tài liệu điện tử công suất

Thông thường số pha của lưới lớn nhất là 3, song mạch van có thể yêu cầu số pha là 6,12… Mạch van là các van bán dẫn được mắc theo cách nào đó để có thể tiến hành quá trình chỉnh lưu.. P

Trang 1

CHƯƠNG 2

CHỈNH LƯU 2.1 Giới thiệu chung

2.1.1 Cấu trúc mạch chỉnh lưu

Chỉnh lưu là quá trình biến đổi năng lượng dòng xoay chiều thành năng lượng dòng một chiều

Chỉnh lưu là thiết bị điện tử công suất được sử dụng rộng rãi nhất trong thực tế Sơ đồ cấu trúc thường gặp của mạch chỉnh lưu trên hình 2.1

Hình 2.1 Sơ đồ cấu trúc của mạch chỉnh lưu

Trong sơ đồ MBA làm hai nhiệm vụ chính là:

- Chuyển từ điện áp của lưới điện xoay chiều U1 sang điện áp U2 thích hợp với yêu cầu của tải Tuỳ theo tải mà MBA có thể là tăng áp hoặc giảm áp

- Biến đổi số pha của nguồn lưới sang số pha theo yêu cầu của mạch van Thông thường số pha của lưới lớn nhất là 3, song mạch van có thể yêu cầu số pha là 6,12…

Mạch van là các van bán dẫn được mắc theo cách nào đó để có thể tiến hành quá trình chỉnh lưu

Mạch lọc nhằm đảm bảo điện áp (hoặc dòng điện) một chiều cấp cho tải

là bằng phẳng theo yêu cầu

2.1.2 Phân loại

Chỉnh lưu được phân loại theo một số cách sau đây:

- Phân loại theo số pha nguồn cấp cho mạch van: một pha, hai pha, ba pha, sáu pha…

- Phân loại theo loại van bán dẫn trong mạch van: Hiện nay chủ yếu dùng Thysistor và điốt, vì thế có ba loại mạch sau:

+ Mạch van dùng toàn điốt, gọi là chỉnh lưu không điều khiển;

+ Mạch van dùng toàn Thysistor, gọi là chỉnh lưu điều khiển;

Trang 2

Hai Duong Vocational Training College

+ Mạch van dùng cả hai loại Thysistor và điốt, gọi là chỉnh lưu bán điều khiển;

- Phân loại theo sơ đồ mắc các van với nhau Có hai kiểu mắc van:

+ Sơ đồ hình tia: Ở sơ đồ này số lượng van sẽ bằng số pha nguồn cấp cho mạch van Tất cả các van đều đấu chung một đầu nào đó với nhau - hoặc catốt chung, hoặc Anốt chung

+ Sơ đồ cầu: Ở sơ đồ này số lượng van nhiều gấp đôi số pha nguồn cấp cho mạch van Trong đó một nửa mắc chung nhau catốt, nửa kia mắc chung nhau Anốt

2.1.3 Các tham số cơ bản của mạch chỉnh lưu

Các tham số này dùng để đánh giá các chỉ tiêu kỹ thuật trong phân tích mạch chỉnh lưu

- Về phía tải:

+ Ud: giá trị trung bình của điện áp nhận được ngay sau mạch van chỉnh lưu:

∫

π

2

0 0

) ( 2

1 )

(

1

d u dt

t u T

T

d d

+ Id: giá trị dòng trung bình của dòng điện từ mạch van cấp ra:

∫

π

2

0

) ( 2

1

d i

+ Pd là công suất một chiều mà tải nhận được từ mạch chỉnh lưu:

Pd = Ud.Id

- Về phía van

+ Giá trị dòng trung bình của dòng điện chảy qua van: IV;

+ Ungmax: điện áp ngược cực đại mà van chịu được khi làm việc

- Về phía nguồn:

+ Công suất biểu kiến của MBA: Smba

- Ngoài ra còn có hệ số đập mạch:

d dm

U U

Trang 3

với Ud: điện áp trung bình chỉnh lưu; U2: điện áp hiệu dụng của nguồn;

2.1.4 Luật dẫn của van

a, Nhóm van đấu Catốt chung

Van có khả năng dẫn là van có điện thế Anốt của nó dương nhất trong nhóm, tuy nhiên nó chỉ dẫn được nếu điện thế của anốt này dương hơn điện thế

ở điểm Catốt chung φKC Thí dụ ở thời điểm hiện tại ta có:

φA1 > φA2 > φA3 > > φAn

và đồng thời φA1 > φKC thì van D1 sẽ dẫn Lúc đó nếu coi sụt áp trên van bằng 0 thì khi D1 dẫn ta thấy φKC = φA1 Điều này dẫn đến điện áp trên các van còn lại sẽ âm:

φAK2 = φA2 - φKC = φA2 – φA1 < 0

φAKn = φAn - φKC = φAn – φA1 < 0 Như vậy các van còn lại sẽ khoá không dẫn được

b, Nhóm van đấu Anốt chung

Van có khả năng dẫn là van có điện thế Katốt của nó âm nhất trong nhóm, tuy nhiên nó chỉ dẫn được nếu điện thế này âm hơn điện thế ở điểm anốt chung

φAC

2.2 Chỉnh lưu không điều khiển

2.2.1 Chỉnh lưu một pha nửa chu kỳ

a, Sơ đồ nguyên lý

Trang 4

Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý và giản đồ thời gian của mạch chỉnh lưu

một pha nửa chu kỳ với tải trở R

b, Nguyên lý làm việc

Mạch van chỉ có một van duy nhất là Điốt D Do vậy ở nửa chu kỳ đầu (0

÷ π) khi điện áp đặt vào mạch van u2 > 0, điốt được phân cực thuận nên dẫn Vì coi ΔUD = 0 nên ud = u2 Ở nửa chu kỳ sau: (π ÷ 2π) điện áp u2 đảo dấu nên D khoá lại, vì thế ud = 0

Như vậy điện áp chỉnh lưu nhận được trên tải là:

2 2

0 2 2

0

45 0

2 )

sin(

2 2

1 )

( 2

1

U U

t d t U

t d t u

π ω ω π

π π

Vì tải thuần trở nên:

R

U

d = Điện áp ngược cực đại đặt lên điốt là: Ung.max = U2m = 2U2

2.2.2 Chỉnh lưu một pha hai nửa chu kỳ có điểm giữa

Thực chất, theo phân loại thì đây là mạch chỉnh lưu hình tia hai pha, vì biến áp đã biến điện áp một pha ở sơ cấp u1 thành hai điện áp ngược pha nhau

1800 ở thứ cấp u’

2và u’’

2

Ở mạch van này các điốt D1, D2 đấu theo kiểu catốt chung, vì vậy chúng

sẽ làm việc theo luật dẫn 1 trong đó Anốt của D1 nối với u’

2, còn Anốt của D2 nối với điện ápu’’

2 Vì vậy trong khoảng (0 ÷ π), điốt D1 dẫn do u’

2 > u’’

2, còn trong khoảng (π ÷ 2π) thì D2 dẫn do u’’

2 > u’

2 Do đó điện áp chỉnh lưu ud sẽ có dạng như hình 2.4.b:

Trang 5

một pha hai nửa chu kỳ với tải trở R

Điện áp chỉnh lưu nhận được trên tải là:

2 2

0 2 2

0

9 0 2

2 )

sin(

2 2

2 )

( 2

1

U U

t d t U

t d t u

π ω ω π

π π

R

U

d = Xét điện áp ngược cực đại đặt lên điốt:

Khi D1 dẫn, D2 khoá: ta có điện áp đặt lên van D2 là:

uD2 = u’’

2 - u’

2 = 2U2sin(ωt – 1800) - 2U2sin(ωt) = 2 2U2sin(ωt – 1800)

Nên điện áp cực đại đặt lên van là: 2 2U2

2.2.3 Chỉnh lưu cầu một pha

Trang 6

Hình 2.6 Sơ đồ nguyên lý và giản đồ thời gian mạch chỉnh lưu cầu một pha

Ở nửa chu kỳ đầu (0 ÷ π) D1 và D2 được phân cực thuận nên mở, còn hai van D3 và D4 bị phân cực ngược nên bị khoá lại Do hai van D1 và D2 cùng mở nên sụt áp trên chúng giảm về 0 và ta có u2 = ud; uD3 = uD4 = - u2; uD1 = uD2 = 0;

iD1 = iD2 = Id; iD3 = iD4 = 0

Đến nửa chu kỳ sau (π ÷ 2π) D1 và D2 phân cực ngược nên khoá lại, còn hai van D3 và D4 được phân cực thuận nên mở Do hai van D3 và D4 cùng mở nên sụt áp trên chúng giảm về 0 và ta có u2 = ud; uD3 = uD4 = 0; uD1 = uD2 = - u2;

iD1 = iD2 = 0; iD3 = iD4 = Id

c, Biểu thức điện áp

2 2

0

2 0

9 0 2

2 )

sin(

2 2

2 )

( 2

1

U U

t d t U

t d t u U

t d

π ω ω π

π

R

U

d = Điện áp ngược cực đại đặt lên điốt là: Ung.max = U2m = 2U2

2.2.3 Mạch chỉnh lưu hình tia ba pha

a) Sơ đồ nguyên lý

Trang 7

Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý của mạch chỉnh lưu hình tia ba pha không điều khiển

Mạch chỉnh lưu gồm 3 Đi ốt mắc theo kiểu Ca tốt chung nên các đi ốt sẽ dẫn dòng khi điện thế tại A nốt là dương nhất

Giả thiết rằng Ld là vô cùng lớn

Giả sử rằng trong khoảng thời gian trước ωt = π/6 thì D3 đang dẫn dòng, các van khác ở trạng thái khóa

Trong khoảng thời gian ωt = π/6 ÷ ωt = 5π/6: ua > 0 D1 mở và uD1 giảm về

0 Do uD1 = 0 nên ud = ua và từ sơ đồ ta xác định được điện áp đặt trên D3 là uD3 =

uc – ua = uca < 0 tức là D3 bị đặt điện áp ngược nên khóa lại, van D2 thì vẫn bị khóa Do vậy ta có:

ud = ua; iD2 = iD3 = 0; uD1 = 0; uD2 = uba; uD3 = uca

Từ ωt = 5π/6 ÷ ωt = 9π/6 thì ub là dương nhất, khi đó D2 được đặt điện áp thuận vì uba > 0 D2 được đặt áp thuận nên mở và uD2 giảm về 0 Do uD2 = 0 nên

ud = ub và uD1 = ua – ub = uab < 0 tức là D1 bị đặt áp ngược nên khóa lại, van D2 vẫn bị khóa Ta có các biểu thức:

ud = ub; iD3 = iD1 = 0; uD2 = 0; uD1 = uab; uD3 = ucb

Trang 8

Hình 2.8 Giản đồ thời gian của mạch chỉnh lưu hình tia ba pha không ĐK

Từ ωt = 9π/6 thì uc là dương nhất, khi đó D3 được đặt điện áp thuận vì ucb

> 0 D3 được đặt áp thuận nên mở và uD3 giảm về 0 Do uD3 = 0 nên ud = uc và uD2

= ub – uc = ubc < 0 tức là D2 bị đặt áp ngược nên khóa lại, van D1 vẫn bị khóa Ta

có các biểu thức:

ud = uc; iD2 = iD1 = 0; uD3 = 0; uD2 = ubc; uD1 = uac

Trang 9

2 2

6 / 5

6 /

2

6 3 )

sin(

2 3 / 2

1

U U

t d t U

π

π π

2.2.4 Mạch chỉnh lưu cầu ba pha không điều khiển

Hình 2.9 Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lưu cầu ba pha không ĐK

Mạch van gồm hai nhóm:

- Các đi ốt D1, D3, D5 đấu ca tốt chung nên:

+ D1 dẫn khi ua dương nhất;

+ D3 dẫn khi ub dương nhất;

+ D5 dẫn khi uc dương nhất;

- Các đi ốt D2, D4, D6 đấu Anốt chung nên:

+ D2 dẫn khi uc âm nhất;

+ D4 dẫn khi ua âm nhất;

+ D6 dẫn khi ub âm nhất;

- Trong khoảng thời gian v1: uc dương nhất và ub âm nhất nên D5 và D6 đang dẫn dòng:

ID1 = ID2 = ID3 = ID4 = 0; iD5 = iD6 = id = Id

uD1 = uac; uD2 = uD3 = ubc; uD4 = uba; uD5 = uD6 = 0

- Trong khoảng thời gian v2: ua dương nhất và ub âm nhất nên D1 và D6 cùng dẫn dòng:

Trang 10

uD2 = ubc; uD3 = uD4 = uba; uD5 = uca; uD1 = uD6 = 0

Hình 2.10 Giản đồ thời gian của mạch chỉnh lưu cầu ba pha không ĐK

Trang 11

- Trong khoảng thời gian v3: ua dương nhất và uc âm nhất nên D1 và D2 cùng dẫn dòng:

uD3 = uba; uD4 = uD5 = uca; uD6 = ucb; uD1 = uD2 = 0

- Trong khoảng thời gian v4: ub dương nhất và uc âm nhất nên D2 và D3 cùng dẫn dòng:

uD4 = uca; uD5 = uD6 = ucb; uD1 = uab; uD2 = uD3 = 0

- Trong khoảng thời gian v5: ub dương nhất và ua âm nhất nên D3 và D4 cùng dẫn dòng:

uD5 = ucb; uD6 = uD1 = uab; uD2 = uac; uD3 = uD4 = 0

- Trong khoảng thời gian v6: uc dương nhất và ua âm nhất nên D4 và D5 cùng dẫn dòng:

uD6 = uab; uD1 = uD2 = uac; uD3 = ubc; uD4 = uD5 = 0

Từ khoảng thời gian v6, mạch hoạt động lặp lại;

c, Giản đồ thời gian

Hình 2.10

d, Biểu thức điện áp

2

2 /

6 /

0 2

2 /

6 /

34 2 )]

120 sin(

[sin 2 ( 6 / 2

1 )

( 6 /

2

1

U t

d t

t U

t d u u

π

π π

ω ω

ω π

2.3 Các mạch chỉnh lưu có điều khiển

2.3.1 Mạch chỉnh lưu hình tia một pha

Trang 12

một pha nửa chu kỳ với tải trở R

Tải thuần trở R

Mạch van chỉ có một van duy nhất là Thysistor T Do vậy ở nửa chu kỳ đầu (0 ÷ π) khi điện áp đặt vào mạch van u2 > 0, Thysistor được phân cực thuận, tại thời điểm ωt = α, ta phát xung mở van thì Thysistor sẽ dẫn Vì coi ΔUT = 0 nên ud = u2 Ở nửa chu kỳ sau: (π ÷ 2π) điện áp u2 đảo dấu nên T khoá lại, vì thế

ud = 0

Như vậy điện áp chỉnh lưu nhận được trên tải là:

) cos 1 ( 2

2 )

sin(

2 2

1 )

( 2

1

2 2

2

α π

ω ω π

π α

+

=

R

U

d = Điện áp ngược cực đại đặt lên T là: Ung.max = U2m = 2U2

2.3.2 Mạch chỉnh lưu cầu một pha

Trang 13

Hình 2.12 Sơ đồ nguyên lý của mạch chỉnh lưu cầu một pha có ĐK

Ở nửa chu kỳ đầu (0 ÷ π) điện áp u2 > 0: T1, T2 được đặt điện áp thuận tại thời điểm ωt = α ta phát xung mở van T1, T2 thì T1 và T2 sẽ dẫn, khi đó: UT1 = UT2

= 0 Còn van T3 và T4 đặt điện áp ngược nên sẽ bị khoá lại

Ở nửa chu kỳ sau (π ÷ 2π) điện áp u2 < 0: T1, T2 bị đặt điện áp ngược nên

bị khoá lại Khi đó hai van T3 và T4 được đặt điện áp thuận, nếu tại thời điểm ωt

= π + α ta phát xung mở van T3, T4 thì hai van này sẽ dẫn, UT3 = UT4 = 0

c, Giản đồ thời gian

Trang 14

Hình 2.13 Giản đồ thời gian của mạch chỉnh lưu cầu một pha

điều khiển hoàn toàn

α

π ω

ω

max 2

U t td U

U d

2.3.3 Mạch chỉnh lưu hình tia ba pha

Hình 2.14 Sơ đồ nguyên lý của mạch chỉnh lưu hình tia ba pha có ĐK

Trang 15

Giả thiết rằng Ld là vô cùng lớn

Giả sử rằng trong khoảng thời gian trước ωt = π/6 thì T3 đang dẫn dòng, các van khác ở trạng thái khóa

Tại thời điểm ωt = π/6 ua > 0, T1 được đặt điện áp thuận Tại ωt = π/6 + α

ta phát xung mở van T1, van T1 đủ hai điều kiện nên mở và uT1 giảm về 0 Do uT1

= 0 nên ud = ua và từ sơ đồ ta xác định được điện áp đặt trên T3 là uT3 = uc – ua =

uca < 0 tức là T3 bị đặt điện áp ngược nên khóa lại, van T2 thì vẫn bị khóa Do vậy ta có:

ud = ua; iT2 = iT3 = 0; uT1 = 0; uT2 = uba; uT3 = uca

Từ ωt = 5π/6 + α, T2 được đặt áp thuận nên mở và uT2 giảm về 0 Do uT2 =

0 nên ud = ub và uT1 = ua – ub = uab < 0 tức là T1 bị đặt áp ngược nên khóa lại, van

T3 vẫn bị khóa Ta có các biểu thức:

ud = ub; iT3 = iT1 = 0; uT2 = 0; uT1 = uab; uT3 = ucb

Từ ωt = 9π/6 + α, T3 được đặt áp thuận nên mở và uT3 giảm về 0 Do uT3 =

0 nên ud = ub và uT2 = ub – uc = ubc < 0 tức là T2 bị đặt áp ngược nên khóa lại, van

T1 vẫn bị khóa Ta có các biểu thức:

ud = ub; iT2 = iT1 = 0; uT3 = 0; uT1 = uac; uT2 = ubc

Hình 2.15

α π

ω ω π

α π α π

cos 2

6 3 )

sin(

2 3

/ 2

1

2

6 / 5

6 /

2 t d t U U

+

=

Trang 16

Hình 2.15 Giản đồ thời gian của mạch chỉnh lưu hình tia ba pha có ĐK

2.3.4 Mạch chỉnh lưu cầu ba pha ĐK hoàn toàn

a) Sơ đồ nguyên lý

Trang 17

Hình 2.16 Sơ đồ nguyên lý của mạch chỉnh lưu cầu ba pha ĐK hoàn toàn

Mạch van gồm hai nhóm:

- Các Thysistor T1, T3, T5 đấu ca tốt chung nên:

+ T1 dẫn khi ua dương nhất;

+ T3 dẫn khi ub dương nhất;

+ T5 dẫn khi uc dương nhất;

- Các Thysistor T2, T4, T6 đấu Anốt chung nên:

+ T2 dẫn khi uc âm nhất;

+ T4 dẫn khi ua âm nhất;

+ T6 dẫn khi ub âm nhất;

- Trong khoảng thời gian từ ωt = 0 ÷ v1, T4 và T5 cùng dẫn dòng:

ud = uc – ua = uca;

IT1 = IT2 = IT3 = IT6 = 0; iT4 = iT5 = id = Id

uT1 = uT2 = uac; uT3 = ubc; uT6 = uab; uT4 = uT5 = 0

- Trong khoảng thời gian v1, T5 và T6 cùng dẫn dòng:

ud = uc – ub = ucb;

uT1 = uac; uT2 = uT3 = ubc; uT4 = uba; uT5 = uT6 = 0

ud = ua – ub = uab;

uT2 = ubc; uT3 = uT4 = uba; uT5 = uca; uT1 = uT6 = 0

Trang 18

ud = ua – uc = uac;

uT3 = uba; uT4 = uT5 = uca; uT6 = ucb; uT1 = uT2 = 0

ud = ub – uc = ubc;

uT4 = uca; uT5 = uT6 = ucb; uT1 = uab; uT2 = uT3 = 0

ud = ub – ua = uba;

uT5 = ucb; uT6 = uT1 = uab; uT2 = uac; uT3 = uT4 = 0

ud = uc – ua = uca;

uT6 = uab; uT1 = uT2 = uac; uT3 = ubc; uT4 = uT5 = 0

Từ khoảng thời gian v6, mạch hoạt động lặp lại

Hình 2.17

∫

+

+ +

=

−

=

−

α π

α π α π

ω ω

ω π

2 /

6 /

0 2

2 /

6 /

)]

120 sin(

[sin 2 ( 6 / 2

1 )

( 6 / 2

1

t d t

t U

t d u u

= 2 34U2cosα

Trang 19

Hình 2.17 Giản đồ thời gian của mạch chỉnh lưu cầu ba pha ĐK hoàn toàn

Định dạng
Số trang	19
Dung lượng	3,14 MB