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

Bài giảng Điện tử công suất: Chương 2 - TS. Trần Trọng Minh

Chia sẻ: You You | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:30

203
lượt xem
37
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Điện tử công suất - Chương 2 trang bị cho người học những hiểu biết về chỉnh lưu. Các nội dung chính được trình bày trong chương này gồm có: Các vấn đề chung về chỉnh lưu, 6 sơ đồ chỉnh lưu cơ bản, nguyên lý hoạt động của chỉnh lưu, tính toán các thông số cơ bản của sơ đồ chỉnh lưu. Mời các bạn cùng tham khảo.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Điện tử công suất: Chương 2 - TS. Trần Trọng Minh

  1. 05/03/2011 Ts. Trần Trọng Minh Bộ môn Tự đông hóa, Khoa Điện, ĐHBK Hà nội Hà nội, 9 - 2010 •Các vấn đề chung về chỉnh lưu •6 sơ đồ chỉnh lưu cơ bản •Nguyên lý hoạt động •Tính toán các thông số cơ bản của sơ đồ chỉnh lưu 10/02/2011 2 1
  2. 05/03/2011 2.1 Các vấn đề chung về chỉnh lưu  Chỉnh lưu là gì?  Bộ biến đổi biến điện áp xoay chiều, thường là lấy vào từ lưới điện, thành điện áp một chiều, cung cấp cho các phụ tải một chiều.  Phụ tải điện một chiều rất đa dạng:  Các quá trình công nghệ, thường đòi hỏi nguồn một chiều với dòng điện rất lớn, từ vài trăm A đến hàng nghìn A, như công nghệ điện hóa mạ, điện phân, hàn hồ quang, …;  Hệ thống truyền tải điện một chiều HVDC;  Các bộ lọc bụi tĩnh điện, yêu cầu điện áp đến 120 kVDC, dòng điện đến vài A;  Các hệ thống kích từ tĩnh cho các hệ máy phát điện công suất lớn;  Bản thân bộ nguồn cho các thiết bị điện tử, viễn thông. 10/02/2011 3 2.1 Các vấn đề chung về chỉnh lưu  Cấu trúc chung của một sơ đồ chỉnh lưu 10/02/2011 4 2
  3. 05/03/2011 2.1 Các vấn đề chung về chỉnh lưu  Các sơ đồ chỉnh lưu cơ bản 10/02/2011 5 2.1 Các vấn đề chung về chỉnh lưu  Phân loại và tên gọi các sơ đồ chỉnh lưu:  số pha – sơ đồ van – có điều khiển hay không điều khiển (dùng điôt hay thyristor hay cả hai loại).  Ví dụ:  Sơ đồ chỉnh lưu 1-pha hình tia không điều khiển (dùng điôt)  Sơ đồ chỉnh lưu 3-pha cầu điều khiển hoàn toàn (dùng thyristor). 10/02/2011 6 3
  4. 05/03/2011 2.1.5 Các thông số cơ bản của sơ đồ chỉnh lưu  Dựa vào các thông số cơ bản để có thể thiết kế chế tạo bộ chỉnh lưu hoặc đặt hàng mua, thuê chế tạo chỉnh lưu cho một ứng dụng cụ thể nào đó.  Thông số cơ bản thể hiện các đặc tính kỹ thuật chính của bộ chỉnh lưu (Main Technical Specification).  Các thông số cơ bản thể hiện qua điện áp chỉnh lưu yêu cầu:  Điện áp và dòng chỉnh lưu yêu cầu, (Ud, Id);  Hoặc điện áp và công suất chỉnh lưu yêu cầu, (Pd, Ud);  Các thông số cũng phải thể hiện qua điện áp xoay chiều phía lưới: số pha, cấp điện áp, tần số. Ví dụ: nguồn cấp lấy từ lưới điện 3x380V, 50 Hz hoặc một pha 220 V, 50 Hz. 10/02/2011 7 2.1.5 Các thông số cơ bản của sơ đồ chỉnh lưu  Chia làm 4 nhóm:  1. Thông số xác định chất lượng của điện áp chỉnh lưu  Điện áp chỉnh lưu chỉ là các mảnh của điện áp xoay chiều phía lưới.  Số lần đập mạch của điện áp chỉnh lưu trong một chu kỳ điện áp lưới, n. n càng lớn càng tốt;  n thể hiện sự bằng phẳng của điện áp. Ví dụ n=3 10/02/2011 8 4
  5. 05/03/2011 2.1.5 Các thông số cơ bản của sơ đồ chỉnh lưu  2. Nhóm các thông số liên quan đến van bán dẫn  Các thông số này cần thiết để lựa chọn van cho sơ đồ chỉnh lưu;  Các thông số này cũng cho biết sơ đồ chỉnh lưu nào có ưu điểm hơn.  Hai thông số cơ bản để lựa chọn van: Dòng trung bình qua van thể hiện qua dòng chỉnh lưu yêu cầu ID(Id).  Điện áp ngược lớn nhất đặt lên van trong quan hệ với điện áp chỉnh lưu yêu cầu Ung,max(Ud). 10/02/2011 9 2.1.5 Các thông số cơ bản của sơ đồ chỉnh lưu  3. Nhóm các thông số liên quan đến máy biến áp  Các thông số này cần thiết để thiết kế, chế tạo hoặc đặt hàng máy biến áp. Các thông số này cũng cho biết sơ đồ chỉnh lưu nào có ưu điểm hơn về khả năng tận dụng công suất máy biến áp.  Công suất tính toán máy biến áp Sba(PD) (kVA). Sba xác định kích thước mạch từ máy biến áp (khối lượng sắt từ, kích cỡ cửa sổ, tiết diện mạch từ chính).  Tỷ số máy biến áp, điện áp sơ cấp, thứ cấp máy biến áp, kba, U1, U2. Các thông số này xác định số vòng dây cuốn. w1, w2.  Giá trị hiệu dụng dòng sơ cấp, thứ cấp MBA, I1, I2. Thông số này xác định tiết diện dây cuốn MBA.  Không phải chỉnh lưu nào cũng phải dùng MBA?  Khi đó S xác định công suất chỉnh lưu huy động từ lưới điện.  Dòng điện cho biết cần chọn kích cỡ dây cấp điện cho sơ đồ như thế nào. Lựa chọn các thiết bị bảo vệ như aptomat hoặc thiết bị đóng cắt như công-tắc-tơ thế nào. 10/02/2011 10 5
  6. 05/03/2011 2.1.5 Các thông số cơ bản của sơ đồ chỉnh lưu  4. Nhóm các thông số liên quan đến ảnh hưởng của sơ đồ chỉnh lưu đối với lưới điện  Thành phần sóng hài của dòng xoay chiều đầu vào chỉnh lưu, thể hiện qua hệ số méo phi tuyến 25 2 I k 1 k  I1  Trong đó Ik giá trị hiệu dụng của sóng hài bậc k, I1 là hiệu dụng sóng cơ bản.  Hệ số công suất cos, trong đó  là góc lệch pha giữa dòng điện và điện áp.  Khi công suất chỉnh lưu càng lớn thì ảnh hưởng của những thông số trên đến lưới điện càng nghiêm trọng. 10/02/2011 11 2.1.5 Các thông số cơ bản của sơ đồ chỉnh lưu  Nghiên cứu các sơ đồ chỉnh lưu nghĩa là làm rõ các thông số cơ bản trên đây.  Không phải sơ đồ nào ta cũng chỉ ra tất cả các thông số cơ bản nhưng phương pháp và cách thức tính toán phải nắm được.  Để đơn giản cho người học một số giả thiết được sử dụng hoặc đưa vào dần dần. Ví dụ lúc đầu sẽ giả thiết lưới điện có công suất vô cùng lớn so với công suất chỉnh lưu yêu cầu nên nhóm thông số thứ tư sẽ chưa được đả động đến. 10/02/2011 12 6
  7. 05/03/2011 2.2 Sơ đồ chỉnh lưu một pha, nửa chu kỳ  Sơ đồ đơn giản nhất, rất ít ứng dụng thực tế.  Nhắc lại một số khái niệm về điện  Giải thích hệ thống kí hiệu thường dùng.  Phân tích nguyên lý hoạt động của một sơ đồ chỉnh lưu đơn giản nhất.  Giả sử tải thuần trở Rt  Dòng điện lặp lại dạng như điện áp. 10/02/2011 13 2.2 Sơ đồ chỉnh lưu một pha, nửa chu kỳ  Giả sử điện áp sơ cấp, thứ cấp  Dòng chỉnh lưu trung bình: máy biến áp có dạng: u1  U1m sin  ; I dm U 2m 2U 2 Id      Rt  Rt u2  U 2m sin  m m  U ,U 1 2 giá trị biên độ;  Điện áp ngược lớn nhất trên van: m  U  2U U là giá trị hiệu dụng.    t góc pha, [rad]; U ng ,max  U 2m  2U 2    2 f tần số góc, [rad/S];  f: tần số điện áp lưới, [Hz].  Điện áp chỉnh lưu trung bình tính được như sau: 1  1  m U 2m  U 2m 2U 2 Ud   u 2 d   U 2 sin  d     cos  0   2 0 2 0 2   10/02/2011 14 7
  8. 05/03/2011 2.2 Sơ đồ chỉnh lưu một pha, nửa chu kỳ  Sơ đồ dùng thyristor, có ứng dụng trong các bộ điều khiển kích từ các máy phát điện nhỏ.  Tải là cuộn dây kích từ, có điện cảm lớn.  Sơ đồ phải có điôt D0, gọi là điôt không (free wheeling diode) để khép kín đường dòng điện khi thyristor V khóa lại. 10/02/2011 15 2.2 Sơ đồ chỉnh lưu một pha, nửa chu kỳ  Khái niệm về góc điều khiển , góc chậm pha của tín hiệu điều khiển so với thời điểm điện áp nguồn qua không.  Khi  = 0 sơ đồ hoạt động giống như chỉnh lưu dùng điôt.  Dòng điện có dạng phức tạp hơn:  Khi V thông: di Lt t  Rt it  U 2m sin  t  dt  Khi D0 thông: dit Lt  Rt it  0 dt  Giải hệ p/t này, với lưu ý it    it  2  2  Sẽ có dạng dòng điện như hình (b). 10/02/2011 16 8
  9. 05/03/2011 2.3 Sơ đồ chỉnh lưu một pha hình tia 2.3.1 Sơ đồ dùng điôt Sơ đồ nguyên lý. Xét hai loại tải (a) Tải thuần trở R; (b) Tải trở cảm RL. Trong Điện tử công suất ta sẽ quan tâm chủ yếu đến 3 loại tải: Đồ thị dạng dòng điện, điện áp; (a) Tải thuần trở R; R, RL, RLE (b) Tải trở cảm RL. 10/02/2011 17 2.3 Sơ đồ chỉnh lưu một pha hình tia 2.3.1 Sơ đồ dùng điôt  Khái niệm về tải tương đương hay tải tổng quát • Tải: bộ phận biến đổi năng lượng điện thành các dạng năng lượng khác như nhiệt năng, cơ năng, quang năng. • Tải R: thể hiện điện năng biến thành các dạng năng lượng khác như nhiệt, cơ, ánh sáng, không nhất thiết phải là điện trở. • Tải RL: thành phần điện cảm thể hiện có quá trình trao đổi giữa điện và từ. Điện cảm là kho từ, có tính chất là dòng điện qua nó không thể đột biến được. • Tải RC: tụ điện thể hiện điện biến thành điện. Tụ là kho điện, có tính chất là điện áp trên nó không thể đột biến được. • Tải RLE: sức điện động E thể hiện nguồn điện, có bản chất khác điện. Ví dụ s.đ.đ của động cơ có bản chất cơ năng, s.đ.đ của acquy có bản chất hóa năng. 10/02/2011 18 9
  10. 05/03/2011 2.3 Sơ đồ chỉnh lưu một pha hình tia 2.3.1 Sơ đồ dùng điôt, tải R  Điện áp chỉnh lưu trung bình:  1 Ud  U m sin  d  0 2 1 2 2 2  U 2m   cos  0  U 2m  U 2  0,9U 2     Các thông số của van: Id  Dòng trung bình qua điôt: ID  2  Điện áp ngược lớn nhất trên van: U ng ,max  2U 2m  2 2U 2  Các thông số của MBA :   Điện áp thứ cấp MBA: U2  Ud 2 2  Điện áp sơ cấp MBA:  U1  kbaU 2  kba Ud 2 2 10/02/2011 19 2.3 Sơ đồ chỉnh lưu một pha hình tia 2.3.1 Sơ đồ dùng điôt, tải R  Các thông số của MBA:  Dòng chỉnh lưu trung bình biểu diễn qua giá trị biên độ có dạng giống như điện áp: 2  I d  I 2m hay I 2  I d  Dòng điện thứ cấp MBA:  2   1 2 I 2m  1  cos 2  I sin   d  m I2  2   d 2 0 2 0 2  m I2  I 2m  I d    2 2 2 4  Dòng điện sơ cấp MBA: I1m 1 I 2m  Id I1    2 2 kba 2 2 kba 10/02/2011 20 10
  11. 05/03/2011 2.3 Sơ đồ chỉnh lưu một pha hình tia 2.3.1 Sơ đồ dùng điôt, tải R  Các thông số của MBA: S1  S 2  Công suất tính toán MBA: Sba  2    2 S2  2U 2 I 2  2 Ud Id  Pd Nói một cách khác 2 2 4 4 2 nữa là sơ đồ này sử   Id  2 dụng MBA rất kém S1  U1 I1  kba Ud  Pd (so với các sơ đồ 2 2 2 2 kba 8 khác sau đây). 1  2 2  2  1 1 Sba     Pd     Pd  1, 48Pd  2 4 2 8  4  2 2 Biểu thức này nói lên rằng công Nói cách khác là sơ đồ chỉnh lưu suất tính toán của MBA phải gấp một pha hình tia huy động công rưỡi lần công suất chỉnh lưu yêu suất gấp 150% công suất tiêu thụ cầu 10/02/2011 21 2.3 Sơ đồ chỉnh lưu một pha hình tia 2.3.1 Sơ đồ dùng điôt, tải RL  Điện áp chỉnh lưu, giống 2 2 2 như ở sơ đồ tải thuần trở: U d  U 2m  U 2  0,9U 2    1 2 Id  Dòng thứ cấp MBA: I2  2 I  0 d d  2 2 2 1 I  I  Dòng sơ cấp MBA: I1  0  kbad  d  kbad 2  Công suất tính toán MBA: Sba  1      Pd  1,34 Pd 2 2 2 2 10/02/2011 22 11
  12. 05/03/2011 2.3 Sơ đồ chỉnh lưu một pha hình tia 2.3.2 Sơ đồ dùng thyristor Sơ đồ chỉnh lưu một pha hình tia; (a) Tải thuần trở; (b) tải trở cảm; (c) Tải RLE.  1 U 2m U d   U m 2 sin  d     cos     2U 2m  1  cos    1  cos       Ud0     2   2  Đặc tính điều chỉnh của chỉnh lưu. Khi 0p thì Ud=Ud0-0. 10/02/2011 23 2.3 Sơ đồ chỉnh lưu một pha hình tia 2.3.2 Sơ đồ dùng thyristor, tải trở cảm  Với tải RL giả thiết L=, nghĩa là dòng tải được là phẳng hoàn toàn, các bước phân tích sẽ trở nên đơn giản hơn nhiều.  Do dòng tải liên tục mỗi van sẽ dẫn 180.  Điện áp chỉnh lưu có phần âm do van không thể khóa lại nếu dòng qua nó chưa về không và van kia chưa mở ra.   1 U 2m U d   U 2m sin  d    cos       2U 2m  cos   U d 0 cos   Đặc tính điều chỉnh của chỉnh lưu. Khi 0p/2 thì Ud=Ud0-0. Biểu thức đúng với mọi sơ đồ chỉnh lưu nếu dòng tải là liên tục. 10/02/2011 24 12
  13. 05/03/2011 2.3 Sơ đồ chỉnh lưu một pha hình tia 2.3.2 Sơ đồ dùng thyristor, tải RLE  Tải RLE là dạng tải phức tạp nhất.  Không thể dùng giả thiết đơn giản L= được nữa vì ảnh hưởng của s.đ.đ có thể làm cho dòng tải nhỏ, không thể Liên duy trì dòng liên tục nữa. tục  Phải xét 3 chế độ làm việc: Tới  1. Dòng tải liên tục mỗi van sẽ dẫn hạn 180.  2. Dòng tải gián đoạn, góc dẫn của van 
  14. 05/03/2011 2.3 Sơ đồ chỉnh lưu một pha hình tia 2.3.2 Sơ đồ dùng thyristor, tải RLE (1) Chế độ dòng liên tục  Góc dẫn của van   2 / n  Tính toán theo biểu thức: U d  U d 0 cos  , U d  Ed Id  . Rd (2) Chế độ dòng gián đoạn  Giải phương trình siêu việt để xác định góc dẫn của van:    Ed Z    sin         sin      e Q   1  e Q  U 2m Rd    Sau đó tính toán điện áp chỉnh lưu theo biểu thức: n  m  2  U 2 cos   cos       Ed    U d     2    n  10/02/2011 27 2.3 Sơ đồ chỉnh lưu một pha hình tia 2.3.2 Sơ đồ dùng thyristor, tải RLE (3) Chế độ tới hạn  Tính toán góc điều khiển tới hạn: 2 2  2   Ed Z    sin   th     n    sin   th    e nQ   U 2 Rd  m 1  e nQ    Chế độ dòng liên tục khi:     th  Chế độ dòng gián đoạn khi:     th 10/02/2011 28 14
  15. 05/03/2011 2.4 Sơ đồ chỉnh lưu cầu một pha 2.4.1 Sơ đồ dùng điôt, tải R  Chỉnh lưu cầu một pha  Rất nhiều điểm giống sơ đồ tia:  Dạng điện áp chỉnh lưu  Dạng dòng qua các van  Được ứng dụng rộng rãi  Khác sơ đồ tia ở dạng điện áp trên van  Có thể dùng MBA hoặc không 10/02/2011 29 2.4 Sơ đồ chỉnh lưu cầu một pha 2.4.1 Sơ đồ dùng điôt, tải R  Điện áp chỉnh lưu 2U 2m 2 2U 2 Ud    0,9U 2    Dòng I2 I dm 1   I2   Id  Id 2 2 2 2 2  Dòng I1 1 1  I1  I2  Id kba kba 2 2  Công suất tính toán MBA   2 Sba|  S1  S2  U 2 I 2  Ud Id  Pd  1, 23Pd 2 2 2 2 4 Ung,max chỉ bằng một  Điện áp trên van: nửa so với sơ đồ U ng ,max  U 2m  2U 2 hình tia 10/02/2011 30 15
  16. 05/03/2011 2.4 Sơ đồ chỉnh lưu cầu một pha 2.4.2 Sơ đồ dùng thyristor, tải R, RL 10/02/2011 31 2.4 Sơ đồ chỉnh lưu cầu một pha 2.4.2 Sơ đồ dùng thyristor, tải R, RL 1  cos  U d  U d 0 U d  U d 0 cos  2 10/02/2011 32 16
  17. 05/03/2011 2.4 Sơ đồ chỉnh lưu cầu một pha 2.4.3 Sơ đồ không đối xứng RL  Dạng không đối xứng: Van có catot chung nên có thể điều  Dùng ít van điều khiển, khiển trực tiếp mạch điều khiển đơn giản hơn.  Lợi về hệ số công suất cao hơn.  Có hai dạng chính, sơ đồ (a) và (b).  Sơ đồ (a) được dùng nhiều hơn vì có thể điều khiển van trực tiếp, không cần cách ly. 10/02/2011 33 2.4 Sơ đồ chỉnh lưu cầu một pha 2.4.3 Sơ đồ không đối xứng, tải RL Điện áp chỉnh lưu trung bình: 1  cos  U d  U d 0 2   /2 Sơ đồ cho lợi thế về hệ số công suất so với sơ đồ điều khiển hoàn toàn 10/02/2011 34 17
  18. 05/03/2011 2.5 Sơ đồ chỉnh lưu ba pha hình tia 2.5.1 Sơ đồ dùng điôt, tải R  Sơ đồ cơ bản, từ đó xây dựng  Sơ đồ nguyên lý: nên các sơ đồ nhiều pha, đáp ứng công suất lớn.  Khi công suất yêu cầu lớn bắt buộc phải dùng sơ đồ ba pha:  Chất lượng điện áp tốt hơn;  Dòng xoay chiều đầu vào có dạng tốt hơn (thành phần sóng hài bậc cao thấp).  Không làm mất cân bằng pha.  Sơ đồ nhiều pha là các tổ hợp song song hoặc nối tiếp các sơ đồ tia ba pha (3-pha, 6-pha, 12- pha, 24-pha, 36-pha …). 10/02/2011 35 2.5 Sơ đồ chỉnh lưu ba pha hình tia 2.5.1 Sơ đồ dùng điôt, tải R  Hệ thống điện áp 3 pha, có  Biểu diễn hệ thống 3 pha thể biểu diễn qua hàm sin thuận tiện bằng biểu đồ hoặc hàm cos: vector: u A  U1m sin  ,  2  u B  U1m sin    ,  3  120  2  uC  U1m sin    . 120  3  120  Điện áp dây:    U AB  U A  U B ;    U BC  U B  U C ;... 10/02/2011 36 18
  19. 05/03/2011 2.5 Sơ đồ chỉnh lưu ba pha hình tia 2.5.1 Sơ đồ dùng điôt, tải R n=3  Sự hình thành điện áp chỉnh lưu  Quy tắc xác định van dẫn:  Catot chung: van nào có anot dương nhất sẽ dẫn;  Anot chung: van vào có catot âm nhất dẫn.  Bảng xác định van dẫn và sự hình thành điện áp chỉnh lưu.  Pha ++ Van dẫn ud 1 - 2 ua D1 ua 2 - 3 ub D2 ub 3 - 4 uc D3 uc 10/02/2011 37 2.5 Sơ đồ chỉnh lưu ba pha hình tia 2.5.1 Sơ đồ dùng điôt, tải R  Tính điện áp chỉnh lưu trung bình, áp Dạng điện áp chỉnh dụng cho chỉnh lưu n-pha tổng quát: lưu n-pha  n  1 m n m  n   Ud   U 2 cos d  U 2  sin   n  U 2m sin   2  2  n  n  n n U m2  Áp dụng cho chỉnh lưu tia 3-pha: n=3, 3  3 3 m 3 6 U d  U 2m sin  U2  U 2  1,17U 2  3 2 2 θ          Các thông số của van: 2 n n 2  Dòng trung bình: ID=Id/3  Điện áp trên van bằng biên độ của điện áp dây: U ng ,max  U 2,ml  2U l  6U 2 10/02/2011 38 19
  20. 05/03/2011 2.5 Sơ đồ chỉnh lưu ba pha hình tia 2.5.1 Sơ đồ dùng điôt, tải R Mạch từ MBA 3 pha  Tính toán các thông số MBA: 3 2 m 2 Id  Id I dm  Id 2 3 2  Dòng thứ cấp MBA:   3 3 3 2 3 m  1  cos 2  I2  2   I dm cos  d  2 Id   2  d  0, 58 I d    3 3 Phương trình  Tính toán dòng sơ cấp phức tạp cân bằng sức từ i A w1  ia w 2  iB w1  0 hơn, ví dụ khi D1 dẫn: động iB w1  iC w1  0. 2 w2 2 1 Phương trình i A  iB  iC  0 iA  ia  kba ia ; iB  iC   kba ia . cân bằng dòng 3 w1 3 3 điện 10/02/2011 39 2.5 Sơ đồ chỉnh lưu ba pha hình tia 2.5.1 Sơ đồ dùng điôt, tải R  Tính toán các thông số MBA:  Dòng sơ cấp MBA 1 2 1 3  3  1 I1  2  i  A d  Id  kba 4 3  2  2   0, 47 k Id  ba  Công suất tính toán MBA: Ud S1  3U1 I1  3kbaU 2 I1  3 0, 47 I d  1, 21Pd ; 1,17 Ud Công suất MBA gấp S2  3U 2 I 2  3 0, 58I d  1, 49 Pd ; 1,17 1,35 lần công suất S S 1 chỉnh lưu yêu cầu. Sba  1 2  1, 21  1, 49  Pd  1,35 Pd . 2 2 10/02/2011 40 20
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2