›
›

Bài giảng Linh kiện điện tử công suất - Chương 4: Biến đổi điện ac một pha

ppt 45 trang phuongnguyen 70
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Linh kiện điện tử công suất - Chương 4: Biến đổi điện ac một pha", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pptbai_giang_linh_kien_dien_tu_cong_suat_chuong_4_bien_doi_dien.ppt

Nội dung text: Bài giảng Linh kiện điện tử công suất - Chương 4: Biến đổi điện ac một pha

  1. CHƯƠNG 4: BIẾN ĐỔI ĐIỆN AC MỘT PHA o GIỚI THIỆU o BIẾN ĐỔI AC MỘT PHA 1. Điều khiển toàn chu kỳ 2.Điều khiển pha 3. Tương quan giửa góc kích và góc dẫn 1
  2. GIỚI THIỆU Bộ điều khiển điện thế AC hay còn gọi là bộ điều thế AC, dùng chuyển đổi nguồn điện AC cố định thành nguồn điện AC thay đổi. Tần số ngõ ra bằng tần số ngõ vào. 2
  3. BIẾN ĐỔI ĐIỆN AC MỘT PHA ▪ BỘ ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN THẾ AC MỘT PHA THƯỜNG DÙNG HAI KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN NHƯ SAU: • ĐIỀU KHIỂN ON – OFF • ĐIỀU KHIỂN PHA ▪ ĐIỀU KHIỂN PHA CÓ HAI DẠNG: ĐIỀU KHIỂN BẤT ĐỐI XỨNG VÀ ĐỐI XỨNG 3
  4. 1. ĐIỀU KHIỂN TOÀN CHU KỲ 1. Sơ đồ nguyên lý S 1 T U Tải 1 Tải U1 S2 Mạch điều khiển điện thế AC cho tải là dùng công tắc AC. Công tắc AC có thể là 1 Triac hay 2 SCR mắc đối song như hình vẽ hoặc linh kiện giao hoán 2 chiều. Điều khiển toàn chu kỳ thích hợp với các hệ thống có thời hằng lớn như hệ thống điều khiển nhiệt độ. 4
  5. 1. ĐIỀU KHIỂN TOÀN CHU KỲ 1. Dạng sóng vào ra ui t uo t ton toff T 5
  6. 1. ĐIỀU KHIỂN TOÀN CHU KỲ 1. Dạng sóng vào ra ui t uo t ton toff T 6
  7. 1. ĐIỀU KHIỂN TOÀN CHU KỲ 1. Dạng sóng vào ra ui t uo t ton toff T 7
  8. 1. ĐIỀU KHIỂN TOÀN CHU KỲ 1. Dạng sóng vào ra ui t uo t ton toff T 8
  9. 1. ĐIỀU KHIỂN TOÀN CHU KỲ 1. Dạng sóng vào ra ui t uo t ton toff T Mạch điều khiển toàn chu kỳ như hình vẽ khi có góc kích =0 sẽ cho điện thế AC tác động vào tải và khi không có góc kích hiện diện sẽ cắt nguồn AC khỏi tải. 9
  10. 1. ĐIỀU KHIỂN TOÀN CHU KỲ Điều khiển toàn chu kỳ hay còn gọi là on– off. Công suất tải được điều khiển bằng cách nối nguồn vào tải trong 1 số chu kỳ và tiếp đó cắt nguồn ra khỏi tải trong 1 số chu kỳ khác và lặp lại chu kỳ giao hoán đó như hình vẽ. Nhưng cách điều khiển giao hoán này không thích hợp với tải có thời hằng bé 10
  11. 1. ĐIỀU KHIỂN TOÀN CHU KỲ 1. Tính toán • Công suất trung bình ra trên tải: V 2 t V 2 P = i on = i D = P D OAV R T R O max • Điện thế hiệu dụng ngõ ra: VM ton VORMS = = ViRMS D 2 T • Công suât chuẩn hóa: POAV ton PN = = D = PO max T • Hệ số công suất: P P t pF = 0 = OAV = on = D S PO max T 11
  12. 2. ĐIỀU KHIỂN PHA o Điều khiển bất đối xứng • Sơ đồ nguyên lý S1 D1 U U 1 Tải 1 Tải S2 D2 Dạng 2 (V >0) Dạng 1 (VAV<0) AV 12
  13. 2. ĐIỀU KHIỂN PHA o Điều khiển bất đối xứng • Sơ đồ sóng ra dạng 1 u t iG1 13
  14. 2. ĐIỀU KHIỂN PHA o Điều khiển bất đối xứng • Sơ đồ sóng ra dạng 1 u t iG1 14
  15. 2. ĐIỀU KHIỂN PHA o Điều khiển bất đối xứng • Sơ đồ sóng ra dạng 1 u t iG1 15
  16. 2. ĐIỀU KHIỂN PHA o Điều khiển bất đối xứng • Sơ đồ sóng ra dạng 1 u t iG1 16
  17. 2. ĐIỀU KHIỂN PHA o Điều khiển bất đối xứng • Sơ đồ sóng ra dạng 1 1 V = V (cos −1) 0 AV 2 M u U Tải t iG1 17
  18. 2. ĐIỀU KHIỂN PHA o Điều khiển bất đối xứng • Sơ đồ sóng ra dạng 2 u t iG2 18
  19. 2. ĐIỀU KHIỂN PHA o Điều khiển bất đối xứng • Sơ đồ sóng ra dạng 2 u U Tải t iG2 19
  20. 2. ĐIỀU KHIỂN PHA o Điều khiển bất đối xứng • Sơ đồ sóng ra dạng 2 u U Tải t iG2 20
  21. 2. ĐIỀU KHIỂN PHA o Điều khiển bất đối xứng • Sơ đồ sóng ra dạng 2 u U Tải t iG2 21
  22. 2. ĐIỀU KHIỂN PHA o Điều khiển bất đối xứng • Sơ đồ sóng ra dạng 2 1 V = V (1− cos ) 0 AV 2 M u U Tải t iG2 22
  23. 2. ĐIỀU KHIỂN PHA o Điều khiển bất đối xứng 1 • Sơ đồ nguyên lý V = V (cos −1) 0 AV 2 M S 1 u UTải t U1 Tải D2 iG1 Dạng 1 (V 0) 23
  24. 2. ĐIỀU KHIỂN PHA • Mạch gồm 1SCR và 1diode mắc đối song. • Do đó mạch biến đổi điện AC cho phép biến đổi không đối xứng nên điện thế ra ở tải sẽ có giá trị trung bình. • Tùy theo vị trí của diode mà giá trị trung bình điện ra có thể âm hoặc dương. 24
  25. 2. ĐIỀU KHIỂN PHA •Tính toán cho tải 1 • Hiệu điện thế trung bình: VAV = VM (cos −1) 0 2 1 V V = V (1− cos ) 0 I = AV AV 2 M AV R • Hiệu điện thế hiệu dụng ngõ ra: VORMS VM sin 2 IORMS = VRMS = 1− + 2 2 4 R • Công suất hiệu dụng ở tải: V 2 P = V I khi = 0 P = M RMS RMS RMS RMS 2R • Hệ số công suất: sin 2 pF = 1− + 2 4 25
  26. 2. ĐIỀU KHIỂN PHA •Tính toán cho 1SCR hay Diode • Dòng trung bình cho một linh kiện: I = I I = I AV _1SCR AV _CL1BK AV _1DIODE AV _1SCR Góc kích bằng 0 • Dòng cực đại cho 1 linh kiện: V I = I = I = M M _1SCR M _1DIODE M _TAI R • Hiệu điện thế ngược cực đại đặt lên 1 linh kiện: VRM _1SCR =VRM _1DIODE = 2VM • Dòng hiệu dụng qua mỗi SCR: I RMS I RMS(SCR) = 2 26
  27. 2. ĐIỀU KHIỂN PHA o Điều khiển đối xứng • Sơ đồ nguyên lý S 1 T U Tải U1 Tải 1 S2 D D 1 D2 2 D1 S S S1 2 D 4 D3 U Tải U1 1 Tải 27
  28. 2. ĐIỀU KHIỂN PHA o Điều khiển đối xứng tải R S u 1 S1 0 2 5 7 4 3 5 11 2 t 6 3 2 3 6 6 3 2 3 6 S2 28
  29. 2. ĐIỀU KHIỂN PHA o Điều khiển đối xứng tải R S u 1 S1 0 2 5 7 4 3 5 11 2 t 6 3 2 3 6 6 3 2 3 6 S2 29
  30. 2. ĐIỀU KHIỂN PHA o Điều khiển đối xứng tải R S u 1 S1 vo 0 2 5 7 4 3 5 11 2 t 6 3 2 3 6 6 3 2 3 6 S2 30
  31. 2. ĐIỀU KHIỂN PHA o Điều khiển đối xứng tải R S u 1 S1 vo 0 2 5 7 4 3 5 11 2 t 6 3 2 3 6 6 3 2 3 6 S2 31
  32. 2. ĐIỀU KHIỂN PHA o Điều khiển đối xứng tải R S u 1 S1 vo 0 2 5 7 4 3 5 11 2 t 6 3 2 3 6 6 3 2 3 6 S2 32
  33. 2. ĐIỀU KHIỂN PHA o Điều khiển đối xứng tải R S u 1 S1 vo 0 2 5 7 4 3 5 11 2 t 6 3 2 3 6 6 3 2 3 6 S2 33
  34. 2. ĐIỀU KHIỂN PHA o Điều khiển đối xứng tải R S u 1 S1 vo io 0 2 5 7 4 3 5 11 2 t 6 3 2 3 6 6 3 2 3 6 S2 34
  35. 2. ĐIỀU KHIỂN PHA o Điều khiển đối xứng tải R S u 1 S1 vo VRMS io 0 2 5 7 4 3 5 11 2 t 6 3 2 3 6 6 3 2 3 6 S2 Mỗi SCR dẫn trong thời khoảng ( − ) của mỗi bán kỳ, do đó ta có thể xem như các SCR dẫn từ đến trong chu kỳ mới là . 35
  36. 2. ĐIỀU KHIỂN PHA •Tính toán cho tải • Hiệu điện thế hiệu dụng ở tải: VM sin 2 VRMS = 1− + 2 2 • Dòng hiệu dụng tải: V V sin 2 I = RMS = M 1− + RMS R R 2 2 • Công suất hiệu dụng ở tải: 2 2 VRMS 2 VM sin 2 PRMS = = I RMS R = 1− + R 2R 2 • Hệ số công suất: sin 2 pF = 1− + 2 36
  37. 2. ĐIỀU KHIỂN PHA •Tính toán cho 1SCR • Dòng trung bình cho 1SCR: 1 VM VM I AV (SCR) = sin tdt = (1+ cos ) 2 R 2 R • Dòng cực đại cho 1SCR: V I = I = I = M M _1SCR M _1DIODE M _TAI R • Hiệu điện thế ngược cực đại đặt lên 1SCR: VRM _1SCR =VRM _1DIODE = 2VM • Dòng hiệu dụng qua mỗi SCR: I RMS I RMS(SCR) = 2 37
  38. 2. ĐIỀU KHIỂN PHA o Điều khiển đối xứng tải L u u S1 A1 A i 2 1 t  1 2 2 3 iL i S2 G1 U1 L UL iG2 • Trong bán kỳ dương, nếu có xung kích tại góc kích thì SCR1 dẫn ta có phương trình: di v(t) = L =V sin t dt M V V V i(t) = M cos − M cost = M (cos − cost) L L L 38
  39. 2. ĐIỀU KHIỂN PHA o Điều khiển đối xứng tải L U tải • Vậy để có dòng  i qua SCR1 dương 1 là: t  − , góc kích phải  chọn: 2 Utải  i • Dòng điện hiệu 2 dụng qua tải: V 2( − )(2 + cos2 ) + 3sin 2 I = M  RMS L 2 39
  40. 2. ĐIỀU KHIỂN PHA o Điều khiển đối xứng tải R-L S u u A 1 1 A2 i 1 t  2 1 3 i R 2 L iG1 S2 U1 UL L iG2 • Vì mỗi SCR dẫn trong thời khoảng t , cách giải tương tự như ở chương 2 và có các kết quả sau: R V − (t− ) i(t) = M sin (t − )− sin ( − )e L Z 40
  41. 2. ĐIỀU KHIỂN PHA o Điều khiển đối xứng tải L • Góc dẫn =− U   tải i phải nhỏ hơn để 2 cho SCR1 ngưng dẫn =  trước khi kích SCR2 Utải  i tại t= + . Trong 1 2 biểu thức liên hệ trên Utải   cho =− > thì i 1 . Do đó ta kết luận rằng ; min =  41
  42. 3. TƯƠNG QUAN GIỬA GÓC KÍCH & GÓC DẪN o Tương quan và  để xác định   • Hiệu điện thế hiệu dụng qua tải:  = 2 VM 2 − sin 2 − sin 2 VRMS = 2  = 0 • khi góc kích trong 0 2 khoảng  đến : 1 2 VM 2 1 6 I RMS = 4 1− cos + + sin cos 2R 2 42
  43. 3. TƯƠNG QUAN GIỬA GÓC KÍCH & GÓC DẪN o Đặc tính đk theo trị số điện áp tải: U U 0,9 0,9 0,8 U 0,8 U1 U1 0,7 0,7 U 0,6 0,6 0,5 0,5 0,4 0,4 U3 3 U 0,3 0,3 U5 0,2 0,2 U5 0,1 0,1 U7 7 U 0 30 60 90 120 150 180 0 30 60 90 120 150 180 = 450 = 0 Sóng hài từ bậc 1 đến bậc 7 43
  44. 3. TƯƠNG QUAN GIỬA GÓC KÍCH & GÓC DẪN o Biến thiên công suất theo góc mở: U U 0,9 0,9 0,8 0,8 S P Q 0,7 S 0,7 0,6 0,6 0,5 0,5 0,4 0,4 P Q 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 = 450 = 0 Ba loại công suất so góc mở 44
  45. BIẾN ĐỔI AC BA PHA 45