Khái quát chung về chỉnh lưu

Hinh 8. 18.Giản đồ xung theo nguyên tắc tạo xung chùm của TCA785

2.1. Khái quát chung về chỉnh lưu

Chỉnh lưu là quá trình biến đổi nguồn điện xoay chiều thành nguồn điện một chiều, cung cấp cho tải một chiều. Tải một chiều có thể là động cơ một chiều, mạch kích từ của máy điện, cuộn dây của nam châm điện, bể mạ điện, bể điện phân...

2.1.2. Sơ đồ khối mạch chỉnh lưu

Chỉnh lưu là thiết bị điện tử công suất được sử dụng rộng rãi nhất trong thực tế. Sơ đồ cấu trúc thường gặp của mạch chỉnh lưu như trên hình 2.1.

PDC

P1AC

U1AC P2AC

U2AC

Mạch chỉnh lưu Máy

biến áp

Mạch lọc tích phân

Ud, Id

Kđm

PDC

Ud, Id

Kđm

Nguồn điện lưới

Tải một chiều

Mạch điều khiển

Mạch phản hồi

Hình 2. 1. Sơ đồ khối mạch chỉnh lưu Trong đó:

- Máy biến áp làm hai nhiệm vụ chính là:

+ Chuyển từ điện áp lưới điện xoay chiều U1, công suất nguồn P1 sang điện áp xoay chiều U2, công suất nguồn P2 thích hợp với yêu cầu của tải. Tuỳ theo tải mà máy biến áp có thể là tăng áp hoặc giảm áp.

+ Biến đổi số pha của nguồn lưới sang số pha theo yêu cầu của mạch van.

Thông thường số pha của lưới lớn nhất là 3, song mạch van có thể cần số pha là 6, 12…

+ Trường hợp tải yêu cầu mức điện áp phù hợp với lưới điện và mạch van đòi hỏi số pha như lưới điện thì có thể bỏ máy biến áp.

30

- Mạch chỉnh lưu ở đây là các van bán dẫn được mắc với nhau để tiến hành quá trình chỉnh lưu thành nguồn một chiều Ud, dòng điện Id,với hệ số đập mạch của nguồn Kđm.Tuỳ theo yêu cầu ta có thể phân loại mạch van như sau:

+ Phân loại theo số pha nguồn cấp cho mạch van: 1 pha, 3 pha, 6 pha vv…

+ Phân loại theo loại van bán dẫn trong mạch van. Hiện nay chủ yếu dùng hai loại van là diode và tiristo. Kết hợp hai loại trên ta có sơ đồ phân loại tổng quát của mạch chỉnh lưu ( hình 2.2)

Sơ đồ chỉnh lưu

1 pha 3 pha n pha

Hình tia

Hình cầu

Không điều khiển Điều khiển hoàn toàn Bán điều khiển

Hình 2. 2. Sơ đồ phân loại của mạch chỉnh lưu.

- Mạch lọc có nhiệm vụ đảm bảo điện áp (hoặc dòng điện) một chiều cấp tải là bằng phẳng, giảm thành phần đập mạch (giảm hệ số Kđm) điện áp chỉnh lưu theo yêu cầu.

Mạch lọc trong công suất lớn thông thường bao gồm cuộn cảm L và tụ C được đấu theo dạng hình , , T... trong nhiều ứng dụng bản thân tải một chiều đã có tính chất lọc nên mạch lọc không nhất thiết phải có.

- Mạch phản hồi: gồm các khối đo tín hiệu dòng điện, điện áp, lấy mẫu cho chức năng điều khiển, bảo vệ. Các mạch bảo vệ quá dòng, quá áp và cảnh báo khi có sự cố.

- Mạch điều khiển: Khối này chỉ có đối với mạch chỉnh lưu có điều khiển, đây là khâu quan trọng nhất trong mạch chỉnh lưu. Mạch điều khiển phải thực hiện các nhiệm vụ sau:

+ Tạo ra các xung điều khiển đồng pha với điện áp lưới điện xoay chiều, các xung điều khiển phải đưa đến cực điều khiển của các tiristo tại đúng thời điểm mà điện áp phân cực thuận cho tiristo. Mạch điều khiển phải có khả năng thay đổi góc điều khiển  trong toàn bộ giải điều chỉnh.

+ Nhận tín hiệu từ khối phản hồi thay đổi góc điều khiển  tạo điện áp, dòng điện trên tải luôn ổn định.

+ Khi có sự cố phải ngắt xung điều khiển cấp cho van và có các tín hiệu thông báo về sự cố.

2.1.3. Các thông số cơ bản của mạch chỉnh lưu

Các thông số này dùng để đánh giá các chỉ tiêu kỹ thuật trong phân tích hoặc thiết kế mạch chỉnh lưu. Việc xác định các thông số này là đối tượng nghiên cứu của điện tử công suất. Thông thường sơ đồ chỉnh lưu được xem xét gồm có ba nhóm thông số chính sau:

a. Về phía tải

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

Ud=  





d u dt

t T u

T

) 2 (

) 1

1 ( 2

0 2 0

2 

  (2.1)

31

Việc tính giá trị trung bình của điện áp nhận được ngay sau mạch van chỉnh lưu theo biểu thức 2.1 chính là việc tính diện tích hình phẳng trên 2 trục ud() và  trong một chu kỳ của nguồn điện T = 2 (rad), diện tích hình phẳng này giới hạn bởi đường cong ud = u2 () [với u2 ()  0] và các đường thẳng  = 0,  = 2 do đó biểu thức 2.1 khi khai triển, biến đổi sẽ tuân theo các qui tắc và tính chất của tích phân xác định.

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

Id=  2  

0

) 2 (

1 id d (2.2)

Xét một cách gần đúng Id được tính theo công thức:

Id= Zt

Ud (2.3)

Công suât nguồn sau chỉnh lưu Pd là công suất một chiều mà tải nhận được từ mạch chỉnh lưu.

Pd=UdId (2.4)

b. Về phía van

- Itbv : giá trị trung bình của dòng điện chảy qua 1 van của mạch chỉnh lưu.

- Ungmax: điện áp ngược cực đại mà van phải chịu được khi làm việc. Đây là hai thông số giúp việc lựa chọn van phù hợp để van không bị hỏng khi trong qúa trình mạch chỉnh lưu hoạt động.

- Góc điều khiển  là góc tính từ thời điểm mở tự nhiên đến thời điểm tiristo được phát xung vào cực điều khiển để mở van. Thời điểm mở tự nhiên là thời điểm mà ở đó nếu van là diode thì nó bắt đầu dẫn.

c.Về phía nguồn

Thể hiện bằng công suất xoay chiều lấy từ lưới điện, thông thường sử dụng theo công suất kiểu biến của biến áp Sba, để có thể xác định kích thước mạch từ máy biến áp trong quá trình thiết kế máy biến áp.

Sba= 2

2

1 S

S 

(2.5) Trong đó:

S1=U1I1 (2.6)

S2= i

m

i iI U 2

1

 2



(2.7) Ở đây các giá trị U1, I1, U2i, I2i là trị số hiệu dụng của điện áp, dòng điện phía sơ cấp và thứ cấp của máy biến áp.

Để đánh giá khả năng biến đổi công suất xoay chiều thành một chiều, công suất lấy từ lưới điện Sba được so sánh với công suất một chiều Pd mà tải nhận được qua hệ số công suât cos.

32 cos =

ba d

S

P  1 (2.8)

Hệ số cos càng gần 1 càng chứng tỏ mạch có hiệu suất biến đổi tốt nhất.

Ngoài nhóm ba thông số trên còn có thông số dùng để đánh giá sự bằng phẳng của điện áp một chiều nhận được, gọi là hệ số đập mạch kdm, được xác định theo biểu thức :

kdm=

0 1

U U m

(2.9) Trong đó U1m là biên độ sóng hài bậc 1 theo khai chiển Fourier của điện áp chỉnh lưu và U0 là thành phần cơ bản cũng theo khai chiển này. U0 cũng chính là giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu, tức là U0=Ud.