Hai Duong Vocational Training College CHƯƠNG 2 CHỈNH LƯU 2.1. Giới thiệu chung 2.1.1. Cấu trúc mạch chỉnh lưu Chỉnh lưu là quá trình biến đổi năng lượng dòng xoay chiều thành năng lượng dòng một chiều. 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 trên hình 2.1. Hình 2.1. Sơ đồ cấu trúc của mạch chỉnh lưu Trong sơ đồ MBA làm hai nhiệm vụ chính là: - Chuyển từ điện áp của lưới điện xoay chiều U 1 sang điện áp U 2 thích hợp với yêu cầu của tải. Tuỳ theo tải mà MBA 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 yêu cầu số pha là 6,12… Mạch van là các van bán dẫn được mắc theo cách nào đó để có thể tiến hành quá trình chỉnh lưu. Mạch lọc nhằm đảm bảo điện áp (hoặc dòng điện) một chiều cấp cho tải là bằng phẳng theo yêu cầu. 2.1.2. Phân loại Chỉnh lưu được phân loại theo một số cách sau đây: - Phân loại theo số pha nguồn cấp cho mạch van: một pha, hai pha, ba pha, sáu pha… - Phân loại theo loại van bán dẫn trong mạch van: Hiện nay chủ yếu dùng Thysistor và điốt, vì thế có ba loại mạch sau: + Mạch van dùng toàn điốt, gọi là chỉnh lưu không điều khiển; + Mạch van dùng toàn Thysistor, gọi là chỉnh lưu điều khiển; 1 Hai Duong Vocational Training College + Mạch van dùng cả hai loại Thysistor và điốt, gọi là chỉnh lưu bán điều khiển; - Phân loại theo sơ đồ mắc các van với nhau. Có hai kiểu mắc van: + Sơ đồ hình tia: Ở sơ đồ này số lượng van sẽ bằng số pha nguồn cấp cho mạch van. Tất cả các van đều đấu chung một đầu nào đó với nhau - hoặc catốt chung, hoặc Anốt chung. + Sơ đồ cầu: Ở sơ đồ này số lượng van nhiều gấp đôi số pha nguồn cấp cho mạch van. Trong đó một nửa mắc chung nhau catốt, nửa kia mắc chung nhau Anốt. 2.1.3. Các tham số cơ bản của mạch chỉnh lưu Các tham số này dùng để đánh giá các chỉ tiêu kỹ thuật trong phân tích mạch chỉnh lưu. - Về phía tải: + U d : giá trị trung bình của điện áp nhận được ngay sau mạch van chỉnh lưu: ∫∫ == π θθ π 2 00 )( 2 1 )( 1 dudttu T U d T dd + I d : giá trị dòng trung bình của dòng điện từ mạch van cấp ra: ∫ = π θθ π 2 0 )( 2 1 diI dd + P d là công suất một chiều mà tải nhận được từ mạch chỉnh lưu: P d = U d .I d - Về phía van + Giá trị dòng trung bình của dòng điện chảy qua van: I V ; + U ngmax : điện áp ngược cực đại mà van chịu được khi làm việc - Về phía nguồn: + Công suất biểu kiến của MBA: S mba - Ngoài ra còn có hệ số đập mạch: d dm U U k 2 = 2 Hai Duong Vocational Training College với U d : điện áp trung bình chỉnh lưu; U 2 : điện áp hiệu dụng của nguồn; 2.1.4. Luật dẫn của van a, Nhóm van đấu Catốt chung Van có khả năng dẫn là van có điện thế Anốt của nó dương nhất trong nhóm, tuy nhiên nó chỉ dẫn được nếu điện thế của anốt này dương hơn điện thế ở điểm Catốt chung φ KC . Thí dụ ở thời điểm hiện tại ta có: φ A1 > φ A2 > φ A3 > > φ An và đồng thời φ A1 > φ KC thì van D 1 sẽ dẫn. Lúc đó nếu coi sụt áp trên van bằng 0 thì khi D 1 dẫn ta thấy φ KC = φ A1 . Điều này dẫn đến điện áp trên các van còn lại sẽ âm: φ AK2 = φ A2 - φ KC = φ A2 – φ A1 < 0 φ AKn = φ An - φ KC = φ An – φ A1 < 0 Như vậy các van còn lại sẽ khoá không dẫn được. b, Nhóm van đấu Anốt chung Van có khả năng dẫn là van có điện thế Katốt của nó âm nhất trong nhóm, tuy nhiên nó chỉ dẫn được nếu điện thế này âm hơn điện thế ở điểm anốt chung φ AC . 2.2. Chỉnh lưu không điều khiển 2.2.1. Chỉnh lưu một pha nửa chu kỳ a, Sơ đồ nguyên lý 3 Hai Duong Vocational Training College Hình 2.3. Sơ đồ nguyên lý và giản đồ thời gian của mạch chỉnh lưu một pha nửa chu kỳ với tải trở R b, Nguyên lý làm việc Mạch van chỉ có một van duy nhất là Điốt D. Do vậy ở nửa chu kỳ đầu (0 ÷ π) khi điện áp đặt vào mạch van u 2 > 0, điốt được phân cực thuận nên dẫn. Vì coi ΔU D = 0 nên u d = u 2 . Ở nửa chu kỳ sau: (π ÷ 2π) điện áp u 2 đảo dấu nên D khoá lại, vì thế u d = 0. Như vậy điện áp chỉnh lưu nhận được trên tải là: 22 0 2 2 0 45.0 2 )sin(2 2 1 )( 2 1 UUtdtUtdtuU dd ==== ∫∫ π ωω π ωω π ππ Vì tải thuần trở nên: R U I d d = Điện áp ngược cực đại đặt lên điốt là: U ng.max = U 2m = 2 2U 2.2.2. Chỉnh lưu một pha hai nửa chu kỳ có điểm giữa Thực chất, theo phân loại thì đây là mạch chỉnh lưu hình tia hai pha, vì biến áp đã biến điện áp một pha ở sơ cấp u 1 thành hai điện áp ngược pha nhau 180 0 ở thứ cấp u ’ 2 và u ’’ 2 . Ở mạch van này các điốt D 1 , D 2 đấu theo kiểu catốt chung, vì vậy chúng sẽ làm việc theo luật dẫn 1 trong đó Anốt của D 1 nối với u ’ 2 , còn Anốt của D 2 nối với điện áp u ’’ 2 . Vì vậy trong khoảng (0 ÷ π), điốt D 1 dẫn do u ’ 2 > u ’’ 2 , còn trong khoảng (π ÷ 2π) thì D 2 dẫn do u ’’ 2 > u ’ 2 . Do đó điện áp chỉnh lưu u d sẽ có dạng như hình 2.4.b: 4 Hai Duong Vocational Training College Hình 2.5. Sơ đồ nguyên lý và giản đồ thời gian của mạch chỉnh lưu một pha hai nửa chu kỳ với tải trở R Điện áp chỉnh lưu nhận được trên tải là: 22 0 2 2 0 9.0 22 )sin(2 2 2 )( 2 1 UUtdtUtdtuU dd ==== ∫∫ π ωω π ωω π ππ Vì tải thuần trở nên: R U I d d = Xét điện áp ngược cực đại đặt lên điốt: Khi D 1 dẫn, D 2 khoá: ta có điện áp đặt lên van D 2 là: u D2 = u ’’ 2 - u ’ 2 = 2 U 2 sin(ωt – 180 0 ) - 2 U 2 sin(ωt) = 2 2 U 2 sin(ωt – 180 0 ) Nên điện áp cực đại đặt lên van là: 2 2 U 2 2.2.3. Chỉnh lưu cầu một pha a, Sơ đồ nguyên lý 5 Hai Duong Vocational Training College Hình 2.6. Sơ đồ nguyên lý và giản đồ thời gian mạch chỉnh lưu cầu một pha b, Nguyên lý làm việc Ở nửa chu kỳ đầu (0 ÷ π) D 1 và D 2 được phân cực thuận nên mở, còn hai van D 3 và D 4 bị phân cực ngược nên bị khoá lại. Do hai van D 1 và D 2 cùng mở nên sụt áp trên chúng giảm về 0 và ta có u 2 = u d ; u D3 = u D4 = - u 2 ; u D1 = u D2 = 0; i D1 = i D2 = I d ; i D3 = i D4 = 0. Đến nửa chu kỳ sau (π ÷ 2π) D 1 và D 2 phân cực ngược nên khoá lại, còn hai van D 3 và D 4 được phân cực thuận nên mở. Do hai van D 3 và D 4 cùng mở nên sụt áp trên chúng giảm về 0 và ta có u 2 = u d ; u D3 = u D4 = 0; u D1 = u D2 = - u 2 ; i D1 = i D2 = 0; i D3 = i D4 = I d . c, Biểu thức điện áp 22 0 2 0 9.0 22 )sin(2 2 2 )( 2 1 UUtdtUtdtuU t dd ==== ∫∫ π ωω π ωω π π Vì tải thuần trở nên: R U I d d = Điện áp ngược cực đại đặt lên điốt là: U ng.max = U 2m = 2 2U 2.2.3. Mạch chỉnh lưu hình tia ba pha a) Sơ đồ nguyên lý 6 Hai Duong Vocational Training College Hình 2.7. Sơ đồ nguyên lý của mạch chỉnh lưu hình tia ba pha không điều khiển b, Nguyên lý làm việc Mạch chỉnh lưu gồm 3 Đi ốt mắc theo kiểu Ca tốt chung nên các đi ốt sẽ dẫn dòng khi điện thế tại A nốt là dương nhất. Giả thiết rằng L d là vô cùng lớn. Giả sử rằng trong khoảng thời gian trước ωt = π/6 thì D 3 đang dẫn dòng, các van khác ở trạng thái khóa. Trong khoảng thời gian ωt = π/6 ÷ ωt = 5π/6: u a > 0 D 1 mở và u D1 giảm về 0. Do u D1 = 0 nên u d = u a và từ sơ đồ ta xác định được điện áp đặt trên D 3 là u D3 = u c – u a = u ca < 0 tức là D 3 bị đặt điện áp ngược nên khóa lại, van D 2 thì vẫn bị khóa. Do vậy ta có: u d = u a ; i D2 = i D3 = 0; u D1 = 0; u D2 = u ba ; u D3 = u ca Từ ωt = 5π/6 ÷ ωt = 9π/6 thì u b là dương nhất, khi đó D 2 được đặt điện áp thuận vì u ba > 0. D 2 được đặt áp thuận nên mở và u D2 giảm về 0. Do u D2 = 0 nên u d = u b và u D1 = u a – u b = u ab < 0 tức là D 1 bị đặt áp ngược nên khóa lại, van D 2 vẫn bị khóa. Ta có các biểu thức: u d = u b ; i D3 = i D1 = 0; u D2 = 0; u D1 = u ab ; u D3 = u cb 7 Hai Duong Vocational Training College Hình 2.8. Giản đồ thời gian của mạch chỉnh lưu hình tia ba pha không ĐK Từ ωt = 9π/6 thì u c là dương nhất, khi đó D 3 được đặt điện áp thuận vì u cb > 0. D 3 được đặt áp thuận nên mở và u D3 giảm về 0. Do u D3 = 0 nên u d = u c và u D2 = u b – u c = u bc < 0 tức là D 2 bị đặt áp ngược nên khóa lại, van D 1 vẫn bị khóa. Ta có các biểu thức: u d = u c ; i D2 = i D1 = 0; u D3 = 0; u D2 = u bc ; u D1 = u ac 8 Hai Duong Vocational Training College c, Biểu thức điện áp 22 6/5 6/ 2 17.1 2 63 )sin(2 3/2 1 UUtdtUU d === ∫ π ωω π π π 2.2.4. Mạch chỉnh lưu cầu ba pha không điều khiển a, Sơ đồ nguyên lý Hình 2.9. Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lưu cầu ba pha không ĐK b, Nguyên lý làm việc Mạch van gồm hai nhóm: - Các đi ốt D 1 , D 3 , D 5 đấu ca tốt chung nên: + D 1 dẫn khi u a dương nhất; + D 3 dẫn khi u b dương nhất; + D 5 dẫn khi u c dương nhất; - Các đi ốt D 2 , D 4 , D 6 đấu Anốt chung nên: + D 2 dẫn khi u c âm nhất; + D 4 dẫn khi u a âm nhất; + D 6 dẫn khi u b âm nhất; - Trong khoảng thời gian v1: u c dương nhất và u b âm nhất nên D 5 và D 6 đang dẫn dòng: I D1 = I D2 = I D3 = I D4 = 0; i D5 = i D6 = i d = I d u D1 = u ac ; u D2 = u D3 = u bc ; u D4 = u ba ; u D5 = u D6 = 0. - Trong khoảng thời gian v2: u a dương nhất và u b âm nhất nên D 1 và D 6 cùng dẫn dòng: I D2 = I D3 = I D4 = I D5 = 0; i D1 = i D6 = i d = I d 9 Hai Duong Vocational Training College u D2 = u bc ; u D3 = u D4 = u ba ; u D5 = u ca ; u D1 = u D6 = 0. Hình 2.10. Giản đồ thời gian của mạch chỉnh lưu cầu ba pha không ĐK 10 [...]... b, Nguyên lý làm việc Ở nửa chu kỳ đầu (0 ÷ π) điện áp u2 > 0: T1, T2 được đặt điện áp thuận tại thời điểm ωt = α ta phát xung mở van T1, T2 thì T1 và T2 sẽ dẫn, khi đó: UT1 = UT2 = 0 Còn van T3 và T4 đặt điện áp ngược nên sẽ bị khoá lại Ở nửa chu kỳ sau (π ÷ 2π) điện áp u2 < 0: T1, T2 bị đặt điện áp ngược nên bị khoá lại Khi đó hai van T 3 và T4 được đặt điện áp thuận, nếu tại thời điểm ωt = π + α ta... khi điện áp đặt vào mạch van u 2 > 0, Thysistor được phân cực thuận, tại thời điểm ωt = α, ta phát xung mở van thì Thysistor sẽ dẫn Vì coi ΔU T = 0 nên ud = u2 Ở nửa chu kỳ sau: (π ÷ 2π) điện áp u 2 đảo dấu nên T khoá lại, vì thế ud = 0 Như vậy điện áp chỉnh lưu nhận được trên tải là: UT = 1 2π 2π ∫ u d (ωt )dωt = α Vì tải thuần trở nên: I d = 1 2π π ∫ α 2U 2 sin(ωt )dωt = 2 U 2 (1 + cos α ) 2π Ud R Điện. .. 3 đang dẫn dòng, các van khác ở trạng thái khóa Tại thời điểm ωt = π/6 ua > 0, T1 được đặt điện áp thuận Tại ωt = π/6 + α ta phát xung mở van T1, van T1 đủ hai điều kiện nên mở và uT1 giảm về 0 Do uT1 = 0 nên ud = ua và từ sơ đồ ta xác định được điện áp đặt trên T 3 là uT3 = uc – ua = uca < 0 tức là T3 bị đặt điện áp ngược nên khóa lại, van T2 thì vẫn bị khóa Do vậy ta có: ud = ua; iT2 = iT3 = 0; uT1... T4 thì hai van này sẽ dẫn, UT3 = UT4 = 0 c, Giản đồ thời gian 13 Hai Duong Vocational Training College Hình 2.13 Giản đồ thời gian của mạch chỉnh lưu cầu một pha điều khiển hoàn toàn c, Biểu thức điện áp π - Điện áp trên tải: U dα U 1 = ∫ U 2 max sin ωtdωt = 2 max (1 + cos α ) πα π 2.3.3 Mạch chỉnh lưu hình tia ba pha Hình 2.14 Sơ đồ nguyên lý của mạch chỉnh lưu hình tia ba pha có ĐK 14 Hai Duong Vocational... dẫn dòng: ID6 = ID1 = ID2 = ID3 = 0; iD4 = iD5 = id = Id uD6 = uab; uD1 = uD2 = uac; uD3 = ubc; uD4 = uD5 = 0 Từ khoảng thời gian v6, mạch hoạt động lặp lại; c, Giản đồ thời gian Hình 2.10 d, Biểu thức điện áp 1 π /2 1 π /2 0 Ud = ∫/ 6(ua − ub )dωt = 2π / 6 π∫/ 6( 2U 2 [sin ωt − sin(ωt − 120 )]dωt =2.34U 2 2π / 6 π 2.3 Các mạch chỉnh lưu có điều khiển 2.3.1 Mạch chỉnh lưu hình tia một pha a, Sơ đồ nguyên... uT2 = ub – uc = ubc < 0 tức là T2 bị đặt áp ngược nên khóa lại, van T1 vẫn bị khóa Ta có các biểu thức: ud = ub; iT2 = iT1 = 0; uT3 = 0; uT1 = uac; uT2 = ubc c, Giản đồ thời gian Hình 2.15 d, Biểu thức điện áp Ud = 1 5π / 6+α 3 6 ∫+α 2U 2 sin(ωt )dωt = 2π U 2 cos α 2π / 3 π / 6 15 Hai Duong Vocational Training College Hình 2.15 Giản đồ thời gian của mạch chỉnh lưu hình tia ba pha có ĐK 2.3.4 Mạch chỉnh... ua = uca; IT6 = IT1 = IT2 = IT3 = 0; iT4 = iT5 = id = Id uT6 = uab; uT1 = uT2 = uac; uT3 = ubc; uT4 = uT5 = 0 Từ khoảng thời gian v6, mạch hoạt động lặp lại c, Giản đồ thời gian Hình 2.17 d, Biểu thức điện áp 1 π / 2+α 1 π / 2+α 0 Ud = ∫+(αu a − ub )dωt = 2π / 6 π / ∫+(α 2U 2 [sin ωt − sin(ωt − 120 )]dωt = 2π / 6 π / 6 6 = 2.34U 2 cos α 18 Hai Duong Vocational Training College Hình 2.17 Giản đồ thời . biến đổi năng lượng dòng xoay chiều thành năng lượng dòng một chiều. 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. ra: ∫ = π θθ π 2 0 )( 2 1 diI dd + P d là công suất một chiều mà tải nhận được từ mạch chỉnh lưu: P d = U d .I d - Về phía van + Giá trị dòng trung bình của dòng điện chảy qua van: I V ; + U ngmax : điện áp ngược cực. phía nguồn: + Công suất biểu kiến của MBA: S mba - Ngoài ra còn có hệ số đập mạch: d dm U U k 2 = 2 Hai Duong Vocational Training College với U d : điện áp trung bình chỉnh lưu; U 2 : điện áp hiệu