›
›

Giáo trình Điện tử công suất - Lê Văn Doanh

pdf 197 trang huongle 5581
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Điện tử công suất - Lê Văn Doanh", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfgiao_trinh_dien_tu_cong_suat_le_van_doanh.pdf

Nội dung text: Giáo trình Điện tử công suất - Lê Văn Doanh

  1.  Điện tử công suất Thành phố Hồ Chí Minh, tháng năm
  2. ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Tài liệu tham khảo • Điện tử công suất – Lê Văn Doanh • Giáo trình điện tử công suất – Nguyễn Văn Nhờ • Điện tử công suất – Nguyễn Bính dqvinh@dng.vnn.vn 0903 586 586
  3. CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU – CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 1.1 Khái niệm chung Điện tử Công suất lớn Các linh kiện điện tử công suất được sử dụng trong các mạch động lực – công suất lớn
  4. Sự khác nhau giữa các linh kiện điện tửứng dụng (điện tử điều khiển) và điện tử công suất • Công suất: nhỏ –lớn •Chức năng: điều khiển – đóng cắt dòng điện công suất lớn Các linh kiện điện tử Điều khiển Động lực công suất chỉ làm chức năng đóng cắt dòng điện – các van IC IB •Thời điểm • Công suất
  5. Transistor điều khiển: Khuyếch đại IC R U = U CE CE1 U B iC R b a C U iB UCE = U - RIC IB2 > IB1 A uCE B A IB1 > 0 E IB = 0 iE uBE I U U B2 CE1 U < 0 IB BE UCE Transistor công suất: đóng cắt dòng điện
  6. Đặc tính Volt – Ampe của van công suất lý tưởng i i b c a điều khiển u d u
  7. Đối tượng nghiên cứu của điện tử công suất •Các bộ biến đổi công suất •Các bộ khóa điện tử công suất lớn Chỉnh lưu • BBĐ điện áp BBĐ điện áp xoay chiều (BĐAX) một chiều •Biến tần (BĐXA) Nghịch lưu
  8. 1. 2. Các linh kiện điện tử công suất 1.2.1 Chất bán dẫn - Lớp tiếp giáp P - N Chất bán dẫn: Ở nhiệt độ bình thường có độ dẫn điện nằm giữa chất dẫn điện và chất cách điện Loại P: phần tử mang điện là lỗ trống – mang điện tích dương Loại N: phần tử mang điện là các electron – mang điện tích âm J + + + + - - - - PN+ + + + - - - - + + + + - - - - + + + - - - PN+ + + - - - + + + - - - Miền bão hòa -Cách điện
  9. Phân cực ngược P N + + + - - - - + + + + - - - + + + - - - Miền bão hòa -Cách điện P N + - - + + - + - Miền bão hòa - Cách điện
  10. Phân cực thuận P N + + + - - - + - + + + - - - + + + - - - Miền bão hòa -Cách điện + - i
  11. 1.2.2 Diode Cấu tạo, hoạt động uF i F Hướng thuận Anode Katode P N A K A K i Hướng ngược R uR R: reverse – ngược F: forward – thuận
  12. Đặc tính V – A i Diode lý tưởng Nhánh thuận – mở Hai trạng thái: mở – đóng IF [A] Nhánh ngược u Diode thực tế 100 – đóng Nhánh thuận – mở 50 UR [V] UF [V] U[BR] 800 400 0 1 1,5 Nhánh ngược – đóng o U : điện áp rơi trên diode T = 160 C 20 TO dU R j o rR = T = 30 C dU dI j 30 F R URRM rF = dI F điện trở ngược trong diode I [mA] URSM R điện trở thuận trong diode UBR: điện áp đánh thủng
  13. Đặc tính động của diode I •UK: Điện áp chuyển mạch L •trr: Thời gian phục hồi khả năng đóng UK S •irr: Dòng điện chuyển mạch – phục hồi - + trr Qr = irr dt : điện tích chuyển mạch ∫ Ðóng S 0 iF iF = I = F trr i 0,1 irrM O t irr Quá áp trong iR rrM iR i irr Qr uF t O Uk uR = Uk uR uRM
  14. Bảo vệ chống quá áp trong V R C Mở Đóng t O iRC uR V L irr iRC O t iL Uk irr Uk + - diL iL = irr + iRC uUL=− Rk dt
  15. Các thông số chính của diode IF [A] Điện áp: 100 •Giátrị điện áp đánh thủng UBR •Giátrị cực đại điện áp ngược lập lại: Nhánh thuận – mở 50 URRM UR [V] UF [V] •Giátrị cực đại điện áp ngược không lập U[BR] lại: URSM 800 400 0 1 1,5 Dòng điện - nhiệt độ làm việc Nhánh ngược – đóng o T = 160 C 20 j T = 30o C •Giátrị trung bình cực đại dòng điện j 30 URRM thuận: IF(AV)M I [mA] •Giátrị cực đại dòng điện thuận không URSM R lập lại: IFSM
  16. Diode thực tế: IDB30E60 – Infineon Technologies
  17. 1.2.3 Transistor lưỡng cực (BT) (Bipolar Transistor) Cấu tạo, hoạt động C C P N B B N P P N E E R R iC iC U C U C iB iB uCE uEC B B E E iE iE uBE uEB
  18. Đặc tính Volt – Ampe Miền mở bão hòa IC U = U CE CE1 U B Mở R b a U = U - RI • Đặc tính ngoài IC = f(UCE) CE C IB2 > IB1 • Đặc tính điều khiển I = f(I ) A C B A IB1 > 0 I = 0 Đóng B U IB2 UCE1 IB UBE < 0 UCE Miền đóng bão hòa
  19. a) ICE U IB = 0 BR(CE0) I CE0 UBR(CER) I CER UBR(CES) ICES UBR(CEU) ICEU O U U CE0 CES UCE U U b) CER CEU c) RB RB ICEU + - + -IB UBE -IB UBE - + - •0 Hở mạch B – E (IB = 0) •R Mạch B – E theo hình b) •S Ngắn mạch B – E (RB →0) •U Mạch B – E theo hình c)
  20. Quá trình quá độ của transistor iB IB 0.9IB 0.1IB O t td tr ts tf iC uCE 0.1IC 0.1I 0.9IC IC C O ton toff
  21. Mạch trợ giúp đóng mở Các thông số chính Điện áp: •Giátrị cực đại điện áp colector – emitor UCE0M khi IB = 0 •Giátrị cực đại điện áp emitor – bazơ UEB0M khi IC = 0 Dòng điện: Giá trị cực đại của các dòng điện IC, IB, IE (Điện tử công suất – Nguyễn Bính)
  22. Transistor thực tế - MJW3281A (NPN) – ON Semiconductor
  23. 1.2.4 Transistor trường MOSFET (Metal Oxid Semiconductor Field Effect Transistor) D D NiD N P P N N S G S G OXID OXID uGS D D iD G uDS G u GS S S
  24. Đặc tính động D CGD R iD + R on G G C + DS - C uGS S uDS off GS U - UG GS 0.9UG UG UGS(th) 0.1UG t uDS 0.9U iD 0.9U U 0.1U tr tf td(on) td(off) ton toff
  25. MOSFET thực tế - 19MT050XF – International Rectifier
  26. 1.2.5 Transistor lưỡng cực cổng cách ly - IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor C C G G E E
  27. i Đặc tính động C R C R on G G U E off uCE U G uGE 0.9U UG G u GE UGE(th) 0.1UCM t uCE iC U 0.9I CM ICT 0.1ICM ICM 0.1ICM tr tf t d(on) td(off) t on toff
  28. IGBT thực tế 1MB-30-060 – Fuji Electric
  29. 1.2.6 Thyristor Cấu tạo – Hoạt động A A A i P P i1 J1 u N N N G J2 G R P P P G i2 J3 N N iG uAK K K K
  30. Trạng thái: •Mở • Đóng u • Khóa R iR Hướng ngược i Ký hiệu G •T: Thuận uG • D: Khóa A K • R: Ngược iT iD Hướng thuận uT uD Điều kiện để mở Thyristor •UAK > 0 • Xung điều khiển đưa vào cực điều khiển. Điều kiện để đóng Thyristor Đặt điện áp ngược lên A – K
  31. Đặc tính Volt - Ampe i Thyristor lý tưởng Nhánh thuận – mở Ba trạng thái: đóng – mở – khóa u Nhánh ngược Nhánh khóa Thyristor thực tế – đóng – khóa [A] 102 UBR: điện áp ngược đánh thủng IT Nhánh thuận U : điện áp tự mở của thyristor 10 BO ID –mở UTO: điện áp rơi trên Thyristor 1 Nhánh khóa – -1 khóa IL 10 IN IH: Dòng duy trì (holding) -2 10 IG = 0 U [V] IL: Latching R I = 25 mA 10-3 G 3 2 10 10 10 1 U[BR] Các thông số chính 2 U 1 10 10 10 3 [BR] IG = 0 10-3 U[TD] UT UD [V] Tương tự như diode. -2 IG = 25 mA 10 URRM = UDRM -1 10 IR [A] Nhánh ngược – đóng
  32. Đặc tính điều khiển của thyristor: Ψ iG 40 i G IG UG[V] 2π ωt R 30 U uG (PGM)Ψ=π/12 20 (PGM)Ψ=π/6 UG=U-RIG 0 iG -40 C UGT O 1 2 IG[A] IGT 0 t
  33. Đặc tính động Tổn thất công suất khi mở thyristor Mở thyristor
  34. Khóa thyristor A uD + P J1 N O t G J2 C P uD J3 iC N iC - iC O t K
  35. Đóng thyristor toff •Bảo vệ quá áp trong •Thời gian đóng thyristor – Góc an toàn
  36. Thyristor thực tế - 22RIA SERIES – International Rectifier
  37. 1.2.7 GTO Gate Turn Off Thyristor A A P J1 N iFG G J2 J3 P N ur G iRG uFG ir (uD) (iD) iRG K uRG K
  38. Đặc tính động Mở GTO tgd tgr uD ir UD 0.9UD 0.1UD t O tgt IFG÷10Α iFG 0.2IFG O
  39. Đóng GTO tgs iT tgf uD IT=I Mạch trợ giúp 0.9IT ITQ UDP i D O t uD I tgq ttq L iT iRG O iRG uRG IRG u RG iRG uRG QGQ
  40. GTO thực tế - FG3000FX-90DA – Misubishi Electric
  41. 1.2.8 Triac Điện áp thuận Điện áp khóa Dòng điện thuận Hướng ngược Dòng điện khóa Dòng điện và điện áp cực điều khiển Dòng điện thuận Hướng thuận Dòng điện khóa Điện áp thuận Điện áp khóa
  42. Đặc tính Volt - Ampe Nhánh mở UG > 0; IG > 0 UD > 0 Nhánh khóa UG 0; IG > 0 UDR > 0 UG < 0; IG < 0 Nhánh khóa Nhánh mở
  43. Triac thực tế - 2N6344 - ON Semiconductor
  44. CHƯƠNG 2: MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN TRONG ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
  45. 2.1 Năng lượng tích lũy vào cuộn kháng và giải phóng từ cuộn kháng t0 t0 t1 ddiΨ udt=== Q(,); t t uLL L ∫ LL01 Ldt dt t0 ΨLL()tit11 () Qtt(,)=Ψ==Ψ−Ψ=− d L di () t () t Lit () it () LLLLLLL01∫∫ 1 0[] 1 0 ΨLL()tit00 ()
  46. 2.2 Nhịp và sự chuyển mạch Nhánh chính – Nhánh phụ Linh kiện ĐTCS chính – Linh kiện ĐTCS phụ Nhịp là khoảng thời gian giữa hai lần liên tiếp thay đổi trạng thái của linh kiện điện tử công suất trong mạch. Tên của nhịp là tên của linh kiện đang dẫn điện. Chuyển mạch là trạng thái điện từ xảy ra trong mạch bộ biến đổi, được đặc trưng bằng việc dòng điện trong một nhánh chuyển sang một nhánh khác trong khi dòng điện tổng chảy ra từ nút giữa hai nhánh vấn không đổi.
  47. Nhánh chính • Điện áp chuyển mạch • Chuyển mạch ngoài – Nhánh phụ Chuyển mạch tự nhiên • Chuyển mạch trong • Chuyển mạch trực tiếp NhánhNhánh chính chính • Chuyển mạch gián tiếp • Chuyển mạch nhiều tầng •Thời gian chuyển mạch – Góc chuyển mạch • Chuyển mạch tức thời
  48. 2.3 Các đường đặc tính Đặc tính ngoài (Đặc tính tải): Mối quan hệ giữa điện áp đầu ra và dòng điện đầu ra của bộ biến đổi Đặc tính điều khiển: Mối quan hệ giữa điện áp đầu ra và đại lượng điều khiển của bộ biến đổi 2.4 Hệ số công suất của bộ biến đổi P λ = Hệ số công suất PF (Power Factor) S P: Công suất hữu công S: Công suất biểu kiến
  49. P = mUI(1)cosϕ(1) m: số pha U: Giá trị hiệu dụng điện áp điều hòa của pha I(1): Giá trị hiệu dụng của thành phần bậc 1 dòng điện pha ϕ(1): Góc chậm pha của thành phần bậc 1 dòng điện pha so với điện áp S = mUI ∞ 2 2 I: Giá trị hiệu dụng dòng điện pha I = ∑ I(n) n=1 ∞∞ 2222 222222 SmUI==+∑ ()nn mUImUI (1)∑ () nn==12 2 222 222 2 222 2 2 2 S(1)== mUI (1) mUI (1)cosϕϕ (1) + mUI (1) sin (1) =+ P Q (1) mUI(1): Công suất biểu kiến của thành phần bậc 1 Q(1): Công suất phản kháng của thành phần bậc 1
  50. 222 2 SPQD=+(1) + ∞ 2 DmUI= ∑ ()n n=2 D: Công suất phản kháng biến dạng P λ ==υϕcos Hệ số công suất PF (Power Factor) 22 2 (1) PQ++(1) D I υ = (1) Hệ số méo dạng DF (Distortion Factor) I ∞ 2 ∑ I()n n=2 Độ méo dạng tổng THD (Total Harmonic Distortion) THDI = I(1)
  51. CHƯƠNG 3: THIẾT BỊ CHỈNH LƯU
  52. 3.1 KHÁI NIỆM CHUNG Chức năng: Biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều Ứng dụng Cấp nguồn cho các tải một chiều: Động cơ điện một chiều, bộ nạp accu, mạ điện phân, máy hàn một chiều, nam châm điện, truyền tải điện một chiều cao áp,
  53. 3.2 Đặc điểm của điện áp và dòng điện chỉnh lưu 3.2.1 Điện áp chỉnh lưu ud: Giá trị tức thời của điện áp chỉnh lưu – Bao gồm cả thành phần xoay chiều uσ và thành phần một chiều – Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu Ud ud = uσ +U d Số xung đập mạch của sóng điện áp chỉnh lưu: f p = σ (1) f •fσ(1): Tần số của sóng điều hòa bậc 1 thành phần xoay chiều của ud • f: Tần số điện áp lưới
  54. 3.1.2 Dòng điện chỉnh lưu id: Giá trị tức thời của dòng điện chỉnh lưu – Sóng dòng điện chỉnh lưu Id: Giá trị trung bình – Thành phần một chiều của sóng dòng điện chỉnh lưu iσ: Thành phần xoay chiều của dòng điện chỉnh lưu iiIdd=+σ Xét hệ thống chỉnh lưu – tải R,L,Eư: di uL==−+d u() RiE Ldddt − di uRiE>+⇒> u0;d > 0 dd− L dt di uRiE=+⇒= u0;d = 0 dd− L dt di uRiE<+⇒< u0;d < 0 dd− L dt
  55. • Dòng điện liên tục • Dòng điện gián đoạn • Dòng điện ở biên giới gián đoạn iiIdd=+σ Đối với giá trị trung bình – thành phần một chiều: UE− I = d − IUE≥⇒0 ≥ d R dd− Đối với thành phần xoay chiều: •Iσ(n): Giá trị hiệu dụng của sóng điều Uσ ()n hòa bậc n thành phần xoay chiều của Iσ ()n = dòng điện chỉn lưu 2 2 •U : Giá trị hiệu dụng của sóng R + ⎡⎤ω L σ(n) ⎣⎦σ ()n điều hòa bậc n thành phần xoay chiều điện áp chỉnh lưu. • ωσ(n): Tần số góc của sòng điều hòa bậc n thành phần xoay chiều. LI→∞ ⇒σ ()ndd →0 ⇒ iI = Î Dòng điện được san phẳng tuyệt đối
  56. 3.3 Chỉnh lưu hình tia m-pha – dòng liên tục LK RK Z u1
  57. 3.3.1 Chỉnh lưu hình tia không điều khiển Sơ đồ uU1 = m sinθ 2π uU=−sin(θ ) 2 m 3 4π uU=−sin(θ ) 3 m 3 θ = ωt ⎡⎤2π uUnm=−−sinθ ( n 1) ⎣⎦⎢⎥m
  58. Trong khoảng θ1 uV1 0 Î Không hợp lý Tương tự khi giả thiết V3 mở. Î V1 mở Î Nhịp V1
  59. Nhịp V1 – θ1 < θ < θ2: uuuuuuuVV1221331==−=−0; ; V uuiiddVdVV===11;;0 Iii 23 Nhịp V2 – θ2 < θ < θ3: uuuuuuuVV2112332==−=−0; ; V uuiiddVdVV===22;;0 Iii 13 Nhịp V3 – θ3 < θ < θ4: uuuuuuuVV3113223==−=−0; ; V uuiiddVdVV===33;;0 Iii 12
  60. Nhịp Vn: uuuuuuuVn==−=−0; V11 n ; Vm m n uuiidndVndVVm===;;0 Iii1 Số xung: p = m Quá trình chuyển mạch tại các thời điểm θ2: Æ Điện áp chuyển mạch là uk = u2 –u1 Tương tự tại các thời điểm θ3, θ4: điện áp chuyển mạch lần lượt là u3 –u2 và u1 –u3 Î Chuyển mạch tự nhiên
  61. 3.3.2 Chỉnh lưu hình tia có điều khiển Tín hiệu uc điều khiển Khâu phát xung
  62. Thời điểm chuyển mạch tự nhiên Góc điều khiển α: tính từ thời điểm chuyển mạch tự nhiên đến thời điểm phát xung mở thyristor. Phạm vi của góc điều khiển α: 0 ≤ α < π
  63. Giá trị trung bình điện áp chỉnh lưu ππ ++α m 2 m UUd= sinθ θ di∫ m 2π ππ −+α 2 m mU π U = m sin cosα = U cosα di π m di0 mU π U = m sin di0 π m Udi0: Giá trị trung bình điện áp chỉnh lưu không điều khiển. m = 3 333UUπ 36U UU===mmsin2 1.17 di02π 32ππ 2
  64. Các đường đặc tính Đặc tính điều khiển: Đặc tính ngoài (đặc tính tải): • Đầu ra: Ud • Đầu vào: α UUdi= di0 cosα Chế độ Chế độ chỉnh lưu nghịch lưu
  65. 3.3.3 Chế độ làm việc chỉnh lưu và nghịch lưu phụ thuộc •Chế độ làm việc chỉnh lưu π π chế độ nghịch lưu phụ thuộc 2 P = UIdd
  66. Điều kiện để có nghịch lưu phụ thuộc π • Trong tải phải có E ư ⋅>EU ⋅α > •E đảo chiều − d 2 ư
  67. Góc an toàn γ 0 ≤<−α πγ γ = ωtoff Chế độ Chế độ chỉnh lưu nghịch lưu
  68. 3.3.4 Chỉnh lưu hình tia 3 pha có diode V0 uV 0 = −ud V0 sẽ mở khi trong trường hợp không có V0 thì ud < 0 Î V0 chỉ hoạt động khi π π α ≥− 2 m
  69. Chen vào giữa các nhịp V1, V2, V3 là các nhịp V0: uudV=−0112233 =0; uuuuuu V = ; V = ; V = iidV==0 I d
  70. π π •≤−α 2 m mU π U = m sin cosα = U cosα di π m di0 mU π U = m sin di0 π m π πππ •−≤≤+α 22mm π π 1sin(−−α ) mU UdU==m sinθθ m di∫ di0 2π ππ π −+α 2sin 2 m m mU π U = m sin di0 π m
  71. Ảnh hưởng của diode V0 • Không có chế độ nghịch lưu • Diode V0 làm tăng hiệu suất của bộ chỉnh lưu UI λ = dd mUI U, I: giá trị hiệu dụng của điện áp và dòng điện pha ψ 2π II= V1 ψ =−ψ d 2π VV10m • Diode V0 làm giảm giá trị hiệu dụng thành phần xoay chiều của điện áp chỉnh lưu
  72. 3.4 Chỉnh lưu hình cầu trong chế độ dòng liên tục Thiết bị chỉnh lưu sơ đồ đấu nối hình cầu về thực chất là hai bộ chỉnh lưu hình tia mắc nối tiếp Nhóm KATODE Nhóm Nhóm ANODE Nhóm Nhóm Nhóm ANODE KATODE
  73. 3.4.1 Chỉnh lưu hình cầu 3 pha điều khiển hoàn toàn Sơ đồ
  74. • Dòng điện trong các pha: i1 = iV1 –iV4; i2 = iV3 –iV6; i3 = iV5 –iV2 •Giátrị trung bình điện áp chỉnh lưu: p = 2m UUdi= diA− U diK UUdiA= − diK mU2 π = sin cosα π m UUdi= di0 cosα 22mU π U = sin di0 π m Trong trường hợp m = 3 36U UU==2.34 di0 π
  75. •Giản đồ đóng cắt – Xung điều khiển:
  76. 3.4.2 Chỉnh lưu hình cầu bán điều khiển 36U U = cosα diA 2π 36UU 1+ cosα 36 UUUU=− ⇒ =; = diK22π di di00 di π
  77. 3.4.3 Chỉnh lưu hình cầu điều khiển hoàn toàn có diode V0 Diode V0 sẽ hoạt động khi Tác dụng: - Giảm độ nhấp nhô của điện áp và dòng điện tải - Tăng hiệu suất - Không cho phép chế độ nghịch lưu phụ thuộc U di0 ⎡ π ⎤ π π π 36U U di = 1− sin(α − ) ; ≤ α ≤ + U di0 = 2 ⎣⎢ 6 ⎦⎥ 3 2 6 π
  78. 3.4.4 Chỉnh lưu cầu một pha điều khiển hoàn toàn uU==−m sinθ u12 u U u = m sinθ 1 2 U u =−m sin(θπ ) 2 2 uuddAdK=− u ii=−=−VV14 i i V 23 i V
  79. Giá trị trung bình điện áp chỉnh lưu UUdi= di0 cosα 22U UU==0.9 di0 π
  80. 3.4.5 Chỉnh lưu cầu một pha bán điều khiển 1cos+ α UU= di di0 2 22U U = di0 π
  81. So sánh giữa hai phương án: điều khiển hoàn toàn và bán điều khiển • Đỉnh âm của sóng điện áp chỉnh lưu bị cắt Î đỡ nhấp nhô • Không thể làm việc ở chế độ nghịch lưu •Hiệu suất bộ biến đổi cao hơn.
  82. 3.5 Dòng điện liên tục và gián đoạn của chỉnh lưu p – xung 3.5.1 Thiết bị chỉnh lưu ở chế độ dòng điện gián đoạn Sự xuất hiện của dòng điện gián đoạn •Tải R: iudd≥⇒00 ≥ Trong nhịp “0”: uuudVii= 0; = •Tải R,L: URIdd=>0 Î với các α mà ở chế độ dòng liên tục Ud < 0 sẽ xuất hiện dòng điện gián đoạn Trong nhịp “0”: uuudVii= 0; = •Tải L, Eư: UEd = − Î với các α mà ở chế độ dòng liên tục Ud < Eư sẽ xuất hiện dòng điện gián đoạn Trong nhịp “0”: uEuuEdVii= −−; =− ∃θMIN;θ MAX
  83. 3.5.2 Phân tích dòng điện chỉnh lưu của chỉnh lưu p – xung, không có V0 p = 1 Î Dòng điện luôn gián đoạn Với p > 1: •Chỉnh lưu hình tia có điều khiển m – pha. p = m. Um là biên độ điện áp pha •Chỉnh lưu hình cầu điều khiển hoàn toàn m – pha. p = 2m. Um là biên độ điện áp dây (trừ trường hợp m = 1) Góc bắt đầu: •p = 1: θZ = α π π •p > 1: θ =−+α Z 2 p
  84. Tải tổng quát R, L, Eư: di Ri++=ωθ Ld E U sin (1) dmdθ − U i =−−m sin(θϕ ) d Z θθ− E ⎛⎞− Z −−− ⎜⎟1 e ωτ + R ⎜⎟ (2) ⎝⎠ θ −θ − Z ⎡⎤Um ωτ +−iedZ()θθϕ sin( Z − ) ⎣⎦⎢⎥Z ZR=+222ω L ωL ϕ = arctg R L τ = Điều kiện: i ≥ 0 R d
  85. Dòng điện gián đoạn: θMIN arcsin Um 2 idZ()0θ = Thay vào (2) U i =−−m sin(θϕ ) d Z θθ− E ⎛⎞− Z −−− ⎜⎟1 e ωτ + (3) R ⎜⎟ ⎝⎠ θ −θ U − Z −−m sin(θϕ )e ωτ Z Z
  86. U i ()0θθϕ==m sin( −− ) dKZ K θθ− E ⎛⎞− KZ −−− ⎜⎟1 e ωτ +(4) R ⎜⎟ ⎝⎠ θ −θ U − KZ −−m sin(θϕ )e ωτ Z Z Sử dụng toán số giải (4) để xác định θK với điều kiện: 2π θθ−≤ KZ p
  87. Dòng điện liên tục 2π ii()θθ=> ()0; θθ=+ dZ dK KZp Áp dụng vào (2) U 2π ii()θθ== ()m sin( θ +−− ϕ ) dZ dKZp Z 22π π ⎛⎞−− E− ⎜⎟pωτωτ⎡⎤Um p (5) −−1()sin()ei +dZθθϕ − Z − e RZ⎜⎟⎣⎦⎢⎥ ⎝⎠ Suy ra 2π 2π − sin(θϕ+−− )e pωτ sin( θϕ − ) ZZp E iiU()θθ== () −− (6) dZ dK m 2π ⎛⎞− Z Ze⎜⎟1− pωτ ⎜⎟ ⎝⎠
  88. 3.5.3 Dòng điện chỉnh lưu của chỉnh lưu p – xung, có diode V0
  89. 3.6 Hiện tượng trùng dẫn
  90. iiVV12+== iI dd ⎛⎞diVV21 di LuuK ⎜⎟− =−21 ⎝⎠dt dt uuuUkkm=−=21 sinθ π UU= 2sin biên độ điện áp dây giữa hai pha kề nhau km m m i V 2 U θ di= km sinθ dθ ∫∫V 2 2ωL 0 K α
  91. Ukm iV 2 =−()cosα cosθ 2ωLK =−Ikm ()cosαθ cos Ukm Ikm = 2ωLK IIdkm=−+⎣⎦⎡⎤cosα cos(αµ) ⎛⎞Id µ =−−arccos⎜⎟ cosααgóc trùng dẫn ⎝⎠Ikm
  92. di uuL=− V 2 dk2 dt uu+ = 12 2
  93. ud = 0 iI= km(cosα −− cosθ ) I d Ukm Ikm = ωLK I ii==km ()cosα − cosθ VV122 iiIiVV34==− dV 1 2coscosIIdkm=−+⎣⎡ α (αµ)⎦⎤ ⎛⎞2Id µ = arccos⎜⎟ cosαα−− ⎝⎠Ikm
  94. Sụt áp do trùng dẫn Udθ URIddθθ= pX pX R = k R = k θ 2π θ π •Chỉnh lưu hình tia ba pha •Chỉnh lưu cầu một pha •Chỉnh lưu cầu 3 pha
  95. Đặc tính ngoài khi xét đến sụt áp và dòng điện gián đoạn Udθ: Sụt áp do Lk. Udr = Rk.Id: Sụt áp trên Rk UdF: Sụt áp trên van
  96. Ảnh hưởng đến góc an toàn của thyristor: αM + µγ+= π Chỉnh lưu hình cầu 3 pha, tia ba pha Id cosαM =+ cos()πγ − Ikm Chỉnh lưu hình cầu một pha 2Id cosαM =+ cos()πγ − Ikm
  97. Xác định giá trị điện áp chỉnh lưu cực đại 1 UcUUUU=+++() di0 b c dM dθ M drM dFM cc: hằng số dự trữ cho điều khiển – cc = 1.04 – 1.06 b: hằng số dự trữ của lưới điện ±5% – b = 0.95
  98. 3.7 Chỉnh lưu có đảo chiều dòng điện - bốn góc phần tư Nguyên lý điều khiển: • Điều khiển riêng: Từng bộ chỉnh lưu làm việc độc lập, trong khi đóbộ chỉnh lưu còn lại không làm việc.
  99. • Điều khiển chung Xung điều khiển cùng một lúc được đưa vào cả hai bộ, trong đócómột bộ được điều khiển với góc α π/2, ở chế độ chờ. Để không có dòng ngắn mạch giữa hai bộ chỉnh lưu: UdI + UdII 0 UUdi00.cosα I+≤ di .cosα II 0 Udi0 ()cosαα I+≤ cos II 0 ααIII+≥ π
  100. Tuy nhiên: udI + udII ≠ 0 Æ dòng điện tuần hoàn Hạn chế dòng tuần hoàn: lắp thêm cuộn kháng cân bằng
  101. 3.8 Máy biến áp động lực 3.8.1 Dòng điện iS = IS(AV) + iSσ NP: số vòng dây cuộn sơ cấp NS: số vòng dây cuộn thứ cấp iP.NP = iS.NS I I = d S ( AV ) 3 Giả sử NP = NS = N
  102. I ii=−=d i 11SSσ 3 1 P iii131L = PP− Id ii=−= i iii212L =−PP 22SSσ 3 2 P iii= − I 323L PP ii=−=d i 33SSσ 3 3 P
  103. 3.8.2 Công suất biểu kiến của máy biến áp SS+ SKP==PS tN2 t tN StN: Công suất biểu kiến định mức máy biến áp SP: Công suất biểu kiến cuộn dây sơ cấp SS: Công suất biểu kiến cuộn dây thứ cấp PtN: Công suất hữu công định mức của máy biến áp Đối với máy biến áp ∆/Y 1 2/3π I IId==2 θ d Sd2π ∫ 0 3 2/3ππ 2 1 ⎛⎞222I IIdId=+=⎜⎟()2/3θθ () /3 d Pdd23π ⎜⎟∫∫ ⎝⎠02/3π
  104. SUIUISSSNSdN==33 SUIUIP ==32PPN PdN 36 Với chỉnh lưu tia ba pha: UU= di0 2π 22 SUIP==ππ SdidNdN330 22ππ SUIPP ==di0 dN dN 33 33 22π π + 3 SPP==33 1.35 tN2 dN dN
  105. 3.9 Các nguyên tắc điều khiển chỉnh lưu Xung điều khiển đưa vào thyristor lúc điện áp đặt lên thyristor dương Æ Phải biết được khi nào điện áp đặt lên thyristor dương Î Phải có điện áp đồng bộ: đồng bộ với điện áp khóa đặt lên thyristor Sơ đồ khối của khâu phát xung – bộ điều khiển: uc u i , i , i đb Khuyếch đại G1 G2 G3 Đồng bộ So sánh và p.p
  106. 3.9.1 Nguyên tắc thẳng đứng tuyến tính Điện áp đồng bộ là điện áp răng cưa α = Ku. c u UUdi== di00cosα U di cos( Ku . c ) C uđb1 uC uđb2 uC uđb3
  107. 3.9.2 Nguyên tắc arccos: Điện áp đồng bộ là một đường cosin uUđb = max cosθ uuUđbc==max cosα ⎛⎞uc ⇒=α arccos⎜⎟ ⎝⎠Umax uc UUdi== di00cosα U di Umax
  108. u Umax đb uAK uc θ α
  109. Chương 4: Bộ biến đổi và bộ khóa một chiều
  110. 4.1 Khái niệm chung – Phân loại
  111. 4.2 Bộ khóa một chiều Đóng cắt dòng điện một chiều Sơ đồ nguyên lý sử dụng GTO Đóng iG Cắt a) V iZ L R iV Z iV0 iV V0 L U iV0 0 L t iG R R 0
  112. Khi sử dụng thyristor: ĐÓNG Mở - Đóng S CẮT S OS BCM PS Đóng – Cắt Z V0 S OS S PS t
  113. 4.3 Phân loại thiết bị biến đổi một chiều 4.3.1 Phân loại theo phương pháp biến đổi Chỉnh lưu •Trực tiếp – bộ biến đổi xung Nghịch lưu có điều khiển U UZ • Gián tiếp 4.3.2 Phân loại theo chức năng biến đổi •Giảm áp – mắc nối tiếp • Tăng áp – mắc song song • Điều khiển xung giá trị điện trở 4.3.3 Phân loại theo phương pháp điều khiển •Tần số xung • Độ rộng xung • Hai giá trị
  114. 4.4 Nguyên lý làm việc của các bộ biến đổi xung 4.4.1 Bộ biến đổi giảm áp – mắc nối tiếp • Nguyên lý làm việc Nhịp S: SV0SV0S uc uZ = U uZ U iZ = iS: tăng theo đường cong iZ U S Zi hàm mũ về giá trị (U - Eư)/R Z 0 T1 T2 t iS L Năng lượng từ nguồn U, iV0 T ∆i một phần tích lũy vào Z U V0 cuộn L, phần lớn nạp i iV0 iZM R uZ S IZ iZMIN cho E , phần còn lại tiêu 0 ư t tốn trên R Nhịp S kéo dài trong khoản thời gian T1. Kết thúc khi tín hiệu “cắt” đưa vào khóa S.
  115. Nhịp V0: u = 0 Z uc SV0SV0S uZ iZ = iV0: giảm theo đường cong U iZ U hàm mũ về giá trị -Eư/R S Z Zi 0 T1 T2 t iS i L Năng lượng trước đây tích V0 T ∆iZ lũy trong cuộn L được giải U V0 u i i i phóng, phần lớn nạp cho R Z S V0 IZ iZMIN ZM 0 Eư, phần còn lại tiêu tốn t trên R Nhịp V kéo dài trong khoản thời gian T2. Kết thúc khi tín hiệu “đóng” đưa vào khóa S.
  116. •Giátrị trung bình điện áp trên tải uc SV0SV0S T1 uZ U Zi = U = zU T U iZ U S Z Zi z: tỷ số chu kỳ 0 T1 T2 t iS L iV0 T 0 z 1 ∆iZ U V0 u i i i 0 U U R Z S V0 IZ iZMIN ZM zi 0 t UE− I = Zi − z R
  117. 4.4.2 Bộ biến đổi tăng áp – mắc song song • Nguyên lý làm việc uc Nhịp S: S V0SS V0 u iV0 Z uZ = 0 Z U 0 UZi iZ = iS; tăng theo đường cong V0 L T T S 1 2 t hàm mũ, về giá trị Eư/R T iS U Năng lượng từ nguồn Eư u Z i iZ R S iV0 i được tích lũy phần lớn iZMIN ZM vào cuộn L, phần còn lại t tiêu tốn trên điện trở R Nhịp S kéo dài trong khoảng thời gian T1. Nhịp kết thúc khi tín hiệu “cắt” đưa vào S
  118. Nhịp V0: uc uZ = U S V0SS V0 u iV0 Z iZ = iV0; giảm theo đường Z U cong hàm mũ, về giá trị 0 UZi V0 L T T (Eư –U)/R < 0 S 1 2 t T Năng lượng từ nguồn E iS ư U uZ cùng với năng lượng đã i R iS i Z V0 i iZM tích lũy trong cuộn L ở ZMIN nhịp trước, tiêu tốn một t phần trên điện trở R, phần lớn còn lại được trả về nguồn U. Nhịp V0 kéo dài trong khoảng thời gian T2. Nhịp kết thúc khi tín hiệu “đóng” đưa vào S.
  119. •Giátrị trung bình điện áp trên tải uc S V0SS V0 T2 UUZi == i uZ T V0 Z U 0 UZi TT− V0 1 L T T S 1 2 t ==U T T iS U u =−1 z U Z i () iZ R S iV0 i iZMIN ZM t EU− I = − Zi z R
  120. 4.4.3 Bộ biến đổi xung giá trị điện trở iZ uc iS L L S iR S uc R U p RP U T iZ =iS+iR T1 T2 i S iR iZM iZMIN 0 t • Nguyên lý làm việc Nhịp S: iZ = iS: tăng với hệ số góc bằng U/L Nhịp S kéo dài trong khoảng thời gian T1. Kết thúc khi tín hiệu “cắt” đưa vào S.
  121. iZ iS L S iR uc Rp U T iZ =iS+iR T1 T2 i S iR iZM iZMIN 0 t Nhịp 0 iZ = iR; giảm theo đường cong hàm mũ về giá trị U/Rp. Nhịp 0 kéo dài trong khoảng thời gian T2. Kết thúc khi tín hiệu”đóng” được đưa vào S
  122. •Xác định giá trị điện trở tương đương Rei iZ iS L S iR uc Rp U T iZ =iS+iR T1 T2 i S iR iZM iZMIN 0 t U U UI T = R I 2T ⇒ I = = Z p Z 2 Z T R R 2 ei p T T R ==−RzR2 ()1 0 ≤ Rei≤ R p ei pT p
  123. 4.5 Bộ chuyển mạch 4.5.1 Mạch LC V iV C S uC(0)=0 uC i 2U t = 0 t = 0 uC uC(0) L i U i U C uC L 0 i uC C O t t 1 t di Uu− (0) u (0) + idt + L = U itit=+C sinω (0)cosω C ∫ vv C 0 dt L C 1 ω tần số góc của mạch LC ωv = v: LC
  124. 1 t uu=+(0) idt = CC C ∫ 0 L =+Uu[](0) − U cosω t + i (0)sinω t CvC v
  125. 4.5.2 Phân tích bộ chuyển mạch của bộ biến đổi xung áp iV1 i iZ uc V1 C u iC V1 uC V2 iZ Z S Z iS L iV0 L1 V3 V0 U uZ U V0 R uZ
  126. T T1 T2 iV1 i iZ V0 V1 V2 V0 V1 V1 C V3 i uV1 Q u C K1U K C V2 Z uZ U t2 L1 V3 0 t1 t3 t4 t5 t6 t7 V0 t U uZ uC iC U 0 -K1U Nhịp V0 – (0, t1) iZ = iV0, uV0 = 0, uZ = 0 t0V1 iV1 Giả thiết uC = U U IZ 0 uV1 uV2 = 0; uV1 = U t0V2 uV2 iV2 i = i = i =0 C V1 V2 K1U 0 U iV0 iZ iV2 IZ 0 t
  127. T T1 T2 iV1 i iZ V0 V1 V2 V0 V1 V1 C V3 i uV1 Q u C K1U K C V2 Z uZ U t2 L1 V3 0 t1 t3 t4 t5 t6 t7 V0 t U uZ uC iC U 0 Nhịp V1, V3 (t1, t3) -K1U Tại t1 đưa xung điều khiển mở V1 t0V1 uZ = U; uV0 = -uZ = -U Æ V0 đóng lại iV1 iZ = iV1 U IZ 0 uV1 t0V2 uUCv=−cosω ( tt1 ) uV2 iV2 K1U −U 0 U ittCv=−sinω (1 ) L iV0 iZ iV2 C IZ 0 t
  128. T T1 T2 iV1 i iZ V0 V1 V2 V0 V1 V1 C V3 i uV1 Q u C K1U K C V2 Z uZ U t2 L1 V3 0 t1 t3 t4 t5 t6 t7 V0 t U uZ uC iC U 0 -K1U uV1 = 0 t iV1 = IZ -iC 0V1 u = -u V2 C i i = 0 V1 V2 U IZ 0 uV1 Tại t = t3, dòng iC = 0; V3 đóng lại t0V2 uV2 iV2 K1U u (t ) = -K U; K = 0.7 – 0.9 0 C 3 1 1 U iV0 iZ iV2 IZ 0 t
  129. T T1 T2 iV1 i iZ V0 V1 V2 V0 V1 V1 C V3 i uV1 Q u C K1U K C V2 Z uZ U t2 L1 V3 0 t1 t3 t4 t5 t6 t7 V0 t U uZ uC iC U 0 -K1U Nhịp V1 (t3, t4) Tất cả các đại lượng giữ nguyên giá trị t0V1 tại thời điểm t = t3 iV1 U IZ 0 uV1 t0V2 uV2 iV2 K1U 0 U iV0 iZ iV2 IZ 0 t
  130. T T1 T2 iV1 i iZ V0 V1 V2 V0 V1 V1 C V3 i uV1 Q u C K1U K C V2 Z uZ U t2 L1 V3 0 t1 t3 t4 t5 t6 t7 V0 t U uZ uC iC U 0 -K1U Nhịp V2 (t4, t6) Tại t = t4 đưa xung điều khiển vào V2 – mở V2 t0V1 uV2 = 0 iV1 U Điện áp ngược trên C đặt lên V1 Æ đóng V1 IZ 0 t uV1 1 t0V2 iI=⇒= uut() + Idt uV2 CZ CC4 C ∫ Z iV2 t K1U 4 0 I U Z iV0 =−−()tt41 KU i C iZ V2 IZ 0 t
  131. T T1 T2 iV1 i iZ V0 V1 V2 V0 V1 V1 C V3 i uV1 Q u C K1U K C V2 Z uZ U t2 L1 V3 0 t1 t3 t4 t5 t6 t7 V0 t U uZ uC iC U 0 -K1U Nhịp V2 (t4, t6) iV2 = IZ t0V1 uV1 = uC i iV1 = 0 V1 U IZ uZ = U – uC = -uV0 0 uV1 Tại t = t6, uZ = 0 Æ V0 mở, V2 đóng lại t0V2 uV2 Î Bắt đầu nhịp V0 iV2 K1U u (t ) = 0 Æu = U 0 Z 6 C U iV0 iZ iV2 IZ 0 t
  132. Nạp điện cho tụ C khi bắt đầu làm việc •Mở V2 trước • Đóng tụ C trực tiếp vào nguồn U qua một điện trở hạn chế dòng Xác định các thông số C và L •V1 sử dụng khoảng (t4, t5) để phục hồi khả năng khóa Æ (t5 –t4)MIN = toffV1 KUC1 ItZM offV1 ()tt54−= ⇒= C IKUZ 1 •V2 sử dụng khoảng (t1, t2) để phục hồi khả năng khóa Æ (t2 –t1)MIN = toffV2 2 Tv π 4toffV 2 ()tt21−= = LCL ⇒= 42 π 2C
  133. 4.6 Nguyên tắc điều khiển bộ biến đổi xung áp • Độ rộng xung – thay đổi T1 •Tần số xung – thay đổi T • Hai giá trị 4.6.1 Nguyên tắc điều khiển độ rộng xung Giữ nguyên f = 1/T, thay đổi T 1 TT1 T2 u cM uP uc M uc BÐK BCM Đ 0 t Đ C
  134. 4.6.2 Nguyên tắc điều khiển tần số xung Giữ nguyên T1, thay đổi T M uc BÐK BCM Đ f = 1/T Khâu M phát xung Đ Trễ T1
  135. 4.6.3 Nguyên tắc điều khiển hai giá trị u Ð uc i1 ∆iZ M t ui2 iZM iZMIN I'Z=IZ BCM Z iZ 0 V0 iZ ui1 uc ui1 ui2 M uc > 0 uc ui2 ui1 ui2 uc < 0 Ð Bộ phát xung đóng vai trò của một bộ điều khiển dòng điện
  136. 4.7 Các bộ biến đổi xung nhiều góc phần tư
  137. 4.7.1 Bộ biến đổi hai góc phân tư đảo chiều dòng điện V iZ S1 S2 Z U V0 uZ
  138. 4.7.2 Bộ biến đổi hai góc phân tư đảo chiều điện áp V2 V2 S1S2 V1 S1S2 V1 S1 V1 i iZ Z Z uZ U 0 t V2 S2 uZ T1 T2 T T −T U = U 1 2 = U (2z −1) Zi T z > 0.5 Æ Uzi > 0 z < 0.5 Æ Uzi < 0
  139. 4.7.3 Bộ biến đổi bốn góc phân tư V4 V2 V2 S1S2 V3 S1S2 V1 S3S4 V1 S3S4 iZ V1 V3 S1 S3 t 0 iZ uZ Z V3 V1 V1 S1S2 S1S2 S3 S3S4 S3 S3S4 uZ S1 U V2 S4 S2 iZ uZ V4 t 0
  140. Chương 5: Thiết bị nghịch lưu
  141. 5.1 Khái niệm chung – Phân loại Biến đổi năng lượng điện một chiều thành năng lượng điện xoay chiều Phân loại • Theo số lượng pha: -Một pha - Ba pha -Nhiều pha • Theo sơ đồ - Hình cầu - Hình tia • Theo đặc điểm nguồn -Nguồn áp -Nguồn dòng
  142. 5.2 Sơ đồ nguyên lý S1S2 S3S4 S1 S2 uZ S1 S3 R 0 uZ θ = ωt U S4 S2 Sơ đồ nguyên lý nghịch lưu cầu một pha uZ S1 S2 S1 S2 S1 Ud S1 Ud R Ud O θ = ωt uZ Ud R S2 uZ Sơ đồ nguyên lý nghịch lưu tia và bán cầu một pha
  143. S1 S2 S3 S1 S3 S5 S4 S5 S6 π 3 S4 S6 S2 Ud uZ1 Ud 2 123 θ = ωt uZ1 uZ2 uZ3 uZ2 Nghịch lưu cầu ba pha tải thuần trở uZ3
  144. 5.3 Nghịch lưu áp • Mang tính chất nguồn áp: tạo ra điện áp xoay chiều. Dòng điện đầu ra phụ thuộc vào tải. • Đầu vào của nghịch lưu áp là nguồn điện áp một chiều 5.3.1 Dòng công suất hữu công và phản kháng P = UdId P = Ud.Id p = Ud.id P > 0 Æ Id > 0: c.độ nghịch lưu p1 P < 0 Æ Id < 0: c.độ chỉnh lưu 1 Z1 -i S d p m 2 2 Z2 p = U d id = pn VR ∑ i p3 n=1 d 3 Ud Z3
  145. 5.3.2 Nghịch lưu áp cầu một pha i d S1 S3 VR1 VR3 iS1 i iVR1 Z Z L R S4 S2 uZ Ud VR4 VR2 Ψ: Góc dự kiến đóng các bộ khóa ΨS: Góc thông dòng của các bộ khóa ΨR: Góc thông dòng của các diode ngược
  146. S1,S2 VR1,VR2 S1,S2 S3,S4 VR3,VR4 ΨR ΨS Ψ S1 iZ uZ Z θ = ωt Ud U S2 O d -Ud 2π VR3,VR4 Ud/R iZ VR3 O Z -U /R d iZ VR4 i = i i = i S1 S2 VR3 VR4 S3,S4 S3 O iZ i = i i = i S3 S4 VR1 VR2 Z Id S4 O
  147. 5.3.3 Nghịch lưu áp tia một pha Ψ = π •Nhịp S1: uZ = ua = Ud iS1 = id = iZ tăng theo đường cong hàm mũ
  148. •Nhịp VR2: Ngắt xung điều khiển đưa vào S1. Do ảnh hưởng của L trong tải, dòng điện trong cuộn thứ cấp và qua đó dòng trong cuộn sơ cấp vẫn giữ chiều cũ. Dòng trong cuộn sơ cấp chảy qua VR2 và qua nửa phải của cuộn sơ cấp. uZ = ub = -Ud iVR2 = -id = iZ giảm theo đường cong hàm mũ Nhịp VR2 kết thúc khi dòng iVR2 giảm về giá trị 0
  149. •Nhịp S2: Xung điều khiển đưa vào S2 ngay sau khi ngắt S1. Khi VR2 đóng, dòng sẽ chảy qua S2. Điện áp trên tải vẫn không đổi, tuy nhiên dòng iZ sẽ đảo chiều uZ = ub = -Ud iS2 = id = -iZ tăng theo đường cong hàm mũ với chiều ngược lại Nhịp S2 kết thúc khi ngắt xung điều khiển đưa vào S2 và bắt đầu đưa xung điều khiển vào S1
  150. •Nhịp VR1: Ngắt xung điều khiển đưa vào S2. Do ảnh hưởng của L trong tải, dòng điện trong cuộn thứ cấp và qua đó dòng trong cuộn sơ cấp vẫn giữ chiều cũ. Dòng trong cuộn sơ cấp chảy qua VR1 và qua nửa trái của cuộn sơ cấp. uZ = ua = Ud iVR1 = -id = -iZ tăng theo đường cong hàm mũ Nhịp VR1 kết thúc khi dòng iVR1 tăng lên giá trị 0
  151. 5.3.4 Nghịch lưu áp cầu ba pha
  152. π < Ψ ≤ π 3
  153. • S1, S5, S6 1 3 Z uZ1 = uZ3 = Ud/3 uZ1 uZ3 uZ2 = -2Ud/3 Ud uZ2 2
  154. • S1, S2, S6 1 uZ1 = 2Ud/3 uZ1 uZ2 = uZ3 = -Ud/3 Ud uZ2 uZ3 2 3
  155. • S1, S2, S3 12 Z uZ1 = uZ2 = Ud/3 uZ1 uZ2 uZ3 = -2Ud/3 Ud uZ3 3
  156. • S2, S3, S4 2 uZ2 = 2Ud/3 uZ2 uZ1 = uZ3 = -Ud/3 Ud uZ1 uZ3 1 3
  157. • S3, S4, S5 23 Z uZ2 = uZ3 = Ud/3 uZ2 uZ3 uZ1 = -2Ud/3 Ud uZ1 1
  158. • S4, S5, S6 3 uZ3 = 2Ud/3 uZ3 uZ1 = uZ2 = -Ud/3 Ud uZ1 uZ2 1 2
  159. Ψ= π Æ ΨS + ΨR = Ψ = π Ψ Ψ TẢI
  160. 5.3.5 Điều khiển nghịch lưu áp cầu 3 pha Nguyên tắc thay đổi tần số xung • Độ lớn: Ud •Tần số: tần số phát xung vào các bộ khóa u c Phát xung Phân phối Khuyếch đại xung xung Nguyên tắc điều biến độ rộng xung - PWM • S1, S3, S5 • S2, S4, S6 ĐIỆN ÁP RĂNG CƯA ĐiỆN ÁP ĐIỀU KHIỂN uZ1 = uZ2 = uZ3 = 0
  161. 5.4 Nghịch lưu dòng 5.4.1 Hai chức năng của bộ chuyển mạch trong nghịch lưu dòng • Đặt điện áp ngược lên thyristor, đóng thyristor. • Tham gia vào quá trình chuyển mạch
  162. 5.4.2 Nghịch lưu dòng một pha Giả sử V1, V2 mở, dòng điện qua tải iZ = Id Điện áp trên các tụ uC1 < 0, uC2 < 0. Muốn đóng V1, V2: mở V11, V12. Dòng iZ = Id chảy qua V11, C1, C2, V12 Æ điện áp trên các tụ đảo chiều. Trong thời gian điện áp trên các tụ còn <0, V1 và V2 phục hồi khả năng khóa. Bộ chuyển mạch thực hiện chức năng thứ nhất. Xung điều khiển được đưa vào V3, V4, cùng với V11 và V12, tuy nhiên chưa mở do uV3 = uC1 + uZ <0, uV4 = uC2 + uZ < 0.
  163. Đối với tải L: uV3 = uC1, uV4 = uC2 Æ V3, V4 mở khi uC1 = uC2 = 0 Dòng điện chảy qua V11, C1, Z, C2, V12 giảm dần. Dòng điện chảy qua V3, Z, V4 tăng dần. Bộ chuyển mạch thực hiện chức năng thứ hai Quá trình chuyển mạch kết thúc khi iV3 = iV4 = -iZ = Id
  164. 5.4.3 Nghịch lưu dòng 3 pha • Thyristor chính: V1, V2, , V6 •Tụ chuyển mạch: C13, C35, , C 26, C24 • Diode phân cách: V11, V12, , V16. Ψ=1200 V1 V2 V3 V4 V5 V6 iZ1 Id -Id iZ2 iZ3
  165. •Nhịp V1, V2, V11, V12 iZ1 = Id; iZ2 = 0; iZ3 = -Id uC13 > 0 uV3 = uC13 > 0: V3 đang ở trạng thái khóa •Nhịp V3, V11, V2, V12 Đưa xung điều khiển mở V3. uC13 đóng V1. Dòng Id chảy qua V3, C13, song song với C13 là C35 và C15, V11, vào pha 1. uV13 = uZ12 –uC13 < 0 V13 vẫn đóng. Id sẽ đảo chiều điện áp trên C13. Bộ chuyển mạch thực hiện chức năng thứ 1
  166. •Nhịp V3, V11, V13, V2, V12 Khi uV13 = uZ12 –uC13 = 0 V13 mở Dòng chảy qua V3 và V13 vào pha 2. Quá trình chuyển mạch: dòng chảy vào pha 1 giảm dần, dòng chảy vào pha 2 tăng dần. Bộ chuyển mạch thực hiện chức năng thứ 2: tham gia vào quá trình chuyển mạch Quá trình chuyển mạch kết thúc khi dòng chảy vào pha 1 giảm về 0 và dòng chảy vào pha thứ 2 bằng Id. Î Chuyển sang nhịp V3, V13, V2, V12
  167. 5.4.4 Điều khiển nghịch lưu dòng
  168. Chương 6: Thiết bị biến tần
  169. 6.1 Khái niệm chung – Phân loại Dùng để biến đổi năng lượng điện xoay chiều bằng cách thay đổi tần số • Phân loại theo số lượng pha -Một pha - Ba pha - m-pha • Phân loại theo sơ đồ -Trực tiếp - Gián tiếp + Nguồn áp + Nguồn dòng
  170. 6.2 Biến tần trực tiếp Biến đổi trực tiếp điện áp xoay chiều thành điện áp xoay chiều có tần số khác
  171. T TT=+2( n − 1) 1 n: số nửa chu kỳ điện áp đầu vào 21 p để tạo nên nửa chu kỳ điện áp đầu ra fT21 p TT11 == Tpn2 =+[]2( − 1) = q fT12 p+ 2( n− 1) p p
  172. TT Đối với biến tần 3 pha: Tpn=+[]2( − 1) 11 = q 2 p p Tần số điện áp đầu ra f2 < 25Hz và không thể điều khiển vô cấp Î Biến tần trực tiếp ít được sử dụng
  173. 6.3 Biến tần gián tiếp 6.3.1 Biến tần nguồn áp UdII > 0 CHỈNH LƯU NGHỊCH LƯU ÁP Cf, Lf: mạch lọc Mạch lọc cùng với chỉnh lưu tạo thành nguồn áp một chiều đầu vào của nghịch lưu áp •UdI > 0 •IdI > 0 Cf: nhận dòng phản kháng. Î PI > 0 Công suất không thể đảo chiều Nguyên tắc điều khiển: • Nguyên tắc điều khiển tần số xung: f2: tần số xung phát vào nghịch lưu U2: sử dụng chỉnh lưu có điều khiển, hoặc sử dụng chỉnh lưu không điều khiển và bộ biến đổi xung áp • Nguyên tắc PWM – chỉnh lưu chỉ cần là không điều khiển.
  174. 6.3.2 Biến tần nguồn dòng Lf: Mạch lọc Chỉnh lưu và mạch lọc phải có tính chất nguồn dòng một chiều NGHỊCH LƯU DÒNG •Id > 0 CHỈNH LƯU •UdI > 0 hoặc < 0 Î Công suất có thể đảo chiều Nguyên tắc điều khiển: f2: tần số xung phát vào nghịch lưu I2: sử dụng chỉnh lưu có điều khiển.
  175. Chương 7 Bộ khóa xoay chiều và thiết bị biến đổi điện áp xoay chiều
  176. 7.1 Khái niệm chung – Phân loại Bộ khóa xoay chiều: đóng, cắt dòng xoay chiều Thiết bị biến đổi điện áp xoay chiều: thay đổi giá trị điện áp xoay chiều • Phân loại theo số lượng pha -Một pha - Ba pha - m-pha • Phân loại theo sơ đồ - Cơ bản -Tiết kiệm • Phân loại theo phương pháp điều khiển - Điều khiển hoàn toàn - Bán điều khiển
  177. 7.2 Bộ khóa xoay chiều 7.2.1 Bộ khóa xoay chiều một pha ĐÓNG di Ri +ωL Z = u = U sinθ NGẮT Z dθ m θZ: góc bắt đầu iz(θz) = 0 ωL ZR=+222ωϕ L;arctan = R R UU−−()θθZ ie=−−mmsin(θ ϕθϕ )ωL sin( − ) ZzZZ f2(θ) f1(θ)
  178. ĐÓNG NGẮT
  179. 7.2.2 Bộ khóa xoay chiều ba pha Gồm 3 bộ khóa 1 pha
  180. 7.3 Thiết bị biến đổi điện áp xoay chiều 7.3.1 Thiết bị biến đổi điện áp xoay chiều một pha Tải thuần trở R
  181. Tải R, L: •Khi ϕ < α < π θZ = α U i =−−m sin(θϕ ) Z Z R U −−()θα −−m e ωL sin(α ϕ ) Z • Khi 0 < α < ϕ Không điều khiển được điện áp. Thiết bị làm việc như bộ khóa xoay chiều
  182. Tải L •Khi π/2 < α < π ϕ = π/2 U i =−m (cosα cosθ ) Z ωL •Khi 0 < α < π/2 Không điều khiển được điện áp. Thiết bị làm việc như bộ khóa xoay chiều
  183. 7.3.2 Thiết bị biến đổi điện áp xoay chiều ba pha Gồm có ba bộ biến đổi điện áp xoay một pha mặc với nhau
  184. CHƯƠNG 8: BẢO VỆ VÀ ĐIỀU KHIỂN CÁC THIẾT BỊ BIẾN ĐỔI
  185. 8.1 Bảo vệ các phần tử điện tử công suất 8.1.1 Công suất tổn thất và làm mát ∆=∆+∆≈∆P pp121 p ∆P Công suất tổn thất ∆p1 Công suất tổn thất chính ∆p2 Công suất tổn thất phụ 2 ∆=P UITAVF0( ) + RI
  186. Nhiệt độ mặt ghép TTRPjath=+∆ RRRRth=++ jv vr ra Tj Nhiệt độ mặt ghép Ta Nhiệt độ không khí môi trường Rjv Điện trở nhiệt giữa mặt ghép và vỏ linh kiện bán dẫn Rvr Điện trở nhiệt giữa vỏ và cánh tản nhiệt Rra Điện trở nhiệt giữa cánh tản nhiệt và không khí môi trường Làm mát: • Cánh tản nhiệt • Cánh tản nhiệt + quạt gió • Cánh tản nhiệt + nước • Ngâm trong dầu biến thế
  187. 8.1.2 Bảo vệ dòng điện Cầu chì: • CC phải chịu được dòng làm việc định mức của thiết bị •Nhiệt dung chịu đựng của CC phải nhỏ hơn nhiệt dung của thiết bị cần 2 2 bảo vệ Æ nhiệt lượng (I t)CC < (I t)TB • Điện áp hồ quang của CC phải tương đối lớn Æ Giảm nhanh dòng điện và tiêu tán năng lượng trong mạch. •Khi CC đứt, điện áp phục hồi phải đủ lớn Æ Không làm cho hồ quang cháy lại giữa hai cực của cầu chì Lắp đặt: có nhiều cách •Từng pha của cuộn dây sơ cấp hoặc thứ cấp MBA •Nối tiếp với từng van •Nối tiếp với từng nhóm van mắc song song • Đầu ra của thiết bị biến đổi
  188. 8.1.3 Bảo vệ quá áp Quá áp trong Sự tích tụ điện tích trong các lớp bán dẫn (quá trình động của diode và thyristor) Î Bảo vệ bằng mạch R – C đấu song song với diode hoặc thyristor Quá áp ngoài Cắt không tải MBA trên đường dây, CC bảo vệ nhảy, sấm sét, Î Bảo vệ bằng mạch R – C mắc giữa các pha thứ cấp của MBA động lực • R 10 – 1000 Ω • C 0.01 – 1 µF
  189. 8. 2 Điều khiển các thiết bị biến đổi 8.2.1 Khuyếch đại thuật toán Khuyếch đại đảo R2 uurv=− R1 Mạch so sánh ⎧−>Uuucc − + ur = ⎨ ⎩+>Uuucc + −
  190. Mạch tích phân 1 uudt=− rvRC ∫ Mạch vi phân R C - ur duv uRCr =− + dt
  191. 8.2.2 Mạch tạo xung chuẩn sử dụng IC 555
  192. tCRRtCR11222= 0.693 (+= ); 0.693 Tttt==12 + =0.693 CRR ( 1 + 2 2 ) Mạch lật đơn sử dụng IC 555 TRC=1.1 1 − V 3 cc