Xem mẫu
- CHÖÔNG 3. KHAÛO SAÙT MAÏCH ÑIEÀU KHIEÅN ÑIEÄN AÙP
BAÈNG CAÙCH THAY ÑOÅI ÑOÄ ROÄNG XUNG.
I. Boä baêm ñieän aùp moät chieàu.
1. Giôi thieäu.
Boä baêm xung moät chieàu coù theå coi nhö laø boä bieán ñoåi
DC/DC maø ñieän aùp bieán ñoåi ñöôïc ñaûm nhaän baèng caùc linh kieän
baùn daãn coâng suaát. Nhieäm vuï chính cuûa noù laø thay ñoåi ñieän aùp ra
theo yeâu caàu ñieàu chænh hoaëc oån ñònh ñieän aùp ra taûi. Baêm xung
moät chieàu ñöôïc söû duïng nhieàu trong caùc thieát bò nhö ñoäng cô
ñieän moät chieàu, caùc boä phaän nung ñoát baèng dieän trôû, caùc cô caáu
ñieän töø, maïch oån aùp daûi roäng...Van thích hôïp vôùi baêm xung moät
chieàu laø caùc loaïi maø ñieàu khieån ñöôïc caû quaù trình môû vaø khoaù
van, do ñoù thöôøng duøng Transistor (löôûng cöïc, MOSFET, IGBT).
Khi caàn coâng suaát ra taûi lôùn (doøng ñieän vaø ñieän aùp cao) ta phaûi
duøng ñeán Tiristor. Vì Tiristor laø moät linh kieän baùn daãn coâng suaát
coù theå chòu ñöôïc doøng ñieän qua noù raát lôùn vaø cho pheùp ñieän aùp
ngöôïc ñaët leân noù khaù cao.
Ñeå maïch baêm xung hoaït ñoäng thì caùc phaàn töû ñoùng vai troø
laø van ñoùng môû phaûi ñöôïc ñieàu khieån baèng caùc xung kích trong
thôøi gian thích hôïp. Trong haàu heát caùc linh kieän ñoùng môû baùn
daãn coâng suaát, vieäc ñoùng caét ñöôïc thöïc hieän baèng caùch ñöa tín
hieäu thích hôïp vaøo chaân ñieàu khieån. Ñoái vôùi thyristor thì ñieàu
naøy khoâng theå thöïc hieän ñöôïc vì cöïc coång chæ coù taùc duïng trong
vieäc kích môû thyristor maø thoâi. Ñeå taét thyristor khi ñaõ daãn trong
nguoàn DC, ta phaûi theâm vaøo caùc phaàn töû chuyeån maïch ñeå coù
ñöôïc caùc dieàu kieän taét laø ñaët ñieän aùp ngöôïc treân hai ñaàu
thyristor hoaëc laøm cho doøng chaïy qua noù bò trieät tieâu.
Boä baêm xung moät chieàu coù theå chia thaønh ba loaïi cô baûn :
– Boä baêm coù van maéc song song taûi coøn ñieän caûm maéc noái
tieáp vôùi taûi (kieåu song song).
- – Boä baêm ñaûo doøng.
Hai loaïi baêm naøy coù öu ñieåm laø cho ñieän aùp ra treân taûi lôùn hôn
ñieän aùp nguoàn nhöng noù khoâng thích hôïp vôùi taûi coù coâng suaát
lôùn neân ít ñöôïc söû duïng.
– Boä baêm coù van vaø ñieän caûm maéc noái tieáp vôùi taûi (kieåu
noái tieáp)
Boä baêm naøy chæ cho ñieän aùp ra nhoû hôn ñieän aùp nguoàn
nhöng coù öu ñieåm söû duïng ñöôïc cho taûi coù coâng suaát cao, do ñoù
noù thoâng duïng hôn.
Trong phaïm vi cuoán ñoà aùn naøy, ngöôøi thöïc hieän chæ ñeà caäp
ñeán boä baêm coù van maéc noái tieáp vôùi taûi. Hoaït ñoäng cuûa noù döïa
treân nguyeân taéc ñoùng – ngaét taûi vôùi nguoàn theo chu kyø : trong
moät chu kyø T (hình aa), khoaûng thôøi gian to cho van daãn neân
ñieän aùp nguoàn E ñöa thaúng ra taûi, trong khoaûng thôøi gian coøn laïi
(T-to) van hôû, laøm ñieän aùp treân taûi baèng khoâng. Do ñoù ñieän aùp
trung bình moät chieàu ra taûi laø:
D.E E d T
It
R
Trong ñoù D = to/T laø tyû soá
to
chu kyø cuûa boä baêm.
Hình III.1
Theo bieåu thöùc treân ta thaáy ñeå ñieàu chænh ñöôïc ñieän aùp ra
taûi coù theå thay ñoåi ñoäc laäp to, T hoaëc ñoàøng thôøi caû hai tham soá
naøy, thoâng duïng nhaát laø phöông phaùp thay ñoåi to trong khi giöõ
chu kyø Tcoá ñònh. Nhö vaäy töø ñieän aùp nguoàn khoâng ñoåi vaø lieân
tuïc, baèng caùch “baêm” noù ra thaønh caùc xung, ta coù theå ñieàu chænh
ñöôïc ñieän aùp ra.
- Ñeå thieát keá hay khaûo saùt moät boä baêm xung, ngöôøi ta thöôøng
quan taâm ñeán caùc cheá ñoä doøng ñieän. Theo nguyeân lyù hoaït ñoäng,
trong khoaûng thôøi gian van khoùa, nguoàn bò ngaét khoûi taûi, tuy
nhieân do taûi coù tính ñieän caûm neân doøng ñieän taûi vaãn tieáp tuïc
chaûy quaån qua ñioât D2 nhôø naêng löôïng tích luõy ôû ñieän caûm naøy.
Caên cöù vaøo caùc tham soá R, L, Ed (söùc ñieän ñoäng beân trong taûi)
vaø khoaûng thôøi gian ngaét nguoàn (T-to) maø doøng ñieän taûi coù theå
toàn taïi ñeán khi van daãn trôû laïi (goïi laø cheá ñoä doøng ñieän lieân tuïc )
hoaëc seõ taét tröôùc ñoù (cheá ñoä doøng ñieän giaùn ñoaïn).
Ñeå bieát ñöôïc maïch hieän coù ñang laøm vieäc ôû cheá ñoä doøng
ñieän naøo caàn döïa theo moät trong caùc ñieàu kieän giôùi haïn giöõa hai
cheá ñoä naøy nhö sau :
a. Theo thôøi gian van daãn tgh :
L Ed T R L
t gh ln 1 (e 1)
R E
Neáu thôøi gian van daãn thöïc teá to< tgh, thì doøng ñieän giaùn
ñoaïn, ngöôïc laïi to> tgh, doøng ñieän seõ lieân tuïc.
b. Theo trò soá trung bình doøng ñieän taûi giôùi haïn Igh :
E b 1
I gh ( D a1 . 1 );
R 1 a1
R R
.T .t 0
a1 e L , b1 e L
Neáu doøng thöïc cuûa taûi It < Igh, doøng ñieän laø giaùn ñoaïn coøn It
> Igh, doøng ñieän laø lieân tuïc.
c. Theo trò soá cuûa söùc ñieän ñoäng Ed :
b1 1
Edgh E.a1
1 a1
- Neáu Ed > Edgh thì doøng ñieän giaùn ñoaïn.
Neáu Ed < Edgh thì doøng ñieän lieân tuïc.
Caùc bieåu thöùc tính toaùn ôû cheá ñoä doøng ñieän lieân tuïc :
Ñieän aùp trung bình ra taûi :
Ut = D.E
Doøng ñieän trung bình qua taûi :
D.E E d
It
R
Caùc daïng soùng theå hieän nhö sau :
ut
E
0 to T (T+to) 2T
t
it
Imax
- Imin
0
t
iT
Imin
0
t
Qui luaät bieán thieân doøng ñieän taûi it :
Giai ñoaïn töø 0 ñeán t0 :
E Ed E a1.b1 1 L .t
R
i1 (t ) e
R R 1 a1
Giai ñoaïn töø t0 ñeán T:
Rd E 1 b 1 L t .
R
t 2 (t ) e
E R 1 a1
Giaù trò cöïc ñaïi doøng taûi Imax:
E 1 b11 Ed
I max i2 (t 0) ( )
R 1 a1 R
Giaù trò cöïc tieåu doøng ñieän taûi Imin:
E a1.b1 a1 Ed
I min i1 (t 0)
R 1 a1 R
- Ñoä ñaäp maïch doøng ñieän taûi I:
E (1 b11 )(1 a1.b1 )
I
R 1 a1
Trò soá trung bình cuûa doøng ñieän qua ñioât:
E L(1 b11 )(1 a1.b1 ) Ed t
ID (1 0 )
R TR (1 a1 ) R T
Trò soá ûtrung bình doøng ñieän qua van :
E t0 L (1 b11 )(1 a1.b1 ) t0 .Ed
IV .
R T R.T 1 a1 TR
Caùc bieåu thöùc tính toaùn ôû cheá ñoä doøng ñieän giaùn ñoaïn :
Ñoà thò laøm vieäc cuûa cheá ñoä naøy nhö hình veõ sau ñaây:
ut
E Ed E
0 to T t
it in
Imax
0 t
iT to
0 t
- Ñieän aùp trung bình ra taûi :
t0 t
Ut E Ed (1 n )
T T
Trong ñoù tn laø khoaûng thôøi gian doøng ñieän taûi coøn tieáp tuïc
chaûy keå töø khi ngaét nguoàn E khoûi taûi vaø ñöôïc xaùc ñònh theo bieåu
thöùc sau:
L E Ed
tn ln 1 (1 b11 )
R Ed
Doøng ñieän trung bình qua taûi :
U t Ed
It
R
Quy luaät bieán thieân doøng ñieän taûi it :
Giai ñoaïn töø 0 ñeán t0 :
R
E Ed .t ..
t1 (t ) (1 e L )
R
Giai ñoaïn töø to ñeán T (hay ñeán tn) :
R R
E .t E Ed .t
i2 (t ) d (1 e L ) (1 b11 )e L
R R
Giaù trò cöïc ñaïi doøng taûi Imax :
E Ed
I max (1 b11 )
R
giaù trò doøng ñieän cöïc tieåu Imin taát nhieân baèng khoâng.
2. Giôùi thieäu boä baêm xung moät chieàu taét cöôõng böùc baèng ñieän
aùp.
- Hình III.6
a. Vai troø cuûa caùc linh kieän trong maïch (hình III.6) :
S1 laø SCR chính coù nhieäm vuï noái hoaëc ngaét nguoàn vôùi taûi.
XK1 : maïch kích cho SCR1.
S2 laø SCR phuï, tham gia vaøo vieäc ngaét (khoaù) S1.
XK2 : maïch kích cho SCR2.
LC laøm nhieäm vuï dao ñoäng, D1 ngaên doøng ñieän ngöôïc, D2
baûo veä cho maïch khi S1 ngaét.
b. Nguyeân lyù hoaït ñoäng cuûa maïch :
Giaû söû caùc SCR (S1, S2) ñeàu lyù töôûng vaø caùc linh kieän trong
maïch khoâng coù toån hao.
Khi nguoàn moät chieàu E ñaõ ñöôïc caáp, traïng thaùi ban ñaàu : S1 vaø
S2 ñeàu bò khoaù (töùc chöa coù xung kích ôû cöïc coång) thì khoâng coù
baát kyø moät doøng ñieän naøo chaïy qua taûi. Ñeå maïch hoaït ñoäng moät
caùch hôïp lyù thì ñaàu tieân cho tuï C naïp baøng caùch cho xung ñieàu
khieån vaøo cöïc coång cuûa S2, luùc naøy maïch ñieän hình III.6 töông
ñöông nhö hình III.a : tuï ñieän C seõ ñöôïc naïp theo ñöôøng E_ Rt _
C _ S2 _E vaø doøng ic giaûm daàn theo haøm muõ töø giaù trò ñaàu E/Rt .
- Hình IIIA Hình IIIb
Sau moät khoaûng thôøi gian, tuï C ñöôïc naïp tôùi ñieän aùp E cuûa
nguoàn, nhöng thöïc teá khi doøng ñieän taûi giaûm döôùi möùc duy trì
cuûa S2 thì doøng ñieän ngöng.
Khi coù xung ñieàu khieån vaøo cöïc coång cuûa S1, laøm S1 ñoùng
maïch nhö hình III.b, luùc naøy tuï C phoùng ñieän qua S1 - L –D1 –
C vaø ñöôïc naïp ngöôïc laïi. Ñieän aùp treân tuï taêng daàn theo chieàu
ngöôïc laïi vaø cuoái cuøng, dieän aùp treân noù seõ laø uc = -E do coù söï
xuaát hieän dao ñoäng LC. Dao ñoäng LC trong maïch seõ naïp vaøo tuï
C vaø noù chæ keùo daøi trong moät nöûa chu kyø (vì D1 ngaên doøng ñieän
ngöôïc).
Luùc naøy neáu cho xung ñeå môû S2, thì S1 seõ chòu ñieän aùp
ngöôïc uc = -E laøm S1 ngöng daãn (traïng thaùi chuyeån töø hình III.b
hình III.a).
Goïi chu kyø baêm laø T: T = T1+T2.
Thôøi gian ñoùng maïch cuûa S1 laø T1 : T1 = T.
Thôøi gian ngaét maïch cuûa S1 laø T2 =T –T1 vaø tyû soá chu kyø laø
D = T1/T.
Gía trò trung bình cuûa ñieän aùp taûi :
DT
1
Ut
T Udt DU
0
Baèng caùch laøm bieán ñoåi tyû soá chu kyø D (trong khi giöõ cho
taàn soá khoâng ñoåi T=const) ta coù theå ñieàu chænh ñöôïc giaù trò trung
bình cuûa ñieän aùp moät chieàu ñaët treân taûi.
Tröôøng hôïp taûi laø R+L :
1
W Li c
2
2
Taûi trôû khaùng tích luyõ moät naêng löôïng ñieän töø :
- Khi doøng ic taêng tröôûng, D2 coù theå hoaøn traû naêng löôïng. D2
ñaáu song song ngöôïc vôùi maïch taûi ñeå taïo ñöôøng phoùng ñieän cho
khoái naêng löôïng ñieän töø noùi treân, khi doøng ic giaûm.
Luùc ñaàu doøng taûi ic = 0, doøng ic ñöôïc xaùc laäp daàn daàn. Qua
moät vaøi chu kyø doøng ic seõ bieán ñoäng giöõa hai giaù trò I1 vaø I2.
E i
I2
E I1
0 T 1 T2
pha quaù ñoä t 0 T
t
Kyù hieäu boä baêm ñieän aùp laø: Ñ
di
L c
Ri c E
dt
Khi Ñ ñoùng ta coù phöông trình :
di
L c
Ri c 0
dt
Coøn khi Ñ môû ta coù :
nguon tai.lieu . vn
