CHƯƠNG 4: BIẾN ĐỔI ĐIỆN AC MỘT PHA

GIỚI THIỆU

o GIỚI THIỆU

Bộ điều khiển điện thế AC hay còn

o BIẾN ðỔI AC MỘT PHA

gọi là bộ điều thế AC, dùng chuyển đổi

nguồn điện AC cố định thành nguồn

1. ðiều khiển toàn chu kỳ

điện AC thay đổi. Tần số ngõ ra bằng

2.ðiều khiển pha

tần số ngõ vào.

3. Tương quan giửa góc kích và góc dẫn

11:41 AM

1

11:41 AM

2

BIẾN ĐỔI ĐIỆN AC MỘT PHA

1. ĐIỀU KHIỂN TOÀN CHU KỲ

1. Sơ đồ nguyên lý

S1

T

(cid:1) BỘ ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN THẾ AC MỘT PHA

THƯỜNG DÙNG HAI KỸ THUẬT ĐIỀU

Tải

U1

U1

Tải

S2

KHIỂN NHƯ SAU:

• ĐIỀU KHIỂN ON – OFF

Mạch điều khiển điện thế AC cho tải

• ĐIỀU KHIỂN PHA

(cid:1) ĐIỀU KHIỂN PHA CÓ HAI DẠNG: ĐIỀU

KHIỂN BẤT ĐỐI XỨNG VÀ ĐỐI XỨNG

là dùng công tắc AC. Công tắc AC có thể là 1 Triac hay 2 SCR mắc đối song như hình vẽ hoặc linh kiện giao hoán 2 chiều. Điều khiển toàn chu kỳ thích hợp với các hệ thống có thời hằng lớn như hệ thống điều khiển nhiệt độ.

4

11:41 AM

3

11:41 AM

1

1. ĐIỀU KHIỂN TOÀN CHU KỲ

1. ĐIỀU KHIỂN TOÀN CHU KỲ

1. Dạng sóng vào ra ui

1. Dạng sóng vào ra ui

t t

uo uo

5

6

11:41 AM

11:41 AM

1. ĐIỀU KHIỂN TOÀN CHU KỲ

1. ĐIỀU KHIỂN TOÀN CHU KỲ

1. Dạng sóng vào ra ui

1. Dạng sóng vào ra ui

t t ton toff ton toff T T

t t

uo uo

7

8

11:41 AM

11:41 AM

2

t t ton toff ton toff T T

1. ĐIỀU KHIỂN TOÀN CHU KỲ

1. ĐIỀU KHIỂN TOÀN CHU KỲ

1. Dạng sóng vào ra

Điều khiển toàn chu kỳ hay còn gọi là on–

off. Công suất tải được điều khiển bằng

ui

cách nối nguồn vào tải trong 1 số chu kỳ và

t uo

tiếp đó cắt nguồn ra khỏi tải trong 1 số chu

kỳ khác và lặp lại chu kỳ giao hoán đó như

hình vẽ. Nhưng cách điều khiển giao hoán

này không thích hợp với tải có thời hằng bé

Mạch điều khiển toàn chu kỳ như hình vẽ khi có góc kích α=0sẽ cho điện thế AC tác động vào tải và khi không có góc kích hiện diện sẽ cắt nguồn AC khỏi tải.

9

11:41 AM

11:41 AM

10

1. ĐIỀU KHIỂN TOÀN CHU KỲ

2. ĐIỀU KHIỂN PHA

1. Tính toán

o Điều khiển bất đối xứng

• Sơ đồ nguyên lý

• Công suất trung bình ra trên tải:

2

2

i

on

i

P

DPD

=

=

=

OAV

O

max

t ton toff T

V R

t T

V R

• Điện thế hiệu dụng ngõ ra:

V

V

V

D

=

=

S1 D1

ORMS

iRMS

M 2

t on T • Công suât chuẩn hóa:

OAV

on

P

D

=

=

=

N

P P

t T

O

max

Dạng 2 (VAV>0)

Dạng 1 (VAV<0)

OAV

on

0

• Hệ số công suất: pF

D

=

=

=

=

P S

P P

t T

O

max

12

11

11:41 AM

11:41 AM

3

Tải U1 U1 S2 Tải D2

2. ĐIỀU KHIỂN PHA

2. ĐIỀU KHIỂN PHA

o Điều khiển bất đối xứng • Sơ đồ sóng ra dạng 1

o Điều khiển bất đối xứng • Sơ đồ sóng ra dạng 1

u u

tω

tω

α iG1 iG1

tω

tω

13

14

11:41 AM

11:41 AM

2. ĐIỀU KHIỂN PHA

2. ĐIỀU KHIỂN PHA

o Điều khiển bất đối xứng • Sơ đồ sóng ra dạng 1

o Điều khiển bất đối xứng • Sơ đồ sóng ra dạng 1

u u

tω

tω

α α iG1 iG1

tω

tω

15

16

11:41 AM

11:41 AM

4

2. ĐIỀU KHIỂN PHA

2. ĐIỀU KHIỂN PHA

o Điều khiển bất đối xứng • Sơ đồ sóng ra dạng 1

o Điều khiển bất đối xứng • Sơ đồ sóng ra dạng 2

V

=

α

( cos

) 0 ≤− 1

AV

1 V π M 2

U u u Tải

tω

tω

tω

α iG2 iG1

tω

17

18

11:41 AM

11:41 AM

2. ĐIỀU KHIỂN PHA

2. ĐIỀU KHIỂN PHA

o Điều khiển bất đối xứng • Sơ đồ sóng ra dạng 2

o Điều khiển bất đối xứng • Sơ đồ sóng ra dạng 2

tω

tω

U u u U Tải Tải

tω

tω

20

19

11:41 AM

11:41 AM

5

α iG2 iG2

2. ĐIỀU KHIỂN PHA

2. ĐIỀU KHIỂN PHA

o Điều khiển bất đối xứng • Sơ đồ sóng ra dạng 2

V

cos

α

=

−

( 1

) 0 ≥

AV

o Điều khiển bất đối xứng • Sơ đồ sóng ra dạng 2 1 V π M 2

tω

tω

u U u U Tải Tải

tω

tω

21

22

11:41 AM

11:41 AM

2. ĐIỀU KHIỂN PHA

2. ĐIỀU KHIỂN PHA

o Điều khiển bất đối xứng

• Sơ đồ nguyên lý

• Mạch gồm 1SCR và 1diode mắc đối song.

V

=

α

( cos

) 0 ≤− 1

AV

1 V π M 2

α α iG2 iG2

• Do đó mạch biến đổi điện AC cho phép

tω

S1 u UTải

biến đổi không đối xứng nên điện thế ra ở

α U1 Tải D2

V

=

−

cos

α

tω ) 0 ≥

( 1

AV

tải sẽ có giá trị trung bình.

1 V π M 2

tω

• Tùy theo vị trí của diode mà giá trị trung

iG1 Dạng 1 (VAV<0) u UTải D1

bình điện ra có thể âm hoặc dương.

tω

Dạng 2 (VAV>0)

23

11:41 AM

11:41 AM

24

6

α Tải U1 iG2 S2

2. ĐIỀU KHIỂN PHA

2. ĐIỀU KHIỂN PHA

•Tính toán cho 1SCR hay Diode

V

α

=

( cos

) 0 1 ≤−

AV

•Tính toán cho tải • Hiệu điện thế trung bình:

• Dòng trung bình cho một linh kiện:

1 V π M 2

V

I

I

⇒

=

I

I

=

V

=

−

cos

α

( 1

) 0 ≥

AV

DIODE

AV

SCR

1_

1_

AV

SCR

AV

BK

1_

_

CL 1

I AV =⇒

AV

Góc kích bằng 0

AV R

1 V π M 2

• Dòng cực đại cho 1 linh kiện:

• Hiệu điện thế hiệu dụng ngõ ra: V

α

I

⇒

ORMS =

I

I

I

=

=

=

V

=

+

−

1

M

M

SCR

DIODE

TAI

M

1_

1_

_

RMS

ORMS R

2sin 4 π

α 2 π

V M 2

  

   • Công suất hiệu dụng ở tải:

P

=

⇒=α 0

V

I

khi

RMS

V

V

=

P RMS =

RMS

RMS

V M R • Hiệu điện thế ngược cực đại đặt lên 1 linh kiện: V = M

DIODE

SCR

RM

RM

1_

1_

2 V M R 2

• Hệ số công suất:

• Dòng hiệu dụng qua mỗi SCR:

I

α

I

=

pF

=

−

+

1

RMS

SCR

(

)

α 2 π

2sin 4 π

  

  

RMS 2

25

26

11:41 AM

11:41 AM

2. ĐIỀU KHIỂN PHA

2. ĐIỀU KHIỂN PHA

o Điều khiển đối xứng tải R

o Điều khiển đối xứng • Sơ đồ nguyên lý

0

11π π2

S1 T S1 S1 u Tải U1 U1 Tải S2

π 6

2π 3

5π π 6

7π 6

4π 3

3π 2

5π 3

6

π 3

π 2

27

28

11:41 AM

11:41 AM

7

ωt D1 D2 D2 D1 S S2 S1 S2 D4 Tải U1 U1 D3 Tải

2. ĐIỀU KHIỂN PHA

2. ĐIỀU KHIỂN PHA

o Điều khiển đối xứng tải R

o Điều khiển đối xứng tải R

0

0

11π π2

11π π2

S1 S1 S1 S1 u u vo

π 6

π 6

π 3

π 2

2π 3

5π π 6

7π 6

4π 3

3π 2

5π 3

6

π 3

π 2

2π 3

5π π 6

7π 6

4π 3

3π 2

5π 3

6

ωt ωt

29

30

11:41 AM

11:41 AM

2. ĐIỀU KHIỂN PHA

2. ĐIỀU KHIỂN PHA

o Điều khiển đối xứng tải R

o Điều khiển đối xứng tải R

S2 S2

0

0

11π π2

11π π2

S1 S1 S1 S1 u u vo vo

π 6

π 6

π 3

π 2

2π 3

5π π 6

7π 6

4π 3

3π 2

5π 3

6

π 3

π 2

2π 3

5π π 6

7π 6

4π 3

3π 2

5π 3

6

ωt ωt

31

32

11:41 AM

11:41 AM

8

S2 S2

2. ĐIỀU KHIỂN PHA

2. ĐIỀU KHIỂN PHA

o Điều khiển đối xứng tải R

o Điều khiển đối xứng tải R

0

0

11π π2

11π π2

S1 S1 S1 S1 u u vo vo io

π 6

π 6

π 3

π 2

2π 3

5π π 6

7π 6

4π 3

3π 2

5π 3

6

π 3

π 2

2π 3

5π π 6

7π 6

4π 3

3π 2

5π 3

6

ωt ωt

33

34

11:41 AM

11:41 AM

2. ĐIỀU KHIỂN PHA

2. ĐIỀU KHIỂN PHA

o Điều khiển đối xứng tải R

•Tính toán cho tải

S2 S2

α

V

−

+

1

RMS

2sin π 2

• Hiệu điện thế hiệu dụng ở tải: V = M 2

α π • Dòng hiệu dụng tải:

0

11π π2

S1 S1 u vo VRMS io

π 6

π 3

π 2

2π 3

5π π 6

7π 6

4π 3

3π 2

5π 3

6

V

V

α

I

=

+

=

−

1

RMS

α π

R

M 2

ωt

2sin RMS R 2 π • Công suất hiệu dụng ở tải: V

α

I

R

1

=

=

−

+

P RMS

2 RMS

Mỗi SCR dẫn trong thời khoảng (π−α) của

2 RMS R

2 V M R 2

α π

2sin π 2

  

  

= • Hệ số công suất:

α

mỗi bán kỳ, do đó ta có thể xem như các SCR dẫn từ α đến π trong chu kỳ mới là π.

=pF

1

−

+

α π

2sin π 2

35

36

11:41 AM

11:41 AM

9

S2

2. ĐIỀU KHIỂN PHA

2. ĐIỀU KHIỂN PHA

o Điều khiển đối xứng tải L

u

u

•Tính toán cho 1SCR • Dòng trung bình cho 1SCR:

S1

A1

i

A2

1β

tω

I

sin

cos

td t ωω

=

=

+

( 1

)α

AV

SCR

)

(

2β

π

α

∫

α1

α3

1 π 2

V M R π 2

α2

iL

iG1

S2

tω

L

V π M R • Dòng cực đại cho 1SCR:

U1

UL

iG2

I

I

I

=

=

=

tω

M

SCR

M

DIODE

M

TAI

1_

1_

_

V M R

• Hiệu điện thế ngược cực đại đặt lên 1SCR:

• Trong bán kỳ dương, nếu có xung kích tại góc kích α thì SCR1 dẫn ta có phương trình:

V

V

=

=

RM

SCR

RM

DIODE

V M

1_

1_

L

V

=

=

( ) tv

M ωsin t

• Dòng hiệu dụng qua mỗi SCR:

di dt

I

I

=

=

cos

−

cos

=

−

α

t ω

( ) ti

)t ωα cos

RMS

SCR

(

)

V M L ω

V M L ω

V ( M cos L ω

RMS 2

37

38

11:41 AM

11:41 AM

2. ĐIỀU KHIỂN PHA

2. ĐIỀU KHIỂN PHA

o Điều khiển đối xứng tải L

o Điều khiển đối xứng tải R-L

u

u

S1

Utải

A1

i

A2

1β

tω

β

i

2β

π

α1

α3

α2

β1

R

iL

iG1

S2

α

tω

UL

U1

βα<

L

iG2

tω

α>

• Vậy để có dòng qua SCR1 dương là: α < ωt < 2π−α, góc phải kích π chọn: 2

Utải

β

i

α2

• Dòng điện hiệu dụng qua tải:

• Vì mỗi SCR dẫn trong thời khoảng α≤ωt≤β, cách giải tương tự như ở chương 2 và có các kết quả sau:

−

R ( ) t − αω L ω

+

+

2sin3

α

( )( − 2 2 απ

) α

M

sin

=

Φ−

( ) ti

( t ω

) −Φ−

( α

) e

α βα >

I

=

RMS

V M Z

  

 sin  

V L ω

2cos π 2

40

39

11:41 AM

11:41 AM

10

3. TƯƠNG QUAN GIỬA GÓC KÍCH & GÓC DẪN

2. ĐIỀU KHIỂN PHA

o Điều khiển đối xứng tải L

• Góc

dẫn

γ=β−α

o Tương quan αααα và ΦΦΦΦ để xác định γγγγ • Hiệu điện thế hiệu dụng

βα >

β

Utải

γ

i

phải nhỏ hơn π để

α2

qua tải:

α

cho SCR1 ngưng dẫn

=Φ

π 2

−

−

2sin

2sin

2 γ

β

V

=

trước khi kích SCR2

RMS

βα =

Utải

β

V M 2

α π

  

  

0=Φ

i

tại ωt=π+α. Trong

α1

• khi góc kích α trong

α2

π

0

α

biểu thức liên hệ trên

π 2

Utải

khoảng π/2 đến π:

βα<

β

cho

thì

γ=β−α>π

i

1

β1

2

V

2

α<Φ. Do đó ta kết

α

I

=

−

+

α

sin

cos

RMS

α π

6 π

1 2

M R 2

 14  

     

 + 

  

 cos αα  

luận rằng α≥Φ;

Φ=minα

41

42

11:41 AM

11:41 AM

3. TƯƠNG QUAN GIỬA GÓC KÍCH & GÓC DẪN

3. TƯƠNG QUAN GIỬA GÓC KÍCH & GÓC DẪN

o Biến thiên công suất theo góc mở:

o Đặc tính đk αααα theo trị số điện áp tải:

U

U

U

U

0,9

0,9

0,9

0,9

0,8

0,8

U

0,8

S

0,8

P

U1

Q

U1

S

0,7

0,7

0,7

U

0,7

0,6

0,6

0,6

0,6

0,5

0,5

0,5

0,5

0,4

0,4

0,4

U3

0,4

P

Q

U3

0,3

0,3

0,3

U5

0,3

0,2

0,2

0,2

0,2

U5

0,1

0,1

U7

α

0,1

0,1

α

α

α

U7

0

120

30

60

90

150 180

0

120

30

60

90

150

180

0

120

0

90

30

60

150

180

120

30

60

90

150

180

ϕ = 450

ϕ = 450

ϕ = 0

ϕ = 0

Sóng hài từ bậc 1 đến bậc 7

Ba loại công suất so góc mở α

43

44

11:41 AM

11:41 AM

11

BIẾN ðỔI AC BA

PHA TẢI MẮC SAO

11:41 AM

45

12