CHƯƠNG 3: THIẾT BỊ CHỈNH LƯU

3.1 KHÁI NIỆM CHUNG

Chức năng:

Biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều

Ứng dụng

Cấp nguồn cho các tải một chiều: Động cơ điện một chiều, bộ nạp accu, mạ điện phân, máy hàn một chiều, nam châm điện, truyền tải điện một chiều cao áp, …

3.2 Đặc điểm của điện áp và dòng điện chỉnh lưu

3.2.1 Điện áp chỉnh lưu

ud: Giá trị tức thời của điện áp chỉnh lưu – Bao gồm cả thành phần xoay chiều uσ và thành phần một chiều – Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu Ud

u

Uu +

d

d

= σ

Số xung đập mạch của sóng điện áp chỉnh lưu:

p

f (1) σ= f

• fσ(1): Tần số của sóng điều hòa bậc 1 thành phần xoay chiều của ud • f: Tần số điện áp lưới

3.1.2 Dòng điện chỉnh lưu

id: Giá trị tức thời của dòng điện chỉnh lưu – Sóng dòng điện chỉnh lưu Id: Giá trị trung bình – Thành phần một chiều của sóng dòng điện chỉnh lưu iσ: Thành phần xoay chiều của dòng điện chỉnh lưu

i d

d

Iσ= i +

Xét hệ thống chỉnh lưu – tải R,L,Eư:

(

)

u

L

u

=

=

−

L

d

Ri d

E + −

di d dt

0;

0

u

u

>

+ ⇒ >

>

d

Ri d

L

E −

0;

0

u

u

=

+ ⇒ =

=

d

Ri d

L

E −

0;

0

u

u

<

+ ⇒ <

<

d

Ri d

L

E −

di d dt di d dt di d dt

• Dòng điện liên tục • Dòng điện gián đoạn • Dòng điện ở biên giới gián đoạn

i d

d

Iσ= i +

Đối với giá trị trung bình – thành phần một chiều:

U

d

E −

I

=

I

0

d

d

d

E U ≥ ⇒ ≥ −

− R

Đối với thành phần xoay chiều:

U

n ( )

σ

=

n ( )

I σ

2

2

R

L

n ( )

⎡ σω + ⎣

⎤ ⎦

• Iσ(n): Giá trị hiệu dụng của sóng điều hòa bậc n thành phần xoay chiều của dòng điện chỉn lưu • Uσ(n): Giá trị hiệu dụng của sóng điều hòa bậc n thành phần xoay chiều điện áp chỉnh lưu. • ωσ(n): Tần số góc của sòng điều hòa bậc n thành phần xoay chiều. I 0

L

→ ∞ ⇒

→ ⇒ =

n ( )

i d

d

I σ

(cid:206) Dòng điện được san phẳng tuyệt đối

3.3 Chỉnh lưu hình tia m-pha – dòng liên tục

LK

RK

Z

u1

3.3.1 Chỉnh lưu hình tia không điều khiển

Sơ đồ

m

sin θ u U = 1

2

m

sin( u U = − θ

m

tθ ω=

sin

(

1)

n

u U =

−

−

n

m

2 π m

⎡ θ ⎢ ⎣

⎤ ⎥ ⎦

sin( θ − u U = 3 2 π ) 3 4 π ) 3

u

0

u

2 −

−

= ⇒ =

−

u V

2

1

1

u 1

2

(cid:206) Không hợp lý

u V 0

Trong khoảng θ1 < θ < θ2: • Giả sử V2 mở 0 u = ⇒ V u 1 u ⇒ > V

1

Tương tự khi giả thiết V3 mở. (cid:206) V1 mở (cid:206) Nhịp V1

1

u 0; = − = = − u 1

Nhịp V1 – θ1 < θ < θ2: u u V V u

2 =

2 =

3 =

1

2

3

I u u ; 1 V ; 0 = u 3 = i V i V i V

2

0; u − = = = − u 1 u u ; 2 V u 3

2 =

1 =

3 =

2

1

3

u i ; d d 1 d Nhịp V2 – θ2 < θ < θ3: u u V V u I ; 0 = = i V i V i V

2

0; u − = = = − u 1 u 3

3 =

1 =

2 =

d

d

3

1

2

u i ; d d 2 d Nhịp V3 – θ3 < θ < θ4: u u V V u I u u ; 3 V ; 0 = = u i ; 3 d i V i V i V

Nhịp Vn:

n

0; u u = = − = − u V u 1 u u ; n

1 =

m =

Vm =

d

d

1

u Vn u I ; 0 = = u i ; n d i Vn i V i Vm

p = m

Số xung:

Quá trình chuyển mạch tại các thời điểm θ2:

(cid:198) Điện áp chuyển mạch là uk = u2 – u1

Tương tự tại các thời điểm θ3, θ4: điện áp chuyển mạch lần lượt là u3 – u2 và u1 – u3

(cid:206) Chuyển mạch tự nhiên

3.3.2 Chỉnh lưu hình tia có điều khiển

Tín hiệu

uc

điều khiển

Khâu phát xung

Thời điểm chuyển mạch tự nhiên

Góc điều khiển α: tính từ thời điểm chuyển mạch tự nhiên đến thời điểm phát xung mở thyristor.

Phạm vi của góc điều khiển α:

≤0

πα<

Giá trị trung bình điện áp chỉnh lưu

α

π π + + m 2

U

U

sin

=

d θ θ

di

m

∫

m 2 π

π π − + m 2

m

U

sin

cos

U

cos

=

α

=

α

di

0di

U

sinm

=

0

di

α π m π m

mU π mU π

Udi0: Giá trị trung bình điện áp chỉnh lưu không điều khiển.

m = 3

m

2

U

sin

1.17

U

=

=

=

=

di

0

2

π 3

U 3 m π

U 3 3 2 π

U 3 6 2 π

Các đường đặc tính

Đặc tính điều khiển:

Đặc tính ngoài (đặc tính tải):

U

• Đầu ra: Ud • Đầu vào: α U =

α

di

0 cos

di

Chế độ chỉnh lưu

Chế độ nghịch lưu

3.3.3 Chế độ làm việc chỉnh lưu và nghịch lưu phụ thuộc

• Chế độ làm việc chỉnh lưu

để có dòng liên tục: trong tải phải có L

<

α<

π 6

π 2

• Chế độ làm việc nghịch lưu

… chế độ nghịch lưu phụ thuộc

α>

π 2

P U I = d d

Điều kiện để có nghịch lưu phụ thuộc

E

U

⋅

d

>−

α⋅ >

• Trong tải phải có Eư • Eư đảo chiều

π 2

γ

Góc an toàn 0 α π γ

≤ γ ω=

< − offt

Chế độ chỉnh lưu

Chế độ nghịch lưu

3.3.4 Chỉnh lưu hình tia 3 pha có diode V0

u V

u −=0

d

V0 sẽ mở khi trong trường hợp không có V0 thì ud < 0

α≥

(cid:206) V0 chỉ hoạt động khi π π − 2 m

u

u

0;

;

;

=

=

=

Chen vào giữa các nhịp V1, V2, V3 là các nhịp V0: u = = − V

u V

u 1

2

1

d

2

u V

3

u 3

I

u 0 V =

=

i d

i V

0

d

α• ≤

m

U

sin

cos

U

cos

=

=

α

α

di

0di

U

sinm

=

0

di

π m π m

π π − 2 m mU π mU π

α

•

≤

≤

π π − 2 m

π π + m 2 π

1 sin(

)

−

α

−

π m

U

U

sin

=

d θ θ

=

0

di

di

∫

mU m 2 π

2sin

α

π π − + 2 m

π m

U

sinm

=

0

di

π m

mU π

Ảnh hưởng của diode V0

• Không có chế độ nghịch lưu • Diode V0 làm tăng hiệu suất của bộ chỉnh lưu

λ=

d dU I mUI

U, I: giá trị hiệu dụng của điện áp và dòng điện pha

=

I

I

=

ψ V

1

− ψ V

0

d

2 π m

ψ V 1 2 π

• Diode V0 làm giảm giá trị hiệu dụng thành phần xoay chiều của điện áp chỉnh lưu

3.4 Chỉnh lưu hình cầu trong chế độ dòng liên tục

Thiết bị chỉnh lưu sơ đồ đấu nối hình cầu về thực chất là hai bộ chỉnh lưu hình tia mắc nối tiếp

N h ó m A N O D E

N h ó m K A T O D E

Nhóm ANODE

Nhóm KATODE

3.4.1 Chỉnh lưu hình cầu 3 pha điều khiển hoàn toàn

Sơ đồ

• Dòng điện trong các pha:

i1 = iV1 – iV4; i2 = iV3 – iV6; i3 = iV5 – iV2

• Giá trị trung bình điện áp chỉnh lưu:

U

U

p = 2m U =

−

di

diK

diA

U

U

= −

diA

diK

sin

cos

α

=

π m

2 m U π

U

U

cos

=

α

di

di

0

mU

U

sin

=

0

di

2 2 π m π Trong trường hợp m = 3

U

U

2.34

U

=

=

di

0

3 6 π

• Giản đồ đóng cắt – Xung điều khiển:

3.4.2 Chỉnh lưu hình cầu bán điều khiển

U

cos

=

α

diA

U

α

;

U

U

U

U

= −

⇒

=

=

diK

di

di

di

0

0

1 cos + 2

U 3 6 2 π 3 6 U 2 π

3 6 π

3.4.3 Chỉnh lưu hình cầu điều khiển hoàn toàn có diode V0

Diode V0 sẽ hoạt động khi

Tác dụng: - Giảm độ nhấp nhô của điện áp và dòng điện tải - Tăng hiệu suất

- Không cho phép chế độ nghịch lưu phụ thuộc

U

0

U

=

U

sin(

−

−

α

α

≤

≤

di

0

di

3 6 π

U = di 2

π 6

π 3

ππ + 2 6

⎡ 1 ⎢⎣

⎤ ;) ⎥⎦

3.4.4 Chỉnh lưu cầu một pha điều khiển hoàn toàn

sin

u

u U =

θ

=

−

u 1

2

sin

=

θ

u 1

u

sin(

=

) − θ π

2

m U m 2 U m 2

u

u

u

=

−

i

d =

−

i V

1

dA i − V

4

dK i = V

i V

3

2

Giá trị trung bình điện áp chỉnh lưu

U

U

cos

=

α

di

di

0

U

U

0.9

U

=

=

di

0

2 2 π

3.4.5 Chỉnh lưu cầu một pha bán điều khiển

α

U

U

=

di

di

0

1 cos + 2

U

U

=

di

0

2 2 π

So sánh giữa hai phương án: điều khiển hoàn toàn và bán điều khiển

• Đỉnh âm của sóng điện áp chỉnh lưu bị cắt (cid:206) đỡ nhấp nhô • Không thể làm việc ở chế độ nghịch lưu • Hiệu suất bộ biến đổi cao hơn.