0

CHƯƠNG5 đề CƯƠNG điện tử CÔNG SUÂT 4 2018

23 1 0
  • CHƯƠNG5 đề CƯƠNG  điện tử CÔNG SUÂT 4 2018

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Tài liệu liên quan

Thông tin tài liệu

Ngày đăng: 25/11/2021, 21:14

Chương5NGHỊCH LƯU BIẾN TẦNNghịch lưu là quá trình biến đổi điện áp một chiều thành điện áp xoay chiều một pha hoặc ba pha theo sơ đồ khối chung Nghịch lưu chia làm 2 loại chính: Nghịch lưu phụ thuộc và nghịch lưu độc lập. Trong đó nghịch lưu phụ thuộc là nghịch lưu có điện áp, tần số, góc pha và thứ tự pha phụ thuộc vào lưới điện. Trường Đại học SPKT Hưng Yên Điện tử công suất Chương5 NGHỊCH LƯU - BIẾN TẦN 5.1 Nghịch lưu 5.1.1 Khái niệm phân loại sơ đồ nghịch lưu a> Khái niệm: Nghịch lưu trình biến đổi điện áp chiều thành điện áp xoay chiều pha ba pha theo sơ đồ khối chung sau: ĐK DC LC NL AC PT Hình 5.1: Sơ đồ khối mạch nghịch lưu b> Phân loại: Nghịch lưu chia làm loại chính: Nghịch lưu phụ thuộc nghịch lưu độc lập Trong nghịch lưu phụ thuộc nghịch lưu có điện áp, tần số, góc pha thứ tự pha phụ thuộc vào lưới điện Nghịch lưu độc lập lại chia nghịch lưu độc lập nguồn áp, nguồn dịng hay cộng hưởng vv Trong nghịch lưu độc lập nguồn áp có đặc điểm tích trữ lượng trung gian thường tụ điện Với nghịch lưu áp ln định điện áp có biên độ, tần số, góc pha thứ tự pha không phụ thuộc vào loại tải phụ thuộc vào tín hiều điều khiển, điện áp thường có dạng hình chữ nhật cịn dịng điện phụ thuộc vào tải hình chữ nhật, hình cưa, hình sin, dạng hàm mũ Cịn nghịch lưu độc lập nguồn dòng lượng dự trữ dạng từ trường ln định dịng điện có biên độ, tần số, góc pha thứ tự pha không phụ thuộc vào loại tải phụ thuộc vào tín hiều điều khiển, dịng điện thường có dạng hình Chương5 Biến tần – nghịch lưu 174 Trường Đại học SPKT Hưng Yên Điện tử công suất chữ nhật cịn điện áp phụ thuộc vào tải hình chữ nhật, hình cưa, hình sin, dạng hàm mũ 5.1.2 Mạch nghịch lưu nguồn dòng pha ba pha 5.1.2.1 Mạch nghịch lưu nguồn dòng pha a> Sơ đồ nguyên lý Hình 5.3: Sơ đồ nguyên lý mạch nghịch lưu nguồn dòng pha sơ đồ cầu H b> Nguyên lý làm việc Các tín hiệu điều khiển đưa vào đơi Thyritstor T1, T2 lệch pha với tín hiệu điều khiển đưa vào đơi T3 ,T4 góc 180 độ điện Điện cảm đầu vào nghịch lưu lớn (Ld = ∞), dịng điện đầu vào id san phẳng (biểu đồ xung), nguồn cấp cho nghịch lưu nguồn dòng dạng dịng điện nghịch lưu (i) có dạng xung vuông Khi đưa xung vào mở cặp van T1,T2 , dòng điện i = id = Id Đồng thời dòng qua tụ C tăng lên đột biến , tụ C bắt đầu nạp điện với cực (+) bên trái cực (-) bên phải Khi tụ C nạp đầy, dịng qua tụ giảm khơng Do i = ic = it =Id = số, nên lúc đầu dịng qua tải nhỏ sau dịng qua tải tăng lên Sau nửa chu kỳ (t = t1) người ta đưa xung vào mở cặp van T3,T4 Cặp T3,T4 mở tạo q trình phóng điện tụ C từ cực (+) cực (-) Dòng phóng ngược chiều với dịng qua T1 T2 làm choT1 T2 bị khố lại Q trình chuyển mạch gần tức thời Sau tụ C nạp điện theo chiều ngược lại với cực (+) bên phải cực (-) bên trái Dòng nghịch lưu i = id = -Id (đã đổi dấu) Đến thời điểm t = t2, người ta đưa xung vào mở T1,T2 T3,T4 bị khố lại trình lặp lại trước Chương5 Biến tần – nghịch lưu 175 Trường Đại học SPKT Hưng Yên Điện tử công suất Như chức tụ C làm nhiệm vụ chuyển mạch cho Thyritstor Tại thời điểm t1 , mở T3 T4 T1 T2 bị khố lại điện áp ngược tụ C đặt vào Khoảng thời gian trì diện áp ngược (t1-t’1 ) cần thiết để trì qúa trình khố phục hồi tính điều khiển van t’1- t1 = tk ≥ toff thời gian khoá Thyritstor thời gian phục hồi tính điều khiển β = ω.tk góc khố nghịch lưu c> Dạng sóng điện áp, dịng điện mạch Hình 5.4: Dạng sóng dịng điện, điện áp mạch nghịch lưu nguồn dòng pha dùng sơ đồ cầu H Chương5 Biến tần – nghịch lưu 176 Trường Đại học SPKT Hưng Yên Điện tử công suất 5.1.2.2 Mạch nghịch lưu nguồn dòng ba pha dải điều chỉnh hẹp a> Sơ đồ nguyên lý + T1 Ld T3 C1 E C3 ZA - + T5 ZB ZC C5 + - T4 - T6 T2 Hình 5.5: Sơ đồ nguyên lý mạch nghịch lưu nguồn dòng pha dải điều chỉnh hẹp b> Nguyên lý làm việc Trong thực tế nghịch lưu dòng ba pha sử dụng phổ biến cơng suất lớn đáp ứng ứng dụng cơng nghiệp Nghịch lưu dịng ba pha sử dụng thyristor Do khố thyristor cần phải có tụ chuyển mạch (c1, c3, c5) mạch nghịch lưu dòng nên nguồn đầu vào phải nguồn dịng coi Ld = ∞ Để đảm bảo khoá thyristor tạo nên hệ thống dịng điện ba pha đối xứng luật dẫn điện tuân theo đồ thị hình vẽ Qua đồ thị ta thấy van động lực dẫn khoảng thời gian λ =120 độ điện Quá trình chuyển mạch diễn van nhóm Xét khoảng thời gian ÷ t1 : lúc T1 T6 dẫn Dòng qua T1, Za, Zb T6 Đồng thời có dòng nạp cho tụ C1 qua T1- C1 – T6 Khi tụ C1 nạp đầy dịng qua tụ không Tụ C1 nạp với dấu điện áp ( hình 6) chuẩn bị cho trình chuyển mạch khoá T1 Tại thời điểm t = t2, mở T3, điện áp ngược tụ C1 đặt lên T1 làm cho T1 bị khoá lại Tương tự T2 T3 dẫn ( t2 ÷ t3 ) tụ C3 nạp với dấu hiệu điện áp để chuẩn bị khoá T3 Chương5 Biến tần – nghịch lưu 177 Trường Đại học SPKT Hưng Yên Điện tử cơng suất Đối với nhóm catơt chung T2, T4, T6 trình chuyển mạch diễn Ví dụ tụ C5 nạp khoảng t1  t ( T1 T2 dẫn) với dấu đảm bảo để khoá T4 mở T2 thời điểm t3 Theo phân tích ta thấy Do tải mắc song song với tụ chuyển mạch nên gữa hai tụ ln ln có trao đổi lượng với nên gữa tải tụ ln có trao đổi lượng, ảnh hưởng làm cho đường đặc tính ngồi dốc hạn chế vùng làm việc nghịch lưu dòng Để làm giảm ảnh hưởng tải đến trình nạp tụ C, ta sử dụng điôt ngăn cách ( D1 , D2 , D3 , D4 , D5 , D6 ) Việc sử dụng điơt địi hỏi phải chia tụ chuyển mạch làm hai nhóm: Nhóm C1 , C3 , C5 dùng để chuyển mạch cho van T1 , T3 , T5 : cịn nhóm C , C , C dùng để chuyển mạch cho van T2 , T4 , T6 Nghịch lưu dịng khơng tiêu thụ cơng suất phản kháng mà cịn phát cơng suất tác dụng vì: dịng id không đổi hướng, dấu điện áp hai đầu nguồn đảo đấu Điều có nghĩa, nghịch lưu làm việc với tải động xoay chiều động thực hãm tái sinh Chương5 Biến tần – nghịch lưu 178 Trường Đại học SPKT Hưng Yên Điện tử công suất c>Dạng sóng dịng điện ba pha Hình 5.6: Dạng sóng dịng điện qua pha mạch nghịch lưu nguồn dòng pha dải điều chỉnh hẹp Chương5 Biến tần – nghịch lưu 179 Trường Đại học SPKT Hưng Yên Điện tử cơng suất 5.1.2.3 Mạch chỉnh lưu nguồn dịng ba pha dải điều chỉnh rộng dùng thyritstor a> Sơ đồ nguyên lý Hình 5.7: Sơ đồ nguyên lý mạch nghịch lưu nguồn dòng pha dải điều chỉnh hẹp chuyển mạch tập chung b>Giới thiệu sơ đồ - Ud kết hợp với Ld có điện cảm đủ lớn để tạo nguồn dịng điện Id - Cầu thyritstor T1-T6 đóng vai trò nghịch lưu nguồn dòng pha thành nguồn dòng xoay chiều pha có chế độ dẫn 120o điện - Để đảm bảo chuyển mạch chắn cho van ta chọn Ed>Ud Ed nguồn điện áp kết hợp với van Tn1-Tn4 Rn+Cn để tạo điện áp có cức tích thích hợp khóa van T1- T6 thông qua van phụ Tp1-Tp6 + Nếu Tn1 Tn2 mở Un 0(+ phía phải – phía trái) +Un>0: Nếu TP1 Tp7 mở khóa T1 Nếu TP3 Tp7 mở khóa T3 Nếu TP5 Tp7 mở khóa T5 Chương5 Biến tần – nghịch lưu 180 Trường Đại học SPKT Hưng Yên Điện tử công suất +Un < 0: Nếu TP4 Tp8 mở khóa T4 Nếu TP6 Tp8 mở khóa T6 Nếu TP2 Tp8 mở khóa T2 * Giản đồ trạng thái pha giống với sơ đồ dùng IGBT b> Nguyên lý làm việc (SV tự nghiên cứu hướng dẫn giáo viên) 5.1.3 Mạch nghịch lưu nguồn áp pha, ba pha 5.1.3.1 Mạch nghịch lưu nguồn áp pha a> Sơ đồ nguyên lý + E is D1 R C T3 L A it T4 D4 - D3 T1 D2 B T2 Hình 5.8: Sơ đồ nguyên lý mạch nghịch lưu nguồn áp pha Trong đó: - T1, T2, T3, T4 : Là IGBT có nhiệm vụ để đóng cắt điều chỉnh thay đổi điện áp xoay chiều tải - Zt: Là phụ tải gồm L mắc nối tiếp với R - D1, D2, D3, D4: Là diơt dẫn dịng tải trả lượng nguồn nuôi - is: Là dòng điện cấp từ nguồn cho biến đổi  Khi is > nguồn cung cấp lượng cho tải (các thyristor dẫn dòng)  Khi is < tải trả lượng nguồn ni (các diơt dẫn dịng) Chương5 Biến tần – nghịch lưu 181 Trường Đại học SPKT Hưng Yên Điện tử công suất - C: Tụ điện có nhiệm vụ san phẳng điện áp đầu vào dự ttrữ lượng dạng điện trường b> Nguyên lý làm việc c> Dạng sóng dịng điện, điện (xét với tải R+L) áp mạch Giả sử trước thời điểm t = T3 T4 E cho dịng chạy qua tải (dòng tải từ B  A) Khi t = cho xung mở T1 T2, T3 T4 bị khố lại, dịng tải iS = -Im khơng thể đảo chiều cách đột ngột tải có tính chất cảm Do dịng tải tiếp tục chảy theo chiều cũ theo mạch D1  E  D2  tải suy giảm dần không, hai t iG1,2 t iG3,4 t Ut(it) t3 t4 van D1 D2 dẫn dòng khiến T1 T2 chưa kịp mở bị khoá lại Đến thời điểm t = t 1, it t1 iT1;T2 = 0, D1 D2 bị khoá lại, T1 T2 mở dòng tải i > tăng dần chảy theo chiều từ A  B Giai đoạn từ t = đến t1 giai đoạn hoàn lượng t t2 t iD1;D2 t iT3;T4 Khi t = T/2 ( thời điểm t2) cho xung mở T3 T4 đồng thời ngắt xung vào cực điều khiển T1 T2 nên T1; T2 bị khoá lại Lúc dòng tải chảy qua D3 D4 khiến cho T3 T4 chưa kịp mở bị khoá lại Khi t = t3, t iD3;D4 t iS t it = 0, lúc van T3 T4 mở cho dòng điện qua với it < chảy theo chiều từ B  A Dòng tải it biến thiên theo quy luật hàm mũ hai giá trị Im -Im Chương5 Biến tần – nghịch lưu 182 Trường Đại học SPKT Hưng Yên Điện tử cơng suất d> Phân tích biểu thức dịng điện điện áp tải - Điện áp tải chuỗi xung vng khơng phụ thuộc vào đặc tính tải nên ta dễ dàng xác định giá trị hiệu dụng điện áp tải T E dt  E T 0 U1  - Với tải R+L dịng tải có dạng hàm mũ, muốn xác định biểu thức tính dịng điện tải ta vận dụng phương pháp toán tử phương pháp sóng điều hịa * Phương pháp tốn tử Khi van T1 T2 dẫn cho dòng điện qua tải ta có phương trình vi phân Ldit  Ri  E dt di R E  t  i dt L L (PT1) Viết (PT1) dạng toán tử E L.P E  PI ( P )  I m  aI ( P )  L.P Im Im Im E a.E a.E  I ( p)       L.P( P  a) ( P  a) L.P( P  a).a ( P  a) R.P( P  a) ( P  a) PI ( P )  i (0)  aI ( P )  Áp dụng bảng hàm ảnh - gốc toán tử ta xác định nghiệm PT1 là: it    E  e at  I m e at R * Phương pháp sóng điều hòa - Nhận thấy điện áp tải chuỗi xung chữ nhật đối xứng, hàm lẻ nên chu kỳ khai triển Fourier số hạng sóng sin: Ut  sin(2k  1)t  k 1 2k  4E   Nếu lấy sóng điều hịa (bậc hay k=1) ta có Ut  4E  Sint Chương5 Biến tần – nghịch lưu 183 Trường Đại học SPKT Hưng Yên Điện tử công suất Lúc ta coi dạng sóng điện áp có dạng sin vng nên dịng điện tải xác định it  Ut 4E  Sin (t   )  I m sin(t   ) Zt  R2  X Trong đó: X  L. : Điện kháng tải X  : Góc trễ pha dịng điện điện áp tải R   arctg  Sau xác định biểu thức dịng điện tải ta dễ dàng xác định giá trị trung bình, hiệu dụng dòng tải, dòng tiêu thụ từ nguồn cấp hay dòng qua van công suất 5.1.3.2 Mạch nghịch lưu nguồn áp ba pha a> Sơ đồ nguyên lý +E D1 T1 D3 T3 D5 T5 C D4 T4 D6 T2 T6 T2 - ZA ZB ZC Hình 5.9: Sơ đồ nguyên lý mạch nghịch lưu nguồn áp pha b> Nguyên lý làm việc * Giả thiết phân tích sơ đồ - Để thuận tiện mô tả nguyên lý ta giả thiết nghiên cứu : + Van lý tưởng dẫn điện áp van không; khóa dịng rị khơng + Nguồn cung cấp có nơi trở nhỏ có khả dẫn điện theo hai chiều + Các van động lực từ T1 đến T6 làm việc với độ dẫn điện 180 độ điện Chương5 Biến tần – nghịch lưu 184 Trường Đại học SPKT Hưng Yên Điện tử công suất + Tải ba pha đối xứng * Giới thiệu khái quát sơ đồ - Các đioe từ D1 đến D6 làm chức trả lượng nguồn Tụ điện C đảm bảo nguồn áp tiếp nhận lượng phản kháng từ tải - Các van phải dẫn tuân theo luật giản đồ dòng điện, điện áp Như van T1 T4 dẫn lệch góc 1800 để tạo nên pha A T3 T6 dẫn lệch góc 1800 để tạo nên pha B T2 T5 dẫn lệch góc 1800 để tạo nên phaC * Phân tích sơ đồ - Trong khoảng  t1, T1; T6; T5 dẫn, sơ đồ thay có dạng hình vẽ ta thấy UZA = E/3 + E ZC ZA ZB - - khoảng t1  t2, T1; T6; T2 dẫn, sơ đồ thay có dạng hình vẽ ta thấy UZA = 2E/3 E ZA ZB ZC - - Trong khoảng t2  t3, T1; T2; T3 dẫn, sơ đồ thay có dạng hình vẽ ta thấy UZA = E/3 Chương5 Biến tần – nghịch lưu 185 Trường Đại học SPKT Hưng Yên Điện tử công suất + E ZB ZA ZC - Phân tích ta suy điện áp pha A có dậng hình vẽ dạng sóng dịng điện, điện áp ttrong mạch c> Khoảng dẫn van dạng sóng điện áp tải λ T1 T1 t T4 T3 T3 t T6 T6 T5 T5 t T2 T2 UZA 2/3E 1/3E t Chương5 Biến tần – nghịch lưu 186 Trường Đại học SPKT Hưng Yên Điện tử công suất d> Các biểu thức mạch - Trị hiệu dụng điện áp pha xác định T T  T6  2 2  E  2E  E  U pha  E   dt     dt     dt     T 0  T  T    Nếu coi điện áp dạng gần sin ta viết biểu thức điện áp pha A: U pha  E sin t Với giả thiết ta coi dòng điện có dạng gần sin dịng điện pha tải tính đơn giản theo biểu thức: I pha  U pha Z  2.E sin t R  X Với phương pháp kết tính tốn cho sai số khoảng 10 đến 20%, kết đơi chấp nhận hệ số dự chữa chọn van bán dẫn công suất thường lớn Tuy nhiên thực tế để xác ta phân tích dịng điện theo bậc điện áp Ứng với bậc phương trình vi phân sau ta lấy giá trị cuối bậc làm sơ kiện bậc kế tiếp: Cụ thể bậc chia theo khoảng sau: - Trong khoảng < t < viết biểu thức giải tích dịng điện tải + t = i = -Im + t = T/2 i = Im b> Vẽ dạng sóng điện áp tải, dòng điện qua tải, dòng điện qua van, dịng điện qua nguồn cung cấp c> Tính dịng trung bình qua GTO diode Bài 5.3 Cho sơ đồ biến tần nguồn áp pha sử dụng GTO làm việc với tải R+L cặp vàn V1, V2cùng làm việc V3 V4 Biết E = 10V; L = 1mH; R = ; f = 100Hz a> viết biểu thức giải tích dịng điện tải + t = i = -Im + t = T/2 i = Im b> Vẽ dạng sóng điện áp tải, dịng điện qua tải, dịng điện qua van, dòng điện qua nguồn cung cấp c> Tính dịng trung bình qua GTO diode Chương5 Biến tần – nghịch lưu 196 ... sóng điện áp, dịng điện mạch Hình 5 .4: Dạng sóng dịng điện, điện áp mạch nghịch lưu nguồn dòng pha dùng sơ đồ cầu H Chương5 Biến tần – nghịch lưu 176 Trường Đại học SPKT Hưng Yên Điện tử công. .. (các diơt dẫn dịng) Chương5 Biến tần – nghịch lưu 181 Trường Đại học SPKT Hưng Yên Điện tử công suất - C: Tụ điện có nhiệm vụ san phẳng điện áp đầu vào dự ttrữ lượng dạng điện trường b> Nguyên...  k 1 2k  4E   Nếu lấy sóng điều hịa (bậc hay k=1) ta có Ut  4E  Sint Chương5 Biến tần – nghịch lưu 183 Trường Đại học SPKT Hưng Yên Điện tử công suất Lúc ta coi dạng sóng điện áp có dạng
- Xem thêm -

Xem thêm: CHƯƠNG5 đề CƯƠNG điện tử CÔNG SUÂT 4 2018, CHƯƠNG5 đề CƯƠNG điện tử CÔNG SUÂT 4 2018