Giáo trình điện tử công suất chương 2 chỉnh lưu điều khiển

Hình 2.3a: Sơ đồ chỉnh lưu hình tia m pha không điều khiển Qua nghiên cứu người ta nhận thấy rằng: Ở chế độ dòng qua tải là liên tục và bỏqua quá trình chuyển mạch thì ở một thời điểm b

CHƯƠNG 2: CHỈNH LƯU ĐIỀU KHIỂN (Bộ biến đổi xoay chiều – một chiều sử dụng thyristor)

MỤC TIÊU CỦA CHƯƠNG

Cung cấp cho sinh viên kiến thức cơ bản về các bộ chỉnh lưu sử dụng thyristor với cácphụ tải khác nhau, từ đó vẽ được dạng sóng đầu ra của bộ chỉnh lưu, biết cách tính toánthông số và tính chọn các van trong các sơ đồ chỉnh lưu

2.1 KHÁI NIỆM CHUNG

Trong kỹ thuật điện rất nhiều trường hợp yêu cầu phải biến đổi một nguồn điện ápxoay chiều thành điện áp một chiều và điều chỉnh được giá trị của điện áp một chiều đầura.Để thực hiện việc này người ta có nhiều cách khác nhau, ví dụ như dùng tổ hợp động

cơ - máy phát, dùng bộ biến đổi một phần ứng, dùng chỉnh lưu,.v.v Nhưng phổ biến nhất

và có hiệu suất cao nhất là sử dụng các sơ đồ chỉnh lưu bằng các dụng cụ bán dẫn.Các sơ

đồ chỉnh lưu(các bộ biến đổi xoay chiều-một chiều) là các bộ biến đổi ứng dụng tính chấtdẫn dòng một chiều của các dụng cụ điện tử hoặc bán dẫn để biến đổi điện áp xoay chiềuthành điện áp một chiều một cách trực tiếp Hiện nay các dụng cụ điện tử hầu như khôngcòn được sử dụng trong các sơ đồ chỉnh lưu vì kích thước lớn, hiệu suất thấp Dụng cụ sửdụng chủ yếu trong các sơ đồ chỉnh lưu hiện nay là các thyristor và các điốt bán dẫn Các

sơ đồ chỉnh lưu có nhiều dạng khác nhau và được ứng dụng cho nhiều mục đích khácnhau, ví dụ như dùng để điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều; cung cấp điện áp mộtchiều cho thiết bị mạ điện, điện phân; cung cấp điện áp một chiều cho các thiết bị điềukhiển, các đèn phát trung tần và cao tần, v.v Các sơ đồ chỉnh lưu được sử dụng từ côngsuất rất nhỏ đến công suất rất lớn

1

1

Ed Ld

Rd id

Tm T2

T1

um u2

u1

ud O

A Ed

Ld

(b)Sơ đồ chỉnh lưu hình tia

m pha các van nối anot chung

Sơ đồ chỉnh lưu hình tia

m pha các van nối katot chung

Rd Tm

T2 T1

um u2

ud O

K

2.2 SƠ ĐỒ NỐI DÂY VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC

2.2.1 Sơ đồ nối dây

Có hai loại sơ đồ nối dây các bộ chỉnh lưu là : Sơ đồ nối dây hình tia và sơ đồ nối dâyhình cầu

2.2.1.1 Sơ đồ nối dây hình tia

Hình 2.1 là các sơ đồ chỉnh lưu hình tia tổng quát Hình 2.1a là sơ đồ chỉnh lưuhình tia m pha các van nối katot chung, còn hình 2.1b là sơ đồ chỉnh lưu hình tia m phacác van nối anot chung Trong các sơ đồ này:

- u1, u2, , um là hệ thống điện áp xoay chiều (thường là hình sin) m pha

- T1, T2, , Tm là m van chỉnh lưu có điều khiển (thyristor), trong các sơ đồ chỉnh lưukhông điều khiển thì các van là điôt

- Ld , Rd,, Ed là điện trở, điện cảm, s.đ.đ phụ tải một chiều

- ud , id là điện áp và dòng điện chỉnh lưu tức thời trên phụ tải một chiều, chiều qui ướccủa id lấy trùng với chiều thực của dòng qua tải, còn chiều qui ước của ud lấy trùng vớichiều qui ước của dòng tải id

- Điểm O là trung tính nguồn xoay chiều

Hình 2.1: Sơ đồ chỉnh lưu hình tia m pha

Đặc điểm chung của các sơ đồ chỉnh lưu hình tia là:

- Số van chỉnh lưu bằng số pha nguồn xoay chiều

2

2

- Các van có một điện cực cùng tên nối chung, điện cực còn lại nối với nguồn xoaychiều Nếu điện cực nối chung là katôt thì sơ đồ được gọi là sơ đồ katôt chung, còn nếuđiện cực nối chung là anôt ta có sơ đồ anôt chung Điểm nối chung của các van là mộttrong hai điện cực của điện áp chỉnh lưu Hệ thống điện áp nguồn xoay chiều m phaphải có điểm trung tính, trung tính nguồn là điện cực còn lại của điện áp chỉnh lưu.

2.2.1.2 Sơ đồ nối dây hình cầu

Hình 2.2 là các sơ đồ chỉnh lưu mắc theo sơ đồ cầu Hình 2.2 là sơ đồ dạng tổng quátvới số pha m ≥ 3

Hình 2.2: Sơ đồ chỉnh lưu hình cầu m pha

Các phần tử trên các sơ đồ :

- u1, u2, , um là hệ thống điện áp xoay chiều (thường là hình sin) m pha, u là điện áp xoaychiều một pha

- T1, T2, , T2m là các van chỉnh lưu có điều khiển (thyristor)

- Rd , Ld , Ed là điện trở, điện cảm , s.đ.đ phụ tải (Ed còn được gọi là s.đ.đ ngược haysức phản điện động)

- ud, id là điện áp và dòng tải tức thời, qui ước chiều giống như sơ đồ hình tia

Các đặc điểm chung của sơ đồ chỉnh lưu hình cầu m pha:

3

3

- Số van chỉnh lưu trong sơ đồ bằng 2 lần số pha, trong đó có m van có katôt nốichung được gọi là nhóm van katôt chung và trên sơ đồ ta ký hiệu bởi chỉ số lẻ, m van cònlại có anôt nối chung nên được gọi là nhóm van anôt chung và trên sơ đồ ta ký hiệu bằngchỉ số chẵn.

- Mỗi pha nguồn xoay chiều nối với 2 van, một ở nhóm katôt chung và một ở nhómanôt chung

- Điểm nối chung của các van nhóm katôt chung (K), nhóm van anôt chung (A) là 2điện cực của điện áp ra

2.2.2 Nguyên lý làm việc

2.2.2.1 Nguyên lý làm việc của sơ đồ chỉnh lưu hình tia

a Trường hợp sơ đồ chỉnh lưu là không điều khiển

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

ta xét với sơ đồ không điều khiển và nghiên cứu loại sơ đồ các van nối katôt chung( hình2.1a) Trong sơ đồ này ta đã thay các thyristor ở sơ đồ hình 2.1a bằng các điôt từ

D1 đến Dm

Hình 2.3a: Sơ đồ chỉnh lưu hình tia m pha không điều khiển

Qua nghiên cứu người ta nhận thấy rằng: Ở chế độ dòng qua tải là liên tục và bỏqua quá trình chuyển mạch thì ở một thời điểm bất kỳ khi bộ chỉnh lưu đang làmviệc trong sơ đồ luôn có một van dẫn dòng, đó là van nối với pha có điện áp dươngnhất Mặt khác như đã biết với hệ thống điện áp xoay chiều m pha thì trong thời gian mộtchu kỳ nguồn mỗi pha sẽ lần lượt dương nhất trong khoảng thời gian bằng 1/m chu kỳ, dovậy mà mỗi van trong sơ đồ sẽ dẫn dòng một khoảng bằng 1/m chu kỳ trong thời gianmột chu kỳ nguồn

4

4

Ta giả thiết rằng sụt điện áp trên điôt hoặc tiristor mở (dẫn dòng) bằng không Nhưvậy thời điểm mà điện áp trên van bằng không và có xu hướng chuyển sang dương là thờiđiểm van (điôt) bắt đầu mở, thời điểm mà điôt trong sơ đồ chỉnh lưu bắt đầu mở được gọi

là thời điểm mở tự nhiên đối với van trong sơ đồ chỉnh lưu

Thời điểm mở tự nhiên đối với van trong sơ đồ chỉnh lưu các van nối katôt chungchậm sau thời điểm điện áp của pha nối van bằng không và bắt đầu chuyển sang dươngmột góc độ điện bằng ψ0, với ψ0 được xác định như sau:

(2.1)

Mỗi điôt trong sơ đồ bắt đầu mở tại thời điểm mở tự nhiên và sẽ khoá tại thời điểm

mở tự nhiên của van tiếp theo Điện áp chỉnh lưu sẽ lặp lại m lần giống nhau trong mộtchu kỳ nguồn xoay chiều

Trường hợp sơ đồ chỉnh lưu hình tia m pha các van nối anôt chung, khi sơ đồ làmviệc ở chế độ dòng liên tục và bỏ qua chuyển mạch thì tại một 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 cácvan trong sơ đồ này chậm sau thời điểm điện áp của pha mắc với van bằng không và bắtđầu chuyển sang âm một góc độ điện cũng bằng ψ0

b Trường hợp chỉnh lưu có điều khiển

Trong trường hợp này các van chỉnh lưu là các thyristor (T1,T2, ,Tm) Như đã biết, đểmột thyristor có thể chuyển từ trạng thái khoá sang trạng mở thì cần phải có đủhai điều kiện :

- Điện áp giữa anôt và katôt phải dương (thuận)

- Có tín hiệu điều khiển đặt vào điện cực điều khiển và katôt của van (nói tắt là có tínhiệu điều khiển)

5

5

Hìn 2.3b: Sơ đồ chỉnh lưu hình tia m pha có điều khiển

Do đặc điểm vừa nêu mà trong sơ đồ này ta có thể điều khiển được thời điểm mở của cácvan trong một giới hạn nhất định Cụ thể là:trong khoảng thời gian van có điều kiện mởthứ nhất là có điện áp thuận (từ thời điểm mở tự nhiên đối với van cho đến sau thời điểmnày một nửa chu kỳ), ta cần mở van ở thời điểm nào thì ta truyền tín hiệu điều khiển đếnvan ở thời điểm đó và điều này được thực hiện với tất cả các van trong sơ đồ Như vậynếu ta truyền tín hiệu điều khiển đến van chậm sau thời điểm mở tự nhiên một góc độđiện bằng α thì tất cả các van trong sơ đồ sẽ mở chậm so với thời điểm mở tự nhiên mộtgóc độ điện là α và đường cong điện áp chỉnh lưu trên phụ tải một chiều sẽ khác so với

sơ đồ chỉnh lưu không điều khiển (các van mở tại thời điểm mở tự nhiên đối với van), dovậy giá trị trung bình (thành phần một chiều) của điện áp chỉnh lưu sẽ thay đổi Mặt kháckhi thay đổi giá trị của α thì dạng và gía trị trung bình của điện áp chỉnh lưu cũng thayđổi theo Vậy ta có thể thay đổi được thành phần một chiều của điện áp trên tải nhờ thayđổi thời điểm mở van, tức là thay đổi giá trị góc α Trong sơ đồ chỉnh lưu thì giá trị góc

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

mở của van đã nêu trên ta thấy rằng:muốn van mở được khi có tín hiệu điều khiển thì thờiđiểm truyền tín hiệu điều khiển đến van phải nằm trong khoảng điện áp trên van làthuận,có nghĩa rằng: 1800 > α ≥ 00 Trường hợp sơ đồ làm việc với α = 00 tươngđương 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 anôt chung cũng hoàntoàn tương tự, chỉ khác là thời điểm mở tự nhiên của các van trong sơ đồ này xác địnhkhác với sơ đồ các van nối katôt chung

6

6

2.2.2.2 Nguyên lý làm việc sơ đồ cầu

a Trường hợp sơ đồ 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 2 van cùng dẫn dòng, một van

ở nhóm katôt chung còn van kia ở nhóm anôt chung Vậy, với giả thiết là sơ đồlàm việc ở chế độ dòng liên tục và bỏ qua quá trình chuyển mạch thì khi bộ chỉnhlưu cầu m pha làm việc, ở một thời điểm bất kỳ trong sơ đồ luôn có 2 van dẫn dòng:một van ở nhóm katôt chung nối với pha đang có điện áp dương nhất và một van ở nhómanôt chung nối với pha đang có điện áp âm nhất Thời điểm mở tự nhiên đối các vannhóm katôt chung xác định giống như các van trong sơ đồ chỉnh lưu hình tia cùng sốpha các van nối katôt chung, còn thời điểm mở tự nhiên đối với các van nhóm anôtchung thì xác định như đối với các van trong sơ đồ chỉnh lưu hình tia cùng số pha các vannối anôt chung Với đặc điểm làm việc của sơ đồ chỉnh lưu hình cầu người ta nhận thấyrằng: Trong một chu kỳ nguồn xoay chiều mỗi van cũng dẫn dòng một khoảng thời gianbằng 1/m chu kỳ như ở sơ đồ hình tia, sự chuyển mạch dòng từ van này sang van khácchỉ 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=2m khi m lẻ vàq=m khi m chẵn

b Trường hợp sơ đồ chỉnh lưu có điều khiển

7

7

Hình 2.4: Sơ đồ chỉnh lưu hình cầu m pha 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 việc điều khiển cho các van trong sơ đồ mở chậm hơn thời điểm mở tự nhiênmột góc độ điện bằng α nhờ sử dụng tín hiệu điều khiển giống như ở sơ đồ hình tia.Giớihạn thay đổi lớn nhất của góc điều khiển α là từ 00 đến 1800

2.3 DÒNG VÀ ÁP TRÊN PHỤ TẢI MỘT CHIỀU

2.3.1 Dòng điện chỉnh lưu trên phụ tải một chiều

Từ mục trên ta thấy rằng dạng đường cong điện áp chỉnh lưu lặp đi lặp lại q lầntrong một chu kỳ nguồn xoay chiều, do vậy ở chế độ xác lập thì dòng qua tải cũng sẽlặp đi lặp lại q lần (với q = m khi sơ chỉnh lưu là hình tia hoặc sơ đồ cầu có số pha m làchẵn, q=2m khi sơ đồ chỉnh lưu là hình cầu với số pha m là lẻ)

Qua đây chúng ta thấy rằng để biết dòng và áp trên tải ở chế

độ xác lập ta c hỉ cần biết dòng và áp trên tải trong một

khoảng thời gian bằng một lần lặp lại (bằng 1/m chu kỳ hay qui

ra góc độ điện bằng 2π/q) Để xác định dòng và áp trên tải ta

dựa vào sơ đồ thay thế bộ chỉnh lưu trong một khoảng làm việc

của 1 van như hình 2.5 Trong sơ đồ thay thế này ta có:

u là tổng đại số điện áp nguồn xoay chiều tác động

trong mạch vòng nối với các van đang dẫn dòng trong

sơ đồ ở giai đoạn xét,trong sơ đồ hình tia ở một thời điểm chỉ có một van làm việc nên u

sẽ là điện pha, với sơ cầu ở một thời điểm có 2 van mắc với hai pha khác nhau cùng làmviệc nên u sẽ là điện áp dây Nếu ta chọn mốc thời gian xét t=0 (ωt=0) là thời điểm bắtđầu mở một van trong sơ đồ thì:

(2.2)Trong đó Um là biên độ điện pha nguồn xoay chiều nếu sơ đồ chỉnh lưu là hình tia hoặc

là biên độ điện áp dây nếu sơ đồ chỉnh lưu là chỉnh lưu là hình cầu (V), ω là tần số góccủa nguồn điện xoay chiều (rad), t là thời gian xét (s) , ψ là góc pha đầu và được xácđịnh:

8

Hình 2.5: Sơ đồ thay thế tương đương bộ chỉnh

lưu

8

Thyristor T đặc trưng các van đang dẫn dòng, ở sơ đồ tia là 1 van còn sơ đồ cầu có 2 vandẫn dòng nối tiếp nhau Ở đây T chỉ có ý nghĩa là dòng trong sơ đồ chỉ được phép đi theomột chiều là chiều thực của dòng qua T, còn sụt điện áp trên T đã được bỏ qua

- Ed , Ld , Rd là các phần tử phụ tải

- ud , id là điện áp và dòng điện trên tải

Viết phương trình cân bằng điện áp trong sơ đồ hình 2.5 ta có:

Tuỳ thuộc vào đặc tính phụ tải, dạng sơ đồ, giá trị góc điều khiển mà xẩy ra một số chế

độ làm việc khác nhau :

- Nếu trong toàn bộ thời gian làm việc mà id > 0 ta có chế độ dòng điện tải liên tục

- Nếu trong một chu kỳ làm việc mà dòng tải có q khoảng bằng không và q khoảngkhác không ta có chế độ dòng điện tải gián đoạn

9

9

- Chế độ trung gian (giới hạn) giữa 2 chế độ nêu trên được gọi là chế độ dòng điện biênliên tục.

Chú ý: Khi dùng (2.7) nếu tính được i* có giá trị âm trong một khoảng nào đó ở thờigian xét thì trong khoảng đó ta lấy i*=0, vì dòng điện trong mạch chỉ được phép đi theomột chiều nên không âm

2.3.1.1 Chế độ dòng tải gián đoạn

Điều này sẽ xẩy ra với tải là điện trở thuần khi α lớn trong sơ đồ 1 hoặc 2 pha và ngay

cả sơ đồ 3 pha, hoặc khi tải có Ld hữu hạn mà Ed lớn hoặc α lớn, Khi đó, tại thời điểm tabắt đầu mở một van thì dòng qua tải đang bằng không , tức là i* =0 Vậy biểu thức dòngtải dạng tương đối lúc này là:

(2.8)

Khi nghiên cứu bộ chỉnh lưu ở chế độ dòng điện gián đoạn người ta gọi khoảng thờigian tồn tại một xung dòng tải qui ra góc độ điện là góc dẫn của van và ký hiệu là λ

2.3.1.2 Dòng điện tải khi phụ tải R d - E d (khi L d = 0)

Khi Ld = 0 ta có: τ = 0 nên e-t/ τ = 0 Vậy dòng tương đối trên tải:

(2.9)

2.3.1.3 Dòng điện tải ở chế độ dòng biên liên tục

Khi sơ đồ làm việc ở chế độ này thì đường cong dòng điện có q điểm bằng khôngtrong một chu kỳ nguồn xoay chiều Những điểm dòng tải bằng không là những điểm bắtđầu mở một van trong sơ đồ, vậy trong trường hợp này i*=0 và ta cũng có thể dùng biểuthức (2.8) để xác định dòng tải, tuy nhiên trong trường hợp này thì góc dẫn của van λ =

2π/q Khi thay ωt=2π/q vào (2.8) và cho i*=0 ta tìm được giá trị giới hạn của s.đ.đ để sơ

đồ có thể chuyển từ chế độ dòng gián đoạn sang liên tục và ngược lại, ta có:

(2.10)

10

10

2.3.1.4 Dòng tải ở chế độ dòng liên tục

Khi sơ đồ chỉnh lưu đã làm việc ở chế độ xác lập mà dòng tải liên tục thì do tính chấtlặp đi lặp lại mang tính chu kỳ với chu kỳ lặp lại bằng 1/q lần chu kỳ nguồn xoay chiềunên dòng tải khi ωt=2π/q cũng bằng dòng tải tại ωt=0, tức là bằng i*

0 Thay ωt=2π/q vào(2.7) ta tìm được i*

(2.14)

11

11

2.3.2 Điện áp chỉnh lưu trên phụ tải một chiều

Có hai khái niệm về điện áp chỉnh lưu là:

- Điện áp chỉnh lưu tức thời, ta ký hiệu là ud trong khoảng thời gian xét đã nêu ta có: + Ở chế độ dòng tải gián đoạn:

* ud = u khi id > 0 (tức là khi i* > 0): từ ωt=0 đến ωt =λ

* ud = Ed trong khoảng dòng tải bằng không từ ωt=λ đến ωt =2π/q

+ Ở chế độ dòng tải liên tục :

ud = u trong toàn khoảng xét

- Điện áp chỉnh lưu trung bình, đây chính là thành phần một chiều của điện áp chỉnhlưu , nó được tính theo biểu thức:

2.4 CHẾ ĐỘ NGHỊCH LƯU CỦA CHỈNH LƯU ĐIỀU KHIỂN

Khi nghiên cứu sự làm việc của sơ đồ chỉnh lưu có điều khiển người ta nhận thấytrong một số điều kiện nhất định bộ chỉnh lưu thực hiện quá trình biến đổi năng lượngngược với chế độ chỉnh lưu bình thường, lúc đó bộ chỉnh lưu thực hiện biến đổi điệnnăng một chiều bên phía phụ tải thành điện năng xoay chiều và chuyển trả cho nguồncung cấp xoay chiều Chế độlàm việc này của sơ đồ chỉnh lưu được gọi là chế độ nghịchlưu của chỉnh lưu có điều khiển

Nếu gọi công suất tiêu thụ trên phụ tải bộ chỉnh lưu là Pd,bỏ qua tổn thất phụ ta có:

Khi sơ đồ làm việc ở chế độ chỉnh lưu ta có Pd > 0 , phụ tải tiêu thụ công suất tácdụng do nguồn xoay chiều chuyển sang Trong trường hợp bộ biến đổi làm việc ở chế độnghịch lưu thì như đã nêu : phụ tải phát ra công suất tác dụng và nguồn xoay chiều lúcnày thu công suất tác dụng, do vậy Pd < 0 Mặt khác, ta biết rằng dòng qua phụ tải bộchỉnh lưu chỉ đi theo một chiều nên nếu có dòng qua tải thì Id không thể âm (tức Id luônluôn > 0) Vậy muốn có Pd < 0 thì Ud <0 , tức là điện áp đầu ra bộ chỉnh lưu phải đổi dấu.Nếu giả thiết sơ đồ chỉnh lưu làm việc ở chế độ dòng liên tục ta có:

Từ biểu thức (2.19) ta thấy rằng:

- Nếu 0 < α < π/2 thì Ud > 0 , sơ đồ làm việc ở chế độ chỉnh lưu

- Nếu π/2 < α < π thì Ud < 0 , sơ đồ làm việc ở chế độ nghịch lưu

* Vậy điều kiện thứ nhất để có chế độ nghịch lưu là: π/2<α < π

Mặt khác ta có Id =(Ud - Ed)/ Rd Muốn có chế độ nghịch lưu thì tải phải phát ra côngsuất tác dụng tức là Pd phải âm , và điều này có nghĩa là Id >0 Từ biểu thức trên ta suy ra(Ud - Ed) > 0 , mà Ud < 0 nên Ed < 0 và |Ed| > |Ud| (*) , tức là ta phải đảo cực tính của Ed

so với qui ước và phải đảm bảo biểu thức (*)

* Vậy điều kiện thứ hai để có chế độ nghịch lưu là: phải đảo chiều s.đ.đ phụ tải Ed vàđảm bảo quan hệ |Ed| > |Ud|

Khi sơ đồ chỉnh lưu làm việc ở chế độ nghịch lưu người đưa ra một đại lượng mới làgóc điều khiển nghịch lưu hay gọi tắt là góc nghịch lưu và ký hiệu là β Góc β được tínhbằng khoảng thời gian từ thời điểm mở van đến thời điểm chậm sau thời điểm mở tựnhiên đối với van một góc bằng 1800 qui ra góc độ điện, vậy β = π - α

Chú ý: Từ đặc điểm làm việc cũng như bản chất của các tiristor người ta thấy rằng,

để một tiristor đang dẫn dòng chuyển sang trạng thái khoá một cách chắc chắn thì sau khidòng qua van giảm về bằng không ta phải duy trì một điện áp âm hoặc bằng không trongmột khoảng thời gian nhất định thì van mới đảm bảo phục hồi được tính chất điều khiển,

có nghĩa rằng sau khoảng thời gian cần thiết như đã nêu ta có thể đặt điện áp thuận tronggiới hạn cho phép lên van thì van cũng vẫn khoá nếu chưa có tín hiệu điều khiển Khoảng

13

13

thời gian cần thiết nêu trên được gọi là thời gian phục hồi tính chất điều khiển của van và

ta ký hiệu là tk Khi sơ đồ làm việc ở chế độ nghịch lưu nếu ta cho α = π thì khi dòng quamột van vừa bằng không (với giả thiết đang bỏ qua chuyển mạch-sẽ xét ở phần sau), điện

áp trên van cũng bằng không và bắt đầu chuyển sang dương (thuận) tức là van không cóthời gian phục hồi tính chất điều khiển và sẽ mở lại ngay Sự tự mở lại của van vừa khoákết hợp với việc trong sơ đồ đang có một van cùng nhóm dẫn dòng sẽ gây nên ngắn mạch

và phá huỷ chế độ nghịch lưu, người ta gọi hiện tượng này là hiện tượng lật đổ nghịchlưu Muốn cho sơ đồ làm việc bình thường ở chế độ nghịch lưu thì phải tạo ra khoảngthời gian cần thiết để van phục hồi tính chất điều khiển bằng cách giảm giá trị góc điềukhiển cực đại và người ta thực hiện:

mở một van đến lượt làm việc thì van cùng nhóm với nó đang dẫn dòng ở giai đoạn trướcdòng chưa giảm ngay về không mà sẽ giảm dần trong một khoảng thời gian nào đó vàtrong thời gian đó dòng qua van vừa mở cũng sẽ tăng dần từ 0 đến giá trị dòng qua tải.Như vậy, ta thấy rằng khi chuyển sự dẫn dòng từ van này sang van khác cùng nhóm sẽxuất hiện một khoảng thời gian có hai van cùng nhóm của sơ đồ cùng dẫn dòng, khoảngthời gian này được gọi là thời gian chuyển mạch và quá trình diễn ra trong sơ đồ chỉnh

14

14

lưu trong thời gian này được gọi là quá trình chuyển mạch Trong thời gian chuyển mạch

sơ đồ làm việc ở trạng thái ngắn mạch hai pha nguồn xoay chiều bởi sụt điện áp trên haivan cùng nhóm dẫn dòng xem là bằng không Quá trình chuyển mạch như đã nêu khôngxảy ra đối với chế độ dòng gián đoạn vì khi ta mở một van trong sơ đồ thì tất cả các vanlàm việc ở giai đoạn trước đều đang khoá Quá trình chuyển mạch chỉ diễn ra khi sơ đồlàm ở chế độ dòng liên tục và việc nghiên cứu quá trình này tương đối phức tạp Để đơngiản cho việc nghiên cứu ta tạm thời đưa ra một số giả thiết như sau:

- Điện áp xoay chiều cung cấp cho bộ chỉnh lưu là hoàn toàn hình sin

- Tạm thời bỏ qua điện trở trong mạch nguồn (Rs = 0),chỉ xét đến điện cảm của mạchnguồn (Ls = 0)

- Giả thiết điện cảm mạch tải là vô cùng lớn (Ld = ∞ nên id = Id= const)

- Bỏ qua sụt điện áp trên van và xem rằng van mở ngay khi có tín hiệu điều khiển

- Chỉ khảo sát quá trình chuyển mạch diễn ra giữa 2 van và nghiên cứu với trường hợp

sơ đồ là hình tia, sau đó suy rộng kết quả cho cả sơ đồ hình cầu

2.5.2 Dạng dòng qua các van trong giai đoạn chuyểnmạch

Để xác định biểu thức dòng các van trong giai đoạn chuyển mạch với sơ đồ chỉnh lưuhình tia m pha các van nối katôt chung ta sử dụng sơ đồ thay thế bộ chỉnh lưu trong thờigian diễn ra quá trình chuyển mạch giữa 2 van Tn và Tn+1 , (n < m), như hình 2.6:

Hình 2.6: Sơ đồ thay thế bộ chỉnh lưu trong thời gian chuyển mạch

* Tn,Tn+1 là 2 van mắc ở 2 pha un, un+1

* Lsn,Lsn+1 là điện cảm tổng trong 2 pha nguồn xoay chiều thứ n và n+1 , ta có:

* Ed , Rd , Ld là các phần tử phụ tải một chiều

* iTn, iTn+1, id là dòng điện các van là dòng tải

* ud là điện áp chỉnh lưu tức thời

Ta chọn mốc thời gian xét ωt = 0 là thời điểm

truyền tín hiệu điều khiển mở Tn+1, trước đó van Tn đang dẫn dòng Viết phương trình cânbằng điện áp trong mạch vòng qua 2 van đang diễn ra chuyển mạch và hai pha nguồn nốivới 2 van này với chú ý rằng điện áp trên 2 van này trong khoảng chuyển mạch bằngkhông(vì các van đang dẫn dòng), ta được:

Hằng số tích phân C được xác định dựa điều kiện đầu là khi ωt=0 thì iTn+1 =0 và

có giá trị như sau:

1 - cosγ0 =(Id.2 ω Ls)/Um (2.30)

Rút ra:

γ0 = arccos[1- (2.ω.Ls.Id)/Um] (2.31)Thay ωt=γ vào (2.29) và cho iTn= 0 ta rút ra:

(2.32) Chia vế với vế hai đẳng thức (2.30), (2.31) cho nhau ta được:

(2.33)sau khi biến đổi, cuối cùng ta rút ra :

(2.34)Nhận xét : Góc chuyển mạch γ phụ thuộc vào giá trị dòng tải Id , điện áp nguồncung cấp, điện cảm trong mạch nguồn Ls, góc điều khiển α

2.5.4 Điện áp chỉnh lưu khi có xét đến quá trình chuyển mạch

2.5.4.1 Điện áp chỉnh lưu tức thời

- Trong khoảng thời gian không diễn ra chuyển mạch:

17

17

Trong các giai đoạn này điện áp chỉnh lưu tức thời bằng điện áp của pha nguồn xoaychiều nối với van đang dẫn dòng, ví dụ: lân cận trước ωt=0 thì Tn dẫn dòng nên ud = uncòn từ ωt = γ đến ωt = 2π/q thì Tn+1 dẫn dòng nên ud = un+1

- Trong giai đoạn diễn ra chuyển mạch:

Khi có sự chuyển mạch dòng từ van này sang van khác thì dòng qua các van và cácpha nguồn xoay chiều có sự biến đổi nên điện áp chỉnh lưu tức thời trên tải cũng sẽ thayđổi Để xác định điện áp trên tải trong giai đoạn này ta viết phương trình cân bằng điện

2.5.4.2 Điện áp chỉnh lưu trung bình

Do có chuyển mạch mà điện áp chỉnh lưu tức thời trong khoảng chuyển mạch bị giảm

đi Lượng giảm đi của ud trong khoảng chuyển mạch bằng sụt điện áp trên điện cảm mạchnguồn uLs.Vì vậy mà giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu cũng bị giảm đi một lượngbằng giá trị trung bình của sụt điện áp trên Ls,ta ký hiệu là ∆Ux Giá trị ∆Ux được xácđịnh bằng:

(2.38)

Dựa vào (2.32) và (2.38) ta rút ra:

(2.39)18

18

Và cuối cùng ta được biểu thức điện áp chỉnh lưu trung bình khi có tính đến quátrình chuyển mạch là:

(2.40)

** Các chú ý:

- Khi có tính đến điện trở Rs trong mạch nguồn xoay chiều mà vẫn giả thiết Ld = ∞thì các tính toán cho thấy rằng dạng đường cong dòng điện các van cũng gần giống nhưkhi bỏ qua điện trở nguồn và các biểu thức tính toán trên vẫn có thể sử dụng được vớimức độ chính xác cho phép, chỉ cần quan tâm thêm sụt áp trên Rs

- Khi có tính đến điện trở Rs trong mạch nguồn xoay chiều mà giá trị Ld hữu hạn thìnếu Ld có giá trị đủ lớn để cho dòng tải đập mạch nhỏ thì dạng dòng các van cũng thayđổi rất ít và ta vẫn có thể sử dụng các quan hệ trên nhưng trong biểu thức tính điện ápchỉnh lưu trung bình phải tính đến sụt điện áp một chiều trên Rs Vậy, biểu thức điện ápchỉnh lưu trung bình khi có Rs là:

(2.41)

- Các biểu thức (2.40),(2.41) tuy tính toán với sơ đồ hình tia nhưng vẫn áp dụngđược cho cả các sơ đồ hình cầu trừ trường hợp sơ đồ cầu một pha.Với sơ đồ chỉnh lưucầu một pha ta sử dụng biểu thức sau:

(2.42)

- Khi có tính đến chuyển mạch thì độ dài dẫn dòng của van kéo dài thêm một gócbằng γ nên để tránh lật đổ nghịch lưu khi sơ đồ làm việc ở chế độ này góc nghịch lưu cầnphải thoả mãn:

2.5.4.3 Dạng điện áp tải và dòng điện các van của một số sơ đồ

Trong trường hợp này ta giả thiết tại thời điểm bắt đầu xét ta mở T2 khi trước đó T1 đangdẫn dòng thì từ ωt=0 đến ωt=γ sẽ diễn ra quá trình chuyển mạch dòng từ T1 sang T2 vàđiện áp chỉnh lưu tức thời trong khoảng này là ud =(u1 + u2)/2 =0, dạng đường cong dòngcác van và điện áp trên tải như hình 2.8

Ở đây ta giả thiết tại ωt=0 thì ta truyền tín hiệu điều khiển đến mở T2 mắc ở pha b(pha thứ 2) và trước đó T1 đang dẫn dòng nên giai đoạn từ ωt=0 đến ωt=γ diễn ra sựchuyển mạch dòng từ T1 sang T2 , do vậy điện áp chỉnh lưu lúc này sẽ bằng :

ud =(u1 + u2)/2 =(ua + ub)/2

Đồ thị điện áp chỉnh lưu tức thời như hình 2.9

2.6 CHỈNH LƯU ĐIỀU KHIỂN LÀM VIỆC VỚI ĐIỐT KHÔNG (D0)

Từ nguyên lý làm việc của sơ đồ chỉnh lưu, người

ta thấy rằng khi đưa điện cảm vào mạch tải để san

phẳng dòng tải thì ở các góc điều khiển lớn điện áp

chỉnh lưu tức thời có những khoảng âm Điều đó nói

lên rằng trong các khoảng thời gian đó thì tải phát ra

công suất tác dụng và thực tế là điện cảm mạch tải giải

20

Hình 2.9: Đồ thị u d và dòng các van của sơ đồ chỉnh lưu hình tia 2 pha

Hình 2.8: Đồ thị u d và dòng các van

của sơ đồ chỉnh lưu hình tia 2 pha

20

phóng ra một năng lượng mà nó đã tích luỹ được

trong giai đoạn điện áp chỉnh lưu tức thời dương

Một phần năng lượng tích luỹ trong Ld lúc này

được chuyển vào cung cấp cho Rd và Ed, còn một

phần chuyển trả cho nguồn xoay chiều Vì Ld là hữu hạn nên năng lượng nó tích luỹđược cũng là hữu hạn , do vậy khi dòng tải nhỏ hoặc góc điều khiển quá lớn, , thì dòngđiện qua tải sẽ không liên tục Để khắc phục một phần người ta tìm cách sao chokhông chuyển năng lượng tích luỹ trong Ld về nguồn mà chỉ dùng để duy trì dòng quatải, lúc đó khả năng liên tục của dòng tải sẽ tốt hơn Người ta thực hiện bằng cách mắcsong song với tải một điôt sao cho khi ud>0 thì điôt này bị đặt điện áp ngược Điôt nàyđược gọi là điôt không, ký hiệu là D0

Ví dụ sơ đồ chỉnh lưu hình tia 2 pha có điôt không như hình 2.10

Nguyên lý hoạt động của sơ đồ chỉnh lưu có van không có thể tóm tắt như sau: Khiđiện áp chỉnh lưu tức thời dương thì điôt không bị đặt điện áp ngược Khi điện áp chỉnhlưu tức thời có xu hướng chuyển sang âm thì điôt không sẽ mở, điôt không mở thì sụt

áp trên nó giảm về bằng không Điện áp trên D0 là uDo=0, nên ud=0, do vậy điện áp trênvan có điều khiển đang dẫn dòng ở giai đoạn trước sẽ chuyển sang âm vì điện áp của phanguồn xoay chiều nối với van bắt đầu đổi dấu và van đó sẽ khoá lại Trong thời gian D0làm việc thì ud=0 và id = iDo Đến thời điểm ta đưa tín hiệu điều khiển mở van có điềukhiển tiếp theo trong sơ đồ thì ud >0 và uDo=-ud<0, D0 lại khoá Trong các giai đoạn tiếptheo sự làm việc của sơ đồ diễn ra tương tự, trong một chu kỳ nguồn xoay chiều D0 làmviệc q lần

21

Hình 2.10: Sơ đồ chỉnh lưu hình tia 2 pha có điốt không (D 0 )

21

Hình 2.11: Đồ thị dòng điện và điện áp sơ đồ chỉnh lưu hình tia 2 pha có D 0 với giả thiết

2.7 ẢNH HƯỞNG CỦA CHỈNH LƯU ĐIỀU KHIỂN ĐẾN LƯỚI ĐIỆN

Do sự làm việc của sơ đồ chỉnh lưu mà dòng qua nguồn điện xoay chiều có dạng kháchình sin Phân tích đường cong dòng điện nguồn ra chuỗi Furiê (Fourier) ta được mộtthành phần hình sin tần số bằng tần số điện áp nguồn được gọi là sóng hài bậc nhất dòngđiện nguồn (lưới) và một tổng vô hạn các thành phần hình sin khác có tần số lớn hơn tần

số điện áp nguồn một số nguyên lần được gọi là các sóng hài bậc cao dòng điện nguồn

Từ các đặc trưng của mạch điện không hình sin đã nghiên trong lý thuyết mạch điện và

do điện áp nguồn là hình sin nên chỉ có thành phần dòng điện hình sin tần số bằng tần số22

22

điện áp nguồn (sóng haì bậc nhất ) là tham gia vào quá trình truyền công suất tác dụng từnguồn tới tải, còn các sóng hài bậc cao không tham gia vào quá trình này mà nó chỉ gâynên các tổn thất phụ khi truyền tải Mặt khác, do sự hoạt động của chỉnh lưu điều khiển

mà gây nên sự lệch pha giữa dòng điện và điện áp nguồn làm giảm hệ số công suất củalưới điện xoay chiều khi cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu

2.7.1 Xuất hiện sóng hài bậc cao trong dòng điện lưới

Ta giả thiết rằng Ld = ∞, bỏ qua quá trình chuyển mạch thì đồ thị dòng điện củanguồn xoay chiều trong một số trường hợp như hình 2.12 Trong đó hình 2.12a là của

sơ đồ tia 2 pha hoặc cầu một pha không có điôt không, hình 2.12b là trường hợp chỉnhlưu tia 2 pha hoặc cầu một pha khi có điôt không, còn hình 2.12c là đối với sơ đồ chỉnhlưu cầu 3 pha khi máy biến áp nối Y/Y

Hình 2.12: Đồ thị dòng điện lưới xoay chiều

Phân tích các đường cong trên ra chuỗi Furiê ta được:

- Đường cong hình 2.12a:

(2.44)

- Đường cong dòng điện chỉ chứa các sóng hài bậc lẻ, biên độ của sóng hài bậc nbằng: Inm =(1/n).(4Id/πkba) ; trong đó n là số nguyên dương và lẻ, kba là hệ số biến áp củamáy biến áp cung cấp cho sơ đồ

23

23

- Đường cong hình 2.12b: Để đơn giản cho việc phân tích ta chuyển dịch trụctung đi 1 khoảng bằng π/2 (đường nét đứt trên hình), ta được:

(2.45)

Biên độ sóng hài bậc n là: Inm =(1/n).(4Id/πkba) sin(nπ/2)(1-α/π)

- Đường cong hình 1-11c khi dịch trục tung sang phải 900 sẽ là:

(2.46)

Biên độ sóng hài bậc n bằng:

(2.47)

Nhận xét: Từ việc phân tích một số đường cong điện mạch nguồn đã nêu, ta thấy

rằng dòng điện nguồn có một thành phần hình sin tần số bằng tần số điện áp nguồn làsóng hài bậc nhất và vô số các sóng bậc cao với chỉ số bậc n được xác định:

(2.48)Giá trị tương đối của sóng hài bậc n (so với sóng hài bậc nhất):

(2.49)

2.7.2 Giảm hệ số công suất cosϕ

Hệ số công suất cosϕ trong trường hợp chung được xác định bằng:

(2.50)

24

24

Trong đó P, S là công suất tác dụng và công suất toàn phần mà bộ chỉnh lưu yêucầu từ lưới điện xoay chiều:

với m là số pha,U1 là giá trị hiệu dụng điện áp 1 pha , I1 là giá trị hiệu dụng dòng điệnpha, I11 là giá trị hiệu dụng sóng hài bậc nhất dòng điện pha, I1n là giá trị hiệu dụng sónghài bậc n dòng điện pha nguồn xoay chiều:

Sơ đồ chỉnh lưu hình tia 1 pha là sơ đồ

chỉnh lưu đơn giản nhất , sơ đồ này thường

được sử dụng ở dạng có điôt không và ứng

dụng trong một số trường hợp như : Trong

hệ thống truyền động điện dùng khớp ly

hợp điện từ, để cung cấp điện áp một chiều

điều chỉnh được cho một số thiết bị đơn

giản khác , v.v

25

Hình 2.13: Sơ đồ chỉnh lưu hình tia 1 pha có điốt không (D 0 )

25

Sơ đồ bộ chỉnh lưu hình 2.13 bao gồm đầy đủ các phần tử cần thiết của một sơ đồchỉnh lưu:

- BA: là máy biến áp dùng để cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu, BA có một số nhiệm vụnhư sau:

* Biến đổi điện áp xoay chiều lưới điện u1 thành điện áp xoay chiều u2 bên thứ cấp cógiá trị phù hợp với yêu cầu của sơ đồ chỉnh lưu

* Đảm bảo sự cách ly về điện giữa mạch động lực của sơ đồ chỉnh lưu với nguồn điệnxoay chiều trong một số trường hợp cần thiết để đảm bảo an toàn cho người vận hành vàsửa chữa

* Giá trị điện cảm tản của BA tham gia làm giảm tốc độ tăng của dòng qua van khi mởvan làm hạn chế được giá trị diT/dt để bảo vệ van, vì vậy khi đã sử dụng máy biến áp đểcung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu thì không cần phải đưa thêm điện cảm vào mạch nguồn màchỉ cần lựa chọn máy biến áp có giá trị điện áp ngắn mạch phần trăm lớn (uN%= 7÷10 %)

- T là van chỉnh lưu có điều khiển (thyristor) dùng để biến điện áp xoay chiều u2 thànhđiện áp một chiều trên tải ud

- Rd, Ld, Ed là các phần tử phụ tải một chiều

- D0 là điôt không

- u1, i1 : điện áp và dòng điện cuộn sơ cấp máy biến áp BA (điện áp nguồn xoay chiều)

- u2, i2 : điện áp và dòng điện cuộn thứ cấp máy biến áp BA

- uT, iT : điện áp và dòng điện của tiristor T

- uDo, iDo : điện áp và dòng điện của điốt không Do

- ud, id : điện áp và dòng điện chỉnh lưu trên tải

2.8.1.2 Nguyên lý làm việc của sơ đồ

Ta giả thiết rằng Ld = ∞, sơ đồ đã làm việc ở chế độ xác lập, cho sơ đồ làm việc vớimột góc điều khiển bằng α và đồ thị điện áp u2 như hình vẽ 2.14a, đồ thị tín hiệu điềukhiển T cho trên hình 2.14b Tại ωt = ν1 = α thì T có tín hiệu điều khiển và thời điểm nàychậm sau thời điểm điện áp u2 bằng không và bắt đầu chuyển sang dương một góc α nêntrên T đang có điện áp thuận Như vậy là đủ cả 2 điều kiện để T mở nên T mở và điện áp26

26

trên thyristor sẽ giảm về bằng không, khi đó ta có ud = u2 > 0 nên uDo = -ud = -u2 < 0, tức làtrên D0 có điện áp ngược và Do sẽ phải khoá Do điôt không khoá nên iT = id = Id (do Ld =

27

27

0 → uT = u2 < 0, tức là do điôt không mở mà trên T bị đặt điện áp ngược và T khoá lại, lúcnày ta có: ud = 0 ; iT = 0 ; uT = u2 ; iDo = id = Id ; uDo = 0 và D0 sẽ tiếp tục dẫn dòng cho đến

ωt = ν2 = 2π+α là thời điểm ta lại truyền xung điều khiển tiếp theo đến T, thyristor T lại

mở và sơ đồ lặp lại trạng thái làm việc như từ ωt = ν1

Giai đoạn ωt=0÷ν1 có thể suy ra khi dựa vào tính chất lặp đi lặp lại của sơ đồchỉnh lưu, có nghĩa rằng giai đoạn này giống như giai đoạn ωt=2π÷ν2 (D0 dẫn dòng).Tóm tắt ta có sự làm việc của sơ đồ:

Điện áp chỉnh lưu trung bình : ;

Dòng trung bình qua thyristor:

Dòng hiệu dung qua thyristor:

Dòng trung bình qua :

Dòng hiệu dụng qua :

Điện áp thuận lớn nhất trên thyristor:

Điện áp ngược lớn nhất trên thyristor:

28

28

Điện áp ngược lớn nhất trên :

2.8.1.4 Tính chọn các van

Để lựa chọn các van trong sơ đồ chỉnh lưu ta dựa vào các giá trị cho phép về dòng và

áp của van cho trong tài liệu tra cứu van và các giá tương ứng khi van làm việc trong một

sơ đồ cụ thể Sau khi tính chọn van như đã nêu ta phải kiểm tra lại van theo các điều kiện

về tốc độ biến thiên cho phép của điện áp và dòng điện trên van

Các van được chọn cần thoả mãn các điều kiện như sau:

- Điều kiện về dòng điện:

Thyristor : hoặc

Trong đó : [ITtb] , [IT] là giá trị trung bình và hiệu dụng cho phép của dòng điện đối vớitiristor; ITtbmax, ITmax là giá trị trung bình và hiệu dụng lớn nhất của dòng điện đi qua tiristortrong sơ đồ khi dòng tải là định mức; [IDtb] ,[ID] là giá trị trung bình và hiệu dụng chophép của dòng điện đối với điôt; IDotbmax, IDomax là giá trị trung bình và hiệu dụng lớn nhấtcủa dòng điện chảy qua điôt không khi dòng tải là định mức; KiT , KiD là hệ số dự vềdòng của tiristor và điôt, thường lấy KiT =1,5÷4 và KiD =1,5÷2,5

- Điều kiện về điện áp :

Điot :

Trong đó: [UTthmax] , [UTngmax] là giá trị cho phép của điện áp thuận lớn nhất và điện ápngược lớn nhất đối với thyristor; UTthmax, UTngmax là giá trị lớn nhất của điện áp thuận vàngược trên tiristor trong sơ đồ cụ thể; [UDngmax] là giá trị cho phép của điện áp ngược lớnnhất đối với điôt; UDongmax là giá trị lớn nhất của điện áp ngược trên điôt không trong sơ

đồ cụ thể; KuT ,KuD là hệ số dự về điện áp của tiristor và điôt, thường lấy KuT = KuD

=1,5÷2,5

29

29

Các điều kiện kiểm tra lại van đã chọn

- Điều kiện tốc độ tăng của điện áp trên van:

- Điều kiện tốc độ tăng của dòng điện qua van:

Trong đó : [du/dt] , [di/dt] là các giá trị cho phép về tốc độ tăng của điện áp và dòngđiện đối với van và tra trong sổ tay tra cứu van; du/dtmax, di/dtmax là các giá trị lớn nhất vềtốc độ tăng của điện áp và dòng điện đối với van trong sơ đồ cụ thể

Khi không đạt điều kiện nào trong hai điều kiện kiểm tra van thì ta phải tính toáncác mạch bảo vệ để đạt được điều kiện đó mà thường không phải chọn lại van Phần tínhchọn van này có thể áp dụng cho mọi sơ đồ chỉnh lưu

2.8.2 Sơ đồ chỉnh lưu hình tia hai pha

2.8.2.1 Sơ đồ không có D 0

a Sơ đồ nguyên lý

Hình 2.14: sơ đồ chỉnh lưu hình tia 2 pha không có điôt không

Hình 2.14 là sơ đồ chỉnh lưu hình tia 2 pha không có điôt không, trong đó :

- BA là máy biến áp cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu, ngoài các nhiệm vụ như đã nêu ở

sơ đồ trước thì trong sơ đồ này BA còn có chức năng là tạo ra hệ thống điện áp xoaychiều hai pha không có trong lưới điện công nghiệp BA có một cuộn sơ cấp được đặtđiện áp nguồn xoay chiều một pha u1, hai cuộn thứ cấp là w21 ,w22 có số vòng bằng nhau

và đấu như hình vẽ Như vậy trên w21 , w22 ta có các điện áp là u21, u22 thoả mãnquan hệ: u21 = u22 , đây là hệ thống điện áp xoay chiều hai pha cần thiết

30

30

- Các thyristor T1 , T2 làm nhiệm vụ biến điện áp xoay chiều thành một chiều.

- Ed ,Ld ,Rd các phần tử phụ tải

b Nguyên lý làm việc

* Trường hợp phụ tải R d -E d

Với trường hợp này phụ thuộc vào giá trị Ed, α mà xẩy ra một số trường hợp khác nhau

Ở đây ta xét một trường cụ thể với giá trị α, U2m sao cho U2m.sinα > Ed

Tại ωt = ν1 = α ta truyền xung điều khiển đến mở T1, giả thiết rằng trước đó (ωt=0 đến

ωt<ν1) thì trong sơ đồ chưa có van nào làm việc nên id =0 và ud=Ed Vậy tại ν1thì uT1=u21

-Ed>0, có đủ 2 điều kiện để T1 mở T1 sẽ mở, sụt điện áp trên T1 giảm về bằng không nên ta

có điện áp chỉnh lưu tức thời ud=u21 Lúc này trong sơ đồ xuất hiện dòng điện đi từ đầupha thứ nhất (điểm 1) qua T1, qua phụ tải và quay về pha thứ nhất thứ cấp máy biến áp

BA Van T2 lúc này bị đặt điện áp ngược và khoá lại, ta có:

31

31

Hình 2.15: Đồ thị áp và dòng một số phần tử khi tải điện trở - sức điện động

u21 u

0

2

3=

2=1'

2

t

iT2 0

t

id 0

a

b c d

e

2'= ;

Đến thời điểm ωt=ν1' thì u21 = Ed lúc đó dòng qua T1 và phụ tải bằng không và có xuhướng muốn đổi chiều,nhưng do tính dẫn dòng một chiều của các van mà T1 sẽ khoá lại

32

32

còn T2 thì chưa có điều kiện mở nên dòng tải sẽ bằng không trong giai đoạn tiếp Tronggiai đoạn này cả 2 van T1 và T2 đều khoá:

; ;

Tại ωt=ν2 =π +α ,van T2 có tín hiệu điều khiển và uT2 = u22-Ed>0, đủ hai điều kiện cho

T2 mở VanT2 mở thì sụt áp trên nó giảm về không nên ud = u22 , van T1 thì bị đặt điện ápngược và đang khoá Trong giai đoạn này ta có:

Tại ωt=ν2' thì u22 = Ed lúc đó dòng qua T2 và phụ tải bằng không và có xu hướng muốnđổi chiều, nhưng do tính dẫn dòng một chiều của các van mà T2 sẽ khoá lại còn T1 thìchưa có điều kiện mở nên dòng tải sẽ bằng trong giai đoạn tiếp Trong giai đoạn này cả 2van T1 và T2 cũng đều khoá (tương tự như giai đoạn ωt=ν1'÷ωt=ν2 ):

; ;

Tại ωt=ν3 thì T1 lại có tín hiệu điều khiển và uT1>0 nên T1 lại mở, sơ đồ lặp lại trạngthái làm việc như từ ωt=ν1 Giai đoạn từ ωt= 0 ÷ ωt = ν1 cũng giống như giai đoạn

ωt=2π÷ωt=ν3(do tính chất lặp đi lặp lại trong sơ đồ chỉnh lưu)

Đồ thị điện áp chỉnh lưu, dòng các van, dòng điện chỉnh lưu, điện áp trên T1 biểu diễntrên các hình 2.15a ÷ 2.15e

Điện áp chỉnh lưu trung bình của trường hợp này là:

33

33