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

Transcript

1 ĐIỆN TỬ CÔNG SẤT 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

2 CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦ CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ CÔNG SẤT 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

3 Sự khác nhau giữa các linh kiện điện tử ứng 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 Điều khiển Động lực I C Các linh kiện điện tử công suất chỉ làm chức năng đóng cắt dòng điện các van I B Thời điểm Công suất

4 Transistor điều khiển: Khuyếch đại I C R i C CE = CE1 R B i B u BE B C E u CE i E b a A A CE = - RI C I B2 > I B1 I B1 > 0 I B = 0 I B I B2 CE1 BE < 0 CE Transistor công suất: đóng cắt dòng điện

5 Đặc tính Volt Ampe của van công suất lý tưởng i i b điều khiển c d a u u

6 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 xoay chiều (BĐAX) Biến tần BBĐ điện áp một chiều (BĐXA) Nghịch lưu

7 1. 2. Các linh kiện điện tử công suất 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 P N P N Miền bão hòa -Cách điện

8 Phân cực ngược P N Miền bão hòa -Cách điện P N Miền bão hòa - Cách điện

9 Phân cực thuận P N Miền bão hòa -Cách điện + - i

10 1.2.2 Diode Cấu tạo, hoạt động u F Anode A P N Katode K A Hướng ngược i F u R i R Hướng thuận K R: reverse ngược F: forward thuận

11 Đặc tính V A Diode lý tưởng Hai trạng thái: mở đóng Diode thực tế I F [A] Nhánh thuận mở Nhánh ngược đóng i Nhánh thuận mở u [BR] R [V] F [V] ,5 Nhánh ngược đóng d R rr = di R điện trở ngược trong diode BR : điện áp đánh thủng o T j = 160 C T = 30 o C j RRM RSM I R [ma] TO : điện áp rơi trên diode d F r F = di F điện trở thuận trong diode

12 Đặc tính động của diode I K : Điện áp chuyển mạch t rr : Thời gian phục hồi khả năng đóng i rr : Dòng điện chuyển mạch phục hồi Q r = t rr 0 i rr dt : điện tích chuyển mạch i F - Ðóng S K i F + L S i F = I trr 0,1 i rrm Quá áp trong irr i R O i rrm i R t irr Qr u F t O k u R = k u R u RM

13 Bảo vệ chống quá áp trong R C i RC O Mở V Đóng t u R V L irr i RC i L O t irr k k - + i = i + i L rr RC di L ur = k L dt

14 Các thông số chính của diode Điện áp: Giátrị điện áp đánh thủng BR Giátrị cực đại điện áp ngược lập lại: RRM Giátrị cực đại điện áp ngược không lập lại: RSM [BR] I F [A] 100 Nhánh thuận mở 50 R [V] F [V] 1 1,5 Dòng điện - nhiệt độ làm việc Giátrị trung bình cực đại dòng điện thuận: I F(AV)M Giátrị cực đại dòng điện thuận không lập lại: I FSM Nhánh ngược đóng o T j = 160 C T = 30 o C j RRM RSM I R [ma]

15 Diode thực tế: IDB30E60 Infineon Technologies

16 1.2.3 Transistor lưỡng cực (BT) (Bipolar Transistor) Cấu tạo, hoạt động C C B N P B P N N P E R E R i C i C i B C i B C u BE B E u CE i E u EB B E u EC i E

17 Đặc tính Volt Ampe Miền mở bão hòa I C CE = CE1 R B Mở Đặc tính ngoài I C = f( CE ) Đặc tính điều khiển I C = f(i B ) b a A A CE = - RI C I B2 > I B1 I B1 > 0 Đóng I B = 0 I B I B2 CE1 Miền đóng bão hòa BE < 0 CE

18 I CE a) I B = 0 BR(CE0) I CE0 I CER I CES I CE BR(CER) BR(CES) BR(CE) O CE0 CES b) CER CE c) CE R B + - R B + I CE -I B BE - + -I B BE - 0 Hở mạch B E (I B = 0) R Mạch B E theo hình b) S Ngắn mạch B E (R B 0) Mạch B E theo hình c)

19 Quá trình quá độ của transistor i B I B O t d 0.1I B tr i C 0.9I B ts t f t u CE 0.1I C 0.9I C I C 0.1I C O ton t off

20 Mạch trợ giúp đóng mở Các thông số chính Điện áp: Giátrị cực đại điện áp colector emitor CE0M khi I B = 0 Giátrị cực đại điện áp emitor bazơ EB0M khi I C = 0 Dòng điện: Giá trị cực đại của các dòng điện I C, I B, I E (Điện tử công suất Nguyễn Bính)

21 Transistor thực tế - MJW3281A (NPN) ON Semiconductor

22 1.2.4 Transistor trường MOSFET (Metal Oxid Semiconductor Field Effect Transistor) D D N i D N P N P N S u GS G OXID S G D OXID D i D G u DS G u GS S S

23 Đặc tính động C GD D R i D + + on R G G C DS - G - off C GS u GS S u DS GS 0.9 G G 0.1G GS(th) t 0.9 i D u DS tr t f t d(on) t d(off) ton t off

24 MOSFET thực tế - 19MT050XF International Rectifier

25 1.2.5 Transistor lưỡng cực cổng cách ly - IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor C C G G E E

26 Đặc tính động i C C R on R G G G off u GE E u CE G 0.9 G u GE 0.1 CM GE(th) u CE i C t 0.9I CM I CT 0.1I CM I CM 0.1I CM tr t f t d(on) t d(off) ton t off

27 IGBT thực tế 1MB Fuji Electric

28 1.2.6 Thyristor Cấu tạo Hoạt động A A A G P N P N J1 J2 J3 G N P P N P N G i 2 i G i i 1 u AK u R K K K

29 Trạng thái: Mở Đóng Khóa Ký hiệu Điều kiện để mở Thyristor Hướng ngược i T i D u T u D u R i R AK > 0 Xung điều khiển đưa vào cực điều khiển. A i G u G K Hướng thuận T: Thuận D: Khóa R: Ngược Điều kiện để đóng Thyristor Đặt điện áp ngược lên A K

30 Đặc tính Volt - Ampe Thyristor lý tưởng Ba trạng thái: đóng mở khóa Thyristor thực tế Nhánh ngược đóng i Nhánh thuận mở u Nhánh khóa khóa BR : điện áp ngược đánh thủng BO : điện áp tự mở của thyristor TO : điện áp rơi trên Thyristor I H : Dòng duy trì (holding) I L : Latching Các thông số chính Tương tự như diode. RRM = DRM 10 3 [BR] R 10 2 I N I L [V] I G = 0 10 I G = 25 ma [A] Nhánh ngược đóng I T 10 I D I R I G = 25 ma 1 [TD] [A] Nhánh thuận mở Nhánh khóa khóa 10 T 10 2 D I G = 0 [BR] [V] 10 3

31 Đặc tính điều khiển của thyristor: i G R 40 G [V] 30 i G Ψ 2π I G ωt u G 20 (P GM ) Ψ=π/12 (P GM ) Ψ=π/6 G =-RI G i G C GT O I GT 1 I G [A] 2 0 t

32 Đặc tính động Mở thyristor Tổn thất công suất khi mở thyristor

33 Khóa thyristor A + u D G P N P N J1 J2 J3 C i C ud i C O t i C K - O t

34 Đóng thyristor t off Bảo vệ quá áp trong Thời gian đóng thyristor Góc an toàn

35 Thyristor thực tế - 22RIA SERIES International Rectifier

36 1.2.7 GTO Gate Turn Off Thyristor A A G J1 J2 J3 N P N P i FG i RG G u FG ir (i D ) ur (u D ) i RG K u RG K

37 Đặc tính động Mở GTO u D t gd t gr ir D 0.9 D 0.1 D t O t gt i FG I FG 10Α 0.2I FG O

38 Đóng GTO i T t gs t gf ud I T =I Mạch trợ giúp I TQ 0.9I T DP i D O t I u D t gq t tq L i T i RG O u RG u RG i RG i RG u RG I RG Q GQ

39 GTO thực tế - FG3000FX-90DA Misubishi Electric

40

41 1.2.8 Triac Hướng ngược Điện áp thuận Điện áp khóa Dòng điện thuận Dòng điện khóa Dòng điện và điện áp cực điều khiển Dòng điện thuận Dòng điện khóa Hướng thuận Điện áp thuận Điện áp khóa

42 D > 0 G > 0; I G > 0 G < 0; I G < 0 Đặc tính Volt - Ampe Nhánh mở Nhánh khóa DR > 0 G > 0; I G > 0 G < 0; I G < 0 Nhánh khóa Nhánh mở

43 Triac thực tế - 2N ON Semiconductor

44 CHƯƠNG 2: MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN TRONG ĐIỆN TỬ CÔNG SẤT

45 2.1 Năng lượng tích lũy vào cuộn kháng và giải phóng từ cuộn kháng t 0 t 0 t t 1 0 dψ L di udt L = QL( t0, t1); ul = = L dt dt Ψ L ( t ) i ( t ) 1 L 1 0 L 0 [ ] Q ( t, t ) = dψ = L di =Ψ ( t ) Ψ ( t ) = L i ( t ) i ( t ) L 0 1 L L L 1 L 0 L 1 L 0 Ψ ( t ) i ( t ) L L

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 Chuyển mạch tự nhiên Chuyển mạch trong Chuyển mạch trực tiếp Chuyển mạch gián tiếp Chuyển mạch nhiều tầng Thời gian chuyển mạch Góc chuyển mạch Chuyển mạch tức thời Nhánh phụ Nhánh chính Nhánh chính

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 λ = P S Hệ số công suất PF (Power Factor) P: Công suất hữu công S: Công suất biểu kiến

49 P = mi (1) cosϕ (1) m: số pha : 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 = mi I: Giá trị hiệu dụng dòng điện pha = I 2 = n 1 I 2 ( n) = ( n) = (1) + ( n) n= 1 n= 2 S m I m I m I S = m I = m I cos ϕ + m I sin ϕ = P + Q (1) (1) (1) (1) (1) (1) (1) mi (1) : Công suất biểu kiến của thành phần bậc 1 Q (1) : Công suất phản kháng của thành phần bậc 1

50 S = P + Q + D (1) D= m I n= 2 2 ( n) D: Công suất phản kháng biến dạng P λ = = υcosϕ P + Q + D υ = I I THD (1) I = (1) (1) Hệ số méo dạng DF (Distortion Factor) n= 2 I I (1) 2 ( n) Hệ số công suất PF (Power Factor) Độ méo dạng tổng THD (Total Harmonic Distortion)

51 CHƯƠNG 3: THIẾT BỊ CHỈNH LƯ

52 3.1 KHÁI NIỆM CHNG 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 Điện áp chỉnh lưu u d : Giá trị tức thời của điện áp chỉnh lưu Bao gồm cả thành phần xoay chiều u σ và thành phần một chiều Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu d u + d = u σ d Số xung đập mạch của sóng điện áp chỉnh lưu: p = f σ (1) f f σ(1) : Tần số của sóng điều hòa bậc 1 thành phần xoay chiều của u d f: Tần số điện áp lưới

54 3.1.2 Dòng điện chỉnh lưu i d : Giá trị tức thời của dòng điện chỉnh lưu Sóng dòng điện chỉnh lưu I d : Giá trị trung bình Thành phần một chiều của sóng dòng điện chỉnh lưu i σ : Thành phần xoay chiều của dòng điện chỉnh lưu i = i + I d σ d Xét hệ thống chỉnh lưu tải R,L,E ư : did ul = L = ud ( Rid + E ) dt did ud > Rid + E ul > 0; > 0 dt did ud = Rid + E ul = 0; = 0 dt did ud < Rid + E ul < 0; < 0 dt

55 Dòng điện liên tục Dòng điện gián đoạn Dòng điện ở biên giới gián đoạn i = i + I I d d σ ( n) σ d Đối với giá trị trung bình thành phần một chiều: I E d = R Đối với thành phần xoay chiều: = R 2 σ ( n) I 0 E d + ω σ ( n) L 2 L I i = I d I σ(n) : Giá trị hiệu dụng của sóng điều hòa bậc n thành phần xoay chiều của dòng điện chỉn lưu σ(n) : Giá trị hiệu dụng của sóng điều hòa bậc n thành phần xoay chiều điện áp chỉnh lưu. ω σ(n) : Tần số góc của sòng điều hòa bậc n thành phần xoay chiều. σ ( n) 0 d d Dòng điện được san phẳng tuyệt đối

56 3.3 Chỉnh lưu hình tia m-pha dòng liên tục L K R K Z u 1

57 3.3.1 Chỉnh lưu hình tia không điều khiển Sơ đồ u1 = m sinθ 2π u2 = m sin( θ ) 3 4π u3 = m sin( θ ) 3 θ = ωt un = msin θ ( n 1) 2π m

58 Trong khoảng θ 1 < θ < θ 2 : Giả sử V2 mở uv 2 = 0 u u u = 0 u = u u u > 0 Không hợp lý 1 2 V1 V1 1 2 V1 Tương tự khi giả thiết V3 mở. V1 mở Nhịp V1

59 Nhịp V1 θ 1 < θ < θ 2 : u = 0; u = u u ; u = u u V1 V2 2 1 V3 3 1 u = u ; i = i = I ; i = i = 0 d 1 d V1 d V2 V3 Nhịp V2 θ 2 < θ < θ 3 : u = 0; u = u u ; u = u u V2 V1 1 2 V3 3 2 u = u ; i = i = I ; i = i = 0 d 2 d V2 d V1 V3 Nhịp V3 θ 3 < θ < θ 4 : u = 0; u = u u ; u = u u V3 V1 1 3 V2 2 3 u = u ; i = i = I ; i = i = 0 d 3 d V3 d V1 V2

60 Nhịp Vn: u = 0; u = u u ; u = u u Vn V1 1 n Vm m n u = u ; i = i = I ; i = i = 0 d n d Vn d V1 Vm Số xung: p = m Quá trình chuyển mạch tại các thời điểm θ 2 : Điện áp chuyển mạch là u k = u 2 u 1 Tương tự tại các thời điểm θ 3, θ 4 : điện áp chuyển mạch lần lượt là u 3 u 2 và u 1 u 3 Chuyển mạch tự nhiên

61 3.3.2 Chỉnh lưu hình tia có điều khiển u c Tín hiệu 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

64 Giá trị trung bình điện áp chỉnh lưu π π + + α 2 m m di = m sinθdθ 2π π π α + 2 m m m π di = sin cosα = di0 π m m m π di0 = sin π m cosα di0 : Giá trị trung bình điện áp chỉnh lưu không điều khiển. m = 3 3 π = sin = = = 1.17 π 3 2π 2π m m 2 di0 2

65 Các đường đặc tính Đặc tính điều khiển: Đặc tính ngoài (đặc tính tải): Đầu ra: d Đầu vào: α α di = cos di0 Chế độ chỉnh lưu Chế độ nghịch lưu

66 3.3.3 Chế độ làm việc chỉnh lưu và nghịch lưu phụ thuộc Chế độ làm việc chỉnh lưu π π < α < để có dòng liên tục: trong tải phải có L 6 2 Chế độ làm việc nghịch lưu π α > 2 chế độ nghịch lưu phụ thuộc P = I d d

67 Điều kiện để có nghịch lưu phụ thuộc π Trong tải phải có E α > ư E E ư đảo chiều > d 2

68 Góc an toàn γ 0 α < π γ γ = ωt off Chế độ chỉnh lưu Chế độ nghịch lưu

69 3.3.4 Chỉnh lưu hình tia 3 pha có diode V0 u = V 0 u d V0 sẽ mở khi trong trường hợp không có V0 thì u d < 0 V0 chỉ hoạt động khi π π α 2 m

70 Chen vào giữa các nhịp V1, V2, V3 là các nhịp V0: u = u = 0; u = u ; u = u ; u = u d V0 V1 1 V2 2 V3 3 i = i = I d V0 d

71 π π α 2 m m m π di = sin cosα = di0 π m m m π di0 = sin π m cosα π π π π α + 2 m 2 m π m m di = sinθdθ = 2π di π π + α 2 m m m π 0 = sin π m di0 π 1 sin( α ) m π 2sin m

72 Ảnh hưởng của diode V0 Không có chế độ nghịch lưu Diode V0 làm tăng hiệu suất của bộ chỉnh lưu did λ = mi, I: giá trị hiệu dụng của điện áp và dòng điện pha I I d ψ V1 = V1 V0 2π ψ 2π = ψ m Diode V0 làm giảm giá trị hiệu dụng thành phần xoay chiều của điện áp chỉnh lưu

73

74 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 ANODE Nhóm ANODE Nhóm KATODE

75 3.4.1 Chỉnh lưu hình cầu 3 pha điều khiển hoàn toàn Sơ đồ

76 Dòng điện trong các pha: i 1 = i V1 i V4 ; i 2 = i V3 i V6 ; i 3 = i V5 i V2 Giátrị trung bình điện áp chỉnh lưu: p = 2m di = dia dik dia di di0 = = m = = dik 2 π sin cos α π m cosα di0 2 2m π π sin m Trong trường hợp m = 3 di0 3 6 = = 2.34 π

77 Giản đồ đóng cắt Xung điều khiển:

78 3.4.2 Chỉnh lưu hình cầu bán điều khiển dia 3 6 = cos α 2π cosα 3 6 dik = di = di0 ; di0 = 2π 2 π

79 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 di 2 π π π 1 sin( α ) ; α π = di 6 di0 = 3 6 π

80 3.4.4 Chỉnh lưu cầu một pha điều khiển hoàn toàn u = sinθ = u u u u 1 2 m 1 2 m = sinθ 2 m = sin( θ π) 2 u = u u d da dk i = i i = i i V1 V4 V2 V3

81 Giá trị trung bình điện áp chỉnh lưu di di0 = di0 cosα 2 2 = = 0.9 π

82 3.4.5 Chỉnh lưu cầu một pha bán điều khiển di di0 = di0 2 2 = π 1+ cosα 2

83 So sánh giữa hai phương án: điều khiển hoàn toàn và bán điều khiển Đỉnh âm của sóng điện áp chỉnh lưu bị cắt đỡ nhấp nhô Không thể làm việc ở chế độ nghịch lưu Hiệu suất bộ biến đổi cao hơn.

84 3.5 Dòng điện liên tục và gián đoạn của chỉnh lưu p xung Thiết bị chỉnh lưu ở chế độ dòng điện gián đoạn Sự xuất hiện của dòng điện gián đoạn Tải R: id 0 ud 0 u = 0; u = u Trong nhịp 0 : Tải R,L: = RI > 0 d d với các α mà ở chế độ dòng liên tục d < 0 sẽ xuất hiện dòng điện gián đoạn Trong nhịp 0 : d Vi i u = 0; u = u d Vi i Tải L, E ư : d = E với các α mà ở chế độ dòng liên tục d < E ư sẽ xuất hiện dòng điện gián đoạn Trong nhịp 0 : θ ; θ MIN MAX u = E ; u = u E d Vi i

85 3.5.2 Phân tích dòng điện chỉnh lưu của chỉnh lưu p xung, không có V0 p = 1 Dòng điện luôn gián đoạn Với p > 1: Chỉnh lưu hình tia có điều khiển m pha. p = m. m là biên độ điện áp pha Chỉnh lưu hình cầu điều khiển hoàn toàn m pha. p = 2m. m là biên độ điện áp dây (trừ trường hợp m = 1) Góc bắt đầu: p = 1: p > 1: θz θ Z = α π π = + α 2 p

86 Tải tổng quát R, L, E ư : did Rid + ωl + E = dθ i d m = sin( θ ϕ) Z θ θz E 1 e ωτ + R m sin θ (1) m + id( θz) sin( θz ϕ) e Z θ θ Z ωτ (2) Z = R + ω L ωl ϕ = arctg R L τ = Điều kiện: id 0 R

87 Dòng điện gián đoạn: θmin < θz < θmax θ θ MIN MAX E π = arcsin < m 2 E π = arcsin > 2 m i ( θ ) = 0 Thay vào (2) d i d Z m = sin( θ ϕ) Z θ θz E 1 e ωτ + R Z (3) m sin( θ ϕ) e Z θ θ Z ωτ

88 ( ) 0 sin( ) 1 sin( ) K Z K Z m d K K m Z i Z E e R e Z θ θ ωτ θ θ ωτ θ θ ϕ θ ϕ = = + 2 K Z p π θ θ Sử dụng toán số giải (4) để xác định θ K với điều kiện: (4)

89 i Dòng điện liên tục ( θ ) = i ( θ ) > 0; d Z d K θ = θ + 2π K Z p Áp dụng vào (2) i m 2π ( θ ) = i ( θ ) = sin( θ + ϕ) Z p d Z d K Z E 1 e + i ( ) sin( ) e R Z 2π 2π p ωτ m pωτ d θz θz ϕ (5) Suy ra 2π pωτ 2π sin( θz + ϕ) e sin( θz ϕ) p id( θz) = id( θk) = m 2π pωτ Z 1 e E Z (6)

90 3.5.3 Dòng điện chỉnh lưu của chỉnh lưu p xung, có diode V0

91 3.6 Hiện tượng trùng dẫn

92 i + i = i = I V1 V2 d d div2 div1 LK = u u dt dt uk = u2 u1 = kmsinθ i V 2 0 km di 2 1 π = 2m sin biên độ điện áp dây giữa hai pha kề nhau m V 2 = 2ωL km K θ α sinθdθ

93 i V I km 2 = cos cos 2ωL km K ( α θ ) = I cos cos = km 2ωL ( α θ) km K I cos cos( ) d = I α α µ km + Id µ = arccos cosα α Ikm góc trùng dẫn

94 di V 2 ud = u2 Lk dt = u + u 1 2 2

95 u d = 0 i = I ( cosα cosθ ) km Id km Ikm = ωlk Ikm iv1 = iv2 = cosα cos 2 i = i = I i V3 V4 d V1 ( θ ) 2I cos cos( ) d = I α α µ km + 2Id = arccos cos Ikm µ α α

96 Sụt áp do trùng dẫn dθ dθ = R I θ d R θ = px k 2π Chỉnh lưu hình tia ba pha Chỉnh lưu cầu 3 pha R θ px = k π Chỉnh lưu cầu một pha

97 Đặc tính ngoài khi xét đến sụt áp và dòng điện gián đoạn dθ : Sụt áp do L k. dr = R k.i d : Sụt áp trên R k df : Sụt áp trên van

98 Ảnh hưởng đến góc an toàn của thyristor: α M + µ + γ = π Chỉnh lưu hình cầu 3 pha, tia ba pha Id cosα cos( ) M = + π γ I km Chỉnh lưu hình cầu một pha 2Id cosαm = + cos π γ I km ( )

99 Xác định giá trị điện áp chỉnh lưu cực đại 1 = c b ( ) di0 c dm dθ M drm dfm c c : hằng số dự trữ cho điều khiển c c = b: hằng số dự trữ của lưới điện ±5% b = 0.95

100 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 đó bộ chỉnh lưu còn lại không làm việc.

101 Điều khiển chung Xung điều khiển cùng một lúc được đưa vào cả hai bộ, trong đó cómột bộ được điều khiển với góc α < π/2, làm việc ở chế độ chỉnh lưu. Còn bộ thứ hai được điều khiển với góc α > π/2, ở chế độ chờ. Để không có dòng ngắn mạch giữa hai bộ chỉnh lưu: di + dii 0.cos α +.cosα 0 di0 I di0 II ( α α ) cos + cos 0 di0 I II α + α π I II

102 Tuy nhiên: u di + u dii 0 dòng điện tuần hoàn Hạn chế dòng tuần hoàn: lắp thêm cuộn kháng cân bằng

103 3.8 Máy biến áp động lực Dòng điện i S = I S(AV) + i Sσ N P : số vòng dây cuộn sơ cấp N S : số vòng dây cuộn thứ cấp i P.N P = i S.N S I = S ( AV ) I d 3 Giả sử N P = N S = N

104 i i I 3 i i i I 3 i i i I 3 i d 1Sσ = 1S = 1P d 2Sσ = 2S = 2P d 3Sσ = 3S = 3P i = i i 1L 3P 1P i = i i 2L 1P 2P i = i i 3L 2P 3P

105 3.8.2 Công suất biểu kiến của máy biến áp S SP + SS = = 2 K P tn t tn S tn : Công suất biểu kiến định mức máy biến áp S P : Công suất biểu kiến cuộn dây sơ cấp S S : Công suất biểu kiến cuộn dây thứ cấp P tn : Công suất hữu công định mức của máy biến áp Đối với máy biến áp /Y I S 2 π /3 1 2 Id = Iddθ = 2π /3 2 1 π π 2 2 2I IP = ( 2 Id /3) dθ + ( Id /3) dθ = 2π π /3 d

106 S = 3 I = 3 I S S SN S dn S = 3 I = 2 I P P PN P dn Với chỉnh lưu tia ba pha: di0 = 3 6 2π 2 2 S = π I = πp 3 3 2π 2π S = I = P S di0 dn dn P di0 dn dn 2 2π π + 3 S = 3 3 P = 1.35P 2 tn dn dn

107 3.9 Các nguyên tắc điều khiển chỉnh lưu Xung điều khiển đưa vào thyristor lúc điện áp đặt lên thyristor dương Phải biết được khi nào điện áp đặt lên thyristor dương 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: u c Đồng bộ u đb So sánh Khuyếch đại và p.p i G1, i G2, i G3

108 3.9.1 Nguyên tắc thẳng đứng tuyến tính Điện áp đồng bộ là điện áp răng cưa α = Ku. c ( ) = cosα = cos K. u di di0 di0 c u C u đb1 u C u đb2 u C u đb3

109 3.9.2 Nguyên tắc arccos: Điện áp đồng bộ là một đường cosin u = θ đb đb c max cos u = u = max cosα uc α = arccos max c di = di0cosα = di0 max u

110 max u đb u AK u c α θ

111 Chương 4: Bộ biến đổi và bộ khóa một chiều

112 4.1 Khái niệm chung Phân loại

113 4.2 Bộ khóa một chiều Đóng cắt dòng điện một chiều Sơ đồ nguyên lý sử dụng GTO Đóng i G Cắt a) V i Z Z L R i V i V0 i V i V0 V0 L R i G 0 0 L R t

114 Khi sử dụng thyristor: Mở - Đóng S ĐÓNG CẮT BCM OS S PS Đóng Cắt S V0 Z OS S PS t

115 4.3 Phân loại thiết bị biến đổi một chiều Phân loại theo phương pháp biến đổi Trực tiếp bộ biến đổi xung Gián tiếp Nghịch lưu Chỉnh lưu có điều khiển Z Phân loại theo chức năng biến đổi Giảm áp mắc nối tiếp Tăng áp mắc song song Điều khiển xung giá trị điện trở Phân loại theo phương pháp điều khiển Tần số xung Độ rộng xung Hai giá trị

116 4.4 Nguyên lý làm việc của các bộ biến đổi xung Bộ biến đổi giảm áp mắc nối tiếp Nguyên lý làm việc Nhịp S: u Z = i Z = i S : tăng theo đường cong hàm mũ về giá trị ( - E ư )/R Năng lượng từ nguồn, một phần tích lũy vào cuộn L, phần lớn nạp cho E ư, phần còn lại tiêu tốn trên R i S S i V0 V0 Nhịp S kéo dài trong khoản thời gian T 1. Kết thúc khi tín hiệu cắt đưa vào khóa S. i Z uc R L Z u Z u Z 0 0 S V0 S V0 S T 1 T 2 T i S i V0 I Z i Z i ZMIN Zi t i ZM t

117 Nhịp V0: u Z = 0 uc S V0 S V0 S u Z i Z = i V0 : giảm theo đường cong hàm mũ về giá trị -E ư /R Năng lượng trước đây tích lũy trong cuộn L được giải phóng, phần lớn nạp cho E ư, phần còn lại tiêu tốn trên R i S S i V0 V0 i Z R L Z 0 u Z 0 T 1 T 2 T i S i V0 I Z i Z i ZMIN Zi t i ZM t Nhịp V kéo dài trong khoản thời gian T 2. Kết thúc khi tín hiệu đóng đưa vào khóa S.

118 Giátrị trung bình điện áp trên tải T Zi = 1 = T z uc u Z S V0 S V0 S z: tỷ số chu kỳ 0 z 1 0 zi i S S i V0 V0 i Z R L Z u Z 0 0 T 1 T 2 T i S i V0 I Z i Z i ZMIN Zi t i ZM t I z R E Zi =

119 4.4.2 Bộ biến đổi tăng áp mắc song song Nguyên lý làm việc Nhịp S: uc S V0 S V0 S u Z = 0 i Z = i S ; tăng theo đường cong hàm mũ, về giá trị E ư /R i V0 V0 S L Z u Z 0 T 1 T 2 T Zi t i S Năng lượng từ nguồn E ư được tích lũy phần lớn vào cuộn L, phần còn lại tiêu tốn trên điện trở R i Z R u Z i S iv0 izmin i ZM t Nhịp S kéo dài trong khoảng thời gian T 1. Nhịp kết thúc khi tín hiệu cắt đưa vào S

120 Nhịp V0: u Z = uc S V0 S V0 S i Z = i V0 ; giảm theo đường cong hàm mũ, về giá trị (E ư )/R < 0 i V0 V0 S L Z u Z 0 T 1 T 2 T Zi t Năng lượng từ nguồn E ư cùng với năng lượng đã tích lũy trong cuộn L ở nhịp trước, tiêu tốn một phần trên điện trở R, phần lớn còn lại được trả về nguồn. i S i Z R u Z i S iv0 izmin i ZM t Nhịp V0 kéo dài trong khoảng thời gian T 2. Nhịp kết thúc khi tín hiệu đóng đưa vào S.

121 Giátrị trung bình điện áp trên tải Zi T2 = = T T T1 = = T = z ( 1 ) i V0 V0 i S S i Z R L Z uc u Z u Z 0 S V0 S V0 T 1 T 2 T S Zi i S iv0 izmin i ZM t I z E = R Zi t

122 4.4.3 Bộ biến đổi xung giá trị điện trở uc i Z i S L S L i R R p S uc RP T i Z =i S +i R T 1 T 2 i S i R i i ZM ZMIN 0 Nguyên lý làm việc Nhịp S: i Z = i S : tăng với hệ số góc bằng /L t Nhịp S kéo dài trong khoảng thời gian T 1. Kết thúc khi tín hiệu cắt đưa vào S.

123 i Z i S L i R R p S uc T i Z =i S +i R T 1 T 2 i S i R i i ZM ZMIN 0 t Nhịp 0 i Z = i R ; giảm theo đường cong hàm mũ về giá trị /R p. Nhịp 0 kéo dài trong khoảng thời gian T 2. Kết thúc khi tín hiệu đóng được đưa vào S

124 Xác định giá trị điện trở tương đương R ei i Z i S L i R R p S uc T i Z =i S +i R T 1 T 2 i S i R i i ZM ZMIN 0 t 2 I ZT = RpI ZT2 I Z = = T2 R Rei p T T2 Rei = Rp = ( 1 z) R 0 R p ei Rp T

125 4.5 Bộ chuyển mạch Mạch LC V i V S C u C (0)=0 t = 0 C u C i L u C (0) 0 u C i t t = 0 i L u C C O u C i 2 t t 1 di uc (0) + idt + L = C dt 0 ω v: tần số góc của mạch LC ω = v uc i = (0) sin ωvt+ i (0)cos ωvt L C 1 LC

126 1 uc = uc(0) + idt = C t 0 L = + [ u (0) ] C cos ωvt+ i(0)sinωvt C

127 4.5.2 Phân tích bộ chuyển mạch của bộ biến đổi xung áp uc i V1 i V1 i Z S i Z Z C u C i C u V1 V2 Z i S i V0 V0 R L u Z L 1 V3 V0 u Z

128 T T 1 T 2 i V1 i V1 C i u C V1 u C V2 L 1 V3 V0 i Z Z u Z V0 u Z V1 V3 t2 V1 V2 V0 K 1 Q K 0 t 1 t 3 t 4 t 5 t 6 t 7 t u C i C Nhịp V0 (0, t 1 ) 0 -K 1 i Z = i V0, u V0 = 0, u Z = 0 t 0V1 Giả thiết u C = i V1 I Z u V2 = 0; u V1 = 0 u V1 u V2 i V2 t 0V2 i C = i V1 = i V2 =0 K 1 0 i Z i V2 i V0 0 I Z t

129 T T 1 T 2 i V1 i V1 C i u C V1 u C V2 L 1 V3 V0 i Z Z u Z V0 u Z V1 V3 t2 V1 V2 V0 K 1 Q K 0 t 1 t 3 t 4 t 5 t 6 t 7 t Nhịp V1, V3 (t 1, t 3 ) 0 u C i C -K 1 Tại t 1 đưa xung điều khiển mở V1 u Z = ; u V0 = -u Z = - V0 đóng lại t 0V1 i Z = i V1 0 i V1 I Z u = cos ω ( t t ) C v 1 u V1 u V2 i V2 t 0V2 ic = sin ωv( t t1) L C 0 0 I Z K 1 i Z i V2 i V0 t

130 T T 1 T 2 i V1 i V1 C i u C V1 u C V2 L 1 V3 V0 i Z Z u Z V0 u Z V1 V3 t2 V1 V2 V0 K 1 Q K 0 t 1 t 3 t 4 t 5 t 6 t 7 t u C i C 0 -K 1 u V1 = 0 i V1 = I Z -i C u V2 = -u C i V2 = 0 i V1 I Z t 0V1 0 Tại t = t 3, dòng i C = 0; V3 đóng lại u C (t 3 ) = -K 1 ; K 1 = u V1 t 0V2 u V2 i V2 K 1 i Z i V2 i V0 0 I Z t

131 T T 1 T 2 i V1 i V1 C i u C V1 u C V2 L 1 V3 V0 i Z Z u Z V0 u Z V1 V3 t2 V1 V2 V0 K 1 Q K 0 t 1 t 3 t 4 t 5 t 6 t 7 t u C i C Nhịp V1 (t 3, t 4 ) 0 -K 1 Tất cả các đại lượng giữ nguyên giá trị tại thời điểm t = t 3 t 0V1 0 i V1 I Z u V1 u V2 i V2 t 0V2 0 K 1 i Z i V2 i V0 0 I Z t

132 T T 1 T 2 i V1 i V1 C i u C V1 u C V2 L 1 V3 V0 i Z Z u Z V0 u Z V1 V3 t2 V1 V2 V0 K 1 Q K 0 t 1 t 3 t 4 t 5 t 6 t 7 t u C i C Nhịp V2 (t 4, t 6 ) 0 -K 1 Tại t = t 4 đưa xung điều khiển vào V2 mở V2 u V2 = 0 t 0V1 Điện áp ngược trên C đặt lên V1 đóng V1 t 1 i = I u = u ( t ) + I dt C Z C C 4 Z C t IZ = ( t t4) K 1 C I Z i V1 I Z u V1 u t 0V2 K 1 i Z V2 i V0 t

133 T T 1 T 2 i V1 i V1 C i u C V1 u C V2 L 1 V3 V0 i Z Z u Z V0 u Z V1 V3 t2 V1 V2 V0 K 1 Q K 0 t 1 t 3 t 4 t 5 t 6 t 7 t u C i C Nhịp V2 (t 4, t 6 ) 0 -K 1 i V2 = I Z u V1 = u C i V1 = 0 u Z = u C = -u V0 0 i V1 I Z Tại t = t 6, u Z = 0 V0 mở, V2 đóng lại Bắt đầu nhịp V0 u Z (t 6 ) = 0 u C = 0 u V1 t 0V1 t 0V2 u V2 i V2 K 1 i Z i V2 i V0 0 I Z t

134 Nạp điện cho tụ C khi bắt đầu làm việc Mở V2 trước Đóng tụ C trực tiếp vào nguồn qua một điện trở hạn chế dòng Xác định các thông số C và L V1 sử dụng khoảng (t 4, t 5 ) để phục hồi khả năng khóa (t 5 t 4 ) MIN = t offv1 KC 1 ( t5 t4) = C = I Z I t ZM offv1 K 1 V2 sử dụng khoảng (t 1, t 2 ) để phục hồi khả năng khóa (t 2 t 1 ) MIN = t offv2 2 T 4 v π toffv = = = 2 ( t t ) LC L 4 2 π C

135 4.6 Nguyên tắc điều khiển bộ biến đổi xung áp Độ rộng xung thay đổi T 1 Tần số xung thay đổi T Hai giá trị Nguyên tắc điều khiển độ rộng xung Giữ nguyên f = 1/T, thay đổi T 1 T T 1 T 2 u cm u P uc M uc BÐK Đ BCM 0 t Đ C

136 4.6.2 Nguyên tắc điều khiển tần số xung Giữ nguyên T 1, thay đổi T M uc BÐK Đ BCM f = 1/T Khâu phát xung M Trễ T 1 Đ

137 4.6.3 Nguyên tắc điều khiển hai giá trị i Z t Ð M uc u i1 u i2 i ZM i ZMIN i Z I' Z =I Z 0 BCM V0 Z i Z u i1 uc u i1 u i2 uc uc > 0 M u i2 u i1 u i2 uc < 0 Ð Bộ phát xung đóng vai trò của một bộ điều khiển dòng điện

138 4.7 Các bộ biến đổi xung nhiều góc phần tư

139 4.7.1 Bộ biến đổi hai góc phân tư đảo chiều dòng điện V i Z S1 S2 V0 Z u Z

140 4.7.2 Bộ biến đổi hai góc phân tư đảo chiều điện áp S1S2 V2 V1 S1S2 V2 V1 S1 i Z V1 i Z Z V2 u Z S2 0 u Z t Zi T T 1 2 = = (2z 1) T z > 0.5 zi > 0 z < 0.5 zi < 0 T1 T2 T

141 4.7.3 Bộ biến đổi bốn góc phân tư S1S2 V4 V3 S1S2 V2 V1 S3S4 V2 V1 S3S4 V1 S1 S3 V3 i Z t i Z 0 u Z V4 S4 Z u Z S2 V2 S1S2 i Z V3 S1 S1S2 u Z V1 V1 S3 S3S4 S3 S3S4 t 0

142 Chương 5: Thiết bị nghịch lưu

143 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

144 5.2 Sơ đồ nguyên lý S1 S3 u Z S1S2 S3S4 S1S2 R S4 u Z S2 0 θ = ωt Sơ đồ nguyên lý nghịch lưu cầu một pha S1 S2 u Z S1 S2 S1 d S1 d R d O θ = ωt u Z R d S2 u Z Sơ đồ nguyên lý nghịch lưu tia và bán cầu một pha

145 d S1 S3 S5 S4 S6 S2 S1 S2 S3 S4 S5 S6 u Z1 d 2 π θ = ωt u Z1 u Z2 u Z3 u Z2 Nghịch lưu cầu ba pha tải thuần trở u Z3

146 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 Dòng công suất hữu công và phản kháng P = d I d P = d.i d P > 0 I d > 0: c.độ nghịch lưu P < 0 I d < 0: c.độ chỉnh lưu p = d i d = m n= 1 p n d p = d.i d -i d S i d VR p 1 Z1 p 2 Z2 p 3 Z3

147 5.3.2 Nghịch lưu áp cầu một pha i d VR1 S1 i S1 S3 VR3 i VR1 i Z Z d S4 L u Z R S2 VR4 VR2 Ψ: Góc dự kiến đóng các bộ khóa Ψ S : Góc thông dòng của các bộ khóa Ψ R : Góc thông dòng của các diode ngược

148 S1,S2 VR1,VR2 S3,S4 VR3,VR4 Ψ R Ψ S Ψ S1 S1,S2 i Z u Z Z O θ = ωt d - d d S2 2π VR3,VR4 i Z d /R O Z VR3 - d /R i Z VR4 i S1 = i S2 i VR3 = i VR4 S3,S4 O i S3 = i S4 i VR1 = i VR2 i Z Z S3 I d S4 O

149 5.3.3 Nghịch lưu áp tia một pha Ψ = π Nhịp S1: u Z = u a = d i S1 = i d = i Z tăng theo đường cong hàm mũ

150 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. u Z = u b = - d i VR2 = -i d = i Z giảm theo đường cong hàm mũ Nhịp VR2 kết thúc khi dòng i VR2 giảm về giá trị 0

151 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 i Z sẽ đảo chiều u Z = u b = - d i S2 = i d = -i Z 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

152 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. u Z = u a = d i VR1 = -i d = -i Z tăng theo đường cong hàm mũ Nhịp VR1 kết thúc khi dòng i VR1 tăng lên giá trị 0

153 5.3.4 Nghịch lưu áp cầu ba pha

154 π < Ψ π 3

155 S1, S5, S6 1 3 u Z u = u Z1 u Z1 Z3 = d /3 Z3 u Z2 = -2 d /3 d u Z2 2

156 S1, S2, S6 1 u = 2 u Z1 d /3 Z1 d u Z2 = u Z3 = - d /3 u Z2 u Z3 2 3

157 S1, S2, S3 1 2 u Z u = u Z1 u Z1 Z2 = d /3 Z2 u Z3 = -2 d /3 d u Z3 3

158 S2, S3, S4 2 u = 2 u Z2 d /3 Z2 d u Z1 = u Z3 = - d /3 u Z1 u Z3 1 3

159 S3, S4, S5 2 3 u Z u = u Z2 u Z2 Z3 = d /3 Z3 u Z1 = -2 d /3 d u Z1 1

160 S4, S5, S6 3 u = 2 u Z3 d /3 Z3 d u Z1 = u Z2 = - d /3 u Z1 u Z2 1 2

161 Ψ= π Ψ S + Ψ R = Ψ = π Ψ < π Ψ S + Ψ R > Ψ TẢI

162

163 5.3.5 Điều khiển nghịch lưu áp cầu 3 pha Nguyên tắc thay đổi tần số xung Độ lớn: d Tần số: tần số phát xung vào các bộ khóa u c Phát xung Phân phối xung Khuyếch đại xung Nguyên tắc điều biến độ rộng xung - PWM S1, S3, S5 S2, S4, S6 u Z1 = u Z2 = u Z3 = 0 ĐIỆN ÁP RĂNG CƯA ĐiỆN ÁP ĐIỀ KHIỂN

164

165 5.4 Nghịch lưu dòng 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

166 5.4.2 Nghịch lưu dòng một pha Giả sử V1, V2 mở, dòng điện qua tải i Z = I d Điện áp trên các tụ u C1 < 0, u C2 < 0. Muốn đóng V1, V2: mở V11, V12. Dòng i Z = I d chảy qua V11, C1, C2, V12 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 u V3 = u C1 + u Z <0, u V4 = u C2 + u Z < 0.

167 Đối với tải L: u V3 = u C1, u V4 = u C2 V3, V4 mở khi u C1 = u C2 = 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 i V3 = i V4 = -i Z = I d

168 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. 0 Ψ= 120 V1 V2 V3 V4 V5 V6 i Z1 I d -I d i Z2 i Z3

169 Nhịp V1, V2, V11, V12 i Z1 = I d ; i Z2 = 0; i Z3 = -I d u C13 > 0 u V3 = u C13 > 0: V3 đang ở trạng thái khóa Nhịp V3, V11, V2, V12 Đưa xung điều khiển mở V3. u C13 đóng V1. Dòng I d chảy qua V3, C13, song song với C13 là C35 và C15, V11, vào pha 1. u V13 = u Z12 u C13 < 0... V13 vẫn đóng. I d sẽ đảo chiều điện áp trên C13. Bộ chuyển mạch thực hiện chức năng thứ 1

170 Nhịp V3, V11, V13, V2, V12 Khi u V13 = u Z12 u C13 = 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 I d. Chuyển sang nhịp V3, V13, V2, V12

171 5.4.4 Điều khiển nghịch lưu dòng

172 Chương 6: Thiết bị biến tần

173 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

174 6.2 Biến tần trực tiếp Biến đổi trực tiếp điện áp xoay chiều thành điện áp xoay chiều có tần số khác

175 2 1 2( 1) T 1 T = T + n p f2 T1 p = = f1 T2 p+ 2( n 1) n: số nửa chu kỳ điện áp đầu vào để tạo nên nửa chu kỳ điện áp đầu ra T2 = [ p+ 2( n 1) ] T1 = q T1 p p

176 Đối với biến tần 3 pha: T2 = [ p+ 2( n 1) ] T1 = q T1 p p Tần số điện áp đầu ra f 2 < 25Hz và không thể điều khiển vô cấp Biến tần trực tiếp ít được sử dụng

177 6.3 Biến tần gián tiếp Biến tần nguồn áp dii > 0 C f, L f : mạch lọc Mạch lọc cùng với chỉnh lưu tạo thành nguồn áp một chiều đầu vào của nghịch lưu áp C f : nhận dòng phản kháng. Nguyên tắc điều khiển: Nguyên tắc điều khiển tần số xung: CHỈNH LƯ NGHỊCH LƯ ÁP di > 0 I di > 0 P I > 0 Công suất không thể đảo chiều f 2 : tần số xung phát vào nghịch lưu 2 : 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.

178 6.3.2 Biến tần nguồn dòng L f : Mạch lọc Chỉnh lưu và mạch lọc phải có tính chất nguồn dòng một chiều I d > 0 di > 0 hoặc < 0 Công suất có thể đảo chiều CHỈNH LƯ NGHỊCH LƯ DÒNG Nguyên tắc điều khiển: f 2 : tần số xung phát vào nghịch lưu I 2 : sử dụng chỉnh lưu có điều khiển.

179 Chương 7 Bộ khóa xoay chiều và thiết bị biến đổi điện áp xoay chiều

180 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

181 7.2 Bộ khóa xoay chiều Bộ khóa xoay chiều một pha diz Ri Z + ωl = u = dθ m sinθ ĐÓNG NGẮT θ Z : góc bắt đầu i z (θ z ) = ω Z = R + ω L ; ϕ = arctan L R i Z R ( Z ) m m θ θ ωl = sin( θ ϕ) e sin( θz ϕ) Z Z f 1 (θ) f 2 (θ)

182 ĐÓNG NGẮT

183 7.2.2 Bộ khóa xoay chiều ba pha Gồm 3 bộ khóa 1 pha

184 7.3 Thiết bị biến đổi điện áp xoay chiều Thiết bị biến đổi điện áp xoay chiều một pha Tải thuần trở R

185 Tải R, L: Khi ϕ < α < π θ Z = α i Z m = sin( θ ϕ) Z Z m e R ( θ α) ωl sin( α ϕ) Khi 0 < α < ϕ Không điều khiển được điện áp. Thiết bị làm việc như bộ khóa xoay chiều

186 Tải L Khi π/2 < α < π ϕ = π/2 i Z m = (cosα cos θ ) ωl Khi 0 < α < π/2 Không điều khiển được điện áp. Thiết bị làm việc như bộ khóa xoay chiều

187 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

188 CHƯƠNG 8: BẢO VỆ VÀ ĐIỀ KHIỂN CÁC THIẾT BỊ BIẾN ĐỔI

189 8.1 Bảo vệ các phần tử điện tử công suất Công suất tổn thất và làm mát P = p1+ p2 p1 P p 1 p 2 Công suất tổn thất Công suất tổn thất chính Công suất tổn thất phụ P = I + R I T0 ( AV) F 2

190 Nhiệt độ mặt ghép T = T + R P j a th R = R + R + R th jv vr ra T j Nhiệt độ mặt ghép T a Nhiệt độ không khí môi trường R jv Điện trở nhiệt giữa mặt ghép và vỏ linh kiện bán dẫn R vr Điện trở nhiệt giữa vỏ và cánh tản nhiệt R ra 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

191 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 bảo vệ nhiệt lượng (I 2 t) CC < (I 2 t) TB Điện áp hồ quang của CC phải tương đối lớn Giảm nhanh dòng điện và tiêu tán năng lượng trong mạch. Khi CC đứt, điện áp phục hồi phải đủ lớn 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

192 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) 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, Bảo vệ bằng mạch R C mắc giữa các pha thứ cấp của MBA động lực R Ω C µf

193 8. 2 Điều khiển các thiết bị biến đổi Khuyếch đại thuật toán Khuyếch đại đảo u r = R R 2 1 u v Mạch so sánh u r cc... u > u = + cc... u > u + +

194 Mạch tích phân u r 1 = uvdt RC Mạch vi phân R C - + u r u r du = RC dt v

195 8.2.2 Mạch tạo xung chuẩn sử dụng IC 555

196 Mạch lật đơn sử dụng IC 555 t = C( R + R ); t = 0.693CR T = t = t + t = C( R + 2 R ) T = 1.1RC 1 V 3 cc