Giáo trình Điện tử công suất (Dùng cho các trường đại học kỹ thuật): Phần 2

Nối tiếp nội dung phần 1, phần 2 cuốn giáo trình "Điện tử công suất" cung cấp cho người học các nội dung: Bộ biến đổi điện áp xoay chiều - xoay chiều; bộ biến đổi một chiều - một chiều, nghịch lưu và bộ biến đổi tần số.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo trình Điện tử công suất (Dùng cho các trường đại học kỹ thuật): Phần 2 Chương 3 B ộ BIẾN ĐỔI ĐIỆN Á P X O A Y CHIỂU - X O A Y CHIỄU (Bộ biến dổi diện áp pha) 3.1. K HÁ I N IỆM CHUNG 3.1.1. K H Ả I N IỆ M Trong kỹ thuật điện có những trường hợp cần phải biến đổi một điện áp xoay chiều giá trị không đổi thành điện áp xoay chiều có giá trị khác, điều chinh được. Để biến đổi một điện áp xoay chiều thành điện áp xoay chiều cùng tần số nhưng có giá trị khác thì phổ biến nhất là dùng máy biến áp. Máy biến áp có ưu điểm là kết cấu gọn, làm việc tin cậy, độ bền cao và nếu điện áp nguồn có dạng hình sin thì điện áp ra cũng có dạng hình sin. Tuy vậy, máy biến áp cũng có nhược điểm là khó thực hiện thay đổi trơn điện áp ra, nhất là trong trường hợp công suất trung binh và lớn, điều này cũng hạn chế khả năng sử dụng máy biến áp trong một số trường hợp. Khi yêu cầu điều chỉnh trcm điện áp ra trong phạm vi rộng, đặc biệt là khi công suất trung bình và lớn thì người ta sử dụng một bộ biến đổi (BBĐ) khác được gọi là BBĐ xoay chiều - xoay chiều hay BBĐ điện áp pha. Bộ biến đồi xoay chiều - xoay chiều là thiết bị biến đổi điện năng sử dụng các dụng cụ bán dẫn có điều khiển. Nguyên tắc hoạt động của BBĐ là sử dụng tính chất có điều khiển của các dụng cụ bán dẫn để cắt đi một phần trong mỗi nửa chu kỳ của điện áp nguồn xoay chiều hình sin làm cho diện áp ra có giá ưị hiệu dụng nhở hơn diện ấp nguồn. Bộ biến đồi xoay chiều - xoay chiều có ưu điểm là kết cấu gọn, hiệu suất cao, có khả năng điều chinh trơn điện áp ra trong phạm vi rộng với dải công suất khá rộng. Nhưng BBĐ này cũng có một số nhược điểm là độ tin cậy kém hơn so với máy biến áp, thiết bị điều khiển tương đối phức tạp, bị hạn chế về công suất do khả năng chịu dòng và áp của các dụng cụ bán dẫn bị giới hạn, và đặc biệt là khi điện áp nguồn hình sin thì điện áp ra không còn dạng hình sin nữa. Các BBĐ xoay chiều - xoay chiều được ứng dụng trong một số trường hợp như sau: - Điều khiển tốc độ của các động cơ xoay chiều không đồng bộ công suất nhò bằng phương pháp thay đổi điện áp nguồn cung cấp cho mạch stator của động cơ. - Khởi động các động cơ xoay chiều không đồng bộ rotor lồng sóc công suất trung bình và lớn, đặc biệt là trong các hệ thống bơm. 178 - Là một bộ phận quan trọng của bộ biến đồi tạo nguồn một chiều điện áp cao có diều chỉnh dùqg để cấp cho một số thiết bị: lò tần số dùng đèn phát điện tử loại 3 cực chân không, các hệ thống lọc bụi tĩnh điện, v.v... 3.1.2. P H Â N L O Ạ I B ộ B IỀ N Đ Ò I XOA Y C H IÊU - XOA Y C H IÊU Các BBĐ xoay chiều - xoay chiều có thể được phân loại theo số pha điện áp vào/ra, theo loại dụng cụ được sử dụng. Phân loại theo số pha: BBĐ một pha và ba pha. Phân loại theo dụng cụ bán dẫn công suất được sử dụng: BBĐ sử dụng thyristor, B B Đ sừ dụng triac, v .v ... 3.2. B ộ BIÉN Đ ỐI XOAY C H IÊU - XOAY CHIÊU M Ộ T PHA 3.2.1. CÁC S ơ ĐÔ B ộ B IÊ N Đ Ó I X O A Y C H IÊU - X O A Y C H IÈU M Ộ T PHA Trên các hình 3.1 là sơ đồ mạch lực một số BBĐ xoay chiều - xoay chiều một pha (BBĐ điện áp pha một pha). Hình 3 .la là sơ đồ dùng hai thyristor mắc song song ngược, hình 3 .lb là sơ đồ dùng hai điot và hai thyristor, hình 3 .lc là sơ đồ dùng triac, hình 3.1d là sơ đồ BBĐ dùng cầu chỉnh lưu điot và một thyristor, hình 3 .le là sơ đồ BBĐ xoay chiều - xoay chiều một pha không đối xứng dùng một thyristor và một điot. Hình 3.1: Các sơ đồ (phần lực) bộ biến đổi xoay chiều - xoay chiều một pha 179 Đe hiểu rõ nguyên lý làm việc của BBĐ ta xét nguyên lý hoạt động của một sơ đồ (ví dụ sơ đồ hình 3. la) trong trường hợp đơn giản nhất là khi tải thuần trở. Giả thiết điện áp nguồn như đồ thị hình 3.2a, đồ thị tín hiệu điều khiển của T] và T 2 như hình 3.2b và hình 3.2c. H ìn h 3 .2 : Đ ồ th ị m inh h ọ a n g u yê n lý là m việ c của s ơ đ ồ h ìn h 3 . 1a k h i tả i th u ầ n trở Từ các đồ thị u„g, UđkTi, UđkT2 có thể mô tả vắn tắt nguyên lý làm việc của sơ đồ như sau: Từ cot = 0 đến cot = Vị/ (vị/ được gọi là góc điều chinh hay góc điều khiển cùa BBĐ xoay chiều - xoay chiều), điện áp nguồn u„g dương đặt điện áp thuận lên Ti và ngược lên T 2, do Ti chưa có tín hiệu điều khiển nên Ti chưa mở, như vậy cà hai van Ti và T 2 đều khóa, dòng qua tải bằng không (it = 0), điện áp trên tải cũng bằng không (u, = Rtỉ ũ = 0). Đến thời điểm cot = Vị/, xuất hiện tín hiệu điều khiển trên cực điều khiển cùa Ti (có U d k T i), Ti mở và xuất hiện dòng điện tải (i( = Ung / Rt) và điện áp trên tải U( = Ung (bỏ qua sụt áp trên T 1 mờ). Đến cot = n, Ung giảm về bàng không và bắt đầu chuyển sang nửa chu kỳ âm, nên i( = 0 và 180 có xu hướng đổi chiều, do thyristor chi dẫn dòng theo một chiều nên Ti khóa lại, T2 chưa có tín hiệu điều khiển nên chưa mờ, có nghĩa là cà hai van T], T 2 đều khóa, dòng và áp trên tải đều bàng không cho đến thời điểm mờ T 2. Đến cot = n + 1|/, van T 2 có tín hiệu điều khiển và lúc này UT2 = -Ung > 0, dẫn đến T 2 mờ, lại xuất hiện dòng qua tải và điện áp trên tải (i, = U / Rt; ut = u„g). Đến cot = 271, điện áp nguồn lại bằng không và bắt đầu đổi sang ng nửa chu kỳ dương, có xu hướng chống lại dòng qua T 2 và đặt thuận lên Ti, van T 2 khóa lại, còn T 1 vẫn khóa. Đ ế n cot = 2n + Vị/, T 1 lại có tín hiệu điệu khiển, T 1 lại m ờ và sơ đồ lặp lại trạng thái làm việc như từ cot = y . Đồ thị điện áp và dòng điện trên tải được biểu diễn trên hình 3.2d (ut nét đậm, it nét mảnh). Từ đồ thị điện áp trên tải, có thể rút ra: Vói việc điều khiển cho các van mờ chậm sau thời điểm mờ tự nhiên một góc điều khiển V làm cho điện áp trên tải bị mất đi một phần |/ trong mỗi nửa chu kỳ so với điện áp nguồn, kết quả là đi ...