Tài liệu MẮC NỐI TIẾP HAI BỘ CHỈNH LƯU CẦU 3 PHA -BỘ CHỈNH LƯU 12 XUNG docx

Điện tử công suất 2.10 MẮC NỐI TIẾP HAI BỘ CHỈNH LƯU CẦU PHA -BỘ CHỈNH LƯU 12 XUNG Bộ chỉnh lưu cầu pha cải thiện nhiều chất lượng dòng điện so với chỉnh lưu cầu pha Nếu muốn cải thiện vấn đề sóng hài điện áp (và dòng điện) xuất phía tải, đồng thời giảm định mức điện áp cho linh kiện cho trường hợp tải công suất lớn, ta sử dụng biện pháp ghép hai chỉnh lưu cầu xung để hình thành chỉnh lưu cầu 12 xung Sơ đồ mạch điện vẽ hình H2.42 gồm hai chỉnh lưu cầu pha mắc nối tiếp Bộ chỉnh lưu thứ đấu vào lưới pha thông qua máy biến áp đấu Y-Y chỉnh lưu lại đấu vào lưới thông qua máy biến áp ba pha dạng Y- ∆ (hoặc ∆ -Y) Kiểu đấu dây Y- ∆ tạo lệch pha 300 điện áp pha phía chỉnh lưu so với lưới nguồn Góc kích cho chỉnh lưu Điện áp chỉnh lưu tải tổng điện áp chỉnh lưu tạo nên mạch cầu u d = u d −Y + u d − ∆ Trị trung bình điện áp chỉnh lưu: baèng: 6 6 U cos α + U cos α = U cos α (2.93) π π π Trị tức thời lớn (điện áp đỉnh) xuất tải chỉnh lưu có giá trị U d = U d −Y + U d − ∆ = u d max = U cos(150 ) = 4,732.U = 2,732.U L (2.94) Quá trình chuyển mạch SCR xảy sau khoảng thời gian tương ứng góc pha 300 Điện áp chỉnh lưu có dạng 12 xung thành phần sóng hài bậc cao xuất áp chỉnh lưu sóng hài bội 12 so với tần số lưới điện Việc lọc điện áp (và dòng điện tải) dễ dàng so với trường hợp chỉnh lưu cầu pha 2-53 Điện tử công suất Một hệ thuận lợi thành phần sóng hài dòng điện qua lưới nguồn bị giảm xuống cấu hình chỉnh lưu cầu 12 xung Phân tích trình dòng điện: Để cho đơn giản, ta khảo sát trường hợp góc điều khiển không (α = 0) Máy biến áp đấu dây theo dạng Yyd11 Để đơn giản, ta chọn tỉ số máy biến Giả sử số vòng dây cuộn sơ cấp N, số vòng dây cuộn thứ cấp đấu dạng Y N Các cuộn dây phía thứ cấp đấu dạng tam giác ( ∆ ) có số vòng dây nhiều N để tạo điện áp dây với trường hợp cuộn thứ cấp đấu dạng Y Ta cần xác định dòng điện qua nguồn điện lưới iL, bỏ qua dòng điện từ hóa, dễ thấy rằng: i L1 = iY + i1 (2.95) Từ kết phân tích dòng điện chỉnh lưu cầu pha, ta suy trình dòng điện iY1 qua cuộn thứ cấp Y Để phân tích dòng điện qua cuộn thứ cấp dạng ∆ lại id1,id2 id3, ta thực phép biến đổi nguồn pha tương đương ∆ − Y Từ kết dòng id1,id2 id3, sau việc xác định dòng điện i1,i2,i3 dẫn giải từ phương trình nút dòng điện: i1-i2=id1 i2-i3=id2 (2.96) i3-i1=id3 Với giả thiết dòng qua cuộn thứ cấp dạng tam giác cân bằng, tức i1+i2+i3=0, ta thu được: i id + d 3 id i2 = id + 3 id i3 = id + 3 i1 = (2.97) Từ trình iY1 i1, ta suy dạng dòng điện phía sơ cấp iL1 theo (2.95) 2-54 Điện tử công suất Các trình điện áp chỉnh lưu, dòng điện dẫn qua pha cuộn thứ cấp dòng qua cuộn sơ cấp máy biến áp vẽ hình H2.43 cho trường hợp góc kích α = Dùng phân tích Fourier để xác định dòng điện nguồn cho trường hợp nguồn mắc vào máy biến áp Y-Y: iY (t ) = 1 1 I d (sin ωt − sin 5ωt − sin 7ωt + sín11ωt + sin13ωt − ) 11 π 13 vaø cho trường hợp dòng qua nguồn mắc vào máy biến aùp Y- ∆ : i ∆ ( t ) = i1 ( t ) = (2.98) 1 1 I d (sin ωt + sin ωt + sin ωt + sin 11ωt + sin 13 ωt + ) 11 13 π (2.99) Dòng điện qua nguồn cấp cho chỉnh lưu 12 xung tổng hai dòng điện vừa nêu, tức là: i L1 ( t ) = i Y ( t ) + i ∆ ( t ) i L1 ( t ) = 1 I d (sin ωt + sin 11ωt + sin 13 ωt + ) 11 13 π (2.100) Kết cho thấy, sóng hài dòng điện bậc 6.(2n-1) ±1 có sóng hài bậc 7, bị khử , xuất thành phần dòng điện hài bậc 12k ±1 Việc loại trừ sóng hài bậc có ý nghóa lớn đến việc cải thiện chất lượng dòng điện nguồn cấp cho chỉnh lưu Trường hợp góc điều khiển khác không ( α ≠ ): kết trình dòng điện thu cuộn sơ thứ cấp máy biến áp có dạng tương tự trường hợp α = với khác biệt gây dịch pha dòng điện so với trình điện áp nguồn Các trình điện áp tải, kết hợp đồ thị hai điện áp chỉnh lưu cầu pha vẽ hình H2.44 Ghép nối tiếp hai chỉnh lưu vừa nêu làm tăng khả điện áp tải, đồng thời làm 2-55 Điện tử công suất triệt tiêu thành phần hài bậc cao quan trọng dòng điện qua lưới Điều khiển mạch ghép nối tiếp chỉnh lưu: điều khiển hai chỉnh lưu ghép nối tiếp để điều khiển công suất chỉnh lưu ghép cho tải thực sau: trước hết góc kích chỉnh lưu điều khiển từ phạm vi từ α1 = đến α1 = π , sau điều khiển góc α chỉnh lưu từ α = đến α = π Phương pháp điều khiển làm giảm công suất phản kháng sóng hài lưới cung cấp cho tải 2.11 GHÉP SONG SONG HAI BỘ CHỈNH LƯU TIA XUNG SỬ DỤNG MÁY BIẾN ÁP TRUNG GIAN- BỘ CHỈNH LƯU XUNG Đây cấu hình đơn giản dạng mắc song song chỉnh lưu Máy biến áp trung gian tạo điều kiện phân bố dòng đặn chỉnh lưu Mỗi chỉnh lưu mắc vào mạch cuộn thứ cấp máy biến áp Cấu hình máy biến áp Yy0y6 Hai điểm trung tính mạch cuộn thứ cấp đấu vào hai đầu dây máy biến áp trung gian Một đầu mạch tải mắc vào điểm máy biến áp trung gian, đầu lại mắc vào điểm nút chung tất cathode thyristor 2-56 Điện tử công suất Phân tích trình điện áp dòng điện với giả thiết dòng tải lọc phẳng (L → ∞ ): Giả thiết góc kích không ( α = ) xét mạch điện trạng thái đóng V1 V2 Gọi LT cảm kháng máy biến áp trung gian bỏ qua cảm kháng máy biến áp nguồn, ta có phương trình điện áp đặt máy biến áp trung gian: (2.101) uLT=u2-u1 Điện áp chỉnh lưu tải xác định theo hệ thức: ud = ud1 + u + ud uLT u = ud − LT = d1 2 (2.102) Trong chế độ dòng điện qua nhánh chỉnh lưu liên tục, điện áp mạch chỉnh lưu xác định theo hệ thức, ý V1V2 dẫn: ud1=u1 ud2=u2 (2.103) Điện áp chỉnh lưu tức thời tải: uLT u u + u2 = u − LT = 2 ud = u1 + sau: (2.104a) Deã dàng nhận xét rằng, biểu thức (2.104) viết dạng tổng quát u + ud u LT u = u d − LT = d1 (2.104b) 2 ud2 điện áp chỉnh lưu tức thời hai mạch chỉnh lưu thời u d = u d1 + với ud1 điểm xét Điện áp tải trị trung bình điện áp pha nguồn tức thời cáøc nhánh chứa linh kiện dẫn điện Dòng điện tải tổng dòng điện qua mạch chỉnh lưu: id=id1+id2 Nếu cấu tạo mạch thứ cấp máy biến áp nguồn lưới máy biến áp trung gian đối xứng, giả thiết độ tự cảm LT vô lớn, trình chuyển mạch nhánh mạch chỉnh lưu với nhánh lại chỉnh lưu thứ diễn liên tục với dòng điện qua chỉnh lưu id/2, ta có: i d1 = i d = Id (2.105) Id (2.106) Dòng điện qua máy biến áp trung gian dòng qua thyristor: i v1 = i v = Kết phân tích nêu cho trường hợp góc điều khiển minh họa đồ thị trình điện áp chỉnh lưu ud dòng điện qua nhánh chỉnh lưu id1,id2, dòng điện từ hóa máy biến áp trung gian iu dòng điện tải id hình vẽ H2.48 2-57 Điện tử công suất Trường hợp góc kích khác ( α ≠ ): (xem hình H2.49) Kết phân tích cho trường hợp góc kích (và trường hợp tổng quát) dẫn đến hệ thức xác định điện áp tải (2.104) So sánh với hệ thức mô tả điện áp tượng chuyển mạch, ta thấy có tương tự Chuyển mạch chỉnh lưu mắc song song tác dụng máy biến áp trung gian xem trường hợp đặc biệt tượng chuyển mạch xuất cấu trúc chỉnh lưu điều khiển pha Nguồn chuyển mạch điện áp chỉnh lưu lý tưởng xuất ngõ chỉnh lưu với độ lớn góc kích α Mô hình tương đương khảo sát trình dòng điện điện áp chỉnh lưu ghép song song với máy biến áp trung gian vẽ hình H2.47 Điện áp ud1(t) ud2(t) giá trị áp chỉnh lưu tức thời chỉnh lưu với góc kích α Trong điều kiện dòng điện qua chỉnh lưu liên tục, dễ dàng dẫn giải điện áp tải baèng: u + ud u d = d1 (2.107) Do điện áp pha nguồn ac cấp cho hai chỉnh lưu song song (và điện áp chỉnh 2-58 Điện tử công suất lưu ud1,ud2) lệch pha nhau, điện áp chỉnh lưu ud có dạng xung Trường hợp độ tự cảm LT giới hạn: Hiện tượng chuyển mạch linh kiện chỉnh lưu (xem phần 2-8) kết thúc với dòng điện qua linh kiện triệt tiêu dòng điện qua linh kiện chuyển mạch lại dòng tải Còn tượng chuyển mạch chỉnh lưu đấu song song, dòng điện qua chỉnh lưu chuyển mạch không thiết triệt tiêu Độ lớn độ tự cảm LT chọn cho trì trình chuyển mạch liên tục hai chỉnh lưu qua máy biến áp trung gian Gọi iµ dòng điện từ hóa máy biến áp tác dụng điện áp uLT Điện áp uLT hiệu điện áp nguồn nhánh chuyển mạch Dòng điện từ hóa iµ thành phần chứa dòng điện chỉnh lưu id1, id2 Giá trị tức thời chúng cho hệ thức: i d1 = id2 = (2.108) Xác định độ tự cảm LT: Để trình chuyển mạch chỉnh lưu diễn liên tục, tức không xuất dòng điện gián đoạn chỉnh lưu điều kiện cần thiết (xem hình H2.50): I µm ≤ Id + iµ Id − iµ Id (2.109) với I µm biên độ dòng từ hóa Độ lớn xác định theo hệ thức: 2.I µm = QLT LT (2.110) với QLT tích phân điện áp uLT theo thời gian, ví dụ xét khoảng V1,V6 dẫnhình H2.49: π X3 + ω QLT = ∫ m (u1 − u6 ).dX ; X = X3 π − π m +α (2.111) m số pha chỉnh lưu mạch tia (m=3) u1 = U m sin x u6 = U m sin( x + π m ) (2.112a) Um biên độ điện áp pha, ω = 2πf 2-59 Điện tử công suất ω.QLT = U m [ sin α + cos( π π π π + α − ) + cos( + α + )] m m (2.112b) Biên độ dòng từ hóa lớn xảy góc điều π khiển α = Từ đó, suy ra: 2 2U π (1 − cos ) (2.113) m ω Độ lớn LT xác định theo điều kiện: QLTM = LT ≥ QLTM I d (2.114) Xác định điện áp tải chỉnh lưu trung bình: Điện áp tải có dạng xung có cấu tạo từ điện áp mà biên độ Um’ nhỏ biên độ điện áp pha nguồn xoay chiều Um xác định theo hệ thức: π π ' U m = U m cos = U m cos (2.115) 2m p Trị trung bình điện áp chỉnh lưu taûi: ' p.U m π sin cosα U d = U d cosα = p π ' Thay p=2m=6: U m = U m cos Ud0 = π = U m vaø 3U m sin π = 3 U m π 2π Kết là: U d (α ) = (2.116) ' 3.U m U cos α = cos α 2π 2π (2.117) (2.118) Hệ thức (2.118) đạt phép tính lấy trung bình hệ thức (2.107): U ( α ) + U d ( α ) U U d ( α ) = d1 = cos α 2π Như vậy, trị trung bình điện áp chỉnh lưu tải trị trung bình điện áp chỉnh lưu nhóm chỉnh lưu máy biến áp trung gian tác dụng làmï giảm độ nhấp nhô áp tải, nâng chất lượng dòng tải Mặc khác, trị hiệu dụng dòng qua nguồn (và linh kiện) bị giảm nên công suất biểu kiến máy biến áp chọn nhỏ Phân tích trường hợp trình chuyển mạch gián đoạn: 2-60 Điện tử công suất Việc phân tích trình chuyển mạch gián đoạn suy từ mô hình chuyển mạch tương đương qui tắc phân tích mạch tia tổng quát Trong khoảng thời gian chuyển mạch liên tục (tức đồng thời id1>0 id2>0), điện áp tải trung bình giá trị áp chỉnh lưu tức thời hai chỉnh lưu tương ứng Trong khoảng chuyển mạch gián đoạn, chỉnh lưu có điện áp chỉnh lưu tức thời lớn dẫn điện, điện áp chỉnh lưu hai chỉnh lưu điện áp tải điện áp chỉnh lưu tức thời (hình H2.51) Khi LT=0, trình chuyển mạch hai nhóm chỉnh lưu trở nên tức thời Điện áp chỉnh lưu tải có dạng xung, chỉnh lưu thay phiên dẫn điện thời gian 1/6 chu kỳ lưới (xem hình H2.52) Sử dụng máy biến áp trung gian làm cải tiến chất lượng dòng qua máy biến áp công suất máy biến áp trường hợp có hệ số sử dụng lớn trường hợp không sử dụng máy biến áp trung gian 2.12 GHÉP SONG SONG BỘ CHỈNH LƯU MẠCH CẦU PHABỘ CHỈNH LƯU 12 XUNG Ghép song song hai chỉnh lưu cầu pha thường sử dụng Sơ đồ vẽ minh họa hình vẽ H2.53 Bằng cách sử dụng máy biến áp công suất gồm mạch sơ cấp hai mạch thứ cấp dạng Y-Y Y- ∆ , thành phần sóng hài bậc dòng qua lưới nguồn ac bị triệt tiêu Do đó, tồn thành phần sóng hài bậc khác bội ba dòng điện lưới, bậc 11 lẻ Phân tích trình điện áp dòng điện tải : thực tương tự trường hợp ghép song song chỉnh lưu mạch tia Phân tích dựa vào sơ đồ mạch điện chuyển mạch tương đương Hai chỉnh lưu 2-61 Điện tử công suất cầu thực chuyển mạch cho Khi dòng điện qua tải liên tục, điện áp chỉnh lưu tải điện áp trung bình tức thời thành phần điện áp chỉnh lưu Tác dụng máy biến áp trung gian làm hạn chế độ nhấp nhô điện áp chỉnh lưu (và dòng điện chỉnh lưu) Để ý đến hệ thức xác định điện áp chỉnh lưu (2.102), ta thấy dạng điện áp chỉnh lưu tải cho hai trường hợp- dạng mạch cầu chỉnh lưu nối tiếp mạch chỉnh lưu cầu ghép song song mắc qua máy biến áp trung gian Bộ chỉnh lưu cầu ghép song song 12 xung có lợi mặt phân bố dòng điện đồng thời linh kiện hai chỉnh lưu, áp dụng thuận tiên cho nhu cầu dòng tải lớn (mạ, điện phân) Điện áp chỉnh lưu trung bình đạt trung bình điện áp chỉnh lưu mạch chỉnh lưu cầu pha, tức là: Ud ( α) = U cos α π Trên hình vẽ H2.54, H2.55 minh họa trình dòng điện idA, idB qua chỉnh lưu đơn dòng điện tải id Dòng điện iu dòng điện từ hóa máy bi61n áp trung gian uLT điện áp cuộn dây máy biến áp Trên hình H2.55 mô tả trình dòng điện i ∆1 , iY1 cuộn pha thứ cấp máy biến áp dòng điện iL1 vào hệ thống lưới Các điện áp udA udB điện áp ngõ trực tiếp chỉnh lưu đơn Dòng điện trung bình qua chỉnh lưu đơn: Id1=Id2=Id/2 Dòng điện trung bình qua linh kiện: IV=Id/6 Để xác định độ tự cảm máy biến áp trung gian, ta dẫn giải hệ thức tính tích phân điện áp cuộn dây LT sau ñaây: ω.QLT = 6U [ sin α + cos( 4π π + α ) + cos( + α )] 3 (2.119) U trị hiệu dụng áp pha phía thứ cấp Tích phân áp đạt cực đại với góc kích α = π QLTM = 6U ω π (1 − cos ) (2.120) 2-62 Điện tử công suất 2-63 ... máy biến áp trung gian 2 .12 GHÉP SONG SONG BỘ CHỈNH LƯU MẠCH CẦU PHABỘ CHỈNH LƯU 12 XUNG Ghép song song hai chỉnh lưu cầu pha thường sử dụng Sơ đồ vẽ minh họa hình vẽ H2. 53 Bằng cách sử dụng máy... áp chỉnh lưu tải cho hai trường hợp- dạng mạch cầu chỉnh lưu nối tiếp mạch chỉnh lưu cầu ghép song song mắc qua máy biến áp trung gian Bộ chỉnh lưu cầu ghép song song 12 xung có lợi mặt phân... áp chỉnh lưu tức thời hai chỉnh lưu tương ứng Trong khoảng chuyển mạch gián đoạn, chỉnh lưu có điện áp chỉnh lưu tức thời lớn dẫn điện, điện áp chỉnh lưu hai chỉnh lưu điện áp tải điện áp chỉnh