Tài liệu Thiết bị điện tử công suất và ứng dụng pptx
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (6.28 MB, 21 trang )
Tr−êng §¹i häc Má-§Þa chÊt
PGS. TS. Kim Ngäc Linh
ThiÕt bÞ ®iÖn tö c«ng suÊt vµ øng dông
Hµ Néi - 2011
Trờng đại học Mỏ-Địa chất PGS. TS. Kim Ngọc Linh
2
Trờng Đại học Mỏ - Địa chất
o0o
PGS. TS. Kim NGọc Linh
Thiết bị điện tử công suất và ứng dụng
Hà Nội - 2011
Nội dung
1. Linh kiện điện tử công suất
2. Chỉnh lu (AC/DC)
3. Băm áp một chiều (DC/DC)
4. Điều khiển điện áp xoay chiều (AC/AC)
5. Khởi động mềm và biến tần
6. Bảo vệ thiết bị điện tử công suất
I. Linh kiện điện tử công suất
1. Điôt công suất
2. Tiristor (SCR)
3. Triắc
4. Tranzitor lỡng cực (BJT)
5. Tranzitor trờng (JFET, MOSFET)
6. Tranzitor cực cửa cách ly (IGBT)
1.1. Điôt bán dẫn công suất
Nguyên lí cấu tạo
Gồm hai chất bán dẫn p,n
một tiếp giáp J
U
AK
>0 có dòng điện I
AK
#0
U
AK
<0 không dòng I
AK
Sơ đồ cấu trúc
p n
J
A
K
Đặc tính, thông số của điôt
Đặc tính nh hình vẽ:
- ở góc phần t thứ nhất:
dòng điện lớn, sụt áp nhỏ
- ở góc phần t thứ ba:
dòng rò nhỏ, điện áp
ngợc lớn
Đặc tính
I
U
+
-
+
-
I
LV
U
N
U
0
U
Thông số đặc trng:
I
đm
dòng điện định mức, hiện nay dòng điện lớn
nhất của một diod công suất tới hàng ngàn ampe.
U sụt áp thuận; Sụt áp của diod trong khoảng (0,7
- 2)V.
P tổn hao công suất; P = U.I (đến hàng kW).
T
cp
- nhiệt độ làm việc cho phép; Tại lớp tiếp giáp
khoảng 200
0
C.
U
N
- điện áp ngợc; Trong khoảng (50-4000)V.
I
rò
dòng điện rò, hàng trăm mA
Kiểm tra sơ bộ
Dùng đồng hồ vạn năng đo
Rx100
0
+
_
đỏ
đen
a)
Rx100
0
+
_
đỏ
đen
b)
1.2. Tiristor (SCR)
1. Nguyên lí cấu tạo
2. Đặc tính, thông số
3. Kết cấu
4. Mở tiristor
5. Khóa tiristor
6. Kiểm tra
Trờng đại học Mỏ-Địa chất PGS. TS. Kim Ngọc Linh
3
Đặc tính và thông số của Tiristo
Đặc tính có dạng nh hình bên:
Thông số:
Có các thông số tơng tự nh điôt.
Các thông số riêng của tiristor:
I
TG
dòng điện tự giữ;
t
m
, t
k
thời gian mở, khóa tiristor, t
CM
= t
m
+ t
K
U
đk
, i
đk
- điện áp và dòng điện điều khiển
dU/dt, di/dt - giới hạn tốc độ biến thiên điện áp và
dòng điện.
+
_
U
I
+
_
1
3
4
2
I
G3
>I
G2
>I
G1
> 0
U
BO
U
N
U
AK
I
TG
Hình dạng bên ngoài một số loại Tiristo
Mở tiristor
Việc mở tiristor là chuyển nó từ trạng thái không
dòng điện sang trạng thái có dòng điện.
Điều kiện có dòng điện chạy qua tiristor
Muốn có dòng điện chạy qua tiristor phải đáp ứng
hai điều kiện:
Có điện áp U
AK
>0;
Có dòng điện điều khiển i
GK
0
Một số sơ đồ mở tiristor trong mạch xoay chiều:
MĐK
U
1
U
1
U
1
Mở tiristor
bằng điện áp
anod
Mở tiristor
bằng nguồn
phụ
Mở bằng mạch
phát xung điều
khiển
K
K
U
p
a)
b)
c)
U,i
U,i
U,i
t
t
t
Khoá tiristor
Định nghĩa việc khoá tiristor là chuyển từ trạng
thái có dòng điện về trạng thái không dòng điện
(hay pn trở về trạng thái ban đầu).
Điều kiện để khoá tiristor là phải đa dòng điện
chạy qua nó về 0.
Có thể hiểu về điều kiện này là đặt một điện áp
ngợc trực tiếp trên hai đầu U
AK
<0, tiristor đợc
khoá.
Việc đặt điện áp ngợc nh thế không phải khi nào
cũng thuận tiện, do đó có một số cách khoá nh
sau:
Một số sơ đồ khoá tiristor trong mạch một chiều
Trong mạch điện xoay chiều tiristor tự khoá do
dòng điện tự động đổi chiều theo điện áp, khi
dòng điện bằng 0 tiristor tự khoá.
Một số sơ đồ khoá tiristor trong mạch một
chiều:
I
T
I
N
Hở mạch
dòng điện
Ngắn mạch
tiristor
Tạo dòng chạy ngợc
tiristor với I
T
+I
N
=0
a)
b)
c)
Kim tra s b
Bớc 1: Kim tra bng ủồng hồ vạn năng
Để thang điện trở đo lớn nhất:
A với K (đổi đầu que đo) có điện trở
A với G (đổi đầu que đo) có điện trở .
K với G (đổi đầu que đo) có điện trở (5 - 20)
Đợc nh thế này có thể mắc tiristor vào mạch
Bớc 2. Kiểm tra điều khiển
Có thể dùng các mạch sau để kiểm tra tiristor:
Ví dụ mạch kiểm tra
Tiristor đợc mắc vào lới điện xoay chiều nh các
hình vẽ dới.
Điều kiện đợc phép mắc tiristor vào mạch: U
N
>2. U
~
Khi khoá K hở tiristor khoá đèn không sáng
Khi khoá K đóng tiristor dẫn đèn sáng 1/4 công suất
2
U~
K
U
p
U~
K
Đ
Đ
Trờng đại học Mỏ-Địa chất PGS. TS. Kim Ngọc Linh
4
Nguyên lí cấu tạo của Triắc
Xuất xứ cấu tạo triac
T
2
Z
T
1
U
1
Z
T
U
1
U
U
Tả
i
t
b
1
2
U
U
Tả
i
t
a
Điều khiển đối xứng
hai tiristor
Điều khiển mất đối
xứng hai tiristor
Đặc tính và thông số của Triắc
Đặc tính
Gồm hai đặc tính tiristor đối xứng nhau qua
gốc toạ độ.
Thông số:
tơng tự nh của tiristor.
U
I
U
BO
I
G3
>I
G2
>I
G1
> 0
0 < I
G1
<I
G2
<I
G3
Kết cấu của Triắc
Hoàn toàn giống nh tiristor:
MT
2
MT
1
G
MT
2
MT
1
G
Sơ đồ mở triac
MT
2
MT
1
G
MT
2
MT
1
MT
2
MT
1
MĐK
U~
U~
U~
a)
b)
c)
U
p
K
K
Nguyên lí cấu tạo BJT
Cấu tạo của tranzitor có dạng nh hình vẽ
p p
n
Emitơ
Colectơ
Bazơ
a)
n
n
p
Emitơ
Colectơ
Bazơ
b)
B
C
E
B
C
E
B
E C
B
E
C
c)
e)
d)
f)
Đặc tính của BJT
Đặc tính tĩnh của BJT
Đặc tính điều khiển nh
hình bên
Một số nhận xét:
Cùng một I
C
muốn có
U
CE
nhỏ thì I
B
phải
lớn
Hệ số khuếch đại của
tranzito công suất nhỏ
(cỡ hàng chục).
I
C
I
B
U
CE
=0,2V
U
CE
=0,5V
U
CE
=5V
U
CE
=20V
U
CE
=200V
I
C
I
B
=I
C
/ I
B
Thông số của BJT
Các thông số cơ bản
I
C
dòng điện định mức, ( tới 1000A)
- hệ số khuếch đại dòng điện
I
B
= I
C
/ dòng điện bazơ mA
U sụt áp thuận; (khoảng (0,7 - 2)V)
P tổn hao công suất sinh nhiệt (đến hàng kW)
T
cp
- nhiệt độ làm việc cho phép; Tại lớp tiếp giáp
khoảng 200
0
C
U
CE
- điện áp CE; Trong khoảng (50-1500)V
U
BE
- điện áp BE; hàng vôn
Hình dạng bên ngoài một số loại BJT
Trờng đại học Mỏ-Địa chất PGS. TS. Kim Ngọc Linh
5
1.5. TRANZITOR TRNG (FET)
Khỏc vi tranzitor lng cc m ủc ủim
ch yu l dũng ủin trong chỳng do c hai
loi ht dn (ủin t v l trng) to nờn,
tranzitor trng (Field Effect Tranzitor -
FET), hot ủng da trờn nguyờn lý hiu
ng trng, ủ dn ủin ca ủn tinh th
bỏn dn ủc ủiu khin nh tỏc dng ca
mt ủin trng ngoi. Dũng ủin trong
FET ch do mt loi ht dn to nờn.
Cu to v ủc tớnh ca JFET
1. Cu to v ký hiu
a.
p
n
p
D
G
S
Vựng
nghốo
U
DS
I
DS
p
p
N
D
G
S
Vựng
nghốo
U
DS
I
DS
p
p
N
D
G
S
Vựng
nghốo
U
GS
b.
c.
Hình dạng bên ngoài một số loại FET
c tớnh ca D-MOSFET
I
D
(mA)
I
D
U
GS
=+1V
U
GS
= 0V
U
GS
= -1V
U
GS
= -2V
U
GS
= U
P
/2= -
3V
U
DS
10,9
8
4
I
DSS
/2
2
0
-2
-3
-6
U
GS
0,3U
P
U
P
/2
U
P
I
DSS
/4
0
I
DSS
c tớnh ca E-MOSFET
I
D
(mA)
I
D
U
GS
= 3V
U
DS
0 0
U
GS
c)
U
GS
= 4V
U
GS
= 5V
U
GS
= 6V
U
GS
= 7V
1.5. Tranzitor lỡng cực cực cửa cách
ly IGBT
IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) do có
nhiều u điểm nổi bật so với tiristo nên ngày
càng đợc sử dụng rộng ri trong các bộ biến
đổi công suất.
M IGBT
Điều kiện để IGBT
dẫn
U
CE
>0; U
GE
>Ung
Khi đó xuất hiện kênh
dẫn. Nhờ các điện tử
chạy qua kênh dẫn,
bơm thêm vào N
-
làm
điện thế của nó giảm,
kéo theo P
+
N
-
dẫn
I
C
chỉ khác 0 khi
U
CE
>U
CEng
Đặc tính
i
C
U
CE
U
CE
U
GE
>U
ng
Những đặc điểm khi xây dựng các mạch
điều khiển IGBT
Cực góp của IGBT trực tiếp nối với phụ tải thờng có
điện áp cao, trong khi điện áp điều khiển thờng
thấp, vì vậy giữa mạch điều khiển và cực G của
IGBT phải cách ly qua biến áp hoặc Opto.
Trị số điện áp UGE phải đợc chọn phù hợp để IGBT có
thể mở và khóa tin cậy. Để đảm bảo IGBT khoá cần
một điện áp UGE âm.
IGBT rất nhạy đối với sự tích tụ điện tích cực điều
khiển. Vì vậy mạch điều khiển phải đảm bảo tạo
đợc mạch phóng điện tích nhằm đảm bảo IGBT
hoạt động an toàn.
Trờng đại học Mỏ-Địa chất PGS. TS. Kim Ngọc Linh
6
Các phơng pháp điều khiển IGBT
Mạch điều khiển trực tiếp:
G
E
C
G
E
C
G
E
C
CC
V
C
U
R
G
R
dk
U
t
Z
G
R
C
U
CC
V
G
R
R
)a )b )c
C
U
G
R
CC
V
CC
V
dk
U
dk
U
2
T
1
T
T
Hình 6-9. Các mạch điều khiển trực tiếp IGBT
Các phơng pháp điều khiển IGBT
Mạch điều khiển ghép cách ly:
G
R
OC
Hình 6-10. Các mạch điều khiển IGBT ghép cách ly
G
E
C
G
E
C
)
a
dk
U
CC
V
T
2
R
1
R
*
*
1
D
2
D
CC
V
)
b
1
R
2
R
dk
U
D
C
u
C
IGBT
C
U+
C
U+
IGBT
Các phơng pháp điều khiển IGBT
Điều khiển IGBT bằng các vi mạch chức năng:
G
R
Hình 6-11. Mạch tích hợp điều khiển IGBT
G
E
C
IGBT
C
U
+
dk
U
T
OC
D
F
à
33
F
à
33
0
V
20
+
k
7,4
2
14
15
1
3
5
9
6
841EXB
Thông số IGBT
U
CES
- Điện áp cực đại CE khi GE ngắn mạch.
U
GES
- Điện áp GE cực đại cho phép khi CE ngắn
mạch.
I
C
- Dòng điện một chièu cực đại
I
Cmax
- Dòng điện đỉnh của colector;
P
m
- Công suất tổn hao cực đại;
T
CP
- Nhiệt độ cho phép;
I
L
- Dòng điện tải cảm cực đại;
I
r
- Dòng điện rò
U
GEng
- Điện áp ngỡng GE
II. Chnh lu cụng sut
Khái nim chung
Chỉnh lu nửa chu kì
Chỉnh lu cả chu kì với biến áp trung tính
Chỉnh lu cầu một pha
Chỉnh lu tia ba pha
Chỉnh lu cầu ba pha
Chỉnh lu tia sáu pha
Điều khiển chỉnh lu
Khái niệm chung
Định nghĩa: Chỉnh lu là thiết bị biến đổi dòng
điện (điện áp) xoay chiều thành dòng điện một
chiều
Cấu trúc chỉnh lu nh hình vẽ
BA
CL Lọc
U
1
, P
1
U
2
, P
2
U
=
, P
=
Phân loại chỉnh lu
Theo số pha: một pha, hai pha, ba pha, sáu pha
Theo loại van:
Toàn diod là chỉnh lu không điều khiển
Toàn tiristor là chỉnh lu điều khiển
Một nửa chỉnh lu, một nửa diod là chỉnh lu bán
điều khiển (chỉnh lu điều khiển không đối xứng)
Phân loại theo sơ đồ mắc.
Phân loại theo công suất.
Các thông số cơ bản của chỉnh lu
Những thông số có ý nghĩa quan trong để đánh giá
chỉnh lu bao gồm:
1. Điện áp tải
2. Dòng điện tải: I
d
= U
dc
/R
d
3. Dòng điện chạy qua van: I
V
= I
d
/m
4. Điện áp ngợc của van: U
N
= U
max
5. Công suất biến áp:
6. Số lần đập mạch trong một chu kì m
7. Độ đập mạch (nhấp nhô) của điện áp tải.
( )
=
T
dd
td.tu
T
U
0
1
.U.k
2
SS
S
dsd
BA2BA1
BA
=
+
=
Trờng đại học Mỏ-Địa chất PGS. TS. Kim Ngọc Linh
7
Nguyên tắc dẫn của các van bán dẫn
Nhóm van nối chung catod
Nguyên tắc diod dẫn:
Điện áp anod van nào dơng
hơn diod ấy dẫn. Khi đó điện
thế điểm A bằng điện thế anod
dơng nhất.
D
2
D
1
D
n
V
2
V
1
V
n
+
A
T
2
T
1
T
n
V
2
V
1
V
n
+
A
a)
b)
Nhóm van nối chung
anod
Nguyên tắc diod dẫn:
Điện áp catod van nào âm
hơn diod ấy dẫn. Khi đó
điện thế điểm K bằng điện
thế anod âm nhất.
D
2
D
1
D
n
V
2
V
1
V
n
-
K
T
2
T
1
T
n
V
2
V
1
V
n
-
K
a)
b)
Chỉnh lu một nửa chu kì
Chỉnh lu không điều khiển
Sơ đồ chỉnh lu một nửa chu kì không điều
khiển trên hình vẽ
U
2
R
L
D
U
1
U
d
I
d
t
t
0
2
A
E
F
L
d
= 0
a)
b)
Chỉnh lu một nửa chu kì có điều khiển
1. Trờng hợp tải thuần trở
Điện áp tải đợc tính
U
2
R
T
U
1
2
cos1
U45,0td.tsinU2
2
1
U
22d
+
=
=
U
d
X
đk
t
t
2
I
d
t
0
E
A
F
2. Xét trờng hợp tải điện cảm
Điện áp tải đợc tính
2
coscos
U45,0td.tsinU2
2
1
U
22d
+
=
=
+
U
2
R
L
T
U
1
U
t
U
d
i
d
e
L
t
2
2
X
đk
t
E
F
A
Chỉnh lu cầu 1 pha điều khiển đối xứng
Sơ đồ, các đờng cong
T
4
T
1
U
T
3
L
T
2
R
A
B
F
E
U,i
U
EF
i
d
i
d
tải R
2 3
0
t
i
T1,2
i
T34
1
2
3
X
1,2
X
3,4
Hoạt động của sơ đồ khi tải điện cảm
T
1
B
T
2
C
T
3
A
R
L
a.
U
d
I
d
U
T1
I
d
I
1
I
2
0
t
t
t
t
t
1
t
2
t
3
t
4
U
AB
U
AC
t
t
1
2
3
4
t
t
t
t
t
U
d
U
T1
I
d
I
1
I
2
0
I
3
t
<30
0
>30
0
Hoạt động của sơ đồ
1
2
3
4
5
6
7
U
d
U
f
0
I
5
I
4
I
3
I
1
I
2
I
6
t
t
t
t
t
t
t
A
B
C
A
I
d
D
2
R
L
NK
NA
D
4
D
6
D
1
D
3
D
5
A
B
C
i
AB
E
F
E
F
13,4
%
Trờng đại học Mỏ-Địa chất PGS. TS. Kim Ngọc Linh
8
Cầu chỉnh lu ba pha dùng điôt
Thông số của sơ đồ
Điện áp, dòng điện chỉnh lu và van
( )
6
m
IU.05,1S
U34.2/45,2U.45,2U32U
;
3
I
I;
3
I
I;
R
U
I
U.17,1.2U
2
63.2
td.tsinU23
2
6
U
ddBA
df2f2ND
d
Dhd
d
Dtb
d
d
d
f2f2
6/4
3/
f2dtb
=
=
===
===
=
=
=
Sơ đồ mạch lực chỉnh lu cầu ba pha
Chỉnh lu điều khiển không đối xứng
Sơ đồ
D
1
T
1
L
R
D
2
D
3
T
2
T
3
NA
NK
L
R
D
1
D
2
D
3
T
1
T
2
T
3
NA
NK
a)
b)
Chỉnh lu 6 tia có điều khiển
Sơ đồ
A
*
*
R
L
*
T
1
B
C
A*
B*
C*
a.
T
3
T
4
T
5
T
6
T
2
*
*
*
t
A
B
C
A*
B*C*
b.
U
điều khiển thiết bị chỉnh lu
Nguyên tắc điều khiển mở tiristo
Điều khiển chỉnh lu cầu một pha đối
xứng
Điều khiển chỉnh lu ba pha hình tia
Điều khiển chỉnh lu cầu ba pha đối xứng
Điều khiển cầu ba pha không đối xứng
Sơ đồ cấu trúc mạch điều khiển
tiristo
Chức năng của các khâu
Khâu đồng pha có nhiệm vụ tạo điện áp tựa Urc (thờng gặp là
điện áp dạng răng ca tuyến tính) trùng pha với điện áp anod của
Tiristor.
Khâu so sánh nhận tín hiệu điện áp răng ca và điện áp điều
khiển, có nhiệm vụ so sánh giữa điện áp tựa với điện áp điều
khiển Uđk, tìm thời điểm hai điện áp này bằng nhau (Uđk = Urc).
Tại thời điểm hai điện áp bằng nhau, thì phát xung ở đầu ra để gửi
sang tầng khuếch đại
Khâu tạo xung có nhiệm vụ tạo xung phù hợp để mở Tiristor.
Xung để mở Tiristor có yêu cầu: sờn trớc dốc thẳng đứng, để
đảm bảo yêu cầu Tiristor mở tức thời khi có xung điều khiển
(thờng gặp loại xung này là xung kim hoặc xung chữ nhật); đủ
độ rộng (với độ rộng xung lớn hơn thời gian mở của Tiristor); đủ
công suất; cách ly giữa mạch điều khiển với mạch động lực (nếu
điện áp động lực quá lớn).
Trờng đại học Mỏ-Địa chất PGS. TS. Kim Ngọc Linh
9
Nguyên lý điều khiển chỉnh lu
Khâu đồng pha dùng khuếch đại
thuật toán
Các khâu so sánh thờng gặp
Sơ đồ các khâu khuếch đại xung
Sơ đồ cấu trúc mạch điều khiển tiristo
trong các bộ chỉnh lu bằng mạch số
Nguyên lý điều khiển tiristo bằng mạch số
Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển
một kênh của chỉnh lu cầu ba pha
Mạch điều khiển chỉnh lu
cầu một pha đối xứng
Trờng đại học Mỏ-Địa chất PGS. TS. Kim Ngọc Linh
10
Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển
chỉnh lu ba pha hình tia
Mạch điều khiển 6 kênh một nửa
chu kỳ, phát xung kép
Mạch điều khiển 3 kênh hai nửa
chu kỳ, phát xung chùm
Sơ đồ mạch điều khiển chỉnh lu cầu
ba pha đối xứng dùng xung chùm
Sơ đồ mạch điều khiển chỉnh lu cầu
ba pha không đối xứng
Các bộ băm xung 1 chiều
Khái niệm chung
Điều áp một chiều đợc định nghĩa là bộ điều khiển
dòng điện và điện áp một chiều khi nguồn c
ấ
p là điện
môt chiều
I. Các phơng pháp điều áp một chiều
Có một số cách điều khiển một chiều nh sau:
Điều khiển bằng cách mắc nối tiếp với tải một điện
trở
Điều khiển liên tục bằng cách mắc nối tiếp với tải một
tranzitor
Điều khiển bằng băm áp (xung áp)
Điều khiển bằng cách mắc nối tiếp với tải một
điện trở
Sơ đồ
Dòng điện và điện áp điều
chỉnh đợc tính
U
1
R
f
U
d
R
d
I
d
d
df
1
d
df
1
d
R
RR
U
U
;
RR
U
I
+
=
+
=
Nhợc điểm của phơng pháp:
Hiệu suất thấp (P
f
= I
C
. U
T
)
Không điều chỉnh liên tục khi dòng
tải lớn
Trờng đại học Mỏ-Địa chất PGS. TS. Kim Ngọc Linh
11
Điều khiển liên tục bằng cách mắc nối tiếp với
tải một tranzitor
Sơ đồ và nguyên lí điều
khiển
I
C
= .I
B
U
T
= U
1
- I
C
.R
d
Nhợc điểm của phơng
pháp: tổn hao trên tranzitor
lớn, phát nhịêt nhiều tran. dễ
hỏng.
MĐK
T
Z
d
c
MĐK
T
Z
d
b
a
MĐK
T
R
d
I
B
I
C
=I
d
U
T
U
1
Điều khiển bằng băm áp (băm xung)
Băm áp một chiều là bộ biến đổi điện áp một
chiều thành xung điện áp. Điều chỉnh độ rộng
xung điện áp sẽ điều chỉnh đợc trị số trung
bình điện áp tải.
Các bộ băm áp một chiều có thể thực hiện theo
sơ đồ mạch nối tiếp (phần tử đóng cắt mắc nối
tiếp với tải) hoặc theo sơ đồ mạch song song
(phần tử đóng cắt đợc mắc song song với tải).
Băm áp một chiều nối tiếp
1. Nguyên lí băm áp một chiều nối tiếp
U
1
Z
d
U
d
K
a.
+
_
U
1
t
1
U
t
2
T
CK
U
d
t
b.
0
Sơ đồ nguyên lí băm áp một chiều nối tiếp giới thiệu
trên hình vẽ a. Theo đó phần tử chuyển mạch tạo các
xung điện áp mắc nối tiếp với tải. Điện áp một chiều
đợc điều khiển bằng cách điều khiển thời gian đóng
khoá K trong chu kì đóng cắt. Trong khoảng 0 ữ t
1
(hình b) khoá K đóng điện áp tải bằng điện áp nguồn
(U
d
= U
1
), trong khoảng t
1
ữ t
2
khoá K mở điện áp tải
bằng 0.
1. Nguyên lí băm áp song song
Sơ đồ:
Dòng điện và điện áp đợc
tính tơng ứng khi khoá K
đóng
và khoá K hở
R
d
U
d
K
-
+
R
hc
i
S
i
T
U
1
t
t
t
T
CK
t
1
i
S
i
N
U
d
0
0ữt
1
- khoá K
t
1
ữT
CK
- khoá Khở
0U;
R
U
i
d
hc
1
S
==
d
dhc
1
d
dhc
1
T
R
RR
U
U;
RR
U
i
+
=
+
=
Băm áp đảo chiều
Sơ đồ nh hình vẽ
Theo chiều chạy thuận, điều khiển
T
1
, T
3
, dòng điện tải i
T
có chiều trên
xuống nh hình vẽ, U
AB
>0.
Theo chiều chạy ngợc, điều khiển
T
2
, T
4
, dòng điện tải i
N
có chiều dới
lên nh hình vẽ, U
AB
<0.
T
1
T
2
U
N
Z
T
T
3
T
4
A
B
i
T
i
N
Nguyên lí điều khiển
Mch ủiu khin bm ỏp mt chiu cú
nhim v xỏc ủnh thi ủim m v khoỏ
van bỏn dn trong mt chu kỡ chuyn mch.
Nh ủó bit trờn, chu kỡ ủúng ct van nờn
thit k c ủnh. in ỏp ti khi ủiu khin
ủc tớnh:
U
Ti
= .U
1
Nguyờn lớ:
t
1
t
2
t
3
t
4
t
5
U
RC
U
đk
U
Tải
t
t
U
RC
- ủin ỏp ta
U
ủk
- ủin ỏp ủiu khin
Trờng đại học Mỏ-Địa chất PGS. TS. Kim Ngọc Linh
12
Sơ đồ cấu trúc mạch điều khiểnbộ băm
xung áp một chiều
Khõu to tn s cú nhim v tao ủin ỏp
ta rng ca U
rc
vi tn s theo ý mun
ngi thit k. Tn s ca cỏc b ủiu ỏp
mt chiu thng chn khỏ ln (hng chc
kHz). Tn s ny ln hay bộ l do kh nng
chu tn s ca van bỏn dn. Nu van ủng
lc l Tiristor tn s ca khõu to tn s
khong 1-5 kHz. Nu van ủng lc l
Tranzitor lng cc, trng, IGBT tn s cú
th hng chc kHz.
Khõu so sỏnh cú nhim v xỏc ủnh thi ủim
ủin ỏp ta bng ủin ỏp ủiu khin. Ti cỏc thi
ủim ủin ỏp ta bng ủin ỏp ủiu khin thỡ phỏt
lnh m hoc khoỏ van bỏn dn
Khõu to xung, khuch ủi cú nhim v to xung
phự hp ủ m van bỏn dn. Mt xung ủc coi l
phự hp ủ m van l xung cú ủ cụng sut (ủ
dũng ủin v ủin ỏp ủiu khin), cỏch ly gia
mch ủiu khin vi mch ủng lc khi ngun
ủng lc hng chc vụn tr lờn. Hỡnh dng xung
ủiu khin ph thuc loi van ủng lc ủc s
dng.
Sơ đồ cấu trúc mạch điều khiển băm
xung áp một chiều kiểu PWM
Sơ đồ cấu trúc mạch điều khiển băm
xung áp một chiều kiểu xung tần
Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển bộ
băm xung áp một chiều dùng IGBT
Mạch điều khiển bộ băm xung áp một chiều
dùng tiristo
IV. Điều áp xoay chiều
Khái nim chung
Điều áp xoay chiều một pha
Điều áp xoay chiều ba pha
Điều khiển điều áp xoay chiều
Trờng đại học Mỏ-Địa chất PGS. TS. Kim Ngọc Linh
13
Sơ đồ điều áp xoay chiều một pha
Hình dới đây giới thiệu các sơ đồ điều áp xoay chiều một pha
bằng bán dẫn:
T
2
Z
T
1
U
1
Z
T
U
1
a.
D
2
Z
T
U
1
D
1
D
3
D
4
d.
b.
Z
U
1
c.
D
1
T
1
T
2
D
2
Điều áp xoay chiều một pha tải thuần trở
Khi tải thuần trở hoạt động của sơ đồ cho điện áp dạng:
U
U
Tải
t
1
2
i
G1
i
G2
T
2
R
T
1
U
1
Điều áp xoay chiều một pha tải điện cảm
Nguyên lí điều khiển:
U
1
A
1
A
2
T
1
T
2
i
U
2
a
i
G1
i
G2
1
1
2
2
3
U
tải
i
b
A
1
A
2
T
1
T
2
Đờng cong điện áp và dòng điện khi các góc mở khác nhau:
U
1
A
1
A
2
T
1
T
2
i
U
2
a
U
tải
i
<
U
tải
i
1
=
U
tải
i
>
b
a
c
2
2
1
Mạch lực bộ điều áp xoay chiều ba pha
iu ỏp xoay chiu ba pha cho phộp ng dng cho ph
ti ủn hng trm kilo Oỏt.
Trng hp ti ủu sao cú dõy trung tớnh hoc ti ủu
tam giỏc m mi cm van ủu ni tip vi tng pha
ca ph ti thỡ cỏc pha hot ủng ủc lp vi nhau.
Khi ti khụng dựng dõy trung tớnh cú th s dng cỏc
s ủ ỏp dng cho ti ủu sao hoc ti ủu tam giỏc
mà mch ủiu khin ca cỏc s ủ ny ủu ủng
b theo ủin ỏp pha ca ngun.
Khi ti ủu sao m li cú th ủa ra c 6 ủu ca ph
ti ra ngoi ta cú th ủa b van xung v trớ ủim
trung tớnh.
điều áp xoay chiều ba pha các
pha hoạt động độc lập
A
B
C
N
f
U
t
U
C
B
A
Sơ đồ điều áp ba pha trờng hợp
không có dây trung tính
A
B
C
f
U
t
U
A
B
C
f
U
t
U
Sơ đồ điều áp ba pha đấu van ở vị
trí điểm trung tính
A
B
C
f
U
t
U
X
Y
Z
A
B
C
t
U
X
Y
Z
Trờng đại học Mỏ-Địa chất PGS. TS. Kim Ngọc Linh
14
Mch ủiu khin
Nguyờn lý ủiu khin b ủiu ỏp xoay chiu tng t ủiu
khin b chnh lu, do ủú cú th ng dng cỏc s ủ
ủiu khin chnh lu cho ủiu khin AXC. Tuy
nhiờn, nu AXC mt pha cú th ly thng s ủ ủiu
khin ca chnh lu mt pha thỡ vi AXC ba pha ủ
chuyn ủi ủc mch ủiu khin ca chnh lu ba pha
sang cn chỳ ý hai ủim sau ủõy:
- Khõu ủng pha phi ủc thc hin chớnh xỏc tựy
theo s ủ mch lc c th ủ ủm bo phm vi ủiu
chnh cn thit.
- Dng xung cng phi phự hp vi mch lc c th.
Vi s ủ m ti cỏc pha ủc lp nhau thỡ dng xung
ly theo s ủ mt pha. Vi cỏc s ủ khỏc nhỡn chung
nờn dựng xung chựm hoc xung kộp.
Mạch điều khiển điều áp xoay chiều một pha
Mạch điều khiển Tiristo đơn giản:
T
1
T
2
D
2
D
1
C
1
C
2
VR
R
3
R
1
DA
1
DA
2
R
2
a)
U
1
U
2
Z
VR
R
C
T
D
1
D
3
D
2
D
4
b)
U
1
U
2
Z
t
U
U
2
U
C
c)
t
1
t
2
d)
D
1
D
3
D
2
D
4
U
1
U
2
Z
T
VR
C
R
1
D
0
R
2
UJT
Mạch điều khiển Triac đơn giản:
U
1
U
2
Z
VR
R
2
R
1
C
1
D
A
T
C
AT
t
U
U
2
U
C
U
U
2
U
C
+U
DA
-U
DA
t
R
1
C
1
d)
c)
b)
U
1
U
2
Z
VR
R
2
C
T
AT
a)
Các phơng án điều khiển cặp
tiristo mắc song song ngợc
Sơ đồ điều khiển cặp tiristo mắc
song song ngợc
Sơ đồ nguyên lý mạch điều
khiển triắc
điều khiển điều áp xoay chiều
bằng xung chùm
Sơ đồ mạch điều khiển tủ sấy
Trờng đại học Mỏ-Địa chất PGS. TS. Kim Ngọc Linh
15
Sơ đồ mạch điều khiển bộ điều áp ba
pha dùng triắc
Sơ đồ mạch điều khiển bộ điều áp ba
pha dùng tiristo
Mạch điều khiển bộ điều áp ba pha
V. Khởi động mềm và biến tần
Khái niệm
Khởi động mềm
Công tắc tơ điện tử
Biến tần
B KHI NG MM
Trong thc t cú mt s ph ti ủin, do yờu cu cụng
ngh hay tớnh cht ti, khi bt ủu chy khụng cho
phộp ủúng ton b ủin ỏp li vo ngay m buc
phi tng dn ủin ỏp theo thi gian t giỏ tr thp
ủn giỏ tr ủnh mc.
Nh vy cn cú thit b ủúng ti vo li nhng ủc
ủim lm vic cn ủiu chnh tng ủin ỏp trong
quỏ trỡnh khi ủng theo qui lut phự hp v kt
thỳc quỏ trỡnh 100% ủin ỏp ngun, tc l sau
khi ủng nú tr thnh mt cụng tc t. Thit b
nh vy phi cho phộp ủiu chnh ủc cỏc tham
s khi ủng mm do theo yờu cu k thut c th
v do ủú ủc gi l b khi ủng mm Soft-
Starter.
Thi gian khi ủng thng nhanh (di 1 phỳt), tc l
nh hn nhiu thi gian mỏy chy. Vỡ vy tớnh cht ca
b khi ủng mm l lai gia ủiu ỏp xoay chiu v
cụng tc t ủin t. Tuy nhiờn, nhim v chớnh ca nú
l phi ủiu chnh ủin ỏp nờn thc cht nú l b ủiu
ỏp xoay chiu.
Ngoi khi phỏt xung ủiu khin thỡ mt khõu rt quan
trng trong cỏc b khi ủng mm l khõu to ủin ỏp
ủiu khin sao cho ủỏp ng ủc lut tng ỏp trong quỏ
trỡnh khi ủng v kh nng thay ủi lut ny mt cỏch
mm.
Dựng khi ủng mm nhiu nht l ủng c khụng ủng b
ba pha roto lng súc. Tuy nhiờn do ủc ủim ca ủng
c loi ny cú mụ men m mỏy gim mnh khi gim
ủin ỏp ủt vo nờn khi ủng mm ủng c khụng
ủng b ch phự hp vi ph ti c dng mỏy bm,
qut giú.
đặc tính của động cơ KĐB ba pha khi
điện áp vào thay đổi
n
M
0
dm
U
dm
n
Ph ti bm,
qut
Nu Soft-Starter ch thc hin ủỳng quỏ trỡnh khi
ủng thỡ sau khi ủin ỏp ti ủt ủnh mc ủng c
s ủc ủúng thng vo li nh cụng tc t v b
khi ủng ủc ngh (ngt xung ủiu khin van),
nh th b khi ủng s lm vic nh nhng hn.
Mt s Soft-Starter phi thc hin c hai quỏ trỡnh
khi ủng v dng mỏy theo yờu cu ca cụng
ngh c th, lỳc ủú b khi ủng phi chy liờn tc
ton b quỏ trỡnh mỏy chy nờn mch phi hot
ủng nng n hn, ch ủ phỏt nhit ca cỏc van
cn tớnh toỏn cn thn.
Trờng đại học Mỏ-Địa chất PGS. TS. Kim Ngọc Linh
16
Sơ đồ nguyên lý khởi động mềm
động cơ không đồng bộ
K
AT
A
B
C
DC
Mch ủiu khin cỏc b khi ủng mm phi
gm cỏc khi chc nng chớnh sau:
1. Khi phỏt xung m van cú th dựng cỏc s ủ
ủiu khin cỏc b ủiu ỏp xoay chiu.
2. Khi bo v: bo v mt pha hay quỏ dũng phi
ngt khi ủng.
3. Khi to lut ủiu khin khi ủng (v dng nu
yờu cu).
đặc tính làm việc thông dụng
của bộ khởi động mềm động cơ
dongco
U
dm
U
0
U
dung
U
kd
t
t
0
Khâu tạo điện áp điều khiển
1
R
0
R
C
v
u
ra
u
E
1
R
4
R
C
v
U
ra
u
E
+
5
R
3
R
2
R
0
R
BJT
1kd
R
2kd
R
OA
Dz
mạch điều khiển bộ khởi động
mềm động cơ
Sơ đồ mạch điều khiển bộ điều áp ba
pha dùng tiristo
Mạch điều khiển bộ điều áp ba pha
Mạch điều khiển công tắc tơ ba pha
Trờng đại học Mỏ-Địa chất PGS. TS. Kim Ngọc Linh
17
Công tắc tơ điện tử ba pha
bộ biến tần
Biến tần đầu vào một pha ra một pha:
Biến tần đầu vào một pha ra ba pha:
Biến tần đầu vào ba pha ra ba pha:
Sơ đồ cấu trúc mạch điều khiển bộ
nghịch lu độc lập nguồn áp
VI. Bảo vệ thiết bị điện tử công suất
- Phân loại sự cố
- Bảo vệ điện áp
- Bảo vệ dòng điện
- Bảo vệ nhiệt
Phân loại sự cố
Sự cố do điện áp
Sự cố do dòng điện
Sự cố do nhiệt
Sự cố do các nguyên nhân khác
Trờng đại học Mỏ-Địa chất PGS. TS. Kim Ngọc Linh
18
1. Sự cố do điện áp
Van bán dẫn sẽ gặp sự cố (bị h hỏng) khi điện
áp vợt quá trị số cho phép đặt lên van.
Điện áp đặt lên van vợt quá trị số cho phép
trong các trờng hợp sau:
Xung điện áp từ lới
Xung điện áp khi chuyển mạch van
Quá điện áp dài hạn
Xung điện áp từ lới
Trên đờng cong điện áp lới xuất hiện một
xung điện áp nh hình vẽ
Đỉnh xung điện áp này
lớn hơn điện áp van
Nguyên nhân xuất hiện xung:
Sét đánh đờng dây
Trên đờng dây có tải điện cảm cắt đột ngột
X
1
X
2
Trên đờng dây có tải điện cảm cắt đột ngột
Khi có dòng điện chạy qua
cuộn dây, trong cuộn dây tích
luỹ một năng lợng
Khi cắt tải đột ngột, năng
lợng này đột ngột về 0 để i =
0. Nguồn năng lợng trên xả
ngợc lên đờng dây. Năng
lợng này đa một lợng điện
tích (điện tử) lớn lên đờng
dây làm cho xuất hiện xung
điện áp tại đúng điểm cắt tải.
W
đt
= (Li
2
)/2
K
RN
L
CD
Xung áp do chuyển mạch
Bản chất vật lí của hiện tợng
Khi dẫn, trong van bán dẫn có một lợng điện tích lớn
từ nguồn đa tới, làm trung hoà các điện tích d theo
bản chất của chất bán dẫn.
Khi khoá đột ngột, chất
bán dẫn phải trả về trạng
thái nguyên gốc.
Điện tích từ nguồn đa tới để tạo dòng điện đợc trả về
nguồn.
Từ trong bán dẫn các điện tích (dơng và âm) đợc
đẩy ra ngoài, do dó gây quá điện áp cục bộ xung
quanh van.
p
1
p
2
n
1
n
2
d lỗ trống mang điện tích +
d điện tử mang điện tích -
Quá áp dài hạn
Điện áp làm việc cực đại đặt lên van lớn
hơn điện áp cho phép của van.
Ví dụ: van có thông số điện áp cho phép
300V, đợc mắc vào lới điện xoay chiều
220V nh hình vẽ. Trong trờng hợp này
van bị qúa điện áp dài hạn, vì điện áp cực
đại của nguồn lới đợc tính.
Van trong sơ đồ trên không quá áp khi
điện áp cho phép của van U
CPV
>k.U
max.
U
2
R
L
V
V308V220.2U
max
==
2. Sự cố do dòng điện
Ba trờng hợp điển hình sau gây sự cố cho van
do dòng điện:
Ngắn mạch van.
Ngắn mạch tải.
Quá dòng điện dài hạn.
T
2
T
4
T
6
T
1
T
3
T
5
T
8
T
10
T
12
T
7
T
9
T
11
CC
8
CC
10
CC
12
CC
7
CC
9
CC
11
CC
2
CC
4
CC
6
CC
1
CC
3
CC
5
T
2
T
4
T
6
T
1
T
3
T
5
T
8
T
10
T
12
T
7
T
9
T
11
CC
8
CC
10
CC
12
CC
7
CC
9
CC
11
CC
2
CC
4
CC
6
CC
1
CC
3
CC
5
Qúa dòng điện dài hạn
Qúa dòng điện dài hạn khi dòng điện làm việc
lớn hơn dòng điện van theo điều kiiện làm mát
Ví dụ: Tiristor có thông số dòng điện I
đm
=
100A, cho làm việc với dòng điện 30A.
Tiristor sẽ bị quá dòng nếu không đợc mắc
cánh toả nhiệt để làm mát, Tiristor không bị
qúa dòng nếu có cánh toả nhiệt đủ diện tích bề
mặt
3. Sự cố của van do quá nhiệt
Nguyên nhân:
Khi làm việc, có dòng điện chạy qua, trên van có tổn
hao công suất P =R
V
.I
2
U.I, tổn hao này sinh
nhiệt theo phơng trình nhiệt:
P = A + C(dT/dt)
Trong đó: P - tổn hao công suất trên van
A - hệ số toả nhiệt phụ thuộc điều kiện làm mát;
C - nhiệt dung của van và cánh toả nhiệt phụ thuộc kích thớc van;
T - nhiệt độ của van;
Nhiệt độ xác lập của van: T
XL
= P/A (lớn hay bé phụ
thuộc P và hệ số A không đợc vợt quá giá trị cho
phép
Trờng đại học Mỏ-Địa chất PGS. TS. Kim Ngọc Linh
19
Bảo vệ quá điện áp
- Bảo vệ van khi có xung điện áp từ lới.
- Bảo vệ van khi có xung điện áp do chuyển mạch.
- Bảo vệ van khi quá áp dài hạn.
I. Bảo vệ van khi có xung điện áp từ lới
1. ý tởng bảo vệ: lọc xung điện áp từ lới
Nguyên nhân xung điện áp từ lới nh đ giới
thiệu ở trên. Đề bảo vệ, cần giảm biên độ xung
bằng cách lọc xung
X
1
, cha lọc
X
2
, cha lọc
Sau lọc xung
t
2. Lọc xung bằng mạch RC
Một mạch RC mắc ở đầu vào nh hình vẽ có thể hạn
chế đợc đỉnh xung điện áp
Bản chất của hiện tợng nạp, xả tụ
Điện áp tụ nạp biến thiên theo
U
C
= E(1 e
-t/RoC
)
Điện áp tụ xả bién thiên theo
U
C
= U
C0
e
-t/RC
)
E
R
0
R
1
2
K
i
C
A
B
u
C
+
+
i
R
a)
i
C
,u
C
u
C
i
C
I
0
E
t
b)
0
u
C
C
C
C
R
R
R
3. Lọc xung phía thứ cấp biến áp
Mạch RC mắc đầu ra của biến áp đợc dùng bảo vệ
van khi cắt biến áp non tải. Trờng hợp xấu nhất xảy
ra khi mạch bị ngắt mà dòng kích từ biến áp có giá trị
cực đại, năng lợng tích luỹ trong cuộn dây biến áp
W
đt
= (Li
2
)/2 xả ra gây quá áp
C
R
C
R
C
R
2
R
1
Tính toán thông số cho mạch bảo vệ
Giả thiết năng lợng điện từ của cuộn dây đợc cấp
đầy đủ cho mạch tụ bảo vệ, bây giờ W
đt
= (L
2BA
i
2
)/2 =
(CU
2
max
)/2
Trong thực tế tụ nhận một nửa năng lợng của cuộn
dây biến áp là lớn rồi nên (CU
2
max
) = (L
2BA
I
0m
2
)/2 Sau
khi biến đổi biểu thức trên ta có:
Trong đó: S
BA
- công suất biểu kiến biến áp [kVA]; I
0
- dòng điện không tải % của biến áp; U
max
- điện áp
cực đại; C- điện dung [àF].
2
max
7
0BA
fU2
10IS
C
=
Điện trở đợc tính:
Trong đó: L
BA
= 10u
nm
.U/2fS
BA
u
nm
- điện áp ngắn mạch phần trăm của BA
[%]; U - điện áp hiệu dung thứ cấp BA.
Trong mạch ba pha
Công suất các điện trở đợc tính:
P = 3(U.2fC)
2
R.10
12
[W]
Cho mạch ba pha: P = 5(U.2fC)
2
R.10
12
[W]
Các hệ số 3, 5 trong các công thức cuối là xét
tới sự biến dạng của điện áp tải.
C
L
2R
BA
C
L3
2R
BA
Thông số của mạch bảo vệ có chỉnh lu cầu
Tụ đợc tính:
Điện trở đợc tính:
Điện trở xả năng lợng của tụ:
R
2
=5.10
3
/(fC) [k]
( )
maxd
2
max
7
0BA
UUf2
10IS5,1
C
=
C
L3
3
2
R:phabacho,
C
L
3
2
R
BA
1
BA
1
==
C
R
2
R
1
4. Lọc xung điện áp bằng biến áp cách li
Xét phản ứng của cuộn dây điện
cảm.
Khi có một xung điện áp đa tới
cuộn dây có điện cảm L, dòng
điện của cuộn dây biến thiên nh
hình vẽ. Sự biến thiên dòng điện
nh trên thấy rẵngung dòng điện
có biên độ thấp hơn so với xung
áp.
L,R
L
U
0
K
R
u
R
i
R
u
L
a)
e
L
i
L
, u
L
U
0
t
I
Lmax
b)
i
L
Trờng đại học Mỏ-Địa chất PGS. TS. Kim Ngọc Linh
20
II. Bảo vệ van do xung điện áp do
chuyển mạch
Từ bản chất của hiện tợng chuyển
mạch đ nêu trên, ngời ta phải tạo
một mạch ngoài van bán dẫn cho
các điện tích quá độ chạy.
Bảo vệ van trong trờng hợp này
ngời ta dùng mạch RC mắc song
song với van nh hình vẽ.
Khi đó các điện tích chạy ở mạch
RC ngoài van bán dẫn, làm giảm
xung điện áp trên pn của van
Đờng trả điện tích về
nguồn
R
T
C
R
T
C
III. Bảo vệ van khi quá áp dài hạn
1. Mắc nối tiếp các van
Van bán dẫn bị quá điện áp khi U
CPV
<k.U
max
Trong trờng hợp này van bán dẫn đợc mắc nối tiếp
để giảm điện áp trên van, khi đó điện áp làm việc bằng
tổng điện áp trên các van
U
LV
= U
V1
+ U
V2
+ +U
Vn
Mong muốn khi mắc nối tiếp đặc tính của các van mắc
nối tiếp có đặc tính hoàn toàn giống nhau
Khi mắc nối tiếp, các van đợc chọn cùng thông số,
của cùng một nhà chế tạo, cùng thời điểm xuất xởng.
V
1
V
2
V
n
U
V1
U
V2
U
Vn
U
LV
3. Phân bố lại điện áp trên các van bán dẫn
Ngời ta có thể có một số cách phân bố lại
điện áp trên van:
c.
R
R
R
R
C
C
V
2
V
1
b.
C
C
V
2
V
1
d.
D
D
D
D
V
2
V
1
V
2
V
1
a.
R
R
Trong các sơ đồ trên, phân bố điện áp bằng điện trở
nh hình a là thờng đợc sử dụng nhất
Nguyên lí phân bố điện áp:
Tuy nhiên, các giá trị điện trở van thay đổi làm cho
các đẳng thức trên không giữ đợc, do đó ngời ta
thờng chọn các gía trị điện trở bằng nhau. Các điện
trở này thờng chọn R>(5ữ10)(U
N
/I
rò
)
V
2
V
1
R
2
R
1
V
n
R
n
Vnn
Vnn
2V2
2V2
1V1
1V1
RR
R.R
RR
R.R
RR
R.R
+
==
+
=
+
2. Các sơ đồ mắc song song các van
Để giảm sự phân bố không đều trên, ngời ta có thể mắc nối
tiếp với các van các điện trở. Việc sử dụng điện trở chỉ có ý
nghĩa,khi điện áp rơi trên điện trở là không đáng kể, nếu điện
áp rơi trên điện trở lớn, tổn hao công suất lớn, làm cho hiệu
suất của chỉnh lu thấp.
R
1
R
2
D
2
I
1
I
2
D
1
I
LV
VTf
V
RR
U
I
+
=
Trong đó: I
V
- dòng điện chạy qua van
U - tổn hao điện áp trên hai mạch
nhánh song song
R
f
- điện trở mắc nối tiếp với van
R
VT
- điện trở thuận của van khi dẫn
Để khắc phục nhợc điểm này có thể thay thế
điện trở bằng các cuộn dây điện cảm. Thờng
các cuộn cảm này đợc chế tạo có lõi không
khí
L
L
D
2
I
1
I
2
D
1
I
LV
Giá trị cực tiểu của điện cảm đợc
tính
Trong đó: (di
T
/dt)
max
- độ tăng dòng điện tới hạn
của tiristor
L
K
- điện cảm của mạch dòng điện
U
NGM
điện áp trên tiristor trớc khi mở
K
max
T
NGM
min
L
dt
di
U
L
=
2. Bảo vệ khi van bị ngắn mạch
Đề phòng để van không bị ngắn mạch:
Không để xuất hiện các nguyên nhân gây ngắn
mạch ở trên
Nếu đ bị ngắn mạch, mắc thiết bị bảo vệ theo
hình vẽ dới
CC
1
CC
2
D
1
D
2
Bảo vệ ngắn mach tải bằng cách mắc cầu chì
hay aptomát ở đầu ra tải
T
2
T
4
T
6
T
1
T
3
T
5
T
8
T
10
T
12
T
7
T
9
T
11
CC
8
CC
10
CC
12
CC
7
CC
9
CC
11
CC
2
CC
4
CC
6
CC
1
CC
3
CC
5
CC
T
CC
T
T
2
T
4
T
6
T
1
T
3
T
5
T
8
T
10
T
12
T
7
T
9
T
11
CC
8
CC
10
CC
12
CC
7
CC
9
CC
11
CC
2
CC
4
CC
6
CC
1
CC
3
CC
5
AT
Trờng đại học Mỏ-Địa chất PGS. TS. Kim Ngọc Linh
21
Tổn hao công suất và
làm mát van
- Tổn hao ở chế độ tĩnh.
- Tổn hao chuyển mạch.
- Bảo vệ nhiệt.
I. Tổn hao ở chế độ tĩnh
Khi van bán dẫn làm việc, trên nó tồn tại một tổn hao
công suất:
P
T
= U
T
.I
T
+ U
N
.I
rò
Trong đó: U
T
- sụt áp tthuận trên van khoảng một
vài vôn.
I
T
- dòng điện thuậnkhi van dẫn
U
N
- điện áp ngợc đắt lên van,
I
rò
- dòng điện rò chạy ngợc van bán dẫn thờng rất
nhỏ hay bỏ qua.
II. Tổn hao chuyển mạch
Tổn hao CM có thể bỏ qua nếu tần số làm việc thấp. Tuy
nhiên, ở tần số cao tổn hao này đáng kể không thể bỏ qua
đợc.
1. Tổn hao do thời gian mở và khoá van.
Khi mở và khoá van dòng điện và điện áp trên van thay đổi
dới dạng ví dụ (hình trang sau)
Năng lợng tổn hao trên van khi mở: W
mở
= 0,5.U
CE
.I
C
.t
mở
Năng lợng tổn hao trên van khi khoá: W
khoá
= 0,5.U
CE
.I
C
.t
khoá
Tổng tổn hao năng lợng khi chuyển mạch là W
mở
+W
khoá
Công suất tổn hao chuyển mạch đợc tính
P
CM
= (W
mở
+W
khoá
)/T = (
W
mở
+W
khoá
).f
Trong đó f = 1/T - tần số chuyển mạch van
III. Bảo vệ quá nhiệt
Các tổn hao trên sinh nhiệt làm thiết bị nóng lên tới
quá mức cho phép. Cần có biện pháp giảm nhiệt cho
van bán dẫn. Có hai cách làm mát thờng gặp nhất
Làm mát bằng không khí có hay không cánh toả nhiệt
hình a
Làm mát bằng nớc hình b
a)
b)
1. Làm mát bằng không khí
Nhiệt lợng từ chát bán dẫn truyền ra vỏ rồi truyền tới
cánh toả nhiệt truyền nhiệt ra không khí. Truyền nhiệt
bằng bức xạ yếu, vì nhiệt độ cho phép của vỏ thấp. Do
đó, tản nhiệt chủ yéu làm bằng đối lu giữa cánh toả
nhiệt và không khí.
Quá trình dẫn nhiệt có thể mô tả nh hình vẽ
Nhiệt độ
của pn T
pn
Nhiệt độ
của vỏ T
V
Nhiệt độ cánh
toả nhiệt T
tn
Nhiệt độ không
khí T
KK
R
pn
R
V
R
tn
Nhiệt lợng truyền từ vùng nóng sang vùng lạnh.
Công suất toả nhiệt tỉ lệ thuận với độ chênh nhiệt độ,
tỉ lệ nghịch với trở nhiệt R
Trở nhiệt tổng của mạch nối tiếp:
R = R
pn
+ R
V
+ R
tn
Khi tính toán làm mát là chúng ta tính chọn cánh toả
nhiệt và quạt.
Các thông số đợc cho trong bài toán này là tổn hao
P [W], T
pn
, T
KK
, trở nhiệt R
pn
, R
V
[
0
C/W]
R
TT
P
21
+
=
2. Làm mát bằng nớc
Sơ đồ cấu trúc của làm mát bằng nớc nh giới thiệu
trên hình vẽ.
Điều kiện làm mát bằng nớc là nớc phải có nguồn
vô tận để nhiệt độ nớc vào là nhiệt độ môi trờng,
Vấn đề quan trọng trong làm mát bằng nớc là phải
xử lí nớc không dẫn điện. Nghĩa là điện trở nớc
phải lớn (R = /S)
Cánh toả
nhiệt
Đờng ống
dẫn nớc
Thanh
cái
Van bán
dẫn
Bảo vệ hoàn chỉnh một bộ biến đổi
Hình 6-17. Bảo vệ hoàn chỉnh một bộ biến đổi
CR
CR
L
L
Máy cắt
dòng một
chiều
CC
