệu quả nhưng nhược điểm là hiệu suất kém hơn các mạch dùng ngắt điện (còn gọi là khuếch đại lớp D) Do đó các sơ đồ dùng mạch dao động thường dùng khi công suất bé hay tần số rất cao, lúc các mạch phát xung không kiểm soát tốt họat động của BBĐ BÀI ĐỌC THÊM VỀ CÁC PHƯƠNG... đèn bằng tổ hợp C4, L2, R1 (tinh chỉnh bằng R1) Tần số dao động được điều khiển bằng cách thay đổi tụ dao động C3, cuộn dây phản hồi L5 và mạch phân cực Công suất dao động được điều khiển bằng cách thay đổi áp nguồn một chiều Vì triode làm việc ở điện áp trên dưới 10 KV, ngày nay người ta thường dùng bộ biến đổi áp AC đề điền khiển áp sơ cấp biến áp tăng áp + chỉnh dưu diode bán dẫn ở thứ cấp thay . Trang 2/ Chuong 5.doc Điện tử công suất II A Từ P, ta chọn được tần số của bộ nguồn cao tần tù thuộc vào vật liệu và công nghệ gia công là nung nóng, nấu. đó dòng qua ngắt điện bằng không và C giữ nguyên điện áp cho đến khi ngắt điện kế hoạt động. Trang 10/ Chuong 5.doc Điện tử công suất II A Hình V.3.3: