Bài giảng Điện tử công suất 1 - Chương 3: Bộ biến đổi điện áp xoay chiều - Phan Quốc Dũng

BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU CHƯƠNG 3 CHƯƠNG 3 Chức năng : Dùng để điều khiển trị hiệu dụng điện áp xoay chiều ngõ ra bộ biến đổi có nguồn ngõ vào có dạng điện áp xoay chiều không đổi. ~ AC ~ AC BBĐ CHƯƠNG 3 Ứng dụng: -Các thiết bị nhiệt điện (lò điện, thiết bị tiêu thụ nhiệt điện trong gia đình) -Đóng ngắt đèn và điều khiển độ sáng (trên sân khấu, đèn quảng cáo) -Các động cơ không đồng bộ công suất nhỏ và trung bình (truyền động của các máy quạt, máy bơm, máy xay) -Các truyền động nhỏ với các động cơ vạn năng công suất nhỏ (dụng cụ điện cầm tay, máy sấy, máy trộn) -Hệ thống bù nhuyễn công suất phản kháng CHƯƠNG 3 Phân loại: 1. Theo số pha: 1 pha 3 pha m pha 2. Theo dạng mạch: Cơ bản (đối xứng) Tiết kiệm (không đối xứng) 3. Nguyên tắc điều khiển bộ biến đổi: Điều khiển pha Điều khiển theo thời gian CHƯƠNG 3 Các loại khoá xoay chiều bán dẫn: CHƯƠNG 3 Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải R,L,RL 2. Phân tích : - Xác định các khoảng dẫn linh kiện - Thiết lập phương trình áp và dòng - Vẽ các giản đồ - Các hệ quả CHƯƠNG 3 Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải R 1. Sơ đồ : CHƯƠNG 3 Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải R 1. Trạng thái 0: [0 α] ;0;0 == zz iu ;0;0sin ;0;0sin 212 11 =<−=−= =>== VmVV VmV itUuu itUuu ω ω CHƯƠNG 3 Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải R 2. Trạng thái V 1 : [α - pi] ;sin;01 === mzV tUuuu ω ;0;0 ;; 22 1 == == VV z zzV iu R uiii CHƯƠNG 3 Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải R 3. Trạng thái 0: [ pipi+α ] ;0;0 == iu ;0;0sin ;0;0sin 212 11 =>−=−= =<== VmVV VmV zz itUuu itUuu ω ω CHƯƠNG 3 Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải R 4. Trạng thái V 2 : [pi+α2pi ] ;sin;02 === mzV tUuuu ω ;0;0 ;; 11 2 == =−= VV z zzV iu R uiii CHƯƠNG 3 Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải R CHƯƠNG 3 Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải R Trị hiệu dụng điện áp trên tải : ( ) ( ) pi α pi α ωω pi pi 2 2sin1.sin1 22 +−== ∫ UtdtUU mz α CHƯƠNG 3 Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải R Trị hiệu dụng dòng tải : UUI zz pi α pi α 2 2sin1 +−⋅ == RR CHƯƠNG 3 Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải R Hệ số công suất nguồn : pi α pi αλ 2 2sin1 . 2 +−==== U U IU R U S P z z z z Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải R Đặc tuyến điều khiển trị hiệu dụng điện áp tải và hệ số công suất 100 150 200 250 D i e n a p t a i u z , [ V ] CHƯƠNG 3 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 Goc dieu khien alpha, [rad] H e s o c o n g s u a t l a m d a 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 0 50 Goc dieu khien alpha, [rad] D i e n a p t a i u z , [ V ] Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải L CHƯƠNG 3 ;0;0 == zz iu 1. Trạng thái 0: ;0;0sin ;0;0sin 212 11 =<−=−= =>== VmVV VmV itUuu itUuu ω ω Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải L CHƯƠNG 3 2. Trạng thái V1: ; ;sin;0 1 1 = === zV mzV ii tUuuu ω ;0;0 22 == VV iu ( ) ( )t L U tdt L UitU dt di L m t m zm z ωα ω ωω ω ω ω α coscossinsin −==⇒= ∫ Phương trình dịng điện : Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải L CHƯƠNG 3 Giản đồ áp tải và dịng tải Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải L CHƯƠNG 3 Giản đồ áp và dịng linh kiện Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải L CHƯƠNG 3 Trị hiệu dụng áp tải : Khi góc điều khiển α > pi/2 ( ) ( ) ( )      +−== ∫ − pi α pi α ωω pi αpi α 2 2sin12sin1 2 22 UtdtUU mz ( ) ( ) ( ) pi α α pi α ω ω pi αpi α 2sin3 cos21121 2 2 2 ++      −== ∫ − L U tdiI zz Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải RL CHƯƠNG 3 Góc tới hạn ϕ là góc điều khiển mà dòng điện tải ở ranh giới giữa chế độ dòng điện gián đoạn và dòng liên tục. Với tải RL, góc tới hạn cho bởi hệ thức: R L arctg .ωϕ = : Dòng tải iz liên tục, uz=u; Uz =U (không đổi). : Dòng tải gián đoạn, trị hiệu dụng Uz thay đổi ϕα ≤≤0 piαϕ ≤≤ Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải RL CHƯƠNG 3 Phân tích trường hợp dòng tải gián đoạn: a) Trạng thái 0: Ta có các phương trình áp và dòng: ;0;0 == iu ;0;0sin ;0;0sin 212 11 =<−=−= =>== VmVV VmV zz itUuu itUuu ω ω Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải RL CHƯƠNG 3 b) Trạng thái V1: ; ;sin;0 1 1 = === zV mzV ii tUuuu ω ;0;0 22 == VV iu Phương trình dòng tải: ( ) ( ) ( )      ⋅−−− + =⇒ =+ − − ωτ αω ϕαϕω ω ω t m z m z z et LR Ui tU dt diLRi sinsin sin 22 Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải RL CHƯƠNG 3 b) Trạng thái V1: với ϕ là góc tới hạn, τ = L/R – thời hằng điện. Dòng tải iz tăng dần từ thời điểm α, đạt giá trị cực đại. Sau đó giảm về 0 ở ωt =β, V1 ngắt ở thời điểm này c) Trạng thái 0: [β pi+α] Ở thời điểm ωt = pi+α, tín hiệu kích IG2 > 0 ⇒ Thyristor V2 đóng ;0;0sin ;0;0sin ;0;0 212 11 =>−=−= =<== == VmVV VmV zz itUuu itUuu iu ω ω Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải RL CHƯƠNG 3 d) Trạng thái V2: [β pi+α] ; ;sin;02 −= === mzV ii tUuuu ω ;0;0 11 2 == VV zV iu Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải RL CHƯƠNG 3 Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải RL CHƯƠNG 3 Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải RL CHƯƠNG 3 Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải RL CHƯƠNG 3 Hệ quả: Trị hiệu dụng điện áp trên tải RL cho bởi hệ thức: pi βα pi ψ 2sin2sin . − +=UU z với ψ là góc dẫn của thyristor và β là góc tắt của thyristor. 2 Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải RL CHƯƠNG 3 Gọi Iz là trị hiệu dụng dòng điện qua tải RL. Công suất tiêu thụ của tải: Pz=R.Iz2 Công suất của nguồn xoay chiều: S=U.I=U.Iz Hệ số công suất của nguồn: U U U IR S P Rz === .λ CHƯƠNG 3 Bộ biến đổi áp xoay chiều ba pha : Tải R,L,RL 1. Các sơ đồ CHƯƠNG 3 Bộ biến đổi áp xoay chiều ba pha : Tải R,L,RL 1. Các sơ đồ CHƯƠNG 3 Bộ biến đổi áp xoay chiều ba pha : Tải R,L,RL CHƯƠNG 3 Bộ biến đổi áp xoay chiều ba pha : Tải R,L,RL CHƯƠNG 3 Bộ biến đổi áp xoay chiều ba pha : Tải R,L,RL CHƯƠNG 3 Các phương pháp điều khiển 1. Điều khiển pha : Tương tự điều khiển bộ chỉnh lưu SCR CHƯƠNG 3 Các phương pháp điều khiển 2. Điều khiển theo số nguyên lần chu kỳ : CHƯƠNG 3 Ví dụ: Cho bộ biến đổi điện áp xoay chiều một pha, nguồn áp xoay chiều , [V]. Chiều dương qui ước của áp tải và dòng tải như nhau sao cho thuận chiều dòng dẫn qua Thyristor V1. Tải gồm R=10Ω. Góc điều khiển các Thyristor α = 1200. 1.Vẽ giản đồ u và i ; z z 2.Tính góc dẫn của một SCR trong một chu kỳ áp nguồn; 3.Tính trị hiệu dụng áp tải và dòng tải Uz, Iz 4.Tính giá trị cực đại của dòng tải ; 5.Nếu mắc nối tiếp với tải R một cuộn cảm có giá trị L=0.1H và giả sử xung điều khiển có dạng chuỗi xung với giá trị góc kích α = pi/3 [rad]. Kết luận gì về tính chất liên tục của dòng điện tải ?