bài giảng điện tử công nghiệp, chương 5 docx

1 Chương 5: Vài ứ ng dụng điển hình của điôt bán d ẫ n 2 π Hình 2.8: Các mạch ch ỉ nh lưu công suất nhỏ và mô phỏng hoạt độ ng Trong phần này, chúng ta xét tới một số ứng dụng điển hình của điôt trong các mạch ch ỉ nh lưu, hạn chế biên độ, ổn đ ị nh điện áp. a- Bộ ch ỉ nh lưu công suất nh ỏ Sử dụng tính chất van của điôt bán dẫn, các mạch ch ỉ nh lưu điển hình nhất (công suất nhỏ), được cho trên hình 2.8a,b,c,d. Để đơn giản cho việc phân tích hoạt động và rút ra các kết luận chính với các mạch trên, chúng ta xét với trường hợp tải của mạch ch ỉ nh lưu là điện trở thuần, sau đó có lưu ý các đặc điểm khi tải có tính chất điện dung hay điện cảm và với giả t hi ế t các van điôt là lí tưởng, điện áp vào có dạng hình sin phù hợp với thực tế điện áp mạng 110V/220V xoay chiều, 50Hz. - Mạch ch ỉ nh lưu hai nửa chu kì: Nhờ biến áp nguồn, điện áp mạng đưa tới sơ c ấ p được biến đổi thành hai điện áp hình sin U 2.1 và U 2.2 ngược pha nhau trên thứ c ấ p . Tương ứng với nửa chu kì dương (U 21 > 0, U 22 <0) D 1 mở D 2 khóa. Trên R t dòng nh ậ n được có dạng 1 chiều là điện áp nửa hình sin do U 21 qua D 1 mở tạo ra. Khi điện áp vào đổi dấu (nửa chu kì âm) (U 21 < 0, U 22 > 0) D 1 khóa D 2 mở và trên R t nhận đ ượ c dòng do D 2 tạo ra (h.2.9). • Giá tr ị trung bình của điện áp trên tải được xác đ ị nh theo hệ thức (1.15): 1 π U o = ∫ 0 2U 2 sinωin ωt = 2 2 π U 2 = 0,9U 2 (2-15) 3 Với U 2 là giá tr ị hiệu dụng của điện áp trên 1 cuộn của thứ cấp biến áp. • Giá tr ị trung bình của dòng điện trên tải đối với trường hợp tải thuần t r ở I t = U o /R t (2-16) 30 Hình 2.9: Giản đồ điện áp của mạch ch ỉ nh l ư u Khi đó dòng qua các điôt D 1 và D 2 là I a1 = I a2 = I t /2 (2- 17) Và dòng cực đại đi qua điôt là I amax = π , I a = π I t / 2 (2-18) • Để đánh giá độ bằng phẳng của điện áp trên tải sau khi ch ỉ nh lưu, thường s ử dụng hệ số đập mạch (gợn sóng), được đ ị nh nghĩa đối với thành phần sóng bậc n; q n = U nm / U o (2-19) Trong đó U nm là biên độ sóng có tần số n ω ; U 0 là thành phần điện áp 1 chiều trên t ả i q 1 = U 1m / U o = 2 / (m 2 – 1) với m là số pha ch ỉ nh l ư u q 1 = 0,67 (với mạch ch ỉ nh lưu hai nửa chu kì m = 2). Điện áp ngược cực đại đặt vào van khóa bằng tổng điện áp 31 cực đại trên 2 cu ộ n thứ cấp của biến áp U ngcmax = 2 2U 2 = 3,14U 0 (2-20) Khi đó cần chọn van D 1 , D 2 có điện áp ngược cho phép 32 U ngccf > U ngcmax = 3,14U o • Khi dùng tải là tụ lọc C (đường đứt nét trên hình 2.8a) ở chế độ xác lập, do hi ệ n tượng nạp và phóng điện của tụ C mạch lúc đó làm việc ở chế độ không liên tục nh ư trường hợp với tải điện trở. Trên hình 2.9b với trường hợp tải điện dung, ta thấy rõ s ự khác biệt với trường hợp tải điện trở, lúc này mỗi van ch ỉ làm việc trong khoảng t h ờ i gian θ 1 ÷ θ 2 (với van D 2 ) và θ 3 ÷ θ 4 (với van D 1 ) nhỏ hơn nửa chu kì và thông mạch n ạ p cho tụ từ nguồn U 2.2 và U 2.1 . Trong khoảng thời gian còn lại, các van đều khóa (do điện áp trên tụ đã nạp l ớ n hơn giá tr ị tức thời của điện áp pha tương ứng U 2.2 và U 2.1 ). Lúc đó tụ C phóng đ i ệ n và cung cấp điện áp ra trên R t . Các tham số chính của mạch trong trường hợp này có thay đổi, khi đ ó U o = 1,41 U 2 (2-21) Và q (khi chọn hằng số thời gian mạch phóng của tụ τ = RC lớn) còn U ngcmax không đổ i so với trước đ ây . • Nếu xét mạch hình 2.8a với từng nửa cuộn thứ cấp biến áp nguồn làm việc với 1 van tương ứng và mạch tải ta có 2 mạch ch ỉ nh lưu một nửa chu kì là dạng sơ đồ đ ơ n giản nhất của các mạch ch ỉ nh lưu. Dựa vào các kết quả đã phân tích trên, dễ dàng suy ra các tham số của mạch này tuy nhiên chúng ch ỉ được sủ dụng khi các yêu c ầ u về chất lượng nguồn (hiệu suất năng lượng, ch ỉ tiêu bằng phẳng của U t …) đòi h ỏ i t h ấ p . . là điện trở thuần, sau đó có lưu ý các đặc điểm khi tải có tính chất điện dung hay điện cảm và với giả t hi ế t các van điôt là lí tưởng, điện áp vào có dạng hình sin phù hợp với thực tế điện. (h.2.9). • Giá tr ị trung bình của điện áp trên tải được xác đ ị nh theo hệ thức (1. 15) : 1 π U o = ∫ 0 2U 2 sinωin ωt = 2 2 π U 2 = 0,9U 2 (2- 15) 3 Với U 2 là giá tr ị hiệu dụng của điện áp trên 1 cuộn. phóng điện của tụ C mạch lúc đó làm việc ở chế độ không liên tục nh ư trường hợp với tải điện trở. Trên hình 2.9b với trường hợp tải điện dung, ta thấy rõ s ự khác biệt với trường hợp tải điện