Bài giảng tóm tắt môn Điện tử công suất 1
CHÖÔNG 5 BOÄ BIEÁN ÑOÅI AÙP MOÄT CHIEÀU
Boä bieán ñoåi aùp moät chieàu Vaø o Ra
BBÑ AÙp Vo
(BBÑA1C) hay goïi ñaày ñuû laø boä bieán
Moät chieàu
ñoåi xung ñieän aùp moät chieàu, söû duïng caùc
t t
ngaét ñieän baùn daãn ôû sô ñoà thích hôïp ñeå
bieán ñoåi aùp nguoàn moät chieàu thaønh Hình 5.0.1 Ñònh nghiaõ BBÑA1C
chuoãi caùc xung aùp, nhôø ñoù seõ thay ñoåi
ñöôïc trò trung bình aùp ra Vo (hình 5.0.1).
Vì theá BBÑA1C coøn ñöôïc goïi laø boä baêm ñieän aùp (hacheur hay chopper).
Daïng aùp ra BBÑA1C thay ñoåi theo theo chu kyø T goàm thôøi gian coù xung ton vaø
khoaûng nghæ T – ton.
Coù caùc nguyeân lyù ñieàu khieån:
- Ñieàu cheá ñoä roäng xung (PWM – vieát taét Pulse – Width – Modulation) khi
chu kyø T khoâng ñoåi, thay ñoåi thôøi gian ñoùng ñieän ton. α = ton/T goïi laø ñoä roäng
xung töông ñoái.
- Ñieàu cheá taàn soá khi ton khoâng ñoåi, chu kyø T thay ñoåi.
- Ñieàu khieån hoån hôïp, khi caû T vaø ton ñeàu thay ñoåi.
Hai phöông phaùp sau ít thoâng duïng trong thôøi gian gaàn ñaây, noù gaén lieàn vôùi
nhöõng maïch ñieän cuï theå, thöôøng laø ñôn giaûn. Chaát löôïng cuûa chuùng thöôøng khoâng
cao vôùi nhöôïc ñieåm lôùn nhaát laø taàn soá laøm vieäc cuûa heä thoáng bò thay ñoåi.
Trong moät soá taøi lieäu, caùc boä bieán ñoåi xung ñieän aùp moät chieàu ñoùng ngaét
nguoàn ñieän cung caáp cho taûi nhö ñaõ ñònh nghiaõ treân ñöôïc xeáp vaøo nhoùm
FORWARD, phaân bieät vôùi caùc boä bieán ñoåi laøm vieäc qua trung gian cuoän daây goïi laø
FLYBACK. Ngoaøi ra, coøn coù moät soá sô ñoà coù ñoä toång quaùt khoâng cao, khoâng ñöôïc
trình baøy trong chöông naøy.
V.1 KHAÛO SAÙT BOÄ BIEÁN ÑOÅI AÙP MOÄT CHIEÀU LOAÏI FORWARD:
Boä bieán ñoåi aùp moät chieàu loaïi FORWARD phaà n tö
thöù II
phaàn tö
thöù I
ñöôïc phaân loaïi theo soá phaàn tö maët phaúng taûi maø Vo >0, Io 0
noù coù theå hoaït ñoäng. Maët phaúng taûi, töông töï nhö phaà n tö phaà n tö
maët phaúng ñaëc tính cô trong truyeàn ñoäng ñieän, laø thöù III thöù 4
Vo, Io 0; Vo,
taäp hôïp caùc ñieåm bieåu dieãn trò trung bình doøng, aùp
treân taûi Vo, Io; goàm 4 phaàn tö nhö ôû hình 5.1.1. Hình 5.1.1: Caùc phaàn tö maët
Hình 5.1.2 cho ta caùc sô ñoà boä bieán ñoåi aùp moät phaúng taûi
chieàu loaïi FORWARD.
Trang 1 / Bộ biến đổi áp một chiều © Huỳnh Văn Kiểm
Học kì 2 năm học 2004-2005
S1 i
o + +
D1 D1 D3
R S1 S1 S3
+
D2 L
io io Vo
V V V
E
_
D2 Vo D2 D4
_ S2 _ S2 S4
(a) (b) (c)
Hình 5.1.2: Sô ñoà caùc boä bieán ñoåi (a) moät phaàn tö; (b) hai phaàn tö; (c) ba phaàn tö
+ Hình 5.1.2.b1 BBÑ
D3 laøm vieäc 2 phaàn tö
S1
io I vaø IV
V
D2
Vo
_ S4
(b1)
1. Khaûo saùt boä bieán ñoåi laøm vieäc
moät phaàn tö maët phaúng taûi:
Treân hình 5.1.2.(a) ngaét ñieän baùn daãn
moät chieàu S1, nhö ta ñaõ bieát chæ coù theå daãn
ñieän moät chieàu töø ñaàu + cuûa nguoàn. Vì theá Hình 5.1.3: Daïng soùng cuûa BBÑ moät
trò soá töùc thôøi aùp, doøng ra vO, iO vaø trò soá ¼ taûi RLE
trung bình cuûa chuùng Vo, Io
chæ coù theå döông, vaø boä bieán ñoåi nhö vaäy chæ laøm vieäc ñöôïc ôû phaàn tö thöù nhaát cuûa
maët phaúng taûi.
Xeùt chu kyø töïa xaùc laäp – khi caùc daïng soùng seõ laäp laïi ôû moãi chu kyø, treân
hình 5.1.3. (a) trình baøy tín hieäu ñieàu khieån ngaét ñieän S1. Tín hieäu cao (hay 1)
töông öùng ngaét ñieän ñoùng, thaáp (hay 0) laø ngaét.
Taïi t = 0, S1 ñoùng. Phöông trình vi phaân moâ taû heä thoáng:
dio
V = Rio + L + E , vôùi ñieàu kieän ñaàu io ( 0 ) = I min
dt
Giaûi ra : io t = I xl − I xl1 − I min e − t/ τ vôùi I xl1
() ( ) = V −E ,τ = L
R R
τ : thôøi haèng ñieän töø, Ixl1 : doøng qua maïch khi xaùc laäp ( t Æ ∞ ).
io (ton ) = I max = I xl1 − ( I xl1 − I min )e − t on / τ
Khi t > ton , S1 ngaét doøng taûi khoâng thay ñoåi töùc thôøi, kheùp maïch qua diod phoùng
ñieän D2. Phöông trình vi phaân moâ taû heä thoáng khi choïn laïi goác thôøi gian:
Trang 2 / Bộ biến đổi áp một chiều http://www.khvt.com
Bài giảng tóm tắt môn Điện tử công suất 1
dio
0 = Rio + L + E , vôùi ñieàu kieän ñaàu io ( 0 ) = I max
dt
Giaûi ra : io (t) = I x 2 − ( I xl 2 − I max )e − t / τ vôùi I xl 2 = − E
R
Vaø io (T − ton ) = I xl 2 − ( I xl 2 − I max )e − (T − ton )/ τ = I min
vaø cho pheùp tính ra Imax, Imin vaø daïng cuûa iO theo t nhö hình
5.1.3.(b).
I max = VR
(1− e −ton / τ ) − E ; I = V (e ton / τ −1) − E
(1− e −T / τ ) R min R (e T / τ −1) R
vaø nhaáp nhoâ doøng ra: ΔI = 12 ( I max − I min )
ton ⋅V t
Trò trung bình aùp ra: Vo = = αV , vôùi α = on , vaø doøng ra
T T
Vo − E
Io =
R
khi söû duïng nguyeân lyù xeáp choàng cho thaønh phaàn moät chieàu cuûa aùp ra
vO .
Tính gaàn ñuùng: Khi T Học kì 2 năm học 2004-2005
α xV − E Vt t VRton + 2 LE
I ox = = ΔI = on (1 − α x ) ⇒ α x = on = vaø
R 2L tx VRton + 2 LV
VRton + 2 LV
tx = ton
VRton + 2 LE
.
Coâng thöùc naøy cuõng cho ta ñieàu kieän ñeå boä bieán ñoåi coù doøng giaùn ñoaïn: ñoù
laø chu kyø T ≥ tx vôùi tX tính theo .
Ví duï 4.1: a. Tính caùc thoâng soá vaø veõ daïng doøng aùp treân taûi cuûa BBÑ aùp
laøm vieäc1/4 mp taûi. V = 100 V, T = 100 microgiaây, tON = 30 microgiaây, R = 5
ohm,L = 0.001 henry, E = 20V
Giaû söû doøng lieân tuïc: α = 30/100 = 0.3, suy ra:
ΔI = (100*30*10-6*(1-0.3))/(2*10*10-3)= 0.105A
Vo = 100.(30/100)= 30 volt; Io = (30 – 20)/5 = 2 A.
Imax = Io + ΔI = 2.105 A.
Imin = Io – ΔI = 1.895 A > 0 , giaû thuyeát doøng lieân tuïc laø ñuùng.
Kieåm tra laïi: τ = 0.01 / 5 = 0.002 giaây, töø ,
Imin = 100 (e30 E−6 / 2 E−3 −1) − 20 = 1.8953546 A
5 (e100 E−6 / 2 E−3 −1) 5
Imax = 100 (1− e −30 E−6 / 2 E−3 ) − 20 = 2.1053454 A , suy ra ΔI = 0.1049954 A .
5 (1− e −100 E −6 / 2 E −3 ) 5
Nhö vaäy sai soá giöõa hai caùch tính laø khoâng ñaùng keå.
Kieåm tra caùc thôøi haèng: T = 100 E-6 29.475 volt thì tX < 100 micro giaây vaø doøng baét ñaàu giaùn ñoaïn.
Baøi taäpï 4.1: Suy ra töø .
Ñaët T/τ = σ vaø ñaõ coù tON/T = α , theá vaøo khi löu yù
ton T
e τ = e α .σ ; e τ = eσ :
I max = V
(
1 − e − α .σ E )
− ; I min = V
(
e α .σ − 1 E )
R
(
1 − e − .σ R
) R
eσ − 1
−
R
( )
2
Vì T Bài giảng tóm tắt môn Điện tử công suất 1
:
I max = V ⎡1−1+ α .σ − ( α σ / 2 ) ⎤ E
2 2
R ⎢ 1−1+ σ − ( σ 2 / 2 ) ⎥ R
⎣ ⎦
− = R
[
V 1− ( α .σ / 2 )
α 1− ( σ / 2 ) ]− E
R
= V
R
[
α ⋅ 1 + σ −2α .σ ]− ER
töông töï : I min = V
R
[
α 1 − σ −2α .σ ]− ER ,
[ ]
suy ra ΔI = VR α.σ 1−2α = V2..LT α(1 − α ) vì τ = L/R
Baøi taäpï 4.2: Bieän luaän cheá ñoä doøng ñieän BBÑ
laøm vieäc ¼ maët phaúng taûi theo söùc phaûn ñieän E vaø α :
Khi tON giaûm hay E taêng, doøng ñieän giaûm. Vôùi
tON = tGH ,öùng vôùi αgh = tGH / T, ta coù tröôøng hôïp giôùi
haïn giöõa doøng lieân tuïc vaø giaùn ñoaïn khi Imin = 0. Khi
tON < tGH hay E taêng, doøng giaùn ñoaïn vaø ngöôïc laïi.
Khi Imin = 0, cho ta phöông trình:
⎛⎜ e α gh ⋅σ − 1⎞⎟
E gh ⎠ ≈ α ⎛⎜1 − σ − α gh σ ⎞⎟ .
= q gh = ⎝
V ( σ
e −1 ) gh ⎜
⎝ 2 ⎟
Hình 5.1.5: Bieän luaän doøng
⎠
giaùn ñoaïn (tính toaùn chính
Hình 5.1.5 cho ta quan heä qgh(αgh) vôùi σ laø
xaùc)
thoâng soá,
bieåu thöùc gaàøn ñuùng aùp duïng khi σ = T/ τ qgh doøng seõ giaùn ñoaïn. Vaø ngöôïc laïi, cuøng giaù trò σ, q
khi α < αgh, doøng cuõng seõ giaùn ñoaïn.
Baøi taäpï 4.3: Tìm beà roäng xung tX cuûa BBÑ laøm vieäc ¼ maët phaúng taûi, taûi RL
trong cheá ñoä doøng ñieän giaùn ñoaïn: (hình 5.1.4)
(
vôùi Ibñ = 0 cho ta I max = V R− E 1 − e − ton / τ . Theá keát quaû naøy vaøo)
, ñeå yù phaûi thay T baèng tX vì ñaây laø daïng xung cuûa doøng giaùn ñoaïn, keát quaû
nhaän ñöôïc:
{ [
tx = τ ⋅ ln e σ.α ⋅ 1 + V E
−E
(
1 − e − σ.α )]}
Thöû laïi: vôùi τ = 0.01 giaây, T = 100 microgiaây, tON = 30 microgiaây, E = 44 V,
V = 100 V, tính ñöôïc tX = 68 microgiaây, cuøng keát quaû vôùi , ñeå yù τ = L/R.
2. Khaûo saùt boä bieán ñoåi laøm vieäc hai phaàn tö maët phaúng taûi I vaø II:
Trong hình 5.1.2.(b), hai ngaét ñieän baùn daãn moät chieàu laøm vieäc ngöôïc pha
nhau: khi S1 ñoùng, S2 ngaét vaø ngöôïc laïi. Kyù hieäu:
S1 = S2
Nhö vaäy, caùc ngaét ñieän S1, S2 vaø diod D1, D2 cho pheùp doøng taûi iO chaûy
theo hai chieàu, trong khi aùp ra chæ coù theå döông: boä bieán ñoåi coù theå laøm vieäc ôû
Trang 5 / Bộ biến đổi áp một chiều © Huỳnh Văn Kiểm
Học kì 2 năm học 2004-2005
phaàn tö thöù nhaát vaø hai.
Vieäc ñoùng ngaét ñaûo pha hai ngaét ñieän maéc noái tieáp khoâng deã daøng trong thöïc
teá khi ta ñeå yù thôøi gian turn on cuûa ngaét ñieän baùn daãn bao giôø cuõng beù hôn thôøi
gian turn off. Khi ñoù coù theå xaûy ra ngaén maïch nguoàn taïm thôøi khi ngaét ñieän turn off
chöa kòp OFF trong khi ngaét ñieän turn on ñaõ ON (söï truøng daãn). Ñeå traùnh hieän
töôïng naøy ta caàn theâm vaøo moät khe thôøi gian ñuû lôùn (phuï thuoäc vaøo loaïi ngaét ñieän)
caû hai ngaét ñieän ñeàu khoaù laøm trung gian cho quaù trình chuyeån maïch.
Khaûo saùt boä bieán ñoåi nhö vôùi sô ñoà
laøm vieäc moät phaàn tö cho ra cuøng keát quaû,
caùc coâng thöùc töø ñeán ñeàu
coù theå aùp duïng. Nhöng caùc doøng ñieän ñeàu
coù theå lôùn hay nhoû hôn zero, suy ra khoâng
coù cheá ñoä doøng giaùn ñoaïn.
Caùc daïng doøng aùp ñöôïc veõ treân hình
Hình 5.1.6: Caùc tröôøng hôïp doøng
5.1.6 :
ñieän cuûa BBÑ laøm vieäc nhieàu hôn ¼
Daïng doøng iO hình (a) töông öùng vôùi maët phaúng taûi
tröôøng hôïptrò trung bình doøng ra Io >> 0.
Diod D1
vaø ngaét ñieän S2 khoâng coù doøng, thöïc teá maïch hoaït ñoäng nhö boä bieán ñoåi moät phaàn
tö.
Daïng doøng (b) xaûy ra khi söùc phaûn ñieän taûi E xaáp xæ trò trung bình aùp ra Vo,
trò trung bình tieán veà 0 vaø caû 4 linh kieän coâng suaát ñeàu tham gia daãn ñieän.trong
töøng giai ñoaïn nhö treân hình.
Daïng doøng ( c) xaûy ra khi trò trung bình doøng ra Io Vo . Khi S2 ñoùng, doøng iO qua R, L, S2 veà E coù
bieân ñoä taêng daàn. Cuoän daây ñöôïc naïp naêng löôïng. Khi S2 ngaét, doøng qua L khoâng
thay ñoåi töùc thôøi phoùng qua D1 veà nguoàn. Nhö vaäy taûi E duø coù söùc ñieän ñoäng beù
hôn nguoàn V nhöng vaãn coù theå ñöa naêng löôïng veà nguoàn nhôø boä bieán ñoåi aùp moät
chieàu khi coù trò soá trung bình aùp ra Vo thích hôïp (Vo < E).
Ví duï 4.2: Khaûo saùt BBÑ aùp moät chieàu hình 5.1.2 (b) voùi nguoàn V = 100 volt,
söùc ñieän ñoäng taûi E = 40 volt, R = 5 ohm, L = 1 mH, T = 100 micro giaây. Veõ daïng
doøng ra trong caùc tröôøng hôïp ñoä roäng xung töông ñoái α laàn löôït laø 0.5; 0.3; 0.2.
a. α = 0.5. ΔI = 100*0.0001*0.5(1 – 0.5)/(2*0.001)= 1.25 ampe.
Trung bình aùp ra Vo = 0.5*100 = 50 volt => Io = (50 – 40)/5 = 2 ampe.
Trang 6 / Bộ biến đổi áp một chiều http://www.khvt.com
Bài giảng tóm tắt môn Điện tử công suất 1
Vaäy Imin = 2 – 1.25 = 0.75 ampe; . Imax = 2 + 1.25 = 3.25 ampe, töông öùng
vôùi tröôøng hôïp doøng ñieän daïng (a) cuûa hình 5.1.6.
b. α = 0.4 ΔI = 100*0.0001*0.4(1 – 0.4)/(2*0.001)= 1.2 ampe.
Trung bình aùp ra Vo = 0.4*100 = 40 volt => Io = (40 – 40)/5 = 0 ampe.
Vaäy Imin = 0 – 1.2 =– 1.2 ampe; . Imax = 0 + 1.2 = 1.2 ampe, töông öùng vôùi
tröôøng hôïp doøng ñieän daïng (b) cuûa hình 5.1.6.
b. α = 0.3 ΔI = 100*0.0001*0.3(1 – 0.3)/(2*0.001)= 1.05 ampe.
Trung bình aùp ra Vo = 0.3*100 = 30 volt => Io = (30 – 40)/5 = – 2 ampe.
Vaäy Imin =– 2 – 1.05 =– 3.05 ampe; . Imax =– 2 + 1.05 = – 0.95 ampe,
töông öùng vôùi tröôøng hôïp doøng ñieän daïng (c) cuûa hình 5.1.6.
BBÑ taêng aùp:
+
BBÑ aùp moät chieàu laøm vieäc 1 phaàn tö chæ D1
io L
coù theå cung caáp aùp ngoû ra beù hôn aùp nguoàn neân
V R
coøn coù teân goïi laø BBÑ giaûm aùp. vo
E
Xeùt BBÑ hai phaàn tö hình 5.1.2.b, khi laøm S2
_
vieäc ôû phaàn tö thöù II, chæ coù S2 vaø D1 laøm vieäc
(veõ laïi treân hình 5.1.7). Naêng löôïng cuûa sññ taûi E
ñöôïc traû veà nguoàn ( iO < 0 ) nhöng ta vaãn Hình 5.1.7: BBÑ taêng aùp
coù trung bình aùp ra VO beù hôn aùp nguoàn V. Sô ñoà
hình 5.1.7 ñöôïc goïi laø BBÑ taêng aùp, khi
aùp cuûa phiaù cung caáp (aùp taûi) VO beù hôn aùp nguoàn V (phía nhaän).
ÔÛ BBÑ taêng aùp, ta ñònh nghiaõ tON laø thôøi gian daãn ñieän cuûa S2, coâng thöùc
tính trò trung bình VO seõ thay ñoåi, töông öùng vôùi vieäc thay theá α baèng (1 - α) trong
Ta coù VO = V .(1 - α)
doøng qua taûi IO = (VO – E)/R < 0 töông öùng VO < E.
Caàn löu yù chæ ñuùng khi doøng taûi iO lieân tuïc, nhôø vaøo khaû naêng tích
tröõ naêng löôïng ôû daïng doøng ñieän cuûa töï caûm L. Khoâng coù söùc ñieän ñoäng caûm öùng
cuûa L, doøng khoâng theå chaïy töø taûi E coù ñieän aùp beù veà nguoàn V lôùn ñöôïc.
BBÑ taêng aùp laø moät sô ñoà trong nhoùm BBÑ aùp moät chieàu daïng FLYBACK,
coù khaû naêng taêng-giaûm aùp vôùi töï caûm L ñöôïc xem nhö laø moät thaønh phaàn cuûa
BBÑ.
3. Khaûo saùt boä bieán ñoåi laøm vieäc boán phaàn tö maët phaúng taûi:
Hình 5.1.2.(c) cho ta sô ñoà caàu cuûa boä bieán ñoåi laøm vieäc boán phaàn tö maët
phaúng taûi. Ta cuõng coù theå söû duïng sô ñoà vôùi hai nguoàn nhö hình 5.1.8. Trong sô ñoà
Trang 7 / Bộ biến đổi áp một chiều © Huỳnh Văn Kiểm
Học kì 2 năm học 2004-2005
caàu, caùc ngaét ñieän S1, S4 cung caáp ñieän aùp döông vaø caùc ngaét ñieän S2, S3 cung
caáp ñieän aùp aâm cho taûi. Caùc diod song song ngöôïc vôùi ngaét ñieän ñaûm baûo doøng
ñieän löu thoâng hai chieàu. Coù theå lyù luaän töông töï ñeå chöùng minh khaû naêng laøm
vieäc ôû boán phaàn tö maët phaúng taûi cuûa sô ñoà söû duïng hai nguoàn: S1 cung caáp ñieän
aùp döông cho taûi vaø ñieän aùp aâm baèng S2.
Caùc sô ñoà laøm vieäc 4 phaàn tö maët phaúng taûi duøng + V S1
ñeå cung caáp cho taûi: D1
- aùp ñaûo chieàu (laøm vieäc ôû phaàn tö I hay III) io
- doøng vaø aùp ñaûo chieàu (laøm vieäc I, II hay III, IV)
S2
- doøng vaø aùp coù daáu baát kyø phuï thuoäc yeâu caàu. Vo
D2
_
töông öùng vôùi nhieàu caùch ñieàu khieån caùc ngaét V
ñieän boä bieán ñoåi. Coù hai caùch chính:
Hình 5.1.8: BBÑ laøm
- Ñieàu khieån chung hay hoaøn toaøn:
S1 = S4 = S2 = S3 . Khi ñoù daïng aùp ra luoân coù hai cöïc
vieäc boán phaàn tö maët
tính: vO döông khi S1 ñoùng vaø aâm khi S1 ngaét – daïng phaúng taûi, sô ñoà hai
soùng hình 5.1.9.(a), nhöng aùp ra laø daïng nguoàn
xung coù bieân ñoä thay ñoåi trong khoaûng –V ñeán +V, laøm cho nhaáp nhoâ doøng ñieän
taêng gaáp ñoâi so vôùi daïng xung moät cöïc tính 0 .. V:
ΔI = I max − I min
2 = VT
L (1 − α ) α
vôùi α = tON/T; tON laø thôøi gian ON cuûa S1, S4.
Phöông aùn ñieàu khieån chung cho pheùp thay ñoå lieân tuïc aùp ra töø aâm sang
döông khi thay ñoåi ñoä roäng xung töông ñoái tON/T :
Vo = T1 ⎡⎣ V ⋅ ton − V ( T − ton ) ⎤⎦ = V ( 2α − 1)
Doøng taûi coù theå döông hay aâm phuï thuoäc vaøo töông quan giöõa trung bình aùp
ra VO vaø sññ taûi E (theo nguyeân lyù xeáp choàng).
VO − E
IO =
R
- Ñieàu khieån rieâng hay khoâng hoaøn toaøn: Moãi luùc chæ ñoùng ngaét moät trong
hai nhoùm S1, S4 cung caáp aùp döông vaø S2, S3 cung caáp aùp aâm cho taûi - daïng soùng
aùp ra taûi thuaàn trôû ñöôïc veõ treân hình 5.1.9.(b).
Phöông aùn ñieàu khieån rieâng cung caáp
xung moät cöïc tính cho aùp ra. Coâng thöùc tính
toaùn nhö tröôøng hôïp BBÑ moät phaàn tö. Coù
theå thaáy deã daøng raèng BBÑ cung caáp aùp ñaûo
chieàu, laøm vieäc ôû phaàn tö I hay III phuï thuoäc
vaøo caëp ngaét ñieän laøm vieäc vaø nhö vaäy caùch
Hình 5.1.9.(a) daïng soùng aùp ra
Trang 8 / Bộ biến đổi áp một chiều http://www.khvt.com
Bài giảng tóm tắt môn Điện tử công suất 1
tính toaùn seõ gioáng nhö ôû khaûo saùt BBÑ moät ÑK chung
phaàn tö.
Öu ñieåm cuûa caùch ñieàu khieån naøy laø
nhaáp nhoâ doøng, aùp ra beù hôn, sô ñoà ñieàu
khieån ñôn giaûn.
Ngoaøi vieäc doøng taûi khoâng theå ñaûo
chieàu, sô ñoà ñieàu khieån caàn coù tín hieäu choïn
daáu cho ñieän aùp ra (töông öùng vôùi choïn nhoùm
ngaét ñieän laøm vieäc). Ñieàu naøy seõ laøm heä Hình 5.1.9.(b) daïng soùng aùp ra ÑK
thoáng khoâng laøm vieäc ñöôïc hay taùc ñoäng rieâng
chaäm quanh ñieåm aùp ra baèng khoâng.
Trong thöïc teá coù nhieàu sô ñoà ñieàu khieån
khaùc nhau naèm giöõa hai nguyeân lyù ñieàu khieån
treân, daáu hieäu ñeå phaân nhoùm laø ñieàu khieån
rieâng luoân yeâu caàu
tín hieäu choïn cöïc tính aùp ra trong khi ñieàu khieån chung luoân luoân coù theå thay ñoåi aùp
ra lieân töïc
quanh giaù trò 0 volt. V
4. Khaûo saùt sô ñoà hình 5.1.2.b1 t on
taûi RLE: Boä bieán ñoåi laøm vieäc hai io
E
phaàn tö I vaø IV.
S1, S4 D2, D3 t
Caùc ngaét ñieän S1 vaø S4 cuøng
ñoùng vaø cuøng khoùa vôùi ñoä roäng xung Tx
T
töông ñoái α = ton/T.
Khi ñeå yù ngaét ñieän baùn daãn chæ hình 5.1.10: aùp, doøng BBÑ hình 5.1.2.b1
daãn ñieän moät chieàu, doøng qua taûi chæ coù khi doøng giaùn ñoaïn
theå laø chieàu + quy öôùc: iO ≥ 0 .
S1, S4 daãn ñieän: vO = V > 0
S1, S4 khoùa: Naêng löôïng tích tröû trong L cho pheùp taûi phoùng ñieän veà nguoàn
qua caùc diod D2 vaø D3: aùp ra vO = - V < 0.
Nhö vaäy boä bieán ñoåi coù daïng aùp ra ± V, tuyø thuoäc vaøo töông quan thôøi gian
giöõa xung aùp döông vaø aâm maø aùp ra coù theå döông hay aâm (hình 5.1.10).
Tính toaùn maïch khi doøng taûi lieân tuïc:
Khi coù taûi thích öùng, doøng taûi lieân tuïc: iO taêng trong khoaûng ton vaø giaûm
(chöa baèng 0) trong thôøi gian coøn laïi cuûa chu kyø.Vaäy ta coù daïng aùp, doøng cuûa BBÑ
4 phaàn tö vaø trung bình aùp ra ñöôïc tính theo vaø nhaáp nhoâ doøng tính baèng
. Trò trung bình doøng vaãn laø IO = (VO – E)/R. Luoân nhôù laø doøng ra iO
Trang 9 / Bộ biến đổi áp một chiều © Huỳnh Văn Kiểm
Học kì 2 năm học 2004-2005
chæ coù theå döông, khi IO giaûm, doøng coù xu höôùng tieán ñeán gaùn ñoaïn.
Khi doøng giaùn ñoaïn, caùc tính toaùn trôõ neân phöùc taïp hôn.
Baøi taäp: Tìm ñieàu kieän ñeå coù aùp ra VO < 0, ñieàu kieän ñeå coù doøng lieân tuïc.
5. Khaûo saùt soùng haøi aùp doøng treân taûi RLE:
a. Soùng haøi ñieän aùp:
Coù theå phaân laøm hai tröôøng hôïp: doøng lieân tuïc vaø giaùn ñoaïn. Khi doøng lieân
tuïc, daïng aùp ra chæ phuï thuoäc ñoä roäng xung töông ñoái α. Khi doøng giaùn ñoaïn, daïng
aùp ra coøn phuï thuoäc söùc phaûn ñieän E. Tuy nhieân chæ caàn khaûo saùt tröôøng hôïp doøng
ñieän giaùn ñoaïn, tröôøng hôïp doøng lieân tuïc töông öùng vôùi tX = T . Khai trieån
Fourier cho daïng aùp ra vO hình 5.1.3.c :
vo = Vo + ∑ n =1 ( An sin nwt + Bn cos nwt) = Vo + ∑ n =1[Vn sin(nwt + θ n )] vôùi
∞ ∞
Vn = An2 + Bn2 , θ n = tg −1 ( An / Bn ) vaø w = 2π / T
Vo ñöôïc tính baèng ; An, Bn coù theå tích phaân theo daïng soùng vO
hình 5.1.3.c, khi ñeå yù chu kyø T töông öùng vôùi 2 π:
1 2π 1 ⎛ t on ⋅ 2 π / T 2π
An = ∫ vo ⋅ sin nwt ⋅ dwt = ⎜ ∫ V ⋅ sin nwt ⋅ dwt + ∫ E ⋅ sin nwt ⋅ dwt ⎞⎟
π 0 π⎝ 0 t x ⋅ 2π / T ⎠
An = V
nπ
(1 − cos nwton ) − nEπ (1 − cos nwtx ); Bn = V
nπ
(sin nwton ) − nEπ (sin nwtx )
Bieân ñoä vaø ñoä leäch pha cuûa soùng haøi baäc n ôû tröôøng hôïp doøng lieân tuïc tX =
T laø:
Vn = 2V
nπ
1 − cos nwton ; θ n = tg −1 [sin nwton / (1 − cos nwton )]
b. Soùng haøi doøng ñieän taûi RLE:
Soùng haøi doøng ñieän taûi RLE ñöôïc tính khi aùp duïng nguyeân lyù xeáp choàng, nhö
ñaõ khaûo saùt trong chöông chænh löu ÑK pha (muïc IV.3.6 ).
6. Söï laøm vieäc song song caùc boä bieán ñoåi:
Töông töï nhö ôû boä nguoàn chænh löu, söû duïng song song caùc boä bieán ñoåi coù 2
taùc duïng:
- Taêng coâng suaát ngoû ra thay vì noái song song caùc ngaét ñieän ñeå taêng coâng
suaát BBÑ.
Khi coâng suaát taûi lôùn vöôït quaù khaû naêng cuûa caùc ngaét ñieän coù saün, vieäc song
Trang 10 / Bộ biến đổi áp một chiều http://www.khvt.com
Bài giảng tóm tắt môn Điện tử công suất 1
song nhieàu ngaét ñieän ñeå ñaùp öùng coâng suaát thieát keá tuy ñôn giaûn nhöng coù nhieàu
haïn cheá: maïch phöùc taïp, saûn xuaát ñôn chieác, heä soá an toaøn khi tính choïn ngaét ñieän
taêng.. Vieäc song song nhieàu boä bieán ñoåi cung caáp cho moät taûi tuy phöùc taïp veà
nguyeân lyù nhöng seõ coù nhieàu öu ñieåm veà kyõ thuaät nhö: module hoaù thieát keá, söû
duïng toái öu linh kieän, cho pheùp öùng duïng nhieàu thuaät toaùn ñieàu khieån ñeå taêng chaát
löôïng ngoû ra cuõng nhö khaû naêng söû duïng nguoàn..
Hình 5.1.11a cho ta sô ñoà hai BBÑ cung caáp cho moät taûi, hai BBÑ thöôøng coù
thoâng soá hoaït ñoäng gioáng nhau: cuøng VO, khaû naêng taûi doøng.. nhöng laøm vieäc leäch
pha ½ chu kyø. Chuùng ñöôïc noái chung ngoû vaøo vaø chung ngoû ra qua caùc cuoän khaùng
coù nhieäm vuï rôi phaàn aùp cheânh leänh xoay chieàu. Moãi BBÑ seõ daãn ½ doøng taûi.
Aùp trung bình treân taûi: v01 = v02 (wt – π) => V01 = V02 = V0
AÙp treân cuoän khaùng L: vL = (v01 - v02 )/2 chæ coù caùc haøi boäi leû 1, 3, 5…
Coù theå chöùng minh deã daøng laø aùp treân taûi chæ coù haøi boäi chaün, nghiaõ laø seõ
nhaáp nhoâ ôû taàn soá goùc 2w.
L in
BBÑ 1
L
+
vo1 +
TAÛ I
V vo
BBÑ 2
BBÑ 1
BBÑ 2
L V
_ vo2 C
_
Hình 5.1.11a: Hai BBÑ cung caáp cho
Hình 5.1.11b: Caûi thieän doøng nguoàn baèng
moät taûi
boä loïc ngoõ vaøo vaø ñieàu khieån leäch pha caùc
BBÑ
- Caûi thieän chaát löôïng doøng, aùp ngoû ra vaø doøng nguoàn cung caáp khi ñieàu
khieån leäch pha caùc BBÑ.
Ta bieát taàn soá laøm vieäc cuûa Io
BBÑ caøng cao thì caùc aûnh höôûng
cuûa soùng haøi baäc cao leân taûi moät t
chieàu caøng beù, nhöng taàn soá hoaït
Doø ng nguoà n moä t BBÑ thöï c teá (neù t nhoû ), gaà n ñuù ng
ñoäng cuûa BBÑ bò giôùi haïn bôûi (neù t ñaä m)
khaû naêng cuûa ngaét ñieän. Nhö ñaõ
chöùng minh ôû phaàn treân, khi ñieàu
khieån leäch pha ½ chu kyø hai t
BBÑ gioáng nhau noái song song,
nhaáp nhoâ doøng, aùp coù taàn soá gaáp doø ng nguoà n khi laø m vieä c song song hai BBÑ
ñoâi taàn soá laøm vieäc cuûa BBÑ vaø Hình 5.1.12: Daïng doøng nguoàn in cuûa moät vaø
nhö vaäy chaát löôïng doøng, aùp ngoû hai BBÑ gioáng heät nhau laøm vieäc song song
Trang 11 / Bộ biến đổi áp một chiều © Huỳnh Văn Kiểm
Học kì 2 năm học 2004-2005
ra ñaõ ñöôïc caûi thieän. leäch pha 180O.
Khaû naêng söû duïng nguoàn
moät chieàu cuõng ñöôïc caûi thieän
khi caùc
BBÑ laø taûi cuûa chuùng laøm vieäc leäch pha. Khi ñoù giaù trò hieäu duïng cuûa doøng nguoàn
seõ tieán gaàn ñeán gía trò trung bình cuûa chuùng hôn. Hình 5.1.12 veõ daïng doøng cung
caáp cho 1 BBÑ vaø 2 BBÑ laøm vieäc leäch pha ½ chu kyø. Doøng nguoàn laø nhöõng xung
hình thang coù beà roäng baèng khoaûng daãn cuûa ngaét ñieän S nhöng ta coù theå giaû söû
xung doøng coù daïng chöõ nhaät coù bieân ñoä laø trò trung bình doøng taûi ñeå tính toaùn deã
hôn khi töï caûm taûi L ñuû lôùn.
Soùng haøi baäc cao laøm cho ta khoâng taän duïng coâng suaát nguoàn ñieän, coù theå
giaûm bôùt baèng maéc loïc LC ôû ngoû vaøo nhö hình 5.1.11b.
V.2 BOÄ BIEÁN ÑOÅI AÙP MOÄT CHIEÀU LOAÏI FLYBACK:
Caùc boä bieán ñoåi aùp moät chieàu khi laøm nguoàn cho caùc thieát bò ñieän töû caàn coù
theâm boä loïc LC (hay RC khi coâng suaát beù) ñeå aùp ra phaúng. Trong caùc boä nguoàn
xung hieän ñaïi ta hay gaëp boä bieán ñoåi loaïi flyback, noù cho ra chuoãi xung doøng, qua
trung gian cuoän daây ñeå naïp tuï ngoû ra thay vì caùc xung aùp nhö ôû BBÑ daïng
FORWARD. Boä bieán ñoåi aùp moät chieàu xeáp vaøo loaïi flyback khi chu kyø hoaït ñoäng
goàm hai pha:
Pha 1: Ngaét ñieän ñoùng (ON). Cuoän daây ñöôïc naïp naêng löôïng töø nguoàn, taûi
söû duïng naêng löôïng tích tröû trong tuï ñieän song song ( tuï loïc ngoû ra ).
Pha 2: Ngaét ñieän ngaét (OFF). Cuoän daây chuyeån (phoùng) naêng löôïng qua taûi
vaø naïp naêng löôïng vaøo tuï ñieän.
Trang 12 / Bộ biến đổi áp một chiều http://www.khvt.com
Bài giảng tóm tắt môn Điện tử công suất 1
S1 D
+ is
i D
+ is L S1
C Io C Io
V L
V v L
L i i
_ C v C v
C S2 C
_ D
(a)
(b)
S1 D L2 D
L1 i
+ i i + is L2
L1 L2 C Io i C Io
T L
V v V
L1 i S1
i
_ C v _ C v
n:1 C C
(c) (d)
Hình 5.2.1: Caùc sô ñoà BBÑ daïng Flyback:
Nhö vaäy, nguyeân taéc hoaït ñoäng boä bieán ñoåi loaïi FLYBACK ñoái nghòch vôùi
caùc boä bieán ñoåi xung ñieän aùp daïng FORWARD, khi taûi ñöôïc noái nguoàn khi ngaét
ñieän ñoùng (ON) vaø söû duïng naêng löôïng tích tröõ khi ngaét ñieän khoùa.
Coù 4 sô ñoà ñöôïc trình baøy treân hình 4.8:
(a) Boä bieán ñoåi ñaûo cöïc tính: ñöôïc duøng cho khaûo saùt cô baûn vì coù soá phaàn töû
laø ít nhaát.
(b) Sô ñoà taêng giaûm aùp.
(c) Sô ñoà taêng giaûm aùp coù bieán aùp.
(d) Sô ñoà taêng aùp.
Sô ñoà (a) coù soá phaàn töû ít nhaát, (b) coù cuøng hoaït ñoäng vôùi (a) nhöng khoâng
ñaûo cöïc tính, (c) töông töï nhöng söû duïng bieán aùp vaø (d) taêng aùp.
BBÑ taêng aùp ñaõ ñöôïc khaûo saùt ôû muïc V.1.2 laø tröôøng hôïp rieâng cuûa sô ñoà
hình (d), khi bieán aùp töï ngaãu chæ coøn laïi cuoän daây sô caáp.
V.3 MAÏCH TAÉT SCR:
Ngoaøi hoï transistor hay GTO coù theå ñoùng ngaét theo maïch laùi caùc ngaét ñieän
ñaõ tìm hieåu ôû chöông 1, ta coù theå söû duïng SCR laøm ngaét ñieän baùn daãn laøm vieäc vôùi
ñieän moät chieàu khi söû duïng theâm maïch phuï, goïi laø maïch taét SCR. Cuõng gioáng nhö
ôû chænh löu, quaù trình taét SCR coøn ñöôïc goïi laø quaù trình ñaûo löu hay chuyeån maïch.
Nguyeân lyù toång quaùt cuûa maïch taét SCR laø taïo ra moät ñöôøng daãn ñieän taïm
thôøi thay theá SCR , laøm cho doøng qua noù veà khoâng trong thôøi gian ñaûm baûo taét tq >
toff.
Trang 13 / Bộ biến đổi áp một chiều © Huỳnh Văn Kiểm
Học kì 2 năm học 2004-2005
1. Ví duï maïch taét SCR: Maïch hai traïng thaùi beàn duøng SCR (hình 5.3.1).
Taïi t = 0, kích T1. T1 +
daãn ñieän vaø C ñöôïc naïp qua R1 R2
T1 vaø R2 ñeán aùp nguoàn V vôùi
cöïc tính nhö hình veõ. T2 coù V v
C
ñieän aùp phaân cöïc laø vC , baèng
- +
C
aùp nguoàn V khi doøng naïp tuï T1 T2
tieán veà 0 . _
Khi kích T2, T2 daãn ñieän vaø tuï
ñieän C ñaët aùp aâm vaøo T1. T1
khoâng theå daãn ñieän vaø phuïc
hoài traïng thaùi
Hình 5.3.1: Maïch hai
traïng thaùi beàn duøng SCR
khoùa. Tuï ñieän C ñöôïc naïp qua R1 ñeán giaù trò aùp nguoàn V vôùi daáu ngöôïc laïi, chuaån
bò laøm taét T2 khi T1 ñöôïc kích. Thôøi gian T1 bò ñaêït aùp aâm ñöôïc goïi laø tq - thôøi gian
ñaûm baûo taét SCR, caàn phaûi lôùn hôn toff laø thôøi gian caàn thieát cho SCR phuïc hoài khaû
naêng khoùa.
Nhö vaäy ñeå taét SCR, ngöôøi ta coù theå duøng tuï ñieän vôùi ñieän tích coù daáu thích
hôïp, taïo ñöôøng daãn ñieän taïm thôøi laøm cho doøng qua SCR veà khoâng trong thôøi gian
tq ñuû ñeå SCR phuïc hoài khaû naêng khoùa.
2. Sô ñoà ñaûo löu (chuyeån maïch) cöùng caùc SCR.
Vieäc taét SCR baèng caùch duøng tuï ñieän ñaët aùp aâm vaøo AK nhö ví duï treân ñöôïc
goïi laø chuyeån maïch cöùng caùc SCR.
Ñeå khaûo saùt ta xem sô ñoà toång quaùt hình 5.3.2 vôùi giaû thieát doøng taûi Io
khoâng ñoåi trong thôøi gian chuyeån maïch, V laø aùp treân tuï tröôùc thôøi ñieåm chuyeån
maïch. Khi khoùa K ñoùng, vT = vC ( 0 ) = −V laøm T taét, doøng taûi Io chuyeån qua maïch C.
pt cho vC khi chuyeån maïch:
Trang 14 / Bộ biến đổi áp một chiều http://www.khvt.com
Bài giảng tóm tắt môn Điện tử công suất 1
Io = C dvdtC ; vC ( 0 ) = −V v Io
T
⇒ vT = vC ( t ) = Io
C t−V T
C K
khi t = tq laø thôøi gian ñaûm baûo D
f
taét T1, aùp treân tuï baèng 0 : vc
vC ( tq ) = 0 ⇒ C.V = Io .tq
v
T
Khi C naïp ñeán giaù trò nguoàn, doøng
qua noù veà 0, T2 töï taét, doøng taûi kheùp
tq
maïch qua Df. Tuï ñieän C ñaõ coù naêng t
löôïng cho chu kyø laøm vieäc môùi. Nhö
-V
vaäy, ñieän löôïng C.V tích tröõ trong C
phaûi duy trì ñöôïc doøng taûi trong thôøi hình 5.3.2
gian ñaûm baûo chuyeån maïch tq hay
tq = V .C / IO
3. Boä bieán ñoåi laøm vieäc moät phaàn tö duøng SCR (hình5.3.3.a):
Trong maïch hình + i
5.3.3.a, T1 laø SCR C + T1 o
v _
chính daãn doøng ñieän C T2
taûi, T2 laø SCR phuï, chæ
V L Dp
laøm nhieäm vuï taét (coøn v
o
goïi laø chuyeån maïch)
SCR chính. Ñeå khaûo R Df
saùt maïch, ta coù giaû _
thuyeát doøng taûi khoâng
thay ñoåi: Hình 5.3.3: (a)BBÑ ¼ maët phaúng taûi duøng SCR; (b) caùc
iO = Io = haèng daïng soùng
soá
trong thôøi gian maïch
taét SCR hoaït ñoäng.
Nguoàn ñöôïc noái vaøo ñuû laâu ñeå C ñöôïc naïp ñeán aùp nguoàn V theo cöïc tính
nhö hình veõ qua ñieän trôû R. R coù giaù trò raát lôùn, khoâng aûnh höôûng ñeán hoaït ñoäng
sau naøy cuûa maïch.
Taïi t = 0, kích T1. T1 daãn ñieän. doøng qua noù goàm doøng taûi Io vaø doøng phoùng
ñieän cuûa tuï C qua T1, Dp vaø L. Ñaây laø maïch coäng höôûng LC khoâng coù toån hao khi
ta xem caùc linh kieän laø lyù töôûng. Doøng phoùng ñieän cuûa C laø hình sin vaø aùp qua noù
coù daïng cos.
Trang 15 / Bộ biến đổi áp một chiều © Huỳnh Văn Kiểm
Học kì 2 năm học 2004-2005
Khi ñieän aùp treân tuï ñieän ñaûo cöïc tính (ngöôïc vôùi daáu treân hình 5.3.3.a),
diod Dp khoâng cho pheùp noù xaû theo chieàu ngöôïc laïi vaø nhö vaäy tuï ñieän C ñaõ
chuaån bò ñöôïc ñieän tích coù daáu thích hôïp ñeå taét T1 khi T2 ñöôïc kích, nhö sô ñoà
nguyeân lyù hình 5.3.2. Thôøi gian ñaûo cöïc tính tuï ñieän laø ½ chu kyø dao ñoäng
T =π
2 LC cuõng chính laø thôøi gian on toái thieåu cuûa BBÑ.
Khi kích T2, T2 daãn vT1 = vC < 0 : T1 taét vì doøng taûi Io chuyeån qua C. C
ñöôïc naïp baèng doøng taûi Io,nhö nguyeân lyù chuyeån maïch cöùng nhö ñaõ khaûo saùt.
I o .tq
Ñieàu kieän ñeå coù söï chuyeån maïch thaønh coâng laø C> , tq > toff laø thôøi gian taét
V
cuûa SCR T1.
Khi C naïp ñeán giaù trò nguoàn V, doøng qua noù veà 0, T2 töï taét, doøng taûi kheùp
maïch qua Df .
Tuï ñieän C ñaõ coù naêng löôïng T
T1 T11
cho chu kyø laøm vieäc môùi.
T1 T2
Thôøi gian off toái thieåu cuûa v
C _
BBÑ laø 2.tq, deå cho aùp treân C C +
v
_
C +
tuï coù theå thay ñoåi töø – V ñeán T3 T4
T2 T22
+ V, ñaûm baûo taét ñöôïc SCR
(b) (c)
chu kyø tieáp.
Hình 5.3.3.b vaø c: Caùc môû roäng cuûa maïch taét hình
Nhöôïc ñieåm lôùn cuûa
5.3.3.a
maïch naøy laø phaûi coù pha
ñaûo cöïc tính aùp treân tuï ñieän,
ñieàu naøy laøm taêng toån hao
naêng löôïng, giaûm
taàn soá laøm vieäc cho pheùp cuûa maïch. Cuøng hoï chuyeån maïch cöùng coøn coù caùc maïch
treân hình 5.3.3.b vaø 5.3.3.c khoâng söû duïng cuoän daây vaø cuõng khoâng coù pha ñaûo cöïc
tính aùp treân tuï ñieän. Tuï taét C naèm giöõa caàu SCR, chuùng ñöôïc kích ôû theo chu trình
thích hôïp ñeå cung caáp aùp aâm taét SCR chính (sô ñoà b). Sô ñoà (c) coù ñieàu khieån phöùc
taïp hôn khi doøng taûi laàn löôït chaïy qua caùc nhaùnh cuûa caàu SCR.
Trong thöïc teá, trong maïch coøn nhieàu töï caûm noái tieáp vôùi SCR, coù theå laø töï
caûm cuûa nguoàn ñieän, daây daãn hay laø cuoän daây ñöôïc theâm vaøo ñeå choáng nhöõng ñoät
bieán doøng laøm aûnh höôûng keát quaû tính toaùn treân.
Trang 16 / Bộ biến đổi áp một chiều http://www.khvt.com
Bài giảng tóm tắt môn Điện tử công suất 1
Môû roäng ñaûo löu cöùng cho BBÑ laøm vieäc hai
D
phaàn tö: + L
T I
o
Khi BBÑ laøm vieäc nhieàu hôn moät phaàn tö, caàn coù
diod phoùng ñieän song song ngöôïc vôùi SCR. Ví duï nhö ôû v C
_
C Tp
+
sô ñoà hình
5.3.4. Maïch naøy hoaït ñoäng töông töï nhö sô ñoà 5.3.3.a Lp Dp
nhöng caùc tính toaùn cho boä chuyeån maïch cöùng thay ñoåi
hoaøn toaøn. Hình 5.3.4 Môû roäng cuûa
Ñeå chuaån bò taét SCR chính T, tuï ñieän cuõng ñöôïc maïch taét hình 4.14 cho
naïp vôùi cöïc tính nhö hình veõ. Khi SCR phuï Tp ñöôïc BBÑ laøm vieäc nhieàu hôn ¼
kích, doøng qua tuï C chia laøm hai nhaùnh: cung caáp doøng maët phaúng taûi
taûi IO thay cho SCR chính T (ñaûm baûo T taét), kheùp maïch
qua D taïo thaønh maïch dao ñoäng LC. Ta coù theå nhaän
xeùt nhieäm vuï cuûa L laø haïn cheá toác ñoä phoùng ñieän cuûa C
qua D. Vì doøng taûi IO ñang chaïy qua L khi Tp ñöôïc kích,
giaù trò ban ñaàu cuûa doøng qua C laø IO laøm thay ñoåi thôøi
gian xaû tuï C.
L laø cuoän khaùng coù trò soá raát beù, chæ tham gia quaù trình chuyeån maïch maø
khoâng aûnh höôûng hoaït ñoäng cuûa taûi.
Baøi taäp 5.4: Khaûo saùt maïch taét hình 4.3.3.b.
T I
o T
+ T1 T2 T1, T4 t
C T2. T3 t
Hình BT5.4 (a) Maïch v
_
V C + V
v
ñoäng löc (b) maïch T3 T4 C
t
ñieàu khieån vaø aùp treân _ Df
tuï C -V
Caùc giaû thieát:
- Taïi t = 0, aùp treân tuï coù cöïc tính nhö treân hình, doøng qua taûi baèng IO.
- Doøng taûi khoâng ñoåi, phaúng trong suoát thôøi gian khaûo saùt (taûi coù L raát lôùn).
- Maïch ñoäng löïc ñaày ñuû vaø daïng xung ñieàu khieån veõ treân hình BT4.4.a.Moâ taû
hoaït ñoäng cuûa maïch, veõ daïng aùp ra vaø daïng doøng qua caùc phaàn töû.
Höôùng daãn: Daïng aùp treân tuï nhö treân hình veõ, C ñöôïc naïp baèng nguoàn doøng
taûi IO, coù giaù trò thay ñoåi töø – V +V.
3. Boä bieán ñoåi laøm vieäc hai phaàn tö duøng SCR (hình 5.3.5) duøng ñaûo löu
meàm:
Trang 17 / Bộ biến đổi áp một chiều © Huỳnh Văn Kiểm
Học kì 2 năm học 2004-2005
ON
+ T11 S1 = - S2
T1 OFF t
L -C + D1 I T1 t
o
V T2 t
v
C T11 t
_ T22 T2 D2
T22 t
to
Hình
5.3.5
Vì chuyeån maïch cöùng caàn moät tuï
ñieän noái song song vôùi SCR, ñeå BBÑ coù
theå laøm vieäc nhieàu hôn moät phaàn tö, ta
caàn theâm vaøo cuoän khaùng L beân caïnh
diod phoùng ñieän D thì ôû ñaûo löu meàm
diod phoùng ñieän ñöôïc noái song song
ngöôïc tröïc tieáp vôùi SCR.
Keát quaû cuûa caùch noái naøy laø chæ
coù doøng qua SCR giaûm veà zero khi
chuyeån maïch, vAK khoâng coù aùp aâm.
Ñaây laø ñaëc tröng cuûa hoï chuyeån maïch
meàm.
Nguyeân lyù hoaït ñoäng:
Trong BBÑ hai phaàn tö, moät ngaét hình 5.3.6
ñieän baùn daãn caáu taïo töø hai SCR: S1
(S2) bao goàm SCR chính daãn doøng ñieän
taûi T1 (T2) vaø SCR phuï T11 (T22). Caùc
linh kieän phuï LC söû duïng chung. Treân
sô ñoà coù ghi daáu cöïc tính ñieän aùp
treân tuï C ôû thôøi ñieåm tO, khi chuaån bò taét SCR T1 ñang daãn doøng taûi IO. Khi kích
T11, doøng phoùng ñieän cuûa C (muõi teân ñoâi) moät phaàn cung caáp cho taûi IO, moät phaàn
kheùp maïch qua D1, T11 ñeå taïo thaønh dao ñoäng LC.
ÔÛ cuoái baùn kyø dao ñoäng LC, aùp D
treân tuï ñaûo cöïc tính, chuaån bò taét T2 ôû v Io
T
pha keá tieáp baèng vieäc kích T22. Daïng
T
doøng, aùp qua caùc phaàn töû ñöôïc veõ treân ic C K
hình 5.3.6, khi iC > Io doøng qua SCR T1 D
f
L
baèng 0. Vaäy thôøi gian coù iC > Io chính vc
Trang 18 / Bộ biến đổi áp một chiều http://www.khvt.com
Bài giảng tóm tắt môn Điện tử công suất 1
laø thôøi gian ñaûm baûo taét tq cho T1. Hình 5.3.7: Maïch ñieän tính toaùn ñaûo löu
Khaûo saùt lyù thuyeát chuyeån maïch meàm: meàm
Khoùa K ñoùng maïch vôùi aùp doøng qua caùc phaàn töû maïch nhö treân hình 5.3.7
Hình 5.3.8: daïng doøng qua tuï ñieän vôùi caùc tæ soá A khaùc nhau nhöng cuøng tq.
Taïi t = 0, doøng qua L khoâng thay ñoåi töùc thôøi neân doøng qua SCR vaãn
baèng IO, ta coù pt:
vC + vL = 0
diC dv
vôùi vL = L vaø iC = C C
dt dt
dvC
⇒ vC + LC =0;
dt
V
ñieàu kieän ñaàu vC (0) = ;
2
dv
iL (0) = C (0) = 0
dt
V L
giaûi ra iC = sinω t
2 C
coù daïng hình sin
V L
vôùi bieân ñoä I max =
2 C
1
vaø taàn soá goùc ω =
LC
Nhö ñaõ giôùi thieäu treân, thôøi gian
ñaûm baûo taét tq töông öùng vôùi thôøi gian
iC > Io, phuï thuoäc hai thoâng soá L, C (hay Hình 5.3.9: Khaûo saùt haøm h(A) vaø g(A)
Imax vaø w).
w.tq 2 I
IO = IMax cos ⇒ tq = cos −1 O
2 w IMax
Ñieàu kieän toái öu ñöôïc choïn laø toái thieåu naêng löôïng tích tröû trong L (hay C)
Trang 19 / Bộ biến đổi áp một chiều © Huỳnh Văn Kiểm
Học kì 2 năm học 2004-2005
vaø bieán trung gian cho khaûo saùt laø A = Imax/Io:
L.IMax
2
1 tq A
Ta coù W = = ⋅ V .Io A tæ leä vôùi h( A) = .
2 4 2 cos (1/ A)
−1
8cos (1/ A)
−1
h(A) --> min ôû A = 1.55 Coù theå suy ra:
Io .tq
A I .t 1 V .tq 1 V .t
C=2 = 1.786 o q vaø L = = 0.185 q .
V g ( A) V 2 Io A. g ( A) Io
1 g ( A) 0.277
Taàn soáø dao ñoäng rieâng cuûa maïch LC: fo = = = .
2π LC 2π .tq tq
Ñeå yù beà roäng xung toái thieåu (ñaûm baûo ñieàu kieän chuyeån maïch) laø baèng ½
chu kyø dao ñoäng hay taàn soá cöïc ñaïi coù theå cuûa BBÑ laø fO vaø aùp ban ñaàu treân tuï laø
V/2.
V.4 ÖÙNG DUÏNG:
Laø thieát bò cung caáp nguoàn moät chieàu thay ñoåi ñöôïc, caùc taûi cuûa BBÑ xung
aùp moät chieàu cuõng chính laø taûi cuûa sô ñoà chænh löu nhöng BBÑ laïi laøm vieäc vôùi
nguoàn moät chieàu. Vì vaäy, phaïm vi öùng duïng cuûa hai BBÑ thaät söï khoâng truøng
nhau. Caùc öùng duïng cuûa BBÑ xung aùp moät chieàu coù theå chia laøm hai nhoùm:
- Söû duïng nguoàn moät chieàu aùp khoâng ñoåi, coù theå laø löôùi ñieän moät chieàu hay
accu. Ñaây laø caùc öùng duïng ñaëc tröng cuûa BBÑ xung aùp moät chieàu. Ngaøy nay ngoaøi
caùc löôùi moät chieàu cuûa heä thoáng giao thoâng coâng coäng baèng ñieän ñaõ xaây döïng töø
laâu, chæ phoå bieán caùc öùng duïng nguoàn laø accu hay pin.
- Söû duïng nguoàn moät chieàu chænh löu diod töø löôùi xoay chieàu coâng nghieäp.
Nhoùm naøy khai thaùc caùc öu ñieåm cuûa BBÑ xung aùp moät chieàu maø chænh löu ñieàu
khieån pha khoâng theå coù ñöôïc laø maïch ñieàu khieån vaø ñoäng löïc ñôn giaûn, heä thoáng
taùc ñoäng nhanh vaø chaát löôïng ñieàu khieån deã daøng naâng cao.
1.Nguyeân lyù ñieàu khieån boä bieán ñoåi:
Coù hai nguyeân lyù thöôøng duøng: Ñieàu roäng xung vaø so saùnh coù treã.
S
Dao ñoäng tam giaùc on
u
ÑB Phaûn hoài
Uñk off
Ñaët
SO SAÙN H SMIT
Nguyeân lyù ñieàu roäng xung So saùnh coù treã (Smit trigger)
Hình 5.4.1
Trang 20 / Bộ biến đổi áp một chiều http://www.khvt.com
Copyright by webtailieu.net