1. ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
Tài liệu tham khảo
• Điện tử công suất – Lê Văn Doanh
• Giáo trình điện tử công suất – Nguyễn Văn Nhờ
• Điện tử công suất – Nguyễn Bính
dqvinh@dng.vnn.vn
0903 586 586
2. CHƯƠNG 1
MỞ ĐẦU – CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
1.1 Khái niệm chung
Điện tử Công suất lớn
Các linh kiện điện tử công suất được sử dụng
trong các mạch động lực – công suất lớn
3. Sự khác nhau giữa các linh kiện điện tử ứng dụng
(điện tử điều khiển) và điện tử công suất
• Công suất: nhỏ – lớn
• Chức năng: điều khiển – đóng cắt dòng điện công suất lớn
Điều khiển
Động lực
IC
IB
• Thời điểm
• Công suất
Các linh kiện điện tử
công suất chỉ làm
chức năng đóng cắt
dòng điện – các van
4. Transistor điều khiển: Khuyếch đại
IC
R
UCE = UCE1
iC
C
iB
B
a
UCE = U - RIC
IB1 > 0
A
E
IB2 > IB1
A
uCE
B
uBE
b
U
U
R
IB = 0
iE
IB
IB2
Transistor công suất: đóng cắt dòng điện
UCE1
U
UBE < 0
UCE
5. Đặc tính Volt – Ampe của van công suất lý tưởng
i
b
i
c
điều khiển
a
u
d
u
6. Đối tượng nghiên cứu của điện tử công suất
• Các bộ biến đổi công suất
• Các bộ khóa điện tử công suất lớn
Chỉnh lưu
• BBĐ điện áp
xoay chiều (BĐAX)
• Biến tần
BBĐ điện áp
một chiều
(BĐXA)
Nghịch lưu
7. 1. 2. Các linh kiện điện tử công suất
1.2.1 Chất bán dẫn - Lớp tiếp giáp P - N
Chất bán dẫn:
Ở nhiệt độ bình thường có độ dẫn điện nằm giữa chất dẫn điện và chất cách điện
Loại P: phần tử mang điện là lỗ trống – mang điện tích dương
Loại N: phần tử mang điện là các electron – mang điện tích âm
J
+
+
+
+
P
+
+
+
-
-
-
-
+
+
+
+
-
-
-
+
+
-
-
-
+
+
+
-
-
-
+
+
+
-
-
-
N
-
+
P
+
Miền bão hòa
- Cách điện
N
10. 1.2.2 Diode
Cấu tạo, hoạt động
uF
iF
Anode
A
Katode
P N
K
Hướng thuận
A
Hướng ngược
R: reverse – ngược
F: forward – thuận
K
iR
uR
11. Đặc tính V – A
i
Diode lý tưởng
Hai trạng thái: mở – đóng I
F
[A]
Diode thực tế
Nhánh ngược
– đóng
100
Nhánh thuận – mở
u
Nhánh thuận – mở
50
U[BR]
UR [V]
800
Nhánh ngược
– đóng
dU R
rR =
dI R
điện trở ngược trong diode
UBR: điện áp đánh thủng
400
o
T = 160 C
j
o
T = 30 C
j
UF [V]
1
0
1,5
UTO: điện áp rơi trên diode
20
URRM
URSM
dU F
dI F
điện trở thuận trong diode
rF =
30
IR [mA]
12. Đặc tính động của diode
I
• UK: Điện áp chuyển mạch
• trr: Thời gian phục hồi khả năng đóng
• irr: Dòng điện chuyển mạch – phục hồi
L
UK
-
Qr = ∫ irr dt
: điện tích chuyển mạch
iF
iF
iF = I
0
+
Ðóng S
t rr
S
trr
0,1 irrM
O
iR
irrM
Quá áp trong
t
irr
iR
irr
Qr
uF
t
O
uR
Uk
uRM
uR = Uk
13. Bảo vệ chống quá áp trong
R
Mở
C
Đóng
t
O
iRC
uR
V
L
V
irr
iL
irr
Uk
-
+
iRC
t
O
Uk
i L = irr + i RC u = U − L diL
R
k
dt
14. Các thông số chính của diode
IF [A]
Điện áp:
• Giá trị điện áp đánh thủng UBR
• Giá trị cực đại điện áp ngược lập lại:
URRM
• Giá trị cực đại điện áp ngược không lập
lại: URSM
Dòng điện - nhiệt độ làm việc
• Giá trị trung bình cực đại dòng điện
thuận: IF(AV)M
• Giá trị cực đại dòng điện thuận không
lập lại: IFSM
100
Nhánh thuận – mở
50
U[BR]
Nhánh ngược
– đóng
UR [V]
800
400
o
T = 160 C
j
o
T = 30 C
j
UF [V]
1
0
1,5
20
URRM
URSM
30
IR [mA]
16. 1.2.3 Transistor lưỡng cực (BT)
(Bipolar Transistor)
Cấu tạo, hoạt động
C
C
P
N
B
B
N
P
P
N
E
E
R
R
iC
iC
E
iE
uEC
B
uEB
U
C
iB
uCE
B
uBE
U
C
iB
E
iE
17. Đặc tính Volt – Ampe
Miền mở bão hòa
IC
UCE = UCE1
b
• Đặc tính ngoài IC = f(UCE)
• Đặc tính điều khiển IC = f(IB)
U
R
B
Mở
a
UCE = U - RIC
IB2 > IB1
A
IB1 > 0
A
Đóng
IB
IB2
UCE1
U
Miền đóng bão hòa
IB = 0
UBE < 0
UCE
19. Quá trình quá độ của transistor
iB
IB
0.9IB
0.1IB
O
t
td
tr
uCE
O
0.1IC
ton
0.9IC
tf
ts
iC
0.1IC
IC
toff
20. Mạch trợ giúp đóng mở
Các thông số chính
Điện áp:
• Giá trị cực đại điện áp
colector – emitor UCE0M khi
IB = 0
• Giá trị cực đại điện áp
emitor – bazơ UEB0M khi IC
=0
Dòng điện: Giá trị cực đại
của các dòng điện IC, IB, IE
(Điện tử công suất – Nguyễn Bính)
28. 1.2.6 Thyristor
Cấu tạo – Hoạt động
A
G
A
P
N
P
N
P
K
J1
J2
J3
G
A
i
N
P
N
P
N
K
G
i1
u
R
i2
iG
uAK
K
29. Trạng thái:
• Mở
• Đóng
• Khóa
Ký hiệu
uR
iR
Hướng ngược
iG
uG
A
Điều kiện để mở Thyristor
K
iT
iD
Hướng thuận
uT
uD
• UAK > 0
• Xung điều khiển đưa vào cực điều khiển.
Điều kiện để đóng Thyristor
Đặt điện áp ngược lên A – K
• T: Thuận
• D: Khóa
• R: Ngược
30. Đặc tính Volt - Ampe
i
Thyristor lý tưởng
Nhánh thuận – mở
Ba trạng thái: đóng – mở – khóa
Nhánh ngược
– đóng
Thyristor thực tế
UBR: điện áp ngược đánh thủng
UBO: điện áp tự mở của thyristor
UTO: điện áp rơi trên Thyristor
[A]
IT
Tương tự như diode.
URRM = UDRM
2
Nhánh thuận
– mở
10
ID
Nhánh khóa –
khóa
1
IL
10
-2
10
IN
-1
10
IH: Dòng duy trì (holding)
IL: Latching
Các thông số chính
10
-3
UR [V]
10 3
U[BR]
10
2
10
u
Nhánh khóa
– khóa
IG = 0
IG = 25 mA
U[BR]
1
1
IG = 0
10
IG = 25 mA
10
Nhánh ngược
– đóng
10
10
10
2
10 3
-3
U[TD]
-2
-1
IR [A]
UT
UD [V]
31. Đặc tính điều khiển của thyristor:
iG
40
iG
IG
UG[V]
2π
30
R
uG
U
Ψ
ωt
(PGM)Ψ=π/12
20
(PGM)Ψ=π/6
UG=U-RIG
iG
-400C
UGT
O
IGT
0
t
1
IG[A]
2
39. GTO thực tế - FG3000FX-90DA – Misubishi Electric
40.
41. 1.2.8 Triac
Hướng ngược
Điện áp thuận
Điện áp khóa
Dòng điện thuận
Dòng điện khóa
Dòng điện và điện áp
cực điều khiển
Dòng điện thuận
Dòng điện khóa
Điện áp thuận
Điện áp khóa
Hướng thuận
42. Đặc tính Volt - Ampe
Nhánh mở
UG > 0; IG > 0
UD > 0
Nhánh khóa
UG < 0; IG < 0
UG > 0; IG > 0
UDR > 0
UG < 0; IG < 0
Nhánh khóa
Nhánh mở
44. CHƯƠNG 2: MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN
TRONG ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
45. 2.1 Năng lượng tích lũy vào cuộn kháng
và giải phóng từ cuộn kháng
t0
t0
t1
∫ uL dt = QL (t0 , t1 ); uL =
t0
QL (t0 , t1 ) =
Ψ L ( t1 )
∫
Ψ L ( t0 )
dΨL = L
dΨL
di
=L L
dt
dt
iL ( t1 )
∫
iL ( t0 )
diL = Ψ L (t1 ) − Ψ L (t0 ) = L [iL (t1 ) − iL (t0 ) ]
46. 2.2 Nhịp và sự chuyển mạch
Nhánh chính – Nhánh phụ
Linh kiện ĐTCS chính – Linh kiện ĐTCS phụ
Nhịp là khoảng thời gian giữa hai lần liên tiếp thay đổi trạng thái của
linh kiện điện tử công suất trong mạch. Tên của nhịp là tên của linh
kiện đang dẫn điện.
Chuyển mạch là trạng thái điện từ xảy ra
trong mạch bộ biến đổi, được đặc trưng
bằng việc dòng điện trong một nhánh
chuyển sang một nhánh khác trong khi
dòng điện tổng chảy ra từ nút giữa hai
nhánh vấn không đổi.
47. Nhánh chính
• Điện áp chuyển mạch
• Chuyển mạch ngoài –
Chuyển mạch tự nhiên
• Chuyển mạch trong
• Chuyển mạch trực tiếp
• Chuyển mạch gián tiếp
• Chuyển mạch nhiều tầng
• Thời gian chuyển mạch –
Góc chuyển mạch
• Chuyển mạch tức thời
Nhánh phụ
Nhánh chính
Nhánh chính
48. 2.3 Các đường đặc tính
Đặc tính ngoài (Đặc tính tải): Mối quan hệ giữa điện áp đầu ra và
dòng điện đầu ra của bộ biến đổi
Đặc tính điều khiển: Mối quan hệ giữa điện áp đầu ra và đại lượng
điều khiển của bộ biến đổi
2.4 Hệ số công suất của bộ biến đổi
P
λ=
S
P: Công suất hữu công
S: Công suất biểu kiến
… Hệ số công suất PF (Power Factor)
49. P = mUI(1)cosϕ(1)
m: số pha
U: Giá trị hiệu dụng điện áp điều hòa của pha
I(1): Giá trị hiệu dụng của thành phần bậc 1 dòng điện pha
ϕ(1): Góc chậm pha của thành phần bậc 1 dòng điện pha so với điện áp
S = mUI
∞
I: Giá trị hiệu dụng dòng điện pha
I 2 = ∑ I (2n )
n =1
∞
∞
n =1
n=2
2
S 2 = m 2U 2 ∑ I (2n ) = m 2U 2 I (1) + m 2U 2 ∑ I (2n )
2
2
2
2
2
S(1) = m 2U 2 I (1) = m 2U 2 I (1) cos 2 ϕ(1) + m 2U 2 I (1) sin 2 ϕ(1) = P 2 + Q(1)
mUI(1): Công suất biểu kiến của thành phần bậc 1
Q(1): Công suất phản kháng của thành phần bậc 1
50. 2
S 2 = P 2 + Q(1) + D 2
D = mU
∞
I (2n )
∑
n=2
D: Công suất phản kháng biến dạng
P
λ=
υ=
P +Q + D
2
I (1)
I
THDI =
2
(1)
2
= υ cos ϕ(1) … Hệ số công suất PF (Power Factor)
… Hệ số méo dạng DF (Distortion Factor)
∞
I (2n )
∑
n=2
I (1)
… Độ méo dạng tổng THD (Total Harmonic Distortion)
52. 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, …
53. 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:
p=
fσ (1)
f
• fσ(1): Tần số của sóng điều
hòa bậc 1 thành phần xoay
chiều của ud
• f: Tần số điện áp lưới
54. 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
id = iσ + I d
Xét hệ thống chỉnh lưu – tải R,L,Eư:
did
uL = L
= ud − ( Rid + E− )
dt
did
ud > Rid + E− ⇒ uL > 0;
>0
dt
did
ud = Rid + E− ⇒ uL = 0;
=0
dt
did
ud < Rid + E− ⇒ uL < 0;
<0
dt
55. • Dòng điện liên tục
• Dòng điện gián đoạn
• Dòng điện ở biên giới gián đoạn
id = iσ + I d
Đối với giá trị trung bình – thành phần một chiều:
U d − E−
Id =
R
I d ≥ 0 ⇒ U d ≥ E−
Đối với thành phần xoay chiều:
Iσ ( n ) =
Uσ ( n )
R + ⎡ωσ ( n ) L ⎤
⎣
⎦
2
2
• Iσ(n): Giá trị hiệu dụng của sóng điều
hòa bậc n thành phần xoay chiều của
dòng điện chỉn lưu
• Uσ(n): Giá trị hiệu dụng của sóng
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.
L → ∞ ⇒ Iσ ( n ) → 0 ⇒ id = I d
Dòng điện được san phẳng tuyệt đối
56. 3.3 Chỉnh lưu hình tia m-pha – dòng liên tục
LK
RK
Z
u1
57. 3.3.1 Chỉnh lưu hình tia không điều khiển
Sơ đồ
u1 = U m sin θ
2π
u2 = U m sin(θ − )
3
4π
u3 = U m sin(θ − )
3
θ = ωt
2π ⎤
⎡
un = U m sin ⎢θ − (n − 1) ⎥
m⎦
⎣
58. Trong khoảng θ1 < θ < θ2:
• Giả sử V2 mở
uV 2 = 0 ⇒
u1 − u2 − uV 1 = 0 ⇒ uV 1 = u1 − u2
⇒ uV 1 > 0
Không hợp lý
Tương tự khi giả thiết V3 mở.
V1 mở
Nhịp V1
59. Nhịp V1 – θ1 < θ < θ2:
uV 1 = 0; uV 2 = u2 − u1 ; uV 3 = u3 − u1
ud = u1 ; id = iV 1 = I d ; iV 2 = iV 3 = 0
Nhịp V2 – θ2 < θ < θ3:
uV 2 = 0; uV 1 = u1 − u2 ; uV 3 = u3 − u2
ud = u2 ; id = iV 2 = I d ; iV 1 = iV 3 = 0
Nhịp V3 – θ3 < θ < θ4:
uV 3 = 0; uV 1 = u1 − u3 ; uV 2 = u2 − u3
ud = u3 ; id = iV 3 = I d ; iV 1 = iV 2 = 0
60. Nhịp Vn:
uVn = 0; uV 1 = u1 − un ; uVm = um − un
ud = un ; id = iVn = I d ; iV 1 = iVm = 0
Số xung: p = m
Quá trình chuyển mạch tại các thời
điểm θ2:
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
Chuyển mạch tự nhiên
61. 3.3.2 Chỉnh lưu hình tia có điều khiển
uc
Tín hiệu
điều khiển
Khâu phát xung
62. 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
63.
64. Giá trị trung bình điện áp chỉnh lưu
π π
m
U di =
2π
U di =
+ +α
2 m
π
U m sin θ dθ
− +α
2 m
mU m
U di 0 =
∫
π
π
sin
mU m
π
π
m
sin
cos α = U di 0 cos α
π
m
Udi0: Giá trị trung bình điện áp chỉnh lưu không điều khiển.
m=3
U di 0
3U m
π
3 3U m 3 6U 2
sin =
=
=
= 1.17U 2
π
3
2π
2π
65. Các đường đặc tính
Đặc tính điều khiển:
Đặc tính ngoài (đặc tính tải):
• Đầu ra: Ud
• Đầu vào: α
U di = U di 0 cos α
Chế độ
chỉnh lưu
Chế độ
nghịch lưu
66. 3.3.3 Chế độ làm việc chỉnh lưu và nghịch lưu phụ thuộc
• Chế độ làm việc chỉnh lưu
π
6
<α <
π
để có dòng liên tục: trong tải phải có L
2
• Chế độ làm việc nghịch lưu
α>
π
… chế độ nghịch lưu phụ thuộc
2
P = Ud Id
67. Điều kiện để có nghịch lưu phụ thuộc
⋅α >
π
2
• Trong tải phải có Eư
• Eư đảo chiều
⋅ E− > U d
68. γ
0 ≤α < π −γ
γ = ωtoff
Góc an toàn
Chế độ
chỉnh lưu
Chế độ
nghịch
lưu
69. 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
V0 chỉ hoạt động khi
α≥
π
2
−
π
m
70. Chen vào giữa các nhịp V1, V2, V3 là các nhịp V0:
ud = −uV 0 = 0; uV 1 = u1 ; uV 2 = u2 ; uV 3 = u3
id = iV 0 = I d
71. •α ≤
π
U di =
2 m
mU m
π
U di 0 =
•
π
2
−
−
π
sin
mU m
π
π
m
mU m
π
m
sin
≤α ≤
mU m
U di =
2π
U di 0 =
π
cos α = U di 0 cos α
π
m
π
2
+
π
π
∫
π
m
sin θ dθ = U di 0
− +α
2 m
sin
π
π
m
1 − sin(α −
2sin
π
m
π
m
)
72. Ảnh hưởng của diode V0
• Không có chế độ nghịch lưu
• Diode V0 làm tăng hiệu suất của bộ chỉnh lưu
Ud Id
λ=
mUI
U, I: giá trị hiệu dụng của điện áp và dòng điện pha
I = Id
ψV1
2π
2π
ψV1 =
−ψ V 0
m
• Diode V0 làm giảm giá trị hiệu dụng thành phần xoay chiều của điện
áp chỉnh lưu
73.
74. 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 ANODE
Nhóm
ANODE
Nhóm
KATODE
76. • Dòng điện trong các pha:
i1 = iV1 – iV4; i2 = iV3 – iV6; i3 = iV5 – iV2
• Giá trị trung bình điện áp chỉnh lưu:
p = 2m
U di = U diA − U diK
U diA = −U diK
=
m 2U
π
sin
U di = U di 0 cos α
U di 0 =
2 2mU
π
π
m
sin
cos α
π
m
Trong trường hợp m = 3
U di 0 =
3 6U
π
= 2.34U
78. 3.4.2 Chỉnh lưu hình cầu bán điều khiển
U diA
3 6U
cos α
=
2π
U diK
3 6U
=−
2π
1 + cos α
3 6U
;U di 0 =
⇒ U di = U di 0
π
2
79. 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 di 0
U di =
2
π ⎤ π
π π
⎡
⎢1 − sin(α − 6 )⎥; 3 ≤ α ≤ 2 + 6
⎣
⎦
U di 0 =
3 6U
π
80. 3.4.4 Chỉnh lưu cầu một pha điều khiển hoàn toàn
u = U m sin θ = u1 − u2
Um
sin θ
u1 =
2
Um
u2 =
sin(θ − π )
2
ud = udA − udK
i = iV 1 − iV 4 = iV 2 − iV 3
81. Giá trị trung bình điện áp chỉnh lưu
U di = U di 0 cos α
U di 0 =
2 2U
π
= 0.9U
82. 3.4.5 Chỉnh
lưu cầu một
pha bán điều
khiển
1 + cos α
2
2 2U
U di = U di 0
U di 0 =
π
83. So sánh giữa hai phương án: điều khiển hoàn toàn và bán điều khiển
• Đỉnh âm của sóng điện áp chỉnh lưu bị cắt
• Không thể làm việc ở chế độ nghịch lưu
• Hiệu suất bộ biến đổi cao hơn.
đỡ nhấp nhô
84. 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
id ≥ 0 ⇒ ud ≥ 0
• Tải R:
Trong nhịp “0”: ud = 0; uVi = ui
• Tải R,L:
U d = RI d > 0
với các α mà ở chế độ dòng liên tục Ud < 0
sẽ xuất hiện dòng điện gián đoạn
Trong nhịp “0”: ud = 0;
uVi = ui
• Tải L, Eư: U d = E−
với các α mà ở chế độ dòng liên tục Ud < Eư
sẽ xuất hiện dòng điện gián đoạn
Trong nhịp “0”: ud = E− ;
∃θ MIN ;θ MAX
uVi = ui − E−
85. 3.5.2 Phân tích dòng điện chỉnh lưu của chỉnh lưu p – xung,
không có V0
p=1
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:
• p > 1:
θZ = α
π π
θZ = − + α
2
p
86. Tải tổng quát R, L, Eư:
Rid + ω L
did
+ E− = U m sin θ
dθ
(1)
Um
id =
sin(θ − ϕ ) −
Z
θ −θ Z ⎞
−
E− ⎛
⎜1 − e ωτ ⎟ +
−
⎟
R ⎜
⎝
⎠
(2)
Um
⎡
⎤ −
+ ⎢id (θ Z ) −
sin(θ Z − ϕ ) ⎥ e
Z
⎣
⎦
θ −θ Z
ωτ
Z = R 2 + ω 2 L2
ϕ = arctg
τ=
L
R
ωL
R
Điều kiện: id ≥ 0
87. Dòng điện gián đoạn:
θ MIN < θ Z < θ MAX
θ MIN
E− π
= arcsin
<
Um 2
θ MAX = arcsin
E− π
>
Um 2
id (θ Z ) = 0 Thay vào (2)
Um
sin(θ − ϕ ) −
id =
Z
θ −θ Z ⎞
−
E− ⎛
⎜1 − e ωτ ⎟ +
−
⎟
R ⎜
⎝
⎠
−
Um
sin(θ Z − ϕ )e
Z
−
θ −θ Z
ωτ
(3)
88. Um
sin(θ K − ϕ ) −
Z
θ −θ
⎛
− K Z ⎞
E
− − ⎜1 − e ωτ ⎟ +
⎟
R ⎜
⎝
⎠
id (θ K ) = 0 =
−
Um
−
sin(θ Z − ϕ )e
Z
(4)
θ K −θ Z
ωτ
Sử dụng toán số giải (4) để xác định θK với điều kiện:
θK − θZ
2π
≤
p
89. Dòng điện liên tục
id (θ Z ) = id (θ K ) > 0;
θK
2π
= θZ +
p
Áp dụng vào (2)
Um
2π
id (θ Z ) = id (θ K ) =
−ϕ) −
sin(θ Z +
Z
p
−
E− ⎛
⎜1 − e
−
R ⎜
⎝
2π
pωτ
⎞
Um
⎡
⎤ −
⎟ + id (θ Z ) −
sin(θ Z − ϕ ) ⎥ e
⎢
Z
⎟ ⎣
⎦
⎠
Suy ra
id (θ Z ) = id (θ K ) = U m
sin(θ Z +
2π
pωτ
2π
−ϕ) − e
p
2π
⎛
−
Z ⎜1 − e pωτ
⎜
⎝
−
⎞
⎟
⎟
⎠
2π
pωτ
sin(θ Z − ϕ )
(5)
E−
−
Z
(6)
90. 3.5.3 Dòng điện chỉnh lưu của chỉnh lưu p – xung,
có diode V0
92. iV 1 + iV 2 = id = I d
⎛ diV 2 diV 1 ⎞
−
LK ⎜
⎟ = u2 − u1
dt ⎠
⎝ dt
uk = u2 − u1 = U km sin θ
U km = 2U m sin
iV 2
∫ diV 2
0
π
… biên độ điện áp dây giữa hai pha kề nhau
m
θ
U km
=
∫ sin θ dθ
2ω LK α
93. iV 2
U km
=
( cos α − cosθ )
2ω LK
= I km ( cos α − cos θ )
I km
U km
=
2ω LK
I d = I km ⎡cos α − cos (α + µ ) ⎤
⎣
⎦
⎛
Id ⎞
µ = arccos ⎜ cos α −
⎟ −α
I km ⎠
⎝
góc trùng dẫn
95. ud = 0
i = I km ( cos α − cos θ ) − I d
U km
I km =
ω LK
I km
iV 1 = iV 2 =
( cos α − cosθ )
2
iV 3 = iV 4 = I d − iV 1
2 I d = I km ⎡cos α − cos (α + µ ) ⎤
⎣
⎦
⎛
2I d
µ = arccos ⎜ cos α −
I km
⎝
⎞
⎟ −α
⎠
96. Sụt áp do trùng dẫn Udθ
U dθ = Rθ I d
pX k
Rθ =
2π
• Chỉnh lưu hình tia ba pha
• Chỉnh lưu cầu 3 pha
Rθ =
pX k
π
• Chỉnh lưu cầu một pha
97. 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
98. Ảnh hưởng đến góc an toàn của thyristor:
αM + µ + γ = π
Chỉnh lưu hình cầu 3 pha, tia ba pha
cos α M
Id
=
+ cos (π − γ )
I km
Chỉnh lưu hình cầu một pha
cos α M
2Id
=
+ cos (π − γ )
I km
99. Xác định giá trị điện áp chỉnh lưu cực đại
U di 0
1
= ( ccU dM + U dθ M + U drM + U dFM )
b
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
100. 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 đó bộ chỉnh lưu còn lại
không làm việc.
101. • Điều khiển chung
Xung điều khiển cùng một lúc được đưa
vào cả hai bộ, trong đó có một bộ được
điều khiển với góc α < π/2, làm việc ở
chế độ chỉnh lưu. Còn bộ thứ hai 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
U di 0 .cos α I + U di 0 .cos α II ≤ 0
U di 0 ( cos α I + cos α II ) ≤ 0
α I + α II ≥ π
102. Tuy nhiên:
udI + udII ≠ 0
dòng điện tuần hoàn
Hạn chế dòng tuần hoàn:
lắp thêm cuộn kháng cân bằng
103. 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 S ( AV )
Id
=
3
Giả sử NP = NS = N
104. i1Sσ
i2 Sσ
i3Sσ
Id
= i1S −
= i1P
3
Id
= i2 S −
= i2 P
3
Id
= i3S −
= i3 P
3
i1L = i3 P − i1P
i2 L = i1P − i2 P
i3 L = i2 P − i3 P
105. 3.8.2 Công suất biểu kiến của máy biến áp
StN
S P + SS
=
= Kt PtN
2
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
IS =
2π
2π / 3
∫
0
2
I d dθ
Id
=
3
2π
⎛ 2π / 3
⎞
2I d
1
2
2
IP =
⎜ ∫ ( 2 I d / 3) dθ + ∫ ( I d / 3) dθ ⎟ =
⎟
2π ⎜ 0
3
2π / 3
⎝
⎠
106. S S = 3U S I SN = 3U S I dN
S P = 3U P I PN = 2U P I dN
Với chỉnh lưu tia ba pha:
U di 0
3 6
=
U
2π
2
2
SS =
π U di 0 I dN =
π PdN
3
3
2π
2π
SP =
U di 0 I dN =
PdN
3 3
3 3
StN
2
2π
π+
3
3 3 P = 1.35 P
=
dN
dN
2
107. 3.9 Các nguyên tắc điều khiển chỉnh lưu
Xung điều khiển đưa vào thyristor lúc điện áp đặt lên thyristor dương
Phải biết được khi nào điện áp đặt lên thyristor dương
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
Đồng bộ
uđb
So sánh
Khuyếch đại
và p.p
iG1, iG2, iG3
108. 3.9.1 Nguyên tắc thẳng đứng tuyến tính
Điện áp đồng bộ là điện áp răng cưa
α = K .uc
U di = U di 0 cos α = U di 0 cos ( K .uc )
uC
uđb1
uC
uđb2
uC
uđb3
109. 3.9.2 Nguyên tắc arccos:
Điện áp đồng bộ là một đường cosin
uđb = U max cos θ
uđb = uc = U max cos α
⎛ uc ⎞
⇒ α = arccos ⎜
⎟
U max ⎠
⎝
uc
U di = U di 0 cos α = U di 0
U max
113. 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
114. Khi sử dụng thyristor:
ĐÓNG
ĐÓNG
Mở - Đóng
CẮT
S
S
OS
BCM
PS
Đóng – Cắt
Z
V0
S
OS
S
PS
t
115. 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
116. 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.
117. 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
118. • 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
119. 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
120. 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
121. • 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
122. 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.
124. • 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
125. 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
126. t
1
uC = uC (0) + ∫ idt =
C0
L
= U + [uC (0) − U ] cos ωvt +
i (0)sin ωvt
C
127. 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
134. 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
(t5 – t4)MIN = toffV1
I ZM toffV 1
K1UC
(t5 − t4 ) =
⇒C =
IZ
K1U
• V2 sử dụng khoảng (t1, t2) để phục hồi khả năng khóa
2
4toffV 2
Tv π
(t2 − t1 ) = =
LC ⇒ L = 2
4 2
π C
(t2 – t1)MIN = toffV2
135. 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 T1
T
ucM
T1
T2
uP
uc
M
uc
BÐK
Đ
BCM
t
0
Đ
C
136. 4.6.2 Nguyên tắc điều khiển tần số xung
Giữ nguyên T1, thay đổi T
M
uc
f = 1/T
BÐK
Đ
BCM
M
Khâu
phát xung
Trễ T1
Đ
137. 4.6.3 Nguyên tắc điều khiển hai giá trị
Ð
∆iZ
ui1
uc
M
t
ui2
iZM
iZMIN
BCM
I'Z=IZ
iZ
ui1
Z
0
uc
V0
ui1
ui2
M
uc
ui2
ui1 ui2
iZ
uc > 0
uc < 0
Ð
Bộ phát xung đóng vai trò của một bộ điều khiển dòng điện
139. 4.7.1 Bộ biến đổi hai góc phân tư đảo chiều dòng điện
V
iZ
S1
S2
U
Z
V0
uZ
140. 4.7.2 Bộ biến đổi hai góc phân tư đảo chiều điện áp
V2
S1S2 V1
S1
V1
V2
S1S2 V1
iZ
iZ
Z
uZ
U
V2
S2
0
t
uZ
T1
T1 − T2
U Zi = U
= U (2 z − 1)
T
z > 0.5
z < 0.5
Uzi > 0
Uzi < 0
T2
T
141. 4.7.3 Bộ biến đổi bốn góc phân tư
V4
S1S2 V3 S1S2
V1
S1
S3
V4
S4
t
0
Z
uZ
U
iZ
V3
iZ
V2
V2
V1 S3S4 V1 S3S4
uZ
V3
S1S2 S1 S1S2
V2
iZ
S2
V1
V1
S3 S3S4 S3 S3S4
uZ
t
0
143. 5.1 Khái niệm chung – Phân loại
Biến đổi năng lượng điện một chiều thành năng lượng điện xoay chiều
Phân loại
• Theo số lượng pha:
- Một pha
- Ba pha
- Nhiều pha
• Theo sơ đồ
- Hình cầu
- Hình tia
• Theo đặc điểm nguồn
- Nguồn áp
- Nguồn dòng
144. 5.2 Sơ đồ nguyên lý
S1
S1S2
uZ
S3
S3S4
S1S2
R
U
0
uZ
S4
θ = ωt
S2
Sơ đồ nguyên lý nghịch lưu cầu một pha
S1
S2
uZ
S1
S2
S1
Ud
S1
Ud
Ud
O
R
R
θ = ωt
uZ
Ud
uZ
Sơ đồ nguyên lý nghịch lưu tia và bán cầu một pha
S2
146. 5.3 Nghịch lưu áp
• Mang tính chất nguồn áp: tạo ra điện áp xoay chiều. Dòng điện đầu
ra phụ thuộc vào tải.
• Đầu vào của nghịch lưu áp là nguồn điện áp một chiều
5.3.1 Dòng công suất hữu công và phản kháng
P = UdId
P>0
P<0
P = Ud.Id
p = Ud.id
Id > 0: c.độ nghịch lưu
Id < 0: c.độ chỉnh lưu
1
S
-id
2
m
p = U d id = ∑ pn
n =1
Ud
id
VR
3
p1
Z1
p2
Z2
p3
Z3
147. 5.3.2 Nghịch lưu áp cầu một pha
id
VR1
S3
S1
iS1
iZ
iVR1
L
S4
Ud
VR3
Z
R
uZ
S2
VR4
Ψ: Góc dự kiến đóng các bộ khóa
ΨS: Góc thông dòng của các bộ khóa
ΨR: Góc thông dòng của các
diode ngược
VR2
149. 5.3.3 Nghịch lưu áp tia một pha
Ψ=π
• Nhịp S1:
uZ = ua = U d
iS1 = id = iZ … tăng theo đường cong hàm mũ
150. • Nhịp VR2:
Ngắt xung điều khiển đưa vào S1. Do ảnh hưởng của L trong tải, dòng
điện trong cuộn thứ cấp và qua đó dòng trong cuộn sơ cấp vẫn giữ
chiều cũ. Dòng trong cuộn sơ cấp chảy qua VR2 và qua nửa phải của
cuộn sơ cấp.
uZ = ub = -Ud
iVR2 = -id = iZ … giảm theo đường cong hàm mũ
Nhịp VR2 kết thúc khi dòng iVR2 giảm về giá trị 0
151. • Nhịp S2:
Xung điều khiển đưa vào S2 ngay sau khi ngắt S1. Khi VR2 đóng,
dòng sẽ chảy qua S2. Điện áp trên tải vẫn không đổi, tuy nhiên dòng iZ
sẽ đảo chiều
uZ = ub = -Ud
iS2 = id = -iZ … tăng theo đường cong hàm mũ với chiều ngược lại
Nhịp S2 kết thúc khi ngắt xung điều khiển đưa vào S2 và bắt đầu đưa xung
điều khiển vào S1
152. • Nhịp VR1:
Ngắt xung điều khiển đưa vào S2. Do ảnh hưởng của L trong tải, dòng
điện trong cuộn thứ cấp và qua đó dòng trong cuộn sơ cấp vẫn giữ
chiều cũ. Dòng trong cuộn sơ cấp chảy qua VR1 và qua nửa trái của
cuộn sơ cấp.
uZ = ua = U d
iVR1 = -id = -iZ … tăng theo đường cong hàm mũ
Nhịp VR1 kết thúc khi dòng iVR1 tăng lên giá trị 0
163. 5.3.5 Điều khiển nghịch lưu áp cầu 3 pha
Nguyên tắc thay đổi tần số xung
• Độ lớn: … Ud
• Tần số: … tần số phát xung vào các bộ khóa
uc
Phát xung
Phân phối
xung
Khuyếch đại
xung
Nguyên tắc điều biến độ rộng xung - PWM
• S1, S3, S5
• S2, S4, S6
uZ1 = uZ2 = uZ3 = 0
ĐIỆN ÁP RĂNG CƯA
ĐiỆN ÁP ĐIỀU KHIỂN
164.
165. 5.4 Nghịch lưu dòng
5.4.1 Hai chức năng của bộ chuyển mạch
trong nghịch lưu dòng
• Đặt điện áp ngược
lên thyristor, đóng thyristor.
• Tham gia vào quá trình
chuyển mạch
166. 5.4.2 Nghịch lưu dòng một pha
Giả sử V1, V2 mở, dòng điện qua tải
iZ = Id
Điện áp trên các tụ uC1 < 0, uC2 < 0.
Muốn đóng V1, V2: mở V11, V12.
Dòng iZ = Id chảy qua V11, C1, C2, V12
điện áp trên các tụ đảo chiều.
Trong thời gian điện áp trên các tụ còn <0, V1 và V2 phục hồi khả năng khóa.
Bộ chuyển mạch thực hiện chức năng thứ nhất.
Xung điều khiển được đưa vào V3, V4, cùng với V11 và V12, tuy nhiên chưa mở
do uV3 = uC1 + uZ <0, uV4 = uC2 + uZ < 0.
167. Đối với tải L: uV3 = uC1, uV4 = uC2
V3, V4 mở khi uC1 = uC2 = 0
Dòng điện chảy qua V11, C1, Z, C2, V12
giảm dần. Dòng điện chảy qua V3, Z, V4
tăng dần.
Bộ chuyển mạch thực hiện chức năng
thứ hai
Quá trình chuyển mạch kết thúc khi
iV3 = iV4 = -iZ = Id
169. • Nhịp V1, V2, V11, V12
iZ1 = Id; iZ2 = 0; iZ3 = -Id
uC13 > 0
uV3 = uC13 > 0:… V3 đang ở trạng thái khóa
• Nhịp V3, V11, V2, V12
Đưa xung điều khiển mở V3.
uC13 đóng V1.
Dòng Id chảy qua V3, C13, song song với
C13 là C35 và C15, V11, vào pha 1.
uV13 = uZ12 – uC13 < 0 ... V13 vẫn đóng.
Id sẽ đảo chiều điện áp trên C13.
Bộ chuyển mạch thực hiện chức năng thứ 1
170. • Nhịp V3, V11, V13, V2, V12
Khi uV13 = uZ12 – uC13 = 0 ... V13 mở ...
Dòng chảy qua V3 và V13 vào pha 2.
Quá trình chuyển mạch: dòng chảy
vào pha 1 giảm dần, dòng chảy vào
pha 2 tăng dần.
Bộ chuyển mạch thực hiện chức năng thứ
2: tham gia vào quá trình chuyển mạch
Quá trình chuyển mạch kết thúc khi dòng
chảy vào pha 1 giảm về 0 và dòng chảy
vào pha thứ 2 bằng Id.
Chuyển sang nhịp V3, V13, V2, V12
173. 6.1 Khái niệm chung – Phân loại
Dùng để biến đổi năng lượng điện xoay chiều bằng cách thay đổi tần số
• Phân loại theo số lượng pha
- Một pha
- Ba pha
- m-pha
• Phân loại theo sơ đồ
- Trực tiếp
- Gián tiếp
+ Nguồn áp
+ Nguồn dòng
174. 6.2 Biến tần trực tiếp
Biến đổi trực tiếp điện áp xoay chiều
thành điện áp xoay chiều
có tần số khác
175. T1
T2 = T1 + 2(n − 1)
p
f 2 T1
p
=
=
f1 T2 p + 2(n − 1)
n: số nửa chu kỳ điện áp đầu vào
để tạo nên nửa chu kỳ điện áp đầu ra
T1
T1
T2 = [ p + 2(n − 1)] = q
p
p
176. Đối với biến tần 3 pha:
T1
T1
T2 = [ p + 2(n − 1)] = q
p
p
Tần số điện áp đầu ra f2 < 25Hz và không thể điều khiển vô cấp
Biến tần trực tiếp ít được sử dụng
177. 6.3 Biến tần gián tiếp
6.3.1 Biến tần nguồn áp
UdII > 0
NGHỊCH LƯU ÁP
CHỈNH LƯU
Cf, Lf: mạch lọc
Mạch lọc cùng với chỉnh lưu tạo thành
nguồn áp một chiều đầu vào của
• UdI > 0
nghịch lưu áp
• IdI > 0
Cf: nhận dòng phản kháng.
PI > 0 Công suất không thể đảo chiều
Nguyên tắc điều khiển:
• Nguyên tắc điều khiển tần số xung:
f2: tần số xung phát vào nghịch lưu
U2: sử dụng chỉnh lưu có điều khiển, hoặc sử dụng chỉnh lưu không điều khiển
và bộ biến đổi xung áp
• Nguyên tắc PWM – chỉnh lưu chỉ cần là không điều khiển.
178. 6.3.2 Biến tần nguồn dòng
Lf: Mạch lọc
Chỉnh lưu và mạch lọc phải có
tính chất nguồn dòng một chiều
• Id > 0
• UdI > 0 hoặc < 0
Công suất có thể đảo chiều
Nguyên tắc điều khiển:
f2: tần số xung phát vào nghịch lưu
I2: sử dụng chỉnh lưu có điều khiển.
CHỈNH LƯU
NGHỊCH LƯU DÒNG
179. Chương 7
Bộ khóa xoay chiều
và thiết bị biến đổi điện áp xoay chiều
180. 7.1 Khái niệm chung – Phân loại
Bộ khóa xoay chiều: đóng, cắt dòng xoay chiều
Thiết bị biến đổi điện áp xoay chiều: thay đổi giá trị điện áp xoay chiều
• Phân loại theo số lượng pha
- Một pha
- Ba pha
- m-pha
• Phân loại theo sơ đồ
- Cơ bản
- Tiết kiệm
• Phân loại theo phương pháp điều khiển
- Điều khiển hoàn toàn
- Bán điều khiển
181. 7.2 Bộ khóa xoay chiều
7.2.1 Bộ khóa xoay chiều một pha
ĐÓNG
diZ
RiZ + ωL
= u = U m sin θ
dθ
NGẮT
θZ: góc bắt đầu
iz(θz) = 0
Z = R + ω L ; ϕ = arctan
2
2 2
Um
Um
sin(θ − ϕ ) −
iZ =
e
Z
Z
f1(θ)
−
ωL
R
R
(θ −θ Z )
ωL
sin(θ
f2(θ)
z
−ϕ)
183. 7.2.2 Bộ khóa xoay chiều ba pha
Gồm 3 bộ khóa 1 pha
184. 7.3 Thiết bị biến đổi điện áp xoay chiều
7.3.1 Thiết bị biến đổi điện áp xoay chiều một pha
Tải thuần trở R
185. Tải R, L:
• Khi ϕ < α < π
θZ = α
Um
sin(θ − ϕ ) −
iZ =
Z
Um
−
e
Z
−
R
(θ −α )
ωL
sin(α
−ϕ)
• Khi 0 < α < ϕ
Không điều khiển được điện áp.
Thiết bị làm việc như bộ khóa xoay chiều
186. Tải L
• Khi π/2 < α < π
ϕ = π/2
Um
iZ =
(cos α − cos θ )
ωL
• Khi 0 < α < π/2
Không điều khiển được điện áp.
Thiết bị làm việc như bộ khóa xoay chiều
187. 7.3.2 Thiết bị biến đổi điện áp xoay chiều ba pha
Gồm có ba bộ biến đổi điện áp xoay một pha mặc với nhau
188. CHƯƠNG 8: BẢO VỆ VÀ ĐIỀU KHIỂN
CÁC THIẾT BỊ BIẾN ĐỔI
189. 8.1 Bảo vệ các phần tử điện tử công suất
8.1.1 Công suất tổn thất và làm mát
∆P = ∆p1 + ∆p2 ≈ ∆p1
∆P
∆p1
∆p2
… Công suất tổn thất
… Công suất tổn thất chính
… Công suất tổn thất phụ
∆P = U T 0 I ( AV ) + RF I 2
190. Nhiệt độ mặt ghép
T j = Ta + Rth ∆P
Rth = R jv + Rvr + Rra
Tj … Nhiệt độ mặt ghép
Ta … Nhiệt độ không khí môi trường
Rjv … Điện trở nhiệt giữa mặt ghép và vỏ linh kiện bán dẫn
Rvr … Điện trở nhiệt giữa vỏ và cánh tản nhiệt
Rra … Điện trở nhiệt giữa cánh tản nhiệt và không khí môi trường
Làm mát:
• Cánh tản nhiệt
• Cánh tản nhiệt + quạt gió
• Cánh tản nhiệt + nước
• Ngâm trong dầu biến thế
191. 8.1.2 Bảo vệ dòng điện
Cầu chì:
• CC phải chịu được dòng làm việc định mức của thiết bị
• Nhiệt dung chịu đựng của CC phải nhỏ hơn nhiệt dung của thiết bị cần
bảo vệ
nhiệt lượng (I2t)CC < (I2t)TB
• Điện áp hồ quang của CC phải tương đối lớn
Giảm nhanh dòng điện
và tiêu tán năng lượng trong mạch.
• Khi CC đứt, điện áp phục hồi phải đủ lớn
Không làm cho hồ quang cháy
lại giữa hai cực của cầu chì
Lắp đặt: có nhiều cách
• Từng pha của cuộn dây sơ cấp hoặc thứ cấp MBA
• Nối tiếp với từng van
• Nối tiếp với từng nhóm van mắc song song
• Đầu ra của thiết bị biến đổi
192. 8.1.3 Bảo vệ quá áp
Quá áp trong
Sự tích tụ điện tích trong các lớp bán dẫn
(quá trình động của diode và thyristor)
Bảo vệ bằng mạch R – C đấu song song với diode hoặc thyristor
Quá áp ngoài
Cắt không tải MBA trên đường dây, CC bảo vệ nhảy, sấm sét, …
Bảo vệ bằng mạch R – C mắc giữa các pha thứ cấp của MBA động lực
• R .. 10 – 1000 Ω
• C … 0.01 – 1 µF
193. 8. 2 Điều khiển các thiết bị biến đổi
8.2.1 Khuyếch đại thuật toán
Khuyếch đại đảo
R2
u r = − uv
R1
Mạch so sánh
⎧ −U cc ... u− > u+
ur = ⎨
⎩+U cc ... u+ > u−
