ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT - BỘ CHỈNH LƯU

Bài 1: Xét bộ chỉnh lưu diode 1 pha bán sóng, tải thuần trở . Điện áp nguồn cấp cho bộ chỉnh lưu có dạng sin: sin s m u =U wt . Hãy xác định: 1. Trị hiệu dụng điện áp ngõ ra bộ chỉnh lưu 2. Cộng suất tiêu thụ bởi tải. 3. Hệ số công suất ngõ vào bộ chỉnh lưu, giả thiết tổn hao trên diode là không đáng kể. Bài 2: Xét bộ chỉnh lưu diode 1 pha bán sóng, tải thuần trở R = 10W. Điện áp nguồn cấp cho bộ chỉnh lưu có dạng sin, trị hiệu dụng 220V. Hãy tính chọn diode chỉnh lưu cần thiết cho mạch. Bài 3: Xét bộ chỉnh lưu diode 1 pha bán sóng, tải thuần trở R. Hãy phân tích Fourier điện áp ngõ ra chỉnh lưu ud và biểu diễn điện áp này qua chuỗi Fourier.

Trang 1

Chương 2

BỘ CHỈNH LƯU

Trang 2

Sơ đồ khối bộ chỉnh lưu không điều khiển

Chỉnh lưu 1 pha, 3 pha

Trang 3

-Mạch chỉnh lưu diode 1 pha, bán sóng

Trang 4

Mạch chỉnh lưu diode 1 pha, bán sóng

Tải R Điện áp nguồn:

Trang 5

Bài 1: Xét bộ chỉnh lưu diode 1 pha bán sóng, tải thuần trở Điện áp nguồn cấp cho bộ chỉnh lưu

có dạng sin: u U s  msin t Hãy xác định:

1 Trị hiệu dụng điện áp ngõ ra bộ chỉnh lưu

2 Cộng suất tiêu thụ bởi tải

3 Hệ số công suất ngõ vào bộ chỉnh lưu, giả thiết tổn hao trên diode là không đáng kể

Bài 2: Xét bộ chỉnh lưu diode 1 pha bán sóng, tải thuần trở R = 10 Điện áp nguồn cấp cho bộ

chỉnh lưu có dạng sin, trị hiệu dụng 220V Hãy tính chọn diode chỉnh lưu cần thiết cho mạch

Bài 3: Xét bộ chỉnh lưu diode 1 pha bán sóng, tải thuần trở R Hãy phân tích Fourier điện áp ngõ

ra chỉnh lưu u d và biểu diễn điện áp này qua chuỗi Fourier

Bài tập

Trang 6

áp nguồn <0

Trang 7

Mạch chỉnh lưu diode cầu 1 pha

Trang 8

u S

u d

Trang 9

u S

u d

Trang 10

Dạng sóng dòng , áp ngõ vào và phổ tần sóng hài của dòng ngõ

vào i

I s1 /I sn

n

Trang 11

Bài 4: Xét bộ chỉnh lưu diode cầu 1 pha, tải R+L+E Điện áp nguồn cấp cho bộ chỉnh lưu có

dạng sin: u U s  m sin t Giả thiết tải có điện cảm đủ lớn để dòng tải i d có thể xem là liên tục và phẳng Hãy xác định:

1 Trị trung bình điện áp tải U d và trị trung bình dòng tải I d

dạng sin, trị hiệu dụng 220V Giả thiết tải có điện cảm đủ lớn để dòng tải i d có thể xem là liên tục

và phẳng Biết R = 1 và E = 150V Hãy tính chọn diode chỉnh lưu cần thiết cho mạch

Bài 6: Xét bộ chỉnh lưu diode cầu 1 pha Điện áp nguồn cấp cho bộ chỉnh lưu có dạng sin:

sin

u U t Giả thiết tải có điện cảm đủ lớn để dòng tải i d là liên tục Hãy phân tích Fourier

điện áp ngõ ra chỉnh lưu u d và biểu diễn điện áp này qua chuỗi Fourier

Bài tập

Trang 12

Chỉnh lưu 3 pha tia diode

Nguồn ba pha lý tưởng , đối xứng (trở kháng nguồn=0)

2 

u 3 = U m sin   4  

X

Trang 13

Trang 14

 Mỗi thời điểm chỉ cĩ 1 diode dẫn

 Điện áp chỉnh lưu có 3 xung , chu kỳ áp chỉnh lưu Tp = T/ 3 với T là chu kỳ áp nguồn xoay chiều

 Trị trung bình điện áp trên tải Ud :

3 3 3

(U: trị hiệu dụng áp 1 pha của nguồn)

 Trị trung bình dòng điện tải Id :

Ud = R.Id + E  Id =

R

E

U d 

 Mỗi diode dẫn điện trong khoảng thời gian 1/3 chu kỳ

Do đó trị trung bình dòng qua diode:

3 3

2

1 6 23

6

d T

TAV

I dX i

Trang 15

Chỉnh lưu 3 pha cầu diode

u d

Trang 16

u Pn

u Nn

u d

Trang 17

Trang 18

u s

Trang 20

Bài tập

dạng sin, trị hiệu dụng 1 pha áp nguồn là U Giả thiết tải có điện cảm đủ lớn để dòng tải id có thể xem là liên tục và phẳng Hãy xác định:

1 Trị trung bình điện áp tải Ud và trị trung bình dòng tải Id

5 Giả thiết dòng tải ngõ ra cực đại là Idm Hãy tính chọn diode cần thiết cho mạch chỉnh lưu

Trang 21

Chỉnh lưu có điều khiển

U d Ngõ vào

IV

Trang 23

Phương pháp điều khiển bộ chỉnh lưu

Mạch so sánh và Logic

Mạch tạo sóng răng cưa

Trang 24

Các mạch chỉnh lưu có điều khiển thông dụng

u d Tải

u an

Trang 25

Chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển toàn phần

Xét mạch chỉnh lưu với Ls = 0

Trang 26

-100 0 100

0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 -100

-50 0 50 100

Trang 27

-100 0 100

0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 -100

-50 0 50 100

Trang 28

3 Góc kích  135o

-100 0 100

0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 -100

-50 0 50 100

Trang 29

Chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển tồn phần

Giả thiết dịng qua tải là liên tục :

 Điện áp tải có dạng chỉ phụ thuộc vào góc điều khiển a và áp nguồn

 Phạm vi góc điều khiển a là ( 0, )

 Trị trung bình điện áp chỉnh lưu :

Trang 30

Chế độ chỉnh lưu

Chế độ nghịch lưu

Trang 31

Chọn thyristor dựa trên thơng số:

 Mỗi thyristor dẫn điện trong 1/2 chu kỳ áp nguồn

 Trị trung bình dòng qua thyristor bằng

2

d TAV

I

 Điện áp cực đại trên thyristor bằng biên độ áp nguồn U m

Trang 32

Ví dụ 2.4:

Cho bộ chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển hoàn toàn với các tham số sau: áp pha nguồn ac 120V, f=50Hz Tải R-L mắc nối tiếp R=10  , L=100mH Góc kích a  60 0 Xác định chế độ dòng điện tải và trị trung bình của nó

Giải:

Có thể kiểm chứng để thấy rằng dòng điện tải liên tục

Trị trung bình áp tải: U d  2 2 U cos  2 2 120 cos 600  54V

 a



Trang 33

Trang 34

Trang 35

Trị trung bình áp tải :

] [

.

cos

sin

V

U xdx

U U

dx u U

m m

d

d d

99 2

0 1 220 2

2

1 2

a

Trị trung bình dòng tải :

] [

1 dx

R

u 1 dx

 a



 a a

Trang 36

Ví dụ 2.12:

Cho bộ chỉnh lưu cầu một pha điều khiển hoàn toàn mắc vào nguồn

ac một pha với trị hiệu dụng 220V, f=50Hz Tải RLE với R=1  , giả thiết dòng điện tải liên tục với L lớn vô cùng làm dòng tải phẳng với độ lớn Id=20A

a Cho biết góc điều khiển a  120 0 , vẽ quá trình điện áp tải và dòng điện qua nguồn ac

b Xác định độ lớn sức điện động E

c Tính công suất phát ra của sức điện động và công suất nguồn ac nhận được

Trang 37

Giải

a Đồ thị các quá trình điện áp tải, dòng điện nguồn- xem hình vẽ:

Với giả thiết dòng tải liên tục, điện áp trung bình trên tải:

U d  2 2 220 cos 1200   99 [V]



b Sức điện động E xác định theo hệ thức:

Ud=R.Id+E E=Ud-R.Id=-99-1.20=-119[V]

Trang 38

Trang 39

c Công suất phát ra từ tải:

Trang 40

Ví dụ 2.18:

Cho bộ chỉnh lưu mạch cầu một pha điều khiển toàn phần Áp nguồn u

= 220 2 sin314t Tải R=1 , L = 0,01 H và E Mạch ở trạng thái xác lập với góc điều khiển rad

3

2 

a  Kết luận gì về trạng thái áp và

dòng tải nếu :

cos

2 2 2

I d  d 

Trang 41

điều này không thể xảy ra

dòng tải trong chu kỳ áp lưới gồm 2 khoảng:

X 1 là góc tương ứng thời điểm dòng điện i d đạt giá trị 0

Khoảng X 1 <X<a+, dòng điện tải gián đoạn:

id=0

Trang 42

Do đó, bộ chỉnh lưu cĩ thể làm việc ở chế độ nghịch lưu

Kiểm tra bằng phần mềm mơ phỏng cho thấy dịng id là liên tục Vậy, điện áp trung bình và dịng trung bình ngõ ra của bộ chỉnh lưu khi này là:

Ud = -99V và Id = 5.1A

Dạng dòng điện và điện áp cho hai trường hợp được vẽ trên hình

Trang 43

Trang 44

Chỉnh lưu 3 pha tia có điều khiển

Trang 46

-100 -50 0 50 100

150

u 1

i 1

Dạng sóng dòng và áp nguồn

Trang 47

a

Trang 48

-100 -50 0 50 100

150

u 1

i 1

Trang 49

-150 -100 -50 0 50 100 150

0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 -150

-100 -50 0 50 100 150

u 1 u 2 u 3

u d

i d

a

Trang 50

-150 -100 -50 0 50 100

150

u 1

i 1

Trang 51

Chỉnh lưu 3 pha tia cĩ điều khiển

Xét chế độ dịng liên tục:

 Điện áp tải chỉ phụ thuộc vào điện áp nguồn và góc điều khiển a Điện áp tải có 3 xung trong 1 chu kỳ T của áp nguồn

Chu kỳ áp chỉnh lưu Tp trên tải bằng Tp = T/3

 Trị trung bình áp chỉnh lưu trên tải



 a

cos

U

2

6

3 cos

U 2

3

3 XdX

sin U

3 2

Trang 52

Xét chế độ dịng liên tục (t-t):

 Phạm vi góc điều khiển a : (0 )

 Điện áp chỉnh lưu trung bình Ud nằm trong khoảng:

 Khi điện áp trên tải có trị trung bình dương, tải nhận năng lượng

từ nguồn  bộ chỉnh lưu làm việc ở chế độ chỉnh lưu

 Khi áp trung bình trên tải âm, do dòng tải chỉ dương nên tải phát

ra năng lượng  bộ chỉnh lưu làm việc ở chế độ nghịch lưu

Trang 53

Xét chế độ dịng liên tục (t-t):

Định mức linh kiện:

 Mỗi thyristor dẫn điện trong 1/3 chu kỳ áp nguồn

 trị trung bình dòng qua thyristor: I TAV =

3

d

I

 Điện áp khóa và áp ngược lớn nhất có thể xuất hiện trên linh

kiện: UDRM = URRM = 6 U

Trang 54

Ví dụ 2.1:

Bộ chỉnh lưu mạch tia 3 pha điều khiển mắc vào tải chứa R = 10  , E=50 V và điện cảm rất lớn làm dòng tải liên tục và phẳng Áp nguồn xoay chiều 3 pha có trị hiệu dụng U=220 V Mạch ở trạng thái xác lập

a Tính trị trung bình của điện áp chỉnh lưu và dòng chỉnh lưu khi góc điều khiển a =

3

 [rad]

b Tính công suất trung bình của tải

c Tính trị trung bình dòng qua mỗi linh kiện

d Tính trị hiệu dụng dòng qua mỗi pha nguồn

e Tính hệ số công suất nguồn

Trang 55

220 2

128





Trang 56

b. Do dòng tải phẳng nên ta sử dụng hệ thức tính công suất trung bình sau:

Trang 57

e. Hệ số công suất của nguồn 

U1=U=220 V ; I1=I= 4,54 A ; S= 3.220.4,54 = 2904 VA=2,9kVA

Hệ số công suất của nguồn S:

độ lớn giảm dần khi góc điều khiển tăng dần và đạt giá trị lớn nhất khi góc điều khiển bằng 0 (giống như trường hợp chỉnh lưu không điều khiển) Hệ số công suất nguồn thường có giá trị nhỏ hơn 1 ngay cả

khi góc điều khiển nhỏ nhất (a=0)

Trang 58

Ví dụ 2.15:

Bộ chỉnh lưu mạch tia ba pha mắc vào tải thuần trở R = 10  Nguồn xoay chiều có trị hiệu dụng áp pha bằng 220 V,  =314 rad/s Vẽ đồ thị và tính trị trung bình của điện áp và dòng điện tải trong hai trường hợp góc điều khiển:

 

/

9 2 /

3

 a

Trang 59

T1 T2

Trang 60

241 9

cos 220

2

6 3 cos

U

2

6 3

78 ,

241 R

x sin U

] V [ 9 ,

19 6

3

2 cos

1 2

220 2 3

1 10

9 ,

19 R

U

Trang 61

Ví dụ 2.16:

Bộ chỉnh lưu mạch tia ba pha điều khiển mắc vào nguồn U =220 V,

= 314 rad/s Tải có RE, R = 10, E = 50 V Vẽ các quá trình áp và dòng tải và kết luận Cho biết góc điều khiển :

] rad

[ 2

/

b

] rad

[ 6

Trang 62

Trang 63

Trang 64

Xét quá trình với nguồn u1 Thời điểm E cắt u1 làø nghiệm phương trình:

 a a

d d

dx E dx

u U

dx u U

.

Kết quả Ud=224 [V] khi a   6 và Ud=257[V] khi a   2

Trang 65

Chỉnh lưu 3 pha cầu điều khiển toàn phần

Trang 66

-200 -100 0 100 200

0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 -200

-100 0 100 200

Trang 67

Quan hệ giữa điện áp dây ngõ vào và điện áp ud ngõ ra –

Góc kích = 15 o

0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 -200

-150 -100 -50 0 50 100 150

200 u

12 u 13 u 23 u 21 u 31 u 32 u 12 u d

Trang 68

-150 -100 -50 0 50 100

150

u 1

i 1

Dạng sóng dòng và áp nguồn - Góc kích = 15 o

Trang 69

Dạng áp nguồn, áp trên tải và dòng trên tải - Góc kích = 60 o

-200 -100 0 100 200

0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 -200

-100 0 100 200

a

u 1 u 2 u 3

u d

i d

Trang 70

0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 -150

-100 -50 0 50 100 150

i 1

u 1

Trang 71

-200 -100 0 100 200

0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 -200

-100 0 100 200

a

u 1 u 2 u 3

u d

i d

Trang 72

Quan hệ giữa điện áp dây ngõ vào và điện áp ud ngõ ra –

Góc kích = 90 o

0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 -200

-150 -100 -50 0 50 100 150

200

u 12 u 13 u 23 u 21 u 31 u 32 u 12

u d

Trang 73

0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 -150

-100 -50 0 50 100

150

u 1

i 1

Trang 74

-200 -100 0 100 200

0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 -200

-100 0 100 200

a

u 1 u 2 u 3

u d

i d

Trang 75

0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 -150

-100 -50 0 50 100

150

u 1

i 1

Trang 76

Chỉnh lưu 3 pha cầu điều khiển tồn phần

Khi dòng điện tải liên tục:

- Dạng điện áp tải có 6 xung và chỉ phụ thuộc vào góc điều khiển và điện áp nguồn xoay chiều Chu kỳ xung chỉnh lưu bằng

 a

3 3 U

U dX

u 6

2

1

2 x

d

0 0

Trang 77

- Phạm vi góc điều khiển a : bằng phạm vi góc điều khiển của các nhóm chỉnh lưu mạch tia, tức ( 0, ) Do đó, điện áp trung bình trên tải có thể điều khiển thay đổi trong khoảng

- Mỗi thyristor dẫn điện trong 1

3 chu kỳ áp nguồn nên trị trung bình dòng điện qua thyristor: ITAV =

Trang 78

- Dòng điện qua nguồn điện áp, ví dụ qua pha 1:

i 1 = i V1 - i V4

- Trị hiệu dụng dòng điện qua nguồn được xác định với giả thiết

dòng tải không đổi:

1 2

- Bằng cách phân tích Fourier dòng điện qua nguồn cho trường hợp

góc kích a 0 , ta xác định biểu thức dòng điện qua pha thứ nhất:

) t

13

sin 13

1 t

11

sin 11

1 t

7

sin 7

1 t 5

sin 5

1 t

.(sin I

3 2

Kết quả cho thấy dòng điện qua nguồn bao gồm ngòai thành phần

cơ bản còn có các sóng hài bậc 6k  1, k=1,2,3…

Trang 79

Các thành phần sóng hài dòng điện gây ra nhiều ảnh hưởng bất lợi trong hệ thống điện lưới nên chúng cần được khử bỏ Mạch lọc cơ bản được lắp đặt giữa hệ thống lưới điện và bộ chỉnh lưu bao gồm các bộ lọc cộng hưởng LC và mạch lọc thông cao RLC Mạch lọc cộng hưởng được hiệu chỉnh chủ yếu cho các sóng hài bậc 5 và 7 vì chúng có biên độ lớn nhất

Trang 80

3

500 2

3 ,

.

cos

.

cos

L d

Trang 81

Chỉnh lưu có điều khiển 1 pha bán sóng với diode phóng điện

Tải

id +

Trang 82

Chỉnh lưu cĩ điều khiển 1 pha bán sĩng với diode phĩng điện

Trường hợp dịng tải liên tục:

Trị trung bình áp tải:

Trang 83

Chỉnh lưu 1 pha cầu điều khiển bán phần

Trang 84

-150 -100 -50 0 50 100 150

0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 -150

-100 -50 0 50 100 150

Trang 85

Dạng áp và dòng nguồn, áp trên tải và dòng trên tải - Góc kích = 90 o

-150 -100 -50 0 50 100 150

0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 -150

-100 -50 0 50 100 150

Trang 86

Dạng áp và dòng nguồn, áp trên tải và dòng trên tải - Góc kích = 135 o

-150 -100 -50 0 50 100 150

0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 -150

-100 -50 0 50 100 150

a

u

i s

u d i d

Trang 87

Giả thiết dịng tải liên tục

Trị trung bình điện áp tải:

) cos (

Nếu giả thiết dòng qua tải được lọc phẳng id=Id, ta có:

Trị trung bình dòng qua linh kiện:

Định dạng
Số trang	166
Dung lượng	3,57 MB