CHƯƠNG I: MẠCH CHỈNH LƯU 1 PHA NỬA CHU KÌ CÓ ĐIỀU KHIỂN

1. Trang chủ >
2. Kỹ Thuật - Công Nghệ >
3. Điện - Điện tử >

CHƯƠNG I: MẠCH CHỈNH LƯU 1 PHA NỬA CHU KÌ CÓ ĐIỀU KHIỂN

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.18 MB, 39 trang )

Khoa: Điện – Điện TửPage 5Khoa: Điện – Điện TửHình 1.1: Một số sơ đồ chỉnh lưu thường gặpTrong thực tế các mạch chỉnh lưu có nhiều loại và khá đa dạng về hình dángcũng như tính năng. Tuy nhiên về cơ bản cấu trúc trong bộ biến đổi thường cóbộ phận sau:Page 6cácKhoa: Điện – Điện Tử+ Biến áp nguồn nhằm biến đổi điện áp từ cao xuống thấp hoặc ngược lại.+ Van côngsuất chỉnh lưu, các van này có nhiệm vụ biến đổi nguồn điện xoaychiều thành nguồn một chiều.+ Mạch lọc nhằm lọc và san phẳng dòng điện hay điện áp nguồn để mạchchỉnh lưu có chất lượng tốt hơn.+ Mạch đo lường trong bộ chỉnh lưu thường dùng để đo dòng điện, điện áp,công suất.+ Mạch điều khiển là bộ phận rất quan trọng trong các bộ chỉnh lưu có điềukhiển,nó quyết định độ chính xác, ổn định và chất lượng bộ chỉnh lưu.+ Phụ tải của mạch chỉnh lưu thường là phần ứng động cơ điện một chiều, kích từmáy điện một chiều, xoay chiều, cuộn hút nam châm điện, các tải có sức điện độngE, đôi khi tải là các đèn chiếu sáng hay các điện trở tạo nhiệt...vv.Dưới đây minhhọa sơ đồ cấu trúc của một bộ chỉnh lưu:Hình 1.2:Sơ đồ cấu trúc của một bộ chỉnh lưu1.2 Các nguyên tắc điều khiển mạch chỉnh lưu1.2.1 Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng (ARCOS)Theo nguyên tắc này người ta dùng 2 điện áp:-Điện áp đồng bộ UR vượt trước điện áp anot- catot thyristor một góc bằng π /2(nếu UAK = A. sin ωt thì UR = B.cos ωt ).Page 7URKhoa: Điện – Điện Tử0-Điện áp điều chỉnh U C là điện áp một chiều có thể điều chỉnh được biên độtheo hai hướng (dương và âm).URHình 1.3: Giản đồ điện ápTrên hình vẽ đường nét đứt là điện áp anot-catot của Thyristor. Từ điện áp nàyngười ta tạo ra UR. Tổng đại số (UR + UC) được đưa đến đầu vào khâu so sánh.khi(UR + UC) = 0 ta nhận được một xung ở đầu ra của khâu so sánh.UCUC ± B.cos α = 0 do đó α = arccos( B )−Người ta lấy: B= UC max thì:- Khi UC = 0 thì α = πUC- Khi UC = UC max thì α = 0αωt(UR +UC)Vậy khi cho UC biến thiên từ – UC max đến +UC max thì α biến thiên từ 0 ÷ πNguyên tắc điều khiển thẳng đứng arcos được sử dụng trong các thiết bị chỉnh lưuđòi hỏi chất lượng cao.1.2.2 Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tínhTheo nguyên tắc này người ta dùng 2 điện áp.+ Điện áp đồng bộ (Ur có dạng răngcưa ) đồng bộ với điện áp trên A-K của thyristor+ Điện áp điều khiển (UC là điệnáp một chiều ) có thể điều chỉnh biên độ.Page 8Khoa: Điện – Điện TửHình 1.4: Dạng đồ thị điện áp đồng bộDạng đồ thị điện áp đồng bộ Ur điện áp điều khiển UC được trình bày trên hình 1.4như vậy bằng cách thay đổi giá trị của UC ta có thể điều chỉnh được góc α.Khi UC = 0 ta có α = 0Khi Uc < 0 ta có α > 0Vậy ta có mối quan hệ giữa α và Uc như sau : α = πNên ta lấy1.3 Các mạch chỉnh lưu ứng với các tải1.3.1 Tải Ra. Sơ đồ nguyên lý:Hình 1.5: Sơ đồ nguyên lý và dạng sóng dòng điện,điện ápPage 9Khoa: Điện – Điện Tửb. Nguyên lý làm việc:-Giả sử mạch đang làm việc ở chế độ xác lập, lý tưởng, điện áp phía thứ cấpu2 = 2 U2 sin t và góc điều khiển α = π/6- Trong khoảng t = 0 đến α, có u2> 0, và uT> 0, tuy nhiên T vẫn chưa do chưa cóxung điều khiển mở- Khi đó ta có:uT = u2; ud = 0; iT = id= 0. - Đến thời điểm t = α, phát xung điềukhiển mở van T, lúc này T có đủ haiđiều kiện kích mở nên dẫn điện. Ta có:ud = u2; uT = 0; iT = id .- Đến thời điểm t = π, u2 = 0 và có xu hướng âm. Lúc này van T bị phân cực ngượcnên khoá và. Như vậy trong khoảng t = π đến 2π, ta có:uT = u2; ud = 0; iT = id= 0.- Đến thời điểm t= 2π, u2 = 0 và có xu hướng dương dần, van T được đặt điện ápthuận tuy nhiên van T vẫn chưa dẫn , do chưa có xung điều khiển kích mở. Nhưvậy trong khoảng t= 2π đến 2π + , ta có:uT = u2; ud = 0; iT = id= 0.- Đến thời điểm t = 2π + , phát xung điều khiển mở van T, lúc này T dẫnđiện. Ta có:ud = u2; uT = 0; iT = id- Các chu kỳ sau nguyên lý hoạt động tương tự.c. Một số biểu thức tính toán-Điện áp trung bình trên tảiUU2 sin tdt(1+cos)-Dòngđiệntrungbìnhqua(1+cos- Dòng điện hiệu dụng qua Thyristordt-Điện áp thuận lớn nhất trên van TPage 10tảivàThyristorKhoa: Điện – Điện Tử- Điện áp ngược lớn nhất trên van T1.3.2 Tải R+La. Sơ đồ nguyên lý:Hình 1.6:Sơ đồ nguyên lý và dạng sóng dòng điện, điện ápb) nguyên lý hoạt độnggiả sử mạch làm việc lý tưởngTrong khoảng t = 0 đến α, có u2> 0, và uT> 0, tuy nhiên T vẫn chưa dẫn, do chưacó xung điều khiển, khi đó: u T = u2; ud = 0; iT = id= 0. Đến thời điểm t = α khi đócó xung điều khiển cấp vào cực G của thyristor T nên T dẫn cho dòng điện chảy quamạch, khi đó: ud = u2; uT = 0; iT = id. Do tải có tính chất điện cảm nên đến thờiđiểm t = π khi đó van T không khóa mà tiếp tục dẫn đến thời điểm t = λ (λ: góc tắt dòng).Góc tắt dòng này phụ thuộc vào giá trị của điện cảm, dòng điệnqua tải và thời gian tích lũynăng lượng. Từ thời điểm t > λ đến t < 2π + α khi đó van T không dẫn nên: uT = u2;Page 11Khoa: Điện – Điện Tửud = 0; iT = id= 0. Cho đến thời điểm t = 2π + α lúc này lại có xung điều khiển cấpvào cực G của T nên T dẫn quá trình xẩy ra tương tự thời điểm t = α ở chu kỳ trước.-Các chu kỳ sau nguyên lý hoạt động tương tự.Trong mạch ta nhận thấy khi có điện áp tải dòng điện i d không tăng đột biếnmà tăng dần từ không đến giá trị cực đại sau giảm dần về không. Sự biến thiênnhư vậy là do tác động của tải điện cảm sinh ra sức điện động e = − Ldi làm dòngđiện chậm dt pha so với điện áp nguồn. Điều này là cơ sở lý luận giả thích tại saothyristor T lại dẫn qua điểm θ = π.c. Một số biểu thức tính toán- Dòng điện trung bình qua tải:Dòng điện qua tải xuất hiện khi van T dẫn khi đó ta có:+id R = 2.U2 sin t (PT1)Đây là phương trình vi phân không thuần nhất có dạngnghiệmid = icb + itdTrong đóvới1.3.3 Tải R+L(L)a. Sơ đồ nguyên lýVới mạch tải L có giá trị rất lớn thông thường phải mắc một diode hoàn nănglượng song song ngược với tải để bảo vệ van công suất chính và duy trì dòng điệntải.Page 12Khoa: Điện – Điện TửHình 1.7: Sơ đồ nguyên lý và dạng sóng dòng điện, điện ápb. Nguyên lý làm việc:- Giả sử mạch đang làm việc ở chế độ xác lập, lý tưởng cuộn cảm tải Ld = ∞ ,điện áp phía thứ cấp u2 =2 U2 sin t và góc điều khiển α = π/6- Trong khoảng t = 0 đến α, có u2> 0, và uT> 0, tuy nhiên T vẫn chưa dẫn,do chưa có xung điều khiển mở. Khi đó ta có:uT = u2; uD0 = 0; ud = 0; iD0 =iT=id=0- Đến thời điểm t = α, phát xung điều khiển mở van T, lúc này T có đủ haiđiều kiện kích mở nên dẫn điện. Ta có:uT = 0; uD0 = -u2; ud= u2> 0; iD0 = 0; iT = id- Đến thời điểm t = π, u2 = 0 và có xu hướng âm. Lúc này van T bị phânPage 13Khoa: Điện – Điện Tửcực ngược nên khoá và, - u2 = 0 và có xu hướng dương dần, kết hợp sđđ e do cuộncảm tạo ra làm van D0 dẫn điện. Như vậy trong khoảng t = π đến 2π, ta có:uT = u2< 0; ud = 0; id = iD0; iT = 0.- Đến thời điểm t= 2π, u2 = 0 và có xu hướng dương dần, van T được đặt điện ápthuận tuy nhiên van T vẫn chưa dẫn , do chưa có xung điều khiển kích mở, cònD0 vẫn dẫn do sđđ e ở cuộn cảm tải tạo ra. Như vậy trong khoảng t= 2π đến 2π+ ,ta có:uT = u2> 0; ud = uD0; id = iD 0; iT = 0.- Đến thời điểm t = 2π + , phát xung điều khiển mở van T, lúc này T dẫnđiện, còn D0 khoá. Ta có:uT = 0; ud = u2> 0; uD0= -u2; iT = id; 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-Dòng điện trung bình qua Thyristor-Dòng điện trung bình qua Diode DDòng điện hiệu dụngqua Thyristor-Dòng điện hiệu dụngqua Diode D-Điện áp thuận lớn nhất trên van TĐiện áp ngược lớn nhất trên van T và DPage 14Khoa: Điện – Điện Tử1.3.4 Tải R+Ea. Sơ đồ nguyên lý:Hình 1.8: Sơ đồ nguyên lý và dạng sóng dòng điện, điện ápb. Nguyên lý làm việc- Diode D chỉ cho dòng điện qua tải khi Dòng chỉ tồn tại trong khoảng và là 2nghiệm của phương trình sau:=EKhi diode dẫn dòng thì biểu thức của dòng điện qua tải khi đó:Xét điều kiện lý tưởng khi diode cho dòng chảy qua thì điện áp đặt lên 2 đầu diodelà .Còn khi diode D bị khóa ta có phương trình:(Lúc này coi R. =0vì dòng điện qua tải rất nhỏ.)Do đó điện áp đặt lên diode D là:=Về nguyên lý làm việc của mạch có thể mô tả chi tiết như sau:Giả sửmạch làm việcở chế độ xác lập, lý tưởng với 0