Bài giảng Điện tử công suất 1 - Chương 3: Bộ biến đổi điện áp xoay chiều - Phan Quốc Dũng

BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU
CHƯƠNG 3
CHƯƠNG 3 
Chức năng : Dùng để điều khiển trị hiệu dụng điện áp xoay chiều
ngõ ra bộ biến đổi có nguồn ngõ vào có dạng điện áp xoay chiều
không đổi.
~ AC ~ AC 
BBĐ
CHƯƠNG 3 
Ứng dụng: 
-Các thiết bị nhiệt điện (lò điện, thiết bị tiêu thụ nhiệt điện trong gia 
đình)
-Đóng ngắt đèn và điều khiển độ sáng (trên sân khấu, đèn quảng 
cáo)
-Các động cơ không đồng bộ công suất nhỏ và trung bình (truyền 
động của các máy quạt, máy bơm, máy xay)
-Các truyền động nhỏ với các động cơ vạn năng công suất nhỏ 
(dụng cụ điện cầm tay, máy sấy, máy trộn)
-Hệ thống bù nhuyễn công suất phản kháng
CHƯƠNG 3 
Phân loại:
1. Theo số pha:
1 pha
3 pha
m pha
2. Theo dạng mạch:
Cơ bản (đối xứng)
Tiết kiệm (không đối xứng)
3. Nguyên tắc điều khiển bộ biến đổi:
Điều khiển pha
Điều khiển theo thời gian 
CHƯƠNG 3 
Các loại khoá xoay chiều bán dẫn:
CHƯƠNG 3 
Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải R,L,RL
2. Phân tích :
- Xác định các khoảng dẫn linh kiện
- Thiết lập phương trình áp và dòng 
- Vẽ các giản đồ
- Các hệ quả
CHƯƠNG 3 
Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải R
1. Sơ đồ :
CHƯƠNG 3 
Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải R
1. Trạng thái 0: [0  α]
;0;0 == zz iu
;0;0sin
;0;0sin
212
11
=<−=−=
=>==
VmVV
VmV
itUuu
itUuu
ω
ω
CHƯƠNG 3 
Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải R
2. Trạng thái V
1
: [α - pi]
;sin;01 === mzV tUuuu ω
;0;0
;;
22
1
==
==
VV
z
zzV
iu
R
uiii
CHƯƠNG 3 
Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải R
3. Trạng thái 0: [ pipi+α ]
;0;0 == iu
;0;0sin
;0;0sin
212
11
=>−=−=
=<==
VmVV
VmV
zz
itUuu
itUuu
ω
ω
CHƯƠNG 3 
Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải R
4. Trạng thái V
2
: [pi+α2pi ]
;sin;02 === mzV tUuuu ω
;0;0
;;
11
2
==
=−=
VV
z
zzV
iu
R
uiii
CHƯƠNG 3 
Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải R
CHƯƠNG 3 
Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải R
Trị hiệu dụng điện áp trên tải :
( ) ( )
pi
α
pi
α
ωω
pi
pi
2
2sin1.sin1 22 +−== ∫ UtdtUU mz
α
CHƯƠNG 3 
Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải R
Trị hiệu dụng dòng tải :
UUI zz
pi
α
pi
α
2
2sin1 +−⋅
==
RR
CHƯƠNG 3 
Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải R
Hệ số công suất nguồn :
pi
α
pi
αλ
2
2sin1
.
2
+−====
U
U
IU
R
U
S
P z
z
z
z
Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải R
Đặc tuyến điều khiển trị hiệu dụng điện áp tải và hệ số công suất
100
150
200
250
D
i
e
n
a
p
t
a
i
u
z
,
[
V
]
CHƯƠNG 3 
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Goc dieu khien alpha, [rad]
H
e
s
o
c
o
n
g
s
u
a
t
l
a
m
d
a
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5
0
50
Goc dieu khien alpha, [rad]
D
i
e
n
a
p
t
a
i
u
z
,
[
V
]
Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải L
CHƯƠNG 3 
;0;0 == zz iu
1. Trạng thái 0:
;0;0sin
;0;0sin
212
11
=<−=−=
=>==
VmVV
VmV
itUuu
itUuu
ω
ω
Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải L
CHƯƠNG 3 
2. Trạng thái V1:
;
;sin;0
1
1
=
===
zV
mzV
ii
tUuuu ω
;0;0 22 == VV iu
( ) ( )t
L
U
tdt
L
UitU
dt
di
L m
t
m
zm
z ωα
ω
ωω
ω
ω
ω
α
coscossinsin −==⇒= ∫
Phương trình dịng điện :
Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải L
CHƯƠNG 3 
Giản đồ áp tải và dịng tải
Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải L
CHƯƠNG 3 
Giản đồ áp và dịng linh kiện 
Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải L
CHƯƠNG 3 
Trị hiệu dụng áp tải : Khi góc điều khiển α > pi/2
( ) ( ) ( )





+−== ∫
−
pi
α
pi
α
ωω
pi
αpi
α 2
2sin12sin1
2
22 UtdtUU mz
( ) ( ) ( )
pi
α
α
pi
α
ω
ω
pi
αpi
α
2sin3
cos21121 2
2
2 ++





−== ∫
−
L
U
tdiI zz
Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải RL
CHƯƠNG 3 
Góc tới hạn ϕ là góc điều khiển mà dòng điện tải ở ranh giới giữa chế độ 
dòng điện gián đoạn và dòng liên tục. Với tải RL, góc tới hạn cho bởi hệ 
thức:
R
L
arctg .ωϕ =
: Dòng tải iz liên tục, uz=u; Uz =U (không đổi).
: Dòng tải gián đoạn, trị hiệu dụng Uz thay đổi 
ϕα ≤≤0
piαϕ ≤≤
Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải RL
CHƯƠNG 3 
Phân tích trường hợp dòng tải gián đoạn:
a) Trạng thái 0: Ta có các phương trình áp và dòng:
;0;0 == iu
;0;0sin
;0;0sin
212
11
=<−=−=
=>==
VmVV
VmV
zz
itUuu
itUuu
ω
ω
Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải RL
CHƯƠNG 3 
b) Trạng thái V1:
;
;sin;0
1
1
=
===
zV
mzV
ii
tUuuu ω
;0;0 22 == VV iu
Phương trình dòng tải:
( ) ( ) ( ) 




⋅−−−
+
=⇒
=+
−
−
ωτ
αω
ϕαϕω
ω
ω
t
m
z
m
z
z
et
LR
Ui
tU
dt
diLRi
sinsin
sin
22
Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải RL
CHƯƠNG 3 
b) Trạng thái V1: với ϕ là góc tới hạn, τ = L/R – thời hằng 
điện. Dòng tải iz tăng dần từ thời điểm α, đạt giá trị cực đại. 
Sau đó giảm về 0 ở ωt =β, V1 ngắt ở thời điểm này
c) Trạng thái 0: [β  pi+α]
Ở thời điểm ωt = pi+α, tín hiệu kích IG2 > 0 ⇒ Thyristor V2
đóng
;0;0sin
;0;0sin
;0;0
212
11
=>−=−=
=<==
==
VmVV
VmV
zz
itUuu
itUuu
iu
ω
ω
Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải RL
CHƯƠNG 3 
d) Trạng thái V2: [β  pi+α]
;
;sin;02
−=
=== mzV
ii
tUuuu ω
;0;0 11
2
== VV
zV
iu
Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải RL
CHƯƠNG 3 
Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải RL
CHƯƠNG 3 
Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải RL
CHƯƠNG 3 
Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải RL
CHƯƠNG 3 
Hệ quả: 
Trị hiệu dụng điện áp trên tải RL cho bởi hệ thức:
pi
βα
pi
ψ 2sin2sin
.
−
+=UU z
với ψ là góc dẫn của thyristor và β là góc tắt của thyristor.
2
Bộ biến đổi áp xoay chiều một pha : Tải RL
CHƯƠNG 3 
Gọi Iz là trị hiệu dụng dòng điện qua tải RL. Công suất tiêu 
thụ của tải:
Pz=R.Iz2
Công suất của nguồn xoay chiều:
S=U.I=U.Iz
Hệ số công suất của nguồn:
U
U
U
IR
S
P Rz
===
.λ
CHƯƠNG 3 
Bộ biến đổi áp xoay chiều ba pha : Tải R,L,RL
1. Các sơ đồ
CHƯƠNG 3 
Bộ biến đổi áp xoay chiều ba pha : Tải R,L,RL
1. Các sơ đồ
CHƯƠNG 3 
Bộ biến đổi áp xoay chiều ba pha : Tải R,L,RL
CHƯƠNG 3 
Bộ biến đổi áp xoay chiều ba pha : Tải R,L,RL
CHƯƠNG 3 
Bộ biến đổi áp xoay chiều ba pha : Tải R,L,RL
CHƯƠNG 3 
Các phương pháp điều khiển
1. Điều khiển pha : Tương tự điều khiển bộ chỉnh lưu SCR
CHƯƠNG 3 
Các phương pháp điều khiển
2. Điều khiển theo số nguyên lần chu kỳ :
CHƯƠNG 3 
Ví dụ: Cho bộ biến đổi điện áp xoay chiều một pha, nguồn 
áp xoay chiều , [V]. Chiều dương qui ước của áp tải và dòng 
tải như nhau sao cho thuận chiều dòng dẫn qua Thyristor V1. 
Tải gồm R=10Ω. Góc điều khiển các Thyristor α = 1200.
1.Vẽ giản đồ u và i ; z z
2.Tính góc dẫn của một SCR trong một chu kỳ áp nguồn;
3.Tính trị hiệu dụng áp tải và dòng tải Uz, Iz 
4.Tính giá trị cực đại của dòng tải ;
5.Nếu mắc nối tiếp với tải R một cuộn cảm có giá trị L=0.1H 
và giả sử xung điều khiển có dạng chuỗi xung với giá trị góc 
kích α = pi/3 [rad]. Kết luận gì về tính chất liên tục của dòng 
điện tải ?