Tài liệu Chương 4: Bộ biến đổi và bộ khóa một chiều pdf

Chương 4: Bộ biến đổi
và bộ khóa
một chiều
4.1 Khái niệm chung – Phân loại
4.2 Bộ khóa một chiều
Đóng cắt dòng điện một chiều
Sơ đồ nguyên lý sử dụng GTO
a)
V
U
V0
L
R
i
Z
Z
i
G
i
V0
i
V
L
R
0
0
i
G
i
V
i

V0
t
R
L
Đóng
Cắt
Khi sử dụng thyristor:
Mở - Đóng
Đóng – Cắt
ĐÓNG
ĐÓNG
CẮT
S
BCM
S
S
PS
Z
V0
OS
OS
S
PS
t
4.3 Phân loại thiết bị biến đổi một chiều
4.3.1 Phân loại theo phương pháp biến đổi
•Trực tiếp – bộ biến đổi xung
• Gián tiếp
4.3.2 Phân loại theo chức năng biến đổi
•Giảm áp – mắc nối tiếp

• Tăng áp – mắc song song
• Điều khiển xung giá trị điện trở
4.3.3 Phân loại theo phương pháp điều khiển
•Tần số xung
• Độ rộng xung
• Hai giá trị
Nghịch lưu
Chỉnh lưu
có điều khiển
U
U
Z
4.4 Nguyên lý làm việc của các bộ biến đổi xung
4.4.1 Bộ biến đổi giảm áp – mắc nối tiếp
• Nguyên lý làm việc
Nhịp S:
u
Z
= U
i
Z
= i
S
: tăng theo đường cong
hàm mũ về giá trị (U - E
ư
)/R
Năng lượng từ nguồn U,
một phần tích lũy vào
cuộn L, phần lớn nạp

cho E
ư
, phần còn lại tiêu
tốn trên R
Nhịp S kéo dài trong khoản thời gian T
1
. Kết thúc khi tín hiệu “cắt” đưa vào khóa S.
u
c
S
i
S
U
i
V0
V0
R
L
u
Z
i
Z
Z
u
Z
0
0
SV0SV0S
U
U

Zi
t
T
1
T
2
T
i
S
i
V0
I
Z
∆i
Z
i
ZM
i
ZMIN
t
Nhịp V0:
u
Z
= 0
i
Z
= i
V0
: giảm theo đường cong
hàm mũ về giá trị -E

ư
/R
Năng lượng trước đây tích
lũy trong cuộn L được giải
phóng, phần lớn nạp cho
E
ư
, phần còn lại tiêu tốn
trên R
Nhịp V kéo dài trong khoản thời gian T
2
. Kết thúc khi tín hiệu “đóng” đưa vào
khóa S.
u
c
S
i
S
U
i
V0
V0
R
L
u
Z
i
Z
Z
u

Z
0
0
SV0SV0S
U
U
Zi
t
T
1
T
2
T
i
S
i
V0
I
Z
∆i
Z
i
ZM
i
ZMIN
t
•Giátrị trung bình điện áp trên tải
zUU
T
T

U
Zi
==
1
z: tỷ số chu kỳ
0  z  1
0  U
zi
 U
Zi
z
UE
I
R
−
=
−
u
c
S
i
S
U
i
V0
V0
R
L
u
Z

i
Z
Z
u
Z
0
0
SV0SV0S
U
U
Zi
t
T
1
T
2
T
i
S
i
V0
I
Z
∆i
Z
i
ZM
i
ZMIN
t

4.4.2 Bộ biến đổi tăng áp – mắc song song
• Nguyên lý làm việc
Nhịp S:
u
Z
= 0
i
Z
= i
S
; tăng theo đường cong
hàm mũ, về giá trị E
ư
/R
Năng lượng từ nguồn E
ư

được tích lũy phần lớn
vào cuộn L, phần còn lại
tiêu tốn trên điện trở R
Nhịp S kéo dài trong khoảng thời gian T
1
. Nhịp kết thúc khi tín hiệu “cắt” đưa vào S
u
c
i
V0
V0
i
S

S
i
Z
Z
U
R
L
u
Z
S V0 V0SS
T
1
T
2
T
0
U
U
Zi
t
u
Z
i
S
i
V0
i
ZMIN
i
ZM

t
Nhịp V0:
u
Z
= U
i
Z
= i
V0
; giảm theo đường
cong hàm mũ, về giá trị
(E
ư
–U)/R < 0
Năng lượng từ nguồn E
ư
cùng với năng lượng đã
tích lũy trong cuộn L ở
nhịp trước, tiêu tốn một
phần trên điện trở R,
phần lớn còn lại được
trả về nguồn U.
Nhịp V0 kéo dài trong khoảng thời gian T
2
. Nhịp kết thúc khi tín hiệu “đóng” đưa
vào S.
u
c
i
V0

V0
i
S
S
i
Z
Z
U
R
L
u
Z
S V0 V0SS
T
1
T
2
T
0
U
U
Zi
t
u
Z
i
S
i
V0
i

ZMIN
i
ZM
t
•Giátrị trung bình điện áp trên tải
()
2
1
1
Zi
T
UU
T
TT
U
T
z
U
==
−
==
=−
Z
i
z
EU
I
R
−
=

−
u
c
i
V0
V0
i
S
S
i
Z
Z
U
R
L
u
Z
S V0 V0SS
T
1
T
2
T
0
U
U
Zi
t
u
Z

i
S
i
V0
i
ZMIN
i
ZM
t
4.4.3 Bộ biến đổi xung giá trị điện trở
• Nguyên lý làm việc
Nhịp S:
i
Z
= i
S
: tăng với hệ số góc bằng U/L
Nhịp S kéo dài trong khoảng thời gian T
1
. Kết thúc khi tín hiệu “cắt” đưa vào S.
U
R
P
S
u
c
L
i
Z
L

i
S
S
i
R
R
p
U
u
c
T
1
T
2
T
i
S
i
R
i
ZMIN
i
ZM
t
0
i
Z
=i
S
+i

R
Nhịp 0
i
Z
= i
R
; giảm theo đường cong hàm mũ về giá trị U/R
p
.
Nhịp 0 kéo dài trong khoảng thời gian T
2
. Kết thúc khi tín hiệu”đóng” được đưa
vào S
i
Z
L
i
S
S
i
R
R
p
U
u
c
T
1
T
2

T
i
S
i
R
i
ZMIN
i
ZM
t
0
i
Z
=i
S
+i
R
•Xác định giá trị điện trở tương đương R
ei
ei
p
ZZpZ
R
U
T
T
R
U
ITIRTUI ==⇒=
2

2
2
()
2
1
ei p p
T
R
RzR
T
==−
0
ei p
R
R
≤
≤
i
Z
L
i
S
S
i
R
R
p
U
u
c

T
1
T
2
T
i
S
i
R
i
ZMIN
i
ZM
t
0
i
Z
=i
S
+i
R
4.5 Bộ chuyển mạch
4.5.1 Mạch LC
U
dt
di
Lidt
C
u
t

C
=++
∫
0
1
)0(
(0)
sin (0)cos
C
vv
Uu
itit
L
C
ω
ω
−
=+
ω
v:
tần số góc của mạch LC …
1
v
LC
ω
=
C
u
C
i

L
t = 0
u
C
(0)
0
u
C
i
t
U
t = 0
L
i
u
C
C
O
t
u
C
(0)=0
u
C
i
U
2U
V
i
V

S
C
[]
0
1
(0)
(0) cos (0)sin
t
CC
Cv v
uu idt
C
L
Uu U t i t
C
ω
ω
=+ =
=+ − +
∫
4.5.2 Phân tích bộ chuyển mạch của bộ biến đổi xung áp
u
c
S
i
S
U
i
V0
V0

R
L
u
Z
i
Z
Z
i
i
V1
V1
C
u
C
i
C
u
V1
V2
V3
L
1
U
V0
Z
i
Z
u
Z
Nhịp V0 – (0, t

1
)
i
Z
= i
V0
, u
V0
= 0, u
Z
= 0
Giả thiết u
C
= U
u
V2
= 0; u
V1
= U
i
C
= i
V1
= i
V2
=0
i
i
V1
V1

C
u
C
i
C
u
V1
V2
V3
L
1
U
V0
Z
i
Z
u
Z
t
0
0
0
0
U
U
U
-K
1
U
K

1
U
u
C
i
C
I
Z
i
V1
u
V1
t
0
V1
u
V2
i
V2
t
0V2
t
I
Z
i
Z
i
V2
i
V0

V0
T
T
1
T
2
V1
V3
V1
V2
V0
K
1
U
U
u
Z
t
2
0
t
1
t
3
t
4
t
5
t
6

t
7
Q
K
Nhịp V1, V3 (t
1
, t
3
)
Tại t
1
đưa xung điều khiển mở V1
u
Z
= U; u
V0
= -u
Z
= -U Æ V0 đóng lại
i
Z
= i
V1
1
cos ( )
Cv
uU tt
ω
=−
1

sin ( )
Cv
U
itt
L
C
ω
−
=−
i
i
V1
V1
C
u
C
i
C
u
V1
V2
V3
L
1
U
V0
Z
i
Z
u

Z
t
0
0
0
0
U
U
U
-K
1
U
K
1
U
u
C
i
C
I
Z
i
V1
u
V1
t
0
V1
u
V2

i
V2
t
0V2
t
I
Z
i
Z
i
V2
i
V0
V0
T
T
1
T
2
V1
V3
V1
V2
V0
K
1
U
U
u
Z

t
2
0
t
1
t
3
t
4
t
5
t
6
t
7
Q
K
u
V1
= 0
i
V1
= I
Z
-i
C
u
V2
= -u
C

i
V2
= 0
Tại t = t
3
, dòng i
C
= 0; V3 đóng lại
u
C
(t
3
) = -K
1
U; K
1
= 0.7 – 0.9
i
i
V1
V1
C
u
C
i
C
u
V1
V2
V3

L
1
U
V0
Z
i
Z
u
Z
t
0
0
0
0
U
U
U
-K
1
U
K
1
U
u
C
i
C
I
Z
i

V1
u
V1
t
0
V1
u
V2
i
V2
t
0V2
t
I
Z
i
Z
i
V2
i
V0
V0
T
T
1
T
2
V1
V3
V1

V2
V0
K
1
U
U
u
Z
t
2
0
t
1
t
3
t
4
t
5
t
6
t
7
Q
K
Nhịp V1 (t
3
, t
4
)

Tất cả các đại lượng giữ nguyên giá trị
tại thời điểm t = t
3
i
i
V1
V1
C
u
C
i
C
u
V1
V2
V3
L
1
U
V0
Z
i
Z
u
Z
t
0
0
0
0

U
U
U
-K
1
U
K
1
U
u
C
i
C
I
Z
i
V1
u
V1
t
0
V1
u
V2
i
V2
t
0V2
t
I

Z
i
Z
i
V2
i
V0
V0
T
T
1
T
2
V1
V3
V1
V2
V0
K
1
U
U
u
Z
t
2
0
t
1
t

3
t
4
t
5
t
6
t
7
Q
K
Nhịp V2 (t
4
, t
6
)
Tại t = t
4
đưa xung điều khiển vào V2 – mở V2
u
V2
= 0
Điện áp ngược trên C đặt lên V1 Æ đóng V1
4
4
41
1
()
()
t

CZ CC Z
t
Z
iI uut Idt
C
I
tt KU
C
=⇒= +
=−−
∫
i
i
V1
V1
C
u
C
i
C
u
V1
V2
V3
L
1
U
V0
Z
i

Z
u
Z
t
0
0
0
0
U
U
U
-K
1
U
K
1
U
u
C
i
C
I
Z
i
V1
u
V1
t
0
V1

u
V2
i
V2
t
0V2
t
I
Z
i
Z
i
V2
i
V0
V0
T
T
1
T
2
V1
V3
V1
V2
V0
K
1
U
U

u
Z
t
2
0
t
1
t
3
t
4
t
5
t
6
t
7
Q
K
Nhịp V2 (t
4
, t
6
)
i
V2
= I
Z
u
V1

= u
C
i
V1
= 0
u
Z
= U – u
C
= -u
V0
Tại t = t
6
, u
Z
= 0 Æ V0 mở, V2 đóng lại
Î Bắt đầu nhịp V0
u
Z
(t
6
) = 0 Æu
C
= U
i
i
V1
V1
C
u

C
i
C
u
V1
V2
V3
L
1
U
V0
Z
i
Z
u
Z
t
0
0
0
0
U
U
U
-K
1
U
K
1
U

u
C
i
C
I
Z
i
V1
u
V1
t
0
V1
u
V2
i
V2
t
0V2
t
I
Z
i
Z
i
V2
i
V0
V0
T

T
1
T
2
V1
V3
V1
V2
V0
K
1
U
U
u
Z
t
2
0
t
1
t
3
t
4
t
5
t
6
t
7

Q
K
Nạp điện cho tụ C khi bắt đầu làm việc
•Mở V2 trước
• Đóng tụ C trực tiếp vào nguồn U qua một điện trở hạn chế dòng
Xác định các thông số C và L
•V1 sử dụng khoảng (t
4
, t
5
) để phục hồi khả năng khóa Æ (t
5
–t
4
)
MIN
= t
offV1
1
1
54
1
()
Z
M offV
Z
It
KUC
tt C
IKU

−= ⇒=
•V2 sử dụng khoảng (t
1
, t
2
) để phục hồi khả năng khóa Æ (t
2
–t
1
)
MIN
= t
offV2
2
2
21
2
4
()
42
offV
v
t
T
tt LC L
C
π
π
−== ⇒=
4.6 Nguyên tắc điều khiển bộ biến đổi xung áp

• Độ rộng xung – thay đổi T
1
•Tần số xung – thay đổi T
• Hai giá trị
4.6.1 Nguyên tắc điều khiển độ rộng xung
Giữ nguyên f = 1/T, thay đổi T
1
BÐK
M
Đ
u
c
BCM
Đ
C
TT
1
T
2
0
u
cM
u
P
u
c
t