›
›

Bài giảng Điện tử công suất - Chương 4: Điều áp xoay chiều

pdf 56 trang phuongnguyen 7340
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Điện tử công suất - Chương 4: Điều áp xoay chiều", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfbai_giang_dien_tu_cong_suat_chuong_4_dieu_ap_xoay_chieu.pdf

Nội dung text: Bài giảng Điện tử công suất - Chương 4: Điều áp xoay chiều

  1. Chương 4. Điều áp xoay chiều 4.1. Khái quát về điều áp xoay chiều 4.2 Điều áp xoay chiều một pha 4.3. Điều khiển điều áp xoay chiều một pha 4.4 Điều áp xoay chiều ba pha 4.5. Điều khiển điều áp xoay chiều 3 pha
  2. BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Chương 4. Điều áp xoay chiều
  3. 4.1. Khái quát về điều áp xoay chiều • Các phương án điều áp xoay chiều • Hình 4.1 giới thiệu một số mạch điều áp xoay chiều một pha Zf TBB§ U 1 Z U U i Z U1 U2 i Z i 2 1 U2 a b C Hình 4.1 Các sơ đồ điều áp xoay chiều
  4. 4.2. Điều áp xoay chiều một pha • I. Sơ đồ điều áp xoay chiều một pha • II. Điều áp một pha tải thuần trở • III. Điều áp một pha tải trở cảm
  5. I. Sơ đồ điều áp xoay chiều một pha • Hình 4.2 giới thiệu các sơ đồ điều áp xoay chiều một pha bằng bán dẫn T1 T U1 Z U1 Z T2 a. b. T1 D1 D2 D1 D2 T2 T U1 Z D4 D Z U1 3 c. d. Hình 4.2 Sơ đồ điều áp xoay chiều một pha bằng bán dẫn a. bằng hai tiristor song song ngược; b. bằng triac; c. bằng một tiristor một diod; d. bằng bốn diod một tiristor
  6. 2. Điều áp xoay chiều một pha tải thuần trở • Khi tải thuần trở hoạt động của sơ đồ hình 4.2 cho điện áp dạng hình 4.3 T1 U1 R T2 U U Tải 2 t 1 iG1 iG2 Hình 4.3
  7. • Tại các thời điểm 1, 2, có xung điều khiển các tiristor T1, T2, các tiristor này dẫn. Nếu bỏ qua sụt áp trên các tiristor, điện áp tải có dạng như hình vẽ. Dòng điện tải đồng dạng điện áp và được tính: • Khi tiristor dẫn U sint i m (4.1) R • Khi tiristor khoá i = 0 • Trị số dòng điện hiệu dụng được tính 1 U 2 U 2 t sin2t I 2 m sin2 t.dt m (4.2) 2 2 R R 2 4 U 2 1 sin2 U sin2 I 2 m I 1 (4.3) R 2 2 2 4 R 2
  8. 3. Điều áp xoay chiều một pha tải điện cảm • Nguyên lí điều khiển T 1 T1 A1 A1 A2 A2 Utải T T 2 i 2 U 1 i U2 1 2 1 2 3 b a iG1 iG2 Hình 4.4
  9. • Đường cong điện áp và dòng điện khi các góc mở khác nhau Utải > i a 2 T 1 A1 A2 Utải i = T 2 U 1 i U2 b 1 2 a U tải < i c 1 Hình 4.5
  10. Khi , dòng điện tải gián đoạn • Phương trình của mạch là: di L. R.i U sint (4.4) dt m • Nghiệm của phương trình dòng điện là: R U U t i i i m sin t m sin e L  (4.5) cb td Z Z • Trong đó 2 L Z R2 L ;tg (4.6) R
  11. Khi  , do đó lớn hơn . Xung đưa tới cực điều khiển T2 trước khi điện áp anod của nó chuyển sang +, do đó T2 không dẫn. • Việc không dẫn của T2 là do: tại thời điểm có xung mồi t2 cuộn dây còn đang xả năng lượng, làm cho UAK < 0.
  12. • Đường cong dòng điện khi < u i icb itd 1 t T1 1 A1 A2 t2 T 2 U 1 i U2 Hình 4.6 a
  13. Trường hợp điều khiển bằng xung có độ rộng lớn • Nếu xung mồi dạng xung rộng, tiristor T1 nhận được xung mồi dẫn, phương trình dòng điện vẫn là: • Dòng điện triệt tiêu khi t> , do đó lớn hơn . Xung đưa tới cực điều khiển T2 trước khi điện áp anod của nó chuyển sang +, nhưng xung mồi có độ rộng đủ lớn nên đến khi dòng điện T1 triệt tiêu T2 vẫn còn tồn tại xung điều khiển nên nó được dẫn.
  14. Trị hiệu dụng của dòng điện R •Khoảng dẫn  của các tiristor được . L xác định từ phương trình siêu việt sin  sin e (4.8) 1  •Trị hiệu dụng của dòng điện được I i 2 t .dt tính từ biểu thức đinh nghĩa (4.9) t¶i t (4.9) •Thay (4.7) vào (4.9) ta có (4.10) 2U a b c(d h) I 4.10 hd R2 X 2 •Các hệ số trong biểu thức (4.10) có L dạng:  a 0,5 sin.cos 2 2  ; Q 1 d e sin  cos  ; 2 Q 2 Q b Qsin . 1 e ; 1 h sin cos ; Q 2Q2 c sin X L L 2 Q Q 1 R R
  15. Đặc tính điều khiển • Trị số điện áp tải được tính sin2  sin2  sin2 U U 1 4.11 U U 4.12 t¶i 2 t¶i 2 U U 0,9 0,9 0,8 U1 0,8 U1 U 0,7 U 0,7 0,6 0,6 0,5 0,5 0,4 0,4 U3 U3 0,3 0,3 U5 0,2 U5 0,2 0,1 7 0,1 7 U U 0 30 60 90 120 150 180 0 30 60 90 120 150 180 = 0 = 450
  16. Dòng điện cơ bản của các điều hoà U1 U1 I1 R2 2 f.L 2 R 1 Q2 U3 I 3 R 1 9Q2 U5 I 5 R 1 25Q2
  17. Biến thiên công suất theo góc mở U U 0,9 0,9 0,8 0,8 P Q S 0,7 S 0,7 0,6 0,6 0,5 0,5 0,4 0,4 Q P 0,3 0,3 0,2 0,2 0,1 0,1 0 30 60 90 120 150 180 0 30 60 90 120 150 180 = 0 = 450
  18. 4.3. Mạch điều khiển điều áp xoay chiều một pha I. Mạch điều khiển đơn giản Z U1 U2 C D2 2 Z U DA 2 2 R 2 D D T 2 1 VR 2 D4 D U1 3 R DA R T 1 1 3 T 1 C 1 D1 C VR R b) a) U D1 D U2 2 U2 R1 VR T D0 t2 t U1 Z UJT t1 D3 UC D 4 R2 C c) Hình 43.1 d)
  19. • Mạch điều khiển triac đơn giản R C1 R1 C1 1 AT AT T T D C VR C VR A R R2 U 2 U U U2 1 Z 2 1 Z a) b) U U U2 U2 +U DA t t -UDA U UC C c) d) Hình 43.2
  20. II. Nguyên lí điều khiển • Về nguyên lí, mạch điều áp xoay chiều có van bán dẫn được mắc vào lưới điện xoay chiều, nên mạch điều khiển hoàn toàn giống như chỉnh lưu. • Trường hợp mạch động lực được chọn là hai tiristor mắc song song ngược như sơ đồ hình 3.2a, cần có hai xung điều khiển trong mỗi chu kì. Mạch điều khiển có thể sử dụng sơ đồ hoàn toàn giống điều khiển chỉnh lưu một pha cả chu kì, với mỗi tiristor một mạch điều khiển độc lập • Đối với những tải cần điều khiển đối xứng, đòi hỏi hai tiristor mở đối xứng, lúc này cần các kênh điều khiển tiristor có góc mở càng ít khác nhau càng tốt. Mong muốn là chúng hoàn toàn giống nhau. Nhưng sự giống nhau này chỉ có thể đạt đến một chừng mực nào đó
  21. Nguyên lí điều khiển • Giản đồ nêu nguyên lí điềuU khiển giơi thiệu trên hình t 43.3 U rc Uđk t t t 1 2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 Xđk t Utải t Hình 43.3 Nguyên lí điều khiển điều áp xoay chiều.
  22. Sơ đồ nguyên lí tạo điện áp tựa liên tiếp hai nửa chu kì Tr1 R 4 VR R C 1 U1 1 D 1 R 2 D3 + B R 5 A1 - C Uđf1 Uv Uđf2 D2
  23. Đường cong của các khâu UA U1 t UB t  UC t Hình 3.11 Nguyên lí tạo điện áp tựa trong điều áp xoay chiều
  24. III. Mạch điều khiển ví dụ UT D5 R5 D4 X Tr1 R 3 R R4 5 VR1 R1 - D R7 A3 Tr D1 + 2 A R2 D3 + B R4 - A1 A2 R6 Tr3 + U - C đf1 Uđk Uv Uđf2 D2
  25. Mạch điều khiển cặp tiristor song song ngược MĐK T1 T T2 2 MĐK T1 T2 MĐK T T1 a b KĐX T1 T1 T2 MĐK KĐX T2 c Hình 3.13 Các phương án điều khiển cặp tiristor mắc song song ngược a, hai mạch điều khiển độc lập; b,- một biến áp xung hai cuộn dây thứ cấp; c – chung lệnh mở van, khác nhau khuếch đại
  26. Mạch điều khiển +15V Tr1 R 3 R VR R R4 5 1 1 - A D D 3 V T 1A R2 D + 1 2 + B 3 R4 - A1 A2 R6 U - + C T1 đf1 Uđk UV Uđf2 D2 A5 A4 V2 D4 +15V
  27. Giải thích hoạt động của sơ đồ U UA U1 t UB t t U U C đk t UD t UE UF t t UV1 t XT1 U t V2 t XT2 Ura t
  28. 4.3. Điều áp xoay chiều ba pha • I. Sơ đồ động lực. • II. Nguyên lí hoạt động
  29. 4.3. Điều áp xoay chiều ba pha • I. Sơ đồ động lực. • Sơ đồ điều khiển bằng cặp tiristor song song ngược          a b c  ~   ~  d e
  30. • Sơ đồ điều áp xoay chiều bằng triac          a b c Hình 3.25: Điều áp ba pha bằng Triac
  31. • Sơ đồ điều áp có đảo chiều  B1  C1  A1 T3 T 7 T T5 T T 9 T1 T2 T4 6 8 T10 A B C Hình 3.27: Sơ đồ điều áp ba pha có đổi thứ tự pha
  32. • Sơ đồ động lực điển hình thường gặp B A1 1 C1 T 3 T5 T T T 1 2 4 T6 A B C Z A ZB ZC 0
  33. II. Nguyên lí hoạt động • Nguyên tắc dẫn dòng trong sơ đồ điều áp ba pha • Ba pha có van dẫn: UfT = UfL • Hai pha có van dẫn: UfT =(1/2)Udây • Trên pha đang xét không van dẫn UfT = 0
  34. 1. Nguyên tắc dẫn dòng trong sơ đồ điều áp ba pha • Ba pha có van dẫn: UfT = UfL A B1 C 1 1 A B1 C B 1 1 A1 1 C1 T3 T5 T3 T5 T3 T5 T1 T2 T4 T6 T T 1 T2 T4 T6 1 T2 T4 T6 A B C A B C A B C ZA ZB ZC ZA ZB ZC ZA ZB ZC 0 0 A B1 C A B 1 1 1 1 A1 B1 C1 T T 3 5 T3 T5 T T T T T T T T 3 5 1 2 4 6 1 T2 T4 T6 1 T2 T4 T6 A B C A B C A B C Z Z Z A B C ZA ZB ZC ZA ZB ZC 0
  35. Hai pha có van dẫn UfT =(1/2)Udây A B1 C 1 1 A B1 C B 1 1 A1 1 C1 T3 T5 T3 T5 T3 T5 T1 T2 T4 T6 T T 1 T2 T4 T6 1 T2 T4 T6 A B C A B C A B C ZA ZB ZC ZA ZB ZC ZA ZB ZC 0 0 0 A B1 C A B 1 1 1 1 A1 B1 C1 T T 3 5 T3 T5 T T T T T T T T 3 5 1 2 4 6 1 T2 T4 T6 1 T2 T4 T6 A B C A B C A B C Z Z Z A B C ZA ZB ZC ZA ZB ZC 0 0 0
  36. • 2. Giải thích hoạt động của sơ đồ (ví dụ = 300) T1 T3 T5 A B C T2 T4 T6 t /2 X X X T1 X T1 1 61 3 t XT2 X2 X52 T2 X X T XT3 3 23 3 t XT4 X14 T4 X4 X14 t X T5 X5 X45 T5 t X X T t XT6 6 36 6 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
  37. Một số nhận xét về hoạt động của sơ đồ trên • Điện áp tải có dạng đập mạch
  38. • Hoạt động của sơ đồ khi góc mở lớn (ví dụ = 1200) A 1/2UAB B 1/2UAC C T1 T3 T5 T2 T4 T6 t t t 1 5 6 t 0 tf ! o' t2 t 22' t3 t3' t4 t5' t6' X X 1 X T1 6-1 t X5-2 X2 X5-2 XT2 t X3 X2-3 XT3 t X4 X1-4 X4 XT4 t X X XT5 5 X4-5 5 X4-5 t X X XT6 6 3-6 t
  39. • III. Đặc điểm điều khiển điều áp ba pha • Điều khiển điều áp ba pha có thể coi như chỉnh lưu cầu ba ph T1 T3 T5 T2 T4 T6 T1 T T5 3 T T2 T4 6 a) b) T2 T1 T4 T 6 T5 c) Hình 3.30 Các cách nối dây của điều áp xoay chiều ba pha tải nối Y không dây trung tính
  40. • Điều khiển bằng biến áp xung hai cuộn dây T4 T6 T1 tới T5 MĐK MĐK MĐK T6 T1 T4 Hình 3.33 Đệm xung bằng biến áp.
  41. • Đệm xung trước tầng khuếch đại +15V T1 tới T4 MĐKT1 H MĐKT6 Hình 3.34 Đệm xung trước tầng khuếch đại
  42. • Điều khiển bằng xung đơn A B C t /2 X X X T1 X T1 1 61 3 t XT2 X2 X52 T2 X X T XT3 3 23 3 t XT4 X14 T4 X4 X14 t XT5 X5 X45 T5 t X X T t XT6 6 36 6 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
  43. +15V Tr1 • Mạch điều khiển D4 -12V R3 R4 R5 VR1 R1 - D +12V A3 D1 V T A R2 D R6 + 1 1 + B 3 R4 - C H1 A1 A2 U đk - + Uđf1 UA Uđf2 D2 T A5 H2 2 A4 V2 +15V Tr1 -12V R3 R4 R5 VR1 R1 - D +12V A3 D1 V T A R2 D R6 + 3 3 + B 3 R4 - C H3 A1 A2 U đk - + Uđf1 UB Uđf2 D2 T A5 H4 4 A4 V4 +15V Tr1 -12V R3 R R5 VR1 R1 4 - D +12V A3 D1 V T A R2 D R6 + 5 5 + B 3 R4 - C H5 A1 A2 U đk - + Uđf1 UC Uđf2 D2 -12V Udk T A5 H6 6 A4 V6
  44. Điều khiển điều áp ba pha khi van là triac UA +15V D5TA R5 D4 X Tr1 +12V -12V R3 R R5 DA VR1 R1 4 - R7 A3 HA Tr D1 R6 + 2 A R2 D3 + B R4 - Uđk A1 A2 Tr3 - + C Uđf1 UB UA TB Uđf2 D5 D2 R5 +12V D4 X Tr1 -12V R3 R R5 DA VR1 R1 4 - R7 A3 HB Tr D1 R6 + 2 A R2 D3 + B R4 - Uđk A1 A2 Tr3 + Uđf1 - C U UC B U TC đf2 D5 D2 R5 +12V D4 X Tr1 -12V R3 R R5 DA VR1 R1 4 - R7 A3 HC Tr D1 R6 + 2 A R2 D3 + B R4 - Uđk A1 A2 Tr3 + Uđf1 - C UC Uđf2 -12V D2
  45. • Điều khiển bằng chùm xung A B C t X 1 t X 2 t X 3 t X 4 t X 5 t X 6 t Hình 3.39 Điều khiển ba pha bằng chùm xung
  46. Tr R 1 3 D +15V C R5 D 4 1 - A3 R D + AND T 2 B 3 R C 2 +A 4 - U đf 1 A2 - + 1    Uv - R + - U R + A 4 A đf 2 1 2 B C + 2 D3 D AND - A R3 R 5 3 Tr C 1 1 D - 4 A6 +15V Tr + R 1 3 D T4 C R5 D 4 1 - T A3 3 R D + AND 2 B 3 R C T +A 4 - 6 Uđf 1 A2 T - + 5 1 Uv - R + - U R + A 4 A đf 2 1 2 B C + 2 D3 D AND - A R3 R 5 3 Tr C 1 1 +15V Tr D R 1 4 3 D C R5 D 4 1 - A3 R D + AND 2 B 3 R C +A 4 - Uđf 1 A2 - + 1 Uv - R + - U R + A 4 A đf 2 1 2 B C + 2 D3 D AND - A R R 5 3 3 Tr 1 C 1 D4 +15V
  47. 4.5 ĐẶC ĐIỂM ĐIỀU KHIỂN ĐIỀU ÁP BA PHA Nguyên lí điều khiển Điều khiển bằng cách đêmh xung Điều khiển bằng chùm xung
  48. I. Nguyên lí điều khiển điều áp ba pha Điều khiển điều áp ba pha có thể coi như chỉnh lưu cầu ba pha T1 T3 T5 T2 T4 T6 T1 T T5 3 T T2 T4 6 a) b) T2 T1 T4 T 6 T5 c)
  49. Ba cách cấp xung điều khiển • Cấp xung đông thời cho các van ở nhóm NA và nhóm NKví dụ như hình vẽ: • Có thể có ba cách cấp xung điều khiển A B1 C B 1 1 A1 1 C1 X X X X XC X§ C § C § T3 T5 T3 T5 T1 T1 T2 T4 T6 T2 T4 T6 T1 T4,T T1 T4 T1 T4 A C A B C 6 B Z Z Z T2 T3 T2 T3 ZA ZB ZC A B C T2 T3,T 0 0 5 T3 T6 T3 T6 A B1 T3 T6,T A B1 C 1 T4 T5 T4 T5 1 1 4 T T T T 3 5 3 5 T 1 T2 T4 T6 T T T T T T2 T4 T6 T4 T5,T 5 2 5 2 1 A B C 1 A B C T T T6 T1 Z Z Z 6 1 Z Z Z A B C T5 T2,T A B C 0 4 0 T6 T1,T 3
  50. • Điều khiển bằng biến áp xung hai cuộn dây T4 T6 T1 tới T5 MĐK MĐK MĐK T6 T1 T4 Hình 3.33 Đệm xung bằng biến áp.
  51. • Đệm xung trước tầng khuếch đại +15V T1 tới T4 MĐKT1 H MĐKT6 Hình 3.34 Đệm xung trước tầng khuếch đại
  52. • Điều khiển bằng xung đơn A B C t /2 X X X T1 X T1 1 61 3 t XT2 X2 X52 T2 X X T XT3 3 23 3 t XT4 X14 T4 X4 X14 t XT5 X5 X45 T5 t X X T t XT6 6 36 6 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
  53. +15V Tr1 • Mạch điều khiển D4 -12V R3 R4 R5 VR1 R1 - D +12V A3 D1 V T A R2 D R6 + 1 1 + B 3 R4 - C H1 A1 A2 U đk - + Uđf1 UA Uđf2 D2 T A5 H2 2 A4 V2 +15V Tr1 -12V R3 R4 R5 VR1 R1 - D +12V A3 D1 V T A R2 D R6 + 3 3 + B 3 R4 - C H3 A1 A2 U đk - + Uđf1 UB Uđf2 D2 T A5 H4 4 A4 V4 +15V Tr1 -12V R3 R R5 VR1 R1 4 - D +12V A3 D1 V T A R2 D R6 + 5 5 + B 3 R4 - C H5 A1 A2 U đk - + Uđf1 UC Uđf2 D2 -12V Udk T A5 H6 6 A4 V6
  54. Điều khiển điều áp ba pha khi van là triac UA +15V D5TA R5 D4 X Tr1 +12V -12V R3 R4 R5 DA VR1 R1 - R7 A3 HA Tr D1 R6 + 2 A R2 D3 + B R4 - Uđk A1 A2 Tr3 - + C Uđf1 UB UA TB Uđf2 D5 D2 R5 +12V D4 X Tr1 -12V R3 R4 R5 DA VR1 R1 - R7 A3 HB Tr D1 R6 + 2 A R2 D3 + B R4 - Uđk A1 A2 Tr3 - + C Uđf1 U UB C Uđf2 TC D5 D2 R5 +12V D4 X Tr1 -12V R3 R4 R5 DA VR1 R1 - R7 A3 HC Tr D1 R6 + 2 A R2 D3 + B R4 - Uđk A1 A2 Tr3 + Uđf1 - C UC Uđf2 -12V D2
  55. • Điều khiển bằng chùm xung A B C t X 1 t X 2 t X 3 t X 4 t X 5 t X 6 t Hình 3.39 Điều khiển ba pha bằng chùm xung
  56. Tr R 1 3 D +15V C R5 D 4 1 - A3 R D + AND T 2 B 3 R C 2 +A 4 - U đf 1 A2 - + 1    Uv - R + - U R + A 4 A đf 2 1 2 B C + 2 D3 D AND - A R3 R 5 3 Tr C 1 1 D - 4 A6 +15V Tr + R 1 3 D T4 C R5 D 4 1 - T A3 3 R D + AND 2 B 3 R C T +A 4 - 6 Uđf 1 A2 T - + 5 1 Uv - R + - U R + A 4 A đf 2 1 2 B C + 2 D3 D AND - A R3 R 5 3 Tr C 1 1 +15V Tr D R 1 4 3 D C R5 D 4 1 - A3 R D + AND 2 B 3 R C +A 4 - Uđf 1 A2 - + 1 Uv - R + - U R + A 4 A đf 2 1 2 B C + 2 D3 D AND - A R R 5 3 3 Tr 1 C 1 D4 +15V