Bài giảng Điện tử công suất và ứng dụng (Mạch điện tử công suất, điều khiển và ứng dụng) - Chương 6: Bộ nguồn bán dẫn một chiều

Chia sẻ: Lộ Minh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:12

Thêm vào BST

Báo xấu

57
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Điện tử công suất và ứng dụng (Mạch điện tử công suất, điều khiển và ứng dụng) - Chương 6: Bộ nguồn bán dẫn một chiều. Nội dung chính được trình bày trong chương này gồm có: Bộ biến đổi và bộ nguồn bán dẫn, thiết kế bộ nguồn chỉnh lưu, bộ nguồn xung, sơ đồ điều khiển vòng kín bộ biến đổi. Mời các bạn cùng tham khảo.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Điện tử công suất và ứng dụng (Mạch điện tử công suất, điều khiển và ứng dụng) - Chương 6: Bộ nguồn bán dẫn một chiều

Slides ÑTCS&ÖD Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi 2/23 ch6 BN DC /ÑTCS&ÖD Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi CHÖÔNG 6 BOÄ NGUOÀN BAÙN DAÃN MOÄT CHIEÀU BBÑ VAØ BOÄ NGUOÀN BAÙN DAÃN: 6.1 BBÑ vaø Boä nguoàn baùn daãn Boä nguoàn baùn daãn ≡ BBÑ nhöng ñöùng treân quan ñieåm söû duïng 6.1 Thieát keá boä nguoàn chænh löu Loïc Loïc SÔ ÑOÀ KHOÁI: Löôùi ñaàu vaøo Boä Bieán ñoåi ñaàu ra Taûi 6.2 Boä nguoàn xung - Maïch coâng suaát: boä loïc ñaàu (*) (*) 6.2.1 Sô ñoà boä nguoàn xung duøng nghòch löu vaøo, boä bieán ñoåi (maïch ñieän töû 6.2.2 Sô ñoà boä nguoàn xung flyback coâng suaát) vaø boä loïc ngoû ra. Maïch Phaùt xung - Khoái ño löôøng Baûo veä 6.2.3 Ñieàu khieån boä nguoàn xung. - Maïch phaùt xung, ñieàu khieån Ñieàu khieån 6.3 Sô ñoà ñieàu khieån voøng kín BBÑ: voøng kín vaø baûo veä. voøng kín Phaûn hoài (*) Ñoïc theâm 6 tieát, baøi taäp 2 BAØI TOAÙN THIEÁT KEÁ: Ñaët - Hai phöông aùn: taûi toång quaùt khoái coù daáu (*) laø coù theå khoâng caàn hay taûi cuï theå (ví duï ñoäng cô) . - Ñieàu khieån ngoû ra, haïn cheá doøng/aùp. - Haïn cheá nhieãu: ngoû vaøo, ngoû ra, voâ tuyeán. - Baøi toaùn khôûi ñoäng / döøng (soft start).
3/23 ch6 BN DC /ÑTCS&ÖD Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi 4/23 ch6 BN DC /ÑTCS&ÖD Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi Coøn goïi laø boä nguoàn xung hay caáp ñieän ñoùng ngaét (switching power supply) VI.1 BOÄ NGUOÀN MOÄT CHIEÀU BAÙN DAÃN: So saùnh hai loaïi: Laø boä nguoàn cung caáp ñieän moät chieàu Nhoùm Öu Nhöôïc Coù caáu truùc gioáng nhau cho caùc loaïi taûi Ñieàu khieån pha coâng suaát lôùn (MW) taàn soá ñoùng ngaét beù (taàn 2. Phaân loaïi boä nguoàn moät chieàu: soá löôùi) => maïch loïc ngoû ra coù trò soá lôùn - Theo boä bieán ñoåi: BBÑ aùp moät Taàn soá laøm vieäc cao neân coâng suaát ñeán 100kw neáu Boä nguoàn moät chieàu duøng BBÑ ñieàu khieån pha: chieàu aûnh höôûng haøi baäc cao nhoû duøng transistor 1. (Bieán aùp) --> Chænh löu (ñieàu khieån pha) - Phaân loaïi theo daïng taûi: ñoäng cô moät chieàu, taûi ñieän hoùa, ñieän coâng 2. BBÑ aùp AC --> Bieán aùp taàn soá löôùi--> Chænh löu D ngheä, caùc maïch ñieän töû . Coøn goïi laø boä nguoàn chænh löu, trong ñoù ( ) laø khoái coù theå khoâng caàn Coù theå chia laøm hai nhoùm: Boä nguoàn moät chieàu duøng BBÑ aùp moät chieàu: • taûi aùp: Taûi caàn aùp ra phaúng, tieâu bieåu laø thieát bò ñieän töû. 3. [Bieán aùp --> Chænh löu D --> loïc] --> BBÑ • taûi doøng: goàm caùc taûi coøn laïi - khoâng caàn aùp ra phaúng. 4. [Chænh löu D -> loïc] -> BBÑ -> Bieán aùp taàn soá cao -> Chænh löu D - Yeâu caàu caùch ly nguoàn – taûi khi duøng ñieän löôùi: Khi duøng nguoàn moät chieàu, caùc khoái [ ] khoâng coù. Söû duïng bieán aùp (gheùp baèng töø tröôøng).
5/23 ch6 BN DC /ÑTCS&ÖD Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi 6/23 ch6 BN DC /ÑTCS&ÖD Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi Ví duï boä nguoàn DC: - Tính choïn maïch loïc ngoû ra VI.2 BOÄ NGUOÀN CHÆNH LÖU: a. Choïn sô ñoà chænh löu: xem xeùt caùc yeáu toá 1. Caùc böôùc thieát keá boä nguoàn baùn daãn: • Coù söû duïng bieán aùp (BA) hay khoâng: - Thieát keá sô boä maïch ñoäng löïc: • Moät pha hay nhieàu pha: yeâu caàu => sô ñoà => tính choïn gaàn ñuùng caùc thoâng soá maïch ñoäng löïc. • Sô ñoà tia hay caàu: - Tính toaùn chính xaùc ñeå kieåm tra sô ñoà ñaõ choïn: Caàu ñieàu khieån hoaøn toaøn (SCR) hay khoâng hoaøn toaøn (SCR + D): Duøng giaûi tích – moâ phoûng – thöïc nghieäm treân moâ hình thu nhoû. • Söû duïng caùc sô ñoà ñaëc bieät: Coù theå thöïc hieän nhieàu thieát keá sô boä vaø seõ choïn ra thieát keá toái öu - noái tieáp, song song caùc boä chænh löu: - Tính toaùn heä thoáng ñieàu khieån vaø baûo veä, laäp baûn veõ laép ñaët vaø xaây - Sô ñoà 6 pha coù khaùng caân baèng döïng quy trình thi coâng, thöû nghieäm, hieäu chænh. - Söû duïng BBÑ aùp AC ôû phiaù sô caáp bieán aùp vaø duøng chænh löu diod ôû 2. Thieát keá sô boä chænh löu ñieàu khieån pha (ÑKP): Goàm caùc böôùc sau: thöù caáp: - Choïn sô ñoà chænh löu ¾ AÙp ra beù (chuïc V) vaø doøng taûi lôùn (haøng nghìn A): - Tính toaùn cheá ñoä hoaït ñoäng: ñieän aùp (thöù caáp bieán aùp) vaø goùc kích SCR ¾ AÙp ra lôùn (chuïc nghìn V), doøng ra beù (chuïc A) - Tính choïn chænh löu vaø bieán aùp
7/23 ch6 BN DC /ÑTCS&ÖD Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi 8/23 ch6 BN DC /ÑTCS&ÖD Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi b. Tính toaùn ñieän aùp (thöù caáp bieán aùp) vaø goùc kích SCR: c. Tính choïn chænh löu vaø bieán aùp: • aùp ngoû ra phuï thuoäc aùp cung caáp vaø goùc kích SCR - Ñònh möùc aùp chænh löu: giaù trò max cuûa aùp daây. • Suït aùp trong maïch bao goàm: - Ñònh möùc doøng chænh löu vaø doøng qua BA (neáu coù): - Suït aùp treân chænh löu: 1 V/ Diod vaø 2 V / SCR Ñeå tính doøng, caàn choïn daïng doøng theo loaïi taûi nhaèm naâng cao ñoä chính - Suït aùp do chuyeån maïch khi doøng lieân tuïc. xaùc cho thieát keá sô boä. - Suït aùp nguoàn hay bieán aùp Ví duï tính toaùn: Khi tính toaùn sô boä, suït aùp toång coäng 15% - 20%, goùc kích SCR toái thieåu 1. Thieát keá boä chænh löu cho ñieàu khieån ñoäng cô DC kích töø ñoäc laäp 400 V/ laø 10 – 15o. 200A töø löôùi ñieän 3 pha 380V (aùp daây): choïn sô ñoà, tính toaùn caùc thoâng soá hoaït ñoäng cuûa boä chænh löu ñieàu khieån pha, tính doøng trung bình, aùp ngöôïc cöïc ñaïi Neáu sô ñoà khoâng duøng bieán aùp: goùc ñieàu khieån pha toái thieåu αmin < (40 SCR, doøng hieäu duïng qua caùc phaàn töû maïch khaùc. O - 50 ) 2. Thieát keá boä chænh löu cho ñieàu khieån ñoäng cô DC kích töø ñoäc laäp 180 V/ Goùc kích toái ña: Thöôøng choïn khoaûng 150 O 20A töø löôùi ñieän coâng nghieäp 220V/380V: Ví duï 1: Choïn sô ñoà vaø tính thoâng sôù cô baûn cuûa boä chænh löu 220VDC/100A doøng cho ñieàu khieån ñoäng cô moät chieàu kích töø ñoäc laäp, löôùi coâng nghieäp 380VAC ba pha.
9/23 ch6 BN DC /ÑTCS&ÖD Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi 10/23 ch6 BN DC /ÑTCS&ÖD Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi d. Tính choïn maïch loïc ngoû ra: VI.3 BOÄ NGUOÀN XUNG (SWITCHING POWER SUPPLY): Moät soá boä nguoàn moät chieàu coù maïch loïc: 1. Sô ñoà oån aùp ñoùng ngaét thay theá oån aùp tuyeán tính: - Boä caáp ñieän cho caùc maïch ñieän töû : loïc LC hình Γ. Maïch oån aùp ñoùng ngaét coù nhöõng ñaëc ñieåm: - Caùc boä naïp accu coâng suaát lôùn loïc L noái tieáp. - Öu: hieäu suaát cao, giaûm ñöôïc kích thöôùc taûn nhieät vaø giaù thaønh. - Moät soá tröôøng hôïp boä nguoàn xi maï kim loaïi coù loïc LC. - Nhöôïc: coù nhaáp nhoâ aùp ra. 3. Ñieàu khieån boä nguoàn chænh löu: ΔV S1 i o Bao goàm: + Q1 Io + L D1 Io - Maïch phaùt xung + giôùi haïn goùc kích max/min V V Ñieàu khieån v Vo Taûi _ _ C + ñònh goùc kích ban ñaàu (150o neáu laøm vieäc 1 cöïc tính) o - Khoái baûo veä: doøng / aùp (vaøo – ra) Hình VI.3.1 OÅn aùp tuyeán tính Hình VI.3.2 OÅn aùp ñoùng ngaét - Khoái ñieàu khieån voøng kín boä nguoàn xung = chænh löu diod ñaàu vaøo + oån aùp ñoùng ngaét. Sô ñoà khoái: 3. [Bieán aùp --> Chænh löu D --> loïc] --> BBÑ
11/23 ch6 BN DC /ÑTCS&ÖD Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi 12/23 ch6 BN DC /ÑTCS&ÖD Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi 4. [Chænh löu D -> loïc] -> BBÑ -> Bieán aùp taàn soá cao -> Chænh löu D 2. Caáp ñieän ñoùng ngaét (boä nguoàn xung) söû duïng nghòch löu: Ví duï tính toaùn: Tính toaùn maïch ñoäng löïc boänguoàn xung: ngoû ra 5V/20 A, T1 ngoû vaøo 260 VDC. + L1 aùp Sô caáp bieán aùp D1 S1 T1 C1 C3 + L1 S1 D1 1 Q 2 3 C1 S1 C3 V Dao ñoäng tam giaùc 2 v u CLK -Q o ÑB V T1 Thöù caáp bieán aùp _ C2 S2 4 6 T1 Io io sau chænh löu D2 Uñk S2 5 _ C2 S2 D2 maïch ñoäng löïc maïch ñieàu khieån ñieàu roäng xung daåy keùo - Choïn taàn soá ngoû ra 20 Khz, ñoä roäng xung töông ñoái α = ton/T= 0.5. => bieân ñoä sau chænh löu 5/0.5 = 10 V. => bieân ñoä thöù caáp: 10 + 0.6 = 10.6 V; tæ soá bieán aùp: 260 / (2 * 10.6) = 12.3. - trò trung bình doøng qua L1 (chính laø doøng taûi Io) = 20 A. - doøng trung bình qua D: kat. Io = 1.5 * 20 = 30 A; - aùp qua D > 10 V: choïn 25 V, loaïi diod: Schotky. - Doøng hieäu duïng thöù caáp 20 / 2 = 14 A ; sô caáp: 14 / 12.3 = 1.2 A
13/23 ch6 BN DC /ÑTCS&ÖD Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi 14/23 ch6 BN DC /ÑTCS&ÖD Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi Choïn ngaét ñieän nghòch löu: theo bieân ñoä doøng qua noù, baèng 20 /12.3 = 1,6 A Choïn transistor ñoùng ngaét coâng suaát, doøng ñònh möùc 5 A / 600 V. 5. Sô ñoà boä nguoàn xung Flyback duøng 38xx: 6. Sô ñoà baûo veä quaù aùp cho ngaét ñieän trong boä nguoàn xung Flyback: V v C C R 2V v v T D C D v V D Q Q off Q on t Baøi taäp: Töø moâ taû hoaït ñoäng cuûa boä baûo veä xung aùp, bieän luaän söï aûnh höôûng leân ñieän aùp vD luùc Q khoùa cuûa vieäc thay ñoåi giaù trò ñieän trôû R. 7. Sô ñoà boä nguoàn xung duøng BBÑ aùp moät chieàu loaïi Forward:
15/23 ch6 BN DC /ÑTCS&ÖD Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi 16/23 ch6 BN DC /ÑTCS&ÖD Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi U V+ Boä nguoàn: OÅn aùp haïn doøng L1 U lv Baøi taäp: Veõ daïng doøng aùp treân caùc phaàn töû Naïp accu: OÅn doøng haïn aùp T1 D2 C1 maïch ñieän hình VI.3.4 beân, haõy cho bieát Q nguyeân lyù ñeå choïn soá voøng cuoän daây traû naêng löôïng D1 I I gh VI.4 HEÄ THOÁNG ÑIEÀU KHIEÅN VOØNG KÍN BOÄ NGUOÀN MOÄT CHIEÀU: 1. Baøi toaùn ñieàu khieån boä bieán ñoåi (BBÑ): - ñaûm baûo chaát löôïng ngoû ra trong cheá ñoä tónh (xaùc laäp) vaø ñoäng (quaù ñoä) 2. HTÑK toïa ñoä: - Haïn cheá doøng ñieän qua BBÑ. ÑKx2 Ñoái töôïng - Ñieàu khieån quaù trình khôûi ñoäng vaø döøng BBÑ (soft start/stop): ÑKx1 ñaët2 ñaët1 => Söû duïng heä thoáng ñieàu khieån (HTÑK) nhieàu voøng (ñieàu khieån traïng + + x1 x2 _ PID _ PID P2 thaùi hay toïa ñoä) P1 phaûn hoài
17/23 ch6 BN DC /ÑTCS&ÖD Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi 18/23 ch6 BN DC /ÑTCS&ÖD Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi Heä thoáng ñieàu khieån bao goàm: ÑKx2 ÑKx1 Ñoái töôïng ñaët2 ñaët1 - ñoái töôïng ñieàu khieån: nhieàu khoái quaùn tính noái tieáp P1, P2, … coù ngoû ra + _ PID + _ PID x1 P2 x2 P1 laø nhöõng thoâng soá x1, x2, … caàn ñieàu khieån. - Caùc boä ñieàu khieån hay hieäu chænh (HC) noái tieáp ÑKx1, ÑKx2, … coù phaûn hoài ngoû ra baõo hoøa taïo thaønh nhieàu voøng phaûn hoài aâm. Quan saùt: Hai boä nguoàn oån aùp coù haïn doøng (boä caáp ñieän oån aùp) vaø oån doøng coù Bình thöôøng, ÑKx2 xaùc ñònh ngoû ra HT laø x2 theo ñaët2. Khi noù baõo giôùi haïn aùp (boä naïp accu) coù cuøng sô ñoà ñieàu khieån, chæ khaùc caùch vaän haønh. hoøa, ÑKx1 seõ giöõ ngoû ra töông öùng (laø x1) ôû giaù trò mong muoán laø möùc baõo Ví duï 2: HT ñieàu khieån nhieät hoøa cuûa ÑKx2. Ví duï 3: HT truyeàn ñoäng ñieän U Ví duï 1: Vôùi boä nguoàn moät chieàu: U lv Voøng ngoaøi laø ñieàu khieån ñieän aùp x2 = U, voøng trong laø ñieàu khieån doøng ñieän x1 = I. 3. Hieäu chænh HT heä thoáng ñieàu khieån toïa ñoä: Boä nguoàn: OÅn aùp haïn doøng I I a. Nguyeân lyù hieäu chænh: gh Naïp accu: OÅn doøng haïn aùp
19/23 ch6 BN DC /ÑTCS&ÖD Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi 20/23 ch6 BN DC /ÑTCS&ÖD Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi ÑKx2 ÑKx1 Ñoái töôïng (T s + 1)(Tb s + 1) taêng cao gaây dao ñoäng. HC = K p + K i / s + K d s = a Kp: quyeát ñònh sai soá HT khi Ki = 0, ñaët2 ñaët1 Ti s + + x1 x2 cuøng vôùi Kd chænh ñònh chaát löôïng _ PID _ PID P2 P1 ñoäng hoïc HT. Khi cho caùc heä soá baèng 0, ta nhaän ñöôïc caùc sô ñoà ñieàu khieån P, PD, I, PI: phaûn hoài 1 1 Hieäu chænh P HC = K p = Hieäu chænh I HC = K i / s = Ti Ti s Ñoái töôïng coâng nghieäp: => söû duïng hieäu chænh PID. K Hieäu chænh PD hieäu chænh PI W= (Ta s + 1)(Tb s + 1) (T s + 1) (Ta s + 1) s.∏ i =1 (Ti s + 1) HC = K p + K i / s + K d s = HC = K p + K d s = a HC = K p + K i / s = n Ti s Ti Ti s (khoái quaùn tính ) Hieäu chænh PI duøng cho caùc HT coù möùc nhieãu lôùn. - hieäu chænh PID laàn löôït caùc voøng töø trong ra ngoaøi Baøi taäp: chöùng minh coù theå oån ñònh ñoái töôïng coù haøm truyeàn - Caùc voøng trong khoâng ñöôïc pheùp hieäu chænh thaønh ñaëc tính coù dao K ñoäng neáu duøng PP khöû cöïc – zero. W= baèng boä hieäu chænh PID baát chaáp baäc n cuûa maãu soá s.∏ i =1 (Ti s + 1) n b. Hieäu chænh PID (vi tích phaân tæ leä): Ví duï öùng duïng hieäu chænh PI maïch ñieän töû: Ki: khaùc zero laøm cho HT voâ sai, coù daïng: quaù beù keùo daøi thôøi gian xaùc laäp, MAÏCH TAÏO HAØM DOÁC Thieát keá maïch PI duøng OPAM:
21/23 ch6 BN DC /ÑTCS&ÖD Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi 22/23 ch6 BN DC /ÑTCS&ÖD Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi --V R2 1/s C böôùc 1: Cho Ki, Kd = 0, taêng daàn Kp ñeán khi HT gaàn coù dao ñoäng R1 = R2 C1 R1 4 2 3 U1 6 -Ufhoài R1 VR1 böôùc 2: taêng Ki ñeán khi HT coù ñaùp öùng dao ñoäng =>Uñaët = Ufhoài POT2 Vo 5 T4 D1 R3 böôùc 3: taêng Kd (neáu coù söû duïng) vaø/hay tinh chænh Kp, Ki (neáu caàn) ñeå 7 V Uñaët 7 6 7 U3B HT coù ñaùp öùng mong muoán. 3 6 2 U2 POT1 R4 4 0.01uF 10k boä nguoàn xung Flyback duøng 38xx wñ d. YÙ nghiaõ thöïc tieãn cuûa hieäu chænh toïa ñoä: - Caùc maùy moùc coâng nghieäp (thöôøng laø caùc khoái quaùn tính noái tieáp) chæ wñ caàn hieäu chænh PID. tkñ 0 t - Boä hieäu chænh PID coù saün trong caùc boä bieán ñoåi hay ñieàu khieån coâng Hình 5 : tín hieäu ñaët haøm RAMP nghieäp, chæ caàn chænh thoâng số (bằng cách quan saùt ñaùp öùng). - hieäu chænh toïa ñoä (nhieàu voøng) cho pheùp ñieàu khieån nhieàu thoâng soá cuûa quaù trình, ñaùp öùng yeâu caàu cuûa maùy moùc coâng nghieäp c. Caùc böôùc ñeå tìm thoâng soá PID thöïc nghieäm: e. Boä taïo haøm doác (RAMP):
23/23 ch6 BN DC /ÑTCS&ÖD Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi Nguyeân lyù hoaït ñoäng: --V C1 wñ R1 4 2 U1 6 3 POT2 Vo wñ D1 R3 V 7 7 3 tkñ 6 2 0 t U2 POT1 4 R4 Hình 5 : tín hieäu ñaët haøm RAMP 0.01uF 10k - luoân coù trong caùc BBÑ, thöïc hieän chöùc naêng soft start (khôûi ñoäng meàm) - ñieàu khieån quaù trình khôûi ñoäng - Choáng voït loá trong caùc HT ñieàu khieån coù tích phaân.