Giáo trình Điện tử công suất (Nghề Điện công nghiệp Cao đẳng)

L ỜI GIỚI THIỆU Giáo trình này được thiết kế theo mô đun thuộc hệ thống mô đun của chương trình đào tạo nghề Điện công nghiệp ở cấp trình độ Cao đẳng, và được dùng làm giáo trình cho họ

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN

T RƯỜNG CAO ĐẲNG CƠ ĐIỆN XÂY DỰNG VIỆT XÔ

KHOA: ĐIỆN- ĐTĐH

GIÁO TRÌNH

MÔ ĐUN: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

NGHỀ: ĐIỆN CÔNG NGHIỆP

TUYÊN B Ố BẢN QUYỀN:

Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được

phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo

Mọi mục đích khác mang tính lêch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh

doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm

L ỜI GIỚI THIỆU

Giáo trình này được thiết kế theo mô đun thuộc hệ thống mô đun của chương

trình đào tạo nghề Điện công nghiệp ở cấp trình độ Cao đẳng, và được dùng làm

giáo trình cho học viên trong các khóa đào tạo

Mô đun này được thiết kế gồm 06 bài:

Bài mở đầu : Các khái niệm cơ bản

Bài 1: Mạch biến đổi AC/DC

Bài 2: Mạch biến đổi điện áp xoay chiều

Bài 3: Bộ biến đổi điện áp một chiều

Bài 4: Mạch biến đổi DC/AC

Bài 5: Mạch biến tần

Mặc dù đã hết sức cố gắng, song sai sót là khó tránh Tác giả rất mong nhận được

các ý kiến phê bình, nhận xét của bạn đọc để giáo trình được hoàn thiện hơn

Ninh Bình, ngày tháng năm 2019

Tham gia biên soạn

1 Phạm Việt Anh : Chủ biên

2 ………

3 ……… ………

M ỤC LỤC

Bài mở đầu : Các khái niệm cơ bản

1 Khái niệm về điện tử công suất

4 công suất trung bình

5 Trị hiệu dụng của một đại lượng

9

10

Bài 1: Mạch biến đổi AC/DC

1 Khái quát chung

2 Mạch chỉnh lưu không điều khiển

3 Mạch chỉnh lưu có điều khiển

11

11

11

30

Bài 2: Mạch biến đổi điện áp xoay chiều

1 Khái quát chung

2.Mạch biến đổi điện áp xoay chiều một pha

3.Mạch biến đổi điện áp xoay chiều ba pha

56

56

56

58

Bài 3: Mạch biến đổi điện áp một chiều

1 Khái quát chung

Bài 4: Mạch biến đổi DC/AC

1.Khái quát chung

MÔ ĐUN: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

Mã mô đun: MĐ21

Vị trí, tính chất, Ý nghĩa và vai trò của mô đun

- Vị trí: Mô đun Điện tử công suất học sau các môn học, mô đun kỹ thuật cơ sở, đặc

biệt là các môn học, mô đun: Mạch điện; Điện tử cơ bản; Truyền động điện

- Tính chất: Là mô đun chuyên môn nghề

- Ý nghĩa và vai trò của mô đun:

Điện tử công suất đóng một vai trò rất quan trọng trong ngành Điện,Điện tử, đáp ứng những yêu cầu phức tạp của qui luật biến đổi năng lượng, kích thước nhỏ gọn,

khả năng đóng cắt cao, tổn hao công suất giảm

Mô đun này trang bị cho học viên những kiến thức và kỹ năng cơ bản của Điện

tử công suất

Mục tiêu của mô đun:

- Mô tả được đặc trưng và những ứng dụng chủ yếu của các linh kiện Diode, Mosfet, DIAC, TRIAC, IGBT, SCR, GTO

- Giải thích được dạng sóng vào, ra ở bộ biến đổi AC-AC

- Giải thích được nguyên lý làm việc và tính toán những bộ biến đổi DC-DC

- Vận dụng được các kiến thức về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của mạch

tạo xung và biến đổi dạng xung

- Vận dụng được các loại mạch điện tử công suất trong thiết bị điện công nghiệp

- Chủ động, nghiêm t c trong học tập và công việc

Nội dung của mô đun:

TT Tên các bài trong mô đun

Thời gian Tổng

số thuyết Lý hành, thí Thực

nghiệm, bài tập, thảo luận

Kiểm tra*

2 Bài 1: M ạch biến đổi AC/DC

1 Khái quát chung

2 Mạch chỉnh lưu không điều khiển

5 Bài 4: M ạch biến đổi DC/AC

1 Khái quát chung

2.2 Mạch nghịch lưu 1 pha dòng điện

BÀI 1 BÀI MỞ ĐẦU: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN

Mã bài: MĐ 21.MĐ Giới thiệu

Hiểu và nắm được các khái niệm của một lượng là rất cần thiết, từ đó có thể tư duy tính toán các đại lượng để áp dụng cho từng mạch cụ thể

Vì vậy bài này cung cấp cho học viên các khái niệm cơ bản của các đại lượng

Mục tiêu:

- Trình bày được các khái niệm cơ bản trong điện tử công suất

- Tính toán được các đại lượng trong điện tử công suất

- Rèn luyện tính cẩn thận, tỉ mỉ, tư duy sáng tạo và khoa học

1 Khái niệm về điện tử công suất

Điện tử công suất là một chuyên ngành của kỹ thuật điện tử nghiên cứu và ứng dụng các phần tử bán dẫn công suất trong sơ đồ các bộ biến đổi nhằm biến đổi và khống chế nguồn năng lượng điện với các thông số có thể thay đổi được, cung cấp cho các phụ tải điện

Như vậy : Điện tử công suất là công nghệ dùng để biến đổi điện năng từ

dạng này sang dạng khác, trong đó các phần tử bán dẫn công suất sẽ đóng vai trò trung tâm Bộ biến đổi điện tử công suất chính là bộ biến đổi tĩnh (static converter) để phân biệt với các máy điện truyền thống, thường biến đổi điện dựa trên nguyên tắc biến đổi dòng điện từ trường Khác với các phần tử có tiếp điểm, các van bán dẫn đóng cắt không gây ra tia lửa điện, không bị mài mòn theo thời gian Tuy có thể đóng cắt với dòng điện lớn nhưng lại được điều khiển bằng các tin hiệu điện công suất nhỏ Quy luật nối nguồn vào tải phụ thuộc các bộ biến đổi và phụ thuộc vào cách thức điều khiển các van trong bộ biến đổi Bằng cách như vậy quá trình biến đổi năng lượng được thực hiện với hiệu suất cao vì tổn thất trong bộ biến đổi chỉ là tổn thất trên các van, không đáng kể so với công suất điện cần biến đổi

Điện tử công suất được ứng dụng rộng rãi trong hầu hết các ngành công nghiệp hiện đại

2 Ứng dụng của ĐTCS:

Trong những năm gần đây công nghệ sản xuất, chế tạo điện tử công suất

đã có những tiến bộ vượt bậc và ngày càng trở nên hoàn thiện để tạo ra các bộ biến đổi ngày càng nhỏ gọn, với nhiều tính năng và sử dụng ngày càng dễ dàng hơn

Điện tử công suất được ứng dụng rộng rãi trong hầu hết các ngành công nghiệp hiện đại Có thể kể đến ở đây là các ngành kỹ thuật như truyền động điện, nấu luyện thép, gia nhiệt cảm ứng, điện phân nhôm từ quặng mỏ, giao thông đường sắt, các quá trình điện phân trong công nghiệp hóa chất, ứng dụng trong rất nhiều các thiết bị công nghiệp và thiết bị dân dụng khácnhau…

3 Trị trung bình của một đại lƣợng

3.1.Trị trung bình của điện áp

Trị trung bình của điện áp là tổng giá trị điện áp đo được chia cho tổng thời Gian làm việc

dt t u dt

t u T U

T

Với: t0– là thời điểm đầu của chu kỳ lấy tích phân

3.2 Trị trung bình của dòng điện

Trị trung bình của dòng điện là tổng giá trị dòng điện đo được chia cho tổng

thời gian làm việc

dt t i dt

t i T I

T

4 Công suất trung bình

Công suất trung bình là tổng công suất đo được chia cho tổng thời gian làm

việc

Công suất tức thời:

P(t) = u(t).i(t) (1.3) Công suất trung bình:

      



T T

T dt t p T

P

0 0

1

Nếu dòng tải không đổi theo thời gian:

Nếu điện áp trên tải không đổi theo thời gian:

PAV = U.IAV (e)

5 Trị hiệu dụng của một đại lƣợng

5.1.Tr ị hiệu dụng của dòng điện

Trị số hiệu dụng của dòng điện là dòng một chiều I sao cho khi chạy qua cùng một điện trở thì sẽ tạo ra cùng công suất

Trị số hiệu dụng dòng điện được tính:

√ (f)

5.2.Tr ị hiệu dụng của điện áp

Tương tự trị số hiệu dụng của điện áp cũng được tính:

- Khi cần truyền tải một công suất P nhất định trên đường dây thì dòng điện

- chạy trên đường dây là:

I = P/ U cosφ (h)

Nếu cosφ cao thì dòng điện I sẽ giảm, dẫn đến giảm tổn hao điện năng, giảm điện áp rơi trên đường dây và có thể chọn dây dẫn tiết diện nhỏ hơn

BÀI 1: MẠCH BIẾN ĐỔI AC/DC

Mã bài : MĐ 21.01

Gi ới thiệu:

Các bộ biến đổi điện năng xoay chiều thành một chiều cung cấp cho các tải

một chiều như: động cơ điện một chiều, kích từ cho máy phát đồng bộ Bài học này sẽ trình bày nguyên lý hoạt động, dạng sóng, điện áp, dòng điện của các bộ

- Thiết kế được biến áp cung cấp mạch chỉnh lưu

- Rèn luyện tính cẩn thận, tỉ mỉ, tư duy sáng tạo và khoa học, đảm bảo an toàn, tiết kiệm

1 Khái quát chung

1.1 khái ni ệm

- Chỉnh lưu là biến đổi năng lượng điện xoay chiều thành năng lượng điện 1 chiều

Hình 1.1 Sơ đồ khối mạch chỉnh lưu

- Các bộ chỉnh lưu thường dùng là các phần tử bán dẫn công suất (điôt, tiristor…) Tùy theo thiết bị chỉnh lưu mà người ta phân thành:

* Chỉnh lưu không điều khiển (dùng điôt)

* Chỉnh lưu có điều khiển (dùng tiristor)

2.1 Mạch chỉnh lưu 1 pha

Phân loại linh kiện điện tử công suất

- Các linh kiện bán dẫn công suất có hai chức năng cơ bản là ĐÓNG và NGẮT dòng điện đi qua nó

- Trạng thái linh kiện dẫn điện (ĐÓNG): linh kiện giống như một điện trở

- Nếu linh kiện không có cổng điều khiển và quá trình chuyển trạng thái làm việc xảy ra dưới tác dụng của nguồn công suất ở ngõ ra, ta gọi linh kiện thuộc loại không

điều khiển được

- Đối với các linh kiện điều khiển được, nếu tín hiệu điều khiển chỉ là cho

nó dẫn dòng điện mà không thể tác động ngắt dòng điện qua nó, ta gọi linh kiện không có khả năng kích ngắt (SCR, TRIAC) Ngược lại, nếu linh kiện có thể chuyển trạng thái làm việc từ đóng sang ngắt hay từ ngắt sang đóng thông qua tín hiệu kích thích tác động lên cổng điều khiển gọi là linh kiện có khả năng kích ngắt (BJT, MOSFET, IGBT,

GTO…)

Ta có thể phân ra thành ba nhóm linh kiện như sau :

- Nhóm các linh kiện không điều khiển như Diode, DIAC

- Nhóm các linh kiện điều khiển kích đóng được như SCR, TRIAC

- Nhóm các linh kiện điều khiển kích ngắt được như BJT, MOSFET, IGBT, GTO

Diode Công Suất

* Nguyên lý cấu tạo và làm việc

Hình H1.2 Cấu trúc Diode (a) và ký hiệu (b)

Diode được cấu tạo bằng mối nối P-N, lớp N thừa điện tử, lớp P thiếu điện tử đồng thời chứa các phần tử mang điện dạng l trống tạo ra hàng rào điện thế vào 0.6v với bán dẫn Silic 0.2V với Ge

- Khi cấp VAK > 0, diode cho dòng ifđi qua, diode được phân cực thuận

- Nếu diode ngắt, ta có dòng ir rất bé

- Diện tích, tiết diện phiến bán dẫn qui định khả năng chịu dòng

- Điện trở nguyên liệu ban đầu và bề dày của phiến bán dẫn quyết định khả năng chịu áp

- Dòng: từ vài A đến vài kA

- Áp: từ vài chục V đến vài kV

- Thời gian phục hồi tính nghịch trr: để diode phục hồi khả năng khóa sau khi

dẫn thuận chấm dứt có hai loại: nhanh và chậm tương ứng với tần số cao và

lý tưởng.

Giải thích các ký hiệu :

- U f : điện áp thuận của diode

* Trạng thái đóng ngắt

Khi điện áp đặt vào anode và cathode lớn hơn điện áp khóa của diode thì diode

sẽ dẫn điện, ngược lại thì diode sẽ khóa (không dẫn điện).

* Các đại lƣợng định mức của diode

- Điện áp định mức: là điện áp ngược lớn nhất (URM) có thể lặp lại tuần hoàn trên

diode

- Dòng điện định mức: là dòng điện thuận lớn nhất (IFM) chạy qua diode

mà không làm cho diode bị hỏng

Để tăng khả năng chịu áp tải ta ghép nối tiếp các diode, để tăng khả năng chịu dòng tải ta ghép song song các diode

Hình dạng của một số diode trên thực tế nhƣ trên hình H1.5.

Hình H1.5 Một số diode trên thực tế.

2.1.1 Các mạch chỉnh lưu

2.1.1.1 M ạch chỉnh một pha nửa chu kỳ dùng điốt

a Trường hợp tải thuần trở

Sơ đồ và dạng điện áp của chỉnh lưu một pha một nửa điện áp chu kỳ tải thuần

trở cho trên (hình 1.6) Sơ đồ gồm có máy biến áp với điện áp với điện áp thứ cấp

:

u = u2  2 U2 sin t  2 U2 sin  (1.1)

θ : Góc pha của dòng điện xoay chiều

Trong khoảng 0  : điện áp ra u2 giá trị dương, điôt được phân cực thuận

dẫn để cho dòng điện chạy qua Nếu xem sụt áp trên điôt uD=0 ta có:



Sin U



Sin R

Điôt phải chịu điện áp ngược cực đại Umax  2 U2

Điện áp trung bình của điện áp chỉnh lưu:

2 2

0

2 2. 0 , 45

2 2

1

U

U d

Sin U

U d       





(1.4)

Dòng điện trung bình qua tải:

R

U r







(1.5)

Hình 1.6 Chỉnh lưu một pha một nửa chu kỳ tải thuần trở: Sơ đồ mạch(a),

dạng dòng điện và điện áp trên tải(b)

Dòng điện hiệu dụng trung bình của thứ cấp biến áp trên tải:

R

U d

r

Sin U I

2

2 2

b Trường hợp tải R – L

Sơ đồ chỉnh lưu một pha một nửa điện áp chu kỳ tải R- L cho trên (hình 1.7)

Cuộn cảm sinh ra sức điện động tự cảm m i khi có từ trường biến thiên của dòng

điện,

dt

dI L

E   Theo định luật Ohm, có thể viết phương trình của mạch điện:

Io r E

Có thể chứng minh: trong một chu kỳ, năng lượng cuộn L tích luỹ được khi I

tăng vừa bằng năng lượng nó hoàn lại khi I giảm, sử dụng phương trình:

dt R.I 2.Vo.sin t u2

di

(1.9) Năng lượng tích luỹ = Năng lượng hoàn lại = L2.I2m (Im: dòng điện cực đại)

c Lắp ráp và khảo sát hoạt động mạch

- Thiết bị và dụng cụ chuẩn bị(Mô đun thực hành điện tử công suất)

+ Mudun chứa Điốt công suất

* Nối sơ đồ mạch theo (hình 1.6a)

+ Cấp nguồn cho mạch Quan sát hiện tượng đèn Dùng máy hiện sóng

quan sát dạng tín hiệu tại Ud(Id) và trên tải bóng đèn Vẽ dạng sóng Ud(Id) và

R

Hình1.7 Chỉnh lưu một pha một nửa chu kỳ tải R - L

* Nối sơ đồ mạch theo (hình 1.6b)

+ Cấp nguồn cho mạch Quan sát hiện tượng đèn Dùng máy hiện sóng quan sát dạng tín hiệu tại Ud(Id) và trên tải bóng đèn Vẽ dạng sóng Ud(Id) và trên bóng đèn.Nhận xét

+ Đo điện áp ra trên đèn và điện áp tại Ud(Id)

- Kết luận hoạt động của mạch

Báo cáo thí nghi ệm Sinh viên cần hoàn thành các yêu cầu sau:

+Trình bày quá trình thí nghiệm theo trình tự hướng dẫn

+ Ghi các kết quả thí nghiệm vào báo cáo

+ Giải thích các kết quả thu được

+ Nhận xét, đánh giá và so sánh các kết quả

2.1.1.2 M ạch chỉnh lưu điôt một pha hai nửa chu kỳ hình tia

a Trường hợp tải trở thuần

Sơ đồ chỉnh lưu cho điôt một pha hai nửa chu kỳ hình tia tải thuần trở trên

(hình 1.6)

Hình 1.8 Chỉnh lưu điôt một pha hai nửa chu kỳ hình tia tải thuần trở

a, sơ đồ mạch b, giản đồ điện áp

Mạch gồm một máy biến áp dây quấn có điểm giữa, u21, u22 bằng nhau nhưng ngược pha nhau

U21 = √ (1.10)

U22 = -√ (1.11) Trong khoảng , U21 dương, U22 âm, D1 dẫn cho dòng điện chạy qua, D2 ngưng dẫn do bị phân cực ngược

(1.12)

(1.14) Trong khoảng , v1 âm, v2dương D2 dẫn, D1 ngưng dẫn do bị phân

cực ngược

(1.15) Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu:

số trong tính toán khoảng 15  20% so với thực tế nhưng các kết quả tính toán là

vẫn chấp nhận được

Điện áp chỉnh lưu vẫn có dạng giống như trường hợp tải thuần trở, do đó Ud

vẫn được tính như sau:

Ud= 2 2U2  0 , 9U2

Id = Iđiốt (1.20) Dòng điện của cuộn sơ cấp và thứ cấp có dạng xung chữ nhật đối xứng



Sin R

u

u D2  22 21   2 2 2

2

2

Sin U d

u

U D

2

.

2 2

U r r

U I

d Sin r U Id

U S

2 2 2

2 2

2 2 22

S U I K ba U I P d

2 2 1 2 1

1 1

* Nối sơ đồ mạch theo (hình 1.8a)

+ Cấp nguồn cho mạch Quan sát hiện tượng đèn Dùng máy hiện sóng quan sát dạng tín hiệu tại Ud(Id) và trên tải bóng đèn Vẽ dạng sóng Ud(Id) và trên bóng đèn.Nhận xét

+ Đo điện áp ra trên đèn và điện áp tại Ud(Id)

- Hoàn thành kết quả vào bảng

- Kết luận hoạt động của mạch

* Báo cáo thí nghiệm Sinh viên cần hoàn thành các yêu cầu sau:

- Trình bày quá trình thí nghiệm theo trình tự hướng dẫn

- Ghi các kết quả thí nghiệm vào báo cáo

- Giải thích các kết quả thu được

- Nhận xét, đánh giá và so sánh các kết quả

2.1.1.3 M ạch chỉnh lưu điôt một pha hai nửa chu kỳ hình cầu

a Trường hợp tải thuần trở

Sơ đồ chỉnh lưu một pha hai nửa chu kỳ hình cầu tải thuần trở cho trên (hình 1.9)

R

E U

i i

i d    2 2 sin  

3 1

R

E U

i

i d     2 2  

4 2

U d

R

E U

D3

D2 D1

(1.33) ( trong đó Id là dòng điện chạy qua tải) với ( E =0 )

- Giá trị hiệu dụng của dòng thứ cấp biến áp:

với ( E =0 ) (1.35)

- Điện áp ngược lớn nhất m i điôt phải chịu: (1.36)

b.Trường hợp tải R – L

Sơ đồ chỉnh lưu một pha hai nửa chu kỳ hình cầu tải R – E - L được vẽ tương

tự như hình 2.4 ở đây ta mắc thêm L mắc nối tiếp với tải R

Hoạt động của mạch như sau:

- Khi tải là R+E, dòng id là dòng gián đoạn Điện áp Ud = E+ R.id, đặt trên phần ứng động cơ, là điện áp gợn sóng nhấp nhô làm ảnh hưởng đến sự làm việc của động cơ điện một chiều

- Để cho động cơ điện làm việc được ổn định tốt, trong công nghiệp với dòng tiêu thụ lớn người ta thường dùng một cuộn cảm mắc nối tiếp với mạch tải

Bằng cách đặt vấn đề như trên, có thể viết phương trình mạch tải như sau:

(1.39) Khi làm cân bằng các dòng hằng với nhau và các thành phần xoay chiều, ta được:

sin 2 2

E U

I D

T R

E U d

i

2

1 2

e 

a d

a d d

Ri I R i R

i I i









dt

di L i R I R E u

U d  a   d  a  a

- Giá trị trung bình của của dòng chảy trong điôt

+ Đo điện áp ra trên đèn và điện áp tại Ud(Id)

- Kết luận hoạt động của mạch

* Báo cáo thí nghiệm

Sinh viên cần hoàn thành các yêu cầu sau:

- Trình bày quá trình thí nghiệm theo trình tự hướng dẫn

- Ghi các kết quả thí nghiệm vào báo cáo

- Giải thích các kết quả thu được

2.1.1.1.Mạch chỉnh lưu điôt ba pha hình tia

a Trường hợp tải thuần trở

Sơ đồ chỉnh lưu điôt ba pha hình tia mắc K chung tải thuần trở trên (hình

Điện áp các pha thứ cấp biến áp:

Vậy tại một thời điểm chỉ có một điốt dẫn, với quy tắc trên ta có đồ thị dòng

và áp của các phần tử trên sơ đồ như (hình1.10)

A

B C

a

b c

D1 D2 D3

Zt

) 3 / 4 sin(

2

3 / 2 sin 2

sin 2

2 2

2 2

2 2

U u

U u

c b a

Hình 1.10 Chỉnh lưu điôt ba pha hình tia mắc K chung tải R

0 0

sẽ vào dẫn dòng điốt đẫn dòng trước đó sẽ khoá lại

Xét các khoảng dẫn của điốt:

2

cos 2

1

2 2

2

n U

n U

n d U

n

n m

n

n

m d

2 2 2 1,17 2

2

6 3 2

3 3 3 sin

3

U U

U U

 (1.50) (Idm- giá trị biên độ ở nguồn, Idm= I2m cuộn thứ cấp

Dòng trung bình qua điốt:

3

d D

- 1 biến áp 3 pha có điểm trung tính

- Dây có chốt cắm hai đầu

+ Đo điện áp ra trên đèn và điện áp tại Ud(Id)

dt

di L i R E

I d d

D

I d I I

- Kết luận hoạt động của mạch

*Báo cáo thí nghiệm

Sinh viên cần hoàn thành các yêu cầu sau:

- Trình bày quá trình thí nghiệm theo trình tự hướng dẫn

- Ghi các kết quả thí nghiệm vào báo cáo

- Giải thích các kết quả thu được

- Nhận xét, đánh giá và so sánh các kết quả

2.1.1.2.M ạch chỉnh lưu điôt ba pha hình cầu

a.Tải thuần trở R

Sơ đồ chỉnh lưu điôt ba pha hình cầu tải thuần trở trên (hình 1.11)

D2, D4, D6: mắc atốt chung Điện áp pha thứ cấp biến áp:

Dựa trên quy tắc dẫn dòng các van như mạch hình tia 3 pha Đánh đấu các điểm chuyển mạch tự nhiên, đó là các điểm mà các đường điện áp pha Ua, Ub, Uc

cắt nhau: 1 2 3 4

Trong khoảng: 1 3, Ua dương nhất, D1 có khả năng dẫn

3 5 D3 dẫn

5 7 D5 dẫn Nhóm anốt chung:

Trong khoảng 2 4 Uc âm nhất nên D2 dẫn

4 6 D4 dẫn 6 8 D6 dẫn

Vậy điện áp chỉnh lưu có dạng đập mạch 6 lần trong một chu kỳ, m i lần lặp lại

một phần của điện áp dây

Tính toán các thông s ố

Giá trị điện áp chỉnh lưu trung bình:

.

3 6 sin

(1.58) (U2, lm giá trị biên độ điện áp dây)

2

3 / 2 sin 2

sin 2

2 2

2 2

2 2

U u

U u

c

b

a

d1 U

ng.max

b Trường hợp tải là R+E:

Để có dòng tải id là dòng liên tục, phải thoả mãn điều kiện ud > E

Sơ đồ chỉnh lưu điôt ba pha hình cầu tải R+E trên (hình 1.11) khi mắc thêm

nguồn E nối tiếp với R

Nguyên lí hoạt động của mạch như sau: các dòng điện chạy ra trên các pha lệch nhau một góc 1200nên dòng điện chạy ra điôt nắn điện cũng theo thứ tự này, khi điện áp ngõ ra tăng cao làm cho các điôt phân cực thuận dẫn điện, các điôt bị phân cực ngược sẽ không dẫn Thời gian dẫn của các điôt sẽ lệch nhau

1200 theo sự lệch pha của dòng điện trên mạch

ba chu kỳ ( ) 1/3 chu kỳ với điôt trên và 1/3 chu kỳ với điôt dưới

+ Trị tức thời của điện áp ud bằng hiệu của trị tức thời điện áp của hai pha đang cấp dòng cho tải

+ ud gồm 6 chỏm hình sin tạo nên

+ Điện áp ngược lớn nhất m i pha phải chịu:

+ Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu:

R

E u

i d d





3 /

2  3

/

4 

2

2 2 , 45

Hình 1.12 D ạng dòng/áp trên các phần tử

(1.66)

+ Dòng chảy trong điốt bằng dòng tải:

ID=id (1.67)

+ Dòng chảy trong m i cuộn dây thứ cấp biến áp là dòng điện xoay chiều:

Giá trị trung bình của dòng tải:

Giá trị trung bình của dòng chảy trong m i điôt:

(1.69)

c Trường hợp tải là R+E + L:

Khi dùng một điện cảm mắc nối tiếp vào mạch tải thì dòng điện tải coi như được nắn thẳng id=Id.

Các đại lượng đặc trưng với điều kiện ud>E

Giá trị hiệu dụng của dòng thứ cấp biến áp:

Nh ận xét:

So với sơ đồ một pha hình tia thì điện áp trên van trong sơ đồ cầu chỉ bằng

một nửa nếu cùng phải cho ra một điện áp chỉnh lưu Ud

Ở sơ đồ cầu dòng tải phải chạy qua 2 van nối tiếp nhau vì vậy tổn thất về điện áp và công suất trên các van sẽ lớn hơn so với sơ đồ có điểm giữa

Mạch chỉnh lưu hình tia phù hợp với yêu cầu chỉnh lưu là điện áp thấp và dòng lớn còn chỉnh lưu hình cầu phù hợp với yêu cầu chỉnh lưu điện áp cao và dòng nhỏ (Công suất tải như nhau)

6 /

2

6 2

6

U

U d

6 3 2

4 1 2

i i i

i i i

i i i

c b a

6 2

E U

2

3

cos 6

I d R

E U

I

3

;

; 6 3

2

d D d

d d

I I R

E U I U



d d

( 2

+ Đo điện áp ra trên đèn và điện áp tại Ud(Id)

*Báo cáo thí nghiệm

Sinh viên cần hoàn thành các yêu cầu sau:

- Trình bày quá trình thí nghiệm theo trình tự hướng dẫn

- Ghi các kết quả thí nghiệm vào báo cáo

- Giải thích các kết quả thu được

+ Giai đoạn làm dòng thuận bị triệt tiêu

+ Giai đoạn khôi phục khả năng khóa của SCR

+ Nhánh khóa (2): ứng với trạng thái khóa (IG = 0)

* Khả năng mang tải

Khả năng chịu áp của SCR đạt đến hàng chục KV, thông thường ở mức 5 7KV Dòng điện trung bình khoảng 5000A độ sụt áp khi dẫn điện nằm trong khoảng 1,5 3V phần lớn các SCR được làm mát bằng không khí

Các SCR đặc biệt:

SCR cao áp: có điện áp lặp lại lớn nhất khoảng vài ngàn volt

SCR nhanh: đóng ngắt nhanh, khả năng chịu áp và dòng thấp hơn

Photothyristor: có thể đóng bình thường bằng xung kích vào cổng G hoặc bằng tia sáng lên vị trí nhất định của vỏ SCR

*Mạch kích SCR

Trong các bộ biến đổi công suất dùng SCR, SCR và mạch tạo xung kích vào cổng điều khiển của nó cần cách điện với nhau Một số mạch kích SCR như trên hình

Hình 1.16 M ạch tạo xung kích SCR

32

áp ở phía thứ cấp Xung áp tác dụng lên cổng G của SCR làm cho nó dẫn điện Khi khóa

diode D m

Trong khoảng 0   : UAB > 0

SCR có xu hướng phân cực thuận và có xu hướng mở

- Từ 0   chưa có xung điều khiển nên SCR khoá Kết quả Ud = 0, Id= 0

- Từ    có xung điều khiển, SCR dẫn & Ud có dạng của AB, Id có dạng lập lại

của Ud

Trong khoảng   2 : UAB < 0

SCR có bị phân cực ngược & khoá nên Ud = 0, Id= 0

Gi ản đồ điện áp cho trên hình 1.20

Hình 1.19 Ch ỉnh lưu một pha nửa chu kỳ

có điều khiển tải R

Khi dòng điện Id chạy qua tải trên cuộn cảm xuất hiện suất điện động tự cảm e

có chiều chống lại sự biến thiên của dòng Id có độ lớn:

dt

dI L

e



Khi Ud giảm thì trên cuộn cảm xuất hiện suất điện động tự cảm có chiều chống

lại sự giảm đi của dòng Id do đó qua thời điểm  mặc dù điện áp ở trên đã đổi dấu nhưng dòng điện Id vẫn duy trì một thời gian nữa hoặc nói cách khác SCR vẫn liên

tục dẫn và khoảng thời gian này trên tải xuất hiện công suất

Sơ đồ và Giản đồ dòng điện, điện áp trên hình 1.21

Hình 1.20 Gi ản đồ điện áp, dòng điện trên tải

Hình1.21 Gi ản đồ điện áp, dòng điện trên tải

) 2

) cos 1 ( 2 ( cos

2 sin

2 2

1 )

( 2

1

2

2 2

2

0 2

+ Đo điện áp ra trên đèn và điện áp tại Ud(Id)

- Thay tải trở bằng tải cảm

- Cấp nguồn cho mạch Thay đổi góc điều khiển Quan sát hiện tượng đèn Dùng máy hiện sóng quan sát dạng tín hiệu tại u2 và trên tải bóng đèn Vẽ dạng sóng u2 và trên bóng đèn.Nhận xét

- Đo điện áp ra trên tải và điện áp tại u2 cho từng trường hợp góc điều khiển Điền vào bảng sau

- Kết luận hoạt động của mạch

* Báo cáo thí nghiệm

-Trình bày quá trình thí nghiệm theo trình tự hướng dẫn

- Ghi các kết quả thí nghiệm vào báo cáo

- Giải thích các kết quả thu được

- Nhận xét, đánh giá và so sánh các kết quả

3.1.2.M ạch chỉnh lưu một pha hai nửa chu kỳ có điều kiển hình tia

Sơ đồ mạch cho trên (hình 1.21)

Trong khoảng 0  : UAO > 0 và UBO < 0  T1 có khả năng dẫn, T2 khoá

- Khi 0   chưa có xung điều khiển nên T1, T2đều khoá Kết quả Ud = 0

- Khi    có xung điều khiển cho G1 của T1 nên T1 dẫn, điện áp trên tải có

dạng của điện áp UAO, dòng điện id có dạng lặp lại của điện áp Ud

Từ    +  không có T nào dẫn nên Id, Ud = 0 (do bắt đầu từ 0  Unguồn đổi

dấu UAO <0, UBO >0 nên T1 khoá, T2chưa có tín hiệu điều khiển nên T2chư dẫn)

Từ  +   2 có xung điều khiển, T2 dẫn T1 khoá điện áp trên tải có dạng điện áp UBO và dòng điện có dạng lặp lại điện áp

cos 1 (

2 ) cos 1 ( )

cos (

1 sin

2 2

d

U U

U d

U U

(1.72) Điện áp chỉnh lưu phụ thuộc vào góc điều khiển  Cụ thể thay đổi góc  từ 0

  thì Ud thay đổi d0 0

Dạng dòng điện, điện áp của tải cho trên (hình 1.22)

T1vẫn tiếp tục dẫn dòng và do T1 dẫn xuất hiện khoảng điện áp âm

Từ  +  T2 dẫn, T1 khoá và quá trình diễn ra tương tự

cos ( sin

d

U U

U d U

- Mudun chứa SCR công suất

Hình (1.23) Gi ản đồ điện áp trên tải

- Nối sơ đồ mạch theo (hình1.23)

- Cấp điện áp điều khiển cho cực G

- Cấp nguồn cho mạch Thay đổi góc điều khiển Quan sát hiện tượng đèn

- Dùng máy hiện sóng quan sát dạng tín hiệu tại u2 và trên tải bóng đèn Vẽ

- Thay tải trở bằng tải cảm

- Cấp nguồn cho mạch Thay đổi góc điều khiển Quan sát hiện tượng đèn

- Dùng máy hiện sóng quan sát dạng tín hiệu tại u2 và trên tải bóng đèn Vẽ

- Kết luận hoạt động của mạch

* Báo cáo thí nghiệm

Sinh viên cần hoàn thành các yêu cầu sau:

- Trình bày quá trình thí nghiệm theo trình tự hướng dẫn

- Ghi các kết quả thí nghiệm vào báo cáo

- Giải thích các kết quả thu được

- Dòng điện qua cuộn cảm của MBA có dạng đối xứng

- Điện áp đặt trên m i SCR (điện áp ngược) chỉ có giá trị U2 hoặc một nửa U2

chứ không gấp đôi như U2ở sơ đồ hình tia

Ở đây cần ch ý: Các xung điều khiển các van theo cặp phải đồng thời