Mục đích chính của chỉnh lưu đa xung là giảm méo hài dòng điện đầu vào và tạo điện áp ra bằng phẳng bằng cách sử dụng biến áp dịch pha. Chỉnh lưu 12, 14, 18 hoặc nhiều xung hơn nữa có thể được cấu hình bằng cách kết nối mỗi chỉnh lưu sáu xung với một cuộn dây thứ cấp của máy biến áp dịch pha. Do sự dịch pha của các cuộn dây của máy biến áp một số sóng hài bậc thấp sinh ra bởi chỉnh lưu sáu xung được loại bỏ. Méo dạng dòng điện dây giảm khi số lượng các xung tăng lên. Mặt khác, sử dụng biến áp dịch pha để ngăn điện áp Common-mode được sinh ra bởi mạch chỉnh lưu và nghịch lưu. Vấn đề điện áp Common-mode rất quan trọng đối với động cơ bởi vì nó có thể ảnh hưởng tới vấn đề cách điện của các cuộn dây động cơ.
Trước khi tìm hiểu về chỉnh lưu đa xung, chúng ta xem xét mạch chỉnh lưu sáu xung. Một mạch chỉnh lưu đa xung được giới thiệu trong hình 2.3, tài liệu [4]. Chỉnh lưu được cấp bởi nguồn điện áp ba pha, với điện áp đầu ra của chỉnh lưu là Vd.
27
Hình 2.3 Chỉnh lưu nguồn áp 6 xung [4]
Dạng sóng của chỉnh lưu sáu xung như hình 2.3 với Va, Vb, Vc là điện áp pha và
ab
V , Vbc, Vac là điện áp dây của chỉnh lưu sáu xung. Trong khoảng thời gian I, Vab cao hơn Vac và Vbc, do đó điốt 1 và 6 dẫn. Tương tự như vậy, trong khoảng thời gian II, Vac
cao hơn so với điện áp dây khác, do đó điốt 1 và 2 được dẫn, và trong thời gian tiếp theo, Vbccao hơn điện áp khác, do đó điốt 3 và 2 được dẫn. Điện áp trên tải trở bằng điện áp dây trong khoảng thời gian liên quan, được thể hiện trong hình 2.4, tài liệu [8]. Vì vậy, điện áp một chiều Vd trên điện trở tải có sáu xung trong một chu kỳ. Điện áp trung bình này được xác định bởi:
LL LL ab do A V t d t V t d t V V 2 sin( /6) ( ) 1.35 3 / 1 ) ( ) ( 3 / 1 3 / 2 / 6 / 2 / 6 / 1 (2.10)
Ở đây, VLLlà giá trị hiệu dụng của điện áp dây. Dòng điện dây có thể được tính bằng tỷ số điện áp một chiều trên tải trở với giá trị điện trở.
28
Hình 2.4 Dạng sóng của chỉnh lưu 6 xung (tải trở) [15]
Rõ ràng dòng điện dây có chu kỳ nhưng không hình sin. Vì vậy, dạng sóng có một số sóng hài trong đó và độ méo dạng (Total Harmonic Distortion - THD) có thể được tính như sau:
1 2 1 2 a a a I I I THD (2.11)
Với Ia là giá trị hiệu dụng của dòng điện dây và Ia1 là giá trị hiệu dụng của dòng điện cơ bản. Dạng sóng càng gần hình sin thì THD càng giảm. Do tính đối xứng nửa sóng trong dạng sóng dòng điện, không có sóng hài bậc chẵn và sóng hài bội ba từ hệ thống ba pha cân bằng. Nói chung, sóng hài bậc 5 và bậc 7 chiếm ưu thế trong hệ thống và chúng có biên độ cao hơn so với các sóng hài khác. Hình 2.5 cho thấy dạng sóng của hai dòng điện dây của chỉnh lưu sáu xung.
29
Hình 2.5 Dạng sóng và phổ sóng hài của chỉnh lưu 6 xung [4]
Rõ ràng là THD bằng 75.7% và 32.7% tương ứng với giá trị hiệu dụng của dòng điện cơ bản cho mỗi đơn vị. Vì vậy để đáp ứng giới hạn của sóng hài, chỉnh lưu đa xung được sử dụng cho đầu vào của biến tần đa cấp cầu H nối tầng.
Nghịch lưu đa cấp cầu H nối tầng yêu cầu nhiều nguồn DC cách ly. Trong hình 2.6 trình bày một ví dụ chỉnh lưu đa xung được giới thiệu.
30
Hình 2.7 cho thấy ứng dụng chỉnh lưu 12 xung tạo nguồn cấp cho nghịch lưu đa cấp cầu H nối tầng, tài liệu [4]. Trong loại ứng dụng này, biến áp dịch pha có sáu cuộn dây thứ cấp giống hệt nhau, và mỗi cuộn đó cấp cho một mạch chỉnh lưu sáu xung. Ba trong số các cuộn dây kết nối hình sao với góc 0
0
và ba cuộn dây khác kết nối kiểu tam giác với góc 0
30
. Từ hình vẽ, cuộn dây kết nối hình sao và cuộn dây kết nối hình tam giác cấp cho hai mạch nghịch lưu cầu H riêng biệt, được nối tầng ở phía đầu ra. Những nghịch lưu cầu H nối tầng được kết nối với một pha của động cơ ba pha.
Hình 2.7 Một ứng dụng của chỉnh lưu 12 xung [4]
Hình 2.8 cho thấy dạng sóng của một chỉnh lưu 12 xung kết nối với nghịch lưu cầu H nối tầng, tài liệu [4]. Dòng điện ia và iã là quy chiếu dòng điện dây thứ cấp tới cuộn sơ cấp. Như đã thảo luận trước đó rằng sóng hài bậc 5 và bậc 7 được triệt tiêu do sự dịch chuyển các sóng hài này bằng biến áp dịch pha. Do đó, mức THD của phía sơ cấp (IAn/IA1) thấp hơn mức THD phía thứ cấp (Ian /Ia1).
31
Hình 2.8 Dạng sóng dòng điện của chỉnh lưu 12 xung [4]