Bài giảng Điện tử công suất - Chương 2: Chỉnh lưu

Bài giảng Điện tử công suất - Chương 2: Chỉnh lưu cung cấp cho người học các kiến thức: Giới thiệu, chỉnh lưu một pha, chỉnh lưu bán kỳ, chỉnh lưu toàn kỳ, chỉnh lưu cần, hiện trùng dẫn. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

CHƯƠNG 2: CHỈNH LƯU GIỚ GIỚI THIỆ THIỆU o GIỚI THIỆU Chỉnh lưu chuyển đổi điện AC sang DC o CHỈNH LƯU MỘT PHA Chỉnh lưu có hai loại: Chỉnh lưu bán kỳ • Chỉnh lưu khơng điều khiển: khiển: Diode Chỉnh lưu tồn kỳ • Chỉnh lưu có điều khiển: khiển: SCR Chỉnh lưu cầu Hiện tượng trùng dẫn 11:28 AM Được ứng dụng để điều chỉnh tự động cho mạch sau: Nạp accu, hàn điện, mạ điện, điện phân, điều khiển động DC, truyền động điện … 11:28 AM CHỈ CHỈNH LƯ LƯU BÁN KỲ CHỈ CHỈNH LƯ LƯU MỘ MỘT PHA o Tải R Chỉnh lưu pha chia thành dạng mạch sau: S A v1 E v2 R • Chỉnh lưu bán kỳ • Chỉnh lưu toàn kỳ F vo v2 = VM sin ωt vO u • Chỉnh lưu cầu (tồn phần bán phần) phần) io Trong mạch chỉnh lưu dùng SCR góc kích π π π 2π 5π π 7π 4π 3π 5π 11π 2π ωt mạch trở chỉnh lưu Diode 11:28 AM 11:28 AM 1 CHỈ CHỈNH LƯ LƯU BÁN KỲ CHỈ CHỈNH LƯ LƯU BÁN KỲ o Tải R A v1 o Tải R S S A E v1 v2 v2 R F R vo α π π 2π F v2 = VM sin ωt u π 5π π 7π 4π 3π 5π 11π 2π ωt α π π 4π 3π 5π 11π 2π ωt S S A E v1 F R vo F v2 = VM sin ωt vO vo π v2 = VM sin ωt vO u io π E v2 R 11:28 AM 7π o Tải R v2 α 5π π CHỈ CHỈNH LƯ LƯU BÁN KỲ o Tải R π 2π 11:28 AM CHỈ CHỈNH LƯ LƯU BÁN KỲ u v2 = VM sin ωt vO π v1 vo u 11:28 AM A E io 2π 5π π 7π 4π 3π 5π 11π 2π ωt π α 11:28 AM π π 2π 5π π 7π 4π 3π 5π 11π 2π ωt CHỈ CHỈNH LƯ LƯU BÁN KỲ CHỈ CHỈNH LƯ LƯU BÁN KỲ o Tải R A v1 o Tải R S E V AV v2 S A V = M (1 + cos α ) 2π v1 F v2 = VM sin ωt vO vo α π π io 2π 5π π 7π 4π 3π 5π 11π ωt 2π π α 11:28 AM π 2π 5π π 7π 4π 3π 5π 11π ωt 2π 10 CHỈ CHỈNH LƯ LƯU BÁN KỲ Tính tốn cho tải (SCR): Tính tốn cho tải (SCR): • Điện tải trung bình: π 11:28 AM CHỈ CHỈNH LƯ LƯU BÁN KỲ VAV = • Dịng trung bình qua tải: I AV = VM (1 + cos α ) 2π • Điện hiệu dụng: V = VAV V = M (1 + cos α ) RL 2πRL • Dịng hiệu dụng: I  α sin 2α  1 − +  2π   π • Cơng suất trung bình tải: P AV = V AV I AV • Chú ý: α=0 (diode), ta có: V AV = 11:28 AM v2 = VM sin ωt vO u io π VM (1 + cos α ) 2π R vo u V AV = v2 R F E VM π ; RMS RMS = VM 2RL • Cơng suất hiệu dụng: P VM RMS I AV = VM πRL • Hệ số công suất: pF =  α sin 2α  1 − +  2π   π = I RMS RL = 1/ = IM  α sin 2α  1 − +  2π   π 1/ 2 VRMS V  α sin 2α  = M 1 − +  RL RL  π 2π  PRMS VRMS I RMS  α sin 2α  = = 1 − +  S Vi I i 2π   π 11:28 AM CHỈ CHỈNH LƯ LƯU BÁN KỲ CHỈ CHỈNH LƯ LƯU BÁN KỲ o Tải R (khi α=0) Tính tốn cho (SCR): • Dịng đỉnh qua SCR: D A v1 I M _1SCR = I M _ tai E v2 R F VAV • Dịng trung bình qua SCR: I AV _ 1SCR = I Av _ tai v2 = VM sin ωt vO u • Điện áp ngược cực đại đặt lên SCR: π π π 2π 5π π 7π 4π 3π 5π 11π 2π ωt V RM _ 1SCR = V M _ nguon 11:28 AM 11:28 AM CHỈ CHỈNH LƯ LƯU BÁN KỲ o Tải R (khi α=0) o Tải R (khi α=0) D A v1 CHỈ CHỈNH LƯ LƯU BÁN KỲ D A E v1 v2 E v2 R R F F VAV VAV v2 = VM sin ωt vO u io π 11:28 AM v2 = VM sin ωt vO u io π π 2π 5π π 7π 4π 3π 5π 11π 2π ωt π π π 2π 5π π 7π 4π 3π 5π 11π 2π ωt 11:28 AM CHỈ CHỈNH LƯ LƯU BÁN KỲ o Tải R (khi α=0) o Tải R (khi α=0) D A v1 CHỈ CHỈNH LƯ LƯU BÁN KỲ D A E v1 v2 V AV = E VM π v2 R R F F VAV VAV v2 = VM sin ωt vO u io π v2 = VM sin ωt vO u io π π 2π 5π π 7π 4π 3π 5π 11π ωt 2π 11:28 AM π π π 2π 5π π 7π 4π 3π 5π 11π ωt 2π 11:28 AM CHỈ CHỈNH LƯ LƯU BÁN KỲ CHỈ CHỈNH LƯ LƯU BÁN KỲ o Tải R (khi α=0) D A v1 V AV = E v2 VM π Tính tốn cho tải (Diode): R F • Điện tải trung bình: VAV v2 = VM sin ωt vO u • Dịng trung bình qua tải: I io π 11:28 AM π π 2π 5π π 7π 4π 3π 5π 11π 2π VAV = ωt AV = VM (1 + cos α ) 2π VAV = VM (1 + cos α ) 2πRL I AV = • Cơng suất trung bình tải: VM π VM πRL PAV = V AV I AV 11:28 AM CHỈ CHỈNH LƯ LƯU BÁN KỲ CHỈ CHỈNH LƯ LƯU BÁN KỲ Tính tốn cho tải (Diode): Tính tốn cho (Diode): I M _1DIODE = I M _ tai • Điện hiệu dụng: VRMS = VM • Dịng đỉnh qua Diode: • Dịng hiệu dụng: I RMS = VM I = M RL • Dịng trung bình qua Diode: I AV _1DIODE = I AV _ tai • Cơng suất hiệu dụng: PRMS = I RMS RL • Hệ số cơng suất: pF = • Điện áp ngược cực đại đặt lên Diode: VRM _ 1DIODE = VM _ nguon PRMS VRMS I RMS = = S Vi I i 11:28 AM 11:28 AM CHỈ CHỈNH LƯ LƯU BÁN KỲ CHỈ CHỈNH LƯ LƯU BÁN KỲ o Tải L o Tải L A V1 A E S V1 V2 E S V2 L L F v2 = VM sin ωt W®t =Li2/2 vO u π 11:28 AM π π F 2π 5π π 7π 4π 3π 5π 11π 2π v2 = VM sin ωt W®t =Li2/2 vO u π ωt α 23 11:28 AM π π 2π 5π π 7π 4π 3π 5π 11π 2π ωt 24 CHỈ CHỈNH LƯ LƯU BÁN KỲ CHỈ CHỈNH LƯ LƯU BÁN KỲ o Tải L o Tải L A V1 A E S V1 V2 E S V2 L L F v2 = VM sin ωt W®t =Li2/2 vO u π α π π F 5π π 7π 4π 3π 5π 11π π ωt 2π α 11:28 AM 25 π π 2π 3π 5π 11π ωt 2π 26 A E S V1 V2 E S V2 L L F F v2 = VM sin ωt W®t =Li2/2 vO v2 = VM sin ωt W®t =Li2/2 vO u io α 4π o Tải L A π 7π CHỈ CHỈNH LƯ LƯU BÁN KỲ o Tải L u 5π π 11:28 AM CHỈ CHỈNH LƯ LƯU BÁN KỲ V1 vO u 2π v2 = VM sin ωt W®t =Li2/2 io π π 2π 5π π 7π 4π 3π 5π 11π 2π π ωt α π π 2π 5π π 7π 4π 3π 5π 11π 2π ωt eL =-L.(di/dt) 11:28 AM 27 11:28 AM 28 CHỈ CHỈNH LƯ LƯU BÁN KỲ CHỈ CHỈNH LƯ LƯU BÁN KỲ o Tải L A V1 Tính tốn cho tải (SCR): E S V2 I AV = L F VM [(β − α ) cosα + (sin α − sin β )] 2πLω ωt v2 = VM sin ωt W®t =Li2/2 vO u • Phương trình dịng tức thời qua cuộn cảm: i (ωt ) = V VM sin ωtdωt = M (cos α − cos ωt ) Lω Lω α∫ • Tính dịng tải trung bình: io π I AV = π π α 2π 5π π 7π 4π 3π 5π 11π • Chú ý: β=π ωt 2π eL =-L.(di/dt) I AV = VM [π cos α − α cos α + sin α ] 2πLω Nếu thêm ĐK α=0 11:28 AM 29 I AV = VM Lω (TH Diode) 11:28 AM CHỈ CHỈNH LƯ LƯU BÁN KỲ CHỈ CHỈNH LƯ LƯU BÁN KỲ o Tải R-L o Tải L D A U1 VM [(β − α ) cos α + (sin α − sin β )] 2πLω E I AV = U2 L W®t V1 v2 = VM sin ωt F E V2 L R v2 = VM sin ωt F =Li2/2 vO u S A VM Lω vO u io π π π 2π 5π π 7π 4π 3π 5π 11π 2π π ωt π π 2π 5π π 7π 4π 3π 5π 11π 2π ωt eL =-L.(di/dt) 11:28 AM 31 11:28 AM 32 CHỈ CHỈNH LƯ LƯU BÁN KỲ CHỈ CHỈNH LƯ LƯU BÁN KỲ o Tải R-L A V1 o Tải R-L S E V1 V2 v2 = VM sin ωt vO α π π 5π π 7π 4π 3π 5π 11π α 11:28 AM 33 E V1 v2 = VM sin ωt vO 11:28 AM π 7π 4π 3π 5π 11π ωt 2π V2 L 5π π 7π 4π 3π 5π 11π 2π v2 = VM sin ωt F vO u 2π E R F α S L R π 5π π 2π 34 A V2 π o Tải R-L S u π CHỈ CHỈNH LƯ LƯU BÁN KỲ o Tải R-L V1 π 11:28 AM CHỈ CHỈNH LƯ LƯU BÁN KỲ A vO π ωt 2π v2 = VM sin ωt F u 2π L R F π E V2 L R u S A π ωt α 35 11:28 AM π π 2π 5π π 7π 4π 3π 5π 11π 2π ωt 36 CHỈ CHỈNH LƯ LƯU BÁN KỲ o Tải R-L S A V1 o Tải R-L −R (ωt −α )  V  i (ωt ) = M sin (ωt − Φ ) + sin (Φ − α )e Lω  Z   Lω R sin Φ = cos Φ = Z Z E V2 S A V1 v2 = VM sin ωt vO F α I AV = vO u io π −R (ωt −α )  VM  Lω sin (ωt − Φ ) + sin (Φ − α )e  Z   Lω R sin Φ = cos Φ = Z Z L R F i (ωt ) = E V2 L R u CHỈ CHỈNH LƯ LƯU BÁN KỲ VM (cos α − cos β ) 2πR v2 = VM sin ωt io π π 2π 5π π 7π 4π 3π 5π 11π π ωt 2π α π π 2π 5π π 7π 4π 3π 5π 11π ωt 2π eL =-L.(di/dt) 11:28 AM 37 11:28 AM 38 CHỈ CHỈNH LƯ LƯU BÁN KỲ CHỈ CHỈNH LƯ LƯU BÁN KỲ o Trường hợp Diode dập S Tính tốn cho tải: U1 • Điện tải trung bình: V • Dịng trung bình qua tải: AV = VM (cos α − cos β ) 2π I AV = VM (cos α − cos β ) 2πR Khơng có diode xả lượng iT U2 L R iD0 v2 = VM sin ωt vO u io • Khi β=π: V AV V = M (1 + cos α ) 2π • Khi β=α+2π ta có: 11:28 AM trường hợp tải R V AV = π α VM cos α πR π π 2π 5π π 7π 4π 3π 5π 11π 2π ωt eL =-L.(di/dt) 11:28 AM 40 10 CHỈ CHỈNH LƯ LƯU TOÀN KỲ CHỈ CHỈNH LƯ LƯU TOÀN KỲ o Tải R (SCR) V1 o Tải R (SCR) S1 A V2 R F V2 B S2 E V1 v AF = VM sin ωt S1 u S1 A S2 V2 R F V2 B S2 vBF = −v AF E v AF = VM sin ωt S1 u S2 vO io π α π π io 2π 5π π 7π α 4π 3π 5π 11π 2π ωt π α 11:28 AM 49 F V2 B 2π E V1 S2 v AF = VM sin ωt S1 S2 V2 R α 11:28 AM π α 4π 3π 5π 11π ωt 2π F V2 B S2 vBF = −v AF V AV = E S1 u VM π (1+ cos α ) v AF = VM sin ωt S2 vBF = −v AF vO io π 7π S1 vO π 5π π 50 A R u o Tải R (SCR) S1 V2 π CHỈ CHỈNH LƯ LƯU TOÀN KỲ o Tải R (SCR) V1 π 11:28 AM CHỈ CHỈNH LƯ LƯU TOÀN KỲ A vBF = −v AF vO io 2π 5π π 7π α 4π 3π 5π 11π 2π ωt π α 51 11:28 AM π π 2π 5π π 7π α 4π 3π 5π 11π 2π ωt 52 13 CHỈ CHỈNH LƯ LƯU TOÀN KỲ CHỈ CHỈNH LƯ LƯU TỒN KỲ Tính tốn cho tải (SCR): Tính tốn cho tải (SCR): • Điện tải trung bình: VAV = • Dịng trung bình qua tải: VM I AV = π (1+ cos α ) • Điện hiệu dụng: VAV VM = (1 + cosα ) RL πRL • Cơng suất trung bình tải: P AV • Chú ý: α=0 (diode), ta có:V AV = • Dịng hiệu dụng: I π ; I AV = 2VM πRL • Hệ số cơng suất: VM  α sin 2α  1 − +  2π   π VM  α sin 2α  I M  α sin 2α  1 − + = 1 − +  2π  2π  RL  π  π RMS 11:28 AM pF = = I RMS RL = VM2  α sin 2α  1 − +  2π  RL  π PRMS VRMS I RMS  α sin 2α  = = 1 − +  S Vi I i 2π   π 11:28 AM CHỈ CHỈNH LƯ LƯU TOÀN KỲ CHỈ CHỈNH LƯ LƯU TỒN KỲ o Tải L Tính tốn cho (SCR): • = • Cơng suất hiệu dụng: P = V AV I AV 2VM RMS VRMS = A V1 Dòng đỉnh qua SCR: I M _1SCR = I M _ tai • Dịng trung bình qua SCR: I AV _ 1SCR = I Av _ tai S1 V2 L F V2 B S2 I AV = E VM πLω [(β − α ) cos α − (sin β − sin α )] v AF = VM sin ωt vBF = −v AF vO u io • Điện áp ngược cực đại đặt lên SCR: π α VRM _ 1SCR = 2VM _ nguon π π 2π 5π π 7π 4π 3π 5π 11π 2π ωt eL =-L.(di/dt) 11:28 AM 11:28 AM 56 14 CHỈ CHỈNH LƯ LƯU TOÀN KỲ CHỈ CHỈNH LƯ LƯU TOÀN KỲ o Tải L o Tải L Dịng gián đoạn liên tục: Vì ngắt điện bán dẫn làm nhiệm vụ đóng ngắt mạch, cách tổng qt • Khi SCR dẫn điện (đóng mạch): áp có dạng áp áp vào, chỉnh lưu hình sin • Khi SCR khóa (ngắt mạch): dịng qua tải khơng, áp phụ thuộc đặc tính tải: Bằng tải R-L Bằng sức phản điện tải động cơ, accu Bằng áp tụ tải có điện dung song song 11:28 AM • Dịng trung bình qua tải: I AV = Khi β=π (không liên tục): I AV = π 11:28 AM U1 v2 = VM sin ωt vO u π π 2π 5π π 7π 4π 3π 5π 11π 2π VM πLω [(π cos α + sin α )] o Tải R-L: dòng gián ñoạn β