CẤUTRÚC VÀ PHÂN LOẠI CÁC BỘ BIẾN ĐỔI
XUNG ÁP MỘT CHIỀU
3.1 Cấu trúc và phân loại các bộ biến đổi xung áp
3.1.1. Khái quát
Để đóng cắt điện áp nguồn người ta thường dùngcác khoá điện tử công suất vì chúng có đặc tính tương ứng với khoá lý tưởng,tức là khi khoá dẫn điện (đóng) điện trở của nó không đáng kể; còn khi khoá bịngắt (mở ra) điện trở của nó vô cùng lớn (điện áp trên tải mạng sẽ bằng không)
Nguyên lý cơ bản của bộ biến đổi xung áp một chiều được mô tả trên hình3.1
Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lý a) và đồ thịb) của bộ biến đổi xung áp
Trong khoảng thời gian 0 ÷ t1, khoá K đóng lại, điện áp trên tảiUR sẽ sẽ có giá trị bằng điệnáp nguồn (UR = E); còn trong khoảng t1÷ T, khoá K mở ra và UR= 0.
Bạn đang xem: Bộ biến đổi điện áp một chiều
Như vậy giá trị trung bình của điện áp trên tải sẽ là:
- Thời gian khoá K đóng
T- Chu kỳ đóng cắt khoá K
Biểu thức (3.1) cho thấy, để thayđổi điện áp trên tải có hai cách:
Thay đổi thời gian đóng khoá K, khi giữ chu kỳ đóng cắt không đổi (phương pháp điều chế độ rung) Thay đổi tần số đóng cắt (f = 1/T) và giữ thời gian đóng khoá K không đổi (= const)Như vậy bộ biến đổi xung áp có khả năng điều chỉnh vàổn định điện áp ra trên phụ tải.
Nó có những ưu điểm cơ bản sau:
-Hiệusuất cao vì tổn hao công suất trong bộ biến đổi không đáng kể so với các bộ biếnđổi liên tục
-Độchính xác cao cũng như ít chịu ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường, vì yếu tố điềuchỉnh là thời gian đóng khoá K mà không phải giá trị điện trở của các phần tửđiều chỉnh thường gặp trong các bộ điều chỉnh liên tục
-Chấtlượng điện áp tốt hơn so với các bộ biến đổi liên tục
-Kíchthước gọn nhẹ
Nhược điểm cơ bản của các bộ biến đổi xung áp là:
-Cầncó bộ lọc đầu ra, do đó làm tăng quán tính của bộ biến đổi khi làm việc trong hệthống kín
-Tầnsố đóng cắt lớn sẽ tạo ta nhiễu cho nguồn cũng như các thiết bị điều khiển
Tuy nhiên bộ biến đổi xung áp vẫn được ứng dụng rộng rãi, nhất là khi cácyếu tố về độ tin cậy, dễ điều chỉnh, độ ổn định cũng như kích thước là nhữngtiêu chí được đặt lên hàng đầu.
Đối với các bộ biến đổi công suất trung bình (hàng chụckW) và nhỏ (vài kW), người ta thường dùng các khoá điện tử là các bóng bán dẫnlưỡng cực IGBT. Trong trường hợp công suất lớn (vài trăm kW trở lên) người ta sửdụng GTO hoặc tiristo.
3.1.2. Khoá bằng Tiristo
Như đã nêu trên, việcsử dụng van điều khiển hoàn toàn là hợp lý, nhất là đối với bộ biến đổi xung ápmột chiều. Tuy nhiên trong một số trường hợp người ta vẫn sử dụng vì nólà van có công suất lớn nhất hiện nay.
Như chúng ta đã biết,tiristo là van bán dẫn điều khiển. Muốn khoá tiristo cần giảm dòng quatiristo nhỏ hơn giá trị nhất định nào đó bằng cách đặt điện áp ngược lên tiristo
Khi sử dụng tiristolà khoá điển tử trong bộ biến đổi xung áp một chiều, để khoá tiristo người tathường dùng các tiristo phụ và nguồn năng lượng tích trữ trong tụ điện để khoátiristo chính.
Một số mạch khoá tiristo được giớithiệu trên hình 3.2
Hình 3.2. Mạch khóa tiristo
Trên cơ sở ở hình3.2, tiristo TC là tiristo chính (khoá điện tử). Tiristo phụ (Tf) cùng với các phần tử C, R, D, L làm thànhmạch chuyển mạch để khoá tiristo chính.
Đối với sơ đồ ở hình 3.2a, khi TCmở, tụ C được nạp điện thông qua điện trở R tới giá trị điện áp nguồn, muốnkhoá TC người ta mở Tf. Như vậy trên TC sẽ có điệnáp ngược bằng giá trị điện áp trên tụ và nó làm cho dòng qua TC giảmvề không và khoá lại.
Đối với sơ đồ ở hình3.2b, khi mở Tf, tụ C được nạp điện với dấu dương ở phía trên và âmở phía dưới. Khi cho tiristo chính (TC) làm việc, tụ C sẽphóng điện qua mạch D, L và do hiện tượng cộng hưởng nó sẽ được nạp điện theochiềungược lại (dấu điện áp trong ngoặc ở hình 3.2b). Dấu điện ápnày phù hợp để tạo điện áp ngược cho TC. Muốnkhoá TC ta lại mở Tf và điện áp ngược của tụ C lúc này cótác dụng để khoá TC lại.
Như vậy bằng các mạchphụ trợ ta đã biến bộ TC và Tf trở thành một khoá điệntử có thể đóng mở tuỳ ý. Phương pháp chuyển mạch như vậy gọi là chuyển mạchcướng bức.
Xem thêm: Phần Mền Dẫn Đường Tốt Cho Ô Tô Và Thiết Bị Dẫn Đường Ô Tô Tốt Nhất
3.1.3. Phân loại
Có nhiều cách phân loại các bộ biếnđổi xung áp môt chiều, tuỳ thuộc vào cách mắc khoá điện từ song song hay nốitiếp mà người ta chia các bộ biến đổi xung áp thành nối tiếp hay song song(hình 3.3 và 3.4). Cũng có thể phân biệt bộ biến đổi tuỳ thuộc vào điện áp ra,ví dụ như bộ biến đổi xung áp ở hình 3.4a là bộ biến đổi xung áp có điện áp ranhỏ hơn điện áp vào, còn bộ biến đổi xung áp ở hình 3.4b là bộ biến đổi xung ápcó điện áp ra lớn hơn điện áp vào.
Tuỳ thuộc vào dấu điện áp mà ngườita chia ra: bộ biến đổi xung áp không đảo chiều (hình 3.3 và 3.4) hoặc bộ biếnđổi xung áp có đảo chiều (hình 3.6)
Trong giao thông, để cấp điện chonhiều động cơ của một doàn tàu người ta có thể mắc song song nhiều phụ tải(hình 3.5b) hoặc bộ biến đổi xung áp có thể có nhiều mạch nhánh song song (hình3.5b), và trong trường hợp này có bộ biến đổi xung áp cong được gọi bộ biến đổixung áp nhiều pha, so với các bộ biến đổi xung áp nêu trên hình (hình 3.3 và 3.4)
Hình 3.3. Bộ biến đổi xung áp nối tiếp: a, b, c, d
Hình 3.4. Bộ biến đổi xung apsong song: a và b
Do cách ghép nối khácnhau để nhận được những đặc tính mong muốn, bộ biến đổi xung áp còn có những têngọi khác nhau tuỳ thuộc vào các đặc điểm phân loại đã nếu trên.
Hình 3.5 Sơ đồ cấu trúc bộ biến đổixung áp với các mạch phụ tải mắc song song
Hình 3.6 Bộ biến đổi xung áp có đảo chiều
3.1.4. Sơ đồ cấu trúc
Cấu trúc của bộ biếnđổi xung áp một chiều thường có dạng như ở hình 3.7.
Hình 3.7
Sơ đồ ở hình 3.7 gồm các phần tử chủ yếu như nguồn N, bộ lọc đầu vào L, khoáđiện tử (KĐT), bộ lọc đL0) và phụ tải (PT) (cụ thể là động cơ điệnmột chiều)
Nguồnmột chiều có thể là ăcquy hoặc bộ chỉnh lưu.
Bộ lọc đầu vào thườngdùng mạch LC hoặc chỉ dùng điện cảm. Tụ C có thể đượcthay thế bằng các phần tử tích trữ năng lượng như ăcquy.
Khoá điện tử (KĐT)ngày nay được dùng chủ yếu là các van bán dẫn điều khiển hoàn toàn.
Bộ lọc đầu ra (L0)có tác dụng san phẳng dòng điện ở đầu ra của bộ biến đổi.
Các bộ biến đổi xungáp một chiều trình bày dưới đây chỉ đề cập đến vài vấn đề sử dụng van điều khiểnhoàn toàn (GTO, BT hoặc IGBT).
