chng_2_bi_ging_chi_tit.doc

36 0 0
  • Loading ...
    Loading ...
    Loading ...

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Tài liệu liên quan

Thông tin tài liệu

Ngày đăng: 08/04/2021, 18:01

Để đạt được điều này buộc phải sử dụng một điện cảm nhằm cách ly các mạch chỉnh lưu, được gọi là cuộn kháng cân bằng Lcb (để phân biệt với điện cảm một chiều Ld). Chỉnh lưu 6 pha có cuộn[r] (1) Chương CHỈNH LƯU 2.1 GIỚI THIỆU CHUNG 2.1.1 Cấu trúc mạch chỉnh lưu Chỉnh lưu trình biến đổi nguồn điện xoay chiều thành nguồn điện chiều cách sử dụng phần tử bán dẫn công suất Sơ đồ cấu trúc mạch chỉnh lưu: Khối biến áp dùng để chuyển từ điện áp lưới điện xoay chiều U1 sang điện áp U2 thích hợp với tải Ngồi khối biến áp cịn biến đổi số pha nguồn lưới sang số pha theo yêu cầu mạch van chỉnh lưu Thông thường số pha lưới lớn Mạch van cần số pha 1,3,6,12 Trong số trường hợp mà nguồn lưới phù hợp với u cầu khối van chỉnh lưu bỏ qua máy biến áp Khối van CL gồm van bán dẫn ( diode tiristo) mắc theo cách định để tiến hành trình chỉnh lưu Khối Lọc có tác dụng làm cho điện áp đầu mạch chỉnh lưu điện áp chiều phẳng theo yêu cầu 2.1.2 Phân loại Chỉnh lưu phân loại theo cách thức sau: * Dựa theo số pha nguồn cấp cho van chỉnh lưu: có mạch pha, ba pha, sáu pha vvv * Dựa theo loại van bán dẫn: + Mạch dùng hoàn tồn diode: Chỉnh lưu khơng điều khiển + Mạch dùng kết hợp diode tiristo : Chỉnh lưu bán điều khiển + Mạch dùng hoàn toàn tiristo: Chỉnh lưu điều khiển hoàn toàn * Dựa theo sơ đồ mắc van có kiểu: + Sơ đồ hình tia : Trong sơ đồ số van dùng cho chỉnh lưu số pha nguồn cấp cho mạch chỉnh lưu Các van đấu chung đầu với nhau: A chung, K chung + Sơ đồ hình cầu: Trong sơ đồ số lượng van gấp đôi số pha nguồn cấp cho mạch chỉnh lưu, nửa số van mắc chung A , nửa số van mắc chung K 2.1.3 Các tham số bản. Các tham số dùng để đánh giá tiêu kỹ thuật mạch chỉnh lưu: Ud : giá trị điện áp trung bình nhận sau mạch van chỉnh lưu Ud=1 T∫0 T ud(t)dt= 2 π∫0 2 π ud(θ)dθ Equation Chapter 1 Section \* MERGEFORMAT Id : Dịng điện trung bình nhận sau mạch van chỉnh lưu Id=2 π1 ∫ 2 π id(θ)dθ \* MERGEFORMAT Pd= Ud Id công suất chiều mà tải nhận từ mạch chỉnh lưu Lọc Biến áp Van CL (2)Ivtb : dịng trung bình qua van Ung max: điện áp ngược cực đại mà van phải chịu làm việc 2.2. CHỈNH LƯU DIODE 2.2.1 Chỉnh lưu pha nửa chu kỳ Trong sơ đồ chỉnh lưu pha nửa chu kỳ điện áp thứ cấp máy biến áp là: u2  2U2sint 2U2sin \* MERGEFORMAT 2.2.1.1. Khi tải trở Khi 0<  <p điện áp u2 dương điểm A Diode mở cho dòng chảy qua Nếu coi điện áp rơi diode uD= ta có: ud=R i=2 U2sinθ \* MERGEFORMAT i=2 U2 R sin θ \* MERGEFORMAT Khi p<  <2p điện áp âm điểm A Diode bị khoá: i=0,ud=0 Diode phải chịu điện áp ngược với giá trị lớn là: Ung max=√2 U2 Điện áp trung bình chỉnh lưu là: Ud= 2 π∫0 π2U2sin θ dθ=2 U2 π =0 45U2 \* MERGEFORMAT Dòng trung bình chỉnh lưu Id=Ud R = √2U2 πR \* MERGEFORMAT Giá trị hiệu dụng dòng thứ cấp MBA 2 2 0 2 2 U Sin U I d R R p   p           ∫ 2.2.1.2. Tính cơng suất máy biến áp Hình 2.2 Chỉnh lưu diode hình tia Hình 2.3 Đồ thị điện áp U2 R D U1 Ud E F A p Ud Id t t (3)Vì dịng điện cuộn dây sơ cấp thứ cấp không sin Điều làm cho công suất máy biến áp lớn công suất tải nhận coi biến áp lý tưởng (khơng có tổn thất) tải dạng trở Ta xem xét vấn đề thí dụ mạch chỉnh lưu pha nửa chu kỳ với tải trở Cơng suất biến áp tính theo biểu thức Sba=S1+S2 2 = U1I1+U2I2 Quan hệ điện áp, biết: 1 2 ba U W k U  W Ở W1, W2 số vòng dây cuộn sơ cấp thứ cấp máy biến áp Dạng điện áp U1, U2 hình sin, dạng dịng điện i1, i2 hồn tồn khơng sin Dịng điện thứ cấpU=2U2 π nên có quan hệ I2 Id sau: I2=π 2 √2 π U2 R = π 2 Ud R = π 2 Id=1 , 57 Id \* MERGEFORMAT Như ta nhận thấy hai điểm sau dòng thứ cấp: a Dòng chảy theo chiều xác định, khơng phải dịng xoay chiều thông thường b Giá trị hiệu dụng I2 lớn dòng tải nhận tới 1,5 lần Do công suất thứ cấp biến áp lớn 3,5 lần công suất chiều Pd: 2 2 2 3, 49 2 2 d d 2 d d d SU I  p U p I  p U IP \* MERGEFORMAT Dòng điện sơ cấp Theo nguyên lý hoạt động máy biến áp, ta có phương trình cân sức từ động: 1~ 0~ 2~ 2~ i wi w i w i w Suy ra: 2 2~ 1~ 2~ 1 ba w i i i w k   \* MERGEFORMAT Vì dịng điện từ hoá nhỏ nên bỏ qua: i0~=0 Cần phải tìm thành phần xoay chiều dịng i2 cách sử dụng khai triển Fourier: 2 1 ( ) n i i iI i    \* MERGEFORMAT Trong I0 thành phần khơng đổi giá trị trung bình Id Phần cịn lại tồn sóng điều hồ xoay chiều, 2 ~ 2 2 ( ) n i d i i i iI     Từ đây, dựa theo biểu thức 2~ ~ ba i i k  (4) 2 2 2 2 d ( ) 2 sin R 1, 21 d ba d d ba d d ba ba i I I d k U I d I d k I I k k p p p p   p    p p                               ∫ ∫ ∫ \* MERGEFORMAT Vậy cơng suất phía sơ cấp biến áp: 1 1 1, 21 .1, 21 2,69 2 ba d d d d ba S U I k U I U I P k p     \* MERGEFORMAT Cuối có cơng suất máy biến áp: 1 3, 49 2,69 3,09 2 d d ba d P P S S S      P \* MERGEFORMAT Như cơng suất phía sơ cấp lớn công suất chiều tải tới 2,7 lần Cịn cơng suất biến áp tổng thể gấp lần Pd Đây nguyên nhân làm cho mạch chỉnh lưu loại ứng dụng cho dải công suất trung bình lớn Biến áp cho mạch chỉnh lưu có đặc điểm: Sba>Pd Trong mạch hình tia ln có dịng điện thứ cấp chảy theo chiều có van nối với nguồn xoay chiều, nên công suất biến áp lớn nhiều Pd lõi thép biến áp bị từ hố chiều thành phần khơng đổi Id Ở mạch nhiều pha khắc phục điều chế tạo biến áp có nhiều cuộn thứ cấp pha để dùng phương pháp đấu ziczắc 2.2.1.3. Khi tải R+L Tải R+L thường thấy nam châm điện chiều, cuộn kích từ động điện chiều hay kích từ máy phát vv Cuộn cảm sinh sđđ tự cảm có biến thiên dịng điện Ta có phương trình dịng điện diode dẫn: Ldi dt+R i=2 U2Sin ωt=ud \* MERGEFORMAT Chuyển sang dạng tốn tử Laplace với sơ kiện i(0)=0 Hình 2.4 Sơ đồ tia tải R+ L Hình 2.5 Dạng điện áp U t ud eL t2 t1 t1 id p 2p  λ U2 R L (5)L p I ( p)+R I (p)=2 U2 ω p2 +ω2 I( p)=2 U2ω L 1 (p2+ω2)(p+R L) Đặt ωL=X=z sin ϕ R=z cos ϕ z=R2+X2 Ta có: i=2U2 √R2+X2(sin(θ − ϕ)+sin ϕ e − R X θ) \* MERGEFORMAT Tại thời điểm  = l, dịng điện i=0 , diode khố lại, ta có phương trình: sin(λ − ϕ)=−sin ϕ e − λ tg ϕ \* MERGEFORMAT Với tải định ta tính  tính góc tắt dịng l từ phương trình Trong khoảng 0<  < t1 dòng i tăng từ từ cuộn cảm L sinh sđđ tự cảm có chiều ngược lại với u2, cuộn cảm tích luỹ lượng Khi t1<<t2 dịng i giảm, sđđ tự cảm chiều với u2, cuộn cảm hoàn trả lượng, diode D tiếp tục mở cho dòng chảy qua khoảng p<  < 2 Một số trường hợp mắc thêm diode hồn lượng D0 đấu song song với tải, có tác dụng trì dịng điện tải nửa chu kỳ âm điện áp nguồn, phần lượng tích luỹ cuộn cảm tiêu tán điện trở tải mà không trả nguồn Kết luận: - Với tải R+L dòng điện tải chậm sau điện áp u2 góc  - Khi khơng có diode D điện áp chỉnh lưu có phần mang giá trị âm thời điểm cuộn cảm trả lượng nguồn - Khi có D điện áp chỉnh lưu khơng cịn phần mang giá trị âm nữa, lượng cuộn cảm tiêu tán điện trở tải - Trong chu kỳ điện áp cuộn cảm tích luỹ lượng hồn trả lại nhiêu 2.2.1.4. Tải R+E Dạng tải phổ biến động điện chiều, nạp ắcquy Khi u2 > E, diode cho dòng chảy qua, dòng id tồn khoảng thời gian 1-2 nghiệm phương trình: Hình 2.6 Sơ đồ dịng có trả lượng U2 R L D U1 ud  U t id eL t1 p D0 (6)u2=√2 U2sin θ=E \* MERGEFORMAT Biểu thức dòng tải id=√2U2sin θ − E R Dịng trung bình chảy qua tải   2 1 2 1 2 sin 1 2cos sin 2 R d U E U I d R        p p   ∫   \* MERGEFORMAT Trong ωτ=θ2− θ1 ω=2 π /T Giá trị hiệu dụng dòng chảy qua thứ cấp biến áp: I2=√ 2 πθ1 θ2 (√2U2sin θ − E R ) 2 dθ=2 U2− E Rτ 2T \* MERGEFORMAT Khi diode không cho dịng chảy qua, ta có phương trình: max 2 , D ng d d u u E U U E u E i       2.2.2 Chỉnh lưu pha hai nửa chu kỳ (dùng MBA có điểm giữa) u21=√2U2sin ωt u22=2 U2sin ωt 2.2.2.1. Tải trở ( L=0 ) Khi <  < p : u21 dương, u22 âm, D1 mở cho dòng chảy qua, D2 khoá 1 2 0 2 sin D D u u U    2 sin sin d d D d u U u U i i R R       Khi p <  < 2p u21 âm, u22 dương D2 mở cho dòng chảy qua, D1 khoá uD 2=0 uD 1=2√2 U2sin θ 2 2 sin sin d d D d u U u U i i R R        Hình 2.6 Hình 2.7 U2 R E (7) Như điện áp trung bình chỉnh lưu: 2 0 2 2 sin d U U U d p   p p  ∫  \* MERGEFORMAT Dịng tải trung bình: Id=Ud R = 2√2U2 πR \* MERGEFORMAT Dịng trung bình qua diode ID= 2 π∫0 π2 U2sinθdθ R = Id 2 Dòng hiệu dụng thứ cấp máy biến áp I21=I22=√ 2 π∫0 π (√2 U2 R sin θ) 2 dθ= U2 √2 R Điện áp ngược lớn diode: Ungmax 2 2U2 2.2.2.2 Khi tải R+L Phương trình dịng điện 2 sin d d d di u L Ri U dt     Chuyển sang dạng toán tử Laplace L(pId(p)− id(0))+RId(p)=2 U2 ω p2+ω2 Đặt sơ kiện Id(0)=I0 thay vào phương trình Id(p)= I0 p+R / L+√2 U2 ω L( p+R /L)(p2+ω2) Giải phương trình với hàm D2 R D1 L N U1 U21 U22 A M B i1 i2 p ud id t t 0 2p uD 2 2 2 U Hình 2.8. Hình 2.9. p ud id t t 0 2p uD 2 2 2 U L= (8)1 (p+b)( p2+b2) 1 p+b❑⃗e − bt ❑ ❑❑⃗ 1 ω2 +b2(e −bt +b ωsin ωt − cosωt) X =ωL tg ϕ=X R id=I0 e − R X θ + √2U2 √R2 +X2( sin(θ − ϕ)+sin ϕ e − R X θ) \* MERGEFORMAT Đối với sơ đồ chỉnh lưu 1pha nửa chu kỳ dùng MBA có điểm giữa, thời điểm điểm M lớn điểm N nên không dùng đến diode hồn lượng khơng thể mở 2.2.2.2. Khi tải R+E Giá trị trung bình dịng tải: Id=1 πθ θ2 √2 U2sinθ − E R dθ= 2√2 U2 R ( cos θ1 π τ T sinθ1) \* MERGEFORMAT Dòng hiệu dụng qua cuộn dây MBA I21=I22=√ 2 πθ 1 θ2 i212 dθ=2 U2− E Rτ 2T 2.2.3.Chỉnh lưu cầu pha 2.2.3.1 Tải R (L=0) Hình 2.11. Hình 2.12. p ud id t t 0 2p D2 R D1 E N U1 U21 U22 A M B Hình 2.13. Hình 2.14. D4 D1 U D3 L D2 R A B N M id t¶i R id t¶i RL u,i ud p 2p 3p (9) Khi <  < p, u2=√2 U2sin θ >0 , Diode D1, D2 phân cực thuận, D3,D4 phân cực ngược Dòng điện chảy từ điểm A qua D1, qua tải, D2 điểm B Ta có phương trình: ud=√2U2sin θ Khi p <  < 2p, u2=√2 U2sin θ <0 Diode D1, D2 phân cực ngược, D3,D4 phân cực thuận Dòng điện chảy từ điểm B qua D3, qua tải, D4 điểm A Ta có phương trình ud=2 U2sin θ Như điện áp chỉnh lưu trung bình Ud= 2 π∫0 2 π uddθ=1 π∫0 π2U2sin θdθ=2√2 U2 π \* MERGEFORMAT Dòng tải trung bình Id=Ud R = 2√2U2 πR \* MERGEFORMAT Dịng trung bình qua diode ID= 2 π∫0 π2 U2sinθdθ R = Id 2 UngVmax= √2 U2 Chỉnh lưu cầu pha sử dụng rộng rãi thực tế Ưu điểm mạch khơng cần biến áp Nhược điểm ln có hai diode tham gia dẫn dịng Như vậy, có sụt áp hai diode gây ra, lý làm cho mạch cầu khơng thích hợp với chỉnh lưu điện áp thấp, dịng tải lớn 2.2.4 Chỉnh lưu hình tia ba pha (tải R) D B D C D 3 A R L Mm N  1    u d id u D i1 i2 i3 0 u d id A C B 1 / U 2 m a x 2 2 3 U  U Hình 2.15 Hình 2.16 (10)Trong khoảng θ1÷ θ2 (Tức từ 300 ¸1500), điện áp u2a>u2b, u2c nên diơt D2 dẫn suy ud=ua. Trong khoảng 2¸3(Tức từ 1500 ¸2700), điện áp u2b>u2a, u2c nên diôt D3 dẫn suy ud=ub. Trong khong 34 (Tc t 2700 á3900), in ỏp u2c>u2a, u2b nên diôt D3 dẫn suy ud=u2c. 0 0 150 2 2 30 1 2 sin 1.17 2 / d d d d U U U U U I R  p p            ∫ \* MERGEFORMAT Dòng điện qua van tồn 1/3 chu kỳ điện áp nguồn, vậy: Itbv=Id 3 Vậy điện áp ngược cực đại van điện áp dây cực đại: ungược van = udây nguồn= √3√2 U2=√6 U2 Chỉnh lưu hình tia ba pha cần có biến áp để đưa điểm trung tính N tải 2.2.5 Chỉnh lưu cầu ba pha Mạch van gồm nhóm, diode D1, D3, D5 đấu kiểu catơt chung (hình 2.15a), nên hoạt động theo luật 1, thế: D1 dẫn khoảng θ1÷ θ3 ua dương nhất, D3 dẫn khoảng θ3÷θ5 ub dương nhất, D5 dẫn khoảng θ5÷θ7 uc dương Các diode D2, D4, D6 đấu kiểu anốt chung nên: D2 dẫn khoảng θ2÷θ4 uc âm D4 dẫn khoảng θ4÷ θ6 ua âm D6 dẫn khoảng θ6÷θ8 ub âm Hình 2.17. Hình 2.18.  1 2  3 4 5 6 7 ud uf 0 i5 i4 i3 i1 i2 i 6 t t t t t t t A B C A id 13,4% D2 R L NK N A D4 D6 D1 D3 D5 A B C M N + (11)Bất kỳ thời điểm có diode nhóm dẫn với diode nhóm dưới.Trong chu kỳ điện áp xoay chiều, điện áp ud hình thành từ đoạn điện áp dây nguồn xoay chiều theo thứ tự uab – uac- ubc – uba – uca – ucb Điện áp trung bình nhận tải là:   0 0 90 90 0 2 2 2 30 30 1 6 ( ) sin sin 120 2.34 2 / d a b m m U u u dUUdU U p p   p          ∫ ∫ Sơ đồ cầu ba pha dường hai sơ đồ hình tia mắc nối tiếp nhau, nhóm diode lẻ chỉnh lưu lấy điện áp dương, nhóm diode chẵn chỉnh lưu lấy nốt phần điện áp âm cịn lại, tổng qt ta có hai chỉnh lưu ba pha hình tia nối tiếp Kết luận: Điện áp ud mạch chỉnh lưu có dạng gợn sóng, khơng phẳng, gọi độ đập mạch Số lần đập mạch (ký hiệu mđm) chu kỳ nguồn xoay chiều 2p phụ thuộc vào sơ đồ chỉnh lưu Số đập mạch mđm cao dạng ud phẳng, tức hệ số đập mạch kđm nhỏ Bảng 2.1 Tham số mạch chỉnh lưu bản Tham số Loại sơ đồ Udo Itbv Ungmax I2 I1 Sba DUg mđm kđm Một pha một nửa chu kỳ 0,45U2 Id 1,14U2 1,57Id 1,21Idkba 3,09Pd - 1,57 Một pha có điểm giữa 0,9U2 Id/2 2,83U2 0,58Id 1,11Idkba 1,48Pd π XaId 0,67 Một pha sơ đồ cầu 0,9U2 Id/2 1,41U2 1,11Id 1,11Idkba 1,23Pd 2 π XaId 0,67 Ba pha hình tia 1,17U2 Id/3 2,45U2 0,58Id 0,47Idkba 1,35Pd 3 2 π XaId 0,25 Ba pha sơ đồ cầu 2,34U2 Id/3 2,45U2 0,816Id 0,816Idkba 1,05Pd 3 π XaId 0,057 Sáu pha hình tia 1,35U2 Id/6 2,83U2 0,29Id 0,58Idkba 1,56Pd 3 2 π XaId 0,057 Sáu pha có cuộn kháng cân bằng 1,17U2 Id/6 2,45U2 0,29Id 0,41Idkba 1,26Pd 4 π XaId 0,057 Bảng 2.1 Udo - trị số trung bình điện áp chỉnh lưu; U2 - trị số hiệu dụng điện áp pha cuộn thứ cấp biến áp nguồn; Itbv - trị số trung bình dòng điện qua van; Ungmax – điện áp ngược lớn van phải chịu làm việc; I2, I1 - trị số hiệu dụng dòng điện cuộn thứ cấp cuộn sơ cấp biến áp nguồn; Id - trị số trung bình dịng điện tải; (12)Sba – cơng suất tính tốn máy biến áp nguồn; Pd – công suất chiều tải; Pd=Udo.Id; DUg - sụt áp tượng trùng dẫn gây (Khi La ¹0); kđm - hệ số đập mạch điện áp chỉnh lưu: kđm = U1m Ud 0 ; U1m biên độ sóng hài điện áp chỉnh lưu theo khai triển Fourier 2.2.6 Chỉnh lưu m pha tổng quát Từ mạch xét ta thấy, với mạch chỉnh lưu tổng quát m pha, điện áp Ud có dạng hình Nó đường bao theo điện áp phía nguồn xoay chiều với số đập mạch mđm, đó: Chỉnh lưu hình tia: mđm= mpha Chỉnh lưu cầu: m chẵn mđm= mpha m lẻ mđm = 2mpha Biên độ điện áp chỉnh lưu Um phụ thuộc vào sơ đồ đấu van Chỉnh lưu hình tia: Um=U pha max = U2m Chỉnh lưu cầu: m chẵn Um=2U2m m lẻ Um=2U2m cos π 2 m Giá trị trung bình điện áp chỉnh lưu Ud=mdm 2 π π mdm +π mdm Umcos θdθ=mdm π Umsin π mdm 2.3. CHỈNH LƯU ĐIỀU KHIỂN DÙNG TIRISTO 2.3.1 Khái niệm góc điều khiển . Mạch chỉnh lưu dùng van diode cấp tải điện áp xác định Ud=kU2, thay diode tiristo để tiristor dẫn dịng cần có đồng thời hai điều kiện: Thứ nhất, điện áp van phải dương UAK>0, điều kiện hoàn toàn diode; thứ hai, có dịng điều khiển đủ mạnh tác động vào cực điều khiển Như sử dụng điều kiện thứ hai ta khống chế điểm mở tiristo theo ý muốn Người ta sử dụng khái niệm góc điều khiển (cịn gọi góc mở) để mơ tả thời điểm mở tiristor Góc điều khiển góc tính từ thời điểm mở tự nhiên đến thời điểm tiristo phát xung vào cực điều khiển để mở van Thời điểm mở tự nhiên điểm mà thay van tiristor diode bắt đầu dẫn. 2.3.1 Chỉnh lưu điều khiển pha nửa chu kỳ 2.3.1.1 Tải trở (L=0) (13)U2 R L T U1  U t ud id t1p xung t Hình 2.20.Chỉnh lưu tiristor pha hình tia Hình2.21.Đồ thị điện áp Trong sơ đồ giai đoạn (0¸p)mặc dù điện áp tiristo T dương, song phải đến thời điểm  tiristo nhận tín hiệu điều khiển IG từ khâu phát xung (FX) Do đó: Trong giai đoạn (0¸)tiristo khố: ud=0 Trong giai đoạn ( p¸ )tiristo dẫn: udu 2( ) Trong giai đoạn (p ¸2 )p tiristo khoá: u d Điện áp ud phần u2 với độ lớn tuỳ thuộc góc  Ta có: 2 0 1 (1 os ) ( ) sin 2 2 d d c U u d U d U p p        p p p   ∫  ∫  (2.28) 0 (1 os ) ( ) d d d c U  U   U f  (2.29) Biểu thức cho thấy điện áp chỉnh lưu Ud hàm phụ thuộc vào góc điều khiển Như muốn điều chỉnh điện áp tải cần tác động vào tham số  Bằng cách thay đổi  từ đến 1800 ta điều chỉnh điện áp Ud từ giá trị lớn Ud0 đến giá trị nhỏ (bằng 0) 2.3.1.2 Chỉnh lưu pha nửa chu kỳ với tải RdLd Khi tiristo dẫn, ta có phương trình mạch: 2 2sin L R uuuU  hay 2sin d d d d di L i R U dt    Dòng điện id() gồm hai thành phần: dòng cưỡng bức icb dòng tự itd: id = icb + itd Hình 2.22 Khi khơng có diode Hình 2.23 Khi có diode  U ud i d eL t2 p xung t  U t ud id eL t1 p t xung (14)Dòng cưỡng chịu tác động nguồn u2 theo thuộc:   2 2 sin cb d d U i R X      (2.30) Với: ; arctg d d d d X X L R     Thành phần tự hàm tắt dần theo thời gian: t t Q td i Ae Ae Ae           Ở đây: d d L R   d d d d L X Q R R    = tg Vậy dòng tải là:   2 2 sin Q d d d U i Ae R X         (2.31) Hệ số A xác định từ điều kiện đóng mạch có điện cảm i  d(  ) 0 Ta rút ra   2 2 sin Q d d U A e R X         Cuối ta có:     2 2 2 sin sin Q d d d U i e R X                    (2.32) Khi có điện cảm Ld, dòng điện kéo dài qua điểm p, góc dẫn van l=(3-1)>(p-) Giá trị l xác định từ biểu thức với điều kiện i(=+l)=0 ta có phương trình sau: sin( ) sin( )e Q l l      Đây phương trình siêu việt giải gần Dạng điện áp ud     2 cos os 2 sin 2 cos os d do c U U U d c U  l     l   p p   l         ∫ (2.33) Khi mạch chỉnh lưu dùng van diode, ta có quy luật với =0, được: 2 2 ( ) sin( ) sin Q d d d U i e R X              (2.34) sin( ) sin e Q l l     (để xác định góc dẫn l) 1 os d do c U  U  l (15)2.3.2.1. Tải R Góc điều khiển  tiristo nhau: 1=2= Sự sai lệch chúng đánh giá độ đối xứng Mạch điều khiển có nhiệm vụ đảm bảo độ đối xứng không vượt 10 đến 20 điện Theo đồ thị ta nhận được: 2 0 1 2 (1 os ) ( ) sin 2 (1 os ) 2 d d d c U u d U d U c U p p        p p p        ∫ ∫ (2.35) Với Udo=0,9.U2 Với tải trở, dạng dòng điện id tương tự dạng điện áp ud, ta thấy dịng điện có đoạn (id=0) toàn dải điều chỉnh  Do dòng điện gọi dòng điện gián đoạn 2.3.2.2 Tải R + Ld Hình 2.24 Hình 2.25 Đồ thị dịng áp L=0 Hình 2.26 Đồ thị dịng áp L= L=0  1  2 3 ud id t t t t p1 p2 p 3 a 0 i1 i2 uT1  1 2 3 ud id i1 i2 t t t t UT 1 b 0 i1 i2 uT 1 L= T2 U1 R U21 U22 T1 (16)Ở trường hợp tùy góc mở tải có hai dạng dịng id khác nhau, gọi tên riêng chế độ dòng điện liên tục chế độ dòng điện gián đoạn 1 Chế độ dòng điện liên tục 2 1 2 2 sin cos cos d do U U d U U  p       p p   ∫   Dạng dòng điện id liên tục van dẫn khoản l=p Ở trạng thái xác lập có quy luật: id()=id(+p) 2 2 2 sin( ) Q d d d U i Ae R X         Đưa điều kiện id()=id(+p) vào biểu thức ta xác định A: 2 2 [2 sin( )] ( 1) Q Q d d U e A R X e  p        Vậy quy luật dòng điện khoảng van dẫn: ( ) 2 2 2sin( ) ( ) sin( ) 1 Q d Q d d U i e R X e  p  p                        (2.36) 0 d os R d d d d U U c I R    (2.37) Thông thường đặc tính điều khiển động tốt dịng liên tục, thực tế điện cảm Ld thường chọn cho đạt chế độ Mặt khác phân tích kỹ thuật, để đơn giản người ta coi Ld đủ lớn để dòng điện id có độ gợn sóng khơng đáng kể, nên id=Id giá trị khơng đổi Lúc đồ thị id đường thẳng với giá trị Id 2 Giới hạn dòng liên tục Khi dòng điện qua van vừa giảm tới van đồng thời phát xung mở ra, id(=p+)=0 Thay vào biểu thức dòng điện ta xác định góc điều khiển giới hạn này: d d X arcta R gh    (2.38) Vậy: - Nếu <gh ta có chế độ dòng liên tục; (17)- Nếu >gh ta có chế độ dịng gián đoạn Như có Ld>Ldth ta đạt chế độ dịng liên tục với tải góc điều khiển xác định 2.3.3 Chỉnh lưu hình tia ba pha dùng tiristo Nếu >300, tải trở, điện áp ud có đoạn 0, dịng điện tải id gián đoạn 2 30 0 1 3 ( ) sin os( 30 ) 2 2 3 os( 30 ) 2 1 os( 30 ) 3 d d d U u d U d U c c U c U p p        p p p  p                  ∫ ∫ (2.39) Nếu  < 300, điện áp ud lớn Như với tải trở, dòng điện tải id liên tục, đó: 0 0 30 120 2 30 3 2 sin os os 2 d d U U d U c U c        p p     ∫   (2.40) 2.3.4 Chỉnh lưu điều khiển sơ đồ cầu pha, tải trở. Dạng điện áp nhận tải hoàn toàn tương tự cho trường hợp mạch chỉnh lưu hai pha hình tia os d d c U  U   Với Ud0=0,9U2 T4 T1 U T3 L T2 R A B F E T4 T1 U T3 L T2 R A B F E T2 R L NK NA T4 T6 T1 T3 T5 A B C E F T2 R L NK NA T4 T6 T1 T3 T5 A B C T2 R L NK NA T4 T6 T1 T3 T5 A B C E F Hình 2.28 (18)2.3.5 Chỉnh lưu điều khiển cầu pha Để đảm bảo sơ đồ hoạt động Khi phát xung mở van cần kết hợp phát xung mở van phía trước Khi khơng xét đến trùng dẫn, thời điểm có van dẫn, nhóm A nhóm K, khơng van dẫn Với tải trở, góc giới hạn th dịng liên tục dòng gián đoạn 600 Vậy: Nếu  £ 600 ta có quy luật : Ud=Udo.cos=2,34.U2.cos \* MERGEFORMAT Nếu  > 600 dịng điện gián đoạn     0 0 2 60 0 1 os 60 3 2 sin 2 1 os 60 2 d do c U U d U c U p      p p           ∫ (2.41) 2.4 QUÁ TRÌNH CHUYỂN MẠCH VAN VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA ĐIỆN CẢM XOAY CHIỀU La 2.4.1 Các trình chuyển mạch Khi phân tích mạch chỉnh lưu mục trước ta coi : Nguồn xoay chiều cấp cho mạch van lý tưởng, tức có tổng trở không Các van lý tưởng (khóa tức thời tiếp giáp bị phân cực ngược) Tuy nhiên nguồn thực tế có nội trở, điện kháng nguồn có điện cảm La Ngồi thực tế van cần có thời gian định để giảm dòng trở trạng thái khóa hồn tồn Khi nguồn lý tưởng (có La=0) Hình 2.32 Góc o (19)Giả sử van T1 dẫn dòng tải Id, thời điểm 1, T2 phát xung mở T2 dẫn làm T1 khố Vì dịng tải Id chuyển từ van T1 sang van T2 Dòng qua T1 giảm đột biến từ giá trị Id 0, dòng qua T2 lại tăng đột biến từ đến Id Đây tượng chuyển mạch van cách tức thời Khi nguồn không lý tưởng (có La¹ 0) Giả thiết T1 dẫn dòng tải Id ; i1=Id Thời điểm 1 phát xung mở T2 Các điện cảm La, với tính chất chống đột biến dịng điện qua nó, khơng cho phép dòng qua van T1 T2 biến thiên đột ngột Cần phải có khoảng thời gian để dòng i1 giảm dần từ Id 0, để dòng i2 tăng dần từ đến Id Trong giai đoạn hai van dẫn dịng, q trình chuyển mạch van gọi tượng trùng dẫn Góc tương ứng giai đoạn ký hiệu g 2.4.2 Quy luật chuyển mạch trùng dẫn. 1 Quy luật điện áp udN Khi hai van T1, T2 dẫn, ta có sơ đồ thay hình 2.35 Theo viết hai phương trình cần điện áp sau: 1 dN a di u u L dt   2 dN a di u u L dt   Cộng hai phương trình được: 2 2udN u u La di di dt dt           Vì i1+i2=Id coi dịng id phẳng hồn tồn khoảng g, ta có (1 2) dId 0 di di d i i dt dt dt dt             1 2 dN u u u   (2.42) Hình 2.33 Hình 2.34 (20)Như vậy: Trong giai đoạn chuyển mạch trùng dẫn, điện áp udN biến thiên theo quy luật bình quân điện áp pha nguồn có van tham gia chuyển mạch 2 Quy luật dòng điện Để xác định dòng điện i1, i2 khoảng g, ta xét dòng vòng i sơ đồ mạch trên: 2 a di L u u dt   Với nguồn m pha, lấy u2 làm gốc thì: 2 2sin 2msin uU  U  và 2 sin m u U m p          Tính hiệu chúng sau biến đổi ta có: 2 2 2 sin sin( ) sin sin 2 m m m u u U U U m m m p p p p                    Và trình trùng dẫn bắt đầu 1= m p p  + ta dịch trục toạ độ sang điểm ( gốc tọa độ mới 1) để có:   2 2 sin sin 2 sin sin 2 m m u u U U m m m m p p p p p p                         2 2 sin sin( ) sin sin( ) 2 sin ( ) os( ) a m m a m a di L U dt m U di m dt L U m i c C X p   p    p           Ở  = (gốc toạ độ 1) có i(0) = 0, tính số C: 2 sin os m a U m C c X p   Cuối cùng:   ( ) msin os - os( ) a U i c c X m p     (2.43) Quy luật dòng i2 (van mở) i() Quy luật dịng i1 là: i1() = Id - i() (2.44) 3 Góc trùng dẫn Xác định từ điều kiện i2( g)Id   2 os - os sin sin a d a d m X I X I c c U U m m   g p p    (21)So sánh với điện áp udN khơng có trùng dẫn ta thấy, trùng dẫn điện áp udN bị đoạn (phần gạch chéo đồ thị hình 2.34) Tức điện áp chỉnh lưu bị nhỏ lượng DUg:       1 2 0 2 2 0 2 2 2 sin sin 2 2 sin os -cos 2 dN m m u u m m U u u d u d u u m m d U d m m U c m g g g g g   p p p     p p p   g p    D                         ∫ ∫ ∫ ∫ Thay (2.45) vào biểu thức ta có: / a d X I U m g p D  (2.46) Vậy điện áp chỉnh lưu còn: os -d do U  U c  DUg (2.47) Lưu ý: a Các phân tích dành cho q trình chuyển mạch nhóm van, hồn tồn xác cho chỉnh lưu hình tia Với chỉnh lưu cầu, mạch có hai nhóm van nên trình chuyển mạch tồn hai nhóm, phân tích cho nhóm một, biểu thức cho nhóm Sự khác biệt thể hai biểu thức 1 Với udN: Chỉnh lưu hình tia udN = ud Chỉnh lưu cầu udN # ud có hai nhóm: udN1 = ud catốt chung udN2 = ud anốt chung ud = udN1 – udN2 Với DUg: Chỉnh lưu hình tia theo (2.46) Chỉnh lưu cầu phải thêm hệ số vào (2.46) có hai nhóm gây sụt áp DUg b Chỉnh lưu diode với La # đương nhiên có tượng chuyển mạch với g Các biểu thức tính tốn có thay điều kiện α = (Chỉnh lưu diode coi trường hợp đặc biệt chỉnh lưu tiristor góc mở α = 0) 1 Chỉnh lưu hình tia hai pha u21 =u’2 = 2U2sin , u22 = u’’2 = 2U2sin( p ) Quy luật điện áp theo 2.42 ' " 2 0 2 dN u u u    (2.59)  Dòng qua van bắt đầu dẫn theo 2.43: imở(   2 ) m os -cos + a U c X         Dịng qua van bắt đầu khố theo 2.44: kho I á( ) Id-imở() (22)   2 os -cos 2 a d a d m X I X I c U U  g   Sụt áp chuyển mạch theo 2.46 với m=2: a d X I Ug p D  0 2 2 os - os a d 0,9 os a d d d X I X I UU cUg U cU c  p p p  D     (2.48) 2 Chỉnh lưu hình tia ba pha Trong giai đoạn chuyển mạch g: Quy luật điện áp: Có ba khoảng chuyển mạch chu kỳ 2p điện áp nguồn  Đoạn g1: Van T3 chuyển mạch van T1: Vì T3 nối với pha c, van T1 nối với pha a: udN=ud=(ua+uc)/2  Ở g2: T1 chuyển mạch với T2, có: udN=ud=(ua+ub)/2  Ở g3: T2 chuyển mạch với T3, có: udN=ud=(ub+uc)/2 Quy luật dòng điện:  Van mở theo 2.43: imở(   2 ) m os -cos + a U c X        Van khoá lại theo 2.44: Ikhoá( ) Id-imở() Biểu thức xác định gócg:   2 2 os -cos 3 a d a d m X I X I c U U   g   (2.49) Sụt áp chuyển mạch theo 2.46 với m=3: 3 a d X I Ug p D  (2.50) Do đó: 2 3 3 os 1,17 os 2 2 a d a d d X I X I UU cU c  p p p     (2.51) 3 Chỉnh lưu cầu pha (hình 2.34) Theo nguyên lý hoạt động van phải dẫn theo căp: T1T2 T3T4 Vì thời điểm 1, van T3T4 dẫn ta cho mở T1T2 đồng thời có hai nhóm van chuyển mạch : T3 chuyển cho T1; T4 chuyển cho T2; Trong giai đoạn trùng dẫn bốn van dẫn dòng điện Điện áp tải ( giả thiết sụt áp tiristor dẫn không: ud(g)=0 Sụt áp trùng dẫn gấp đôi sơ đồ tia hai pha : 2X Ia d Ug p D  (2.52a) Góc trùng dẫn   2 os -cos a d m X I c U   g  (2.52b) (23) Và 2 2 2 os a d 0,9 os a d d X I X I UU cU c  p p p     (2.52c ) 4 Chỉnh lưu cầu ba pha Với chỉnh lưu cầu nhiều pha, ta thấy trình chuyển mạch xảy hai nhóm Ở là: - Nhóm lẻ: Chuyển mạch theo vịng trịn: - Nhóm chẵn: Chuyển mạch theo vịng trịn: Các biểu thức: 3X Ia d Ug p D    2 2 os -cos 3 a d a d m X I X I c U U  g   0 2 3 3 os - U os a d 2,34 os a d d d X I X I UU c  g U cU c  p p p  D     Mạch cầu ba pha có đặc điểm riêng trùng dẫn, phân biệt góc g = 600 Các biểu thức g < 600 Hai trường hợp lại phức tạp quy luật khác đi. 2.5. SÓNG HÀI ĐIỆN ÁP CHỈNH LƯU VÀ HỆ SỐ ĐẬP MẠCH 2.5.1 Sóng hài Ud Điện áp chỉnh lưu ud mạch chỉnh lưu m pha có dạng đập mạch số lần đập mạch mđm chu kỳ nguồn xoay chiều Như ta thấy mđm phụ thuộc vào sơ đồ mạch van: Sơ đồ hình tia: mđm = mpha Sơ đồ cầu: mđm = mpha mpha số chẵn mđm = 2mpha mpha số lẻ Biên độ điện áp ud phụ thuộc vào sơ đồ mạch van: Sơ đồ hình tia: Udm=Upha m =U2m= 2U2 Sơ đồ cầu: Udm=2Upha m =2U2m mpha số chẵn 1 3 5 T T T  2 TTT (24)Udm=2U 2mcos2mđm p mpha số lẻ Các dạng điện áp ud chỏm hình sin hàm tuần hồn chẵn y(x)=y(-x) Ta khai triển hàm tuần hồn chẵn thành tổng tín hiệu bao gồm: tín hiệu chiều tín hiệu xoay chiều hình sin có tần số bội của tần số hay cịn gọi sóng hài bậc cao Ta viết hàm ud() dạng hàm cosin (dịch trục toạ độ sang phải góc p/2) tức khoảng chu kỳ biến thiên ud, từ -(p/mđm-) đến (p/mđm+) có: ud  U cm os Khai triển Fourier cho dạng ud ( xem hình 2.40 ):    m   m  1 os n.m sin n.m d n đ n uU A cB          Với U0 U c d0 os =Uda Các hệ số An Bn xác định theo biểu thức:  m  os cos n.m đm đm m đm n m m A U c d p  p     p    ∫  m  os sin n.m đm đm m đm n m m B U c d p  p     p    ∫ Sau tính tốn biến đổi có triển khai Fourier sóng hài điện áp chỉnh lưu:           1 2 0 m m n=1 m 2 -1 os 1+ n.m os n.m n.m n d đ n đ uU ctgc                         (2.53) Với tgnđmn m tg2.5.2 Hệ số đập mạch chỉnh lưu Biểu thức (2.53) cho phép xác định hệ số đập mạch điện áp chỉnh lưu: m đm U k U  Với U1m biên độ sóng hài bậc (n=1):           2 1 m m 1 m 2 os m os m 1 os m d đ đm u U c tg c (25) Ở đây:     1 m 2 os m 1 m đm U U c tg m      tg1m tgđm  Từ (2.54) ta có hệ số đập mạch chỉnh lưu:  m 2 m  2 m os m 1 đm đ đ đm k tg c m              Theo biểu thức ta thấy hệ số đập mạch tỉ lệ thuận với góc  tỉ lệ nghịch với mđm Theo biểu thức trên, thí dụ cho trường hợp chỉnh lưu diode (=0) ta có sóng hài bậc mạch sau: 1 Với mđm=2; 1  2 os2 d U   U c  Suy hệ số đập mạch: 1 2 0,667 m đm d U k U    1 Với mđm=3   1 1 os3 0, 25 4 dđm U   U c   k2 Với mđm=6   1 2 os6 0, 057 35 dđm U   U c   k  Đây số liệu kđm có bảng 2.1 2.6. BỘ LỌC MỘT CHIỀU Hệ số đập mạch chỉnh lưu phụ thuộc vào số đập mạch mđm góc điều khiển  Với mạch chỉnh lưu xác định, số đập mạch mđm = const, hệ số đập mạch kđm tốt  = (Van diode), trình điều chỉnh , hệ số Trường hợp kđm() không thoả mãn yêu tải, cần đưa thêm mạch lọc chiều nhằm cải thiện hệ số đập mạch Hiệu khâu lọc đánh giá hệ số san bằng: ào đmv sb đmra k k k  (2.55) Ta ln có kđm vào>kđm ksb >1 ksb lớn tốt 1 Lọc điện cảm (hình 2.41a) Loại dùng điện cảm L mắc nối tiếp với tải Theo khai triển Fourier biểu thức (2.53), điện áp chỉnh lưu coi gồm hai loại nguồn điện áp; nguồn chiều U0 U c d0 os , và (26)nguồn xoay chiều sóng hài u~ Bây ta có sơ đồ thay mạch hình 2.41 Tác động nguồn  Nguồn U0 không bị điện cảm cản trở nên ta có: U0t=U0  Nguồn xoay chiều bị sụt áp L, trước đưa đến tải theo quan hệ chia điện áp: XL lớn Rt thành phần xoay chiều Rt nhỏ, điều tốt thành phần điện xoay chiều gây nên độ đập mạch điện áp: ~ ~ t U U R Z  với ZXL2Rt2 Để xác định ksb ta cần sóng hài bậc Từ phân tích ta có: 0 1 0 vao đmvao vao sb ra đmra ra U k U U k U k U U    Do 1 1 vao ra t t U U U U R Z   nên: 2 2 1 L t L sb t t t X R X Z k R R R            Với: XL= đmL = mđm1L ( 1 tần số góc nguồn xoay chiều đưa vào mạch van ) ta rút điện cảm lọc cần có để đảm bảo hệ số san cần thiết:   2 1 ; sb t dm k L R H m    Lọc điện cảm phù hợp với tải công suất lớn, cơng suất lớn điện trở tải Rt càng nhỏ dễ dàng thực điều kiện lọc tốt XL >> Rt 2 Lọc điện dung C (hình 2.41b) Điện dung C đấu song song với tải Ở tác động lọc khác với lọc điện cảm Với nguồn chiều tụ điện khơng ảnh hưởng, cịn với nguồn xoay chiều tụ C phản ứng theo tổng trở 1 C X C   Do tụ C đấu song song tải nên phân chia dòng xoay chiều lại theo quy tắc: XC nhỏ Rt dịng xoay chiều bị hút vào đường qua tụ điện, dịng xoay chiều qua tải, tức hiệu lọc tốt Giá trị tụ lọc tính gần theo biểu thức sau:   1 ; dm t dmra C F mR k  Lọc điện dung khó thực với tải cơng suất lớn, Rt nhỏ ta khó thực điều kiện lọc tốt XC << Rt giá trị C phải lớn Do lọc tụ dùng cho tải công suất nhỏ 3 Lọc LC (hình 2.41c) Đây thực chất kết hợp hai loại lọc trên, để lọc hiệu phải tuân thủ nguyên tắc: XL >> Rt; XC << Rt Khi đảm bảo điều kiện ta có thành phần U0 đưa tồn tải, thành phần xoay chiều bị giữ (lọc) lại toàn khâu lọc Với thành phần bậc ta viết: U1m vào = I1m.(XL – XC) U1m = I1m.XC (27)Vậy: 1 0 1 1 0 1 vao vao L sb ra ra C U U U X k U U X U     Với: XL=mđm1L; 1 C dm X mC  , ta có: 2 1 sb dm kmL C 1L Hay: 12 1 sb dm k L C m    (2.56) Nếu ft=50Hz     2 10 sb ; dm k L C F H m    Trong trị số điện cảm xác định trước theo mong muốn dòng điện liện tục:     min 2 1 4 ; t dm dm R L L H mm    3 Lọc hình p (lọc CLC)(hình 2.41d) Đây lọc gồm hai mắt lọc, lọc C lọc LC, mắc nối tiếp Hệ số san lọc tích số hệ số san mắt lọc: ksb=ksbC.ksbLC Thường lấy ksbC trước (để tương ứng có kđm ) cho lọc tụ cỡ (0,02 ¸0,1) xác định giá trị C Sau tính mặt lọc LC cịn lại theo (2.56) Lọc dạng p ứng dụng cần có ksb >50 2.7. CHỈNH LƯU BÁN ĐIỀU KHIỂN Chỉnh lưu bán điều khiển sử dụng mạch van sơ đồ cầu, lúc nửa số van diode, nửa số van lại tiristo 2.7.1 Loại pha: (28)Hình 2.43a  Trong khoảng α – π: T1Đ2 dẫn ud = u2  Trong khoảng π – (π + α): T1Đ1 dẫn, π Đ1 mở tự nhiên làm cho Đ2 khóa, ud =  Trong khoảng (π + α) - 2π : T2Đ1 dẫn, T2 phát xung mở điểm (π + α) dẫn làm cho T1 khóa, ud = -u2  Trong khoảng 2π – (2π + α): T2Đ2 dẫn, 2π Đ2 mở tự nhiên làm cho Đ1 khóa,ud =  Ta thấy có tượng dẫn thẳng hàng hai van: T1Đ1 T2Đ2 , đoạn tải bị ngắn mạch nên ud = Các đoạn lại ud bám theo điện áp nguồn Do dạng điện áp ud giống chỉnh lưu điều khiển với tải trở : 0 1 os os 0,9 2 d d c c U  U    U   d d d U I R   Các van dẫn khoảng p, trị số trung bình dịng qua van Id/2. 2 Chỉnh lưu cầu bán điều khiển, tiristo mắc thẳng hàng  Trong khoảng α – π: T1Đ2 dẫn ud = u2  Trong khoảng π – (π + α): Đ1Đ2 dẫn, π Đ1 mở tự nhiên làm cho T1 khóa, T2 chưa dẫn nên Đ2 cịn mở chưa khóa ud =  Trong khoảng (π + α) - 2π : T2Đ1 dẫn, T2 phát xung mở điểm (π + α) dẫn làm cho Đ2 khóa, ud = -u2  Trong khoảng 2π – (2π + α): Đ1Đ2 dẫn, 2π Đ2 mở tự nhiên làm cho T2 khóa, ud = (29)Hình 2.43b 2 1 os 0,9 2 d c u   U   d d d U I R   Tiristo dẫn khoảng p ; Diode dẫn khoảng p  Vì dịng trung bình qua van là: irsto 1 2 tbt d d I I d I p  p   p p   ∫  0 1 2 tbdiot d d I I d I p  p   p p    ∫  2.7.2 Chỉnh lưu cầu ba pha bán điều khiển Với mạch cầu ba pha có kiểu đấu tiristo mắc chung catơt  Chỉnh lưu hình tia ba pha điều khiển gồm T1, T2, T3 cho điện áp: 0 2 3 os os 1,17 os 2 d d tia UU cU cU c  p     Chỉnh lưu hình tia ba pha khơng điều khiển gồm D1, D2, D3 cho điện áp: 0 2 3 1,17 d d tia U U U U p    Vậy tổng cộng lại: Ud Ud tia0 Ud tia0 osc  Ud tia0 1cos 1,17U21cos Vì chỉnh lưu cầu có Ud0 2Ud tia0 2,34U2 nên quy đổi biểu thức sang dạng cầu ta có: 0 2 1 os os os 2,34 2 2 d d cau c c c UUUU  p       (30) Hình 2.44 2.7.3 Hệ số cơng suất cos chỉnh lưu điều khiển chỉnh lưu bán điều khiển Ta biết hệ số công suất của hộ tiêu thụ điện cos,  góc lệch pha điện áp dịng điện phụ tải Hình 2.45 đồ thị quan hệ điện áp nguồn u2 dòng điện nguồn i2 cấp cho tải chiều thông qua chỉnh lưu cho hai trường hợp: Theo đồ thị dịng điện i2 sóng hài bậc của i2(1) Với tần số tần số nguồn xoay chiều, so sánh với điện áp nguồn u2, rút ra: Chỉnh lưu điều khiển có: = Chỉnh lưu bán điều khiển có: =/2 Như hệ số cos chỉnh lưu bán điều khiển tốt chỉnh lưu điều khiển 2.8. ĐẤU GHÉP CÁC MẠCH CHỈNH LƯU, CHỈNH LƯU PHA CĨ CUỘN KHÁNG CÂN BẰNG Thực tế có phụ tải đòi hỏi điện áp cao, dòng điện lớn mà van chế tạo chưa đạt tới Trong trường hợp người ta dùng biện pháp khắc phục sau: (31)2.8.1 Đấu nối tiếp mạch chỉnh lưu Nếu mạch có dùng biến áp hai cuộn thứ cấp có pha lệch 300 Điều cho phép điện áp ud=ud1+ud2 có số đập mạch gấp đơi sơ đồ cầu thơng thường, có nghĩa mđm =12 điện áp phẳng 2.8.2 Đấu song song mạch chỉnh lưu với nhau Khi đấu song song mạch chỉnh lưu với nhau, phải đảm bảo mạch hoạt động độc lập Để đạt điều buộc phải sử dụng điện cảm nhằm cách ly mạch chỉnh lưu, gọi cuộn kháng cân Lcb (để phân biệt với điện cảm chiều Ld) 2.8.3 Chỉnh lưu pha có cuộn kháng cân bằng Sơ đồ mạch chỉnh lưu hình 2.49 Máy biến áp có hai cuộn dây thứ cấp tạo thành hệ thống nguồn đối xứng pha: a, b, c a b c, , Hai nhóm van đấu theo sơ đồ hình tia ba pha, làm việc độc lập nhờ điện cảm cân Lcb Thấy rằng, điện cảm cân Lcb mạch trở thành chỉnh lưu hình tia pha van đấu thành nhóm kiểu catốt chung Theo sơ đồ mạch điện ta có: udI=ud+u1 (2.57) udII=ud-u2 (2.58) Trong udI, udII điện áp hai mạch chỉnh lưu ba pha hình tia u1 u2 sụt áp nửa cuộn kháng cân bằng, u1=u2 Cộng hai biểu thức ta có: udI + udII =2ud Suy ra: dI dII d u u u   Biết dạng udI, udII ta dựng đồ thị ud Hình 2.50 đồ thị điện áp chỉnh lưu ud với α = Hình 2.46 Hình 2.47 Hình 2.48 (32)Điện áp chỉnh lưu có số đập mạch gấp đơi sơ đồ tia, tức mđm=6 Tuy nhiên giá trị trung bình ud điện áp chỉnh lưu tia ba pha, hai mạch đấu song song: 0 2 3 1,17 d u U U p   Mỗi mạch chỉnh lưu chịu nửa dòng tải Id nên van chịu dịng trung bình là: / 3 d d tbv I I I   Công suất biến áp nguồn: Sba=1,26Pd Cuộn kháng cân bằng: Lấy hiệu (2.57) (2.58) ta nhận điện áp cuộn kháng cân bằng: u1 + u2=uLcb=udI - udII Nếu trị số dịng IdI, IdII q nhỏ khơng đủ cấp dịng từ hố cho cuộn kháng hoạt động Lúc Lcb tác dụng cách ly hai mạch chỉnh lưu, mạch trở thành chỉnh lưu pha hình tia, khơng cịn hai mạch chỉnh lưu ba pha hình tia đấu song song Cơng suất cuộn kháng cân bằng: Scb=0,071Pd Khi điều khiển với  ¹ 0, ta có quy luật : 0 os - U d d U  U c  D g 2.9. CHẾ ĐỘ NGHỊCH LƯU PHỤ THUỘC Thiết bị chỉnh lưu thiết bị mà dịng lượng chuyển từ phía nguồn xoay chiều sang phía chiiều.Tuy nhiên, tải có chứa suất điện động Ed, làm cho lượng chuyển từ phía chiều sang phía xoay chiều – gọi chế độ nghịch lưu Thực tế, điều thường xảy với tải động điện chiều làm việc chế độ máy phát, lượng phải chuyển lưới điện xoay chiều Lúc thiết bị chỉnh lưu chuyển sang chạy chế độ nghịch lưu Vì mạch van hoạt động phải dựa theo nguồn xoay chiều, phụ thuộc vào nguồn này, nên gọi nghịch lưu phụ thuộc 2.9.1 Bản chất nghịch lưu phụ thuộc điều kiện thực hiện Ta biết nguồn phát lượng tiêu thụ lượng, tuỳ thuộc chiều dòng điện chiều s.đ.đ Nếu chiều s.đ.đ dòng điện qua trùng nhau, nguồn phát lượng (33) Nếu s.đ.đ dòng điện ngược nhau, tải tiêu thụ lượng Từ nguyên tắc ta thấy rằng, muốn có nghịch lưu cần điều kiện: 1 Để phía chiều phát lượng, cần đảm bảo dòng id chiều s.đ.đ Ed chiều 2 Để phía xoay chiều nhận lượng, tương đương nguồn Ud phải nhận lượng, chiều dòng id phải ngược chiều nguồn Ud Song mạch van cho phép dòng id theo chiều xác định: a) Khi giữ nguyên mạch van chỉnh lưu, tức giữ chiều dòng id chỉnh lưu ta buộc phải:  Thực điều kiện cách đảo chiều s.đ.đ Ed  Thực điều kiện cách đảo chiều Ud : có quy luật Ud = Ud0cos, nên điều có nghĩa cần làm cho Ud < 0, suy phải điều khiển với  > 900 Phương pháp thể hình 2.51a. b) Khi nguyên chiều s.đ.đ Ed cần phải:  Đảo chiều dòng id cách đưa vào mạch van thứ II ngược với mạch van chỉnh lưu I Như cần chạy chế độ nghịch lưu đưa II vào hoạt động thực điều kiện1  Điều kiện đảm bảo điều khiển II với góc  > 900 Phương pháp thể hình 2.51b Trong hai phương pháp cần điều khiển mạch van với  > 900 để đảm bảo điện áp Ud đảo dấu so với chế độ chỉnh lưu Như có mạch có Ud = Ud0cos cho phép chạy chế độ nghịch lưu phụ thuộc Vì  > 900 ta có Ud = Ud0cos < 0 2.9.2 Mạch chỉnh lưu pha chế độ nghịch lưu phụ thuộc Xét ví dụ sơ đồ cầu pha (hình 2.52a) 1 Chế độ chỉnh lưu: < 900, U d > 0: để nguồn xoay chiều phát lượng s.đ.đ Ed > để nhận lượng Dòng lượng chuyển từ phía xoay chiều sang chiều Đồ thị hình 2.52b cho thấy điện áp ud chủ yếu giai đoạn lớn không 2 Chế độ nghịch lưu:  > 900 để có Ud < nhận lượng s.đ.đ Ed < có chiều trùng dòng id để trở thành nguồn phát lượng Đồ thị chế độ hình 2.52c Điện áp ud chủ yếu giai đoạn âm Các biểu thức tính tốn theo (2.52a), (2.52b), (2.52c) 2X Ia d Ug p D    2 os -cos a d m X I c U  g  Hình 2.51 (34) 2 2 2 os a d 0,9 os a d d X I X I UU cU c  p p p     Có lưu ý biểu thức tính dịng điện là: d d d d U E I R    , Ed < nên ta có: d d d d U E I R    Để cho dễ nhận biết chế độ nghịch lưu, người ta đưa vào góc bù góc điều khiển:   p    p  (2.59) Lúc thay (2.59) vào biểu thức (2.52a), (2.52b), (2.52c) ta có: 2 0,9 os - a d d X I UU c  p    2 os -cos a d m X I c U  g   3. Góc khóa d tượng sập nghịch lưu Ở chế độ nghịch lưu phụ thuộc, thời gian phục hồi tính chất khố cho tiristo khoảng thời gian điện áp tiristo âm sau van khố Trên đồ (hình 2.52c) đặc trưng góc khố d   d  p g Ở chế độ chỉnh lưu  nhỏ nên góc d lớn ln đảm bảo khố tốt cho van Ở chế độ nghịch lưu  lớn nên góc d nhỏ, điều khiển với  q lớn góc d khơng đảm bảo khoá van Hiện tượng điều khiển d < phục hồi van làm mạch cố gọi “sập nghịch lưu” Khi hoạt động chế độ nghịch lưu cần khống chế góc d phạm vi cho phép, thường d ³ 50. 2.10 BỘ CHỈNH LƯU ĐẢO CHIỀU Bộ chỉnh lưu đảo chiều thực chất hai mạch chỉnh lưu loại đấu song song, ngược so với tải (hình 2.53) Mỗi chỉnh lưu đảm nhận dấu (một chiều) điện áp tải Tuy nhiên để mạch làm việc bình thường, cần phối hợp hoạt động hai chỉnh lưu với 2.10.1 Phương pháp điều khiển chung Đặc điểm phương pháp hai mạch chỉnh lưu hoạt động, tức phát xung điều khiển Tuy nhiên làm việc chế độ chỉnh lưu, xác định dấu điện áp chiều chiều quay động cơ, chạy chế độ nghịch lưu sẵn sàng chuyển sang chế độ chỉnh lưu Hình 2.54a ví dụ chỉnh lưu đảo chiều sử dụng sơ đồ cầu ba pha Do hai chỉnh lưu đấu vào tải nên giá trị trung bình chúng phải nhau, theo quy ước chiều sơ đồ hình 2.54a điện áp udI udII, điều có nghĩa là: UdI = -UdII Hay U cd0 osI U cd0 osII (2.60) (35)Suy ra: cosIcosII 0 Phương trình cho ta quan hệ, hay luật phối hợp điều khiển hai mạch chỉnh lưu: I II   p (2.61) ta có : II  p I Vì II nghịch lưu nên theo (2.59): II  p II Suy ra: II I Lưu ý rằng, điểm gốc để xác định góc  cho hai trùng van có số thứ tự; ví dụ van T1 T1’ có điểm mốc tính góc điều khiển T1 T1' Luật phối hợp điều khiển theo (2.61) đảm bảo trị số trung bình hai chỉnh lưu Song giá trị tức thời chúng khác nhau, tức là: udI ¹ -udII Điều dẫn đến buộc phải dùng cuộn kháng cân để chống dòng ngắn mạch chảy xuyên qua hai chỉnh lưu Ví dụ, khoảng 1¸2ở CLI có T1T6 dẫn, CLII tương ứng là:  Đoạn đầu ' ' TT dẫn tạo thành đường ngắn mạch: pha c T5' T6 pha b Điện cảm Lcb2 là để chống ngắn mạch theo đường dây phía nối hai CLI CLII (36) Đoạn sau đến lượt ' ' TT dẫn tạo thành đường ngắn mạch: pha a T1  T6' pha b.Điện cảm Lcb1 để chống ngắn mạch theo đường dây phía mạch Như mạch phải dùng hai cuộn kháng cân Dạng điện áp hai cuộn hình 2.54b, dựng theo biểu thức: udI + udII = uLcb = u1 + u2 Bây ta xem xét trình đảo chiều điện áp tải Ud Do I chế độ chỉnh lưu nên dòng điện tải dòng CLI: Id=IdI, II khơng có dịng, IdII=0, chiều dịng ngược chiều id nên chạy (tuy nhiên tồn dòng cân bằng) Khi cần đảo chiều, phải điều khiển tăng dần góc điều khiển I, tương ứng giảm dẫn II theo (2.61) Do I tăng nên UdI giảm, s.đ.đ Ed khơng giảm nhanh (thí dụ quán tính động cơ), dẫn đến Ed> UdI, đó: 0 d d d U E I R    Tức dòng tải đảo chiều Nhưng CLI khơng thể cho dịng idI đảo chiều, nên dòng id chuyển sang chảy qua CLII Mạch vòng CLII Ed điều kiện chạy chế độ nghịch lưu, nên lúc CLII thực việc trả lượng s.đ.đ Ed nguồn làm Ed giảm Khi I tăng đến 900, II giảm giá trị 900, điện áp UdI = -UdII = Ud0cos = 0, trình nghịch lưu CLII kết thúc Sau II tiếp tục giảm nhỏ 900 chuyển sang chế độ chỉnh lưu, điện áp đổi dấu Bộ CLI chuyển sang chế độ nghịch lưu phụ thuộc, trình đảo chiều kết thúc Phương pháp điều khiển chung cho phép tiến hành đảo chiều nhanh hai chỉnh lưu đồng thời hoạt động Tuy nhiên phải tuân thủ nghiêm ngặt (2.61) I II p là điều khó thực xác. Đồng thời buộc phải có cuộn kháng cân bằng, làm tăng kích thước, giá thành giảm hiệu suất thiết bị Vì phương pháp thường ứng dụng cần có độ tác động nhanh phải đảo chiều thường xuyên với tần suất lớn 2.10.2 Phương pháp điều khiển riêng Bộ chỉnh lưu làm việc không đồng thời Với chiều điện áp có chỉnh lưu phát xung chạy chế độ chỉnh lưu, cịn nghỉ, khơng phát xung điều khiển Như khơng thể có dịng điện chảy xun hai mạch, hồn tồn khơng cần cuộn kháng cân không cần hai chỉnh lưu đấu song song ngược cách trực tiếp Tuy nhiên điều dẫn đến buộc phải loại trừ khả hai hoạt động, làm xuất dịng ngắn mạch qua hai chỉnh lưu gây cố cho thiết bị Do q trình đảo chiều phải thực hiên theo trình tự chặt chẽ Thí dụ cần chuyển hoạt động từ CLI sang CLII, phải làm sau: 1 Ngắt xung điều khiển chạy, CLI 2 Theo dõi dòng id để xác định thời điểm id =0 Lúc có nghĩa van CLI khoá lại Để chờ khoảng thời gian cho van CLI phục hồi tính chất khố 4 Bắt đầu phát xung mở cho CLII chế độ nghịch lưu II > 900 giảm dẫn góc điều khiển để chuyển sang chế độ nghịch lưu  < 900 Quy trình bước để đảm bảo chiều thường mạch điều khiển lơgic có độ tin cậy cao đảm nhiệm Quy trình cho thấy phương pháp điều khiển riêng có tốc độ đảo chiều thấp phương pháp điều khiển chung Câu hỏi ôn tập Các mạch chỉnh lưu diode ? 2 Các mạch chỉnh lưu tiristor ? (37)4 Các mạch chỉnh lưu bán điều khiển ? 5 Sóng hài điện áp chỉnh lưu hệ số đập mạch ? Các lọc chiều ? 7 Đấu ghép mạch chỉnh lưu, chỉnh lưư pha có cuộn kháng cân ? Chế độ nghịch lưu phụ thuộc ?
- Xem thêm -

Xem thêm: chng_2_bi_ging_chi_tit.doc, chng_2_bi_ging_chi_tit.doc