5. ỨNG DỤNG CỦA SẢN PHẨM
2.2.1.Một số mạch chỉnh lƣu một pha khụng điều khiển
2.2.1.1. Mạch chỉnh lƣu hỡnh tia một pha nửa chu kỳ.
Xột trƣờng hợp tải thuần trở. a) Sơ đồ nguyờn lý.
Sơ đồ mạch chỉnh lƣu một pha hai nửa chu kỳ gồm hai loại: Trực tiếp và cỏch ly đƣợc mụ ta nhƣ ở hỡnh 2.23a và 2.23b.
Hỡnh 2.23. Sơ đồ chỉnh lưu một pha nửa chu kỳ.
b) Nguyờn lý làm việc.
- Giả sử đang làm việc ở chế độ xỏc lập, điện ỏp phớa sau thứ cấp là:
𝑢2 = 2𝑈2 ∙ 𝑠𝑖𝑛𝜔𝑡(𝑣), và khi diode dẫn điện thỡ điện ỏp sụt trờn nú bằng khụng.
- Trong 1/2 chu kỳ đầu 0 < 𝜔𝑡 < 𝜋, khi đú 𝑢2 ≥ 0, van D đƣợc phõn cực thuận, nờn van D dẫn điện. Ta cú: 𝑢𝐷 = 0, 𝑢2 = 𝑢𝑑, 𝑖𝐷 = 𝑖𝑑 =𝑢2
- Trong 1/2 chu kỳ sau 𝜋 ≤ 𝜔𝑡 ≤ 2𝜋, khi đú 𝑢2 ≤ 0, van D bị phõn cực ngƣợc, nờn van D khụng dẫn điện. Ta cú: 𝑢𝐷 = 𝑢2 ≤ 0, 𝑢𝑡ả𝑖 = 0, 𝑖𝐷 = 𝑖𝑑 = 0
- Cỏc chu kỳ sau nguyờn lý hoạt động tƣơng tự.
c) Giản đồ dũng điện, điện ỏp.
Hỡnh 2.24: Giản đồ dũng điện và điện ỏp.
d) Một số cỏc biểu thức trong mạch.
- Giỏ trị trung bỡnh của điện ỏp chỉnh lƣu đƣợc xỏc định theo biểu thức:
𝑈𝑑 = 1 2𝜋 2 𝜋 0 𝑈2𝑠𝑖𝑛𝜔𝑡𝑑𝑡 = 2 𝜋 𝑈2 = 0,45𝑈2
- Giỏ trị trung bỡnh của dũng điện chỉnh lƣu đƣợc xỏc định theo biểu thức:
𝐼𝑑 =𝑢𝑑 𝑅 = 1 2𝜋𝑅 2 𝜋 0 𝑈2𝑠𝑖𝑛𝜔𝑡𝑑𝑡 =𝑈𝑑 𝑅 = 2 𝜋𝑅𝑈2
- Dũng điện trung bỡnh qua diode D:
𝐼𝐷𝐴𝑉 = 1
2𝜋𝑅 20𝜋 𝑈2𝑠𝑖𝑛𝜔𝑡𝑑𝑡 =𝑈𝑑
𝑅 = 2𝑈2
𝜋𝑅 = 𝐼𝑑
- Điện ỏp ngƣợc lớn nhất dặt lờn hai đầu diode D khi khúa:
𝑈𝐷𝑚 = 2𝑈2
Nhận xột:
- Dạng súng dũng điện, điện ỏp tải nhấp nhụ nờn chất lƣợng khụng cao. - Mỏy biến ỏp sử dụng khụng tốt.
- Muốn dũng tải giảm nhấp nhụ phải mắc thờm tụ lọc. - Mạch đơng giản.
Xột trƣờng hợp tải R+E: a) Sơ đồ nguyờn lý.
(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hỡnh 2.25. Chỉnh lưu 1 pha nửa chu kỳ khụng điều khiển tải R + E.
b) Nguyờn lý làm việc.
- Diode D chỉ cho dũng điện qua tải khi u2 > E. Dũng id chỉ tồn tại trong khoảng θ1 ữ θ2 và gúc θ1; θ2 là nghiệm của phƣơng trỡnh sau:
𝑢2 = 2𝑈2 ∙ 𝑠𝑖𝑛𝜃 = 𝐸
Khi diode dẫn dũng thỡ biểu thức của dũng điện qua tải khi đú:
𝑖𝑑 = 2𝑈2𝑠𝑖𝑛𝜃 − 𝐸 𝑅
Xột điều kiện lý tƣởng khi diode cho dũng chảy qua thỡ điện ỏp đặt lờn 2 đầu diode là UD = 0V. Cũn khi diode D bị khúa ta cú phƣơng trỡnh: 𝑢2 = 𝐸 + 𝑈𝐷 ( Lỳc này ci Rid = 0 vỡ dũng điện qua tải rất nhỏ ).
Do đú điện ỏp đặt lờn diode D là:
𝑈𝐷 = 𝑢2 − 𝐸 = 2𝑈2𝑠𝑖𝑛𝜃 − 𝐸
c) Một số cỏc biểu thức trong mạch.
- Điện ỏp ngƣợc cực đại đặt lờn diode D khi khúa là: 𝑈𝐷𝑚 = 2𝑈2 + 𝐸
𝐼𝑑 = 1 2𝜋 2𝑈2 ∙ 𝑠𝑖𝑛𝜃 − 𝐸 𝑅 𝜃2 𝜃1 𝑑𝜃 = 2𝑈2 2𝜋𝑅 ∙ 𝑐𝑜𝑠𝜃1 − 𝜔𝜏 ∙ 𝑠𝑖𝑛𝜃1 = 2𝑈2 𝑅 𝑐𝑜𝑠𝜃1 𝜋 − 𝜏 𝑇𝑠𝑖𝑛𝜃1 Trong đú: 𝜔𝜏 = 𝜃1 − 𝜃2 𝜔 =2𝜋 𝑇
- Điện ỏp trung bỡnh trờn tải: 𝑈𝑑 = 𝐼𝑅𝑑 + 𝐸
Xột với tải R + L: a) Sơ đồ nguyờn lý.
Hỡnh 2.26. Sơ đồ nguyờn lý và cỏc dạng súng qua cỏc trường hợp.
- Chỉnh lƣu một pha nửa chu kỳ với tải R+L đƣợc trỡnh bày nhƣ ở hỡnh 2.26a. Cuộn cảm trong mạch sinh ra sđđ tự cảm mỗi khi cú sự biến thiờn của dũng điện 𝑒 = −𝐿𝑑𝑖𝑑
𝑑𝑡 . Theo định luật ụm cú thể viết phƣơng trỡnh mạch điện: u2 + e = R.id hoặc Ldid
dt + R ∙ id = 2 ∙ U2sinθ
Dũng điện id gồm 2 thành phần dũng điện cơ bản icb và dũng điện tự do: + Dũng điện icb đƣợc xỏc định:
icb = 2U2
Z sin θ−φ
𝜑 = 𝑎𝑟𝑐𝑡𝑎𝑛𝑋𝑑
𝑅𝑑; 𝜔𝑡 = 𝜃
+ Dũng điện itd là hàm mũ tắt dần theo thời gian:
itd = A. e−tτ = A. e−ωτωt = A. e −θ Q Trong đú: 𝜏 = 𝐿𝑑 𝑅𝑑; 𝑄 = 𝑋𝑑 𝑅𝑑
Nhƣ vậy dũng điện tải: 𝑖𝑑 = 𝑖𝑐𝑏 = 2𝑈2
𝑍 𝑠𝑖𝑛 𝜃 − 𝜑 + 𝐴. 𝑒𝑄𝜃
Hệ số A đƣợc xỏc định từ sự kiện đúng mạch cú điện cảm 𝑖𝑑 𝜃 = 0 = 0. Thay vào biểu thức id ở trờn ta xỏc định đƣợc: 𝐴 = 2𝑈2 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
𝑍 𝑠𝑖𝑛𝜑
Cuối cựng ta nhận đƣợc:
id = 2U2
Z sin θ−φ + sinφ. e−Rxθ
Khi 𝜃 = 𝜆, dũng 𝑖𝑑 = 0; Lỳc đú diode D khúa lại và ta cú quan hệ: Sin(λ−α) = - sinφ.e−tanλφ
- Khi biết gúc α cú thể xỏc định đƣợc gúc tắt dũng λ bằng phộp tớnh gần đỳng phƣơng trỡnh siờu việt trờn.
Trờn hỡnh 2.26c ta thấy trong khoảng 0 < θ < θ1 dũng điện id tăng từ từ do cuộn cảm L sinh ra SĐĐ e cú chiều ngƣợc lại với u2. Cuộn cảm L tớch lũy năng lƣợng trong khoảng θ1 < θ < θ2 lỳc này dũng id suy giảm. SĐĐ e lỳc này tỏc động cựng chiều với u2; cuộn cảm L hoàn lại năng lƣợng. Vỡ vậy mà diode D vẫn tiếp tục dẫn trong khoảng π < θ < θ2 khi mà điện ỏp u2 < 0.
Trong thực tế, đối với tải L hoặc R + L ngƣời ta thƣờng dựng một diode hoàn năng lƣợng D0 đấu song song ngƣợc với tải, mục đớch vừa để bảo vệ diode và duy trỡ dũng điện tải trong nửa chu kỳ õm hỡnh 2.26d.
Khi điện thế tại điểm B vƣợt tại điểm C khoảng 0,7V thỡ D0 mở cho dũng tải id chảy qua D0, id – iD0. Diode D0 ngắn mạch hai đầu tải; ud = 0.
Diode D chỉ cho dũng điện chảy qua trong khoảng 0 < θ < π. Trong khoảng π < θ < 2π dũng tải id do cuộn cảm L cung cấp, nú phúng năng lƣợng đƣợc tớch lũy vào mạch LRD0. Nếu dựng cuộn cảm lớn cú thể duy trỡ dũng id trong toàn chu kỳ.
Kết luận.
- Khi khụng cú D0 thỡ điện ỏp tải cú chứa một đoạn mang giỏ trị õm. - Khi cú D0 thỡ điện ỏp tải khụng cú đoạn mang giỏ trị õm.
- Trong một chu kỳ, cuộn cảm L tớch lũy đƣợc bao nhiờu năng lƣợng thỡ nú hoàn lại bấy nhiờu.
2.2.1.2. Mạch chỉnh lƣu hỡnh tia một pha hai nửa chu kỳ khụng điều khiển.
Xột trƣờng hợp tải thuần trở. a) Sơ đồ nguyờn lý.
Hỡnh 2.27: Sơ đồ mạch chỉnh lưu 1 pha 2 nửa chu kỳ khụng điều khiển với tải R.
b) Nguyờn lý làm việc.
Giả sử điện ỏp đặt vào cuộn sơ cấp mỏy biến ỏp là hỡnh sin. Khi đú phớa thứ cấp MBA suất hiện 2 điện ỏp u21 và u22 bằng nhau về dấu nhƣng ngƣợc nhau về pha.
u21 = 2U2sinωt u22 = − 2U2sinωt
Ở nửa chu kỳ dƣơng của điện ỏp u21, diode D1 đƣợc phõn cực thuận cho dũng điện chạy qua. Khi đú u22 õm, nờn D2 bị phõn cực ngƣợc, khúa lại.
Ở nửa chu kỳ õm của điện ỏp u21, diode D1 bị phõn cực ngƣợc nờn khúa lại. Khi đú u22 dƣơng, nờn D2 đƣợc phõn cực thuận cho dũng điện chạy qua tải.
Nhƣ vậy cả 2 nửa chu kỳ D1 và D2 luõn phiờn đúng mở, cung cấp cho tải trong cả chu kỳ.
c) Một số cỏc biểu thức trong mạch.
- Giỏ trị trung bỡnh của điện ỏp chỉnh lƣu trờn tải:
𝑈𝑑 = 1 2𝜋 𝑈2 2𝜋 0 𝑑𝜔𝑡 = 1 𝜋 2 𝜋 0 𝑈2𝑠𝑖𝑛𝜔𝑡𝑑𝜔𝑡 =2 2 𝜋 𝑈2 = 0,9𝑈2
𝑖𝑑 =𝑈𝑑
𝑅 =
2 2𝑈2 𝜋𝑅
- Giỏ trị trung bỡnh của dũng điện chảy qua mỗi diode: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
𝐼𝐷1𝐴𝑉 = 𝐼𝐷2𝐴𝑉 = 1 2𝜋 2 𝑅 𝜋 0 𝑈2𝑠𝑖𝑛𝜔𝑡𝑑𝜔𝑡 =𝐼𝑑 2
- Điện ỏp ngƣợc lớn nhất đặt trờn mỗi van diode: 𝑈𝑛𝑔𝑀𝑎𝑥 = 2 2𝑈2
d) Giản đồ dũng điện và điện ỏp.
Hỡnh 2.2 8. Dạng súng dũng ỏp của mạch.
Xột trƣờng hợp tải R + E: a) Sơ đồ nguyờn lý.
chu kỳ khụng điều khiển với tải R + E.
c) Nguyờn lý làm việc và một số cỏc biểu thức trong mạch.
Trong khoảng từ 0 < θ < π dũng điện id suất hiện khi u2 > E, khi đú:
𝑖𝑑 = 2𝑈2𝑠𝑖𝑛𝜃 − 𝐸 𝑅
- Giỏ trị trung bỡnh dũng tải:
𝐼𝑑 = 1 𝜋 2𝑈2 ∙ 𝑠𝑖𝑛𝜃 − 𝐸 𝑅 𝜃2 𝜃1 𝑑𝜃 = 2𝑈2 𝜋𝑅 ∙ 𝑐𝑜𝑠𝜃1− 𝜔𝜏 ∙ 𝑠𝑖𝑛𝜃1 =2 2𝑈2 𝑅 𝑐𝑜𝑠𝜃1 𝜋 − 𝜏 𝑇𝑠𝑖𝑛𝜃1 Bằng cỏch thế θ2 = π – θ1 = ωτ = 2𝜋𝜏 𝑇 ta xỏc định đƣợc biểu thức nhƣ trờn.
2.2.1.3. Mạch chỉnh lƣu hỡnh cầu một pha khụng điều khiển.
Xột với tải thuần trở: a) Sơ đồ nguyờn lý. Hỡnh 2.30. b) Nguyờn lý làm việc. Giả sử mạch đàn làm việc ở chế độ xỏc lập, điện ỏp phớa thứ cấp 𝑢2 = 2𝑈2𝑠𝑖𝑛𝜔𝑡 𝑣 , coi nhƣ khi diode dẫn điện, điện ỏp sụt trờn nú là khụng Volt.
- Trong nửa chu kỳ đầu ωt = 0 đến
π, điện ỏp u2 dƣơng, khi đú cặp van D1 và D4 đƣợc phõn cực thuận, nờn dẫn điện. Cũn
U~ u2 i2 i1 D1 D2 D3 D4 Rd id ud Hỡnh 2.3. Dạng súng dũng và ỏp của mạch.
cặp van D2 và D3 bị phõn cực ngƣợc nờn khụng dẫn điện. Khi đú ta cú: uD1= uD4 = 0; uD2 = uD3 = - u2 ≤0; ud = u2 ≥ 0; iD1 = iD4 = id; iD2 = iD3 =0.
- Trong nửa chu kỳ sau ωt = π đến 2π, điện ỏp -u2 dƣơng, khi đú cặp van D1 và D4 đƣợc phõn cực ngƣợc, nờn khụng dẫn điện. Cũn cặp van D2 và D3 phõn cực thuận nờn khụng dẫn điện. Khi đú ta cú: uD2= uD3 = 0; uD1 = uD4 = u2 ≤0; ud = -u2 ≥ 0; iD1 = iD4 = 0; iD1 = iD4 =0.
- Cỏc chu kỳ sau nguyờn lý hoạt động tƣơng tự.
c) Một số cỏc biểu thức trong mạch.
- Giỏ trị trung bỡnh của điện ỏp chỉnh lƣu đƣợc xỏc định theo biểu thức:
𝑈𝑑 =1 𝜋 2 𝜋 0 𝑈2𝑠𝑖𝑛𝜔𝑡𝑑𝑡 =2 2 𝜋 𝑈2 = 0,9𝑈2
- Giỏ trị trung bỡnh của dũng điện chỉnh lƣu đƣợc xỏc định theo biểu thức:
𝐼𝑑 =𝑢𝑑 𝑅 = 1 2𝜋𝑅 2 𝜋 0 𝑈2𝑠𝑖𝑛𝜔𝑡𝑑𝑡 =𝑈𝑑 𝑅 = 2 2 𝜋𝑅 𝑈2
- Dũng điện trung bỡnh qua diode D: 𝐼𝐷 =𝐼𝑑
2
- Điện ỏp ngƣợc lớn nhất dặt lờn hai đầu diode D khi khúa: 𝑈𝐷𝑚 = 2𝑈2
Xột với tải R +E: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
a) Sơ đồ nguyờn lý.
Hỡnh 2.32. Sơ đồ nguyờn lý Hỡnh 2.3. Dạng súng của mạch.
b) Nguyờn lý làm việc.
- Trong khoảng từ 0 < θ < π, khi đú u2 > 0, điện thế tại điểm A lớn hơn điện ỏp tại điểm B, chừng nào u2 < E khi đú khụng cú dũng điện chảy trong mạch tải, lỳc đú tất cả cỏc diode đều bị khúa. Khi u2 > E thỡ D1 và D4 mở cho dũng điện chạy qua, ta cú:
𝑖𝑑 = 𝑖𝐷1 = 𝑖𝐷4 = 2𝑈2𝑠𝑖𝑛𝜃 − 𝐸 𝑅
𝑖𝑑𝑚 = 2𝑈2 − 𝐸 𝑅
- Dũng điện chảy qua tải tồn tại đến khi u2 < E, lỳc đú D1 và D4 khúa lại.
Trong khoảng π < θ < 2π, khi đú u2 < 0, điện thế tại điểm B dƣơng hơn A khi nào VB > E thỡ D2 và D3 mở cho dũng điện chạy qua, ta cú:
𝑖𝑑 = 𝑖𝐷2 = 𝑖𝐷3 =− 2𝑈2𝑠𝑖𝑛𝜃 −𝐸
𝑅
c) Một số cỏc biểu thức trong mạch.
- Điện ỏp ngƣợc cực đại đặt lờn diode D khi khúa là: 𝑈𝐷𝑚 = 2𝑈2 + 𝐸
- Dũng điện tải trung bỡnh chảy qua tải là:
𝐼𝑑 = 1 2𝜋 2𝑈2 ∙ 𝑠𝑖𝑛𝜃 − 𝐸 𝑅 𝜃2 𝜃1 𝑑𝜃 = 2𝑈2 𝜋𝑅 ∙ 𝑐𝑜𝑠𝜃1 − 𝜔𝜏 ∙ 𝑠𝑖𝑛𝜃1 =2 2𝑈2 𝑅 𝑐𝑜𝑠𝜃1 𝜋 − 𝜏 𝑇𝑠𝑖𝑛𝜃1 Trong đú: 𝜔𝜏 = 𝜃1 − 𝜃2 𝜔 =2𝜋 𝑇