CHƯƠNG III : BỘ CHỈNH LƯU – RECTIFIER pptx

Giả thiết: - Nguồn áp lý tưởng : nguồn xoay chiều ba pha cân bằng, đối xứng điện trở trong của nguồn bằng không.. - Các linh kiện bán dẫn lý tưởng: điện áp trên linh kiện khi dẫn bằng 0.

Trang 1

TS LÊ MINHPHƯƠNG [ CHƯƠNG III : BỘ CHỈNH LƯU – RECTIFIER ]

1 Sơ đồ: II BỘ CHỈNH LƯU TIA 3 PHA KHÔNG ĐIỀU KHIỂN

id

iD1 iD2 iD3

- Nguồn xoay chiều 3 pha:

u A = U m sin ωt

Ud

u

B = U

u C = U

m

sin(ωt − 2π )

3

sin(ωt + 2π )

3

L - Linh kiện bán dẫn: 3 diode công suất

D1 ,D2 , D3

- Tải một chiều dạng tổng quát RLE

E

2 Ký hiệu:

- Dòng tức thời qua linh kiện diodes công suất iD1,iD2, iD3

- Điện áp trên linh kiện diodes công suất uD1 , uD2 , uD3

- Điện áp và dòng điện tải ud ,id

- Trị trung bình điện áp, dòng điện tải Ud ,Id

- Trị hiệu dụng áp pha nguồn U

- Trị hiệu dụng dòng điện nguồn I1

- Biên độ điện áp pha nguồn Um

3 Giả thiết:

- Nguồn áp lý tưởng : nguồn xoay chiều ba pha cân bằng, đối xứng điện trở trong của nguồn bằng không

- Các linh kiện bán dẫn lý tưởng: điện áp trên linh kiện khi dẫn bằng 0

- Tải L đủ lớn để dòng tải phẳng và liên tục

- Mạch ở trạng thái xác lập

4 Phân tích: Tại mỗi thời điểm chỉ có một linh kiện diode dẫn điện.

a Xác định khoảng đóng ngắt khoá diodes.

- Để phân tích trình tự đóng ngắt các khoá diode ta dùng phép chứng minh phản chứng

Xét trong khoảng [π/6÷5π/6]:

Giả sử D2 dẫn và D1, D3 ngắt ta có u D 2 = 0 ; u D1 < 0 ; u D 3 < 0

- Xét mạch điện uA, uD1, uD2, uB theo định luật Kirshop

u D1 − u D 2 + u B − u A

= 0

u D 2 = 0 ⇒ u D1 = u A −

u B

- Trên giản đồ trong khoảng [π/6÷5π/6] ta thấy u D1 = u A − u B >

0

tức là D1 dẫn trong khoảng

này, điều này mâu thuẫn với giả thiết Vậy D2 không thể dẫn trong khoảng này

Giả sử D3 dẫn và D1, D2 ngắt ta có u D 3 = 0 ; u D1 < 0 ; u D 2 < 0

- Xét mạch điện uA, uD1, uD3, uC theo định luật Kirshop

u D1 − u D 3 + u C − u A =

0

u D 3 = 0 ⇒ u D1 = u A −

u C

Trang 2

- Như vậy trong khoảng [π/6÷5π/6] chỉ có D1 có thể dẫn :

Giả sử D1 dẫn và D2, D3 ngắt ta có u D1 = 0 ; u D 2 < 0 ; u D 3 < 0

Trang 3

2

- Theo giản đồ ta thấy u D1 = 0 ⇒ u D 2 = u B − u A < 0 : phù hợp với giả thiết

- Theo giản đồ ta thấy u D1 = 0 ⇒ u D 3 = u C − u A < 0 : phù hợp với giả thiết

0

U A -U B U A -U C

Hình 3.3 Giản đồ điện áp, dòng điện chỉnh lưu và linh kiện

- K ết l uận : Linh kiện Diode ở pha nào có điện áp tức thời lớn nhất sẽ dẫn.

[π ÷ 5π

] - Diode D dẫn

[π + 2π

÷ 5π + 2π ] - Diode D dẫn

[π + 4π

6

÷ 5π 6

3 + 4π ]

3 => Diode D3dẫn

b Phương trình trạng thái:

- Khi D1 dẫn

⎧u D1 = 0

⎨

⎧u D 2 = u B − u A <

0

⎧u D 3 = u C − u A < 0

⎨

Trang 4

i d

d

u d = u A ; u d = Ri d + L d + E

- Khi D2 dẫn

⎧u D1 = u A − u

B

⎧u D 2 =

0

⎨

d t

⎧u D 3 = u C − u B

⎩ i

D 2 =

i

d

⎩ i D 3 = 0

d i

- Khi D3 dẫn

u

d = u

B ;

u

d

= Ri d + L + E

d t

⎧u D1 = u A − u C

< 0

⎨

⎧u D 2 =u B −u C < 0

⎨

d i

⎩i D 3 = i

d

5 Hệ quả

u

d = u

C ;

u

d

= Ri d + L + E

d t

Áp chỉnh lưu có dạng ba xung trong một chu kỳ áp nguồn BCL được gọi là bộ chỉnh lưu ba xung Tần số hài cơ bản áp chỉnh lưu bằng 3 lần tần số áp nguồn

Trong đó: p - số xung chỉnh lưu

f

(1) = p

f

= 3.50 = 150Hz

Trị trung bình điện áp chỉnh lưu (điện áp tải)

U d 0 = 2π / 3 ∫ U m sin(ωt )d (ωt )

=

π / 6

U m = U

Trị trung bình dòng điện chỉnh lưu (dònh điện tải)

I d

Áp ngược lớn nhất mà diode phải chịu

= Ud − E R

Dòng trung bình qua diode

U

rwm

=

6U = 3U m

- Khi thiết kế ta phải chọn linh kiện sao cho :

I D1= Id

3

Trong đó: Ku = 2,5- 3,5 :

Trang 5

Hệ số an toàn áp

Ki ≥ 1 : hệ số an toàn về dòng Trị hiệu dụng dòng điện nguồn ≥ Ki ID1

Công suất tiêu thụ trên tải

Id

I1 = 3

Hệ số công suất nguồn bộ chỉnh lưu

P

d = U

d I

d

λ = P d

= U d I d

= 3

2

=0,676

S 3U I1 2π

Trang 6

III BỘ CHỈNH LƯU TIA 3 PHA ĐIỀU KHIỂN

1 Sơ đồ :

id

iT1 iT2 iT3

- Nguồn xoay chiều 3 pha:

u A = U m sin ωt

Ud

u

B = U

u C = U

m

sin(ωt − 2π )

3

sin(ωt + 2π )

3

L - Linh kiện bán dẫn: 3 SCR công

suất T1 ,T2 , T3

E

2 Ký hiệu:

- Dòng tức thời qua linh kiện SCR công suất iT1,iT2, iT3

- Điện áp trên linh kiện SCR công suất uT1 , uT2 , uT3

- Nguồn áp lý tưởng : nguồn xoay chiều ba pha cân bằng, đối xứng điện trở trong của nguồn bằng không

4 Phân tích:

- Góc điều khiển (α): là góc trễ so với góc mà nếu ở vị trí đó các diode sẽ dẫn, độ lớn của nó

được tính từ thời điểm xuất hiện áp dương trên Thyristor đến khi xuất hiện xung kích ở cổng điều khiển

- Phạm vi góc điều khiển α là : 0 ≤ α ≤ π

a Phương trình trạng thái.

Thyristor T1 dẫn [π + α ÷ 5π

⎧u T 1 =

0

⎨

⎧u T 2 = u B − u A

< 0

⎧u T 3 = u C − u A < 0

⎨

⎩i T 1 =

i

d

T 2 =

0

⎩ i T 3 = 0

d i

u d = u A ; u d = Ri d + L + E

d t

Thyristor T2 dẫn [ 5π

6+ α ÷

9π

6 + α ]

⎧u T 1 = u A − u B <

0

⎧u T 2 = 0

⎨

⎧u T 3 = u C − u A < 0

Trang 7

⎩ i T 1 = 0 ⎩i T 2 =

i T 3 = 0

Trang 8

i d

u d = u B ; u d = Ri d + L d + E

Thyristor T3 dẫn [ 9π

6 + α ÷

13π 6

d t

+ α ]

⎧u T 1 = u A − u C <

0

⎨

⎧u T 2 =u B −u C < 0

⎨

T 1 =

0

⎩

u d = u C ;

u d

i T 2 = 0

d

= Ri d + L + E

⎩i

T 3 = i

d

d t

Trang 9

Trang 10

5 Hệ quả:

f

(1) = p

f

= 3.50 = 150Hz

U = d

2π / 3 ∫

α +π / 6

U m sin(ωt )d (ωt )

=

U m cosα

= 2π

U cosα = U d 0 cos α 2π

Khi 0 ≤ α ≤ π

=> - 3 6 U ≤ Ud ≤ 3 6 U

- Như vậy bộ chỉnh lưu tia 3 pha điều khiển có thể làm việc ở chế độ nghịch lưu và chuyển năng lượng về nguồn Nó có thể làm việc ở hai góc phần tư I và IV

Trị trung bình dòng điện chỉnh lưu (dòng điện tải)

I d

Áp ngược lớn nhất mà SCR phải chịu

= Ud − E R

Dòng trung bình qua SCR U rwm =

I T

6U =

= Id

3

3U m

Uđm ≥ Ku.U RWM và Iđm ≥ Ki ID1

Trong đó: Ku: Hệ số an toàn áp (Ku = 2,5- 3,5)

Ki: hệ số an toàn về dòng (Ki ≥ 1) Trị hiệu dụng dòng điện nguồn

Công suất tiêu thụ trên tải

Id

I1 = 3

P

d = U

d I

d

λ = P d

= U d I d

= 3

2 cosα

S 3U I1 2π

Đặc tuyến điều khiển Trị trung bình điện áp chỉnh lưu U = 3 6

U cosα không phụ

thuộc vào tham số tải khi dòng tải liên tục dα

2π

Trang 11

BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ CÔNG SUÂT Page 34

Trang 12

0.5

0

-0.5

-1

0

6 Chế độ chỉnh lưu và nghịch lưu.

- Khi α thay đổi Ud α có thể âm nhưng Id > 0 Công suất trung bình : P = Ud.Id

- Nếu Ud > 0 => P > 0 bộ chỉnh lưu làm việc ở chế độ chỉnh lưu, công suất chuyển từ phía xoay chiều về phía một chiều

- Nếu Ud < 0 => P < 0 bộ chỉnh lưu làm việc ở chế độ nghịch lưu công suất chuyển từ 1 chiều sang xoay chiều

- Chế độ chỉnh lưu xảy ra khi: Ud * E > 0

- Chế độ nghịch lưu xảy ra khi Ud * E < 0

7 Góc an toàn.

- Góc an toàn: là góc điện nhỏ nhất phải có khi SCR chịu tác dụng của áp nghịch để khôi

phục khả năng khoá của nó một cách an toàn ( γ )

γ = ω tq

Trong đó tq thời gian ngắt an toàn

- Khi α tăng thời gian để khôi phục khả năng khoá sẽ giảm

- Nếu α tăng đến một giá trị đủ lớn để SCR không còn đủ thời gian khôi phục khả năng khoá của mình SCR đóng không theo ý muốn, dòng điện tăng lớn ,hỏng thiết bị , cần được ngắt bởi thiết bị bảo vệ

Trang 13

1 Sơ đồ IV BỘ CHỈNH LƯU TIA VỚI DIODE D O

- Nguồn xoay chiều 3 pha

u A = U m sin

ωt

u B = U m sin(ωt − 2π )

3

u C = U m sin(ωt + 2π )

3

- Linh kiện bán dẫn: 3 thyistor công suất

T1 ,T2 , T3, Diode Do

2 Ký hiệu:

- Dòng tức thời qua linh kiện SCR công suất iT1,iT2, iT3

- Điện áp trên linh kiện SCR công suất và diode uT1 , uT2 , uT3, uD0

- Nguồn áp lý tưởng: nguồn xoay chiều ba pha cân bằng, đối xứng điện trở trong của nguồn bằng không

4 Phân tích.

a Khi α ≤π Tương tự tia ba pha điều khiển

6

b. Khi π < α < 5π

- Diode D0 dẫn trong khoảng điện áp chỉnh lưu mang giá trị âm

Thyristor T1 dẫn [α ÷ π ]

⎧u T 1 = 0

; ⎧u< 0 T 2 = u B − u A ; ⎧u T 3 = u C − u A < ;0 ⎧u Do = −u d < 0

⎩i

T 1 = i

T 2 =

0

⎨

T 3 =

0

d i

⎨

⎩ i

Do = 0

u d = u A ; u d = Ri d + L + E

d t

Diode Do dẫn [π ÷ π + α ]

⎧u Do =

u d

= 0 ⎧u T 1 = u A < 0 ⎧u T 2 = u B − u A < 0 ⎧u T 3 = u C − u A < 0

⎨

⎩ i Do =

i

d

⎩ i T 1 = 0 ⎩ i T 2 =

0 di

⎨

T 3 = 0

Trang 15

d

U A

U A -U B U A -U C

⎡ 5π 10π ⎤

Thyristor T2 dẫn + α ÷

⎧u T 1 = u A − u B

< 0

⎧u T 2 = 0 ⎧uT 3 = u C − u A < 0 ⎧u Do = −u d < 0

⎨

T 1 =

0

⎩i

T 2 = i

T 3 =

0

⎨

⎩ i

Do = 0

d i

⎡ 10π

u

d = u

B ;

u

d

9π ⎤

= Ri d + L + E

d t

Diode Do dẫn ÷ + α

6 6

⎧u Do =

u d

= 0 ⎧u T 1 = u A − u B < 0 ⎧u T 2 = u B < 0 ⎧u T 3 = u C − u B < 0

⎩ i Do = i

T 1 =

0

⎩ i T 2 = 0 ⎩

di d

i

T 3 = 0

Trang 16

BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ CÔNG SUÂT Page 37

Trang 17

⎡ 9π 14π ⎤

Thyristor T3 dẫn + α ÷

⎧u T 1 = u A − u C <

0

;

⎧u T 2 =u B

−u C

< 0 ⎧u T 3 = 0 ⎧u Do = −u d < 0

⎨

T 1 = 0

⎨

T 2 = 0

u d = u C ;

u d

⎨

⎩i T 3 = i

d

d i

= Ri d + L

⎨

⎩ i

Do = 0

+ E

Diode Do dẫn ⎡

14π

⎢

⎣

6

÷ 13π 6

d t

⎤ + α ⎥

⎦

⎧u Do =

u d

⎨

= 0 ⎧u T 1 = u A −

u C

; ⎨

< 0 ⎧u T 2 = u B −

u C

; ⎨

< 0 ⎧u T 3 = u C < 0

; ⎨

⎩

5 Hệ quả:

i

Do =

i

d

T 1 = 0 u

d = 0 ;

u

d

⎩

= Ri

d +

L

i

T 2 =

0

di d

+ E dt

⎩ i

T 3 = 0

f

(1) = p

f

= 3.50 = 150Hz

a Khi α ≤ π : Tương tự tia ba pha điều khiển

6

b Khi π < α ≤ 5π

π

U d = 3

2π ∫ U m

α + π

sin(ωt )d (ωt)

=

3

U (1 + cos(α + π ))

=

3

U (1 − sin(α − π ))

6

3 6

0 ≤ U d ≤ U

2π

- Như vậy bộ chỉnh lưu tia 3 pha điều khiển với diode D0 chỉ có thể làm việc ở chế độ chỉnh lưu Nó có thể làm việc ở hai góc phần tư I

Trị trung bình dòng điện chỉnh lưu (dòng điện tải)

I d

Áp ngược lớn nhất mà SCR phải chịu

= Ud − E R

Dòng trung bình qua SCR

U

Trang 18

− α Dòng trung bình qua diode D0

I

T

=

6 I

2π d

I T = I d − 3I T

3α − π

= 2 I

2π d

Uđm ≥ Ku.U RWM và Iđm ≥ Ki ID1

Trang 19

I =

d

I

6

Trong đó: Ku: Hệ số an toàn áp (Ku = 2,5- 3,5)

Ki: hệ số an toàn về dòng (Ki ≥ 1) Trị hiệu dụng dòng điện nguồn

5π

− α

1 π

1 ∫ π Id d( ωt )

= 6

d

Công suất tiêu thụ trên tải 2π α +

P d

2π

= U d I d

3 2

U (1 + cos(α + π

)I

2 (1 + cos(α + π )

λ = P d

= U d I d

= 2π 6 = 2π 6

− α

5π

− α

S U I

3U

6 I

2π d 6 2π Đặc tuyến điều khiển Trị trung bình điện áp chỉnh lưu, không phụ thuộc vào tham số tải khi dòng tải liên tục

6 Tác dụng của diode Do:

- Giảm trị hiệu dụng thành phần xoay chiều của áp chỉnh lưu

- Tăng hệ số công suất nguồn:α tăng I1 Giảm => U1I1 giảm => P1 giảm => λ tăng

- Không cho phép chế độ nghịch lưu

- Khảo sát đặc tuyến U dα

U do

Định dạng
Số trang	20
Dung lượng	1 MB