CHƯƠNG 3: LÝ THUYẾT BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU

Chia sẻ: Nguyễn Tuấn Kha | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:32

Thêm vào BST

Báo xấu

236
lượt xem 139
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bộ băm điện áp cho phép, từ một nguồn điện một chiều Us tạo ra điện áp tải Ud cũng là điện một chiều nhưng có thể điều chỉnh được. Thiết bị băm điện áp được sử dụng nhiều trong truyền động đầu máy chạy điện trong giao thông đường sắt, ôtô chạy điện, xe vận chuyển hàng trong nhà máy, trên bến cảng, v.v…

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: CHƯƠNG 3: LÝ THUYẾT BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU

CHƯƠNG 3: BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU ( Bộ băm điện áp 1 chiều) MỤC TIÊU THỰC HIỆN: - Nắm được nguyên lý họat động của các sơ đồ khác nhau của bộ biến đổi điện áp 1 chiều. - Các công thức tính điện áp, dòng điện, độ nhấp nhô dòng điện trên tải. - Ứng dụng của bộ biến đổi điện áp 1 chiều.
GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ BỘ BĂM ĐIỆN ÁP Bộ băm điện áp cho phép, từ một nguồn điện một chiều Us tạo ra điện áp tải Ud cũng là điện một chiều nhưng có thể điều chỉnh được. Thiết bị băm điện áp được sử dụng nhiều trong truyền động đầu máy chạy điện trong giao thông đường sắt, ôtô chạy điện, xe vận chuyển hàng trong nhà máy, trên bến cảng, v.v… Bộ băm điện áp thường được kí hiệu bằng một cầu dao mở kèm theo chữ H, hoặc một Thyristor có hai cổng điều khiển. Tuỳ theo mục đích sử dụng người ta có sơ đồ Hacheur nối tiếp và Hacheur song song.
3.1. HACHEUR NỐI TIẾP (băm áp một chiều nối tiếp) 1.Nguyên lý băm áp một chiều nối tiếp: H U + Ud U1 U1 Ud Zd t _ 0 t1 t2 a. TCK b. HÌNH 3.1 a. s¬ ®å nguyªn lÝ; b. ®−êng cong ®iÖn ¸p.
• Sơ đồ nguyên lý băm áp một chiều nối tiếp giới thiệu ở hình 3.1 a theo đó phần tử chuyển mạch tạo các xung điện áp mắc nối tiếp với tải. • Điện áp một chiều được điều khiển bằng cách điều khiển thời gian đóng khóa H trong chu kỳ đóng cắt. Trong khoảng thời gian từ 0 ÷ t1 ( hình 3.1b) khóa H đóng điện áp tải bằng điện áp nguồn (Ud = U1). Trong khoảng thời gian từ t1 ÷ t2 ( hình 3.1b) khóa H mở điện áp tải bằng 0
Trị trung bình điện áp một chiều được tính 1t 1 Ud = ∫ U 1 .dt U TCK 0 Ud U1 t1 = UTB U1 Tck t 0 t1 t2 t1 • Nếu ε = thì: TCK Tck • Ud = ε. U1 • F = 1/TCK
2. Hoạt động của sơ đồ với tải điện cảm: • Sơ đồ điển hình có dạng W®t =Li2/2 H • Dòng điện được xác định bởi phương trình vi phân: Ld di U1 = R d .i + L d Ud D0 dt Rd ⎛ ⎞ t t − − + I XL ⎜ 1 − e Td ⎟ i = I bd .e Td ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ U,i Ud id Trong đó: • id -- dòng điện tải • Rd – điện trở tải; • Ld – điện cảm tải t • Ibd - dòng điện ban đầu của chu kỳ đang xét (mở hay đóng khóa H); • IXL -- dòng điện xác lập của chu kỳ đang xét ( khi khóa H đóng, khi H mở IXL = 0 • Td = L d - hằng số thời gian điện từ của mạch Rd
• Độ nhấp nhô dòng điện được tính: (1 − ε ).ε .U 1 .TCK (1 − ε ).ε .U 1 ΔI = = 2 Ld 2 Ld . f x Từ biểu thức ta thấy rằng, biên độ dao động dòng điện phụ thuộc vào: • điện áp nguồn(U1); • độ rộng xung điện áp (ε ); • điện cảm tải (Ld) • và chu kỳ chuyển mạch khóa H (TCK)
• Các thông số: điện áp nguồn cấp,độ rộng xung điện áp phụ thuộc yêu cầu điều khiển điện áp tải, điện cảm Ld là thông số của tải. Do đó để cải thiện chất lượng dòng điện ( giảm nhỏ ΔI) có thể tác động vào TCK. • Như vậy, nếu chu kỳ chuyển mạch càng bé ( hay tần số chuyển mạch càng lớn) thì biên độ đập mạch dòng điện càng nhỏ, chất lượng dòng điện một chiều càng cao. Do đó bộ điều khiển này thường được thiết kế với tần số cao hàng chục kHz.
• Có thể minh họa bằng giản đồ dòng điện, điện áp cho hai tần số khác nhau. U,i U,i Ud id t t a) b)
3. Các sơ đồ động lực của băm áp nối tiếp T1 Các sơ đồ điển hình: T • Dùng thyristor hình a M§K Zd • Dùng transistor lưỡng Ud cực hình b b a • Dùng transistor trường T T hình c • Dùng IGBT hình d M§K Zd Zd M§K c d
•Xét trường hợp khi tải điện cảm và có sức điện động ( ví dụ động cơ làm việc ở chế độ hạ tải) H is id + U d L + D E r - ud R iD r -
di d + Ri d + E = U s Khi H đóng, ta có phương trình: L dt Us − E di d + ai d = a dt R Trong đó: a = (R/L) , id(0) = I2 Us − E − at − at id = (1 − e ) + I 2 e Nghiệm của pt: R di d + Ri +E=0 H mở, ta có phương trình: L d dt [ ] E id = − 1 − e − a (t −εT ) + I1e − a (t −εT ) Nghiệm của pt: R
•Để xác định biên trị I1 và I2 , có thể vận dụng các dữ kiện: khi t = εT thì id = I1và khi t = T thì Id = I2 Us − E (1 − e − aεT ) + I 2 e − aεT I1 = R
Giản đồ điện áp tải và các dòng điện
TÍNH GẦN ĐÚNG: • Trị trung bình của dòng điện tải di d + Ri d + e = u d 0 + R.Id + E = εUs L dt Do đó εU s − E Id = R Biểu thức gần đúng của I1 và I2 , ta xem Rid = RId. • Giải phương trình mạch điện khi H đóng did did = (1 − ε )U s + Rid + E = U s L L dt dt (1 − ε )εTU s (1− ε )Us = + I2 id = t + I2 I1 L L
•Để tìm biểu thức của I2, ta giải phương trình mạch điện khi H mở: did + RI d + E = 0 L dt di d = −εU s L dt εU s (t − ε T ) + I1 id = − L Khi t=T thì id = I2 , do đó: , (1 − ε ) ε TU I2 = − + I1 s L
Dòng điện tải id biến động xung quanh giá trị trung bình Id , giữa hai biên trị I1 và I2.vậy: εU s − E I1 + I 2 id = = 2 R
Hiệu suất của bộ băm điện áp: – Trị trung bình của dòng điện lấy từ nguồn nuôi: εT = εI d Is = Id T – Trị trung bình của dòng diode: (1 − ε )T = (1 − ε ) I I Dr = I d d T – Công suất lấy từ nguồn nuôi: P = U s I s = εI dU s Pd = U d .I d = ε .U S .I d – Công suất mạch tải nhận được: Ta thấy Pd = P và vì chúng ta đã xem bộ băm điện áp gồm các phần tử lý tưởng, không có năng lượng tổn thất.Thực tế hiệu suất của bộ băm điện áp cũng rất cao, xấp xỉ bằng 1. Pd η= P
Dòng điện liên tục và dòng điện gián đoạn: • Nếu bỏ qua R, vì thường là rất nhỏ, có thể viết phương trình mạch tải như sau: Trong khoảng 0 < t
Để có dòng điện tải id biến thiên một cách chu kỳ, phải thỏa mãn điều kiện: id(0) = id(T) ⎛ Us − E ⎞ id (T ) = − (1 − ε )T + ⎜ E ⎟εT + I 2 ⎝L⎠ L id (T ) = − (1 − ε )T + I1 E L ⎛ Us − E ⎞ I 2 = − (1 − ε )T + ⎜ E ⎟εT + I 2 ⎝L⎠ L