Bài giảng Điện tử công suất - Chương 2: Bộ chỉnh lưu Bài giảng Điện tử công suất - Chương 2: Bộ chỉnh lưu (slide)

Chương 2 - Bộ chỉnh lưu. Trong chương này, người học có thể hiểu được một số kiến thức cơ bản về: Các tham số cơ bản của mạch chỉnh lưu, sơ đồ khối bộ chỉnh lưu không điều khiển, mạch chỉnh lưu diode cầu 1 pha, hiện tượng chuyển mạch. Mời các bạn cùng tham khảo để biết thêm các nội dung chi tiết.

Trang 1

Chương 2

BỘ CHỈNH LƯU

Trang 3

Các tham số cơ bản của mạch chỉnh lưu

Các tham số dùng đánh giá các chỉ tiêu kĩ thuật trong phân tích hoặc thiết kế mạch:

1 Về phía tải:

Ud Giá trị trung bình của điện áp nhận được ngay sau mạch van chỉnh lưu:

Id Giá trị trung bình của dòng điện từ mạch van cấp ra:

Pd = Ud.Id Công suất một chiều tải nhận được từ mạch chỉnh lưu

2

0 0

)

( 2

1 ).

2

0

)

( 2

1

d i

Trang 4

U1m : Biên độ sóng bậc 1

d sd

2

2 1

1 1

1 U I

I U

S

1 2 22

Trang 5

Luật dẫn của van

1 Nhóm van đấu Atốt chung

Van có khả năng dẫn: Có điện thế Anốt dương nhất và dương hơn ở điểm catốt chung

2 Nhóm van Katốt chung:

Van có khả năng dẫn: Có điện thế Anốt âm nhất trong nhóm, âm hơn cả điện thế anốt chung.

An A

A

A1 2 3

KC A1

Trang 6

Sơ đồ khối bộ chỉnh lưu không điều khiển

Trang 7

7Mạch chỉnh lưu diode 1 pha, nửa chu kì

Tải R

Trang 8

Điện áp nhận được trên tải:

Tải thuần trở nên:

Dòng qua van chính là dòng tải

Điện áp ngược chỉ xuất hiện khi van khoá

Mạch chỉnh lưu có chỉ tiêu kĩ thuật kém

2 2

2 sin 2 0 45

2 2

1 )

( 2

1

U U

d U

d u

d

d d

R

U I

d tbv I I

2

U m

Trang 9

Dòng vẫn tiếp tục qua diode khi điện

áp nguồn <0

Trang 11

11

Trang 12

2 0 9 2

2

U U

U d

Trang 13

U d

d

d d

R

U I

2

d tbv

I I

2

UngV

Trang 15

15Mạch chỉnh lưu diode cầu 1 pha

Trang 16

Mạch chỉnh lưu diode cầu 1 pha –Ảnh hưởng của điện cảm nguồn Ls

Trang 17

Hiện tượng chuyển mạch

Trang 18

Hiện tượng chuyển mạch

Trang 19

Hiện tượng chuyển mạch với cầu chỉnh lưu diode

Trang 20

Xét mạch chỉnh lưu cầu diode 1 pha thông dụng

Trang 21

Dạng dòng cửa vào is của cầu chỉnh lưu là không sin  chứa

nhiều sóng hài

Trang 22

Ảnh hưởng của dòng ngõ vào chỉnh lưu Is

Xét cầu chỉnh lưu mắc trong mạch với các tải khác

Trang 23

Thành phần hài trong dòng iS có thể làm méo dạng áp uPCC tại điểm

nối chung với các tải khác

Trang 24

Chỉnh lưu cầu ba pha

Trang 25

Van gồm hai nhóm:

D1, D3, D5 đấu kiểu Katốt chung nên hoạt động theo luật 1D2, D4, D6 đấu kiểu Anốt chung nên hoạt động theo luật 2Điện áp trung bình nhận được trên tải:

2 2

90 30

2 2

90 30

34 , 2 6

3 )]

120 sin(

sin

[ 2

6 )

( 6 2

U

o o

o m

m b

a d

Trang 27

Chỉnh lưu 3 pha cầu diode

Trang 28

Chỉnh lưu 3 pha cầu diode

của CL 3pha

Trang 29

Chỉnh lưu cầu 3 pha

Trang 30

Quá trình chuyển mạch từ D5 (pha c)  D1 (pha a)

Trang 31

Quá trình chuyển mạch từ D5 (pha c)  D1 (pha a)

Trang 32

Chỉnh lưu có điều khiển

Trang 33

Thyristor (SCR) & mạch điều khiển

Mạch chỉnh lưu dùng thyristor đơn giản nhất

Trang 34

Diode dẫn điện mở tự nhiên.

Thyristor mở phải có đủ hai điều kiện:

+ Điện áp trên van phải dương UAK>0 – Đ/K này giống diode

+ Có dòng điều khiển đủ mạnh để tác động vào cực điều

khiển

Như vậy, sử dụng điều kiện 2 là khống chế được Thyristor

Khái niệm về góc điều khiển:

Góc điều khiển là góc tính từ thời điểm mở tự nhiên ( là điểm mà ở đó nếu van là diode thì nó bắt đầu dẫn) đến

thời điểm Thyristor (T) được phát xung vào cực điều khiển

để mở van.

Việc tính toán góc theo yêu cầu công nghệ do khối điều

khiển đảm nhiệm

Trang 35

35

Trang 37

37

Trang 38

) cos 1

(

2 sin

2 2

1 )

( 2

1

2 2

2 0

U

Ud

Điện áp nhận được trên tải:

Khi điều khiển với = 0 nhận được:

Điện áp chỉnh lưu Ud chính là hàm phụ thuộc vào góc điều khiển :

2 2

0 2 U 0 , 45 U

U d

)

( 2

) cos

Trang 39

Chỉnh lưu hình tia hai pha ( Chỉnh lưu một pha có điểm giữa)

Trang 40

Điện áp nhận được:

Với :

2

) cos 1

( 2

) cos 1

( 2

2 sin

2

1 )

( 2

1

0 2

2 2

0

d d

Trang 41

41

Trang 42

Nếu góc điều khiển = 300 đây sẽ là trường hợp đặc biệt Dòng điện xuất hiện liên tục

Góc kích α = =π 30o

Trang 44

Chỉnh lưu 3 pha hình tia có điều khiển

Trang 45

1 3

) 30 (

.

1 2

6 3

)] 30 (

1

[ 2

2 3 sin

2 2

1 )

( 2

1

0 2

2 2

2

0 2

o d

o

o d

s Co U

s co U

d U

U

s Co U

d U

U

o o

o

2

6 3 )

(

2 2

3

2

120 30

30

2

Trang 46

Chỉnh lưu 3 pha hình tia có điều khiển

Dạng sóng dòng và áp nguồn

Trang 48

Chỉnh lưu 3 pha hình tia có điều khiển

3 Góc kích α = π =135o

Dạng sóng dòng và áp nguồn

Trang 49

0 2

) cos 1

Trang 50

Chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển toàn phần

Trang 52

3 Góc kích α = π =135o

Trang 53

Trang 54

Giả thiết tải có điện kháng đủ lớn để dòng tải Id có thể coi là liên tục và phẳng

Trang 55

Nguyên tắc phát xung: để cấp điện cho tải phải có 2 van dẫn: một của nhóm lẻ, một của nhóm chẵn Như vậy, phải phát xung đồng thời cho 2 van

Góc điều khiển các van phải như nhau: 1= 2= 3 =

Góc giới hạn giữa dòng liên tục và gián đoạn th = 60o Như vậy:

+ Nếu 60o quy luật:

+ Nếu > 60o điện áp:

2

0Co.s 2 , 34U U

U d d

2

) 60 (

.

1 2

) 60 (

1

6 3 3

2

3

0 2

60

2

o d

s Co U

d Sin U

U

o

Trang 56

Dạng áp nguồn, áp trên tải và dòng trên tải - Góc kích = 15 o

Trang 57

Quan hệ giữa điện áp dây đầu vào và điện áp u d đầu

ra – Góc kích = 15 o

Trang 58

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

Trang 59

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

Trang 60

Trang 61

Trang 62

Quan hệ giữa điện áp dây đầu vào và điện áp u d cửa

Trang 63

Chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển toàn phần

Dạng sóng dòng và áp nguồn cấp - Góc kích mở = 90 o

Trang 64

Dạng sóng điện áp nguồn, điện áp trên tải và dòng trên tải

Góc kích mở = 135 o

Trang 65

Trang 66

Chỉnh lưu cầu 1 pha bán điều khiển

Trang 67

Nhóm K chung là các T nên mở theo

Nhóm A chung là D nên mở tự nhiên theo điện áp nguồn: D1

mở khi u2 bắt đầu âm; D2 mở khi u2 bắt đầu dương

Như vậy: + Khoảng : T1 D2 dẫn

+ Khoảng ( + ): T1 D1 dẫn do ở , 1 mở tự nhiên làm 2 khoá

+ Khoảng ( + ) 2 : T2 D1 dẫn , T2 được phát xung mở

ở điểm ( + ) và dẫn làm cho T1 khoá

+ Khoảng 2 (2 + ): T2 D2 dẫn, D2 mở tự nhiên ở điểm 2

,

02

)cos1

R U I

Trang 68

Dạng áp và dòng nguồn, áp trên tải và dòng trên tải - Góc kích = 30 o

Trang 69

Trang 70

+ Khoảng ( + ) 2 : T2 D1 dẫn , T1 dẫn làm D2 khoá

ud = - u2.+ Khoảng 2 (2 + ): T2 D2 dẫn,

cos

19

,

02

)cos1

R U I

Trang 71

Dòng trung bình qua T và qua D là không đều nhau:

d d

T

I

2 2

1

.

d d

1

Trang 72

Trang 73

Giả thiết tải có điện kháng đủ lớn

để dòng tải I d có thể coi là liên tục và phẳng

Trang 74

Giả thiết tải có điện kháng đủ lớn

để dòng tải I có thể coi là liên tục và phẳng

Trang 75

Chỉnh lưu hình tia ba pha T1 T3 T5 cho điện áp:

Chỉnh lưu hình tia ba pha không điều khiển D2 D4 D6 cho điện áp;

Tổng:

Vì chỉnh lưu cầu có Ud0 = 2 U d0 tia = 2,34 U2 nên:

Cos U

Ud d0tia 1 , 17 2

2 0

Ud d tia

) cos 1

( 17

, 1 )

cos 1

,

22

1

2 0

Cos U

Trang 76

Trang 77

Quan hệ giữa điện áp dây đầu vào và điện áp u d đầu

Trang 78

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

Trang 79

Trang 80

Quan hệ giữa điện áp dây đầu vào và điện áp u d cửa

Trang 81

Trang 82

Chế độ chỉnh lưu và chế độ nghịch lưu

Trang 83

Trang 84

Ví dụ 2.13: Khi nào có th x y ra ch đ ngh ch l u trong các m ch d ể ả ế ộ ị ư ạ ướ i đây:

Trang 85

vớ i trị hiệu dụng 220V, f=50Hz Tả i RLE vớ i R=1 , giả thiết dòng điện tả i liên tục vớ i L lớ n vô cùng là m dòng tả i phẳ ng vớ i độ lớ n I d =20A Cho biết gó c điều khiển 120 0 , vẽ quá trình điện á p tả i và dòng điện qua nguồn ac Xá c định độ lớ n sứ c điện động E Tính công suất phá t ra củ a sứ c điện động và công suất nguồn ac nhận được

Trang 86

Giả thiết dòng tả i liên tục, điện á p trung bình trên tả i:

] [ cos

.

Sứ c điện động E xác đ nh theo ị :

U d =R.I d +E E=U d -R.I d =-99-1.20=-119[V]

Công suất phá t ra từ tả i:

Trang 87

Chế độ dòng liên tục và chế độ dòng gián đoạn

Đi n áp ch nh l u u ệ ỉ ư d g m ồ thành ph n m t chi u U ầ ộ ề d và thành ph n xoay chi u ầ ề u : d

Thành ph n ầ i làm dòng ch nh l u (dòng t i) nh p nhô và có th d ỉ ư ả ấ ể b gián đo n ị ạ

ch đ dòng gián đo n, d ng đi n áp ch nh l u ph thu c vào thông s t i,

Ở ế ộ ạ ạ ệ ỉ ư ụ ộ ố ả góc kích và

d ng đi n áp ngu n ạ ệ ồ

Trang 88

Ví dụ: Bộ chỉnh lưu cầu 1 pha tải RLE hoạt động ở chế độ dòng gián đoạn

Khảo sát mạch trong chế độ dòng gián đoạn khá phức tạp, thường phải

giải hệ phương trình vi phân hoặc dùng chương trình mô phỏng.

Trang 89

a Tải RL

Trang 90

Chế độ dịng liên tục và chế độ dịng gián đoạn

Khi SCR d n, ẫ phương trình mạch điện sẽ là:

u d =u;

dt

di L i.

R

u d d d

Nghiệm củ a phương trình có dạng:

x m

Hằng số A xá c định từ điều kiện ban đầu i d ( ) 0

T đĩ, ta cĩ ừ ph ng trình dịng đi n t i trong m t chu k áp l i ươ ệ ả ộ ỳ ướ :

2 x

; 0

x 0

; e

).

sin(

) x

sin(

Z U

Trường hợp tải RL:

Trang 91

e ).

sin(

) sin(

Z

U 0

)

(

) cos (cos

2

U dx x sin U 2

1

dx ).

x ( i 2

1

I d d

dx ).

x ( i 2

1

I rm s d 2

Trang 92

b Tải RLE

Trang 93

Chế độ dịng liên tục và chế độ dịng gián đoạn

Thyristor có thể kích dẫn nếu xung kích thực hiện trong điều kiện á p trên thyristor dương Rõ ràng điều kiện gó c kích phả i thỏ a mãn là:

m min U

E arcsin và min Dòng điện tả i trong một chu kỳ lướ i có thể biểu diễn dướ i dạng:

2 x 0

x e

A R

E ) x sin(

Z

U )

x

(

i

x m

d

Hằng số A xá c định từ điề u kiện dòng qua thyristor tắt:

e R

E ) sin(

Z

Trang 94

Hiện tượng chuyển mạch

Xét bộ chỉnh lưu 1 pha điều khiển toàn phần, dòng I d liên tục và phẳng

Chuyển mạch từ 3,4 sang 1,2

Trang 95

Chuyển mạch từ 3,4 sang 1,2

Trang 96

Trang 97

97

Trang 98

Trang 99

99

Trang 100

Chuyển mạch từ T5 sang T1

Trang 101

Trang 102

Trang 103

103

Trang 104

Trang 105

Ảnh hưởng của hiện tượng chuyển mạch

Làm giảm điện áp chỉnh lưu ra trên tải

Làm biến dạng điện áp nguồn:

Trang 106

Hạn chế phạm vi điều khiển góc kích:

Xét cầu chỉnh lưu 1 pha điều khiển toàn phần làm việc ở chế độ nghịch lưu

Trang 107

Hạn chế phạm vi điều khiển góc kích: Xét cầu chỉnh lưu 1 pha điều khiển toàn phần làm việc ở chế độ nghịch lưu

Trang 108

Trang 109

109

Trang 110

Ảnh hưởng của hiện tượng chuyển mạch

Ví dụ 2.20:

a/- Phân tích hiện tượng chuyển mạch

dt

di V

Trang 112

Trang 113

Ví dụ 2.20:

b/.

Độ sụt á p trên SCR: U V = 2 x 2V = 4[V]

Độ sụt á p trên R b : U Rb = 0,01 x 100= 1[V]

Độ sụt á p gây ra bở i quá trình chuyển mạch :

.

U d 2 2 380 4 1 19 9 317 7

Trang 114

Ví dụ 2.20:

c/.

Tính độ tăng dòng qua SCR khi đó ng t i th i đi m ạ ờ ể :

sin

di

2 2

Độ dốc đạt cực đại khi =

2 Lú c đó : , [ / ] , [ / ]

,

max

s A

s

A dt

di V

2687 0

10 2687

0 001 0 2

2

Trang 115

0 380

2

001 0

314 100

2 0

2 2

] [

,

.

,

cos

.

cos

arccos

rad arcc

U

L

Trang 116

Ví dụ 2.20:

Quy đ i th i gian t t (th i gian khôi ph c kh năng khóa c a SCR) ổ ờ ắ ờ ụ ả ủ

2.380 cos 0,8830 2,653[rad] 152

Trang 117

Tính chọn các thiết bị trong bộ chỉnh lưu

Chọn diode, SCR:

• Áp ngược cực đại đặt lên linh kiện x Ku (22.5)

• Dòng trung bình (hoặc dòng hiệu dụng) cực đại qua linh kiện x Ki (1.21.5)

Chọn biến áp:

• Điện áp chỉnh lưu cực đại

• Công suất ra cực đại

Trang 119

Cuộn sơ cấp

IL 1,38Id 2 3 I. d Hệ số sử dụng MBA 1,05 1,05

Trang 120

Ví dụ 2.22:

b/- Trị trung bình và trị hiệu dụng dòng qua SCR

c/- Tính trị hiệu dụng dòng điện qua nguồn xoay chiều

Trang 121

a/. Tính U d và I d v i ớ

Trang 122

c/ Tr hi u d ng dòng ngu n (tra b ng tóm t t): ị ệ ụ ồ ả ắ

] [ ,

max

A I

V U

d

572

5 514 220

6 3

S = 1,05 514,5 572 = 309068 VA

S = 309 kVA

Trang 123

Ghép nối tiếp 2 bộ chỉnh lưu - BCL 12 xung

Trang 124

Ghép nối tiếp 2 bộ chỉnh lưu - BCL 12 xung

Trang 127

Ghép song song 2 bộ chỉnh lưu

BCL 6 xung

• Hai bộ chỉnh lưu tia 3 pha

ghép song song qua biến áp

• L T : cảm kháng của biến áp

Trang 128

Ghép song song 2 bộ chỉnh lưu –BCL 6 xung

Mạch tương đương

Trang 129

Ghép song song 2 bộ chỉnh lưu

- BCL 6 xung

Trang 130

Ghép song song 2 bộ chỉnh lưu BCL 6 xung

Trang 131

Ghép song song 2 bộ chỉnh lưu cầu 3 pha

BCL 12 xung

Trang 132

BCL 12 xung

Trang 133

BCL 12 xung

Định dạng
Số trang	133
Dung lượng	2,87 MB