2.1 Khái niệm
Mạch chỉnh lưu là thiết bị dùng để biến đổi nguồn điện xoay chiều thành nguồn điện một chiều để cung cấp cho phụ tải điện một chiều.
2.2. Phân loại mạch chỉnh lưu
- Tùy theo số pha của nguồn điện xoay chiều phía đầu vào mạch chỉnh lưu mà có thể chia ra thành mạch chỉnh lưu 1 pha, 3 pha hay m pha:
- Nếu dòng điện xoay chiều chạy giữa dây pha và dây trung tính, thì mạch chỉnh lưu gọi là sơ đồ hình tia. Còn nếu dòng điện xoay chiều chạy giữa các dây pha thì mạch chỉnh lưu gọi là sơ đồ hình cầu.
* Đặc điểm chung của mạch chỉnh lưu hình tia m pha là:
- Số van chỉnh lưu bằng số pha của nguồn xoay chiều.
- Các van có số điện cực cùng tên nối chung, điện cực còn lại nối với nguồn xoay chiều. Nếu điện cực nối chung là Katốt thì sơ đồ được gọi là Katốt chung, còn nếu điện cực nối chung là Anốt ta có sơ đồ nối Anốt chung.
- Hệ thống điện áp nguồn xoay chiều m pha phải có điểm trung tính, trung tính nguồn là điện cực còn lại của điện áp chỉnh lưu.
* Đặc điểm chung của mạch chỉnh lưu cầu m pha là:
- Số van chỉnh lưu bằng 2 lần số pha của nguồn xoay chiều, trong đó có m van có Katốt nối chung được gọi là nhóm van Katốt nối chung và trên sơ đồ ta kí hiệu bởi chỉ số lẻ, m van cịn lại có anốt nối chung nên gọi là nhóm van anốt chung và trên sơ đồ ta kí hiệu bằng chỉ số chẵn.
Mỗi pha nguồn xoay chiều nối với hai van, một ở nhóm A chung và một ở nhóm K chung.
- Điểm nối chung của các van nối K chung và nối A chung là 2 điện cực của điện áp ra.
- Nếu sơ đồ chỉnh lưu dùng toàn diode thì gọi là sơ đồ khơng điều khiển. Nếu sơ đồ chỉnh lưu dùng tồn thyristor thì gọi là sơ đồ điều khiển hồn tồn. Nếu sơ đồ chỉnh lưu dùng cả thyristor và diode thì gọi là sơ đồ bán điều khiển.
2.3.Cấu trúc mạch chỉnh lưu (1) (2) (3) (1) (2) (3) Tải một chiều Mạch đo lường Mạch điều khiển Ud, Id UAC MBA Chỉnh lưu Lọc Hình 2.1 Cấu trúc mạch chỉnh lưu
2.4. Nguyên lý làm việc và luật đóng mở van trong mạch chỉnh lưu
2.4.1. Mạch chỉnh lưu hình tia
2.4.1.1. Sơ đồ chỉnh lưu không điều khiển
Để đơn giản cho việc nghiên cứu nguyên lí làm việc của sơ đồ chỉnh lưu hình tia, trước tiên ta xét với sơ đồ không điều khiển và nghiên cứu loại sơ đồ đấu các van nối K chung.
Qua nghiên cứu người ta thấy rằng: ở chế độ dòng qua tải là liên tục và bỏ qua quá trình chuyển mạch thì ở một thời điểm bất kỳ khi bộ chỉnh lưu đang làm việc trong sơ đồ ln có một van dẫn dịng, đó là van nối với điện áp pha dương nhất. Mặt khác như đã biết, với hệ thống điện áp xoay chiều m pha thì trong thời gian một chu kỳ điện áp nguồn mỗi pha sẽ lần lượt dương nhất trong khoảng thời gian 1/m chu kỳ, do vậy mà mỗi van trong sơ đồ sẽ dẫn dòng một khoảng bằng 1/m chu kỳ trong thời gian một chu kỳ điện áp nguồn.
Ta giả thiết rằng sụt áp trên Diode hoặc Thyristor khi mở (dẫn dịng) bằng khơng. Như vậy thời điểm mà điện áp trên van bằng khơng và có xu hướng
chuyển sang dương là thời điểm van (Diode) bắt đầu mở, thời điểm mà Diode trong sơ đồ chỉnh lưu bắt đầu mở được gọi là thời điểm mở tự nhiên đối với van trong sơ đồ chỉnh lưu.
Thời điểm mở tự nhiên đối với van trong sơ đồ chỉnh lưu ba pha các van nối K chung chậm sau thời điểm điện áp của pha nối van bằng không và bắt đầu chuyển sang dương một góc độ điện bằng 0, với 0 được xác định như sau:
0 = /2 – /m
Mỗi Diode trong sơ đồ bắt đầu mở tại thời điểm mở tự nhiên và sẽ khóa lại tại thời điểm mở tự nhiên của van tiếp theo. Điện áp chỉnh lưu sẽ lặp lại m lần giống nhau trong một chu kỳ nguồn xoay chiều. Trường hợp sơ đồ chỉnh lưu hình tia m pha các van nối anốt chung, khi sơ đồ làm việc ở chế độ dòng liên tục và bỏ qua chuyển mạch thì tại một thời điểm bất kỳ trong sơ đồ có một van mắc với pha có điện áp âm nhất dẫn dòng. Thời điểm mở tự nhiên đối với các van trong sơ đồ này chậm sau thời điểm điện áp của pha mắc với van bằng khơng và chuyển sang âm một góc độ điện cũng bằng 0.
2.4.1.2. Sơ đồ chỉnh lưu có điều khiển
Trong trường hợp này các van chỉnh lưu là các Thyristor. Như đã biết để chuyển Thyristor từ trạng thái khố sang trạng thái mở cần phải có đủ hai điều kiện:
Điện áp giữa A và K phải dương (thuận); Có tín hiệu điều khiển đặt vào cực G.
Do đặc điểm vừa nêu trên mà trong sơ đồ này ta có thể điều khiển được thơì điểm mở của các van trong một giới hạn nhất định. Cụ thể là: Trong khoảng thời gian có điều kiện mở thứ nhất là có điện áp thuận (từ thời điểm mở tự nhiên đối với van cho đến sau thời điểm này một nửa chu kỳ), ta cần mở van ở thời điểm nào thì ta truyền tín hiệu điều khiển đến van ở thời điểm đó và điều nay được thực hiện với tất cả các van trong sơ đồ. Như vậy nếu ta truyền tín hiệu điều khiển đến van chậm sau thời điểm mở tự nhiên một góc độ điện là thì tất cả các van trong sơ đồ sẽ mở chậm so với thời điểm mở tự nhiên một góc độ điện là và đường cong điện áp chỉnh lưu trên phụ tải một chiều sẽ khác so
với sơ đồ chỉnh lưu không điều khiển (các van mở tại thời điểm mở tự nhiên đối với van) do vậy giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu sẽ thay đổi. Mặt khác khi thay đổi giá trị của góc mở thì giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu cũng thay đổi. Vậy ta có thể thay đổi thành phần một chiều của điện áp trên tải nhờ thay đổi vào thời điểm mở van, tức là thay đổi giá trị góc . Trong sơ đồ chỉnh lưu thì giá trị góc mở chậm của van được gọi là góc điều khiển của sơ đồ chỉnh lưu. Từ các điều kiện mở của van nêu trên ta thấy rằng muốn van mở được khi có tín hiệu điều khiển thì thời điểm truyền tín hiệu đến van phải nằm trong khoảng điện áp trên van là thuận, có nghĩa rằng 00<<1800. Trường hợp sơ đồ làm việc với = 00 tương đương với trường hợp sơ đồ chỉnh lưu không điều khiển.
Sự làm việc của sơ đồ chỉnh lưu hình tia m pha các van nối anốt chung cũng hịan tồn tương tự, chỉ khác là thời điểm mở tự nhiên của các van trong sơ đồ này xác định khác với sơ đồ các van nối K chung.
2.4.2. Mạch chỉnh lưu cầu
2.4.2.1. Mạch chỉnh lưu cầu khơng có điều khiển
Từ kết cấu của sơ đồ chỉnh lưu ta có nhận xét:
Để có dịng qua phụ tải thì trong sơ đồ phải có ít nhất hai van cùng dẫn dòng, một van ở nhóm K chung và van cịn lại ở nhóm A chung. Vậy với giả thiết là sơ đồ làm ở chế độ dịng liên tục và bỏ qua q trình chuyển mạch thì khi bộ chỉnh lưu cầu m pha làm việc, ở một thời điểm bất kỳ trong sơ đồ ln có hai van dẫn dòng: một van ở nhóm K chung nối với pha đang có điện áp dương nhất và một pha ở nhóm A chung nối với pha đang có điện áp âm nhất. Thời điểm mở tự nhiên đối với các van nối K chung xác định như các van trong sơ đồ chỉnh lưu hình tia cùng số pha với các van nối anốt chung. Còn thời điểm mở tự nhiên đối với các van nhóm A chung thì xác định như đối với các van trong sơ đồ chỉnh lưu hình tia cùng số pha các van nối anốt chung. Với đặc điểm làm việc của sơ đồ chỉnh lưu cầu người ta nhận thấy rằng: Trong một chu kỳ nguồn xoay chiều, mỗi van cũng dẫn dòng một khoảng thời gian bằng 1/m
chu kỳ như ở sơ đồ hình tia, sự chuyển mạch dòng từ van này sang van khác chỉ diễn ra với các van trong cùng một nhóm và độc lập với nhóm van kia; trong một chu kỳ nguồn xoay chiều điện áp chỉnh lưu lặp lại q lần giống nhau, với q = 2 khi m lẻ và q = m khi m chẵn.
2.4.2.2. Mạch chỉnh lưu cầu có điều khiển
Với sơ đồ chỉnh lưu cầu, để điều khiển điện áp chỉnh lưu trên phụ tải một chiều người ta cũng thực hiện việc điều khiển cho các van trong sơ đồ mở chậm hơn thời điểm mở tự nhiên một góc độ điện bằng nhờ sử dụng tín hiệu điều khiển giống như ở sơ đồ hình tia giới hạn thay đổi lớn nhất của góc điều khiển là từ 0o đến 180o.
2.4.3. Các thông số cơ bản của mạch chỉnh lưu
- Các đặc tính của một sơ dồ chỉnh lưu được thơng qua một nhóm các thống số cơ bản. Các thơng số cơ bản này cần thiết cho q trình thiết kế một mạch chỉnh lưu, và cũng được dùng để đánh giá chất lượng của một mạch chỉnh lưu và sự ảnh hưởng của nó tới lưới điện. Thơng thường một sơ đồ chỉnh lưu được xem xét với các thông số: