intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE

Bài giảng Điện tử công suất _ Chương 2

Chia sẻ: Bùi Xuân Dũng | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:18

219
lượt xem
41
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

2.1. Các khái niệm cơ bản • Chỉnh lưu là biến đổi năng lượng điện xoay chiều thành năng lượng điện 1 chiều • Các bộ chỉnh lưu thường dùng là các phần tử bán dẫn công suất (điôt, tranzitor, tiristor…). Tùy theo thiết bị chỉnh lưu mà người ta phân thành: * Chỉnh lưu không điều khiển (dùng điôt) * Chỉnh lưu có điều khiển (dùng tiristor) • Để chỉnh lưu tín hiệu công suất nhỏ thường dùng bộ chỉnh lưu 1 pha và chỉnh lưu tín hiệu công suất lớn thường dùng bộ chỉnh lưu 3 pha. Điện áp và dòng điện sau chỉnh lưu có...

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Điện tử công suất _ Chương 2

  1. Bài giảng Điện tử công suất Chương 2 THIẾT BỊ CHỈNH LƯU Các khái niệm cơ bản 2.1. • Chỉnh lưu là biến đổi năng lượng điện xoay chiều thành năng lượng điện 1 chiều • Các bộ chỉnh lưu thường dùng là các phần tử bán dẫn công suất (điôt, tranzitor, tiristor…). Tùy theo thiết bị chỉnh lưu mà người ta phân thành: * Chỉnh lưu không điều khiển (dùng điôt) * Chỉnh lưu có điều khiển (dùng tiristor) • Để chỉnh lưu tín hiệu công suất nhỏ thường dùng bộ chỉnh lưu 1 pha và chỉnh lưu tín hiệu công suất lớn thường dùng bộ chỉnh lưu 3 pha. Điện áp và dòng điện sau chỉnh lưu có chiều không thay đổi nhưng vẫn dao động về trị số, để hạn chế dao động thường người ta cho qua bộ lọc • Sơ đồ khối Tín hiệu Tín hiệu Tín hiệu bộ chỉnh ra bộ lọc lưu 1C còn dao vào XC ra 1C động Chỉnh lưu một pha 2.2. Chỉnh lưu một pha không điều khiển 2.2.1 a) Sơ đồ hình tia: Đ1 Error: Reference source not found u21= 2 .V2 sin ωt = 2 .V2 sin θ U21 Z u22=- 2 .V2 sin ωt = − 2 .V2 sin θ U1 U22 Đ2 * Nguyên lý: - Trong khoảng 0 ÷ π : u,i - Trong khoảng π ÷ 2π : ud π id ud 2 + Tải trở: ud ↑ , id ↑ (id= ) và ngược lại 0 θ R U21 U22 Trang 8
  2. Bài giảng Điện tử công suất u,i ud + Tải trở kháng: ud ↑ , id tăng chậm hơn π id 2 0 θ U21 U22 + Tải có nguồn: u,i id ud E R + - E ud 2 id 0 π U21 U22 u −E ud= i.R+ E → i= d R Trong khoảng từ 0 < θ < π dòng chỉ xuất hiện khi ud >E - Giá trị trung bình của điện áp tải: 2π π π 1 2 2 22 ∫ u d dθ = 2π ∫ u d dθ = 2π ∫ 2V2 sin θdθ = π V2 Ud= 2π 0 0 0 - Giá trị trung bình của dòng tải: Ud * Tải R: Id = R U −E * Tải R+E: Id= d R - Giá trị trung bình của dòng qua điôt: Id ID1 = ID2 = 2 - Giá trị dòng điện tức thời qua Điôt: 2V2 sin θ π u 21 = I d sin θ = iD1 = R R 2 - Giá trị hiệu dụng dòng điện trong cuộn thứ cấp MBA π 1 πI d sin θ 2 π T 12 I2 T∫ ∫ ( 2 ) dθ = 4 I d = 2m i 2 dθ = I2 = 2π 0 0 Giá trị hiệu dụng của dòng sơ cấp biến áp - 1 Id π I 2m I1= = k ba 2 2 2k ba Trang 9
  3. Bài giảng Điện tử công suất - Công suất cuộn dây thứ cấp: π π U d I d = 1.74Pd S2 = 2.V2.I2 = 2. 4 22 - Công suất cuộn dây sơ cấp: π π Ud I d = 1.23Pd S1 = V1.I1 = kba 22 k ba 2 2 - Công suất máy biến áp: Sba = (S1+S2)/2 = 1.48Pd * Nhận xét: - Để đảm bảo công suất tải là Pd thì công suất lắp đặt của MBA lớn gấp 1.48 lần. - Dòng điện qua 1 pha bằng ½ dòng tải, điện áp ngược gấp 2 lần biên độ nên sơ đồ hình tia dùng trong trường hợp tải có dòng lớn và điện áp thấp b) Sơ đồ hình cầu: Đ2 Đ1 i2 id A ud u2 u1 Z B Đ4 Đ3 * Nguyên lý: + Xét tải thuần trở: - Điện áp chỉnh lưu trung bình: π 2U 2 m 1 Ud= ∫ U 2 m sin θdθ = π0 π - Dòng trung bình qua điôt bằng: Id ID= 2 - Điện áp ngược lớn nhất trên điôt Ungmax= U2m= 2 U2 - Giá trị hiệu dụng của dòng sơ cấp biến áp 1 Id π I2 (với I2 được xác định như trên) I1= = k ba k ba 2 2 Công suất máy biến áp: - π π Ud I d =1.23Pd Sba = (S1+S2)/2 = V2I2 = 22 22 Trang 10
  4. Bài giảng Điện tử công suất (bỏ qua tỉ số biến áp, dòng sơ và thứ cấp đều có dạng sin nên S1 = S2) * Đồ thị dòng điện, điện áp u ud id θ 0 π 2π u2 iD1,iD3 θ 0 iD2,iD4 θ 0 i1 θ 0 uD1 θ 0 ung.max u2 * Nhận xét: - Sơ đồ cầu dùng MBA tốt hơn sơ đồ hình tia vì công suất lắp đặt MBA chỉ hơn công suất chỉnh lưu 1.23 lần - Sơ đồ cầu phù hợp với tải có dòng nhỏ, điện áp cao vì điện áp ngược mỗi điôt phải chịu chỉ bằng biên độ của áp nguồn. Trang 11
  5. Bài giảng Điện tử công suất - Tuy nhiên tổn thất công suất và điện áp trong sơ đồ cầu lớn hơn sơ đồ hình tia. Chỉnh lưu 1 pha có điều khiển 2.2.2 T1 a) Sơ đồ hình tia: Error: Reference source not found U21 L R i U u U22 T2 * Nguyên lý: T1, T2 được điều khiển bằng iG1, iG2 với iG1 chậm sau u21 một góc α iG2 chậm sau iG1 một góc π + α ωL α 0 T1, T3 phân cực thuận - Trong khoảng π ÷ 2π → u2 < 0 T2, T4 phân cực thuận + Tải trở: ud,id ud id θ α π+α iG iG2,iG4 iG1,iG3 θ Trang 12
  6. Bài giảng Điện tử công suất + Tải trở kháng: do có cuộn dây L nên id tăng hay giảm chậm hơn so với ud. Để id liên tục thì T1, T3 chưa tắt phải kích mở T2, T4 * id được xác định theo phương trình: di + Ri d = U 2 m sin ωt L dt - Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu α+ π 2 2 ∫ U 2 m sin θdθ = U 2 m cos α Ud= 2π π α π 2 Khi thay đổi α từ 0 ÷ có thể điều khiển Ud từ U 2 m → 0 π 2 * Đồ thị dòng điện và điện áp trên tải: ud, id ud id θ θ π+α α iG iG2,iG4 α iG1,iG3 θ α+θ * Hiện tượng trùng dẫn: Do cuộn dây thứ cấp của máy biến áp, tại θ = α dòng qua T2,T4 chưa giảm đến 0 nên các T2, T4 vẫn mở. Đồng thời tại vị trí này T 1, T3 phân cực thuận và có tín hiệu điều khiển → các Ti mở. Cả 4 Ti cùng mở gọi là hiện tượng trùng dẫn, khi có hiện tượng trùng dẫn → Ud = 0 bắt đầu từ θ = α đến khi iT2, iT4 giảm đến 0 tại θ = α + µ + Chứng minh ud = 0 Trang 13
  7. Bài giảng Điện tử công suất + T1, T2 cùng mở 2 nguồn u21 , u22 nối lại với nhau + i1 + i2 = Id = const + Quá trình chuyển mạch từ T1 sang T2 Gọi ic là dòng chuyển mạch (dòng ngắn mạch), uc là điện áp ngắn mạch uc = u22 – u21 = 2Lcdic/dt = 2 2U 2 sin θ = 2Xcdic/dθ 2U 2 (cos α − cos(α + µ )) ic = Xc Kết thúc quá trình chuyển mạch i1 = 0, i2 = Id cosα-cos(α+µ) = XcId/ 2U 2 u ud π 2 µ µ θ 0 U21 U22 id T2 T2 T1 θ α+µ + Giá trị trung bình Ud ↓ một lượng ∆U µ : α +µ 2X c I d U 2m 1 ∫U ∆U µ = sin ωtdωt = [cos α − cos(α + µ)] = 2m π π π α Chỉnh lưu ba pha hình tia 2.3 Chỉnh lưu ba pha hình tia không điều khiển 2.3.1 * Sơ đồ: Error:2a U Reference source not found D1 i A D1 Điện áp các pha thứ cấp biến áp U2b D2 iD2 u2a= 2 U 2 sin θ B M N 2π U2c D3 iD3 u2b= 2 U 2 sin(θ − ) C 3 E 4π id R L 2 U 2 m sin(θ − ) u2c= 3 * Nguyên lý: Trang 14
  8. Bài giảng Điện tử công suất Để có dòng qua tải thì u2 > E 2U 2 Dòng qua tải liên tục khi E < 2 u ud Đ1 Đ2 Đ3 θ E 0 θ 2π u2a u2b u2c π 5π
  9. Bài giảng Điện tử công suất 2π 5π / 6 Id 1 1 ∫ i dθ = 2π ∫I dθ = 2 2 I2 = 2 d 2π 3 π 0 /6 + Công suất MBA S = (S1 + S2)/2 S1 = 3U1I1 = 1.209Pd, S2 = 3U2I2 = 1.481Pd 2.3.2 Chỉnh lưu ba pha hình tia có điều khiển * Sơ đồ: U2a T1 iD1 A U2b iD2 T2 B M N U2c T3 iD3 C E R L Error: Reference source not found id * Nguyên lý: 2π iG1, iG2, iG3 các xung điều khiển cách nhau 3 Trong mỗi chu kỳ tại góc pha π θ1 = α + , T1 mở 6 π 2π θ2 = α + + , T2 mở 63 π 4π θ3 = α + + , T3 mở 63 do trong mạch tải có L nên id liên tục * Giá trị trung bình điện áp, dòng điện 5π +α 6 3 36 ∫ 2 U 2 sin θdθ = U 2 cos α Ud = 2π 2π π +α 6 Ud = Udo.cos α ∈ góc điều khiển α Khi thay đổi α : 0 ÷ 180 o thì Ud thay đổi Udo ÷ 0 Ud − E Id = R IT = Id/3 Tại θ1 : T2 chịu điện áp ngược Ungc = UAB = Udây = 3U 2 m Trang 16
  10. Bài giảng Điện tử công suất * Đồ thị điện áp tải,và dòng qua các tiristo: ud ud T2 T1 T3 E π 0 θ3 θ1 θ2 2π θ u αi iG iG2 iG3 G1 id θ θ iT1 T1 θ iT2 T2 θ iT3 T3 T3 θ * Trùng dẫn: Do dòng điện trong cuộn dây L tăng hay giảm chậm hơn so với điện áp nên các T không thể đóng mở tức thời được, vì vậy có hiện tượng các Ti cùng dẫn gọi là hiện tượng trùng dẫn. Khi có trùng dẫn tương tự hiện tượng ngắn mạch 2 pha, trong quá trình trùng dẫn điện áp chỉnh lưu bị nhỏ đi T1 đang dẫn id = iT1, tại θ = θ2 cho xung điều khiển mở T2 cả 2 Tiristor T1, T2 đều cho dòng chảy qua làm ngắn mạch 2 nguồn ea, eb + Điện áp ngắn mạch: 2π un = eb- ea = U2msin( θ − ) - U2msin θ 3 Trang 17
  11. Bài giảng Điện tử công suất π π π = U2m.2cos( θ − ) sin(− ) = - 3U 2 m cos(θ − ) 3 3 3 + Dòng điện ngắn mạch xác định theo phương trình: θ2 + µ π di n U ∫ → i n = 2m − 3 cos(θ − )dθ dt 2X c 3 un = 2Xc θ2 π π 3U 2 m [sin(θ 2 − ) − sin(θ 2 + µ − )] = 2X c 3 3 ic ↑↑ iT2 : T2 mở hoàn toàn ic ↑↓ iT2 : T1 đóng π π 2 X 2 I' d Khi đó iT2 = in= I’d → [sin(θ 2 − ) − sin(θ 2 + µ − )] = 3 3 3U 2 m Có hiện tượng trùng dẫn điện áp chỉnh lưu giảm gây sụt áp ∆U µ với Xc = L C ω : điện cảm lúc trùng dẫn + Điện áp tải Ud khi trùng dẫn: di T1 ea - LC dt = ud di T 2 ea + e b eb - LC dt = ud ud = 2 iT1 + iT2 = Id = const + Độ giảm điện áp khi trùng dẫn: θ 2 +µ θ 2 +µ ea + eb π 3 3 ∫ ∫ ∆U µ = (e b − )dθ = − 3U 2 m cos(θ − )dθ 2π 2π 2 3 θ2 θ2 π π 3X I' 3 3U 2 m [sin(θ 2 − ) − sin(θ 2 + µ − )] = C d = 2π 4π 3 3 + Điện áp trên tải khi có hiện tượng trùng dẫn: 3X C I d 36 Ud’= Ud - ∆U µ = U 2 cos α − 2π 2π * Đồ thị Ud’, iT khi có trùng dẫn: u’d θ1 (ea+eb)/2 iT µ iT2 iT3 iT1 θ3 0 θ2 θ 0 θ Trang 18
  12. Bài giảng Điện tử công suất Chỉnh lưu ba pha hình cầu 2.4 Chỉnh lưu 3 pha hình cầu không điều khiển 2.4.1 * Sơ đồ: M id D5 D3 D E U2a Error: Reference sourceA 1 found * Nguyên lý: not ud - Bảng tóm U2b hoạt động của sơ đồ: R tắt B U2c π 3π ÷ : D1, D6 mở, ud = u2a – u2b C L 66 D4 D2 D6 3π 5π ÷ : D1, D2 mở, ud = u2a – u2c N 6 6 5π 7π ÷ : D3, D2 mở, ud = u2b – u2c 6 6 7π 9π ÷ : D3, D4 mở, ud = u2b – u2a 6 6 9π 11π ÷ : D5, D4 mở, ud = u2c – u2a 6 6 11π 13π ÷ : D5, D6 mở, ud = u2c – u2b 6 6 + Điện áp ngược max mà mỗi điôt phải chịu UDm = 3U 2 m + Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu: 3π 2π 6 6 ∫ [ U 2 m sin θ − U 2 m sin(θ − 3 )]dθ Ud = 2π π 6 π 3π 3π 2π π 2π 6 U 2 m [cos − cos + cos( − ) − cos( − )] = 2π 6 6 6 3 63 3 3U 2 m = π + Gía trị trung bình của dòng tải: 3π ud − E U −E 6 6 ∫ dθ = d Id = 2π R R π 6 + Giá trị trung bình dòng chảy trong mỗi điôt Trang 19
  13. Bài giảng Điện tử công suất 3π ud − E 6 I 2 ∫ dθ = d ID= 2π R 3 π 6 * Đồ thị điện áp tải, dòng qua điôt: ud Error: Reference source not found Error: Reference ud source not found E 0 π 2π θ iD1 2.4.2. Chỉnh lưu 3 pha hình cầu có điều khiển: * Sơ đồ: M θ id Error: Reference source notTfoundT3 T5 π/ U5π/ E 1 iD3 6 2a A 6 ud U2b θ R B U2c C 5π/ 9π/ L 6 6 T T2 T6 iD5 Nhóm anôt chung: T1, T3, T5 4 N θ Nhóm catôt chung: T2, T4, T6 Với u2a = U2msin ωt π/ 12π/ 9π/ 2π6 6 6 u2b = U2msin( ωt - ) 3 4π u2c = U2msin( ωt - ) 3 * Nguyên lý: * Bảng tóm tắt hoạt động của sơ đồ: π 3π +α
  14. Bài giảng Điện tử công suất 9π 11π +α
  15. Bài giảng Điện tử công suất ic cùng chiều với iT3 làm cho iT3 tăng từ 0 đến Id ic ngược chiều với iT1 làm cho iT1 giảm từ Id đến 0 + Dòng điện chảy trong T1, T3 là: iT1 = Id - ic iT3 = ic → iT1 + iT3 = Id = const Giả thiết khi θ = θ3 + µ → quá trình trùng dẫn kết thúc: iT1 = 0 ic = Id 4π 4π 3U 2 m → Id = [sin( θ3 + µ − ) − sin(θ3 − )] 2X c 3 3 4π 4π 2X I Mà sin(θ3 + µ − 3 ) − sin(θ3 − 3 ) = cd 3U 2 m + Hình dạng điện áp trong giai đoạn trùng dẫn: di T1 + ud ea - ec = 2X c dθ di eb - ec = 2X c T 3 + u d dθ e + eb → ud = a − ec 2 Do trùng dẫn nên áp chỉnh lưu giảm đi một lượng θ3 +µ θ3 + µ e + eb eb − ea 6 6 ∫ ∫ ∆U µ = (e b − e c − a + e c )dθ = dθ 2π 2π 2 2 θ3 θ3 θ3 + µ 4π 4π 4π 63 33 ∫ cos(θ − )dθ = U 2 m [sin( θ3 + µ − ) − sin(θ3 − )] U 2m = 2π 2 2π 3 3 3 θ3 3X c I d ∆U µ = π ∆ Uµ αµ µ (ec+ea)/2 (ec+eb)/2 (ea+eb)/2 Trang 22
  16. Bài giảng Điện tử công suất Nghịch lưu phụ thuộc và bộ biến đổi kép 2.5. 2.5.1 Chế độ nghịch lưu phụ thuộc Ở chế độ chỉnh lưu dòng điện trung bình trên tải Id và điện áp trung bình ud luôn cùng chiều, công suất P= UdId > 0, với Ud = Udocos α 2U 2m : giá trị trung bình điện áp chỉnh lưu điôt) (Udo= π π khi tăng góc điều khiển α > → cos α < 0 → U d < 0 điện áp chỉnh lưu trung bình 2 đổi dấu Để mạch làm việc có dòng điện liên tục thì: L lớn E < Udo < 0 Dòng id chỉ có thể đi theo 1 chiều từ anôt đến catôt của mỗi Ti do đó i d và Id luôn luôn dương nên P < 0. Điều này có nghĩa là tải 1 chiều đã trở thành nguồn phát và công suất truyền ngược từ phía tải về phía nguồn, bộ biến đổi chuyển sang chế độ nghịch lưu. Ở chế độ nghịch lưu lưới xoay chiều nhận công suất tác dụng từ phía tải nhưng vẫn tiếp tục cung cấp công suất phản kháng và ảnh hưởng đến dạng sóng và tần số của điện áp xoay chiều, người ta nói sơ đồ này làm việc ở chế độ nghịch lưu phụ thuộc “ phụ thuộc tức là phụ tải không thể tự phát ra công suất 1cách độc lập mà do nhận CSPK của nguồn xoay chiều” * Điều kiện làm việc ở chế độ nghịch lưu phụ thuộc: π + α> và E < 0 2 + Tải là một nguồn phát, sức điện động của tải phải lớn |Ud| và E < 0, sơ đồ mạch có dạng như sau: 2 Error: Reference source not found L L E E R R 2.5.2 Bộ biến đổi kép: Là bộ biến đổi gồm 2 bộ biến đổi riêng rẽ ghép song song ngược, có thể đảo chiều dòng điện * Sơ đồ: gồm 2 bộ biến đổi G1, G2 và cuộn kháng cân bằng Lc Trang 23
  17. Bài giảng Điện tử công suất M2 M1 Sơ đồ hình cầu 3 pha kép Sơ đồ hình tia 3 pha kép * Nguyên lý hoạt động: - Từng bộ biến đổi có thể làm việc ở chế độ chỉnh lưu hoặc nghịch lưu. Nếu α 1 là góc mở đối với G1, α 2 là góc mở đối với G2, thì sự phối hợp giá trị α 1 và α 2 phải thực hiện theo quan hệ: α 1 + α 2 = 180o Sự phối hợp này gọi là phối hợp tuyến tính. - Giả sử cần động cơ quay thuận cho G1 làm việc ở chế độ chỉnh lưu α 1 = 0 ÷ 90 o , Ud1= Uocos α 1 > 0, G2 làm việc ở chế độ nghịch lưu α 2 > 90o, Ud2= Uocos α 2 < 0 Cả 2 điện áp đều đặt lên phần ứng động cơ M, M chỉ chạy theo chiều thuận vì các Tiristo không thể cho dòng chảy từ catôt sang anôt Khi α 1 = α 2 = 90o, Ud1 = Ud2 = 0 động cơ ở trạng thái dừng Bộ lọc: 2.6. Bộ lọc là phần tử trung gian giữa nguồn chỉnh lưu và phụ tải điện 1 chiều nhằm san phẳng điện áp và dòng điện chỉnh lưu. Đặc tính cơ bản của bộ lọc là cho phép dòng điện có tần số nào đó thông qua và ngăn trở các dòng điện tần số khác. Trong lĩnh v ực điện tử công suất thường sử dụng 2 bộ lọc: + Bộ lọc điện cảm: còn gọi là cuộn kháng san bằng thường sử dụng trong các bộ chỉnh lưu công suất lớn, do tác dụng san bằng nên giảm được hệ số hình dáng của dòng điện chỉnh lưu L Error: Reference source not found Chỉnh lưu vL R vd Trang 24
  18. Bài giảng Điện tử công suất Tác dụng lọc sẽ hiệu quả hơn khi dòng điện tải lớn. Khi điện cảm L l ớn, dòng điện qua điện cảm và điện áp ra vd là không đổi và có dạng hình chữ nhật, khi L nhỏ, dòng qua điện cảm có hình nhấp nhô. Nếu điện cảm quá nhỏ, dòng điện giảm đột ngột bằng không và trở nên không liên tục. Giá trị điện cảm tối thiểu để duy trì dòng điện một chiều gọi là điện cảm t ới hạn Lc R Đối với chỉnh lưu hai nửa chu kỳ : Lc= 6πf R Đối với chỉnh lưu nhiều pha : Lc= 3πm(m 2 − 1)f m là tỉ số tần số sóng thấp nhất trên tần số điện áp vào, ví dụ chỉnh lưu 3 pha thì m= 6 + Bộ lọc tụ điện: san bằng điện áp chỉnh lưu L Chỉnh Rv vL C lưu d Error: Reference source not found - Điện áp trên tụ biến thiên giữa giá trị cực đại Um và cực tiểu Um- Ur, khi điện áp biến thiên nhỏ có thể tính gần đúng : Um với fr là tần số nhấp nhô của điện áp chỉnh lưu Ur= f r RC - Trị trung bình của điện áp chỉnh lưu : 1 Ud= Um(1- ) 2f r RC Trang 25
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2