Tài liệu Phan 03

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 a) Cắt iZ V L R Z iV0 iV V0 U iV L iV0 0 R L R iG 0 t Khi sử dụng thyristor: ĐÓNG ĐÓNG Mở - Đóng CẮT S 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 • Trực tiếp – bộ biến đổi xung • Gián tiếp Nghịch lưu U 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 Chỉnh lưu có điều khiển UZ 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: uZ = U iZ = iS: tăng theo đường cong hàm mũ về giá trị (U - Eư)/R Năng lượng từ nguồn U, một phần tích lũy vào cuộn L, phần lớn nạp cho Eư, phần còn lại tiêu tốn trên R S uc S V0 S uZ U iZ S iS U V0 UZi Z iV0 0 t T V0 R T2 T1 L iS uZ 0 ∆iZ iV0 IZ iZMIN iZM t Nhịp S kéo dài trong khoản thời gian T1. Kết thúc khi tín hiệu “cắt” đưa vào khóa S. Nhịp V0: uZ = 0 S uc V0 S V0 S uZ iZ = iV0: giảm theo đường cong hàm mũ về giá trị -Eư/R Năng lượng trước đây tích lũy trong cuộn L được giải phóng, phần lớn nạp cho Eư, phần còn lại tiêu tốn trên R U S iS U iZ Z iV0 UZi 0 T2 T1 L t T ∆iZ V0 R uZ iS iV0 IZ iZMIN 0 Nhịp V kéo dài trong khoản thời gian T2. Kết thúc khi tín hiệu “đóng” đưa vào khóa S. iZM t • Giá trị trung bình điện áp trên tải T1 U Zi = U = zU T z Uzi U Zi − E− Iz = R V0 S iZ S iS UZi Z iV0 0 T2 T1 L t T 1 U S U U 0 V0 uZ z: tỷ số chu kỳ 0 S uc ∆iZ V0 R iS uZ 0 iV0 IZ iZMIN iZM t 4.4.2 Bộ biến đổi tăng áp – mắc song song • Nguyên lý làm việc uc Nhịp S: S uZ = 0 S V0 S uZ iV0 iZ = iS; tăng theo đường cong hàm mũ, về giá trị Eư/R V0 Z UZi 0 V0 L S T1 U T2 T t iS Năng lượng từ nguồn Eư được tích lũy phần lớn vào cuộn L, phần còn lại tiêu tốn trên điện trở R U iZ R uZ iS iV0 iZMIN iZM Nhịp S kéo dài trong khoảng thời gian T1. Nhịp kết thúc khi tín hiệu “cắt” đưa vào S t Nhịp V0: uc uZ = U S Năng lượng từ nguồn Eư 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 U. S V0 S uZ iV0 iZ = iV0; giảm theo đường cong hàm mũ, về giá trị (Eư – U)/R < 0 V0 Z UZi 0 V0 L S T1 U T2 T t iS U iZ R uZ iS iV0 iZMIN iZM Nhịp V0 kéo dài trong khoảng thời gian T2. Nhịp kết thúc khi tín hiệu “đóng” đưa vào S. t • Giá trị trung bình điện áp trên tải uc U Zi T2 = U= T T − T1 = U= T = (1 − z )U S V0 S V0 S uZ iV0 Z UZi 0 V0 L S T1 U T2 T t iS 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 iS uc L L S U T T1 uc Rp U RP S iR iZ =iS+iR T2 iS iR iZMIN iZM 0 • Nguyên lý làm việc t 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 S iR uc Rp U T T1 iZ =iS+iR T2 iS iR iZMIN iZM 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 S iR uc Rp U T T1 iZ =iS+iR T2 iS iR iZMIN iZM 0 t U U 2 UI Z T = R p I Z T2 ⇒ I Z = = T R p 2 Rei T T2 Rei = R p = (1 − z ) R p T 0 ≤ Rei ≤ R p 4.5 Bộ chuyển mạch 4.5.1 Mạch LC iV V C S uC(0)=0 uC i t=0 uC(0) C uC L i U L uC i t=0 0 i uC t t 1 di uC (0) + ∫ idt + L = U dt C0 ωv: tần số góc của mạch LC … i= ωv = 1 LC C 2U U O U − uC (0) sin ωvt + i (0) cos ωvt L C t 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 uc C iS uC iZ S iZ V1 uV1 iC V2 Z Z iV0 L L1 V3 V0 U U V0 R uZ uZ T T1 iV1 i C uC iZ V1 V0 QK K1U Z uZ U t2 V3 0 V0 U V2 V1 V3 V2 L1 V1 V0 uV1 iC T2 t1 t3 t4 t5 t6 t7 uZ uC t 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 iC = iV1 = iV2 =0 iV2 K1U 0 U iV0 iZ iV2 IZ 0 t T T1 iV1 i C uC iZ V1 V2 V0 V1 V3 QK K1U V2 L1 V1 V0 uV1 iC T2 Z uZ U t2 V3 0 V0 U t1 t3 t4 t5 t6 t7 uZ uC Nhịp V1, V3 (t1, t3) t iC U 0 -K1U Tại t1 đưa xung điều khiển mở V1 t0V1 uZ = U; uV0 = -uZ = -U Æ V0 đóng lại iZ = iV1 iV1 U IZ 0 uV1 uC = U cos ωv (t − t1 ) −U iC = sin ωv (t − t1 ) L C t0V2 uV2 iV2 K1U 0 U iV0 iZ iV2 IZ 0 t T T1 iV1 i C uC iZ V1 V2 V0 V1 V3 QK K1U V2 L1 V1 V0 uV1 iC T2 Z uZ U t2 V3 0 V0 U t1 t3 t4 t5 t6 t7 uZ uC t iC U 0 uV1 = 0 iV1 = IZ - iC uV2 = -uC iV2 = 0 -K1U t0V1 iV1 U IZ 0 uV1 Tại t = t3, dòng iC = 0; V3 đóng lại uC(t3) = -K1U; K1 = 0.7 – 0.9 t0V2 uV2 iV2 K1U 0 U iV0 iZ iV2 IZ 0 t