Bài giảng Điện tử công suất ứng dụng - Chương 4: Bộ biến đổi áp một chiều
CHÖÔNG 4
BOÄ BIEÁN ÑOÅI AÙP MOÄT CHIEÀU
Boä bieán ñoåi aùp moät chieàu (BBÑA1C) hay goïi ñaày ñuû laø boä bieán ñoåi xung ñieän aùp moät
chieàu, söû duïng caùc ngaét ñieän baùn daãn ôû sô ñoà thích hôïp ñeå bieán ñoåi aùp nguoàn moät chieàu thaønh
chuoãi caùc xung aùp (doøng), nhôø ñoù seõ thay ñoåi ñöôïc trò trung bình aùp U ôû ngoû ra (hình IV.0.1). Vì
o
theá BBÑA1C coøn ñöôïc goïi laø boä baêm ñieän aùp (hacheur hay chopper). Daïng aùp ra BBÑA1C theo
chu kyø T bao goàm thôøi gian coù aùp t vaø khoaûng nghæ T – t .
on on
U
Vaøo
Ra
U
o
t
on
BBÑ AÙp
Moät chieàu
t
t
t
T
Hình IV.0.1 Nguyeân lyù hoaït ñoäng BBÑA1C
Coù caùc nguyeân lyù ñieàu khieån:
- Ñieàu cheá ñoä roäng xung (PWM – vieát taét cuûa Pulse – Width – Modulation) khi chu kyø T
khoâng ñoåi, thay ñoåi thôøi gian ñoùng ñieän t . Tæ soá α = t /T goïi laø ñoä roäng xung töông ñoái.
on
on
- Ñieàu cheá taàn soá khi t khoâng ñoåi, chu kyø T thay ñoåi.
on
- Ñieàu khieån hoån hôïp, khi caû T vaø t ñeàu thay ñoåi.
on
Hai phöông phaùp sau ít thoâng duïng trong thôøi gian gaàn ñaây, noù gaén lieàn vôùi nhöõng maïch
ñieän cuï theå, thöôøng laø ñôn giaûn. Chaát löôïng cuûa chuùng thöôøng khoâng cao vôùi nhöôïc ñieåm lôùn nhaát
laø taàn soá laøm vieäc cuûa heä thoáng bò thay ñoåi.
Trong moät soá taøi lieäu, caùc boä bieán ñoåi xung ñieän aùp moät chieàu ñoùng ngaét nguoàn ñieän cung
caáp cho taûi nhö ñaõ ñònh nghiaõ treân ñöôïc xeáp vaøo nhoùm FORWARD (tröïc tieáp), phaân bieät vôùi caùc
boä bieán ñoåi laøm vieäc qua trung gian cuoän daây goïi laø FLYBACK (giaùn tieáp). Ngoaøi ra, coøn coù moät
soá sô ñoà coù ñoä toång quaùt khoâng cao, khoâng ñöôïc trình baøy trong chöông naøy.
IV.1 KHAÛO SAÙT BOÄ BIEÁN ÑOÅI AÙP MOÄT CHIEÀU LOAÏI FORWARD:
1. Khaùi nieäm veà maët phaúng taûi:
U
Boä bieán ñoåi aùp moät chieàu loaïi FORWARD ñöôïc
phaân loaïi theo soá phaàn tö maët phaúng taûi maø noù coù theå hoaït
ñoäng. Maët phaúng taûi laø taäp hôïp caùc ñieåm laøm vieäc cuûa
BBÑ, coù hai truïc toïa ñoä laø trò trung bình doøng, aùp treân taûi
(Io, Uo), goàm 4 phaàn tö nhö ôû hình IV.1.1. ÔÛ phaàn tö thöù I
vaø III, aùp doøng cuøng daáu töông öùng vôùi coâng suaát
Po = Uo.Io coù giaù trò döông: boä bieán ñoåi cung caáp naêng
löôïng cho taûiï. ÔÛ phaàn tö thöù II vaø IV, coâng suaát aâm töông
öùng vôùi doøng naêng löôïng ñaûo chieàu.
phaàn tö
thöù II
phaàn tö
thöù I
Uo >0, Io <0 Uo, Io, >0
I
phaàn tö
thöù III
Uo, Io <0 Io >0; Uo<0
phaàn tö
thöù 4
Hình III1.1: Caùc phaàn tö maët phaúng taûi
Ví duï: Boä chænh löu diod hay boä chænh löu ñieàu khieån khoâng hoaøn toaøn (SCR + D) chæ coù theå
laøm vieäc ôû phaàn tö thöù I hay III , khi maø aùp, doøng treân taûi cuøng daáu trong khi boä chænh löu ñieàu
khieån pha (chæ duøng SCR) laøm vieäc ñöôïc ôû phaàn tö I vaø IV (hay III vaø II) vì noù coù theå cung caáp aùp ra
chuong 4 BBDA1C.doc
Page 1 of 30
Hình IV.1.2 cho ta caùc sô ñoà boä bieán ñoåi aùp moät chieàu loaïi FORWARD.
+
+
S
i
D1
D1
D3
D4
o
S1
S1
S3
S4
i
i
uo
R
o
o
+
U
U
D
L
U
D2
D2
Uo
_
_
_
S2
S2
E
(a)
(b)
(c )
Hình III1.2: Sô ñoà caùc boä bieán ñoåi (a) moät phaàn tö; (b) hai phaàn tö; (c) boán phaàn tö
2. Khaûo saùt boä bieán ñoåi laøm vieäc moät phaàn
tö maët phaúng taûi:
Treân hình III1.2.(a) ngaét ñieän baùn daãn moät
chieàu S1, nhö ta ñaõ bieát chæ coù theå daãn ñieän moät
chieàu töø ñaàu + cuûa nguoàn. Vì theá trò soá töùc thôøi aùp,
doøng ra uO, iO vaø trò soá trung bình cuûa chuùng Uo,
Io chæ coù theå döông, vaø boä bieán ñoåi nhö vaäy chæ laøm
vieäc ñöôïc ôû phaàn tö thöù nhaát cuûa maët phaúng taûi.
Xeùt chu kyø töïa xaùc laäp – khi maø caùc daïng
soùng seõ laäp laïi ôû moãi chu kyø. Hình IV.1.3. (a) giôùi
thieäu tín hieäu ñieàu khieån ngaét ñieän S1. Tín hieäu cao
(hay 1) töông öùng ngaét ñieän ñoùng, thaáp (hay 0) laø
ngaét.
Taïi t = 0, S1 ñoùng. Phöông trình vi phaân moâ
taû heä thoáng:
Hình IV.1.3: Daïng soùng cuûa BBÑ moät ¼ taûi RLE
dio
dt
<IV.1.1>
U = Rio + L
+ E,vôùi ñieàu kieän ñaàu io(0) = Imin
U − E
L
R
Giaûi ra :
i t = I − I − Imin e−t /τ vôùi Ixl1
=
,τ =
<IV.1.2>
o ( )
(
)
xl1
xl1
R
τ : thôøi haèng ñieän töø, Ixl1 : doøng qua maïch khi xaùc laäp (khi t Æ ∞ ).
−t /τ
on
i
(
t
)
= I
= I
−
I
− I e
)
<IV.1.3>
o
on
max
xl1
xl1
min
Khi t > t , S1 ngaét, doøng taûi khoâng thay ñoåi töùc thôøi, kheùp maïch qua diod phoùng ñieän D2.
on
Phöông trình vi phaân moâ taû heä thoáng khi choïn laïi goác thôøi gian:
dio
dt
0 = Rio + L
+ E,vôùi ñieàu kieän ñaàu io(0) = Imax <IV.1.4>
−t/τ
−E
R
Giaûi ra : i
(
t
)
= I
−
I
− I
)
e
vôùi I
=
<IV.1.5>
<IV.1.6>
o
x2
xl2
max
xl2
xl2
T−t
−
)
/τ
on
Vaø
i
(
T − t
)
= I
−
(
I
− I
)
e
= I
min
o
on
xl2
max
<IV.1.3> vaø <IV.1.6> cho pheùp tính ra Imax, Imin vaø daïng cuûa iO theo t nhö hình IV.1.3.(b).
chuong 4 BBDA1C.doc
Page 2 of 30
on / τ
on / τ
1− e−t
et −1
(
)
)
U
R
E
R
U
R
E
R
Imax
=
−
;Imin
=
−
)
1− e−T/ τ
eT/ τ −1
(
)
(
)
vaø nhaáp nhoâ doøng ra:
ΔI = I − Imin
<IV.1.7>
ton
T
max
ton ⋅U
Uo − E
Trò trung bình aùp ra: Uo =
= α.U,vôùi α =
<IV.1.8> , vaø doøng ra Io =
khi
T
R
söû duïng nguyeân lyù xeáp choàng cho thaønh phaàn moät chieàu cuûa aùp ra vO.
Tính gaàn ñuùng: Khi T << τ , coù theå tính gaàn ñuùng khi thay caùc ñaïi löôïng töùc thôøi cuûa veá
phaûi trong <IV.1.1> baèng giaù trò trung bình ñeå tính ñaïo haøm doøng:
dio
L
= U − E+ RI = U −U = U 1−α . Töø ñoù tích phaân ñeå coù:
(
)
(
)
o
o
dt
U 1−α
U 1−α
(
)
)
io =
t+ Imin ⇒ i t = I
=
max
ton + Imin
(
)
on
L
L
cho iO thay ñoåi theo ñöôøng thaúng, ta coù:
I
max + Imin
αU − E
trò trung bình doøng Io =
=
<IV.1.9>
2
R
UT
L
vaø nhaáp nhoâ doøng ΔI = Imax − Imin
=
1−α α <IV.1.10>
(
)
1
UT
giaù trò naøy cöïc ñaïi khi α = ,luùc ñoù ΔI =
<IV.1.11>
2
4L
Nhaän xeùt: nhaáp nhoâ doøng khoâng phuï thuoäc trò trung bình doøng taûi Io vaø ñieän trôû taûi R. Khi
E hay R taêng, Io giaûm trong khi ΔI khoâng ñoåi. Vì Imin = Io – ΔI/2, ñoøng ñieän seõ giaùn ñoaïn
khi Io < ΔI/2 [ hình IV.1.3.(c)]. Khi doøng giaùn
ñoaïn, trong moät chu kyø coù khoaûng thôøi gian iO = 0,
uO = E, trò trung bình aùp ra Uo seõ taêng, baèng :
1
⎡
⎤
Ut + T− t E <IV.1.12>
⎦
Uo =
(
)
on
x
⎣
T
vôùi tx : khoaûng thôøi gian coù doøng
Coù theå tính ñöôïc tX khi aùp duïng caùc coâng thöùc
töø <4.7> ñeán <4.10> cho chu kyø giaû ñònh baèng tX
(hình IV.1.4) vaø ñieàu kieän Imin = 0:
Hình IV.1.4: Daïng soùng vôùi chu kyø giaû ñònh tX
αxU − E
Uton
2L
ton URton + 2LE
tx URton + 2LU
ΔI
2
Iox =
=
=
1−α ⇒ α =
=
vaø
(
)
x
x
R
URton + 2LU
hay tx = t
<IV.1.13>.
on URton + 2LE
Coâng thöùc naøy cuõng cho ta ñieàu kieän ñeå boä bieán ñoåi coù doøng giaùn ñoaïn: ñoù laø chu kyø
T ≥ t vôùi tX tính theo <IV.1.13>.
x
Ví duï 4.1:
a. Tính caùc thoâng soá vaø veõ daïng doøng aùp treân taûi cuûa BBÑ aùp laøm vieäc1/4
mp taûi. U = 100 V, T = 100 microgiaây, tON = 30 microgiaây, R = 5 ohm,L = 0.01 henry, E = 20V
Giaû söû doøng lieân tuïc: α = 30/100 = 0.3, suy ra:
ΔI = (100*30*10-6*(1-0.3))/(1*10-3)= 0.21A
Uo = 100.(30/100)= 30 volt; Io = (30 – 20)/5 = 2 A.
chuong 4 BBDA1C.doc
Page 3 of 30
Imax = Io + ΔI/2 = 2.105 A.
Imin = Io – ΔI/2 = 1.895 A > 0 , giaû thuyeát doøng lieân tuïc laø ñuùng.
Kieåm tra laïi: τ = 0.01 / 5 = 0.002 giaây, töø <IV.1.7>,
30E−6 / 2E−3
e
−1
100
5
20
5
Imin
Imax
=
=
−
= 1.8953546A
100E−6 / 2E−3
(
e
−1
)
−30E−6 / 2E−3
1−e
100
5
20
−
= 2.1053454A, suy ra ΔI = 0.20991 A .
−100E−6 / 2E−3
5
(
1−e
)
Nhö vaäy sai soá giöõa hai caùch tính laø khoâng ñaùng keå.
Kieåm tra caùc thôøi haèng: T = 100 E-6 << τ = 0.002 giaây phuø hôp vôùi giaû thuyeát.
b. Giaû söû E thay ñoåi, tính giaù trò E ñeå doøng trôû neân giaùn ñoaïn.
Bieát raèng ΔI khoâng thay ñoåi theo E, tröôøng hôïp giôùi haïn cuûa doøng lieân tuïc xaûy ra khi
Imin = 0 vaø Io = ΔI/2 = 0.105 A. <IV.1.9> cho ta :
E = αU – R.Io = 30 – 5*0.105 = 29.475 volt.
Kieåm tra laïi, theá giaù trò E naøy vaøo <IV.1.13>, tX = 100 micro giaây = T. Vaäy khi E > 29.475
volt thì tX < 100 micro giaây vaø doøng baét ñaàu giaùn ñoaïn.
Baøi taäpï 4.1: Suy ra <IV.1.10> töø <IV.1.7> .
Ñaët T/τ = σ vaø ñaõ coù tON/T = α , theá vaøo <IV.1.7> khi löu yù e on = eα.σ ;e = e :
t
T
σ
τ
τ
1− e−α .σ
eα .σ −1
(
)
)
)
U
R
E
R
U
R
E
R
Imax
=
−
;Imin
=
−
<BT3.1.1>
1− e−.σ
eσ −1
(
(
)
2
Vì T << τ neân söû duïng gaàn ñuùng : e−x =1− x+ x cho caùc haøm muõ cuûa <BT3.1.1>:
2!
2
2
⎡
⎤
U 1−1+α.σ − (α σ / 2)
R
E U ⎡1− (α.σ / 2)⎤ E U
σ −α.σ
E
R
⎡
⎤
Imax
=
−
=
α
−
=
α ⋅ 1+
−
⎢
⎥
⎢
⎥
1−1+σ − (σ 2 / 2)
R
R
1− (σ / 2)
R
R
2
⎢
⎣
⎥
⎦
⎣
⎦
⎣
⎦
U
R
σ −α.σ
E
R
⎡
⎤
töông töï :
Imin
=
α 1−
−
,
⎢
⎣
⎥
2
⎦
U
R
UT
L
suy ra ΔI = α.σ 1−α =
α 1−α vì τ = L/R
[
]
(
)
Baøi taäpï 4.2: Bieän luaän cheá ñoä doøng ñieän BBÑ laøm vieäc ¼
maët phaúng taûi theo söùc phaûn ñieän E vaø α :
Khi tON giaûm hay E taêng, doøng ñieän giaûm. Vôùi tON = tGH
,öùng vôùi αgh = tGH / T, ta coù tröôøng hôïp giôùi haïn giöõa doøng lieân
tuïc vaø giaùn ñoaïn khi Imin = 0. Khi tON < tGH hay E taêng, doøng
giaùn ñoaïn vaø ngöôïc laïi.
Khi Imin = 0, <BT3.1.1> cho ta phöông trình:
eα −1
gh⋅σ
Egh
U
(
)
σ −α σ
⎛
⎞
⎟
⎠
gh
= qgh =
≈ αgh 1−
.
⎜
eσ −1
2
(
)
⎝
Hình IV.1.5: Bieän luaän doøng giaùn
ñoaïn (tính toaùn chính xaùc)
Hình IV.1.5 cho ta quan heä qgh(αgh) vôùi σ laø thoâng soá,
chuong 4 BBDA1C.doc
Page 4 of 30
bieåu thöùc gaàøn ñuùng aùp duïng khi σ = T/ τ << 1.
Cuøng αgh, σ khi q > qgh doøng seõ giaùn ñoaïn. Vaø ngöôïc laïi, cuøng giaù trò σ, q khi α < αgh,
doøng cuõng seõ giaùn ñoaïn.
Baøi taäpï 4.3: Tính beà roäng xung tX cuûa BBÑ laøm vieäc ¼ maët phaúng taûi, taûi RL trong cheá ñoä
doøng ñieän giaùn ñoaïn: (hình IV.1.4)
on / τ
1− e−t
. Theá keát quaû naøy vaøo <IV.1.6>, ñeå yù phaûi
U−E
R
<IV.1.3> vôùi Ibñ = 0 cho ta Imax
=
)
thay T baèng tX vì ñaây laø daïng xung cuûa doøng giaùn ñoaïn, keát quaû nhaän ñöôïc:
t =τ ⋅ln eσ .α ⋅ 1+
1− e−σ .α
U−E
E
⎡
⎤
(
)
{
x
⎣
⎦
Thöû laïi: vôùi τ = 0.01 giaây, T = 100 microgiaây, tON = 30 microgiaây, E = 44 V, U = 100 V, tính
ñöôïc tX = 68 microgiaây, cuøng keát quaû vôùi <IV.1.13>, ñeå yù τ = L/R.
3. Khaûo saùt boä bieán ñoåi laøm vieäc hai phaàn tö maët phaúng taûi I vaø II:
Ñeå laøm vieäc ñöôïc ôû hai phaàn tö I vaø II, doøng taûi iO vaø trò soá trung bình Io coù theå ñaûo chieàu.
Ngaét ñieän S2 vaø diod D1 cho pheùp doøng taûi iO < 0 .
Trong hình IV.1.2.(b), hai ngaét ñieän baùn daãn moät chieàu laøm vieäc ngöôïc pha nhau: khi S1
ñoùng trong thôøi gian tON, S2 ngaét (kyù hieäu: S1 = S2 ) vaø S2 doùng trong thôøi gian T – tON.
Khi S1 ñoùng, S1 daãn doøng iO > 0 vaø D1 daãn doøng iO < 0 , aùp ra uO = U. Töông töï, S2
ñoùng, S2 daãn doøng iO < 0 vaø D2 daãn doøng iO > 0, aùp ra uO = 0. Vaäy boä bieán ñoåi coù aùp ra
döông gioáng nhö ôû BBÑ laøm vieäc ¼ maët phaúng taûi nhöng doøng taûi coù theå ñaûo chieàu: BBÑ coù theå
laøm vieäc ôû phaàn tö thöù nhaát vaø hai.
Vieäc ñoùng ngaét ñaûo pha hai ngaét ñieän maéc noái tieáp khoâng deã daøng trong thöïc teá khi ta ñeå yù
thôøi gian turn on cuûa ngaét ñieän baùn daãn bao giôø cuõng beù hôn thôøi gian turn off. Khi ñoù coù theå xaûy
ra ngaén maïch nguoàn taïm thôøi khi ngaét ñieän turn off chöa kòp OFF trong khi ngaét ñieän turn on ñaõ ON
(söï truøng daãn). Ñeå traùnh hieän töôïng naøy ta caàn theâm vaøo moät khe thôøi gian ñuû lôùn caû hai ngaét ñieän
ñeàu khoaù laøm trung gian cho quaù trình chuyeån maïch.
Khaûo saùt nhö vôùi sô ñoà BBÑ laøm vieäc moät
phaàn tö cho keát quaû khoâng thay ñoåi, caùc coâng thöùc
töø <IV.1.1> ñeán <IV.1.11> ñeàu coù theå aùp duïng.
Nhöng vì caùc doøng ñieän ñeàu coù theå lôùn hay nhoû
hôn zero, ta khoâng coù cheá ñoä doøng giaùn ñoaïn.
Caùc daïng doøng aùp ñöôïc veõ treân hình IV.1.6:
Daïng doøng iO hình (a) töông öùng vôùi
tröôøng hôïp trò trung bình doøng ra Io >> 0. Diod
D1 vaø ngaét ñieän S2 khoâng coù doøng, thöïc teá maïch
hoaït ñoäng nhö boä bieán ñoåi moät phaàn tö thöù I.
Hình IV.1.6: Caùc tröôøng hôïp doøng ñieän cuûa BBÑ
laøm vieäc nhieàu hôn ¼ maët phaúng taûi
Daïng doøng (b) xaûy ra khi söùc phaûn ñieän taûi E xaáp xæ trò trung bình aùp ra Uo, trò trung bình
tieán veà 0 vaø caû 4 linh kieän coâng suaát ñeàu tham gia daãn ñieän.
Daïng doøng (c) xaûy ra khi trò trung bình doøng ra Io << 0 töông öùng vôùi Uo < E. Thöïc vaäy:
Uo − E
Io =
< 0 ⇒ Uo < E
R
chuong 4 BBDA1C.doc
Page 5 of 30
Luùc ñoù chæ coù D1 vaø S2 laøm vieäc. Khi S2 ñoùng, doøng iO qua R, L, S2 veà E coù bieân ñoä taêng
daàn. Cuoän daây ñöôïc naïp naêng löôïng. Khi S2 ngaét, doøng qua L khoâng thay ñoåi töùc thôøi phoùng qua
D1 veà nguoàn. Nhö vaäy taûi E duø coù söùc ñieän ñoäng beù hôn nguoàn U nhöng vaãn coù theå ñöa naêng
löôïng veà nguoàn nhôø naêng löôïng tích tröõ vaøo L khi S2 ñoùng.
Ví duï 4.2: Khaûo saùt BBÑ aùp moät chieàu hình IV.1.2 (b) voùi nguoàn U = 100 volt, söùc ñieän
ñoäng taûi E = 40 volt, R = 5 ohm, L = 1 mH, T = 100 micro giaây. Veõ daïng doøng ra trong caùc tröôøng
hôïp ñoä roäng xung töông ñoái α laàn löôït laø 0.5; 0.3; 0.2.
a. α = 0.5.
ΔI/2 = 100*0.0001*0.5(1 – 0.5)/(2*0.001)= 1.25 ampe.
Trung bình aùp ra Vo = 0.5*100 = 50 volt => Io = (50 – 40)/5 = 2 ampe.
Vaäy Imin = 2 – 1.25 = 0.75 ampe; . Imax = 2 + 1.25 = 3.25 ampe, töông öùng vôùi tröôøng hôïp
doøng ñieän daïng (a) cuûa hình IV.1.6.
b. α = 0.4
ΔI/2 = 100*0.0001*0.4(1 – 0.4)/(2*0.001)= 1.2 ampe.
Trung bình aùp ra Vo = 0.4*100 = 40 volt => Io = (40 – 40)/5 = 0 ampe.
Vaäy Imin = 0 – 1.2 =– 1.2 ampe; . Imax = 0 + 1.2 = 1.2 ampe, töông öùng vôùi tröôøng hôïp
doøng ñieän daïng (b) cuûa hình IV.1.6.
b. α = 0.3
ΔI/2 = 100*0.0001*0.3(1 – 0.3)/(2*0.001)= 1.05 ampe.
Trung bình aùp ra Vo = 0.3*100 = 30 volt => Io = (30 – 40)/5 = – 2 ampe.
Vaäy Imin =– 2 – 1.05 =– 3.05 ampe; . Imax =– 2 + 1.05 = – 0.95 ampe, töông öùng vôùi
tröôøng hôïp doøng ñieän daïng (c) cuûa hình IV.1.6.
Ví duï 4.2: Sô ñoà BBÑ bao goàm D1 vaø S2 (hình
IV.1.7 duøng ñeå chuyeån naêng löôïng töø taûi E veà nguoàn moät
chieàu U coù ñieän aùp cao hôn noù coøn goïi laø BBÑ taêng aùp
(tröôøng hôïp (c ) cuûa hình II.1.6).
ÔÛ BBÑ taêng aùp, ta ñònh nghiaõ tON laø thôøi gian daãn ñieän
cuûa S2, coâng thöùc tính trò trung bình VO seõ thay ñoåi, töông
öùng vôùi vieäc thay theá α baèng (1 - α) trong <IV.1.8>
Ta coù VO = V .(1 - α)
<IV.1.8*>
Hình IV.1.7: BBÑ taêng aùp
doøng qua taûi IO = (VO – E)/R < 0 töông öùng VO < E.
Caàn löu yù <IV.1.8*> chæ ñuùng khi doøng taûi iO lieân tuïc, nhôø vaøo khaû naêng tích tröõ naêng löôïng
ôû daïng doøng ñieän cuûa töï caûm L. Coù theå nhaän xeùt laø BBÑ taêng aùp laøm vieäc nhôø söùc ñieän ñoäng caûm
öùng treân L, nhôø noù maø doøng ñieän coù theå chaïy töø taûi E coù ñieän aùp beù veà nguoàn V lôùn.
BBÑ taêng aùp laø moät sô ñoà trong nhoùm BBÑ aùp moät chieàu daïng
FLYBACK, coù khaû naêng taêng-giaûm aùp vôùi töï caûm L ñöôïc xem nhö laø moät
thaønh phaàn cuûa BBÑ.
4. Khaûo saùt boä bieán ñoåi laøm vieäc boán phaàn tö maët phaúng taûi:
Hình IV.1.2.(c) cho ta sô ñoà caàu (coøn goïi laø caàu H) cuûa boä bieán
ñoåi laøm vieäc boán phaàn tö maët phaúng taûi. Ta cuõng coù theå söû duïng sô ñoà
vôùi hai nguoàn nhö hình IV.1.8. Trong sô ñoà caàu, caùc ngaét ñieän S1, S4
cung caáp ñieän aùp döông vaø caùc ngaét ñieän S2, S3 cung caáp ñieän aùp aâm
cho taûi. Caùc diod song song ngöôïc vôùi ngaét ñieän ñaûm baûo doøng ñieän löu
Hình IV.1.8: BBÑ laøm vieäc
boán phaàn tö maët phaúng
chuong 4 BBDA1C.doc
Page 6 of 30
taûi, sô ñoà hai nguoàn
thoâng hai chieàu. Coù theå lyù luaän töông töï ñeå chöùng minh khaû naêng laøm
vieäc ôû boán phaàn tö maët phaúng taûi cuûa sô ñoà söû duïng hai nguoàn: S1 cung caáp ñieän aùp döông cho taûi
vaø S2 cho ñieän aùp aâm. Coù nhieàu caùch ñieàu khieån BBÑ laøm vieäc 4 phaàn tö maët phaúng taûi nhö trong
baûng sau:
BAÛNG TOÙM TAÉT CAÙC PHÖÔNG PHAÙP ÑIEÀU KHIEÅN SÔ ÑOÀ CAÀU (hình IV.3.1c)
STT Caùch ñieàu khieån
Phaàn tö laøm Ñaëc ñieåm
vieäc
1
4 phaàn tö, Cho pheùp thay ñoåi lieân tuïc doøng, aùp
phuï thuoäc ñoä ra; nhaáp nhoâ doøng cao laøm taêng toån
roäng xung hao; löu yù truøng daãn
töông ñoái α
Ñieàu roäng xung S1= S4 = S3 = S2
2
Ñieàu roäng xung S1, S4 cho aùp ra > 0, I cho aùp ra > Ñieàu khieån ñôn giaûn; ít toån hao;
0,
khoâng theå truøng daãn; khoâng ñaûo
chieàu doøng taûi ñöôïc.
Ñieàu roäng xung S2, S3 cho aùp ra < 0
III cho aùp ra
< 0
3
4
I, II cho aùp Laøm vieäc ñöôïc ôû 4 phaàn tö; ñaûo
ra < 0, III,IV chieàu aùp ra caàn thay ñoåi luaät ñieàu
Ñieàu roäng xung S1= S2 cho ñieàu
khieån aùp,
aùp ra < 0
khieån; ít toån hao; löu yù truøng daãn
S4 = S3 ñeå choïn chieàu aùp
Ñieàu roäng xung S1= S2, S4 = S3
Vaø S1= S4(wt−π )
4 phaàn tö, Cho pheùp thay ñoåi lieân tuïc doøng, aùp
phuï thuoäc ñoä ra; nhaáp nhoâ doøng thaáp; löu yù truøng
roäng xung daãn; sô ñoà ñieàu khieån phöùc taïp nhaát
töông ñoái α
Chia laøm hai nhoùm:
- Ñieàu khieån hoaøn toaøn: Ñaëc ñieåm nhaän daïng cuûa nhoùm naøy laø ôû moãi nhaùnh caàu (nöõa caàu),
luoân coù moät ngaét ñieän laøm vieäc. Keát quaû laø doøng treân taûi coù theå ñaûo chieàu tuøy theo quan heä nguoàn
– taûi.
Ví duï nguyeân lyù ñieàu khieån S1 = S4 = S2 = S3 (Moät soá taøi lieäu goïi sô ñoà caàu vôùi ñieàu
khieån nhö vaäy laø BBÑ moät chieàu toång quaùt). AÙp ngoû ra luoân coù hai cöïc tính: uO döông khi S1 ñoùng
vaø aâm khi S1 ngaét – daïng soùng hình IV.1.9. Xung aùp ra coù bieân ñoä thay ñoåi trong khoaûng –U ñeán
+U, laøm cho nhaáp nhoâ doøng ñieän taêng gaáp ñoâi so vôùi daïng xung moät cöïc tính.
2UT
ΔI = Imax − Imin
=
1 − α α
<IV.1.14>
(
)
L
vôùi α = tON/T; tON laø thôøi gian ON cuûa S1, S4.
Sô ñoà naøy cho pheùp thay ñoåi lieân tuïc aùp ra töø aâm
sang döông khi thay ñoåi ñoä roäng xung töông ñoái tON/T :
1
Uo = ⎡U ⋅t −U T− t ⎤ = U 2α −1 <IV.1.15>
(
)
(
)
on
on
⎣
⎦
T
Hình IV.1.9 daïng soùng aùp ra ÑK chung
Doøng taûi coù theå döông hay aâm phuï thuoäc vaøo töông quan giöõa trung bình aùp ra UO vaø söùc
ñieän ñoäng taûi E (theo nguyeân lyù xeáp choàng).
chuong 4 BBDA1C.doc
Page 7 of 30
UO − E
IO =
,
R
Baøi taäp: Khaûo saùt hoaït ñoäng cuûa BBÑ laøm vieäc 4 phaàn tö maët phaúng taûi, ñieàu khieån theo
thuaät toaùn thöù 4 trong baûng phöông phaùp ñieàu khieån.
- Ñieàu khieån khoâng hoaøn toaøn: Laø nhöõng sô ñoà ñieàu khieån coøn laïi.
Tieâu bieåu laø nguyeân lyù ñieàu khieån sau: moãi luùc chæ ñoùng ngaét moät trong hai nhoùm: hoaëc S1,
S4 cung caáp aùp döông hoaëc S2, S3 cung caáp aùp aâm cho taûi. Khi ñoù, BBÑ chæ coù theå laøm vieäc ôû
phaàn tö I vaø III.
Maïch ñieän töông ñöông khi ñoùng ngaét S1, S4 veõ
treân hình IV.1.10.a.
+
D3
S1
Khi taûi thuaàn trôû, maïch laøm vieäc nhö tính toaùn:
S1, S4 cung caáp aùp döông hoaëc S2, S3 cung caáp aùp aâm
cho taûi (hình IV.1.10.b). Trò trung bình aùp ra:
i
o
U
Uo
D2
_
Uo = α.U
α: ñoä roäng xung töông ñoái
S4
Doøng qua taûi RL vaø ñoùng ngaét S1, S4 veõ treân
hình IV.1.10.c. Khi S1, S4 khoùa, doøng qua L khoâng thay
ñoåi töùc thôøi seõ phoùng qua S2, D3 taïo thaønh moät xung aùp
(b1)
Hình IV.1.10 (a) Maïch töông ñöông
aâm. Trò trung bình aùp ra UO thay ñoåi theo ñaëc tính taûi, beù hôn tröôøng hôïp taûi trôû.
Vaäy, moät caùch chính xaùc hôn, sô ñoà caàu ñieàu khieån ñoùng ngaét S1, S4 coù theå laøm vieäc ôû
phaàn tö thöù I vaø IV vì doøng taûi luoân döông vaø aùp ra cuõng coù theå aâm trong moät ñieàu kieän cuï theå.
(a) aùp ra taûi RL
(b) aùp ra taûi R
Hình IV.1.10 Khaûo saùt ñieàu khieån khoâng hoaøn toaøn: Sô ñoà caàu khi ñoùng ngaét S1, S4
Baøi taäp: Khaûo saùt BBÑ laøm vieäc 4 phaàn tö khi ñieàu khieån chung. Nguoàn U = 100 volt, E = 50V,
R = 1 ohm, L = ∞ ñeå nhaáp nhoâ doøng ΔI baèng khoâng. Tính doøng trung bình qua S1, nguoàn, coâng suaát
nguoàn cung caáp trong hai tröôøng hôïp ñoä roäng xung töông ñoái coù giaù trò thích hôïp ñeå doøng taûi laàn
löôït laø 20A vaø -10A
Baøi giaûi:
- Khi Io = 20A:
Uo = E + R.Io = 50 + 1*20 = 70 volt => Uo = U(2α – 1) => α = 0.85
Doøng trung bình qua S1: I1= Io*ton/T = Io*α = 17A
Tích phaân doøng trung bình qua nguoàn: In=[ Io*ton – Io(T – ton)]/T = Io*(2α − 1) = 14A
chuong 4 BBDA1C.doc
Page 8 of 30
Coù theå tính trò trung bình In cuûa doøng nguoàn
i khi caân baèng naêng löôïng cung caáp vaø tieâu thuï:
S2,
S3
S1, S4
ÑK
n
0
0
0
1
t/T
t/T
t/T
0.85
T
T in.dt = U.In
0
1
U
T
P =
U.in.dt =
n
∫
∫
0
T
+U
u
o
Pn = Po = U*In = Uo*Io => In = Io*Uo/U
- Khi Io = – 10A: tính toaùn töông töï, ta coù: α
= 0.7; I1 = – 7A (khi S1 ñoùng, doøng chaïy qua D1
IS1 = 0); Pn = – 400W töông öùng vôùi doøng nguoàn
trung bình In = – 4A.
- U
20A
i
n
S1, S4
-20A
D2, D3
LÖU YÙ: Nguyeân lyù baûo toaøn naêng löôïng cung caáp –
tieâu thuï chæ ñöôïc thoûa maõn khi tính toaùn chính xaùc
hay tröôøng hôïp lyù töôûng L taûi baèng voâ cuøng nhö ví
duï treân.
Hình IV.1.11 aùp treân taûi vaø doøng nguoàn khi doøng taûi
baèng 20A
Giaû thieát doøng taûi tam giaùc duø taïo nhieàu thuaän lôïi cho khaûo saùt nhöng chæ laø gaàn ñuùng, khoâng ñaûm
baûo nguyeân lyù baûo toaøn naêng löôïng cung caáp - tieâu thu,ï laøm xuaát hieän caùc keát quaû khoâng gioáng nhau khi tính
toaùn naêng löôïng treân caùc phaàn töû cuûa heä thoáng nhö baøi taäp soá 4 ôû cuoái chöông.
Vì theá daïng doøng tam giaùc coù theå ñöôïc duøng ñeå tính toaùn nhaáp nhoâ doøng taûi nhöng khi tính toaùn naêng
löôïng, ngöôøi ta laïi giaû söû laø doøng taûi phaúng ñeå chæ söû duïng trò trung bình doøng taûi cho moïi tính toaùn.
5. Khaûo saùt soùng haøi aùp doøng treân taûi RLE:
a. Soùng haøi ñieän aùp:
Coù theå phaân laøm hai tröôøng hôïp: doøng lieân tuïc vaø giaùn ñoaïn. Khi doøng lieân tuïc, daïng aùp ra
chæ phuï thuoäc ñoä roäng xung töông ñoái α. Khi doøng giaùn ñoaïn, daïng aùp ra coøn phuï thuoäc söùc phaûn
ñieän E. Tuy nhieân chæ caàn khaûo saùt tröôøng hôïp doøng ñieän giaùn ñoaïn, tröôøng hôïp doøng lieân tuïc töông
öùng vôùi beà roäng xung doøng tX baèng chu kyø T . Khai trieån Fourier cho aùp ra vO hình IV.1.3.c:
∞
∞
u = U +
A sinnωt + B cosnωt = U +
⎡U sin nωt + θ ⎤ vôùi
(
)
(
)
∑
∑
o
o
n
n
o
n
n
⎣
⎦
n=1
n=1
Un = An2 + Bn2 ,θn = tg−1 A /B
vaø ω = 2π /T
(
)
n
n
Uo ñöôïc tính baèng <IV.1.12>; An, Bn coù theå tích phaân theo daïng soùng uO hình IV.1.3.c, khi
ñeå yù chu kyø T töông öùng vôùi 2π:
ton
2π
An =
An =
2π uo ⋅ sinnωt ⋅ dωt =
⋅2π /T U ⋅ sinnωt ⋅ dωt +
E ⋅ sinnωt ⋅ dωt
1
π
1
π
)
∫
∫
∫
0
0
tx ⋅2π /T
U
nπ
E
U
E
1− cosnwt
−
1− cosnwt ;
Bn =
sinnwt
−
sinnwt
(
)
(
)
(
)
(
)
on
x
on
x
nπ
nπ
nπ
<IV.1.16a>
Bieân ñoä vaø ñoä leäch pha cuûa soùng haøi baäc n ôû tröôøng hôïp doøng lieân tuïc tX = T laø:
2U
1− cosnwton ; θn = tg−1 sinnwt / 1− cosnwt
⎡
⎤
<IV.1.16b>
Un =
(
)
on
on
⎣
⎦
nπ
chuong 4 BBDA1C.doc
Page 9 of 30
b. Soùng haøi doøng ñieän taûi RLE:
Soùng haøi doøng ñieän taûi RLE ñöôïc tính khi aùp duïng nguyeân lyù
xeáp choàng, doøng hieäu duïng cuûa thaønh phaàn baäc n :
Un
In =
2
2
R + nwL
(
)
6. Söï laøm vieäc song song caùc boä bieán ñoåi:
Hình IV.1.12 Maïch ñieän ñoái vôùi
soùng haøi baäc n (taûi RLE)
Söû duïng song song caùc boä bieán ñoåi coù 2 taùc duïng:
- Taêng coâng suaát ngoû ra thay vì noái song song caùc ngaét ñieän ñeå taêng coâng suaát BBÑ: Khi
coâng suaát taûi lôùn vöôït quaù khaû naêng cuûa caùc ngaét ñieän coù saün, vieäc song song nhieàu ngaét ñieän ñeå
ñaùp öùng coâng suaát coù nhieàu haïn cheá: maïch thöïc teá phöùc taïp, saûn xuaát ñôn chieác, heä soá an toaøn khi
tính choïn ngaét ñieän taêng… Trong coâng nghieäp, ngöôøi ta thöôøng cheá taïo caùc khoái maïch coâng suaát
ñöôïc chuaãn hoùa vôùi khaû naêng noái song song ôû ngoû ra.
- Taêng chaát löôïng aùp ra vaø hieäu quaû söû duïng nguoàn ñieän: BBÑ aùp DC laøm cho doøng nguoàn
khoâng phaúng, doøng hieäu duïng nguoàn cung caáp taêng töø ñoù giaûm khaû naêng cuûa ñöôøng daây vaø/hay
nguoàn caáp ñieän. Khi cung caáp cho taûi baèng hai BBÑ ta coù theå giaûm nhaáp nhoâ doøng nguoàn khi cho
caùc BBÑ laøm vieäc leäch pha. Cuõng baèng caùch naøy, nhaáp nhoâ aùp ra cuõng giaûm laøm taêng chaát löôïng
ñieän aùp cung caáp cho taûi.
Ñeå thaáy ñöôïc caùc keát quaû treân, ta quan saùt hình IV.1.13a. Ñaây laø sô ñoà hai BBÑ cung caáp
cho moät taûi coù thoâng soá hoaït ñoäng gioáng nhau: cuøng UO, cuøng khaû naêng taûi doøng… nhöng laøm vieäc
leäch pha ½ chu kyø. Chuùng ñöôïc noái chung ngoû vaøo vaø chung ngoû ra qua caùc cuoän khaùng coù nhieäm
vuï rôi phaàn aùp cheânh leänh xoay chieàu. Moãi BBÑ seõ daãn ½ doøng taûi.
AÙp ngoû ra moãi BBÑ: u01 = u02 (wt – π) => U01 = U02 = U0
AÙp treân cuoän khaùng L: uL = (u01 - u02 )/2
Suy ra aùp treân taûi: uO = u01 – uL = (u01 + u02 )/2
Hình IV.1.13a: Hai BBÑ cung caáp cho moät taûi
Coù theå chöùng minh deã daøng laø aùp treân
Hình IV.1.13b: Sô ñoà ñoäng löïc nhìn töø ngoû vaøo: Caûi
thieän doøng nguoàn baèng boä loïc ngoõ vaøo vaø ñieàu khieån
leäch pha caùc BBÑ
taûi chæ coù haøi boäi chaün, nghiaõ laø seõ nhaáp nhoâ ôû
taàn soá goùc 2w vaø aùp treân cuoän khaùng L chæ coù
caùc haøi boäi leû 1, 3, 5…
chuong 4 BBDA1C.doc
Page 10 of 30
Hình IV.1.14 cho thaáy doøng nguoàn seõ
nhaáp nhoâ ít hôn vôùi taàn soá gaáp ñoâi taàn soá ñoùng
ngaét cuûa 1 BBÑ. Ñieàu naøy coù theå thaáy ñöôïc
moät caùch deã daøng khi coäng doøng nguoàn cuûa hai
BBÑ laøm vieäc gioáng nhau leäch pha nöûa chu kyø.
I
o
t
Doøng nguoàn moät BBÑ thöïc teá (neùt nhoû), gaàn ñuùng
(neùt ñaäm)
in1 = in2 (wt – π)
doøng qua nguoàn: in = in1 + in2
suy ra:
t
doøng nguoàn khi laøm vieäc song song hai BBÑ
trung bình doøng nguoàn in In = 2.In
vaø in khoâng coù haøi boäi leû.
Hình IV.1.14: Daïng doøng nguoàn i cuûa moät vaø hai
n
BBÑ gioáng heät nhau laøm vieäc song song, leäch pha
180O.
IV.2 BOÄ BIEÁN ÑOÅI AÙP MOÄT CHIEÀU LOAÏI FLYBACK:
S1
D
+
i
s
D
i
+
S1
L
i
L
s
C
Io
C
Io
L
U
U
u
i
i
L
u
u
C
_
C
C
C
S2
_
D
(a)
(b)
S1
D
L2
D
L1
i
+
+
i
i
i
L2
s
C
Io
i
C
Io
L1
L2
T
L
U
U
u
i
i
L1
S1
u
u
C
C
_
_
C
C
n:1
(c)
(d)
Hình IV.2.1: Caùc sô ñoà BBÑ daïng Flyback:
Boä bieán ñoåi aùp moät chieàu xeáp vaøo loaïi flyback khi chu kyø hoaït ñoäng goàm hai pha:
Pha 1: Ngaét ñieän ñoùng (ON). Cuoän daây ñöôïc naïp naêng löôïng töø nguoàn, taûi söû duïng naêng
löôïng tích tröû trong tuï ñieän song song (tuï ñieän ngoû ra).
Pha 2: Ngaét ñieän ngaét (OFF). Cuoän daây chuyeån (phoùng) naêng löôïng qua taûi vaø naïp naêng
löôïng vaøo tuï ñieän.
Nhö vaäy, nguyeân taéc hoaït ñoäng boä bieán ñoåi loaïi FLYBACK ñoái nghòch vôùi caùc boä bieán ñoåi
daïng FORWARD, laø khi ngaét ñieän ñoùng (ON) khi taûi ñöôïc noái nguoàn.
Coù 4 sô ñoà ñöôïc trình baøy treân hình IV.2.1:
(a) : Boä bieán ñoåi ñaûo cöïc tính: ñöôïc duøng cho khaûo saùt cô baûn vì coù soá phaàn töû laø ít nhaát.
(b) Sô ñoà taêng giaûm aùp.
(c) Sô ñoà taêng giaûm aùp coù bieán aùp.
chuong 4 BBDA1C.doc
Page 11 of 30
(d) Sô ñoà taêng aùp.
Sô ñoà (a) coù soá phaàn töû ít nhaát, (b) coù cuøng hoaït ñoäng vôùi (a) nhöng khoâng ñaûo cöïc tính, (c)
töông töï (b) nhöng söû duïng bieán aùp vaø (d) taêng aùp.
1. Khaûo saùt sô ñoà caên baûn: [Hình IV.2.1.a]
Ñeå khaûo saùt gaàn ñuùng, ta giaû thieát caùc ñieän aùp, doøng ñieän ñeàu bieán thieân tuyeán tính, ñieàu
naøy coù theå ñaït ñöôïc khi:
- Chu kyø ñoùng ngaét T raát beù vôùi chu kyø cuûa maïch coäng höôûng LC ( baèng 2π LC ).
- Taûi laø nguoàn doøng I , chính laø giaù trò trung bình cuûa doøng taûi khi boû qua caùc nhaáp nhoâ .
o
Caùc giaû thieát naøy cuõng ñöôïc söû duïng trong caùc phaàn khaûo saùt tieáp theo.
Xem hình IV.2.1 trình baøy caùc daïng aùp, doøng cuûa maïch ôû cheá ñoä töïa xaùc laäp, khi caùc tín
hieäu thay ñoåi coù chu kyø.
- Khi 0 < t < tON : S1 ñoùng.
L naïp naêng löôïng töø nguoàn:
diL
dt
U
L
U = L
⇒ iL = t+ Imin
Ibñ laø giaù trò ban ñaàu, khi t = 0
U
L
t = ton :
iL(ton) = ton + Imin
U
⇒ ΔI = ΔIL = iL(ton) − Imin
=
ton < III.2.1>
L
Diod D khoâng daãn ñieän vì phaân cöïc
ngöôïc: anod coù ñieän theá aâm trong khi catod
döông.
Hình IV.2.2: Daïng aùp, doøng BBÑ hình IV.2.1.a
C phoùng ñieän qua taûi:
duC
dt
I
C
Io= −C
⇒ uC = − o t+Umax
Umax laø giaù trò ban ñaàu, khi t = 0
Io
C
Io
C
t = ton : uC (ton) = − ton +Umax ⇒ ΔU = ΔUC = Vmax − uC (ton) = ton < IV.2.2 >
- Khi t > tON : S1 ngaét, doøng qua cuoän daây khoâng theå maát ñi vì noù bieåu hieän naêng löôïng tích
tröõ trong cuoän daây, kheùp maïch qua D, phoùng ñieän qua C vaø taûi:
duC
dt
diL
dt
iL = Io+ iC = Io+ C
;
uL = −uC = L
Goïi IL laø trò trung bình doøng qua L, UC trò trung bình aùp qua C, cuõng laø trò trung bình aùp treân taûi.
ΔUC
Δt
ΔIL
Δt
Laáy trung bình hai veá phöông trình treân: IL = Io+ C
; UC = L
Theá caùc giaù trò ΔIL, ΔUC vaøo, ñeå yù Δt = T− ton , ta nhaän ñöôïc:
ton
T− ton
α
1−α
T
T− ton
UC =
U =
U ; IL =
Io < IV.2.3 >
ΔI
ΔI
Nhö vaäy, doøng qua cuoän daây iL thay ñoåi tuyeán tính trong khoaûng I −
,I +
, aùp uC
L
L
2
2
chuong 4 BBDA1C.doc
Page 12 of 30
treân tuï C thay ñoåi trong khoaûng UC − ΔU ,UC + ΔU . AÙp ra coù theå lôùn hay beù hôn aùp nguoàn phuï thuoäc
2
2
tON / T, nhaáp nhoâ aùp ra chæ phuï thuoäc doøng taûi Io vaø tuï loïc C, nhaáp nhoâ doøng ra phuï thuoäc aùp nguoàn
U vaø töï caûm cuoän daây L.
Tröôøng hôïp doøng giaùn ñoaïn:
Giaû söû ta giöõ ton khoâng ñoåi khi giaûm Io. ΔI khoâng ñoåi trong khi I giaûm theo Io. Doøng iL
L
T
on
ΔI
2
khoâng ñoåi daïng nhöng bieân ñoä thaáp daàn. Khi I =
Io ≤
ta coù tröôøng hôïp doøng qua L
L
T−t
giaùn ñoaïn (hình IV.2.3):
Trong khoaûng ton, doøng qua L ñöôïc naïp töø 0
ñeán giaù trò cöïc ñaïi. Khi S1 khoùa, L phoùng ñieän qua taûi
vaø C nhöng doøng seõ veà 0 tröôùc khi S1 ñoùng trôû laïi.
Goïi tx laø thôøi gian coù doøng qua L. Thôøi gian L
naïp naêng löôïng vaãn nhö cuõ: ΔI = U ton , nhöng thôøigian
L
taûi söû duïng naêng löôïng tích tröõ trong tuï taêng leân, theo
hình 3, baèng (T – tx + ton) vaø nhaáp nhoâ aùp
Io
C
ΔU = (T− tx + ton ) .
Thôøi gian L phoùng naêng löôïng thay ñoåi, baèng
Δt = (tx – ton) laøm cho caùc quan heä ñieän aùp vaø doøng
trung bình thay ñoåi. Neáu xem C ñöôïc naïp naêng löôïng
trong thôøi tx – ton , ta vaãn coù:
Hình IV.2.3: Daïng aùp, doøng BBÑ hình 4.8.a
duøng ñeå tính toaùn hoaït ñoäng khi doøng giaùn ñoaïn
duC
dt
diL
dt
iL = Io+ iC = Io+ C
;
uL = −uC = L
ΔIL
hay UC = L
Δt
vôùi ΔIL nhö cuõ vaø Δt = tx − ton . Töø doù suy ra:
ton
= Io(1+ T−(t −ton) ) = Io(t −t
)
ΔU
x
T
UC =
U ;
IL = Io+ C
tx −ton
tx −ton
tx −ton
x
on
<IV.2.4>
ΔI
2
U
T
tx −ton
T
ton
khi doøng giaùn ñoaïn, IL =
⇒
2L ton = Io(
) ⇒ tx = ton + 2.L.Io
U
Nhaän xeùt laø khi doøng giaùn ñoaïn, trò soá trung bình cuûa aùp ra taêng, theo lyù thuyeát seõ ñeán voâ
cuøng khi Io baèng 0 (maïch khoâng taûi). Coù theå giaûi thích hieän töôïng naøy laø do naêng löôïng chæ coù theå
truyeàn moät chieàu: nguoàn Æ cuoän daây Æ tuï ngoû ra vaø aùp treân tuï seõ taêng ñeán voâ cuøng theo naêng
löôïng naïp vaøo. Trong thöïc teá, luoân luoân coù toån hao trong maïch, toån hao naøy taêng theo ñieän aùp vaø
ngay khi khoâng taûi, naêng löôïng naïp vaøo seõ caân baèng vôùi toån hao ôû moät giaù trò höõu haïn cuûa aùp ra.
chuong 4 BBDA1C.doc
Page 13 of 30
Caùch tính nhö treân chæ coù
giaù trò gaàn ñuùng khi ñaõ cho C
ñöôïc naïp trong suoát thôøi gian L
phoùng ñieän. Thöïc teá laø khi
iL < Io tuï ñieän C phaûi phoùng
ñieän, cuøng vôùi L cung caáp naêng
löôïng cho taûi Io (so saùnh hai hình
IV.2.3 vaø IV.2.3b). AÙp ngoû ra seõ
beù hôn trò soá tính bôûi <IV.2.4>
khaù nhieàu. Cuõng töø lyù luaän naøy,
<IV.2.4> seõ chính xaùc hôn khi Io
tieán veà 0.
t
x
u
Δ
(a)
c1
u
c
u
Δ
u
Δ
c
c2
t
on
I
max
I
o
t
S ñoùng
S ngaét
T
Phöông phaùp khaùc tieáp
caän tröôøng hôïp doøng giaùn ñoaïn:
Hình IV.2.3b daïng aùp doøng chính xaùc hôn hình IV.2.3 khi doøng giaùn
ñoaïn. (a) laø aùp treân tuï hình IV.2.3 veõ laïi ñeå so saùnh
Theo nguyeân lyù baûo toaøn naêng löôïng, trong cheá ñoä töïa xaùc laäp, naêng löôïng cung caáp baèng
naêng löôïng tieâu thuï, Naêng löôïng naïp vaøo cuoän daây W baèng naêng löôïng taûi tieâu thuï trong chu kyø T:
2
2
2
1
L.Imax
U .ton
U
L
2
W = L.Imax = Uo.Io.T => Uo =
hay Uo =
<IV.2.4a>, vì Imax
=
ton .
2
2.Io.T
2.L.Io.T
Coâng thöùc tính aùp ra theo <IV.2.4a> chính xaùc hôn <IV.2.4>. Töø ñaây coù theå xaùc ñònh ñieàu
kieän cuûa ton ñeå doøng bieân lieân tuïc (tx = T) khi löu yù ñeán <IV.2.3>:
2
2
U .ton
ton
2.L.Io.T
Uo=
=
U => T− t t =
<+>
(
)
on
on
2.L.Io.T T− ton
U
<+> laø phöông trình baäc 2 coù 2 nghieäm döông, chæ nhaän keát quaû ton < T (giaù trò beù hôn).
Ñieàu ñaëc bieät laø khi cho (tx = T) trong <IV.2.4>, ta cuõng coù <+>.
dvC
dt
ΔvC
Δt
Ñeå tính nhaáp nhoâ aùp ra ΔuC vaø tx , ñeå yù iC = C
hay IC = C
trong töøng giai ñoaïn
naïp – xaû tuï, töø hình IV.2.3b, ta coù:
I
max − Io
ΔuC
Δt1
I
max − Io
Imax
I
max − I
2C
Imax − Io
= C
vôùi Δt1= (tx − ton)
suy ra ΔuC =
o (tx − ton)
2
Imax
Io
2
ΔuC1
Δt2
Io
Imax
Io
2C
Io
Imax
= C
vôùi Δt2 = (tx − ton)
suy ra ΔuC1 =
(tx − ton)
ΔuC2
Δt3
I
C
Vaø Io = C
vôùi Δt3 = T− (tx − ton) suy ra ΔuC2 = o (T+ ton − tx)
Vì ΔuC = ΔuC1 + ΔuC2 , ta coù
(Imax − Io)2
Io
2C
Io
Imax
I
C
ΔuC =
(tx − ton) =
(tx − ton)
+
o (T+ ton − tx ) suy ra tx baèng:
2C.Imax
I
max − Io 2 Io
CImax
2Io
Imax
(
)
tx =
T+ton vaø ΔuC =
T <IV.2.4b>
2
chuong 4 BBDA1C.doc
Page 14 of 30
2IoL
Uton
2IoL
Uton
2
theá giaù trò Imax vaøo: tx =
T+ton < T => ton − T.ton +
T<0
Ta tìm laïi ñöôïc bieåu thöùc tính tx vaø khi cho (tx = T), ta cuõng coù laïi <+>.
Moâ phoûng BBÑ flyback ñeå kieåm tra:
Söû duïng PSIM ñeå moâ phoûng maïch ñieän
hình IV.2.1a vôùi caùc thoâng soá:U = 20V,
L = 30 uH, C = 50 uF, T = 50 us,
α = 0.3 vaø Io laàn löôït baèng 1.2A, 2A,
3.5A, 6A ta coù ñöôïc caùc keát quaû hình
IV.2.3c. Daïng aùp treân tuï gioáng hình
IV.2.3b hôn hình IV.2.3a. Tuï chæ ñöôïc
naïp ñieän khi iL > Io.
Ta coù cheá ñoä bieân giaùn ñoaïn ôû
Io = 3.5A. Khi ñoù aùp ra cuõng coù trò soá
cuûa tröôøng hôïp doøng lieân tuïc (Io = 6A),
baèng 8.57V. Khi doøng khoâng lieân tuïc,
aùp ra taêng. AÙp ra phuø hôïp theo tính
Hình IV.2.3c daïng aùp doøng moâ phoûng BBÑ flyback duøng PSIM
toaùn baèng <IV.2.4a> (laàn löôït baèng
25V, 15V).
2. Caùc sô ñoà khaùc:
a. Sô ñoà hình IV.2.1.b: Hoaït ñoäng hoaøn toaøn gioáng nhö sô ñoà caên baûn hình 1.(a) nhöng aùp ra
khoâng ñaûo daáu. S1 vaø S2 ñöôïc ñieàu khieån baèng cuøng tín hieäu, ñoùng maïch ñeå naïp naêng löôïng vaøo
cuoän daây vaø khi ngaét, cuoän daây seõ phoùng ñieän qua hai diod D1 vaø D2, cung caáp doøng naïp tuï vaø
cho taûi Io.Caùch noái naøy coøn giaûm ñieän aùp ñaët vaøo ngaét ñieän ôû traïng thaùi khoùa so vôùi sô ñoà
IV.2.1(a).
b. Sô ñoà hình IV.2.1.c: Laø sô ñoà thöôøng gaëp nhaát trong caùc boä nguoàn. Bieán aùp T coù hai
nhieäm vuï: caùch ly nguoàn vaø taûi, laøm cuoän daây tích tröõ naêng löôïng cho boä bieán ñoåi. T laø bieán aùp
khoâng baûo hoøa, tæ soá voøng daây sô/thöù laø n, L1 vaø L2 laàn löôït laø töï caûm cuoän daây sô vaø thöù caáp.
Vôùi cuøng giaû thieát cuûa khaûo saùt sô ñoà caên baûn, caùc keát qua nhaän ñöôïc cuõng coù daïng töông
töï. Ta coù caùc quan heä cuûa bieán aùp:
2
n L2 = L1 ; nI = I
; v = n ⋅ v
L1 L2
L1
L2
- Khi S1 ñoùng: 0 < t < tON L1 ñöôïc naïp naêng
löôïng, doøng iL1 taêng; C xaû qua taûi,aùp giaûm:
Io
ΔIL1 = ton ;ΔUC = ΔU = ton <IV.2.5>
U
L
C
1
- Khi S1 ngaét: tON < t < T , löu yù giaû thieát
doøng lieân tuïc:
iL2 = Io + iC vaø uL1 = n uL2 = n uC ,
theá caùc giaù trò töông öùng vaø laáy trung bình:
Hình IV.2.4: Daïng aùp, doøng BBÑ hình IV.2.1.b
chuong 4 BBDA1C.doc
Page 15 of 30
duC
dt
ΔU
Δt
1
T
n⋅iL1 = iL1 = Io+ C
⇒ n⋅ IL1 = Io+
di
⇒ IL1 =
(
)Io
n T− ton
<IV.2.6>
diL2
uC = uL2 = L2
dt
ΔI
ton
L2
L2
1
L1
L1
=
⇒ UC =
⇒ UC =
(
)U
n dt
n Δt
n T− ton
Bieåu thöùc tính giaù trò trung bình caùc aùp ra vaø doøng qua cuoän daây gioáng nhö tröôøng hôïp caên
baûn nhöng coù theâm tæ soá bieán aùp n.
Nhaáp nhoâ doøng tæ leä nghòch vôùi giaù trò töï caûm cuoän daây, nhöng caàn löu yù laø caùc töï caûm
khoâng ñöôïc lôùn quaù ñeå bieán aùp bò baûo hoøa, khi maø doøng naïp cuoän daây chính laø doøng töø hoùa cho
bieán aùp. Khaûo saùt tröôøng hôïp doøng giaùn ñoaïn cuõng nhaän ñöôïc nhöõng keát quaû töông töï.
c. Sô ñoà taêng aùp hình IV.2.1.d:
Khi bieán aùp T noái ôû daïng töï ngaãu, tæ soá 1:n vaø noái tieáp vôùi aùp vaøo, ta nhaän ñöôïc sô ñoà taêng
2
aùp. Caùc thoâng soá:
ngaét, cuoän daây phoùng ñieän:
ta coù: uC = U + uL2 ⇒ UC = U + nL2
L2 = n L1 ; IL1 = nIL2 ; n⋅uL1 = uL2 . Chöùng minh töông töï vaø ñeå yù khi S1
ΔIL1
ton
T− ton
⇒ UC = U[1+ n(
)] <IV.2.7>
Δt
U
Io
Ta cuõng coù : ΔIL1 = ton ; ΔUC = ΔU = ton
L1
C
T
Io
vaø trò trung bình doøng ñieän cuoän daây trong pha naïp ñieän I = n
L1
T−ton
3. Khi boä bieán ñoåi coù nhieàu ngoû ra: (hình IV.2.5 )
Caùc boä nguoàn xung thöôøng caàn nhieàu caáp ñieän aùp ôû ngoû ra, coù theå caùch ñieän vôùi nhau nhö ôû
hình IV.2.5. Sô ñoà thöôøng duøng bieán aùp coù nhieàu cuoän thöù caáp.
Giaû söû bieán aùp coù moät cuoän sô caáp vaøø n cuoän thöù caáp. Caùc cuoän daây coù thoâng soá n, L; n1, L2; …;
n, L laø thoâng soá cuûa cuoän sô caáp.
Caùc töï caûm quan heä vôùi nhau:
D1
L
L1
L2
L3
=
=
=
= ..
_
+
2
2
2
2
n
( )
n
n
n
( )
(
)
(
)
1
2
3
C1
I1
I2
I3
U1
L1
D2
L2
quan heä caùc ñieän aùp caûm öùng:
U
n
U1 U2 U3
S
=
=
=
= ...;
n
n2
n3
1
+
+
i
vaø doøng ñieän treân cuoän daây nI = n I
C2
C3
∑
L
U2
i
i
_
i
U
Töø ñoù, suy ra ôû cheá ñoä doøng lieân tuïc vôùi
i laø chæ soá cuoän daây:
u
D3
L3
L
L
_
_
+
- nhaáp nhoâ aùp ôû moãi cuoän daây thöù caáp:
U3
Ii
ΔUCi = ton ;
Ci
Hình IV.2.5: BBÑ Fly back nhieàu ngoû ra
- nhaáp nhoâ doøng ôû cuoän sô caáp:
U
ΔIL = ton
L
⎛
⎜
⎞
⎟
⎠
ni
ton
- Trung bình aùp ra moãi cuoän daây thöù caáp: UCi =
U
<IV.2.8>
n T− ton
⎝
chuong 4 BBDA1C.doc
Page 16 of 30
⎛
⎜
⎞
1
T
- Trung bình doøng ñieän cuûa cuoän sô caáp: IL =
n I <IV.2.9>
⎟∑
i
i
n T− ton
i
⎝
⎠
Ñeå yù laø khi S1 ngaét, doøng ñieän chæ caàn phoùng lieân tuïc treân moät cuoän daây thöù caáp laø ñaûm
baûo heä thoáng laøm vieäc ôû cheá ñoä doøng lieân tuïc.
Löu yù: Maëc duø cheá ñoä doøng lieân tuïc laø cô sôû cuûa khaûo saùt lyù thuyeát, caùc boä nguoàn thöïc teá
laøm vieäc ôû doøng giaùn ñoaïn. Ñeå ñaûm baûo oån ñònh aùp ra, caàn coù coù phaûn hoài aùp ñeå chænh tON töï ñoäng.
Tuy nhieân, caùc boä nguoàn flyback ñeàu vaãn khoâng theå laøm vieäc ôû cheá ñoä khoâng taûi, vaø nhaø saûn
xuaát phaûi duøng moät ñieän trôû laøm taûi giaû, ñeà phoøng tröôøng hôïp ngoû ra khoâng taûi hay taûi quaù beù.
Ví duï IV.2.1:
a. Cho sô ñoà hình IV.2.5.(c), aùp nguoàn U = 260 volt, taàn soá ñoùng ngaét f = 20 KHz, taûi ñònh
möùc Uo = 5 volt, Io = 5 ampe. Tính caùc thoâng soá maïch ñeå nhaáp nhoâ aùp ra ΔU = 20 mV, nhaáp nhoâ
doøng qua ngaét ñieän ΔI baèng 50 % trò trung bình.
T = 1/f = 50 micro giaây, choïn tON = 0.6 T = 0.6/ 20000 = 30 micro giaây.
<IV.2.2> suy ra C = Io*tON/ ΔU = 5*30 E -6 / 20 E -3 = 7.5 E –3 = 7500 uF
<IV.2.3> suy ra tæ soá bieán aùp n =(U * tON)/ [(T - tON )* Vo] = 78 vaø trò trung bình doøng qua L
(trong khoaûng naïp ñieän)
IL = (Io * T)/ [(T - tON )* n] = ( 5 * 50) / [(50 – 30)*78] = 0.16 ampe
nhaáp nhoâ doøng ΔI = 0.16 * 0.5 = 0.08 ampe.
<IV.2.2> => L = (260 * 30 E –6) / 0.08 = 0.0975 H.
Doøng cöïc ñaïi qua ngaét ñieän S: Imax = IL + ΔI / 2 = 0.20 ampe
b. Vôùi heä thoáng tính ñöôïc ôû caâu a., ñoä roäng xung töông ñoái beù nhaát cho pheùp tON/Tø= 0.1,
tính doøng taûi toái thieåu ñeå heä thoáng coù doøng lieân tuïc luùc naøy:
tON = 0.1 * 50 = 5 micro giaây.
Nhaáp nhoâ doøng ΔI = 260*5 E –6 / 0.0975 = 0.0133 ampe.
Ñeå coù doøng lieân tuïc, trò toái thieåu Imin = 0 hay trung bình doøng qua sô caáp bieán aùp IL phaûi
lôùn hôn moät nöûa nhaáp nhoâ doøng ΔI, baèng 0.00667 ampe vaø doøng taûi töông öùng :
<IV.2.3> => Io = IL * n *(T – tON) / T = 0.00667 * 78*(50 – 5)/50 = 0.468 ampe
Baøi taäp IV.2.1: Tính toaùn chính xaùc cho sô ñoà hình 4.8.a (sô ñoà cô baûn): Khaûo saùt chu kyø töïa
xaùc laäp (khi caùc daïng soùng laäp laïi ôû moãi chu kyø).
- Khi ngaét ñieän S ñoùng, caùc bieåu thöùc khoâng ñoåi, coù daïng cuûa <IV.2.2>.
diL
dt
U = L
t = ton :
⇒ iL = U t+ Imin
Imin laø giaù trò ban ñaàu, khi t = 0
L
iL(ton) = U ton + Imin
⇒ ΔI = ΔIL = iL(ton) − Imin = U ton
L
L
duC
dt
I
C
Io= −C
⇒ uC = − o t+Umax
Umax laø giaù trò ban ñaàu, khi t = 0
Io
C
Io
C
t = ton : uC (ton) = − ton +Umax ⇒ ΔU = ΔUC = Vmax − uC (ton) = ton < III.2.2 >
- Khi S ngaét:
chuong 4 BBDA1C.doc
Page 17 of 30
duC
dt
diL
dt
coù caùc phöông trình iL = Io+ iC = Io+ C
;
uL = −uC = L
ñieàu kieän ban ñaàu
i 0 = I = Imin + ΔI < baitapII.5.1 > ; u 0 = V = Umax − ΔU < baitapII.5.2 > .
L ( ) C ( )
max
min
Heä phöông trình naøy coù theå ñoåi laïi thaønh phöông trình baäc 2 theo vC nhö sau:
2
d uC
dt
LC
+ uC = 0 vôùi caùc ñieàu kieän ñaàu:
2
duC
dt
1
1
u 0 = U ;
0 = i 0 =
( ) C ( )
Imax − Io
C ( )
(
)
min
C
C
nghieäm vC coù daïng uC = Asinwt+ Bcoswt vôùi w = 1/ LC , A vaø B laø haèng soá tích phaân
phuï thuoäc hai ñieàu kieän ñaàu. Coù theå tính ñöôïc:
L
u = Z I − I sinwt+Umin coswt vôùi Z =
laø toång trôû soùng maïch coäng höôûng LC.
(
)
C
max
o
Umin
Z
C
vaø iL = iC + Io = −
sinwt+ I − I coswt+ I
(
)
max
o
o
Vôùi giaû thieát doøng lieân tuïc, theá t = T – tON vaøo, ta coù laïi caùc giaù trò aùp doøng ôû ñaàu chu kyø
uC = Umax vaø iL = Imin nhö sau:
Umax = Z I − I X +U Y <baitapIV.2.3> vaø
)
max
o
min
Umin
Z
Imin = −
X + I − I Y + I <baitapIV.2.4> vôùi X = sinw(T – t ), Y = cosw(T – t )
(
)
ON
ON
max
o
o
Boán phöông trình töø <baitapIV.2.1> ñeán <baitapIV.2.4> cho pheùp ta tính ñöôïc Vmin, Vbñ,
max, Ibñ, vieát ñöôïc bieåu thöùc moâ taû daïng soùng aùp treân tuï vaø doøng qua cuoän daây:
I
Io
C
Io
C
1
⎡
⎤
Umin
=
U ⋅wton ⋅ X − ton 1− Y ; Umax = Umin
+
ton
(
)
⎥
2
⎢
2
⎣
⎦
1− Y + X
(
)
1
U
L
U
L
⎡
⎤
Imax = Io +
ton 1− Y − I ⋅wt ⋅ X ;
Imin = Imax
−
ton
(
)
o
on
2
⎢
⎣
⎥
2
⎦
1− Y + X
(
)
Daïng soùng aùp treân tuï vaø doøng qua L coù daïng dao ñoäng trong khoaûng L phoùng ñieän qua C
thay vì ñöôøng thaúng nhö trong khaûo saùt gaàn ñuùng. Trong thöïc teá, do C thöôøng raát lôùn, chu kyø T cuûa
maïch thöôøng raát beù so vôùi chu kyø dao ñoäng LC, do ñoù caùc ñöôøng cong coù theå xem laø ñöôøng thaúng.
Caùc coâng thöùc gaàn ñuùng coù theå suy ra trôû laò khi khai trieån Taylor caùc haøm löôïng giaùc: sin x xaáp xæ
(x – x3/3) cos x baèng 1 – x2/2.
Baøi taäp IV.2.1 cho thaáy söï phöùc taïp cuûa vieäc tính toaùn chính xaùc, seõ taêng leân khi khi khaûo saùt
tröôøng hôïp doøng giaùn ñoaïn. Tính toaùn gaàn ñuùng luoân ñöôïc söû duïng trong thöïc teá.
IV.3 MAÏCH TAÉT SCR:
Ñeå thöïc hieän caùc ngaét ñieän baùn daãn moät chieàu, ngoaøi hoï transistor hay GTO coù theå ñoùng
ngaét theo maïch laùi, ta coù theå söû duïng SCR cuøng vôùi maïch phuï, goïi laø maïch taét SCR. Quaù trình taét
SCR coøn ñöôïc goïi laø quaù trình ñaûo löu hay chuyeån maïch vì khi ñoù doøng taûi ñöôïc chuyeån sang
maïch ñieän khaùc do/ñeå doøng qua SCR baèng khoâng.
Nguyeân lyù toång quaùt cuûa maïch taét SCR laø taïo ra moät ñöôøng daãn ñieän taïm thôøi thay theá
SCR, laøm cho doøng qua noù veà khoâng trong thôøi gian ñaûm baûo taét t lôùn hôn thôøi gian taét t
q
off ñöôïc
ghi ôû soå tay söû duïng linh kieän.
chuong 4 BBDA1C.doc
Page 18 of 30
1. Ví duï maïch taét SCR: Maïch hai traïng thaùi beàn duøng SCR (hình IV.3.1).
Taïi t = 0, kích T1. T1 daãn ñieän vaø C ñöôïc naïp qua T1 vaø R2 ñeán aùp nguoàn U vôùi cöïc tính
nhö hình veõ. T2 coù ñieän aùp phaân cöïc laø u , baèng aùp nguoàn V khi doøng naïp tuï tieán veà 0 .
C
Khi kích T2, T2 daãn ñieän
vaø tuï ñieän C ñaët aùp aâm vaøo T1.
+
T1 khoâng theå daãn ñieän vaø phuïc
hoài traïng thaùi khoùa. Tuï ñieän C
ñöôïc naïp qua R1 ñeán giaù trò aùp
nguoàn U vôùi daáu ngöôïc laïi,
chuaån bò laøm taét T2 khi T1 ñöôïc
kích. Thôøi gian T1 bò ñaêït aùp aâm
R1
R2
-
u
U
C
+
C
T1
T2
ñöôïc goïi laø t - thôøi gian ñaûm
_
q
baûo taét SCR, caàn phaûi lôùn hôn
t
laø thôøi gian caàn thieát cho
off
SCR phuïc hoài khaû naêng khoùa.
Hình IV.3.1: Maïch hai traïng thaùi beàn duøng SCR
Nhö vaäy ñeå taét SCR, ngöôøi ta coù theå duøng tuï ñieän coù tích ñieän vôùi daáu thích hôïp, taïo ñöôøng
daãn ñieän taïm thôøi laøm cho doøng qua SCR baèng khoâng trong thôøi gian t > t
, ñuû ñeå SCR phuïc
q
off
hoài khaû naêng khoùa.
Baøi taäp: Tính phöông trình moâ taû daïng aùp treân tuï C trong moät chu kyø töïa xaùc laäp theo caùc
thoâng soá maïch vaø chu kyø T. Suy ra t (thôøi gian ñaõm baûo taét SCR) cuûa maïch.
q
2. Sô ñoà ñaûo löu (chuyeån maïch) cöùng caùc SCR.
Vieäc taét SCR baèng caùch duøng tuï ñieän ñaët aùp aâm vaøo AK nhö ví duï treân ñöôïc goïi laø chuyeån
maïch cöùng caùc SCR.
Ñeå khaûo saùt ta xem sô ñoà toång quaùt hình IV.3.2 vôùi giaû thieát doøng taûi I khoâng ñoåi trong
o
thôøi gian chuyeån maïch, U laø aùp treân tuï ban ñaàu. Khi khoùa K ñoùng, u = u 0 = −U laøm T taét,
C ( )
T
doøng taûi I chuyeån qua maïch C. Phöông trình cho uC khi chuyeån maïch:
o
dv
dt
Io = C C ;u 0 = −U
I
u
C ( )
o
T
T
I
⇒ u = u t = o t−U
C ( )
T
C
K
C
Df
khi t = tq laø thôøi gian ñaûm baûo taét T1, aùp treân tuï
baèng 0 :
u
c
u
T
u t = 0 ⇒ C.U = I .t
C ( )
q
o
q
Khi C naïp ñeán giaù trò nguoàn, doøng qua noù veà 0,
t
q
t
T2 töï taét, doøng taûi kheùp maïch qua D . Tuï ñieän C ñaõ coù
f
naêng löôïng cho chu kyø laøm vieäc môùi. Nhö vaäy, ñieän
löôïng C.U tích tröõ trong C phaûi duy trì ñöôïc doøng taûi
- U
Hình IV.3.2 maïch ñieän ñeå khaûo saùt ñaûo löu
cöùng vaø dang aùp treân SCR T
trong thôøi gian ñaûm baûo chuyeån maïch t hay
q
t = U .C / IO <IV.3.1>
q
chuong 4 BBDA1C.doc
Page 19 of 30
3. Boä bieán ñoåi laøm vieäc moät phaàn tö duøng SCR (hình IV.3.3.a):
Trong maïch hình
i
+
U
_
IV.3.3.a, T1 laø SCR chính
daãn doøng ñieän taûi, T2 laø
SCR phuï, chæ laøm nhieäm
vuï taét (chuyeån maïch) SCR
chính. Ñeå khaûo saùt maïch,
ta coù giaû thuyeát doøng taûi
khoâng thay ñoåi:
o
C
C
+
_
T1
u
T2
Dp
L
u
o
Df
R
iO = I = haèng soá
o
trong thôøi gian maïch taét
SCR hoaït ñoäng.
Hình IV.3.3: (a)BBÑ ¼ maët phaúng taûi duøng SCR; (b) caùc daïng soùng
Nguoàn ñöôïc noái vaøo ñuû laâu ñeå C ñöôïc naïp ñeán aùp nguoàn U theo cöïc tính nhö hình veõ qua
ñieän trôû R. R coù giaù trò raát lôùn, khoâng aûnh höôûng ñeán hoaït ñoäng sau naøy cuûa maïch.
Taïi t = 0, kích T1. T1 daãn ñieän. doøng qua noù goàm doøng taûi I vaø doøng phoùng ñieän cuûa tuï C
o
qua T1, D vaø L. Ñaây laø maïch coäng höôûng LC khoâng coù toån hao khi ta xem caùc linh kieän laø lyù
p
töôûng. Doøng phoùng ñieän cuûa C laø hình sin vaø aùp qua noù coù daïng cos.
Khi ñieän aùp treân tuï ñieän ñaûo cöïc tính (ngöôïc vôùi daáu treân hình IV.3.3.a), diod D khoâng
p
cho pheùp noù xaû theo chieàu ngöôïc laïi vaø nhö vaäy tuï ñieän C ñaõ chuaån bò ñöôïc ñieän tích coù daáu thích
hôïp ñeå taét T1 khi T2 ñöôïc kích, nhö sô ñoà nguyeân lyù hình IV.3.2. Thôøi gian ñaûo cöïc tính tuï ñieän laø
T
½ chu kyø dao ñoäng 2 = π LC cuõng chính laø thôøi gian on toái thieåu cuûa BBÑ.
Khi kích T2, T2 daãn vT1 = vC < 0 : T1 taét vì doøng taûi I chuyeån qua C. C ñöôïc naïp baèng
o
doøng taûi I ,nhö nguyeân lyù chuyeån maïch cöùng nhö ñaõ khaûo saùt. Ñieàu kieän ñeå coù söï chuyeån maïch
o
Io .tq
thaønh coâng laø C >
, t > t
laø thôøi gian taét cuûa SCR T1.
off
q
U
Khi C naïp ñeán giaù trò nguoàn U, doøng qua noù veà 0, T2 töï taét, doøng taûi kheùp maïch qua D .
f
Tuï ñieän C ñaõ coù naêng löôïng cho
chu kyø laøm vieäc môùi. Thôøi gian
T
T1
T11
off toái thieåu cuûa BBÑ laø 2.t , deå
T1
T2
T4
q
_
C
C
u
cho aùp treân tuï coù theå thay ñoåi töø
– U ñeán + U, ñaûm baûo taét ñöôïc
SCR chu kyø tieáp.
+
_
C
C
u
+
T3
T2
T22
Nhöôïc ñieåm lôùn cuûa maïch
naøy laø phaûi coù pha ñaûo cöïc tính
aùp treân tuï ñieän, ñieàu naøy laøm
taêng toån hao naêng löôïng, giaûm
(b)
(c)
Hình IV.3.3.b vaø c: Caùc môû roäng cuûa maïch taét hình IV.3.3.a
taàn soá laøm vieäc cho pheùp cuûa maïch. Cuøng hoï chuyeån maïch cöùng coøn coù caùc maïch treân hình IV.3.3.b
vaø 5.3.3.c khoâng söû duïng cuoän daây vaø cuõng khoâng coù pha ñaûo cöïc tính aùp treân tuï ñieän. Tuï taét C naèm
giöõa caàu SCR, chuùng ñöôïc kích ôû theo chu trình thích hôïp ñeå cung caáp aùp aâm taét SCR chính (sô ñoà
b). Sô ñoà (c) coù ñieàu khieån phöùc taïp hôn khi doøng taûi laàn löôït chaïy qua caùc nhaùnh cuûa caàu SCR.
Trong thöïc teá, trong maïch coøn nhieàu töï caûm noái tieáp vôùi SCR, coù theå laø töï caûm cuûa nguoàn
ñieän, daây daãn hay laø cuoän daây ñöôïc theâm vaøo ñeå choáng nhöõng ñoät bieán doøng laøm aûnh höôûng keát quaû
chuong 4 BBDA1C.doc
Page 20 of 30
Tải về để xem bản đầy đủ
30 trang
20400
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Điện tử công suất ứng dụng - Chương 4: Bộ biến đổi áp một chiều", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- bai_giang_dien_tu_cong_suat_ung_dung_chuong_4_bo_bien_doi_ap.pdf
