Tài liệu BỘ BIẾN ĐỔI MỘT CHIỀU NHIỀU PHA ppt

Điện tử công suất 1
4.7 BỘ BIẾN ĐỔI MỘT CHIỀU NHIỀU PHA

Bộ biến đổi một chiều nhiều pha có cấu tạo gồm nhiều bộ biến đổi một chiều đơn
ghép lại. Các bộ biến đổi một chiều đơn này có sóng răng cưa lệch pha nhau góc
tương ứng thời gian T/m , với T là chu kỳ sóng răng cưa dùng điều khiển mỗi bộ biến
đổi đơn và m là tổng số bộ biến đổi đơn có trong mạch. Phương pháp điều khiển các
bộ biến đổi một chiều nhiều pha được sử dụng chủ yếu là điều khiển với tần số đóng
ngắt không đổi.
Theo cấu tạo, ta phân biệt bộ biến đổi nhiều pha không sử dụng máy biến áp
trung gian và bộ biến đổi sử dụng máy biến áp trung gian.
Theo cách ghép các bộ biến đổi một chiều ta phân biệt bộ biến đổi một chiều
nhiều pha song song và bộ biến đổi một chiều nhiều pha nối tiếp.

4.7.1 BỘ BIẾN ĐỔI MỘT CHIỀU NHIỀU PHA SONG SONG

Trường hợp không sử dụng máy biến áp trung gian:



Bộ biến đổi nhiều pha trên hình vẽ H4.21 có cấu tạo gồm 2 khóa bán dẫn
S
1
,S
2
. Mỗi khóa có trang bò diode không kèm theo D
1
,D
2
. Ngõ ra của mỗi bộ biến đổi
đơn (S

j
,D
j
) mắc vào cuộn kháng nắn dòng L
j
. Các cuộn kháng đấu chung vào điểm
nút với tải DC. Mặc dầu các khóa S
j
của các bộ biến đổi đơn được điều khiển kích
dẫn ở những thời điểm không hoàn toàn giống nhau, nhưng ở chế độ xác lập, tỉ số thời
gian đóng của mỗi khóa S
j
đều bằng nhau. Mặc khác, ta biết trò trung bình điện áp
trên các cuộn kháng nắn dòng L
j
bằng zero nên ta suy ra trò trung bình điện áp trên tải
khi tỉ số thời gian đóng bằng
là: γ
U
t
= .U (4.51) γ
Dòng điện tải i
t
được phân bố đồng đều trên các bộ biến đổi nhánh mắc song
song. Trong thực tế, thông số các phần tử trên các bộ biến đổi nhánh không đồng nhất
và xuất hiện sự sai biệt dòng điện giữa các nhánh. Do đó, mạch hiệu chỉnh dòng điện
4-19
Điện tử công suất 1
sẽ phải thực hiện nhiệm vụ điều chỉnh độ rộng xung thích hợp để cân bằng dòng điện
qua các pha nhánh.

Hệ quả của bộ biến đổi nhiều pha:

Với giả thiết dòng
điện qua tải và qua
nguồn DC được nắn lý
tưởng, có thể chứng
minh rằng, biên độ
thành phần xoay chiều
của điện áp xuất hiện
trên tụ lọc C
f
giảm tỉ
lệ với bình phương số
pha của bộ biến đổi và
biên độ thành phần
dòng xoay chiều xuất
hiện phía tải giảm
tuyến tính với số pha
của bộ biến đổi.
Các đồ thò trên hình
H4.22 mô tả giản đồ
đóng ngắt các công
tắc S
1
,S
2
với tỉ số
γ

<0.5, đồ thò điện áp
và dòng điện qua tải
u
t
,i
t
, dòng điện qua các nhánh pha i
1
,i
2
, dòng điện qua nguồn DC I và dòng điện qua
các linh kiện S
1
,D
1
.
Hình H4.23 vẽ minh
họa các quá trình
tương tự cho trường
hợp
γ
>0.5.




Trường hợp sử
dụng máy biến áp
trung gian:
Sơ đồ mạch

bộ biến đổi nhiều pha
sử dụng máy biến áp
trung gian được vẽ
minh họa trên hình
H4.24 với số pha m
4-20
Điện tử công suất 1
bằng 2. Từ ứng dụng của máy biến áp trung gian trong bộ chỉnh lưu, ta thấy rằng nó
có tác dụng tạo điều kiện phân bố dòng điện đều đặn trên các nhánh pha. Đồng thời,
từ việc phân tích điện áp trên tải dưới tác dụng máy biến áp trung gian, kết quả dẫn
đến việc giảm bớt thành phần xoay chiều điện áp trên tải DC.
:

Phân tích quá trình điện áp:
Phân tích quá trình điện áp trên tải có thể thực hiện tương tự như phân tích
quá trình chuyển mạch của hai nhóm chỉnh lưu – xem chương 2- phần 2.11, 2.12). Lúc
đó, mạch tương đương của bộ biến đổi nhiều pha có dạng tương đương trên hình
H4.24. Với u
d1
và u
d2
có thể suy ra từ giản đồ kích đóng các linh kiện S
1
,S
2
.
⎩
⎨
⎧
=

=
=
0Skhi0
1Skhi
U
u
1
1
1d
;
⎩
⎨
⎧
=
=
=
0Skhi0
1Skhi
U
u
2
2
2d
(4.52)
Giả thiết cuộn dây máy biến áp trung gian chia làm 2 phần bằng nhau với độ
tự cảm trên mỗi nửa bằng L
T
/2 và giả thiết các vòng dây quấn kín lõi từ, ta có phương
trình áp trên tải trong quá trình chuyển mạch:
2

uu
2
u
u
2
u
uu
2d1dLT
2d
LT
1dt
+
=+=−=
(4.53)
Điện áp trên tải bằng trò trung bình điện áp tức thời của hai nguồn đấu vào
nó. Các khả năng kết hợp của nguồn u
d1
và u
d2
được cho trong bảng B4.1:


Bảng B4.1
n
o
u
d1
u
d2
u

t
1 U U U
2 0 U U/2
3 U 0 U/2
4 0 0 0

Như vậy, nếu điều khiển điện áp tải theo kiểu phối hợp hai trạng thái 1 và 2
hoặc 1 và 3, ta có thể làm thay đổi điện áp tải trong phạm vi (U/2;U). Tương tự, kết
4-21
Điện tử công suất 1
hợp hai trạng thái 2 và 4 hoặc 3 và 4, ta có thể điều chỉnh điện áp trên tải nằm trong
phạm vi (0;U/2).
Giản đồ đóng ngắt và quá trình điện áp tải u
t
, dòng tải i
t
, quá trình điện áp u
LT

và dòng điện từ hóa i
u
của máy biến áp, dòng điện qua các nhánh pha i
1
, i
2
và dòng
điện qua nguồn DC i có thể theo dõi trên hình H4.25 cho tỉ số
γ
<1/2 và hình H4.26
cho tỉ số

>1/2. γ
Phân tích quá trình dòng điện:
Dòng điện qua máy biến áp trung gian gồm dòng điện qua hai nhánh pha.
Dòng qua mỗi nhánh pha chứa thành phần dc và thành phần ac. Giả thiết cấu tạo hai
nhánh pha là đồng nhất, thành phần dòng điện dc trong mỗi nhánh sẽ như nhau. Do
điện áp tạo trên mỗi nửa máy biến áp trung gian bằng nhau nên suy ra dòng từ hóa
của chúng cũng bằng nhau. Từ đó, ta có:
i
1
=i
d
/2+i
u
/2 (4.54)
i
2
=i
d
/2-i
u
/2
Dòng điện từ hóa máy biến áp trung gian
i
u
=i
1
-i
2
(4.55)
Trong trường hợp cảm kháng máy biến áp trung gian vô cùng lớn L

T
∞→
, ta bỏ qua
dòng từ hóa và dòng qua mỗi nhánh pha bằng nửa giá trò dòng tải:
i
u
=0
i
1
=i
2
=i
d
/2 (4.56)
Quá trình dòng điện qua tải và mỗi nhánh pha được vẽ minh họa trên hình H4.26.
4-22
Điện tử công suất 1

Có thể dẫn giải rằng, với cùng một giá trò độ tự cảm L mạch tải như nhau, bộ
biến đổi m pha sẽ cho độ nhấp nhô dòng điện tải giảm đi m bình phương (m
2
) lần
Bộ biến đổi điện áp một chiều 4 pha sử dụng máy biến áp trung gian- xem sơ đồ trên
hình vẽ H4.27.
Bằng cách kết hợp điều khiển 4 khóa S
1
,S
2
,S
3

và S
4
- xem bảng trạng thái kèm theo, ta
có thể thay đổi điện áp trên tải trong các phạm vi (0;U/4), (U/4;U/2), (U/2;3U/4) và
(3U/4;U) (xem bảng B4.2)
Các điện áp trung gian có thể xác đònh theo các hệ thức sau:
2
uu
u
2d1d
12d
+
=
;
2
uu
u
4d3d
34d
+
=
và
4
uuuu
2
uu
u
4d3d2d1d34d12d
t
++

+
=
+
=
(4.57)
Xung kích đóng các công tắc được thực hiện lệch pha nhau 1/m chu kỳ sóng
răng cưa với cùng tỉ số
. Trên hình H4.27 minh họa các trường hợp khác nhau của
dạng điện áp tải u
γ
t
khi tỉ số thời gian đóng
γ
thay đổi.
Trên hình vẽ H4.28a,b minh họa cho trường hợp 0.75<
γ
<1 đồ thò các quá
trình xung kích đóng các linh kiện, quá trình điện áp và dòng điện qua tải u
t
,i
t
, dòng
điện qua nguồn I, dòng điện qua các nhánh của máy biến áp trung gian i
1
,i
2
,i
3
. i
4

,i
5
,i
6
.
dòng điện từ hóa máy biến áp i
u1
,i
u2
,i
u3
; và điện áp trên phía sơ cấp biến thế u
LT1
, u
LT2

và u
LT3
.

4-23
ẹieọn tửỷ coõng suaỏt 1



Baỷng B4.2
N
0
S1 S2 S3 S4 u
d12

u
d34
u
d
01 0 0 0 0 0 0 0
02 0 0 0 1 0 U/2 U/4
03 0 0 1 0 0 U/2 U/4
04 0 0 1 1 0 U U/2
05 0 1 0 0 U/2 0 U/4
06 0 1 0 1 U/2 U/2 U/2
07 0 1 1 0 U/2 U/2 U/2
08 0 1 1 1 U/2 U 3U/4
09 1 0 0 0 U/2 0 U/4
10 1 0 0 1 U/2 U/2 U/2
11 1 0 1 0 U/2 U/2 U/2
4-24
ẹieọn tửỷ coõng suaỏt 1
12 1 0 1 1 U/2 U 3U/4
13 1 1 0 0 U 0 U/2
14 1 1 0 1 U U/2 3U/4
15 1 1 1 0 U U/2 3U/4
16 1 1 1 1 U U U

4-25