Tài liệu MẠCH LỌC CHO BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU ppt

Điện tử công suất 1
4.5 MẠCH LỌC CHO BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU
4.5.1 MẠCH LỌC ĐIỆN ÁP NGÕ VÀO
Trong hoạt động của các bộ biến đổi điện áp một chiều, dòng
điện qua nguồn điện áp U thay đổi dạng xung với tần số sóng hài cơ
bản của dòng bằng tần số đóng ngắt công tắc. Khi nguồn chứa cảm
kháng trong L
s
hoặc chiều dài dây dẫn đấu từ nguồn đến bộ biến đổi
tạo nên cảm kháng đường dây không thể bỏ qua, việc thay đổi dòng
điện qua nguồn dạng xung sẽ tạo nên phản điện áp trên cảm kháng L
s
.
Do đó, điện áp nguồn cung cấp thực tế cho bộ biến đổi bò biến dạng
và bò sụt áp. Để hạn chế sự biến dạng của áp nguồn một chiều, ở ngõ
vào
của bộ biến đổi được trang bò mạch lọc C hoặc LC (hình H4.17).


Để đơn giản việc tính toán mạch lọc, ta giả thiết dòng tải i
t
không
đổi. Do tần số đóng ngắt công tắc S lớn nên ta có thể giả thiết dòng
điện i

qua nguồn không đổi trong chu kỳ đóng ngắt. Độ lớn điện áp
trên tụ C
f
giả thiết có giá trò U
cmin
đạt được ở cuối khoảng thời gian T

1
.
Ta xét một chu kỳ làm việc ở xác lập.
Năng lượng do nguồn U cung cấp: W
ng
= U.I.T (4.23)
Năng lượng tải tiêu thụ W
t
= U
t
. I
t
.T (4.24)
Do U
t
= U và W
γ
ng
= W
t
nên suy ra :
I =
γ
. I
t
(4.25)
Tụ lọc C
f
tích điện trong khoảng thời gian T
2

bởi dòng điện i
C
= i
làm điện áp trên nó tăng từ U
cmin
đến U
cmax
. Ta co:ù


f
T
T
f
T
T
c
f
cc
C
TTI
dt
C
I
dti
C
uu
)(
..
minmax

1
11
1 −
===−
∫∫
(4.26)

Thay hệ thức tính I ta được :
γγ−=−γ=∆=− ).1(
f.C
I
)TT.(.
C
I
Uuu
f
t
1
f
t
cmincmaxc
(4.27)

Nếu điều khiển bộ biến đổi theo phương pháp tần số không đổi
f=const và do
.(1- )≤1/4 khi 0≤
γ γ γ
≤1, nên ta suy ra:

4-11

Điện tử công suất 1


maxc
f
t
c
U
f.C.4
I
U ∆<<∆
(4.28)

Chọn I
t
=I
tmax
. Ta có:

maxc
maxt
f
U.f.4
I
C
∆
>
(4.29)
Nếu ta điều khiển bộ biến đổi theo dòng điện yêu cầu, ta có thể
dẫn giải gần đúng :

maxc
maxtmaxt
c
U
Cf.U
i.L.
I
U ∆<
∆
<∆
(4.30)
Từ đó:

maxc
maxtmaxt
f
U.U
i.L.
I
C
∆
∆
>
(4.31)
L là cảm kháng mạch tải (L=L
ph
+L
t
) và ∆i

max
là độ nhấp nhô lớn
nhất cho phép của dòng điện tải.
Cảm kháng L
s
của nguồn và tụ C
f
hình thành dạng mạch cộng
hưởng với tần số riêng f
r
. Tần số đóng ngắt công tắc S phải tránh chọn
ở lân cận tần số này. Thực tế, có thể lấy giá trò f thỏa mãn điều kiện f
> ( 2-3).f
r
.
Trường hợp sử dụng mạch nguồn không đổi như acquy, pin, ta
không cần thiết sử dụng mạch lọc .

4.5.2 MẠCH LỌC ĐIỆN ÁP NGÕ RA
Điện áp ngõ ra của bộ biến đổi áp một chiều có dạng xung.
Thành phần xoay chiều của điện áp ra tác dụng làm dòng điện tải bò
nhấp nhô. Tương tự như trường hợp bộ chỉnh lưu, dòng tải có thể phân
tích làm hai thành phần: thành phần dòng trung bình và thành phần
dòng xoay chiều. Thành phần xoay chiều của dòng điện tải gây bất lợi
cho hoạt động mạch tải có thể hạn chế bằng cách tăng tần số sóng hài
cơ bản của nó, tăng cảm kháng mạch tải hoặc dùng tụ lọc (hình
H4.18)


Mạch lọc chứa tụ có thể áp dụng cho tải công suất nhỏ và cảm

kháng L
ph
cho mạch tải công suất lớn hơn .

4-12
Điện tử công suất 1
Trường hợp sử dụng cảm kháng phụ L
ph

Do tác dụng lọc của cuộn kháng lọc L
ph
, điện áp trực tiếp tác
động trên tải u
t
bò nắn gần phẳng .
Để xác đònh độ lớn của L
ph
từ điều kiện độ nhấp nhô cho phép
của dòng điện tải, ta phân tích quá trình dòng điện qua tải i
t
phụ thuộc
vào tham số mạch, áp nguồn và tần số đóng ngắt f.
Kết quả phân tích xác đònh độ nhấp nhô dòng điện :

⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜

⎝
⎛
−
−
−
=−=∆
τ
−
τ
τ
−
2
1
T
T
T
mintmaxt
e1
e1
e1
.
R
U
iii
(4.32)
với T =
f
1

T

1
,T
2
lần lượt là thời gian đóng và ngắt công tắt S.

R
L
=
τ
,
L = L
ph
+ L
t
(4.33)
Khi
τ
T
nhỏ, tức
R
fL.
đủ lớn, ta dùng phân tích chuỗi Mac Laurin.
Kết quả cho ta:

()
L.f.4
U
1
L.f
U

i <γ−γ≈∆
(4.34)
Để ý rằng hàm
( 1 - ) đạt cực đại bằng
γ γ
4
1
khi
γ
=
2
1
, ta có:

Lf
U
i
..4
<∆
(4.35)
Điều kiện ∆i < ∆i
max
luôn thỏa mãn, nếu như ta có:
max
..
i
Lf
U
∆<
4

(4.36)
Từ đó, ta xác đònh L theo điều kiện:
L = L
ph
+ L
t
>
max
.. if
U
∆4
(4.37)
Việc xác đònh độ lớn L có thể đơn giản hơn nếu ta để ý trò hiệu
dụng thành phần xoay chiều dòng tải có thể tính gần đúng theo hệ
thức:

()
()
() ()
2
2
2
2
1
1
L.f..2R
U
L.f..2R
U
II

π+
≈
π+
=≈
σ
σ
σσ
(4.38)
U
σ
, I
σ
là trò hiệu dụng thành phần xoay chiều của điện áp và dòng
tải.
U
σ(1)
, I
σ(1)
là trò hiệu dụng thành phần xoay chiều hài cơ bản của
điện áp và dòng tải.
Xét bộ giảm áp, dạng áp tải chứa thành phần xoay chiều:

4-13
Điện tử công suất 1

() ()() ()
U.1dtU.dtU.U
T
1
dt.Uu

T
1
U
T
T
2
T
0
2
T
0
2
tt
1
1
γ−γ=
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎣
⎡
γ−+γ−=−=
∫∫∫
σ

(4.39)
Giá trò cực đại của U

σ
xảy ra khi
γ
=
1
2
.

4.6 BỘ GIẢM ÁP DÙNG SCR VÀ MẠCH TẮT CƯỢNG BỨC
Công tắc S trong bộ biến đổi một chiều phải thuộc loại linh kiện điều khiển
ngắt dòng được như transisor BJT, MOSFET, IGBT hoặc GTO. Trong trường hợp công
suất tải lớn, ta có thể sử dụng thyristor (SCR) làm công tắc. Lúc đó, khi đưa xung kích
vào mạch cổng, ta chỉ có thể điều khiển đóng SCR, chức năng ngắt dòng điện qua
SCR có thể thực hiện bằng mạch phụ. Nhóm mạch phụ này được gọi là bộ chuyển
mạch. Như vậy, về chức năng, SCR kết hợp với bộ chuyển mạch thực hiện vai trò của
một công tắc S như transistor. Bộ chuyển mạch có nhiều loại. Trong phần dưới đây, ta
khảo sát bộ chuyển mạch loại dao động.





Trên hình H4.19 vẽ bộ giảm áp sử dụng bộ chuyển mạch (BCM) thông dụng.
BCM này gọi là BCM có một mạch dao động loại 1. Công tắc S gồm thyristor chính
V
1
và bộ chuyển mạch gồm thyristor phụ V
2
, tụ và cảm kháng chuyển mạch L
1

,C và
diode V
3
. Công tắc S được đóng bằng cách kích đóng SCR chính V
1
, và S được ngắt
bằng cách kích đóng SCR phụ V
2
.

4-14
Điện tử công suất 1

Bởi vì thời gian chuyển mạch trong phần lớn các trường hợp rất nhỏ nên có
thể xem trong thời gian chuyển mạch dòng điện qua tải không thay đổi.
Ngoài ra, việc phân tích có thể đơn giản bằng cách giả thiết rằng dòng điện
tải được nắn lý tưởng (L→∞).
Nguồn điện áp được xem là lý tưởng. Khi phân tích, ta giả thiết rằng, bộ giảm
áp đang làm việc ở trạng thái xác lập.


Phân tích và tổng hợp BCM trong bộ giảm điện áp: (xem hình H4.20)

Trạng thái V
0
-khoảng (0,t
1
): dòng điện tải i
t
= I đi qua V

0
. Trên tải và V
0
xuất
hiện điện áp bằng 0. Tụ chuyển mạch chòu tác dụng của điện áp :

4-15