Bài giảng Điện tử công suất 1: Chương 3 - PGS. TS. Phan Quốc Dũng

CHƯƠNG 3

BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU


CHƯƠNG 3

Chức năng : Dùng để điều khiển trò hiệu dụng điện áp xoay chiều
ngõ ra bộ biến đổi có nguồn ngõ vào có dạng điện áp xoay chiều
không đổi.

~ AC

~ AC
BBĐ


CHƯƠNG 3

Ứng dụng:
-Các thiết bò nhiệt điện (lò điện, thiết bò tiêu thụ nhiệt điện trong gia
đình)
-Đóng ngắt đèn và điều khiển độ sáng (trên sân khấu, đèn quảng
cáo…)
-Các động cơ không đồng bộ công suất nhỏ và trung bình (truyền
động của các máy quạt, máy bơm, máy xay)
-Các truyền động nhỏ với các động cơ vạn năng công suất nhỏ
(dụng cụ điện cầm tay, máy sấy, máy trộn)
-Hệ thống bù nhuyễn công suất phản kháng

CHƯƠNG 3

Phân loại:
1. Theo số pha:
1 pha
3 pha
m pha
2. Theo dạng mạch:
Cơ bản (đối xứng)
Tiết kiệm (không đối xứng)
3. Nguyên tắc điều khiển bộ biến đổi:
Điều khiển pha
Điều khiển theo thời gian


CHƯƠNG 3

Caùc loaïi khoaù xoay chieàu baùn daãn:


CHƯƠNG 3

Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải R,L,RL
2. Phân tích :
- Xác đònh các khoảng dẫn linh kiện
- Thiết lập phương trình áp và dòng
- Vẽ các giản đồ
- Các hệ quả

CHƯƠNG 3

Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải R
1. Sơ đồ :


CHƯƠNG 3

Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải R
1. Trạng thái 0:

[0 … α]

u z = 0; i z = 0;
uV 1 = u = U m sin ωt > 0; iV 1 = 0;
uV 2 = −uV 1 = −U m sin ωt < 0; iV 2 = 0;


CHƯƠNG 3

Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải R
2. Trạng thái V1:

[α - π]

uV 1 = 0; u z = u = U m sin ωt ;
iV 1 = i z ; i z = u z
uV 2 = 0; iV 2

R

= 0;

;


CHƯƠNG 3

Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải R

3. Trạng thái 0:

[ π …π+α ]

u z = 0; iz = 0;
uV 1 = u = U m sin ωt < 0; iV 1 = 0;
uV 2 = −uV 1 = −U m sin ωt > 0; iV 2 = 0;


CHƯƠNG 3

Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải R

4. Trạng thái V2:

[π+α …2π ]

uV 2 = 0; u z = u = U m sin ωt ;
iV 2 = −i z ; i z =

uz

uV 1 = 0; iV 1 = 0;

R

;


CHƯƠNG 3

Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải R


CHƯƠNG 3

Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải R
Trò hiệu dụng điện áp trên tải :

Uz =

1

π

U
∫
πα

2
m

(sin ωt )2 d (ωt ) = U .

α sin 2α
1− +
π
2π


CHƯƠNG 3

Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải R
Trò hiệu dụng dòng tải :

Iz =

Uz
=
R

U ⋅ 1−

α sin 2α
+
π
2π
R


CHƯƠNG 3

Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải R
Hệ số công suất nguồn :

U z2

Pz
Uz
α sin 2α
R
=
=
= 1− +
λ=
S
U .I z
U
π
2π


CHƯƠNG 3

Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải R
Đặc tuyến điều khiển trò hiệu dụng điện áp tải và hệ số công suất

Dien ap tai uz, [V]

250
200

150
100
50

He so cong suat lamda

0
0

0.5

1

1.5
2
2.5
Goc dieu khien alpha, [rad]

3

3.5

0

0.5

1

1.5
2

2.5
Goc dieu khien alpha, [rad]

3

3.5

1
0.8
0.6
0.4
0.2
0


CHƯƠNG 3

Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải L

1. Trạng thái 0:

u z = 0; i z = 0;
uV 1 = u = U m sin ωt > 0; iV 1 = 0;
uV 2 = −uV 1 = −U m sin ωt < 0; iV 2 = 0;


CHƯƠNG 3

Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải L
2. Trạng thái V1:

uV 1 = 0; u z = u = U m sin ωt ;
iV 1 = i z ;
uV 2 = 0; iV 2 = 0;
Phương trình dòng điện :

U m ωt
Um
di z
L
= U m sin ωt ⇒ i z =
sin
ω
t
d
(
ω
t
)
=
(cosα − cos ωt )
∫
dt
ωL α
ωL


CHƯƠNG 3

Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải L

Giản đồ áp tải và dòng tải


CHƯƠNG 3

Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải L
Giản đồ áp và dòng linh kiện


CHƯƠNG 3

Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải L
Trò hiệu dụng áp tải : Khi góc điều khiển α > π/2

 α sin (2α ) 
Uz =
U (sin ωt ) d (ωt ) = U 21 − +

∫
π α
2π 
 π
1

2π −α

2
m

2

U
3 sin (2α )
 α
2
Iz =
iz d (ωt ) =
21 −  1 + 2 cos α +
∫
π α
ωL  π 
π
1

2π −α

2

(

)


CHƯƠNG 3

Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải RL
Góc tới hạn ϕ là góc điều khiển mà dòng điện tải ở ranh giới giữa chế độ
dòng điện gián đoạn và dòng liên tục. Với tải RL, góc tới hạn cho bởi hệ
thức:

ϕ = arctg

ω .L
R

0 ≤ α ≤ ϕ : Dòng tải iz liên tục, uz=u; Uz =U (không đổi).
ϕ ≤ α ≤ π : Dòng tải gián đoạn, trò hiệu dụng Uz thay đổi


CHƯƠNG 3

Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải RL
Phân tích trường hợp dòng tải gián đoạn:
a) Trạng thái 0: Ta có các phương trình áp và dòng:

u z = 0; i z = 0;
uV 1 = u = U m sin ωt > 0; iV 1 = 0;
uV 2 = −uV 1 = −U m sin ωt < 0; iV 2 = 0;


CHƯƠNG 3

Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải RL
b) Trạng thái V1:
uV 1 = 0; u z = u = U m sin ωt ;
iV 1 = i z ;
uV 2 = 0; iV 2 = 0;

Phương trình dòng tải:
diz

= U m sin ωt
dt
ωt − α
−


Um
ωτ
sin
(
ω
t
ϕ
)
sin
(
α
ϕ
)
e
⇒ iz =
−
−
−
⋅


2
2
R + (ωL ) 


Riz + L


CHƯƠNG 3

Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải RL
b) Trạng thái V1: với ϕ là góc tới hạn, τ = L/R – thời hằng
điện. Dòng tải iz tăng dần từ thời điểm α, đạt giá trò cực đại.
Sau đó giảm về 0 ở ωt =β, V1 ngắt ở thời điểm này
c) Trạng thái 0:

[β … π+α]

u z = 0; i z = 0;
uV 1 = u = U m sin ωt < 0; iV 1 = 0;
uV 2 = −uV 1 = −U m sin ωt > 0; iV 2 = 0;
Ở thời điểm ωt = π+α, tín hiệu kích IG2 > 0 ⇒ Thyristor V2
đóng