Chỉnh lưu

 Phụ tải điện một chiều rất đa dạng:  Các quá trình công nghệ, thường đòi hỏi nguồn một chiều với dòng điện rất lớn, từ vài trăm A đến hàng nghìn A, như công nghệ điện hóa mạ, điện phâ

Trang 2

2.1 Các vấn đề chung về chỉnh lưu

 Bộ biến đổi biến điện áp xoay chiều, thường là lấy vào từ lưới

điện, thành điện áp một chiều, cung cấp cho các phụ tải một

chiều

 Phụ tải điện một chiều rất đa dạng:

 Các quá trình công nghệ, thường đòi hỏi nguồn một chiều với

dòng điện rất lớn, từ vài trăm A đến hàng nghìn A, như công nghệ

điện hóa mạ, điện phân, hàn hồ quang, …;

 Hệ thống truyền tải điện một chiều HVDC;

 Các bộ lọc bụi tĩnh điện, yêu cầu điện áp đến 120 kVDC, dòng

điện đến vài A;

 Các hệ thống kích từ tĩnh cho các hệ máy phát điện công suất lớn;

 Bản thân bộ nguồn cho các thiết bị điện tử, viễn thông

Trang 3

 số pha – sơ đồ van – có điều khiển hay không điều khiển (dùng

điôt hay thyristor hay cả hai loại)

 Sơ đồ chỉnh lưu 1-pha hình tia không điều khiển (dùng điôt)

 Sơ đồ chỉnh lưu 3-pha cầu điều khiển hoàn toàn (dùng thyristor)

Trang 4

2.1.5 Các thông số cơ bản của sơ đồ chỉnh lưu

lưu hoặc đặt hàng mua, thuê chế tạo chỉnh lưu cho một ứng

dụng cụ thể nào đó

chỉnh lưu (Main Technical Specification).

 Điện áp và dòng chỉnh lưu yêu cầu, (Ud, Id);

 Hoặc điện áp và công suất chỉnh lưu yêu cầu, (Pd, Ud);

 Các thông số cũng phải thể hiện qua điện áp xoay chiều phía lưới:

số pha, cấp điện áp, tần số Ví dụ: nguồn cấp lấy từ lưới điện

3x380V, 50 Hz hoặc một pha 220 V, 50 Hz

 Điện áp chỉnh lưu chỉ là các mảnh của điện áp xoay chiều phía

Trang 5

 Các thông số này cần thiết để lựa chọn van cho sơ đồ chỉnh lưu;

 Các thông số này cũng cho biết sơ đồ chỉnh lưu nào có ưu điểm

hơn

 Hai thông số cơ bản để lựa chọn van: Dòng trung bình qua van

thể hiện qua dòng chỉnh lưu yêu cầu ID(Id)

 Điện áp ngược lớn nhất đặt lên van trong quan hệ với điện áp

chỉnh lưu yêu cầu Ung,max(Ud)

 Các thông số này cần thiết để thiết kế, chế tạo hoặc đặt hàng máy biến

áp Các thông số này cũng cho biết sơ đồ chỉnh lưu nào có ưu điểm hơn

về khả năng tận dụng công suất máy biến áp

 Công suất tính toán máy biến áp Sba(PD) (kVA) Sbaxác định kích thước

mạch từ máy biến áp (khối lượng sắt từ, kích cỡ cửa sổ, tiết diện mạch

từ chính)

 Tỷ số máy biến áp, điện áp sơ cấp, thứ cấp máy biến áp, kba, U1, U2 Các

thông số này xác định số vòng dây cuốn w1, w2

 Giá trị hiệu dụng dòng sơ cấp, thứ cấp MBA, I1, I2 Thông số này xác

định tiết diện dây cuốn MBA

 Khi đó S xác định công suất chỉnh lưu huy động từ lưới điện

 Dòng điện cho biết cần chọn kích cỡ dây cấp điện cho sơ đồ như thế

nào Lựa chọn các thiết bị bảo vệ như aptomat hoặc thiết bị đóng cắt như

công-tắc-tơ thế nào

Trang 6

 4 Nhóm các thông số liên quan đến ảnh hưởng của sơ đồ

chỉnh lưu đối với lưới điện

 Thành phần sóng hài của dòng xoay chiều đầu vào chỉnh lưu, thể

hiện qua hệ số méo phi tuyến

 Trong đó Ikgiá trị hiệu dụng của sóng hài bậc k, I1là hiệu dụng

sóng cơ bản

 Hệ số công suất cos, trong đó  là góc lệch pha giữa dòng điện

và điện áp

 Khi công suất chỉnh lưu càng lớn thì ảnh hưởng của

những thông số trên đến lưới điện càng nghiêm trọng.

25 2 1 1

k k

I I

 



 Nghiên cứu các sơ đồ chỉnh lưu nghĩa là làm rõ các thông

số cơ bản trên đây.

 Không phải sơ đồ nào ta cũng chỉ ra tất cả các thông số cơ

bản nhưng phương pháp và cách thức tính toán phải nắm

được.

 Để đơn giản cho người học một số giả thiết được sử dụng

hoặc đưa vào dần dần Ví dụ lúc đầu sẽ giả thiết lưới điện

có công suất vô cùng lớn so với công suất chỉnh lưu yêu

cầu nên nhóm thông số thứ tư sẽ chưa được đả động đến.

Trang 7

2.2 Sơ đồ chỉnh lưu một pha, nửa chu kỳ

 Sơ đồ đơn giản nhất, rất

 Giả sử tải thuần trở Rt

như điện áp.

 Giả sử điện áp sơ cấp, thứ cấp

 Điện áp chỉnh lưu trung bình tính

được như sau:

m m

Trang 8

 Sơ đồ dùng thyristor, có ứng dụng trong các bộ điều khiển kích từ các máy phát điện nhỏ.

 Tải là cuộn dây kích từ, có điện cảm lớn.

 Sơ đồ phải có điôt D0, gọi

là điôt không (free wheeling diode) để khép kín đường dòng điện khi thyristor V khóa lại.

chậm pha của tín hiệu điều khiển so với thời điểm điện áp nguồn qua không

Trang 9

2.3 Sơ đồ chỉnh lưu một pha hình tia

Trong Điện tử công

suất ta sẽ quan tâm

chủ yếu đến 3 loại tải:

R, RL, RLE

2.3.1 Sơ đồ dùng điôt

 Khái niệm về tải tương đương hay tải tổng quát

lượng khác như nhiệt năng, cơ năng, quang năng.

như nhiệt, cơ, ánh sáng, không nhất thiết phải là điện trở.

điện và từ Điện cảm là kho từ, có tính chất là dòng điện qua nó

không thể đột biến được.

có tính chất là điện áp trên nó không thể đột biến được.

khác điện Ví dụ s.đ.đ của động cơ có bản chất cơ năng, s.đ.đ

của acquy có bản chất hóa năng.

Trang 10

2.3.1 Sơ đồ dùng điôt, tải R

 Điện áp chỉnh lưu trung bình:

 Các thông số của van:

 Các thông số của MBA :

1sin

m d

 Các thông số của MBA:

dạng giống như điện áp:

Trang 11

 Các thông số của MBA:

Biểu thức này nói lên rằng công

suất tính toán của MBA phải gấp

rưỡi lần công suất chỉnh lưu yêu

cầu

Nói cách khác là sơ đồ chỉnh lưu một pha hình tia huy động công suất gấp 150% công suất tiêu thụ

Nói một cách khác nữa là sơ đồ này sử dụng MBA rất kém (so với các sơ đồ khác sau đây).

2.3.1 Sơ đồ dùng điôt, tải RL

 Điện áp chỉnh lưu, giống

như ở sơ đồ tải thuần trở:

0

12

Trang 12

2.3.2 Sơ đồ dùng thyristor

Sơ đồ chỉnh lưu một pha hình tia; (a) Tải

thuần trở; (b) tải trở cảm; (c) Tải RLE.

2 2

2.3.2 Sơ đồ dùng thyristor, tải trở cảm

 Với tải RL giả thiết L=, nghĩa là dòng tải

được là phẳng hoàn toàn, các bước phân

tích sẽ trở nên đơn giản hơn nhiều

 Do dòng tải liên tục mỗi van sẽ dẫn 180

không thể khóa lại nếu dòng qua nó chưa

về không và van kia chưa mở ra

2 2

Trang 13

2.3.2 Sơ đồ dùng thyristor, tải RLE

 Tải RLE là dạng tải phức tạp nhất

 Không thể dùng giả thiết đơn giản

L= được nữa vì ảnh hưởng của s.đ.đ

có thể làm cho dòng tải nhỏ, không thể

duy trì dòng liên tục nữa

 3 Chế độ tới hạn, giữa chế độ dòng tải

liên tục và dòng gián đoạn, mỗi van sẽ

dẫn 180

Liên tục

Tới hạn

Gián đoạn

 Phân tích áp dụng cho trường hợp tổng quát đối với

các chỉnh lưu n-pha.

 Các chế độ dòng điện phụ thuộc vào các thông số của sơ đồ: góc điều

khiển, các thông số của tải L d , R d

 Góc điều khiển quy đổi về thời điểm điện áp nguồn qua 0, n là số lần

đập mạch của điện áp chỉnh lưu:

 Các thông số của tải:

Trang 14

(1) Chế độ dòng liên tục

 Tính toán theo biểu thức:

(2) Chế độ dòng gián đoạn

 Giải phương trình siêu việt để xác định góc dẫn của van:

 Sau đó tính toán điện áp chỉnh lưu theo biểu thức:

2 / n

 

0 d

cos ,

d d

d d d

I R

Trang 15

2.4 Sơ đồ chỉnh lưu cầu một pha

 Chỉnh lưu cầu một pha

 Rất nhiều điểm giống sơ đồ tia:

 Dạng điện áp chỉnh lưu

 Dạng dòng qua các van

 Được ứng dụng rộng rãi

 Khác sơ đồ tia ở dạng điện áp trên van

 Dòng I2

 Dòng I1

 Điện áp trên van:

Trang 16

2.4.2 Sơ đồ dùng thyristor, tải R, RL

0

1 cos2

U  U  

Trang 17

2.4.3 Sơ đồ không đối xứng RL

 Dạng không đối xứng:

mạch điều khiển đơn giản

nhiều hơn vì có thể điều

khiển van trực tiếp, không

cần cách ly.

Van có catot chung nên có thể điều khiển trực tiếp

2.4.3 Sơ đồ không đối xứng, tải RL

suất so với sơ đồ

điều khiển hoàn

Trang 18

2.5 Sơ đồ chỉnh lưu ba pha hình tia

 Sơ đồ cơ bản, từ đó xây dựng

nên các sơ đồ nhiều pha, đáp

ứng công suất lớn

 Khi công suất yêu cầu lớn bắt

buộc phải dùng sơ đồ ba pha:

 Chất lượng điện áp tốt hơn;

dạng tốt hơn (thành phần sóng

hài bậc cao thấp)

 Sơ đồ nhiều pha là các tổ hợp

song song hoặc nối tiếp các sơ

đồ tia ba pha (3-pha, 6-pha,

12-pha, 24-12-pha, 36-pha …)

 Sơ đồ nguyên lý:

Trang 19

dụng cho chỉnh lưu n-pha tổng quát:

 Dòng trung bình: ID=Id/3

 Điện áp trên van bằng biên độ của điện

áp dây:

Dạng điện áp chỉnh lưu n-pha

m 2



 2

n n

Trang 20

 Tính toán các thông số MBA:

Công suất MBA gấp 1,35 lần công suất chỉnh lưu yêu cầu.

 2 1

Trang 21

V1 V2

a b

L

(a) (b)

Sơ đồ chỉnh lưu tia ba pha thyristor, xét với hai loại

tải (a) Tải thuần trở; (b) Tải trở cảm.

 Dạng điện áp, dòng điện của các phần tử

trên sơ đồ với góc điều khiển =30

 Với sơ đồ 3 pha góc điều khiển tính từ các

điểm chuyển mạch tự nhiên

 Với dòng tải liên tục,

 Với dòng tải gián đoạn

Trang 22

 Dạng điện áp, dòng điện của các phần tử

trên sơ đồ với góc điều khiển =45

 Trong mọi trường hợp điện áp chỉnh lưu

 Chất lượng điện áp ra tốt, dòng đầu vào có dạng đối xứng, khai thác tốt

công suất huy động từ lưới hay là từ máy biến áp

 Sơ đồ cũng thường được dùng để nối trực tiếp với lưới điện ba pha mà

không cần dùng máy biến áp

hai sơ đồ chỉnh lưu tia ba pha

nhau của sơ đồ nhiều pha cơ bản nhất, đó là chỉnh lưu tia ba pha

Trang 23

2.6 Sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha

 Sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha cấu tạo từ 6 điôt: D1, D2, D3 mắc catôt chung,

D2, D4, D6 mắc anôt chung

 Thứ tự đánh dấu các van trên sơ đồ phù hợp với thứ tự vào làm việc của các

van sau mỗi 60, với điều kiện điện áp pha đầu vào cung cấp theo đúng thứ tự

pha A, B, C như hình vẽ

 Sơ đồ có thể dùng với máy biến áp hoặc không, tuỳ thuộc vào yêu cầu có cần

phải phối hợp mức điện áp hay không

 Sự hình thành điện áp chỉnh lưu:

 Pha dương nhất Pha âm nhất Van dẫn u d =

Trang 24

 Sự hình thành điện áp chỉnh lưu:

 Điểm P, catot chung, có thế là đường bao

phía trên các đường điện áp pha.

 Điểm Q, anot chung, có thế là đường bao

phía dưới các đường điện áp pha.

 Điện áp chỉnh lưu UPQlà các phần của

điện áp dây, uab, uac, abc, uba, …

 Sử dụng công thức tính tổng quát cho

trường hợp chỉnh lưu n-pha, với n=6:

giá trị biên độ của điện áp dây

 Biểu diễn U dqua điện áp pha:

2, 2,

sin 6

nhau về tỷ số MBA Công suất tính toán của bên sơ và bên thứ bằng nhau

Biểu thức cho thấy chỉnh lưu cầu 3 pha sử dụng MBA tốt nhất trong các sơ đồ.

Công suất huy động chỉ hơn công suất chỉnh lưu yêu cầu 5%

Trang 25

 Nguyên lý hoạt động

 Hai nhóm van (V1, V3, V5) và (V2, V4, V6) có thể coi như hai sơ đồ tia 3

pha Góc điều khiển  tính từ các điểm chuyển mạch tự nhiên, là các điểm

đường điện áp pha cắt nhau Trong một chu kỳ có 3 điểm chuyển mạch tự

nhiên phía trên và 3 điểm chuyển mạch tự nhiên phía dưới trên đồ thị điện áp

pha

2.6.2 Sơ đồ dùng thyristor, tải R

 Thế của P và Q so với 0 là dạng điện áp ra của

một chỉnh lưu hình tia ba pha

 Điện áp giữa P và Q là dạng điện áp ra của

chỉnh lưu cầu ba pha biểu diễn trên hệ thống

điện áp dây u ab , u ac , u bc ,

lưu bằng:

áp dây khi điện áp này đổi cực tính, dòng tải sẽ

là gián đoạn Điện áp chỉnh lưu:

2,

3 3

2

3 3

3 6

1 cos 3

m l m

Trang 26

2.6.2 Sơ đồ dùng thyristor, tải RL

 Đồ thị biểu diễn dạng điện áp, dòng điện với

2.6.3 Điều khiển chỉnh lưu cầu

 Trong chỉnh lưu cầu ba pha, tại một thời điểm

bất kỳ, dòng phải chảy qua ít nhất là hai van,

một thuộc nhóm catôt chung, một thuộc nhóm

anôt chung

 Nếu điều khiển các tiristo bằng các xung ngắn

thì sơ đồ sẽ không khởi động được hoặc không

làm việc được trong chế độ dòng gián đoạn

 Điều khiển bằng hệ thống xung kép

 Điều khiển bằng xung rộng

xung có độ rộng nhỏ hơn bằng cách trộn xung

rộng với xung có tần số cao, cỡ 8-10 KHz, ứng

với chu kỳ xung cỡ 100 – 125 S Cách này

gọi là điều khiển bằng xung chùm.

Trang 27

2.7 Sơ đồ chỉnh lưu 6 pha, có cuộn

kháng cân bằng

 Nếu sơ đồ cầu là dạng nối tiếp

thì sơ đồ 6 pha, có cuộn kháng

cân bằng là dạng nối song song

hai sơ đồ tia 3 pha

 Nối tiếp: có lợi về điện áp

Song song: có lợi về dòng điện

 Cấu tạo: gồm máy biến áp động

lực, cuộn kháng cân bằng Lcb,

sáu điôt chia làm hai nhóm, D1,

D3, D5 và D2, D4, D6

 Máy biến áp có cấu tạo Y/YY

hoặc /YY, có hai hệ thống thứ

cấp, u a , u b , u c và u a’ , u b’ , u c’ , nối

trung tính riêng biệt tại điểm P

và điểm Q

 Hai trung tính P và Q nối với

nhau thông qua cuộn kháng cân

một biến áp tự ngẫu Ví dụ khi D1, D2

cùng dẫn, ta có mạch điện tương đương:

'

,

Trang 28

2.7 Sơ đồ chỉnh lưu 6 pha, có cuộn

kháng cân bằng

 Điện áp chỉnh lưu là trung bình cộng của hai điện áp chỉnh lưu tia ba pha, vì

vậy có giá trị bằng:

 Điện áp trên cuộn kháng u L,cb =u PQgần như các xung răng cưa, tần số bằng ba

lần tần số điện áp lưới, biên độ bằng

 Một cách gần đúng có thể coi u L,cblà hình sin với biên độ , dòng cân

bằng cũng có dạng sin, chậm pha so với điện áp

 Cần hạn chế dòng cân bằng cỡ 5-10% I d, vì vậy có thể xác định giá trị cuộn

 Do tác dụng của cuộn kháng cân bằng, dòng tải một chiều I dcoi như được lọc

phẳng và được chia đôi cho mỗi cầu chỉnh lưu Vì vậy dòng một chiều qua

mỗi điôt có giá trị biên độ bằng 1/2I d

 Dòng qua mỗi cuộn dây thứ cấp máy biến áp là tổng của dòng qua điôt và

dòng cân bằng

 Công suất tính toán máy biến áp:

Trang 29

2.7 Sơ đồ chỉnh lưu 6 pha, có cuộn kháng cân bằng

 Trên đồ thị thể hiện dạng điện áp, dòng điện

trong sơ đồ với góc điều khiển =60

đồ tia ba pha sẽ làm việc song song, độc lập

với nhau Theo mạch điện tương đương suy ra

các biểu thức tính giá trị tức thời u d , u L,cb =u PQ:

 Khi góc điều khiển  tăng lên, biên độ điện áp

cân bằng tăng lên theo, đạt giá trị lớn nhất

bằng biên độ điện áp khi

cân bằng phù hợp với dải điều chỉnh

,2

d d d

L cb d d

u u u

Tóm lại về các sơ đồ chỉnh lưu

 Các sơ đồ hình tia cho lợi thế về dòng điện

lưu lớn.

 Các sơ đồ cầu cho lợi thế về điện áp

bằng một nửa so với sơ đồ hình tia

 Các sơ đồ 3 pha cho công suất lớn

 Các sơ đồ một pha chỉ phù hợp với công suất dưới 5 kW.

Định dạng
Số trang	30
Dung lượng	15,29 MB