CHƯƠNG 4: BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU

Chia sẻ: Mr Mai | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:10

0
748
lượt xem
241
download

CHƯƠNG 4: BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU

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

Bộ biến đổi điện áp một chiều dùng để điều khiển trị trung bình điện áp một chiều ở ngõ ra từ một nguồn điện áp một chiều không đổi. Điện áp trên tải có dạng xung tạo thành từ quá trình đóng ngắt liên tục nguồn điện áp một chiều không thay đổi vào tải. Do đó, bộ biến đổi còn được gọi là bộ biến đổi điện áp một chiều dạng xung.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: CHƯƠNG 4: BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU

  1. Ñieän töû coâng suaát 1 CHÖÔNG BOÁN BOÄ BIEÁN ÑOÅI ÑIEÄN AÙP MOÄT CHIEÀU Boä bieán ñoåi ñieän aùp moät chieàu duøng ñeå ñieàu khieån trò trung bình ñieän aùp moät chieàu ôû ngoõ ra töø moät nguoàn ñieän aùp moät chieàu khoâng ñoåi. Ñieän aùp treân taûi coù daïng xung taïo thaønh töø quaù trình ñoùng ngaét lieân tuïc nguoàn ñieän aùp moät chieàu khoâng thay ñoåi vaøo taûi. Do ñoù, boä bieán ñoåi coøn ñöôïc goïi laø boä bieán ñoåi ñieän aùp moät chieàu daïng xung. 4.1 BOÄ GIAÛM AÙP * Sô ñoà caáu taïo vaø nguyeân lyù hoaït ñoäng. Maïch boä giaûm aùp goàm nguoàn ñieän aùp moät chieàu khoâng ñoåi U maéc noái tieáp vôùi taûi qua coâng taéc S. Taûi moät chieàu toång quaùt goàm RL vaø söùc ñieän ñoäng E (ví duï ñoäng cô moät chieàu). Diode khoâng V0 maéc ñoái song vôùi taûi (hình H4.1a). Nguoàn moät chieàu coù theå laáy töø acquy, pin ñieän, hoaëc töø nguoàn aùp xoay chieàu qua boä chænh löu khoâng ñieàu khieån vaø maïch loïc. Coâng taéc S coù chöùc naêng ñieàu khieån ñoùng vaø ngaét ñöôïc doøng ñieän ñi qua noù. Do tính naêng treân neân coâng taéc S phaûi laø linh kieän töï chuyeån maïch, chaúng haïn transistor (BJT, MOSFET, IGBT), GTO hoaëc ôû daïng keát hôïp goàm thyristor (SCR) vôùi boä chuyeån maïch. Taûi moät chieàu hay gaëp trong thöïc teá laø ñoäng cô moät chieàu. Phaân tích: ( hình H4.1b) Vieäc phaân tích thöïc hieän vôùi giaû thieát doøng ñieän qua taûi lieân tuïc. Do caáu taïo maïch chæ chöùa coâng taéc S vôùi hai traïng thaùi hoaït ñoäng laø ñoùng vaø ngaét doøng ñieän neân ta phaân tích maïch theo hai traïng thaùi cô baûn naøy. Traïng thaùi ñoùng S: thôøi gian ñoùng T1, doøng ñieän daãn töø nguoàn U kheùp kín qua maïch goàm (U,S,RLE). Phöông trình bieåu dieãn traïng thaùi hoaït ñoäng cuûa taûi: ut = U di t ut = R.it + L +E (4.1) dt Chon thôøi ñieåm ban ñaàu t0=0 vaø ta coù: it(t0) = it0=i0 Giaûi heä phöông trình vi phaân treân, ta coù nghieäm doøng ñieän ñi qua taûi döôùi daïng : 4-1
  2. Ñieän töû coâng suaát 1 ⎛ t t U −E ⎜ − ⎞⎟ − it (t ) = ⎜1 − e τ ⎟ + i0 .e τ (4.2) R ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ L vôùi τ = laø haèng soá thôøi gian maïch taûi. R Taïi cuoái khoaûng daãn T1 , ta coù: it1=it(T1)=i1 Quaù trình doøng ñieän taûi coù daïng taêng theo haøm muõ. Traïng thaùi ngaét S -khoaûng thôøi gian (T1
  3. Ñieän töû coâng suaát 1 ⎛ t −T ⎞ t −T −E ⎜ − 2 1 ⎟ − 2 1 it (t 2 ) = ⎜1−e τ ⎟ + i1 .e τ = 0 ; T1
  4. Ñieän töû coâng suaát 1 Khi thöïc hieän haõm taùi sinh ñoäng cô moät chieàu, naêng löôïng töø nguoàn ñieän aùp thaáp (söùc ñieän ñoäng E) ñöôïc traû laïi nguoàn ñieän aùp lôùn hôn (nguoàn moät chieàu U), ñieàu naøy coù theå thöïc hieän nhôø hoaït ñoäng cuûa boä taêng aùp (hình H4.3). Ñieàu kieän ñeå maïch hoaït ñoäng laø E < U vaø nguoàn U coù khaû naêng tieáp nhaän naêng löôïng do taûi traû veà. Taûi moät chieàu phaûi chöùa nguoàn döï tröõ naêng löôïng (söùc ñieän ñoäng E) vaø caûm khaùng. Coâng taéc S thuoäc daïng töï chuyeån maïch ñöôïc nhö tröôøng hôïp boä giaûm aùp. Diode V0 cho pheùp doøng ñieän daãn theo chieàu töø taûi veà nguoàn vaø ngaên doøng ñieän ñi theo chieàu ngöôïc laïi. Phaân tích hoaït ñoäng maïch boä taêng aùp ôû cheá ñoä doøng ñieän taûi lieân tuïc vaø maïch ôû xaùc laäp (hình H4.4): Traïng thaùi ñoùng S- khoaûng thôøi gian (0
  5. Ñieän töû coâng suaát 1 - Baèng caùch thay ñoåi tæ soá γ giöõa T1 :thôøi gian ñoùng S vaø T=T1+T2 : chu kyø ñoùng ngaét S, ta ñieàu khieån coâng suaát phaùt töø nguoàn E cuõng nhö coâng suaát traû veà nguoàn U. Coù theå xaùc ñònh ñoä lôùn chuùng thoâng qua trò trung bình ñieän aùp vaø doøng ñieän taûi. T 1 0.T1 + U .T 2 T T1 Ut = T ∫ . u t .dt = 0 T = U . 2 = U .(1 − γ ) ; T γ= T (4.14) T1 Do 0≤γ= ≤1 ⇒ 0 ≤ Ut ≤ U T −U t + E It = (4.15) R Neáu thay ñoåi vai troø giöõa U vaø taûi: goïi taûi Ut laø nguoàn caáp naêng löôïng vaø U laø taûi nhaän naêng löôïng, ta coù: Ut U = > Ut (4.16) 1−γ Ñieän aùp taûi lôùn hôn aùp nguoàn neân ta goïi ñaây laø boä taêng aùp. 4.3 CAÙC PHÖÔNG PHAÙP ÑIEÀU KHIEÅN BOÄ BIEÁN ÑOÅI ÑIEÄN AÙP MOÄT CHIEÀU 4.3.1 ÑIEÀU KHIEÅN VÔÙI TAÀN SOÁ ÑOÙNG NGAÉT KHOÂNG ÑOÅI Chu kyø ñoùng ngaét T = T1 + T2 khoâng thay ñoåi. Ñieän aùp trung bình cuûa taûi ñöôïc ñieàu khieån thoâng qua söï phaân boá khoaûng thôøi gian ñoùng T1 vaø ngaét coâng taéc T2 trong chu kyø T. Ñaïi löôïng ñaëc tröng khaû naêng phaân boá chính laø tæ soá γ = T1 / T Kyõ thuaät ñieàu khieån tæ soá γ coù theå thöïc hieän döïa vaøo hai tín hieäu cô baûn: soùng mang daïng raêng cöa up vaø soùng ñieàu khieån moät chieàu udk . Hai daïng soùng naøy ñöôïc ñöa vaøo boä so saùnh vaø tín hieäu ngoõ ra ñöôïc duøng ñeå kích ñoùng coâng taéc S. Soùng mang coù taàn soá khoâng ñoåi vaø baèng taàn soá ñoùng ngaét coâng taéc S. Taàn soá thaønh phaàn xoay chieàu haøi cô baûn cuûa ñieän aùp taûi baèng taàn soá coá ñònh naøy. Do ñoù, soùng ñieän aùp taïo thaønh deã loïc. Soùng ñieàu khieån moät chieàu coù ñoä lôùn tæ leä vôùi ñieän aùp trung bình treân taûi . Xeùt boä giaûm aùp (hình H4.1a,b) Goïi UpM laø bieân ñoä soùng mang daïng raêng cöa, udk laø ñoä lôùn soùng ñieàu khieån moät chieàu ; U laø ñieän aùp nguoàn moät chieàu khoâng ñoåi. Töø giaûn ñoà kích ñoùng S vaø caùc quaù trình ñieän aùp ôû cheá ñoä doøng lieân tuïc, ta deã daøng xaùc ñònh heä thöùc tính aùp taûi trung bình theo aùp ñieàu khieån: u dk Ut = U. (4.17) U PM Phöông phaùp ñieàu khieån vôùi taàn soá soùng mang khoâng ñoåi thöôøng ñöôïc söû duïng trong thöïc tieãn . 4.3.2 ÑIEÀU KHIEÅN THEO DOØNG ÑIEÄN TAÛI YEÂU CAÀU Trong tröôøng hôïp taûi ñoäng cô moät chieàu, vieäc ñieàu khieån moment ñoäng cô thoâng qua ñieàu khieån doøng ñieän (tæ leä vôùi moment ). Ñeå hieäu chænh doøng ñieän trong phaïm vi cho pheùp, ta coù theå söû duïng phöông phaùp ñieàu khieån theo doøng ñieän. Theo ñoù, coâng taéc S seõ ñoùng ngaét sao cho doøng ñieän taûi ño ñöôïc vaø doøng ñieän yeâu caàu coù giaù trò baèng nhau. 4-5
  6. Ñieän töû coâng suaát 1 Kyõ thuaät ñieàu khieån theo doøng ñieän ñöôïc giaûi quyeát nhö trong boä nghòch löu aùp (xem phaàn nghòch löu aùp - ñieàu khieån theo doøng ñieän ). Ví duï: xeùt boä giaûm aùp chöùa maïch ñieàu khieån vôùi taàn soá ñoùng ngaét khoâng ñoåi. Trong caáu truùc maïch ñieàu khieån doøng ñieän söû duïng khaâu hieäu chænh doøng ñieän RI, tín hieäu ñieän aùp ñieàu khieån töø ngoõ ra cuûa khaâu hieäu chænh doøng seõ ñöôïc so saùnh vôùi soùng mang daïng raêng cöa. Keát quaû so saùnh taïo thaønh xung kích ñoùng hoaëc ngaét coâng taéc S (H4.5). Trong caáu truùc maïch ñieàu khieån söû duïng phaàn töû phi tuyeán daïng maïch treã (hình H4.6), doøng ñieän taûi (iht) ñöôïc ñieàu khieån vôùi ñoä sai bieät ∆i so vôùi doøng ñieän ñaët (iyc). Ñoä lôùn ∆i thieát laäp töø ñaëc tính maïch treã. Khi ∆i ñuû nhoû, maïch ñieàu khieån taùc duïng leân boä bieán ñoåi laøm noù hoaït ñoäng nhö nguoàn doøng ñieän. Tính chaát naøy ñöôïc aùp duïng trong caùc heä thoáng chöùa khaâu hieäu chænh doøng ñieän. Tuy nhieân, maïch seõ khoâng ñieàu khieån ñöôïc khi ñoä sai bieät cho pheùp lôùn hôn giaù trò doøng ñieän yeâu caàu. Do ñoù, heä thoáng khoâng hoaït ñoäng ôû cheá ñoä doøng ñieän giaùn ñoaïn. 4.4 - BOÄ BIEÁN ÑOÅI MOÄT CHIEÀU KEÙP Boä giaûm aùp vaø boä taêng aùp laø caùc boä bieán ñoåi ñôn, chuùng chæ cho pheùp taûi hoaït ñoäng trong moät phaàn tö maët phaúng V-A cuûa taûi (hình H4.7). Ñeå môû roäng phaïm vi hoaït ñoäng cuûa taûi ra caùc phaàn tö maët phaúng VA khaùc, ta söû duïng boä bieán ñoåi moät chieàu keùp. 4-6
  7. Ñieän töû coâng suaát 1 4.4.1 BOÄ BIEÁN ÑOÅI KEÙP DAÏNG TOÅNG QUAÙT Sô ñoà boä bieán ñoåi keùp toång quaùt daïng maïch caàu ñöôïc veõ treân hình H4.8. Maïch goàm nguoàn aùp moät chieàu U maéc vaøo 4 coâng taéc S1,,S2 ,S3 ,S4 ñaáu ôû daïng maïch caàu . Moãi coâng taéc coù moät diode maéc ñoái song vôùi noù. Caùc caëp coâng taéc (S1,S4), (S2,S3) laø nhöõng coâng taéc cuøng pha taûi. Hai coâng taéc trong moãi caëp coâng taéc naøy coù theå ñieàu khieån theo qui taéc ñoái nghòch (1 kích ñoùng , 1 kích ngaét). Khi ñoù, doøng qua taûi luoân lieân tuïc neáu taûi coù chöùa L. Giaûn ñoà kích ñoùng caùc coâng taéc ñöôïc bieåu dieãn treân hình (H4.9). Hieäu suaát laøm vieäc theo daïng hình H4.9b cao hôn. Vôùi cuøng ñoä lôùn aùp trung bình cuûa taûi, ñoä nhaáp nhoâ doøng taûi thaáp hôn. Ñieän aùp trung bình treân taûi thu ñöôïc töø giaûn ñoà kích ñoùng hình H4.9a: 2.T1 U t = U .( − 1) = U .( 2 γ − 1) (4.18) T vaø theo giaûn ñoà ñoùng ngaét hình H4.9b: T1 Ut = U. = U .γ (4.19) T Baèng caùch thay ñoåi tæ leä thôøi gian ñoùng vaø ngaét caùc coâng taéc, trò trung bình ñieän aùp taûi ( vaø doøng ñieän taûi ) ñoåi daáu . Ñaëc tính V-A cuûa boä bieán ñoåi keùp toång quaùt veõ treân hình H4.7 Daïng soùng aùp vaø doøng ñieän khi kích caùc coâng taéc theo giaûn ñoà H4.9 ñöôïc veõ treân hình H4.10 4-7
  8. Ñieän töû coâng suaát 1 4.4.2 - BOÄ BIEÁN ÑOÅI KEÙP DAÏNG ÑAÛO DOØNG Neáu trong maïch boä bieán ñoåi keùp toång quaùt, coâng taéc S2 luoân ôû traïng thaùi kích ñoùng, doøng ñieän qua taûi seõ khoâng ñi qua S3 hoaëc diode D3 neân nhaùnh maïch naøy trong quaù trình phaân tích coù theå loaïi boû. Do S2 ôû traïng thaùi kích ñoùng neân tuøy theo chieàu doøng ñieän taûi maø S2 hoaëc D2 daãn ñieän. Nhaùnh maïch naøy (S2,D2) luoân ôû traïng thaùi ñoùng. Do ñoù, maïch boä bieán ñoåi keùp toång quaùt coù theåå ñôn giaûn thaønh daïng boä bieán ñoåi moät chieàu keùp daïng ñaûo doøng (hình H4.11). Giaûn ñoà kích ñoùng caùc coâng taéc S1 S4 theo qui taéc kích ñoái nghòch ñöôïc veõ minh hoïa treân hình (H4.12). Ñieän aùp taïo thaønh treân taûi coù giaù trò khoâng aâm, thay ñoåi giöõa +U vaø 0 tuyø thuoäc vaøo traïng thaùi kích S1 hoaëc S4. Neáu taûi coù nguoàn döï tröõ naêng löôïng ( ví duï ñoäng cô moät chieàu ), baèng caùch thay ñoåi tæ soá thôøi gian kích ñoùng cuûa hai coâng taéc S1 ,S4 , ta coù theå ñieàu khieån ñaûo chieàu doøng ñieän qua taûi. ÔÛ traïng thaùi ñoù, taûi trôû thaønh nguoàn phaùt, ñöa naêng löôïng trôû veà nguoàn. Daïng soùng ñieän aùp vaø doøng ñieän veõ treân hình H4.12 4-8
  9. Ñieän töû coâng suaát 1 Trò trung bình ñieän aùp treân taûi: T1 Ut = U. = U .γ (4.20) T Ñaëc tính V-A cuûa boä bieán ñoåi keùp daïng ñaûo doøng veõ treân hình H4.11b 4.4.3 - BOÄ BIEÁN ÑOÅI KEÙP DAÏNG ÑAÛO AÙP Neáu trong sô ñoà boä bieán ñoåi keùp toång quaùt, ta loaïi boû caùc diode D1 ,D2 vaø coâng taéc S3,S4, ta coù boä bieán ñoåi keùp daïng ñaûo ñieän aùp (hình H4.14) Do caáu truùc cuûa caùc caëp coâng taéc cuøng pha khoâng coøn ôû daïng ñaày ñuû, tính lieân tuïc hoaëc giaùn ñoaïn cuûa doøng ñieän taûi phuï thuoäc vaøo traïng thaùi maïch taûi (tham soá R,L,E vaø giaù trò doøng ñieän it) vaø thôøi gian ñoùng ngaét caùc coâng taéc. Giaû thieát doøng taûi lieân tuïc, moät vaøi giaûn ñoà kích ñoùng caùc coâng taéc vaø ñoà thò ñieän aùp treân taûi ñöôïc veõ treân hình H4.15a, H4.15b. 4-9
  10. Ñieän töû coâng suaát 1 Giaûn ñoà kích H4.15a cho hieäu suaát laøm vieäc cuûa maïch toát hôn, ñoä nhaáp nhoâ doøng ñieän nhoû. Do ñoù, chaát löôïng doøng ñieän toát hôn. Ñieän aùp trung bình treân taûi ñaït ñöôïc töø giaûn ñoà kích ñoùng H4.15a: T1 Ut = U. = U .γ (4.21) T Vaø töø giaûn ñoà kích ñoùng hình H4.15b: 2T1 U t = U .( − 1) = U .( 2 γ − 1) (4.22) T Neáu taûi chöùa nguoàn döï tröõ naêng löôïng, ví duï söùc ñieän ñoäng E cuûa ñoäng cô dc, coâng suaát taûi coù theå traû veà nguoàn moät chieàu theo hai phöông aùn. Vôùi phöông aùn thöù nhaát, söùc ñieän ñoäng E ñöôïc ñoåi daáu (chaúng haïn thay ñoåi chieàu doøng kích töø) vaø theo sô ñoà hình H4.14 taûi trôû thaønh nguoàn phaùt. Ñeå coù theå nhaän naêng löôïng töø taûi ñöa veà, ñieän aùp ngoõ ra cuûa boä bieán ñoåi coâng suaát ut ñöôïc ñieàu chænh ñeán giaù trò aâm. Toác ñoä ñöa coâng suaát veà nguoàn phuï thuoäc vaøo ñoä lôùn doøng ñieän taûi thieát laäp trong maïch. Vôùi phöông aùn thöù hai, chieàu cuûa söùc ñieän ñoäng E ñöôïc duy trì vaø doøng ñieän qua E seõ ñöôïc ñaûo daáu. Ñeå laøm ñöôïc ñieàu ñoù, caùc vò trí ñaáu daây cuûa taûi ñöôïc ñaûo laïi khi ñaáu vaøo ngoõ ra cuûa boä bieán ñoåi coâng suaát (hình H4.16). ÔÛ traïng thaùi xaùc laäp, ñeå coù theå nhaän coâng suaát töø taûi ñöa veà, ñieän aùp ngoõ ra cuûa boä bieán ñoåi ñöôïc ñieàu khieån ñeán giaù trò aâm töông töï nhö ôû phöông aùn thöù nhaát. Chieàu ñieän aùp ngoõ ra coù theå thöïc hieän ñoåi daáu baèng caùch thay ñoåi thôøi gian ñoùng ngaét caùc coâng taéc (hình H4.15b). Ñaëc tính laøm vieäc cuûa taûi boä bieán ñoåi keùp daïng ñaûo ñieän aùp ñöôïc veõ treân hình H4.14b 4-10

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

Đồng bộ tài khoản