CHƯƠNG4 đề CƯƠNG điện tử CÔNG SUÂT t8 2021

Trường Đại học SPKT Hưng Yên

Điện tử công suất_

CHƯƠNG 4
BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU
4.1. Khái quát chung, luật điều khiển và phân loại
a> Khái quát chung
Bộ biến đổi điện áp một chiều hay còn gọi là bộ băm xung điện áp một chiều,
được sử dụng để biến đổi nguồn điện áp một chiều không đổi thành nguồn điện áp
một chiều thay đổi được để cấp điện cho phụ tải một chiều.
Trong truyền động điện một chiều như giao thông đường sắt, ôtô điện, cầu
trục, cũng như việc điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều với các mục đích khác
nhau, người ta thường sử dụng phương pháp điều chỉnh dịng điện và điện áp trung
bình bằng phương pháp đóng cắt tự động. Tùy thuộc vào thời gian đóng Tđ và thời
gian cắt Tc trong một chu kỳ T, mà ta có dịng điện và điện áp trung bình ra trên tải
là khác nhau.
b> Nguyên lý chung
K

Ut

i

U0

I1

L
R

Ic

Uc

ic
D

I2

iD
0

t

Td Tc
Thêi gian quá độ

T

Hỡnh4.1: S nguyờn lý chung mch bm xung điện áp một chiều và dạng điện áp ,
dòng điện trên tải
Nguyên lý hoạt động của sơ đồ như sau: Giả sử tải được cung cấp bởi nguồn
điện một chiều U0 thơng qua mạch đóng cắt tự động K, trong thực tế khố K có thể
là transistor, thyristor, Mosfet hay IGBT.... Tại thời điểm ban đầu khi K mở, điện áp
trên tải bằng không. Trong một chu kỳ t nhất định, khóa K được đóng và giữ trong

Chương4 Biến đổi điện áp một chiều

165

Trường Đại học SPKT Hưng Yên

Điện tử công suất_

khoảng thời gian Tđ. Sau đó khóa K được cắt trong khoảng thời gian Tc. Khóa K
được đóng cắt tương tự cho các chu kỳ sau.
Như vậy trong vài chu kỳ đầu dòng điện trong mạch là dòng điện quá độ, và
sau đo tiến tới chế độ xác lập.
Khi K đóng điện áp trên tải là các xung điện áp chữ nhật, có bề rộng của
xung là Tđ và khoảng cách các xung là Tc. Thay đổi bề rộng Tđ của xung hoặc
khoảng cách các xung thì điện áp trung bình trên tải xẽ thay đổi.
Dòng điện của tải phụ thuộc vào tính chất của tải và ở chế độ quá độ nó biến
đổi theo quy luật hàm số mũ. Trong giai đoạn xác lập dịng điện tải có dạng xung
răng cưa, dao động quanh các giá trị cực đại I1 và giá trị cực tiểu I2.
Nếu gọi T là chu kỳ đóng cắt, Tđ là thời gian đóng , tc là thời gian cắt ta có:
T = T c + Tđ
Nếu gọi  = Tđ / T là tỷ số đóng trong một chu kỳ thì: Tđ = .T
Khi đó điện áp trung bình trên tải:
UC 

U 0 .Tđ
  .U 0
T

Từ biểu thức trên ta nhận thấy điện áp trên tải có thể thay đổi bằng 2 phương
pháp:
+ Thay đổi thời gian đóng Tđ hay thay đổi thời gian cắt Tc khi giữ nguyên chu kỳ
đóng cắt T.
+ Thay đổi tần số đóng cắt khi giữ nguyên thời gian đóng

Như vậy ta thầy bộ biến đổi điện áp một chiều có thể thay đổi được điện áp
đầu ra. Tuy nhiên khi sử dụng cần lưu ý một số đạc điểm của bộ biến đổi XADC:
- Mạch gọn nhẹ, đơn giản và hiệu suất cao.
- Chất lượng điện áp tốt hơn so với các bộ biến đổi AC-DC
- Cần sử dụng bộ lọc một chiều đầu ra tải do đó làm tăng quán tính trễ của bộ biến
đổi khi làm việc với hệ kín.
- Tần số đóng cắt lớn sẽ gây ảnh hưởng đến nguồn cung cấp và các thiết bị khác.
- Độ tin cậy cao, dễ hiệu chỉnh và khả năng làm việc ổn định.
Với các đặc điểm trên thì bộ biến đổi XADC được sử dụng khá rộng rãi
trong các thiết bị điều chỉnh và ổn định tốc độ động cơ một chiều, các bộ lò sấy hay
các bộ điều chỉnh dịng kích thích trong động cơ và máy phát điện.
Chương4 Biến đổi điện áp một chiều

166


Trường Đại học SPKT Hưng Yên

Điện tử công suất_

c>. Phân loại và sơ đồ cấu trúc bộ biến đổi điện áp DC
Có nhiều cách phân loại bộ biến đổi điện áp một chiều, tuỳ thuộc vào đặc
điểm mắc các van cơng suất cũng có thể phân loại theo điện áp ra tăng hay giảm so
với điện áp đầu vào và cũng có thể phân loại theo chiều điện áp, dịng điện trong
mạch… Trên cơ sở đó ta có thể phân loại các bộ biến bổi điện áp một chiều như
sau:
+ Mạch xung áp nối tiếp
+ Mạch xung áp song song
+ Mạch xung áp tăng áp
+ Mạch xung áp giảm áp

+ Mạch xung áp đảo dòng
+ Mạch xung áp kép ( có đảo chiều)
Tuy có nhiều cách phân loại như vậy nhưng mạch xung áp một chiều có một cấu
trúc chung như hình vẽ:

Nguồn
DC

Mạch
Lọc vào

Van
CS

Mạch
lọc ra

ĐK

Tải

Đo
lường

Hình4.2: Sơ đồ cấu trúc chung mạch bộ biến đổi điện áp DC
- Khối nguồn DC thường lấy từ bình Acquy hay bộ chỉnh lưu
- Mạch lọc đầu vào thường dùng mạch lọc LC để san phẳng điện áp đàu vào.
- Van công suất được dùng có thể là Tranzitor, thyritstor, GTO, Mosfet, IGBT…vv
Việc chọn van tuỳ thuộc vào công suất và yêu cầu công nghệ cụ thể.
- Mạch lọc đầu ra thường dùng cuộn cảm L để san phẳng dòng điện tải.

- Phụ tải thường là động cơ điện một chiều.
- Khối đo lường có nhiệm vụ đo kiểm tra các thơng số dịng điện, điện áp tải
- Khối điều khiển (ĐK) có nhiệm vụ điều khiển hay điểu chỉnh van công suất để dáp
ứng yêu cầu dòng hay áp đầu ra tải.
Chương4 Biến đổi điện áp một chiều

167


Trường Đại học SPKT Hưng Yên

Điện tử công suất_

4.2. Mạch xung áp đơn nối tiếp
4.2.1.Mạch xung áp một chiều nối tiếp, đóng cắt dùng thyristor:
a>Sơ đồ nguyên lý:
-Mạch gồm có hai thyristor T1

+

và T2. Trong đó T1 là phần tử

T1
+
-

đóng cắt chính, cịn T2 là

C

Z

U0

thyristor phụ dùng để tắt T1.

T2

Dc

Lc

Dr

DC; LC và tụ điện C là các
-

phần tử chuyển mạch, Dr là
diode hồn năng lượng trong

Hình 4.3: Sơ đồ ngun lý mạch xung áp đơn nối

trường hợp tải có điện cảm.

tiếp dùng thyristor

U0

0
iG

t

0
Uc

t1
Td

t2

t3

t

t2

t3

t

Tc
t1

0
T
Ic
I1

∆IC

I2
0
IT1

0
IDr

0

t

t

t

Hình 4.4: Dạng sóng dịng điện điện áp với tải R+L+E trong mạch xung áp đơn
Chương4 Biến đổi điện áp một chiều

168


Trường Đại học SPKT Hưng Yên

Điện tử công suất_

b>Nguyên lý làm việc mạch xung áp đơn nối tiếp dùng thyristor:
Đê thuận lợi cho q trình phân tích ta giả thiết mạch đang làm việc ở chế độ
xác lập và dòng điện tải đảm bảo liên tục.
Ban đầu T1 ở trạng thái cắt. Khi đó điện áp ra trên tải bằng không, tụ điện C

được nạp qua T2 theo chiều phân cực như hình vẽ 4.3.
Khi cho một xung điều khiển vào cực G của T1, lúc này T1 mở, điện áp được
đặt lên tải. Dòng điện đi từ dương nguồn qua T1, qua tải tới âm nguồn. Khi T1 mở tụ
điện C được phóng điện qua T1; LC; DC, và được nạp ngược lại nhờ sức điện động
tự cảm trong cuộn dây LC. Điện áp trên tải khi đó uC = U0.
Sau khoảng thời gian Tđ = .T ta kích một xung điều khiển mở T2. Khi T2
mở tụ C sẽ đặt điện áp ngược lên T1 thông qua T2 làm cho T1 bị khóa lại. Điện áp
trên tải khi đó bằng khơng, tụ C được nạp điện như thời điểm ban đầu.
Sau khoang thời gian Tc ta lại tiếp tục kích xung cho T1 mở, và qua trình cứ
tiếp tục như vạy cho các chu kỳ sau. Như vậy điện áp trung bình trên tải khi đó
được xác định theo biểu thức:
UC 

U 0 .Tđ
  .U 0
T

Còn dòng điện qua mạch khi đó phụ thuộc vào tính chất tải:
a>Trường hợp tải R+L:
Nếu có cuộn cảm L trong tải , khi dịng điện tải tăng thì năng lượng sẽ được
tích lũy dưới dạng năng lượng từ trường WL.
WL 

1 2
L.ic
2

Khi dòng điện iC giảm người ta dùng một diode Dr để hoàn trả năng lượng này về
nguồn. Sau một vài chu kỳ quá độ, dòng điện iC, sẽ dẫn đến chế độ xác lập, nó dao
động xung quanh giá trị dòng cực đại I1, và dòng cực tiểu I2 như trên hình 4.4

Khi T1 dẫn điện phương trình điện áp của mạch có dạng:
U0  L

diC
 RiC
dt

(PT1)

T1 dẫn điện dòng điện tăng dần từ I2 đến I1.
Khi T1 ngắt điện phương trình điện áp của mạch có dạng:
Chương4 Biến đổi điện áp một chiều

169


Trường Đại học SPKT Hưng Yên

Điện tử công suất_

L

diC
 RiC  0
dt

T1 ngắt điện dòng điện giảm dần từ I1 đến I2.
Nếu coi gần đúng ic = Ic thì dịng điện trung bình trên tải khi đó được xác định bằng
cách lấy TP hai vế PT1 khi đó ta được:
IC 

 .U 0
R

b>Trường hợp tải R+L+E:
Khi có thêm nguồn một chiều E trong tải, phương trình điện áp của mạch khi
T1 dẫn có dạng:
U0  L

diC
 RiC  E
dt

Nếu giả thiết dịng tải bằng phẳng và liên tục khi đó có thể viết:
I

T

T

T

U0 đ
L 2
R
E
dic   ic dt   dt 
dt
T I2
T 0

T 0
T 0

 RI c  E   .U 0

Do vậy ta có:

Ic 

( .U 0  E )
R

(BT1)

* Xác định giá trị dòng điện I1 và I2 theo phương pháp gần đúng.
Giá trị dòng điện cực tiểu I2 và cực đại I1 được xác định bởi phương trình
điện áp khi T1 đóng và cắt. Để đơn giản, tính gần đúng ta coi Ric = RIc khi đó ta có:
diC
 RiC  E
dt
di
 U 0  L C  RI C  E
dt
di
U0  E  L C
dt
 IC 
R

U0  L

U0  E  L

( .U 0  E )

Thay Ic vào (BT1) ta được:
R
R
di
 L C  (1   )U 0
dt

Lấy tích phân ( BT2) ta được: ic 

diC
dt

( BT 2)

(1   )U 0
t  I2
L

Chương4 Biến đổi điện áp một chiều

170


Trường Đại học SPKT Hưng Yên

Điện tử công suất_

Tại thời điểm khi t = Tđ = .T khi đó ic = i1 vậy ta có: I1 

 .T (1   )U 0
L

 I2

Để tìm được giá trị I2 ta xét khi T1 khóa:
0L

diC
 RiC  E
dt

 Ic 
L

( .U 0  E )

R

EL

diC
  U 0
dt

diC

dt

R
( BT 3)

 U 0
(t  T )  I1
L

Lấy TP (BT3) ta được: ic 

Tại thời điểm t = T khi đó ic = I2 nên ta có: I 2 

  .T .U 0
(1  )  I1
L

- Dòng điện tải ic dao động xung quanh giá trị trung bình Ic giưa hai giá trị I1 và I2
như vậy: I c 

( I1  I 2 )  .U 0  E
(*)

2
R

Nếu gọi độ dao động của dòng điện tải là Ic là sự chênh lệch giữa dòng điện cực
đại I1 và dịng điện cực tiểu I2 ta có:
I c 

( I1  I 2 ) (1   ) .U 0 .T

2
2L

(**)

+Từ biểu thức (*) và (**) ta xác định được:
I1  I c  I c
I 2  I c  I c

Từ biểu thức (**) ta thấy nếu chu kỳ băm xung T khơng đổi thì độ mấp mơ Ic là
hàm số của , khi đó ta có:
dI c  (1   ) .U 0 .T  (1   ).U 0 .T  .U 0 .T
(***)


 
d
2L
2L
2L


'

Ta thấy để Ic nhỏ nhất khi

dI c
 0 ; tương ứng khi đó max thay vào (***) ta tìm

d

được: max = 0,5 thay vào (**) ta được:
I c max 

U 0 .T
8L

Vậy muốn giảm độ mấp mơ của dịng điện ta phải tăng tần số băm hoặc tăng L. Tần
số băm điện áp thường lấy trong khoảng 200HZ đến 600HZ.
Chương4 Biến đổi điện áp một chiều

171


Trường Đại học SPKT Hưng Yên

Điện tử công suất_

Trong sơ đồ có sử sụng diode hồn năng lượng nên dịng điện đi qua nguồn
khác dòng điện đi qua tải.
+Dòng điện trung bình đi qua nguồn khi đó được xác định bằng biểu thức:
I

I c .Td
 I c
T

+Dịng điện trung bình đi qua diode hoàn năng lượng được xác định bằng biểu thức:
ID 

I c .Tc
 (1   ) I c
T

+Cơng suất tiêu thụ của nguồn khi đó là:
P  U .I   .U 0 .I c

+Công suất tiêu thụ trên tải được xác định theo biểu thức:
Pc  U c .I c   .U 0 .I c

Từ các biểu thức xác định công suất ở trên ta thấy Pc = P. Điều đó cho thấy
hiệu suất đóng cắt nguồn một chiều rất cao. Trong thực tế ta phải kể đến hao tổn
trong thiết bị đóng cắt, nhưng hao tổn này rất nhỏ nên bỏ qua.
+Trong mạch điện dung của tụ có thể được xác định bằng cơng thức thực nghiệm:
C

icm




L0icm


U 0 t f 

1
4U 0 .t f 2


2U 0 [(1 
)  1] 


L0icm

+Trong đó: icm là dòng điện tải cực đại.
tf = (0,2-0,5) tOFF. (tOFF : là thời gian cắt của Thyristor)
L0 =100H là điện cảm ký sinh trong quá trình lắp ráp.
+Điện áp lớn nhất trên tụ C được xác định theo biểu thức:
1

(L ) 2
U c0  U 0  c
C

+Điện cảm Lc được xác định theo biểu thức:
U 
Lc  C  c 0 
 icm 

2

Chương4 Biến đổi điện áp một chiều

172


Trường Đại học SPKT Hưng Yên

Điện tử công suất_

4.3. Mạch xung áp đơn song song
a>Sơ đồ nguyên lý và nguyên lý làm việc:
Bộ xung áp song song thường được sử dụng cho tải là động cơ điện một
chiều khi làm việc ở chế độ hãm tái sinh. Khi làm việc ở chế độ hãm tái sinh, động
cơ làm việc giống như một máy phát điện một chiều, hoàn trả năng lượng tích lũy
được khi nó làm việc ở chế độ động cơ về lưới điện.
Sơ đồ nguyên lý của bộ xung điện áp song song được mơ tả như hình 4.5:

+

Ie

D
Id
Ud

IH
L
U0

Td

T1
R
E

-

+
-

0

Tc

T

t

Ie

Hình 4.5: Sơ đồ mạch xung áp song song
0

+Sơ đồ gồm: Thiết bị đóng cắt là thyristor
T1, tải là động cơ một chiều (R+L+E),
diode D dùng để chống dòng ngắn mạch

t

IH

khi T1 dẫn.
0

t

Hình 4.6: Đồ thị điện áp và dịng điên

của mạch xung áp song song.

Chương4 Biến đổi điện áp một chiều

173


Trường Đại học SPKT Hưng Yên

Điện tử công suất_

* Nguyên lý làm việc:
Giả sử trước đó tải là một máy điện một chiều làm việc ở chế độ động cơ.
sau đó người ta muốn dừng máy bằng phương pháp hãm tái sinh. Bằng cách nào đó
người ta đưa mạch xung áp song song vào mạch điện như hình 4.3-1.
-Trong khoảng thời gian 0 < t < Tđ, ta điều khiển cho T1 mở , khi đó có một dịng
điện chạy qua thyristor T1, và dòng điện chạy qua tải Id. Diode lúc này khóa vì bị
phân cực ngược.
-Nếu ta gọi Ie là dịng điện trở về nguồn, khi đó ta có:( ie = 0; Ud =0, IT1 = Id).
-Trong khoảng thời gian Tđ < t < T, ta điều khiển cho T1 khóa , khi đó Diode mở
cho dịng điện ie trở vê nguồn, ta có:( ie = Id; Ud =U0, IT1 = 0).
-Đồ thị dòng điện, điện áp được biểu diễn như hình 4.3-2
b>Các giá trị dịng điện, điện áp trong mạch:
+Điện áp một chiều trung bình trên tải được xác định theo biểu thức sau:
T

Ud 

1
U 0 dt  (1   )U 0

T T

+Giá trị dòng điện trung bình hồn trả về nguồn:
T

Ie 

1
I d dt  (1   ) I d
T T

+Giá trị dòng điện trung bình qua thiết bị đóng cắt:
IH 

1
T

T

I

d

dt   .I d

0

+Khi làm việc ở chế độ hãm tái sinh thì phương trình điện áp của mạch có dạng sau:
U d  E  RI d  Lid

di
dt

(PT1)

+Lấy tích phân hai vế của (PT1) ta xác định được dòng điện chạy qua taỉ:
Id 

(E  Ud )
R

Chương4 Biến đổi điện áp một chiều

174


Trường Đại học SPKT Hưng Yên

Điện tử công suất_

4.4. Mạch xung áp đảo dòng.
a>Sơ đồ nguyên lý và nguyên lý làm việc:
Bộ xung áp đảo dòng gồm hai bộ xung áp nối tiếp và xung áp song song
ghép lại với nhau, nó cho phép truyền năng lượng theo 2 chiều thuận, ngược.
Nguồn cung cấp cho bộ xung áp đảo dòng là nguồn một chiều U0. Tải là một
máy điện một chiều làm việc ở chế ở 2 độ, chế độ máy phát và chế độ động cơ. Sơ
đồ nguyên lý của bộ xung áp đảo dịng được trình bày như hình vẽ 4.7.

2 = 0

D

+

M

0,25
0,5
0,75
1

T1

Id

L
U0

i

0

D1

T2

1 = 1

R
E

-

+
-

0,75
0,5
0,25
0

Hình 4.7: Sơ đồ ngun lý của bộ xung
áp đảo dịng .

Hình 4.8: Họ đường đặc tính cơ của động
cơ điện một chiều, khi làm việc với bộ
xung áp đảo dòng.

*Nguyên lý làm việc:
-Gọi 1, 2 là tỷ số đóng trong một chu kỳ tương ứng với các van T1, và T2, khi đó
nguyên lý làm việc của mạch như sau:
-Khi tải làm việc ở chế độ động cơ điều khiển cho T1 dẫn cịn T2 khóa trong khoảng
thời gian 1T của chu kỳ đóng cắt.
+Khi đó phương trình điện áp của mạch có dạng:
E  U d  RI d  1U 0  RI d (Với Id>0)

+Điện áp trung bình trên tải được xác định theo biểu thức:
U d  1U 0

-Khi tải làm việc ở chế độ máy phát điều khiển cho T2 dẫn cịn T1 khóa trong
khoảng thời gian 2T của chu kỳ đóng cắt.

Chương4 Biến đổi điện áp một chiều

175


Trường Đại học SPKT Hưng n

Điện tử cơng suất_

+Khi đó phương trình điện áp của mạch có dạng:
E  U d  RI d   2U 0  RI d (Với Id<0)

+Điện áp trung bình trên tải được xác định theo biểu thức:
U d  (1   2 )U 0

+Các tỷ số đóng cắt của 1, 2 của T1 và T2, phải thỏa mãn
1 + 2 = 1
-Như vậy với bộ xung áp đảo dòng, bằng cách thay đổi 1, 2, có thể tạo ra được họ
đặc tính cơ của động cơ điện một chiều làm việc ở chế độ động cơ và hãm tái sinh
như hình 4.4-2.
4.5. Mạch xung áp kép ( xung áp 4 góc phần tư)
Bộ biến đổi xung áp một chiều dùng van điều khiển IGBT (Hình 4.9) có khả năng
thực hiện điều chỉnh điện áp và đảo chiều dòng điện phụ tải. Trong các hệ truyền
động tự động thường có yêu cầu đảo chiều động cơ, do đó bộ biến đổi xung áp này
thường hay dùng để cấp nguồn cho các động cơ một chiều kích từ độc lập có nhu
cầu đảo chiều quay.
+
T1

it

D1
L

E

_

R

T3
EĐ

D3
B

A
T4

D4

T2

D2

Hình 4.9: Bộ biến đổi đảo chiều.

Chương4 Biến đổi điện áp một chiều

176

Trường Đại học SPKT Hưng Yên

Điện tử công suất_

UG
1

t

O

a)

UG
4

t

O

b)

UG
2

c)

-UG

3

d)

t
t

Ut
O

e)

it

t

O

it

O

t

f)

to t1 t2

it

t
g)

T

h)

t

Hình 4.10: Biểu đồ xung trong bộ biến đổi đảo chiều.
Các van IGBT từ T1 đến T4 làm nhiệm vụ các khóa khơng tiếp điểm. Các
diode đệm D1…D4 dùng để trả năng lượng phản kháng về nguồn và thực hiện q
trình hãm tái sinh.
Có các phương pháp điều khiển khác nhau như: điều khiển đối xứng, không
đối xứng hay hỗn hợp. Nhưng thông dụng hơn cả là điều khiển không đối xứng vì
chất lượng điện áp ra tốt hơn. Giả sử động cơ quay theo chiều thuận, tương ứng với
các cặp van T1 và T2 làm việc; van T3 sẽ ln bị khóa, cịn T4 sẽ được đóng mở
ngược pha với T1(xem Hình 4.10-a, b, c, d).

Chương4 Biến đổi điện áp một chiều

177


Trường Đại học SPKT Hưng Yên

Điện tử công suất_

Bộ biến đổi xung áp một chiều có đảo chiều có 3 trạng thái làm việc:
- Trạng thái 1: E.γ > ED. Máy điện một chiều làm việc ở góc phần tư thứ nhất

(chế độ động cơ). Năng lượng cấp cho động cơ được lấy từ nguồn thông qua van T 1
và T2 dẫn trong khoảng (0 ÷ t1). Trong thời gian cịn lại của chu kỳ (t1 ÷ T), năng
lượng tích trữ trong điện cảm sẽ duy trì cho dịng điện đi theo chiều cũ và khép
mạch qua T2và D4 (Hình 4.10-f). Dịng điện tải được mơ tả trên hình là đường nét
liền.
- Trạng thái 2: E.γ < ED. Máy điện làm việc ở góc phần tư thứ hai (chế độ
hãm). Trong khoảng thời gian (0 ÷ t1), động cơ sẽ trả năng lượng về nguồn thông
qua diode D1 và D2 (ID1 = ID2 = It; đường It là đường nét đứt trong sơ đồ ở hình).
Trong khoảng (t1 ÷ T), dòng tải sẽ khép mạch qua T4 (T4 dẫn) và D2 (ID2 = IT4 = It),
dịng tải sẽ có dạng như ở Hình 4.10-h.
- Trạng thái 3: E.γ = ED.
Trong khoảng (0 ÷ t0), do E.γ < ED nên động cơ sẽ hãm trả năng lượng về
nguồn qua diode D1 và D2 (iD1 = iD2 = it).
Trong khoảng (t0 ÷ t1), E.γ > ED nên động cơ chuyển sang làm việc ở chế độ
động cơ. Năng lượng từ nguồn qua các van T 1 và T2 được cấp cho động cơ (iT1 = iT2
= it).
Trong khoảng (t1 ÷ t2), lúc này T1 bị khóa, T4 được kích mở nhưng chưa dẫn.
Năng được lượng tích trữ trong điện cảm sẽ cấp cho động cơ và duy trì dịng điện đi
qua T2 và D4 khi đó (iT2 = iD4 = it).
Trong khoảng (t2 ÷ T), khi năng lượng dự trữ trong điện cảm hết, sức điện
động của động cơ sẽ đảo chiều dòng điện và dòng tải sẽ khép mạch qua T 4 và D2
(iT4 = iD2 = it). Quá trình này tạo ra tích lũy năng lượng trong điện cảm và khi T 4 bị
khóa thì UAB > E và q trình lặp lại như ban đầu.
Muốn động cơ làm việc theo chiều ngược lại, luật điều khiển các van
sẽ được thay đổi ngược lại. Hình vẽ 4.11 diễn tả luật điều khiển mạch xung áp kép
không đối xứng

Chương4 Biến đổi điện áp một chiều

178

Trường Đại học SPKT Hưng n

Điện tử cơng suất_

UG3
+E

t

O

_

E

UG2
O

+E
_

t

E

UG4
O

+E

t

_

t

UG1
O

E

Hình 4.11: Luật điều khiển của bộ đảo chiều.

Bài tấp ứng dụng chương 4

Bài 4.1.
Một mạch xung áp đơn một chiều nối tiếp như
hình vẽ. Mạch tải gồm 1 điện trở R mắc nối tiếp
với một điện cảm L và một sức điện động E.
Diode hoàn năng lượng được mắc song song
ngược với tải. Biết U = 750V; L = 5mH;
E = 600V; R = 0.1 , tỷ số chu kỳ  = 0,866, tần
số băm xung f = 200HZ.

U

+

H
ic
L
Uc E
R

+
-

Dr

iD

-

a> Tính giá trị trung bình dịng điện tải IC, dịng điện qua diode ID và độ nhấp
nhơ của dịng tải IC.
b> Do sự cố nên điện áp nguồn một chiều giảm xuống chỉ cịn 675V, khi đó
phải chỉnh ’ bằng bao nhiêu để vẫn giữ được giá trị trung bình đặt trên tải
vẫn bằng như cũ.
c> Nếu vẫn giữ nguyên khoảng thời gian đóng cắt của thiết bị thì tần số f’
phải bằng bao nhiêu để vẫn giữ được giá trị trung bình đặt trên tải vẫn bằng
như cũ.

Chương4 Biến đổi điện áp một chiều

179


Trường Đại học SPKT Hưng Yên

Điện tử công suất_

Bài 4.2.
Bộ giảm áp cấp nguồn áp cho phần ứng của động cơ một chiều kích từ độc
lập. Nguồn một chiều U = 220V, tần số đóng ngắt f = 500Hz. Tải động cơ có
Rư = 2. Lư khá lớn và sức điện động E = 1,253. [V;rad/s]. Moment động cơ
luôn bằng định mức, tức Iưdm=11,6[A]
a. Tính tỉ số T1/T khi vận tốc động cơ là 1000 vịng/phút
b. Tính điện áp tải nhỏ nhất ở chế độ dòng tải liên tục, từ đó xác định thời
gian đóng tối thiểu T1 của chế độ dòng liên tục.
Bài 4.3.
Một mạch xung áp đơn một chiều nối tiếp như
hình vẽ. Mạch tải gồm 1 điện trở R mắc nối tiếp
với một điện cảm L và một sức điện động E.
Diode hoàn năng lượng được mắc song song
ngược với tải. Biết U = 750V; L = 5mH;
E = 600V; R = 0.1 , tỷ số chu kỳ  = 0,866, tần
số băm xung f = 200HZ.

U

+

H
ic
L
Uc

E

R

+
-

Dr

iD

-

a> Tính độ nhấp nhơ của dịng tải IC theo cơng thức chính xác.
Bài 4.4.
Cho bộ giảm áp cấp nguồn cho động cơ một chiều kích từ độc lập. Nguồn một
chiều U = 220V. Tải có Rư nhỏ khơng đáng kể Lư = 32,5 mH. Sức điện động
E =1,253 [rad/s] là vận tốc động cơ. Tần số đóng ngắt bộ giảm áp
f = 500Hz. Cho biết dòng tải liên tục và mạch ở xác lập
1. Tính tỉ số = T/T1 khi vận tốc động cơ n = 1500 v/ph.
2. Gọi itmin và itmax là trị nhỏ nhất và lớn nhất của dịng điện qua tải. Tính hiệu
it = itmax - itmin
3. Để giảm bớt độ nhấp nhơ dịng điện i t sao cho it < 1A cần phải thêm cảm
kháng phụ bằng bao nhiêu
4. Trong trường hợp không sử dụng thêm cảm kháng phụ, cần phải điều chỉnh
tần số đóng ngắt như thế nào để it < 1A
5. Một cách tổng quát, khi E thay đổi trong khoảng ( 0, +U), tìm điều kiện về
f và L để độ nhấp nhơ dòng ở xác lập thỏa điều kiện it < itmax

Chương4 Biến đổi điện áp một chiều

180