Bài giảng Bộ biến đổi và bộ khóa một chiều

Nội dung text: Bài giảng Bộ biến đổi và bộ khóa một chiều

1. Chương 4: Bộ biến đổi và bộ khóa một chiều
2. 4.1 Khái niệm chung – Phân loại
3. 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
4. Khi sử dụng thyristor: ĐÓNG Mở - Đóng S CẮT S OS BCM PS Đóng – Cắt Z V0 S OS S PS t
5. 4.3 Phân loại thiết bị biến đổi một chiều 4.3.1 Phân loại theo phương pháp biến đổi Chỉnh lưu •Trực tiếp – bộ biến đổi xung Nghịch lưu có điều khiển U UZ • Gián tiếp 4.3.2 Phân loại theo chức năng biến đổi •Giảm áp – mắc nối tiếp • Tăng áp – mắc song song • Điều khiển xung giá trị điện trở 4.3.3 Phân loại theo phương pháp điều khiển •Tần số xung • Độ rộng xung • Hai giá trị
6. 4.4 Nguyên lý làm việc của các bộ biến đổi xung 4.4.1 Bộ biến đổi giảm áp – mắc nối tiếp • Nguyên lý làm việc Nhịp S: SV0SV0S uc uZ = U uZ U iZ = iS: tăng theo đường cong iZ U S Zi hàm mũ về giá trị (U - Eư)/R Z 0 T1 T2 t iS L Năng lượng từ nguồn U, iV0 T ∆i một phần tích lũy vào Z U V0 cuộn L, phần lớn nạp i iV0 iZM R uZ S IZ iZMIN cho E , phần còn lại tiêu 0 ư t tốn trên R Nhịp S kéo dài trong khoản thời gian T1. Kết thúc khi tín hiệu “cắt” đưa vào khóa S.
7. Nhịp V0: u = 0 Z uc SV0SV0S uZ iZ = iV0: giảm theo đường cong U iZ U hàm mũ về giá trị -Eư/R S Z Zi 0 T1 T2 t iS i L Năng lượng trước đây tích V0 T ∆iZ lũy trong cuộn L được giải U V0 u i i i phóng, phần lớn nạp cho R Z S V0 IZ iZMIN ZM 0 Eư, phần còn lại tiêu tốn t trên R Nhịp V kéo dài trong khoản thời gian T2. Kết thúc khi tín hiệu “đóng” đưa vào khóa S.
8. •Giátrị trung bình điện áp trên tải uc SV0SV0S T1 uZ U Zi = U = zU T U iZ U S Z Zi z: tỷ số chu kỳ 0 T1 T2 t iS L iV0 T 0 z 1 ∆iZ U V0 u i i i 0 U U R Z S V0 IZ iZMIN ZM zi 0 t UE− I = Zi − z R
9. 4.4.2 Bộ biến đổi tăng áp – mắc song song • Nguyên lý làm việc uc Nhịp S: S V0SS V0 u iV0 Z uZ = 0 Z U 0 UZi iZ = iS; tăng theo đường cong V0 L T T S 1 2 t hàm mũ, về giá trị Eư/R T iS U Năng lượng từ nguồn Eư u Z i iZ R S iV0 i được tích lũy phần lớn iZMIN ZM vào cuộn L, phần còn lại t tiêu tốn trên điện trở R Nhịp S kéo dài trong khoảng thời gian T1. Nhịp kết thúc khi tín hiệu “cắt” đưa vào S
10. Nhịp V0: uc uZ = U S V0SS V0 u iV0 Z iZ = iV0; giảm theo đường Z U cong hàm mũ, về giá trị 0 UZi V0 L T T (Eư –U)/R < 0 S 1 2 t T Năng lượng từ nguồn E iS ư U uZ cùng với năng lượng đã i R iS i Z V0 i iZM tích lũy trong cuộn L ở ZMIN nhịp trước, tiêu tốn một t phần trên điện trở R, phần lớn còn lại được trả về nguồn U. Nhịp V0 kéo dài trong khoảng thời gian T2. Nhịp kết thúc khi tín hiệu “đóng” đưa vào S.
11. •Giátrị trung bình điện áp trên tải uc S V0SS V0 T2 UUZi == i uZ T V0 Z U 0 UZi TT− V0 1 L T T S 1 2 t ==U T T iS U u =−1 z U Z i () iZ R S iV0 i iZMIN ZM t EU− I = − Zi z R
12. 4.4.3 Bộ biến đổi xung giá trị điện trở iZ uc iS L L S iR S uc R U p RP U T iZ =iS+iR T1 T2 i S iR iZM iZMIN 0 t • Nguyên lý làm việc Nhịp S: iZ = iS: tăng với hệ số góc bằng U/L Nhịp S kéo dài trong khoảng thời gian T1. Kết thúc khi tín hiệu “cắt” đưa vào S.
13. iZ iS L S iR uc Rp U T iZ =iS+iR T1 T2 i S iR iZM iZMIN 0 t Nhịp 0 iZ = iR; giảm theo đường cong hàm mũ về giá trị U/Rp. Nhịp 0 kéo dài trong khoảng thời gian T2. Kết thúc khi tín hiệu”đóng” được đưa vào S
14. •Xác định giá trị điện trở tương đương Rei iZ iS L S iR uc Rp U T iZ =iS+iR T1 T2 i S iR iZM iZMIN 0 t U U UI T = R I 2T ⇒ I = = Z p Z 2 Z T R R 2 ei p T T R ==−RzR2 ()1 0 ≤ Rei≤ R p ei pT p
15. 4.5 Bộ chuyển mạch 4.5.1 Mạch LC V iV C S uC(0)=0 uC i 2U t = 0 t = 0 uC uC(0) L i U i U C uC L 0 i uC C O t t 1 t di Uu− (0) u (0) + idt + L = U itit=+C sinω (0)cosω C ∫ vv C 0 dt L C 1 ω tần số góc của mạch LC ωv = v: LC
16. 1 t uu=+(0) idt = CC C ∫ 0 L =+Uu[](0) − U cosω t + i (0)sinω t CvC v
17. 4.5.2 Phân tích bộ chuyển mạch của bộ biến đổi xung áp iV1 i iZ uc V1 C u iC V1 uC V2 iZ Z S Z iS L iV0 L1 V3 V0 U uZ U V0 R uZ
18. T T1 T2 iV1 i iZ V0 V1 V2 V0 V1 V1 C V3 i uV1 Q u C K1U K C V2 Z uZ U t2 L1 V3 0 t1 t3 t4 t5 t6 t7 V0 t U uZ uC iC U 0 -K1U Nhịp V0 – (0, t1) iZ = iV0, uV0 = 0, uZ = 0 t0V1 iV1 Giả thiết uC = U U IZ 0 uV1 uV2 = 0; uV1 = U t0V2 uV2 iV2 i = i = i =0 C V1 V2 K1U 0 U iV0 iZ iV2 IZ 0 t
19. T T1 T2 iV1 i iZ V0 V1 V2 V0 V1 V1 C V3 i uV1 Q u C K1U K C V2 Z uZ U t2 L1 V3 0 t1 t3 t4 t5 t6 t7 V0 t U uZ uC iC U 0 Nhịp V1, V3 (t1, t3) -K1U Tại t1 đưa xung điều khiển mở V1 t0V1 uZ = U; uV0 = -uZ = -U Æ V0 đóng lại iV1 iZ = iV1 U IZ 0 uV1 t0V2 uUCv=−cosω ( tt1 ) uV2 iV2 K1U −U 0 U ittCv=−sinω (1 ) L iV0 iZ iV2 C IZ 0 t
20. T T1 T2 iV1 i iZ V0 V1 V2 V0 V1 V1 C V3 i uV1 Q u C K1U K C V2 Z uZ U t2 L1 V3 0 t1 t3 t4 t5 t6 t7 V0 t U uZ uC iC U 0 -K1U uV1 = 0 t iV1 = IZ -iC 0V1 u = -u V2 C i i = 0 V1 V2 U IZ 0 uV1 Tại t = t3, dòng iC = 0; V3 đóng lại t0V2 uV2 iV2 K1U u (t ) = -K U; K = 0.7 – 0.9 0 C 3 1 1 U iV0 iZ iV2 IZ 0 t
21. T T1 T2 iV1 i iZ V0 V1 V2 V0 V1 V1 C V3 i uV1 Q u C K1U K C V2 Z uZ U t2 L1 V3 0 t1 t3 t4 t5 t6 t7 V0 t U uZ uC iC U 0 -K1U Nhịp V1 (t3, t4) Tất cả các đại lượng giữ nguyên giá trị t0V1 tại thời điểm t = t3 iV1 U IZ 0 uV1 t0V2 uV2 iV2 K1U 0 U iV0 iZ iV2 IZ 0 t
22. T T1 T2 iV1 i iZ V0 V1 V2 V0 V1 V1 C V3 i uV1 Q u C K1U K C V2 Z uZ U t2 L1 V3 0 t1 t3 t4 t5 t6 t7 V0 t U uZ uC iC U 0 -K1U Nhịp V2 (t4, t6) Tại t = t4 đưa xung điều khiển vào V2 – mở V2 t0V1 uV2 = 0 iV1 U Điện áp ngược trên C đặt lên V1 Æ đóng V1 IZ 0 t uV1 1 t0V2 iI=⇒= uut() + Idt uV2 CZ CC4 C ∫ Z iV2 t K1U 4 0 I U Z iV0 =−−()tt41 KU i C iZ V2 IZ 0 t
23. T T1 T2 iV1 i iZ V0 V1 V2 V0 V1 V1 C V3 i uV1 Q u C K1U K C V2 Z uZ U t2 L1 V3 0 t1 t3 t4 t5 t6 t7 V0 t U uZ uC iC U 0 -K1U Nhịp V2 (t4, t6) iV2 = IZ t0V1 uV1 = uC i iV1 = 0 V1 U IZ uZ = U – uC = -uV0 0 uV1 Tại t = t6, uZ = 0 Æ V0 mở, V2 đóng lại t0V2 uV2 Î Bắt đầu nhịp V0 iV2 K1U u (t ) = 0 Æu = U 0 Z 6 C U iV0 iZ iV2 IZ 0 t
24. Nạp điện cho tụ C khi bắt đầu làm việc •Mở V2 trước • Đóng tụ C trực tiếp vào nguồn U qua một điện trở hạn chế dòng Xác định các thông số C và L •V1 sử dụng khoảng (t4, t5) để phục hồi khả năng khóa Æ (t5 –t4)MIN = toffV1 KUC1 ItZM offV1 ()tt54−= ⇒= C IKUZ 1 •V2 sử dụng khoảng (t1, t2) để phục hồi khả năng khóa Æ (t2 –t1)MIN = toffV2 2 Tv π 4toffV 2 ()tt21−= = LCL ⇒= 42 π 2C
25. 4.6 Nguyên tắc điều khiển bộ biến đổi xung áp • Độ rộng xung – thay đổi T1 •Tần số xung – thay đổi T • Hai giá trị 4.6.1 Nguyên tắc điều khiển độ rộng xung Giữ nguyên f = 1/T, thay đổi T 1 TT1 T2 u cM uP uc M uc BÐK BCM Đ 0 t Đ C
26. 4.6.2 Nguyên tắc điều khiển tần số xung Giữ nguyên T1, thay đổi T M uc BÐK BCM Đ f = 1/T Khâu M phát xung Đ Trễ T1
27. 4.6.3 Nguyên tắc điều khiển hai giá trị u Ð uc i1 ∆iZ M t ui2 iZM iZMIN I'Z=IZ BCM Z iZ 0 V0 iZ ui1 uc ui1 ui2 M uc > 0 uc ui2 ui1 ui2 uc < 0 Ð Bộ phát xung đóng vai trò của một bộ điều khiển dòng điện
28. 4.7 Các bộ biến đổi xung nhiều góc phần tư
29. 4.7.1 Bộ biến đổi hai góc phân tư đảo chiều dòng điện V iZ S1 S2 Z U V0 uZ
30. 4.7.2 Bộ biến đổi hai góc phân tư đảo chiều điện áp V2 V2 S1S2 V1 S1S2 V1 S1 V1 i iZ Z Z uZ U 0 t V2 S2 uZ T1 T2 T T −T U = U 1 2 = U (2z −1) Zi T z > 0.5 Æ Uzi > 0 z < 0.5 Æ Uzi < 0
31. 4.7.3 Bộ biến đổi bốn góc phân tư V4 V2 V2 S1S2 V3 S1S2 V1 S3S4 V1 S3S4 iZ V1 V3 S1 S3 t 0 iZ uZ Z V3 V1 V1 S1S2 S1S2 S3 S3S4 S3 S3S4 uZ S1 U V2 S4 S2 iZ uZ V4 t 0