›
›

Bài giảng Điện tử công suất (Phần 2)

pdf 60 trang phuongnguyen 370
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Điện tử công suất (Phần 2)", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfbai_giang_dien_tu_cong_suat_phan_2.pdf

Nội dung text: Bài giảng Điện tử công suất (Phần 2)

  1. CHƯƠNG 3: THIẾT BỊ CHỈNH LƯU
  2. 3.1 KHÁI NIỆM CHUNG Chức năng: Biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều Ứng dụng Cấp nguồn cho các tải một chiều: Động cơ điện một chiều, bộ nạp accu, mạ điện phân, máy hàn một chiều, nam châm điện, truyền tải điện một chiều cao áp,
  3. 3.2 Đặc điểm của điện áp và dòng điện chỉnh lưu 3.2.1 Điện áp chỉnh lưu ud: Giá trị tức thời của điện áp chỉnh lưu – Bao gồm cả thành phần xoay chiều uσ và thành phần một chiều – Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu Ud ud = uσ +U d Số xung đập mạch của sóng điện áp chỉnh lưu: f p = σ (1) f •fσ(1): Tần số của sóng điều hòa bậc 1 thành phần xoay chiều của ud • f: Tần số điện áp lưới
  4. 3.1.2 Dòng điện chỉnh lưu id: Giá trị tức thời của dòng điện chỉnh lưu – Sóng dòng điện chỉnh lưu Id: Giá trị trung bình – Thành phần một chiều của sóng dòng điện chỉnh lưu iσ: Thành phần xoay chiều của dòng điện chỉnh lưu iiIdd=+σ Xét hệ thống chỉnh lưu – tải R,L,Eư: di uL==−+d u() RiE Ldddt − di uRiE>+⇒> u0;d > 0 dd− L dt di uRiE=+⇒= u0;d = 0 dd− L dt di uRiE<+⇒< u0;d < 0 dd− L dt
  5. • Dòng điện liên tục • Dòng điện gián đoạn • Dòng điện ở biên giới gián đoạn iiIdd=+σ Đối với giá trị trung bình – thành phần một chiều: UE− I = d − IUE≥⇒0 ≥ d R dd− Đối với thành phần xoay chiều: •Iσ(n): Giá trị hiệu dụng của sóng điều Uσ ()n hòa bậc n thành phần xoay chiều của Iσ ()n = dòng điện chỉn lưu 2 2 •U : Giá trị hiệu dụng của sóng R + ⎡⎤ω L σ(n) ⎣⎦σ ()n điều hòa bậc n thành phần xoay chiều điện áp chỉnh lưu. • ωσ(n): Tần số góc của sòng điều hòa bậc n thành phần xoay chiều. LI→∞ ⇒σ ()ndd →0 ⇒ iI = Î Dòng điện được san phẳng tuyệt đối
  6. 3.3 Chỉnh lưu hình tia m-pha – dòng liên tục LK RK Z u1
  7. 3.3.1 Chỉnh lưu hình tia không điều khiển Sơ đồ uU1 = m sinθ 2π uU=−sin(θ ) 2 m 3 4π uU=−sin(θ ) 3 m 3 θ = ωt ⎡⎤2π uUnm=−−sinθ ( n 1) ⎣⎦⎢⎥m
  8. Trong khoảng θ1 uV1 0 Î Không hợp lý Tương tự khi giả thiết V3 mở. Î V1 mở Î Nhịp V1
  9. Nhịp V1 – θ1 < θ < θ2: uuuuuuuVV1221331==−=−0; ; V uuiiddVdVV===11;;0 Iii 23 Nhịp V2 – θ2 < θ < θ3: uuuuuuuVV2112332==−=−0; ; V uuiiddVdVV===22;;0 Iii 13 Nhịp V3 – θ3 < θ < θ4: uuuuuuuVV3113223==−=−0; ; V uuiiddVdVV===33;;0 Iii 12
  10. Nhịp Vn: uuuuuuuVn==−=−0; V11 n ; Vm m n uuiidndVndVVm===;;0 Iii1 Số xung: p = m Quá trình chuyển mạch tại các thời điểm θ2: Æ Điện áp chuyển mạch là uk = u2 –u1 Tương tự tại các thời điểm θ3, θ4: điện áp chuyển mạch lần lượt là u3 –u2 và u1 –u3 Î Chuyển mạch tự nhiên
  11. 3.3.2 Chỉnh lưu hình tia có điều khiển Tín hiệu uc điều khiển Khâu phát xung
  12. Thời điểm chuyển mạch tự nhiên Góc điều khiển α: tính từ thời điểm chuyển mạch tự nhiên đến thời điểm phát xung mở thyristor. Phạm vi của góc điều khiển α: 0 ≤ α < π
  13. Giá trị trung bình điện áp chỉnh lưu ππ ++α m 2 m UUd= sinθ θ di∫ m 2π ππ −+α 2 m mU π U = m sin cosα = U cosα di π m di0 mU π U = m sin di0 π m Udi0: Giá trị trung bình điện áp chỉnh lưu không điều khiển. m = 3 333UUπ 36U UU===mmsin2 1.17 di02π 32ππ 2
  14. Các đường đặc tính Đặc tính điều khiển: Đặc tính ngoài (đặc tính tải): • Đầu ra: Ud • Đầu vào: α UUdi= di0 cosα Chế độ Chế độ chỉnh lưu nghịch lưu
  15. 3.3.3 Chế độ làm việc chỉnh lưu và nghịch lưu phụ thuộc •Chế độ làm việc chỉnh lưu π π chế độ nghịch lưu phụ thuộc 2 P = UIdd
  16. Điều kiện để có nghịch lưu phụ thuộc π • Trong tải phải có E ư ⋅>EU ⋅α > •E đảo chiều − d 2 ư
  17. Góc an toàn γ 0 ≤<−α πγ γ = ωtoff Chế độ Chế độ chỉnh lưu nghịch lưu
  18. 3.3.4 Chỉnh lưu hình tia 3 pha có diode V0 uV 0 = −ud V0 sẽ mở khi trong trường hợp không có V0 thì ud < 0 Î V0 chỉ hoạt động khi π π α ≥− 2 m
  19. Chen vào giữa các nhịp V1, V2, V3 là các nhịp V0: uudV=−0112233 =0; uuuuuu V = ; V = ; V = iidV==0 I d
  20. π π •≤−α 2 m mU π U = m sin cosα = U cosα di π m di0 mU π U = m sin di0 π m π πππ •−≤≤+α 22mm π π 1sin(−−α ) mU UdU==m sinθθ m di∫ di0 2π ππ π −+α 2sin 2 m m mU π U = m sin di0 π m
  21. Ảnh hưởng của diode V0 • Không có chế độ nghịch lưu • Diode V0 làm tăng hiệu suất của bộ chỉnh lưu UI λ = dd mUI U, I: giá trị hiệu dụng của điện áp và dòng điện pha ψ 2π II= V1 ψ =−ψ d 2π VV10m • Diode V0 làm giảm giá trị hiệu dụng thành phần xoay chiều của điện áp chỉnh lưu
  22. 3.4 Chỉnh lưu hình cầu trong chế độ dòng liên tục Thiết bị chỉnh lưu sơ đồ đấu nối hình cầu về thực chất là hai bộ chỉnh lưu hình tia mắc nối tiếp Nhóm KATODE Nhóm Nhóm ANODE Nhóm Nhóm Nhóm ANODE KATODE
  23. 3.4.1 Chỉnh lưu hình cầu 3 pha điều khiển hoàn toàn Sơ đồ
  24. • Dòng điện trong các pha: i1 = iV1 –iV4; i2 = iV3 –iV6; i3 = iV5 –iV2 •Giátrị trung bình điện áp chỉnh lưu: p = 2m UUdi= diA− U diK UUdiA= − diK mU2 π = sin cosα π m UUdi= di0 cosα 22mU π U = sin di0 π m Trong trường hợp m = 3 36U UU==2.34 di0 π
  25. •Giản đồ đóng cắt – Xung điều khiển:
  26. 3.4.2 Chỉnh lưu hình cầu bán điều khiển 36U U = cosα diA 2π 36UU 1+ cosα 36 UUUU=− ⇒ =; = diK22π di di00 di π
  27. 3.4.3 Chỉnh lưu hình cầu điều khiển hoàn toàn có diode V0 Diode V0 sẽ hoạt động khi Tác dụng: - Giảm độ nhấp nhô của điện áp và dòng điện tải - Tăng hiệu suất - Không cho phép chế độ nghịch lưu phụ thuộc U di0 ⎡ π ⎤ π π π 36U U di = 1− sin(α − ) ; ≤ α ≤ + U di0 = 2 ⎣⎢ 6 ⎦⎥ 3 2 6 π
  28. 3.4.4 Chỉnh lưu cầu một pha điều khiển hoàn toàn uU==−m sinθ u12 u U u = m sinθ 1 2 U u =−m sin(θπ ) 2 2 uuddAdK=− u ii=−=−VV14 i i V 23 i V
  29. Giá trị trung bình điện áp chỉnh lưu UUdi= di0 cosα 22U UU==0.9 di0 π
  30. 3.4.5 Chỉnh lưu cầu một pha bán điều khiển 1cos+ α UU= di di0 2 22U U = di0 π
  31. So sánh giữa hai phương án: điều khiển hoàn toàn và bán điều khiển • Đỉnh âm của sóng điện áp chỉnh lưu bị cắt Î đỡ nhấp nhô • Không thể làm việc ở chế độ nghịch lưu •Hiệu suất bộ biến đổi cao hơn.
  32. 3.5 Dòng điện liên tục và gián đoạn của chỉnh lưu p – xung 3.5.1 Thiết bị chỉnh lưu ở chế độ dòng điện gián đoạn Sự xuất hiện của dòng điện gián đoạn •Tải R: iudd≥⇒00 ≥ Trong nhịp “0”: uuudVii= 0; = •Tải R,L: URIdd=>0 Î với các α mà ở chế độ dòng liên tục Ud < 0 sẽ xuất hiện dòng điện gián đoạn Trong nhịp “0”: uuudVii= 0; = •Tải L, Eư: UEd = − Î với các α mà ở chế độ dòng liên tục Ud < Eư sẽ xuất hiện dòng điện gián đoạn Trong nhịp “0”: uEuuEdVii= −−; =− ∃θMIN;θ MAX
  33. 3.5.2 Phân tích dòng điện chỉnh lưu của chỉnh lưu p – xung, không có V0 p = 1 Î Dòng điện luôn gián đoạn Với p > 1: •Chỉnh lưu hình tia có điều khiển m – pha. p = m. Um là biên độ điện áp pha •Chỉnh lưu hình cầu điều khiển hoàn toàn m – pha. p = 2m. Um là biên độ điện áp dây (trừ trường hợp m = 1) Góc bắt đầu: •p = 1: θZ = α π π •p > 1: θ =−+α Z 2 p
  34. Tải tổng quát R, L, Eư: di Ri++=ωθ Ld E U sin (1) dmdθ − U i =−−m sin(θϕ ) d Z θθ− E ⎛⎞− Z −−− ⎜⎟1 e ωτ + R ⎜⎟ (2) ⎝⎠ θ −θ − Z ⎡⎤Um ωτ +−iedZ()θθϕ sin( Z − ) ⎣⎦⎢⎥Z ZR=+222ω L ωL ϕ = arctg R L τ = Điều kiện: i ≥ 0 R d
  35. Dòng điện gián đoạn: θMIN arcsin Um 2 idZ()0θ = Thay vào (2) U i =−−m sin(θϕ ) d Z θθ− E ⎛⎞− Z −−− ⎜⎟1 e ωτ + (3) R ⎜⎟ ⎝⎠ θ −θ U − Z −−m sin(θϕ )e ωτ Z Z
  36. U i ()0θθϕ==m sin( −− ) dKZ K θθ− E ⎛⎞− KZ −−− ⎜⎟1 e ωτ +(4) R ⎜⎟ ⎝⎠ θ −θ U − KZ −−m sin(θϕ )e ωτ Z Z Sử dụng toán số giải (4) để xác định θK với điều kiện: 2π θθ−≤ KZ p
  37. Dòng điện liên tục 2π ii()θθ=> ()0; θθ=+ dZ dK KZp Áp dụng vào (2) U 2π ii()θθ== ()m sin( θ +−− ϕ ) dZ dKZp Z 22π π ⎛⎞−− E− ⎜⎟pωτωτ⎡⎤Um p (5) −−1()sin()ei +dZθθϕ − Z − e RZ⎜⎟⎣⎦⎢⎥ ⎝⎠ Suy ra 2π 2π − sin(θϕ+−− )e pωτ sin( θϕ − ) ZZp E iiU()θθ== () −− (6) dZ dK m 2π ⎛⎞− Z Ze⎜⎟1− pωτ ⎜⎟ ⎝⎠
  38. 3.5.3 Dòng điện chỉnh lưu của chỉnh lưu p – xung, có diode V0
  39. 3.6 Hiện tượng trùng dẫn
  40. iiVV12+== iI dd ⎛⎞diVV21 di LuuK ⎜⎟− =−21 ⎝⎠dt dt uuuUkkm=−=21 sinθ π UU= 2sin biên độ điện áp dây giữa hai pha kề nhau km m m i V 2 U θ di= km sinθ dθ ∫∫V 2 2ωL 0 K α
  41. Ukm iV 2 =−()cosα cosθ 2ωLK =−Ikm ()cosαθ cos Ukm Ikm = 2ωLK IIdkm=−+⎣⎦⎡⎤cosα cos(αµ) ⎛⎞Id µ =−−arccos⎜⎟ cosααgóc trùng dẫn ⎝⎠Ikm
  42. di uuL=− V 2 dk2 dt uu+ = 12 2
  43. ud = 0 iI= km(cosα −− cosθ ) I d Ukm Ikm = ωLK I ii==km ()cosα − cosθ VV122 iiIiVV34==− dV 1 2coscosIIdkm=−+⎣⎡ α (αµ)⎦⎤ ⎛⎞2Id µ = arccos⎜⎟ cosαα−− ⎝⎠Ikm
  44. Sụt áp do trùng dẫn Udθ URIddθθ= pX pX R = k R = k θ 2π θ π •Chỉnh lưu hình tia ba pha •Chỉnh lưu cầu một pha •Chỉnh lưu cầu 3 pha
  45. Đặc tính ngoài khi xét đến sụt áp và dòng điện gián đoạn Udθ: Sụt áp do Lk. Udr = Rk.Id: Sụt áp trên Rk UdF: Sụt áp trên van
  46. Ảnh hưởng đến góc an toàn của thyristor: αM + µγ+= π Chỉnh lưu hình cầu 3 pha, tia ba pha Id cosαM =+ cos()πγ − Ikm Chỉnh lưu hình cầu một pha 2Id cosαM =+ cos()πγ − Ikm
  47. Xác định giá trị điện áp chỉnh lưu cực đại 1 UcUUUU=+++() di0 b c dM dθ M drM dFM cc: hằng số dự trữ cho điều khiển – cc = 1.04 – 1.06 b: hằng số dự trữ của lưới điện ±5% – b = 0.95
  48. 3.7 Chỉnh lưu có đảo chiều dòng điện - bốn góc phần tư Nguyên lý điều khiển: • Điều khiển riêng: Từng bộ chỉnh lưu làm việc độc lập, trong khi đóbộ chỉnh lưu còn lại không làm việc.
  49. • Điều khiển chung Xung điều khiển cùng một lúc được đưa vào cả hai bộ, trong đócómột bộ được điều khiển với góc α π/2, ở chế độ chờ. Để không có dòng ngắn mạch giữa hai bộ chỉnh lưu: UdI + UdII 0 UUdi00.cosα I+≤ di .cosα II 0 Udi0 ()cosαα I+≤ cos II 0 ααIII+≥ π
  50. Tuy nhiên: udI + udII ≠ 0 Æ dòng điện tuần hoàn Hạn chế dòng tuần hoàn: lắp thêm cuộn kháng cân bằng
  51. 3.8 Máy biến áp động lực 3.8.1 Dòng điện iS = IS(AV) + iSσ NP: số vòng dây cuộn sơ cấp NS: số vòng dây cuộn thứ cấp iP.NP = iS.NS I I = d S ( AV ) 3 Giả sử NP = NS = N
  52. I ii=−=d i 11SSσ 3 1 P iii131L = PP− Id ii=−= i iii212L =−PP 22SSσ 3 2 P iii= − I 323L PP ii=−=d i 33SSσ 3 3 P
  53. 3.8.2 Công suất biểu kiến của máy biến áp SS+ SKP==PS tN2 t tN StN: Công suất biểu kiến định mức máy biến áp SP: Công suất biểu kiến cuộn dây sơ cấp SS: Công suất biểu kiến cuộn dây thứ cấp PtN: Công suất hữu công định mức của máy biến áp Đối với máy biến áp ∆/Y 1 2/3π I IId==2 θ d Sd2π ∫ 0 3 2/3ππ 2 1 ⎛⎞222I IIdId=+=⎜⎟()2/3θθ () /3 d Pdd23π ⎜⎟∫∫ ⎝⎠02/3π
  54. SUIUISSSNSdN==33 SUIUIP ==32PPN PdN 36 Với chỉnh lưu tia ba pha: UU= di0 2π 22 SUIP==ππ SdidNdN330 22ππ SUIPP ==di0 dN dN 33 33 22π π + 3 SPP==33 1.35 tN2 dN dN
  55. 3.9 Các nguyên tắc điều khiển chỉnh lưu Xung điều khiển đưa vào thyristor lúc điện áp đặt lên thyristor dương Æ Phải biết được khi nào điện áp đặt lên thyristor dương Î Phải có điện áp đồng bộ: đồng bộ với điện áp khóa đặt lên thyristor Sơ đồ khối của khâu phát xung – bộ điều khiển: uc u i , i , i đb Khuyếch đại G1 G2 G3 Đồng bộ So sánh và p.p
  56. 3.9.1 Nguyên tắc thẳng đứng tuyến tính Điện áp đồng bộ là điện áp răng cưa α = Ku. c u UUdi== di00cosα U di cos( Ku . c ) C uđb1 uC uđb2 uC uđb3
  57. 3.9.2 Nguyên tắc arccos: Điện áp đồng bộ là một đường cosin uUđb = max cosθ uuUđbc==max cosα ⎛⎞uc ⇒=α arccos⎜⎟ ⎝⎠Umax uc UUdi== di00cosα U di Umax
  58. u Umax đb uAK uc θ α