Bài giảng Điện tử công suất - Chương 4: Biến đổi điện AC một pha (Phần 1)

CHƯƠNG4:BINĐIĐINACMTPHA GI ỚI THI ỆU o GIITHIU Bộ điều khiển điện thế AC hay còn o BINðIACMTPHA gọi là bộ điều thế AC, dùng chuyển đổi 1. ðiu khin toàn chu kỳ nguồn điện AC cố định thành nguồn điện AC thay đổi. Tần số ngõ ra bằng 2. ðiu khin pha tần số ngõ vào. 3. Tương quan gia góc kích và góc dn 11:41AM 1 11:41AM 2 BINĐIĐINACMTPHA 1.ĐIUKHINTOÀNCHUKỲ 1.Sơ đ nguyên lý S
B ĐIU KHIN ĐIN TH AC MT PHA 1 T THƯNG DÙNG HAI K THUT ĐIU U U Ti 1 S Ti 1 KHIN NHƯ SAU: 2 • ĐIU KHIN ON – OFF Mạch điều khiển điện thế AC cho tải là dùng • ĐIU KHIN PHA công tắc AC. Công tắc AC có thể là 1 Triac hay 2 SCR mắc đối song như hình vẽ hoặc linh kiện giao
ĐIU KHIN PHA CÓ HAI DNG: ĐIU hoán 2 chiều. Điều khiển toàn chu kỳ thích hợp với các hệ thống có thời hằng lớn như hệ thống KHIN BT ĐI XNG VÀ ĐI XNG điều khiển nhiệt độ. 11:41AM 3 11:41AM 4 1 1.ĐIUKHINTOÀNCHUKỲ 1.ĐIUKHINTOÀNCHUKỲ 1.Dng sóng vào ra 1.Dng sóng vào ra ui ui t t uo uo t t ton toff ton toff T T 11:41AM 5 11:41AM 6 1.ĐIUKHINTOÀNCHUKỲ 1.ĐIUKHINTOÀNCHUKỲ 1.Dng sóng vào ra 1.Dng sóng vào ra ui ui t t uo uo t t ton toff ton toff T T 11:41AM 7 11:41AM 8 2 1.ĐIUKHINTOÀNCHUKỲ 1.ĐIUKHINTOÀNCHUKỲ 1.Dng sóng vào ra u i Điều khiển toàn chu kỳ hay còn gọi là on– t off. Công suất tải được điều khiển bằng u o cách nối nguồn vào tải trong 1 số chu kỳ và t tiếp đó cắt nguồn ra khỏi tải trong 1 số chu ton toff T kỳ khác và lặp lại chu kỳ giao hoán đó như Mạch điều khiển toàn chu kỳ như hình vẽ khi có góc kích α=0 sẽ cho điện thế AC tác động vào tải hình vẽ. Nhưng cách điều khiển giao hoán và khi không có góc kích hiện diện sẽ cắt nguồn AC khỏi tải. này không thích hợp với tải có thời hằng bé 11:41AM 9 11:41AM 10 1.ĐIUKHINTOÀNCHUKỲ 2.ĐIUKHINPHA 1.Tính toán o Điu khin bt đi xng • Công suất trung bình ra trên tải: • Sơ đ nguyên lý V 2 t V 2 P = i on = i D = P D S D OAV R T R O max 1 1 • Điện thế hiệu dụng ngõ ra: VM ton VORMS = = ViRMS D U Ti 2 T U 1 S 1 D Ti 2 • Công suât chuẩn hóa: 2 P t P = OAV = D = on N P T O max Dng 2(V >0) • Hệ số công suất: Dng 1(V AV <0) AV P P t pF = 0 = OAV = on = D S PO max T 11:41AM 11 11:41AM 12 3 2.ĐIUKHINPHA 2.ĐIUKHINPHA o Điu khin bt đi xng o Điu khin bt đi xng • Sơ đ sóng ra dng 1 • Sơ đ sóng ra dng 1 u u ωt ωt α iG1 iG1 ωt ωt 11:41AM 13 11:41AM 14 2.ĐIUKHINPHA 2.ĐIUKHINPHA o Điu khin bt đi xng o Điu khin bt đi xng • Sơ đ sóng ra dng 1 • Sơ đ sóng ra dng 1 u u ωt ωt α α iG1 iG1 ωt ωt 11:41AM 15 11:41AM 16 4 2.ĐIUKHINPHA 2.ĐIUKHINPHA o Điu khin bt đi xng o Điu khin bt đi xng • Sơ đ sóng ra dng 1 1 • Sơ đ sóng ra dng 2 V = V ()cosα −1 ≤ 0 AV 2π M u U u Ti ωt ωt α iG2 iG1 ωt ωt 11:41AM 17 11:41AM 18 2.ĐIUKHINPHA 2.ĐIUKHINPHA o Điu khin bt đi xng o Điu khin bt đi xng • Sơ đ sóng ra dng 2 • Sơ đ sóng ra dng 2 u U u U Ti Ti ωt α ωt iG2 iG2 ωt ωt 11:41AM 19 11:41AM 20 5 2.ĐIUKHINPHA 2.ĐIUKHINPHA o Điu khin bt đi xng o Điu khin bt đi xng • Sơ đ sóng ra dng 2 • Sơ đ sóng ra dng 2 1 V = V ()1− cosα ≥ 0 AV 2π M u U u U Ti Ti α ωt α ωt iG2 iG2 ωt ωt 11:41AM 21 11:41AM 22 2.ĐIUKHINPHA 2.ĐIUKHINPHA o Điu khin bt đi xng • 1 • Sơ đ nguyên lý VAV = VM ()cosα −1 ≤ 0 Mạch gồm 1SCR và 1diode mắc đối song. S 2π 1 u UTi • Do đó mạch biến đổi điện AC cho phép α ωt U1 Ti D2 i G1 biến đổi không đối xứng nên điện thế ra ở ωt Dng 1(V AV <0) 1 VAV = VM ()1− cosα ≥ 0 tải sẽ có giá trị trung bình. u U 2π D1 Ti α ωt • Tùy theo vị trí của diode mà giá trị trung U Ti 1 S iG2 2 bình điện ra có thể âm hoặc dương. ωt Dng 2(V AV >0) 11:41AM 23 11:41AM 24 6 2.ĐIUKHINPHA 2.ĐIUKHINPHA •Tính toán cho ti •Tính toán cho 1SCRhayDiode 1 • Hiệu điện thế trung bình: VAV = VM ()cosα −1 ≤ 0 • Dòng trung bình cho một linh kiện: 2π 1 VAV V = V ()1− cosα ≥ 0 ⇒ I = I AV _1SCR = I AV _ CL1BK ⇒ I AV _1DIODE = I AV _1SCR AV 2π M AV R Góc kích bằng 0 • Hiệu điện thế hiệu dụng ngõ ra: • Dòng cực đại cho 1 linh kiện: VORMS V VM  α sin 2α  ⇒ I = M VRMS = 1− +  ORMS IM _1SCR = I M _1DIODE = I M _TAI = 2  2π 4π  R R • Công suất hiệu dụng ở tải: • Hiệu điện thế ngược cực đại đặt lên 1 linh kiện: 2 VM P = V I khi α = 0 ⇒ PRMS = V = V = V RMS RMS RMS 2R RM _1SCR RM _1DIODE M • Hệ số công suất: • Dòng hiệu dụng qua mỗi SCR:  α sin 2α  I RMS pF = 1− +  I RMS (SCR) =  2π 4π  2 11:41AM 25 11:41AM 26 2.ĐIUKHINPHA 2.ĐIUKHINPHA o Điu khin đi xng • Sơ đ nguyên lý o Điu khin đi xng ti R S 1 T S u 1 S1 U Ti U1 Ti 1 S2 0 π π π 2π 5π π 7π 4π 3π 5π 11π 2π ωt D 6 3 2 3 6 6 3 2 3 6 D 1 D2 2 D1 S S S 1 2 S D 2 4 D3 U Ti U1 1 Ti 11:41AM 27 11:41AM 28 7 2.ĐIUKHINPHA 2.ĐIUKHINPHA o Điu khin đi xng ti R o Điu khin đi xng ti R S S u 1 S1 u 1 S1 vo 0 π π π 2π 5π π 7π 4π 3π 5π 11π 2π ωt 0 π π π 2π 5π π 7π 4π 3π 5π 11π 2π ωt 6 3 2 3 6 6 3 2 3 6 6 3 2 3 6 6 3 2 3 6 S2 S2 11:41AM 29 11:41AM 30 2.ĐIUKHINPHA 2.ĐIUKHINPHA o Điu khin đi xng ti R o Điu khin đi xng ti R S S u 1 S1 u 1 S1 vo vo 0 π π π 2π 5π π 7π 4π 3π 5π 11π 2π ωt 0 π π π 2π 5π π 7π 4π 3π 5π 11π 2π ωt 6 3 2 3 6 6 3 2 3 6 6 3 2 3 6 6 3 2 3 6 S2 S2 11:41AM 31 11:41AM 32 8 2.ĐIUKHINPHA 2.ĐIUKHINPHA o Điu khin đi xng ti R o Điu khin đi xng ti R S S u 1 S1 u 1 S1 vo vo io 0 π π π 2π 5π π 7π 4π 3π 5π 11π 2π ωt 0 π π π 2π 5π π 7π 4π 3π 5π 11π 2π ωt 6 3 2 3 6 6 3 2 3 6 6 3 2 3 6 6 3 2 3 6 S2 S2 11:41AM 33 11:41AM 34 2.ĐIUKHINPHA 2.ĐIUKHINPHA o Điu khin đi xng ti R •Tính toán cho ti S u 1 S1 • Hiệu điện thế hiệu dụng ở tải: vo VRMS VM α sin 2α VRMS = 1− + io 2 π 2π • Dòng hiệu dụng tải: 0 π π π 2π 5π π 7π 4π 3π 5π 11π 2π 6 ωt 3 2 3 6 6 3 2 3 6 V V α sin 2α I = RMS = M 1− + RMS R R 2 π 2π • Công suất hiệu dụng ở tải: S2 2 2 VRMS 2 VM  α sin 2α  Mỗi SCRdẫn trong thời khoảng (π−α) của PRMS = = I RMS R = 1− +  R 2R  π 2π  mỗi bán kỳ,dođó ta có thể xem như các • Hệ số công suất: α sin 2α SCRdẫn từ α đến π trong chu kỳ mới là π. pF = 1− + π 2π 11:41AM 35 11:41AM 36 9 2.ĐIUKHINPHA 2.ĐIUKHINPHA •Tính toán cho 1SCR o Điu khin đi xng ti L u u • Dòng trung bình cho 1SCR: S1 A1 A π 2 i β 1 VM VM 1 ωt I AV SCR = sinωtdωt = ()1+ cosα () α β2 2π ∫α R 2πR 1 π α α3 i 2 L iG1 S2 ωt • Dòng cực đại cho 1SCR: U1 L UL V i I = I = I = M G2 ωt M _1SCR M _1DIODE M _TAI R • Hiệu điện thế ngược cực đại đặt lên 1SCR: • Trong bán kỳ dương, nếu có xung kích tại góc kích α thì SCR1 dẫn ta có phương trình: VRM _1SCR = VRM _1DIODE = VM di v()t = L = V sinωt • Dòng hiệu dụng qua mỗi SCR: dt M I RMS VM VM VM I RMS (SCR) = ()ti = cosα − cosωt = ()cosα − cosωt 2 Lω Lω Lω 11:41AM 37 11:41AM 38 2.ĐIUKHINPHA 2.ĐIUKHINPHA o Điu khin đi xng ti L o Điu khin đi xng ti RL U S1 u u ti • Vậy để có dòng A1 A 2 i β β 1 ωt i α β qua SCR1 dương 1 π α 2 α3 β1 2 iL R i là: α < ωt < 2π−α , S G1 α U 2 U ωt α < β góc kích phải 1 L L i π G2 ωt chọn: α > 2 • Vì mỗi SCR dẫn trong thời khoảng α≤ω t≤β , cách Uti β i • Dòng điện hiệu giải tương tự như ở chương 2 và có các kết quả α2 dụng qua tải: sau: α R V  − ()ωt−α  V 2(π − α )(2 + cos2α ) + 3sin 2α M Lω α > β I = M ()ti = sin()()ωt − Φ − sin α − Φ e  RMS Lω 2π Z   11:41AM 39 11:41AM 40 10 2.ĐIUKHINPHA 3.TƯƠNGQUANGIAGÓCKÍCH&GÓCDN o Điu khin đi xng ti L o Tương quan ααα và ΦΦΦ đ xác đnh γγγ • Góc dẫn γ=β−α U β α > β • Hiệu điện thế hiệu dụng ti i phải nhỏ hơn π để γ α2 π qua tải: α cho SCR1 ngưng dẫn Φ = 2 V  2γ − sin 2α − sin 2β  V = M   U α = β trước khi kích SCR2 RMS ti β 2  π  i tại ωt=π+α . Trong Φ = 0 α1 α2 • khi góc kích α trong biểu thức liên hệ trên 0 π π α Uti 2 khoảng π/2 đến π: β α π thì i 1 β1 2 α<Φ . Do đó ta kết VM   α  2 1  6  α I RMS = 41− cos α +  + sinα cosα  2R   π  2  π  luận rằng α≥Φ ;α min = Φ 11:41AM 41 11:41AM 42 3.TƯƠNGQUANGIAGÓCKÍCH&GÓCDN 3.TƯƠNGQUANGIAGÓCKÍCH&GÓCDN o Đc tính đk ααα theo tr s đin áp ti: o Bin thiên công sut theo góc m: U U U U 0,9 0,9 0,9 0,9 0,8 0,8 U 0,8 S 0,8 U1 P Q U1 0,7 0,7 S 0,7 0,7 U 0,6 0,6 0,6 0,6 0,5 0,5 0,5 0,5 0,4 0,4 0,4 U3 0,4 P U3 Q 0,3 0,3 0,3 U5 0,3 0,2 0,2 0,2 U5 0,2 0,1 U7 α 0,1 0,1 0,1 α 7 α α U 0 30 60 90 120 150 180 0 0 30 60 90 120 150 180 30 60 90 120 150 180 0 30 60 90 120 150 180 ϕ =45 0 ϕ =45 0 ϕ =0 ϕ =0 Sóng hài từ bậc 1 đến bậc 7 Ba loại công suất so góc mở α 11:41AM 43 11:41AM 44 11 BINðIACBA PHATIMCSAO 11:41AM 45 12