THIẾT KẾ BỘ BĂM XUNG ÁP MỘT CHIỀU KHÔNG ĐẢO CHIỀU CÓ ĐIỆN ÁP VÀO TỪ 024v

Lời nói đầu
Như đã biết ứng dụng của Điện tử công suất trong truyền động điện – điều
khiển tốc độ động cơ là lĩnh vực quan trọng và ngày càng phát triển. Các nhà
sản xuất không ngừng cho ra đời các sản phẩm và công nghệ mới về các phần tử
bán dẫn công suất và các thiết bị điều khiển đi kèm. Do đó khi thực hiện đồ án
chúng em đã cố gắng cập nhật những kiến thức mới nhất, những công nghệ mới
trong lĩnh vực điều khiển các phần tử bán dẫn công suất.
Với yêu cầu thiết kế bộ băm xung một chiều không đảo chiều để phục vụ
các mục đích đưa ra, chúng em đã cố gắng tìm hiểu về các phương án công
nghệ sao cho bản thiết kế vừa đảm bảo yêu cầu kĩ thuật, yêu cầu kinh tế. Với hi
vọng đồ án điện tử công suất này là một bản thiết kế kĩ thuật có thể áp dụng
trong thực tế nên chúng em đã cố gắng mô tả cụ thể, tỉ mỉ và tính toán cụ thể
các thông số của sơ đồ mạch.
Tuy nhiên do trình độ hiểu biết của chúng em còn hạn chế nên không thể
tránh khỏi những sai sót. Chúng em mong nhận được sự phê bình, góp ý của các
thầy cô để giúp chúng em hiểu rõ hơn các vấn đề trong đồ án cũng như những
ứng dụng thực tế của nó để bản đồ án của chúng em được hoàn thiện hơn. Trong
quá trình làm đồ án chúng em đã nhận được sự giúp đỡ, hướng dẫn của thầy
Nguyễn Văn Tiến. Chúng em xin chân thành cảm ơn!
Nguyễn Trung Thành

Cao Hồng Lương

MỤC LỤC
1

Mai Đồng Tiến


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠCH XUNG ÁP MỘT CHIỀU
1.1: GIỚI THIỆU VỀ BỘ BIẾN ĐỔI XUNG ÁP

Để cắt điện áp nguồn người ta thường dùng các khóa điện tử công suất vì
chúng có đặc tính tương ứng với khóa lý tưởng, tức là khi khóa dẫn điện (đóng)
điện trở của nó không có đáng kể, còn khi khóa bị ngắt (mở ra) điện trở của nó
vô cùng lớn (điện áp trên tải sẽ bằng không). Trên hình 1.1 là sơ đồ nguyên lý
và sơ đồ đường cong điện áp.

Hình 1. 1 Sơ đồ nguyên lý và đường cong điện áp
Các bộ băm áp một chiều thường gặp hiện nay là các bộ băm áp nối tiếp. Trong
phần thiết kế này quan tâm nhiều đến các loại băm áp đó. Trong khoảng thời
gian 0 ÷ t1, khóa K đóng lại, điện áp trên tải sẽ có giá trị điện áp nguồn ( = E).
Còn trong khoảng t1 ÷ t2 thì khóa K mở ra và điện áp = 0.
Như vậy giá trị trung bình của điện áp trên tải sẽ là:
(1.1)
Nếu coi γ = thì:
(1.2)
Trong đó:
-

:
:
:

điện áp tải một chiều
điện áp nguồn cấp một chiều
khoảng thời gian đóng khóa K
2


-

:
γ:

chu kì đóng cắt khóa K
độ rộng xung điện áp

Như vậy bộ biến đổi xung áp có khả năng điều chỉnh và ổn định điện áp ra
trên phụ tải.
Nó có những ưu điểm cơ bản:
•

Hiệu suất cao vì tổn hao công suất trong bộ biến đổi không đánh kể so

•

với các bộ biến đổi liên tục;
Độ chính xác cao cũng như ít chịu ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường, vì
yếu tố điều chỉnh là thời gian đóng khóa K mà không phải là giá trị điện

•
•

trở của các phần tử điều chỉnh thường gặp trong các bộ biến đổi liên tục;
Chất lượng điện áp tốt hơn so với các bộ biến đổi liên tục;
Kích thước gọn, nhẹ.

Nhược điểm cơ bản của các bộ biến đổi xung áp là:
•

Cần có bộ lọc đầu ra, do đó làm tăng quán tính của các bộ biến đổi khi

•

làm việc trong hệ thống kín;
Tần số đóng cắt lớn sẽ tạo ra nhiễu cho nguồn cũng như các thiết bị điều
khiển.

Đối với các bộ biến đổi công suất trung bình (hàng chục kW) và nhỏ (vài
kW), người ta thường dùng các khóa điện tử là các bóng bán dẫn lưỡng cực
IGBT. Trong trường hợp công suất lớn (vài trăm kW trở lên) người ta thường
dùng GTO hoặc triristo. Tùy thuộc đầu vào điện áp mà người ta chia ra: bộ biến
đổi xung áp có đảo chiều và bộ biến đổi xung áp không đảo chiều
1.1.1: Mạch xung áp xoay chiều
Các bộ biến đổi xung áp xoay chiều có bản chất là các bộ biến đổi phụ
thuộc, giống như các bộ chỉnh lưu, điều chỉnh điện áp ra bằng cách thay đổi góc
điều khiển α. Bộ điều chỉnh xung áp xoay chiều cần điều chỉnh giá trị điện áp
xoay chiều, tần số sóng hài cơ bản không đổi, bằng tần số của điện áp lưới.
Dùng tiristo song song ngược, triac, thay đổi điện áp trong mỗi nửa chu kỳ điện
áp lưới theo góc mở α.
Ưu điểm:
3


•
•

Đơn giản;
Tin cậy.

Các sơ đồ van được thể hiện qua hình 1.2

Hình 1. 2 Sơ đồ van
Trong đó:
a. Cặp thyristor song song ngược
b. Cầu diod
c. Triac
a.

Xung áp xoay chiều một pha

Tải thuần trở
•
•

Điện áp trên tải phụ thuộc góc điều khiển α;
Giá trị hiệu dụng của điện áp trên tải.

Hình 1. 3 Điện áp trên tải và giá trị hiệu dụng

(1.3)
Tải trở cảm
4


Khi một Thyristo nào đó thông, tải R-L được nối vào nguồn xoay chiều
Ri +Xi = sin

(1.4)

Nghiệm của phương trình:

Z=

Q=

ϕ = arctgQ

I = [sin() + sin(α-ϕ)]

(1.5)

Phương trình góc dẫn van:
Sin (α + λ – ϕ) - sin(α – ϕ) = 0 (1.6)
Tải thuần cảm
Các ứng dụng cực kỳ quan trọng trong các cuộn kháng điều khiển được
(Thyristor Controlled Reactor – TCR). TCR được sử dụng rộng rãi trong các
thiết bị bù trong hệ thống truyền tải điện cao thế như SVC, TCSC.

Biên độ của dòng qua cuộn cảm:
(α) = (1 - α - sin2α)

(1.7)

Điện dẫn thay thế tương đương:
(α) = (1 - α - sin2α)

(1.8)

Theo điện dẫn tương đương có thể đường cong điện áp và dòng điện thể hiện

Hình 1. 4 Đường cong điện áp và dòng

5
điện


b. Xung áp xoay chiều ba pha
Sơ đồ van được thể hiện qua hình 1.5:
(a) Sơ đồ Thyristor song song ngược
(b) Sơ đồ Thyristor đấu tam giác

Hình 1. 5 Sơ đồ van đấu song song ngược và đấu tam giác

1.1.2: Mạch xung áp một chiều
Các bộ biên đổi xung áp một chiều có vai trò đặc biệt quan trọng trong
phạm vi ứng dụng ngày càng to lớn. Nếu điện áp xoay chiều có thể dùng máy
biến áp để biến đổi điện áp thì điện áp một chiều bắt được phải dùng bộ biến đổi
xung áp. Các bộ biến đổi xung áp dần loại trừ các loại biến áp tần số thấp trong
các bộ nguồn, dẫn đến kích thước các thiết bị điện tử ngày càng nhỏ gọn. Hai
loại bộ biến đổi xung áp một chiều: các bộ băm xung áp (chopper) và các bộ
biến đổi nguồn DC-DC.
Ưu điểm:
• Sử dụng các phần tử MOSFET, IGBT, đặt biệt là MOSFET, với các
tần số đóng cắt cao, vài chục đến vài trăm kHz;

6