BỘ BIẾN đổi điện áp 1 CHIỀU

BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP 1 CHIỀU

( trung đức , nguyễn văn tiến )

Khái niệm : bộ biến đổi điện áp 1 chiều dùng để thay đổi giá trị trung bình điện áp 1 chiều ở đầu ra từ nguồn 1 chiều
ban đầu . điện áp trên tải có dạng xung tạo thành từ quá trình đóng cắt liên tục nguồn điện áp 1 chiều không thay đổi
vào tải . do đó bộ biến đổi còn gọi là bộ biến đổi điện áp 1 chiều dạng xung .
ứng dụng : - dùng trong các bộ nguồn đóng ngắt .

-

Trong các ứng dụng điều khiển động cơ 1 chiều

1- Bộ giảm áp

Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động:

Mạch bộ giảm áp gồm nguồn điện áp 1 chiều không đổi U mắc nối tiếp với tải qua công tắc S . Tải 1
chiều tổng quát gồm RL và sức điện động E ( ví dụ như động cơ điện 1 chiều ) . diode mắc song
song với tải (H4a)


Tại cuối khoảng dẫn T1 , ta có: it1=it(T1)=i1
Quá trình dòng điện tải có dạng tăng theo hàm mũ.
Trạng thái ngắt S -khoảng thời gian (T1Do bị kích ngắt nên dòng qua S triệt tiêu. Mạch tải có chứa L nên dòng qua nó không thể
thay đổi đột ngột được. Do tính liên tục của dòng điện qua tải chứa L, dòng tải it tiếp
tục đi theo chiều cũ và khép kín qua diode không V0 thuần chiều đang dẫn của nó.
Phương trình mô tả trạng thái mạch (V0,RLE):
ut=0
di t

ut = R.it + L . +E
(4.3)
dt

Điều kiện ban đầu của (4.3): từ (4.2), dòng điện tải it đạt giá trị tại thời điểm
t=T1:
(4.4)

Nguồn 1 chiều có thể lấy từ pin , acquy , hay nguồn xoay chiều qua bộ chỉnh lưu . công tăc S có
chức năng điều khiển đóng , ngắt dòng điện đi qua nó . do đó S là linh kiện tư chuyển mạch
(trazito , mosfet ,thyritor ) . Tải là động cơ điên 1 chiều
Trạng thái S đóng: thời gian đóng T1 dòng điện dẫn từ nguồn U khép kín qua mạch gồm U , S ,
RLE .

Ut =U
Ut=R.it +L +E
Chon thời điểm ban đầu t0=0 và ta có:
it(t0) = it0=i0
Giải hệ phương trình vi phân trên, ta có nghiệm dòng điện đi qua t ải dưới dạng :

It(t) = (1-) +io. (4.2 ) Với � = là hằng số thời gian mạch tải


i1 = it (t0 + T1 ) = it (T1) = ()(1-)+i0

Giải phương trình (4.3) chứa nghiệm dòng điện tải it
ta có:
It(t) = .(1-) + i1.

Dòng điện có quá trình giảm theo hàm mũ:

Tại cuối khoảng thời gian T2, công tắc S lại được kích đóng. S dẫn điện làm điện áp
nguồn U tác dụng lên diode khơng V0 như điện áp ngược nên ngắt dòng qua nó. Trạng thái
S đóng được phân tích như ở phần trên.
Chế độ dòng tải gián đoạn:


Giải phương trình (4.5), ta xác định được giá trị t2:
t2 = �.ln.[(-1)+1]
Giai đoạn dòng tải gián đoạn (t2Trị trung bình điện áp trên tải: dễ dàng dẫn giải điện áp trung bình trên
tải theo hệ thức (4.7):
Ut = U. +E.) (4.7)

Hệ quả:
Với chế độ dòng điện qua tải liên tục, ta có:
- Điện áp trên tải có dạng xung thay đổi giữa hai giá tr ị 0 và
+U;
Khi E=0, dòng điện tải luôn liên tục. Khi E>0, dòng đi ện t ải có th ể liên t ục ho ặc gián đo ạn. Kho ảng th ời gian
dòng điện tải gián đoạn phụ thuộc vào các giá trị c ủa tham s ố đi ều khi ển (T 1,T2) và tham số tải (RLE). ở chế
độ dòng gián đoạn (hình H4.2), khoảng thời gian dòng gián đo ạn (i t=0) xuất hiện trong thời gian ngắt cơng
tắc S. Trong

thời gian đóng S, dòng điện t ải liên t ục được mô t ả b ởi ph ương trình (4.1) và (4.2) b ắt đ ầu t ừ

giá trị it(0)=i0=0. Trong giai đoạn đầu của thời gian ng ắt công t ắc S (T 1trạng thái mạch được mô tả bởi phương trình (4.3) và (4.4). Nghiệm dòng đi ện t ải theo h ệ th ức (4.4) gi ảm
và đạt gía trị 0 tại thời điểm t2 thỏa mãn điều kiện ;
It(t2) =(1- )+ i1.= 0; T1

.

- Bằng cách thay đổi tỉ số γ = giữa T1 thời gian đóng S và T chu kì đóng ngắt (T=
T1+T2), ta điều khiển trị trung bình áp tải và dòng tải theo hệ thức
Ut= .= = U. =U. γ ; γ =
Do đó 0 ≤ γ = ≤ 1 suy ra 0 ≤ Ut ≤ U
It =

ở chế độ dòng tải gián đoạn, các quá trình điện áp và dòng điện được mô t ả b ởi các hệ thức và
phương trình (4.1),(4.2),..(4.7) và (4.9)
Bộ giảm áp dùng làm nguồn điện áp cho truyền đ ộng điện đ ộng cơ m ột chi ều, làm b ộ
phần nguồn cho bộ biến tần áp, bộ biến tần dòng điện

2- BỘ TĂNG ÁP



Nghiệm dòng điện tải của (4.9) giảm theo hàm số mũ , cho bởi hệ :
it (t )

= () +i1
Cuộn kháng giải phóng 1 phần năng lượng dự trữ , Sức
điện động E ở chế độ phát năng lượng này được đưa
về nguồn U một phần , phần còn lại tiêu hao trên điện
trở tải
Khi thực hiện hãm tái sinh động cơ một chiều, năng lượng từ nguồn điện áp thấp (s ức
điện động E) được trả lại nguồn điện áp lớn hơn (nguồn một chiều U), điều này có thể thực
hiện nhờ hoạt động của bộ tăng áp (hình H4.3).
Điều kiện để mạch hoạt động là E < U và nguồn U có khả năng tiếp nhần năng lượng do tải trả
về. Tải một chiều phải chứa nguồn dự trữ năng lượng (sức điện động E) và cảm kháng. Công tắc S

thuộc dạng tự chuyển mạch được như trường hợp bộ giảm áp. Diode V0 cho phép dòng điện dẫn theo
chiều từ tải về nguồn và ngăn dòng điện đi theo chiều ngược lại.
Phân tích hoạt động mạch bộ tăng áp ở chế độ dòng điện tải liên tục và mạch ở
xác lập
(hình H4.4):
Trạng thái đóng S- khoảng thời gian (0(RLE,S). Phưông trình mô tả trạng thái S đóng :
ut = 0
ut = - R.it – L + E
it (t0 )= it ( 0 ) = i0 với giả thiết thời điểm đầu chu kỳ khảo sát t 0=0.
Dòng điện qua tải it tăng theo hàm số mũ . hệ thức biểu diễn dòng điện tải có dạng :
it (t ) = ()+ i0
tại thời điểm cuối khoảng đang xét , ta có t = T1 và it (T1) = it , � =
Năng lượng do sức điện động E phát ra một phần tiêu hao trên đi ện tr ở, phần còn l ại
dự trữ trong cuộn kháng L.
Trạng thái V0 – khoảng thời gian (T1gian T2. Dòng qua công tắc S triệt tiêu. Do tính liên tục c ủa dòng qua t ải chứa L nên dòng
tải tiếp tục dẫn điện theo chiều cmũ và khép kín qua diode V0 và nguồn U.
Phương trình mô tả trạng thái mạch (U,V0,RLE)
Ut = U , ut = - R it - L +E
tại thời điểm cuối khoảng đang xét , dòng điện tải có giá trị it (T1) = i1


HỆ QUẢ :
- Điện áp tải thay đổi theo dạng xung giữa hai giá trị +U và 0.

Ut = , γ=
Do 0≤ γ ≤ 1 suy ra 0 ≤ Ut ≤U
It = nếu thay đổi vai trò giữa U và tải : gọi tải Ut là nguồn cấp năng
lượng và U là tải nhận năng lượng , ta có : U = > Ut

Điện áp tải lớn hơn áp nguồn nên ta gọi đây là bộ tăng áp

- Bằng cách thay đổi tỉ số γ giữa T1 :thời gian đóng S và T=T1+T2 : chu kỳ đóng ngắt

S, ta điều khiển công suất phát từ nguồn E cũng như công su ất tr ả về ngu ồn U.
Có thể xác
định độ lớn chúng thông qua trị trung bình điện áp và dòng đi ện t ải.