Phương pháp tính toán thiết kế thiết bị điện tử công suất: Phần 2

Phần 2 Tài liệu Tính toán thiết kế thiết bị điện tử công suất có nội dung trình bày thiết kế bộ băm áp một chiều và thiết kế bộ điều áp xoay chiều bao gồm tóm tắt lý thuyết, thiết kế mạch động lực, thiết kế mạch điều khiển.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Phương pháp tính toán thiết kế thiết bị điện tử công suất: Phần 2 CHương 2 THIẾT KẾ BỘ BĂM ÁP MỘT CHIỀU ■ ■ I - TÓM TẮT LÝ THUYẾT Băm áp một chiều là bộ biến đổi điện áp một chiều thành xung điện áp. Điều chỉnh độ rộng xung điện áp, điều chỉnh được trị số trung bình điện áp tải. Các bộ băm áp một chiều có thể thực hiện theo sơ đồ mạch nối tiếp (phần tử đóng cắt mắc nối tiếp với tải) hoặc theo sơ đồ mạch song song (phần tử đóng cắt được mắc song song với tải). 1.1. Băm áp một chiều nối tiếp 1. N guyên lý băm áp m ột chiều nối tiếp Các bộ băm áp một chiều thưcmg gặp hiện nay là các bộ băm áp nối tiếp. Trong phần giới thiệu thiết kế này quan tâm nhiều đến các bộ băm áp loại đó. Sơ đồ nguyên lý băm áp một chiều nối tiếp giới thiệu trên hình 2 .la. Theo đó phần tử chuyển mạch tạo các xung điện áp mắc nối tiếp với tải. Điện áp một chiều được điều khiển bằng cách điểu khiển thời gian đóng khoá K trong chu kì đóng cắt. Trong khoảng 0 -ỉ- tj (hình 2.1b) khoá K đóng điện áp tải bằng điện áp nguồn (Uj = U]), trong khoảng tj -T Ì2 khoá K mở điện áp tải bằng 0. K u CK a) b) H inh 2.1. Băm áp một chiều, a) Sơ đồ nguyên lý ; b) Đường cong điện áp. Trị số trung bình điện áp tải được tính: 1 U d- u,.dt = i u , (2 . 1) X C K 0 ^ck 128 nếu coi Y = thì : Tck Ud = y . u , Trong đó: - điện áp tải một chiền; u I —điện áp nguồn cấp một chiều; íị - khoảng thời gian đóng khoá K; T^ị. - chu kì đóng cắt khoá K; Ỵ - đ ộ r ộ n g x u n g đ iệ n áp. Từ biểu thức (2.1) thấy rằng, muốn điều khiển điện áp tải U(J cần điều khiển độ rộng xung điện áp y. Độ rộng xung điện áp này có thể được điều chỉnh bằng một trong hai thông số: hoặc là điều chỉnh thời gian đóng khóa K (t|) giữ chu kì đóng cắt Tck không đổi; hoặc là điều chỉnh chu kì đóng cắt T(-J^ giữ Ihời gian đóng khóa K (tị) không đổi. Tuy nhiên, việc thay đổi chu kì đóng cắt khoá K làm cho chất lượng điều khiển của phương pháp này xấu, người ta ít dùng. Điều này có thể minh hoạ bằng việc hoạt động của bộ bẫm áp với tải điện cảm. 2. H oạt động của sơ đồ với tải điện cảm Khi tải điện cảm, để xả năng lượng của cuộn dây điện cảm người ta thường mắc song song với tải một điốt xả năng lượng như hình 2 .2 . a) b) H inh 2.2. Băm áp một chiều với tải điện cảm. a) Sơ đổ mạch ; b) Các đường cong. Dòng điện chạy qua tải được xác định bằng phương trình vi phân; Khi khoá K đóng: di (2.2) dt Trong đó: i - dòng điện tải ; - điện trở tải; - điện cảm tải 1 .ìlN TO Á N ., c 7 H 129 Khi khoá K mở: di 0 = R ,.i + L ,5 i (2.3) dt Giải các phương trình vi phân (2.2), (2.3) ta có nghiệm: (2.4) Trong đó: h đ ” dòng điện ban đầu của chu kì đang xét {mở hay đóng khoá K); ^X - dòng điện xác lập của chu kì đang xét L Khi khoá K đóng IxL = — ; Khi khoá Kmởlỵi^ = 0 Rd Tj = — — hằng s ố thời gian điện từ của mạch Rd Dạng đưòfng cong dòng điện vẽ theo biểu thức (2.4) biến thiên có dạng như trên h ìn h 2 .2 b. Độ nhấp nhô của dòng điện tải được tính [1]. ^Ị^Ọ blM lH iíĩcK (2.5) 2L, Từ biểu thức (2.5) thấy rằng, biên độ dao động dòng điện phụ thuộc vào bốn thông số: điện áp nguồn cấp (Uj); độ rộng xung điện áp (y); điện cảm tải (Ljj) và chu kì chuyển mạch khoá K (Tck)- Các thông số: điện áp nguồn cấp, độ rộng xung điện áp phụ thuộc yêu cầu điều khiển điện áp tải, điện cảm tải là thông số của tải. Do đó để cải thiện chất lượng dòng điện tải (giảm nhỏ AI) có thể tác động vào TcK- Như vậy, nếu chu kì chuyển mạch càng bé (hay tần số chuyển mạch f = — càng lớn) thì biên ^ ^CK độ đập mạch dòng điện càng nhỏ, chất lượng dòng điện một chiều càng cao. Do đó, bộ điều khiển này thường được thiết kế với tần số cao hàng chục kHz. 1.2. Băm áp một chiều song song Trong những trường hợp tải có một nguồn năng lượng nào đó (vỉ dụ động cơ điện một chiều làm việc ở chế độ máy phát), việc xả năng lượng của tải la cần thiết. Năng lượng này thường được trả về nguồn lưới. Tuy nhiên, khi cần điều chỉnh dồng điện tải thì mắc song song với tải một khoá chuyển mạch như sơ đồ hình 2.3 là hợp lí. Trong khoảng 0 ^ tj khoá K đóng Dq khoá (cần thiết để tránh ngắn ...