Bài giảng Điện tử công suất 1 - Chương 3: Bộ biến đổi điện áp xoay chiều - Phan Quốc Dũng

Nội dung text: Bài giảng Điện tử công suất 1 - Chương 3: Bộ biến đổi điện áp xoay chiều - Phan Quốc Dũng

1. CHƯƠNG 3 BỘ BI ẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHI ỀU
2. CH ƯƠ NG 3 Chức năng : Dùng để điều khiển trị hiệu dụng điện áp xoay chiều ngõ ra bộ biến đổi có nguồn ngõ vào có dạng điện áp xoay chiều không đổi. ~ AC ~ AC BB Đ
3. CH ƯƠ NG 3 Ứng dụng: -Các thiết bị nhiệt điện (lò điện, thiết bị tiêu thụ nhiệt điện trong gia đình) -Đóng ngắt đèn và điều khiển độ sáng (trên sân khấu, đèn quảng cáo ) -Các động cơ không đồng bộ công suất nhỏ và trung bình (truyền động của các máy quạt, máy bơm, máy xay) -Các truyền động nhỏ với các động cơ vạn năng công suất nhỏ (dụng cụ điện cầm tay, máy sấy, máy trộn) -Hệ thống bù nhuyễn công suất phản kháng
4. CH ƯƠ NG 3 Phân loại : 1. Theo số pha: 1 pha 3 pha m pha 2. Theo dạng mạch: Cơ bản (đối xứng) Tiết kiệm (không đối xứng) 3. Nguyên tắc điều khiển bộ biến đổi: Điều khiển pha Điều khiển theo thời gian
5. CH ƯƠ NG 3 Các loại khoá xoay chiều bán dẫn:
6. CH ƯƠ NG 3 Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải R,L,RL 2. Phân tích : - Xác định các khoảng dẫn linh kiện - Thiết lập phương trình áp và dòng - Vẽ các giản đồ - Các hệ quả
7. CH ƯƠ NG 3 Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải R 1. Sơ đồ :
8. CH ƯƠ NG 3 Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải R 1. Trạng thái 0: [0 α] = = u z 0;iz 0; = = ω > = uV1 u U m sin t 0;iV1 0; = − = − ω < = uV 2 uV1 U m sin t 0;iV 2 0;
9. CH ƯƠ NG 3 Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải R 2. Trạng thái V 1: [α - π] = = = ω uV1 0;u z u U m sin t; u i = i ;i = z ; V1 z z R = = uV 2 0;iV 2 0;
10. CH ƯƠ NG 3 Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải R 3. Trạng thái 0: [ π π+α ] = = uz 0;iz 0; = = ω = uV 2 uV1 U m sin t 0;iV 2 0;
11. CH ƯƠ NG 3 Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải R 4. Trạng thái V 2: [π+α 2 π ] = = = ω uV 2 0;u z u U m sin t; u i = −i ;i = z ; V 2 z z R = = uV1 0;iV1 0;
12. CH ƯƠ NG 3 Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải R
13. CH ƯƠ NG 3 Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải R Trị hiệu dụng điện áp trên tải : π 1 α sin 2α U = U 2 (sin ωt)2 d(ωt) = U. 1− + z π ∫ m π π α 2
14. CH ƯƠ NG 3 Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải R Trị hiệu dụng dòng tải : α sin 2α U ⋅ 1− + U π π I = z = 2 z R R
15. CH ƯƠ NG 3 Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải R Hệ số công suất nguồn : U 2 P z U α sin 2α λ = z = R = z = 1− + π π S U.I z U 2
16. CH ƯƠ NG 3 Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải R Đặc tuyến điều khiển trị hiệu dụng điện áp tải và hệ số công suất 250 200 150 100 50 Dien ap tai uz, [V] [V] uz, uz, tai tai ap ap Dien Dien 0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 Goc dieu khien alpha, [rad] 1 0.8 0.6 0.4 0.2 He so cong suat lamda lamda suat cong so He 0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 Goc dieu khien alpha, [rad]
17. CH ƯƠ NG 3 Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải L 1. Trạng thái 0: = = u z 0;iz 0; = = ω > = uV1 u U m sin t 0;iV1 0; = − = − ω < = uV 2 uV1 U m sin t 0;iV 2 0;
18. CH ƯƠ NG 3 Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải L 2. Trạng thái V1: = = = ω uV1 0;u z u U m sin t; = iV1 iz ; = = uV 2 0;iV 2 0; Ph ươ ng trình dịng điện : di U ωt U L z = U sin ωt ⇒ i = m sin ω dt ()ωt = m ()cos α − cos ωt m z ω ∫ ω dt L α L
19. CH ƯƠ NG 3 Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải L Gi ản đồ áp t ải và dịng t ải
20. CH ƯƠ NG 3 Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải L Gi ản đồ áp và dịng linh ki ện
21. CH ƯƠ NG 3 Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải L Trị hiệu dụng áp tải : Khi góc điều khiển α > π/2 π −α 1 2  α sin ()2α  U = U 2 ()()sin ωt 2 d ωt = U 21− +  z π ∫ m π π α  2  π −α 1 2 U  α  3sin ()2α I = i 2d()ωt = 21− ()1+ 2cos 2 α + z π ∫ z ω π π α L  
22. CH ƯƠ NG 3 Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải RL Góc tới hạn ϕ là góc điều khiển mà dòng điện tải ở ranh giới giữa chế độ dòng điện gián đoạn và dòng liên tục. Với tải RL, góc tới hạn cho bởi hệ thức: ω.L ϕ = arctg R 0 ≤ α ≤ ϕ : Dòng tải i z liên tục, u z=u; Uz =U (không đổi). ϕ ≤ α ≤ π : Dòng tải gián đoạn, trị hiệu dụng Uz thay đổi
23. CH ƯƠ NG 3 Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải RL Phân tích trường hợp dòng tải gián đoạn: a) Trạng thái 0: Ta có các phương trình áp và dòng: = = u z 0;iz 0; = = ω > = uV1 u U m sin t 0;iV1 0; = − = − ω < = uV 2 uV1 U m sin t 0;iV 2 0;
24. CH ƯƠ NG 3 Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải RL b) Trạng thái V1: = = = ω uV1 0;u z u U m sin t; = iV1 iz ; = = uV 2 0;iV 2 0; Phương trình dòng tải: di Ri + L z = U sin ωt z dt m ω −α U  − t  ⇒ = m ()()ω −ϕ − α −ϕ ⋅ ωτ iz sin t sin e  R2 + ()ωL 2  
25. CH ƯƠ NG 3 Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải RL b) Trạng thái V1: với ϕ là góc tới hạn, τ = L/R – thời hằng α điện. Dòng tải i z tăng dần từ thời điểm , đạt giá trị cực đại. ω β Sau đó giảm về 0 ở t = , V1 ngắt ở thời điểm này c) Trạng thái 0: [β π+α] = = u z 0;iz 0; = = ω = uV 2 uV1 U m sin t 0;iV 2 0; ω π α Ở thời điểm t = + , tín hiệu kích I G2 > 0 ⇒ Thyristor V2 đóng
26. CH ƯƠ NG 3 Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải RL d) Trạng thái V2: [β π+α] = = = ω uV 2 0;u z u U m sin t; = − iV 2 iz ; = = uV1 0;iV1 0;
27. CH ƯƠ NG 3 Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải RL
28. CH ƯƠ NG 3 Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải RL
29. CH ƯƠ NG 3 Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải RL
30. CH ƯƠ NG 3 Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải RL Hệ quả: Trị hiệu dụng điện áp trên tải RL cho bởi hệ thức: ψ sin 2α − sin 2β U = U. + z π 2π với ψ là góc dẫn của thyristor và β là góc tắt của thyristor.
31. CH ƯƠ NG 3 Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải RL Gọi I z là trị hiệu dụng dòng điện qua tải RL. Công suất tiêu thụ của tải: 2 Pz=R.I z Công suất của nguồn xoay chiều: S=U.I=U.I z Hệ số công suất của nguồn: R.I U λ = P = z = R S U U
32. CH ƯƠ NG 3 Bộ biến đổi áp xoay chiều ba pha : Tải R,L,RL 1. Các sơ đồ
33. CH ƯƠ NG 3 Bộ biến đổi áp xoay chiều ba pha : Tải R,L,RL 1. Các sơ đồ
34. CH ƯƠ NG 3 Bộ biến đổi áp xoay chiều ba pha : Tải R,L,RL
35. CH ƯƠ NG 3 Bộ biến đổi áp xoay chiều ba pha : Tải R,L,RL
36. CH ƯƠ NG 3 Bộ biến đổi áp xoay chiều ba pha : Tải R,L,RL
37. CH ƯƠ NG 3 Các phương pháp điều khiển 1. Điều khiển pha : Tương tự điều khiển bộ chỉnh lưu SCR
38. CH ƯƠ NG 3 Các phương pháp điều khiển 2. Điều khiển theo số nguyên lần chu kỳ :
39. CH ƯƠ NG 3 Ví dụ: Cho bộ biến đổi điện áp xoay chiều một pha, nguồn áp xoay chiều , [V]. Chiều dương qui ước của áp tải và dòng tải như nhau sao cho thuận chiều dòng dẫn qua Thyristor V1. Ω α 0 Tải gồm R=10 . Góc điều khiển các Thyristor = 120 . 1.Vẽ giản đồ u z và i z; 2.Tính góc dẫn của một SCR trong một chu kỳ áp nguồn; 3.Tính trị hiệu dụng áp tải và dòng tải Uz, Iz 4.Tính giá trị cực đại của dòng tải ; 5.Nếu mắc nối tiếp với tải R một cuộn cảm có giá trị L=0.1H và giả sử xung điều khiển có dạng chuỗi xung với giá trị góc kích α = π/3 [rad]. Kết luận gì về tính chất liên tục của dòng điện tải ?