Các Bộ Biến đổi Xung áp Một Chiều - Tài Liệu Text - 123doc

Tải bản đầy đủ (.doc) (18 trang)

1. Trang chủ
>>
2. Kỹ Thuật - Công Nghệ
>>
3. Điện - Điện tử

các bộ biến đổi xung áp một chiều

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (483.1 KB, 18 trang )

Chương 3. BỘ BIẾN ĐỔI XUNG ÁP XUNG ÁP MỘT CHIỀUBộ biến đổi xung áp (BBĐXA) là bộ biến đổi mà điện áp nguồn được đóng, cắt vào phụ tải mộtcách có chu kỳ. Do đó điện áp trên tải là những xung áp một chiều (BBĐXA một chiều) hoặc xoay chiều(BBĐXA xoay chiều) tuỳ thuộc vào điện áp nguồn là điện áp một chiều hoặc điện áp xoay chiều.3.1. CẤU TRÚC VÀ PHÂN LOẠI CÁC BỘ BIẾN ĐỔI XUNG ÁP MỘT CHIỀU3.1.1. Khái quátTrong khoảng thời gian 0 ÷ t1, khoá K đóng lại, điện áp trên tải UR sẽ có giá trị bằng điện áp nguồnUR = E; còn trong khoảng t1 ÷ T khoá K mở ra và UR = 0.Như vậy giá trị trung bình của điện áp trên tải sẽ là:(3.1)Trong đó: λ - Thời gian khoá K đóngγ - Hệ số điều chỉnh T – Chu kỳ đóng cắt của khoá K.Như vậy, để thay đổi điện áp trên tải có hai cách:1- Thay đổi thời gian đóng khoá K (λ = var), khi giữ chu kỳ đóng cắt không đổi ( T = const).Gọi là phương pháp điều chế độ rộng xung.2- Thay đổi tần số đóng cắt (1fT== var) và giữ thời gian đóng khoá K không đổi (λ=const).Như vậy bộ biến đổi xung áp có khả năng điều chỉnh và ổn định điện áp ra trên phụ tải. Ưu điểm :• Hiệu suất cao vì tổn hao công suất trong bộ biến đổi không đáng kể so với các bộ biến đổiliên tục.• Độ chính xác cao cũng như ít chịu ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường, vì yếu tố điều chỉnh làthời gian đóng khoá K mà không phải giá trị điện trở của các phần tử điều chỉnh thường gặptrong các bộ điều chỉnh liên tục.• Chất lượng điện áp tốt hơn so với các bộ biến đổi liên tục• Kích thước gọn nhẹ.Nhược điểm :• Cần có bộ lọc đầu ra, do đó làm tăng quán tính của bộ biến đổi khi làm việc trong hệ thốngkín.• Tần số đóng cắt lớn sẽ tạo ra nhiễu cho nguồn cũng như các thiết bị điều khiển.3.1.2. Bộ biến đổi xung áp một chiều dùng tiristo 01RU Edt E ET Tλλγ= = =∫Trên sơ đồ ở hình 3.2b, tiristo TC là tiristo chính (khoá điện tử),tiristo phụ (Tf) cùng với các phầntử C, R, D, L làm thành mạch chuyển mạch để khoá tiristo chính.Đối với sơ đồ ở hình 3.2a, khi khóaTC người ta mở Tf. Như vậy trên TC sẽ có điện áp ngược bằnggiá trị điện áp trên tụ và nó làm cho dòng qua TC giảm về không và khoá lại.Đối với sơ đồ ở hình 3.2b, khi mở Tf, tụ C được nạp điện với dấu dương ở phía trên và âm ở phíadưới. Khi cho tiristo chính (TC) làm việc, tụ C sẽ phóng điện qua mạch Tc, D, L và do hiện tượng cộnghưởng nó sẽ được nạp điện theo chiều ngược lại (dấu điện áp trong ngoặc ở hình 3.2b). Dấu điện áp nàyphù hợp để tạo điện áp ngược cho TC. Muốn khoá TC ta lại mở Tf và điện áp ngược của tụ C lúc này có tácdụng để khoá TC lại. 3.1.3. Phân loạiDựa vào cách mắc van: có xung áp song song hoặc nối tiếp Dựa vào nguồn điện ra: xung áp giảm áp và xung áp tăng ápTuỳ thuộc vào dấu điện áp mà người ta chia ra: bộ biến đổi xung áp không đảo chiều, hoặc bộbiến đổi xung áp có đảo chiều 3.1.4. Sơ đồ cấu trúc (Hình 3.5)Nguồn một chiều có thể là ắc quy hoặc bộ chỉnh lưu. Bộ lọc đầu vào thường dùng mạch LC hoặcchỉ dùng điện cảm. Tụ C có thể được thay thế bằng các phần tử tích trữ năng lượng như ắc quy.Khoá điện tử (KĐT) ngày nay được dùng chủ yếu là các van bán dẫn điều khiển hoàn toàn BJT,GTO, MOSFET, IGBT.Bộ lọc đầu ra (L0) có tác dụng san phẳng dòng điện ở đầu ra của bộ biến đổi.3.2. BỘ BIẾN ĐỔI XUNG ÁP MỘT CHIỀU KHÔNG ĐẢO CHIỀU CÓ ĐIỆN ÁP RA THẤPHƠN ĐIỆN ÁP VÀO (Bộ biến đổi xung áp nối tiếp)Khi tải R + L:Khoá điện tử dùng GTO sẽ được đóng cắt với chu kỳ T theo luật điều khiển như đồ thị ở hình 3.6b, c.Van T sẽ dẫn điện khi UG > 0 và van sẽ bị khoá lại khi UG < 0.Trong khoảng từ 0 từ t1, khi T dẫn điện, năng lượng của nguồn sẽ được cấp cho phụ tải, UAB = E. Trong khoảng (t1 ÷ T), van khoá, do năng lượng tích trữ trong điện cảm, dòng điện vẫn theo chiều cũ và khép mạch qua van đệm D, lúc này UAB = UD ≈ 0.Giá trị trung bình của điện áp tại hai điểm A, B sẽ là:1101.tABtU Edt E ET Tγ= = =∫(3.2)1tTγ=γ là hệ số điều chỉnh điện áp. Ta có hệ phương trình mô tả hoạt động của sơ đồ: Khi GTO đóng mạch: diiR L Edt+ = Khi GTO hở mạch :0diiR Ldt+ = Để tìm dòng tải ta dùng phương pháp toán tử Laplace: Nếu hàm số liên tục thì ảnh Laplace của nó là:( ) ( )0ptF P h t e dt∞−=∫(3.3)và ngược lại nếu hàm h(t) được biểu diễn dưới dạng : ( )( )( )f Ph tPF P=∫Thì:( )( )( )( )( )10.0nmna tnn nf f ah t eF a F a== +∑(3.4)an là nghiệm của phương trình đặc tính.Áp dụng công thức (3.3) ta tìm được ảnh của UAB:( )11.1ptABPTE eU PP e−−−=−Ảnh của dòng tải là:( )( )( )( )( )11.1ptABPTU PE eI PZ P Pe R PL−−−= =− +(3.5)Áp dụng công thức (3.4) ta tìm được dòng điện trong khoảng t ÷ t1 là:1 111111ta bEi eR aτ− −= − − (3.6)trong khoảng t1 ÷ T là: 112111 .1tbEi eR aτ−− −= − − (3.7) /L Rτ= là hằng số thời gian của mạch tải. 1 1;T T RTRTLLa e e b e eγ γτ τ τ− − −−= = = = ( d,e,f trường hợp dòng tải liên tục. g,h,i trường hợp dòng tải gián đoạn )Hình 3.6. Bộ biến đổi xung ápCho các giá trị t = t1 và t = T – t1 ta tìm được:1ax111mE bIR a−−=−(3.8)( )1 1min111b aEIR a−=−(3.9)Dòng trung bình qua van T sẽ là:( )( )11 1 111 11Tb a bEIR T aτγ− − − = −−  (3.10)Dòng trung bình qua diode:( )( )11 1 111 1.1Db a bEIR T aτ− − − =−  (3.11)Dòng trung bình qua tải:ABt T DUEI I IR Rγ= + = =(3.12)Dòng tải không phụ thuộc vào tần số đóng cắt của van và hằng số thời gian của mạch tải.Biên độ đập mạch của dòng tải:( )( )11 1 1ax ax min11 11m mb a bEI I IR a−− −∆ = − =−Khi 0,5γ= thì axmI∆đạt giá trị cực đại.Để đơn giản phép tính người ta thường chọn:1 1;0Ei t t tRγ= ≤ ≤ với axmγ γ=(3.13)và dùng biểu thức (3.13) thay cho (3.6) để tính dòng trung bình qua các van.Việc tính này cho kết quả sai số không quá 10% và có thể chấp nhận được khi chọn van với mộthệ số dự trữ nào đó.Từ các giá trị của it người ta dựng được đồ thị của dòng tải it, dòng qua GTO và qua diode Hệ số đập mạch của điện áp ra:( )( )11 1 111 11ABđmb a bUkE a−− −∆= =−Khi năng lượng tích trữ trong điện cảm L là hữu hạn, sẽ xảy ra chế độ dòng điện gián đoạn (hình3.6g,h,i). Dòng qua diode đệm sẽ giảm về không trước khi khoá điện tử T được đóng lại. Chế độ dòngđiện gián đoạn sẽ làm tăng hệ số đập mạch trên tải và làm giảm chất lượng đặc tính ngoài của bộ biến đổi.3.3. PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN BỘ BIẾN ĐỔI XUNG ÁPXét phần tử điện cảm L trong sơ đồ hình 3.6aỞ chế độ gần xác lập, giá trị điện áp trung bình trên điện cảm phải bằng không.m axminmax min01( )LLiTLILI LI L L Lidi L L LU L dt di i i IT dt T T Tγ= = = − = ∆∫ ∫(3.14)LII LI LLU U IT= − = − ∆(3.15)Do đó:0L LI LIIU U U= + = Xét phần tử tụ điện trong sơ đồ hình 3.6a: Khi nguồn một chiều được tạo bởi bộ chỉnh lưu, để đảmbảo tính chất nguồn áp cần mắc tụ điện C song song với đầu vào BBĐXAMC. Giá trị của tụ điện này cóthể xác định theo phương pháp tính lọc cho chỉnh lưu. Giá trị trung bình của dòng qua tụ điện ở chế độ gần xác lập cũng bằng không: minm xmin m x01( )CC aUTCICI CI C C a CUduC C CI C dt du U U UT dt T T Tγ= = = − = − ∆∫ ∫ (3.16) m axminax min01( )CCUTCIICII CII Cm C CUduC C CI C dt du U U UT dt T T Tγ= = = − = ∆∫ ∫(3.17) ICI + ICII =0Như vậy ở chế độ xác lập, giá trị trung bình của điện áp đặt lên điện cảm bằng không và giá trịtrung bình của dòng điện qua tụ C cũng bằng không (đối với bộ biến đổi xung áp).Toàn bộ năng lượng đầu vào được cấp cho phụ tải, từ sơ đồ thay thế ta có : 0 00 0T Tuidt u i dt=∫ ∫ u, i – điện áp và dòng điện ở đầu vào của bộ biến đổi.u0, i0 – điện áp và dòng điện ở đầu ra của bộ biến đổi.Như vậy công suất đầu ra bằng công suất đầu vào:0 00 01 1T Tuidt u i dtT T=∫ ∫(3.18)Hình 3.7. Dòng và áp trên cuộn cảmTrong chế độ xác lập như đã nói trên, dòng điện coi như bằng phẳng, điện áp cũng bằng phẳng, tacó: U.I=U0.I0(3.19)U, U0, I, I0 là giá trị trung bình của điện áp và dòng điện ở đầu vào và đầu ra.Giá trị trung bình của điện áp đầu ra đối với bộ biến đổi có điện áp ra nhỏ hơn điện áp vào sẽ là: 0.U Uγ=(3.20)Giá trị trung bình của điện áp đầu ra đối với bộ biến đổi có điện áp ra lớn hơn điện áp vào sẽ là: 01.1U Uγ=−(3.21)Dòng điện trung bình qua khoá điện tử: 01.TTI Idt ITγγ= =∫(3.22)Để tính giá trị của điện cảm cũng như tụ lọc, người ta cũng dùng phương pháp gần đúng bằng cáchtuyến tính hoá đường cong iL cũng như uC (thường tần số chuyển mạch trong các bộ biến đổi xung áp rấtlớn, nên việc tuyến tính hoá trong một chu kỳ đối với iL và uC là chấp nhận được). ( )( )10011 .TI Idt ITγγ−= = −∫(3.23)Đối với sơ đồ ở hình 3.7, khi khoá điện tử dẫn điện ( )0 Tγ÷, ta có: Hình 3.8 Sơ đồ thay thế và điện áp trên tụ0 0LdiL U Udt= −(3.24) nghĩa là sụt áp trên điện cảm bằng hiệu điện áp vào và điện áp ra.Vì coi iL tuyến tính nên:0.LLIdidt Tγ∆= (3.25)Thay (3.20) và (3.25) vào (3.24) ta có:( )001.LIL UTγγ∆= −( )001 . .LT ULIγ γ−=∆(3.26)Cho giá trị ∆IL0 ≤ 10%I0 ta sẽ tính được giá trị L0 với sai số của kết quả không đáng kể so với tínhtoán theo biểu thức giải tích.Từ biểu thức (3.19) và (3.20) rút ra I = γ.I0, do đó:( )0 01CdUC I I Idtγ= − = −(3.27)Coi uc tuyến tính nên .C CdU Udt Tγ∆= ta có:( )01 . . .CT ICUγ γ−=∆ (3.28)Trong quá trình điều chỉnh, giá trị cực đại của hệ số điều chỉnh γmax= (T – 2.toff)/T để đảm bảo phụchồi khả năng khoá của van, việc chọn tần số đóng cắt tuỳ thuộc vào toff sao cho toff =5÷10%T. Ta có γmax =(0.8÷0.9)3.4. BỘ BIẾN ĐỔI XUNG ÁP MỘT NHỊP LÀM VIỆC VỚI PHỤ TẢI LÀ ĐỘNG CƠ3.4.1. Chế độ động cơ Điện cảm ở đầu ra của bộ biến đổi xung áp bao gồm điện cảm phần ứng của động cơ.UAB sẽ đạt giá trị cực đại khi van T dẫn điện (UAB≈E) và đạt giá trị cực tiểu khi van T khóa(UAB=0). Khi van T bị khoá giá trị dòng điện trên tải là it max ở thời điểm t1 và giảm về giá trị cực tiểu (it min)ở thời điểm T.Áp dụng phương pháp tính toán gần đúng ta có: ( )1 mintE Ui t I tL−= +(3.29) ( )2 maxtUi t I tL= −(3.30)i1(t) là dòng điện qua phụ tải khi khoá đóng mạch: 1(0 ); .t t t Tγ≤ ≤ =i2(t) là dòng điện qua phụ tải khi khoá hở mạch: ( )1( ); 1 .t t T t Tγ≤ ≤ = −E là điện áp đầu vàoUt là điện áp trên tải (điện áp trên động cơ)( )1 1 maxi t I=, còn ( )2 mini T I=1Tf=; và ( )1T t fγ= −.Hình 3.9 Bộ biến đổi xung áp một nhịpGiải phương trình (3.29) và (3.30) ta nhận được: tUEγ=(3.31)Như vậy đặc tính điều chỉnh của bộ biến đổi sẽ là đường tuyến tính (hình 3.10). Vì bộ biến đổi làmviệc ở góc phần tư thứ nhất trên mặt phẳng toạ độ nên nó có tên gọi là bộ biến đổi một nhịp.Từ biểu thức cân bằng năng lượng: ( )110. . .tt tU I T E i t dt=∫Ta rút ra: ( )min2 .ttE UI IL fγ−= −(3.32) ( )max2 .ttE UI IL fγ−= +(3.33) min ax2mtI II+=(3.34)Giá trị trung bình của dòng qua khoá điện tử: ( )( )1max min 1101 1.2tT tI I tI i t dt IT Tγ+= = =∫(3.35)Giá trị trung bình của dòng qua diode:tUE11γHình 3.10. Đặc tính điều chỉnh ( )( ) ( )( )1max min 121 1. 12TD ttI I T tI i t dt IT Tγ+ −= = = −∫(3.36)Và điện áp lớn nhất đặt lên các van sẽ là: UT = UD = ECông suất sử dụng khoá điện tử là: tTPPγ=(3.37)Biểu thức cho thấy công suất sử dụng van tốt nhất khi 1γ→. Trong thực tế ( )ax0.8-0.9mγ γ= =.3.4.2. Chế độ dòng điện gián đoạnĐiểm giới hạn giữa chế độ dòng liên tục và dòng gián đoạn tương ứng với điều kiện Imin= 0, từ(3.32) ta có:It giới hạn( )12. .EL fγ γ−=(3.38)Giá trị điện cảm mà van đảm bảo dòng là liên tục khi cho trước dòng điện phụ tải:L giới han( )12. .ItEfγ γ−=(3.39)Với giá trị điện cảm xác định, khi dòng điện nhỏ hơn It giới hạn, dòng điện trong mạch tải sẽ giánđoạn Từ biểu thức (3.29) và (3.30) với giả thiết Imin= 0, T1 là thời gian dẫn dòng điện của khóa điện tửvà t2 là thời gian dẫn dòng điện của diode (xem hình 3.9e,f,g), ta tìm được: ( )2 2 ax 20tmUi t I tL= = +(3.40) ( )1 1 ax 1tmE Ui T I TL−= =(3.40a)Thay (3.41) vào (3.40) ta có: ( )12ttT E UtU−=(3.41)Tính giá trị trung bình của dòng tải bằng cách tích phân (3.29) và (3.30) thay các biểu thức (3.40a)và (3.41) vào ta được: ( ) ( )1 2 1 21 11 2 10 01 1. .t t t tt t ttt tE U E U UI i t dt i t dt t dt T t dtT L T L L− − = + = + −  ∫ ∫ ∫ ∫Sau một số biến đổi ta có: 228 .. 14 . 1tUfE fγ ττ γ= +−(3.42) Với /tL Rτ=Thay biểu thức (3.31) vào (3.42) có thể tính được giá trị:γgiới hạn = 1-2 . fτThay τ vào (3.42) công thức sẽ có dạng: 222 .ttUL I fEEγγ=−(3.43)Hình 3.11Biểu thức cho phép xây dựng đặc tính điều chỉnh của bộ biến đổi ở vùng dòng điện gián đoạn(hình 3.11). Trên hình 3.11, đặc tính này được giới hạn bởi đường đứt nét It giới hạn.Ngoài vùng It giới hạn sẽ là vùng dòng điện liên tục và đặc tính sẽ được mô tả bởi biểu thức: Ut = γ.E – Rt.It(3.44)Rt là điện trở cuộn kháng và điện trở phần ứng của động cơ.3.5. BỘ BIẾN ĐỔI XUNG ÁP SONG SONG CÓ ĐIỆN ÁP RA NHỎ HƠN ĐIỆN ÁP VÀO (Bộ biến đổi xung áp song song)Khi van T dẫn (0 ÷ t1), toàn bộ điện áp nguồn được đặt vào cuộn cảm L và cuộn cảm sẽ dự trữnăng lượng . Khi van T bị khoá, toàn bộ năng lượng của nguồn và của cuộn kháng sẽ đặt lên tải (dòng điện lúcnày là dòng iL2 – đường nét đứt). Nhờ năng lượng tích trữ trong điện cảm nên điện áp trên tải sẽ lớn hơnđiện áp nguồn. Tụ C dùng để tích năng lượng và lọc điện áp ra. Khi van T mở, năng lượng của tụ C sẽ cấpcho tải duy trì cho điện áp trên tải dao động trong một phạm vi nhất định.Coi dòng đi qua điện cảm có một giá trị:ax min2Lm LLI II+= (3.43)Coi van đóng mở tức thời, lúc đó sơ đồ thay thế của bộ biến đổi sẽ có dạng như hình 3.13Khi van T dẫn (0 ÷ t1), dòng qua van iT = IL, điện áp ngược đặt lên diode uD = Ut. Trong khoảng(t1÷T) khi van T bị khoá, dòng qua diode sẽ chính thức là dòng qua điện cảm: iD = IL = It. Điện áp thuậnđặt lên T uT = Ut.Hình 3.13. Sơ đồ thay thếĐiện trở tương đương của van T và diode sẽ là:1tTTT LUURI Iγγ−= =(3.44).1R t tDDD D LU U UURI I Iγγ−= = = −−(3.45) Trong đó: UT, UD là các giá trị điện áp trung bình trên T và diode. IT và ID là các giá trị dòng điện trung bình chạy qua T và diode. Dựa vào hình 3.14b,c ta có:Hình 3.12 Xung áp song song ( )( )1111... ; .(1 )..(1 ); .LLT L D LttT t D tI T tI tI I I IT TU T tUU U U t UT Tγ γγ γ−= = = = −−= = − = =Từ sơ đồ thay thế ta có thể tính được giá trị trung bình của dòng điện và điện áp:- Dòng điện qua diode:(1 )(1 )tD t L L T DII I I I I Iγγ= = − ⇒ = + =−(3.46)- Dòng điện qua van:.1T L tI I Iγγγ= =−(3.47)- Điện áp ra trên tải (xét cân bằng điện áp mạch vòng to):( )0 0211ttE I RUγγ= −−−(3.48)- Sức điện động Et: ( )0 0211t t tE RE R Iγγ = − + −−  (3.49) ( )001tRI RU Eγ= −−(3.50) Từ (3.48) ta có thể xác định điểm cực trị khi: 0ax021tmI REγ= − ta có giá trị cực đại của điện áp tải: 20ax04t mtEUI R=(3.51)Biểu thức (3.51) cho thấy điện áp ra (Ut) sẽ lớn hơn điện áp vào nếu sụt áp trên điện trở của nguồn(R0) nhỏ hơn 25% so với điện áp nguồn (E0).Nếu coi điện áp đầu vào và đầu ra là bằng phẳng thì điện áp đặt lên cuộn cảm sẽ là: 1LRdiL Udt= (3.52)Hình 3.14.Đồ thị dòng, áp khi dòng qua điện cảm liên tụcSuy ra: 1onstL Rdi Ucdt L= =Do đó ta có thể thay thế đạo hàm: 1 1 1.L L Ldi I Idt t Tγ∆ ∆= =∆Thay vào (3.51) ta có: 1. .RLUI TLγ∆ =(3.53)Tụ C sẽ phóng điện khi diode bị khoá (t1÷T), nếu coi dòng tải là bằng phẳng thì: CtduC Idt=Gần đúng ta có: . .tCIU TCγ∆ =(3.54)Biểu thức (3.53) đúng chỉ khi IL min >1, tức là: ( )21.t RtU ULIγγ−−=(3.55)Khi cho các sai số ∆IL và ∆UC, ta có thể dựa vào (3.53) – (3.55) để tính ra các giá trị điện cảm L vàđiện dung C.Hình 3.14.Đồ thị dòng, áp khi dòng qua điện cảm gián đoạn3.6. BỘ BIẾN ĐỔI XUNG ÁP MỘT CHIỀU CÓ ĐIỆN ÁP RA LỚN HƠN HOẶC NHỎ HƠNĐIỆN ÁP VÀOBộ biến đổi xung áp (hình 3.15) cho phép điều chỉnh điện áp (Ut) lớn hơn hoặc nhỏ hơn điện ápvào (E). Van điện tử T được đóng mở nhờ tín hiệu điều khiển UG. Khi van dẫn điện , cuộn kháng K đượctích một năng lượng nhất định từ nguồn E (dòng nạp cho chuộn kháng là dòng iL1). Tại thời điểm t1 van Tbị khoá lại, sức điện động tự cảm của cuộn kháng L sẽ duy trì dòng qua cuộn kháng vẫn theo chiều cũ,năng lượng tích trữ trong cuộn kháng sẽ được nạp cho tải và tụ C (dòng iL2). Khi van T lại dẫn điện, tụ Csẽ phóng điện qua tải và duy trì cho điện áp trên tải là bằng phẳng, đồng thời cuộn kháng lại được tíchnăng lượng. Đồ thị điện áp và dòng điện (hình 3.16).Tương ứng trong khoảng 0 ÷ t1, dòng qua van T là iT = iL1 (hình 3.16e)Trong khoảng t1 ÷ T, dòng qua diode là ID = iL2 (hình 3.16f)Điện áp trên cuộn kháng sẽ bằng E khi van T dẫn và khi van T khoá sẽ có giá trị là –U1.Hình 3.16. Đồ thị xungKhi van T dẫn, diode sẽ chịu một điện áp ngược:UD = E + UC = E + UtKhi van T bị khoá, T sẽ có một điện áp thuận :UT = E + UC = E + UtHình 3.17. Sơ đồ thay thế R0 - Điện trở trong của nguồn; RT - Điện trở của van T; RD - Điện trở của diodeRt - Điện trở của tải; Et - Nguồn do tụ C tạo raGiá trị của các điện trở tương đương trong sơ đồ ở hình 3.17 sẽ là: D0 01. ; .1t tTT DT t D tE U E UU UR RI I I I I Iγ γγ γ+ +−= = = − = −+ − +(3.56)Từ sơ đồ ở hình 3.17 ta rút ra:( )( )00 120 0220 0120 0111. .11. .111t tL ttt Ct tR tI I II I I IE I RU UE RE R IU E I Rγγγγ γγγγ γγγγγ= =−= + =−= = −−− = − + −−  = −−(3.57)Trong đó: I0, IL, U1, E1, UR, It là các giá trị trung bìnhĐường cong Ut sẽ có điểm cực trị đối với γ. Như vậy khi thay đổi γ ta có thể thay đổi được điện ápra. Để đảm bảo có thể tăng điện áp ra lớn hơn vào, điện trở trong của nguồn R0 phải đủ nhỏ (xem côngthức (3.55). Nếu coi R0 là không đáng kể, từ (3.57) suy ra: 0.1tEUγγ=−(3.58)Có thể nhận thấy Ut < E0 khi 0 < γ < 0,5 và Ut > E0 khi 0,5 < γ <1.3.7. BỘ BIẾN ĐỔI XUNG ÁP MỘT CHIỀU CÓ ĐẢO CHIỀUBộ biến đổi xung áp một chiều dùng van điều khiển IGBT có khả năng thực hiện điều chỉnh điệnáp và đảo chiều dòng điện phụ tải. Các diode đệm D1…D4 dùng để trả năng lượng phản kháng về nguồnvà thực hiện quá trình hãm tái sinh.Trạng thái 1: E.γ > ED Động cơ sẽ làm việc ở góc phần tư thứ nhất. Năng lượng cấp cho động cơđược lấy từ nguồn thông qua van T1 và T2 dẫn trong khoảng thời gian 0 ÷ t1. Trong thời gian còn lại củachu kỳ (t1÷T), năng lượng tích trữ trong điện cảm sẽ duy trì cho dòng điện đi theo chiều cũ và khép mạchqua T2 và D4 (hình 3.19f). Dòng điện tải được mô tả trên hình 3.18 là đường nét liền.Trạng thái 2: E.γ < ED, ). Động cơ làm việc ở góc phần tư thứ hai (chế độ hãm).Trong khoảng thờigian 0 ÷ t1 động cơ sẽ trả năng lượng về nguồn thông qua diode D1 và D2 (ID1 = ID2 = It; đường It là đườngnét đứt trong sơ đồ ở hình 3.18). Trong khoảng t1 ÷ T dòng tải sẽ khép mạch qua T4 (T4 dẫn) và D2(ID2=ID4=It). Dòng tải sẽ có dạng như ở hình 3.19h.Trạng thái 3: E.γ = ED. Trong khoảng thời gian 0 ÷ t0 do ED > E.γ nên động cơ sẽ trả năng lượng về nguồn thông quadiode D1 và D2 (iD1 = iD2 = it).Trong khoảng t0 ÷ t1 do E.γ > ED động cơ chuyển sang làm việc ở chế độ động cơ. Năng lượng từnguồn qua các van T1 và T2 được cấp cho động cơ (iT1 = iT2 = it)Trong khoảng thời gian t1 ÷ t2 lúc này T1 bị khoá, T4 mở. Năng lượng tích trữ trong cuộn cảm sẽcấp cho động cơ và duy trì dòng điện đi qua T2 và D4 (iT2 = iD4 = it)Trong khoảng t2 ÷ T khi năng lượng tích trữ trong điện cảm hết, sức điện động của động cơ sẽ đảochiều dòng điện và dòng tải sẽ khép mạch qua T4 và D2 (it = iD2 = iT4). Quá trình này tạo ra tích luỹ nănglượng trong điện cảm và khi T4 bị khoá thì UAB > E và quá trình lặp lại như ban đầu.Hình 3.18. Bộ xung áp có đảo chiềuHình 3.19. Biểu đồ xung trong bộ biến đổi đảo chiềuMặc dù dòng điện tải đổi chiều, nhưng do có sự tham gia của T4 và D4 vào quá trình làm việc nêntrong khoảng t1 ÷ T điện áp trên tải (UAB) luôn bằng không. Do đó dạng điện áp trên tải sẽ không bị biếndạng và thành phần sóng điều hoà bậc cao trong điện áp phụ tải sẽ nhỏ nhất.Câu hỏi ôn tập1. Cấu trúc và phân loại các bộ biến đổi xung áp ?2. Bộ biến đổi xung áp một chiều nối tiếp ?3. Phương pháp tính toán bộ biến đổi xung áp ?4. Bộ biến đổi xung áp một nhịp làm việc với phụ tải là động cơ ?5. Bộ biến đổi xung áp song song ?6. Bộ biến đổi xung áp một chiều có đảo chiều ?Bài tập 1: Bộ biến đổi xung áp một chiều nối tiếp như hình vẽ, với tải R-L có E=100V, phạm vi điều chỉnh γ = (0.2 - 0.9). Xác định tham số chọn tiristor và diode cho hai trường hợp sau:1. Dòng tải lớn nhất trong toàn giải điều chỉnh Itmax=100A2. Điện trở tải không đổi trong toàn dải điều chỉnh, dòng tải lớn nhất vẫn bằng 100A.Bài tập 2: Bộ biến đổi xung áp một chiều song song như hình vẽ, với E=100V, It=10A, γ = (0.2 - 0.8), nội trở nguồn R0=0.5Ω. Xác định:1. Phạm vi điều chỉnh điện áp ra.2. Tính các tham số chọn IGBT và diodeBài tập 2: Bộ biến đổi xung áp một chiều có điện áp ra lớn hơn hoặc nhỏ hơn điện áp vào như hình vẽ với E=48V, It=20A,γ = (0.1 - 0.9), nội trở nguồn R0=0.1Ω. Xác định:1. Phạm vi điều chỉnh điện áp ra.2. Tính các tham số chọn IGBT và diode