Tài liệu CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU docx

Điện tử công suất 1


3.4 - CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY
CHIỀU

3.4.1. ĐIỀU KHIỂN PHA (xem hình H3.2)
Với phương pháp điều khiển pha thông thường, xung kích đóng được đưa vào cổng
điều khiển tại vò trí trễ đi một góc
α
so với vò trí xuất hiện áp khóa trên linh kiện.
Điện áp nguồn xoay chiều đóng vai trò điện áp chuyển mạch, tác dụng giảm dòng
điện qua linh kiện và ngắt nó.
Điện áp ngõ ra chứa thành phần hài cơ bản có tần số bằng tần số áp nguồn và các
thành phần bậc cao khác. Độ lớn của các sóng hài phụ thuộc vào góc điều khiển và cấu
hình mạch công suất.
Trường hợp điều khiển pha với quá trình chuyển mạch cưỡng bức: điều khiển vò trí
kích đóng dòng điện và đồng thời điều khiển cả vò trí ngắt dòng điện tải. Cấu hình mạch
phải chứa bộ chuyển mạch hoặc linh kiện tự chuyển mạch. Với phương pháp này, điện áp
ngõ ra có thể có dạng đối xứng. Nếu trong mỗi nửa chu kỳ áp nguồn, ta thực hiện điều rộng
xung, hệ số biến dạng và phổ các hài bậc cao sẽ được hạn chế rất nhiều.

3.4.2. ĐIỀU KHIỂN TỈ LỆ THỜI GIAN
(Time duty ratio Control; Cycle Control)
Xem hình H3.14- thực hiện bằng cách cho xung kích đóng các linh kiện liên tục
trong thời gian bằng số nguyên lần chu kỳ (m) điện áp nguồn và sau đó ngắt (khoá) xung
kích liên tục trong một số nguyên lần chu kỳ (n).
Phương pháp này không sử dụng khi tải có hằng số thời gian đáp ứng tương đương
với chu kỳ áp nguồn xoay chiều, ví dụ không thể dùng để điều khiển độ sáng bóng đèn dây
tóc, không dùng để điều khiển vận tốc động cơ có moment quán tính nhỏ.
Phương pháp điều khiển tỉ lệ thời gian với thờøi điểm kích đóng tại điểm 0 của áp

nguồn (zero voltage switching ) được ứng dụng để điều khiển lò điện trở, lò hồ quang điện,
lò nướng gia đình.... vì ít ảnh hưởng lên lưới điện, đồng thời hạn chế tổn hao phát sinh do
chế độ đóng ngắt linh kiện tạo nên.
Bộ biến đổi làm việc như một công tắc xoay chiều đóng mở tuần hoàn. Hình H3.14a
vẽ điện áp và dòng điện tải khi ta áp dụng phương pháp điều khiển ở trên với tải chỉ chứa
điện trở R. Từ hình vẽ H3.14a, ta suy ra trò hiệu dụng của điện áp tải là:
T
t
.UU
t
t
=
. Trên
hình H3.14b vẽ quá trình các đại lượng cho trường hợp tải RL.
Phương pháp điều khiển nêu trên phù hợp cho các nguồn cung cấp năng lượng cho
các thiết bò tiêu thụ nhiệt điện. Ta không nên dùng chúng làm nguồn năng lượng cho các
đèn chiếu sáng cũng như trong các động cơ điện.


5-11
Điện tử công suất 1





Ví dụ 3.1:
Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha cấp nguồn cho tải thuần trở R=10Ω.
Nguồn xoay chiều có trò hiệu dụng bằng 220V, 50Hz. Góc điều khiển
α

π
=
2
[ rad ]
a. Tính trò hiệu dụng áp tải
b. Tính công suất tiêu thụ của tải
c. Tính hệ số công suất
d. Để đạt được công suất tải bằng 4 kW, tính độ lớn góc kích α
e. Đònh mức linh kiện sử dụng
Giải:
a. Trò hiệu dụng của áp tải

5-12
Điện tử công suất 1


]V[56,155220.
.2
2
.2sin
2
1
U.
2
2sin
1U
2
1
2
1

t
=
⎟
⎟
⎟
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎜
⎜
⎜
⎝
⎛
π
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
π
+
π
π
−=
⎟
⎠

⎞
⎜
⎝
⎛
π
α
+
π
α
−=

b. Công suất tiêu thụ của tải
]W[2420
10
56,155
P
U.
R
1
dX.
R
u
2
1
dX.i.u
2
1
P
2
t

2
0
2
0
2
t
2
t
ttt
==
=
π
=
π
=
∫∫
ππ

c. Hệ số công suất nguồn ( bỏ qua tổn hao trên SCR )
707,0
10
56,155
.220
2420
R
U
.U
P
I.U
P

I.U
P
S
P
PF
t
t
t
ttt
==λ
=====λ

d. Khi P
t
= 4 kW, ta có:
]V[20010.4000R.PU
tt
===
.
Trên đặc tính U
t
(α), Ta xác đònh góc α tương ứng với U
t
= 200V là α =
0,99979[rad] hay α=57,28
0
e. Áùp làm việc lớn nhất của SCR:
][. VUU
RWMDWM
3112220 ===

Chọn hệ số an toàn áp: K
u
= 2,5 ta có tham số SCR cần chọn thỏa mãn điều
kiện:
U
DRM
= U
RRM
> 2,5.311 = 778[V]
Trò trung bình dòng qua SCR (α=0):

]A[9,9
10.
220.2
R.
U2
I
dX.
R
Xsin.U.2
2
1
dX.i
2
1
I
VAV
0
2

0
tVAV
=
π
=
π
=
π
=
π
=
∫∫
ππ

Tròï hiệu dụng dòng qua SCR

][,
.
.
.
sin..
A
R
U
dX
R
XU
I
RMS
5515

102
2202
2
22
2
1
2
1
2
0
2
===
⎟
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎜
⎝
⎛
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛

=
∫
π
π


Ví dụ 3.2
Công tắc xoay chiều ba pha dạng đầy đủ mắc vào tải theo cấu hình sao. Công
suất tải P= 20kW, hệ số công suất 0,707. Đònh mức áp và dòng cho linh kiện. Áp
nguồn có trò hiệu dụng áp dây 440V
Giải:
Dòng điện qua mỗii pha có trò hiệu dụng

5-13
Điện tử công suất 1


][,
,..cos..
A
U
P
I 11937
70704403
20000
3
0
===
ϕ

Dòng đỉnh qua SCR
][,,.. AII
m
5521193722 ===

Dòng trung bình qua SCR
][,
,
A
I
I
m
AV
7116
552
===
ππ

Trò hiệu dụng dòng qua SCR
][,
,
A
I
I
m
RMS
2526
2
552
2

===

Điện áp đỉnh đặt lên SCR
][,.. VUUU
RWMDWM
362244022 ====


Ví dụ 3.3
Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha mắc vào tải L. Tính trò hiệu dụng áp và
dòng tải khi
3
2
π
α
=
[rad]. Tính công suất phản kháng của sóng hài cơ bản. Cho biết
L=0,01H, áp nguồn U = 220V, ω = 314 rad/s
Giải:
]V[566,137
2
3
2
.2sin
3
2
12.220
2
2sin
12.UU

t
=
⎟
⎟
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎜
⎜
⎝
⎛
π
π
+
π
π
−=
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
π
α
+
π

α
−=

()
α
π
+α+
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
π
α
−
ω
= 2sin
3
cos2112
L.
U
I
2
t

]A[142,29
3
2
.2sin.

3
3
2
cos21
3
2
1.2.
01,0.314
220
I
2
t
=
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
π
π
+
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
π
+

⎟
⎟
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎜
⎜
⎝
⎛
π
π
−=

Công suất phản kháng của sóng hài cơ bản:
Q
(1)
= U
S
.I
t(1)
với
()
π<α<
π
α+α−π
ωπ
=

2
2sin22.
L..
U
I
S
)1(t

]A[395,27I
3
2
.2sin
3
2
.22.
01,0.314.
220
I
)1(t
)1(t
=
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
⎟
⎠
⎞

⎜
⎝
⎛
π
+
π
−π
π
=


Ta được Q
(1)
= 220.27,397 = 6025,8 Var

Ví dụ 3.4
Mạch động lực của bộ bù nhuyễn một pha gồm tụ bù C mắc song song với
cuộn kháng L qua bộ biến đổi áp xoay chiều (hình H3.15). Dòng bù được điều khiển

5-14
Điện tử công suất 1


bằng cách thay đổi góc kích α trong khoảng
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛

π
π
,
2
. Áp nguồn xoay chiều có trò hiệu
dụng U = 220V, ω = 314 rad/s, công suất bù của tụ Q
C
= 10 kVAr
a/- Tính độ lớn cuộn kháng L để có thể bù công suất với độ lớn thay đổi từ
Q
min
=0 đến Q
max
= 10 kVAr.
b/- Với L tính được, xác đònh dòng bù tổng ( hài cơ bản) ứng với các trường
hợp góc điều khiển
πα
π
α
π
α
π
α
====
4321
6
5
3
2
2

;;;


Giải:
a/- Công suất bù của tụ:
2
2
UC
X
U
Q
C
C
..
ω
==

Công suất bù của cuộn kháng:
L
U
X
U
Q
L
L
.
ω
22
==

Để bù đến cosϕ = 1, ta cần có Q
C
= Q
L

Từ đó:
C
L
.
2
1
ω
=

][.,
.
.
.
F
U
Q
C
C
6
22
1099657
220314
00010
−
===

ω

()
][,
.,.
HL 01540
1099657314
1
62
==
−

b/- Dòng bù tổng:
i
bù
=
()
1
1tC
L..j
U
U..C.jii
ω
+ω=+

với
()
[]
α+α−π
ωπ

==
ω
2sin22
L..
U
I
L.
U
S
1L
1

Ta có kết quả:
I
bù
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
=
2
π
α
= 45,477-25,655=19,821A

5-15