CHỈNH LƯU KHÔNG ĐIỀU KHIỂN CẦU BA PHA, CỘNG BĂM XUNG

Giới thiệu chung Bộ băm xung áp một chiều dùng để biến đổi điện áp một chiều E thành xung điện áp một chiều có trị số trung bình Utb có thể thay đổi được.. Khi bộ băm xung áp làm việc ở

CHỈNH LƯU KHÔNG ĐIỀU KHIỂN CẦU BA PHA, CỘNG

BĂM XUNG

I Chỉnh lưu không điều khiển cầu ba

pha

Uc

Ua Ub

D1 D4 1

D6 2

D5

D3 D2 3

L M

N R

Trong sơ đồ này nếu ta chọn điện

áp thứ cấp u1 làm gốc pha, ta có:

U1 = Umsinωt

U2 = Umsin(ωt - 1200)

U3 = Umsin(ωt +1200)

Trong đó Um là biên độ của điện áp

thứ cấp của một pha máy biến áp

Đồ thị biến thiên của điện áp

như hình sau:

Để chỉnh lưu các điện áp người ta dùng 2 nhóm điốt: nhóm điốt atốt chung gồm 3 điốt

D2, D4, D6 và nhóm điốt có canốt chung D1, D2, D3

+ Trong khoảng 0 ≤ ωt ≤ θ1, u3 dương nhất và u2 âm nhất, D5 và D6 mở, dòng điện đi

từ điểm 3 qua điốt D5 tới điểm M qua phụ tải đến điểm N qua D6 về điểm 2 Điện áp đưa

ra tải ud = u32 = u3 - u2, điện áp trên điốt D1 là uD1 = u1 - u3

+ Trong khoảng θ1 ≤ ωt ≤ θ2 u1 dương nhất và u2 âm nhất, D1 và D6 mở, dòng điện đi

từ điểm 1 qua điốt D1 đến điểm M qua phụ tải đến điểm N qua D6 về điểm 2 Điện áp đưa

ra tải ud = u12 = u1 - u2, điện áp trên điốt D1 là uD1 = 0

+ Trong khoảng θ2 ≤ ωt ≤ θ3, u1 dương nhất u3 âm nhất, D1 và D2 mở, dòng điện đi từ điểm 1 qua điốt D1 đến điểm M qua phụ tải đến điểm N qua D2 về điểm 3 Điện áp đưa ra tải ud = u13 = u1 - u3, điện áp trên điốt D1 là uD1 = 0

+ Trong khoảng θ3 ≤ ωt ≤ θ4, u2 dương nhất u3 âm nhất do đó D3 và D2 mở, dòng điện đi từ 2 qua D3 đến điểm M qua phụ tải đến điểm N qua D2 về 3 Điện áp đưa ra tải ud

= u23 = u2 - u3, điện áp trên điốt D1 là uD1 = u1 - u2

+ Trong khoảng θ4 ≤ ωt ≤ θ5, u2 dương nhất u1 âm nhất do đó D3 và D4 mở, dòng điện đi từ 2 qua D3 đến điểm M qua phụ tải đến điểm N qua D4 về 1 Điện áp đưa ra tải ud

= u21 = u1 - u2, điện áp trên điốt D1 là uD1 = u1 - u2

+ Trong khoảng θ5 ≤ ωt ≤ θ6, u3 dương nhất u1 âm nhất do đó D5 và D4 mở, dòng điện đi từ 3 qua D5 đến điểm M qua phụ tải đến điểm N qua D4 về 1 Điện áp đưa ra tải ud

= u31 = u3 - u1, điện áp trên điốt D1 là uD1 = u1 - u3

+ Trong khoảng θ6 ≤ ωt ≤ θ7, u3 dương nhất u2 âm nhất do đó D5 và D6 mở, dòng điện đi từ 3 qua D5 đến điểm M qua phụ tải đến điểm N qua D6 về 2 Điện áp đưa ra tải ud

= u32 = u3 - u2, điện áp trên điốt D1 là uD1 = u1 - u3

Như vậy đồ thị của điện áp ud sẽ có dạng đường cong đậm nét và đồ thị biến thiên của

uD1 có dạng như đường nét đứt

Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu:

t d u u t

d u

π

ω π

θ

θ

π

∫

1

) (

2

6 2

1

2 1 2

0 0

trong đó

θ1 =

6

π , θ

2 = 2

π

, u1 - u2 = Umsinωt - Umsin(ωt - 1200) = 3 Umsin(ωt - 600)

ta có

Ud0 = ∫2

6

3

3π

π

π Umsin(ωt - 60

0)dωt

=

π

3 3

Um ≅ 1,65Um

Điện áp ngược cực đại trên mỗi điốt Ungmax

Từ đường cong uD1 ta có

Ungmax = 3 Um = 3

3 3

π

Udo = 1,04Ud0

Hệ số nhấp nhô của điện áp chỉnh lưu

K0 =

0

min max

2 d

d d

U

u

Từ đường cong điện áp ud ta có

udmax = 3 Um, udmin = 1,5Um nên

K0 = 0,07

65 , 1

2

) 5 , 1 3 (

≈

×

−

m

m

U U

Giá trị trung bình của dòng điện tải

U R R

U 0 1,65

=

Giá trị trung bình i0, giá trị hiệu dụng I và giá trị cực đại imax của dòng điện qua mỗi điốt

Trong sơ đồ này mỗi điốt chỉ dẫn điện trong 1/3 chu kì nên

I i

I I

I

=

3

;

3

Giá trị hiệu dụng của dòng điện thứ cấp IS

Từ đồ thị ta thấy trong mỗi chu kỳ trong khoảng θ1≤ ωt ≤ θ3 điốt D1 mở, dòng điện thứ cấp iS = ID còn trong khoảng θ4 ≤ ωt ≤ θ6 điốt D4 dẫn iS = - ID như vậy:

2

1 ) ) ( (

2

1 2

1

4 6 1 3 2 2

2 2

0 2

3

1

6

4

θ θ θ θ π ω

ω π

ω π

θ

θ

θ

θ

π

− +

−

=

− +

Khi thay θ3 - θ1 = θ6 - θ4 =

3

2π

Ta có

3

2

d

Công suất biểu kiến của máy biến áp

d d d

d d

m

UI

65 , 1

3 3

2 2 3

=

II Bộ băm xung áp một chiều

1 Giới thiệu chung

Bộ băm xung áp một chiều dùng để biến đổi điện áp một chiều E thành xung điện áp một chiều có trị số trung bình Utb có thể thay đổi được

Khi bộ băm xung áp làm việc ở chế độ giảm áp trị số trung bình Utb của các xung điện áp đặt vào phụ tải có thể điều chỉnh từ trị số không đến trị số lớn nhất bằng điện

áp một chiều E cung cấp cho bộ băm: 0 < Utb ≤ E

Khi bộ băm xung áp làm việc ở chế độ tăng áp có thể điều chỉnh cho điện áp trung bình trên tải Utb đạt đến giá trị lớn hơn điện áp E đặt của nguồn điện: E < Utb <∝

Bộ băm xung áp một chiều được coi như là một công tắc tơ tĩnh đóng mở liên tục một cách chu kỳ Nó được sử dụng rộng rãi trong các máy vận chuyển, trong truyền động máy cắt gọt, trong giao thông đường sắt, ôtô chạy điện, xe rùa bốc dỡ hàng, trong kỹ nghệ điện hoá

Thiết bị băm xung làm việc với hiệu suất cao tổn hao năng lượng ít hơn so với phương pháp điều chỉnh điện áp một chiều liên tục, ít nhạy cảm với môi trường vì tham

số điều chỉnh là thời gian đóng mở để đặt hoặc cắt nguồn trên tải, kích thước nhỏ Tuy nhiên bộ băm xung áp có nhược điểm là : phải dùng cùng với bộ lọc đầu ra do đó làm tăng quán tính của qúa trình điều khiển khi sử dụng các mạch điều khiển kín Nếu tần số đóng mở lớn sẽ phát sinh ra nhiễu vô tuyến

2 Nguyên tắc hoạt động của bộ băm xung áp một chiều làm việc ở chế độ giảm áp

Bộ băm xung áp một chiều là một khoá điện H làm bằng tranzito hay bằng tiristo được điều khiển đóng mở một cách chu kỳ Khi làm việc ở chế độ giảm áp bộ băm xung

áp một chiều H được đặt nối tiếp giữa nguồn điện áp một chiều E và phụ tải như trên hình

vẽ

a) Trị số trung bình của điện áp trên tải Utb

Khi bộ băm H đóng điện thì điện áp đặt lên tải có trị số u = E Còn khi H ngắt điện thì

u = 0

Trị số trung bình của điện áp một chiều đặt lên phụ tải là:

E E T

T Edt T

udt

T

T T

tb

d

α

=

=

=

0 0

1 1

với Tđ là thời gian đóng của khoá H, hay độ rộng xung

T là chu kì băm, hay chu kì xung

α =

T

T d

là hệ số lấp đầy xung áp còn gọi là tỉ số chu kì: ta có α ≤ 1

Bằng cách biến đổi trị số của hệ số α ta nhận được các trị số khác nhau của điện áp trung bình của điện áp trung bình Utb trên phụ tải

Có thể cho α biến đổi bằng hai cách:

1 - Cố định chu kì băm T, thay đổi thời gian đóng điện Tđ của bộ băm, ta có bộ băm tần số cố định

2 - Cố định thời gian đóng điện Tđ, biến đổi chu kì băm T, ta có bộ băm tần số biến thiên

Nếu Tđ = 0 thì α = 0 ta có Utb = 0 lúc này bộ băm thường xuyên ngắt mạch Khi Tđ =

T, ta có α =1 và Utb = E, bộ băm thường xuyên đóng mạch điện Bộ băm xung áp một chiều thường đóng điện và ngắt điện liên tục với tần số cao (200 ÷ 500Hz) nên thường là một khoá bán dẫn

b) Sơ đồ thực tế của bộ xung áp một chiều dùng tranzito

Bộ băm xung áp sử dụng tranzito có tần số băm lớn khoảng vài kilohert Các tranzito không cần mạch để khoá lại như tiristo nên rất đơn giản và có thể làm việc với tần số tương đối lớn Các bộ băm dùng tranzito công suất có thể đạt tới tần số băm từ 1000 đến

2000 Hz một cách dễ dàng Khi dùng bộ băm xung áp có thể không cần dùng cuộn cảm san bằng hoặc chỉ cần cuộn cảm có điện cảm nhỏ nối tiếp với tải cũng đủ san bằng dòng điện trên tải thành dòng điện một chiều có trị số không đổi

Nhược điểm của bộ băm điện bằng Tranzito là có công suất nhỏ, chỉ đạt cỡ vài kilôoát đến vài chụ kilôoát là cùng

Sơ đồ của bộ băm xung áp một chiều dùng Tranzito