CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU

Chia sẻ: Mr Mai | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:9

0
561
lượt xem
258
download

CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU

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

Với phương pháp điều khiển pha thông thường, xung kích đóng được đưa vào cổng điều khiển tại vị trí trễ đi một góc ? so với vị trí xuất hiện áp khóa trên linh kiện. Điện áp nguồn xoay chiều đóng vai trò điện áp chuyển mạch, tác dụng giảm dòng điện qua linh kiện và ngắt nó. Điện áp ngõ ra chứa thành phần hài cơ bản có tần số bằng tần số áp nguồn và các thành phần bậc cao khác. Độ lớn của các sóng hài phụ thuộc vào góc điều khiển và cấu hình mạch...

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU

  1. Ñieän töû coâng suaát 1 3.4 - CAÙC PHÖÔNG PHAÙP ÑIEÀU KHIEÅN BOÄ BIEÁN ÑOÅI ÑIEÄN AÙP XOAY CHIEÀU 3.4.1. ÑIEÀU KHIEÅN PHA (xem hình H3.2) Vôùi phöông phaùp ñieàu khieån pha thoâng thöôøng, xung kích ñoùng ñöôïc ñöa vaøo coång ñieàu khieån taïi vò trí treã ñi moät goùc α so vôùi vò trí xuaát hieän aùp khoùa treân linh kieän. Ñieän aùp nguoàn xoay chieàu ñoùng vai troø ñieän aùp chuyeån maïch, taùc duïng giaûm doøng ñieän qua linh kieän vaø ngaét noù. Ñieän aùp ngoõ ra chöùa thaønh phaàn haøi cô baûn coù taàn soá baèng taàn soá aùp nguoàn vaø caùc thaønh phaàn baäc cao khaùc. Ñoä lôùn cuûa caùc soùng haøi phuï thuoäc vaøo goùc ñieàu khieån vaø caáu hình maïch coâng suaát. Tröôøng hôïp ñieàu khieån pha vôùi quaù trình chuyeån maïch cöôõng böùc: ñieàu khieån vò trí kích ñoùng doøng ñieän vaø ñoàng thôøi ñieàu khieån caû vò trí ngaét doøng ñieän taûi. Caáu hình maïch phaûi chöùa boä chuyeån maïch hoaëc linh kieän töï chuyeån maïch. Vôùi phöông phaùp naøy, ñieän aùp ngoõ ra coù theå coù daïng ñoái xöùng. Neáu trong moãi nöûa chu kyø aùp nguoàn, ta thöïc hieän ñieàu roäng xung, heä soá bieán daïng vaø phoå caùc haøi baäc cao seõ ñöôïc haïn cheá raát nhieàu. 3.4.2. ÑIEÀU KHIEÅN TÆ LEÄ THÔØI GIAN (Time duty ratio Control; Cycle Control) Xem hình H3.14- thöïc hieän baèng caùch cho xung kích ñoùng caùc linh kieän lieân tuïc trong thôøi gian baèng soá nguyeân laàn chu kyø (m) ñieän aùp nguoàn vaø sau ñoù ngaét (khoaù) xung kích lieân tuïc trong moät soá nguyeân laàn chu kyø (n). Phöông phaùp naøy khoâng söû duïng khi taûi coù haèng soá thôøi gian ñaùp öùng töông ñöông vôùi chu kyø aùp nguoàn xoay chieàu, ví duï khoâng theå duøng ñeå ñieàu khieån ñoä saùng boùng ñeøn daây toùc, khoâng duøng ñeå ñieàu khieån vaän toác ñoäng cô coù moment quaùn tính nhoû. Phöông phaùp ñieàu khieån tæ leä thôøi gian vôùi thôøøi ñieåm kích ñoùng taïi ñieåm 0 cuûa aùp nguoàn (zero voltage switching ) ñöôïc öùng duïng ñeå ñieàu khieån loø ñieän trôû, loø hoà quang ñieän, loø nöôùng gia ñình.... vì ít aûnh höôûng leân löôùi ñieän, ñoàng thôøi haïn cheá toån hao phaùt sinh do cheá ñoä ñoùng ngaét linh kieän taïo neân. Boä bieán ñoåi laøm vieäc nhö moät coâng taéc xoay chieàu ñoùng môû tuaàn hoaøn. Hình H3.14a veõ ñieän aùp vaø doøng ñieän taûi khi ta aùp duïng phöông phaùp ñieàu khieån ôû treân vôùi taûi chæ chöùa tt ñieän trôû R. Töø hình veõ H3.14a, ta suy ra trò hieäu duïng cuûa ñieän aùp taûi laø: U t = U . . Treân T hình H3.14b veõ quaù trình caùc ñaïi löôïng cho tröôøng hôïp taûi RL. Phöông phaùp ñieàu khieån neâu treân phuø hôïp cho caùc nguoàn cung caáp naêng löôïng cho caùc thieát bò tieâu thuï nhieät ñieän. Ta khoâng neân duøng chuùng laøm nguoàn naêng löôïng cho caùc ñeøn chieáu saùng cuõng nhö trong caùc ñoäng cô ñieän. 5-11
  2. Ñieän töû coâng suaát 1 Ví duï 3.1: Boä bieán ñoåi aùp xoay chieàu moät pha caáp nguoàn cho taûi thuaàn trôû R=10Ω. π Nguoàn xoay chieàu coù trò hieäu duïng baèng 220V, 50Hz. Goùc ñieàu khieån α = [ rad ] 2 a. Tính trò hieäu duïng aùp taûi b. Tính coâng suaát tieâu thuï cuûa taûi c. Tính heä soá coâng suaát d. Ñeå ñaït ñöôïc coâng suaát taûi baèng 4 kW, tính ñoä lôùn goùc kích α e. Ñònh möùc linh kieän söû duïng Giaûi: a. Trò hieäu duïng cuûa aùp taûi 5-12
  3. Ñieän töû coâng suaát 1 1 ⎛ α sin 2 α ⎞ 2 U t = ⎜1 − + ⎟ .U ⎝ π 2π ⎠ 1 ⎛ π sin ⎛ 2. π ⎞ ⎞ 2 ⎜ ⎜ ⎟⎟ ⎜ 2 + ⎝ 2 ⎠⎟ = ⎜1 − ⎟ .220 = 155 ,56 [V ] π 2.π ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ b. Coâng suaát tieâu thuï cuûa taûi 1 2π 1 2π u t2 1 Pt = 2π ∫ 0 u t .i t .dX = 2π ∫ 0 R .dX = .U t2 R 2 155 ,56 Pt = = 2420 [W ] 10 c. Heä soá coâng suaát nguoàn ( boû qua toån hao treân SCR ) Pt P P Pt λ = PF = = t = t = S U .I U .It U . Ut R 2420 λ= = 0 ,707 155 ,56 220. 10 d. Khi Pt = 4 kW, ta coù: U t = Pt .R = 4000 .10 = 200 [V ] . Treân ñaëc tính Ut(α), Ta xaùc ñònh goùc α töông öùng vôùi Ut = 200V laø α = 0,99979[rad] hay α=57,280 e. AÙùp laøm vieäc lôùn nhaát cuûa SCR: U DWM = U RWM = 220. 2 = 311[V ] Choïn heä soá an toaøn aùp: Ku = 2,5 ta coù tham soá SCR caàn choïn thoûa maõn ñieàu kieän: UDRM = URRM > 2,5.311 = 778[V] Trò trung bình doøng qua SCR (α=0): 1 2π 1 π 2 .U . sin X IVAV = 2π ∫ 0 it .dX = 2π ∫0 R .dX 2U 2 .220 IVAV = = = 9 ,9 [ A ] π.R π.10 Tròï hieäu duïng doøng qua SCR 1 ⎛ ⎛ 2 .U . sin X ⎞ 2 ⎞2 ⎜ 1 2π ⎟ .dX ⎟ = 2U = 2 .220 I RMS =⎜ ⎜ 2π ∫0 ⎜ ⎜ ⎝ R ⎟ ⎠ ⎟ ⎟ 2R 2.10 = 15,55[ A] ⎝ ⎠ Ví duï 3.2 Coâng taéc xoay chieàu ba pha daïng ñaày ñuû maéc vaøo taûi theo caáu hình sao. Coâng suaát taûi P= 20kW, heä soá coâng suaát 0,707. Ñònh möùc aùp vaø doøng cho linh kieän. AÙp nguoàn coù trò hieäu duïng aùp daây 440V Giaûi: Doøng ñieän qua moãii pha coù trò hieäu duïng 5-13
  4. Ñieän töû coâng suaát 1 P 20000 I = = = 37,119[ A] 3.U 0 . cos ϕ 3.440.0,707 Doøng ñænh qua SCR I m = 2 .I = 2 .37,119 = 52,5[ A] Doøng trung bình qua SCR Im 52,5 I AV = = = 16,71[ A] π π Trò hieäu duïng doøng qua SCR I 52,5 I RMS = m = = 26,25[ A] 2 2 Ñieän aùp ñænh ñaët leân SCR U DWM = U RWM = 2 .U = 2 .440 = 622,3[V ] Ví duï 3.3 Boä bieán ñoåi aùp xoay chieàu moät pha maéc vaøo taûi L. Tính trò hieäu duïng aùp vaø 2π doøng taûi khi α = [rad]. Tính coâng suaát phaûn khaùng cuûa soùng haøi cô baûn. Cho bieát 3 L=0,01H, aùp nguoàn U = 220V, ω = 314 rad/s Giaûi: ⎛ 2π 2π ⎞ ⎜ sin 2. ⎟ ⎛ α sin 2 α ⎞ 3 + 3 ⎟ = 137 ,566 [V ] U t = U . 2 ⎜1 − + ⎟ = 220. 2 ⎜1 − ⎝ π 2π ⎠ ⎜ π 2π ⎟ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ It = U ω.L ⎛ α⎞ ( 3 2 ⎜1 − ⎟ 1 + 2 cos 2 α + sin 2 α π⎠ π ) ⎝ ⎛ 2π ⎞ ⎜ ⎟ 220 ⎜1 − 3 ⎟⎛1 + 2 cos 2 2 π ⎞ + 3 . sin ⎛ 2. 2 π ⎞ = 29 , It = . 2. ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ 142 [ A ] 314.0 ,01 ⎜ π ⎟⎝ 3 ⎠ π ⎝ 3 ⎠ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ Coâng suaát phaûn khaùng cuûa soùng haøi cô baûn: Q(1) = US.It(1) vôùi US π I t (1 ) = .(2 π − 2 α + sin 2 α )
  5. Ñieän töû coâng suaát 1 ⎛π ⎞ baèng caùch thay ñoåi goùc kích α trong khoaûng ⎜ , π ⎟ . AÙp nguoàn xoay chieàu coù trò hieäu ⎝2 ⎠ duïng U = 220V, ω = 314 rad/s, coâng suaát buø cuûa tuï QC = 10 kVAr a/- Tính ñoä lôùn cuoän khaùng L ñeå coù theå buø coâng suaát vôùi ñoä lôùn thay ñoåi töø Qmin=0 ñeán Qmax = 10 kVAr. b/- Vôùi L tính ñöôïc, xaùc ñònh doøng buø toång ( haøi cô baûn) öùng vôùi caùc tröôøng π 2π 5π hôïp goùc ñieàu khieån α1 = ;α 2 = ;α 3 = ;α 4 = π 2 3 6 Giaûi: a/- Coâng suaát buø cuûa tuï: U2 QC = = ω .C.U 2 XC Coâng suaát buø cuûa cuoän khaùng: U2 U2 QL = = X L ω .L Ñeå buø ñeán cosϕ = 1, ta caàn coù QC = QL Töø ñoù: 1 L= ω .C 2 QC 10.000 C= = = 657,99.10 −6 [ F ] ω .U 2 314.220 2 1 L= ( 314 2 . 657,99.10 − 6 ) = 0,0154[ H ] b/- Doøng buø toång: U ibuø = i C + i t (1 ) = j .C .ω.U + j .ω.L1 U U vôùi = IL (1 ) = S [2 π − 2 α + sin 2 α ] ω.L1 π.ω.L Ta coù keát quaû: Ibuø ⎛α = π ⎞ = 45,477-25,655=19,821A ⎜ ⎟ ⎝ 2⎠ 5-15
  6. Ñieän töû coâng suaát 1 Ibuø ⎛α = 2π ⎞ =45,477-20,246=25,230A ⎜ ⎟ ⎝ 3 ⎠ Ibuø ⎛α = 5π ⎞ = 45,477-13,802=31,674A ⎜ ⎟ ⎝ 6 ⎠ Ibuø (α = π ) = 45,477-0=45,477A Quaù trình caùc ñaïi löôïng trong maïch buø nhuyeãn moät pha hình H3.15) ñöôïc veõ 2π 5π minh hoïa treân hình H3.16 cho hai tröôøng hôïp α = vaø α = . 3 6 Ví duï 3.5 Cho boä bieán ñoài ñieän aùp xoay chieàu moät pha, taûi RL taàn soá nguoàn ac f=50Hz. Xung kích ñöôïc ñöa vaøo maïch coång cuûa caùc SCR ôû daïng chuoãi xung, baét ñaàu töø vò trí goùc kích α ñeán cuoái nöûa chu kyø cuûa baùn kyø ñang xeùt. Keát luaän gì veà tính lieân tuïc cuûa doøng taûi trong caùc tröôøng hôïp sau: π a/- R = 10 Ω ; L = 0,01H ; α = 6 π b/- R = 1 Ω ; L = 0,01 H ; α = 6 5-16
  7. Ñieän töû coâng suaát 1 Cho U = 220V ; ω = 314 rad/s Giaûi: a/- ω .L 314.0,01 ϕ = arctg = arctg = 0,3042[rad ] R 10 π α = = 0,523[rad ] > ϕ 6 ⇒ Doøng taûi giaùn ñoïan. Quaù trình caùc ñaïi löôïng aùp vaø doøng ñieän taûi ñöôïc veõ treân H3.17. b/- ω .L 314.0,01 ϕ = arctg = arctg = 1,262[rad ] R 1 π α = = 0,523[rad ] < ϕ 6 ⇒ Doøng taûi lieân tuïc . Ví duï 3.6 Boä bieán ñoåi aùp xoay chieàu moät pha ñöôïc ñieàu khieån theo phöông phaùp tæ leä thôøi gian. Cho bieát aùp nguoàn xoay chieàu coù U = 220V, ω = 314 rad/s. Thôøi gian ñoùng 1s, thôøi gian ngaét 0,5s. Taûi thuaàn trôû R = 50Ω a/- Tính trò hieäu duïng ñieän aùp taûi vaø doøng taûi b/- Tính coâng suaát taûi c/- Tính heä soá coâng suaát nguoàn Giaûi: T1 1 a/- trò hieäu duïng aùp taûi: U t = U . = 220. = 179 ,6 [V ] T 1,5 U t 179 ,6 Do taûi R neân trò hieäu duïng doøng taûi I t = = = 3 ,592 [ A ] R 50 b/- Coâng suaát taûi R: U t2 179 ,6 2 PR = = = 645 ,333 [ W ] R 50 c/- Heä soá coâng suaát nguoàn 5-17
  8. Ñieän töû coâng suaát 1 PR P 645 ,333 λ= = R = = 0 ,8166 S U .I t 220.3 ,592 Baøi taäp: 1. Boä bieán ñoåi ñieän aùp xoay chieàu moät pha taûi R vôùi thoâng soá : nguoàn ac coù trò hieäu duïng aùp pha 480V, f=50Hz, ñieän trôû taûi R=50 Ω . Goùc kích α = 800 . Haõy xaùc ñònh: - trò hieäu duïng aùp taûi; - coâng suaát taûi - heä soá coâng suaát - trò hieäu duïng vaø trò trung bình doøng qua SCR - heä soá meùo daïng doøng ñieän nguoàn. 2. Boä bieán ñoåi ñieän aùp xoay chieàu moät pha taûi R vôùi thoâng soá : nguoàn ac coù trò hieäu duïng aùp pha 240V, f=50Hz, ñieän trôû taûi R=45 Ω . Xaùc ñònh goùc kích ñeå coâng suaát taûi baèng 800W. 3. Moät taûi thuaàn trôû tieâu thuï coâng suaát 200W döôùi taùc duïng nguoàn ñieän 120V, 50Hz. Thieát keá maïch cung caáp coâng suaát 200W cho ñieän trôû treân khi söû duïng nguoàn löôùi laø 240V, 50Hz. Xaùc ñònh giaù trò ñieän aùp ñænh treân taûi. 4. Boä bieán ñoåi ñieän aùp xoay chieàu moät pha taûi R vôùi thoâng soá : nguoàn ac coù trò hieäu duïng aùp pha 120V, f=50Hz, ñieän trôû taûi R=32 Ω . Xaùc ñònh phaïm vi ñieàu chænh goùc kích ñeå coâng suaát taûi thay ñoåi trong khoaûng 200 ñeán 400W. Xaùc ñònh phaïm vi thay ñoåi heä soá coâng suaát töông öùng. 5. Thieát keá maïch cung caáp coâng suaát töø 750W ñeán 1500W cho ñieän trôû R=30 Ω . Cho bieát nguoàn löôùi ac coù trò hieäu duïng pha 240V, 50Hz. Xaùc ñònh trò trung bình vaø trò hieäu duïng cöïc ñaïi doøng ñieän ñi qua SCR vaø giaù trò ñieän aùp ñænh treân linh kieän. 6. Thieát keá maïch cung caáp coâng suaát khoâng ñoåi baèng 1000W cho moät taûi ñieän trôû coù ñoä lôùn R thay ñoåi trong phaïm vi töø 20 ñeán 40 Ω . Cho bieát nguoàn löôùi ac coù trò hieäu duïng pha 240V, 50Hz. Xaùc ñònh trò trung bình vaø trò hieäu duïng cöïc ñaïi doøng ñieän ñi qua SCR vaø giaù trò ñieän aùp ñænh treân linh kieän. 7. Thieát keá maïch ñieàu chænh chieáu saùng cho boùng ñeøn 120V,100W. Nguoàn ñieän löôùi ac 120V, 50Hz. Xaùc ñònh goùc kích cuûa triac ñeå coâng suaát ñeøn baèng a/-30W; b/-60W. Giaû thieát cho raèng ñeøn hoaït ñoäng nhö taûi thuaàn trôû khoâng ñoåi. 8. Boä bieán ñoåi ñieän aùp xoay chieàu moät pha vôùi linh kieän S1 laø SCR vaø S2 laø diode. S1 ñieàu khieån vôùi goùc kích α . a. xaùc ñònh trò hieäu duïng aùp taûi theo haøm α vaø bieân ñoä aùp nguoàn. b. Phaïm vi ñieàu khieån aùp treân taûi. 9. Boä bieán ñoåi ñieän aùp xoay chieàu moät pha vôùi goùc kích khaùc nhau cho caùc SCR: α1 ñoái vôùi SCR1 vaø α 2 ñoái vôùi SCR2. Xaùc ñònh trò hieäu duïng aùp taûi theo caùc tham soá Vm, α1 vaø α 2 . 10. Boä bieán ñoåi ñieän aùp xoay chieàu moät pha taûi R-L vôùi thoâng soá : nguoàn ac coù trò hieäu duïng aùp pha 120V, f=50Hz, ñieän trôû taûi R=18 Ω , L=30mH. Goùc kích α = 800 . Haõy xaùc ñònh: a. quaù trình doøng ñieän taûi b. trò hieäu duïng doøng ñieän taûi c. trò hieäu duïng doøng ñieän qua SCR 5-18
  9. Ñieän töû coâng suaát 1 d. coâng suaát tieâu thuï cuûa taûi 11. Boä bieán ñoåi ñieän aùp xoay chieàu moät pha taûi R-L vôùi thoâng soá : nguoàn ac coù trò hieäu duïng aùp pha 120V, f=50Hz, ñieän trôû taûi R=22 Ω , L=18mH. Goùc kích α = 450 . Haõy xaùc ñònh: a. quaù trình doøng ñieän taûi b. trò hieäu duïng doøng ñieän taûi c. trò hieäu duïng doøng ñieän qua SCR d. coâng suaát tieâu thuï cuûa taûi e. veõ daïng soùng ñieän aùp taûi vaø aùp treân SCR 12. Boä bieán ñoåi ñieän aùp xoay chieàu moät pha taûi R-L vôùi thoâng soá : nguoàn ac coù trò hieäu duïng aùp pha 120V, f=50Hz, ñieän trôû taûi R=12 Ω , L=20mH. Goùc kích α = 1150 . Haõy xaùc ñònh trò hieäu duïng doøng ñieän taûi 13. Boä bieán ñoåi ñieän aùp xoay chieàu moät pha taûi R-L vôùi thoâng soá : nguoàn ac coù trò hieäu duïng aùp pha 120V, f=50Hz, ñieän trôû taûi R=12 Ω , L=20mH. Goùc kích α = 600 . a. Haõy xaùc ñònh coâng suaát taûi tieâu thuï b. Söû û duïng Pspice ñeå xaùc ñònh coâng suaát taûi, chuù yù choïn RON=0,1 Ω trong moâ hình SCR. Xaùc ñònh ñoä meùo daïng doøng ñieän nguoàn töø keát quaû moâ phoûng. 14. Boä bieán ñoåi ñieän aùp xoay chieàu moät pha taûi R-L vôùi thoâng soá : nguoàn ac coù trò hieäu duïng aùp pha 120V, f=50Hz, ñieän trôû taûi R=15 Ω , L=15mH. Söû duïng Pspice ñeå xaùc ñònh phaïm vi ñieàu chænh goùc kích α ñeå coù theå thay ñoåi coâng suaát taûi trong phaïm vi töø 400W ñeán 700W (coù theå söû duïng leänh thay ñoåi töøng böôùc tham soá ) 15. Thieát keá maïch ñeå cung caáp coâng suaát 250W cho taûi R-L noái tieáp vôùi R=24 Ω , L=35mH. Nguoàn ac 120V, 50Hz. Xaùc ñònh trò hieäu duïng vaø trò trung bình doøng qua SCR vaø giaù trò ñieän aùp lôùn nhaát treân SCR. 16. Boä bieán ñoåi aùp xoay chieàu 3 pha caáp ñieän cho taûi thuaàn trôû, ñaáu daïng sao. Cho bieát aùp daây 3 pha baèng 480V, f=50Hz. Taûi trôû R=35 Ω . Söû duïng Pspice ñeå xaùc ñònh coâng suaát tieâu thuï cuûa taûi cho töøng tröôøng hôïp cuûa goùc kích nhö sau: α = 20 0 ;α = 80 0 ; α = 115 0 17. Boä bieán ñoåi aùp xoay chieàu 3 pha caáp ñieän cho taûi R-L noái tieáp, ñaáu daïng sao. Cho bieát aùp daây 3 pha baèng 240V, f=50Hz. Taûi R=16 Ω , L=50mH. Goùc kích α = 900 . Söû duïng Pspice ñeå xaùc ñònh coâng suaát tieâu thuï cuûa taûi cho töøng tröôøng vaø xaùc ñònh khoaûng daõn cuûa SCR treân ñoà thò. Phaân tích giaûi tích quaù trình doøng ñieän ôû xaùc laäp. 18. Vieát chöông trình moâ taû boä bieán ñoåi aùp xoay chieàu 3 pha vôùi taûi ñaáu daïng tam giaùc. Xaùc ñònh trò hieäu duïng doøng ñieän qua taûi vaø doøng ñieän qua nguoàn. Cho bieát trò hieäu duïng aùp daây baèng 480V, ñieän trôû taûi R=25 Ω vaø goùc kích α = 450 . Xaùc ñònh ñoà thò doøng iab vaø ia. 5-19

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

Đồng bộ tài khoản