tài liệu phần chỉnh lưu trong điện tử công suất

Chương CHỈNH LƯU 2.1 GIỚI THIỆU CHUNG 2.1.1 Cấu trúc mạch chỉnh lưu Chỉnh lưu trình biến đổi nguồn điện xoay chiều thành nguồn điện chiều cách sử dụng phần tử bán dẫn công suất Sơ đồ cấu trúc mạch chỉnh lưu: Biến áp Van CL Lọc Hình 2.1 Sơ đồ cấu trúc mạch chỉnh lưu Khối biến áp dùng để chuyển từ điện áp lưới điện xoay chiều U sang điện áp U2 thích hợp với tải Ngoài khối biến áp biến đổi số pha nguồn lưới sang số pha theo yêu cầu mạch van chỉnh lưu Thông thường số pha lưới lớn Mạch van cần số pha 1,3,6,12 Trong số trường hợp mà nguồn lưới phù hợp với yêu cầu khối van chỉnh lưu bỏ qua máy biến áp Khối van CL gồm van bán dẫn ( diode tiristo) mắc theo cách định để tiến hành trình chỉnh lưu Khối Lọc có tác dụng làm cho điện áp đầu mạch chỉnh lưu điện áp chiều phẳng theo yêu cầu 2.1.2 Phân loại Chỉnh lưu phân loại theo cách thức sau: * Dựa theo số pha nguồn cấp cho van chỉnh lưu: có mạch pha, ba pha, sáu pha vvv * Dựa theo loại van bán dẫn: + Mạch dùng hoàn toàn diode: Chỉnh lưu không điều khiển + Mạch dùng kết hợp diode tiristo : Chỉnh lưu bán điều khiển + Mạch dùng hoàn toàn tiristo: Chỉnh lưu điều khiển hoàn toàn * Dựa theo sơ đồ mắc van có kiểu: + Sơ đồ hình tia : Trong sơ đồ số van dùng cho chỉnh lưu số pha nguồn cấp cho mạch chỉnh lưu Các van đấu chung đầu với nhau: A chung, K chung + Sơ đồ hình cầu: Trong sơ đồ số lượng van gấp đôi số pha nguồn cấp cho mạch chỉnh lưu, nửa số van mắc chung A , nửa số van mắc chung K 2.1.3 Các tham số Các tham số dùng để đánh giá tiêu kỹ thuật mạch chỉnh lưu: Ud : giá trị điện áp trung bình nhận sau mạch van chỉnh lưu T 1 U d = ∫ u d (t )dt = T 2π 2π ∫u d (θ )dθ Id : Dòng điện trung bình nhận sau mạch van chỉnh lưu Id = 2π 2π ∫i d (θ )dθ Pd= Ud Id công suất chiều mà tải nhận từ mạch chỉnh lưu Ivtb : dòng trung bình qua van Ung max: điện áp ngược cực đại mà van phải chịu làm việc 2.2 CHỈNH LƯU DIODE 2.2.1 Chỉnh lưu pha nửa chu kỳ Trong sơ đồ chỉnh lưu pha nửa chu kỳ điện áp thứ cấp máy biến áp là: u2 = 2U sin ωt = 2U sin θ 2.2.1.1 Khi tải trở D A U1 E Ud U2 t π R F t Id Ud Hình 2.2 Chỉnh lưu diode hình tia 2π Hình 2.3 Đồ thị điện áp Khi 0< θ u2a, u2c nên diôt D3 dẫn suy ud=ub Trong khoảng θ ÷ θ (Tức từ 2700 ÷3900), điện áp u2c>u2a, u2b nên diôt D3 dẫn suy ud=u2c 1500 Ud = 2π / 30∫0  U = 1.17U  2π   Ud  Id =  Rd  2U sin θ = Dòng điện qua van tồn 1/3 chu kỳ điện áp nguồn, vậy: I tbv = Id Vậy điện áp ngược cực đại van điện áp dây cực đại: ungược van = udây nguồn= 2U = 6U Chỉnh lưu hình tia ba pha cần có biến áp để đưa điểm trung tính N tải 2.2.5 Chỉnh lưu cầu ba pha Mạch van gồm nhóm, diode D1, D3, D5 đấu kiểu catôt chung (hình 2.15a), nên hoạt động theo luật 1, thế: D1 dẫn khoảng θ1 ÷ θ ua dương nhất, D3 dẫn khoảng θ ÷ θ ub dương nhất, D5 dẫn khoảng θ ÷ θ uc dương Các diode D2, D4, D6 đấu kiểu anốt chung nên: D2 dẫn khoảng θ ÷ θ uc âm D4 dẫn khoảng θ ÷ θ ua âm D6 dẫn khoảng θ ÷ θ ub âm uf A BC N θ θ θ3 C θ4 θ5 D3 D6 D5 θ7 t t t t t t t id i1 i3 M i5 i2 L R θ6 13,4% ud A D4 - A D1 N NK D2 B A i4 i + Hình 2.17 Hình 2.18 Bất kỳ thời điểm có diode nhóm dẫn với diode nhóm dưới.Trong chu kỳ điện áp xoay chiều, điện áp u d hình thành từ đoạn điện áp dây nguồn xoay chiều theo thứ tự uab – uac- ubc – uba – uca – ucb Điện áp trung bình nhận tải là: 900 Ud = (u2 a − u2 b )dθ = ∫ 2π / 300 2π 900 ∫ U 300 2m sin θ − U m sin ( θ − 1200 )  dθ = U = 2.34U π Sơ đồ cầu ba pha dường hai sơ đồ hình tia mắc nối tiếp nhau, nhóm diode lẻ chỉnh lưu lấy điện áp dương, nhóm diode chẵn chỉnh lưu lấy nốt phần điện áp âm lại, tổng quát ta có hai chỉnh lưu ba pha hình tia nối tiếp Kết luận: Điện áp ud mạch chỉnh lưu có dạng gợn sóng, không phẳng, gọi độ đập mạch Số lần đập mạch (ký hiệu mđm) chu kỳ nguồn xoay chiều 2π phụ thuộc vào sơ đồ chỉnh lưu Số đập mạch mđm cao dạng ud phẳng, tức hệ số đập mạch kđm nhỏ Quy luật dòng điện: • Van mở theo 2.43: imở( θ ) = 3U m cosα -cos ( α +θ )  Xa  Van khoá lại theo 2.44: Ikhoá( θ ) = I d -imở( θ ) Biểu thức xác định góc γ : cosα -cos ( α + γ ) = X a Id X a Id = 3U m 6U Sụt áp chuyển mạch theo 2.46 với m=3: ∆U γ = (2.49) 3X a Id 2π (2.50) 3X a Id 3X a Id U cosα − = 1,17U cosα − 2π 2π 2π Chỉnh lưu cầu pha (hình 2.34) U dα = Do đó: (2.51) Theo nguyên lý hoạt động van phải dẫn theo căp: T1T2 T3T4 Vì thời điểm θ1, van T3T4 dẫn ta cho mở T1T2 đồng thời có hai nhóm van chuyển mạch : T3 chuyển cho T1; T4 chuyển cho T2; Trong giai đoạn trùng dẫn bốn van dẫn dòng điện Điện áp tải ( giả thiết sụt áp tiristor dẫn không: ud(γ)=0 Sụt áp trùng dẫn gấp đôi sơ đồ tia hai pha : X a Id π ∆U γ = (2.52a) Góc trùng dẫn cosα -cos ( α + γ ) = Và U dα = X a Id U 2m (2.52b) X a Id X a Id 2 (2.52c ) U cosα − = 0,9U cosα − π π π Hình 2.38 Chỉnh lưu cầu ba pha Với chỉnh lưu cầu nhiều pha, ta thấy trình chuyển mạch xảy hai nhóm Ở là: - Nhóm lẻ: Chuyển mạch theo vòng tròn: Nhóm chẵn: Chuyển mạch theo vòng tròn: Các biểu thức: ∆U γ = T1 → T3 → T5 T2 → T4 → T6 3X a Id π cosα -cos ( α + γ ) = U dα = U d cosα -∆Uγ = X a Id X a Id = 3U m 6U 3X a Id 3X a Id U 2cosα − = 2, 34U 2cosα − π π π Hình 2.39 Mạch cầu ba pha có đặc điểm riêng trùng dẫn, phân biệt góc γ = 600 Các biểu thức γ < 600 Hai trường hợp lại phức tạp quy luật khác 2.5 SÓNG HÀI ĐIỆN ÁP CHỈNH LƯU VÀ HỆ SỐ ĐẬP MẠCH 2.5.1 Sóng hài Ud Điện áp chỉnh lưu ud mạch chỉnh lưu m pha có dạng đập mạch số lần đập mạch m đm chu kỳ nguồn xoay chiều Như ta thấy mđm phụ thuộc vào sơ đồ mạch van: Sơ đồ hình tia: mđm = mpha Sơ đồ cầu: mđm = mpha mpha số chẵn mđm = 2mpha mpha số lẻ Biên độ điện áp ud phụ thuộc vào sơ đồ mạch van: Sơ đồ hình tia: Udm=Upha m =U2m= U2 Sơ đồ cầu: Udm=2Upha m =2U2m mpha số chẵn Udm=2U 2mcos π mpha số lẻ 2mđm Các dạng điện áp ud chỏm hình sin hàm tuần hoàn chẵn y(x)=y(-x) Ta khai triển hàm tuần hoàn chẵn thành tổng tín hiệu bao gồm: tín hiệu chiều tín hiệu xoay chiều hình sin có tần số bội của tần số hay gọi sóng hài bậc cao Ta viết hàm ud(θ) dạng hàm cosin (dịch trục toạ độ sang phải góc π/2) tức khoảng chu kỳ biến thiên ud, từ -(π/mđm-α) đến (π/mđm+α) có: ud ( θ ) = U m cosθ Khai triển Fourier cho dạng ud ( xem hình 2.40 ): ∞ ud ( θ ) = U + ∑  Anđcos ( n.mn mθ ) + B đsin ( n.m mθ )  n =1 Với U = U d cosα =U da Các hệ số An Bn xác định theo biểu thức: m An = đm π α+ π mđm ∫π α− mđm Hình 2.40 U mđcosθ cos ( n.m mθ ) dθ Bn = mđm π α+ π mđm ∫π α− U mđcosθ sin ( n.m mθ ) dθ mđm Sau tính toán biến đổi có triển khai Fourier Hình 2.40 sóng hài điện áp chỉnh lưu:  ∞ ( -1) n +1 ud ( θ ) = U dđ0cosα 1+∑ đ  n=1 ( n.m đm ) − ( n.m nmtgα ) + 1.cos  n.m m (θ −α ) + ζ    (2.53)  Với tgζ nđm= n.m tgα 2.5.2 Hệ số đập mạch chỉnh lưu Biểu thức (2.53) cho phép xác định hệ số đập mạch điện áp chỉnh lưu: kđm = U1m U0 Với U1m biên độ sóng hài bậc (n=1): ud ( θ ) = [ U dđ0 cosα = U1mđcos  m Ở đây: U1m = [ U dđ0 cosα ( m mđ tgα ) m −1 đm m ] cos m m ( θ − α ) + ζ  +1 ( θ − α ) + ζ  ( m mtgα ) m −1 đm +1 (2.54) ] tgζ = mđmtgα Từ (2.54) ta có hệ số đập mạch chỉnh lưu: kđm = m −1 đm ( m đmtgα ) + 1.cos  m đm ( θ − α ) + ζ  Theo biểu thức ta thấy hệ số đập mạch tỉ lệ thuận với góc α tỉ lệ nghịch với mđm Theo biểu thức trên, thí dụ cho trường hợp chỉnh lưu diode (α=0) ta có sóng hài bậc mạch sau: U1 ( θ ) = U d 0cos2θ Với mđm=2; Suy hệ số đập mạch: kđm = U1m = = 0, 667 Ud Với mđm=3 U1 ( θ ) = U dđm cos3θ ⇒ k = 0, 25 Với mđm=6 U1 ( θ ) = U dđm cos6θ ⇒ k 35 = 0, 057 Đây số liệu kđm có bảng 2.1 2.6 BỘ LỌC MỘT CHIỀU Hình 2.41 Hệ số đập mạch chỉnh lưu phụ thuộc vào số đập mạch m đm góc điều khiển α Với mạch chỉnh lưu xác định, số đập mạch m đm = const, hệ số đập mạch k đm tốt α = (Van diode), trình điều chỉnh α, hệ số Trường hợp k đm(α) không thoả mãn yêu tải, cần đưa thêm mạch lọc chiều nhằm cải thiện hệ số đập mạch Hiệu khâu lọc đánh giá hệ số san bằng: k sb = kđmvào kđmra (2.55) Ta có kđm vào>kđm ksb >1 ksb lớn tốt Lọc điện cảm (hình 2.41a) Loại dùng điện cảm L mắc nối tiếp với tải Theo khai triển Fourier biểu thức (2.53), điện áp chỉnh lưu coi gồm hai loại nguồn điện áp; nguồn chiều U = U d 0cosα , nguồn xoay chiều sóng hài u ~ Bây ta có sơ đồ thay mạch hình 2.41 Tác động nguồn • Nguồn U0 không bị điện cảm cản trở nên ta có: U0t=U0 • Nguồn xoay chiều bị sụt áp L, trước đưa đến tải theo quan hệ chia điện áp: X L lớn Rt thành phần xoay chiều Rt nhỏ, điều tốt thành phần điện xoay chiều gây nên độ đập mạch điện áp: U~ = U~ Rt Z = X L + Rt Z với Hình 2.42 Để xác định ksb ta cần sóng hài bậc Từ phân tích ta có: k sb = Do U1ra kđmvao kđmra U1vao U U = = 1vao U1ra U1ra U0 Z U k sb = = = U t = U1 1vao Rt Rt Z nên: X L + Rt Rt X  = 1+  L ÷  Rt  Với: XL= ωđmL = mđmω1L ( ω1 tần số góc nguồn xoay chiều đưa vào mạch van ) ta rút điện cảm lọc cần có để đảm bảo hệ số san cần thiết: L= k sb2 − mdmω1 Rt ; [ H ] Lọc điện cảm phù hợp với tải công suất lớn, công suất lớn điện trở tải R t nhỏ dễ dàng thực điều kiện lọc tốt XL >> Rt Lọc điện dung C (hình 2.41b) Điện dung C đấu song song với tải Ở tác động lọc khác với lọc điện cảm Với nguồn XC = ωC chiều tụ điện không ảnh hưởng, với nguồn xoay chiều tụ C phản ứng theo tổng trở Do tụ C đấu song song tải nên phân chia dòng xoay chiều lại theo quy tắc: X C nhỏ Rt dòng xoay chiều bị hút vào đường qua tụ điện, dòng xoay chiều qua tải, tức hiệu lọc tốt Giá trị tụ lọc tính gần theo biểu thức sau: C= ;[ F ] mdmω1 Rt kdmra Lọc điện dung khó thực với tải công suất lớn, R t nhỏ ta khó thực điều kiện lọc tốt XC > Rt; XC Lmin = Rt ;[ H ] mdmω1 ( mdm − 1) Lọc hình π (lọc CLC)(hình 2.41d) Đây lọc gồm hai mắt lọc, lọc C lọc LC, mắc nối tiếp Hệ số san lọc tích số hệ số san mắt lọc: ksb=ksbC.ksbLC Thường lấy ksbC trước (để tương ứng có k đm ) cho lọc tụ cỡ (0,02 ÷0,1) xác định giá trị C Sau tính mặt lọc LC lại theo (2.56) Lọc dạng π ứng dụng cần có ksb >50 2.7 CHỈNH LƯU BÁN ĐIỀU KHIỂN Chỉnh lưu bán điều khiển sử dụng mạch van sơ đồ cầu, lúc nửa số van diode, nửa số van lại tiristo 2.7.1 Loại pha: Chỉnh lưu cầu bán điều khiển, tiristo chung K: Hình 2.43a + Trong khoảng α – π: T1Đ2 dẫn ud = u2 + Trong khoảng π – (π + α): T1Đ1 dẫn, π Đ1 mở tự nhiên làm cho Đ2 khóa, ud = + Trong khoảng (π + α) - 2π : T 2Đ1 dẫn, T2 phát xung mở điểm (π + α) dẫn làm cho T1 khóa, ud = -u2 + Trong khoảng 2π – (2π + α): T2Đ2 dẫn, 2π Đ2 mở tự nhiên làm cho Đ1 khóa,ud = + Ta thấy có tượng dẫn thẳng hàng hai van: T 1Đ1 T2Đ2 , đoạn tải bị ngắn mạch nên ud = Các đoạn lại ud bám theo điện áp nguồn Do dạng điện áp ud giống chỉnh lưu điều khiển với tải trở : U dα = U d + cosα + cosα = 0,9U 2 Id = U dα Rd Các van dẫn khoảng π , trị số trung bình dòng qua van Id/2 Chỉnh lưu cầu bán điều khiển, tiristo mắc thẳng hàng + Trong khoảng α – π: T1Đ2 dẫn ud = u2 + Trong khoảng π – (π + α): Đ 1Đ2 dẫn, π Đ1 mở tự nhiên làm cho T1 khóa, T2 chưa dẫn nên Đ2 mở chưa khóa ud = + Trong khoảng (π + α) - 2π : T 2Đ1 dẫn, T2 phát xung mở điểm (π + α) dẫn làm cho Đ2 khóa, ud = -u2 + Trong khoảng 2π – (2π + α): Đ1Đ2 dẫn, 2π Đ2 mở tự nhiên làm cho T2 khóa, ud = + Ta thấy có tượng dẫn thẳng hàng hai van: Đ 1Đ2 , đoạn tải bị ngắn mạch nên ud = Các đoạn lại ud bám theo điện áp nguồn Do dạng điện áp u d giống chỉnh lưu điều khiển với tải trở : Hình 2.43b udα = 0,9U + cosα Id = Tiristo dẫn khoảng ( π −α ) ; Diode dẫn khoảng (π +α ) U dα Rd Vì dòng trung bình qua van là: π I tbtirsto π −α = I d dθ = Id ∫ 2π α 2π I tbdiot = 2π π +α ∫ I d dθ = π +α Id 2π 2.7.2 Chỉnh lưu cầu ba pha bán điều khiển Với mạch cầu ba pha có kiểu đấu tiristo mắc chung catôt • Chỉnh lưu hình tia ba pha điều khiển gồm T1, T2, T3 cho điện áp: U dα = U d 0tia cosα = • U 2cosα = 1,17U 2cosα 2π Chỉnh lưu hình tia ba pha không điều khiển gồm D1, D2, D3 cho điện áp: U d = U d 0tia = Vậy tổng cộng lại: U = 1,17U 2π U dα = U d 0tia + U d 0tia cosα = U d 0tia ( + cosα ) = 1,17U ( + cosα ) Vì chỉnh lưu cầu có U d = 2U d 0tia = 2,34U nên quy đổi biểu thức sang dạng cầu ta có: + cosα + cosα + cosα U dα = U d cau = U2 = 2,34U 2 π 2 Mạch cầu ba pha bán điều khiển có ưu điểm điều khiển đơn giản hơn, tiết kiệm lượng Song có nhược điểm số đập mạch toàn dải điều chỉnh 3: m đm =3; α=0 có mđm =6 sơ đồ cầu không điều điều khiển ( Cầu pha diode) Hình 2.44 2.7.3 Hệ số công suất cosϕ chỉnh lưu điều khiển chỉnh lưu bán điều khiển Ta biết hệ số công suất hộ tiêu thụ điện cosϕ, ϕ góc lệch pha điện áp dòng điện phụ tải Hình 2.45 đồ thị quan hệ điện áp nguồn u2 dòng điện nguồn i2 cấp cho tải chiều thông qua chỉnh lưu cho hai trường hợp: Theo đồ thị dòng điện i2 sóng hài bậc của i2(1) Với tần số tần số nguồn xoay chiều, so sánh với điện áp nguồn u2, rút ra: Chỉnh lưu điều khiển có: ϕ=α Chỉnh lưu bán điều khiển có: ϕ=α/2 Như hệ số cosϕ chỉnh lưu bán điều khiển tốt chỉnh lưu điều khiển 2.8 ĐẤU GHÉP CÁC MẠCH CHỈNH LƯU, CHỈNH LƯU PHA CÓ CUỘN KHÁNG CÂN BẰNG Thực tế có phụ tải đòi hỏi điện áp cao, dòng điện lớn mà van chế tạo chưa đạt tới Trong trường hợp người ta dùng biện pháp khắc phục sau: • Đấu nối tiếp nhiều van đấu nối tiếp mạch chỉnh lưu với để chịu điện áp cao • Đấu song song nhiều van song song nhiều mạch chỉnh lưu với để chịu dòng tải lớn 2.8.1 Đấu nối tiếp mạch chỉnh lưu Nếu mạch có dùng biến áp hai cuộn thứ cấp có pha lệch 300 Điều cho phép điện áp ud=ud1+ud2 có số đập mạch gấp đôi sơ đồ cầu thông thường, có nghĩa m đm =12 điện áp phẳng Hình 2.46 2.8.2 Đấu song song mạch chỉnh lưu với Khi đấu song song mạch chỉnh lưu với nhau, phải đảm bảo mạch hoạt động độc lập Để đạt điều buộc phải sử dụng điện cảm nhằm cách ly mạch chỉnh lưu, gọi cuộn kháng cân Lcb (để phân biệt với điện cảm chiều Ld) Hình 2.47 Hình 2.48 2.8.3 Chỉnh lưu pha có cuộn kháng cân Sơ đồ mạch chỉnh lưu hình 2.49 Máy biến áp có hai cuộn dây thứ cấp tạo thành hệ thống nguồn đối xứng pha: a, b, c a, b, c Hai nhóm van đấu theo sơ đồ hình tia ba pha, làm việc độc lập nhờ điện cảm cân Lcb Thấy rằng, điện cảm cân Lcb mạch trở thành chỉnh lưu hình tia pha van đấu thành nhóm kiểu catốt chung Theo sơ đồ mạch điện ta có: udI=ud+u1 (2.57) Hình 2.49 udII=ud-u2 (2.58) Trong udI, udII điện áp hai mạch chỉnh lưu ba pha hình tia u u2 sụt áp nửa cuộn kháng cân bằng, u1=u2 Cộng hai biểu thức ta có: udI + udII =2ud ud = Suy ra: udI + udII Biết dạng udI, udII ta dựng đồ thị ud Hình 2.50 đồ thị điện áp chỉnh lưu ud với α = Điện áp chỉnh lưu có số đập mạch gấp đôi sơ đồ tia, tức m đm=6 Tuy nhiên giá trị trung bình ud điện áp chỉnh lưu tia ba pha, hai mạch đấu song song: ud = U = 1,17U 2π Hình 2.50 Mỗi mạch chỉnh lưu chịu nửa dòng tải Id nên van chịu dòng trung bình là: I tbv = Công suất biến áp nguồn: Id / Id = Sba=1,26Pd Cuộn kháng cân bằng: Lấy hiệu (2.57) (2.58) ta nhận điện áp cuộn kháng cân bằng: u1 + u2=uLcb=udI - udII Nếu trị số dòng IdI, IdII nhỏ không đủ cấp dòng từ hoá cho cuộn kháng hoạt động Lúc Lcb tác dụng cách ly hai mạch chỉnh lưu, mạch trở thành chỉnh lưu pha hình tia, không hai mạch chỉnh lưu ba pha hình tia đấu song song Công suất cuộn kháng cân bằng: Scb=0,071Pd Khi điều khiển với α ≠ 0, ta có quy luật : U dα = U d cosα -∆Uγ 2.9 CHẾ ĐỘ NGHỊCH LƯU PHỤ THUỘC Thiết bị chỉnh lưu thiết bị mà dòng lượng chuyển từ phía nguồn xoay chiều sang phía chiiều.Tuy nhiên, tải có chứa suất điện động E d, làm cho lượng chuyển từ phía chiều sang phía xoay chiều – gọi chế độ nghịch lưu Thực tế, điều thường xảy với tải động điện chiều làm việc chế độ máy phát, lượng phải chuyển lưới điện xoay chiều Lúc thiết bị chỉnh lưu chuyển sang chạy chế độ nghịch lưu Vì mạch van hoạt động phải dựa theo nguồn xoay chiều, phụ thuộc vào nguồn này, nên gọi nghịch lưu phụ thuộc 2.9.1 Bản chất nghịch lưu phụ thuộc điều kiện thực Ta biết nguồn phát lượng tiêu thụ lượng, tuỳ thuộc chiều dòng điện chiều s.đ.đ Nếu chiều s.đ.đ dòng điện qua trùng nhau, nguồn phát lượng • Nếu s.đ.đ dòng điện ngược nhau, tải tiêu thụ lượng Từ nguyên tắc ta thấy rằng, muốn có nghịch lưu cần điều kiện: Để phía chiều phát lượng, cần đảm bảo dòng id chiều s.đ.đ Ed chiều Để phía xoay chiều nhận lượng, tương đương nguồn Udα Hình 2.51 phải nhận lượng, chiều dòng id phải ngược chiều nguồn Udα Song mạch van cho phép dòng id theo chiều xác định: a) Khi giữ nguyên mạch van chỉnh lưu, tức giữ chiều dòng id chỉnh lưu ta buộc phải: • Thực điều kiện cách đảo chiều s.đ.đ Ed • Thực điều kiện cách đảo chiều Udα : có quy luật Udα = Ud0cosα, nên điều có nghĩa cần làm cho Udα < 0, suy phải điều khiển với α > 900 Phương pháp thể hình 2.51a b) Khi nguyên chiều s.đ.đ Ed cần phải: • Đảo chiều dòng id cách đưa vào mạch van thứ II ngược với mạch van chỉnh lưu I Như cần chạy chế độ nghịch lưu đưa II vào hoạt động thực điều kiện1 • Điều kiện đảm bảo điều khiển II với góc α > 900 Phương pháp thể hình 2.51b Trong hai phương pháp cần điều khiển mạch van với α > 900 để đảm bảo điện áp Udα đảo dấu so với chế độ chỉnh lưu Như có mạch có U dα = Ud0cosα cho phép chạy chế độ nghịch lưu phụ thuộc Vì α > 900 ta có Udα = Ud0cosα < 2.9.2 Mạch chỉnh lưu pha chế độ nghịch lưu phụ thuộc Xét ví dụ sơ đồ cầu pha (hình 2.52a) Chế độ chỉnh lưu:α < 900, Udα > 0: để nguồn xoay chiều phát lượng s.đ.đ E d > để nhận lượng Dòng lượng chuyển từ phía xoay chiều sang chiều Đồ thị hình 2.52b cho thấy điện áp ud chủ yếu giai đoạn lớn không Hình 2.52 Chế độ nghịch lưu: α > 900 để có Udα < nhận lượng s.đ.đ E d < có chiều trùng dòng id để trở thành nguồn phát lượng Đồ thị chế độ hình 2.52c Điện áp u d chủ yếu giai đoạn âm Các biểu thức tính toán theo (2.52a), (2.52b), (2.52c) X a Id U 2m ∆U γ = X a Id π U dα = X a Id X a Id 2 U 2cosα − = 0,9U cosα − π π π cosα -cos ( α + γ ) = Có lưu ý biểu thức tính dòng điện là: I d = U dα − Ed Rd , Ed < nên ta có: Id = U dα + Ed Rd Để cho dễ nhận biết chế độ nghịch lưu, người ta đưa vào góc bù góc điều khiển: β = π −α α =π −β (2.59) Lúc thay (2.59) vào biểu thức (2.52a), (2.52b), (2.52c) ta có: U d β = −0,9U cosβ - X a Id π cos ( β − γ ) -cosβ = X a Id U 2m Góc khóa δ tượng sập nghịch lưu Ở chế độ nghịch lưu phụ thuộc, thời gian phục hồi tính chất khoá cho tiristo khoảng thời gian điện áp tiristo âm sau van khoá Trên đồ (hình 2.52c) đặc trưng góc khoá δ δ =π −(α +γ ) Ở chế độ chỉnh lưu α nhỏ nên góc δ lớn đảm bảo khoá tốt cho van Ở chế độ nghịch lưu α lớn nên góc δ nhỏ, điều khiển với α lớn góc δ không đảm bảo khoá van Hiện tượng điều khiển δ < θphục hồi van làm mạch cố gọi “sập nghịch lưu” Khi hoạt động chế độ nghịch lưu cần khống chế góc δ phạm vi cho phép, thường δ ≥ 50 2.10 BỘ CHỈNH LƯU ĐẢO CHIỀU Bộ chỉnh lưu đảo chiều thực chất hai mạch chỉnh lưu loại đấu song song, ngược so với tải (hình 2.53) Mỗi chỉnh lưu đảm nhận dấu (một chiều) điện áp tải Tuy nhiên để mạch làm việc bình thường, cần phối hợp hoạt động hai chỉnh lưu với Hình 2.53 2.10.1 Phương pháp điều khiển chung Đặc điểm phương pháp hai mạch chỉnh lưu hoạt động, tức phát xung điều khiển Tuy nhiên làm việc chế độ chỉnh lưu, xác định dấu điện áp chiều chiều quay động cơ, chạy chế độ nghịch lưu sẵn sàng chuyển sang chế độ chỉnh lưu Hình 2.54a ví dụ chỉnh lưu đảo chiều sử dụng sơ đồ cầu ba pha Do hai chỉnh lưu đấu vào tải nên giá trị trung bình chúng phải nhau, theo quy ước chiều sơ đồ hình 2.54a điện áp udI udII, điều có nghĩa là: UdI = -UdII Hay U d cosα I = −U d cosα II Suy ra: cosα I + cosα II = (2.60) Phương trình cho ta quan hệ, hay luật phối hợp điều khiển hai mạch chỉnh lưu: α I + α II = π (2.61) ta có : α II = π − α I Vì II nghịch lưu nên theo (2.59): α II = π − β II Suy ra: β II = α I Lưu ý rằng, điểm gốc để xác định góc α cho hai trùng van có số thứ tự; ví α ' α dụ van T1 T1’ có điểm mốc tính góc điều khiển T1 T1 Luật phối hợp điều khiển theo (2.61) đảm bảo trị số trung bình hai chỉnh lưu Song giá trị tức thời chúng khác nhau, tức là: udI ≠ -udII Hình 2.54 Điều dẫn đến buộc phải dùng cuộn kháng cân để chống dòng ngắn mạch chảy xuyên qua hai chỉnh lưu Ví dụ, khoảng θ1 ÷ θ CLI có T T dẫn, CLII tương ứng là: ' ' ' • Đoạn đầu T5 − T4 dẫn tạo thành đường ngắn mạch: pha c −T5 − T6 − pha b Điện cảm Lcb2 để chống ngắn mạch theo đường dây phía nối hai CLI CLII ' ' ' • Đoạn sau đến lượt T6 − T5 dẫn tạo thành đường ngắn mạch: pha a −T1 − T6 − pha b.Điện cảm Lcb1 để chống ngắn mạch theo đường dây phía mạch Như mạch phải dùng hai cuộn kháng cân Dạng điện áp hai cuộn hình 2.54b, dựng theo biểu thức: udI + udII = uLcb = u1 + u2 Bây ta xem xét trình đảo chiều điện áp tải U d Do I chế độ chỉnh lưu nên dòng điện tải dòng CLI: I d=IdI, II dòng, I dII=0, chiều dòng ngược chiều i d nên chạy (tuy nhiên tồn dòng cân bằng) Khi cần đảo chiều, phải điều khiển tăng dần góc điều khiển αI, tương ứng giảm dẫn αII theo (2.61) Do αI tăng nên UdI giảm, s.đ.đ Ed không giảm nhanh (thí dụ quán tính động cơ), dẫn đến Ed> UdI, đó: Id = U dα − Ed 900 giảm dẫn góc điều khiển để chuyển sang chế độ nghịch lưu α < 900 Quy trình bước để đảm bảo chiều thường mạch điều khiển lôgic có độ tin cậy cao đảm nhiệm Quy trình cho thấy phương pháp điều khiển riêng có tốc độ đảo chiều thấp phương pháp điều khiển chung Câu hỏi ôn tập Các mạch chỉnh lưu diode ? Các mạch chỉnh lưu tiristor ? Hiện tượng trùng dẫn sơ đồ chỉnh lưu dùng tiristor ? Các mạch chỉnh lưu bán điều khiển ? Sóng hài điện áp chỉnh lưu hệ số đập mạch ? Các lọc chiều ? Đấu ghép mạch chỉnh lưu, chỉnh lưư pha có cuộn kháng cân ? Chế độ nghịch lưu phụ thuộc ? Bộ chỉnh lưu đảo chiều ? [...]... mạch của điện áp chỉnh lưu: kđm = U 1m ; trong đó U1m là biên độ sóng hài cơ bản Ud0 của điện áp chỉnh lưu theo khai triển Fourier 2.2.6 Chỉnh lưu m pha tổng quát Từ các mạch xét ở trên ta thấy, với một mạch chỉnh lưu tổng quát m pha, điện áp U d có dạng như ở hình dưới Nó là đường bao theo các điện áp phía nguồn xoay chiều với số đập mạch là mđm, trong đó: Chỉnh lưu hình tia: mđm= mpha Chỉnh lưu cầu:... dòng điện nguồn i2 cấp cho tải một chiều thông qua bộ chỉnh lưu cho hai trường hợp: Theo đồ thị dòng điện i2 và sóng hài bậc 1 của của nó i2(1) Với tần số bằng tần số nguồn xoay chiều, và so sánh với điện áp nguồn u2, rút ra: Chỉnh lưu điều khiển có: ϕ=α Chỉnh lưu bán điều khiển có: ϕ=α/2 Như vậy hệ số cosϕ của chỉnh lưu bán điều khiển tốt hơn chỉnh lưu điều khiển 2.8 ĐẤU GHÉP CÁC MẠCH CHỈNH LƯU, CHỈNH... đập mạch trong toàn dải điều chỉnh bằng 3: m đm =3; chỉ ở α=0 mới có mđm =6 như sơ đồ cầu không điều điều khiển ( Cầu 3 pha diode) Hình 2.44 2.7.3 Hệ số công suất cosϕ của chỉnh lưu điều khiển và chỉnh lưu bán điều khiển Ta biết rằng hệ số công suất của một hộ tiêu thụ điện là cosϕ, trong đó ϕ là góc lệch pha giữa điện áp và dòng điện của phụ tải đó Hình 2.45 là đồ thị chỉ ra quan hệ giữa điện áp nguồn... mđm = 2mpha Biên độ điện áp chỉnh lưu Um cũng phụ thuộc vào sơ đồ đấu van Chỉnh lưu hình tia: Um=U pha max = U2m Chỉnh lưu cầu: nếu m chẵn Um=2U2m π 2m nếu m lẻ Um=2U2m Giá trị trung bình điện áp chỉnh lưu cos Ud = mdm 2π π + mdm − ∫πU cos θdθ = mdm π U m sin π mdm mdm 2.3 2.3.1 m Hình 2.19 Sơ đồ áp m pha CHỈNH LƯU ĐIỀU KHIỂN DÙNG TIRISTO Khái niệm về góc điều khiển α Mạch chỉnh lưu dùng van là diode... được đồ thị ud Hình 2.50 là đồ thị điện áp chỉnh lưu ud với α = 0 Điện áp chỉnh lưu có số đập mạch gấp đôi sơ đồ tia, tức là m đm=6 Tuy nhiên giá trị trung bình ud vẫn chỉ bằng điện áp chỉnh lưu tia ba pha, vì hai mạch đấu song song: ud 0 = 3 6 U 2 = 1,17U 2 2π Hình 2.50 Mỗi mạch chỉnh lưu chịu một nửa dòng tải Id nên mỗi van chịu một dòng trung bình là: I tbv = Công suất biến áp nguồn: Id / 2 Id = 3... hoạt động ở chế độ nghịch lưu cần luôn khống chế góc δ trong phạm vi cho phép, thường δ ≥ 50 2.10 BỘ CHỈNH LƯU ĐẢO CHIỀU Bộ chỉnh lưu đảo chiều thực chất là hai mạch chỉnh lưu cùng loại đấu song song, ngược nhau so với tải (hình 2.53) Mỗi bộ chỉnh lưu đảm nhận một dấu (một chiều) của điện áp tải Tuy nhiên để mạch làm việc bình thường, cần phối hợp sự hoạt động của hai bộ chỉnh lưu với nhau Hình 2.53... diode ? 2 Các mạch chỉnh lưu tiristor ? 3 Hiện tượng trùng dẫn trong các sơ đồ chỉnh lưu dùng tiristor ? 4 Các mạch chỉnh lưu bán điều khiển ? 5 Sóng hài điện áp chỉnh lưu và hệ số đập mạch ? 6 Các bộ lọc một chiều ? 7 Đấu ghép các mạch chỉnh lưu, chỉnh lưư 6 pha có cuộn kháng cân bằng ? 8 Chế độ nghịch lưu phụ thuộc ? 9 Bộ chỉnh lưu đảo chiều ? ... udN: Chỉnh lưu hình tia udN = ud Chỉnh lưu cầu udN # ud và có hai nhóm: udN1 = ud catốt chung udN2 = ud anốt chung ud = udN1 – udN2 2 Với ∆Uγ: Chỉnh lưu hình tia theo (2.46) Chỉnh lưu cầu phải thêm hệ số 2 vào (2.46) do có hai nhóm cùng gây ra sụt áp ∆Uγ b Chỉnh lưu diode với La # 0 đương nhiên cũng có hiện tượng chuyển mạch với γ Các biểu thức tính toán đã có sẽ được thay bởi điều kiện α = 0 (Chỉnh lưu. .. phương pháp này là hai mạch chỉnh lưu cùng hoạt động, tức là cùng được phát xung điều khiển Tuy nhiên một bộ làm việc ở chế độ chỉnh lưu, là bộ xác định dấu của điện áp một chiều hoặc chiều quay của động cơ, còn bộ kia chạy ở chế độ nghịch lưu và luôn sẵn sàng chuyển sang chế độ chỉnh lưu Hình 2.54a là ví dụ về bộ chỉnh lưu đảo chiều sử dụng sơ đồ cầu ba pha Do hai bộ chỉnh lưu cùng đấu vào một tải nên... của điện áp chỉnh lưu; U2 - trị số hiệu dụng của điện áp pha cuộn thứ cấp biến áp nguồn; Itbv - trị số trung bình của dòng điện qua van; Ungmax – điện áp ngược lớn nhất van phải chịu khi làm việc; I2, I1 - trị số hiệu dụng dòng điện cuộn thứ cấp và cuộn sơ cấp biến áp nguồn; Id - trị số trung bình dòng điện ra tải; kba - hệ số máy biến áp nguồn; Sba – công suất tính toán máy biến áp nguồn; Pd – công suất