CHÖÔNG 4 BOÄ BIEÁN ÑOÅI ÑIEÄN AÙP MOÄT CHIEÀU Boä bieán ñoåi ñieän aùp moät chieàu duøng ñeå ñieàu khieån trò trung bình ñieän aùp moät chieàu ôû ngoõ ra töø moät nguoàn ñieän aùp moät chieàu khoâng ñoåi. Ñieän aùp treân taûi coù daïng xung taïo thaønh töø quaù trình ñoùng ngaét lieân tuïc nguoàn ñieän aùp moät chieàu khoâng thay ñoåi vaøo taûi. Do ñoù, boä bieán ñoåi coøn ñöôïc goïi laø boä bieán ñoåi ñieän aùp moät chieàu daïng xung. 4.1 BOÄ GIAÛM AÙP: a) b) Hình 4.1 4.1.1 Sô Ñoà Caáu Taïo Vaø Nguyeân Lyù Hoaït Ñoäng: Maïch boä giaûm aùp goàm nguoàn ñieän aùp moät chieàu khoâng ñoåi U maéc noái tieáp vôùi taûi qua coâng taéc S. Taûi moät chieàu toång quaùt goàm RL vaø söùc ñieän ñoäng E (ví duï ñoäng cô moät chieàu). Diode khoâng V 0 maéc ñoái song vôùi taûi (hình 4.1a). Nguoàn moät chieàu coù theå laáy töø acquy, pin ñieän, hoaëc töø nguoàn aùp xoay chieàu qua boä chænh löu khoâng ñieàu khieån vaø maïch loïc. Coâng taéc S coù chöùc naêng ñieàu khieån ñoùng vaø ngaét ñöôïc doøng ñieän ñi qua noù. Do tính naêng treân neân coâng taéc S phaûi laø linh kieän töï chuyeån maïch, chaúng haïn transistor (BJT, MOSFET, IGBT), GTO hoaëc ôû daïng keát hôïp goàm thyristor (SCR) vôùi boä chuyeån maïch. Taûi moät chieàu hay gaëp trong thöïc teá laø ñoäng cô moät chieàu. 4.1.2 Phaân Tích Daïng Soùng: ( Hình 4.1b) Vieäc phaân tích thöïc hieän vôùi giaû thieát doøng ñieän qua taûi lieân tuïc. Do caáu taïo maïch chæ chöùa coâng taéc S vôùi hai traïng thaùi hoaït ñoäng laø ñoùng vaø ngaét doøng ñieän neân ta phaân tích maïch theo hai traïng thaùi cô baûn naøy. Trang 61
Traïng thaùi ñoùng S: thôøi gian ñoùng T 1, doøng ñieän daãn töø nguoàn U kheùp kín qua maïch goàm (U, S, RLE). Phöông trình bieåu dieãn traïng thaùi hoaït ñoäng cuûa taûi: Choïn thôøi ñieåm ban ñaàu t 0 =0 vaø ta coù: Giaûi heä phöông trình vi phaân treân, ta coù nghieäm doøng ñieän ñi qua taûi döôùi daïng : Vôùi L R t t U - E - - τ τ t 0 i(t) = 1 - e + i.e R - laø haèng soá thôøi gian maïch taûi. Taïi cuoái khoaûng daãn T 1, ta coù: i t1 = i t (T 1 )=i 1 Quaù trình doøng ñieän taûi coù daïng taêng theo haøm muõ. Traïng thaùi ngaét S - khoaûng thôøi gian (T 1 < t < T): khoaûng thôøi gian ngaét laø T 2. Do bò kích ngaét neân doøng qua S trieät tieâu. Maïch taûi coù chöùa L neân doøng qua noù khoâng theå thay ñoåi ñoät ngoät ñöôïc. Do tính lieân tuïc cuûa doøng ñieän qua taûi chöùa L, doøng taûi i t tieáp tuïc ñi theo chieàu cuõ vaø kheùp kín qua diode khoâng V 0 thuaän chieàu ñang daãn cuûa noù. Phöông trình moâ taû traïng thaùi maïch (V 0, RLE): Ñieàu kieän ban ñaàu cuûa (4.3): töø (4.2), doøng ñieän taûi i t ñaït giaù trò taïi thôøi ñieåm t=t 1 : Giaûi phöông trình (4.3) chöùa nghieäm doøng ñieän taûi i t ta coù: Doøng ñieän coù quaù trình giaûm theo haøm muõ: Trang 62
Taïi cuoái khoaûng thôøi gian T 2, coâng taéc S laïi ñöôïc kích ñoùng. S daãn ñieän laøm ñieän aùp nguoàn U taùc duïng leân diode khoâng V 0 nhö ñieän aùp ngöôïc neân ngaét doøng qua noù. Traïng thaùi S ñoùng ñöôïc phaân tích nhö ôû phaàn treân. 4.1.3 Cheá Ñoä Doøng Taûi Giaùn Ñoaïn: Khi E = 0, doøng ñieän taûi luoân lieân tuïc. Khi E>0, doøng ñieän taûi coù theå lieân tuïc hoaëc giaùn ñoaïn. Khoaûng thôøi gian doøng ñieän taûi giaùn ñoaïn phuï thuoäc vaøo caùc giaù trò cuûa tham soá ñieàu khieån (T 1,T 2 ) vaø tham soá taûi (RLE). ÔÛ cheá ñoä doøng giaùn ñoaïn (hình 4.2), khoaûng thôøi gian doøng giaùn ñoaïn (i t =0) xuaát hieän trong thôøi gian ngaét coâng taéc S. Trong thôøi gian ñoùng S, doøng ñieän taûi lieân tuïc ñöôïc moâ taû bôûi phöông trình (4.1) vaø (4.2) baét ñaàu töø giaù trò i t (0) = i 0 =0. Hình 4.2 Trong giai ñoïan ñaàu cuûa thôøi gian ngaét coâng taéc S (T 1 < t < t 2 ): doøng ñieän taûi lieân tuïc giaûm vaø traïng thaùi maïch ñöôïc moâ taû bôûi phöông trình (4.3) vaø (4.4). Nghieäm doøng ñieän taûi theo heä thöùc (4.4) giaûm vaø ñaït giaù trò 0 taïi thôøi ñieåm t 2 thoûa maõn ñieàu kieän: Giaûi phöông trình (4.5), ta xaùc ñònh ñöôïc giaù trò t 2 : Giai ñoaïn doøng taûi giaùn ñoaïn (t2 < t < T): ñieän aùp treân taûi baèng E. Trang 63
Trò trung bình ñieän aùp treân taûi: deã daøng daãn giaûi ñieän aùp trung bình treân taûi theo heä thöùc (4.7): Heä quaû: Vôùi cheá ñoä doøng ñieän qua taûi lieân tuïc, ta coù: - Ñieän aùp treân taûi coù daïng xung thay ñoåi giöõa hai giaù trò 0 vaø +U; T1 - Baèng caùch thay ñoåi tæ soá T 2 giöõa T 1 - thôøi gian ñoùng S vaø T: chu kyø ñoùng ngaét (T = T 1 + T 2 ), ta ñieàu khieån trò trung bình aùp taûi vaø doøng taûi theo caùc heä thöùc : Do: ÔÛ cheá ñoä doøng taûi giaùn ñoaïn, caùc quaù trình ñieän aùp vaø doøng ñieän ñöôïc moâ taû bôûi caùc heä thöùc vaø phöông trình (4.1), (4.2),.. (4.7) vaø (4.9) Boä giaûm aùp duøng laøm nguoàn ñieän aùp cho truyeàn ñoäng ñieän ñoäng cô moät chieàu, laøm boä phaän nguoàn cho boä bieán taàn aùp, boä bieán taàn doøng ñieän. 4.2 BOÄ TAÊNG AÙP: (4.1) Hình 4.3 Hình 4.4 Trang 64
4.2.1 Sô Ñoà Caáu Taïo Vaø Nguyeân Lyù Hoaït Ñoäng: Khi thöïc hieän haõm taùi sinh ñoäng cô moät chieàu, naêng löôïng töø nguoàn ñieän aùp thaáp (söùc ñieän ñoäng E) ñöôïc traû laïi nguoàn ñieän aùp lôùn hôn (nguoàn moät chieàu U), ñieàu naøy coù theå thöïc hieän nhôø hoaït ñoäng cuûa boä taêng aùp (hình 4.3). Ñieàu kieän ñeå maïch hoaït ñoäng laø E < U vaø nguoàn U coù khaû naêng tieáp nhaän naêng löôïng do taûi traû veà. Taûi moät chieàu phaûi chöùa nguoàn döï tröõ naêng löôïng (söùc ñieän ñoäng E) vaø caûm khaùng. Coâng taéc S thuoäc daïng töï chuyeån maïch ñöôïc nhö tröôøng hôïp boä giaûm aùp. Diode V 0 cho pheùp doøng ñieän daãn theo chieàu töø taûi veà nguoàn vaø ngaên doøng ñieän ñi theo chieàu ngöôïc laïi. 4.2.2 Phaân Tích Hoaït Ñoäng Maïch Boä Taêng AÙp ÔÛ Cheá Ñoä Doøng Ñieän Taûi Lieân Tuïc Vaø Maïch ÔÛ Xaùc Laäp (Hình 4.4): Traïng thaùi ñoùng S khoô ng thôøi gian (0 < t < T 1 ). Doøng ñieän kheùp kín qua maïch (RLE, S). Phöông trình moâ taû traïng thaùi S ñoùng: vôùi giaû thieát thôøi ñieåm ñaàu chu kyø khaûo saùt t 0 = 0: Doøng ñieän qua taûi i t taêng theo haøm muõ. Heä thöùc bieåu dieãn doøng ñieän taûi coù daïng: Taïi thôøi ñieåm cuoái khoaûng ñang xeùt, ta coù t=t 1 vaø i t (T 1 )=i t ; L R Naêng löôïng do söùc ñieän ñoäng E phaùt ra moät phaàn tieâu hao treân ñieän trôû, phaàn coøn laïi döï tröõ trong cuoän khaùng L. Traïng thaùi V 0 - khoaûng thôøi gian (T 1 < t < T): Coâng taéc S bò kích ngaét trong khoaûng thôøi gian T 2. Doøng qua coâng taéc S trieät tieâu. Do tính lieân tuïc cuûa doøng qua taûi chöùa L neân doøng taûi tieáp tuïc daãn ñieän theo chieàu cuõ vaø kheùp kín qua diode V 0 vaø nguoàn U. Phöông trình moâ taû traïng thaùi maïch (U, V 0, RLE): Trang 65
Taïi thôøi ñieåm ñaàu khoaûng ñang xeùt, doøng ñieän taûi coù giaù trò: i t (T 1 ) = i 1 Nghieäm doøng ñieän taûi cuûa (4.9) giaûm theo haøm muõ, cho bôûi heä thöùc: Cuoän khaùng giaûi phoùng moät phaàn naêng löôïng döï tröõ. Söùc ñieän ñoäng E ôû cheá ñoä phaùt naêng löôïng. Caû hai naêng löôïng naøy ñöôïc ñöa veà nguoàn U moät phaàn, phaàn coøn laïi tieâu hao treân ñieän trôû taûi. Heä quaû: - Ñieän aùp taûi thay ñoåi theo daïng xung giöõa hai giaù trò +U vaø 0. - Baèng caùch thay ñoåi tæ soá giöõa T 1 - thôøi gian ñoùng S vaø T = T 1 + T 2 : chu kyø ñoùng ngaét S, ta ñieàu khieån coâng suaát phaùt töø nguoàn E cuõng nhö coâng suaát traû veà nguoàn U. Coù theå xaùc ñònh ñoä lôùn chuùng thoâng qua trò trung bình ñieän aùp vaø doøng ñieän taûi. Do: Neáu thay ñoåi vai troø giöõa U vaø taûi: goïi taûi U t laø nguoàn caáp naêng löôïng vaø U laø taûi nhaän naêng löôïng, ta coù: Ñieän aùp taûi lôùn hôn aùp nguoàn neân ta goïi ñaây laø boä taêng aùp. 4.3 CAÙC PHÖÔNG PHAÙP ÑIEÀU KHIEÅN BOÄ BIEÁN ÑOÅI ÑIEÄN AÙP MOÄT CHIEÀU: 4.3.1 Ñieàu Khieån Vôùi Taàn Soá Ñoùng Ngaét Khoâng Ñoåi: Chu kyø ñoùng ngaét T = T 1 + T 2 khoâng thay ñoåi. Ñieän aùp trung bình cuûa taûi ñöôïc ñieàu khieån thoâng qua söï phaân boá khoaûng thôøi gian ñoùng T 1 vaø ngaét coâng taéc T 2 trong chu kyø T. Trang 66
Ñaïi löôïng ñaëc tröng khaû naêng phaân boá chính laø tæ soá: T1 T 2 Kyõ thuaät ñieàu khieån tæ soá coù theå thöïc hieän döïa vaøo hai tín hieäu cô baûn: soùng mang daïng raêng cöa u p vaø soùng ñieàu khieån moät chieàu u ñk Hai daïng soùng naøy ñöôïc ñöa vaøo boä so saùnh vaø tín hieäu ngoõ ra ñöôïc duøng ñeå kích ñoùng coâng taéc S Soùng mang coù taàn soá khoâng ñoåi vaø baèng taàn soá ñoùng ngaét coâng taéc S. Taàn soá thaønh phaàn xoay chieàu haøi cô baûn cuûa ñieän aùp taûi baèng taàn soá coá ñònh naøy. Do ñoù, soùng ñieän aùp taïo thaønh deã loïc. Soùng ñieàu khieån moät chieàu coù ñoä lôùn tæ leä vôùi ñieän aùp trung bình treân taûi. Xeùt boä giaûm aùp (hình 4.1a,b) Goïi U pm laø bieân ñoä soùng mang daïng raêng cöa, u ñk laø ñoä lôùn soùng ñieàu khieån moät chieàu ; U laø ñieän aùp nguoàn moät chieàu khoâng ñoåi. Töø giaûn ñoà kích ñoùng S vaø caùc quaù trình ñieän aùp ôû cheá ñoä doøng lieân tuïc, ta deã daøng xaùc ñònh heä thöùc tính aùp taûi trung bình theo aùp ñieàu khieån: Phöông phaùp ñieàu khieån vôùi taàn soá soùng mang khoâng ñoåi thöôøng ñöôïc söû duïng trong thöïc tieãn. 4.3.2 Ñieàu Khieån Theo Doøng Ñieän Taûi Yeâu Caàu: Trong tröôøng hôïp taûi ñoäng cô moät chieàu, vieäc ñieàu khieån moment ñoäng cô thoâng qua ñieàu khieån doøng ñieän (tæ leä vôùi moment ). Ñeå hieäu chænh doøng ñieän trong phaïm vi cho pheùp, ta coù theå söû duïng phöông phaùp ñieàu khieån theo doøng ñieän. Theo ñoù, coâng taéc S seõ ñoùng ngaét sao cho doøng ñieän taûi ño ñöôïc vaø doøng ñieän yeâu caàu coù giaù trò baèng nhau. Kyõ thuaät ñieàu khieån theo doøng ñieän ñöôïc giaûi quyeát nhö trong boä nghòch löu aùp (xem phaàn nghòch löu aùp - ñieàu khieån theo doøng ñieän ). Ví duï: xeùt boä giaûm aùp chöùa maïch ñieàu khieån vôùi taàn soá ñoùng ngaét khoâng ñoåi. Trong caáu truùc maïch ñieàu khieån doøng ñieän söû duïng khaâu hieäu chænh doøng ñieän R I, tín hieäu ñieän aùp ñieàu khieån töø ngoõ ra cuûa khaâu hieäu chænh doøng seõ ñöôïc so saùnh vôùi soùng mang daïng raêng cöa. Keát quaû so saùnh taïo thaønh xung kích ñoùng hoaëc ngaét coâng taéc S (H4.5). Trang 67
Hình 4.5 Trong caáu truùc maïch ñieàu khieån söû duïng phaàn töû phi tuyeán daïng maïch treã (hình H4.6), doøng ñieän taûi (i ht ) ñöôïc ñieàu khieån vôùi ñoä sai bieät i so vôùi doøng ñieän ñaët (i yc ). Ñoä lôùn i thieát laäp töø ñaëc tính maïch treã. Khi i ñuû nhoû, maïch ñieàu khieån taùc duïng leân boä bieán ñoåi laøm noù hoaït ñoäng nhö nguoàn doøng ñieän. Tính chaát naøy ñöôïc aùp duïng trong caùc heä thoáng chöùa khaâu hieäu chænh doøng ñieän. Hình 4.6 Tuy nhieân, maïch seõ khoâng ñieàu khieån ñöôïc khi ñoä sai bieät cho pheùp lôùn hôn giaù trò doøng ñieän yeâu caàu. Do ñoù, heä thoáng khoâng hoaït ñoäng ôû cheá ñoä doøng ñieän giaùn ñoaïn. 4.4 BOÄ BIEÁN ÑOÅI MOÄT CHIEÀU KEÙP: Boä giaûm aùp vaø boä taêng aùp laø caùc boä bieán ñoåi ñôn, chuùng chæ cho pheùp taûi hoaït ñoäng trong moät phaàn tö maët phaúng V-A cuûa taûi (hình 4.7). a) b) c) Hình 4.7 Trang 68
Ñeå môû roäng phaïm vi hoaït ñoäng cuûa taûi ra caùc phaàn tö maët phaúng VA khaùc, ta söû duïng boä bieán ñoåi moät chieàu keùp. 4.4.1 Boä Bieán Ñoåi Keùp Daïng Toång Quaùt: Sô ñoà boä bieán ñoåi keùp toång quaùt daïng maïch caàu ñöôïc veõ treân hình 4.8. Maïch goàm nguoàn aùp moät chieàu U maéc vaøo 4 coâng taéc S 1, S 2,S 3,S 4 ñaáu ôû daïng maïch caàu. Hình 4.8 Hình 4.9 Moãi coâng taéc coù moät diode maéc ñoái song vôùi noù. Caùc caëp coâng taéc (S 1,S 4 ), (S 2,S 3 ) laø nhöõng coâng taéc cuøng pha taûi. Hai coâng taéc trong moãi caëp coâng taéc naøy coù theå ñieàu khieån theo qui taéc ñoái nghòch (1 kích ñoùng, 1 kích ngaét). Khi ñoù, doøng qua taûi luoân lieân tuïc neáu taûi coù chöùa L. Giaûn ñoà kích ñoùng caùc coâng taéc ñöôïc bieåu dieãn treân hình (H4.9). Hieäu suaát laøm vieäc theo daïng hình 4.9b cao hôn. Vôùi cuøng ñoä lôùn aùp trung bình cuûa taûi, ñoä nhaáp nhoâ doøng taûi thaáp hôn. Ñieän aùp trung bình treân taûi thu ñöôïc töø giaûn ñoà kích ñoùng hình 4.9a: vaø theo giaûn ñoà ñoùng ngaét hình H4.9b: Baèng caùch thay ñoåi tæ leä thôøi gian ñoùng vaø ngaét caùc coâng taéc, trò trung bình ñieän aùp taûi ( vaø doøng ñieän taûi ) ñoåi daáu. Ñaëc tính V-A cuûa boä bieán ñoåi keùp toång quaùt veõ treân hình 4.7 Daïng soùng aùp vaø doøng ñieän khi kích caùc coâng taéc theo giaûn ñoà hình 4.9 ñöôïc veõ treân hình 4.10 Trang 69
Hình 4.10 4.4.2 Boä Bieán Ñoåi Keùp Daïng Ñaûo Doøng: Neáu trong maïch boä bieán ñoåi keùp toång quaùt, coâng taéc S 2 luoân ôû traïng thaùi kích ñoùng, doøng ñieän qua taûi seõ khoâng ñi qua S 3 hoaëc diode D 3 neân nhaùnh maïch naøy trong quaù trình phaân tích coù theå loaïi boû. Do S 2 ôû traïng thaùi kích ñoùng neân tuøy theo chieàu doøng ñieän taûi maø S 2 hoaëc D 2 daãn ñieän. Nhaùnh maïch naøy (S 2, D 2 ) luoân ôû traïng thaùi ñoùng. Do ñoù, maïch boä bieán ñoåi keùp toång quaùt coù theåå ñôn giaûn thaønh daïng boä bieán ñoåi moät chieàu keùp daïng ñaûo doøng (hình 4.11) a) b) Hình 4.11 Giaûn ñoà kích ñoùng caùc coâng taéc S 1, S theo qui taéc kích ñoái nghòch ñöôïc veõ minh 4 hoïa treân hình 4.12. Ñieän aùp taïo thaønh treân taûi coù giaù trò khoâng aâm, thay ñoåi giöõa +U vaø 0 tuyø thuoäc vaøo traïng thaùi kích S 1 hoaëc S 4. Neáu taûi coù nguoàn döï tröõ naêng löôïng (ví duï ñoäng cô moät chieàu), baèng caùch thay ñoåi tæ soá thôøi gian kích ñoùng cuûa hai coâng taéc Trang 70
S 1, S 4, ta coù theå ñieàu khieån ñaûo chieàu doøng ñieän qua taûi. ÔÛ traïng thaùi ñoù, taûi trôû thaønh nguoàn phaùt, ñöa naêng löôïng trôû veà nguoàn. Daïng soùng ñieän aùp vaø doøng ñieän veõ treân hình H4.12 Trò trung bình ñieän aùp treân taûi: Hình 4.12 Ñaëc tính V-A cuûa boä bieán ñoåi keùp daïng ñaûo doøng veõ treân hình H4.11b 4.4.3 Boä Bieán Ñoåi Keùp Daïng Ñaûo AÙp: Neáu trong sô ñoà boä bieán ñoåi keùp toång quaùt, ta loaïi boû caùc diode D 1, D 2 vaø coâng taéc S 3, S 4 ta coù boä bieán ñoåi keùp daïng ñaûo ñieän aùp (hình H4.13) a) b) Hình 4.13 Do caáu truùc cuûa caùc caëp coâng taéc cuøng pha khoâng coøn ôû daïng ñaày ñuû, tính lieân tuïc hoaëc giaùn ñoaïn cuûa doøng ñieän taûi phuï thuoäc vaøo traïng thaùi maïch taûi (tham soá R,L,E vaø giaù trò doøng ñieän i t ) vaø thôøi gian ñoùng ngaét caùc coâng taéc. Giaû thieát doøng taûi lieân tuïc, moät vaøi giaûn ñoà kích ñoùng caùc coâng taéc vaø ñoà thò ñieän aùp treân taûi ñöôïc veõ treân hình 4.15a, 4.15b. Trang 71
Hình 4.15 Giaûn ñoà kích hình 4.15a cho hieäu suaát laøm vieäc cuûa maïch toát hôn, ñoä nhaáp nhoâ doøng ñieän nhoû. Do ñoù, chaát löôïng doøng ñieän toát hôn. Ñieän aùp trung bình treân taûi ñaït ñöôïc töø giaûn ñoà kích ñoùng hình 4.15a: Vaø töø giaûn ñoà kích ñoùng hình 4.15b: Neáu taûi chöùa nguoàn döï tröõ naêng löôïng, ví duï söùc ñieän ñoäng E cuûa ñoäng cô dc, coâng suaát taûi coù theå traû veà nguoàn moät chieàu theo hai phöông aùn. Vôùi phöông aùn thöù nhaát, söùc ñieän ñoäng E ñöôïc ñoåi daáu (chaúng haïn thay ñoåi chieàu doøng kích töø) vaø theo sô ñoà hình 4.14 taûi trôû thaønh nguoàn phaùt. Ñeå coù theå nhaän naêng löôïng töø taûi ñöa veà, ñieän aùp ngoõ ra cuûa boä bieán ñoåi coâng suaát u t ñöôïc ñieàu chænh ñeán giaù trò aâm. Toác ñoä ñöa coâng suaát veà nguoàn phuï thuoäc vaøo ñoä lôùn doøng ñieän taûi thieát laäp trong maïch. Vôùi phöông aùn thöù hai, chieàu cuûa söùc ñieän ñoäng E ñöôïc duy trì vaø doøng ñieän qua E seõ ñöôïc ñaûo daáu. Ñeå laøm ñöôïc ñieàu ñoù, caùc vò trí ñaáu daây cuûa taûi ñöôïc ñaûo laïi khi ñaáu vaøo ngoõ ra cuûa boä bieán ñoåi coâng suaát (hình 4.16). ÔÛ traïng thaùi xaùc laäp, ñeå coù theå nhaän coâng suaát töø taûi ñöa veà, ñieän aùp ngoõ ra cuûa boä bieán ñoåi ñöôïc ñieàu khieån ñeán giaù trò aâm töông töï nhö ôû phöông aùn thöù nhaát. Chieàu ñieän aùp ngoõ ra coù theå thöïc hieän ñoåi daáu baèng caùch thay ñoåi thôøi gian ñoùng ngaét caùc coâng taéc (hình 4.15b). Ñaëc tính laøm vieäc cuûa taûi boä bieán ñoåi keùp daïng ñaûo ñieän aùp ñöôïc veõ treân hình 4.14b 4.5 MAÏCH LOÏC CHO BOÄ BIEÁN ÑOÅI ÑIEÄN AÙP MOÄT CHIEÀU 4.5.1 Maïch Loïc Ñieän AÙp Ngoõ Vaøo: Trong hoaït ñoäng cuûa caùc boä bieán ñoåi ñieän aùp moät chieàu, doøng ñieän qua nguoàn ñieän aùp U thay ñoåi daïng xung vôùi taàn soá soùng haøi cô baûn cuûa doøng baèng taàn soá ñoùng Trang 72
ngaét coâng taéc. Khi nguoàn chöùa caûm khaùng trong L s hoaëc chieàu daøi daây daãn ñaáu töø nguoàn ñeán boä bieán ñoåi taïo neân caûm khaùng ñöôøng daây khoâng theå boû qua, vieäc thay ñoåi doøng ñieän qua nguoàn daïng xung seõ taïo neân phaûn ñieän aùp treân caûm khaùng L s. Do ñoù, ñieän aùp nguoàn cung caáp thöïc teá cho boä bieán ñoåi bò bieán daïng vaø bò suït aùp. Ñeå haïn cheá söï bieán daïng cuûa aùp nguoàn moät chieàu, ôû ngoõ vaøo cuûa boä bieán ñoåi ñöôïc trang bò maïch loïc C hoaëc LC (hình 4.17). Hình 4.17 Ñeå ñôn giaûn vieäc tính toaùn maïch loïc, ta giaû thieát doøng taûi i t khoâng ñoåi. Do taàn soá ñoùng ngaét coâng taéc S lôùn neân ta coù theå giaû thieát doøng ñieän i qua nguoàn khoâng ñoåi trong chu kyø ñoùng ngaét. Ñoä lôùn ñieän aùp treân tuï C f giaû thieát coù giaù trò U min ñaït ñöôïc ôû cuoái khoaûng thôøi gian T 1. Naêng löôïng do nguoàn U cung caáp: Naêng löôïng taûi tieâu thuï: Do: U t =.U vaø W ng = W t. Neân suy ra: I =.I t Tuï loïc C f tích ñieän trong khoaûng thôøi gian T 2 bôûi doøng ñieän i C = i laøm ñieän aùp treân noù taêng töø U cmin ñeán U cmax. Ta coù: thay heä thöùc tính I ta ñöôïc : Neáu ñieàu khieån boä bieán ñoåi theo phöông phaùp taàn soá khoâng ñoåi f = const vaø do.(1- ) 1/4 khi 0 1, neân suy ra: Trang 73
Choïn I t =I max. Ta coù: Neáu ta ñieàu khieån boä bieán ñoåi theo doøng ñieän yeâu caàu, ta coù theå daãn giaûi gaàn ñuùng : Töø ñoù: Trong ñoù: L - laø caûm khaùng maïch taûi (L = L ph + L t ) i max - laø ñoä nhaáp nhoâ lôùn nhaát cho pheùp cuûa doøng ñieän taûi. Caûm khaùng L s cuûa nguoàn vaø tuï C f hình thaønh daïng maïch coäng höôûng vôùi taàn soá rieâng f t. Taàn soá ñoùng ngaét coâng taéc S phaûi traùnh choïn ôû laân caän taàn soá naøy. Thöïc teá, coù theå laáy giaù trò f thoûa maõn ñieàu kieän f > (2 3)f r Tröôøng hôïp söû duïng maïch nguoàn khoâng ñoåi nhö acquy, pin, ta khoâng caàn thieát söû duïng maïch loïc. 4.5.2 Maïch Loïc Ñieän AÙp Ngoõ Ra: Ñieän aùp ngoõ ra cuûa boä bieán ñoåi aùp moät chieàu coù daïng xung. Thaønh phaàn xoay chieàu cuûa ñieän aùp ra taùc duïng laøm doøng ñieän taûi bò nhaáp nhoâ. Töông töï nhö tröôøng hôïp boä chænh löu, doøng taûi coù theå phaân tích laøm hai thaønh phaàn: thaønh phaàn doøng trung bình vaø thaønh phaàn doøng xoay chieàu. Thaønh phaàn xoay chieàu cuûa doøng ñieän taûi gaây baát lôïi cho hoaït ñoäng maïch taûi coù theå haïn cheá baèng caùch taêng taàn soá soùng haøi cô baûn cuûa noù, taêng caûm khaùng maïch taûi hoaëc duøng tuï loïc (hình 4.18) Hình 4.18 Trang 74
Maïch loïc chöùa tuï coù theå aùp duïng cho taûi coâng suaát nhoû vaø caûm khaùng L ph cho maïch taûi coâng suaát lôùn hôn. Tröôøng hôïp söû duïng caûm khaùng phuï L ph Do taùc duïng loïc cuûa cuoän khaùng loïc L ph, ñieän aùp tröïc tieáp taùc ñoäng treân taûi u t bò naén gaàn phaúng. Ñeå xaùc ñònh ñoä lôùn cuûa L ph töø ñieàu kieän ñoä nhaáp nhoâ cho pheùp cuûa doøng ñieän taûi, ta phaân tích quaù trình doøng ñieän qua taûi i t phuï thuoäc vaøo tham soá maïch, aùp nguoàn vaø taàn soá ñoùng ngaét f. Keát quaû phaân tích xaùc ñònh ñoä nhaáp nhoâ doøng ñieän: Vôùi: T 1,T 2 - laàn löôït laø thôøi gian ñoùng vaø ngaét coâng taét S (T = 1/f). ta: Khi T/ ñuû lôùn, töùc L.f/R ñuû lôùn, ta duøng phaân tích chuoãi Mac Laurin. Keát quaû cho Ñeå yù raèng haøm.( 1 - ) ñaït cöïc ñaïi baèng 1/4 khi = ½, ta coù: Ñieàu kieän i t < i tmax luoân thoûa maõn, neáu nhö ta coù: Töø ñoù, ta xaùc ñònh L theo ñieàu kieän: Vieäc xaùc ñònh ñoä lôùn L coù theå ñôn giaûn hôn neáu ta ñeå yù trò hieäu duïng thaønh phaàn xoay chieàu doøng taûi coù theå tính gaàn ñuùng theo heä thöùc: Trang 75
Vôùi: U σ, I σ - laø trò hieäu duïng thaønh phaàn xoay chieàu cuûa ñieän aùp vaø doøng taûi. taûi. U σ(1), I σ(1) - laø trò hieäu duïng thaønh phaàn xoay chieàu haøi cô baûn cuûa ñieän aùp vaø doøng Xeùt boä giaûm aùp, daïng aùp taûi chöùa thaønh phaàn xoay chieàu: Giaù trò cöïc ñaïi cuûa U σ xaûy ra khi = ½ Trang 76
BAØI TAÄP AÙP DUÏNG 4.1 Boä giaûm aùp caáp nguoàn aùp cho phaàn öùng cuûa ñoäng cô moät chieàu kích töø ñoäc laäp. Nguoàn moät chieàu U = 220V, taàn soá ñoùng ngaét f = 500Hz. Taûi ñoäng cô coù R ö = 2Ω. L ö khaù lôùn vaø söùc ñieän ñoäng E = 1,253.ω [V; rad/s]. Moment ñoäng cô luoân baèng ñònh möùc, töùc I öñm = 11,6[A] a. Tính tæ soá T 1 /T khi vaän toác ñoäng cô laø 1000 voøng/phuùt b. Tính ñieän aùp taûi nhoû nhaát ôû cheá ñoä doøng taûi lieân tuïc, töø ñoù xaùc ñònh thôøi gian ñoùng toái thieåu T 1 cuûa cheá ñoä doøng lieân tuïc. 4.2 Cho boä giaûm aùp caáp nguoàn cho ñoäng cô moät chieàu kích töø ñoäc laäp. Nguoàn moät chieàu U = 220V. Taûi coù R ö nhoû khoâng ñaùng keå L ö = 32,5 mh. Söùc ñieän ñoäng E=1,253.ω vôùi ω [rad/s] laø vaän toác ñoäng cô. Taàn soá ñoùng ngaét boä giaûm aùp f = 500Hz. Cho bieát doøng taûi lieân tuïc vaø maïch ôû xaùc laäp a. Tính tæ soá γ = T 1 /T khi vaän toác ñoäng cô n = 1500 v/ph. b. Goïi i tmin vaø i tmax laø trò nhoû nhaát vaø lôùn nhaát cuûa doøng ñieän qua taûi. Tính hieäu Δi t = i tmax - i tmin c. Ñeå giaûm bôùt ñoä nhaáp nhoâ doøng ñieän Δi t sao cho Δi t < 1A caàn phaûi theâm caûm khaùng phuï baèng bao nhieâu. d. Trong tröôøng hôïp khoâng söû duïng theâm caûm khaùng phuï, caàn phaûi ñieàu chænh taàn soá ñoùng ngaét nhö theá naøo ñeå Δi t < 1A e. Moät caùch toång quaùt, khi E thay ñoåi trong khoaûng ( 0, +U), tìm ñieàu kieän veà f vaø L ñeå ñoä nhaáp nhoâ doøng ôû xaùc laäp thoûa ñieàu kieän Δi t < Δi tmax 4.3 Cho boä bieán ñoåi moät chieàu keùp daïng ñaûo doøng. Nguoàn moät chieàu U = 230V. Taûi laø ñoäng cô moät chieàu kích töø ñoäc laäp R ö L E, R ö = 0,1 Ω. Ñoäng cô ñang chaïy ôû vaän toác ñònh möùc thoûa maõn E = 4,2.ω ; n ñm = 500v/ph, ta thöïc hieän haõm ñoäng cô. Ñeå ñaït ñöôïc moment haõm ñoäng cô baèng ñònh möùc doøng qua phaàn öùng phaûi coù ñoä lôùn - 100 A, caàn thieát laäp tæ soá γ = T 1 /T baèng bao nhieâu? Trang 77