BỘ NGUỒN AC TẦN SỐ CAO

Chia sẻ: Dinh Quang Hieu Hieu | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:26

0
80
lượt xem
23
download

BỘ NGUỒN AC TẦN SỐ CAO

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

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.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: BỘ NGUỒN AC TẦN SỐ CAO

  1. CH¦¥NG 5 : Bé NGUåN AC TÇN Sè CAO V.1 KH¸I NIÖM VÒ NUNG NãNG B”NG TÇN Sè: 1. Nguyªn lý nung nãng b»ng tÇn sè: Khi vËt chÊt ®îc ®Æt vµo trong trêng ®iÖn tõ t¹o ra bëi dßng ®iÖn xoay chiÒu cã cêng ®é ®ñ lín, c¸c h¹t vËt chÊt sÏ cã chuyÓn ®éng, t¬ng øng víi sù gia t¨ng nhiÖt ®é: ta cã nguyªn lý nung nãng b»ng tÇn sè hay gia nhiÖt cao tÇn. Víi c¸c tÇn sè kh¸c nhau, ta nung nãng ®îc nh÷ng vËt liÖu kh¸c nhau: - Nung nãng b”ng dßng ®iÖn c¶m øng: Khi ®Æt vËt dÉn ®iÖn (thêng lµ kim lo¹i) vµo tõ trêng xoay chiÒu, bªn trong vËt liÖu sÏ xuÊt hiÖn s®® t¹o ra dßng ®iÖn gäi lµ dßng c¶m øng (dßng ®iÖn Foucault hay dßng xo¸y - eddy current). Sù nung nãng do dßng ®iÖn nµy ®îc gäi lµ nung nãng b”ng dßng c¶m øng hay gia nhiÖt c¶m øng. §©y chÝnh lµ lý do mµ lâi thÐp biÕn ¸p ph¶i ghÐp l¹i b”ng nh÷ng l¸ t”n cã bÒ mÆt s¬n c¸ch ®iÖn vµ biÕn ¸p tÇn sè cao sö dông lâi b”ng ferrite. Tæn hao do dßng c¶m øng t¨ng theo b×nh ph¬ng tÇn sè dßng ®iÖn do ®ã dßng ®iÖn sö dông cho nung nãng c¶m øng thêng cã tÇn sè cao. Nung nãng c¶m øng cã thÓ dïng ®Ó nung nãng hay nÊu luyÖn kim lo¹i. §Ó ý lµ khi khèi lîng vËt liÖu lín, ta cã thÓ sö dông tÇn sè c”ng nghiÖp chø kh”ng nhÊt thiÕt ph¶i dïng tÇn sè cao. Do sù t¬ng t¸c gi÷a c¸c líp dßng ®iÖn c¶m øng, mËt ®é dßng ®iÖn c¶m øng ph©n bè kh”ng ®Òu: t¨ng dÇn tõ trong ra ngoµi. Khi tÇn sè dßng ®iÖn ®ñ lín, sù ph©n bè nµy rÊt kh”ng ®Òu: dßng c¶m øng chñ yÕu tËp trung ë bÒ mÆt vµ ta cã hiÖu øng da (skin effect), ®îc øng dông ®Ó t”i kim lo¹i. §©y lµmét ph¬ng ph¸p t¨ng c¬ tÝnh c¸c chi tiÕt b”ng s¾t thÐp. Chi tiÕt cÇn t”i sau khi ®îc nung nãng bÒ mÆt ®îc lµm nguéi thËt nhanh. KÕt qu¶ lµ bÒ mÆt chi tiÕt ®îc biÕn cøng trong khi bªn trong vÉn kh”ng thay ®æi c¬ tÝnh, tÝnh n¨ng ho¹t ®éng ®îc n©ng cao. - Nung nãng ®iÖn m”i: øng dông hiÖn tîng tæn hao ®iÖn m”i cña vËt liÖu c¸ch ®iÖn hay dÉn ®iÖn kÐm khi ®îc ®Æt trong ®iÖn trêng tÇn sè rÊt cao tõ vµi tr¨m ®Õn hµng MHz. §èi tîng cho nung nãng ®iÖn m”i cã thÓ lµ vËt liÖu nhùa hay thùc phÈm. ¦u ®iÓm cña nung nãng tÇn sè: - HiÖu suÊt rÊt cao do nhiÖt ph¸t ra tõ bªn trong vËt ®îc nung. - MËt ®é n¨ng lîng rÊt cao nªn thêi gian nung nhanh, vËt liÖu kh”ng ®æi tÝnh chÊt, cho phÐp thùc hiÖn c¸c c”ng nghÖ ®Æc biÖt. - Kh”ng cã m”i chÊt cho trao ®æi nhiÖt nªn cã thÓ gia c”ng víi ®é tinh khiÕt cao... Nhîc ®iÓm duy nhÊt lµ cÇn bé nguån tÇn sè lu”n ®¾t tiÒn. Trong ch¬ng nµy, ta chØ t×m hiÓu c¸c bé nguån sö dông ng¾t ®iÖn b¸n dÉn, cã thÓ lµm viÖc ®Õn MHz vµ thêng ®îc øng dông cho nung nãng c¶m øng. 2. C¸c quan hÖ cña nung nãng c¶m øng: [tµi liÖu http://www.thermonics.co.jp/e-side.htm]
  2. - ChiÒu s©u thÊm P ®îc ®Þnh nghÜa lµ ®é s©u tÝnh tõ bÒ mÆt ®Ó mËt ®é dßng ®iÖn gi¶m 36.8% so víi gi¸ trÞ trªn bÒ mÆt, : ®iÖn trë suÊt , : hÖ sè tõ thÈm t¬ng ®èi. 3 ⋅ 10  5.03  P   f 2 ⋅ f  ⋅ Trang 1/ Chuong 5.doc §iÖn tö c”ng suÊt II A
  3. Tõ P, ta chän ®îc tÇn sè cña bé nguån cao tÇn tïyï thuéc vµo vËt liÖu vµ c”ng nghÖ gia c”ng lµ nung nãng, nÊu ch¶y hay t”i bÒ mÆt. B¶ng sau cho ta c¸c th”ng sè cho c”ng nghÖ t”i bÒ mÆt dïng dßng ®iÖn c¶m øng. T”i cao tÇn §êng kÝnh vËt TÇn sè C”ng suÊt ChiÒu s©u (mm) (mm) (kHz) (kw) 0.5~1.0 6~25 400,200 15,30 1.2~2.5 11~16 400,200,30 80 16~25 400,200,30,10 80,50 25~50 200,30,10 50,80 > 50 30,10 80 2.5~5.0 19~25 30,10 80,150 25~100 3,10 80,150 > 100 3,10 150,300 B¶ng V.1 C¸c quan hÖ khi t”i bÒ mÆt thÐp. Víi thÐp, vËt liÖu mÊt tõ tÝnh ëû 800 O t¬ng øng = 1, ta cã khi ®ã: (P mm)  503 f vµ nÕu chän ®êng kÝnh vËt b”ng 3.5 lÇn chiÒu s©u thÊm t”i, ta cã b¶ng tra tÇn sè tèi thiÓu cho thiÕt bÞ nÊu c¶m øng: TÇn sè f §êng kÝnh kHz D mm 300 3.2 100 5.5 20 12.4 10 17.5 5 24.7 3 32 1 55 B¶ng V.2 TÇn sè tèi thiÓu khi nung nãng c¶m øng thÐp H×nh V.1.1 cho ta chiÒu s©u thÊm víi c¸c vËt liÖu kh¸c nhau, ë c¸c nhiÖt ®é lµm viÖc. 3. C¸c bé nguån cho nung nãng c¶m øng: Phô thuéc vµ tÇn sè lµm viÖc, cã thÓ ph©n ra lµm c¸c nhãm sau: 1. Nguån tÇn sè líi: Sö dông cho nÊu kim lo¹i khi khèi lîng t¬ng øng víi c”ng suÊt ®ñ lín. Ta cã thÓ h×nh dung ®©y lµ mét biÕn ¸p (thêng cã lâi thÐp) trong ®ã s¬ cÊp nèi líi ®iÖn, thø cÊp lµ khèi kim lo¹i cÇn nung ch¶y, t¹o thµnh mét vßng ng¾n m¹ch.
  4. Trang 2/ Chuong 5.doc §iÖn tö c”ng suÊt II A
  5. H×nh V.1.1: Quan hÖ chiÒu s©u thÊùm theo tÇn sè víi c¸c kim lo¹i kh¸c nhau 2 Bé nguån dïng SCR: sö dông khi tÇn sè < 25 KHz. Cã thÓ sö dông bé nghÞch lu nèi tiÕp hay song song, cã hay kh”ng qua trung gian mét chiÒu. 3. Bé nguån dïng transistor: Ph¸t triÓn trong thêi gian gÇn ®©y, khi cac transistor dßng lín, ¸p cao ®îc chÕ t¹o. Lµm viÖc ë tÇn sè ®Õn MHz (th”ng thêng lµ vµi tr¨m KHz). 4.Bé nguån dïng ®Ìn ®iÖn tö: Lµm viÖc ë tÇn sè tõ 50 KHz ®Õn hµng MHz hay GHz, dïng cho nung nãng c¶m øng vµ ®iÖn m”i. M¹ch ®iÖn cã d¹ng m¹ch dao ®éng ba ®iÓm LC (Harley hay Colpitt) ph©n cùc líp C ë tÇn sè ®Õn MHz hay dïng c¸c ®Ìn ®Æc biÖt ë tÇn sè siªu cao. §Æc trng quan träng cña thiÕt bÞ nung nãng c¶m øng lµ lµ hÖ sè c”ng suÊt cña t¶i rÊt thÊp kho¶ng 0.1 v× lµ cuén d©y kh”ng lâi thÐp. §Ó gi¶m dßng qua c¸c ng¾t ®iÖn, cÇn m¾c tô ®iÖn song song ®Ó t¨ng hÖ sè c”ng suÊt nªn t¶i lu”n lµ m¹ch céng hëng LCR. Nh vËy, ta cã thÓ thÊy lµ c¸c bé nguån dïng SCR cã thÓ ®îc dïng ®Ó nung nãng hay nÊu ch¶y kim lo¹i ë c”ng suÊt lín v× ho¹t ®éng chñ yÕu ë tÇn sè thÊp. §Ó t”i cao tÇn hay nÊu luyÖn kim lo¹i ë sè lîng nhá, ta cã thÓ sö dông m¹ch dao ®éng dïng ®Ìn ®iÖn tö ®Ó häat ®éng ë tÇn sè cao h¬n. C¸c bé nguån dïng transistor cã thÓ thay thÕ ®Ìn ®iÖn tö vÒ nguyªn t¾c, ®· vµ ®ang ®îc ph¸t triÓn. Trong ch¬ng nµy ta chØ nghiªn cøu c¸c bé nguån dïng cho nung nãng c¶m øng. V.2 Bé NGUåN TÇN Sè CAO DïNG SCR:
  6. 1. NghÞch lu song song vµ nèi tiÕp: Lµ c¸c d¹ng nghÞch lu sö dông SCR lµm phÇn tö ®ãng ng¾t, cã tô ®iÖn ë m¹ch t¶i ®Ó ®¶m b¶o chuyÓn m¹ch. Trong m¹ch ®iÖn gåm R t¶i, tù c¶m L vµ ®iÖn dung C t¹o thµnh m¹ch céng hëng LCR, lµm cho dßng qua SCR cã thÓ vÒ zero vµ t¾t. H×nh V.2.1 bao gåm hai m¹ch nghÞch lu song song: (a) lµ s¬ ®å cÇu, (b) lµ s¬ ®å ghÐp biÕn ¸p; vµ (c) lµ nghÞch lu nèi tiÕp. Trang 3/ Chuong 5.doc §iÖn tö c”ng suÊt II A +
  7. L1 L2 T L I SCR3 + SCR C L 1 + SCR1 C - V + R + SCR2 C V _ SCR2 _V _ V SCR4 o SCR1 SCR2 R (a) (b) ( c) H×nh V.2.1: NghÞch lu song song (a) vµ (b), nèi tiÕp (c). a. NghÞch lu song song: Kh¶o s¸t s¬ ®å cÇu V.2.1.a. D¹ng sãng c¸c phÇn tö trªn s¬ ®å V.2.1.a ®îc vÏ trªn h×nh V.2.2.b. C¸c SCR 1 vµ SCR 4 cã cïng d¹ng xung kÝch, SCR 2 vµ SCR3 ®îc kÝch cïng lóc. Khi SCR 1 vµ SCR 4 dÉn ®iÖn, tô ®iÖn C ®îc n¹p ®Õn ®iÖn ¸p cã cùc tÝnh nh trªn h×nh vÏ. §iÖn ¸p nµy sÏ ®Æt ®iÖn ¸p ©m vµ lµm t¾t SCR 1 vµ SCR 4 khi SCR2 vµ SCR3 ®îc kÝch. Tù c¶m L ë ®Çu vµo c¸ch ly nguån vµ cÇu chØnh lu, lµm cho dßng ®iÖn cung cÊp vµo cÇu chØnh lu kh”ng thay ®æi tøc thêi, tr¸nh kh¶ n¨ng chËp m¹ch t¹m thêi qua SCR 1 vµ SCR 2 (hay SCR 3 vµ SCR 4) khi c¸c SCR chuyÓn m¹ch. b. NghÞch lu nèi (a) (b) tiÕp: H×nh V.2.2: D¹ng ¸p, dßng cña NL nèi tiÕp (a) vµ song song (b) M¹ch ®iÖn h×nh V.2.1.c lµ d¹ng ®¬n gi¶n nhÊùt trong nhãm m¹ch nghÞch lu nèi tiÕp, cã m¹ch t¬ng ®¬ng lµ LCR nèi tiÕp khi SCR dÉn ®iÖn. VÝ dô nh khi SCR 1 ®îc kÝch, dßng qua m¹ch sÏ vÒ kh”ng khi ¸p trªn tô ®iÖn ®¹t gi¸ trÞ cùc ®¹i (cã dÊu nh trªn m¹ch ®iÖn) vµ SCR sÏ tù t¾t. V× thÕ m¹ch cßn gäi lµ nghÞch lu chuyÓn m¹ch t¶i. Khi SCR 2 ®îc kÝch, tô ®iÖn sÏ phãng qua nã vµ dßng vÒ kh”ng khi ¸p trªn tô ®iÖn ®¶o cùc tÝnh, chuÈn bÞ cho chu kú kÕ tiÕp - d¹ng sãng h×nh V.2.2.a.
  8. Hai m¹ch nghÞch lu nµy ®îc dïng lµm bé nguån trung hay cao tÇn (nhãm thø 3 trong phÇn giíi thiÖu ë ®Çu ch¬ng). Vµ nh vËy, ngoµi nhiÖm vô t¾t (chuyÓn m¹ch) SCR, c¸c tô ®iÖn trong hai nghÞch lu nµy cßn cã nhiÖm vô c¶i thiÖn hÖ sè c”ng suÊt cña t¶i, gi¶m dßng qua c¸c ng¾t ®iÖn. Trong thêi gian gÇn ®©y, c¸c transistor ®îc dïng thay cho SCR vµ nhu cÇu chuyÓn m¹ch trë nªn kh”ng cÇn thiÕt, tuy nhiªn viÖc kh¶o s¸t nghÞch lu céng hëng vÉn cã gi¸ trÞ, vµ ta cã kh¶ n¨ng chuyÓn m¹ch transistor khi ¸p ®Æt vµo nã b”ng kh”ng: t¨ng ®é tin cËy vµ hiÖu suÊt cña hÖ thèng. 2. Khµo s¸t nghÞch lu nguån dßng t¶i céng hëng (nghÞch lu song song t¶i RL): Trang 4/ Chuong 5.doc §iÖn tö c”ng suÊt II A
  9. NghÞch lu song song i L ∞ h×nh V.2.1 cßn cã thÓ gäi lµ + N =N R i C nghÞch lu nguån dßng, khi tù S1 S3 i v i C c¶m nguån L cã gi¸ trÞ ®ñ o T¶i RL C L lín. V i o L NghÞch lu nguån dßng cã v nhiÒu u ®iÓm khi sö dông _ S2 C S4 M¹ch t¬ng ®¬ng SCR: m¹ch t¾t SCR hiÖu (C lµ tô chuyÓn m¹ch) qu¶, ®iÒu khiÓn ®¬n gi¶n … vµ ngµy nay vÉn cßn ®îc sö H×nh V.2.3: m¹ch t¬ng ®¬ng NL nguån dßng t¶i RL dông ë cÊp c”ng suÊt lín vµ rÊt lín (vµ tr¨m kW ®Õn nhiÒu MW). H×nh V.2.3 tr×nh bµy s¬ ®å nguyªn lý vµ m¹ch t¬ng ®¬ng cña NL nguån dßng mét pha t¶i RL. Tù c¶m LN cã gi¸ trÞ lín lµm cho dßng iN ph¼ng, kh”ng ®æi ë mét gi¸ trÞ t¶i. Dßng ®iÖn nµy ®îc ®ãng ng¾t thµnh xoay chiÒu ®Ó cung cÊp cho t¶i. VËy trong ®iÒu kiÖn lý tëng, t¶i nhËn ®îc dßng ®iÖn lµ nh÷ng xung vu”ng cã biªn ®é I phô thuéc t¶i. ¸p trªn t¶i biÕn thiªn liªn tôc (v× cã C song song), ng¨n c¸ch víi nguån qua tù c¶m läc nguån LN . Th”ng thêng, ngêi ta chØ ®iÒu khiÓn c”ng suÊt t¶i th”ng qua thay ®æi ¸p nguån mét chiÒu v× khã thay ®æi luËt ®ãng ng¾t. Nh c¸c bé nghÞch lu nguån dßng kh¸c, do n¨ng lîng chØ truyÒn mét chiÒu,víi cïng ¸p vµo, ¸p ra phô thuéc ®Æc tÝnh t¶i. - Kh¶o s¸t gÇn ®óng nghÞch lu nguån dßng: Trong thùc tÕ, ®iÖn kh¸ng nguån kh”ng lín v” cïng. Tuy nhiªn khi tÝnh to¸n gÇn ®óng, ta vÉn cã c¸c gi¶ thiÕt sau (h×nh V.2.3): * Xung dßng cung cÊp cho t¶i lµ xung h×nh vu”ng, biªn ®é I. * Tô C vµ t¶i RL lµm thµnh m¹ch céng hëng, lµm cho ¸p trªn t¶i vC cã d¹ng h×nh sin vµ nh vËy chØ cã sãng hµi bËc 1 cña dßng cung cÊp lµ i1 t¹o ra c”ng suÊt. H×nh V.2.4.a cho ta c¸c vector: VC lµ ¸p ra, I1 lµ hµi c¬ b¶n cña dßng ra iO; IC , IL lÇn lît lµ dßng qua C vµ t¶i RL, ta cã: VC lµ ¸p ra, lÖch dßng ra IL gãc  cña t¶i RL. I1 sím pha VC gãc  ®Ó cã ¸p ©m cÇn thiÕt t¾t ®îc c¸c SCR (phÇn g¹ch ®øng trongh×nh V.2.4.b). VËy C cã nhiÖm vô lµm cho t¶i cã tÝnh dung, kh”ng chØ bï cos  cho t¶i cuén d©y, gi¶m dßng cung cÊp mµ cßn cung cÊp kh¶ n¨ng chuyÓn m¹ch cho SCR. Ta cã - gãc lÖch pha  = .tq . - HiÖu dông hµi bËc nhÊt dßng 2 2 iO lµ I1  I  Tõ ®å thÞ vec t¬, ta cã: IL
  10. tan  I C − I   1 − .sin 1 − B I YL 1 L .sin  .sin  víi B L   ,   I .cos IC   I C  YC Z  C IL B .cos   .cos   L IC Trang 5/ Chuong 5.doc §iÖn tö c”ng suÊt II A
  11. V i o I VC i 1 wt  I    C vo I I -I 1   L SCR 1 vµ 4 | kÝch SCR 2 dÉn vµ 3 H×nh V.2.4.a vµ (b). . §Ó tÝnh c¸c dßng, 2 2 −1 ⎛1 − Z lµ tæng trë t¶i RL,  ( Z R wL vµ ta B sin cã )  ⎞  tan ⎜ ⎟ ⎝ B cos  ⎠ ¸p ta tÝnh c”ng suÊt P b”ng hai c¸ch tõ nguån mét chiÒu (cung cÊp) vµ t¶i (tiªu thô) khi xem hiÖu suÊt hÖ thèng b”ng 1: 2 2  1 P V I V I  C 1 I  V C V .cos ⇒ V a  C .cos a .2 2   co s Tõ ¸p ngá ra VC cã thÓ suy ra c”ng suÊt P cña m¹ch vµ dßng nguån I. Bµi tËp: TÝnh m¹ch nghÞch lu nguån dßng s¬ ®å mét pha. ¸p nguån mét chiÒu 500 V, tÇn sè lµm viÖc 1 KHz, R = 15 ohm vµ L = 0.001 H - TÝnh gi¸ trÞ ®iÖn dung C ®Ó ®¶m b¶o thêi gian t¾t SCR lµ 30 sec. - TÝnh gi¸ trÞ hiÖu dông ¸p ra VC, suy ra c”ng suÊt trªn t¶i P vµ dßng nguån I. 3. Bé nguån tÇn sè cao dïng nghÞch lu nguån dßng: H×nh V.2.5 L Tp n tr×nh bµy m¹ch ®éng T12 Rp + lùc mét bé nguån A T1 T2 T3 T11 L Lp dïng cho nÊu thÐp, B
  12. c”ng suÊt tõ vµi chôc C C kW ®Õn MW. T13 T14 R Cp T4 T5 T6 _ §Çu vµo lµ chØnh lu 3 pha cÇu 6 ChØnh lu ®Çu vµo NghÞch lu M¹ch måi SCR ®Ó ®iÒu khiÓn H×nh V.2.5: M¹ch måi (Start up) cho nghÞch lu song song t¶i céng hëng. c”ng suÊt bé nghÞch lu b”ng c¸ch thay ®æi ¸p cung cÊp. Ln lµ cuén kh¸ng cã trÞ sè lín ®¶m b¶o tÝnh chÊt nghÞch lu nguån dßng. T¶i cña bé NL lµ vßng c¶m øng phÝa trong lµ kim lo¹i cÇn nÊu vµ cã g”ng thÐp phÝa ngoµi ®Ó dÉn tõ, cã m¹ch t¬ng ®¬ng lµ RL song song hay nèi tiÕp (h×nh V.2.5). BiÕn ¸p cã thÓ ®îc dïng ®Ó ®iÒu hîp tæng trë gi÷a vßng c¶m øng vµ bé nghÞch lu (kh”ng ®îc vÏ trªn h×nh). V× c¸c SCR chØ t¾t ®îc khi cã ¸p trªn m¹ch dao ®éng t¶i nªn tô C cÇn ph¶i ®îc n¹p gi¸ trÞ ®Çu khi khëi ®éng thiÕt bÞ. §©y lµ mét sù bæ sung khi ®a s¬ ®å NL nguån dßng t¶i céng hëng vµo thùc tÕ. M¹ch khëi ®éng gåm Rp cã trÞ sè rÊt lín c¸ch ly tô Cp vµ nguån mét chiÒu, Lp cã trÞ sè bÐ h¹n dßng phãng tõ Cp vµo m¹ch t¶i RLC khi Tp ® îc kÝch. Tp tù t¾t khi dßng qua nã b”ng 0 (v× Rp ®ñ lín). Mét ®Æc ®iÓm kh¸c cña nghÞch lu song song lµ chØ cã thÓ dõng ho¹t ®éng khi ng¾t nguån mét chiÒu, kh¸c víi nghÞch l u nèi tiÕp lµ chØ cÇn ng¾t xung SCR nghÞch lu lµ ®ñ. Trang 6/ Chuong 5.doc §iÖn tö c”ng suÊt II A
  13. Nguyªn lý ®iÒu khiÓn bé nghÞch lu lµ lu”n ®¶m b¶o tÇn sè ho¹t ®éng h¬i lín h¬n tÇn sè céng hëng ®Ó t¶i lu”n cã tÝnh dung, hay kiÓm so¸t cos  cña t¶i vµ hiÖu chØnh dung lîng tô ®iÖn bï khi gi÷ tÇn sè lµm viÖc kh”ng ®æi. Trong thùc tÕ, ngêi ta sö dông c¶ hai nguyªn lý nµy: M¹ch ®iÒu khiÓn lu”n duy tr× tÇn sè phï hîp víi m¹ch dao ®éng t¶i, trong khi ®ã ng êi ta lu”n gi¸m s¸t häat ®éng cña hÖ thèng vµ thay ®æi gi¸ trÞ L (®æi nèi) vµ ®iÖn dung C theo tr¹ng th¸i cña t¶i. Mét th”ng sè kh¸c cÇn quan t©m lµ gi¸ trÞ ¸p trªn tô cÇn ph¶i bÐ h¬n trÞ sè cho phÐp ®Ó tr¸nh h háng. Nguyªn lý nµy còng ®óng víi bé nguån dïng nghÞch lu nèi tiÕp nh kh¶o s¸t trong môc sau. 4. Bé nghÞch lu nèi tiÕp lµm viÖc víi nguån 3 pha (bé nghÞch lu - ®æi pha): H×nh V.2.6a cho ta c¸i nh×n trung gian gi÷a s¬ ®å giíi thiÖu nghÞch lu nèi tiÕp (h×nh V.2.1c) vµ m¹ch thùc tÕ V.2.6b. Còng nh m¹ch c¬ b¶n h×nh V.2.1c, SCR1 vµ SCR2 ®îc kÝch ë hai b¸n kú t¹o thµnh hai xong dßng nguån cung cÊp cho t¶i R ë hai b¸n kú. Kh¸c víi s¬ ®å ½ cÇu dïng cho cÊp ®iÖn ®ãng ng¾t (ch¬ng II), tô ®iÖn C1, C2 kh”ng t¹o ra ®iÓm gi÷a cña nguån, chóng cã ®iÖn dung bÐ h¬n nhiÒu vµ lµ thµnh phÇn cña m¹ch céng hëng, lµm t¾t SCR khi dßng qua zero. Ta cã thÓ xem C1, C2 vµ SCR1, SCR2 t¹o thµnh s¬ ®å cÇu cña bé nghÞch lu. §Ó ý khi viÕt ph¬ng tr×nh ®Æc trng cña hÖ thèng, ta nèi t¾t nguån ¸p V, hai tô C1, C2 trë thµnh song song víi nhau tham gia vµo m¹ch céng hëng RLC. + C1 SCR1 L A T1 T2 T3 i R B o V C TR L L V C2 o T4 T5 T6 v o C _ SCR2 C1 C2 C3 R H×nh V.2.6: (a) NghÞch lu nèi tiÕp cã tô chia ®”i. (b) S¬ ®å biÕn tÇn - ®æi pha. Nguyªn lý ho¹t ®éng cña s¬ ®å nghÞch lu - ®æi pha h×nh V.2.6b hoµn toµn t¬ng tù. ta cã thÓ h×nh dung nã bao gåm nhãm tô C1, C2, C3 nèi vµo ba pha, hai nhãm SCR T1, T2, T3 vµ T4, T5, T6 cung cÊp cho t¶i RLC (qua biÕn ¸p TR). Nhãm SCR thø nhÊt
  14. cung cÊp xung dßng d¬ng vµ nhãm thø hai cung cÊp xung dßng ©m cho t¶i. VÝ dô nh trong h×nhV.2.7, t¹i wt = 1, ta kÝch lu©n phiªn T1 vµ T6 ®Ó t¹o ra dßng xoay chiÒu qua t¶i. ViÖc sö dông 3 linh kiÖn cho mét nhãm cho phÐp nèi trùc tiÕp bé nghÞch lu vµo líi xoay chiÒu ba pha. Tr×nh tù ho¹t ®éng c¶ c¸c SCR trong hai nhãm ë mét chu kú: v 1 2 3 1 wt T1  T1  wt  5 6 4 5 T6  T6 wt  Trang 7/ Chuong 5.doc §iÖn tö c”ng suÊt II A
  15. H×nh V.2.7: Xung kÝch khëi c¸c SCR H×nh V.2.8 D¹ng ¸p, dßng qua t¶i T1 --> T2 --> T3 --> T1 vµ T6 --> T4 --> T5 --> T6 nh ë c¸c s¬ ®å chØnh lu v× c¸c SCR nµy ®îc m¾c vµo c¸c pha ®iÖn líi 1 3 nªn thø tù ho¹t ®éng còng chÝnh lµ thø tù 2 T1 A+ pha cña líi ®iÖn. H¬n thÕ n÷a, khi A Ph¸t 1 xung A_ 2 3 thay §ång T4 ®iÒu ®æi (lµm chËm) kho¶ng ho¹t ®éng bé B khiÓn 1 3 cña C pha 3 2 T2 c¸c SCR, ta cã thÓõ gi¶m ¸p cung cÊp cho m¹ch nghÞch lu nèi tiÕp gièng nh chØnh pha, mçi B+ SCR 1 3 T5 lu ®iÒu khiÓn pha. 2 dÉn gãc Tãm l¹i, cã thÓ h×nh dung BB§ B_ 1  chÝnh lµ sù kÕt hîp chØnh lu ®iÒu §iÒu khiÓn C+ 2 3 T3 khiÓn ¸p 1 pha, biÕn ®æi ®iÖn líi thµnh mét C_ 2 3 T6 chiÒu vµ nghÞch lu nèi tiÕp biÕn ®æi ¸p mét chiÒu thµnh xoay chiÒu tÇn sè cao. Mét s¬ ®å nh vËy rÊt thÝch hîp cho c¸c bé nguån c”ng suÊt lín, v× chØ biÕn ®æi n¨ng lîng mét lÇn, hiÖu suÊt cao vµ gi¶m Ph¸t 2 DQ 5 c”ng suÊt SCR l¾p ®Æt. xung 3 CLK 2 fo Q 6 Mét bÊt lîi lín cña s¬ ®å lµ dßng ®iÖn líi cã thµnh phÇn tÇn sè cao, yªu cÇu ph¶i cã bé läc ®Çu vµo ®Ó lµm t¨ng H×nh V.2.8: M¹ch ph¸t xung kÝch khëi c¸c SCR hÖ sè c”ng suÊt cña BB§ vµ chèng nhiÔu truyÒn vÒ líi. V.3 Bé NGUåN DïNG TRANSISTOR: Theo néi dung phÇn V.2 trªn, c¸c bé nguån cho nung nãng c¶m øng trªn kh”ng cÇn phÇn tö phô cho chuyÓn m¹ch c¸c SCR v× c¸c SCR sÏ tù t¾t khi dßng qua gi¸ trÞ kh”ng ë nghÞch lu nèi tiÕp hay bÞ ®Æt ¸p ©m khi kÝch SCR nh¸nh ®èi diÖn ë nghÞch lu song song. Sù chuyÓn m¹ch cã ®îc nhê t¶i lµ m¹ch céng hëng nh vËy ®îc gäi lµ chuyÓn m¹ch t¶i (load commutation). Trong nh÷ng s¬ ®å hiÖn ®¹i, ngêi ta dïng transistor (mosFET, IGBT) thay thÕ SCR trong s¬ ®å t¬ng tù. ViÖc sö dông transistor trong bé nghÞch lu t¶i céng hëng cã c¸c ý nghÜa sau: - V× transistor ®ãng ng¾t theo sù ®iÒu khiÓn, c¸c ng¾t ®iÖn kh”ng cÇn ®iÒu
  16. kiÖn chuyÓn m¹ch cho nªn vïng th”ng sè ho¹t ®éng cña hÖ thèng ®îc níi réng. VÝ dô t¶i nghÞch lu nguån dßng kh”ng nhÊt thiÕt ph¶i cã tÝnh dung kh¸ng. Mét kÕt qu¶ kh¸c lµ ®é tin cËy cña hÖ thèng ®îc n©ng cao do ng¾t ®iÖn lu”n chuyÓn m¹ch ®îc. - TÇn sè lµm viÖc tèi ®a t¨ng, ®Õn hµng MHz do gi¶m th”ng sè ®éng cña cña ng¾t ®iÖn khi dïng transistor thay cho thyristor: ton xuèng díi micro gi©y, toff chØ cßn vµi micro gi©y hay bÐ h¬n khi dïng MosFET. Tuy nhiªn, tæn hao trªn ng¾t ®iÖn cã thÓ t¨ng do sôt ¸p thuËn trªn transistor thêng cao h¬n SCR ë dßng ®iÖn lín. 1. Bé nghÞch lu nguån dßng dïng transistor: Trang 8/ Chuong 5.doc §iÖn tö c”ng suÊt II A
  17. C¸c SCR trong bé NL nguån dßng L D1 + D3 ®îc thay thÕ b”ng c¸c transistor + diod nèi Q1 Q3 tiÕp. C¸c diod nµy b¶o vÖ cho transistor khái ¸p ngîc khi chuyÓn m¹ch. Diod song song C ngîc lµ cã s½n (khi chÕ t¹o) hay ®îc m¾c V R thªm ®Ó b¶o vÖ. Ho¹t ®éng cña m¹ch gièng nh nghÞch lu nguån dßng: c¸c ng¾t ®iÖn D2 D4 thay phiªn ho¹t ®éng, gãc dÉn 180O: T1, T4 --> T2, T3 --> T1, T4 ... _ Q4 Q2 Sù kh¸c biÖt ë ®©y lµ ta kh”ng sî chuyÓn m¹ch thÊt b¹i nªn gi¸ trÞ L nguån cã H×nh V.3.1: Bé nghÞch lu nguån dßng dïng thÓ chän nhá h¬n khi dïng SCR, tÇn sè ho¹t transistor ®éng cã thÓ lín hay bÐ h¬n tÇn sè céng hëng vµ kh”ng cÇn m¹ch måi ®Ó khëi ®éng hÖ thèng. 2. Bé nghÞch lu nguån ¸p lµm viÖc víi t¶i céng hëng: Khi sö dông nghÞch lu nguån ¸p (cã diod song song ngîc), m¹ch t¶i sÏ lµ m¹ch céng hëng nèi tiÕp hay hçn hîp nh h×nh V.3.2. Nh ta ®· biÕt, v× ng¾t ®iÖn chØ dÉn ®iÖn mét chiÒu, c¸c bé nghÞch lu nguån dßng lµ mét bÉy n¨ng lîng: n¨ng lîng cung cÊp ph¶i ®îc tiªu thô hÕt, nÕu kh”ng sÏ lµm biªn ®é dao ®éng t¨ng lªn, cã thÓ g©y qu¸ ¸p trªn tô ®iÖn. ViÖc sö dông diod song song lµm cho n¨ng lîng ®îc truyÒn hai chiÒu. Kh¶ n¨ng tr¶ ®îc n¨ng lîng ph¶n kh¸ng vÒ nguån lµm cho bé nghÞch lu cã thÓ lµm viÖc kh”ng t¶i (hay t¶i bÐ) mµ kh”ng lµm qu¸ ¸p c¸c phÇn tö. Q1 Q3 + D1 + Q1 + C1 Q1 C1 L R L R L C V V V D2 L R V Vo L C2 o C2 L Q2 o Q4 _ _ Q2 _ Q2 (a) (b) (c)
  18. H×nh V.3.2: NghÞch lu nèi tiÕp t¶i céng hëng khi kh”ng (a) vµ cã (b),(c) tr¶ n¨ng lîng vÒ líi. (a), (b) lµ s¬ ®å nhËn ®îc khi thay thÕ SCR trong h×nhV.2.6a b”ng IGBT, (c) lµ s¬ ®å cÇu IGBT, t¶i lµ vßng c¶m øng RLo cã tô C bï cos ϕ . Tù c¶m L nèi tiÕp nh”m c¸ch ly nguån mét chiÒu vµ t¶i céng hëng. Mét vÊn ®Ò ph¸t sinh khi lµm viÖc díi tÇn sè céng hëng lµ qu¸ tr×nh tr¶ n¨ng lîng vÒ nguån sÏ t¸c ®éng trë l¹i qu¸ tr×nh n¹p n¨ng lîng vµo m¹ch dao ®éng, ®îc so s¸nh trong h×nh sau khi m” pháng c¸c m¹ch ®iÖn h×nh V.3.2 dïng PowerSIM: * S¬ ®å h×nh V.3.2a: Dßng qua L, còng lµ dßng qua t¶i R, lµ nh÷ng xung h×nh sin, vÒ kh”ng khi ¸p trªn C ®¹t cùc ®¹i, sau ®ã dßng qua ng¾t ®iÖn b”ng kh”ng vµ C gi÷ nguyªn ®iÖn ¸p cho ®Õn khi ng¾t ®iÖn kÕ ho¹t ®éng. Trang 9/ Chuong 5.doc §iÖn tö c”ng suÊt II A
  19. H×nh V.3.3: C¸c d¹ng ¸p cña s¬ ®å h×nh V.3.2a * S¬ ®å h×nh V.3.2b: M¹ch h×nh V.3.2b gièng nh h×nh V.3.2a nhng kh”ng cã diod chÆn xung dßng tr¶ n¨ng lîng vÒ nguån mét chiÒu. Tõ c¸c d¹ng sãng trªn h×nh V.3.4, ta nhËn xÐt biªn dé dßng ®iÖn qua L, ¸p trªn C ®Òu gi¶m do qu¸ tr×nh tr¶ n¨ng lîng dao ®éng vÒ nguån ®iÖn qua c¸c diod song song ngîc. H×nh V.3.4: C¸c d¹ng ¸p cña s¬ ®å h×nh V.3.2b * S¬ ®å h×nh V.3.2c: Hai m¹ch V.3.2 (a) vµ(b) Ýt ®îc gÆp trong thùc tÕ. Khi t¶i lµ vßng c¶m øng ngêi ta lu”n m¾c song song víi nã mét tô ®iÖn t¹o thµnh m¹ch céng hëng RL OC. NhiÖm vô tô ®iÖn nµy lµ n©ng cao hÖ sè c”ng suÊt cña vßng c¶m øng, gi¶m dßng qua ng¾t ®iÖn vµ
  20. nguån. Khi ®ã, ho¹t ®éng cña bé nghÞch lu bao gåm 2 qu¸ tr×nh: dao ®éng cña m¹ch céng hëng t¶i RLOC vµ sù ®ãng ng¾t nguån ®Ó n¹p n¨ng lîng vµo m¹ch céng hëng nµy. Do tÝnh chän läc cña m¹ch céng hëng, ¸p trªn t¶i sÏ lµ dao ®éng h×nh sin cïng tÇn sè ®iÒu khiÓn vµ ta ph¶i nèi tiÕp thªm cuén d©y L ®Ó g¸nh chªnh lÖch ¸p nguån víi t¶i. Phô thu”c vµo gi¸ trÞ L, ta cã hai trêng hîp sau: * Khi L bÐ, L + RLOC cã tÇn sè dao ®éng cao h¬n tÇn sè kÝch Transistor lµm cho dßng qua Trang 10/ Chuong 5.doc §iÖn tö c”ng suÊt II A

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

Đồng bộ tài khoản