Chương 2: Chỉnh lưu có điều khiển doc

Xác định trị trung bình điện áp trên tải... 2.1.3.Hiện tượng trùng dẫn Hiện tượng trùng dẫn chỉ xuất hiện trong các sơ đồ mà số cuộn dây thứ cấp máy biến áp nguồn bằng hoặc lớn hơn 2...

Chương 2: CHỈNH LƯU CÓ ĐIỀU KHIỂN

2.1.Chỉnh lưu nguồn một pha

2.1.1 Mạch chỉnh lưu bán kỳ

2.1.1.1.Tải RL

u d + e L = Ri d

Góc α là góc mở.

λ là góc tắt dòng

θ = ωtt

ud

u2

T

L

R

u1

+

-dt

di L Ri

ud  d 



θ sin U 2

u2  2

Um

0

-Um

iG

α

ud

λ

θ

id

uT

θ

Do tình cảm kháng nên đường cong dòng điện i d kéo dài ra ngoài

π ,khi mà ukhi mà u 2 đã chuyển sang nửa chu kỳ âm

Nếu chuyển góc tọa độ từ O sang O’ ,khi mà u ứng với thời điểm cấp xung điều khiển mở SCR ,khi mà u ta có phương trình:

Chia hai vế cho L,khi mà u đặt ta có:

Dùng phép biến đổi Laplace,khi mà u qua vài phép biến đổi ,khi mà uta nhận đươc:

Trong đó:

θ = ωtt

θ α sin

U 2

θ α

sin U 2 Ri

dt

di

L

R

a 

θ α

sin L

U 2 ai

dt

d



















θ 2

Z

U 2 i

2 L

2 X R

R

X φ

tg 

u21

T1

u1

+

-u22

T2

+

2.1.2.Mạch chỉnh lưu hai nửa chu kỳ

2.1.2.1.Tải RL

α :góc mở dòng

λ = π + α : góc tắt dòng

θ = ωtt

Nếu ωtL >>R nên id là dòng liên tục.

Dòng i d có cùng một giá trị I o khi θ = α và θ = π + α

Xác định trị trung bình điện áp trên tải.

Khi T 1 dẫn cho dòng chảy qua tải ,khi mà u ta có phương trình:

Lấy tích phân hai vế từ α = π + α và chia cho π ,khi mà u ta có :

U d = Ri d

Trong đó

Trị trung bình dòng qua tải:

θ sin U 2 u

u21  22  2

L d

d Ri e

θ d

di X Ri θ sin U

d







o

I

I d

α π

α d

α π

α

π

X θ d i π

R θ d θ sin U 2 π 1

α cos π

U 2 2

d 

R

U

d 

Um

0

-Um

u21 u22

iG

α

ud

0

α

λ

0 ’

2π θ

id

Trong đó

Điện áp ngược trên SCR

Khi T 1 dẫn

u 21 + u T2 – u 22 = 0

u T2 = u 22 - u 21

Khi T 2 dẫn

u 22 + u T1 – u 21 = 0

u T1 = u 21 - u 22

Điện áp ngược cực đại trên mỗi SCR:

R

L ω arctg

φ 

2 max 2 U2

U T 

2.1.2.2.Tải RLE

Khi T 1 dẫn ta có phương trình :

Dòng i d có thể là dòng gián đoạn ,khi mà u cũng có thể là dòng liên tục điều đó tùy thuộc vào giá trị của E,khi mà u φ

và α.

Xác định trị trung bình điện áp trên tải.

Lấy tích phân hai vế từ α → λ và chia cho π ,khi mà u ta có :

Nếu i d là dòng gián đoạn i d(α)α) =i d(α)λ) = 0

Nếu i d là dòng liên tục i d(α)α) =i d(α)π+α) = I o

Vậy với cả hai trường hợp (α)dòng gián đoạn và dòng liên tục) thì ta có phương trình như sau:

θ d

di X E Ri θ sin U 2







λ

α d λ

α

λ

α d λ

α

π

X θ d π

E θ d i π

R θ d θ sin U 2 π 1



λ

α

0

0 d

π

X di π X



λ

α

I

I d d

0

0

0 di π

X di π X





λ

α

λ

α d λ

α

π

E θ d i π

R θ d θ sin π

U 2

λ α

π

E RI

Trong đó:

Trường hợp id là dòng liên tục,khi mà u λ = π + α,khi mà u ta có:

Ranh giới của dòng liên tục và gián đoạn,khi mà u ta có phương trình:

Nghiệm tổng quát của phương trình:

Nếu i d là dòng liên tục ta có thể viết lại:

cosα cosλ

π

U 2

R π

E λ cos α cos R

π

U 2

R

E U I

α cos π

U 2 2 U

d d

2 d







u2

Um

0

-Um

u21 u22

iG

α

ud

0 α

λ

θ

id

ud

0 α

λ

θ

id

E

θ d

di X E Ri θ sin U

d

 

θ

1

2

d sin θ φ cosφ sinθ A.e R

U 2

































tg

tg

e A R

U I

e A R

U I



























sin

cos sin

2

sin

cos sin

2

1

2 0

1 2

0

2.1.3.Hiện tượng trùng dẫn

Hiện tượng trùng dẫn chỉ xuất hiện trong các sơ đồ mà số cuộn dây thứ cấp máy biến áp nguồn

bằng hoặc lớn hơn 2.

Giả thiết L = ∞ với giả thiết này dòng id xem như được nắn thẳng: i d = I d

Lc ≠ 0 điện cảm chuyển mạch nó cản trở đột biến của dòng điện.

Khi θ = θ 2 = π + α ta có xung kích cho T 2 SCR T 2 dẫn vì lúc này e 22 > 0 Kết quả là T 1 & T 2 cùng

dẫn Hai nguồn e 21 và e 22 được nối lại theo mạch e 21 – Lc – T 1 – T 2 – Lc – e 22

id

u21

T1

u22

T2

e21

e22

T2

T1

LC

LC

ic

ud

2π θ

e2

2

e2

1

θ3

α

i1

0

Id

i2

θ 0

Id

Dòng i 2 tăng lên ,khi mà ucòn dòng i 1 giảm xuống vì i 1 + i 2 = I d = const.

Khi θ = θ 3  i 1 = 0  T 1 tắt

i 2 = I d  T 2 dẫn mạnh.

Vậy dòng tải I d đã chuyển mạch từ T 1 sang T 2 Quá trình này gọi là

Quá trình chuyển mạch hay gọi là Hiện tượng trùng dẫn.

Góc μ = θ 3 +θ 2 : gọi là góc trùng dẫn

Điện áp ngắn mạch uc :

Gọi u c : Điện áp ngắn mạch.

i c : Dòng ngắn mạch

Ta có phương trình:

Nếu chuyển góc tọa độ từ O sang vị trí O’ ,khi mà u ta có :



Vậy

dt

di L 2 e e

c 21

22

c   

sin U 2 e

α θ sin U 2 e

2 2

21

2 22

















 

θ d

di X 2 dt

di L 2 α θ sin U 2 2 u

e e u

c c

c c 2

c

21 22 c













 

θ d

di X α θ sin U

c

Dòng ngắn mạch i c :

Khi θ = μ ( Gốc tọa độ tại θ 2 ) thì i1 = 0 và i 2 = I d

Từ phương trình trên ta có phương trình chuyển mạch:

Hình dạng của điện áp chỉnh lưu ud trong đọan trùng dẫn

Mà i 1 + i 2 = I d = const

Do đó

Trong đọan trùng dẫn ud = 0 Vậy do hiện tượng trùng dẫn nên trị trung bình của điện áp trên tải Ud’ sẽ nhỏ hơn trường hợp lý tưởng Ud một lượng là Uμ

Ud’ = Ud + Uμ Xác định Uμ

Thay vào phương trình chuyển mạch (α)*) ,khi mà u ta có:

 

 θ

2

X

U 2

c c

X

U i

μ α

cos α cos U

2

I X

2

d c







d

1 c 21

d c 21

u θ d

di X e

u e e









d

c c

θ d

di X

2

e e

d







 2U2 cos cos

U





U XcId

2.1.4.Mạch chỉnh lưu cầu 2.1.4.1 Tải R

Khi θ = θ 1 ; i G1,khi mà u3 > 0

T 1 dẫn & T 3 dẫn

u d = u 2

Khi u 2 ≤ 0  T 1 & T 3 tắt

u T = -u 2

Khi θ = π + α ; i G2,khi mà u4 > 0

u 2 = u T2 + u d + u T4

T 2 & T 4 dẫn  u T2,khi mà u4 = 0

 u d = u 2

Dòng qua tải i d là dòng gián đọan.

- Trị trung bình điện áp trên tải Ud

- Trị trung bình của dòng qua tải

- Trị trung bình của dòng qua mỗi SCR

- Điện áp ngược cực đại trên mỗi SCR

R

d

u1

T1 T2

T33

T43

u2

Um

-Um

θ

iG1,3 0 α

iG2,4

α

ud

α

θ

θ

θ

1 cosα

π

U 2

R

U

d 

2

I

T 

2 max

U 

θ

θ

θ

Id

id

Id

iT1,3

iT2,4

α

π+α R

d

u1

T1 T2

T3

3

T4

3

L

2.1.4.3.Tải RL

Dòng tải i d là dòng liên tục ,khi mà u i d = I d

Phương trình mạch tải:

u 2 + e L = Ri d

Lấy tích phân từ α → π + α và chia cho π.

Tại θ = α và θ = π + α thì i d = I d ,khi mà u ta có:

=> U d = RI d

Trong đó

Trị hiệu dụng của dòng thứ cấp máy biến

áp:

=> I 2 = I d

θ d

di X Ri θ sin

U

d







d

I

I d

α π

α d

α

π

α

π

X θ d i π

R θ d θ sin U

2

π

1

α cos π

U 2 2

d 













α π

α

2 d

α π

α

2 d

π

1 θ d i π 1 I

ud

2π θ

e2

2

e2

1

θ3

α

id

0

Id

R

ic2

T3

3

T4

3

e2

LC

ic1

L

2.1.4.4.Trùng dẫn

Giả sử T 1 và T 3 đang dẫn dòng chảy qua là i T1,khi mà u3 = I d Khi θ = θ 3 xuất hiện xung kích cho T 2 và T 4 Vì có điện

cảm chuyển mạch L c trong mạch ,khi mà u nên dòng i T1,khi mà u3 không thể giảm đột ngột từ I d →0 ngay và dòng i T2,khi mà u4 cũng không thể tăng đột ngột từ 0 → I d ngay mà phải có một khoảng thời gian biến thiên.

Lúc này cả 4 SCR trong mạch cùng dẫn ,khi mà udo đó phụ tải xem như bị ngắn mạch => u d = 0 ,khi mà u nguồn e 2 cũng bị ngắn mạch sinh ra dòng ngắn mạch i c

Ta có phương trình : e 2 + e c = 0

Dòng ngắn mạch i c :

Xác định ∆Uµ : Khi Lc ≠ 0 trị trung bình của điện áp trên tải:

Ud’ = Ud - ∆Uµ

với

θ d

di X θ sin U

c

 

 θ

2

X

U 2 i

 2 2 cos cos

c c

X

U i

π

I X 2 U

μ 

π

I X 2 U

d

'

d  



2 cos

2 U2

2.1.4.5.Tải RLE

Vì tải có điện cảm L nên thực tế i d là dòng liên tục

i d = I d

Giả sử T 1 & T 2 dẫn cho dòng qua tải ta có phương trình:

u d = Ri d + E – e L

Lấy tích phân 2 vế từ α → π + α và chia hết cho π ,khi mà u ta có:

Mà

NênU d = RI d + E

Trong đó

Nếu xét hiện tượng trùng dẫn thì thay U d = U d ’

R

d

u1

T1 T2

T33

T43

L

E

ud

θ

θ

θ

Id

id

Id

iT1,3

iT2,4

α

π+α

θ d

di X E Ri θ sin U

d







α π

α

I

I d

α π

α

α π

α d 2

d

d

di π

X θ d π

E θ d i π

R θ d θ sin U 2 π 1

0 di π

X d d

I

I

d 



α cos π

U 2 2

d 

2.1.5.Mạch chỉnh lưu cầu một pha không đối xứng

Trong mạch sử dụng một nửa SCR và một nửa diod Ưu điểm là

điều khiển đơn giản hơn và giá thành thấp vì diod rẽ hơn SCR.

Khi θ = θ 1 = α có xung kích T 1 dẫn Trong khoảng từ θ 1 → θ 2 T 1

& D 2 dẫn cho dòng qua tải i d = I d ,khi mà u u d = u 2

Khi u 2 chuyển sang bán kỳ âm cuộn dây L sinh ra sức điện

động tự cảm nên D 1 dẫn làm T 1 tắt,khi mà u dòng i d = I d chuyển từ T 1 sang

D 1 Lúc này dòng i d chảy qua tải là do D 1 & D 2 dẫn ,khi mà u u d = 0

Khi θ = θ 3 = π + α có xung kích T 2 dẫn,khi mà u làm D 1 tắt Trong

khoảng từ θ 3 → 2π + θ 1 ,khi mà u T 1 & D 2 dẫn cho dòng qua tải i d = I d ,khi mà u u d =

-u 2 Trong sơ đồ ta thấy thời gian dẫn dòng của diod là π + α,khi mà u

còn thời gian dẫn dòng của SCR là π – α

D1

D2

T2

R

u2

u1

T1

L

0

ud

θ

θ

θ

id

Id

iT1

iD2

π+α

θ

iT2

θ

Id

θ

θ

θ1 θ2 θ3

iD1

i2

2.2 Chỉnh lưu nguồn 3 pha

2.2.1 Mạch chỉnh lưu 3 pha hình tia

Do mạch tải có địện cảm L nên i d thực tế là

dòng liên tục : i d = I d

Góc kích SCR dẫn được tính từ giao điểm

của điện áp hai pha (α)dương) Khỏang cách giữa

hai xung kích là

Trị trung bình điện áp trên tải :





























cos 2

U 6 3 U

d sin U 2 2

3 d u 2

1 U

2 d

6 5

6

2 2

0 d d

3 2

u2a u2b u2c

θ

u2

0



θ

θ

0

0

ud

θ

iT

ud

iT

3 6



















 3

u2b

u2c

R

L

ud

T1 T2 T3

T4 T5 T6

2.2.2 Mạch chỉnh lưu 3 pha hình cầu

Nhóm catod chung: T 1 ,khi mà u T 2 ,khi mà u T 3

Nhóm anod chung: T 4 ,khi mà u T 5 ,khi mà u T 6

Điện áp các pha thứ cấp máy biến áp:

Góc mở α được tính từ giao điểm giửa hai pha:

Nguyên lý hoạt động:

Giả sử T 3 & T 5 đang dẫn u d = u 2c – u 2b

Khi ,khi mà u có xung kích cho T 1 dẫn vì u 2a có gía trị lớn nhất Khi T 1 dẫn sẽ làm T 3 tắt

vì u 2a > u 2c

Lúc này dòng qua tải id do T 1 & T 5 dẫn Điện áp trên tải : u d = u ab = u 2a – u 2b



































3

π 2 θ sin U 2 u

3

π 2 θ sin U 2 u

θ sin U 2 u

2 c

2 b

2 a

6

π 11

; 2

π 3

; 6

π 7

; 6

π 5

; 2

π

; 6

π

θ 

α 6

π θ

θ 1  

u2a u2b u2c

θ

u2

0



θ

θ

0

0

ud

θ

iT

ud

iT

Các xung điều khiển lệch nhau được lần

lượt đưa đến các cực điều khiển của SCR theo

thứ tự : 1,khi mà u 6,khi mà u 2,khi mà u 4,khi mà u 3,khi mà u 5,khi mà u 1,khi mà u

Khi một SCR được kích dẫn nó sẽ khoá ngay

SCR dẫn trước đó.

Do mạch tải có điện cảm L nên i d thực tế là

dòng liên tục :

i d = I d

Góc kích SCR dẫn đñược tính từ giao điểm của điện áp hai pha (α)dương) Khỏang cách

giữa hai xung kích là

Trị trung bình điện áp trên tải :

3 π

3 2

α cos π 2

U 6 3 U

θ d θ sin U 2 π 2

3 θ d u π 2

1 U

2 d

α 6 π

α 6 π

2 π

0 d d









3 6



















 3

u2b

u2c

R

L

ud

T1 T2 T3

D4 D5 D6

u2a u2b u2c

θ

u2

0



θ 0

ud







θ

id

0

θ

iT

0

θ

iD

0

i2

2.2.3 Mạch chỉnh lưu cầu không đối xứng

Trong mạch người ta sử dụng 3 SCR và 3 diod

Giả sử mạch tải có điện cảm lớn nên ta có thể xem như dòng tải được nắn thẳng,khi mà u i d = I d

Trị tức thời của điện áp trên tải :

u d = u d1 + u d2

Trị trung bình của điện áp trên tải :

U d = U d1 – U d2

Trong đó:



























6 5

6

2 2

2

U 6 3 d sin U 2 2

3 U









6 11

6 7

2 2

2

2

U 6 3 d

sin U 2 2

3 U

3 6U 1 cos