đồ án mạch chỉnh lưu bán điều khiển 1 pha đối xứng - thầy Trần Quang Phú

LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, điện tử công suất đã và đang đóng 1 vai trò rất quan trọng trong quá trình công nghiệp hoá đất nước. Sự ứng dụng của điện tử công suất trong các hệ thống truyền động điện là rất lớn bởi sự nhỏ gọn của các phần tử bán dẫn và việc dễ dàng tự động hoá cho các quá trình sản xuất. Các hệ thống truyền động điều khiển bởi điện tử công suất đem lại hiệu suất cao. Kích thước, diện tích lắp đặt giảm đi rất nhiều so với các hệ truyền động thông thường như: khuếch đại từ, máy phát động cơ ... Xuất phát từ yêu cầu thực tế đó, trong nội dung môn học Điện tử công suất và truyền động điện chúng em đã được giao thực hiện đề tài “Thiết kế, chế tạo bộ chỉnh lưu công suất một pha bán điều khiển”. Với sự hướng dẫn của thầy Trần Quang Phú, chúng em đã tiến hành nghiên cứu và thiết kế đề tài. Trong quá trình thực hiện đề tài do khả năng và kiến thức thực tế có hạn nên không thể tránh khỏi sai sót, kính mong thầy cô đóng góp ý kiến để đề tài hoàn thiện hơn. Chúng em xin chân thành cảm ơn Nhóm sinh viên thực hiện:

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN

KHOA: ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN MÔN HỌC TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MẠCH CHỈNH LƯU CÔNG

SUẤT MỘT PHA BÁN ĐIỀU KHIỂN

Giáo viên hướng dẫn : Trần Quang Phú Sinh viên thực hiện : Nguyến Đỗ Trọng

: Lưu Văn Trường : Trần Văn Tú

N12181

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MẠCH CHỈNH LƯU CÔNG

SUẤT MỘT PHA BÁN ĐIỀU KHIỂN

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, điện tử công suất đã và đang đóng 1 vai trò rất quan trọng trong quá trình

công nghiệp hoá đất nước Sự ứng dụng của điện tử công suất trong các hệ thống truyền

động điện là rất lớn bởi sự nhỏ gọn của các phần tử bán dẫn và việc dễ dàng tự động hoá

cho các quá trình sản xuất Các hệ thống truyền động điều khiển bởi điện tử công suất đem

lại hiệu suất cao Kích thước, diện tích lắp đặt giảm đi rất nhiều so với các hệ truyền động

thông thường như: khuếch đại từ, máy phát - động cơ

Xuất phát từ yêu cầu thực tế đó, trong nội dung môn học Điện tử công suất và truyền

động điện chúng em đã được giao thực hiện đề tài “Thiết kế, chế tạo bộ chỉnh lưu công

suất một pha bán điều khiển”

Với sự hướng dẫn của thầy Trần Quang Phú, chúng em đã tiến hành nghiên cứu

và thiết kế đề tài

Trong quá trình thực hiện đề tài do khả năng và kiến thức thực tế có hạn nên không

thể tránh khỏi sai sót, kính mong thầy cô đóng góp ý kiến để đề tài hoàn thiện hơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Nhóm sinh viên thực hiện:

Nguyễn Đỗ Trọng Lưu Văn Trường Trần Văn Tú

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Hưng Yên, ngày… tháng… năm 2019 Giáo viên hướng dẫn

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 3

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN 4

Chương 1 7

TỔNG QUAN VỀ ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ MẠCH CHỈNH LƯU CÔNG SUẤT 7

1.1 Khái quát chung về điện tử công suất 7

1.1.1 Khái niệm điện tử công suất 7

1.1.2 Nhiệm vụ về điện tử công suất 7

1.1.3 Ứng dụng của điện tử công suất 7

1.2 Khái niệm về chỉnh lưu công suất 7

1.2.1 Khái niệm 7

1.2.2 Phân loại 8

1.2.3 Luận dẫn của van công suất trong các mạch chỉnh lưu 8

1.2.4 Cấu trúc mạch chỉnh lưu và các thông số cơ bản 10

1.3 Các mạch chỉnh lưu một pha 12

1.3.1 Mạch chỉnh lưu hình tia một pha nửa chu kỳ không điều khiển 12

1.3.2 Mạch chỉnh lưu hình tia một pha hai nửa chu kì không điều khiển 16

1.3.3 Mạch chỉnh lưu hình cầu một pha không điều khiển 19

1.3.4 Mạch chỉnh lưu hình tia một pha nửa chu kỳ có điều khiển 23

1.3.5 Mạch chỉnh lưu hình tia một pha hai nửa chu kỳ có điều khiển 27

1.3.6 Mạch chỉnh lưu cầu một pha có điều khiển hoàn toàn 30

1.3.7 Mạch chỉnh lưu một pha bán điều khiển 31

Chương 2 35

TÍNH TOÁN, CHẾ TẠO MẠCH CHỈNH LƯU CẦU MỘT PHA BÁN ĐIỀU KHIỂN 35 2.1 Thông số yêu cầu 35

2.2 Sơ đồ khối 35

2.2.1 Sơ đồ 35

2.2.2 Chức năng của từng khối 35

2.3 Tính toán các thông số của mạch điện 35

2.3.1 Tính toán, chế tạo máy biến áp 35

2.3.2 Tính toán, chọn van công suất 39

2.3.3 Tính toán, chọn phần tử bảo vệ 40

2.3.4 Tính toán, chọn phần tử mạch điều khiển 42

2.3.5 Tính chọn phần tử cách ly 50

2.4 Sơ đồ nguyên lý mạch điện 51

2.4.1 Sơ đồ nguyên lý 51

2.4.2 Nguyên lý làm việc toàn mạch 52

2.5 Lắp ráp mạch điện 52

Chương 3 55

KHẢO SÁT VÀ ĐÁNH GIÁ 55

3.1 Nội dung khảo sát 55

3.1.1 Điện áp đồng bộ 55

3.1.2 Tín hiệu điều khiển và điện áp trên tải ở các góc điều khiển khác nhau 55

3.2 Đánh giá 61

KẾT LUẬN 62

TÀI LIỆU THAM KHẢO 63

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ MẠCH CHỈNH LƯU CÔNG SUẤT

1.1 Khái quát chung về điện tử công suất

1.1.1 Khái niệm điện tử công suất

Điện tử công suất là lĩnh vực kĩ thuật hiện đại, nghiên cứu ứng dụng các linh kiện

bán dẫn công suất làm việc ở chế độ chuyển mạch vào quá trình biến đổi điện năng

1.1.2 Nhiệm vụ về điện tử công suất

Các thiết bị sản xuất của chúng ta sử dụng các loại năng lượng điện khác nhau, có

loại dùng điện một chiều, có loại dùng điện xoay chiều, các mức điện áp khác nhau, các

tần số khác nhau, và đặc biệt là để điều khiển hoạt động của các thiết bị đó, ta cần điều

khiển nguồn năng lượng điện cấp vào nó Như vậy, biến đổi và điều khiển năng lượng điện

là một nhiệm vụ hàng đầu trong tự động hoá sản xuất

Trong các bộ biến đổi, các phần tử bán dẫn công suất được sử dụng như những khóa

bán dẫn hay còn gọi là các van bán dẫn

Khác với các phần tử có tiếp điểm, các van bán dẫn thực hiện việc đóng cắt các

dòng điện mà không tạo ra tia lửa điện, không bị mài mòn theo thời gian, các tín hiệu điều

khiển các van bán dẫn có công suất rất nhỏ và phụ thuộc vào quy luật điều khiển các van

bán dẫn Vì vậy có tổn hao nhỏ và đạt hiệu suất cao

Ngoài ra nó còn có khả năng cung cấp cho phụ tải một nguồn năng lượng với các

phụ tải theo yêu cầu, đáp ứng các quá trình điều chỉnh, điều khiển trong thời gian ngắn

nhất với chất lượng phù hợp trong các hệ thống tự động Đây là đặc trưng của bộ biến đổi

bán dẫn công suất mà các bộ biến đổi tiếp điển không thực hiện được

1.1.3 Ứng dụng của điện tử công suất

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

đại Có thể kể đến các ngành kỹ thuật mà trong đó có những ứng dụng tiêu biểu của các bộ

biến đổi bán dẫn công suất như truyền động điện, giao thông đường sắt, nấu luyện thép,

gia nhiệt cảm ứng, điện phân nhôm từ quặng mỏ, các quá trình điện phân trong công nghiệp

hóa chất, trong rất nhiều các thiết bị công nghiệp và dân dụng khác nhau…Trong những

năm gần đây công nghệ chế tạo các phần tử bán dẫn công suất đã có những tiến bộ vượt

bậc và ngày càng trở nên hoàn thiện dẫn đến việc chế tạo các bộ biến đổi ngày càng nhỏ

gọn, nhiều tính năng và sử dụng ngày càng dễ dàng hơn

1.2 Khái niệm về chỉnh lưu công suất

1.2.1 Khái niệm

Mạch chỉnh lưu là thiết bị dùng để biến đổi nguồn điên xoay chiều thành nguồn điện

một chiều nhằm cung cấp cho phụ tải điện một chiều

1.2.2 Phân loại

Tùy theo số pha của nguồn điện xoay chiều phía đầu vào mạch chỉnh lưu mà có thể

chia thành mạch chỉnh lưu 1 pha, 3 pha hay nhiều 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 với nhau thì

mạch chỉ lưu gọi là sơ đồ hình cầu

Nếu sơ đồ chỉnh lưu dùng toàn diode thì gọi là sơ đồ không điều khiển Nếu sơ đồ

chỉnh lưu dùng toàn thyristor thì gọi là sơ đồ hỉnh lưu có điều khiển hay điều khiển hoàn

toàn Còn sơ đồ chỉnh lưu dùng cả thyristor và diode thì gọi là sơ đồ bán điều khiển

1.2.3 Luận dẫn của van công suất trong các mạch chỉnh lưu

1) Trường hợp mạch chỉnh lưu hình tia

a) Sơ đồ chỉnh lưu không điều khiển

Để đơn giản cho việc nguyên cứu nghiên lý làm việc của sơ đồ chỉnh lưu hình tia,

trước tiên ta xét sơ đồ không điều khiển và nghiên cứu sơ đồ đấu các K chung

Qua nghiên cứu người ta thấy rằng: ở chế độ dòng qua tải là liên tục và bỏ qua quá

trình chuyển mạch thì ở một thời điểm bất kỳ khi bộ chỉnh lưu làm việc trong sơ đồ luôn

có một van dẫn dòng, đó là van nối với điện áp pha dương nhất Mặt khác ở hệ thống điện

áp m pha thì trong thời gian một chu kỳ điện áp nguồn mỗi pha sẽ lần lượt duong nhất

trong khoảng thời gian 1/m chu lỳ, do vậy mà mỗi van trong sơ đồ sẽ dẫn dòng một khoảng

bằng 1/m chu kỳ trong thời gian một chu kỳ điện áp nguồn

Ta giả thiết rằng sụt áp trên Diode hay Thyristor khi mở (dẫn dòng) bằng không

Như vậy, thời điểm mà điện áp trên van bằng không và có xu hướng chuyển sang dương

là thời điểm van (Diode) bắt đầu mở, thời điểm mà Diode trong sơ đồ chỉnh lưu bắt đầu

mở được gọi là thời điểm mở tự nhiên đối với van công suất trong sơ đồ chỉnh lưu

Thời điểm mở tự nhiên đối với van công suất trong sơ đồ chỉnh lưu 3 pha các van

nối K chung chậm sau thời điểm điện áp của pha nối van bằng không và bắt đàu chuyển

sang dương một góc độ điện bằng 𝛼 , với 𝛼 được xác định như sau: 0

 

Mỗi Diode trong sơ đồ bắt đầu mở tại thời điểm mở tự nhiên và sẽ khóa lại tại thời

điểm mở của van tiếp theo Điện áp chỉnh lưu sẽ lặp lại m lần giống nhau trong một chu

kỳ nguồn xoay chiều Trường hợp sơ đồ chỉ lưu hình tia m pha các van nối anot chung, khi

sơ đồ làm việc ở chế độ dòng liên tục và bỏ qua chuyển mạch thì tại thời điểm bất kỳ trong

sơ đồ có một van mắc với pha có điện áp âm nhất dẫn dòng Thời điểm mở tự nhiên đối

với các van trong sơ đồ này chậm sau thời điểm điện áp của pha mắc với van bằng không

và chuyển sang âm một góc độ điện cũng bằng 𝛼

b) Sơ đồ chỉnh lưu có điều khiển

Trong trường hợp này các van chỉnh lưu là các Thyristor Như đã biết để chuyển

Thyristor từ trạng thái khóa sang trạng thái mở cần phải có đủ 2 điều kiện:

• Điện áp giữa A và K phải dương (thuận)

• Có tín hiệu điều khiển đặt vào cực G

Do đặc điểm vừa nêu trên mà trong sơ đồ này ta có thế điều khiển đươc thời điểm

mở của các van trong một giới hạn nhất định Cụ thể là trong khoảng thời gian có điều

khiển mở thứ nhất là có điện áp thuận (từ thời điểm mở tự nhiên đối với van cho đến sau

thời điểm này một nửa chu kỳ), ta cần mở van ở thời điểm nào thì ta truyền tín hiệu điều

khiển đến van ở thời điểm đó và điều này được thực hiện với tất cả các van trong sơ đồ

Như vậy nếu ta truyền tín hiệu điều khiển đến van chậm sau thời điểm mở tự nhiên một

góc độ điện là α thì tất cả các van trong sơ đồ sẽ mở chậm so với thời điểm mở tự nhiên

một góc độ điện là  và đường cong điện áp chỉnh lưu trên phụ tải một chiều sẽ khác so

với sơ đồ chỉnh lưu không điều khiển, do vậy giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu sẽ

thay đổi Vậy ta có thể thay đổi thành phần một chiều của điện áp trên tải nhờ thay đổi thời

điểm mở van, tức là thay đổi giá trị góc , Trong sơ đồ chỉnh lưu thì giá trị góc mở chậm

của van  được gọi là góc điều khiển của sơ đồ chỉnh lưu Từ các điều kiện mở của van

nêu trên ta thấy rằng muốn van mở được khi có tín hiệu điều khiển thì thời điểm truyền tín

hiệu đến van phải nằm trong khoảng điện áp trên van là thuận ứng với mỗi nửa chu kỳ điện

áp nguồn Trường hợp sơ đồ chỉnh lưu có điều khiển làm việc với = 00 tương đương với

trường hợp sơ đồ chỉnh lưu không điều khiển

Sự làm việc của sơ đồ chỉnh lưu hình tia m pha các van nối anốt chung cũng hòan

toàn tương tự, chỉ khác là thời điểm mở tự nhiên của các van trong sơ đồ này xác định khác

với sơ đồ các van nối K chung

2) Trường hợp mạch chỉnh lưu hình cầu

a) Sơ đồ chỉnh lưu không điều khiển

Từ kết cấu của sơ đồ chỉnh lưu hình cầu ta có nhận xét:

Để có dòng qua phụ tải thì trong sơ đồ phải có ít nhất hai van cùng dẫn dòng, một

van ở nhóm K chung và van còn lại ở nhóm A chung Vậy với giả thiết là sơ đồ làm ở chế

độ dòng liên tục và bỏ qua quá trình chuyển mạch thì khi bộ chỉnh lưu cầu m pha làm việc,

ở một thời điểm bất kỳ trong sơ đồ luôn có hai van dẫn dòng là một van ở nhóm K chung

nối với pha đang có điện áp dương nhất và một pha ở nhóm A chung nối với pha đang có

điện áp âm nhất Thời điểm mở tự nhiên đối với các van nối K chung xác định như các van

trong sơ đồ chỉnh lưu hình tia cùng số pha với các van nối anốt chung Còn thời điểm mở

tự nhiên đối với các van nhóm A chung thì xác định như đối với các van trong sơ đồ chỉnh

lưu hình tia cùng số pha các van nối anốt chung Với đặc điểm làm việc của sơ đồ chỉnh

lưu cầu người ta nhận thấy rằng: Trong một chu kỳ nguồn xoay chiều, mỗi van cũng dẫn

dòng một khoảng thời gian bằng 1/m chu kỳ như ở sơ đồ hình tia, sự chuyển mạch dòng từ

van này sang van khác chỉ diễn ra với các van trong cùng một nhóm và độc lập với nhóm

van kia; trong một chu kỳ nguồn xoay chiều điện áp chỉnh lưu lặp lại q lần giống nhau, với

q = m khi m lẻ và q = 2m khi m chẵn

b) Sơ đồ chỉnh lưu có điều khiển

Với sơ đồ chỉnh lưu cầu, để điều khiển điện áp chỉnh lưu trên phụ tải một chiều

người ta cũng thực hiện việc điều khiển cho các van trong sơ đồ mở chậm hơn thời điểm

mở tự nhiên một góc độ điện bằng  nhờ sử dụng tín hiệu điều khiển giống như ở sơ đồ

hình tia giới hạn thay đổi lớn nhất của góc điều khiển  cũng phụ thuộc vào mạch chỉnh

lưu và đặc tính tải

1.2.4 Cấu trúc mạch chỉnh lưu và các thông số cơ bản

1) Cấu trúc 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: 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: 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

Hình 1.1 Sơ đồ cấu trúc mạch chỉnh lưu

2) Các thông số cơ bản

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

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

5) Thông số nguồn

Giá trị hiệu dụng dòng điện chảy qua cuộn sơ cấp và thứ cấp máy biến áp: I1 và I2

Công suất biểu kiến sơ cấp và thứ cấp máy biến áp S1  U I1 1; S2  U I2 2

6) Nhóm thông số đánh giá 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 cosφ, trong đó φ 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

1.3 Các mạch chỉnh lưu một pha

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

1) Xét trường hợp tải thuần trở

a) Sơ đồ nguyên lý

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, lý tưởng và điện áp cấp vào mạch

chỉnh lưu: 𝑢 = √2𝑈 𝑠𝑖𝑛𝜔𝑡

Trong ½ chu kỳ sau π< ωt < 2π, khi

đó u2  0, van D bị phân cực ngược nên van

D không dẫn điện Ta có: uD  u2 0,

Các chu kỳ tiếp theo nguyên lý hoạt động tương tự

c) Các biểu thức trong mạch chỉnh lưu hình tia một pha nửa chu kỳ không điều khiển với

2 1

Hình 1.2 Sơ đồ chỉnh lưu một pha một nửa chu kỳ.

Hình 1.3 Dạng sóng dòng điện, điện áp mạch chỉnh lưu một pha một nửa chu kỳ với tải thuần trở

Dòng điện hiệu dụng thứ cấp MBA:

2 2

0

2 1

2 DAV

u  E, dòng id chỉ tồn tại trong khoảng 1

2 và góc 1 là 2 nghiệm của phương trình

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:

Hình 1.4 Sơ đồ chỉnh lưu 1 pha nửa chu kỳ không điều

khiển tải R+E

Hình 1.5 Dạng sóng chỉnh lưu một pha nửa chu kỳ

không điều khiển tải R+E.

Trong khoảng   1  2khi đó u2 E nên diode dẫn cho dòng điện chạy qua tải

    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

2 2 2sin

D

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

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

3) Xét với tải R+L với L = ∞

Khi diode dẫn dòng trong mạch thì cuộn cảm sinh ra một sđđ tự cảm di d

dt

khi có sự biến thiên về dòng điện Theo định luận ôm có thể viết được dưới dạng phương

trình mạch điện: u e Ri2  d Hoặc d 2 2sin

d

di

tải id gồm 2 thành phần là dòng điện cơ bản icb và dòng điện tắt dần theo hàm mũ:

Dòng điện icbđược xác định: 2 2  

sin

cb

Ui

Dòng điện itdlà hàm mũ tắt dần theo thời gian: Pt R tL tg

Hệ số A được xác định từ sơ kiện đóng mạch có điện cảm id   Thay vào 0 0

biểu thức id ở trên ta được: 2 2  

R X d

Khi biết góc φ, có thể xác định được góc tắt dòng λ bằng phép tính gần đúng của

phương trình siêu việt trên

Trên hình 1.6 ta thấy trong khoảng 0 < θ < dòng điện id tang từ do cuộn cảm L sinh

ra Sđđ e có chiều ngược lại 𝑢 , lúc này cuộn cảm L tích lũy năng lượng

Trong khoảng 𝜃 < 𝜃 < 𝜃 lúc này dòng id suy giảm dần và Sđđ e tác động cùng

chiều với 𝑢 do vậy cuộn cảm L hoàn lại năng luong về nguồn.Vì vậy mà diode D vẫn tiếp

tục dẫn trong khoảng từ 𝜋 < 𝜃 < 𝜃 khi mà điện áp 𝑢 < 0 cho đến khi năng lượng được

giải phóng hoàn toàn Trong thực tế, đối với tải L hoặc R+L người ta thường dùng 1 diode

hoàn năng lượng 𝐷 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 1.6 Sơ đồ nguyên lý và dạng sóng mạch ckỉnh lưu hình tia một pha nửa chu kỳ không

điều khiển: a) Sơ đồ không có Diode, b) Sơ đồ có Diode.

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

qua 𝐷 ; id iD0 Diode Dongắn mạch 2 đầu tải; ud  0

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

2π dòng tải id do cuộn cảm L cung cấp, nó giải phóng năng lượng được tích lũy vào mạch

R-L-𝐷 Nếu dùng cuộn cảm lớn có thể

duy trì dòng id trong toàn chu kỳ

1.3.2 Mạch chỉnh lưu hình tia một pha

hai nửa chu kì không điều khiển

1) Xét với tải thuần trở

a) Sơ đồ nguyên lý

b) Nguyên lý làm việc và dạng sóng dòng

điện, điện áp

Giả sử mạch làm việc ở chế độ xác

lập, lý tưởng và ddienj áp đặt vào cuộn sơ

cấp máy biến áp là hình sin

Khi đó phía thứ cấp máy biến áp xuất hiện 2 điện áp u21 và u22 bằng nhau về giá trị

hiệu dụng nhưng ngược nhau về pha

Nửa chu kỳ dương của điện áp u21 Diode 𝐷 được phân cực thuận cho dòng điện

chạy qua tải nêniD1 i ud, d u u21, D1 0 Còn u22 âm, nên 𝐷 bị phân cực ngược, khóa lại do

vậy iD2 0,uD2 u22u21.(Hình 1.8)

Ud D1

D2

U21 U22 U1

Hình 1.7 Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lưu một

pha hai nửa chu kỳ không điều khiển với tải

Hình 1.8 Dạng sóng mạch chỉnh lưu hình tia một pha hai

nửa chu kỳ không điều khiển với tải R.

Ở nửa chu kỳ âm của điện áp u21, diode 𝐷 bị phân cực ngược nên bị khóa lại Khi

đó u22 dương, nên 𝐷 được phân cực thuận cho dòng điện chạy qua tải nên iD2 i ud, d u22

,uD2 0 Còn u21 âm, nên 𝐷 bị phân cực ngược, khóa lại do vậyiD1 0,uD1u21u22

Như vậy cả 2 nửa chu kỳ 𝐷 và 𝐷 lân phiên đóng mở, cung cấp điện cho tải trong

cả chu kỳ

c) Công thức tính toán trong mạch

Giá trị trung bình điện áp chỉnh lưu trên tải:

2) Xét trường hợp tải R+E

a) Sơ đồ nguyên lý

Hình 1.9 Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lưu hình

tia một pha hai nửa chu kỳ không điều khiển

với tải R+E.

+ _

Ud D1

D2

U21 U22

R+E.

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

Giả sử mạch làm việc ở chế độ xác lập, lý tưởng với 0 E 2U2U21U22và điện

áp đặt vào cuộn sơ cấp máy biến áp là hình sin Khi đó phía thứ cấp máy biến áp suất hiện

2 điện áp u21 và u22bằng nhau về giá trị hiệu dụng như ngược nhau về pha:

Khi đó nguyên lý của mạch có thẻ mô tả như sau:

Trong khoảng 0    1, khi đó không có van nào dẫn nên:

i i  i , ud  E, uD1 u21E, uD2 u22E Trong khoảng   1  2, khi đó D1dẫn, D2khóa nên:

i i  i , ud  E, uD1 u21E, uD2 u22E Trong khoảng   3  4, khi đó D2dẫn, D1khóa nên:

        ta xác định được biểu thức như trên

Giá trị trung bình của dòng điện đi qua mỗi diode:

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:

2 21

Giả sử mạch đang làm việc ở chế độ xác

lập, xét điều kiện lý tưởng và điện áp phía thứ cấp:

u2 =√2 𝑈 sint(v)

Trong nửa chu kỳ đầu t = 0 đến , điện áp

𝑢 dương, khi đó cặp van D1và D2được phân cực

thuận, nên dẫn điện Còn cặp van D4 và D3 bị phân cực ngược nên không dẫn điện cho

Hình 1.11 Mạch chỉnh lưu cầu 1 pha không điều

khiển với tải R.

Hình 1.12 Dạng sóng dòng và áp trong mạch

chỉnh lưu với tải R.

dòng điện chạy qua tải Khi đó ta có: uD1 = uD2= 0; ID4 = ID3= 0; uD4 = uD3 = - u2  0;

D

u = u2  0; iD1 = ID2= ID

Trong nửa chu kỳ sau t =  đến 2, điện áp - u2dương, khi đó cặp van D1và D2bị

phân cực ngược, nên không dẫn điện Còn cặp van D4và D3phân cực thuận nên dẫn điện

cho dòng điện qua tải Khi đó ta có: uD4 = uD3 = 0; uD1= uD2 = u2  0; uD= - u2  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

0

2 2 1

0

2 2 1

u  E khi đó không có dòng điện chảy trong mạch tải, lúc đó tất cả các diode đều bị khóa

Khi u2 > E thì D1 và D2 mở cho dòng điện chảy qua, ta có: 2

Dòng điện chảy qua tải tồn tại đến khi u2 < E, lúc đó D1 và D2 khóa lại

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

Các chu kỳ sau hoạt động tương tự

c) Các công thức tính toán trong mạch

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

i d

R

d

u

Hình 1.13 Mạch chỉnh lưu cầu một pha

không điều khiển với tải R+E

trong đó: 1 2; 2

T



tải khi chuyển gốc tọa độ 1 góc

Giả sử mạch đang làm việc ở chế độ xác

lập, xét điều kiện lý tưởng và điện áp phía thứ cấp:

U2  2 sinU2 t(V)

Trong nửa chu kỳ đầu t0đến  , điện

áp u2 dương, khi đó cặp van D1và D2 được phân

cực thuận, nên dẫn điện Còn cặp van D4 và D3

bị phân cực ngược nên không dẫn điện cho dòng điện chạy qua tải Khi đó ta có:

U  U  ;UD4 UD3  U2 0;U Ud 2 0; iD1  iD2 id;iD4  iD3 0

Trong nửa chu kỳ sau   t  đến 2 , điện áp – u2 dương, khi đó cặp van D1 và D2

bị phân cực ngược, nên không dẫn điện Còn cặp van D4 và D3 phân cực thuận nên dẫn

điện cho dòng điện qua tải Khi đó ta có:

Hình 1.15 Mạch chỉnh lưu cầu 1 pha không

điều khiển với tải R+L.

Hình 1.16 Dạng sóng dòng và áp trong mạch chỉnh lưu với tải R+L

4 3 0

U  U  ;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

0

2 2 1

0

2 2 1

 : là tỷ số máy biến dòng) Dòng điện trung bình qua diode D:

2

d DAV

Hình 1.17 thể hiện sơ đồ nguyên lý mạch

chỉnh lưu hình tia một pha nửa chu kỳ có điền

khiển với tải thuần trở

b) Nguyên lý làm việc

Giả sử mạch đang làm việc ở chế độ xác lập, lý

tưởng, điện áp phía thứ cấp: u2 = 2 sinU2 t và góc

U  ,tuy nhiên T vẫn chưa dẫn, do chưa có xung

điều khiển mở Khi đó ta có: uT= u2; uD= 0; iT

= iD= 0

Đến thời điểm   t  ,phát xung điều khiển

mở van T, lúc này T có đủ hai điều kiện kích mở

nên dẫn điện Ta có: uD= u2; uT = 0; iT =iD

Đến thời điểm  t  ,u2  2U2sint v ,

2

u = 0 và có xung hướng âm Lúc này van T bị

phân cực ngược nên khoá và như vậy trong khoảng

t

   đến 2 , ta có: uT = u2; uD= 0; iT = iD=

0

Đến thời điểmt2, u2 = 0 và có xu hướng dương dần, van T được đặt điện áp

thuận tuy nhiên van T vẫn chưa dẫn, do chưa có xung điều khiển kích mở Như vậy trong

2 1

0 0

ωt

ωt

ωt ωt

Hình 1.18 Dạng sóng mạch chỉnh lưu hình tia một pha nửa chu kỳ có điều

khiển với tải R.

Điện áp ngược lớn nhất trên van T:

max 2 2 Tng

3) Xét với tải R+L ( L)

a) Sơ đồ nguyên lý

Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lưu hình tia

một pha nửa chu kỳ có điều khiển với tải R+L có

D0 với L = ∞ được thể hiện qua Hình 1.19

Trong khoảng t 0đến, có u2 > 0, và uT > 0, tuy nhiên T vẫn chưa dẫn, do chưa

có xung điều khiển mở Khi đó ta có: uT = u2;

Đến thời điểm   t  ,u2= 0 và có xu hướng âm Lúc này van T bị phân cực ngược

nên khoá và, - u2= 0 và có xu hướng dương dần, kết hợp sđđ e do cuộn cảm tạo ra làm van

Hình 1.19 Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lưu hình

tia một pha nửa chu kỳ có điều khiển với tải

ωt

ωt

ωt ωt

Hình 1.20 Dạng sóng mạch chỉnh lưu hình tia một pha nửa chu kỳ có điều khiển với tải R+L.

Như vậy trong khoảng   t  đến 2 ta có: uT = u2 < 0; ud = 0; id =

0

D

i ; iT = 0

Đến thời điểm t2, u2 = 0 và có xu hướng dương dần, van T được đặt điện áp

thuận tuy nhiên van T vẫn chưa dẫn , do chưa có xung điều khiển kích mở, còn D0 vẫn dẫn

do sđđ e ở cuộn cảm tải tạo ra Như vậy trong khoảng t2 đến 2  , ta có: uT= ud

2 1

Điện áp ngược lớnnhất trên van T và D0:

max 0 max 2 2 Tng D ng

1.3.5 Mạch chỉnh lưu hình tia một pha hai nửa chu kỳ có điều khiển

1) Xét tải R

a) Sơ đồ nguyên lý

Sơ đồ nguyên lý của mạch chỉnh lưu hình

tia một pha hai nửa chu kỳ có điều khiển với tải

thuần trở được thể hiện trong Hình 1.21

Hình 1.21 Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lưu hình

tia một pha hai nửa chu kỳ có điều khiển với tải

khiển với tải thuần trở.

Các chu kỳ sau hoạt động tương tự

c) Các biểu thức trong mạch

Điện áp trung bình trên tải:

2 2

2 1

2) Xét tải R+L với L = 

a) Sơ đồ nguyên lý

Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lưu hình tia một

pha hai nửa chu kỳ có điều khiển với tải R+L được

Hình 1.23 Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lưu hình

tia một pha hai nửa chu kỳ có điều khiển với tải

ωt

000

Hình 1.24 Dạng sóng mạch chỉnh lưu hình tia một pha hai nửa chu kỳ có điều khiển

với tải R+L.

Trước thời điểm α thì van T2đang dẫn điện khi đó ta có:

T

u u u  , uT2 0, 22

d

u  u , iT2 i id T; 1 0

Đến thời điểm   t  , phát xung điều khiển khích mở van T1 lúc này van T1 vừa

được phân cực thuận vừa có xung kích mở nên van T1 sẽ dẫn điện, còn van T2 bị phân cực

ngược nên không dẫn điện Ta có:

u  u u  u u u  i i i 

Đến thời điểm   t  , thì u21 0và có xu hướng âm, còn u22 0 và có xu hướng

dương Lúc này T2dần được phân cực thuận, tuy nhiên T2 vẫn chưa dẫn do chưa có xung

điều khiển, còn T1 dần bị phân cực ngược, tuy nhiên T1 vẫn dẫn điện, do Sđđ của cuộn

cảm tải tạo ra Ta có các biểu thức sau:

u  u u  u u u i i i 

Đến thời điểm    t   , phát xung điều khiển kích mở van T2, lúc này van T2 sẽ

dẫn điện, còn van T1 bị phân cực ngược nên sẽ khóa ngay, khi đó ta có:

u  u u  u u u  i i i 

Đến thời điểm t2 thì u21 0 và có xu hướng dương dần, còn u22 0 và có xu

hướng âm dần Lúc nàyT1 dần được phân cực thuận, tuy nhiên T1 vẫn chưa dẫn do chưa

có xung điều khiển, còn T2 dần bị phân cực ngược, tuy nhiên T2 vẫn dẫn điện, do Sđđ của

cuộn cảm tải tạo ra Ta có các biểu thức sau:

2 2 1

1.3.6 Mạch chỉnh lưu cầu một pha có điều khiển hoàn toàn

1) Xét với tải R+L; L = ; xét chế độ làm việc xác lập và lý tưởng

Usin t, góc điều khiển  Xét mạch đang làm

việc ở chế độ xác lập Khi van dẫn sụt áp trên nó

Hình 1.25 Sơ đồ mạch chỉnh lưu cầu một pha điều

khiển hoàn toàn

Hình 1.26 Dạng sóng dòng, áp của mạch chỉnh lưu cầu một pha điều

khiển hoàn toàn.

Trong khoảng  +   <  < 2 +  khi đó van T3; T4 dẫn còn T1 và T2 khóa nên:

d

i =iT3= iT4; iT1= iT2= 0; ud = - u2; uT1= uT2 = u2; uT3= uT4= 0

Các chu kỳ tiếp theo lặp lại tương tự

c) Các biểu thức tính toán trong mạch

Điện áp trung bình trên tải:

2 2

2 2 1

1.3.7 Mạch chỉnh lưu một pha bán điều khiển

1) Mạch chỉnh lưu cầu 1 pha bán điều khiển hai SCR mắc K chung xét với tải R+L; L

= ; xét chế độ làm việc xác lập và lý tưởng

a) Sơ đồ nguyên lý

Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh hình lưu cầu một pha bán điều khiển có hai Thyristor

mắc K chung được thể hiện trong Hình 1.27

b) Nguyên lý làm việc

Trên sơ đồ nguyên lý ta thấy nhóm mắc catot chung là các thyritstor được mở vào

thời điểm t =  khi được kích xung điều khiển Nhóm anot chung là các van diode chúng

mở theo quy luật tự nhiên, phụ thuộc vào điện áp nguồn: D1 mở khi u2 bắt đầu âm; D2 mở

khi u2 bắt đầu dương

U 2

idR