CHƯƠNG I: CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN

CHƯƠNG I: CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN I. Phân loại linh kiện bán dẫn theo khả năng điều khiển: Các linh kiện bán dẫn công suất trong lĩnh vực điện tữ công suất có chức năng cơ bản: đóng và ngắt dòng điện đi qua nó. Các linh kiện bán dẫn công suất theo chức năng đóng ngắt dòng điện và theo khả năng điều khiển các chức năng này có thể chia ra làm 03 nhóm chính: - Nhóm 1: gồm các linh kiện không điều khiển như diode, diac; - Nhóm : gồm các linh kiện điều khiển kích đóng được như Thyristor, triac; - Nhóm 3: gồm các linh kiện điều khiển kích ngắt được như Transistor (BJT, MOSFET, IGBT), GTO. 1

CHƯƠNG I: CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN II. Diode: 1. Cấu tạo, hoạt động:

CHƯƠNG I: CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN. Đặc tính V A a. Diode lý tưởng Hai trạng thái: mở đóng 3

CHƯƠNG I: CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN 4

CHƯƠNG I: CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN Diode thực tế: IDB30E60 Infineon Technologies 5

CHƯƠNG I: CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN III. Transistor lưỡng cực (BJT) Bipolar Junction Transistor 1. Cấu tạo, hoạt động: 6

CHƯƠNG I: CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN - Điện áp: áp thuận CE > 0 Có thể khoá điện áp 10 1 10 V - Dòng điện: có thể điều khiển dòng điện từ vài chục đến vài trăm ampe (10 1 10 A) -Tần số fsw cao nhất >0KHz BJT là loại linh kiện điều khiển hoàn toàn (đóng ngắt) Tín hiệu dòng I B có đặc điểm: + Liên tục. + Phải đủ lớn (I B > I B min) 7

CHƯƠNG I: CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN. Đặc tuyến Volt Ampe 8

CHƯƠNG I: CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN Trong vùng chưá các đặt tuyến ngỏ ra, ta phân biệt vùng nghịch, vùng bảo hoà và vùng tích cực. + Vùng nghịch: đặt tuyến ngỏ ra với thông số I B 0 nằm trong vùng này. Transistor ở chế độ ngắt. Dòng ico có giá trị nhỏ đi qua transistor và tải. Khi BE < 0 độ lớn dòng ico. + Vùng bảo hoà: Nếu như điểm làm việc nằm trong vùng bảo hoà transistor sẽ đóng, dòng ic dẫn và điện thế CE đạt giá trị CESAT nhỏ không đáng kể (khoảng 1 V). Điện thế CESAT gọi là điện thế bảo hoà. + Vùng tích cực: là vùng mà transistor hoạt động tích cực, tương ứng với các giá trị làm việc u CE > u CESAT và dòng ic. Mối quan hệ giữa hai đại lượng này phụ thuộc vào tải và dòng i B. 9

CHƯƠNG I: CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN Transistor thực tế - MJW381A (NPN) ON Semiconductor 10

CHƯƠNG I: CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN IV. Transistor trường MOSFET (Metal Oxid Semiconductor Field Effect Transistor) 11

CHƯƠNG I: CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN MOSFET ở trạng thái ngắt khi điện áp cổng thấp hơn giá trị GS Một số đặt điểm: Áp điều khiển được điện áp 10 1 10 V Dòng điện: có thể điều khiển dòng điện đến vài chục ampe Tần số fsw cao nhất >0KHz 1

CHƯƠNG I: CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN 13

CHƯƠNG I: CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN V. Transistor lưỡng cực cổng cách ly - IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor 14

CHƯƠNG I: CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN IGBT có những ưu điểm của BJT và MOSFET - Điện áp: áp thuận CE > 0 Có thể khoá điện áp 100 V - Dòng điện: có thể điều khiển dòng điện > 1KA -Tần số fsw cao nhất >0KHz 15

CHƯƠNG I: CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN VI. Thyristor 1. Cấu tạo Hoạt động: 16

CHƯƠNG I: CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN Thyristor có 3 trạng thái làm việc: -Mở - Đóng - Khóa Ký hiệu: 17

CHƯƠNG I: CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN Điều kiện để mở Thyristor AK > 0 Xung điều khiển đưa vào cực điều khiển. Điều kiện để đóng Thyristor Đặt điện áp ngược lên A K. Đặc tính Volt - Ampe a. Thyristor lý tưởng: Ba trạng thái: đóng mở khóa 18

CHƯƠNG I: CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN b. Thyristor thực tế: 19

CHƯƠNG I: CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN BR: điện áp ngược đánh thủng BO: điện áp tự mở của thyristor TO: điện áp rơi trên Thyristor IH: Dòng duy trì (holding) IL: Latching 0

CHƯƠNG I: CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN Thyristor thực tế - RIA SERIES International Rectifier 1

CHƯƠNG I: CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN VII. Triac 1. Cấu tạo Hoạt động:

CHƯƠNG I: CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN. Đặc tính Volt Ampe 3

CHƯƠNG I: CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN Triac thực tế - N6344 - ON Semiconductor 4

Chương BỘ CHỈNH LƯ 5

I. Chỉnh lưu bán kỳ một pha : () t A u 0 i u () t 0 m ( t) R 0 u 3 4 ωt () t sinθ ( θ t) u m ω Sơ đồ và dạng sóng mạch chỉnh lưu bán kỳ 1 pha tải R m 0 i 0 0 3 4 ωt 0 3 4 ωt m 6

Khi tải là thuần trở: Trong khoảng 0< θ < điện áp nguồn dương, diode được phân cực thuận nên dẫn điện (nếu xem diode lý tưởng ) Ta có u sin 0 m θ io có dạng sóng cùng với. u 0 i 0 R 0 như hình vẽ) Tính trị trung bình của điện áp chỉnh lưu R m sin θ AV 1 1 dθ θdθ + m sin 0 0 0. m m ( cos 0 cos ) 0 dθ 7

Trị trung bình của dòng tải. R R I m AV AV 8 Trị hiệu dụng của dòng thứ cấp biến áp Điện áp ngược cực đại là điện áp phân cực ngược cực đại mà diode phải chịu. Như vậy đối với mạch này max m N R I d R sin 1 I d i 1 I 0 0 θ θ θ

II. Chỉnh lưu toàn kỳ (Dùng máy biến áp thứ cấp có điểm giữa) A. Chỉnh lưu hình tia tải R: 9

Trị trung bình điện áp ngõ ra: chu kỳ áp chỉnh lưu Tp ½ T d 1 d d 1 Dòng điện trung bình trên tải: 0 u 0 d dθ sin θdθ Giá trị cực đại của điện áp ngược đặt lên diode: I d d R N max m Dòng điện trung bình qua mỗi diode: I D Id 30

B. CHỈNH LƯ HÌNH CẦ: D1 D u ( t) m u () t ( t) u u 1 () t u () t A B R 0 3 4 D4 D3 m 0 i 0 Sơ đồ và dạng sóng mạch chỉnh lưu cầu tải R 0 ng max 0 m D1 D D1 D 3 3 D D1 D D1 4 ωt 4 ωt 31

Tải R ( ) ( ) u t m sinθ θ ωt Trong khoảng 0 < θ < điện thế tại điểm A dương V A 0, V < 0 > B Dòng điện đi từ A B diode D 1, D 3 dẫn, D, D 4 tắt Trong khoảng < θ < điện thế tại B dương hơn điện thế tại A dòng điện đi từ B A D,D 4 dẫn, D 1, D 3 tắt. 3

Trị trung bình của điện áp chỉnh lưu AV Trị trung bình của dòng điện tải I AV 1 m sinθ θ ( cos0 cos ) m m d 0 0 R AV R Trị trung bình của dòng qua D1,D3.(D,D4) I I D I D I D I D 1 3 4 1 m AV m R Trị hiệu dụng ( m sin θ ) dθ ( ) RMS 1 cos θ 0 dθ m m 0 Điện áp ngược cực đại N max m 33

Tải RL Trị trung bình của điện áp chỉnh lưu Trị trung bình của dòng điện tải I AV R AV R Trị trung bình của dòng qua D1,D3.(D,D4) I I D I D I D I D 1 3 4 1 m AV m R Trị hiệu dụng ( m sin θ ) dθ ( ) RMS 1 cos θ 0 AV m dθ m m 0 Điện áp ngược cực đại N max m 34

Tải RE D1 D m u () t ( t) u u 1 () t u () t A B + E R 0 3 4 ωt D4 D3 m 0 E i 0 0 ng max 0 θ θ1 3 3 D D D1 D1 4 ωt 4 ωt m 35

Trị trung bình của điện áp chỉnh lưu AV 1 θ θ 1 m sinθdθ + θ 1 0 1 Edθ θ m ( cosθ ( θ )) E 1 cos 1 + θ 1 được xác định theo pt hoành độ m sinθ 1 E θ 1 36

Trị trung bình của dòng tải I AV θ 1 θ 1 1 m sinθ E m. dθ R R Trị trung bình của dòng qua diode E R ( cosθ cos( θ )) ( θ ) 1 1 1 θ 1 1 m sin θ E I D. d θ R θ 1 I AV Điện áp ngược cực đại, N max m 37

CHỈNH LƯ KHÔNG ĐIỀ KHIỂN 3 PHA 1. CHỈNH LƯ HÌNH TIA 3 PHA: TẢI RE: Trường hợp 0<E<m/: u u u a b c sinθ sin θ sin θ + 3 3 38

CHỈNH LƯ KHÔNG ĐIỀ KHIỂN 3 PHA Trường hợp 0 < E < m/ nên dòng qua tải id liên tục. 39

CHỈNH LƯ KHÔNG ĐIỀ KHIỂN 3 PHA Điện áp chỉnh lưu có 3 xung, chu kỳ áp chỉnh lưu Tp T/3 Với T là chu kỳ áp nguồn xoay chiều Điện áp trung bình trên tải d : d d 6 3 3 5 6 6 sinθdθ 40

CHỈNH LƯ KHÔNG ĐIỀ KHIỂN 3 PHA Dòng trung bình qua tải Id : d E Id R Dòng trung bình qua mỗi diod: I I d D 3 Điện áp ngược cực đại trên mỗi diod: N max 6 41

CHỈNH LƯ KHÔNG ĐIỀ KHIỂN 3 PHA Trường hợp m/<e<m nên dòng qua tải id không liên tục. 4

CHỈNH LƯ KHÔNG ĐIỀ KHIỂN 3 PHA Dòng trung bình qua tải: I d E I d 3 3 θ θ R sinθ 1 sinθ R cosθ Dòng trung bình qua mỗi diod: I D 1 I d 3 1 E dθ τ sinθ T 1 43

CHỈNH LƯ KHÔNG ĐIỀ KHIỂN 3 PHA. CHỈNH LƯ HÌNH CẦ 3 PHA: TẢI R: u u u a b c sin θ sin( θ sin( θ + ) 3 ) 3 44

CHỈNH LƯ KHÔNG ĐIỀ KHIỂN 3 PHA Hoạt động của sơ dồ được trình bày trong bảng sau: Khoảng Chiều dòng điện Diod mở Điện áp tải u d /6 3 /6 3 /6 5 /6 5 /6 7 /6 7 /6 9 /6 9 /6 11 /6 11 / 6 13 / 6 A _ B 1 _ 5 ab A C 1 6 ac B C 6 bc B A 4 ba C A 3 4 ca C B 3 5 cb 45

CHỈNH LƯ KHÔNG ĐIỀ KHIỂN 3 PHA 46

CHỈNH LƯ KHÔNG ĐIỀ KHIỂN 3 PHA Trò trung bình ñieän aùp treân taûi : θ θ d 6 b a d 0 d d 6 3 )d u (u 6 d u 1 Trò trung bình cuûa doøng qua taûi: R I d d 47

CHỈNH LƯ KHÔNG ĐIỀ KHIỂN 3 PHA Trò trung bình cuûa doøng qua moãi diod: Id I D 3 Taûi RE 48

CHỈNH LƯ KHÔNG ĐIỀ KHIỂN 3 PHA 49

CHỈNH LƯ KHÔNG ĐIỀ KHIỂN 3 PHA Để có dòng tải liên tục id phải thõa mãn điều kiện: ud > E i d u d R E Trò trung bình cuûa doøng qua taûi: I d 3 6 6c os E 6 θ 3 dθ R 6 Dòng trung bình qua diode: d R E I D Id d E 3 3R 50

I. Chỉnh lưu bánkỳ : a. TảiR θ là góc mở. 51 51

Trị trung bình điện áptrêntải: 1 d sinωt.dωt 0,45 α Trị trung bình dòng qua tải: I d Dòng điện qua SCR : Iscr Id R d 1+ cosα 5

I. Chỉnh lưu bánkỳ : b. TảiRL T + u 1 u u d L R - α là góc mở. 53 53

Phương trình mạch tải: u d + e L Ri d di u d Rid + L dt Trị trung bình điện áptrêntải: d d ' λ 1 0 Trị trung bình dòng qua tải: sin ( θ + α) dθ [ ( ' cos α cos λ + α) ] I d R d 54

II. Mạch chỉnh lưu hai nửa chukỳ a.tảir u 1 () t u 1 ( t) u ( t) SCR 1 SCR i i 1 R u () t m 0 u 1 ( t) ( t) u 3 4 ωt α G 1 G m 0 i 0 0 α + α 3 55 4 55 ωt

Trị trung bình điện áptrêntải. AV 1 α m sin θdθ Trị trung bình dòng qua tải I d R Điện áp ngược cực đại trên mỗi SCR d m ( cos α cos ) Tmax 56

II. Mạch chỉnh lưu hai nửa chukỳ b. TảiRL Nếu ωl >>R nêni d là dòng liên tục. T 1 + u 1 u 1 L R + u u 1 sinθ u u d - T 57

m u u 1 u 0 m 0 u d i G α +α θ θ 0 i d α 0 θ λ α :góc mở dòng λ +α : góc tắt dòng α +α θ 58

Trị trung bình điện áptrêntải. d 1 + α α sinθdθ Trị trung bình dòng qua tải I d R d d Điện áp ngược cực đại trên mỗi SCR cos α Tmax 59

c. Tải RLE: u 1 () t u 1 () t SCR1 i 1 E L u ( t) m u 1 ( t) ( t) u u () t SCR i R 0 3 4 ωt α i 0 0 G 1 G m 0 α + α 3 4 60 ωt

61

Trị trung bình điện áptrêntải d ( cosα cosλ) R Id E R ( cosα cosλ) ( λ α) Trường hợp i d là dòng liên tục, λ +α ta có: I d d cos α d E R 6

III. Mạch chỉnh lưu cầu: a. TảiR: u m T 1 T 0 θ - m u 1 u R u d i G1,3 0 i G,4 α θ T 4 T 3 0 u d +α θ u sin θ 0 α +α θ 63

Khi θ θ 1 ; i G1,3 > 0, T 1 dẫn & T 3 dẫn u d u Khi θ + α i G,4 > 0 T & T 4 dẫn u T,4 0 u d u Dòng qua tảii d là dòng gián đọan Trị trung bình điện áptrêntải d 1 d α sin θdθ cos d ( 1+ α) 64

Trị trung bình của dòng qua tải I d d R Trị trung bình của dòng qua mỗiscr I I d T Điệnápngượccực đạitrênmỗiscr Tmax 65

b.tải RL: 66 66

III. Mạch chỉnh lưu cầumột pha không đốixứng: a. TảiR: 67

68 68

Giá trị trung bình điện ápra: 69 69

MẠCH CHỈNH LƯ 3 PHA HÌNH TIA CÓ ĐIỀN KHIỂN u a () t m u a () t ( t) u b u c ( t) SCR 1 u b () t SCR 0 3 4 ωt u c () t SCR 3 0 i 0 R TẢI R: 0 0 0 m 0 G 1 G G 3 i 0 0 + α 6 5 + α 6 ωt 70

MẠCH CHỈNH LƯ 3 PHA HÌNH TIA CÓ ĐIỀN KHIỂN Trị trung bình của điện áp chỉnh lưu. d d 1 3 6 3 dθ u d 0 cosα 5 +α 6 +α 6 sinθd θ Trị Trung bình của dòng qua tải I AV R AV 71

MẠCH CHỈNH LƯ 3 PHA HÌNH TIA CÓ ĐIỀN KHIỂN TẢI RL: e L c T 1 a e b L c T e c L c T 3 Trị trung bình điện áptrêntải: R L 6 < α < AV 3 5 6 + α 6 + α m sin θ d θ 3 m 6 ( cos ( 6 + α ) cos ( 5 + α )) 7

MẠCH CHỈNH LƯ 3 PHA HÌNH TIA CÓ ĐIỀN KHIỂN α 6 3 <α< 3 73

Xét hiệntượng trùng dẫn: e e e a b c sin θ sin( θ ) 3 sin( θ + ) 3 Giả sử T1 dẫn,cho dòng chảy qua T1 là : i T1 I d Khi θ θ có xung kích cho T dẫn. Lúc này cả SCR T1 & T cùng dẫn cho dòng chảy qua làm cho nguồne a & e b ngắnmạch. Nếutadờigóctọa độ từ 0 đến θ,ta có : e e a b sin( θ + sin( θ + 5 + α) 6 + α) 6 74

MẠCH CHỈNH LƯ 3 PHA HÌNH TIA CÓ ĐIỀN KHIỂN 75

Điệnápngắnmạch u c : Dòngđiệnngắn mạch : uc eb ea 6 sin( θ + α) di c 6 sin( θ + α ) X c + dθ X Giả sử quá trình chuyểnmạch chỉ xảyratrongđọan từθ -> θ3 và gọi µ là góc trùng dẫn: µ θ 3 - θ Khiθ µ i T1 0 & i T I d. Do đótacóphương trình chuyểnmạch: [ cos α cos( θ )] 6 α cos α cos( µ + α) X c I 6 c d 76

77 Xác định µ µ µ µ µ µ µ θ α + θ θ θ + 0 0 a b 0 b a b d ) sin( 6 3 d e e 3 d e e e 3 [ ] ) cos( cos 4 6 3 α µ + α µ Phương trình chuyểnmạch µ I 3 X d c

Trị trung bình của điện áptrêntảid bị giảm đi1 lượng µ 3X ci / d d d µ d 78

MẠCH CHỈNH LƯ 3 PHA HÌNH TIA CÓ ĐIỀN KHIỂN TảiR+E () t u a SCR 1 m u a ( t) () t u b u c ( t) u b () t SCR 0 3 4 ωt u c () t SCR 3 0 i 0 R + E 0 α G 1 0 G 0 0 m G 3 i 0 0 θ 1 + α 6 + α 6 5 ωt 79

MẠCH CHỈNH LƯ 3 PHA HÌNH TIA CÓ ĐIỀN KHIỂN Nếu Nếu E < m m < E < dạng sóng điện áp ngõ ra không bịảnh hưởng m otrị trung bình của điện áp chỉnh lưu AV 3 3 m θ 1 6+ α dạng sóng điện áp ngõ ra bịảnh hưởng m sinθdθ + 3 5 6+ α θ 1 Edθ 3E ( cos( 6 + α ) cosθ ) + ( 5 + α θ ) 1 6 1 80

MẠCH CHỈNH LƯ 3 PHA HÌNH CẦ CÓ ĐIỀN KHIỂN TảiR u a () t SCR SCR 1 SCR3 m u a () t ( t) u b u c ( t) u b () t u c () t A B 0 i 0 R 0 3 4 ωt C SCR 6 SCR 5 () t θ u a m sin SCR 4 0 0 0 0 0 0 G 1,5 G 1,4 G,4 G,6 G 3,6 G 3,5 u () t sin θ 3 b m 3 m 0 4 uc () t m sin θ 3 0 81 ωt

MẠCH CHỈNH LƯ 3 PHA HÌNH CẦ CÓ ĐIỀN KHIỂN Trường hợp 0 α 3 Trị trung bình điện áp chỉnh lưu AV 3 3 Trị trung bình qua tải I AV 3 6 + α 6 + α m sin ( 6 + θ ) dθ 3 3 m 3 R AV ( cos( 3 + α ) cos( + α )) 3 3 m 3 R ( cos( 3 + α ) cos( + α )) 8

MẠCH CHỈNH LƯ 3 PHA HÌNH CẦ CÓ ĐIỀN KHIỂN Trường hợp 3 < α < 3 Trị trung bình điện áp chỉnh lưu AV 5 6 3 6+ α 3 m sin ( 6 + θ ) dθ 3 3 m 3 Trị trung bình qua tải ( 1 + cos ( + α )) I AV R AV 83

MẠCH CHỈNH LƯ 3 PHA HÌNH CẦ CÓ ĐIỀN KHIỂN TảiR+L: u a () t SCR1 SCR SCR3 m u a () t ( t) u b u c ( t) u b () t A 0 L 0 3 4 ωt u c () t B C R SCR 6 SCR 5 SCR 4 i 0 0 0 0 0 0 0 G 1,5 G 1,4 G,4 G,6 G 3,6 G 3,5 0 3 m 0 84 ωt

MẠCH CHỈNH LƯ 3 PHA HÌNH CẦ CÓ ĐIỀN KHIỂN Trường hợp 0 < α < 3 dạng sóng ngõ ra không ảnh hưởng đếnl. Trị trung bình điện áp chỉnh lưu AV 5 6 3 6+ α 3 m sin ( 6 + θ ) 3 3 m 3 Trị trung bình qua tải dθ ( 1 + cos ( + α )) I AV R AV 85

MẠCH CHỈNH LƯ 3 PHA HÌNH CẦ CÓ ĐIỀN KHIỂN Tải R+L+E : 86

MẠCH CHỈNH LƯ 3 PHA HÌNH CẦ CÓ ĐIỀN KHIỂN d da dk d R.i d L + L. d id /dt + E Phương trình mô tả trạng thái mạch, giả sử khi V 1, V đóng: u V1 0; u V 0; u V3 u u 1 ; u V4 u 1 u 3 I v1 i d ; i v i d ; i v3 0; i v4 0; u v5 u 3 u 1 ; u v6 u u 3 I v5 0; i v6 0; u d u da -u dk u 1 u 3 87

MẠCH CHỈNH LƯ 3 PHA HÌNH CẦ CÓ ĐIỀN KHIỂN Các hệ quả khi dòng tải liên tục: - Chu kỳ điện áp chỉnh lưu bằng 1/6 chu kỳ áp nguồn T p 1/6T -Trị trung bình áp chỉnh lưu: 3 6 cosα d -Phạm vi góc điều khiển: α (0, ) - Dòng trung bình dòng qua tải RLE: I d d R E -Trị trung bình dòng qua mỗi linh kiện: I TAV I d / 3 88

89

CHƯƠNG 3: BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀ I. Chức năng: Bộ biến đổi điện áp một chiều dùng để điều khiển trị trung bình điện áp một chiều ngõ ra từ một nguồn điện áp một chiều không đổi. Điện áp trên tải có dạng xung do quá trình đóng ngắt liên tục nguồn điện áp một chiều không thay đổi vào tải II. Ứng dụng: -Truyền động điện điều chỉnh điện áp DC. - Dùng trong giao thông công cộng, nguồn cung cấp cho các ô tô điện, xe điện. - Nguồn điện trong các hầm mỏ, khoang phi thuyền - Nguồn DC điều khiển dùng trong dân dụng. 90

CHƯƠNG 3: BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀ III. Phân loại: 1. 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 91

CHƯƠNG 3: BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀ IV. Nguyên lý làm việc của các bộ biến đổi xung 4.1 Bộ biến đổi giảm áp mắc nối tiếp a. Sơ đồ 9

CHƯƠNG 3: BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀ -Bộ giảm áp gồm nguồn điện áp một chiều không đổi mắc nối tiếp với tải qua công tắc S. Tải một chiều tổng quát gồm RL và sức điện động E (động cơ điện 1 chiều). Diode không V 0 mắc song song với tải. - Khóa S: + Đối với tải công suất nhỏ sử dụng MOSFET, BJT. + Đối với công suất lớn sử dụng IGBT -Giả thuyết: + Mạch xác lập. + Dòng tải liên tục + Tần số đóng ngắt không đổi 93

CHƯƠNG 3: BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀ b. Phân tích: - Đóng khóa S [0 T 1 ] z Dòng qua tải i z theo phương trình: R.i L. di z z + + E dt i Z (0) i zmin : dòng ở thời điểm ban đầu khi đóng khóa S Nghiệm của phương trình dòng: t E z (t) i i z (0) 1 e τ + i z (0) R Với τ L/R :hằng số thời gian mạch tải (thời hằng). 94

CHƯƠNG 3: BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀ -Ngắt khoá S [T 1 < t < T]: khoảng thời gian ngắt là T Do tồn tại cuộn L nên dòng vẫn được duy trì chiều cũ và khép kín qua diode không V 0 z 0 R.i L. di z z + + E dt 0 Điều kiện đầu: i z (T 1 ) i zmax : giá trị dòng ở thời điểm ngắt khoá S Nghiệm phương trình: t T1 E i z(t) iz(t1) 1 e τ + R iz(t1) 95

CHƯƠNG 3: BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀ 96

CHƯƠNG 3: BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀ c. Các hệ quả: -Trị trung bình áp trên tải: z γ T 1 T 1 T T dt 0 T 1 T γ. Tỷ số đóng khóa S 0 γ 1 > 0 z -Trị trung bình dòng qua tải: I z z R E Izmax + Izmin 97

CHƯƠNG 3: BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀ - Độ nhấp nhô dòng tải: i z I zmax -I zmin d. Ví dụ: Cho bộ giảm áp DC có điện áp 400V, R 10Ω, L 0,H, E 100V. Tần số đóng ngắt của khóa S: f sw 10kHz. Dòng trung bình qua tải I z 10A a. Xác định tỷ số đóng khoá S: γ b. Tính T 1, T c. Vẽ giản đồ z, i z d. Tính z e. Tính độ nhấp nhô dòng tải I z 98

CHƯƠNG 3: BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀ 4. Bộ biến đổi tăng áp mắc song song a. Sơ đồ 99

CHƯƠNG 3: BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀ - Khi thực hiện hãm tái sinh động cơ 1 chiều, năng lượng từ nguồn sức điện động E được trả lại nguồn điện áp một chiều, điều này chỉ thực hiện nhờ hoạt động của bộ tăng áp. - Điều kiện để mạch hoạt động là E < và nguồn có khả năng tiếp nhận năng lượng do tải trả về. - Diode V 0 cho phép dòng điện dẫn theo chiều từ tải về nguồn và ngăn dòng theo chiều ngược lại. 100

CHƯƠNG 3: BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀ b. Phân tích: - Đóng khóa S [0 T 1 ] z 0 Dòng qua tải i z theo phương trình: R.i L. di z z + dt i Z (0) i zmin : dòng ở thời điểm ban đầu khi đóng khóa S Nghiệm của phương trình dòng: t E z (t) i i z (0) 1 e τ + i z (0) R Với τ L/R :hằng số thời gian mạch tải (thời hằng). Năng lượng do Sđđ E phát ra một phần tiêu tán trên R, 1 phần dự trữ trong L E 101

CHƯƠNG 3: BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀ -Ngắt khoá S [T 1 < t < T]: khoảng thời gian ngắt là T Do tồn tại cuộn L nên dòng vẫn được duy trì chiều cũ và khép kín qua diode không V 0 z R.i z + L. di z dt E Điều kiện đầu: i z (T 1 ) i zmax : giá trị dòng ở thời điểm ngắt khoá S Ngiệm phương trình: t T1 E i z(t) iz(t1) 1 e τ + R iz(t1) 10

CHƯƠNG 3: BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀ 103

CHƯƠNG 3: BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀ c. Các hệ quả: -Trị trung bình áp trên tải: z γ T 1 T 1 T T dt 0 T T 1 T (1 γ). Tỷ số đóng khóa S 0 γ 1 > 0 z -Trị trung bình dòng qua tải: I z z + R E Izmax + Izmin 104

CHƯƠNG 3: BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀ V. Các phương pháp điều khiển bộ biến đổi điện áp một chiều: 5.1 Điều khiển với thời gian đóng T 1 không đổi: Khi có tín hiệu yêu cầu, công tắc S sẽ được kích đóng trong thời gian T 1 cố định. Sau đó công tắc S trở lại trở lại trạng thái ngắt. Thời gian ngắt T và chu kỳ đóng ngắt T thay đổi tuỳ ý. Vấn đề lọc thành phần xoay chiều của điện áp ngõ ra trở nên khó khăn. Phương pháp này ít sử dụng 105

CHƯƠNG 3: BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀ 5. Điều khiển với tần số đóng ngắt không đổi Chu kỳ đóng ngắt T không thay đổi. Điện áp trung bình trên tải được điều khiển thông qua sự phân bố khoảng thời gian đóng T 1 và ngắt công tắc T. Đại lượng đặt trưng khả năng phân bố chính là tỉ sốγ. Sóng điều chế có tần số không đổi và bằng tần số đóng ngắt công tắc S. Tần số thành phần xoay chiều hài cơ bản của điện áp tải bằng tần số cố định này. Do đó sóng điện áp tạo thành dễ lọc. Phương pháp này thường được sử dụng trong thực tiển. 106

CHƯƠNG 3: BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀ 5.3 Điều khiển theo tỷ lệ dòng tải: Trong trường hợp tải động cơ một chiều, việc điều khiển moment động cơ thông qua điều khiển dòng điện (tỉ lệ với moment). Để hiệu chỉnh dòng điện trong phạm vi cho phép, ta có thể sử dụng phương pháp điều khiển theo dòng điện. Theo đó công tắc S sẽ đóng ngắt sao cho dòng điện tải đo được và dòng điện yêu cầu có giá trị bằng nhau. 107

CHƯƠNG 3: BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀ V. BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP 1 CHIỀ KÉP 5.1 Bộ biến đổi kép dạng đảo dòng 108

CHƯƠNG 3: BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀ 5. Bộ biến đổi kép dạng đảo áp 109

CHƯƠNG 3: BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀ 5.3 Bộ biến đổi kép dạng tổng quát 110

CHƯƠNG 4: BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀ I. Chức năng: Bộ biến đổi điện áp xoay chiều dùng để điều khiển trị hiệu dụng điện áp ngõ ra, nó đuợc mắc vào nguồn xoay chiều dạng sin với tần số và trị hiệu dụng không đổi và tạo ra điện áp ngõ ra xoay chiều có cùng tần số nhưng trị hiệu dụng điều khiển được. II. Ứng dụng: -Truyền động điện động cơ không đồng bộ (khởi động mềm). - Điều khiển tốc độ động cơ KĐB như máy quạt, máy bơm.. - Bù nhuyễn công suất phản kháng. - Điều khiển động cơ vạn năng (máy trộn, máy xấy, dụng cụ điện cầm tay..) 111

CHƯƠNG 4: BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀ III. Bộ biến đổi áp AC 1 pha 1. Sơ đồ 11

CHƯƠNG 4: BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀ. Phân tích mạch:.1 Trường hợp tải thuần trở: a. Trạng thái 0 [0 α] I z 0, u z 0 u v1 u > 0 u v -u < 0 i v1 i v 0 113

CHƯƠNG 4: BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀ b. Trạng thái v 1 [α ] u v1 0; i v1 i z z u; i z u z /R u vz 0; i z 0 Tại thời điểm ωt ; u 0 > z 0 > i z 0 > i v1 0 V 1 ngắt c. Trạng thái 0 [ (α +) ] I z 0, u z 0 v1 u < 0; i v1 0 u v -u > 0 ; i v 0 Tại thời điểm ωt + α; I G >0 V đóng 114

CHƯƠNG 4: BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀ d. Trạng thái v [(α +) ] v 0 z u; i z u z /R u v1 o, i v1 o I v - i z Tại thời điểm ωt 0 > u z 0 i z 0 > i v 0 V ngắt 115

CHƯƠNG 4: BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀ e. Các hệ quả: -Trị hiệu dụng áp tải z uz Với α [rad] 1 m α 1 α sin sin α + ωt.d( ωt) Khi 0 α 0 u z -Trị hiệu dụng dòng tải I z z / R 116

CHƯƠNG 4: BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀ -Hệ số công suất nguồn: λ P z /S z.i z /.I I I z λ 1 α + sin α * Khuyết điểm: Khi góc điều khiển tăng thì hệ số công suất nguồn giảm 117

CHƯƠNG 4: BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀ Ví dụ: Cho bộ biến đổi điện áp xoay chiều 1 pha, áp nguồn có phương trình u 0 sin314t R 10Ω, α 60 0 a. Vẽ giản đồ z, i z b. Tính trị số z, Iz c. Tính hệ số công suất nguồn d. Tính định mức linh kiện khi biết K u 3; K i 118

CHƯƠNG 4: BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀ. Tải L 119

CHƯƠNG 4: BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀ * Xét hai trường hợp: -0 α / : Dòng tải liên tục u z u - / α : dòng tải gián đoạn 0 u z u a. Trạng thái 0 i z 0, u z 0 u v1 u > 0; i v1 0 u v -u < 0 ; i v 0 Tại thời điểm ωt α; I G1 >0 V 1 đóng 10

CHƯƠNG 4: BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀ b. Trạng thái v 1 [α ( - α )] u v1 0; i v1 i z u z u; u v 0; i 0 L. di z dt i z i z u z m ωl m ωl m sin ωt ωt sin( ωt).d( ωt) α (cosα cos( ωt)) 11

CHƯƠNG 4: BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀ Khi ωt α > i z 0 ωt > i z I zmax ωt α > i z 0 > SCR V 1 ngắt c. Trạng thái 0: [( α) ( + α)] Phân tích tương tư như tải R d. Trạng thái V : [( + α) (3 - α) 1

CHƯƠNG 4: BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀ * Hệ quả: Đối với tải L và góc điều khiển / α ta có: + Dòng tải gián đoạn + Trị hiệu dụng áp trên tải z m(1 α 1 sin α + ) + Trị hiệu dụng dòng điện qua tải: Iz L ω 1 α. 1+ cos α + 3 sin α 1 13

CHƯƠNG 4: BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀ IV. Bộ biến đổi điện áp xoay chiều 3 pha 14

CHƯƠNG 4: BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀ Các dạng sơ đồ động lực: ~ ~ 15

16 CHƯƠNG 4: BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀ 3 4 sin 3 sin sin θ θ θ u u u c b a Tải 3 pha đối xứng mắc dạng hình sao

CHƯƠNG 4: BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀ Xét dòng điệntảiphaa: cácđiệnápliênquanđếnphaa: u a u u ab ac sin θ ua ub sinθ sin θ 3 u a u c 6sin ωt + 6sin ωt 6 6 17

Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha cấp nguồn cho tảithuần trở R10Ω. Nguồn xoay chiều có trị hiệu dụng bằng 0V, 50Hz. Góc điều khiển α 90 a. Tính trị hiệu dụng áp tải. b. Tính công suất tiêu thụ của tải. c. Tính hệ số công suất d. Để đạt được côngsuấttảibằng 4 kw, tính độ lớn góc kích e. Định mức linh kiện sử dụng. 18

Giải: 19

130

Công tắc xoaychiều baphadạng đầy đủ mắc vàotải theo cấu hình sao. Công suất tải P 0kW, hệ số công suất 0,707. Định mức áp và dòng cho linh kiện. Áp nguồn có trị hiệu dụng 440V. 131

13

Chương 5 BỘ NGHỊCH LƯ BỘ BIẾN TẦN 133

Giới thiệu Bộ nghịch lưu: DC AC Phân loại theo cấu hình: Nghịch lưu nguồn áp Nghịch lưu nguồn dòng Phân loại theo tín hiệu được điều khiển ở ngõ ra bộ nghịch lưu: Bộ nghịch lưu áp Bộ nghịch lưu dòng Ứng dụng của bộ nghịch lưu: Truyền động điện động cơ xoay chiều Thiết bị gia nhiệt cảm ứng: lò cảm ứng, thiết bị hàn Các áp dụng trong lãnh vực truyền tải điện, chiếu sang 134

Giới thiệu Bộ biến tần: AC AC Biến tần gián tiếp: AC DC AC Biến tần trực tiếp (Cycloconverter): AC (tần số cao) AC (tần số thấp) Với bộ biến tần: cần thay đổi điện áp và tần số đồng thời Bộ biến tần giántiếp 3 pha Bộ biến tần trực tiếp 1 pha 135

Bộ nghịch lưu ápmột pha Cấu hình bộ nghịch lưu áp một pha Nguyên tắc kích: Hai công tắc bán dẫn trên cùng một nhánh cầu (S1 & S4, S3 & S) được kích đối nghịch nhau Không có trường hợp hai công tắc trên cùng một nhánh cầu cùng dẫn hoặc cùng tắt 136

Bộ nghịch lưu ápmột pha Nghịch lưu áp một pha điều khiển đơn giản: 137

Bộ nghịch lưu ápmột pha Nghịch lưu áp một pha điều khiển đơn giản: Phaân tích Fourier của điện áp ngõ ra dạng xung vuông: 4. ut () t.sin( n. ω.) t n n 1,3,5... Aùp taûi chæ chöùa caùc thaønh phaàn haøi baäc leû. Ñoä meùo daïng ñieän aùp ñöôïc tính theo heä thöùc sau: THD n t(1) t( n ) Deã daøng suy ra raèng: THD t t(1) t(1) 4 t t(1) 0, 483 48,3% ; t 4 t(1) 138

Bộ nghịch lưu ápmột pha Ví duï 5.4: Cho boä nghòch löu aùp daïng caàu moät pha vôùi daïng soùng ñieän aùp cho treân hình. Giaû thieát doøng ñieän qua taûi coù daïng i 540sin( ωt 4). t Nguoàn DC coù ñoä lôùn 300V. a. Veõ daïng soùng doøng taûi vaø doøng qua nguoàn vaø xaùc ñònh khoaûng daãn cuûa töøng linh kieän. b. Xaùc ñònh trò trung bình doøng qua nguoàn vaø coâng suaát do nguoàn cung caáp. c. Xaùc ñònh coâng suaát tieâu thuï cuûa taûi. 139

Bộ nghịch lưu ápmột pha a. Dạng sóng dòng tải và dòng nguồn vẽ trên hình b. Dòng trung bình qua nguồn: 1 I sav 540. sin( ωt ). d( ωt) 43, 1A 4 0 Công suất nguồn cung cấp: Ps300.43,17.930W7,93kW c. Trò hieäu duïng thaønh phaàn haøi cô baûn aùp ra: 4 400. 300 t ( 1 ) 70, 14V 540 P t t(1). I t(1). cosϕ 1 70,14. cos 4. 7,930W7,93kW 140

Bộ nghịch lưu ápmột pha Ví duï 5.5: Boä nghòch löu aùp moät pha maéc vaøo nguoàn moät chieàu. Taûi R 10Ω, L 0,01H. Boä nghòch löu aùp ñöôïc ñieàu khieån theo phöông phaùp ñieàu bieân. a- Tính ñoä lôùn nguoàn ñeå trò hieäu duïng aùp taûi t 100V. b- Vôùi aùp nguoàn xaùc ñònh ôû caâu a. Tính trò hieäu duïng haøi cô baûn của điện áp ngõ ra. c- Tính trò hieäu duïng doøng taûi. 141

Bộ nghịch lưu ápmột pha Giaûi: a/- Trò hieäu duïng aùp taûi: trms 100V Vaäy cần có aùp nguoàn 100V b/- Áp dụng phân tích Fourier cho aùp taûi u t, bieân ñoä cuûa soùng haøi baäc n cuûa aùp ra: 4 n, n 1, 3, 5, 7 n Trò hieäu duïng soùng haøi cô baûn (n 1) cuûa aùp taûi: 1 4. () 90,03[ V] t 1. 14

Bộ nghịch lưu ápmột pha c/- Trò hieäu duïng doøng ñieän taûi coù theå tính theo heä thöùc: I t 1 i 0 t. dx Ñeå khoâng phaûi giaûi phöông trình xaùc ñònh doøng i t, ta coù theå aùp duïng coâng thöùc sau : I t i t ( j ) j 1 Vôùi Itn ( ) 1 4 tn ( ) n Z R + nω L ( n) ( ) Ta thaáy baäc n cuûa soùng haøi baäc cao, trò hieäu duïng cuûa doøng ñieän töông öùng caøng thaáp. Do ñoù, ta coù theå tính i t gaàn ñuùng thoâng qua vaøi haøi baäc thaáp. Ví duï choïn n 1,3,5,... t(k) t(1) [A] t(3) t(5) t(7) t(9) t(11) [V] 87,88 9,7 17,56 1,54 9,75 7,98 I t(n) I t(1) [A] I t(3) I t(5) I t(7) I t(9) I t(11) [A] 8,37,13 0,94 0,51 0,35 0, Tính gần đúng I t qua hài dòng bậc 1, 3, 5: 1 ( ) I t 8,7 [A] I t () 1 + I t ( 3 ) + I t ( 5 ) 143

Bộ nghịch lưu ápmột pha Ví duï 5.7: Cho boä chænh löu aùp moät pha daïng maïch caàu. Taûi thuaàn trôû R,4Ω ; ñieän aùp nguoàn moät chieàu 48V. a. Tính trò hieäu duïng haøi cô baûn cuûa aùp ra ; b. Tính coâng suaát trung bình cuûa taûi ; c. Tính trò trung bình vaø trò töùc thôøi lôùn nhaát cuûa doøng ñieän qua transistor; d. Xaùc ñònh ñieän aùp khoùa lôùn nhaát ñaët leân transistor ; e. Tính heä soá bieán daïng cuûa aùp ra. 144

Bộ nghịch lưu ápmột pha Giaûi: 4 4.48 a. 43,[V ] t (1).. b. Coâng suaát trung bình cuûa taûi : P 1 1 ut.dx t 0 t R R R 48,4 960 [w] c. Trò trung bình doøng qua transistor: 1 ITAV dx 10[ A] 0 R R Trò töùc thôøi lôùn nhaát cuûa doøng qua transistor: R 48 it max,4 0[ A] 145

Bộ nghịch lưu ápmột pha a. Ñieän aùp khoùa lôùn nhaát ñaët leân transistor x?y ra khi transistor cùng nhánh d?n ví duï khi S 4 daãn ( T4 0): u T1 - u T4 48[V] e. Heä soá méo daïng cuûa aùp ra: THD k t( K ) t(1) 1 ( ) t t(1) vôùi t 48 [V], t(1) 43, [V] t(1) 1 48 43, ( ) Ta ñöôïc: THD 0, 484 43, 1 146

Bộ nghịch lưu ápmột pha Nghịch lưu áp một pha điều khiển kiểu điều rộng xung (PWM) 147

Bộ nghịch lưu ápmột pha Nghịch lưu áp một pha điều khiển kiểu điều rộng xung (PWM) 148

Bộ nghịch lưu ápmột pha Nghịch lưu áp một pha điều khiển kiểu điều rộng xung (PWM) Goïi m f laø tæ soá ñieàu cheá taàn soá (Frequency modulation ratio) : m f f f carrier reference f f tria sin e Tăng m f taêng giaù trò taàn soá caùc soùng haøi dễ lọc các sóng hài hơn. Ñieåm baát lôïi cuûa vieäc taêng taàn soá soùng mang laø vaán ñeà toån hao do ñoùng ngaét lôùn. Töông töï, goïi m a laø tæ soá ñieàu cheá bieân ñoä (Amplitude modulation ratio) : m a m reference m carrier m sin e m tri Neáu m 1(bieân ñoä soùng sin nhoû hôn bieân ñoä soùng mang) a thì quan heä giöõa bieân ñoä thaønh phaàn cô baûn cuûa aùp ra vaø aùp ñieàu khieån laø tuyeán tính. Ñoái vôùi boä nghòch löu aùp moät pha, biên độ hài cơ bản của điện áp ngõ ra: t ( 1 ) m ma. 149

Bộ nghịch lưu ápmột pha Phổ tần sóng hài điện áp điều khiển kiểu PWM 150

Bộ nghịch lưu ápmột pha n / Bậc của sóng hài Phổ tần sóng hài điện áp điều khiển kiểu sóng vuông 151

Bộ nghịch lưu ápbapha 15

Bộ nghịch lưu ápbapha Giaû thieát taûi ba pha ñoái xöùng thoûa maõn heä thöùc: u t1 + u t + u t3 0 Ñieän aùp pha taûi u t1,u t,u t3. Ta coù: u t1 u 10 - u NO; u t u 0 - u NO; u t3 u 30 -u NO Có thể chứng minh được: u NO u + u + u 3 10 0 30 Thay u NO vaøo bieåu thöùc tính ñieän aùp moãi pha taûi, ta coù: u u u 1 ; u u u t t ; u u u u u u t3 3 3 3 Ñieän aùp daây treân taûi: u t1 u 10 - u 0; u t3 u 0 -u 30 ; u t31 u 30 -u 10 10 0 30 0 30 10 30 10 0 153

Bộ nghịch lưu ápbapha Điều khiển kiểu 6 bước (six-step) 154

Bộ nghịch lưu ápbapha Điều khiển kiểu 6 bước (six-step) 155

Bộ nghịch lưu ápbapha Điều khiển kiểu 6 bước (six-step) Phaân tích Fourier của điện áp pha (u t1, u t, u t3 ): 4 n ut1() t sin sinnωt 3n 3 n 1,3,5... 4 n ut () t sin sin n( ωt ) 3n 3 3 n 1,3,5... 4 n ut3() t sin sin n( ωt+ ) 3n 3 3 n 1,3,5... Aùp taûi chæ chöùa caùc thaønh phaàn haøi baäc lẻ (n 1, 3, 5...)û. Trị hiệu dụng của áp pha tải: trms, 3 156

Bộ nghịch lưu ápbapha Điều khiển kiểu 6 bước (six-step) Ví duï 5.8: Boä nghòch löu aùp ba pha điều khiển kiểu 6 bước (six-step) Taûi thuaàn trôû ba pha ñoái xöùng ñaáu thaønh daïng sao. Ñoä lôùn ñieän trôû moãi pha R 10Ω. Taàn soá laøm vieäc cuûa boä nghòch löu aùp f 50Hz. Điện aùp nguoàn moät chieàu 0V. a. Xaùc ñònh trò hieäu duïng ñieän aùp ra ; b. Vieát phöông trình soùng haøi baäc 1 cuûa ñieän aùp taûi vaø doøng taûi ; c. Tính coâng suaát taûi ; d. Tính heä soá bieán daïng cuûa aùp ra. e. Tính trò trung bình doøng ñieän qua transistor. 157

Bộ nghịch lưu ápbapha Điều khiển kiểu 6 bước (six-step) Giaûi: a. Trị hiệu dụng áp pha: t..0 103 7, 3 3 [V ] b. Bieân ñoä soùng haøi baäc moät cuûa aùp: 4. 4 3 (1) sin t m.. 0,6366. 0,6366.0 140[ V] 3. 3 3 Phöông trình soùng haøi baäc moät cuûa aùp taûi - pha A u At(1) 140.sin(314t) Phöông trình soùng haøi baäc moät cuûa doøng taûi- pha A 140 At sin 314t 14.sin 314t R i (1) 158

Bộ nghịch lưu ápbapha Điều khiển kiểu 6 bước (six-step) c. Vì taûi thuaàn trôû neân coâng suaát taûi cho bôûi heä thöùc : P t t 3. R 103 7, 3. 10 36 1, d. Heä soá méo daïng cuûa aùp ra: THD [W ] 1 140 103 7, 1 ( ) t(1) t t(1) 140 0,31 e. Trò trung bình doøng ñieän ngoõ vaøo boä nghòch löu : I P 36 1, 0 t C 14,664[ A] Caùc diode ñoái song vôùi transistor khoâng daãn ñieän. Moãi transistor daãn ñieän trong 1/3 chu kyø vôùi trò trung bình doøng ñieän qua noù baèng : IC 14, 664 ITAV 4, 888[ A] 3 3 159

Bộ nghịch lưu ápbapha Điều khiển kiểu điều rộng xung (PWM) 160

Bộ nghịch lưu ápbapha Dạng sóng điều khiển và dạng điện áp ngõ ra 161

Bộ nghịch lưu ápbapha Goïi m f laø tæ soá ñieàu cheá taàn soá (Frequency modulation ratio) : m f f f carrier reference f f tria sin e Tăng m f taêng giaù trò taàn soá caùc soùng haøi dễ lọc các sóng hài hơn. Ñieåm baát lôïi cuûa vieäc taêng taàn soá soùng mang laø vaán ñeà toån hao do ñoùng ngaét lôùn. Töông töï, goïi m a laø tæ soá ñieàu cheá bieân ñoä (Amplitude modulation ratio) : m a m reference m carrier m sin e m tri Neáu m 1(bieân ñoä soùng sin nhoû hôn bieân ñoä soùng mang) a thì quan heä giöõa bieân ñoä thaønh phaàn cô baûn cuûa aùp ra vaø aùp ñieàu khieån laø tuyeán tính. Ñoái vôùi boä nghòch löu aùp ba pha, biên độ hài cơ bản của điện áp ngõ ra: t(1) m ma 16

Bộ nghịch lưu ápbapha Ví duï 5.10 Boä nghòch löu aùp moät pha ñöôïc ñieàu khieån theo phöông phaùp ñieàu roäng xung. Soùng mang tam giaùc u p coù taàn soá f p 500Hz, bieân ñoä thay ñoåi giöõa (1V,+1V), Đieän aùp ñieàu khieån xoay chieàu u dk daïng sin, taàn soá f dk 50 Hz. Nguoàn aùp moät chieàu 100V. Tính bieân ñoä soùng haøi cô baûn cuûa aùp ra khi u dk coù bieân ñoä dkm baèng 1V,5V,10V,1V. Giaûi: Bieân ñoä thaønh phaàn ñieän aùp haøi cô baûn cuûa aùp taûi coù theå tính theo heä thöùc : t(1) m ma dkm [V] m a t(1)m [V] 1 0.083 8,33 5 0,4166 41,66 10 0,8334 83,34 1 1 100 163