CHUONG2 đề CƯƠNG điện tử CÔNG SUÂT t8 2021

Trường Đại học SPKT Hưng Yên Điện tử công suất Chương 2 Chỉnh lưu không và có điều khiển 62 Chương 2 MẠCH CHỈNH LƯU KHÔNG VÀ CÓ ĐIỀU KHIỂN 2 1 Giới thiệu chung về mạch chỉnh lưu 2 1 1 Khái niệm.Trong thực tế các mạch chỉnh lưu có nhiều loại và khá đa dạng về hình dáng cũng như tính năng. Tuy nhiên về cơ bản cấu trúc trong bộ biến đổi thường có các bộ phận sau: + Biến áp nguồn nhằm biến đổi điện áp từ cao xuống thấp hoặc ngược lại. + Van công suất chỉnh lưu, các van này có nhiệm vụ biến đổi nguồn điện xoay chiều thành nguồn một chiều. + Mạch lọc nhằm lọc và san phẳng dòng điện hay điện áp nguồn để mạch chỉnh lưu có chất lượng tốt hơn. + Mạch đo lường trong bộ chỉnh lưu thường dùng để đo dòng điện, điện áp, công suất. + Mạch điều khiển là bộ phận rất quan trọng trong các bộ chỉnh lưu có điều khiển, nó quyết định độ chính xác, ổn định và chất lượng bộ chỉnh lưu. + Phụ tải của mạch chỉnh lưu thường là phần ứng động cơ điện một chiều, kích từ máy điện một chiều, xoay chiều, cuộn hút nam châm điện, các tải có sức điện động E, đôi khi tải là các đèn chiếu sáng hay các điện trở tạo nhiệt...vv.

Chương 2

MẠCH CHỈNH LƯU KHÔNG VÀ CÓ ĐIỀU KHIỂN

2.1.1 Khái niệm về chỉnh lưu

Mạch chỉnh lưu là thiết bị dùng để biến đổi nguồn điện xoay chiều thành nguồn điện một chiều nhằm cung cấp cho phụ tải điện một chiều

2.1.2 Phân loại mạch chỉnh lưu

- Tùy theo số pha của nguồn điện xoay chiều phía đầu vào mạch chỉnh lưu

mà có thể chia ra thành mạch chỉnh lưu 1 pha, 3 pha hay m pha:

- Nếu dòng điện xoay chiều chạy giữa dây pha và dây trung tính, thì mạch chỉnh lưu gọi là sơ đồ hình tia Còn nếu dòng điện xoay chiều chạy giữa các dây pha thì mạch chỉnh lưu gọi là sơ đồ hình cầu

* Đặc điểm chung của mạch chỉnh lưu hình tia m pha:

- Số van chỉnh lưu bằng số pha của nguồn xoay chiều

- Các van có số điện cực cùng tên nối chung, điện cực còn lại nối với nguồn xoay chiều Nếu điện cực nối chung là Katốt thì sơ đồ được gọi là Katốt chung, còn nếu điện cực nối chung là Anốt ta có sơ đồ nối Anốt chung

- Hệ thống điện áp nguồn xoay chiều m pha phải có điểm trung tính, trung tính nguồn là điện cực còn lại của điện áp chỉnh lưu

* Đặc điểm chung của mạch chỉnh lưu cầu m pha:

- Số van chỉnh lưu bằng 2 lần số pha của nguồn xoay chiều, trong đó có m van có Katốt nối chung được gọi là nhóm van Katốt chung và trên sơ đồ ta kí hiệu bởi chỉ số lẻ, m van còn lại có anốt nối chung nên gọi là nhóm van anốt chung và trên sơ đồ ta kí hiệu bằng chỉ số chẵn

- Mỗi pha nguồn xoay chiều nối với hai van, một ở nhóm A chung và một ở nhóm

- Kết hợp các phương pháp và đặc điểm phân loại như trên một sơ đồ chỉnh lưuchúng ta tàm thời phân loại theo sơ đồ cấu trúc phía sau:

Hình 2.1: Sơ đồ phân loại mạch chỉnh lưu Dưới đây là một số sơ đồ ddienr hình cụ thể cho việc gọi tên và phân loại các mạch chỉnh lưu

R

id

D

Hình 2.2: Mạch chỉnh lưu hình tia một pha

nửa chu kỳ không điều khiển

B

C

I21

I22

Hình 2.4: Mạch chỉnh lưu hình tia một pha 2

nửa chu kỳ không điều khiển

Hình 2.6: Mạch chỉnh lưu hình tia ba pha

không điều khiển

uc

iA

iC iB

R d

u1

Hình 2.8:Mạch chỉnh lưu hình cầu một pha

không điều khiển

Hình 2.10: Mạch chỉnh lưu hình cầu ba pha

không điều khiển

Q L1

N

L2 L3

N

L2 L3

2.1.3 Cấu trúc chung của mạch chỉnh lưu

Trong thực tế các mạch chỉnh lưu có nhiều loại và khá đa dạng về hình dáng cũng như tính năng Tuy nhiên về cơ bản cấu trúc trong bộ biến đổi thường có các

bộ phận sau:

+ Biến áp nguồn nhằm biến đổi điện áp từ cao xuống thấp hoặc ngược lại

+ Van công suất chỉnh lưu, các van này có nhiệm vụ biến đổi nguồn điện xoay chiều thành nguồn một chiều

+ Mạch lọc nhằm lọc và san phẳng dòng điện hay điện áp nguồn để mạch chỉnh lưu

có chất lượng tốt hơn

+ Mạch đo lường trong bộ chỉnh lưu thường dùng để đo dòng điện, điện áp, công suất

+ Mạch điều khiển là bộ phận rất quan trọng trong các bộ chỉnh lưu có điều khiển,

nó quyết định độ chính xác, ổn định và chất lượng bộ chỉnh lưu

+ Phụ tải của mạch chỉnh lưu thường là phần ứng động cơ điện một chiều, kích từ máy điện một chiều, xoay chiều, cuộn hút nam châm điện, các tải có sức điện động

E, đôi khi tải là các đèn chiếu sáng hay các điện trở tạo nhiệt vv Dưới đây minh họa sơ đồ cấu trúc của một bộ chỉnh lưu:

(1)

T¶i mét chiÒu

M¹ch

®o l-êng

M¹ch

®iÒu khiÓn

U d ,

I d

U AC

Hình 2.14: Cấu trúc chung mạch chỉnh lưu

2.1.4 Các thông số đặc trưng của mạch chỉnh lưu

- Các đặc tính của một sơ đồ chỉnh lưu được thông qua một nhóm các thống

số cơ bản Các thông số cơ bản này cần thiết cho quá trình thiết kế một mạch chỉnh lưu, cũng như được dùng để đánh giá chất lượng của một mạch chỉnh lưu và sự ảnh hưởng của nó tới lưới điện Thông thường một sơ đồ chỉnh lưu được xem xét với các thông số cơ bản sau:

0 0

)(2

1)(

1

d u dt

t u T

T d d

+ Dòng điện trung bình từ mạch chỉnh lưu cấp cho tải (Id)



2

0)(2

1

d i

+ Công suất một chiều tải tiêu thụ (Pd)

d d

2 Thông số van bán dẫn

+ Giá trị trung bình dòng điện chảy qua van: IVtb hoặc IVAV

+ Giá trị hiệu dụng dòng điện chảy qua van: IVhd hoặc IVRMS

+ Điện áp ngược cực đại mà van phải chịu khi làm việc: UVngmax

+ Điện áp thuận cực đại mà van phải chịu khi làm việc: UVthmax

3.Thông số nguồn

+ Giá trị hiệu dụng dòng điện chảy qua cuộn sơ cấp và thứ cấp máy biến áp: I1vàI2 + Công suất biểu kiến sơ cấp và thứ cấp máy biến áp S1 = U1.I1; S2 = U2.I2

4 Nhóm thông số đánh giá chất lượng mạch điện

+ Số lần đập mạch (mX) : là nhóm các thông số đánh giá chất lượng điện áp chỉnh lưu, nếu số lần đập mạch càng lớn thì chất lượng mạch chỉnh lưu càng tốt

+ Độ gợn sóng W% là tỷ số giữa điện áp trung bình một chiều và điện áp xoay chiều bậc một sau chỉnh lưu

+ Các thông số xác định sự ảnh hưởng của mạch chỉnh lưu tới lưới điện: Sự ảnh hưởng đó được đánh giá qua hệ số cos, trong đó  là góc giữa thành phần sóng hài bậc nhất của dòng điện và điện áp ở đầu vào chỉnh lưu Một thông số quan trọng khác nữa cũng ảnh hưởng đến lưới điện như là độ méo phi tuyến của dòng đầu vào

mạch chỉnh lưu Khi đánh giá được độ méo phi tuyến cho phép xác định được dùng các bộ lọc đầu vào mạch chỉnh lưu, hay phải dùng sơ đồ chỉnh lưu nhiều pha để giảm thiểu ảnh hưởng của chỉnh lưu đến lưới điện

2.2.1 Mạch chỉnh lưu hình tia một pha nửa chu kỳ không điều khiển

* Xét trường hợp tải thuần trở

Tải thuần trở là một dạng tải cơ bản giúp chúng ta dễ dàng nghiên cứu, tìm hiểu được nguyên lý của mạch các mạch chỉnh lưu, từ đó có cơ sở để nghiên cứu tìm hiểu sâu hơn với các loại tải và các chế độ làm việc khác nhau trong mạch chỉnh lưu Tải điện trở trong thực tế có thể là các thanh nhiệt điện trở, bóng đèn sợi đốt hay các điện trở thuần túy

a> Sơ đồ nguên lý

Sơ đồ mạch chỉnh lưu một pha một nửa chu kỳ thường sử dụng một trong hai sơ đồ thông dụng có thể trực tiếp nối với nguồn hình 2.15-a hoặc thông qua máy biến áp hình 2.15-b

u2

Hình 2.15: Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lưu hình tia một phat nửa chu kỳ KĐK

b> Nguyên lý làm việc và dạng sóng dòng diện, điện áp trong mạch

- Giả sử mạch đang làm việc ở chế độ xác lập, van công suất làm việc ở chế độ lý tưởng và điện áp cấp vào mạch chỉnh lưu là điện áp hình “Sin” có biểu thức:

t(v) U2.sin

1 chu kỳ đầu 0 t , khi đó u2  0, van D được phân cực

thuận nên van D dẫn điện.Ta có: uD = 0, u2 u d,

R

u i

i D  d  2

Hình 2.16: Dạng sóng dòng điện, điện áp mạch chỉnh lưu hình tia một pha một nửa

chu kỳ KĐK với tải thuần trở

c> Các biểu thức trong mạch chỉnh lưu hình tia một pha nửa chu kỳ không điều khiển với tải thuần trở

- Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu :

2 2

2 0

2

.2sin

22

1

U U

U tdt

U tdt U

R R

2.2

  I d

R

U R

U R U

t d

t t

d R

U

t d t R

U t d R

t U

I

2 2

2 1

2

0 sin 2 sin ) 0 ( 2 1

2 2

2 cos 2

1

2

2 cos 1 1 sin

2 2

1

2 2

2

0 0

2

0 2 2

0

2 2

R

U R

U tdt U

R

.2

* Xét trường hợp tải R + E

Tải R + E là dạng tải đặc trưng thường hay gặp trong các thiết bị điện gia dụng cũng như trong công nghiệp Trong đó E là sức điện động trong mạch có thể là acquy, Pin còn điện trở là các điện trở tải, điện trở trong thiết bị hay các điện trở trong mạch như điện trở đo lường

Với tải có sức điện động E thì các diode muốn dẫn được dòng cần phải có giá trị điện áp dương và lớn hơn sức điện động E

a> Sơ đồ nguên lý

B

E

+

q 2

E

U2

2

q 3

q 4wt

Hình 2.17: Sơ đồ nguyên lý và dạng sóng mạch chỉnh lưu 1 pha nửa chu kỳ không

điều khiển tải R+E

b> Nguyên lý làm việc và dạng sóng dòng diện, điện áp trong mạch

Giả sử mạch làm việc ở chế độ xác lập, van công suất làm việc ở chế độ lý tưởng với 0 E 2 U2và điện áp cấp vào mạch chỉnh lưu là điện áp hình sin, có biểu thức u2  2U2sin Khi đó nguyên lý hoạt động của mạch được mô tả như sau:

Trước thời điểm 1 khi đó u2 < E nên diode D bị phân cực ngược không dẫn,

do đó không có dòng điện qua tải và qua van diode iD = id = 0, điện áp trên tải ud =

E, điện áp rơi trên van diode U Du2 E  2U2sinE.

Trong khoảng 1<  < 2 khi đó u2 > E nên diode dẫn cho dòng điện chạy

qua tải

R

E U

i



 2 2sin

, điện áp trên tải ud = u2, điện áp rơi trên van uD = 0

Trong khoảng 2<  < 2 lúc này u2 < E nên diode D bị phân cực ngược

không dẫn, do đó không có dòng điện qua tải và qua van diode: iD = id = 0, điện áp

trên tải ud = E, điện áp rơi trên van U D u2E 2U2sinE

c> Công thức tính các thông số trong mạch chỉnh lưu

- Dòng điện trung bình chảy qua tải:

2

U d

R

E U

.22

2cos12

1

2cos

22

2

2 2

2

2 2

R

E U d

R

E U I

- Điện áp ngược cực đại đặt lên diode D khi khóa:

E U

U Dm  2 2 

* Xét với tải R+L:

Tải R+L là một dạng tải hỗn hợp gồm 2 phần tử ghép nối tiếp với nhau, trong đó R là điện trở tải có thể là điện trở trong cuộn dây hay điện trở hạn chế dòng , còn L là điện cảm của tải nó có thể là điện cảm của cuộn dây trong nam châm điện, rơle, hay cuộn kích từ của máy phát điện Với tải có tính chất điện cảm thì nguyên lý và tính chất của mạch diễn ra phức tạp hơn so với tải thuần trở

Khi nói đến tải điện cảm trong mạch chỉnh lưu chúng ta thường phải giả thiết các giá trị điện cảm thì mới phân tích và mô tả được quá trình hoạt động của mạch chỉnh lưu Thông thường các giá trị điện cảm được giả định với hai trường hợp: thứ nhất là giả thiết tải điện cảm vô cùng lớn khi đó chúng ta coi dòng điện qua tải là liên tục và được san phẳng, lúc này các biểu thức tính toán chung ta được phân tích đơn giản hơn giúp người học khi mới tiếp cận có cái nhìn dễ dàng hơn khi phân tích mạch điện cũng như các đặc tính và các biểu thức Trường hợp thứ 2 là các giá trị điện cảm có một giá trị bất kỳ khi đó chúng ta thấy được bài toán sẽ trở nên phức tạp hơn vì khi đó các diễn biến sảy ra sẽ liên quan đến các giả thiết trong các chế độ làm việc quá độ và các khái niệm về góc tắt dòng hay tính chất liên tục , gián đoạn của mạch điện mà chúng ta phải hiểu về nó mới xây dựng ra các phương trình đặc trưng để tính toán xác định được các giá trị dòng áp trong mạch

Trong khó học này, đây là khó học tiếp cận cơ bản về điện tử công suất nên chúng ta tập chung đến trường hợp xét tải điện cảm có giá trị vô cùng lớn và coi như dòng điện bằng phẳng liên tục, mục đích giúp người học tiếp cận được các bài toán cơ bản từ đó sẽ có định hướng phát triển đến các bài toàn phức tạp hơn

a> Sơ đồ nguyên lý

Về sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lưu hình tia một pha hai nửa chu kỳ có điều khiển cơ bản cũng giống với mạch chỉnh lưu với các loại tải khác, tuy nhiên điểm khác biệt chính là có phần tử điện cảm và thường có thêm một diode hoàn năng lượng ( diode đệm) để duy trì năng lượng và bảo vệ van công suất chính Thông thường sơ đồ được diễn tả dưới hai dạng sau:

u d

i d

q 1 q 2

lDạng sóng dòng điện điện áp trên tải

khi không có diode không

c>

0

u; i

2 t

u d

i d

q 1 q 2

Dạng sóng dòng điện điện áp trên tải

khi có diode không

d>

Hình 2.18: Sơ đồ nguyên lý và dạng sóng mạch chỉnh lưu hình tia một pha

nửa chu kỳ không điều khiển

b> Nguyên lý làm việc và dạng sóng dòng điện, điện áp trong mạch

Giả sử mạch làm việc ở chế độ xác lập, van công suất làm việc ở chế độ lý tưởng với L là một giá trị bất kỳ, điện áp cấp vào mạch chỉnh lưu là điện áp hình sin, có biểu thức u2  2U2sin Khi đó nguyên lý hoạt động của mạch được

mô tả như sau:

Khi diode dẫn dòng trong mạch thì cuộn cảm sinh ra sđđ tự cảm .

dt

di L

e  d mỗi khi có sự biến thiên của dòng điện Theo định luật ôm có thể viết được phương trình mạch điện: u2e  R.i d hoặc R.i 2 U2sin

dt

di

L d  d 

Khi diode D dẫn dòng có dòng điện chạy qua tải id gồm 2 thành phần là dòng điện

cơ bản i và dòng điện tắt dần theo hàm mũ:

+ Dòng điện icb được xác định:

) sin(

t R Pt



Hệ số A được xác định từ sơ kiện đóng mạch có điện cảm id( = 0) = 0 Thay vào

biểu thức id ở trên ta xác định được

) sin(







 ) sin (

- Như vậy khi biết góc , có thể xác định được góc tắt dòng  bằng phép tính gần đúng của phương trình siêu việt trên

Trên hình 2.6.1-4c ta thấy trong khoảng 0 <  < 1 dòng điện id tăng từ từ do cuộn cảm L sinh ra Sđđ e có chiều ngược lại với u2, lúc này cuộn cảm L tích lũy năng lương

Trong khoảng 1 <  < 2 lúc này dòng id suy giảm dần và Sđđ e tác động cùng chiều với u2; do vâycuộn cảm L hoàn lại năng lượng về nguồn Vì vậy mà diode D vẫn tiếp tục dẫn trong khoảng π <  < 2 khi mà điện áp u2 < 0 cho đến khi năng

lượng trong cuộn cảm được giải phóng hoàn toàn Trong thực tế, đối với tải L hoặc

R + L người ta thường dùng một diode hoàn năng lượng D0 đấu song song ngược với tải, mục đích vừa để bảo vệ diode và duy trì dòng điện tải trong nửa chu kỳ âm hình 2.6.1-4d

Khi điện thế tại điểm B vượt tại điểm C khoảng 0,7V thì D0 mở cho dòng tải

id chảy qua D0; id = iD0 Diode D0 ngắn mạch hai đầu tải; ud = 0

Diode D chỉ cho dòng điện chảy qua trong khoảng 0 <  < π Trong khoảng

π <  < 2π dòng tải id do cuộn cảm L cung cấp, nó giải phóng năng lượng được tích lũy vào mạch L-R-D0 Nếu dùng cuộn cảm lớn có thể duy trì dòng id trong toàn chu

kỳ

* Kết luận:

- Dòng điện tải chậm pha so với điện áp u2 một góc 

- Khi không có D0 thì điện áp tải có chứa một đoạn mang giá trị âm

- Khi có D0 thì điện áp tải không có đoạn mang giá trị âm

- Trong một chu kỳ, cuộn cảm L tích lũy được bao nhiêu năng lượng thì nó hoàn lại bấy nhiêu

2.2.2 Mạch chỉnh lưu hình tia một pha hai nửa chu kỳ không điều khiển

Phần trên chúng ta đã nghiên cứu về mạch chỉnh lưu hình tia một pha nửa chu kỳ không điều khiển với các đặc điểm kỹ thuật còn nhiều hạn chế thì mạch chỉnh lưu hai nửa chu kỳ đã phần nào đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật về độ gợn sóng cũng như tính liên tục của dòng điện trong một chu kỳ Để rõ hơn về các tính chất, nguyên lý làm việc của mạch chúng ta đi tìm hiểu cụ thể như sau:

* Xét trường hợp tải thuần trở

a> Sơ đồ nguên lý

D2

u22

Z A

B

C

I 21

I 22o

Hình 2.19: Sơ đồ mạch chỉnh lưu 1 pha 2 nửa chu kỳ không điều khiển với tải R

b> Nguyên lý làm việc và dạng sóng dòng điện, điện áp trong mạch

Giả sử mạch làm việc ở chế độ xác lập, lý tưởng và điện áp đặt vào cuộn sơ cấp máy biến áp là hình sin Khi đó phía thứ cấp MBA suất hiện 2 điện áp u21 và u22bằng nhau về giá trị hiệu dụng nhưng ngược nhau về pha:

t U

u21  2 2sin ; u22   2U2sint

Ở nửa chu kỳ dương của điện áp u21 khi đó giả thiết đinẹ thế VA > VB nên khi

đó diode D1 được phân cực thuận cho dòng điện chạy qua tải nên: iD1 = id, ud = u21,

uD1 = 0 Còn u22 âm, nên D2 bị phân cực ngược, khóa lại: iD2 = 0 , uD2 = u22 – u21

Ở nửa chu kỳ âm của điện áp u21 , khi đóVA > VB nên diode D1 bị phân cực ngược khóa lại Khi đó u22 > 0, nên D2 được phân cực thuận cho dòng điện chạy qua tải do đó: iD2 = id, ud = u22, uD2 = 0 Còn u21 âm, nên D1 bị phân cực ngược, khóa lại do vậy iD1 = 0 , uD1 = u21 – u22

Như vậy cả 2 nửa chu kỳ D1 và D2 luân phiên dẫn dòng, cung cấp điện cho tải trong cả chu kỳ điẹn áp nguồn Từ nguyên lý làm việc ta xây dựng được dạng sóng dòng điện và điện áp trong mạch như hình vẽ:

Hình 2.20: Dạng sóng dòng điện, điện áp trong mạch chỉnh lưu hình tia một pha

nửa chu kỳ không điều khiển với tải thuần trở

c> Công thức tính toán trong mạch

- Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu trên tải:

2 0

2 2

2

0

9,02

2sin

.212

1

U U

t td U

t d u

sin21

U R R

U t td R

2sin

22

AV D AV D

I t td R

U I

I

- Dòng hiệu dụng thứ cấp máy biến áp

d

I R

U t d t R

U I

4.2sin

22

0

2 2

22 21

- Dòng hiệu dụng sơ cấp máy biến áp

Khi van dẫn ta có, dòng điện tức thời qua thứ cấp máy biến áp:

t R

U i

i 2. 2 sin21

Nhận thấy dòng điện qua thứ cấp máy biến áp là dòng điện hình sin, nên suy ra

2

1 m i

i  ; Với m là tỷ số máy biến dòng

Vậy giá trị hiệu dụng của dòng điện sơ cấp máy biến áp được xác định:

m I I

R

U m t d R

U m t d R

t U m

2 2 2

1 2 2

2 cos 1 1 2 sin

2

0 2 0

2 2

* Xét trường hợp tải R + E

Về quá trình phân tích nguyên lý làm việc mạch chỉnh lưu hình tia một pha hai nửa chu kỳ tải R+E cũng tương tự mạch chỉnh lưu hình tia một pha nửa chu kỳ, nó chỉ khác nhau cơ bản là sự hoạt động của diode trong cả hai nửa chu kỳ của lưới điện

a> Sơ đồ nguên lý

D 2

u22Z A

B

I21

I 22

E + - o

q 2

q 3

q 4

u 21 u 22

u 21 -u 22

u 21 -E

q 5

q 6

Hình 2.21: Sơ đồ nguyên lý và dạng sóng dòng điện, điện áp trong mạch chỉnh lưu

1 pha 2 nửa chu kỳ không điều khiển với tải R+E

b>Nguyên lý làm việc và dạng sóng dòng điện, điện áp trong mạch

Giả sử mạch làm việc ở chế độ xác lập, van công suất làm việc ở chế độ lý

tưởng với 0 E 2 U2và điện áp cấp vào mạch chỉnh lưu là điện áp hình sin, có

biểu thứcu21  2U2sint; u22   2U2sint và thay ký tự t =  Khi đó nguyên

lý hoạt động của mạch được mô tả như sau:

- Trong khoảng 0  1, khi đó không có van nào dẫn nên id = iD2 = iD1= 0, ud = E,

uD1 = u21 –E, uD2 = u22 –E,

- Trong khoảng 1  2, khi đó D1 dẫn còn D2 khóa nên

R

E U

- Trong khoảng 3  4, khi đó D2 dẫn còn D1 khóa nên

R

E U

Các chu kỳ tiếp theo lặp lại tương tự

c> Các biểu thức tính toán trong mạch

- Giá trị trung bình dòng điện qua tải:

R

E U

1

2

sin.22

I t d R

E t U

I I

- Trị hiệu dụng dòng điện chảy qua nửa cuộn thứ cấp máy biến áp

Dòng điện hiệu dụng qua nửa cuộn thứ cấp máy biến áp khi chuyển gốc tọa

độ 1 góc /2 đến O,

có dạng:



cos

2 2

21

R

E U

2 2

2 cos 1 2

1

2 cos

.

2 2

2

2 2

2

2 2

R

E U d

R

E U I

I

- Điện áp trung bình trên tải

E R I

U d  d 

- Điện áp ngược lớn nhất đặt trên mỗi van diode

2 max 2 2.U

U ng 

2.2.3 Mạch chỉnh lưu hình tia ba pha không điều khiển

* Xét trường hợp tải thuần trở R:

a> Sơ đồ nguên lý

i D1

U D1

Hình 2.25: Sơ đồ nguyên lý mạch ckỉnh lưu hình tia ba pha không điều khiển

b Nguyên lý làm việc và dạng sóng dòng điện, điện áp trong mạch

- Giả sử mạch đang làm việc ở chế độ xác lập, các van công suất làm việc chế

độ lý tưởng và điện áp phía thứ cấp là điện áp hình sin lần lượt là

ua = 2U2sint(v), ub= 2U2sin(t-2/3)(v), uc= 2U2sin(t-4/3)(v)

, thì D1 phân cực thuận, nên dẫn điện Còn D2

và D3 bị phân cực ngược, bị khóa , khi đó có dòng điện qua tải iD1 = id ; iD2 = iD3 = 0,

, thì D2 phân cực thuận, nên dẫn điện Còn

D1 và D3 bị phân cực ngược, nên bị khóa lại Khi đó có dòng điện chạy qua tải

, thì D3 phân cực thuận, nên dẫn điện Còn

D1 và D2 bị phân cực ngược, nên bị khóa lại Khi đó có dòng điện chảy qua tải

iD3 = itải ; iD1 = iD2 = 0, uD3 = 0; u D1 = uac < 0; uD2 = ubc < 0 ; utải = uc > 0

- Các chu kỳ sau nguyên lý hoạt động tương tự

U

6 5

6

2.sin 1,17

22

i D2

i D3

uab uac

d i

Hình 2.26: Dạng sóng dòng, áp trong

mạch chỉnh lưu tia ba pha tải R

- Dòng hiệu dụng chảy qua cuộn dây thứ cấp máy biến áp

d

R

U d

i

2

1 2

1

2 6

5

6

2 6

Hình 2.23: Sơ đồ nguyên lý mạch ckỉnh lưu hình tia ba pha không điều khiển

b Nguyên lý làm việc và dạng sóng dòng điện, điện áp trong mạch

- Giả sử mạch đang làm việc ở chế độ xác lập, van công suất làm việc chế độ

lý tưởng, điện cảm có L>> R giả thiết dòng điện tải được điện cảm duy trì bằng

phẳng và liên tục và điện áp phía thứ cấp là điện áp hình sin lần lượt là

ua = 2U2sint(v), ub= 2U2sin(t-2/3)(v), uc= 2U2sin(t-4/3)(v)

, thì D1 phân cực thuận, nên dẫn điện Còn D2

và D3 bị phân cực ngược, nên bị khóa lại, khi đó có dòng điện qua tải iD1 = id ; iD2 =

, thì D2 phân cực thuận, nên dẫn điện Còn

D1 và D3 bị phân cực ngược, nên bị khóa lại Khi đó có dòng điện chạy qua tải

, thì D3 phân cực thuận, nên dẫn điện Còn

D1 và D2 bị phân cực ngược, nên bị khóa lại Khi đó có dòng điện chảy qua tải

C O

iD1

U

6 5

6

2.sin 1,17

22

5

6

2 6

i D2

i D3

uab uac

d u

d i

Hình 2.24: Dạng sóng dòng, áp trong

mạch chỉnh lưu tia ba pha tải R+L

- Khi D1 khóa, có điện áp ngược đặt trên D1:

) 6 sin(

L>>R thì quá trình diễn biến về nguyên lý làm việc gần như không thay đổi và dạng

sóng cũng vậy, chỉ có duy nhất dạng sóng dòng diện qua tải thay đổi được san

phẳng không giống điện áp và dạng sóng dòng điện qua các van cũng bị thay đổi

theo

* Xét trường hợp tải R + E:

Mạch chỉnh lưu hình tia ba pha không điều khiển khi làm việc với tải R+E

chúng ta cần lưu ý kiểm tra điều kiện xem

2

.

2U2

2

.

2U2

E vì khi giá trị E

nằm ở các dải khác nhau thì nguyên lý làm việc và các diễn biến trong mạch cũng

bị thay đổi theo Để cụ thể các trường hợp trong tài liệu này chúng ta xét nguyên lý

và các biểu thức cụ thể cho từng trường hợp như sau:

a> Sơ đồ nguên lý

- +

A B C O

Hình 2.27: Sơ đồ nguyên lý mạch ckỉnh lưu

hình tia ba pha không điều khiển

i D2

i D3

uab uac

d i E

Hình 2.25: Đồ thị điện áp tải mạch chỉnh lưu hình tia ba pha với tải R +E

khi

2

.

2U2

E

2U2

E , khi đó dòng điện tải liên tục

Trong trường hợp này do

2

.

2U2

E nên quá trìnhlàm việc của các diode trong mạch không bị ảnh hưởng bởi sức điện động E,do vậy nguyên lý hoạt động giống với trường hợp tải điện trở Từ phân tích trên ta nhận thấy do nguyên lý không thay đổi so với tải điện trở do vậy dạng sóng dòng điện và điện áp cũng không đổi, còn các biểu thức chỉ thay đổi duy nhất biểu thức tính dòng trung bình qua tải vì bị ảnh hưởng thành phần sức điện động E

- Điện áp trung bình trên tải

2 6

5

6

2.sin 1,17

22

3

U d

U d

R

E U

6 5

6

2.sin 1,17

22

c b

R

E U

d i I

I I

2

1 2

1

2 6

5

6

2 6

Như vậy điện áp ngược lớn nhất đặt lên D1 khi khóa là:

uD1= 6U2

 Xét trường hợp

2

.

2U2

E lúc này nguyên lý hoạt động của mạch thay dổi

hoàn toàn so với trường hợp tải điện trở Về cơ bản nó tuân thủ theo nguyên tắc điện áp pha nào dương và lớn hơn E thì diode ở pha đó dẫn, còn các diode các pha còn lại bị khóa Trên cơ sở phân tích như vậy chúng ta mô tả được quá trình hoạt động của mạch và vẽ được dạng sóng dòng điện và điện

áp trong mạch như sau:

.

2U2

E

Trong trường hợp này các van diode trong mạch dẫn được thỏa mãn điều kiện phân cực thuận khi điện áp pha dương và lớn hơn E Nguyên lý hoạt động của mạch

có thể mô tả vắn tắt như sau:

- Khoảng 0 < < 1 khi đó van D3 dẫn, còn D1 và D2 khóa nên có dòng điện qua tải i d = i D3 , i D1 = i D2 = 0, u d = u c , u D3 = 0, u D1 = u ac , u D2 = u bc

- Khoảng 1 < < 2 không có van nào dẫn nên dòng điện qua tải

Các chu kỳ tiếp theo tương tự

Từ nguyên lý làm việc của mạch chỉnh lưu hình tia ba pha không điều khiển ta có thể viết được các biểu thức tính toán trong mạch cho trường hợp tải R+E với

trường hợp

2

22

R

E U

- Điện áp trung bình trên tải

E R I

U d  d 

- Trị trung bình dòng điện qua mỗi diode

3

sin 22

E U

- Trị hiệu dụng của dòng chảy qua thứ cấp máy biến áp

d d

c b

R

E U

d i I

I I

2

12

2

2 3

* Xét trường hợp tải R+L+E (L >>R)

Tải R-L-E chúng ta nhắc đến ở đây thường là phần ứng của động cơ điện một chiều với 3 thành phần với R là điện trở phần ứng, L là điện cảm phần ứng còn

E chính là sức điện động của phần ứng, nó phụ thuộc chủ yếu vào tóc độ và cấu tạo của động cơ

a> Sơ đồ nguên lý

u

D1 D2

AB

CO

Hình 2.31: Sơ đồ nguyên lý mạch ckỉnh lưu hình tia ba pha không điều khiển với

trường hợp tải R+L+E

b> Nguyên lý làm việc và dạng sóng dòng điện, điện áp

Về nguyên lý làm việc của mạch và dạng sóng trong mạch tải R+L+E với L

có giá trị rất lớn cũng giống với nguyên lý làm việc của mạch tải R+L như đã

trình bày ở phần trên Tuy nhiên có một số biểu thức tính toán sẽ thay đổi do sự ảnh hưởng của sức điện động E

E U

6 5

6

2.sin 1,17

22

E U

5

6

2 6

d a

I I m

Như vậy dòng hiệu dụng qua sơ cấp máy biến áp được tính:

d d

d d

I

m d

I d

I d

I m

I

3

2 3

3

2 3

2

6 5

2

5

2 2

6

0

2 2

2.2.4 Mạch chỉnh lưu hình cầu một pha không điều khiển

* Xét với tải thuần trở

R d

u1

B A

hình cầu một pha không điều khiển

b Nguyên lý làm việc và dạng sóng dòng điện, điện áp trong mạch

Giả sử mạch đang làm việc ở chế độ xác lập, xét điều kiện van công suất làm việc chế độ lý tưởng và điện áp phía thứ cấp u2 = 2U2sint(v)

- Trong nửa chu kỳ đầu 0 < t < , điện áp u2 dương, khi đó cặp van D1 và D2 được phân cực thuận, nên dẫn điện Còn cặp van D4 và D3 bị phân cực ngược nên bị khóa lại khi đó:

uD1 = uD2 = 0; uD4 = uD3 = - u2 0; ud = u2 0; iD1 = iD2= id; iD4 = iD3 = 0

- Trong nửa chu kỳ sau 0 < t < 2, điện áp - u2 dương, khi đó cặp van D1 và

D2 bị phân cực ngược, nên bị khóa lại Còn cặp van D4 và D3 phân cực thuận nên dẫn điện cho dòng điện qua tải, khi đó:

uD4 = uD3 = 0; uD1= uD2 = u2 0; ud = - u2 0; iD4 = iD3 = id ; iD1 = iD2 = 0

Các chu kỳ sau nguyên lý hoạt động tương tự

c> Các công thức tính toán trong mạch

-Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu :

2 2

0

2sin 2. 2. 0,92

1

U

U tdt

U tdt U

R R

2.2

d R

t U

2 1

R d

+ - A

Hình 2.37: Dạng sóng mạch ckỉnh lưu hình cầu một pha không điều khiển tải R

R

E U

i i

i dm  2 2 

Dòng điện chảy qua tải tồn tại đến khi u2 < E, lúc đó D1 và D 2 khóa lại

Trong khoảng π <  < 2π, khi đó u2 < 0, điện thế tại điểm B dương hơn A khi nào

V > E thì D và D mở cho dòng điện chảy qua, ta có:

E U

i i

c> Các công thức tính toán trong mạch

-Trị điện áp ngược cực đại đặt lên diode D khi khóa là:

E U

R

E U

2 2

R

E U

2 2

2 cos 1 1 2 cos

.

2

2

2 2

2

2 2

R

E U d

R

E U I

I

- Điện áp trung bình trên tải:

E R I

U d  d 

* Xét với tải R+L với L = 

Rd

u1

B

L d A

u D1 ; u D2

t 0

i 2

i d

Hình 2.39: Dạng sóng mạch ckỉnh lưu hình cầu một pha không điều khiển

tải R +L

b Nguyên lý làm việc và dạng sóng dòng điện, điện áp trong mạch

Giả sử mạch đang làm việc ở chế độ xác lập, xét điều kiện van công suất làm việc chế độ lý tưởng và điện áp phía thứ cấp u2 = 2U2sint(v)

- Trong nửa chu kỳ đầu 0 < t < , điện áp u2 dương, khi đó cặp van D1 và D2 được phân cực thuận, nên dẫn điện Còn cặp van D4 và D3 bị phân cực ngược nên bị khóa lại khi đó:

uD1 = uD2 = 0; uD4 = uD3 = - u2 0; ud = u2 0; iD1 = iD2= id; iD4 = iD3 = 0

- Trong nửa chu kỳ sau 0 < t < 2, điện áp - u2 dương, khi đó cặp van D1 và

D2 bị phân cực ngược, nên bị khóa lại Còn cặp van D4 và D3 phân cực thuận nên dẫn điện cho dòng điện qua tải, khi đó:

uD4 = uD3 = 0; uD1= uD2 = u2 0; ud = - u2 0; iD4 = iD3 = id ; iD1 = iD2 = 0

Các chu kỳ sau nguyên lý hoạt động tương tự

c> Các công thức tính toán trong mạch

-Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu :

2 2

0

2sin 2. 2. 0,92

1

U

U tdt

U tdt U

R R

2.2

1

- Dòng hiệu dụng qua mỗi van diode

 

2 2

0

d d

DRMS

I t d I

Hình 2.40: Sơ đồ nguyên lý mạch ckỉnh lưu hình cầu ba pha không điều khiển tải R

uD6 = uD5 = 0; utải = ucb > 0 ; uD1= uac <0; uD3= ubc< 0; uD4 = uba< 0; uD2 = ubc < 0

uD1= uD6 0; utải = uab > 0; uD3= uba < 0; uD5 uca < 0; uD4= uba < 0; uD2 ubc < 0

iD1 = iD6= itải ; iD2 = iD3 = iD4 = iD5= 0

- Các chu kỳ sau nguyên lý hoạt động tương tự

d> Biểu thức tính toán

- Điện áp trung bình trên tải

2 6

3

6

6 sin(

6 2

6

U t

d t U

6.26

6

3

6 2

d DAV

I t d t U

6 3

*Xét với tải R+L+E

a> Sơ đồ nguyên lý:

A B C

Hình 2.40: Sơ đồ nguyên lý mạch ckỉnh lưu hình cầu ba pha không điều khiển tải

uD1= uD6 0; utải = uab > 0; uD3= uba < 0; uD5 uca < 0; uD4= uba < 0; uD2 ubc < 0

iD1 = iD6= itải ; iD2 = iD3 = iD4 = iD5= 0

- Các chu kỳ sau nguyên lý hoạt động tương tự