ĐHBK TPHCM – KHOA ĐIỆN & ĐIỆN TỬ – BỘ MÔN CCĐ & ĐKH –GV : TS Phan Quốc Dũng CHƯƠNG II: BỘ CHỈNH LƯU I TỔNG QUÁT : 1.Chức chỉnh lưu ứng dụng: a Chức năng: Biến đổi dòng điện xoay chiều pha, ba pha thành dòng chiều b Ứng dụng: - Truyền động động điện chiều có điều khiển (công suất đến hàng MW) - Nguồn cho mạch kích từ máy phát điện - Các hệ thống giao thông dùng điện chiều - Công nghệ luyện kim màu, công nghệ hóa học - Thiết bò hàn điện chiều, mạ kim loại, nạp điện acquy - Là phận thiết bò biến tần Phân loại: Các dạng chỉnh lưu phân loại theo : a Tính điều khiển - Bộ chỉnh lưu không điều khiển ( dùng toàn diode cấu hình mạch động lực) - 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 ) - Bộ chỉnh lưu mạch cầu ( gồm khóa công suất nhóm Cathode + nhóm Anode ) - Bộ chỉnh lưu ghép nối tiếp, song song - Bộ chỉnh lưu kép H2.1 Bộ chỉnh lưu mạch tia 28 ĐHBK TPHCM – KHOA ĐIỆN & ĐIỆN TỬ – BỘ MÔN CCĐ & ĐKH –GV : TS Phan Quốc Dũng c Theo số pha: - Bộ chỉnh lưu pha - Bộ chỉnh lưu ba pha - Bộ chỉnh lưu nhiều pha H2.2 Bộ chỉnh lưu dạng cầu II BỘ CHỈNH LƯU (BCL) MẠCH TIA BA PHA KHÔNG ĐIỀU KHIỂN Sơ đồ mạch: Gồm nguồn xoay chiều ba pha, ba diode công suất, tải chiều tổng quát R,L,E H2.3 Sơ đồ nguyên lý chỉnh lưu tia ba pha không điều khiển Các giả thiết khảo sát BCL: - Nguồn áp lý tưởng ( áp hài bản, hệ thống nguồn xoay chiều ba pha cân bằng, đối xứng, điện trở nguồn ) - Các linh kiện bán dẫn lý tưởng - Các dây nối phận khác mạch lý tưởng Nguồn: Điện áp pha có phương trình : 29 ĐHBK TPHCM – KHOA ĐIỆN & ĐIỆN TỬ – BỘ MÔN CCĐ & ĐKH –GV : TS Phan Quốc Dũng u1 = U m sin (ωt ); ( ); sin (ωt − 4π ) u = U m sin ωt − 2π u3 = U m (2.1) với Um –biên độ áp pha nguồn, ω = 2πf với f – tần số áp nguồn Phân tích : Giả thiết dòng tải liên tục mạch trạng thái xác lập Trình tự tiến hành phân tích BCL : - Xác đònh trình tự đóng ngắt khóa diode chu kỳ áp nguồn - Thiết lập phương trình trạng thái áp, dòng cho tải, linh kiện, nguồn - Dựng giản đồ áp dòng xác lập cho tải, linh kiện, nguồn - Các hệ thức, hệ xác lập tải, linh kiện, nguồn 4.1.Trình tự đóng ngắt khoá Diode: Xét xem diode dẫn khoảng XY = [ π/6, 5π/6 ] Điều kiện : diode dẫn, diode lại ngắt - Giả sử V2 đóng, V1, V3 ngắt ⇒ uV2 = p rơi V1: uV1 = u1 – u2 > ⇒ V1 dẫn ⇒ mâu thuẫn với giả thiết ⇒ V2 đóng khoảng - Giả sử V3 đóng, V1, V2 ngắt : ⇒ uV3 = , uV1 = u1 – u3 >= ⇒ V1 dẫn ⇒ mâu thuẩn với giả thiết ⇒ V3 đóng khoảng uV2 = u2 – u1 < ⇒ V2 ngắt ⇒ V1 đóng Ta có : uV1 = , uV3 = u3 – u1 < ⇒ V3 ngắt Kết luận : Vậy khoảng [ π/6, 5π/6 ] V1 dẫn , V2, V3 ngắt ⎡π 2π 5π 2π ⎤ ⎡π 4π 5π 4π ⎤ , V2 dẫn, V1, V3 ngắt Chứng minh tương tự ⇒ khoảng ⎢ + ÷ + ⎥⎦ ⎣6 , V3 dẫn, V1, V2 ngắt ⇒ khoảng ⎢ + ÷ + ⎥⎦ ⎣6 Như trình tự đóng ngắt khóa V1, V2, V3, … Kết luận : Pha có giá trò áp tức thời lớn diode pha dẫn , diode lại ngắt 4.2.Phương trình trạng thái áp dòng: Khi V1 dẫn ⎧uV = ⎨ ⎩iV = id 30 ĐHBK TPHCM – KHOA ĐIỆN & ĐIỆN TỬ – BỘ MÔN CCĐ & ĐKH –GV : TS Phan Quốc Dũng ⎧uV = u2 − u1 ⎨ ⎩iV = (2.2) ⎧u V = u − u1 ⎨ ⎩iV = Khi V2 dẫn ⎧uV = ⎨ ⎩iV = id ⎧uV = u1 − u ⎨ ⎩iV = (2.3) ⎧uV = u − u ⎨ ⎩iV = Khi V3 dẫn ⎧uV = ⎨ ⎩iV = id ⎧uV = u1 − u ⎨ ⎩iV = (2.4) ⎧uV = u − u ⎨ ⎩iV = ⇒ p ngược lớn mà diode phải chòu U RWM = 3U m = 6U (2.5) 4.3.Đồ thò phân tích xác lập: Giả thiết cảm kháng tải L vô lớn nên xem id nắn phẳng Id = const Giản đồ áp dòng chỉnh lưu (trên tải), áp dòng qua linh kiện trình bày H2.3b 31 ĐHBK TPHCM – KHOA ĐIỆN & ĐIỆN TỬ – BỘ MÔN CCĐ & ĐKH –GV : TS Phan Quốc Dũng H2.3b Giản đồ áp ud dòng chỉnh lưu id, áp linh kiện uV1 dòng qua linh kiện iV1, iV2, iV3 4.4 Các hệ thức: ¾ Tải : Áp chỉnh lưu có dạng xung chu kỳ áp nguồn, BCL gọi chỉnh lưu xung Tần số hài áp chỉnh lưu lần tần số áp nguồn f σ (1) = f s p = f s , với p số xung chỉnh lưu (2.6) Trò trung bình áp chỉnh lưu (áp tải) Ud = 2π 5π / ∫U π m sin ωtd (ωt ) = /6 3 Um = U 2π 2π (2.7) Với U : Trò hiệu dụng áp pha nguồn Trò trung bình dòng chỉnh lưu Id = Ud − E R (2.8) ¾ Linh kiện : Để tính toán chọn linh kiện, cần phải xác đònh thông số sau: Áp ngược lớn mà diode phải chòu: xem (H2.3) , công thức (2.5) U RWM = 6U Dòng trung bình qua linh kiện : diode dẫn 1/3 chu kỳ áp nguồn (1200) (H2.3) I dV = Id Để đònh mức linh kiện : U RRM ≥ K u U RWM • p với Ku = 2.5 ÷ 3.5 : hệ số an toàn áp • Dòng I d ( AV ) ≥ K i I dV 32 (2.9) (2.10) (2.11) ĐHBK TPHCM – KHOA ĐIỆN & ĐIỆN TỬ – BỘ MÔN CCĐ & ĐKH –GV : TS Phan Quốc Dũng với Ki > : hệ số an toàn dòng ¾ Nguồn: Trong trường hợp dòng qua pha nguồn dòng qua linh kiện Trò hiệu dụng dòng nguồn I1 = 2π 5π / ∫I π d dωt = /6 Id (2.12) III BỘ CHỈNH LƯU TIA BA PHA ĐIỀU KHIỂN Sơ đồ mạch: Cấu hình mạch động lực chỉnh lưu tia ba pha điều khiển gồm nguồn xoay chiều ba pha dạng sao, thyristor tải chiều Các khối điều khiển đưa xung điều khiển kích đóng thyristor Các thyristor điều khiển giá trò điện áp ngõ chỉnh lưu H2.4 Sơ đồ nguyên lý chỉnh lưu tia ba pha điều khiển Các giả thiết: ( tương tự phần II.2) Phân tích: a Góc điều khiển α : Nếu xung điều khiển thyristor đưa vào trễ so với góc mà vò trí diode đóng, góc trễ gọi góc điều khiển α hay góc trễ trình chuyển mạch Giá trò α phụ thuộc vào thời điểm gởi tín hiệu điều khiển Trạng thái áp dòng dời góc α so với chỉnh lưu tia dùng diode Phạm vi điều khiển góc α : Để đóng SCR cần thoả điều kiện: - Điện áp khóa thuận VAK> - Xung điều khiển IG > Giả sử thời điểm V3 đóng ta có áp khóa thuận V1 : uv1 = u1 – u3 uv1 ≥ u1 ≥ u3 ⇒ phạm vi thay đổi góc điều khiển α ≤ α ≤ π 33 ĐHBK TPHCM – KHOA ĐIỆN & ĐIỆN TỬ – BỘ MÔN CCĐ & ĐKH –GV : TS Phan Quốc Dũng b Trình tự đóng ngắt: V1 , V2 , V3 … c Đồ thò phân tích: H2.5a Giản đồ áp nguồn, vò trí xung kích thyristor áp, dòng chỉnh lưu ứng với góc 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 xung Tần số hài bậc áp chỉnh lưu 34 ĐHBK TPHCM – KHOA ĐIỆN & ĐIỆN TỬ – BỘ MÔN CCĐ & ĐKH –GV : TS Phan Quốc Dũng f σ (1) = f s ⋅ p = ⋅ f s = 150 Hz - Trò trung bình áp tải: U dα = 2π α + 5π / U ∫ α π m ⋅ sin (ωt ) ⋅ d (ωt ) = + /6 3⋅ cos α ⋅ U 2π (2.13) Nhận xét : Khi thay đổi góc điều khiển khoảng [ 0…π] trò trung bình áp chỉnh lưu thay đổi phạm vi : ≤α ≤π ⇒ − - Trò trung bình dòng tải : 3⋅ 3⋅ ⋅U ≤ U d ≤ ⋅U ⋅π ⋅π I dα = U dα − E R (2.14) (2.15) ¾ Linh kiện: - p ngược lớn đặt linh kiện: U RWM = ⋅ U - Dòng trung bình qua linh kiện ( SCR dẫn 1/3 chu kỳ ) I T ( AV ) = ¾ Nguồn: Id Trò hiệu dụng dòng nguồn I1 = Id Lưu ý: - Đặc tuyến điều khiển U d (α ) = 3⋅ ⋅ cos α ⋅ U không phụ thuộc tham số tải ⋅π (không phụ thuộc giá trò cụ thể R, L, E) dòng tải liên tục - Đặc tuyến tải đònh nghóa U d (α ) = f (I d (α )) , thông số α Chế độ chỉnh lưu nghòch lưu: Theo hệ thức (2.13) trò trung bình áp chỉnh lưu có giá trò từ dương đến âm α thay đổi Trò trung bình dòng chỉnh lưu dương Thyristor cho dòng qua theo chiều Xét công suất trung bình nguồn cung cấp cho tải P = Ud Id , Id > Nếu Ud > ⇒ P > : chế độ chỉnh lưu , công suất chuyển từ phía xoay chiều ⇒ phía chiều Nếu Ud < ⇒ P < : chế độ nghòch lưu, công suất chuyển từ chiều ⇒ xoay chiều Bộ chỉnh lưu làm việc chế độ nghòch lưu có nguồn mạch chiều ( ví dụ động điện chiều) Chế độ chỉnh lưu xảy Ud*E > 0, nghòch lưu Ud*E < 35 ĐHBK TPHCM – KHOA ĐIỆN & ĐIỆN TỬ – BỘ MÔN CCĐ & ĐKH –GV : TS Phan Quốc Dũng Góc an toàn : Khi góc điều khiển tăng, thời gian SCR dùng để khôi phục khả khóa giảm Nếu ta tăng góc α đến giá trò đủ lớn để SCR không đủ thời gian để khôi phục khả khóa , cố nguy hiểm xảy ( SCR đóng không theo ý muốn ) ⇒ trạng thái điện áp BCL xấu ⇒ dòng điện tăng lớn làm cháy hỏng thiết bò cần phải ngắt thiết bò bảo vệ Góc an toàn: góc điện nhỏ phải có SCR chòu tác dụng áp nghòch để khôi phục khả khóa cách an toàn ( γ ) Giá trò tới hạn γcrit = ω.tq với tq – thời gian ngắt an toàn SCR IV BỘ CHỈNH LƯU TIA VỚI DIODE KHÔNG V0 Sơ đồ mạch: H2.6 Bộ chỉnh lưu tia với diode V0 Phân tích: * Khi α ≤ π /6 : V0 tác dụng điện áp ud dương * Khi α > π /6 : Dòng tải qua V0 khoảng mà áp tải âm mạch V0 ¾Trạng thái V1: V1 đóng V2, V3, V0 ngắt , uv1 = ; iv1 = id iv2 = uv2 = u2 – u1; iv3 = uv3 = u3 – u1; ud = u1 = -uv0 Tương tự cho trạng thái V2, V3 ¾ Trạng thái V0: V0 đóng, V1,V2, V3 ngắt iv0 = id uv0 = ud = 0; iv1 = uv1 = u1 ; uv2 = u2 ; iv2 = iv3 = uv3 = u3 ; 36 ĐHBK TPHCM – KHOA ĐIỆN & ĐIỆN TỬ – BỘ MÔN CCĐ & ĐKH –GV : TS Phan Quốc Dũng H2.7 Đặc tính áp dòng Các hệ thức : ¾ Trường hợp α < π /6 : tương tự phần III ¾ Trường hợp α > π /6 : Trò trung bình áp tải: U dα = 2π π ∫U α π + /6 m ⋅ sin (ωt ) ⋅ d (ωt ) = ⎛ π ⎞⎞ ⎛ U ⎜⎜1 − sin ⎜α − ⎟ ⎟⎟ 2π ⎝ ⎠⎠ ⎝ (2.16) Phạm vi điều khiển góc α : π/6 ≤ α ≤ 5π/6 Đặc điểm V0 - Làm giảm giá trò hiệu dụng thành phần xoay chiều áp chỉnh lưu qua việc ngắt bỏ phần áp âm - Làm tăng hệ số công suất nguồn λ - Không cho phép chế độ nghòch lưu V BỘ CHỈNH LƯU MẠCH CẦU BA PHA ĐIỀU KHIỂN HOÀN TOÀN Sơ đồ mạch: 37 ĐHBK TPHCM – KHOA ĐIỆN & ĐIỆN TỬ – BỘ MÔN CCĐ & ĐKH –GV : TS Phan Quốc Dũng I T ( AV ) = Id (2.21) - p ngược Max linh kiện: U RWM = 2U ¾ (2.22) Nguồn: Trò hiệu dụng dòng qua nguồn I S = I1 = π α +π ∫I d d ωt = I d α VIII BỘ CHỈNH LƯU MẠCH CẦU PHA ĐIỀU KHIỂN BÁN PHẦN Phân loại: Ta có hai loại mạch sau: - Mạch đối xứng ( H2.14a ) ⇔ Thay SCR nhóm diode - Mạch không đối xứng ( H2.14b ) ⇔ Thay SCR nhánh diode a) Cấu trúc đối xứng b) Cấu trúc không đối xứng H2.14 Sơ đồ chỉnh lưu cầu pha điều khiển bán phần Hệ quả: Nhóm linh kiện diode xem SCR với góc điều khiển Xét mạch đối xứng (H2.14a), tách mạch cầu thành hai mạch tia tương đương (H2.15) id u1 V1 u2 V3 udA u1 udK u2 V4 V2 id b) Tia Cathode a) Tia Anode 46 ĐHBK TPHCM – KHOA ĐIỆN & ĐIỆN TỬ – BỘ MÔN CCĐ & ĐKH –GV : TS Phan Quốc Dũng H2.15 H2.16 Trạng thái áp dòng chỉnh lưu cầu pha điều khiển bán phần với cấu trúc đối xứng ¾ Tải: 47 ĐHBK TPHCM – KHOA ĐIỆN & ĐIỆN TỬ – BỘ MÔN CCĐ & ĐKH –GV : TS Phan Quốc Dũng - p chỉnh lưu trung bình : U dα = π U π α∫ m sin (ωt )dωt = π ⋅ U ⋅ (1 + cos α ) (2.23) Phạm vi điều khiển áp tải : ≤ α ≤ π ⇔ ≤ Ud ≤ - Dòng chỉnh lưu trung bình: I dα = 2⋅ π ⋅U U dα − E R Nhận xét: - Cả hai cấu hình làm phần áp âm tải Sóng dợn thuận lợi cho ứng dụng Chế độ nghòch lưu không xảy Hệ số công suất cao so với chỉnh lưu cầu pha điều khiển toàn phần với góc kích α; - Thời gian ngắt an toàn tq : Mạch không đối xứng an toàn mạch có cấu trúc đối xứng chỉnh lưu điều khiển hoàn toàn nên góc αđk có phạm vi điều khiển lớn hơn; - Mạch cầu pha với diode chuyển mạch (diode V0) : Diode V0 mạch cầu pha pha điều khiển bán phần có tác dụng mở rộng phạm vi điều khiển điện áp chỉnh lưu đến giá trò Diode V0 cho dòng tải id qua khoảng thời gian mà trường hợp mạch không chứa V0 dòng tải không qua áp nguồn mà qua cặp diode – thyristor ( thí dụ V1 V4 ) Do làm tăng khoảng thời gian ngắt an toàn cho SCR IX TÍNH CHẤT LIÊN TỤC CỦA DÒNG ĐIỆN TẢI VÀ HỆ QUẢ - - - Do áp chỉnh lưu có dạng xung nên phân tích thành thành phần : ud = Udc + uac với 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 nhô Tương tự, dòng chỉnh lưu phân tích thành : id = Idc + iac Do thành phần xoay chiều iac , dòng tải bò gián đoạn Khi dòng gián đoạn, dạng điện áp chỉnh lưu phụ thuộc vào trạng thái mạch tải (ud = tải không chứa nguồn chiều E ud = E tải có chứa nguồn chiều E) Các hệ thức Ud cho dòng liên tục áp dụng trường hợp đặc tuyến điều khiển phức tạp không (Ud (α) = f (α)) Hệ quả: ƒ Khi tải chỉnh lưu động điện chiều, vấn đề điều khiển dòng tải dẫn đến mômen tác động triệt tiêu điều khiển tải ƒ Đặc tuyến điều khiển bò thay đổi dạng ( phi tuyến ) ƒ Hệ điều khiển khó hiệu chỉnh 48 ĐHBK TPHCM – KHOA ĐIỆN & ĐIỆN TỬ – BỘ MÔN CCĐ & ĐKH –GV : TS Phan Quốc Dũng Vì thế, người ta cố gắng hạn chế vùng làm việc chỉnh lưu chế độ gián đoạn, chỉnh lưu đònh mức theo chế độ dòng tải liên tục không yêu cầu độ xác cao X HIỆN TƯNG CHUYỂN MẠCH VÀ HỆ QUẢ: Trong phần trước chỉnh lưu phân tích với giả thiết bỏ qua cảm kháng nguồn áp Vì trình chuyển mạch (QTCM) nhánh SCR diễn tức thời Trong thực tế , nguồn có cảm kháng làm dòng qua thay đổi đột ngột Hiện tượng chuyển mạch diễn với khoảng thời gian hình thành trạng thái nhánh dẫn điện Hiện tượng gọi tượng trùng dẫn ƒ Xét trình chuyển mạch xảy chỉnh lưu tia ba pha diode Đó trạng thái dòng qua diode tăng dần dòng qua diode khác tắt dần Ở đây, γ góc chuyển mạch H2.17 Trạng thái áp dòng chuyển mạch chỉnh lưu tia ba pha không điều khiển 49 ĐHBK TPHCM – KHOA ĐIỆN & ĐIỆN TỬ – BỘ MÔN CCĐ & ĐKH –GV : TS Phan Quốc Dũng ƒ Xét trình chuyển mạch xảy chỉnh lưu tia ba pha SCR Giả sử dòng qua V3 , ta đóng V1 phạm vi góc điều khiển α xảy tượng ngắn mạch pha chứa V1, V3 , Trên V1 có điện áp chuyển mạch u1- u3 , dòng iv1 tăng từ ⇒ Id V3 có áp ngược u3 - u1 , dòng iv3 giảm từ Id ⇒ H2.18 Hiện tượng chuyển mạch chỉnh lưu tia ba pha điều khiển diV = ud dt di u3 − L V = u d dt iV + iV = I d u1 − L u1 − L diV di = u3 − L V dt dt Hệ quả: - Hiện tượng chuyển mạch làm giảm áp tải thời gian chuyển mạch : U dcm = U d − - 3ωL Id 2π Hạn chế phạm vi góc điều khiển phạm vi điều khiển điện áp chỉnh lưu αmax = π - δ - γ với γ :góc CM Góc chuyển mạch tính theo công thức : ⎛ γ = arccos⎜⎜ cos α − ⎝ 2ωLb I d ⎞ ⎟ −α 3U m ⎟⎠ (2.24) + Khi α =0, ta rút góc chuyển mạch cho trường hợp chỉnh lưu tia ba pha không điều khiển XI PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN 50 ĐHBK TPHCM – KHOA ĐIỆN & ĐIỆN TỬ – BỘ MÔN CCĐ & ĐKH –GV : TS Phan Quốc Dũng Xét mạch tạo xung kích ứng với góc điều khiển cho chỉnh lưu pha Đặc điểm: - Điện áp thứ cấp máy biến áp giảm áp có mức điện áp ÷ 5V , đồng pha với áp lưới - Xung cưa có độ rộng 1800 ứng với khoảng điều khiển góc α Max - p dụng cho mạch tia 1pha, pha, mạch cầu pha điều khiển hoàn toàn, bán phần H2.19 Phương pháp tạo xung kích đóng SCR theo góc điều khiển α XII MÁY BIẾN ÁP DÙNG CHO CÁC BỘ CHỈNH LƯU Công dụng: - MBA thường dùng để đạt điện áp chỉnh lưu có giá trò cần thiết; - Các cảm kháng máy biến áp có tác dụng tốt trình chuyển mạch, chống méo dạng áp nguồn; - Cách ly áp nguồn 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 chỉnh lưu nhiều xung Trạng thái dòng điện: Qui tắc: Chỉ có thành phần xoay chiều truyền từ cuộn sơ cấp sang cuộn thứ cấp theo quy luật hình sin Dòng điện pha cuộn thứ cấp iS1 = iv1, iS2 = iv2 , is3 = iv3 Sơ đồ mạch: Δ/Υ Phân tích: iS = IS( AV ) + iSσ 51 ĐHBK TPHCM – KHOA ĐIỆN & ĐIỆN TỬ – BỘ MÔN CCĐ & ĐKH –GV : TS Phan Quốc Dũng Sức từ động tổng tạo thành thành phần xoay chiều dòng điện pha cuộn thứ cấp dòng điện pha cuộn sơ cấp cột MBA 0: Np ip = Ns isσ (L→∞) Is ( AV ) = Id/3 Np = Ns ⇒ i1sσ = i1s – Id/3 = i1p i2sσ = i2s – Id/3 = i2p i3sσ = i3s – Id/3 = i3p Dòng tiêu thụ từ lưới i1L = i3p – i1p i2L = i1p – i2p i3L = i2p – i3p i1L i2L i1P i2P i1S V1 i3L V2 i3P i2S i3S TẢI ud V3 id H2.20 - Xét trường hợp máy biến áp mắc dạng Y/Y , lúc iiL = i1p Xét mạch cầu đơn giản Is( AV ) = Công suất biểu kiến: Công suất đònh mức cho MBA cho hệ thức S tN = với S p + Ss = K t PdN Sp : Công suất đònh mức cuộn sơ cấp Ss: Công suất đònh mức cuộn thứ cấp PdN: Công suất tiêu thụ đònh mức DC tải 52 ĐHBK TPHCM – KHOA ĐIỆN & ĐIỆN TỬ – BỘ MÔN CCĐ & ĐKH –GV : TS Phan Quốc Dũng Kt : Công suất đònh mức tương đối ( hệ số sử dụng ) Cho chỉnh lưu xung ( với MBA mắc Δ /Υ ) Trò hiệu dụng dòng pha cuộn thứ cấp I SN = 2π 2π / ∫I d dωtt = Id Trò hiệu dụng dòng pha cuộn sơ cấp I pN = K ( 2π 2π / ∫ +K=1 : tỷ số máy biến áp + K≠ : Ip = 2π I ⎛ 2I d ⎞ ⎛I ⎞ ⎜ ⎟ dωt + ∫ ⎜ d ⎟ dωt ) = d ⎠ K ⎝ ⎠ 2π / ⎝ Is K Với dòng tải đònh mức IdN , ta có S s = 3U s I sN = 3.U s I dN S p = 3U p I pN = U p I dN Ta có: U d = U 2π Giả sử Np = Ns ⇒ Up = Us = U (UP = K.US) Ss = Sp = 2πU d I d N 2πU d I d N 3 ⇒ S TN = = Ss + S p = 2π PdN 2π PdN 3 = K t PdN = 1.35 PdN XIII BỘ CHỈNH LƯU KÉP Lý sử dụng: Các mạch chỉnh lưu phần trước làm việc với điện áp chỉnh lưu dương âm , dòng điện theo chiều Điểm làm việc dòch chuyển vùng (quadrant) hai vùng mặt phẳng Ud , Id ta gọi chỉnh lưu vùng hai vùng 53 ĐHBK TPHCM – KHOA ĐIỆN & ĐIỆN TỬ – BỘ MÔN CCĐ & ĐKH –GV : TS Phan Quốc Dũng Bằng cách kết hợp hợp lý chỉnh lưu vùng với , ta tạo điều kiện cho dòng điện qua tải hai chiều Ta gọi mạch kết hợp chỉnh lưu bốn vùng Bộ chỉnh lưu kép pha với phương pháp điều khiển đối xứ ng 54 ĐHBK TPHCM – KHOA ĐIỆN & ĐIỆN TỬ – BỘ MÔN CCĐ & ĐKH –GV : TS Phan Quốc Dũng - H2.21 Bộ chỉnh lưu kép mạch cầu pha α1 góc điều khiển chỉnh lưu I α2 : góc điều khiển chỉnh lưu II ⎢Udc1 ⎢ = ⎢Udc2 ⎢ , ud1 + ud2 ≤ Xét trường hợp = U dc1 = U dc = 2 π 2 π ⋅ U ⋅ cos α ; ⋅ U ⋅ cos α U dc1 = −U dc - - ⇒ Cosα1 = - Cosα2 = - Cos ( π - α ) ⇒ α2 =(π -α1 ) Suy BCL làm việc chế độ chỉnh lưu , BCL lại làm việc chế độ nghòch lưu Nếu trò tức thời áp BCL V01 V02 khác , hiệu điện chúng có giá trò Vr = V01 – V02 tạo nên dòng cân có giá trò lớn chạy chỉnh lưu Dòng cân không qua tải thường giới hạn cảm kháng Lr Giá trò dòng cân phụ thuộc vào góc điều khiển: 2U m ir = (cos ωt − cos α ) ωLr - (= ωLr ωt ∫ (V 01 − V02 )dωt ) 2π −α1 Có hai phương pháp điều khiển chỉnh lưu kép + Phương pháp không dùng dòng cân : thời điểm có chỉnh lưu làm việc tải dòng id , lại bò khóa hoàn toàn xung cổng bò cấm + Phương pháp dùng dòng cân có ưu điểm sau: ¾ Dòng cân trì chế độ dẫn điện liên tục chỉnh lưu không phụ thuộc tính chất tải, suốt vùng điều khiển ¾ Bởi chỉnh lưu làm việc chế độ chỉnh lưu lại làm việc chế độ nghòch lưu , công suất truyền chiều chiều thời điểm ¾ Cả hai BCL làm việc liên tục nên đáp ứng thời gian chuyển vùng làm việc nhanh ( thích hợp cho việc điều khiển vận tốc động chiều với yêu cầu đảo chiều quay với đặc tính động cao) Phương pháp dòng cân phân loại sau: o Phương pháp đối xứng: α1 + α2 = π o Phương pháp không đối xứng α1 + α2 > π Bộ chỉnh lưu kép cầu ba pha với phương pháp điều khiển đối xứ ng: Sơ đồ mạch, trạng thái áp trình bày H2.22 55 ĐHBK TPHCM – KHOA ĐIỆN & ĐIỆN TỬ – BỘ MÔN CCĐ & ĐKH –GV : TS Phan Quốc Dũng H2.22 Bộ chỉnh lưu kép mạch cầu ba pha 56 ĐHBK TPHCM – KHOA ĐIỆN & ĐIỆN TỬ – BỘ MÔN CCĐ & ĐKH –GV : TS Phan Quốc Dũng Ví dụ 2.1: Cho chỉnh lưu tia ba pha điều khiển p nguồn xoay chiều ba pha với trò hiệu dụng áp pha 220V, tần số 50Hz Tải RLE với R=5Ω, E=100V L có giá trò đủ lớn để dòng tải liên tục phẳng Góc điều khiển chỉnh lưu α = 300 V1 V2 V3 R a) Vẽ xác giản đồ áp tải ứng với góc điều khiển cho (1đ); b) Tính trò trung bình áp chỉnh lưu (0.5đ); c) Tính trò trung bình dòng chỉnh lưu (0.5đ); d) Tính hệ số công suất nguồn (1đ) L u1 u2 u3 E 100V Ví dụ 2.2: Cho chỉnh lưu tia ba pha điều khiển với diode V0 (diode hoàn lượng) p nguồn xoay chiều ba pha có trò hiệu dụng Upha=220V, 50Hz Tải R=1Ω, E=50V L có giá trò đủ lớn để dòng tải liên tục phẳng Góc điều khiển SCR α = 450 1.1 Hãy vẽ giản đồ ud id ứng với góc điều khiển cho; 1.2 Tính trò trung bình áp dòng chỉnh lưu Ud Id ; R 1.3 Vẽ giản đồ dòng qua linh kiện Thyristor V1 V2 V3 diode; 1.4 Đònh mức linh kiện Thyristor biết hệ số V0 L an toàn áp dòng Ku=2.5; Ki=1.2; u1 u2 u3 1.5 Tính hệ số công suất nguồn chỉnh lưu, E Điều khiển góc kích cho áp chỉnh lưu trung bình có giá trò 80V 2.1 Tính góc kích α, [rad]; 2.2 Vẽ giản đồ áp chỉnh lưu dòng chỉnh lưu; 2.3 Xác đònh linh kiện dẫn điện thời điểm ωt=4pi/3; 2.4 Tính hệ số công suất nguồn Góc điều khiển xác đònh giao áp điều khiển chiều k với áp đồng dạng cưa up Giả thiết áp cưa có biên độ UpM = - 6V 3.1.Vẽ giản đồ áp điều khiển k áp cưa up ứng với góc điều khiển α=pi/6 3.2 Xác đònh giá trò áp điều khiển k trường hợp Ví dụ 2.3 : Cho chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển hoàn toàn p nguồn xoay chiều ba pha lý tưởng có trò hiệu dụng áp pha U=220V, 50Hz Tải R=10Ω, E=100V L có giá trò đủ lớn để dòng tải liên tục phẳng Góc điều khiển α điều chỉnh cho trò trung bình dòng 57 ĐHBK TPHCM – KHOA ĐIỆN & ĐIỆN TỬ – BỘ MÔN CCĐ & ĐKH –GV : TS Phan Quốc Dũng chỉnh lưu Id = ½ Idmax (Idmax – giá trò lớn dòng chỉnh lưu trung bình điều khiển góc kích α) Xét mạch xác lập id V1 V3 V5 R u1 u2 L ud u3 V4 V6 V2 E Xác đònh góc điều khiển α Với giá trò góc điều khiển tính câu 1) : Hãy vẽ giản đồ áp chỉnh lưu ud dòng chỉnh lưu id, Tính trò trung bình Ud Id Tính trò trung bình dòng qua linh kiện áp ngược lớn đặt linh kiện Tính hệ số công suất nguồn chỉnh lưu Ví dụ 2.4 : Cho chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển bán phần p nguồn xoay chiều ba pha lý tưởng có trò hiệu dụng áp pha U=220V, 50Hz Tải R=10Ω, E=100V L có giá trò đủ lớn để dòng tải liên tục phẳng Góc điều khiển α điều chỉnh cho trò trung bình dòng chỉnh lưu Id = 2/3 Idmax (Idmax – giá trò lớn dòng chỉnh lưu trung bình điều khiển góc kích α) Xét mạch xác lập id V1 V3 V5 R u1 u2 ud L u3 V4 V6 V2 E Xác đònh góc điều khiển α Với giá trò góc điều khiển tính câu 1) : Hãy vẽ giản đồ áp chỉnh lưu ud dòng chỉnh lưu id, Tính trò trung bình Ud Id Tính trò trung bình dòng qua linh kiện áp ngược lớn đặt linh kiện Tính hệ số công suất nguồn chỉnh lưu 58 ĐHBK TPHCM – KHOA ĐIỆN & ĐIỆN TỬ – BỘ MÔN CCĐ & ĐKH –GV : TS Phan Quốc Dũng Ví dụ 2.5 : Cho chỉnh lưu cầu pha điều khiển hoàn toàn p nguồn xoay chiều có trò hiệu dụng U=220V, 50Hz Tải R=2Ω, E=40V L có giá trò đủ lớn để dòng tải liên tục phẳng Góc điều khiển α = 450 1.Hãy vẽ giản đồ ud id ứng với góc điều khiển cho; 2.Tính trò trung bình áp dòng chỉnh lưu R V1 V3 Ud Id; 3.Tìm áp ngược lớn đặt linh kiện u L trò trung bình dòng qua linh kiện ứng với góc điều khiển cho; 4.Tính trò hiệu dụng dòng nguồn hệ số E V4 V2 công suất nguồn chỉnh lưu, 5.Góc điều khiển xác đònh giao áp điều khiển chiều k với áp đồng dạng cưa up Giả thiết áp cưa có biên độ UpM = ± 6V 5.1.Vẽ giản đồ áp điều khiển k áp cưa up ứng với góc điều khiển α=450 5.2.Xác đònh giá trò áp điều khiển k trường hợp Ví dụ 2.6 : Cho chỉnh lưu cầu pha điều khiển bán phần p nguồn xoay chiều pha có phương trình u = 220 sin 314t , [V] Tải R=10Ω, E=50V L có giá trò đủ lớn để dòng tải liên tục phẳng Vẽ sơ đồ nguyên lý chỉnh lưu nói vẽ đặc tuyến điều khiển điện áp chỉnh lưu phụ thuộc góc điều khiển α, Tính giá trò góc điều khiển α để dòng tải cực đại tính giá trò dòng tải cực đại Giả sử góc điều khiển α = 300, Hãy vẽ giản đồ ud id, Tính trò trung bình Ud Id Đònh mức linh kiện hệ số an toàn áp Ku =3, hệ số an toàn dòng Ki =1.5 Tính hệ số công suất nguồn chỉnh lưu, p đồng cưa có biên độ 6V Tính giá trò k Ví dụ 2.7 Cho chỉnh lưu kép mạch cầu pha điều khiển hoàn toàn với phương pháp điều khiển đồng thời đối xứng (α1 + α2 = π) p nguồn xoay chiều pha lý tưởng có trò hiệu dụng áp pha U=220V, 50Hz để dòng tải liên tục phẳng xác lập Cuộn kháng cân có giá trò Lr = 100mH Góc điều khiển chỉnh lưu thứ α1 = 600 Góc điều khiển chỉnh lưu thứ hai α2 = 1200 Xét mạch xác lập 59 ĐHBK TPHCM – KHOA ĐIỆN & ĐIỆN TỬ – BỘ MÔN CCĐ & ĐKH –GV : TS Phan Quốc Dũng Lr/2 V1 Lr/2 V3 id V2' R u L ud1 V4 ud2 V2 E Bộ chỉnh lưu V4' u V3' V1' Bộ chỉnh lưu Hãy vẽ giản đồ áp chỉnh lưu ud1 ud2 ứng với góc điều khiển cho; Tính trò trung bình Ud Id, Vẽ giản đồ dòng cân ứng với góc điều khiển cho, 60