Giới thiệu một sô mạch chỉnh lưu một chiều có điều- 123docz.net

1.4 Giới thiệu một số mạch chỉnh lưu

1.4.2 Giới thiệu một sô mạch chỉnh lưu một chiều có điều khiển

1.4.2.1 Chỉnh lưu hình tia một pha có điều khiển a. Chỉnh lưu hình tia một pha nửa chu kì có diều khiển

L D0

 2 3 t

utải u2

iT uT

 2 3 t

Hình 1.24 Sơ đồ nguyên lý và dạng sóng dòng điện, điện ápmạch chỉnh lưu hình tia một pha có điều khiển tải R

b. Nguyên lý làm việc:

- Giả sử mạch đang làm việc ở chế độ xác lập, cuộn cảm tải Ld =, điện áp phía thứ cấp u2 = 2 U2 sin t.

- Trong khoảng t = 0 đến a, có u2 > 0, và uT > 0, tuy nhiên T vẫn chưa dẫn, do chưa có xung điều khiển mở. Khi đó ta có:

uT1 = u2; uD0 = 0; utải = 0; iD0 = iT = itải= 0.

- Đến thời điểm t = a, phát xung điều khiển mở van T, lúc này T có đủ hai điều kiện kích mở nên dẫn điện. Ta có:

uT = 0; uD0 = -u2; utải= u2> 0; iD0 = 0; iT = itải.

- Đến thời điểm t = , u2 = 0 và có xu hướng âm. Lúc này van T bị phân cực ngược nên khoá và, - u2 = 0 và có xu hướng dương dần, kết hợp sđđ e do cuộn cảm tạo ra làm van D0 dẫn điện. Như vậy trong khoảng t =  đến 2, ta có:

uT = u2 < 0; utải = 0; itải= iD0; iT = 0.

- Đến thời điểm t= 2, u2 = 0 và có xu hướng dương dần, van T được đặt điện áp thuận tuy nhiên van T vẫn chưa dẫn , do chưa có xung điều khiển kích mở, còn D0 vẫn dẫn do sđđ e ở cuộn cảm tải tạo ra. Như vậy trong khoảng t= 2 đến 2

+ a, ta có:

uT = u2 > 0; utải = uD0; itải = iD 0; iT = 0.

- Đến thời điểm t = 2 +a, phát xung điều khiển mở van T, lúc này T dẫn điện, còn D0 khoá. Ta có:

uT = 0; utải = u2> 0; uD0= -u2; iT = itải; iD0= 0.

- Các chu kỳ sau nguyên lý hoạt động tương tự.

c. Một số biểu thức tính toán - Điện áp trung bình trên tải

Ud= 1 2πa∫

α πa

√2U2sinωttdt= √2.U2

2πa (1+cosα) - Dòng điện trung bình qua Thyristor

IT= 1 2πa∫

α πa

Iddωtt= πa−α 2πa .Id

- Dòng điện trung bình qua Diode D0: ID0= 1

2πa ∫

πa 2πa+α

Iddωtt= πa+α 2πa .Id

- Điện áp thuận lớn nhất trên van T:

UTngmax= √ 2.U2

Điện áp ngược lớn nhất trên van T và D0: UTthmax=UD0thmax=√2.U2

1.4.2.2 Mạch chỉnh lưu cầu một pha điều khiển hoàn toàn.

a. Sơ đồ nguyên lý :

Hình 1.25 Sơ đồ chỉnh lưu cầu một pha điều khiển hoàn toàn.

b. Nguyên lý làm việc.

Do có điện cảm L của mạch phần ứng động cơ nên dòng điện tải id thực tế là liên tục: id = Id.

- Điện áp vào: u2=√2U2sinωtt (V),  = 2f, f = 50Hz.

Nguyên tắc hoạt động của sơ đồ như sau : Trong nửa chu kỳ đầu: u2 > 0, T1, T3

được phân cực thuận nhưng chưa dẫn, tại thời điểm t1= α , ta kích xung vào cực G của Thysistor T1 và T3 , chúng mở ngay và cho dòng chảy theo đường T1 - Tải - T3 - Nguồn, áp đặt lên tải ud = u2 và có chiều như hình vẽ. Tương tự trong nửa chu kỳ sau, tại t = t2 = πa+α , ta kích xung vào cực G của Thysistor T2 và T4, dòng sẽ chảy theo đường T2 - Tải - T4 - Nguồn.

c. Đồ thị dòng áp

Hình 1.26 Đồ thị dòng, áp- sơ đồ cầu điều khiển một pha đối xứng.

d. Biểu thức tính toán.

+ Khi T1 và T2 mở, ta có phương trình sau:

√2U2sinθ=R.id+E+X.did dθ

⇒1 πa ∫

α πa+α

√2U2sinθ.dθ=R πa . ∫

α πa+α

iddθ+E πa ∫

α πa+α

dθ+X πa ∫

Id Id

did

⇒Ud=R.Id+E

Ud=1 πa ∫

α α+πa

√2U2sinθdθ=¿2√2U2

πa cosα

+ Dòng trung bình trên Van:

+ Điện áp thuận và ngược trên van: Uthmax = Ungượcmax = + Giá trị hiệu dụng của dòng chạy qua sơ cấp máy biến áp:

1.4.2.3 Chỉnh lưu cầu một pha bán điều khiển a, Sơ đồ nguyên lý.

a, Sơ đồ nối cùng cực tính b- Sơ đồ nối ngược cực tính

Hình 1.27 Sơ đồ chỉnh lưu cầu một pha bán điều khiển

b, Nguyên lý làm việc.

 Sơ đồ nối cùng cực tính.

Tại a1 cấp xung điều khiển T1, T1 sẽ mở cho dòng điện chạy qua từ A qua T1 qua tải về D1 về B.

Đến  điện áp đổi dấu (A âm, B dương), T1 khóa. Nếu tải điện cảm dòng điện tải là đường thẳng. Năng lượng của cuộn dây sẽ được tích lũy xả qua D2 tới D1 điện áp tải trong vùng   a2 là bằng 0.

Đến a2= πa+α1 , cấp xung điều khiển T2, T2 dẫn. Từ a2  2 dòng tải là dòng điện của 2 van T2 và D2. Đến 2 điện áp đổi dấu (B âm, A dương) D2 khóa, D1 mở để năng lượng của cuộn dây xả qua D1 về T2.

2  a3 mở thông D1, T2 điện áp tải bằng 0. Kết quả là chuyển mạch các van bán dẫn có điều khiển được thực hiện bằng việc mở các van kế tiếp. Các van được dẫn thông trong nửa chu kỳ.

Ta có đường cong dòng điện và điện áp tải như hình 2.4.a 44

Ld Rd

B A

T2 1 U2

E F

d d R T2

B L U2

D2 E

ITtb=Id¿ 2 ¿

¿ ,IT=Id¿ √ 2 ¿

¿ ¿¿

√2U2

I2=√1πa∫απa+αId2dθ=Id

 Sơ đồ nối ngược cực tính:

Tại a1 cấp xung điều khiển T1 với A dương, T1 sẽ mở cho dòng điện chạy qua từ A qua T1 qua tải về D1 về B. T1 và D1 dẫn từ (a1   ).

Đến  điện áp đổi dấu (A âm, B dương), D2dẫn làm khóa T1 năng lượng của cuộn dây sẽ được tích lũy xả qua D1 và D2.

Đến a2= πa+α1 cấp xung điều khiển T2 với A âm, T2 phân cực thuận nên T2 mở làm khóa D1 cho dòng điện chạy từ B qua D2 qua tải về T2 về A. Đến 2 điện áp đổi dấu (B âm, A dương) T2 phân cực ngược nên T2 bị khóa.

Ta có đường cong dòng điện và điện áp tải như hình 2.4:

a- Nối cùng cực tính b- Nối ngược cực tính

Hình 1.28 Giản đồ dòng, áp mạch chỉnh lưu cầu 1 pha bán điều khiển.

d, Biểu thức tính toán.

+ Giá trị trung bình của điện áp tải:

0 a1  a2 2

a3 

0 a1

I (L=

 a

2 3 

0 a1  a

2 2 a3 

I (L=0) d

0 a1  a2 2a3 

0 a1 a2 2a3



D1 2 T2 D



I (L=

0 a1 0 a1 0 a1 0 a1

a2 2a3

 a2

2a3 

 a2

2a3

 a2 2a3



0 a1

I (L=0) a2

 a

2 3 d



1 2

0 a

∫  





 a



  2 (1 cos )

sin

1 2 2

d U U

t d d

Z I U

+ Giá trị trung bình của dòng tải :

+ Dòng qua van:

+ Dòng qua Diode:

+ Điện áp thuận và ngược trên van: UTthmax = = UTngmax = UDngmax . + Giá trị hiệu dụng của dòng chạy qua thứ cấp máy biến áp:

1.4.2.4 Chỉnh lưu hình tia 3 pha nửa chu kì có điều khiển.

a. Sơ đồ nguyên lý

T2 T3

L R id uA

u B uc

iC iB

ub uc

H×nh 3.8

uT1

utải

 2 3 t

iT2

 2 3 t

iT3

 2 3 t

 2 3 t uG uG1 uG2 uG3 uG1

Hình 1.29 Sơ đồ nguyên lý và dạng sóng dòng điện, điện ápmạch chỉnh lưu tia 3 pha có điều khiển tải R+L

2U2

, 2 2

T d Ttb d

I I

I I 

, 2 2

d D d Dtb

I I

I I 



 a



a  

 1∫ 2 1

2 Idd Id

b. Nguyên lý làm việc

- Giả sử mạch đang làm việc ở chế độ xác lập, điện áp phía thứ cấp lần lượt là : ua= 2U2sint(v), ub= 2U2sin(t-120o)(v), uc= 2U2sin(t-240o)(v). coi rằng điện áp sụt trên Thyristor khi chúng dẫn điện là không Volt.

- Giả sử trước thời điểm t = a, thì van T3 đang dẫn điện uT1= uac > 0, tuy nhiên T1 chưa dẫn điện, do chưa có xung điều khiển kích mở. Ta có:

uT2 = ubc ; uT3 = 0; utải = uc; itải = iT3; iT1= iT2= 0.

- Đến thời điểm t = a, phát xung điều khiển mở van T1, lúc này van T1 phân cực thuận và có xung điều khiển kích mở nên dẫn điện, còn van T2 và van T3 phân cực ngược nên không dẫn điện. Ta có:

uT1 = 0; uT2= uba< 0; uT3 = uca < 0; utải = ua > 0; itải = iT1; iT2 = iT3 = 0.

- Đến thời điểm t = 5π/6, thì ua có xu hướng âm dần hơn ub, tuy nhiên do van T2 chưa được kích xung điều khiển nên van T1 tiếp tục dẫn, còn van T2 và T3 chưa dẫn điện. Ta có:

uT1= 0; uT2 = uba > 0; uT3 = uca< 0; utải = ua< 0; itải = iT1; iT2 = iT3 = 0.

- Đến thời điểm t = 5π/6 + a, phát xung điều khiển mở van T2, lúc này van T2 sẽ dẫn điện do có xung điều khiển kích mở và được phân cực thuận. Còn hai van T1

và T3 sẽ không dẫn điện do bị phân cực ngược. Ta có:

uT2= 0; uT1= uab; uT3 = ucb; utải = ub > 0; itải = ib; iT2 = iT3 = 0.

- Đến thời điểm t = 9π/6 , thì ub có xu hướng âm dần hơn uc, tuy nhiên do van T3 chưa được kích xung điều khiển nên van T2 tiếp tục dẫn, còn van T1 và T3 chưa dẫn điện. Ta có:

uT2 = 0; uT1 = uab; uT3 = ucb; utải = ub< 0; itải = ib; iT2 = iT3 = 0.

- Đến thời điểm t = 6 . 9

+a, phát xung điều khiển mở van T3, lúc này van T3

sẽ dẫn điện do có xung điều khiển kích mở và được phân cực thuận. Còn hai van T1 và T2 sẽ không dẫn điện. Ta có:

uT3 = 0; uT1= uac; uT2 = ubc; utải = uc > 0; itải = iT3; iT1 = iT2 = 0.

- Đến thời điểm t = 13π/6 thì uc có xu hướng âm dần hơn ua, tuy nhiên do van T1 chưa được kích xung điều khiển nên van T3 tiếp tục dẫn, còn van T1 và T2 chưa dẫn điện Ta có:

uT3 = 0; uT1= uac; uT2 = ubc; utải = uc< 0; itải = iT3; iT1 = iT2= 0.

- Các chu kỳ sau nguyên lý hoạt động tương tự.

c. Các biểu thức trong mạch - Điện áp trung bình trên tải

Ud= 3 2πa ∫

πa 6+α 5πa

6 +α

√2U2sinωttd ωtt=3 .√6 .U2

2 .πa .cosα =1,17 .U2. cosα

- Dòng điện trung bình qua tải

Id= 3 2πa ∫

πa 6+α 5πa

6 +α

itdωtt=3 .√6 .U2

2 .πa.R .cosα= Ud R

- Dòng điện trung bình qua mỗi thyritstor:

IT= 1 2πa ∫

πa 6+α 5πa

6 +α

itdωtt= Id 3

- Dòng hiệu dụng chảy qua thứ cấp máy biến áp

I2=√21πa5πa66∫πa+α+αId2dωtt=0,58 .Id

- Điện áp thuận, điện áp ngược lớn nhất trên van T:

UTthmax=UTngmax= √ 6.U2

1.4.2.5 Mạch chỉnh lưu hình cầu ba có điều khiển a. Sơ đồ nguyên lý:

N L2 L3

T1 T3 T5

T4 T6 T2

G4 G6 G2

G1 G3 G5

uL1'

uL2'

uL3'

Hình 1.30 Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lưu cầu ba pha có điều khiển tải R

c. Nguyên lý làm việc (Xét với góc điều khiển a = 600 điện)

- Giả sử mạch đang làm việc ở chế độ xác lập, điện áp phía thứ cấp lần lượt:

ua = uL1’N= 2U2sint; ub = uL2’N 2U2sin(t- 3 . 2

); uc = uL3’N 2 U2sin(t-

3 . 4

), khi các van dẫn thì sụt áp trên các van bằng không Volt.

- Giả sử trước thời điểm t = 6



+ a, thì cặp van T5 và T6 đang dẫn điện. Đến

thời điểm t = 6



+ a, phát xung điều khiển kích mở van T1, lúc này van T1 được đặt điện áp thuận, và có xung điều khiển kích mở nên dẫn điện còn van T5 bị phân cực ngược khóa lại. Đồng thời khi đó xung điều khiển được kích hoạt lần nữa vào van T6

nên T6 tiếp tục dẫn điện.

Như vậy trong khoảng 3πa

6 +α ≤ ωtt ≤ 5πa

6 van T1 và T6 dẫn điện khi đó:

uT1= uT6 = 0; utải = uab; uT3= uba; uT5 = uca; uT4 = uba ; uT2 = ubc. iT1= iT6 = itải; iT2 = iT3 = iT4= iT5 = 0.

- Vì góc a = 900 điện nên tại thời điểm ωtt =5πa

6 van T1 và van T2 được kích xung điều khiển khi đó T2 dẫn điện, T6 bi phân cực ngược nên khóa lại còn T1 vẫn tiếp tục dẫn điện khi đó:

uT1= uT2 = 0; utải = uac; uT3= uba; uT5 = uca; uT4 = uca ; uT6 = ucb. iT1= iT2 = itải; iT6 = iT3 = iT4= iT5 = 0.

- Đến thời điểm ωtt = 7πa

6 van T3 và van T2 được kích xung điều khiển khi đó T3 dẫn điện, T1 bi phân cực ngược nên khóa lại còn T2 vẫn tiếp tục dẫn điện khi đó:

uT3= uT2 = 0; utải = ubc; uT1= uab; uT5 = ucb; uT4 = uca ; uT6 = ucb. iT3= iT2 = itải; iT6 = iT1 = iT4= iT5 = 0.

- Đến thời điểm ωtt = 9πa

6 van T3 và van T4 được kích xung điều khiển khi đó T4 dẫn điện, T2 bi phân cực ngược nên khóa lại còn T3 vẫn tiếp tục dẫn điện khi đó:

uT3= uT4= 0; utải = uba; uT1= uab; uT5 = ucb; uT2 = uac ; uT6 = uab. iT3= iT4 = itải; iT6 = iT1 = iT2= iT5 = 0.

- Đến thời điểm ωtt =11πa

6 van T5 và van T4 được kích xung điều khiển khi đó T5 dẫn điện, T3 bi phân cực ngược nên khóa lại còn T4 vẫn tiếp tục dẫn điện khi đó:

uT5= uT4= 0; utải = uca; uT1= uac; uT3 = ubc; uT2 = uac ; uT6 = uab. iT5= iT4 = itải; iT6 = iT1 = iT2= iT3 = 0.

- Đến thời điểm ωtt =13πa

6 van T5 và van T6 được kích xung điều khiển khi đó T6 dẫn điện, T4 bi phân cực ngược nên khóa lại còn T5 vẫn tiếp tục dẫn điện khi đó:

uT5= uT6= 0; utải = ucb; uT1= uac; uT3 = ubc; uT2 = ubc ; uT4 = uba. iT5= iT6 = itải; iT4 = iT1 = iT2= iT3 = 0.

- Các chu kỳ sau nguyên lý hoạt động tương tự.

d. Dạng sóng dòng điện, điện áp trong mạch

UL1'L3’ UL2'L1’

UL1'L2’ UL3'L1’

t U

t Udα

a  600

UL2'L3’ UL3'L2’ UL1'L2’ UL1'L3’

UGA

UGK

t IT1

UL1N' UL2N' UL3N'

t IT3

t IT5

t IT4

t IT6

t IT2

UL1'L3’ UL2'L1’

UL1'L2’ UL3'L1’

t UT1

a  00

UL2'L3’ UL3'L2’ UL1'L2’ UL1'L3’

Hình 1.31 Dạng sóng dòng điện, điện áp mạch chỉnh lưu cầu ba pha có điều khiển tải R

d. Các biểu thức trong mạch trong mạch 51

- Điện áp trung bình trên tải Khi dòng điện liên tục

Ud=3 πa ∫

πa 6+α 3πa

6 +α

√6U2sin(ωtt + πa

6)dωtt=3.√6 .U2

πa . cosα = 2,34 .U2. cosα

Khi dòng điện gián đoạn

Ud=3 πa ∫

πa 6+α

5πa 6

√6U2sin(ωtt+ πa

6)dωtt= 3 .√6 .U2

πa [1+cos(α+πa3)]

- Dòng điện trung bình qua tải:

Id=Ud R

- Dòng điện trung bình qua mỗi thyritstor:

IT= Id 3

- Dòng hiệu dụng chảy qua thứ cấp máy biến áp khi dòng tải liên tục I2=0,816.Id

- Điện áp thuận, điện áp ngược lớn nhất trên van T:

UTthmax=UTngmax= √ 6.U2

u pha

u tải

0 u D1

i D2

i D5 i D6

i D3 i D4

 t

 t Hình 2.12b

 t 6

 3

 5

 7

 9



u a u b u c

uab uac

Hình 1.23 Dạng sóng dòng điện, điện áp mạch chỉnh lưu cầu một pha tải R+L+E

d. Một số biểu thức tính toán

- Điện áp trung bình trên tải

Ud= 6 2πa ∫

πa 6 3πa

√6U2sin(ωtt+πa

6)dωtt=2,34 .U2 - Trị số trung bình của dòng điện tải Itải = 2,34. U2/R

- Dòng trung bình qua Diode ID = Itải/3

- Điện áp ngược đặt trên mỗi Diode

CHƯƠNG 2