Điện tử công suất - Hướng dẫn nhanh

Power Electronics đề cập đến quá trình kiểm soát dòng điện và điện áp và chuyển đổi nó sang dạng phù hợp với tải của người dùng. Hệ thống điện tử công suất mong muốn nhất là hệ thống có hiệu suất và độ tin cậy là 100%.

Hãy xem sơ đồ khối sau. Nó cho thấy các thành phần của một hệ thống Điện tử Công suất và cách chúng được liên kết với nhau.

Hệ thống điện tử công suất chuyển đổi năng lượng điện từ dạng này sang dạng khác và đảm bảo đạt được những điều sau:

• Hiệu quả tối đa
• Độ tin cậy tối đa
• Tính khả dụng tối đa
• Giá trị nhỏ nhất
• Trọng lượng thấp nhất
• Kích thước nhỏ

Các ứng dụng của Điện tử Công suất được phân thành hai loại - Ứng dụng Tĩnh và Ứng dụng Truyền động.

Ứng dụng tĩnh

Điều này sử dụng các bộ phận cơ khí chuyển động và / hoặc quay như hàn, sưởi ấm, làm mát, mạ điện và nguồn DC.

Nguồn điện DC

Ứng dụng Drive

Các ứng dụng truyền động có các bộ phận quay như động cơ. Ví dụ như máy nén, máy bơm, băng tải và hệ thống điều hòa không khí.

Hệ thống điều hòa không khí

Điện tử công suất được sử dụng rộng rãi trong máy điều hòa không khí để điều khiển các phần tử như máy nén. Dưới đây là một sơ đồ cho thấy điện tử công suất được sử dụng như thế nào trong máy điều hòa không khí.

Thiết bị chuyển mạch điện tử công suất là sự kết hợp của các trình điều khiển bán dẫn công suất có thể chuyển đổi tích cực đã được tích hợp thành một. Các đặc điểm chính của công tắc được xác định bởi sự tương quan bên trong của các chức năng và tương tác của hệ thống tích hợp của nó. Hình dưới đây cho thấy cách thức hoạt động của hệ thống công tắc điện tử.

Mạch bên ngoài của sơ đồ trên thường được giữ ở điện thế cao so với khối điều khiển. Máy phát cảm ứng được sử dụng để hỗ trợ sự khác biệt tiềm năng cần thiết giữa hai giao diện.

Các thiết bị chuyển mạch nguồn thường được chọn dựa trên định mức mà chúng xử lý nguồn, tức là tích số dòng điện và điện áp của chúng thay vì tốc độ tiêu tán công suất của chúng. Do đó, tính năng hấp dẫn chính của công tắc điện tử là khả năng tiêu hao điện năng thấp hoặc hầu như không có. Kết quả là, công tắc điện tử có thể đạt được mức tăng điện liên tục và thấp.

Phần tử mạch tuyến tính dùng để chỉ các thành phần trong mạch điện có mối quan hệ tuyến tính giữa đầu vào dòng điện và đầu ra điện áp. Ví dụ về các phần tử có mạch tuyến tính bao gồm:

• Resistors
• Capacitors
• Inductors
• Transformers

Để hiểu rõ hơn về các phần tử mạch tuyến tính, việc phân tích các phần tử điện trở là cần thiết.

Điện trở

Điện trở là một thiết bị trong đó dòng điện bị hạn chế dẫn đến chuyển đổi năng lượng. Ví dụ, khi dòng điện chạy qua bóng đèn, điện năng được chuyển đổi thành một dạng năng lượng khác như nhiệt và / hoặc ánh sáng. Điện trở của một phần tử được đo bằng ohms (Ω).

Số đo điện trở trong một đoạn mạch nhất định được cho bởi:

$$R=\rho \frac{L}{A}$$

Ở đâu R - lực cản; ρ - điện trở suất; L- chiều dài của dây; vàA - diện tích mặt cắt ngang của dây

Biểu tượng của các điện trở khác nhau

Điện trở
Một biến trở
Một chiết áp

Tụ điện

Tụ điện đề cập đến một thiết bị điện có hai vật liệu dẫn điện (còn được gọi là bản) được ngăn cách bởi một chất cách điện được gọi là chất điện môi. Nó sử dụng điện trường để lưu trữ năng lượng điện. Điện trường được phát triển khi tụ điện được nối với pin, do đó làm cho các điện tích dương tích tụ trên một bản và các điện tích âm trên bản kia.

Khi năng lượng được lưu trữ trong điện trường của tụ điện, quá trình này được gọi là sạc, và khi năng lượng bị loại bỏ, quá trình này được gọi là phóng điện. Mức năng lượng điện được lưu trữ trong tụ điện được gọi là điện dung và được đo bằng farads (F). Một farad giống như một coulomb trên một đơn vị vôn được cho bởi 1 C / V.

Sự khác biệt giữa tụ điện và pin là tụ điện lưu trữ năng lượng điện trong khi pin lưu trữ năng lượng hóa học và giải phóng năng lượng với tốc độ chậm.

Biểu tượng của các tụ điện khác nhau

Các ký hiệu khác nhau của tụ điện được đưa ra trong bảng dưới đây.

Tụ điện cố định
Tụ điện biến đổi
Tụ điện phân cực

Cuộn cảm

Cuộn cảm là thiết bị điện tử sử dụng từ trường để lưu trữ năng lượng điện. Dạng đơn giản nhất của cuộn cảm là một cuộn dây hoặc một dây dẫn ở dạng vòng trong đó độ tự cảm tỷ lệ thuận với số vòng dây. Ngoài ra, độ tự cảm phụ thuộc vào loại vật liệu trong dây dẫn và bán kính của vòng dây.

Với một số vòng quay và kích thước bán kính nhất định, chỉ lõi không khí có thể tạo ra độ tự cảm nhỏ nhất. Các vật liệu điện môi, phục vụ mục đích tương tự như không khí bao gồm gỗ, thủy tinh và nhựa. Những vật liệu này giúp ích trong quá trình quấn cuộn cảm. Hình dạng của các cuộn dây (hình bánh rán) cũng như các chất sắt từ, ví dụ như sắt làm tăng tổng độ tự cảm.

Lượng năng lượng mà một cuộn cảm có thể lưu trữ được gọi là độ tự cảm. Nó được đo bằng Henry (H).

Biểu tượng của các cuộn cảm khác nhau

Cuộn cảm cố định
Cuộn cảm biến đổi

Máy biến áp

Điều này đề cập đến một thiết bị thay đổi năng lượng từ mức này sang mức khác thông qua một quá trình được gọi là cảm ứng điện từ. Nó thường được sử dụng để tăng hoặc giảm điện áp xoay chiều trong các ứng dụng sử dụng năng lượng điện.

Khi dòng điện ở phía sơ cấp của máy biến áp thay đổi, một từ thông thay đổi được tạo ra trên lõi của nó, từ thông này sẽ lan ra các cuộn thứ cấp của máy biến áp dưới dạng từ trường.

Nguyên tắc hoạt động của máy biến áp dựa trên định luật Faraday về cảm ứng điện từ. Luật quy định rằng tốc độ thay đổi của từ thông liên kết theo thời gian liên quan trực tiếp đến EMF gây ra trong một vật dẫn.

Máy biến áp có ba phần chính -

• Cuộn sơ cấp
• Lõi từ tính
• Cuộn thứ cấp

Biểu tượng của máy biến áp

Thiết bị bổ sung

Thiết bị điện từ

Khái niệm điện từ học được sử dụng rộng rãi trong công nghệ và nó được ứng dụng trong động cơ, máy phát điện và chuông điện. Ví dụ, trong chuông cửa, thành phần điện từ thu hút một cái kẹp đập vào chuông và khiến nó kêu.

Bộ điều khiển

Bộ điều khiển là thiết bị nhận tín hiệu điện tử được chuyển từ một biến đo lường trong một quá trình và so sánh giá trị thu được với một điểm điều khiển đã đặt. Nó sử dụng các thuật toán kỹ thuật số để tương quan và so sánh các chức năng.

Cảm biến

Cảm biến được sử dụng để xác định dòng điện, dòng điện liên tục thay đổi để cung cấp phản hồi cho mục đích điều khiển. Cảm biến hiện tại giúp nó có thể đạt được chức năng chuyển đổi mượt mà và chính xác. Cảm biến hiện tại rất quan trọng trong bộ chuyển đổi để thông tin trong bộ chuyển đổi song song hoặc nhiều pha được chia sẻ dễ dàng.

Bộ lọc

Bộ lọc điện tử cũng được sử dụng để thực hiện xử lý tín hiệu để loại bỏ các tần số không mong muốn. Chúng là các mạch tương tự và tồn tại ở trạng thái tích cực hoặc thụ động.

Bộ chỉnh lưu điều khiển bằng silicon hoặc bộ chỉnh lưu điều khiển bằng chất bán dẫn là một thiết bị điều khiển dòng điện ở trạng thái rắn bốn lớp. Tên "bộ chỉnh lưu điều khiển silicon" là tên thương mại của General Electric cho một loại thyristor.

SCR được sử dụng chủ yếu trong các thiết bị điện tử yêu cầu điều khiển điện áp và công suất cao. Điều này làm cho chúng có thể áp dụng trong các hoạt động điện xoay chiều trung bình và cao như chức năng điều khiển động cơ.

SCR dẫn khi một xung cổng được áp dụng cho nó, giống như một diode. Nó có bốn lớp chất bán dẫn tạo thành hai cấu trúc cụ thể là; NPNP hoặc PNPN. Ngoài ra, nó có ba điểm nối có nhãn là J1, J2 và J3 và ba thiết bị đầu cuối (cực dương, cực âm và một cổng). SCR được biểu diễn bằng sơ đồ như hình dưới đây.

Cực dương nối với loại P, cực âm nối với loại N và cổng vào loại P như hình dưới đây.

Trong SCR, chất bán dẫn nội tại là silicon mà các chất pha tạp cần thiết được truyền vào. Tuy nhiên, việc pha tạp một điểm nối PNPN phụ thuộc vào ứng dụng SCR.

Các phương thức hoạt động trong SCR

• OFF state (forward blocking mode)- Ở đây cực dương được gán điện áp dương, cổng được gán điện áp bằng không (ngắt kết nối) và cực âm được gán điện áp âm. Kết quả là, các nút J1 và J3 phân cực thuận trong khi J2 phân cực ngược. J2 đạt đến giá trị tuyết lở phá vỡ và bắt đầu tiến hành. Dưới giá trị này, điện trở của J1 cao đáng kể và do đó được cho là ở trạng thái tắt.

• ON state (conducting mode)- Một SCR được đưa đến trạng thái này bằng cách tăng hiệu điện thế giữa cực dương và cực âm trên điện áp tuyết lở hoặc bằng cách đặt tín hiệu tích cực tại cổng. Ngay lập tức SCR bắt đầu dẫn điện, điện áp cổng không còn cần thiết để duy trì trạng thái BẬT và do đó, được tắt bằng cách -

• Giảm dòng điện chạy qua nó đến giá trị thấp nhất được gọi là dòng điện giữ

• Sử dụng một bóng bán dẫn đặt trên đường giao nhau.

• Reverse blocking- Điều này bù lại sự sụt giảm điện áp chuyển tiếp. Điều này là do thực tế là cần một vùng pha tạp thấp trong P1. Điều quan trọng cần lưu ý là xếp hạng điện áp của chặn thuận và chặn ngược bằng nhau.

Từ viết tắt TRIAC là viết tắt của Triode cho Dòng điện xoay chiều. TRIAC là một linh kiện bán dẫn có ba thiết bị đầu cuối điều khiển dòng điện, do đó có tên là Triac. Không giống như SCR, TRIAC là hai hướng trong khi SCR là hai hướng. Nó lý tưởng cho hoạt động sử dụng nguồn AC cho mục đích chuyển mạch vì nó có thể kiểm soát dòng điện cho cả hai nửa trong chu kỳ dòng điện xoay chiều. Điều này được giải thích rõ ràng trong sơ đồ dưới đây.

Biểu tượng TRIAC

Sơ đồ mạch cho một TRIAC được hiển thị bên dưới. Nó giống như hai thyristor được đặt ngược nhau.

Cấu trúc TRIAC

Cấu trúc TRIAC được coi là DIAC có tích hợp thêm một cổng tiếp xúc để đảm bảo điều khiển thiết bị. Tương tự như các thiết bị điện khác, TRIAC được sản xuất từ ​​silicon. Do đó, quá trình chế tạo silicon dẫn đến việc sản xuất các thiết bị rẻ hơn. Như được chỉ ra bên dưới, TRIAC có sáu lĩnh vực cụ thể là; bốn vùng loại N và hai vùng loại P.

Hoạt động TRIAC

Hoạt động của TRIAC dựa trên thyristor. Nó tạo điều kiện thuận lợi cho chức năng chuyển mạch trong các thành phần và hệ thống điện AC. Chúng được sử dụng rộng rãi trong bộ điều chỉnh độ sáng ánh sáng vì chúng cho phép sử dụng cả hai nửa chu kỳ AC. Do đó, điều này làm cho chúng hiệu quả hơn trong việc sử dụng điện năng. Càng có thể sử dụng các thyristor để hoạt động như TRIAC, nó sẽ không hiệu quả về chi phí đối với các hoạt động yêu cầu công suất thấp. Có thể xem TRIAC dưới dạng hai thyristor.

TRIAC thường được sử dụng trong các ứng dụng không yêu cầu công suất quá cao vì chúng có biểu hiện chuyển mạch không đối xứng trong hoạt động của chúng. Điều này bất lợi cho các ứng dụng sử dụng công suất cao vì nó gây ra nhiễu điện từ. Do đó, TRIAC được sử dụng trong điều khiển động cơ, bộ điều chỉnh độ sáng đèn dân dụng và quạt điện nhỏ để điều khiển tốc độ.

Transistor Bipolar Junction (BJT) là một bóng bán dẫn có hoạt động phụ thuộc vào sự tiếp xúc của hai chất bán dẫn. Nó có thể hoạt động như một bộ chuyển mạch, bộ khuếch đại hoặc bộ dao động. Nó được biết đến như một bóng bán dẫn lưỡng cực vì hoạt động của nó đòi hỏi hai loại hạt tải điện (lỗ trống và electron). Các lỗ tạo thành hạt mang điện tích chủ đạo trong chất bán dẫn loại P trong khi các electron là hạt mang điện tích chính trong chất bán dẫn loại N.

Các ký hiệu của BJT

Cấu trúc của một BJT

BJT A có hai tiếp điểm PN được nối ngược trở lại và chia sẻ một vùng chung B (cơ sở). Điều này đảm bảo các địa chỉ liên lạc được thực hiện ở tất cả các khu vực là cơ sở, bộ thu và bộ phát. Cấu trúc của bóng bán dẫn lưỡng cực PNP được hiển thị bên dưới.

BJT được hiển thị ở trên bao gồm hai điốt được kết nối ngược trở lại, dẫn đến sự cạn kiệt của các vùng được gọi là gần trung tính. Chiều rộng gần như trung tính của bộ phát, đế và bộ thu được biểu thị ở trên là W _E ', W _B ' và W _C '. Chúng thu được như sau:

$$W_{E}^{'}=W_{E}-X_{n,BE}$$ $$W_{B}^{'}=W_{B}-X_{p,BE}-X_{p,BC}$$ $$W_{C}^{'}=W_{C}-X_{n,BC}$$

Các dấu hiệu thông thường của các dòng cho emitter, cơ sở và nhà sưu tập được biểu thị bằng tôi _E , I _B và I _C tương ứng. Do đó, bộ thu và dòng cơ sở là dương khi một dòng điện dương gặp bộ thu hoặc tiếp điểm cơ sở. Ngoài ra, dòng điện cực phát là dương khi dòng điện rời khỏi tiếp điểm bộ phát. Vì vậy,

$$I_{E}=I_{B}+I_{C}$$

Khi một điện áp dương được đặt vào tiếp điểm gốc so với bộ thu và bộ phát, điện áp bộ cực thu cũng như điện áp bộ phát gốc trở thành dương.

Để đơn giản, V _CE được giả định bằng không.

Sự khuếch tán của các điện tử xảy ra từ chất phát đến đế trong khi sự khuếch tán của các lỗ trống bắt nguồn từ đế đến chất phát. Một khi các điện tử đến vùng cạn kiệt bộ thu bazơ, chúng sẽ bị điện trường quét qua vùng đó. Các điện tử này tạo thành dòng điện thu.

Khi BJT được phân cực ở chế độ hoạt động thuận, tổng dòng phát thu được bằng cách thêm vào dòng khuếch tán điện tử ( I _{E, n} ), dòng khuếch tán lỗ trống ( I _{E, p} ) và dòng cơ sở.

$$I_{E}=I_{E,n}+I_{E,p}+I_{r,d}$$

Tổng dòng điện thu được cho bởi dòng khuếch tán điện tử ( I _{E, n} ), ít hơn dòng tái tổ hợp cơ sở ( I _{r, B} ).

$$I_{C}=I_{E,n}-I_{r,B}$$

Tổng của dòng điện cơ bản I _B thu được bằng cách cộng dòng khuếch tán lỗ trống ( I _{E, p} ), dòng điện tái tổ hợp cơ sở ( I _{r, B} ) và dòng điện tái tổ hợp gốc-phát của lớp suy giảm ( I _{r, d} ).

$$I_{B}=I_{E,p}+I_{r,B}+I_{r,d}$$

Yếu tố vận chuyển

Điều này được cho bởi tỷ số giữa dòng thu và dòng phát.

$$\alpha =\frac{I_{C}}{I_{E}}$$

Áp dụng định luật Kirchhoff, người ta thấy rằng dòng điện cơ bản được cho bởi sự khác biệt giữa dòng phát và dòng thu.

Lợi ích hiện tại

Điều này được cho bởi tỷ số của dòng điện thu và dòng điện cơ bản.

$$\beta =\frac{I_{C}}{I_{B}}=\frac{\alpha }{1-\alpha }$$

Phần trên giải thích cách một BJT có thể tạo ra sự khuếch đại dòng điện. Hệ số vận chuyển (α) tiến gần đến một nếu dòng thu gần tương đương với dòng phát. Do đó độ lợi hiện tại (β) trở nên lớn hơn một.

Để phân tích sâu hơn, hệ số vận chuyển (α) được viết lại dưới dạng tích của hiệu suất phát (γ _E ) hệ số vận chuyển cơ sở (α _T ) và hệ số tái kết hợp của lớp suy giảm (δ _r ). Nó được viết lại như sau:

$$\alpha =\gamma _{E}\times \alpha _{T}\times \delta _{r}$$

Sau đây là tóm tắt về hiệu suất phát đã thảo luận, hệ số vận chuyển cơ sở và yếu tố tái kết hợp lớp cạn kiệt.

Hiệu suất phát

$$\gamma _{E}=\frac{I_{E,n}}{I_{E,p}+I_{E,P}}$$

Yếu tố vận chuyển cơ sở

$$\alpha _{T}=\frac{I_{E,n}-I_{r,b}}{I_{E,n}}$$

Yếu tố tái kết hợp lớp cạn kiệt

$$\delta _{r}=\frac{I_{E}-I_{r,d}}{I_{E,n}}$$

Bóng bán dẫn lưỡng cực cổng cách điện (IGBT) là một thiết bị bán dẫn có ba đầu cuối và được sử dụng chủ yếu như một công tắc điện tử. Nó có đặc điểm là chuyển mạch nhanh và hiệu suất cao, khiến nó trở thành thành phần cần thiết trong các thiết bị hiện đại như chấn lưu đèn, ô tô điện và bộ truyền động tần số biến thiên (VFD).

Khả năng bật và tắt nhanh chóng, giúp nó có thể áp dụng trong các bộ khuếch đại để xử lý các dạng sóng phức tạp với điều chế độ rộng xung. IGBT kết hợp các đặc tính của MOSFET và BJT để đạt được công suất dòng điện cao và điện áp bão hòa thấp tương ứng. Nó tích hợp một cổng cách ly sử dụng FET (Bóng bán dẫn hiệu ứng trường) để lấy đầu vào điều khiển.

Biểu tượng IGBT

Độ khuếch đại của IGBT được tính bằng tỷ lệ giữa tín hiệu đầu ra và tín hiệu đầu vào của nó. Trong BJT thông thường, mức độ khuếch đại (β) bằng tỷ số giữa dòng điện đầu ra của nó với dòng điện đầu vào.

IGBT có giá trị điện trở trạng thái BẬT (RON) rất thấp so với MOSFET. Điều này ngụ ý rằng điện áp giảm (I ² R) qua lưỡng cực đối với một hoạt động chuyển mạch cụ thể là rất thấp. Hành động chặn phía trước của IGBT tương tự như của MOSFET.

Khi một IGBT được sử dụng làm công tắc được điều khiển ở trạng thái tĩnh, xếp hạng dòng điện và điện áp của nó bằng của BJT. Ngược lại, cổng cách ly trong IGBT làm cho việc nạp BJT dễ dàng hơn và do đó cần ít điện hơn.

IGBT được BẬT hoặc TẮT dựa trên việc thiết bị đầu cuối cổng của nó đã được kích hoạt hay ngừng hoạt động hay chưa. Sự khác biệt tiềm năng dương không đổi qua cổng và bộ phát duy trì IGBT ở trạng thái BẬT. Khi tín hiệu đầu vào bị loại bỏ, IGBT sẽ TẮT.

Nguyên lý hoạt động của IGBT

IGBT chỉ yêu cầu một điện áp nhỏ để duy trì dẫn điện trong thiết bị không giống như trong BJT. IGBT là thiết bị một chiều, tức là nó chỉ có thể BẬT theo chiều thuận. Điều này có nghĩa là dòng điện chạy từ bộ thu đến bộ phát không giống như trong MOSFET, là dòng hai chiều.

Các ứng dụng của IGBT

IGBT được sử dụng trong các ứng dụng công suất trung bình đến cực cao, ví dụ như động cơ kéo. Trong IGBT lớn, có thể xử lý dòng điện cao trong khoảng hàng trăm ampe và điện áp chặn lên đến 6kv.

IGBT cũng được sử dụng trong các thiết bị điện tử công suất như bộ chuyển đổi, bộ biến tần và các thiết bị khác khi cần chuyển đổi trạng thái rắn. Lưỡng cực có sẵn với dòng điện và điện áp cao. Tuy nhiên, tốc độ chuyển đổi của chúng thấp. Ngược lại, MOSFET có tốc độ chuyển mạch cao mặc dù chúng đắt tiền.

Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor (MOSFET) là một loại bóng bán dẫn dùng để chuyển đổi tín hiệu điện tử. Nó có bốn thiết bị đầu cuối cụ thể là; nguồn (S), Drain (D), Gate (G) và Body (B). Phần thân của MOSFET thường được kết nối với đầu cuối của nguồn (S), dẫn đến thiết bị ba đầu cuối tương tự như các bóng bán dẫn hiệu ứng trường khác ( FET). Vì hai đầu cuối chính này thường được kết nối với nhau thông qua ngắn mạch, nên chỉ có ba đầu cuối được nhìn thấy trong sơ đồ điện.

Nó là thiết bị phổ biến nhất trong các mạch cả kỹ thuật số và tương tự. So với bóng bán dẫn thông thường, MOSFET cần dòng điện thấp (dưới một mili-ampe) để BẬT. Đồng thời, nó mang lại dòng tải cao hơn 50 Ampe.

Hoạt động của MOSFET

MOSFET có một lớp silicon dioxide mỏng, đóng vai trò như bản của tụ điện. Sự cô lập của cổng điều khiển làm tăng sức đề kháng của MOSFET lên mức cực kỳ cao (gần như vô hạn).

Thiết bị đầu cuối cổng bị cấm với lối đi chính hiện tại; do đó, không có dòng điện rò rỉ vào cổng.

MOSFET tồn tại ở hai dạng chính:

• Depletion state- Điều này yêu cầu điện áp nguồn cổng (V _GB ) để chuyển thành phần TẮT. Khi cổng ở mức 0 (V _GB ), thiết bị thường BẬT, do đó, nó hoạt động như một điện trở tải cho các mạch logic nhất định. Đối với các thiết bị tải có mức cạn kiệt kiểu N, 3V là điện áp ngưỡng tại đó thiết bị được TẮT bằng cách chuyển cổng ở âm 3V.

• Enhancement state- Điện áp nguồn cổng (V _GB ) được yêu cầu ở trạng thái này để BẬT linh kiện. Khi cổng ở mức 0 (V _GB ), thiết bị thường TẮT và có thể được BẬT bằng cách đảm bảo điện áp cổng cao hơn điện áp nguồn.

Biểu tượng và Cấu trúc Cơ bản

Ở đâu, D - Xả nước; G - Cổng; S- Nguồn; vàSub - Chất nền

A (BJT) phát ra dòng điện 1mA và có hiệu suất phát là 0,99. Hệ số vận chuyển cơ bản là 0,994 và hệ số tái tổ hợp lớp suy giảm là 0,997. Đối với BJT, hãy tính như sau:

Yếu tố vận chuyển

Hệ số vận chuyển được viết lại được đưa ra bởi -

$$\alpha =\gamma _{E}\times \alpha _{T}\times \delta _{r}$$

Thay thế các giá trị, chúng tôi nhận được

$$\alpha =0.99\times 0.994\times 0.997=0.981$$

Mức tăng hiện tại

Mức tăng hiện tại được đưa ra bởi -

$$\beta =\frac{I_{C}}{I_{B}}=\frac{\alpha }{1-\alpha }$$

Thay thế các giá trị, chúng tôi nhận được

$$\beta =\frac{0.981}{1-0.981}=51.6$$

Bộ sưu tập hiện tại

$$I_{C}=\alpha \times I_{E}=0.981\times 1=0.981mA$$

Dòng điện cơ bản

$$I_{B}=I_{E}-I_{C}=1-0.981=19\mu A$$

Bộ chuyển đổi điều khiển pha

Một bộ chuyển đổi được điều khiển theo pha chuyển đổi năng lượng AC thành DC (dòng giao hoán). Nói cách khác, nó được sử dụng trong việc chuyển đổi nguồn điện xoay chiều tần số cố định và điện áp cố định thành đầu ra điện áp một chiều thay đổi được. Nó được thể hiện như

• Fixed Input - Điện áp, tần số và nguồn AC

• Variable output - Đầu ra điện áp DC

Điện áp đầu vào AC đi vào bộ chuyển đổi thường ở RMS cố định (bình phương trung bình gốc) và tần số cố định. Việc đưa các thyristor điều khiển theo pha vào bộ biến đổi đảm bảo thu được điện áp đầu ra DC thay đổi được. Điều này có thể thực hiện được bằng cách thay đổi góc pha mà tại đó các thyristor được kích hoạt. Kết quả là, một dạng sóng dao động của dòng tải thu được.

Trong nửa chu kỳ cung cấp đầu vào, thyristor ở trạng thái phân cực thuận và được BẬT thông qua việc áp dụng đủ xung cổng (bộ kích hoạt). Dòng điện bắt đầu chạy khi thyristor được BẬT, nghĩa là, tại điểm ωt = α đến điểm ωt = β. Thời điểm dòng tải giảm xuống 0, thyristor sẽ TẮT do chuyển mạch dòng (tự nhiên).

Có một số bộ chuyển đổi công suất sử dụng giao hoán tự nhiên. Chúng bao gồm -

• Bộ chuyển đổi AC sang DC
• Bộ chuyển đổi AC sang AC
• Bộ điều khiển điện áp AC
• Cycloconverters

Các bộ chuyển đổi công suất trên sẽ được giải thích trong các chương tiếp theo của hướng dẫn này.

2- Bộ chuyển đổi xung

Bộ chuyển đổi xung 2 pha, còn được gọi là bộ tạo bộ điều chế độ rộng xung (PWM) mức 2, được sử dụng để tạo xung cho bộ chuyển đổi điều chế độ rộng xung dựa trên sóng mang. Nó thực hiện điều này bằng cách sử dụng cấu trúc liên kết cấp hai. Khối này điều khiển các thiết bị chuyển mạch cho mục đích điều khiển như IGBT và FET tồn tại trong ba loại bộ chuyển đổi cụ thể là:

• 1 cánh tay (nửa cầu một pha)
• 2 cánh tay (một pha toàn cầu)
• 3 cánh tay (cầu ba pha)

Tín hiệu đầu vào tham chiếu trong bộ chuyển đổi 2 xung được so sánh với sóng mang. Nếu tín hiệu đầu vào tham chiếu nhiều hơn sóng mang, xung bằng 1 cho thiết bị trên và 0 cho thiết bị dưới.

Để điều khiển thiết bị toàn cầu một pha (2 nhánh) cần áp dụng điều chế độ rộng xung đơn cực hoặc lưỡng cực. Trong điều chế đơn cực, mỗi nhánh trong số hai nhánh được điều khiển độc lập. Tín hiệu đầu vào tham chiếu thứ hai được tạo ra bên trong thông qua sự dịch chuyển của điểm tham chiếu ban đầu 180 °

Khi áp dụng PWM lưỡng cực, trạng thái của thiết bị chuyển mạch phía dưới trong thiết bị toàn cầu một pha thứ hai tương tự như công tắc trên trong thiết bị toàn cầu một pha thứ nhất. Sử dụng điều chế đơn cực dẫn đến dạng sóng AC mượt mà trong khi điều chế lưỡng cực dẫn đến điện áp ít thay đổi hơn.

Bộ chuyển đổi 3 xung

Hãy xem xét một bộ chuyển đổi ba pha 3 xung, trong đó mỗi thyristor ở chế độ dẫn trong một phần ba của chu kỳ cung cấp. Thời gian sớm nhất một thyristor được kích hoạt dẫn điện là ở 30 ° so với điện áp pha.

Hoạt động của nó được giải thích bằng cách sử dụng ba thyristor và ba điốt. Khi các thyristor T1, T2 và T3 được thay thế bằng các điốt D1, D2 và D3, quá trình dẫn sẽ bắt đầu ở góc 30 ° đối với điện áp pha lần lượt là u _an , u _bn và u _cn . Do đó, góc bắn α được đo ban đầu ở 30 ° so với điện áp pha tương ứng với nó.

Dòng điện chỉ có thể chạy theo một hướng qua thyristor, tương tự như chế độ hoạt động của bộ nghịch lưu khi dòng điện chạy từ phía DC sang phía AC. Ngoài ra, điện áp trong các thyristor được điều khiển bằng cách điều khiển góc bắn. Điều này đạt được khi α = 0 (có thể có trong bộ chỉnh lưu). Như vậy, bộ biến đổi 3 xung hoạt động như một bộ nghịch lưu và một bộ chỉnh lưu.

Bộ chuyển đổi 6 xung

Hình dưới đây cho thấy một bộ chuyển đổi điều khiển cầu sáu xung được kết nối với nguồn ba pha. Trong bộ chuyển đổi này, số xung gấp đôi số pha, nghĩa làp = 2m. Sử dụng cùng một cấu hình bộ chuyển đổi, có thể kết hợp hai cầu của sáu xung để thu được bộ chuyển đổi mười hai xung trở lên.

Khi không có giao hoán, hai điốt sẽ dẫn điện vào bất kỳ thời điểm cụ thể nào. Hơn nữa, để có được điện áp giảm trên tải, hai điốt phải được đặt ở các chân đối diện của cầu. Ví dụ, điốt 3 và 6 không thể BẬT cùng một lúc. Do đó, sụt áp trên tải một chiều là tổ hợp của điện áp đường dây VL từ nguồn ba pha.

Điều quan trọng cần lưu ý là số lượng xung càng nhiều thì việc sử dụng bộ chuyển đổi càng lớn. Ngoài ra, số lượng xung càng ít thì việc sử dụng bộ chuyển đổi càng ít.

Việc phân tích hầu hết các bộ chuyển đổi thường được đơn giản hóa trong điều kiện lý tưởng (không có trở kháng nguồn). Tuy nhiên, giả thiết này không được chứng minh vì trở kháng nguồn thường là cảm ứng với phần tử điện trở không đáng kể.

Điện cảm nguồn có tác động đáng kể đến hiệu suất của bộ chuyển đổi vì sự hiện diện của nó làm thay đổi điện áp đầu ra của bộ chuyển đổi. Kết quả là, điện áp đầu ra giảm khi dòng tải giảm. Ngoài ra, dạng sóng điện áp đầu vào và đầu ra thay đổi đáng kể.

Hiệu ứng điện cảm của nguồn trên bộ chuyển đổi được phân tích theo hai cách sau.

Hiệu ứng trên một pha

Giả sử rằng bộ chuyển đổi hoạt động ở chế độ dẫn và gợn sóng từ dòng tải là không đáng kể, điện áp mạch hở trở thành bằng đầu ra DC trung bình ở góc bắn α. Sơ đồ dưới đây cho thấy một bộ chuyển đổi được điều khiển hoàn toàn với nguồn ở một pha. Các thyristor T ₃ và T ₄ được giả thiết ở chế độ dẫn khi t = 0. Mặt khác, T ₁ và T ₂ cháy khi ωt = α

Ở đâu -

• V _i = điện áp đầu vào
• I _i = dòng điện đầu vào
• V _o = điện áp đầu ra
• I _o = điện áp đầu ra

Khi không có độ tự cảm của nguồn thì ở T ₃ và T ₄ sẽ xảy ra sự hoán vị . Ngay lập tức các thyristor T ₁ và T ₂ được BẬT. Điều này sẽ dẫn đến cực đầu vào thay đổi ngay lập tức. Khi có nguồn tự cảm, sự thay đổi cực tính và sự hoán vị không xảy ra ngay lập tức. Do đó, T ₃ và T ₄ không hoán vị ngay khi T ₁ và T ₂ được BẬT.

Tại một khoảng thời gian nào đó, tất cả bốn thyristor sẽ dẫn. Khoảng dẫn này được gọi là khoảng xen phủ (μ).

Sự chồng chéo trong quá trình giao hoán làm giảm điện áp đầu ra DC và góc tắt γ dẫn đến việc chuyển mạch không thành công khi α gần bằng 180 °. Điều này được thể hiện bằng dạng sóng bên dưới.

Ảnh hưởng đến ba pha

Cũng giống như bộ biến đổi một pha, không có chuyển mạch tức thời do sự hiện diện của các điện cảm nguồn. Xem xét các điện cảm của nguồn, các ảnh hưởng (định tính) đến hiệu suất của bộ chuyển đổi giống như trong bộ chuyển đổi một pha. Điều này được thể hiện trong sơ đồ dưới đây.

Điều quan trọng là phải xác định các thông số hiệu suất cho các bộ chuyển đổi khác nhau có cấu trúc liên kết có thể là một pha hoặc nhiều pha.

Giả định

• Các thiết bị được sử dụng là lý tưởng, tức là chúng không có bất kỳ tổn thất nào
• Các thiết bị có tải điện trở

Điện áp DC khi tải

$$V_{DC}=\frac{1}{T} \int_{0}^{T}V_{L}\left ( t \right )dt$$

Điện áp RMS khi tải

$$V_{L}=\sqrt{\frac{1}{T}}\int_{0}^{T}V_{L}^{2}\left ( t \right )dt$$

Yếu tố hình thức

$$FF=\frac{V_{L}}{V_{DC}}$$

Yếu tố Ripple

$$RF=\frac{\sqrt{V_{L}^{2}-V_{DC}^{2}}}{V_{DC}}=\sqrt{FF^{2}-1}$$

Hiệu quả (Hệ số chỉnh lưu)

$$\eta =\frac{P_{DC}}{P_{L}+P_{D}}$$

Trong đó những điều trên được định nghĩa là -

$P_{DC}=V_{DC}\times I_{DC}$

$P_{L}=V_{L}\times I_{L}$

$P_{D}=R_{D}\times I_{L}^{2}$($P_{D}$ là tổn thất chỉnh lưu và $R_{D}$ sự ngăn trở)

$$\eta =\frac{V_{DC}I_{DC}}{\left ( V_{L}I_{L} \right )+\left ( R_{D}I_{L}^{2} \right )}=\frac{V_{DC}^{2}}{V_{L}^{2}}\times \frac{1}{1+\frac{R_{D}}{R_{L}}}$$

Nhưng $R_{D}=0$

Vì thế,

$$\eta =\left ( \frac{V_{DC}}{V_{L}} \right )^{2}=\left ( \frac{1}{FF}\right )^{2}$$

Hệ số sử dụng máy biến áp

$$TUF=\frac{P_{DC}}{VA \:Rating \:of \:the \:Transformer }=\frac{P_{DC}}{\frac{VA_{p}+VA_{s}}{2}}$$

VA _p và VA _s là định mức công suất sơ cấp và thứ cấp của máy biến áp.

Trong bộ chuyển đổi dòng điện một chiều (HVDC) điện áp cao, các trạm được chuyển mạch. Điều này ngụ ý rằng dòng điện ban đầu của van chỉ có thể bị trễ khi tham chiếu đến giá trị 0 của điện áp bus bộ chuyển đổi ở dạng AC. Do đó, để kiểm soát tốt hơn điện áp, bus bộ chuyển đổi được kết nối với nguồn công suất phản kháng.

Nguồn điện phản kháng được sử dụng để thay đổi tụ điện trong hệ thống tĩnh. Đáp ứng của hệ thống công suất phản kháng được quyết định bởi điều khiển điện áp trong điều kiện động lực.

Khi vận hành hệ thống xoay chiều không ổn định, các vấn đề có xu hướng phát sinh do điện áp không ổn định và quá áp tăng. Cần có sự phối hợp tốt hơn giữa các nguồn công suất phản kháng để đơn giản hóa việc kiểm soát các góc bắn. Do đó, tính năng này của bộ biến đổi công suất phản kháng ngày càng được ứng dụng nhiều hơn trong các bộ biến đổi hiện đại sử dụng HVDC.

Kiểm soát công suất phản kháng ở trạng thái ổn định

Các phương trình biểu thị công suất phản kháng dưới dạng hàm của công suất tác dụng được cho dưới dạng đại lượng đơn vị.

Điện áp bộ chuyển đổi cơ bản được đưa ra bởi -

$$V_{db}=3\sqrt{\frac{2}{\pi }}\times V_{L}$$

Ở đâu V_L = Dòng điện áp dòng (ở phía cuộn dây)

Base DC Current (I_db ) = Dòng DC định mức (I_dr)

Base DC Power (P_dc)= n _b × V _db × I _db , trong đón_b = số lượng cầu nối tiếp

BaseBase AC voltage (V_b) = (V_a)

Base AC Power = Nguồn DC cơ bản

$$\sqrt{\frac{18}{\pi }}\times V_{a}\times I_{db}\times n_{b}$$

Bộ chuyển đổi kép chủ yếu được tìm thấy trong các ổ đĩa tốc độ thay đổi (VFD). Trong bộ chuyển đổi kép, hai bộ chuyển đổi được liên kết ngược lại với nhau. Hoạt động của bộ chuyển đổi kép được giải thích bằng cách sử dụng sơ đồ bên dưới. Giả định rằng -

• Bộ chuyển đổi kép là bộ chuyển đổi lý tưởng (cho đầu ra DC thuần túy) tại các đầu cuối của nó.

• Mỗi bộ chuyển đổi hai góc phần tư là một nguồn DC được điều khiển nối tiếp với một diode.

• Điốt D1 và D2 ​​cho biết dòng điện một chiều.

Xem xét một bộ chuyển đổi kép hoạt động không có dòng điện tuần hoàn, dòng điện xoay chiều bị cấm chạy bởi các xung kích hoạt có kiểm soát. Điều này đảm bảo rằng bộ chuyển đổi mang dòng tải dẫn trong khi bộ chuyển đổi khác bị chặn. Điều này có nghĩa là không cần một lò phản ứng giữa các bộ chuyển đổi.

Sạc pin

Bộ sạc pin còn được gọi là bộ sạc sử dụng dòng điện để lưu trữ năng lượng trong một tế bào thứ cấp. Quá trình sạc được xác định bởi loại và kích thước của pin. Các loại pin khác nhau có các mức dung sai khác nhau để sạc quá mức. Quá trình sạc lại có thể đạt được bằng cách kết nối nó với nguồn điện áp không đổi hoặc dòng điện không đổi.

Tốc độ sạc (C)

Tốc độ sạc được định nghĩa là tốc độ sạc hoặc xả pin và bằng với dung lượng pin trong một giờ.

Bộ sạc pin được chỉ định theo tốc độ sạc C. Ví dụ: bộ sạc pin có xếp hạng C / 10 sẽ cho khả năng sạc trong 10 giờ trong khi một bộ sạc 3C được xếp hạng sẽ sạc pin trong 20 phút.

Các loại bộ sạc pin

Có nhiều loại bộ sạc pin. Trong hướng dẫn này, chúng ta sẽ xem xét năm loại chính.

• Simple chargers - Hoạt động bằng cách cung cấp nguồn điện một chiều không đổi vào pin đang được sạc.

• Fast chargers - Sử dụng mạch điều khiển để sạc pin nhanh chóng và trong quá trình này ngăn ngừa các tế bào pin bị hư hỏng.

• Inductive chargers - Sử dụng cảm ứng điện từ để sạc pin.

• Intelligent chargers - Được sử dụng để sạc pin có chứa chip giao tiếp với the bộ sạc thông minh.

• Motion powered charger- Sử dụng chuyển động của con người để sạc pin. Một nam châm đặt giữa hai lò xo được chuyển động lên xuống nhờ chuyển động của con người do đó sạc pin.

Một động cơ điện một chiều được kích từ riêng có các thông số sau: 220V, 100A và 1450 vòng / phút. Phần ứng của nó có điện trở 0,1 Ω. Ngoài ra, nó được cung cấp từ bộ chuyển đổi điều khiển hoàn toàn 3 pha được kết nối với nguồn xoay chiều 3 pha có tần số 50 Hz và điện kháng cảm ứng 0,5 Ω và 50Hz. Tại α = 0, động cơ hoạt động ở mômen và tốc độ danh định. Giả sử động cơ phanh lại theo chiều ngược lại ở tốc độ định mức của nó. Tính dòng điện cực đại mà theo đó sự chuyển mạch không bị ảnh hưởng.

Solution -

Chúng ta biết rằng,

$$V_{db}=3\sqrt{\frac{2}{\pi }}\times V_{L}-\frac{3}{\pi }\times R_{b}\times I_{db}$$

Thay thế các giá trị, chúng tôi nhận được,

$220=3\sqrt{\frac{2}{\pi }}\times V_{L}-\frac{3}{\pi }\times 0.5\times 100$

Vì thế,

$V_{L}=198V$

Điện áp ở tốc độ định mức = $220-\left ( 100\times 0.1 \right )=210V$

Ở tốc độ định mức, phanh phục hồi theo hướng ngược lại,

$=3\sqrt{\frac{2}{\pi }}\times 198\cos \alpha -\left ( \frac{3}{\pi }\times 0.5+0.1\right )\times I_{db}=-210V$

Nhưng $\cos \alpha -\cos \left ( \mu +\alpha \right )=\frac{\sqrt{2}}{198}\times 0.5I_{db}$

Để giao hoán không thành công, điều kiện giới hạn sau đây cần được thỏa mãn.

$\mu +\alpha \approx 180^{\circ}$

Vì thế, $\quad \cos \alpha =\frac{I_{db}}{198\sqrt{2}}-1$

Cũng thế,

$\frac{3}{\pi }I_{db}-\frac{3\sqrt{2}}{\pi }\times 198-\left ( \frac{3}{\pi }\times 0.5+0.1 \right )I_{db}=-210$

Điều này cho, $\quad 0.3771I_{db}=57.4$

Vì thế, $\quad I_{db}=152.2A$

Một máy cắt sử dụng tốc độ cao để kết nối và ngắt kết nối khỏi tải nguồn. Điện áp một chiều cố định được đặt không liên tục cho tải nguồn bằng cách liên tục kích hoạt BẬT / TẮT công tắc nguồn. Khoảng thời gian mà công tắc nguồn ở trạng thái BẬT hoặc TẮT được gọi là thời gian trạng thái BẬT và TẮT của máy cắt tương ứng.

Choppers hầu hết được ứng dụng trong ô tô điện, chuyển đổi năng lượng gió và mặt trời, và bộ điều chỉnh động cơ DC.

Biểu tượng của một Chopper

Phân loại Choppers

Tùy thuộc vào đầu ra điện áp, máy cắt được phân loại là -

• Step Up chopper (bộ chuyển đổi tăng cường)
• Step Down Chopper (công cụ chuyển đổi Buck)
• Step Up / Down Chopper (bộ chuyển đổi Buck-boost)

Step Up Chopper

Điện áp đầu ra trung bình (V _o ) trong bộ cắt điện một bước lớn hơn điện áp đầu vào (V _s ). Hình dưới đây cho thấy cấu hình của một bộ cắt nhỏ.

Dạng sóng hiện tại và điện áp

V ₀ (đầu ra điện áp trung bình) là dương khi bộ cắt được BẬT và âm khi bộ cắt ở trạng thái TẮT như thể hiện trong dạng sóng bên dưới.

Ở đâu

T _ON - khoảng thời gian khi chopper BẬT

T _OFF - khoảng thời gian khi chopper TẮT

V _L - Điện áp tải

V _s - Điện áp nguồn

T - Khoảng thời gian cắt = T _BẬT + T _TẮT

V _o được đưa ra bởi -

$$V_{0}=\frac{1}{T}\int_{0}^{T_{ON}}V_{S}dt$$

Khi bộ cắt (CH) được BẬT, tải bị ngắn mạch và do đó, đầu ra điện áp trong khoảng thời gian T_ONbằng không. Ngoài ra, cuộn cảm được tích điện trong thời gian này. Điều này cho V _S = V _L

$L\frac{di}{dt}=V_{S},$ $\frac{\Delta i}{T_{ON}}=\frac{V_{S}}{L}$

Vì thế,$\Delta i=\frac{V_{S}}{L}T_{ON}$

Δi = là dòng điện đỉnh đến đỉnh của cuộn cảm. Khi cuộn cảm (CH) ở trạng thái TẮT, phóng điện xảy ra qua cuộn cảm L. Do đó, tổng V _s và V _L được đưa ra như sau:

$V_{0}=V_{S}+V_{L},\quad V_{L}=V_{0}-V_{S}$

Nhưng $L\frac{di}{dt}=V_{0}-V_{S}$

Vì vậy,$L\frac{\Delta i}{T_{OFF}}=V_{0}-V_{S}$

Điều này cho,$\Delta i=\frac{V_{0}-V_{S}}{L}T_{OFF}$

Việc cân bằng Δi từ trạng thái BẬT đến Δi từ trạng thái TẮT cho -

$\frac{V_{S}}{L}T_{ON}=\frac{V_{0}-V_{S}}{L}T_{OFF}$, $V_{S}\left ( T_{ON}+T_{OFF} \right )=V_{0}T_{OFF}$

$V_{0}=\frac{TV_{S}}{T_{OFF}}=\frac{V_{S}}{\frac{\left ( T+T_{ON} \right )}{T}}$

Điều này cung cấp cho đầu ra điện áp trung bình là,

$$V_{0}=\frac{V_{S}}{1-D}$$

Phương trình trên cho thấy V _o có thể thay đổi từ V _S đến vô cùng. Nó chứng tỏ rằng điện áp đầu ra sẽ luôn nhiều hơn điện áp đầu vào và do đó, nó tăng hoặc tăng mức điện áp.

Bước xuống Chopper

Đây còn được gọi là bộ chuyển đổi buck. Trong chopper này, sản lượng điện áp trung bình V _O là ít hơn so với điện áp đầu vào V _S . Khi trực thăng BẬT, V _O = V _S và khi dao cắt tắt, V _O = 0

Khi máy cắt đang BẬT -

$V_{S}=\left ( V_{L}+V_{0} \right ),\quad V_{L}=V_{S}-V_{0},\quad L\frac{di}{dt}=V_{S}-V_{0},\quad L\frac{\Delta i}{T_{ON}}=V_{s}+V_{0}$

Do đó, tải dòng điện từ đỉnh đến đỉnh được cho bởi,

$\Delta i=\frac{V_{s}-V_{0}}{L}T_{ON}$

Sơ đồ mạch

Ở đâu FD là diode bánh xe tự do.

Khi bộ cắt ở trạng thái TẮT, sự đảo cực và phóng điện xảy ra ở cuộn cảm. Dòng điện đi qua diode bánh xe tự do và cuộn cảm đến tải. Điều này cho,

$$L\frac{di}{dt}=V_{0}........................................\left ( i \right )$$

Viết lại thành -$\quad L\frac{\Delta i}{T_{OFF}}=V_{0}$ $$\Delta i=V_{0}\frac{T_{OFF}}{L}...................................\left ( ii \right )$$

Các phương trình (i) và (ii) cho;

$\frac{V_{S}-V_{0}}{L}T_{ON}=\frac{V_{0}}{L}T_{OFF}$

$\frac{V_{S}-V_{0}}{V_{0}}=\frac{T_{OFF}}{T_{ON}}$

$\frac{V_{S}}{V_{0}}=\frac{T_{ON}-T_{OFF}}{T_{ON}}$

Phương trình trên cho;

$$V_{0}=\frac{T_{ON}}{T}V_{S}=DV_{S}$$

Phương trình (i) cho -

$\Delta i=\frac{V_{S}-DV_{S}}{L}DT$, từ $D=\frac{T_{ON}}{T}$

$=\frac{V_{S}-\left ( 1-D \right )D}{Lf}$

$f=\frac{1}{T}=$tần số cắt

Dạng sóng hiện tại và điện áp

Các dạng sóng hiện tại và điện áp được đưa ra dưới đây:

Đối với bộ dao cắt bước xuống, đầu ra điện áp luôn nhỏ hơn đầu vào điện áp. Điều này được thể hiện bằng dạng sóng bên dưới.

Step Up / Step Down Chopper

Đây còn được gọi là bộ chuyển đổi buck-boost. Nó giúp bạn có thể tăng hoặc giảm mức điện áp đầu vào. Sơ đồ dưới đây cho thấy một trực thăng tăng cường buck.

Khi bộ cắt được BẬT, cuộn cảm L trở nên được tích điện bằng điện áp nguồn V _s . Do đó, V _s = V _L .

$$L\frac{di}{dt}=V_{S}$$ $$\Delta i=\frac{V_{S}}{L}T_{ON}=\frac{V_{S}}{L}T\frac{T_{ON}}{T}=\frac{DV_{S}}{Lf}$$

Bởi vì -

$D=\frac{T_{ON}}{T}$ và $f=\frac{1}{T} .............................................. \left ( iii \right )$

Khi bộ cắt được chuyển sang TẮT, cực tính của cuộn cảm sẽ đảo ngược và điều này làm cho nó phóng điện qua diode và tải.

Vì thế,

$$V_{0}=-V_{L}$$ $$L\frac{di}{dt}=-V_{0}$$

$L\frac{\Delta i}{T_{OFF}}=-V_{0}$, do đó $\Delta i=-\frac{V_{0}}{L}T_{OFF}................................\left ( iv \right )$

Đánh giá phương trình (iii) và (iv) cho -

$\frac{DV_{S}}{Lf}=-\frac{V_{0}}{L}T_{OFF}$, $DV_{S}=-DV_{S}=-V_{0}T_{OFF}f$

$DV_{S}=-V_{0}\frac{T-T_{ON}}{T}=-V_{0}\left ( 1-\frac{T_{ON}}{T} \right )$, $V_{0}=-\frac{DV_{S}}{1-D}$

Bởi vì $D=\frac{T_{ON}}{T}=\frac{T-T_{OFF}}{1-D}$

Điều này cho,

$V_{0}=\frac{DV_{S}}{1-D}$

D có thể thay đổi từ 0 đến 1. Khi, D = 0; V _O = 0

Khi D = 0,5, V _O = V _S

Khi, D = 1, V _O = ∞.

Do đó, trong khoảng 0 ≤ D ≤ 0,5, điện áp đầu ra thay đổi trong phạm vi 0 ≤ V _O <V _S và chúng ta nhận được bước xuống hoặc hoạt động Buck. Trong khi đó, trong khoảng thời gian 0,5 ≤ D ≤ 1, điện áp đầu ra thay đổi trong phạm vi V _S ≤ V _O ≤ ∞ và chúng tôi nhận được hoạt động bước lên hoặc tăng cường.

Trong bộ chuyển đổi, có hai phương pháp điều khiển cơ bản được sử dụng để thay đổi điện áp đầu ra. Đây là -

• Kiểm soát tỷ lệ thời gian
• Kiểm soát giới hạn hiện tại

Kiểm soát tỷ lệ thời gian

Trong điều khiển tỷ lệ thời gian, một hằng số k cho bởi $\frac{T_{ON}}{T}$rất đa dạng. Hằng số k được gọi là tỷ lệ nhiệm vụ. Kiểm soát tỷ lệ thời gian có thể đạt được theo hai cách:

Tần số không đổi

Trong phương pháp điều khiển này, tần số (f = 1 / T _0N ) được giữ không đổi trong khi thời gian BẬT T thay đổi. Đây được gọi là điều chế độ rộng xung (PWM).

Tần số thay đổi

Trong kỹ thuật tần số thay đổi, tần số (f = 1 / T) được thay đổi trong khi thời gian BẬT T được giữ không đổi. Đây được gọi là điều khiển điều tần.

Current Limit Control

In a DC to DC converter, the value of the current varies between the maximum as well as the minimum level for continuous voltage. In this technique, the chopper (switch in a DC to DC converter) is switched ON and then OFF to ensure that current is kept constant between the upper and lower limits. When the current goes beyond the maximum point, the chopper goes OFF.

While the switch is at its OFF state, current freewheels via the diode and drops in an exponential manner. The chopper is switched ON when the current reaches the minimum level. This method can be used either when the ON time T is constant or when the frequency (f=1/T).

Resonant switch converters refers to converters that have inductor and capacitor (L-C) networks and whose current and voltage waveforms vary in a sinusoidal manner during each period of switching. There are various resonant switch converters −

• Resonant DC to DC converters
• DC to AC inverters
• Resonant AC inverters to DC converters

In this tutorial, we will focus on Resonant DC to DC converters

Resonant DC to DC Converters

The concept of switch mode power supply (SMPS) is explained below using a DC to DC converter. The load is given a constant voltage supply (V_OUT) that is obtained from a primary source of voltage supply V_IN. The value of V_OUT is regulated by varying resistor in series (R_S) or the current source connected in shunt (I_S). By controlling V_OUT through varying I_S and ensuring R_S is kept constant, a considerable amount of power is lost in the converter.

Nguồn cung cấp chế độ chuyển đổi (SMPS)

SMPS (nguồn điện ở chế độ chuyển mạch) đề cập đến một thiết bị điện tử sử dụng bộ điều chỉnh chuyển mạch nhằm mục đích chuyển đổi năng lượng điện một cách hiệu quả. SMPS lấy điện từ các đường dây điện chính và chuyển nó đến một phụ tải. Ví dụ, một máy tính trong khi đảm bảo các đặc tính điện áp và dòng điện được chuyển đổi.

Sự khác biệt giữa SMPS và nguồn cung cấp tuyến tính là thiết bị đầu tiên tiếp tục chuyển đổi BẬT và TẮT trong quá trình tiêu tán thấp và sử dụng ít thời gian hơn trong các vùng tiêu tán cao. Điều này đảm bảo ít năng lượng bị lãng phí hơn. Trên thực tế, một SMPS không tiêu hao bất kỳ năng lượng nào.

Kích thước của SMPS nhỏ hơn và rất nhẹ, so với một thiết bị cấp nguồn tuyến tính thông thường có cùng kích thước và hình dạng.

Hình dưới đây cho thấy sơ đồ mạch cho một SMPS. Khi tần số chuyển mạch thay đổi, năng lượng tích trữ có thể thay đổi cho mỗi chu kỳ và do đó điện áp đầu ra thay đổi.

Các dạng sóng dưới đây dành cho bộ chuyển đổi nửa cầu còn được gọi là bộ đẩy-kéo. Nó được sử dụng trong các ứng dụng sử dụng năng lượng cao. Điện áp đầu vào giảm một nửa như được chỉ ra trong dạng sóng.

Một máy cắt nhỏ bậc lên có điện áp đầu vào 150V. Đầu ra điện áp cần thiết là 450V. Cho rằng thyristor có thời gian dẫn là 150μ giây. Tính tần số cắt.

Solution −

The chopping frequency (f)

$f=\frac{1}{T}$

Ở đâu T - Khoảng thời gian cắt = $T_{ON}+T_{OFF}$

Cho - $V_{S}=150V$$V_{0}=450V$ $T_{ON}=150\mu sec$

$V_{0}=V_{S\left ( \frac{T}{T-T_{ON}} \right )}$

$450=150\frac{T}{T-150^{-6}}$ $T=225\mu sec$

Trước đó, $f=\frac{1}{225\ast 10^{-6}}=4.44KHz$

The new voltage output, on condition that the operation is at constant frequency after the halving the pulse width.

Giảm một nửa độ rộng xung cho -

$$T_{ON}=\frac{150\times 10^{-6}}{2}=75\mu sec$$

Do đó, tần số là không đổi,

$$f=4.44KHz$$ $$T=\frac{1}{f}=150\mu sec$$

Đầu ra điện áp được cho bởi -

$$V_{0}=V_{S}\left ( \frac{T}{T-T_{ON}} \right )=150\times \left ( \frac{150\times 10^{-6}}{\left ( 150-75 \right )\times 10^{-6}} \right )=300Volts$$

Biến tần đề cập đến một thiết bị điện tử công suất chuyển đổi điện ở dạng DC sang dạng AC ở tần số và đầu ra điện áp yêu cầu.

Biến tần được phân thành hai loại chính:

• Voltage Source Inverter (VSI) - Bộ nghịch lưu nguồn áp có điện áp nguồn một chiều cứng là điện áp một chiều có trở kháng giới hạn hoặc bằng không tại các cực đầu vào của bộ nghịch lưu.

• Current Source Inverter (CSI)- Bộ biến tần nguồn dòng được cung cấp dòng điện thay đổi từ nguồn DC có trở kháng cao. Các sóng hiện tại kết quả không bị ảnh hưởng bởi tải.

Biến tần một pha

Có hai loại biến tần một pha - biến tần toàn cầu và biến tần nửa cầu.

Biến tần nửa cầu

Loại biến tần này là khối cấu tạo cơ bản của bộ biến tần toàn cầu. Nó chứa hai công tắc và mỗi tụ điện của nó có điện áp đầu ra bằng$\frac{V_{dc}}{2}$. Ngoài ra, các công tắc bổ sung cho nhau, nghĩa là, nếu một công tắc được BẬT, công tắc kia sẽ TẮT.

Biến tần toàn cầu

Mạch biến tần này chuyển đổi DC thành AC. Nó đạt được điều này bằng cách đóng và mở các công tắc theo đúng trình tự. Nó có bốn trạng thái hoạt động khác nhau dựa trên đó các công tắc được đóng.

Biến tần ba pha

Bộ nghịch lưu ba pha chuyển đổi đầu vào một chiều thành đầu ra xoay chiều ba pha. Ba nhánh của nó thường bị trễ một góc 120 ° để tạo ra nguồn điện xoay chiều ba pha. Mỗi công tắc biến tần có tỷ lệ 50% và chuyển mạch xảy ra sau mỗi T / 6 của thời gian T (khoảng cách góc 60 °). Các công tắc S1 và S4, công tắc S2 và S5 và công tắc S3 và S6 bổ sung cho nhau.

Hình dưới đây cho thấy một mạch cho một bộ nghịch lưu ba pha. Nó không là gì ngoài ba bộ nghịch lưu một pha được đặt trên cùng một nguồn DC. Điện áp cực trong bộ nghịch lưu ba pha bằng với điện áp cực trong bộ nghịch lưu nửa cầu một pha.

Hai loại biến tần trên có hai chế độ dẫn - 180° mode of conduction và 120° mode of conduction.

Chế độ dẫn 180 °

Trong chế độ dẫn này, mọi thiết bị ở trạng thái dẫn 180 ° trong đó chúng được BẬT ở các khoảng thời gian 60 °. Các đầu A, B và C là các đầu ra của cầu được kết nối với ba pha tam giác hoặc kết nối sao của tải.

Hoạt động của tải kết nối sao cân bằng được giải thích trong sơ đồ dưới đây. Trong khoảng thời gian 0 ° - 60 °, các điểm S1, S5 và S6 ở chế độ dẫn. Các cực A và C của tải được nối với nguồn tại điểm tích cực của nó. Đầu cuối B được nối với nguồn tại điểm âm của nó. Ngoài ra, điện trở R / 2 nằm giữa đầu trung tính và cực dương trong khi điện trở R nằm giữa đầu trung tính và cực âm.

Điện áp tải được đưa ra như sau; V AN = V / 3, V BN = −2V / 3, V CN = V / 3

Các điện áp đường dây được cho như sau; V AB = V AN - V BN = V, V BC = V BN - V CN = −V, V CA = V CN - V AN = 0

Dạng sóng cho chế độ dẫn 180 °

Chế độ dẫn 120 °

Trong chế độ dẫn này, mỗi thiết bị điện tử ở trạng thái dẫn 120 °. Nó phù hợp nhất cho kết nối delta trong tải vì nó tạo ra loại dạng sóng sáu bước trên bất kỳ pha nào của nó. Do đó, tại bất kỳ thời điểm nào, chỉ có hai thiết bị dẫn điện vì mỗi thiết bị chỉ dẫn ở 120 °.

Đầu A trên tải được nối với đầu dương trong khi đầu B nối với đầu âm của nguồn. Cực C trên tải ở trạng thái gọi là trạng thái thả nổi. Hơn nữa, các điện áp pha bằng điện áp tải như hình dưới đây.

Điện áp pha = Điện áp dòng

V _AB = V

V _BC = −V / 2

V _CA = −V / 2

Dạng sóng cho chế độ dẫn 120 °

PWM là một kỹ thuật được sử dụng để giảm méo hài tổng thể (THD) trong dòng tải. Nó sử dụng sóng xung ở dạng hình chữ nhật / hình vuông dẫn đến giá trị dạng sóng trung bình có thể thay đổi f (t), sau khi độ rộng xung của nó đã được điều chế. Khoảng thời gian để điều chế được cho bởi T. Do đó, giá trị trung bình của dạng sóng được cho bởi

$$\bar{y}=\frac{1}{T}\int_{0}^{T}f\left ( t \right )dt$$

Điều chế độ rộng xung hình sin

Trong một biến tần điện áp nguồn đơn giản, các công tắc có thể được BẬT và TẮT khi cần thiết. Trong mỗi chu kỳ, công tắc được bật hoặc tắt một lần. Điều này dẫn đến một dạng sóng vuông. Tuy nhiên, nếu công tắc được bật trong một số lần, sẽ thu được cấu hình hài được cải thiện dạng sóng.

Dạng sóng PWM hình sin thu được bằng cách so sánh dạng sóng điều chế mong muốn với dạng sóng tam giác tần số cao. Bất kể điện áp của tín hiệu nhỏ hơn hay lớn hơn của dạng sóng sóng mang, điện áp đầu ra thu được của bus DC là âm hoặc dương.

Biên độ hình sin được cho là A _m và của tam giác sóng mang là A _c . Đối với PWM hình sin, chỉ số điều biến m được cho bởi A _m / A _c .

Dạng sóng hình sin đã sửa đổi PWM

Dạng sóng PWM hình sin được sửa đổi được sử dụng để điều khiển công suất và tối ưu hóa hệ số công suất. Khái niệm chính là chuyển dòng điện trễ trên lưới điện sang lưới điện áp bằng cách sửa đổi bộ chuyển đổi PWM. Do đó, có sự cải thiện về hiệu quả sử dụng điện cũng như tối ưu hóa hệ số công suất.

Nhiều PWM

Nhiều PWM có nhiều đầu ra không giống nhau về giá trị nhưng khoảng thời gian mà chúng được tạo ra là không đổi đối với tất cả các đầu ra. Biến tần với PWM có thể hoạt động ở đầu ra điện áp cao.

Dạng sóng bên dưới là sóng hình sin được tạo ra bởi nhiều PWM

Kiểm soát điện áp và sóng hài

Dạng sóng tuần hoàn có tần số, là bội số của công suất cơ bản có tần số 60Hz được gọi là sóng hài. Mặt khác, tổng méo hài (THD) đề cập đến tổng đóng góp của tất cả các tần số dòng điện hài.

Sóng hài được đặc trưng bởi xung đại diện cho số lượng bộ chỉnh lưu được sử dụng trong một mạch nhất định. Nó được tính như sau:

$$h=\left ( n\times P \right )+1 \quad or \quad -1$$

Ở đâu n - là số nguyên 1, 2, 3, 4… .n

P - Số bộ chỉnh lưu

Nó được tóm tắt trong bảng dưới đây -

Harmonic	Frequency
Ngày 1	60 Hz
2 nd	120 Hz
3 thứ	180Hz
4 ngày	240Hz
ngày 5 . . Thứ 49	300Hz . . 2940Hz

Sóng hài có tác động đến đầu ra điện áp và dòng điện và có thể được giảm bớt bằng cách sử dụng máy biến áp cách ly, cuộn kháng đường dây, thiết kế lại hệ thống điện và bộ lọc sóng hài.

Biến tần cộng hưởng dòng

Biến tần cộng hưởng là biến tần điện hoạt động dựa trên dao động của dòng điện cộng hưởng. Tại đây, thiết bị chuyển mạch và bộ phận cộng hưởng được mắc nối tiếp với nhau. Kết quả của các tính năng tự nhiên của mạch, dòng điện đi qua thiết bị chuyển mạch giảm xuống không.

Loại biến tần này tạo ra dạng sóng hình sin ở tần số rất cao trong khoảng 20kHz-100kHz. Do đó, nó phù hợp nhất cho các ứng dụng yêu cầu công suất cố định như sưởi ấm cảm ứng và chiếu sáng huỳnh quang. Nó thường có kích thước nhỏ vì tần số chuyển mạch của nó cao.

Biến tần cộng hưởng có nhiều cấu hình và do đó nó được phân loại thành hai nhóm:

• Những người có công tắc một chiều
• Những người có công tắc hai chiều

Bộ nghịch lưu nửa cầu một pha có điện trở 2,5Ω và điện áp DC đầu vào là 50V. Tính toán sau -

Solution -

a. The RMS voltage occurring at the fundamental frequency

$E_{1RMS}=0.9\times 50V=45V$

b. The power Output

Điện áp đầu ra RMS $E_{ORMS}=E=50V$

Công suất ra $=E^{2}/R=\left ( 50\right )^{2}/2.5=1000W$

c. Peak current and average current

Dòng điện cao nhất $I_{p}=E_{0}/R=50/2.5=20A$

Dòng điện trung bình$=I_{p}/2=20/2=10A$

d. Harmonic RMS voltage

$E_{n}=\left \{ \left ( E_{ORMS} \right )^{2}-\left ( E_{1RMS} \right )^{2} \right \}^{0.5}=\left [ 50^{2} -45^{2}\right ]^{0.5}=21.8V$

e. Total harmonic distortion

$E_{n}/E_{1RMS}=21.8/45=0.48\times 100\%=48\%$

Bộ điều khiển xoay chiều một pha (bộ điều khiển điện áp) được sử dụng để thay đổi giá trị của điện áp xoay chiều sau khi nó được đặt vào mạch tải. Một thyristor cũng được đặt giữa tải và nguồn điện áp xoay chiều không đổi.

Điện áp xoay chiều bình phương căn bậc hai được điều chỉnh bằng cách thay đổi góc kích hoạt của thyristor. Trong trường hợp điều khiển pha, các thyristor được sử dụng làm công tắc để thiết lập kết nối từ nguồn cung cấp đầu vào AC tới mạch tải trong mỗi chu kỳ đầu vào. Đối với mọi điện áp đầu vào dương, xảy ra hiện tượng cắt và giảm điện áp.

Sơ đồ mạch có tải điện trở

Trong nửa phần của chu kỳ, công tắc thyristor được BẬT để cho phép đầu vào điện áp xuất hiện trên tải. Tiếp theo là trạng thái TẮT trong nửa chu kỳ cuối cùng để ngắt tải khỏi điện áp nguồn.

Khi góc kích hoạt α được điều khiển, giá trị RMS của điện áp trên tải cũng được điều khiển. Do đó, góc kích hoạt α được xác định là giá trị củaωt tại đó thyristor BẬT.

Kiểm soát trình tự đa tầng của bộ chuyển đổi AC

Khi hai hoặc nhiều giai đoạn điều khiển trình tự được kết nối, có thể cải thiện hệ số công suất và giảm hơn nữa THD (tổng méo hài). Một bộ biến đổi điều khiển theo trình tự thứ n có n cuộn dây ở phần thứ cấp của máy biến áp với mỗi e _s / n danh định (điện áp nguồn).

Khi hai bộ biến đổi AC được đặt song song với nhau, cách thứ tự bằng không được tạo ra. Một chút khác biệt giữa hai bộ chuyển đổi gây ra một chuỗi số không lớn trong dòng điện tuần hoàn. Sơ đồ dưới đây cho thấy hệ thống song song của một bộ chuyển đổi. Chiều của dòng điện là ngược chiều kim đồng hồ so với chiều của hệ thống điện áp.

Cycloconverter đề cập đến một bộ thay đổi tần số có thể thay đổi nguồn AC từ tần số này thành nguồn AC ở tần số khác. Quá trình này được gọi là chuyển đổi AC-AC. Nó chủ yếu được sử dụng trong sức kéo điện, động cơ xoay chiều có tốc độ thay đổi và hệ thống sưởi cảm ứng.

Bộ chuyển đổi xycloconverter có thể đạt được chuyển đổi tần số trong một giai đoạn và đảm bảo rằng điện áp và tần số có thể điều khiển được. Ngoài ra, nhu cầu sử dụng mạch giao hoán là không cần thiết vì nó sử dụng giao hoán tự nhiên. Truyền công suất trong bộ chuyển đổi xoáy thuận xảy ra theo hai hướng (hai chiều).

Một vấn đề lớn đối với máy biến áp xoáy thuận là khi nó hoạt động ở dòng điện nhỏ, có sự kém hiệu quả tạo ra độ trễ bắn. Hơn nữa, các hoạt động chỉ trơn tru ở các tần số không bằng giá trị đầu vào nửa tần số. Điều này đúng vì bộ chuyển đổi xycloconverter là bộ chuyển đổi AC-AC được điều khiển theo pha. Do đó, để nó cung cấp điện áp đầu ra AC cần thiết, nó phải thực hiện lựa chọn các phân đoạn điện áp đầu vào bằng cách áp dụng giao hoán dòng (tự nhiên). Điều này giải thích tại sao tần số đầu ra thấp hơn tần số đầu vào.

Sóng hài trong bộ chuyển đổi xoáy thuận chủ yếu bị ảnh hưởng bởi các phương pháp điều khiển, hiệu ứng chồng chéo, số lượng xung trong một chu kỳ nhất định, chế độ hoạt động và chế độ dẫn.

Có hai loại biến tần -

• Step Up cycloconverter - Các loại này sử dụng giao hoán tự nhiên và cho đầu ra ở tần số cao hơn tần số của đầu vào.

• Step Down cycloconverter - Loại này sử dụng hoán vị cưỡng bức và kết quả là đầu ra có tần số thấp hơn tần số của đầu vào.

Cycloconverters được phân loại thêm thành ba loại:

• Single phase to single-phase- Loại cycloconverter này có đầy đủ hai bộ chuyển đổi sóng được kết nối ngược trở lại. Nếu một bộ chuyển đổi đang hoạt động, bộ chuyển đổi kia bị vô hiệu hóa, không có dòng điện nào đi qua nó.

• Three-phase to single-phase - Bộ chuyển đổi xoáy thuận này hoạt động ở bốn góc phần tư là (+ V, + I) và (−V, −I) là chế độ chỉnh lưu và (+ V, −I) và (−V, + I) là chế độ nghịch đảo.

• Three-phase to three-phase - Loại bộ biến tần này được sử dụng chủ yếu trong hệ thống máy điện xoay chiều hoạt động trên máy điện đồng bộ và máy điện cảm ứng ba pha.

Bộ điều khiển chu kỳ tích phân là bộ chuyển đổi có khả năng thực hiện chuyển mạch trực tiếp mà không có tổn thất. Quá trình chuyển đổi trực tiếp AC thành AC mà không cần phải thực hiện các quá trình trung gian AC thành DC sau đó DC thành AC.

Chu trình điều khiển tích phân cơ bản có bản chất là hình sin. Nó hoạt động bằng cách kết hợp và loại bỏ nửa chu kỳ tần số cao hơn từ đầu vào AC. Các bộ điều khiển thường được BẬT TẮT trong nửa chu kỳ khi đầu vào điện áp bằng 0 vì chỉ sử dụng toàn bộ hoặc nửa chu kỳ. Do đó, các mạch chu kỳ tích phân đạt được việc chuyển mạch ở điện áp bằng không mà không yêu cầu mạch cộng hưởng.

Sơ đồ dưới đây cho thấy một bộ điều khiển chu kỳ tích phân đơn giản. Nó chứa một tải và một công tắc nguồn, thực hiện chuyển đổi trực tiếp. Biểu đồ này cho thấy sự chuyển đổi tần số nguồn từ hệ số ba thành một.

Kiểm soát hệ số công suất

Điều khiển hệ số công suất hay còn gọi là điều chỉnh hệ số công suất là quá trình giảm lượng công suất phản kháng. Thiết bị điện tử công suất được sử dụng trong trường hợp này được gọi là bộ điều khiển hệ số công suất (PFC). Từ tam giác công suất (bao gồm công suất phản kháng, công suất thực và công suất biểu kiến), công suất phản kháng có góc vuông (90 °) với công suất thực và được sử dụng để cung cấp năng lượng cho từ trường. Mặc dù công suất phản kháng không có giá trị thực trong thiết bị điện tử, nhưng hóa đơn tiền điện bao gồm chi phí công suất phản kháng thực và công suất phản kháng. Điều này làm cho cần thiết phải có bộ điều khiển hệ số công suất trong các thiết bị điện tử.

Hệ số công suất (k) được định nghĩa là tỷ số giữa công suất thực (tính bằng kW) với công suất phản kháng (tính bằng kVAr). Giá trị của nó nằm trong khoảng từ 0 đến 1. Nếu một thiết bị có hệ số công suất từ ​​0,8 trở lên, thiết bị đó được cho là đang sử dụng điện năng hiệu quả. Việc kết hợp PFC đảm bảo hệ số công suất nằm trong khoảng từ 0,95 đến 0,99. Bộ điều khiển hệ số công suất chủ yếu trong các thiết bị công nghiệp nhằm giảm thiểu công suất phản kháng tạo ra bởi đèn huỳnh quang và động cơ điện.

Để đảm bảo hệ số công suất được cải thiện mà không gây ra méo hài, không nên sử dụng tụ điện thông thường. Thay vào đó, các bộ lọc (kết hợp giữa tụ điện và cuộn kháng) để triệt tiêu sóng hài được sử dụng. Hình dưới đây cho thấy một bộ lọc sóng hài.

Loại bộ lọc sóng hài ở trên được gọi là bộ lọc điều chỉnh đơn. Hệ số chất lượng Q của bộ lọc này được định nghĩa là hệ số chất lượng của điện kháng của nó (X _L ) tại Q (tần số điều chỉnh) trong đó Q được cho bởi (nX _L / R).

Bộ chuyển đổi ma trận được định nghĩa là bộ chuyển đổi với một giai đoạn chuyển đổi. Nó sử dụng công tắc điều khiển hai chiều để tự động chuyển đổi nguồn điện từ AC sang AC. Nó cung cấp một giải pháp thay thế cho bộ chỉnh lưu điện áp PWM (hai mặt).

Bộ chuyển đổi ma trận được đặc trưng bởi dạng sóng hình sin hiển thị tần số chuyển mạch đầu vào và đầu ra. Công tắc hai chiều giúp có đầu vào hệ số công suất điều khiển được. Ngoài ra, việc thiếu các liên kết DC đảm bảo nó có thiết kế nhỏ gọn. Nhược điểm của bộ chuyển đổi ma trận là chúng thiếu các công tắc song phương được điều khiển hoàn toàn và có thể hoạt động ở tần số cao. Tỷ lệ điện áp của nó là đầu ra và điện áp đầu vào bị giới hạn.

Có ba phương pháp điều khiển bộ chuyển đổi ma trận -

• Điều chế vector không gian
• Điều chế độ rộng xung
• Venturi - phân tích chuyển chức năng

Mạch chuyển đổi ma trận

Sơ đồ dưới đây cho thấy một bộ chuyển đổi ma trận một pha.

Nó chứa bốn công tắc hai chiều với mỗi công tắc có khả năng dẫn cả điện áp chặn thuận và điện áp ngược.

Điều chế vectơ không gian (SVM)

SVM đề cập đến một phương pháp thuật toán được sử dụng để điều khiển PWM. Nó tạo ra các dạng sóng AC điều khiển động cơ AC ở nhiều tốc độ khác nhau. Trong trường hợp biến tần ba pha có nguồn điện một chiều, ba chân chính của nó ở đầu ra được kết nối với động cơ 3 pha.

Các công tắc được kiểm soát để đảm bảo rằng không có hai công tắc ở cùng một chân được BẬT cùng một lúc. Các trạng thái BẬT đồng thời có thể dẫn đến ngắn mạch nguồn DC. Điều này dẫn đến tám vectơ chuyển mạch trong đó hai vectơ bằng 0 và sáu là vectơ hoạt động để chuyển đổi.

Bộ chuyển đổi điện áp xoay chiều một pha có các chi tiết sau:

Thời gian BẬT = 6 phút, thời gian TẮT = 4 phút, tần số = 50Hz và

Nguồn điện áp V _o = 110V

Tính toán sau.

Góc kích hoạt α

Solution -

$T=2\times \left ( T_{ON}+T_{OFF} \right )$ nhưng $f=50Hz,$ $T=2\times \left ( 6+4 \right )=20mins$

$360^{\circ}=20min,$ $1min=18^{\circ}$

Vì thế, $T_{OFF}=4min$

Sau đó,

$$\alpha =\frac{4}{0.1}\times 1.8=72^{\circ}$$

Điện áp đầu ra

Solution -

$$V_{0}=\left ( V_{S}\times D \right ),\quad where \quad D=\frac{T_{ON}}{T_{ON}+T_{OFF}}=\frac{6}{10}=0.6$$ $$T_{ON}=6min,\quad T_{OFF}=4 min,\quad V_{S}=110V$$ $$V_{0}\left ( Voltage Output \right )=V_{S}\times D=110\times 0.6=66Volts$$