CHƯƠNG 3: BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU pps

CHƯƠNG 3: BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU
( Bộ băm điệnáp1 chiều)
MỤC TIÊU THỰC HIỆN:
-Nắm được nguyên lý họat động củacácsơđồkhác
nhau củabộ biến đổi điệnáp1 chiều.
- Các công thức tính điện áp, dòng điện, độ nhấpnhô
dòng điệntrêntải.
- Ứng dụng củabộ biến đổi điệnáp1 chiều.
GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ BỘ BĂM ĐIỆN
ÁP
¾ Bộ băm điệnápchophép, từ mộtnguồn điệnmột
chiềuU
s
tạorađiệnáptảiU
d
cũng là điệnmộtchiều
nhưng có thểđiềuchỉnh được.
¾ Thiếtbị băm điệnápđượcsử dụng nhiềutrong
truyền động đầu máy chạy điện trong giao thông đường
sắt, ôtô chạy điện, xe vậnchuyểnhàngtrongnhàmáy,
trên bếncảng, v.v…
¾ Bộ băm điệnápthường đượckíhiệubằng mộtcầu
dao mở kèm theo chữ H, hoặcmột Thyristor có hai
cổng điềukhiển.
¾ Tuỳ theo mục đích sử dụng ngườitacósơđồ
Hacheur nốitiếp và Hacheur song song.
3.1. HACHEUR NỐI TIẾP
(bămápmộtchiềunốitiếp)
HÌNH 3.1 a. s¬ ®å nguyªn lÝ; b. ®−êng cong ®iÖn ¸p.
+
U

1
Z
d
U
d
H
a.
_
U
U
d
T
CK
t
U
1
b.
t
1
t
2
0
1.Nguyên lý bămápmộtchiềunốitiếp:
•Sơđồnguyên lý bămápmộtchiềunốitiếpgiới
thiệu ở hình 3.1 a theo đóphầntử chuyểnmạch
tạo các xung điệnápmắcnốitiếpvớitải.
• Điệnápmộtchiều được điều khiểnbằng cách
điều khiểnthờigianđóng khóa H trong chu kỳ
đóng cắt.
¾ Trong khoảng thờigiantừ 0

÷ t1 ( hình 3.1b)
khóa H đóng điệnáptảibằng điệnápnguồn
(U
d
= U
1
).
¾ Trong khoảng thờigiantừ t1 ÷ t2 ( hình 3.1b)
khóa H mởđiệnáptảibằng 0
Trị trung bình điệnápmộtchiều được tính
•Nếuthì:
•U
d
= ε. U
1
• F = 1/T
CK
1
ck
1
t
0
1
CK
d
U
T
t
dt.U
T

1
U
1
=
=
∫
ck
T
t
1
=
ε
U
1
t
2
t
1
T
CK
t
U
d
U
U
TB
0
2. Hoạt động củasơđồvớitải điệncảm:
•Sơđồđiểnhìnhcódạng
•Dòngđiện đượcxácđịnh bởi

phương trình vi phân:
Trong đó:
• i
d dòng điệntải
• R
d
– điệntrở tải;
• L
d
– điệncảmtải
• I
bd
- dòng điện ban đầucủachukỳđang xét
(mở hay đóng khóa H);
• I
XL
dòng điệnxáclậpcủachukỳđang xét
( khi khóa H đóng, khi H mở I
XL
= 0
• -hằng số thờigianđiệntừ củamạch
L
d
U
d
H
R
d
d
t

di
Li.RU
dd1
+=
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
−+=
−−
dd
T
t
XL
T
t
bd
e1Ie.Ii
U,i
t
U
d
i
d
d
d

d
R
L
T =
D
0
W
®t
=Li
2
/2
• Độ nhấp nhô dòng điện được tính:
¾Từ biểuthứctathấyrằng, biên độ dao động
dòng điệnphụ thuộcvào:
• điện áp nguồn(U
1
);
• độ rộng xung điệnáp(ε );
• điệncảmtải(L
d
)
•vàchukỳ chuyểnmạch khóa H (T
CK
)
xdd
CK
fL
U
L
TU

I
.2
.).1(
2
).1(
1
1
ε
ε
ε
ε
−
=
−
=Δ
• Các thông số: điệnápnguồncấp,độ rộng xung
điệnápphụ thuộcyêucầu điều khiển điệnáp
tải, điệncảmL
d
là thông số củatải. Do đó để
cảithiệnchấtlượng dòng điện( giảmnhỏ ΔI)
có thể tác động vào T
CK
.
•Như vậy, nếuchukỳ chuyểnmạch càng bé (
hay tầnsố chuyểnmạch càng lớn) thì biên độ
đậpmạch dòng điệncàngnhỏ, chấtlượng dòng
điệnmộtchiềucàngcao. Do đóbộđiều khiển
này thường đượcthiếtkế vớitầnsố cao hàng
chụckHz.

•Cóthể minh họabằng giản đồ dòng điện, điệnápcho
hai tầnsố khác nhau.
a)
U,i
t
U
d
i
d
t
U,i
b)
3. Các sơđồđộng lựccủabămápnốitiếp
Các sơđồđiển hình:
• Dùngthyristorhìnha
• Dùng transistor lưỡng
cựchìnhb
• Dùng transistor trường
hình c
• Dùng IGBT hình d
a
M§K
T
Z
d
b
T
1
U
d

M§K
T
Z
d
c
M§K
T
Z
d
d
•Xét trường hợpkhitải điệncảmvàcósức điện động
( ví dụđộng cơ làm việc ở chếđộhạ tải)
H
u
d
D
r
R
L
U
d
+
-
i
Dr
i
s
i
d
E

+
-
¾Khi H đóng, ta có phương trình:
Trong đó: a = (R/L) , i
d
(0) = I
2
Nghiệmcủapt:
¾H mở, ta có phương trình:
Nghiệmcủapt:
sd
d
UERi
dt
di
L =++
a
R
EU
ai
dt
di
s
d
d
−
=+
atat
s
d

eIe
R
EU
i
−−
+−
−
=
2
)1(
0=++ ERi
dt
di
L
d
d
()
[
]
()
TtaTta
d
eIe
R
E
i
εε
−−−−
+−−=
1

1
•Để xác định biên trị I
1
và I
2
, có thể vậndụng các dữ
kiện: khi t = εT thì i
d
= I
1
và khi t = T thì I
d
= I
2
TaTa
s
eIe
R
EU
I
εε
−−
+−
−
=
21
)1(
Giản đồ điệnáptải và các dòng điện
 TÍNH GẦN ĐÚNG:
•Trị trung bình của dòng điệntải

0 + R.Id + E = εUs
Do đó
Biểuthứcgần đúng củaI
1
và I
2
, ta xem Ri
d
= RI
d
.
•Giảiphương trình mạch điện khi H đóng
dd
d
ueRi
dt
di
L =++
R
EU
I
s
d
−
=
ε
s
d
U
dt

di
L )1(
ε
−=
sd
d
UERi
dt
di
L =++
2
)1(
It
L
U
i
s
d
+
−
=
ε
()
21
1
I
L
TU
I
s

+
−
=
ε
ε
0=++ ERI
dt
di
L
d
d
s
d
U
dt
di
L
ε
−=
1
)( ITt
L
U
i
s
d
+−−=
ε
ε
12

)1(
I
L
TU
I
s
+
−
−=
ε
ε
,Khi t=T thì id = I2 , do đó:
•Để tìm biểuthứccủaI
2, ta giảiphương trình mạch điện
khi H mở:
Dòng điệntảiid biến động xung quanh giá trị trung bình Id ,
giữahaibiêntrị I
1
và I
2
.vậy:
R
EU
II
i
s
d
−
=
+

=
ε
2
21
Hiệusuấtcủabộ băm điệnáp:
–Trị trungbìnhcủadòngđiệnlấytừ nguồn nuôi:
–Trị trungbìnhcủa dòng diode:
– Công suấtlấytừ nguồn nuôi:
– Công suấtmạch tảinhận được:
Ta thấyP
d
= P và vì chúng ta đãxembộ băm điệnápgồm
các phầntử lý tưởng, không có năng lượng tổnthất.Thực
tế hiệusuấtcủabộ băm điệnápcũng rấtcao, xấpxỉ bằng
1.
dds
I
T
T
II
ε
ε
==
(
)
ddDr
I
T
T
II )1(

1
ε
ε
−=
−
=
sdss
UIIUP
ε
=
=
P
P
d
=
η
dSddd
IUIUP
ε
=
=
Dòng điệnliêntụcvàdòngđiệngiánđoạn:
•Nếubỏ qua R, vì thường là rấtnhỏ, có thể viết
phương trình mạch tảinhư sau:
Trong khoảng 0 < t <εT; Khi H đóng mạch:
•Từ biểuthức này ta có:
i
d
(0) = I
2

Trong khoảng εT < t < T, H hở mạch :
s
d
UE
dt
di
L =+
(
)
2
it
L
EU
i
s
d
+
−
=
()
21
IT
L
EU
ITi
s
d
+
−
==

εε
0=+ E
dt
di
L
d
1
)( ITt
L
E
i
d
+−−=
ε
Để có dòng điệntảii
d
biếnthiênmột cách chu kỳ, phải
thỏamãn
điềukiện: i
d
(0) = i
d
(T)
()
1
1)( IT
L
E
Ti
d

+−−=
ε
()
2
1)( IT
L
EU
T
L
E
Ti
s
d
+
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
−
+−−=
εε
()
22
1 IT
L
EU
T
L

E
I
s
+
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
−
+−−=
εε
•Cuối cùng nhận được:
•Giả thiếtE làhằng số có thể rút ra các kếtluận:
–Nếu ε = (E/U
s
) trị trung bình của dòng điệntải
i
d
là hằng số;
–Nếu ε > (E/U
s
) trị trung bình củai
d
tăng theo
thờigian;
–Nếu ε < (E/U
s
) trị trung bình củai

d
giảmnhỏ
và dẫntới dòng gián đoạn.
s
U
E
=
ε
¾Như vậy, để dòng điệntải là dòng điện liên tục
thì phảituânthủ theo điềukiện
ε≥ E/ U
s
.
Thựctế, E ≠ const vì khi trị trung bình của
dòng điệntảivài
d
tăng lên thì E cũng tăng lên,
do đókhităng, giảmtỉ số chu kỳ , có thể làm
tăng giảmtốc độ động cơ
Diễnbiếncủadòngtảii
d
•Mạch khuyếch đạichođiềuápmộtchiều
dùng thyristor
+
T
p
T
a
D
L

C
+
U
1
Z
d
(+)
a
•Trạng thái ban đầu : Tp và Ta đềubị khoá, tụ
điệnC đượcnạp điện.
• Cho xung điều khiểnkíchmở Tp . Thyristor
này mở cho dòng điệnchảy qua, tứclàH đóng
kín mạch. Dòng điệntừ nguồnU
s
chảyqua T
p
, qua tảivàtrở về nguồn. Đồng thờitụđiệnC
phóng điệntheomạch C-T
p
-L
c
-D
c
-C và được
nạpngượclại. Điệnáptrêntảilàu
d
= U
s
.
•Nếubâygiờ cho xung kích mở Ta , Thyristor

này mở, đặt điệnápgiữahaibảncựccủatụ
điệnC lênT
p
khiếnT
p
bị khoá lại, tứclàH mở
mạch, u
d
= 0.