Bài giảng Điện tử công suất: Phần 2 - Trường Đại học Thái Bình

Tiếp nội dung phần 1, Bài giảng Điện tử công suất: Phần 2 được biên soạn gồm các nội dung chính sau: biến đổi điện áp một chiều; nghịch lưu và biến tần. Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Điện tử công suất: Phần 2 - Trường Đại học Thái Bình CHƯƠNG 4: BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU 4.1 Khái niệm: Bộ biến đổi điện áp một chiều hay còn gọi bộ băm xung áp, là bộ biến đổi có nhiệm vụ chuyển đổi từ nguồn điện DC có trị số không thay đổi thành nguồn điện DC thay đổi. Trị số trung bình điện thế ngõ ra là biến đổi bằng cách thay đổi tỉ lệ của thời gian mà ngõ ra được nối vào ngõ vào. Sự chuyển đổi có thể hoàn thành với sự tổ hợp của 1 cuộn cảm, 1tụ điện và 1 linh kiện bán dẫn hoạt động trong chế độ giao hoán tần số cao. Trong ứng dụng điện thế và dòng điện lớn, linh kiện bán dẫn giao hoán thƯờng chọn là SCR. Khi sử dụng transistor công suất: BJT hoặc MOSFET hay thyristor: GTO hoặc IGCT, chúng được khởi ngƯng dễ dàng bằng cách điều khiển dòng nền hoặc dòng cổng. SCR dùng trong mạch DC phải được khởi ngƯng bằng cách chuyển mạnh giao hoán (tắt cƯỡng chế) vì nó rất bất lợi. Điều này chỉ thuận lợi trong chuyển mạch tự nhiên mà điều này chỉ thích hợp trong mạch AC Kỹ thuật giao hoán sử dụng trong bộ chuyển đổi DC – DC thƯờng là kỹ thuật biến điệu độ rộng xung (PWM – pulse width modulation). Bộ chuyển đổi DC– DC thƯờng được sử dụng trong công nghiệp cần đến nguồn điện DC không đổi. Những ứng dụng tiêu biểu bao gồm bộ điều khiển động cơ DC cho xe điện DC, bộ cấp điện giao hoán, bộ đổi điện cho bộ cấp điện không tắt (UPS – uninterruptible power supplies), hệ thống chạy bằng accu. Trong chƯơng này ta sẽ khảo sát những mạch cơ bản và nguyên lý của các bộ biến đổi DC hay DC chopper 4.2 Nguyên lý cơ bản của bộ biến đổi điện một chiều Bậc S là linh kiện điện tử công suất nối nguồn cấp điện DC với tải khi bậc đóng. Bậc được xem là lý tƯởng có các đặc tính sau • Có điện trở bằng không (sụt thế 2 đầu bậc bằng không) khi dẫn. • Có điện trở vô cùng lớn khi ngƯng • Có thể giao hoán từ trạng thái khác nhau với thời gian chuyển tiếp bằng không 87 Một cách lý tƯởng, công suất thất thoát trong mạch chopper là bằng không, do đó công suất ra bằng công suất vào Giả sử điện thế ra được điều chỉnh trong khoảng từ 0 đến mức nào đó của V . i Cho bậc đóng trong thời gian t , và mở trong thời gian toff trong mỗi chu kỳ cố định on T. Dạng sóng ra là một chuỗi xung chữ nhật có thời hạn t hình 3.1 on Hình vẽ cho thấy điện thế tức thời qua tải hoặc là bằng 0 (S hở) và bằng V (S i đóng). Điện thế trung bình (DC) ngõ ra trên chu kỳ cho bởi V0   on VI  on VI  dVi t t ton  t off T Với T= ton +toff là chu kỳ giao hoán F = 1/T tần số giao hoán ton d tỉ số định dạng T (1-d)T = toff Điện thế ra thay đổi tuyến tính theo tỉ số d. Dòng điện tải có dạng nhƯ ở hình 3.1 và có trị số trung bình: Điện thế hiệu dụng ở tải: 1 ton 2 1 1 VRMS  T 0 i dt  T Vi 2ton V  Vi t  Vi d T on Dòng hiệu dụng ở tải: VRMS I RMS  R 4.3 Phân loại và các cách điều khiển của bộ biến đổi DC Mạch chopper thƯờng được phân loại theo trị số điện thế ra, tùy theo cách bố trí bậc, diod, cuộn cảm, và tụ mà ta có 3 loại bộ biến đổi điện DC.  Mạch chuyển đổi hạ thế (step – down chopper hoặc Buck converter).  Mạch chuyển đổi tăng thế (step – up hoặc Boost converter).  Mạch chuyển đổi tăng - giảm thế (Buck – Boost chopper hoặc Inverter) Các cách điều khiển điện thế ra thƯờng là 88 • Điều chế độ rộng xung (PWM): độ rộng xung t thay đổi trong khi chu kỳ giao hoán on không đổi. Trong cách này dạng sóng ra thay đổi khi d thay đổi • Điều chế tần số - xung (PFM): độ rộng xung được giữ không đổi trong khi thay đổi chu kỳ (tần số) giao hoán. Trong cách này điện thế ra giảm khi tần số giảm và trở nên cao khi tần số cao nhất Dù bằng cách nào PWM hay PFM điện thế ra bằng 0 khi S hở và bằng V khi S i đóng Tuy nhiên trong các mạch ổn áp giao hoán thƯờng sử dụng cách PWM, vì ít có dợn sóng nên thành phần linh kiện của mạch lọc cần đến ít hơn • Ưu điểm và ứng dụng Mạch chopper DC hay mạch chuyển đổi DC – DC có Ưu điểm là hiệu suất cao gần 100% (so với mạch ổn áp DC tuyến tính hiệu suất khoảng 30%) vì bậc hoạt động trong chế độ giao hoán và xem nhƯ không hấp thu năng lƯợng điện. Về phƯơng diện giải nhiệt ít tốn kém hơn. Các loại mạch ổn áp DC giao hoán thƯờng sử dụng làm các bộ nguồn trong máy tính cá nhân (PC), TV, và trong 1 số công nghiệp khác 4.4 Các bộ chuyển đổi điện áp hoạt động dòng không liên tục Dòng liên tục là dòng trong cuộn cảm lúc nào cũng có trị dƯơng trong toàn chu kỳ. Để có điện áp DC lớn ngƯời ta thƯờng ghép nhiều bộ nối tiếp nhau, tuy nhiên không phải lúc nào cũng thực hiện được vì không gian và khối lƯợng, kích thƯớc của toàn hệ thống. Mạch boost converter có thể tăng điện áp và thay thế các viên pin. Với hai viên pin ta có thể dùng mạch Boost converter tăng điện áp lên để sử dụng cho các xe điện và hệ thống đèn trang trí Ví dụ nhƯ xe điện Prius của Toyota có động cơ sử dụng điện áp lên tới 500V, nếu không sử dụng mạch boost converter thì ta phải sử dụng ăcqui có hơn 417 ngăn để cung cấp đủ năng lƯợng cho đông cơ hoạt động. NhƯng Prius sử dụng mạch boost converter và ắc qui có 168 ngăn để tăng điện áp từ 202V lên tới 500V Ta xét mạch Boost converter ở chế độ liên tục ...