- Trang Chủ
- Cơ khí - Chế tạo máy
- Giáo trình Điện tử công suất (Nghề: Kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí - Cao đẳng): Phần 2 - Trường CĐ nghề Việt Nam - Hàn Quốc thành phố Hà Nội
Xem mẫu
- Bài 4
Bộ biến đổi điện áp một chiều
Mục tiêu
- Trình bày được nhiệm vụ và chức năng từng khối của bộ biến đổi,
nguyên lý làm việc của mạch điện.
- Lắp ráp được bộ biến đổi DC – DC không cách ly, bộ ổn áp tuyến tính.
- Có ý thức trách nhiệm, chủ động học tập.
4.1. Khái quát chung
Các bộ biến đổi xung áp một chiều (XADC) dùng cho các biến đổi mức
điện áp một chiều. Nguyên lý biến đổi xung áp cơ bản vẫn là dùng một khóa
điện tử nối tải vào nguồn trong những khoảng thời gian nhất định tx lặp lại theo
chu kỳ T. Điện áp ra thay đổi nhờ thay đổi tx = 0 – T. Ưu điểm cơ bản của các
bộ biến đổi xung áp một chiều là với tần số đóng cắt cao, từ vài kHz đến vài
trăm kHz, phụ thuộc vào loại van sử dụng, kích thước của các phần tử phản
kháng như tụ điện, điện cảm sẽ rất nhỏ.
Phần tử khóa trong XADC có thể là tiristor hoặc các van điều khiển
hoàn toàn. Nếu dùng tiristo sẽ phải có thêm các mạch khóa cưỡng bức làm
phức tạp thêm sơ đồ và tăng tổn hao trong quá trình hoạt động. Công nghệ
hiện đại đã sản xuất ra các van điều khiển hoàn toàn như GTO, IGBT,
MOSFET có thể thay thế hoàn toàn các tiristo ở mọi dải công suất trong các
bộ biến đổi xung áp. Chính vì vậy ta sẽ chỉ cần xét đến các bộ biến đổi xung
áp dùng các van biến đổi hoàn toàn.
Tùy theo vị trí của phần tử khóa trong sơ đồ mà XADC phân loại thành:
- XADC nối tiếp
- XADC song song
- XADC nối tiếp, song song
XADC được sử dụng có thể chỉ cần để điều chỉnh được điện áp một chiều
đập mạch ở đầu ra, như trong ứng dụng điều khiển động cơ một chiều hay các
bộ nạp ắc quy, tạm gọi là XADC điều chỉnh.
Trong một loạt các ứng dụng quan trọng, XADC được sử dụng như các
bộ biến đổi DC-DC, với yêu cầu điện áp đầu ra được là phẳng hoàn toàn. Có thể
gọi đây là XADC làm việc như một bộ biến đổi nguồn. Đặc trưng của các sơ đồ
này là phía một chiều đầu ra có mắc tụ san bằng, có giá trị đủ lớn, vì vậy có thể
coi điện áp đầu ra là không đổi hoặc thay đổi chậm.
93
- 4.2. Mạch giảm áp – mắc nối tiếp
* Nguyên lý làm việc
- Nhịp S:
uZ = U
iZ = iS: tăng theo đường cong hàm mũ về giá trị (U – Eư )/R
Hình 4.1: Mạch giảm áp – mắc nối tiếp
Năng lượng từ nguồn U, một phần tích lũy vào cuộn L, phần lớn nạp cho
Eư, phần còn lại tiêu tốn trên R.
Nhịp S kéo dài trong khoản thời gian T1. Kết thúc khi tín hiệu “cắt” đưa
vào khóa S.
- Nhịp V0:
uZ = 0
iZ = iV0: giảm theo đường cong hàm mũ về giá trị -Eư /R
Năng lượng trước đây tích lũy trong cuộn L được giải phóng, phần lớn nạp
cho Eư, phần còn lại tiêu tốn trên R.
Nhịp V kéo dài trong khoản thời gian T2. Kết thúc khi tín hiệu “đóng” đưa
vào khóa S.
Giá trị trung bình điện áp trên tải
4.3. Mạch tăng áp – mắc song song
* Nguyên lý làm việc
- Nhịp S:
uZ = 0
iZ = iS; tăng theo đường cong hàm mũ, về giá trị Eư/R
94
- Hình 4.2: Mạch tăng áp – mắc song song
Năng lượng từ nguồn Eư được tích lũy phần lớn vào cuộn L, phần còn lại
tiêu tốn trên điện trở R.
Nhịp S kéo dài trong khoảng thời gian T1. Nhịp kết thúc khi tín hiệu “cắt”
đưa vào S.
- Nhịp V0:
uZ = U
iZ = iV0; giảm theo đường cong hàm mũ, về giá trị (Eư –U)/R < 0
Năng lượng từ nguồn Eưcùng với năng lượng đã tích lũy trong cuộn L ở nhịp
trước, tiêu tốn một phần trên điện trở R, phần lớn còn lại được trả về nguồn U.
Nhịp V0 kéo dài trong khoảng thời gian T2. Nhịp kết thúc khi tín hiệu
“đóng” đưa vào S.
Giá trị trung bình điện áp trên tải
4.4. Bộ ổn áp
4.4.1. Định nghĩa
Ổn áp là mạch thiết lập nguồn cung cấp điện áp ổn định cho các mạch
điện trong thiết bị theo yêu cầu thiết kế của mạch điện, từ một nguồn cung
cấp ban đầu.
4.4.2. Phân loại
Tuỳ theo nhu cầu về điện áp, dòng điện tiêu thụ, độ ổn định mà trong kỹ
thuật người ta phân chia mạch ổn áp thành hai nhóm gồm ổn áp xoay chiều và
ổn áp một chiều.
Ổn áp xoay chiều dùng để ổn áp nguồn điện từ lưới điện trước khi đưa vào
mạng cục bộ hay thiết bị điện. Ngày nay với tốc độ phát triển của kỹ thuật người
ta có các loại ổn áp như: ổn áp bù từ, ổn áp dùng mạch điện tử tương tự, ổn áp
dùng kỹ thuật số....
95
- Ổn áp một chiều dùng để ổn định điện áp cung cấp bên trong thiết bị, mạch
điện của thiết bị theo từng khu vực, từng mạch điện tuỳ theo yêu cầu ổn định của
mạch điện. Người ta có thể chia mạch ổn áp một chiều thành hai nhóm lớn là ổn
áp tuyến tính và ổn áp không tuyến tính (còn gọi là ổn áp xung). Việc thiết kế
mạch điện cũng đa dạng phức tạp, từ ổn áp dùng điôt zêne, ổn áp dùng tranzito,
ổn áp dùng IC...Trong đó mạch ổn áp dùng tranzito rất thông dụng trong việc
cấp điện áp thấp, dòng tiêu thụ nhỏ cho các thiết bị và mạch điện có công suất
tiêu thụ thấp.
4.4.3. Thông cơ bản số của mạch ổn áp
- Điện áp cung cấp: là điện áp ngõ ra của mạch ổn áp dùng để cung cấp
cho mạch điện được quyết định bởi cấu tạo thiết kế mạch. Tính bằng vôn.
- Sai số ngõ ra cho phép: là phạm vi sai lệch điện áp cho phép trong quá trình
thiết kế mà mạch điện, thiết bị vẫn hoạt động ổn định tốt, được tính bằng tỷ lệ %,
thông thường tỷ lệ này càng nhỏ độ ổn định làm việc càng tốt. Trong các thiết bị điện
tử thông thường sai số thường được chọn nằm trong khoảng (1 - 5%)
- Điện áp giới hạn ngõ vào: Là khoảng điện áp ngõ vào cung cấp cho
mạch ổn áp mà hệ thống mạch ổn áp làm việc ổn định, chính xác.
- Dòng chịu tải: là dòng điện mà hệ thống ổn áp có thể cung cấp cho mạch
điện mà không ảnh hưởng đến các thông số khác của hệ thống ổn áp trong một
thời gian làm việc lâu dài. Tuỳ vào thiết kế mà dòng chịu tải có thể được tính
bằng Amp hay mA.
- Công suất nguồn là khả năng cung cấp nguồn cho tải của hệ thống ổn áp,
được tính bằng W hay kW.
4.4.4. Các mạch ổn áp
a. Mạch ổn áp dùng Tranzito
Mạch lợi dụng tính ổn áp của điôt zêne và điện áp phân cực thuận của
tranzito để thiết lập mạch ổn áp (Hình 4.3).
Q Tranzito æn ¸p
Rb Tô läc ngâ ra
+
Vo: §iÖn ¸p ngâ ra
+
Vi:§iÖn ¸p ZENER
ngâ vµo
tô läc æn ®Þnh
Hình 4.3: Mạch ổn áp tham số dùng tranzito NPN
96
- Q: tranzito ổn áp
Rb: điện áp phân cực B cho tranzito và điôt zêne
Ở mạch này cực B của tranzito được giữ mức điện áp ổn định nhờ điôt
zêne và điện áp ngõ ra là điện áp của điện áp zêne và điện áp phân cực thuận của
tranzito
Vo Vz Vbe
Vz: điện áp zêne
Vbe: điện áp phân cực thuận của tranzito (0,5 – 0,7v)
Điện áp cung cấp cho mạch được lấy trên cực E của tranzito, tuỳ vào nhu
cầu mạch điện mà mạch được thiết kế có dòng cung cấp từ vài mA đến hàng
trăm mA, ở các mạch điện có dòng cung cấp lớn thường song song với mạch
được mắc thêm một điện trở Rc khoảng vài chục đến vài trăm Ohm như Hình
3.2 gọi là trở gánh dòng.
Việc chọn tranzito cũng được chọn tương thích với dòng tiêu thụ của mạch
điện để tránh dư thừa làm mạch điện cồng kềnh và dòng phân cực qua lớn làm
cho điện áp phân cực Vbe không ổn định dẫn đến điện áp cung cấp cho tải kém
ổn định.
Rc
Q Tranzito æn ¸p
Rb Tô läc ngâ ra
+
Vo: §iÖn ¸p ngâ ra
+
Vi:§iÖn ¸p ZENER
ngâ vµo
tô läc æn ®Þnh
Hình 4.4: Mạch ổn áp tham số dùng tranzito NPN có điện trở gánh dòng
Dòng điện cấp cho mạch là dòng cực C của tranzito nên khi dòng tải thay
đổi dòng cực C thay đổi theo làm trong khi dòng cực B không thay đổi, nên mặc
dù điện áp không thay đổi (trên thực tế sự thay đổi không đáng kể) nhưng dòng
tải thay đổi làm cho tải làm việc không ổn định.
b. Mạch ổn áp dùng điôt zener
Phần tử chính của mạch là điôt zener. Mạch điện được trình bày trong
Hình 4.5
97
- R1
C1
+
Vi Vo
D1
Hình 4.5: Mạch ổn áp tham số dùng điôt zêner
D1: Làm nhiệm vụ ghim mức điện áp. Giá trị điện áp cần cung cấp
cho mạch lớn bao nhiêu thì ta sử dụng điôt zenner có giá trị điện áp lớn bấy
nhiêu vôn.
C1: Làm nhiệm vụ lọc nguồn cung cấp cho mạch, tránh ảnh hưởng từ
nguồn vào mạch và ngược lại. Trong các mạch có tần số làm việc cao, thường
người ta mắc thêm một tụ điện có trị số khoảng vài ngàn pF đến vài chục ngàn
pF để lọc nhiễu tần số cao.
R1: Làm nhiệm vụ giảm áp. Giá trị của điện trở R1 được tính theo
công thức:
Vi Vo
R1 = Iz It (4.1)
Trong đó:
Vi: Là điện áp ngõ vào
Vo: Là điện áp ngõ ra
Iz: Là dòng điện đi qua điốt zenner, đảm bảo sao cho rơi vào vùng ghim
áp, gọi là dòng phân cực. Dòng phân cực tuỳ thuộc vào cấu tạo của điốt, thông
thường là 10mA, 50mA, 100mA và được biết chính xác nhờ bảng tra.
It: là dòng điện đi qua tải.
Nguyên lý hoạt động của mạch như sau:
Khi có điện áp ở ngõ vào cấp cho tải, dòng điện chảy qua điện trở R1, một
phần điện áp cấp cho tải, phần điện áp còn lại cấp cho điôt làm dòng phân cực
và ghim mức ở điện áp zenner.
Khi có sự biến động điện áp ở nguồn hoặc ở tải trong phạm vi hẹp, nằm
trong khoảng làm việc của điốt zêne, điện áp trên đầu của điốt được giữ không
đổi, làm cho điện áp ngõ ra Vo không đổi.
Từ đặc điểm cấu tạo và tính chất của mạch như trên, trong thực tế ta
cần lưu ý:
98
- Mạch ổn áp dùng điôt zêne chỉ dùng để cấp nguồn cho các mạch điện có
dòng tiêu thụ nhỏ (khoảng vài chục mA), điện áp thấp (dưới 30 V).
Chỉ cung cấp cho các mạch điện có độ biến động nhỏ với điện áp ngõ vào
và ngõ ra.
c. Mạch ổn áp dùng IC
Sự phát triển của công nghệ chế tạo linh kiện cho phép tích hợp các mạch
điện tử thành các mạch tổ hợp (IC) công suất lớn. Các mạch ổn áp dùng tranzito
có thể thay thế bằng các mạch ổn áp dùng IC có chức năng tương đương như
mạch dùng Tranzito nhưng gọn nhẹ và đơn giản hơn. Đối với các mạch ổn áp
công suất nhỏ dùng để cung cấp nguồn điện ổn định cho các mạch điều khiển
thông thường người ta dùng OP-AMP hoặc kết hợp OP-AMP với tranzito.
Mạch ổn áp dương
Mạch ổn áp dương được sử dụng rộng rãi hiện nay trên thị trường cũng
như trong ký thuật. Tuỳ vào nhu cầu mà người ta có thể dùng loại IC 3 chân
hay 4 chân.
Mạch ổn áp dùng IC thường có ba chân thông thường thuộc họ 78XX. Sau
đây là một mạch điện điển hình (Hình 4.5).
Hình 4.5: Mạch nguồn ổn áp dùng 7812
Trong sơ đồ mạch điện dùng IC ổn áp 7812. Điện áp xoay chiều được đưa
qua biến áp để giảm áp sau đó được nắn lọc thành điện áp một chiều khoảng từ
15 đến 25 vôn DC đặt vào ngõ vào (input) của IC, ở ngõ ra (output) người ta có
được điện áp ổn định 12 vôn DC.
Họ 78XX có ưu điểm là gọn, thiết kế mạch đơn giản nhưng dòng điện
cung cấp và điện áp làm việc không lớn, và điện áp ra cố định cho từng loại IC.
Trên thực tế để tiện việc sử dụng nhà sản xuất chế tạo ra ba loại họ 78XX có
dòng cung cấp khác nhau 100 mA có kích thước bằng một tranzito C1815,
500mA có kích thước lớn hơn và 1A như Hình 4.5. Điện áp lớn nhất hiện nay
99
- trên thị trường Là 7824. Để đảm bảo tầm làm việc của IC điện áp ngõ vào
(input) được chọn lớn hơn điện áp ngõ ra (ouput) khoảng 20% đến 100%. Họ
78XX trên thực tế có thể gắp loại bốn chân vì có thêm một chân điều khiển
(Control) có công dụng để tắt mở nguồn cung cấp cho mạch điện.
Ngoài họ 78XX có điện áp ngõ ra cố định IC LM317 ba chân cho ra điện
áp có thể điều chỉnh được. Hình 4.6.
Cau chi a
O o
Tõ +1,2V ®Õn +37V
CAU
Ngâ vµo
LM 317
Ngâ ra O
R1
220 VAC +
§iÖn ¸p ®-îc
+
+
C1 C2 P1 220 «m
C3 ®iÒu chØnh
b 2000uF 2000uF 0,1uF
O o 50V 50V 5k 50V
BiÕn ¸p O
Hình 4.6: Mạch ổn áp điều chỉnh dùng IC LM317
Mạch điện cho điện ỏp ổn định được điều chỉnh từ 1,2V đến 37V. Mạch
sử dụng IC LM317T để điện ỏp ngừ ra cú thể được điều chỉnh bằng cỏch sử
dụng biến trở P1. Cỏc tụ C1 và C2 làm nhiệm vụ lọc nhiễu của nguồn. Tụ C3 cú
chức năng lọc tần số cao.
Mạch ổn áp âm
Mạch ổn áp âm, là mạch tạo ra nguồn âm cung cấp cho mạch điện. Tương
tự như ổn áp dương, mạch ổn áp âm cũng có hai loại: Loại cho ra nguồn cố định
họ 79XX và họ điều chỉnh được LM337.
Khác mạch ổn áp dương, mạch ổn áp âm có vị trí các chân vào (input) ra
(ouput) không giống họ 78XX, và điện áp ngõ vào có giá trị âm.
Tương tự như nguồn dương, nguồn âm cũng có thể thiết kế được nguồn âm
điều chỉnh được dùng IC LM337...
4.5. Các phương pháp điều khiển bộ biến đổi điện áp một chiều
4.5.1. Điều khiển với tần số đóng ngắt không đổi.
a. Nguyên lý hoạt động
Chu kỳ đóng ngắt T = T1 + T2 không thay đổi. Điện áp trung bình
của tải được điều khiển thông qua sự phân bố khoảng thời gian đóng T1 và
100
- ngát công tác T2 trong chu kỳ T. Đại lượng đặc trưng khả năng phân bố
chính là tỉ số:
ᵞ = T1 / T
Kỹ thuật điều khiển ᵞ có thể thực hiện dựa vào hai tín hiệu cơ bản: sóng
mang dạng răng cưa up và sóng điều khiển một chiều uđk.
Hai dạng sóng này được đưa vào bộ so sánh và tín hiệu đầu ra được dùng
để kích đóng công tắc S.
Sóng mang có tần số không đổi và bằng tần số đóng cắt ccong tắc S. Tần
số thành phần xoay chiều hài cơ bản của điện áp tải bằng tần số cố định này. Do
đó, sóng điện áp tạo thành dễ lọc.
Sóng điều khiển một chiều có độ lớn tỉ lệ với điện áp trung bình trên tải.
Phương pháp điều khiển với tần số sóng mang không đổi thường được sử
dụng trong thực tiễn.
3.1.2. Điều khiển hoạt động mạch điện áp một chiều theo tần số đóng
ngắt không đổi
* Thiết bị và dụng cụ chuẩn bị
- Máy đo VOM và DVOM
- Máy hiện sóng 2 kênh 40MHz
- Linh kiện điện tử rời phục vụ cho bài.
- Mạch in đã được thiết kế sơ đồ sẵn.
- Linh kiện làm tải giả cho mạch.
- Chì hàn, nhựa thông
- Dây có chốt cắm 2 đầu.
* Qui trình thực hiện
+ Lắp ráp mạch theo sơ đồ hình cho trước:
+ Cấp nguồn cho mạch, cấp nguồn cho điện áp kích.
+ Thay đổi sóng điều khiển. Đo điện áp đầu vào/ đầu ra, đo dạng điện áp
vào / ra của mạch. Nhận xét.
+ Tự thiết kế mạch theo yêu cầu cho trước về các giá trị điện áp đầu ra và
dòng tiêu thụ trên tải.
+ Kết luận hoạt động của mạch
Báo cáo thí nghiệm
101
- Sinh viên cần hoàn thành các yêu cầu sau:
-Trình bày quá trình thí nghiệm theo trình tự hướng dẫn
- Ghi các kết quả thí nghiệm vào báo cáo.
- Giải thích các kết quả thu được.
- Nhận xét, đánh giá và so sánh các kết quả.
4.5.2. Điều khiển theo dòng điện tải yêu cầu.
a. Nguyên lý hoạt động
Trong trường hợp tải động cơ một chiều, việc điều khiển mômen động cơ
thông qua điều khiển dòng điện (tỉ lệ với mômen). Để hiệu chỉnh dòng điện
trong phạm vi cho phép ta có thể sử dụng phương pháp điều khiển dòng điện.
Theo đó, công tắc S sẽ đóng ngắt sao cho dòng điện tải đo được và dòng điện
yêu cầu có giá trị bằng nhau.
Kỹ thuật điều khiển theo dòng điện được giải quyết như trong bộ nghịch
lưu áp. Có hai loại cấu trúc mạch điều khiển dòng điện, đó là:
- Cấu trúc mạch điều khiển dòng điện sử dụng khâu hiệu chỉnh dòng điện R.
- Cấu trúc mạch điều khiển dòng điện sử dụng phần tử phi tuyến dạng
mạch trễ.
b. Điều khiển hoạt động mạch điện áp một chiều theo dòng điện tải yêu cầu
* Thiết bị và dụng cụ chuẩn bị
- Máy đo VOM và DVOM
- Máy hiện sóng 2 kênh 40MHz
- Linh kiện điện tử rời phục vụ cho bài.
- Mạch in đã được thiết kế sơ đồ sẵn.
- Dây nối mạch điện.
- Chì hàn, nhựa thông
- Dây có chốt cắm 2 đầu.
* Qui trình thực hiện
+ Lắp ráp mạch theo sơ đồ hình cho trước:
+ Cấp nguồn cho mạch, cấp nguồn cho điện áp kích.
+ Thay dòng điện. Đo điện áp đầu vào/ đầu ra, đo dạng điện áp vào / ra của
mạch. Nhận xét.
102
- + Tự thiết kế mạch theo yêu cầu cho trước về các giá trị điện áp đầu ra và
dòng tiêu thụ trên tải.
+ Kết luận hoạt động của mạch
* Báo cáo thí nghiệm
Sinh viên cần hoàn thành các yêu cầu sau:
Trình bày quá trình thí nghiệm theo trình tự hướng dẫn
Ghi các kết quả thí nghiệm vào báo cáo.
Giải thích các kết quả thu được.
Nhận xét, đánh giá và so sánh các kết quả.
CÂU HỎI ÔN TẬP
1. Trình bày nhiệm vụ và chức năng từng khối của bộ giảm áp?
2. Giải thích nguyên lý làm việc của mạch điện giảm áp?
3. Trình bày nhiệm vụ và chức năng từng khối của bộ tăng áp?
4. Giải thích guyên lý làm việc của mạch điện?
5. Trình bày nhiệm vụ và chức năng từng khối của các phương pháp điều
khiển bộ biến đổi điện áp một chiều?
6. Giải thích nguyên lý làm việc của mạch điện?
103
- Bài 5
Bộ nghịch lưu
Mục tiêu
- Trình bày được nguyên lý biến nguồn AC tần số cố định thành nguồn AC
tần số thấp hơn, Xác định được nhiệm vụ và chức năng của từng khối của bộ
biến tần.
- Kiểm tra, sửa chữa được những hư hỏng trong bộ biến tần một pha và ba
pha, Chọn lựa sử dụng đúng chức năng các bộ biến tần đáp ứng được từng thiết
bị thực tế.
- Có ý thức trách nhiệm, chủ động học tập.
5.1. Mạch điều khiển nghịch lưu dòng và nghịch lưu cộng hưởng một pha
Đối với nghịch lưu dòng và nghịch lưu cộng hưởng một pha, người ta chỉ
quan tâm đến thời điểm mở của các Tiristor, còn quá trình khóa các Tiristor sẽ
được thực hiện bằng cách mở các Tiristor trong cùng nhóm. Theo nguyên lý
hoạt động của các sơ đồ cầu một pha, ta có thể đề ra nguyên tắc phát xung điều
khiển lên các cực điều khiển (G1, G2, G3, G4) theo biểu đồ xung 4 và 5
1
T1 T2 T1 T2 t
T3 T4 T3 T4
2
t
3
t
4
G 1G 2 t
5
G3 G4 t
Hình 5.1: Biến đổi xung điều khiển chỉnh lưu cầu 1 pha
Xung điều khiển đưa vào từng cặp Tiristor T1, T2 lệch nhau 1800 so với
xung điều khiển đưa vào cặp T3, T4.
Nguyên lý điều khiển nghịch lưu cầu một pha
Máy phát xung (1) sẽ tạo ra xung với tần số bằng tần số ra của nghịch lưu.
sau khi qua bộ đảo, xung sẽ được phân thành hai kênh lệch nhau 1800 (2 và 3).
104
- Xung từ các kênh này được vi phân để lấy thông tin về thời điểm mở các
cặpTiristor (4 và 5). các xung này được đưa vào bộ khuếch đại xung để tạo ra
các xung điều khiển có độ dài bằng công suất đủ để mở các Tiristor động lực.
Để điều chỉnh tần số thì máy phát xung phải có khả năng thay đổi tần số
theo quy luật mong muốn Uđkh=F(f) (tín hiệu điều khiển là hàm của tần số và
máy phát xung lúc này trở thành bộ biến đổi điện áp tần số).
Để ổn định tần số đối với phụ tải hay biến thiên như nghịch lưu cộng
hưởng, người ta hay dùng các bộ phản hồi dòng và áp của phụ tải. Mạch phát
xung chỉ đóng vai trò kích thích mở lúc ban đầu, sau khi mạch dao động thì
mạch cắt xung sẽ được tách ra.
5.2. Mạch điều khiển nghịch lưu dòng ba pha
Để điều khiển nghịch lưu dòng ba pha dùng Thyristor, chỉ cần tạo ra các
xung mở Thyristor lệch nhau 600. Khi mở các Thyristor ở cùng một nhóm anot
chung hoặc katot chung thì van đang dẫn trước đó sẽ bị khoá lại. Do đó sơ đồ
điều khiển chủ yếu gồm máy phát xung và bộ phân phối xung ra 6 Tiristor. Sơ
đồ điều khiển được mô tả bởi hình vẽ.
Hình 5.2: Mạch điều khiển nghịch lưu dòng ba pha
Máy phát xung sẽ phát ra tần số f0 lớn gấp 6 lần tần số ra của nghịch lưu.
Sau khi đi qua bộ đếm 6, các trạng thái đầu ra của bộ đếm sẽ tạo ra các xung
lệch nhau một góc 600 trong một chu kỳ điện áp ra .
Các thời điểm ban đầu của xung ứng với các đầu Q1, Q2, Q3 sẽ được đưa
vào bộ khuếch đại tạo xung để tạo ra các tín hiệu điều khiển (G1, G2, G3, G4,
G5, G6,) cho các Tiristor động lực.
105
- X
t
t
Q1
t
Q2
t
Q3
t
Q1
t
Q2
t
Q3
t
G1
t
G2
t
G3
t
G4
t
G5
t
G6
Hình 5.3: Biểu đồ xung của sơ đồ nghịch lưu dòng ba pha
5.3. Điều khiển nghịch lưu áp một pha
Nguồn áp là nguồn được sử dụng rộng rãi vì ưu điểm cơ bản của nó là có
thể dùng cho các dạng phụ tải khác nhau. Nhờ sự phát triển vượt bậc của kỹ
thuật điện tử, các loại van điều khiển hoàn toàn như IGBT, GTO đã làm đơn
giản rất nhiều các mạch điều khiển , nên trong lĩnh vực điều khiển nghịch lưu áp
,người ta chủ yếu thực hiện việc điều khiển theo nguyên tắc điều chế điện áp
(PWM) theo quy luật hình sin để tạo ra điện áp có chất lượng cao ,chứa ít thành
phần sóng điều hòa bậc cao.(sơ đồ cấu trúc điều khiển nghịch lưu áp một pha
được mô tả như hình vẽ )
Bộ dao động sin
Trễ
So sánh Phân kênh
Trễ
Bộ dao động sin
Hình 5.4: Sơ đồ cấu trúc nghịch lưu phân kênh
Tín hiệu điện áp hình sin được so sánh với điện áp răng cưa có tần số lớn
hơn rất nhiều so với tần số của hình sin thông qua bộ so sánh. Đầu ra của bộ so
sánh sẽ cho ra tín hiệu xung có độ rộng thay đổi theo quy luật hinh sin :
106
- Tín hiệu được đảo pha để chia thành hai kênh điều khiển hai cặp van động
lực (sơ đồ dưới)
T1
GDT KĐ T2
Bộ dao động sin
T3
& GDT KĐ T4
Hình 5.5: Sơ đồ điều khiển nghịch lưu áp 1 pha
Trong nghịch lưu áp, các van động lực được khóa bằng các tín hiệu điều
khiển. Do quán tính van không thể khóa được một cách tức thời nên để tránh
tình trạng ngắn mạch nguồn (khi một van chưa kịp đóng thì van khác đã mở
trong cùng một nhánh cầu), thời điểm mở các van cần làm trễ đi một thời gian ít
nhất bằng thời gian phục hồi tính chất điều khiển của van và được thực hiện
bằng một bộ trễ (Generator Dead Time: GDT). Sau đó các tín hiệu sẽ được
khuếch đại để tạo đủ các van công suất mở các van động lực.
5.4. Điều khiển nghịch lưu áp ba pha
* Phương pháp điều chế (PMW)kinh điển
Nội dung của phương pháp kinh điển là cần tạo ra tín hiệu điều khiển ba
pha đối xứng từ một tín hiệu điều khiển hình sin (U*). Thông thường các bộ
nghịch lưu áp đều đòi hỏi khả năng điều chỉnh tần số nên bộ biến đổi một pha
thành ba pha (Ua, Ub, Uc,) phải không phụ thuộc vào tần số. Sau đó các tín hiệu
Ua, Ub, Uc lần lượt được so sánh với tín hiệu răng cưa. Như vậy đối với nghịch
lưu áp ba pha cần có ba bộ điều chế (PMW) cho ba pha riêng biệt. Đây cũng là
nhược điểm cơ bản của phương pháp điều chế kinh điển.
UA A
GDT KĐ
2 UB B
GDT KĐ
3
UC
C
GDT KĐ
Hình 5.6: Phương pháp điều chế PWM kinh điển
107
- CÂU HỎI ÔN TẬP
1. Trình bày nguyên lý hoạt động của mạch nghịch lưu áp một pha?
2. Xác định nhiệm vụ và chức năng của từng khối trong mạch, kiểm tra,
sửa chữa được những hư hỏng của mạch ngịch lưu áp một pha?
3. Trình bày nguyên lý hoạt động của mạch nghịch lưu áp ba pha?
4. Xác định nhiệm vụ và chức năng của từng khối trong mạch, kiểm tra,
sửa chữa được những hư hỏng của mạch ngịch lưu áp ba pha?
5. Trình bày nguyên lý hoạt động của mạch nghịch lưu dòng điện?
6. Xác định nhiệm vụ và chức năng của từng khối trong mạch, kiểm tra,
sửa chữa được những hư hỏng của mạch nghịch lưu dòng điện
7. Trình bày nguyên lý hoạt động của từng phương pháp điều khiển bộ
nghịch lưu áp?
108
- Bài 6
Bộ biến tần
Mục tiêu
- Trình bày được nguyên lý hoạt động của bộ biến tần gián tiếp
- Lắp ráp, kiểm tra, sửa chữa được những hư hỏng của mạch.
- Có ý thức trách nhiệm, chủ động học tập.
6.1. Khái niệm chung
Các BBT là thiết bị biến đổi dòng điện xoay chiều ở tần số này thành dòng
điện xoay chiều ở tần số khác.
Dòng xoay chiều công nghiệp có tần số 50Hz (hoặc 60Hz) nên các bộ biến
tần dung để biến đổi dòng điện xoay chiều tần số 50Hz (hoặc 60Hz) thành dòng
điện tần số khác.
Với các BBT dùng cho việc điều chỉnh tốc độ quay động cơ xoay chiều,
ngoài việc thay đổi tần số, chúng còn có thể thay đổi cả điện áp ra khác với điện
áp lưới cấp vào BBT.
Các bộ biến tần được chia làm hai loại chính:
- BBT gián tiếp: Trong BBT loại này dòng điện xoay chiều đầu vào tần số
f1 được chỉnh lưu thành dòng điện 1 chiều, qua khâu lọc rồi lại được biến đổi
thành dòng điện xoay chiều tần số f 2.
Đây là loại biến tần được sử dụng rất phổ biến vì tần số f2 cần phải có
hoàn toàn không phụ thuộc gì vào f1 mà chỉ phụ thuộc vào mạch điều khiển.
- BBT trực tiếp là loại trực tiếp biến đổi dòng điện xoay chiều tầ số f1
thành f2 không thông qua khâu chỉnh lưu nên hiệu suất cao hơn loại trên nhưng
việc thay đổi tần số ra rất khó khăn và phải phụ thuộc vào tần số vào f1.
6.2. Bộ biến tần gián tiếp
6.2.1. Biến tần gián tiếp 3 pha nguồn áp
- Sơ đồ gồm 3 khâu: khâu1 chỉnh lưu, khâu 2, khâu 3 nghịch lưu.
Khâu 2 là một cầu chỉnh lưu diode mắc song song ngược với cầu biến tần
có nhiệm vụ hoàn trả năng lượng về nguồn. Tải của cầu biền tần là động cơ
xoay chiều không đồng bộ 3 pha roto lồng sóc. Đối với cầu biến tần áp 3 pha
gián tiếp thì mỗi Th dẫn dòng trong khoảng 1800 điện không kể giai đoạn trùng
dẫn. Vì vậy ở bất kì thời điểm nào luôn có 3 Th dẫn dòng, 2 Th ở nhóm A chung
hoặc K chung Thyristor thứ 3 ở nhóm còn lại.
109
- - Xét trường hợp dây quấn của động cơ được nối sao, trong quá trình làm
việc thì một pha được mắc nối tiếp với 2 pha còn lại mắc song song hoặc 2 pha
mắc song song rồi mắc nối tiếp với pha còn lại vì vậy điện áp trên mỗi pha của
tải sẽ bằng E/3 khi nó được nối song song với một pha khác và bằng 2E/3. Khi
nó được nối tiếp với 2 pha còn lại mắc song song với nhau.
- Trong một chu kỳ T sẽ có 6 tổ hợp các Th dẫn điện đó làT5T6T1,
T6T1T2, T1T2T3, T2T3T4, T3T1T5, T4T5T6, T5T6T1.
L Id
T1 T3 T5
D3 D5 U
V
C0
W
D4 D6 D2
T4 T6 T2
Hình 6.1: Sơ đồ biến tần ba pha gián tiếp nguồn áp
- Đồ thị dòng điện và điện áp trên tải
Hình 6.2: Đồ thị dòng điện và điện áp trên tải
2
2 3 3
1 1
U dt U a dt U
2 2 2
2 0
U a2 dt dt
a a
0 2
Ua = = 3 3
E 2
Thay Ua = 3 trong khoảng (0; 3 ) và( 3 ; )
110
- 2E 2
Ua = 3 trong khoảng ( 3 ; 3 )
Ua = 0,816 E
Đồ thị dòng điện được xác định trong trường hợp tải mang tính cảm kháng
nó là các đường cong khi tăng và khi giảm theo quy luật hàm số mũ, điện áp pha
và điện áp dây là hàm đối xứng qua gốc toạ độ đó là các hàm lẻ. Khai triển các
sóng trên theo chuỗi Furier ta sẽ được các sóng bậc lẻ 2k+1.
2E 1 1
Ua= 3 [sin t + 3 sin3 t + … + 2k 1 sin(2k +1) t].
6.2.2 Biến tần gián tiếp 3 pha nguồn dòng
a. Sơ đồ nguyên lý:
L1 L2 L3
α B6C
L ud
Id
T1 D1 D4 T4
T3 D3 D6 T6
T5 D5 D2 T2
U V W
Anode chung Katode chung
Hình 6.3: Sơ đồ nguyên lý Biến tần gián tiếp 3 pha nguồn dòng
-Tụ C: đóng vai trò chuyển mạch
- Cầu biến tần gồm các thyristor từ T1 đến T6, các thyristor được mắc nối
tiếp thêm 1 diode.
- Tải của cầu biến tần là động cơ điện không đồng bộ xoay chiều 3 pha
rotor lồng sóc có dây quấn stato được nối vào các điểm giữa của cầu biến tần.
b. Nguyên lý làm việc
- Dòng điện một chiều Id được các Th của cầu biến tần cắt thành hai dòng
điện thành phần bằng nhau về trị số và ngược nhau về dấu.
- Các dòng điện thành phần có độ rộng là 1200 điện và cách nhau một
khoảng là 600 điện, tại bất kỳ thời điểm nào cũng chỉ có 2 Th dẫn điện, để đạt
được điều đó thì các Th đựoc điều khiển mở theo thứ tự từ T1 đến T6.
111
- - Giả sử ban đầu là T1 đang dẫn điện cho dòng qua tải từ dưong nguồn qua
T1 qua pha a và về pha c và về T2và về âm nguồn. Các tụ C1, C5 được nạp với
cực tính như Hình vẽ ,tụ C3 chưa được nạp , tương tự tụ C6 và C2 cũng được
nạp với cực tính như Hình vẽ, tụ C4 chưa được nạp.
- Trong quá trình làm việc trên dây quấn các pha của động cơ điện sẽ xuất
hiện các s.đ.đ
ua= 2 U2sin t
2
ub= 2` U2sin( t 3 )
4
uc= 2 U2sin( + 3 ).
-Quá trình chuyển mạch trong cầu biến tần là quá trình chuyển mạch giữa
các pha. Xét quá trình chuyển mạch từ T1 đến T3. Giả sử tại thời điểm đang xét
dòng điện đang đi từ T1, D1 qua pha a qua dây quấn pha ac của động cơ qua T2,
D2 và về nguồn.
t≥0
t>1
L ud L ud
Id Id
T1 C1 + C5 + D1 D4 C4 T4 C1 C5 D1 D4 C4 T4
uC1 uC5 u13 u21 0 T1 + +
- - 0
- -
T3 C3 D3 D6 C6 + C2 + T6 C3 D3 D6 C6 C2 T6
0 T3 + + +
uC3 u32 - - - - -
T5 D5 D2 T2 T5 D5 D2 T2
U V W U V W
t>2
t>3
L ud
L ud
Id
Id
T1 C1 - C5 D1 D4 C4 T4
+ 0 0 T1 C1 + C5 + D1 D4 C4 T4
0
- -
T3 C3 + D3 D6 C6 + C2 + T6
T3 C3 D3 D6 C6 + C2 + T6
- - - 0
- -
T5 D5 D2 T2 D5 D2 T2
T5
U V W
U V W
112
nguon tai.lieu . vn
