Mạch chỉnh lưu ba pha hình tia có điều khiển

Mạch chỉnh lưu ba pha hình tia có điều khiểnChỉnh lưu ba pha hình tia còn gọi là chỉnh lưu ba pha một nửa chu kỳ.a. Tải thuần trở Sơ đồ nguyên lýHình 1. Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lưu ba pha hình tia có điều khiểnTải thuần trởSơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lưu ba pha hình tia tải thuần trở R được trình bàytrên hình 1. Sơ đồ bao gồm máy biến áp ba pha nối YY0, thiết bị chỉnh lưu T1, T2 vàT3 được nối thành nhóm catôt chung. Các cực anôt của thiết bị chỉnh lưu được nối vớiba đầu cuộn dây thứ cấp của máy biến áp. Điểm catôt chung là cực dương của bộchỉnh lưu, cực âm là trung tính của máy biến áp. Tải được nối giữa hai cực của nguồn. Nguyên lý hoạt độngGiả sử mạch đang làm việc ở chế độ xác lập, điện áp phía thứ cấp của máy biếnáp là một hệ thống điện áp ba pha đối xứng lần lượt là :u U a  2 sin 2 222 sinu U b          3242 sinc 3u U         Coi rằng điện áp rơi trên Tiristor khi dẫn điện là 0V. Góc điều khiển  đượctính từ các điểm chuyển mạch tự nhiên, tại đó trong sơ đồ các điôt tự động chuyểnmạch lẫn nhau.Trong khoảng 0 6   thìu u u c a b   , van T3 đang dẫn điện do đã được điềukhiển mở từ trước, van T1 và T2 bị khóa do phân cực ngược. Khi đó ta có:u u d c  ; d cuiR ;u u u u T a c ac 1    ;i1  0Trong khoảng      6 6thì u u u a c b  , , tuy nhiên van T1 khóa do chưa đượcphát xung điều khiển kích mở, do đó van T3 vẫn tiếp tục dẫn đến khi dòng điện anôtbằng không hoặc khi T1 được mở; van T2 khóa. Khi đó ta có:u u d c  ; d cuiR ;u u u u T a c ac 1    ;i1  0Tại thời điểm 6    phát xung điều khiển kích mở van T1. Do đó, trongkhoảng       656, van T1 dẫn và van T2, T3 khóa.u u d a  ; d auiR ;uT1  0 ;i i 1  dPhân tích tương tự ta có:Trong khoảng       6965, van T2 dẫn và van T1, T3 khóa.u u d b  ;id ubR ;u u u u T a b ab 1    ;i1  0Trong khoảng       61365, van T3 dẫn và van T1, T2 khóa.u u d c  ; d cuiR ;u u u u T a c ac 1    ;i1  0Các chu kỳ sau nguyên lý hoạt động tương tự. Dạng sóng dòng điện và điện áp:Với tải thuần trở, dòng điện tải sẽ lặp lại như dạng điện áp. Do đó, với góc điềukhiển   300 dòng sẽ là liên tục. Khi   300 dòng tải bằng 0 tại  1800. Tiristorkhoá tự nhiên tại thời điểm  1800 nên sơ đồ làm việc trong chế độ dòng gián đoạn.Dạng sóng điện áp và dòng điện của tải và van T1, với góc  150có dạng trên hình 2.Hình 2. Đồ thị dạng sóng điện áp và dòng điện trên tải và trên van T1(Tải R,   150) Các biểu thức tính toán cơ bản+ Trường hợp 1:   300Trong trường hợp này dòng điện qua tải là liên tục và trị số trung bình của điệnáp sau chỉnh lưu là:  cos 1,17 .cos23 6.2 sin3 22265 6Ud   U2 d  U  U Dòng điện trung bình qua tải:U RU Ri d dd   d   .cos23 6.3 2265 6Dòng điện trung bình qua mỗi Tiristor:2 31 65 6d  id d    Dòng điện hiệu dụng chảy qua thứ cấp máy biến áp:  d d  d 0,58.1 265 622 Điện áp ngược lớn nhất trên van T: Ung max  6U2+ Trường hợp 2:   300Trong trường hợp này thì dòng điện tải là gián đoạn và trị số trung bình củađiện áp sau chỉnh lưu là:) 16cos(2 232 sin3 226  2    UU U ddDòng điện trung bình qua tải: ) 16cos(23 22     U RUd Rdb. Tải trở cảm (L>>R) Sơ đồ nguyên lýHình 3. Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lưu hình tia ba pha có điều khiển (Tải R + L) Nguyên lý hoạt độngKhi độ tự cảm của điện cảm tải có giá trị vô cùng lớn, dòng điện tải được sanphẳng hoàn toàn, các Tiristor sẽ tiếp tục dẫn dòng khi điện áp pha đã đổi cực tính tại   . Góc dẫn của mỗi van sẽ bằng nhau và bằng32  . Khi góc điều khiển  300 trên đường điện áp tải ud xuất hiện phần điện áp âm. Trong trường hợp này,dạng sóng điện áp và dòng điện của tải và van T1, với góc   150và  450 có dạngtrên hình 4 và hình 5 tương ứng.Hình 4. Đồ thị dạng sóng điện áp và dòng điện trên tải và trên van T1(Tải R + L,   150)Hình 5. Đồ thị dạng sóng điện áp và dòng điện trên tải và trên van T1(Tải R + L,   450) Các biểu thức tính toán cơ bản+ Trường hợp 1: Sụt áp trên van Tirsitor khi dẫn U  0Trong trường hợp này dòng điện qua tải là liên tục và điện áp trung bình đầu rachỉnh lưu (trên tải) được xác định theo biểu thức sau: cos23 6.2 sin3 2265 62UU U dd    Dòng điện qua tải là hằng số id  d và ta có:Ud Rd Dòng điện trung bình qua mỗi Tiristor:2 31 65 6d  itd    Điện áp ngược lớn nhất trên mỗi van Tiristor: Ung max  6U2+ Trường hợp 2: Sụt áp trên van Tirsitor khi dẫn U  0Điện áp trung bình đầu ra chỉnh lưu được xác định theo biểu thức sau:     Ud   U d  U d U  U  cos23 6.2 sin3 2265 665 62Dòng điện trung bình qua tải:Ud Rd Dòng điện trung bình qua mỗi Tiristor:d 3 Điện áp ngược lớn nhất trên mỗi van Tiristor: Ung max  6U2  U

Mạch chỉnh lưu ba pha hình tia có điều khiển

Chỉnh lưu ba pha hình tia còn gọi là chỉnh lưu ba pha một nửa chu kỳ

a Tải thuần trở

- Sơ đồ nguyên lý

Hình 1 Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lưu ba pha hình tia có điều khiển-Tải thuần trở

Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lưu ba pha hình tia tải thuần trở R được trình bày trên hình 1 Sơ đồ bao gồm máy biến áp ba pha nối Y/Y0, thiết bị chỉnh lưu T1, T2 và T3 được nối thành nhóm catôt chung Các cực anôt của thiết bị chỉnh lưu được nối với

ba đầu cuộn dây thứ cấp của máy biến áp Điểm catôt chung là cực dương của bộ chỉnh lưu, cực âm là trung tính của máy biến áp Tải được nối giữa hai cực của nguồn

- Nguyên lý hoạt động

Giả sử mạch đang làm việc ở chế độ xác lập, điện áp phía thứ cấp của máy biến

áp là một hệ thống điện áp ba pha đối xứng lần lượt là :

2

a

2

2

2 sin

3

b

2

4

3

c

u  U   

Coi rằng điện áp rơi trên Tiristor khi dẫn điện là 0V Góc điều khiển được tính từ các điểm chuyển mạch tự nhiên, tại đó trong sơ đồ các điôt tự động chuyển mạch lẫn nhau

Trong khoảng 0

6





  thì u c u a u b , van T3 đang dẫn điện do đã được điều khiển mở từ trước, van T1 và T2 bị khóa do phân cực ngược Khi đó ta có:

d c

u u ; c

d

u i R

 ;u T1u a  u c u ac;i1 0

Trong khoảng    

6

6 thì u a u u c, b, tuy nhiên van T1 khóa do chưa được phát xung điều khiển kích mở, do đó van T3 vẫn tiếp tục dẫn đến khi dòng điện anôt bằng không hoặc khi T1 được mở; van T2 khóa Khi đó ta có:

d c

u u ; c

d

u i R

 ;u T1u a u c u ac;i10

Tại thời điểm

6



  phát xung điều khiển kích mở van T1 Do đó, trong

khoảng      

6

5

6 , van T1 dẫn và van T2, T3 khóa

d a

u u ; a

d

u i R

 ;u T10;i1i d

Phân tích tương tự ta có:

Trong khoảng      

6

9 6

5

, van T2 dẫn và van T1, T3 khóa

d b

u u ; b

d

u i R

 ;u T1u au b u ab;i10

Trong khoảng      

6

13 6

5

, van T3 dẫn và van T1, T2 khóa

d c

u u ; c

d

u i R

 ;u T1u a u c u ac;i10

Các chu kỳ sau nguyên lý hoạt động tương tự

- Dạng sóng dòng điện và điện áp:

Với tải thuần trở, dòng điện tải sẽ lặp lại như dạng điện áp Do đó, với góc điều

30



 dòng sẽ là liên tục Khi 0

30



 dòng tải bằng 0 tại 0

180



 Tiristor khoá tự nhiên tại thời điểm 0

180



 nên sơ đồ làm việc trong chế độ dòng gián đoạn Dạng sóng điện áp và dòng điện của tải và van T1, với góc 0

15



 có dạng trên hình 2

Hình 2 Đồ thị dạng sóng điện áp và dòng điện trên tải và trên van T1

(Tải R,  15 0 )

- Các biểu thức tính toán cơ bản

+ Trường hợp 1: 0

30



 Trong trường hợp này dòng điện qua tải là liên tục và trị số trung bình của điện

áp sau chỉnh lưu là:





















cos 17 , 1 cos 2

6 3 sin

2 2

3

2 2

6 5

6

U





Dòng điện trung bình qua tải:

R

U R

U d

d





















cos 2

6 3 2

5

6

Dòng điện trung bình qua mỗi Tiristor:

3 2

5

6

d

d d



















Dòng điện hiệu dụng chảy qua thứ cấp máy biến áp:  d d  d





58 , 0 2

5

6

2











Điện áp ngược lớn nhất trên van T:Ungmax  6U2

+ Trường hợp 2: 0

30



 Trong trường hợp này thì dòng điện tải là gián đoạn và trị số trung bình của điện áp sau chỉnh lưu là:

] 1 ) 6

[cos(

2

2 3 sin

2 2

6





















U d

U

U d

6

[cos(

2

2

3 2









R

U R

U d

d

b Tải trở cảm (L>>R)

- Sơ đồ nguyên lý

Hình 3 Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lưu hình tia ba pha có điều khiển (Tải R + L)

- Nguyên lý hoạt động

Khi độ tự cảm của điện cảm tải có giá trị vô cùng lớn, dòng điện tải được san phẳng hoàn toàn, các Tiristor sẽ tiếp tục dẫn dòng khi điện áp pha đã đổi cực tính tại



  Góc dẫn của mỗi van sẽ bằng nhau và bằng

3

2

  Khi góc điều khiển

0

30



 trên đường điện áp tải u d xuất hiện phần điện áp âm Trong trường hợp này, dạng sóng điện áp và dòng điện của tải và van T1, với góc 0

15



45



trên hình 4 và hình 5 tương ứng

Hình 4 Đồ thị dạng sóng điện áp và dòng điện trên tải và trên van T1

(Tải R + L,  15 0 )

Hình 5 Đồ thị dạng sóng điện áp và dòng điện trên tải và trên van T1

(Tải R + L,  45 0 )

- Các biểu thức tính toán cơ bản

+ Trường hợp 1: Sụt áp trên van Tirsitor khi dẫn U 0

Trong trường hợp này dòng điện qua tải là liên tục và điện áp trung bình đầu ra chỉnh lưu (trên tải) được xác định theo biểu thức sau:



















cos 2

6 3 sin

2 2

5

6

2

U d

U





Dòng điện qua tải là hằng số i d d và ta có:

R

U d

d 



Dòng điện trung bình qua mỗi Tiristor:

3 2

5

6

d

t d



















Điện áp ngược lớn nhất trên mỗi van Tiristor:Ungmax  6U2

+ Trường hợp 2: Sụt áp trên van Tirsitor khi dẫn U 0

Điện áp trung bình đầu ra chỉnh lưu được xác định theo biểu thức sau:







































































cos 2

6 3 sin

2 2

5

6

6 5

6

2

Dòng điện trung bình qua tải:

R

U d

d 



Dòng điện trung bình qua mỗi Tiristor:

3

d







Điện áp ngược lớn nhất trên mỗi van Tiristor:Ungmax  6U2 U