Điện tử công xuất P3
Bộ biến đổi và bộ khóa một chiều
Bộ khóa một chiều
Đóng cắt dòng điện một chiều Sơ đồ nguyên lý sử dụng GTO
Chương 4: Bộ biến đổi
và bộ khóa
một chiều
4.1 Khái niệm chung – Phân loại
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
Khi sử dụng thyristor:
ĐÓNG
ĐÓNG
Mở - Đóng
S CẮT
S
OS
BCM
PS
Đóng – Cắt Z
V0
S
OS
S
PS
t
4.3 Phân loại thiết bị biến đổi một chiều
4.3.1 Phân loại theo phương pháp biến đổi
Chỉnh lưu
Nghịch lưu có điều khiển
• Trực tiếp – bộ biến đổi xung
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
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:
S V0 S V0 S
uZ = U uc
uZ
iZ = iS: tăng theo đường cong U
iZ UZi
hàm mũ về giá trị (U - Eư)/R S Z 0
T1 T2 t
Năng lượng từ nguồn U, iS iV0 L T
∆iZ
một phần tích lũy vào
cuộn L, phần lớn nạp U V0
uZ iS iV0 IZ iZMIN iZM
R
cho Eư, phần còn lại tiêu 0
t
tốn trên R
Nhịp S kéo dài trong khoản thời gian T1. Kết thúc khi tín hiệu “cắt” đưa vào khóa S.
Nhịp V0:
uZ = 0 uc S V0 S V0 S
uZ
iZ = iV0: giảm theo đường cong U
hàm mũ về giá trị -Eư/R S
iZ
Z
UZi
0
iS L T1 T2 t
iV0
Năng lượng trước đây tích T
∆iZ
lũy trong cuộn L được giải U V0
phóng, phần lớn nạp cho R uZ iS iV0 IZ iZMIN iZM
Eư, phần còn lại tiêu tốn 0
t
trên R
Nhịp V kéo dài trong khoản thời gian T2. Kết thúc khi tín hiệu “đóng” đưa vào
khóa S.
• Giá trị trung bình điện áp trên tải
T1 uc S V0 S V0 S
U Zi = U = zU uZ
T U
iZ
S UZi
Z
z: tỷ số chu kỳ 0
T1 T2 t
iS iV0 L
T
0 z 1 ∆iZ
U V0
uZ iS iV0 iZM
0 Uzi U R
0
IZ iZMIN
t
U Zi − E−
Iz =
R
4.4.2 Bộ biến đổi tăng áp – mắc song song
• Nguyên lý làm việc
uc
Nhịp S: S V0 S V0 S
uZ = 0 iV0 uZ
Z U
iZ = iS; tăng theo đường cong V0
0 UZi
L T1 T2
hàm mũ, về giá trị Eư/R S
T
t
iS
Năng lượng từ nguồn Eư U
uZ
iS
được tích lũy phần lớn iZ R iV0 iZMIN iZM
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
Nhịp V0:
uc
uZ = U S V0 S V0 S
iV0 uZ
iZ = iV0; giảm theo đường
Z
cong hàm mũ, về giá trị 0 UZi
U
V0
(Eư – U)/R < 0 S
L T1 T2
t
T
iS
Năng lượng từ nguồn Eư U
cùng với năng lượng đã iZ R
uZ
iS iV0 iZMIN iZM
tích lũy trong cuộn L ở
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.
• Giá trị trung bình điện áp trên tải
uc
T2 S V0 S V0 S
U Zi = U= iV0 uZ
T Z U
T − T1 0 UZi
= U=
V0
L T1 T2
S t
T
T iS
= (1 − z )U U
iZ R
uZ
iS iV0 iZMIN iZM
t
E− − U Zi
Iz =
R
4.4.3 Bộ biến đổi xung giá trị điện trở
iZ
uc iS
L L
iR S
S uc
Rp
U
RP U
T iZ =iS+iR
T1 T2
iS 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.
iZ
iS
L
iR S
uc
Rp
U
T iZ =iS+iR
T1 T2
iS 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
• Xác định giá trị điện trở tương đương Rei
iZ
iS
L
iR S
uc
Rp
U
T iZ =iS+iR
T1 T2
iS iR iZM
iZMIN
0
t
U U
UI Z T = R p I Z T2 ⇒ I Z =
2
=
T
R p 2 Rei
T
T2
Rei = R p = (1 − z ) R p 0 ≤ Rei ≤ R p
T
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 U − uC (0)
uC (0) + ∫ idt + L = U i= sin ωvt + i (0) cos ωvt
C0 dt L
C
1
ωv: tần số góc của mạch LC … ωv =
LC
t
1
uC = uC (0) + ∫ idt =
C0
L
= U + [uC (0) − U ] cos ωvt + i (0)sin ωvt
C
4.5.2 Phân tích bộ chuyển mạch của bộ biến đổi xung áp
iV1
i iZ
uc V1
C
iC uV1
iZ
uC V2
S
Z
Z
iS iV0 L V3
L1
V0
U uZ
U V0
R uZ
T
T1 T2
iV1
i iZ V0 V1 V2 V0
V1
V1
C V3
iC uV1 QK
uC K1U
V2 Z
uZ
U
V3 t2
L1
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
Giả thiết uC = U iV1
U IZ
0
uV2 = 0; uV1 = U uV1
t0V2
uV2
iV2
iC = iV1 = iV2 =0 K1U
0
U
iV0
iZ iV2
IZ
0 t
T
T1 T2
iV1
i iZ V0 V1 V2 V0
V1
V1
C V3
iC uV1 QK
uC K1U
V2 Z
uZ
U
V3 t2
L1
0 t1 t3 t4 t5 t6 t7
V0 t
U uZ
uC iC
U
Nhịp V1, V3 (t1, t3) 0
-K1U
Tại t1 đưa xung điều khiển mở V1
t0V1
uZ = U; uV0 = -uZ = -U V0 đóng lại
iZ = iV1
iV1
U IZ
0
uV1
uC = U cos ωv (t − t1 ) uV2
iV2
t0V2
−U
K1U
iC = sin ωv (t − t1 )
0
U
L iV0
iZ iV2
C IZ
0 t
T
T1 T2
iV1
i iZ V0 V1 V2 V0
V1
V1
C V3
iC uV1 QK
uC K1U
V2 Z
uZ
U
V3 t2
L1
0 t1 t3 t4 t5 t6 t7
V0 t
U uZ
uC iC
U
0
-K1U
uV1 = 0
iV1 = IZ - iC t0V1
uV2 = -uC
iV1
iV2 = 0 U IZ
0
uV1
Tại t = t3, dòng iC = 0; V3 đóng lại t0V2
uV2
iV2
K1U
uC(t3) = -K1U; K1 = 0.7 – 0.9 0
U
iV0
iZ iV2
IZ
0 t
