CHƯƠNG 2 BỘ CHỈNH LƯU - Tài Liệu Text - 123doc

Có thể bạn quan tâm

Tải bản đầy đủ (.pdf) (33 trang)

Trang chủ

Kỹ thuật - Công nghệ

Điện - Điện tử - Viễn thông

CHƯƠNG 2 BỘ CHỈNH LƯU

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (420.21 KB, 33 trang )

ĐHBK TPHCM – KHOA ĐIỆN & ĐIỆN TỬ – BỘ MÔN CCĐ & ĐKH –GV : TS. Phan Quốc DũngCHƯƠNG II: BỘ CHỈNH LƯUI. TỔNG QUÁT :1.Chức năng của bộ chỉnh lưu và ứng dụng:a. Chức năng: Biến đổi dòng điện xoay chiều một pha, ba pha thành dòng một chiều.b. Ứng dụng:- Truyền động động cơ điện một chiều có điều khiển (công suất đến hàng MW)- Nguồn cho mạch kích từ máy phát điện- Các hệ thống giao thông dùng điện một chiều- Công nghệ luyện kim màu, công nghệ hóa học- Thiết bò hàn điện một chiều, mạ kim loại, nạp điện acquy- Là bộ phận của thiết bò biến tần2. Phân loại: Các dạng bộ chỉnh lưu cơ bản được phân loại theo :a. Tính năng điều khiển- Bộ chỉnh lưu không điều khiển ( dùng toàn diode trong cấu hình mạch độnglực)- Bộ chỉnh lưu điều khiểu hoàn toàn ( dùng toàn Thyristor )- Bộ chỉnh lưu điều khiển bán phần ( dùng Diode + Thyristor )b. Dạng mạch:- Bộ chỉnh lưu mạch tia ( có điểm giữa )- Bộ chỉnh lưu mạch cầu ( gồm khóa công suất nhóm Cathode + nhóm Anode )- Bộ chỉnh lưu ghép nối tiếp, song song- Bộ chỉnh lưu képH2.1. Bộ chỉnh lưu mạch tia28ĐHBK TPHCM – KHOA ĐIỆN & ĐIỆN TỬ – BỘ MÔN CCĐ & ĐKH –GV : TS. Phan Quốc Dũngc. Theo số pha:- Bộ chỉnh lưu một pha- Bộ chỉnh lưu ba pha- Bộ chỉnh lưu nhiều phaH2.2. Bộ chỉnh lưu dạng cầuII. BỘ CHỈNH LƯU (BCL) MẠCH TIA BA PHA KHÔNG ĐIỀU KHIỂN1. Sơ đồ mạch: Gồm nguồn xoay chiều ba pha, ba diode công suất, tải một chiều tổng quátR,L,EH2.3. Sơ đồ nguyên lý chỉnh lưu tia ba pha không điều khiển2. Các giả thiết khi khảo sát BCL:- Nguồn áp lý tưởng ( áp hài cơ bản, hệ thống nguồn xoay chiều ba pha cân bằng, đối xứng,điện trở trong của nguồn bằng 0 )- Các linh kiện bán dẫn lý tưởng- Các dây nối và các bộ phận khác của mạch cũng lý tưởng3. Nguồn: Điện áp pha có phương trình :29ĐHBK TPHCM – KHOA ĐIỆN & ĐIỆN TỬ – BỘ MÔN CCĐ & ĐKH –GV : TS. Phan Quốc Dũngu1 = U m sin (ωt );();3sin (ωt − 4π )3u 2 = U m sin ωt − 2πu3 = U m(2.1)với Um –biên độ áp pha nguồn, ω = 2πf với f – tần số áp nguồn.4. Phân tích : Giả thiết dòng tải liên tục và mạch ở trạng thái xác lập. Trình tự tiến hành phântích BCL :- Xác đònh trình tự đóng ngắt của các khóa diode trong một chu kỳ áp nguồn- Thiết lập các phương trình trạng thái áp, dòng cho tải, linh kiện, nguồn- Dựng các giản đồ áp và dòng ở xác lập cho tải, linh kiện, nguồn- Các hệ thức, hệ quả ở xác lập đối với tải, linh kiện, nguồn4.1.Trình tự đóng ngắt của các khoá Diode:Xét xem diode nào dẫn trong khoảng XY = [ π/6, 5π/6 ]. Điều kiện : chỉ 1 diode dẫn,2 diode còn lại ngắt.- Giả sử V2 đóng, V1, V3 ngắt ⇒ uV2 = 0p rơi trên V1: uV1 = u1 – u2 > 0 ⇒ V1 dẫn ⇒ mâu thuẫn với giả thiết ⇒ V2 khôngthể đóng trong khoảng này.- Giả sử V3 đóng, V1, V2 ngắt : ⇒ uV3 = 0 , uV1 = u1 – u3 >= 0 ⇒ V1 dẫn ⇒ mâuthuẩn với giả thiết ⇒ V3 không thể đóng trong khoảng này.uV2 = u2 – u1 < 0 ⇒ V2 ngắt⇒ V1 đóng . Ta có : uV1 = 0 ,uV3 = u3 – u1 < 0 ⇒ V3 ngắtKết luận : Vậy trong khoảng [ π/6, 5π/6 ] chỉ có thể V1 dẫn , V2, V3 ngắt⎡π2π5π2π ⎤⎡π4π5π4π ⎤, V2 dẫn, V1, V3 ngắtChứng minh tương tự ⇒ trong khoảng ⎢ +÷+63 ⎥⎦⎣6 3, V3 dẫn, V1, V2 ngắt.⇒ trong khoảng ⎢ +÷+63 ⎥⎦⎣6 3Như vậy trình tự đóng ngắt các khóa là V1, V2, V3, …Kết luận : Pha có giá trò áp tức thời lớn nhất thì diode pha đó dẫn , các diode còn lạingắt.4.2.Phương trình trạng thái áp và dòng:Khi V1 dẫn⎧uV 1 = 0⎨⎩iV 1 = id30ĐHBK TPHCM – KHOA ĐIỆN & ĐIỆN TỬ – BỘ MÔN CCĐ & ĐKH –GV : TS. Phan Quốc Dũng⎧uV 2 = u2 − u1⎨⎩iV 2 = 0(2.2)⎧u V 3 = u 3 − u1⎨⎩iV 3 = 0Khi V2 dẫn⎧uV 2 = 0⎨⎩iV 2 = id⎧uV 1 = u1 − u 2⎨⎩iV 1 = 0(2.3)⎧uV 3 = u 3 − u 2⎨⎩iV 3 = 0Khi V3 dẫn⎧uV 3 = 0⎨⎩iV 3 = id⎧uV 1 = u1 − u 3⎨⎩iV 1 = 0(2.4)⎧uV 2 = u 2 − u 3⎨⎩iV 2 = 0⇒ p ngược lớn nhất mà diode phải chòuU RWM = 3U m = 6U(2.5)4.3.Đồ thò phân tích ở xác lập: Giả thiết cảm kháng tải L vô cùng lớn nên có thể xem idđược nắn phẳng Id = const. Giản đồ áp và dòng chỉnh lưu (trên tải), áp và dòng qua linhkiện được trình bày trên H2.3b.31ĐHBK TPHCM – KHOA ĐIỆN & ĐIỆN TỬ – BỘ MÔN CCĐ & ĐKH –GV : TS. Phan Quốc DũngH2.3b. Giản đồ áp ud và dòng chỉnh lưu id, áp trên linh kiện uV1 và dòng qua các linhkiện iV1, iV2, iV3.4.4. Các hệ thức:¾ Tải : Áp chỉnh lưu có dạng 3 xung trong 1 chu kỳ áp nguồn, BCL được gọi là bộchỉnh lưu 3 xung. Tần số hài cơ bản áp chỉnh lưu bằng 3 lần tần số áp nguồnf σ (1) = f s . p = 3 f s , với p là số xung chỉnh lưu(2.6)Trò trung bình áp chỉnh lưu (áp tải)3Ud =2π5π / 6∫Uπmsin ωtd (ωt ) =/63 33 6Um =U2π2π(2.7)Với U : Trò hiệu dụng áp pha nguồn.Trò trung bình dòng chỉnh lưuId =Ud − ER(2.8)¾ Linh kiện : Để tính toán chọn linh kiện, cần phải xác đònh các thông số sau:Áp ngược lớn nhất mà diode phải chòu: xem (H2.3) , công thức (2.5)U RWM = 6UDòng trung bình qua linh kiện : mỗi diode dẫn 1/3 chu kỳ áp nguồn (1200) (H2.3)I dV 1 =Id3Để đònh mức linh kiện :U RRM ≥ K u .U RWM• pvới Ku = 2.5 ÷ 3.5 : hệ số an toàn về áp• DòngI d ( AV ) ≥ K i .I dV 132(2.9)(2.10)(2.11)ĐHBK TPHCM – KHOA ĐIỆN & ĐIỆN TỬ – BỘ MÔN CCĐ & ĐKH –GV : TS. Phan Quốc Dũngvới Ki > 1 : hệ số an toàn về dòng¾ Nguồn: Trong trường hợp này dòng qua pha nguồn bằng dòng qua linh kiện.Trò hiệu dụng dòng nguồnI1 =12π5π / 6∫Iπ2d.dωt =/6Id3(2.12)III. BỘ CHỈNH LƯU TIA BA PHA ĐIỀU KHIỂN1. Sơ đồ mạch:Cấu hình mạch động lực của bộ chỉnh lưu tia ba pha điều khiển gồm nguồn xoay chiều bapha dạng sao, 3 thyristor và tải một chiều. Các khối điều khiển đưa xung điều khiển kíchđóng các thyristor. Các thyristor điều khiển giá trò điện áp ngõ ra của bộ chỉnh lưu.H2.4. Sơ đồ nguyên lý chỉnh lưu tia ba pha điều khiển2. Các giả thiết: ( tương tự phần II.2)3. Phân tích:a. Góc điều khiển α :Nếu như các xung điều khiển thyristor được đưa vào trễ so với góc mà nếu ở vò trí đócác diode sẽ đóng, góc trễ đó gọi là góc điều khiển α hay góc trễ của quá trình chuyểnmạch. Giá trò α phụ thuộc vào thời điểm gởi tín hiệu điều khiển.Trạng thái áp và dòng được dời đi 1 góc α so với chỉnh lưu tia dùng diode.Phạm vi điều khiển góc α :Để đóng SCR cần thoả 2 điều kiện:- Điện áp khóa thuận VAK> 0- Xung điều khiển IG > 0Giả sử ở thời điểm V3 đang đóng ta có áp khóa thuận trên V1 :uv1 = u1 – u3uv1 ≥ 0 khi u1 ≥ u3 ⇒ phạm vi thay đổi góc điều khiển α là 0 ≤ α ≤ π.33ĐHBK TPHCM – KHOA ĐIỆN & ĐIỆN TỬ – BỘ MÔN CCĐ & ĐKH –GV : TS. Phan Quốc Dũngb. Trình tự đóng ngắt: V1 , V2 , V3 …c. Đồ thò phân tích:H2.5a. Giản đồ áp nguồn, vò trí xung kích các thyristor và áp, dòng chỉnh lưu ứng vớigóc điều khiển 600.H2.5b. Giản đồ áp linh kiện uV1và dòng linh kiện iV1 ứng với góc điều khiển 600.d. Các hệ thức :¾ Tải: p chỉnh lưu có dạng 3 xung. Tần số hài bậc 1 của áp chỉnh lưu34ĐHBK TPHCM – KHOA ĐIỆN & ĐIỆN TỬ – BỘ MÔN CCĐ & ĐKH –GV : TS. Phan Quốc Dũngf σ (1) = f s ⋅ p = 3 ⋅ f s = 150 Hz- Trò trung bình áp tải:U dα =32πα + 5π / 6U∫α πm⋅ sin (ωt ) ⋅ d (ωt ) =+ /63⋅ 6cos α ⋅ U2π(2.13)Nhận xét : Khi thay đổi góc điều khiển trong khoảng [ 0…π] thì trò trung bình ápchỉnh lưu thay đổi trong phạm vi :0 ≤α ≤π ⇒ −- Trò trung bình dòng tải :3⋅ 63⋅ 6⋅U ≤ U d ≤⋅U2 ⋅π2 ⋅πI dα =U dα − ER(2.14)(2.15)¾ Linh kiện:- p ngược lớn nhất đặt trên linh kiện:U RWM = 6 ⋅ U- Dòng trung bình qua linh kiện ( mỗi SCR dẫn 1/3 chu kỳ )I T ( AV ) =¾ Nguồn:Id3Trò hiệu dụng dòng nguồnI1 =Id3Lưu ý:- Đặc tuyến điều khiển U d (α ) =3⋅ 6⋅ cos α ⋅ U không phụ thuộc tham số tải2 ⋅π(không phụ thuộc giá trò cụ thể R, L, E) khi dòng tải liên tục.- Đặc tuyến tải được đònh nghóa là U d (α ) = f (I d (α )) , thông số là α4. Chế độ chỉnh lưu và nghòch lưu:Theo hệ thức (2.13) trò trung bình áp chỉnh lưu có thể có giá trò từ dương đến âm khi α thayđổi. Trò trung bình của dòng chỉnh lưu dương vì Thyristor chỉ cho dòng đi qua theo một chiều .Xét công suất trung bình nguồn cung cấp cho tải.P = Ud . Id , Id > 0Nếu Ud > 0 ⇒ P > 0 : chế độ chỉnh lưu , công suất chuyển từ phía xoay chiều ⇒ phía mộtchiều.Nếu Ud < 0 ⇒ P < 0 : chế độ nghòch lưu, công suất chuyển từ một chiều ⇒ xoay chiều.Bộ chỉnh lưu có thể làm việc trong chế độ nghòch lưu khi có nguồn trong mạch một chiều ( vídụ như động cơ điện một chiều). Chế độ chỉnh lưu xảy ra khi Ud*E > 0, nghòch lưu khi Ud*E π /6 : Dòng tải qua V0 trong các khoảng mà áp trên tải sẽ âm nếu trong mạchkhông có V0.¾Trạng thái V1: V1 đóng V2, V3, V0 ngắt ,uv1 = 0 ;iv1 = idiv2 = 0uv2 = u2 – u1;iv3 = 0uv3 = u3 – u1;ud = u1 = -uv0.Tương tự cho trạng thái V2, V3.¾ Trạng thái V0: V0 đóng, V1,V2, V3 ngắtiv0 = iduv0 = ud = 0;iv1 = 0uv1 = u1 ;uv2 = u2 ;iv2 = 0iv3 = 0uv3 = u3 ;36ĐHBK TPHCM – KHOA ĐIỆN & ĐIỆN TỬ – BỘ MÔN CCĐ & ĐKH –GV : TS. Phan Quốc DũngH2.7. Đặc tính áp và dòng3. Các hệ thức :¾ Trường hợp α < π /6 : tương tự phần III¾ Trường hợp α > π /6 :Trò trung bình áp tải:U dα =32ππ∫Uα π+ /6m⋅ sin (ωt ) ⋅ d (ωt ) =3 2 ⎛π ⎞⎞⎛U ⎜⎜1 − sin ⎜α − ⎟ ⎟⎟2π ⎝3 ⎠⎠⎝(2.16)Phạm vi điều khiển góc α : π/6 ≤ α ≤ 5π/64. Đặc điểm của V0- Làm giảm giá trò hiệu dụng thành phần xoay chiều của áp chỉnh lưu qua việc ngắt bỏphần áp âm- Làm tăng hệ số công suất nguồn λ- Không cho phép chế độ nghòch lưuV. BỘ CHỈNH LƯU MẠCH CẦU BA PHA ĐIỀU KHIỂN HOÀN TOÀN1. Sơ đồ mạch:37ĐHBK TPHCM – KHOA ĐIỆN & ĐIỆN TỬ – BỘ MÔN CCĐ & ĐKH –GV : TS. Phan Quốc DũngH2.8. Bộ chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển hoàn toàn-Nguồn 3 pha lý tưởng6 SCR chia làm 2 nhóm ( Anode : V1, V3,V5 , Cathode: V2, V4, V6 )Tải R, L, E2. Giả thiết : tương tự mạch tia3. Phân tích:Giả thiết dòng qua tải liên tục, tách mạch cầu thành 2 nhóm linh kiện Anode và nhómCathode. Điện áp phụ được đưa vào khảo sát là udA và udK. Ở một thời điểm, 1 SCRnhóm anode + 1 SCR nhóm Cathode dẫn.Trước tiên ta chứng minh rằng 2 nhóm linh kiện làm việc độc lập với nhau và mỗinhóm làm việc như một mạch tia 3 pha . Giả thiết dòng Id đi qua tải và ta theo dõi nhómanode. Giả thiết trong nhóm V1 đóng, V3,V5 ngắtuv1 = 0; iv1 = id; iv3 = 0uv3 = u2 – u1; iv5 = 0uv5 = u3 – u1udA = u1Nhận xét thấy các hệ thức mô tả áp và dòng hoàn toàn không phụ thuộc vào trạng tháiđóng ngắt của các Thyristor nhóm Cathode.Chứng minh tương tự cho V3, V5.Chứng minh tương tự cho nhóm Cathode.Như vậy ta có thể tách mạch cầu ba pha thành 2 mạch tia ba pha nhóm anode vàcathode (H2.9).38ĐHBK TPHCM – KHOA ĐIỆN & ĐIỆN TỬ – BỘ MÔN CCĐ & ĐKH –GV : TS. Phan Quốc Dũngidu1V1V3u2u3V5udAu1u2udKV4u3V6V2ida) Chỉnh lưu tia nhóm Anodeb) Chỉnh lưu tia nhóm CathodeH2.9Do áp tải ud = udA – udk ta có thể xem BCL mạch cầu 3 pha như dạng mắc nối tiếp BCLmạch tia nhóm Anode và BCL mạch tia nhóm Cathode.Giản đồ phân tích : Khảo sát tương tự mạch tia (H2.10)4. Hệ quả:¾ Tải:- Áp tải có dạng 6 xung trong một chu kỳ áp lưới. Chu kỳ áp chỉnh lưu TCL = T/6.Tần số hài bậc 1 của áp chỉnh lưu:f σ (1) = f s ⋅ p = 6 ⋅ f s = 300 HzTrò trung bình áp chỉnh lưu:⎡3 ⋅ 6⎛ 3⋅ 6⎞⎤3⋅ 6U dα = u dA − u dK = ⎢⋅ cos(α ) − ⎜⎜ −⋅ cos(α )⎟⎟⎥ ⋅ U =⋅ cos(α ) ⋅ Uπ⎢⎣ 2π⎝ 2π⎠⎥⎦(2.17)Khi thay đổi α, ta điều khiển trò trung bình áp chỉnh lưu:0 ≤α ≤π ⇔ −3⋅ 6πU ≤ Ud ≤- Trò trung bình dòng tải : I dα =¾3⋅ 6πUU dα − ERLinh kiện:p ngược lớn nhất trên linh kiện : U RWM =Dòng trung bình qua linh kiện : I ( AV )T =¾6 ⋅UId3Nguồn: Trò hiệu dụng dòng qua nguồni1 = iV 1 − iV 4 ⇒ I 1 =392⋅ Id3ÑHBK TPHCM – KHOA ÑIEÄN & ÑIEÄN TÖÛ – BOÄ MOÂN CCÑ & ÑKH –GV : TS. Phan Quốc Dũng40ĐHBK TPHCM – KHOA ĐIỆN & ĐIỆN TỬ – BỘ MÔN CCĐ & ĐKH –GV : TS. Phan Quốc DũngH2.10. Giản đồ áp và dòng bộ chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển hoàn toànVI. BỘ CHỈNH LƯU MẠCH CẦU 3 PHA ĐIỀU KHIỂN BÁN PHẦNKhi thay nhóm linh kiện Anode ( hoặc Cathode ) trong BCL mạch cầu 3 pha điều khiển hoàntoàn bằng diode công suất ta được BCL mạch cầu 3 pha điều khiển bán phần.Ưu điểm : Kinh tế hơn vì giá thành diode thấp hơn SCRKhuyết điểm: Vùng điều khiển hẹp hơn41ĐHBK TPHCM – KHOA ĐIỆN & ĐIỆN TỬ – BỘ MÔN CCĐ & ĐKH –GV : TS. Phan Quốc Dũng1. Sơ Đồ:H2.11. Bộ chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển bán phần2. Phân tích:Trong trường hợp trên ta xem diode như 1 thyristor bình thường với góc điều khiểnα = 0. Việc phân tích tiến hành tương tự chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển hoàn toàn. Mạch cócấu trúc gồm hai bộ chỉnh lưu tia ba pha: điều khiển và không điều khiển.3. Hệ quả : p chỉnh lưu trung bình⎡3 ⋅ 6⎛ 3⋅ 6⎞⎤3⋅ 6U dα = u dA − u dK = ⎢⋅ cos(α ) − ⎜⎜ −⋅ cos(α )⎟⎟⎥ ⋅ U =⋅ (1 + cos(α )) ⋅ U2π2π⎢⎣ 2π⎥⎝⎠⎦Khi thay đổi góc kích , ta thay đổi điện áp chỉnh lưu trung bình :0 ≤ α ≤ π ⇔ 0 ≤ U dα ≤3⋅ 6π⋅U42(2.18)ĐHBK TPHCM – KHOA ĐIỆN & ĐIỆN TỬ – BỘ MÔN CCĐ & ĐKH –GV : TS. Phan Quốc DũngVII. MẠCH CẦU 1 PHA ĐIỀU KHIỂN HOÀN TOÀN1. Sơ đồ mạch:H2.12. Giản đồ áp và dòng của bộ chỉnh lưu cầu một pha điều khiển hoàn toànGiả thiết :- Nguồn xoay chiều một pha lý tưởng u = U m sin (ωt )-4 SCR lý tưởngDòng qua tải liên tục43ĐHBK TPHCM – KHOA ĐIỆN & ĐIỆN TỬ – BỘ MÔN CCĐ & ĐKH –GV : TS. Phan Quốc Dũng2. Phân tích :Mạch cầu có cấu trúc tương đương 2 mạch tia 2 pha mắc nối tiếp (H2.13). Nguồn áp một phau được phân tích thành hai nguồn xoay chiều tương đương u1 và u2 có phương trình như sau:Umsin (ωt );2Uu 2 = m sin (ωt − π )2idu1 =(2.19)u1V1u2V3udAu1udKu2V4V2ida) Mạch tia anodeb) Mạch tia cathodeH2.13a44ĐHBK TPHCM – KHOA ĐIỆN & ĐIỆN TỬ – BỘ MÔN CCĐ & ĐKH –GV : TS. Phan Quốc DũngH. 2.13b Giản đồ phân tích áp và dòng được trình bày trên H2.12 phụ thuộc góc điềukhiển α.3. Hệ quả :¾Tải:- p chỉnh lưu trung bình :U dα =1πα +π∫Uαmsin (ωt )dωt =2⋅ 2π⋅ U ⋅ cos α (2.20)Phạm vi điều khiển áp tải :0≤α ≤π ⇔ −- Dòng chỉnh lưu trung bình:2⋅ 2π⋅U ≤ U d ≤I dα =¾2⋅ 2π⋅UU dα − ERLinh kiện : - Dòng trung bình qua linh kiện : Mỗi SCR dẫn ½ chu kỳ áp lưới45ĐHBK TPHCM – KHOA ĐIỆN & ĐIỆN TỬ – BỘ MÔN CCĐ & ĐKH –GV : TS. Phan Quốc DũngI T ( AV ) =Id2(2.21)- p ngược Max trên linh kiện:U RWM = 2U¾(2.22)Nguồn: Trò hiệu dụng dòng qua nguồnI S = I1 =1πα +π∫Idd ωt = I dαVIII. BỘ CHỈNH LƯU MẠCH CẦU 1 PHA ĐIỀU KHIỂN BÁN PHẦN1. Phân loại: Ta có hai loại mạch như sau:- Mạch đối xứng ( H2.14a ) ⇔ Thay các SCR trong một nhóm bằng các diode- Mạch không đối xứng ( H2.14b ) ⇔ Thay các SCR trong 1 nhánh bằng các diodea) Cấu trúc đối xứngb) Cấu trúc không đối xứngH2.14. Sơ đồ bộ chỉnh lưu cầu một pha điều khiển bán phần2. Hệ quả: Nhóm linh kiện diode được xem như SCR với góc điều khiển bằng 0.Xét mạch đối xứng (H2.14a), tách mạch cầu thành hai mạch tia tương đương (H2.15).idu1V1u2V3udAu1udKu2V4V2idb) Tia Cathodea) Tia Anode46ĐHBK TPHCM – KHOA ĐIỆN & ĐIỆN TỬ – BỘ MÔN CCĐ & ĐKH –GV : TS. Phan Quốc DũngH2.15H2.16. Trạng thái áp và dòng của bộ chỉnh lưu cầu một pha điều khiển bán phần với cấu trúcđối xứng .¾Tải:47ĐHBK TPHCM – KHOA ĐIỆN & ĐIỆN TỬ – BỘ MÔN CCĐ & ĐKH –GV : TS. Phan Quốc Dũng- p chỉnh lưu trung bình :U dα =1πUπ α∫msin (ωt )dωt =2π⋅ U ⋅ (1 + cos α )(2.23)Phạm vi điều khiển áp tải :0 ≤ α ≤ π ⇔ 0 ≤ Ud ≤- Dòng chỉnh lưu trung bình:I dα =2⋅ 2π⋅UU dα − ERNhận xét:- Cả hai cấu hình đều làm mất phần áp âm trên tải . Sóng dợn vì thế thuận lợi hơn cho cácứng dụng. Chế độ nghòch lưu không xảy ra. Hệ số công suất cao hơn so với chỉnh lưu cầumột pha điều khiển toàn phần với cùng góc kích α;- Thời gian ngắt an toàn tq : Mạch không đối xứng an toàn hơn mạch có cấu trúc đối xứngvà chỉnh lưu điều khiển hoàn toàn nên góc αđk có phạm vi điều khiển lớn hơn;- Mạch cầu 1 pha với diode chuyển mạch (diode V0) : Diode V0 trong mạch cầu 3 pha hoặc1 pha điều khiển bán phần có tác dụng mở rộng trong phạm vi điều khiển điện áp chỉnhlưu đến giá trò 0. Diode V0 cho dòng tải id đi qua trong các khoảng thời gian mà trongtrường hợp mạch không chứa V0 thì dòng tải sẽ không đi qua áp nguồn mà đi qua cặpdiode – thyristor ( thí dụ V1 V4 ). Do đó làm tăng khoảng thời gian ngắt an toàn cho cácSCR.IX. TÍNH CHẤT LIÊN TỤC CỦA DÒNG ĐIỆN TẢI VÀ HỆ QUẢ---Do áp chỉnh lưu có dạng xung nên có thể được phân tích thành 2 thành phần :ud = Udc + uacvới Udc = Ud : trò trung bình áp chỉnh lưu;uac : thành phần xoay chiều.Thành phần xoay chiều áp chỉnh lưu làm dòng tải id bò nhấp nhôTương tự, dòng chỉnh lưu cũng có thể phân tích thành :id = Idc + iacDo thành phần xoay chiều iac , dòng tải có thể bò gián đoạn . Khi dòng gián đoạn, dạngđiện áp chỉnh lưu phụ thuộc vào trạng thái mạch tải (ud = 0 nếu tải không chứa nguồnmột chiều E hoặc ud = E nếu tải có chứa nguồn một chiều E). Các hệ thức Ud cho dòngliên tục không thể áp dụng được trong trường hợp này và đặc tuyến điều khiển phức tạpvà không duy nhất (Ud (α) = f (α)).Hệ quả: Khi tải bộ chỉnh lưu là động cơ điện một chiều, đối với vấn đề điều khiển dòng tảibằng 0 dẫn đến mômen tác động triệt tiêu và không thể điều khiển tải . Đặc tuyến điều khiển bò thay đổi dạng ( phi tuyến ) Hệ điều khiển khó hiệu chỉnh48ĐHBK TPHCM – KHOA ĐIỆN & ĐIỆN TỬ – BỘ MÔN CCĐ & ĐKH –GV : TS. Phan Quốc DũngVì thế, người ta cố gắng hạn chế vùng làm việc của bộ chỉnh lưu ở chế độ gián đoạn,đối với bộ chỉnh lưu có thể đònh mức theo chế độ dòng tải liên tục nếu không yêu cầuđộ chính xác cao.X. HIỆN TƯNG CHUYỂN MẠCH VÀ HỆ QUẢ:Trong các phần trước bộ chỉnh lưu được phân tích với giả thiết bỏ qua cảm kháng trong củanguồn áp. Vì vậy quá trình chuyển mạch (QTCM) giữa các nhánh của SCR diễn ra tức thời.Trong thực tế , nguồn có cảm kháng trong làm dòng qua nó không thể thay đổi đột ngột. Hiệntượng chuyển mạch diễn ra với một khoảng thời gian nào đó và hình thành trạng thái cácnhánh cùng dẫn điện. Hiện tượng này còn được gọi là hiện tượng trùng dẫn. Xét quá trình chuyển mạch xảy ra đối với chỉnh lưu tia ba pha diode. Đó là trạng tháidòng qua một diode nào đó tăng dần và dòng qua một diode khác tắt dần. Ở đây, γ làgóc chuyển mạch.H2.17. Trạng thái áp và dòng khi chuyển mạch trong chỉnh lưu tia ba pha không điều khiển.49ĐHBK TPHCM – KHOA ĐIỆN & ĐIỆN TỬ – BỘ MÔN CCĐ & ĐKH –GV : TS. Phan Quốc DũngXét quá trình chuyển mạch xảy ra đối với chỉnh lưu tia ba pha SCR. Giả sử dòng đangđi qua V3 , nếu ta đóng V1 trong phạm vi góc điều khiển α sẽ xảy ra hiện tượng ngắnmạch giữa các pha chứa V1, V3 , Trên V1 có điện áp chuyển mạch là u1- u3 , dòng iv1lập tức tăng từ 0 ⇒ Id và V3 có áp ngược là u3 - u1 , dòng iv3 lập tức giảm từ Id ⇒ 0.H2.18. Hiện tượng chuyển mạch trong chỉnh lưu tia ba pha điều khiểndiV 1= uddtdiu3 − L V 3 = u ddtiV 1 + iV 3 = I du1 − Lu1 − LdiV 1di= u3 − L V 3dtdtHệ quả:- Hiện tượng chuyển mạch làm giảm áp tải trong thời gian chuyển mạch :U dcm = U d −-3ωLId2πHạn chế phạm vi góc điều khiển và phạm vi điều khiển điện áp chỉnh lưuαmax = π - δ - γvới γ :góc CM. Góc chuyển mạch được tính theo công thức :⎛γ = arccos⎜⎜ cos α −⎝2ωLb I d ⎞⎟ −α3U m ⎟⎠(2.24)+ Khi α =0, ta có thể rút ra được góc chuyển mạch cho trường hợp chỉnh lưu tia ba phakhông điều khiển.XI. PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN50ĐHBK TPHCM – KHOA ĐIỆN & ĐIỆN TỬ – BỘ MÔN CCĐ & ĐKH –GV : TS. Phan Quốc DũngXét mạch tạo xung kích ứng với góc điều khiển cho bộ chỉnh lưu một pha.Đặc điểm:- Điện áp thứ cấp máy biến áp giảm áp có mức điện áp 4 ÷ 5V , đồng bộ về pha với áp lưới- Xung răng cưa có độ rộng bằng 1800 ứng với khoảng điều khiển góc α Max- p dụng cho mạch tia 1pha, 2 pha, mạch cầu 1 pha điều khiển hoàn toàn, bán phần.H2.19. Phương pháp tạo xung kích đóng SCR theo góc điều khiển αXII. MÁY BIẾN ÁP DÙNG CHO CÁC BỘ CHỈNH LƯU1. Công dụng:- MBA thường dùng để đạt được các điện áp chỉnh lưu có giá trò cần thiết;- Các cảm kháng của máy biến áp có tác dụng rất tốt trong quá trình chuyển mạch, chốngméo dạng áp nguồn;- Cách ly áp nguồn bộ chỉnh lưu với lưới điện- Tác dụng lọc sóng hài bậc cao- Có thể tạo hệ thống nguồn xoay chiều nhiều pha cung cấp cho bộ chỉnh lưu nhiều xung2. Trạng thái dòng điện:Qui tắc: Chỉ có thành phần xoay chiều được truyền từ cuộn sơ cấp sang cuộn thứ cấp theo quyluật hình sinDòng điện pha cuộn thứ cấpiS1 = iv1, iS2 = iv2 , is3 = iv3Sơ đồ mạch:Δ/ΥPhân tích:iS = IS( AV ) + iSσ51ĐHBK TPHCM – KHOA ĐIỆN & ĐIỆN TỬ – BỘ MÔN CCĐ & ĐKH –GV : TS. Phan Quốc DũngSức từ động tổng tạo thành bởi thành phần xoay chiều của dòng điện pha cuộn thứ cấp và củadòng điện pha cuộn sơ cấp trên một cột MBA bằng 0:Np . ip = Ns . isσ(L→∞)Is ( AV ) = Id/3Np = Ns⇒i1sσ = i1s – Id/3 = i1pi2sσ = i2s – Id/3 = i2pi3sσ = i3s – Id/3 = i3pDòng tiêu thụ từ lướii1L = i3p – i1pi2L = i1p – i2pi3L = i2p – i3pi1Li2Li1Pi2Pi1SV1i3LV2i3Pi2Si3STẢIudV3idH2.20-Xét trường hợp máy biến áp mắc dạng Y/Y , lúc đó iiL = i1pXét mạch cầu đơn giản hơn vì Is( AV ) = 0.3. Công suất biểu kiến:Công suất đònh mức cho MBA cho bởi hệ thứcS tN =vớiS p + Ss2= K t .PdNSp : Công suất đònh mức cuộn sơ cấpSs: Công suất đònh mức cuộn thứ cấpPdN: Công suất tiêu thụ đònh mức DC của tải52