Bài giảng Điện tử công suất và ứng dụng - Chương 6: Bộ nguồn bán dẫn một chiều
Slides ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
2/23 ch6 BN DC /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
CHÖÔNG 6
BOÄ NGUOÀN BAÙN DAÃN MOÄT CHIEÀU
BBÑ VAØ BOÄ NGUOÀN BAÙN DAÃN:
Boä nguoàn baùn daãn ≡ BBÑ nhöng ñöùng treân quan ñieåm söû duïng
6.1 BBÑ vaø Boä nguoàn baùn daãn
6.1 Thieát keá boä nguoàn chænh löu
6.2 Boä nguoàn xung
Loïc
ñaàu vaøo
(*)
Loïc
ñaàu ra
(*)
Boä
SÔ ÑOÀ KHOÁI:
Taûi
Löôùi
Bieán ñoåi
- Maïch coâng suaát: boä loïc ñaàu
vaøo, boä bieán ñoåi (maïch ñieän töû
coâng suaát) vaø boä loïc ngoû ra.
- Khoái ño löôøng
6.2.1 Sô ñoà boä nguoàn xung duøng nghòch löu
6.2.2 Sô ñoà boä nguoàn xung flyback
6.2.3 Ñieàu khieån boä nguoàn xung.
6.3 Sô ñoà ñieàu khieån voøng kín BBÑ:
Ñoïc theâm 6 tieát, baøi taäp 2
Maïch
Phaùt xung
Baûo veä
- Maïch phaùt xung, ñieàu khieån
voøng kín vaø baûo veä.
Ñieàu khieån
voøng kín
(*)
Phaûn hoài
BAØI TOAÙN THIEÁT KEÁ:
Ñaët
- Hai phöông aùn: taûi toång quaùt
hay taûi cuï theå (ví duï ñoäng cô) .
khoái coù daáu (*) laø coù theå khoâng caàn
- Ñieàu khieån ngoû ra, haïn cheá doøng/aùp.
- Haïn cheá nhieãu: ngoû vaøo, ngoû ra, voâ tuyeán.
- Baøi toaùn khôûi ñoäng / döøng (soft start).
3/23 ch6 BN DC /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
4/23 ch6 BN DC /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
Coøn goïi laø boä nguoàn xung hay caáp ñieän ñoùng ngaét (switching power supply)
So saùnh hai loaïi:
VI.1 BOÄ NGUOÀN MOÄT CHIEÀU BAÙN DAÃN:
Laø boä nguoàn cung caáp ñieän moät chieàu
Coù caáu truùc gioáng nhau cho caùc loaïi taûi
2. Phaân loaïi boä nguoàn moät chieàu:
- Theo boä bieán ñoåi:
Nhoùm
Öu
Nhöôïc
Ñieàu khieån pha coâng suaát lôùn (MW)
taàn soá ñoùng ngaét beù (taàn
soá löôùi) => maïch loïc ngoû
ra coù trò soá lôùn
BBÑ aùp moät Taàn soá laøm vieäc cao neân coâng suaát ñeán 100kw neáu
Boä nguoàn moät chieàu duøng BBÑ ñieàu khieån pha:
chieàu
aûnh höôûng haøi baäc cao nhoû duøng transistor
1. (Bieán aùp) --> Chænh löu (ñieàu khieån pha)
- Phaân loaïi theo daïng taûi: ñoäng cô moät chieàu, taûi ñieän hoùa, ñieän coâng
2. BBÑ aùp AC --> Bieán aùp taàn soá löôùi--> Chænh löu D
Coøn goïi laø boä nguoàn chænh löu, trong ñoù ( ) laø khoái coù theå khoâng caàn
Boä nguoàn moät chieàu duøng BBÑ aùp moät chieàu:
ngheä, caùc maïch ñieän töû .
Coù theå chia laøm hai nhoùm:
• taûi aùp: Taûi caàn aùp ra phaúng, tieâu bieåu laø thieát bò ñieän töû.
• taûi doøng: goàm caùc taûi coøn laïi - khoâng caàn aùp ra phaúng.
- Yeâu caàu caùch ly nguoàn – taûi khi duøng ñieän löôùi:
Söû duïng bieán aùp (gheùp baèng töø tröôøng).
3. [Bieán aùp --> Chænh löu D --> loïc] --> BBÑ
4. [Chænh löu D -> loïc] -> BBÑ -> Bieán aùp taàn soá cao -> Chænh löu D
Khi duøng nguoàn moät chieàu, caùc khoái [ ] khoâng coù.
5/23 ch6 BN DC /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
6/23 ch6 BN DC /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
Ví duï boä nguoàn DC:
- Tính choïn maïch loïc ngoû ra
a. Choïn sô ñoà chænh löu: xem xeùt caùc yeáu toá
• Coù söû duïng bieán aùp (BA) hay khoâng:
• Moät pha hay nhieàu pha:
VI.2 BOÄ NGUOÀN CHÆNH LÖU:
1. Caùc böôùc thieát keá boä nguoàn baùn daãn:
- Thieát keá sô boä maïch ñoäng löïc:
• Sô ñoà tia hay caàu:
yeâu caàu => sô ñoà => tính choïn gaàn ñuùng caùc thoâng soá maïch ñoäng löïc.
- Tính toaùn chính xaùc ñeå kieåm tra sô ñoà ñaõ choïn:
Caàu ñieàu khieån hoaøn toaøn (SCR) hay khoâng hoaøn toaøn (SCR + D):
• Söû duïng caùc sô ñoà ñaëc bieät:
Duøng giaûi tích – moâ phoûng – thöïc nghieäm treân moâ hình thu nhoû.
Coù theå thöïc hieän nhieàu thieát keá sô boä vaø seõ choïn ra thieát keá toái öu
- noái tieáp, song song caùc boä chænh löu:
- Tính toaùn heä thoáng ñieàu khieån vaø baûo veä, laäp baûn veõ laép ñaët vaø xaây
döïng quy trình thi coâng, thöû nghieäm, hieäu chænh.
- Sô ñoà 6 pha coù khaùng caân baèng
- Söû duïng BBÑ aùp AC ôû phiaù sô caáp bieán aùp vaø duøng chænh löu diod ôû
thöù caáp:
2. Thieát keá sô boä chænh löu ñieàu khieån pha (ÑKP): Goàm caùc böôùc sau:
- Choïn sô ñoà chænh löu
¾ AÙp ra beù (chuïc V) vaø doøng taûi lôùn (haøng nghìn A):
¾ AÙp ra lôùn (chuïc nghìn V), doøng ra beù (chuïc A)
- Tính toaùn cheá ñoä hoaït ñoäng: ñieän aùp (thöù caáp bieán aùp) vaø goùc kích SCR
- Tính choïn chænh löu vaø bieán aùp
7/23 ch6 BN DC /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
8/23 ch6 BN DC /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
b. Tính toaùn ñieän aùp (thöù caáp bieán aùp) vaø goùc kích SCR:
• aùp ngoû ra phuï thuoäc aùp cung caáp vaø goùc kích SCR
• Suït aùp trong maïch bao goàm:
c. Tính choïn chænh löu vaø bieán aùp:
- Ñònh möùc aùp chænh löu: giaù trò max cuûa aùp daây.
- Ñònh möùc doøng chænh löu vaø doøng qua BA (neáu coù):
Ñeå tính doøng, caàn choïn daïng doøng theo loaïi taûi nhaèm naâng cao ñoä chính
xaùc cho thieát keá sô boä.
- Suït aùp treân chænh löu: 1 V/ Diod vaø 2 V / SCR
- Suït aùp do chuyeån maïch khi doøng lieân tuïc.
- Suït aùp nguoàn hay bieán aùp
Ví duï tính toaùn:
1. Thieát keá boä chænh löu cho ñieàu khieån ñoäng cô DC kích töø ñoäc laäp 400 V/
200A töø löôùi ñieän 3 pha 380V (aùp daây): choïn sô ñoà, tính toaùn caùc thoâng soá hoaït
ñoäng cuûa boä chænh löu ñieàu khieån pha, tính doøng trung bình, aùp ngöôïc cöïc ñaïi
SCR, doøng hieäu duïng qua caùc phaàn töû maïch khaùc.
Khi tính toaùn sô boä, suït aùp toång coäng 15% - 20%, goùc kích SCR toái thieåu
laø 10 – 15o.
Neáu sô ñoà khoâng duøng bieán aùp: goùc ñieàu khieån pha toái thieåu α
min
< (40
- 50O)
Goùc kích toái ña: Thöôøng choïn khoaûng 150 O
2. Thieát keá boä chænh löu cho ñieàu khieån ñoäng cô DC kích töø ñoäc laäp 180 V/
20A töø löôùi ñieän coâng nghieäp 220V/380V:
Ví duï 1: Choïn sô ñoà vaø tính thoâng sôù cô baûn cuûa boä chænh löu
220VDC/100A doøng cho ñieàu khieån ñoäng cô moät chieàu kích töø ñoäc laäp, löôùi
coâng nghieäp 380VAC ba pha.
9/23 ch6 BN DC /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
10/23 ch6 BN DC /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
d. Tính choïn maïch loïc ngoû ra:
VI.3 BOÄ NGUOÀN XUNG (SWITCHING POWER SUPPLY):
1. Sô ñoà oån aùp ñoùng ngaét thay theá oån aùp tuyeán tính:
Maïch oån aùp ñoùng ngaét coù nhöõng ñaëc ñieåm:
Moät soá boä nguoàn moät chieàu coù maïch loïc:
- Boä caáp ñieän cho caùc maïch ñieän töû : loïc LC hình Γ.
- Caùc boä naïp accu coâng suaát lôùn loïc L noái tieáp.
- Moät soá tröôøng hôïp boä nguoàn xi maï kim loaïi coù loïc LC.
3. Ñieàu khieån boä nguoàn chænh löu:
- Öu: hieäu suaát cao, giaûm ñöôïc kích thöôùc taûn nhieät vaø giaù thaønh.
- Nhöôïc: coù nhaáp nhoâ aùp ra.
S1
Δ
V
i
o
L
Q1
+
I
+
Bao goàm:
o
D1
I
V
_
o
V
_
- Maïch phaùt xung + giôùi haïn goùc kích max/min
+ ñònh goùc kích ban ñaàu (150o neáu laøm vieäc 1 cöïc tính)
- Khoái baûo veä: doøng / aùp (vaøo – ra)
Ñieàu khieån
v
C
V
o
o
Taûi
Hình VI.3.2 OÅn aùp ñoùng ngaét
Hình VI.3.1 OÅn aùp tuyeán tính
- Khoái ñieàu khieån voøng kín
boä nguoàn xung = chænh löu diod ñaàu vaøo + oån aùp ñoùng ngaét.
Sô ñoà khoái:
3. [Bieán aùp --> Chænh löu D --> loïc] --> BBÑ
11/23 ch6 BN DC /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
12/23 ch6 BN DC /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
4. [Chænh löu D -> loïc] -> BBÑ -> Bieán aùp taàn soá cao -> Chænh löu D
Ví duï tính toaùn: Tính toaùn maïch ñoäng löïc boänguoàn xung: ngoû ra 5V/20 A,
ngoû vaøo 260 VDC.
2. Caáp ñieän ñoùng ngaét (boä nguoàn xung) söû duïng nghòch löu:
T1
+
L1
D1
T1
aùp Sô caáp bieán aùp
S1
C1
C3
+
L1
1
2
D1
Q
S1
S2
3
6
S1
2
CLK
C1
C3
V
Dao ñoäng tam giaùc
v
o
- Q
u
T1
S2
ÑB
V
Thöù caáp bieán aùp
sau chænh löu
4
5
i
I
T1
S2
_
C2
o
o
D2
Uñk
_
C2
D2
maïch ñoäng löïc
maïch ñieàu khieån ñieàu roäng xung daåy keùo
- Choïn taàn soá ngoû ra 20 Khz, ñoä roäng xung töông ñoái
=> bieân ñoä sau chænh löu 5/0.5 = 10 V.
α = t /T= 0.5.
on
=> bieân ñoä thöù caáp: 10 + 0.6 = 10.6 V; tæ soá bieán aùp: 260 / (2 * 10.6) = 12.3.
- trò trung bình doøng qua L1 (chính laø doøng taûi I ) = 20 A.
o
- doøng trung bình qua D: k . I = 1.5 * 20 = 30 A;
at o
- aùp qua D > 10 V: choïn 25 V, loaïi diod: Schotky.
20/ 2 =14 A
- Doøng hieäu duïng thöù caáp
; sô caáp: 14 / 12.3 = 1.2 A
13/23 ch6 BN DC /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
14/23 ch6 BN DC /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
Choïn ngaét ñieän nghòch löu: theo bieân ñoä doøng qua noù, baèng 20 /12.3 = 1,6 A
Choïn transistor ñoùng ngaét coâng suaát, doøng ñònh möùc 5 A / 600 V.
5. Sô ñoà boä nguoàn xung Flyback duøng 38xx:
6. Sô ñoà baûo veä quaù aùp cho ngaét ñieän trong boä nguoàn xung Flyback:
V
v
C
2V
C
R
v
D
T
v
C
D
v
V
t
D
Q
Q off
Q on
Baøi taäp: Töø moâ taû hoaït ñoäng cuûa boä baûo veä xung aùp, bieän luaän söï aûnh
höôûng leân ñieän aùp vD luùc Q khoùa cuûa vieäc thay ñoåi giaù trò ñieän trôû R.
7. Sô ñoà boä nguoàn xung duøng BBÑ aùp moät chieàu loaïi Forward:
15/23 ch6 BN DC /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
16/23 ch6 BN DC /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
U
V+
T1
Boä nguoàn: OÅn aùp haïn doøng
Naïp accu: OÅn doøng haïn aùp
U
L1
D2
lv
C1
Baøi taäp: Veõ daïng doøng aùp treân caùc phaàn töû
maïch ñieän hình VI.3.4 beân, haõy cho bieát
nguyeân lyù ñeå choïn soá voøng cuoän daây traû naêng
löôïng
Q
D1
I
I
gh
VI.4 HEÄ THOÁNG ÑIEÀU KHIEÅN VOØNG KÍN BOÄ NGUOÀN MOÄT CHIEÀU:
1. Baøi toaùn ñieàu khieån boä bieán ñoåi (BBÑ):
- ñaûm baûo chaát löôïng ngoû ra trong cheá ñoä tónh (xaùc laäp) vaø ñoäng (quaù
ñoä)
2. HTÑK toïa ñoä:
- Haïn cheá doøng ñieän qua BBÑ.
Ñoái töôïng
ÑKx2
PID
ÑKx1
PID
- Ñieàu khieån quaù trình khôûi ñoäng vaø döøng BBÑ (soft start/stop):
ñaët2
ñaët1
x1
=> Söû duïng heä thoáng ñieàu khieån (HTÑK) nhieàu voøng (ñieàu khieån traïng
thaùi hay toïa ñoä)
+
+
x2
P2
_
_
P1
phaûn hoài
17/23 ch6 BN DC /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
18/23 ch6 BN DC /ÑTCS&ÖD
ñaët2
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
Ñoái töônï g
Heä thoáng ñieàu khieån bao goàm:
ÑKx2
PID
ÑKx1
PID
ñaët1
x1
- ñoái töôïng ñieàu khieån: nhieàu khoái quaùn tính noái tieáp P1, P2, … coù ngoû ra
laø nhöõng thoâng soá x1, x2, … caàn ñieàu khieån.
+
+
x2
P2
_
_
P1
phaûn hoài
- Caùc boä ñieàu khieån hay hieäu chænh (HC) noái tieáp ÑKx1, ÑKx2, … coù
ngoû ra baõo hoøa taïo thaønh nhieàu voøng phaûn hoài aâm.
Quan saùt: Hai boä nguoàn oån aùp coù haïn doøng (boä caáp ñieän oån aùp) vaø oån doøng coù
giôùi haïn aùp (boä naïp accu) coù cuøng sô ñoà ñieàu khieån, chæ khaùc caùch vaän haønh.
Ví duï 2: HT ñieàu khieån nhieät
Bình thöôøng, ÑKx2 xaùc ñònh ngoû ra HT laø x2 theo ñaët2. Khi noù baõo
hoøa, ÑKx1 seõ giöõ ngoû ra töông öùng (laø x1) ôû giaù trò mong muoán laø möùc baõo
hoøa cuûa ÑKx2.
Ví duï 3: HT truyeàn ñoäng ñieän
U
Ví duï 1: Vôùi boä nguoàn moät chieàu:
U
lv
Voøng ngoaøi laø ñieàu khieån ñieän aùp x2 = U,
voøng trong laø ñieàu khieån doøng ñieän x1 = I.
Boä nguoàn: OÅn aùp haïn doøng
3. Hieäu chænh HT heä thoáng ñieàu khieån toïa ñoä:
a. Nguyeân lyù hieäu chænh:
I
I
gh
Naïp accu: OÅn doøng haïn aùp
19/23 ch6 BN DC /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
20/23 ch6 BN DC /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
taêng cao gaây dao ñoäng.
Ñoái töôïng
(Tas +1)(Tbs +1)
ÑKx2
ÑKx1
PID
HC = Kp + Ki / s + Kd s =
Kp: quyeát ñònh sai soá HT khi Ki = 0,
cuøng vôùi Kd chænh ñònh chaát löôïng
ñoäng hoïc HT.
ñaët2
+
ñaët1
T s
i
x1
+
x2
P2
PID
_
_
P1
Khi cho caùc heä soá baèng 0, ta nhaän ñöôïc caùc sô ñoà ñieàu khieån P, PD, I, PI:
1
1
phaûn hoài
HC = Kp =
HC = Ki / s =
Hieäu chænh P
Hieäu chænh I
hieäu chænh PI
T
T s
i
i
Ñoái töôïng coâng nghieäp:
=> söû duïng hieäu chænh PID.
Hieäu chænh PD
K
W =
(Tas +1)
(Tas +1)
n
(Tas +1)(Tbs +1)
HC = Kp + Ki / s =
HC = Kp + Kd s =
s.
∏
(T s +1)
HC = Kp + Ki / s + Kd s =
i
i=1
T s
T
T s
i
i
i
(khoái quaùn tính )
- hieäu chænh PID laàn löôït caùc voøng töø trong ra ngoaøi
Hieäu chænh PI duøng cho caùc HT coù möùc nhieãu lôùn.
Baøi taäp: chöùng minh coù theå oån ñònh ñoái töôïng coù haøm truyeàn
- Caùc voøng trong khoâng ñöôïc pheùp hieäu chænh thaønh ñaëc tính coù dao
ñoäng neáu duøng PP khöû cöïc – zero.
K
W =
baèng boä hieäu chænh PID baát chaáp baäc n cuûa maãu soá
n
s.
∏
(T s +1)
i
i=1
b. Hieäu chænh PID (vi tích phaân tæ leä):
Ví duï öùng duïng hieäu chænh PI maïch ñieän töû:
Ki: khaùc zero laøm cho HT voâ sai,
MAÏCH TAÏO HAØM DOÁC
Thieát keá maïch PI duøng OPAM:
quaù beù keùo daøi thôøi gian xaùc laäp,
coù daïng:
21/23 ch6 BN DC /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
22/23 ch6 BN DC /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
--V
böôùc 1: Cho Ki, Kd = 0, taêng daàn Kp ñeán khi HT gaàn coù dao ñoäng
böôùc 2: taêng Ki ñeán khi HT coù ñaùp öùng dao ñoäng
1/sC
7
R2
R1
C1
R1
U1
R1 = R2
=>Uñaët = Ufhoài
2
-Ufhoài
Uñaët
VR1
6
3
T4
POT2
Vo
5
6
D1
R3
V
böôùc 3: taêng Kd (neáu coù söû duïng) vaø/hay tinh chænh Kp, Ki (neáu caàn) ñeå
HT coù ñaùp öùng mong muoán.
U3B
3
2
6
U2
POT1
R4
0.01uF
10k
boä nguoàn xung Flyback duøng 38xx
d. YÙ nghiaõ thöïc tieãn cuûa hieäu chænh toïa ñoä:
wñ
- Caùc maùy moùc coâng nghieäp (thöôøng laø caùc khoái quaùn tính noái tieáp) chæ
caàn hieäu chænh PID.
wñ
tkñ
0
t
- Boä hieäu chænh PID coù saün trong caùc boä bieán ñoåi hay ñieàu khieån coâng
nghieäp, chæ caàn chænh thoâng số (bằng cách quan saùt ñaùp öùng).
Hình 5 : tín hieäu ñaët haøm RAMP
- hieäu chænh toïa ñoä (nhieàu voøng) cho pheùp ñieàu khieån nhieàu thoâng soá
cuûa quaù trình, ñaùp öùng yeâu caàu cuûa maùy moùc coâng nghieäp
c. Caùc böôùc ñeå tìm thoâng soá PID thöïc nghieäm:
e. Boä taïo haøm doác (RAMP):
23/23 ch6 BN DC /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
Nguyeân lyù hoaït ñoäng:
--V
wñ
C1
R1
U1
2
3
6
POT2
Vo
wñ
D1
R3
V
3
2
6
0
tkñ
t
U2
POT1
R4
Hình 5 : tín hieäu ñaët haøm RAMP
0.01uF
10k
- luoân coù trong caùc BBÑ, thöïc hieän chöùc naêng soft start (khôûi ñoäng meàm)
- ñieàu khieån quaù trình khôûi ñoäng
- Choáng voït loá trong caùc HT ñieàu khieån coù tích phaân.
12 trang
23980
Free
Bạn đang xem tài liệu "Bài giảng Điện tử công suất và ứng dụng - Chương 6: Bộ nguồn bán dẫn 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_va_ung_dung_chuong_6_bo_nguon_ba.pdf
