73
CHÖÔNG IV
BOÄ BIEÁN ÑOÅI ÑIEÄN AÙP MOÄT CHIEÀU (BBÑAMC)
I. Boä giaûm aùp
Hình 4.1 trình baøy sô ñoà nguyeân lyù cuûa boä giaûm aùp. Hình 4.1(b) laø daïng soùng ngoõ ra cuûa boä
BBÑAMC loaïi naøy. Khoùa baùn daãn S coù theå duøng caùc linh kieän ñieän töû coâng suaát khaùc nhau
nhö thyristor vaø maïch taét, GTO, MOSFET, transistor coâng suaát …
Hình 4.1: Boä giaûm aùp
Caùc phöông phaùp ñieàu khieån khoùa S coù theå chia laøm hai loaïi:
- Ñieàu khieån tæ leä thôøi gian (Time Ratio Control)
- Ñieàu khieån doøng (Current Limit Control)
Phöông phaùp ñieàu khieån tæ leä thôøi gian coù theå chia laøm hai caùch:
- Taàn soá coá ñònh: chu kyø ñoùng caét T khoâng ñoåi, thôøi gian daãn t
on
thay ñoåi ñeå thay ñoåi γ .
- Taàn soá thay ñoåi: γ thay ñoåi baèng caùch giöõ t
on
coá ñònh vaø thay ñoåi T hoaëc baèng caùch thay
ñoåi caû t
on
vaø T.
Vôùi phöông phaùp thay ñoåi γ baèng caùch giöõ t
on
coá ñònh, taàn soá ñoùng caét seõ raát thaáp neáu caàn ñaït
ñieän aùp ra V
d
nhoû. Taàn soá ñoùng caét thaáp cuûa boä BBÑAMC seõ aûnh höôûng khoâng toát ñeán ñaëc
tính taûi. Ngoaøi ra, vieäc thay ñoåi taàn soá hoaït ñoäng cuûa boä BBÑAMC seõ gaây khoù khaên cho vieäc
thieát keá maïch loïc ngoõ vaøo cuûa boä BBÑAMC. Do ñoù, phöông phaùp thay ñoåi taàn soá ít khi ñöôïc
söû duïng.
Vôùi phöông phaùp ñieàu khieån doøng , γ ñöôïc ñieàu khieån giaùn tieáp baèng caùch ñieàu khieån doøng
taûi bieán thieân giöõa hai giaù trò giôùi haïn treân vaø döôùi quanh giaù trò doøng taûi caàn thieát. Thôøi gian
ON vaø OFF cuûa khoaù S ñöôïc thay ñoåi moät caùch töï ñoäng. Khi doøng taûi giaûm ñeán giaù trò giôùi
haïn döôùi , khoùa S ñöôïc kích daãn (ON), taûi ñöôïc noái vôùi nguoàn vaø doøng taêng leân. Khi doøng taûi
taêng ñeán giaù trò max ñaët tröôùc, khoùa S ñöôïc kích taét (OFF) vaø taûi ngaét ra khoûi nguoàn. Sai leäch
giöõa giôùi haïn treân vaø döôùi cuûa doøng chính laø dôïn soùng doøng. Dôïn soùng doøng caøng nhoû, taàn soá
ñoùng ngaét cuûa S caøng taêng cao. Lôïi ñieåm cuûa phöông phaùp naøy laø ñieàu khieån tröïc tieáp doøng
taûi, do ñoù coù theå thieát keá ñeå traùnh ñöôïc hieän töôïng doøng giaùn ñoaïn.
74
Vieäc giaûi tích hoaït ñoäng cuûa maïch hình 4.1 döïa treân caùc giaû thieát sau:
- Maïch loïc L-C duøng ñeå giaûm nhaáp nhoâ cuûa aùp vaø doøng ngoõ vaøo boä BBÑAMC. Neáu giaû
thieát boû qua toån hao treân maïch loïc vaø tuï C ñuû lôùn, ñieän aùp ngoõ vaøo boä BBÑAMC coù theå
giaû thieát khoâng ñoåi vaø baèng V.
- Tuyø thuoäc ñieän caûm maïch phaàn öùng vaø taàn soá hoaït ñoäng cuûa boä BBÑAMC, doøng qua taûi
coù theå ôû cheá ñoä lieân tuïc hoaëc giaùn ñoaïn. Tuy nhieân, vôùi caùc linh kieän baùn daãn hieän nay,
boä BBÑAMC coù theå hoaït ñoäng ôû taàn soá ñuû cao ñeå doøng taûi luoân laø lieân tuïc ôû cheá ñoä hoaït
ñoäng bình thöôøng. Cheá ñoä doøng giaùn ñoaïn luùc naøy chæ coù theå xaûy ra ôû giai ñoaïn quaù ñoä.
Do ñoù, neáu khaûo saùt ôû cheá ñoä xaùc laäp nhö tieán haønh ôû döôùi ñaây, coù theå giaû thieát laø doøng
taûi luoân lieân tuïc.
(c) Doøng iö lieân tuïc
(d) Doøng iö giaùn ñoaïn
(b) : Sô ñoà töông ñöông
Hình 4.2
Trong khoaûng S daãn (0≤ t ≤ γT), ta coù phöông trình bieåu dieãn maïch phaàn öùng:
R
ö
i
ö
+ L
ö
d
t
di
ö
+ E = V (4-2)
Trong khoaûng S taét (γT ≤ t ≤ T), ta coù phöông trình bieåu dieãn maïch phaàn öùng:
R
ö
i
ö
+ L
ö
'd
t
di
ö
+ E = 0 (4-3)
Trong ñoù: t’ = t - γT
I
ö1
I
ö2
V
V
E
75
Giaûi heä phöông trình vi phaân treân vôùi löu yù raèng ôû cheá ñoä xaùc laäp, giaù trò cuûa i
ö
ôû cuoái quaù
trình khoaù S daãn seõ baèng giaù trò i
ö
taïi thôøi ñieåm baét ñaàu quaù trình S taét, ta tính ñöôïc bieåu thöùc
cuûa i
ö
(t). Töø ñoù , coù theå suy ra doøng I
ö1
vaø I
ö2
treân hình 3.1 ñöôïc tính theo bieåu thöùc:
I
ö1
=
ö
/T
/T
ö
R
E
1e
1e
R
V
ö
ö
−
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
−
−
τ
τγ
(4-4)
Iö2 =
ö
T
T
ö
R
E
e
e
R
V
ö
ö
−
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
−
−
−
−
τ
τγ
/
/
1
1 (4-5)
Trong ñoù:
τ
ö
=
ö
ö
R
L
Dôïn soùng doøng ñieän ∆i
ö
ñöôïc tính bôûi coâng thöùc sau:
∆i
ö
=
2
II
1ö2ö
−
=
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
−
−−+
τ
τγ−τγτ
1e
eee1
R2
V
ö
ööö
/T
/T)1(/T/T
ö
(4-6)
Neáu tæ soá
ö
T
τ raát beù, nghóa laø T<<τ
ö
, hay
ö
swö
R
fL
>>1, trong ñoù f
sw
laø taàn soá ñoùng ngaét cuûa
khoaù S, bieåu thöùc (4-6) coù theå tính gaàn ñuùng:
∆i
ö
=
2
II
1ö2ö
− =
ösw
Lf2
V
γ (1-γ) (4-7)
Ñoä dôïn soùng doøng ñaït cöïc ñaïi khi γ
= 0,5
, khi ñoù:
∆i
ömax
=
ösw
Lf8
V
(4-8)
Ñieän aùp trung bình ngoõ ra cuûa boä giaûm aùp tính theo coâng thöùc:
V
d
=
∫∫
γ
=
T
0
d
T
0
d
dtv
T
1
dtv
T
1
= γV (4-9)
Trong ñoù:
-
γ = T
t
on
: heä soá ñieàu chænh (4-10)
-
V: ñieän aùp nguoàn DC cung caáp cho boä BBÑAMC
Baèng caùch ñieàu khieån γ trong khoaûng 0
Æ
1, ñieän aùp taûi coù theå bieán thieân trong khoaûng 0
Æ
V.
Doøng phaàn öùng trung bình:
I
ö
=
ö
R
EV
−
γ
(4-11)
Töø daïng soùng doøng ôû hình 4.2, nhöõng vaán ñeà quan troïng sau caàn löu yù khi thieát keá vaø söû duïng
boä BBÑAMC:
1.
Doøng nguoàn coù daïng xung, vaø do ñoù, coù theå gaây ra dao ñoäng treân löôùi ñieän cung caáp neáu
bieân ñoä xung doøng naøy lôùn.
76
Daïng soùng ngoõ vaøo boä BBÑAMC coù theå phaân tích thaønh thaønh phaàn DC vaø caùc thaønh
phaàn doøng haøi. Haøi cô baûn cuûa soùng haøi doøng coù taàn soá baèng taàn soá ñoùng ngaét cuûa boä
BBÑAMC. Soùng haøi doøng coù theå gaây ra nhieãu treân caùc thieát bò söû duïng chung nguoàn ñieän
löôùi vôùi boä BBÑAMC hoaëc coù theå sinh ra böùc xaï nhieãu ñieän töø. Do ñoù, maïch loïc L-C
thöôøng ñöôïc söû duïng ôû ngoõ vaøo boä BBÑAMC ñeå haïn cheá soùng haøi sinh ra treân löôùi cung
caáp cho boä BBÑAMC.
Taàn soá ñoùng ngaét cuûa boä BBÑAMC caøng cao, maïch loïc caàn thieát caøng nhoû. Do ñoù neân
cho boä BBÑAMC laøm vieäc vôùi taàn soá ñoùng ngaét cao nhaát coù theå ñöôïc.
2.
Ñieän aùp cung caáp cho taûi coù daïng xung vaø do ñoù, bao goàm thaønh phaàn DC vaø caùc haøi baäc
cao coù taàn soá laø boäi taàn cuûa taàn soá ñoùng ngaét cuûa boä BBÑAMC.
II. Boä taêng aùp
Boä BBÑAMC kieåu taêng aùp (BBÑAMC lôùp B) ñöôïc söû duïng ñeå cung caáp cho taûi DC ôû cheá ñoä
haõm taùi sinh. Sô ñoà töông ñöông cuûa heä thoáng naøy trình baøy treân hình 4.3(a), daïng soùng ñieän
aùp vaø doøng taûi treân hình 4.3(b).
Maïch loïc L-C treân hình 4.3(a) coù taùc duïng loïc caùc nhaáp nhoâ cuûa ñieän aùp vaø doøng nguoàn. Tuï
C, ngoøai ra, coøn coù taùc duïng taïo ñöôøng daãn cho doøng phaàn öùng trong khoaûng thôøi gian khoùa S
taét, traùnh caùc xung aùp gaây ra do söï thay ñoåi ñoät ngoät doøng ñieän qua L. Do ñoù, tuï C laøm taêng
theâm naêng löôïng traû veà löôùi (regenerated power) vaø giaûm caùc xung aùp quaù ñoä ñaët leân S khi
ñoùng ngaét.
Cheá ñoä doøng lieân tuïc
Cheá ñoä doøng giaùn ñoaïn
(a) Sô ñoà nguyeân lyù heä thoáng (b) Daïng soùng doøng , aùp ôû ngoõ ra boä BBÑAMC
Hình 4.3: Heä thoáng Boä taêng aùp - Taûi DC kích töø ñoäc laäp laøm vieäc ôû cheá ñoä haõm taùi sinh
77
Phöông trình vi phaân bieåu dieãn hoaït ñoäng cuûa heä:
-
Trong khoaûng tröõ naêng löôïng (0 ≤ t ≤ γT): Khoùa S daãn, doøng phaàn öùng chaïy qua S:
R
ö
i
ö
+ L
ö
dt
di
ö
= E (4-12)
i
ö
(0) = I
ö1
-
Trong khoaûng traû naêng löôïng veà löôùi (γT ≤ t ≤ T): Khoùa S taét, doøng phaàn öùng chaïy veà
nguoàn:
R
ö
i
ö
+ L
ö
d
t
di
ö
+ V = E (4-13)
i
ö
(γT) = I
ö2
Vì taûi luùc naøy hoaït ñoäng nhö maùy phaùt:
V
d
= E - R
ö
I
ö
(4-14)
Ñieän aùp trung bình ñaët leân taûi - xem hình 4.3(b):
V
d
= (1- γ)V (4-15)
Töø (4-14) vaø (4-15) suy ra:
I
ö
=
ö
R
V)1(E
γ
−− (4-16)
Löu yù laø doøng phaàn öùng luùc naøy coù chieàu ngöôïc laïi so vôùi chieàu doøng ôû cheá ñoä taûi.
Coâng suaát traû veà löôùi:
P
h
=
∫
T
T
ö
dtiV
T
γ
.
1
P
h
=
()
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎣
⎡
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
−
−−+
τ
+γ−
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛−
τ
ττγτγ−
ö
ööö
/T
/T/T/T)1(
ö
ö
2
e1
1eee
T
11
V
E
R
V (4-17)
III. HEÄ THOÁNG BOÄ BIEÁN ÑOÅI AÙP MOÄT CHIEÀU LAØM VIEÄC HOAÏT ÑOÄNG ÔÛ
NHIEÀU GOÙC PHAÀN TÖ
Trong muïc naøy seõ khaûo saùt heä thoáng boä BÑAMC hoaït ñoäng ôû phaàn tö I vaø II, heä thoáng hoaït
ñoäng ôû phaàn tö I vaø IV, vaø heä thoáng hoaït ñoäng ñöôïc ôû caû 4 phaàn tö cuûa maët phaúng ñieän.
1. Boä ñaûo doøng
Boä ñaûo doøng coù sô ñoà nguyeân lyù nhö hình 4.4(a) ñöôïc söû duïng. Khoùa baùn daãn S
1
vaø diode D
1
taïo thaønh moät maïch BBÑAMC, S
2
vaø D
2
taïo thaønh moät maïch BBÑAMC khaùc. S
1
vaø S
2
ñöôïc
ñieàu khieån ñoùng caét ngöôïc pha nhau, trong ñoù S
1
ñöôïc kích daãn trong khoaûng 0 ≤ t ≤ γT, coøn
S
2
ñöôïc kích daãn trong khoaûng γT ≤ t ≤ T.
Daïng soùng cuûa tính hieäu ñieàu khieån vaø doøng aùp ngoõ ra ñöôïc trình baøy treân hình 4.4(b). Moät soá
ñaëc ñieåm sau caàn löu yù ñeå coù theå hieåu ñöôïc hoaït ñoäng cuûa maïch:
-
Trong maïch naøy khoâng xaûy ra hieän töôïng doøng giaùn ñoaïn , taïi baát kyø taàn soá hoaït ñoäng
naøo.
-
Doøng i
ö
vaø i
s
coù theå daãn theo caû hai chieàu. Do ñoù, trong khoaûng 0 ≤ t ≤ γT, taûi ñöôïc noái vôùi
nguoàn qua S
1
hoaëc D
2
. Nhö vaäy, trong khoaûng thôøi gian naøy, ñieän aùp ñaët leân taûi laø V vaø