đồ án môn học 3 thiết kế và chế tạo mạch chỉnh lưu cầu một pha bán điều khiển ứng dụng điều khiển tốc độ quay cho động cơ một chiều

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KĨ THUẬT HƯNG YÊNKHOA: ĐIỆN- ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN MÔN HỌC 3

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MẠCH CHỈNH LƯU CẦU MỘT PHA BÁNĐIỀU KHIỂN, ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ QUAY CHO ĐỘNG

CƠ MỘT CHIỀU

Giảng viên hướng dẫn : Lê Thị Minh Tâm

Sinh viên thực hiện : Trần Khánh Duy – 10621108 : Phạm Văn Hợp – 12221167 Lớp : 122211.4

HƯNG YÊN – 2023

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAMĐộc lập – Tự do – Hạnh phúc

Hưng yên,ngày 8 tháng 10 năm 2023KẾ HOẠCH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN MÔN HỌC 3

Họ và tên: Trần Khánh Duy Phạm Văn HợpLớp:122211.4

Học phần: Đồ án môn học 3

của giảngviên

-Tiến hành ghép nhóm để thựchiện đồ án môn học 3

Trần Khánh Duy

Phạm Văn Hợp

-Chuẩn bị kinh phí để thực hiệnđồ án môn học 3

Trần Khánh Duy

Phạm Văn Hợp

-Liên hệ giảng viên hướng dẫnđể nhận các đề tài đồ án

Trần Khánh Duy

Phạm Văn Hợp

-Liên hệ giảng viên hướng dẫnđể nghe các hướng dẫn xoayquanh đồ án và các đề tài đồ án

-Tìm hiểu và chọn ra đề tài đồán phù hợp để thực hiện

Trần Khánh Duy

Phạm Văn Hợp

của giảngviên

-Trình bày tề tài mà nhóm đãchọn để giảng viên hướng dẫn

thông quaTrần Khánh Duy

Phạm Văn Hợp

-Tìm hiểu về các linh kiện cầnthiết để thực hiện đồ án-Sau khi tìm hiểu xong cùng

nhau đi mua linh kiện

Trần Khánh Duy

Phạm Văn Hợp

-Tìm hiểu nguyên lí hoạt độngcủa mạch

Trần Khánh Duy

2

Phạm Văn Hợp

-Thiết kế sơ đồ nguyên lí củamạch

-Bắt đầu tiến hành lắp mạch-Thiết kế mạch in

-Lắp ráp mạch hoàn chỉnh bằnglinh kiện đã chuẩn bị

Trần Khánh Duy

Phạm Văn Hợp

-Test mạch sau khi hoàn thànhcó hoạt động tốt hay không(Nếu mạch gặp trục trặc thì tiến

-Viết báo cáo sau khi kiểm tra

Phạm Văn Hợp

-Lập phương án dự phòng-Hoàn thiện đề tài(thuyết minh sản phẩm)

Trần Khánh DuyPhạm Văn Hợp

-Chuẩn bị cho việc bảo vệ đồ

Phạm Văn Hợp

-Tiếp tục chuẩn bị cho tuần bảo

Phạm Văn Hợp

-Tiến hành bảo vệ đồ án

Trần Khánh DuyPhạm Văn Hợp

Hưng yên, ngày… tháng… năm 2023

Nhóm sinh viên thực hiện đồ án:

Sinh viên thứ nhất Sinh viên thứ hai Giảng viên hướng dẫn

4

Nhận xét của giáo viên hướng dẫn

MỤC LỤC

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN 5

LỜI NÓI ĐẦU 8

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN 9

1.1.Giới thiệu về động cơ điện một chiều 9

1.1.1.Cấu tạo 9

1.1.2.Nguyên lý làm việc 11

1.1.3.Ưu nhược điểm của động cơ 12

1.1.4.Đặc tính cơ 13

1.2.Các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ 13

1.2.1.Phương phá thay đổi điện trở phần ứng 13

1.2.2.Phương pháp thay đổi từ thông Ф 14

1.2.3.Phương pháp thay đổi điện áp phần ứng 16

1.3.Bộ biến đổi AC/DC 19

1.3.1.Sơ đồ nguyên lý 19

1.3.2.Nguyên lý làm việc 20

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 21

2.1.Khái niệm về chỉnh lưu công suất 21

2.2.Luật dẫn của van công suất trong các mạch chỉnh lưu 21

2.3.Cấu trúc mạch chỉnh lưu,các thông số cơ bản 22

2.4.Các mạch chỉnh lưu một pha 23

2.4.1 Mạch chỉnh lưu hình tia một pha nửa chu kỳ không điều khiển 23

2.4.2 Mạch chỉnh lưu hình tia một pha hai nửa chu kỳ không điều khiển 24

2.4.3 Mạch chỉnh lưu hình cầu1 pha không điều khiển 25

6

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

2.4.5 Mạch chỉnh lưu hình tia một pha hai nửa chu kỳ có điều khiển 28

2.4.6 Mạch chỉnh lưu hình cầu một pha có điều khiển hoàn toàn 29

2.4.7 Mạch chỉnh lưu một pha bán điều khiển 31

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT MẠCH 35

3.1 Các thông số yêu cầu 35

3.2 Lựa chọn sơ đồ mạch chỉnh lưu 35

3.3 Tính toán các thông số của mạch điện 35

3.3.1 Tính toán, chọn van công suất 35

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, điện tử công suất đã và đang đóng một vai trò rất quan trọng trong quátrình công nghiệp hoá đất nước Sự ứng dụng của điện tử công suất trong các hệ thốngtruyền động điện là rất lớn bởi sự nhỏ gọn của các phần tử bán dẫn và việc dễ dàng tựđộng hoá cho các quá trình sản xuất Các hệ thống truyền động điều khiển bởi điện tửcông suất đem lại hiệu suất cao Kích thước, diện tích lắp đặt giảm đi rất nhiều so vớicác 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 chúng em

đã được giao thực hiện đề tài: “Thiết kế mạch chỉnh lưu cầu 1 pha bán điều khiển,

ứng dụng điều khiển tốc độ quay cho động cơ một chiều”.

Với sự hướng dẫn của cô :Lê Thị Minh Tâm, chúng em đã tiến hành nghiên cứu và

8

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN1.1.Giới thiệu về động cơ điện một chiều

Như ta đã biết máy phát điện một chiều có thể dùng làm máy phát điện hoặc động cơđiện Động cơ điện một chiều là thiết bị quay biến đổi điện năng thành cơ năng Nguyênlý làm việc dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ Động cơ điện một chiều được sử dụngrất rộng rãi trong công nghiệp và giao thông vận tải Động cơ điện một chiều gồm nhữngloại sau đây:

- Động cơ điện một chiều kích từ song song - Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp - Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp

- Cực từ phụ: đặt giữa các cực từ chính và dùng để cải thiện đổi chiều - Gông từ: Dùng để làm mạch từ nối liền các cực từ đồng thời làm vỏ máy.

- Các bộ phận khác: + Nắp máy

+ Cơ cấu chổi than.

b) Phần quay (rotor)

Gồm các bộ phận sau:

- Lõi sắt phần ứng: dùng để dẫn từ thông thường dùng những lá thép kỹ thuật điện dày0,5 mm phủ cách điện ở hai đầu rồi ép chặt lại Trên lá thép có dập hình dạng rãnh đểsau khi ép lại thì đặt dây quấn vào

- Dây quấn phần ứng: là phần sinh ra s.đ.đ và có dòng điện chạy qua Thường làmbằng dây đồng có bọc cách điện.Trong máy điện nhỏ thường dùng dây có tiết diện tròn,trong máy điện vừa và lớn thường dùng dây tiết diện hình chữ nhật Dây quấn được cáchđiện với rãnh của lõi thép.

- Cổ góp: hay còn gọi là vành góp hay vành đổi chiều dùng để đổi chiều dòng điệnxoay chiều thành một chiều cỏ góp gồm có nhiều phiến đồng hình đuôi nhạn cách điệnvới nhau bằng lớp mica dày 0,4 đến 1,2 mm và hợp thành một hình trụ tròn Đuôi vànhgóp có cao hơn lên một ít để để hàn các đầu dây của các phần tử dây quấn vào các phiếngóp được dễ dàng.

- Các bộ phận khác:

+ Cánh quạt: Dùng để quạt gió làm nguội máy.

+ Trục máy: Trên đó đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt và ổ bi Trục máythường làm bằng thép Cacbon tốt

10

Khi trục quay của một động cơ điện 1 chiều được kéo bằng 1 lực tác động từ bênngoài, động cơ sẽ hoạt động tương tự như 1 chiếc máy phát điện 1 chiều để nhằm tạo ramột sức điện động cảm ứng có tên là Electromotive force (EMF) Trong hoạt động, phầnrotor quay sẽ phát ra 1 điện áp (hay còn gọi là sức phản điện động) có tên là counterEMF (CEMF) hoặc còn được gọi là sức điện động đối kháng

Sức điện động này hoạt động tương tự như sức điện động được phát ra khi động cơđược sử dụng với chức năng giống như 1 chiếc máy phát điện Lúc này, điện áp đặt trênđộng cơ sẽ gồm 2 thành phần chính là: sức phản điện động cùng với điện áp giáng tạora do điện trở ở bên trong của các cuộn dây phần ứng

Dòng điện chạy qua motor DC lúc này sẽ được tính bằng công thức sau:  I = (Vnguon Vphandiendong)/ Rphanung

Và công suất cơ sẽ được tính bằng công thức:  P = I * Vphandiendong

1.1.3.Ưu nhược điểm của động cơ

- Phân loại động cơ điện một chiều

Khi xem xét động cơ điện một chiều cũng như máy phát điện một chiều người taphân loại theo cách kích thích từ các động cơ Theo đó ta có 4 loại động cơ điện mộtchiều thường sử dụng:

+) Động cơ điện một chiều kích từ độc lập: Phần ứng và phần kích từ được cung cấptừ hai nguồn riêng rẽ.

+) Động cơ điện một chiều kích từ song song: Cuộn dây kích từ được mắc song songvới phần ứng.

+) Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp: Cuộn dây kích từ được mắc nối tếp với phần ứng.

+) Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp: Gồm có 2 cuộn dây kích từ, một cuộn mắc song song với phần ứng và một cuộn mắc nối tiếp với phần ứng.

- Ưu nhược điểm của động cơ điện một chiều

Do tính ưu việt của hệ thống điện xoay chiều: để sản xuất, để truyền tải , cả máyphát và động cơ điện xoay chiều đều có cấu tạo đơn giản và công suất lớn, dễ vậnhành mà máy điện (động cơ điện) xoay chiều ngày càng được sử dụng rộng rãi vàphổ biến Tuy nhiên động cơ điện một chiều vẫn giữ một vị trí nhất định trong côngnghiệp giao thông vận tải, và nói chung ở các thiết bị cần điều khiển tốc độ quay liêntục trong phạm vi rộng (như trong máy cán thép, máy công cụ lớn, đầu máy điện ).Mặc dù so với động cơ không đồng bộ để chế tạo động cơ điện một chiều cùng cỡ thìgiá thành đắt hơn do sử dụng nhiều kim loại màu hơn, chế tạo bảo quản cổ góp phứctạp hơn Nhưng do những ưu điểm của nó mà máy điện một chiều vẫn không thể thiếutrong nền sản xuất hiện đại.

+) Ưu điểm của động cơ điện một chiều là có thể dùng làm động cơ điện hay máyphát điện trong những điều kiện làm việc khác nhau Song ưu điểm lớn nhất của độngcơ điện một chiều là điều chỉnh tốc độ và khả năng quá tải Nếu như bản thân động cơkhông đồng bộ không thể đáp ứng được hoặc nếu đáp ứng được thì phải chi phí cácthiết bị biến đổi đi kèm (như bộ biến tần ) rất đắt tiền

thì động cơ điện một chiều không những có thể điều chỉnh rộng và chính xác mà cấutrúc mạch lực, mạch điều khiển đơn giản hơn đồng thời lại đạt chất lượng cao.

12

+) Nhược điểm chủ yếu của động cơ điện một chiều là có hệ thống cổ góp - chổithan nên vận hành kém tin cậy và không an toàn trong các môi trường rung chấn, dễcháy nổ.

1.1.4.Đặc tính cơ

Khi cho điện áp một chiều vào, trong dây quấn phần ứng có điện Các thanh dẫn códòng điện nằm trong từ trường sẽ chịu lực tác dụng làm rôto quay, chiều của lực đượcxác định bằng quy tắc bàn tay trái.

Khi phần ứng quay được nửa vòng, vị trí các thanh dẫn đổi chỗ cho nhau Do có phiếugóp chiều dòng điện dữ nguyên làm cho chiều lực từ tác dụng không thay đổi Khiquay, các thanh dẫn cắt từ trường sẽ cảm ứng với suất điện động Eư chiều của suất điệnđộng được xác định theo quy tắc bàn tay phải, ở động cơ chiều sđđ Eư ngược chiềudòng điện Iư nên Eư được gọi là sức phản điện động Khi đó ta có phương trình: U = Eư

+ Rư.I

1.2.Các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ

- Phương pháp thay đổi điện trở phần ứng- Phương pháp thay đổi từ thông

- Phương pháp thay đổi điện áp phần ứng

1.2.1.Phương phá thay đổi điện trở phần ứng

- Đây là phương pháp thường dùng để điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều +) Nguyên lý điều khiển: Trong phương pháp này người ta giữ U = Uđm,Φ=Φđm và nối thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng để tăng điện trở phần ứng.

Độ cứng của đường đặc tính cơ:

+) Ta thấy khi điện trở càng lớn thì càng nhỏ nghĩa là đặc tính cơ càng dốc và dođó càng mềm hơn.

Hình 1.3: Đặc tính cơ của động cơ khi thay đổi điện trở phụ

Ứng với Rf = 0 ta có độ cứng tự nhiên có giá trị lớn nhất nên đặc tính cơ tự nhiên cóđộ cứng lớn hơn tất cả các đường đặc tính cơ có điện trở phụ Như vậy, khi ta thay đổiRf ta được một họ đặc tính cơ thấp hơn đặc tính cơ tự nhiên.

- Đặc điểm của phương pháp:

+) Điện trở mạch phần ứng càng tăng thì độ dốc đặc tính càng lớn, đặc tính cơcàng mềm, độ ổn định tốc độ càng kém và sai số tốc độ càng lớn.

+) Phương pháp này chỉ cho phép điều chỉnh tốc độ trong vùng dưới tốc độ địnhmức ( chỉ cho phép thay đổi tốc độ về phía giảm).

+) Chỉ áp dụng cho động cơ điện có công suất nhỏ, vì tổn hao năng lượng trên điệntrở phụ làm giảm hiệu suất của động cơ và trên thực tế thường dùng ở động cơ điệntrong cần trục.

+) Đánh giá các chỉ tiêu: Phương pháp này không thể điều khiển liên tục được màphải điều khiển nhảy cấp Dải điều chỉnh phụ thuộc vào chỉ số mômen tải, tải càng nhỏthì dải điều chỉnh càng nhỏ Phương pháp này có thể điều chỉnh trong dải D = 3 : 1

+) Giá thành đầu tư ban đầu rẻ nhưng không kinh tế do tổn hao trên điện trở phụlớn, chất lượng không cao dù điều khiển rất đơn giản.

1.2.2.Phương pháp thay đổi từ thông Ф

- Nguyên lý điều khiển:

Giả thiết U= Uđm, Rư = const Muốn thay đổi từ thông động cơ ta thay đổi dòngđiện kích từ, thay đổi dòng điện trong mạch kích từ bằng cách nối nối tiếp biến trở vàomạch kích từ hay thay đổi điện áp cấp cho mạch kích từ.

Bình thường khi động cơ làm việc ở chế độ định mức với kích thích tối đa mà

14

20 Mc1Mc2

phương pháp này chỉ cho phép tăng điện trở vào mạch kích từ nên chỉ có thể điều chỉnhtheo hướng giảm từ thông không tải lý tưởng

Hình 1.4: Đặc tính cơ của động cơ khi giảm từ thông

- Khi tăng tốc độ động cơ bằng cách giảm từ thông thì dòng điện tăng và tăng vượtquá mức giá trị cho phép nếu mômen không đổi Vì vậy muốn giữ cho dòng điệnkhông vượt quá giá trị cho phép đồng thời với việc giảm từ thông thì ta phải giảm Mt

theo cùng tỉ lệ.

- Đặc điểm của phương pháp:

+) Phương pháp này có thể thay đổi tốc độ về phía tăng.

+) Phương pháp này chỉ điều khiển ở vùng tải không quá lớn so với định mức, việcthay đổi từ thông không làm thay đổi dòng điện ngắn mạch.

+) Việc điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông là phương pháp điều khiển vớicông suất không đổi.

+) Đánh giá các chỉ tiêu điều khiển: Sai số tốc độ lớn, đặc tính điều khiển nằm trên vàdốc hơn đặc tính tự nhiên Dải điều khiển phụ thuộc vào phần cơ của máy Có thể điềukhiển trơn trong dải điều chỉnh D = 3 : 1 Vì công suất của cuộn dây kích từ bé, dòngđiện kích từ nhỏ nên ta có thể điều khiển liên tục với

+) Phương pháp này được áp dụng tương đối phổ biến, có thể thay đổi liên tục và kinhtế ( vì việc điều chỉnh tốc độ thực hiện ở mạch kích từ với dòng kích từ (1 ÷ 10)%Iđm

của phần ứng nên tổn hao điều chỉnh thấp).Đây là phương pháp gần như là duy nhất đốivới động cơ điện một chiều khi cần điều chỉnh tốc độ lớn hơn tốc độ điều khiển.

1.2.3.Phương pháp thay đổi điện áp phần ứng

- Để điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ một chiều cần có thiết bị nguồn như máyphát điện một chiều kích từ độc lập, các bộ chỉnh lưu điều khiển … Các thiết bị nguồnnày có chức năng biến năng lượng điện xoay chiều thành một chiều có sức điện độngEb điều chỉnh nhờ tín hiệu điều khiển Uđk Vì nguồn có công suất hữu hạn so với độngcơ nên các bộ biến đổi này có điện trở trong Rb và điện cảm Lb khác không Để đưatốc động cơ với hiệu suất cao trong giới hạn rộng rãi 1:10 hoặc hơn nữa[3].

LK

Hình 1.5: Sơ đồ dùng bộ biến đổi điều khiển điện áp phần ứng

Ở chế độ xác lập có thể viết được phương trình đặc tính của hệ thống như sau:Eb - Eư = Iư(Rb+Rưđ)

- Vì từ thông của động cơ được giữ không đổi nên độ cứng đặc tính cơ cũng khôngđổi, còn tốc độ không tải lý tưởng thì tuỳ thuộc vào giá trị điện áp điều khiển Uđk củahệ thống, do đó có thể nói phương pháp điều chỉnh này là triệt để.

Để xác định giải điều chỉnh tốc độ ta để ý rằng tốc độ lớn nhất của hệ thống bịchặn bởi đặc tính cơ cơ bản, là đặc tính ứng với điện áp phần ứng định mức và từthông cũng được giữ ở giá trị định mức Tốc độ nhỏ nhất của dải điều chỉnh bị giới hạn

16

M dmmin

bởi yêu cầu về sai số tốc độ và về mômen khởi động Khi mômen tải là định mức thìcác giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của tốc độ là:

Hình 1.6: Đặc tính cơ của động cơ khi thay đổi điện áp

- Với một cơ cấu máy cụ thể thì các giá trị 0max, Mđm, KM là xác định, vì vậyphạm vi điều chỉnh D phụ thuộc tuyến tính vào giá trị của độ cứng Khi điều

chỉnh điện áp phần ứng động cơ bằng các thiết bị nguồn điều chỉnh thì điện trở tổng mạch phần ứng gấp khoảng hai lần điện trở phần ứng động cơ Do đó có

thể tính sơ bộ được:

Vì thế tải có đặc tính mômen không đổi thì giá trị phạm vi điều chỉnh tốc độ cũngkhông vượt quá 10 Đối với các máy có yêu cầu cao về dải điều chỉnh và độ chínhxác duy trì tốc độ làm việc thì việc sử dụng các hệ thống hở như trên là không thoảmãn được.

-Trong phạm vi phụ tải cho phép có thể coi đặc tính cơ tĩnh của hệ truyền động mộtchiều kích từ độc lập là tuyến tính Khi điều chỉnh điện áp phần ứng thì độ cứng cóđặc tính cơ trong toàn dải là như nhau, do đó độ sụt tốc tương đối sẽ đạt giá trị lớnnhất tại đặc tính thấp nhất của dải điều chỉnh Hay nói cách khác, nếu tại đặc tính cơthấp nhất của dải điều chỉnh mà sai số tốc độ không vượt quá giá trị sai số cho phép,

18

-Nhận xét: Cả 3 phương pháp trên đều điều chỉnh được tốc độ động cơ điện mộtchiều nhưng chỉ có phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều bằngcách thay đổi điện áp Uư đặt vào phần ứng của động cơ là tốt nhất và hay được sửdụng nhất vì nó thu được đặc tính cơ có độ cứng không đổi, điều chỉnh tốc độ bằngphẳng và không bị tổn hao.

1.3.Bộ biến đổi AC/DC1.3.1.Sơ đồ nguyên lý

Mạch chỉnh lưu cầu bao gồm nhiều thiết bị khác nhau: Máy biến áp, bộ lọc, cầudiode và bộ điều chỉnh Chúng được gọi là nguồn cung cấp DC cho các thiết bị, linhkiện điện tử.

- Khối đầu tiên là một máy biến áp có nhiệm vụ làm thay đổi biên độ điện áp đầu vào.Phần lớn các mạch điện tử hiện nay đều sử dụng biến áp 220V/12V để giảm điện ápxoay chiều đầu vào từ 220V xuống 12V.

- Tiếp theo là một bộ chỉnh lưu cầu diode sử dụng 4 hoặc nhiều diode tùy thuộc theotừng loại bộ chỉnh lưu cầu Khối này sẽ có nhiệm vụ tạo ra dòng điện một chiều DC vìbiên độ điện áp đầu ra của bộ chỉnh lưu vẫn còn dao động Để có thể đưa được nguồnDC đầu ra ổn định thì việc lọc là điều vô cùng cần thiết.

19

- Khối cuối cùng của nguồn cung cấp DC mạch chỉnh lưu cầu là một bộ điều chỉnhđiện áp đầu ra Chúng có nhiệm vụ đó là giảm được điện áp và duy trì mức độ ổn địnhcủa điện áp đầu ra mà không có sự thay đổi ở điện áp đầu vào.

Hình 1.7 Sơ đồ khối nguồn chỉnh lưu

1.3.2.Nguyên lý làm việc

Trong nửa chu kỳ (+) của diode dạng sóng AC đầu vào D1 và D2 được phân cựcthuận, D3 và D4 phân cực ngược Khi điện áp được đến điện áp ngưỡng của D1 và D2lúc này dòng tải sẽ được đi qua như hiển thị ở hình với đường dẫn màu đỏ

- Ở nửa chu kỳ (-) của dạng sóng AC đầu vào, Diode D3 và D4 sẽ được phân cựcthuận, D1 và D2 phân cực ngược Dòng tải lúc này sẽ chạy qua D3 và D4

- Chúng ta có thể thấy với cả 2 chu kỳ của điện áp AC đầu vào thì hướng dòng tải đềugiống nhau khi đi qua diode và đều theo 1 hướng, có nghĩa là dòng điện đi theo 1chiều Do đó, bằng việc sử dụng 1 bộ chỉnh lưu cầu thì dòng điện xoay chiều AC đầuvào sẽ được chuyển đổi thay dòng điện 1 chiều DC.

Hình 1.8: Nguyên lí làm việc của mạch chỉnh lưu

20

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1.Khái niệm về chỉnh lưu công suất

2.2.Luật dẫn của van công suất trong các mạch chỉnh lưu

 Nhóm nối chung Cathode:

Hình 2.1: Nhóm nối chung Cathode

Điện áp anode của diode nào dương hơn thì diode ấy dẫn Khi đó điện thế điểm A bằng điện thế anode dương nhất

 Nhóm nối chung Anode:

Hình 2.2: Nhóm nối chung Anode

21

Điện áp cathode van nào âm hơn hơn thì diode ấy dẫn Khi đó điện thế điểm Kbằng điện thế anode âm nhất.

2.3.Cấu trúc mạch chỉnh lưu,các thông số cơ bản

Trong thực tế các mạch chỉnh lưu có nhiều loại và khá đa dạng về hình dáng cũngnhư tính năng Tuy nhiên về cơ bản cấu trúc trong bộ biến đổi thường có các bộ phậnsau:

- 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 chiềuthành nguồn một chiều.

- Mạch lọc nhằm lọc và san phẳng dòng điện hay điện áp nguồn để mạch chỉnh lưucó chất lượng tốt hơn.

- Mạch đo lường trong bộ chỉnh lưu thường dùng để đo dòng điện, điện áp.

- 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 của mạch chỉnh lưu thường là phần ứng động cơ điện một chiều, kích từmáy 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.

- Hình 1.10 trình bày cấu trúc của một bộ chỉnh lưu.

Hình 2.3 Sơ đồ cấu trúc của bộ

22

2.4.Các mạch chỉnh lưu một pha

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

a Sơ đồ nguyên lý và dạng sóng* Tải thuần trở

áp và dòng điệnb Nguyên lý làm việc

- Giả Sử mạch làm việc ở chế độ xác lập , lý tưởng và điện áp cấp vào mạch chỉnh lưu: u2=√2 U2.sin ωt (v)

- Trong nửa chu kỳ đầu 0<ωt <π, khi đó u2 ≥ 0, van D được phân cực thuận nên van D dẫn điện Ta có : uD = 0, u2 =ud , iD = id = U2

- Dòng điện trung bình qua diode D: IDAV = 1

2 π R∫0

Hình 2.5 Sơ đồ chỉnh lưu và dạng điện áp ra trên tảib Nguyên lý làm việc

- Giả sử mạch làm việc ở chế độ xác lập, lý tưởng và điện áp đặt vào cuộn sơ cấp máy biến áp là hình sin Khi đó phía thứ cấp MBA suất hiện 2 điện áp u21 và u22

bằng nhau về giá trị hiệu dụng nhưng ngược nhau về pha.U21 = √2U2sin ωt

U22 = −√2U2sin ωt

- Ở nửa chu kỳ dương của điện áp u21 diode D1 được phân cực thuận cho dòng điện chạy qua tải nên iD1 = id, ud = u21, uD1 = 0 Còn u22 âm, nên D2 bị phân cực ngược, khóa lại do vậy iD2 = 0 , uD2 = u22 – u21.

- Ở nửa chu kỳ âm của điện áp u21 , diode D1 bị phân cực ngược nên khóa lại Khi đó u22 dương , nên D2 được phân cực thuận cho dòng điện chạy qua tải nên iD2 = id,ud = u22, uD2 = 0 Còn u22 âm, nên D2 bị phân cực ngược, khóa lại do vậy iD1 = 0 , uD1 = u21 – u22 .

24

Như vậy cả 2 nửa chu kỳ D1 và D2 luân phiên đóng mở, cung cấp điện cho tải trong cả chu kỳ Từ nguyên lý làm việc ta xây dựng được dạng sóng dòng điện và điệnáp trong mạch như hình vẽ 1.12

c Công thức tính toán trong mạch

- Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu trên tải:Ud = 1

2 π∫0

2 π

ud dωt = 1

- Dòng hiệu dụng sơ cấp máy biến áp:

Khi van dẫn ta có, dòng điện tức thời qua thứ cấp máy biến áp:i2 = i21 = √2 U2

R sin ωt

Nhận thấy dòng điện qua thứ cấp máy biến áp là dòng điện hình sin, nên suy ra i1 = m.i2 ; Với m là tỷ số máy biến dòng.

Vậy giá trị hiệu dụng của dòng điện sơ cấp máy biến áp được xác định:

- Điện áp ngược lớn nhất đặt trên mỗi van diode:Ungmax = 2√2 U2

2.4.3 Mạch chỉnh lưu hình cầu1 pha không điều khiển

a Sơ đồ nguyên lý và dạng sóng* Tải thuần trở

Hình 2.6 Sơ đồ chỉnh lưu toàn bán kỳ và dạng điện áp ra trên tải

25

b Nguyên lý làm việc

Giả sử mạch đang làm việc ở chế độ xác lập, xét điều kiện lý tưởng và điện ápphía thứ cấp u2 = √2U2sinωt (v).

- Trong nửa chu kỳ đầu ωt = 0 đến π, điện áp u2 dương, khi đó cặp van D1 và D2

được phân cực thuận, nên dẫn điện Còn cặp van D4 và D3 bị phân cực ngược nênkhông dẫn điện cho dòng điện chạy qua tải Khi đó ta có: uD1 = uD2 = 0;uD4 = uD3 = - u2≤

0; ud = u2≥0; iD1 = iD2= id; iD4 = iD3 = 0.

- Trong nửa chu kỳ sau ωt = π đến 2π, điện áp - u2 dương, khi đó cặp van D1 vàD2 bị phân cực ngược, nên không dẫn điện Còn cặp van D4 và D3 phân cực thuận nêndẫn điện cho dòng điện qua tải Khi đó ta có:

uD4 = uD3 = 0; 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 biểu thức dòng và áp

- Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu :Ud = 1

IDAV = Id

- Điện áp ngược lớn nhất đặt lên 2 đầu diode D khi khóa:

26