CHỈNH LƯU KHÔNG ĐIỀU KHIỂN CẦU BA PHA, CỘNG
BĂM XUNG
I. Chỉnh lưu không điều khiển cầu ba
pha
Uc
Ua Ub
D1
D4 1
D6 2
D5
D3
D2 3
L M
N R
Trong sơ đồ này nếu ta chọn điện
áp thứ cấp u1 làm gốc pha, ta có:
U1 = Umsinωt
U2 = Umsin(ωt - 1200)
U3 = Umsin(ωt +1200)
Trong đó Um là biên độ của điện áp
thứ cấp của một pha máy biến áp.
Đồ thị biến thiên của điện áp
như hình sau:
Để chỉnh lưu các điện áp người ta dùng 2 nhóm điốt: nhóm điốt atốt chung gồm 3 điốt
D2, D4, D6 và nhóm điốt có canốt chung D1, D2, D3.
+. Trong khoảng 0 ≤ ωt ≤ θ1, u3 dương nhất và u2 âm nhất, D5 và D6 mở, dòng điện đi
từ điểm 3 qua điốt D5 tới điểm M qua phụ tải đến điểm N qua D6 về điểm 2. Điện áp đưa
ra tải ud = u32 = u3 - u2, điện áp trên điốt D1 là uD1 = u1 - u3.
+. Trong khoảng θ1 ≤ ωt ≤ θ2 u1 dương nhất và u2 âm nhất, D1 và D6 mở, dòng điện đi
từ điểm 1 qua điốt D1 đến điểm M qua phụ tải đến điểm N qua D6 về điểm 2. Điện áp đưa
ra tải ud = u12 = u1 - u2, điện áp trên điốt D1 là uD1 = 0.
+. Trong khoảng θ2 ≤ ωt ≤ θ3, u1 dương nhất u3 âm nhất, D1 và D2 mở, dòng điện đi từ
điểm 1 qua điốt D1 đến điểm M qua phụ tải đến điểm N qua D2 về điểm 3. Điện áp đưa ra
tải ud = u13 = u1 - u3, điện áp trên điốt D1 là uD1 = 0.
+. Trong khoảng θ3 ≤ ωt ≤ θ4, u2 dương nhất u3 âm nhất do đó D3 và D2 mở, dòng
điện đi từ 2 qua D3 đến điểm M qua phụ tải đến điểm N qua D2 về 3. Điện áp đưa ra tải ud
= u23 = u2 - u3, điện áp trên điốt D1 là uD1 = u1 - u2.
+. Trong khoảng θ4 ≤ ωt ≤ θ5, u2 dương nhất u1 âm nhất do đó D3 và D4 mở, dòng
điện đi từ 2 qua D3 đến điểm M qua phụ tải đến điểm N qua D4 về 1. Điện áp đưa ra tải ud
= u21 = u1 - u2, điện áp trên điốt D1 là uD1 = u1 - u2.
+. Trong khoảng θ5 ≤ ωt ≤ θ6, u3 dương nhất u1 âm nhất do đó D5 và D4 mở, dòng
điện đi từ 3 qua D5 đến điểm M qua phụ tải đến điểm N qua D4 về 1. Điện áp đưa ra tải ud
= u31 = u3 - u1, điện áp trên điốt D1 là uD1 = u1 - u3
+. Trong khoảng θ6 ≤ ωt ≤ θ7, u3 dương nhất u2 âm nhất do đó D5 và D6 mở, dòng
điện đi từ 3 qua D5 đến điểm M qua phụ tải đến điểm N qua D6 về 2. Điện áp đưa ra tải ud
= u32 = u3 - u2, điện áp trên điốt D1 là uD1 = u1 - u3.
Như vậy đồ thị của điện áp ud sẽ có dạng đường cong đậm nét và đồ thị biến thiên của
uD1 có dạng như đường nét đứt.
Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu:
tduutduU dd
ω
π
ω
π
θ
θ
π
∫∫ −==
2
1
)(
2
6
2
1
21
2
0
0
trong đó
θ1 = 6
π
, θ2 = 2
π
, u1 - u2 = Umsinωt - Umsin(ωt - 1200) = 3Umsin(ωt - 600)
ta có
Ud0 = ∫
2
6
3
3
π
π
π
Umsin(ωt - 600)dωt
=
π
33 Um ≅ 1,65Um
Điện áp ngược cực đại trên mỗi điốt Ungmax
Từ đường cong uD1 ta có
Ungmax = 3Um = 333
π
Udo = 1,04Ud0.
Hệ số nhấp nhô của điện áp chỉnh lưu
K0 =
0
minmax
2d
dd
U
uu −
Từ đường cong điện áp ud ta có
udmax = 3Um, udmin = 1,5Um nên
K0 = 07,0
65,12
)5,13( ≈
×
−
m
m
U
U
Giá trị trung bình của dòng điện tải
Id = m
dU
R
R
U65,1
0=
Giá trị trung bình i0, giá trị hiệu dụng I và giá trị cực đại imax của dòng điện qua mỗi
điốt
Trong sơ đồ này mỗi điốt chỉ dẫn điện trong 1/3 chu kì nên
I0 = d
dd Ii
I
I
I== max
;
3
;
3
Giá trị hiệu dụng của dòng điện thứ cấp IS.
Từ đồ thị ta thấy trong mỗi chu kỳ trong khoảng θ1≤ ωt ≤ θ3 điốt D1 mở, dòng điện
thứ cấp iS = ID còn trong khoảng θ4 ≤ ωt ≤ θ6 điốt D4 dẫn iS = - ID như vậy:
IS = )(
2
1
))((
2
1
2
1
4613
222
2
0
2
3
1
6
4
θθθθ
π
ωω
π
ω
π
θ
θ
θ
θ
π
−+−=−+= ∫∫∫ddds ItdItdItdi
Khi thay θ3 - θ1 = θ6 - θ4 = 3
2
π
Ta có 3
2
dS II =
Công suất biểu kiến của máy biến áp
dd
dd
d
m
SIU
IU
I
U
UIS 0
005,1
65,1
3
3
2
2
33 ≈===
II. Bộ băm xung áp một chiều
1. Giới thiệu chung
Bộ băm xung áp một chiều dùng để biến đổi điện áp một chiều E thành xung điện áp
một chiều có trị số trung bình Utb có thể thay đổi được.
Khi bộ băm xung áp làm việc ở chế độ giảm áp trị số trung bình Utb của các xung
điện áp đặt vào phụ tải có thể điều chỉnh từ trị số không đến trị số lớn nhất bằng điện
áp một chiều E cung cấp cho bộ băm: 0 < Utb ≤ E.
Khi bộ băm xung áp làm việc ở chế độ tăng áp có thể điều chỉnh cho điện áp trung
bình trên tải Utb đạt đến giá trị lớn hơn điện áp E đặt của nguồn điện: E < Utb <∝.
Bộ băm xung áp một chiều được coi như là một công tắc tơ tĩnh đóng mở liên tục một
cách chu kỳ. Nó được sử dụng rộng rãi trong các máy vận chuyển, trong truyền động
máy cắt gọt, trong giao thông đường sắt, ôtô chạy điện, xe rùa bốc dỡ hàng, trong kỹ
nghệ điện hoá...
Thiết bị băm xung làm việc với hiệu suất cao tổn hao năng lượng ít hơn so với
phương pháp điều chỉnh điện áp một chiều liên tục, ít nhạy cảm với môi trường vì tham
số điều chỉnh là thời gian đóng mở để đặt hoặc cắt nguồn trên tải, kích thước nhỏ. Tuy
nhiên bộ băm xung áp có nhược điểm là : phải dùng cùng với bộ lọc đầu ra do đó làm
tăng quán tính của qúa trình điều khiển khi sử dụng các mạch điều khiển kín. Nếu tần số
đóng mở lớn sẽ phát sinh ra nhiễu vô tuyến.
2. Nguyên tắc hoạt động của bộ băm xung áp một chiều làm việc ở chế độ giảm áp.
Bộ băm xung áp một chiều là một khoá điện H làm bằng tranzito hay bằng tiristo
được điều khiển đóng mở một cách chu kỳ. Khi làm việc ở chế độ giảm áp bộ băm xung
áp một chiều H được đặt nối tiếp giữa nguồn điện áp một chiều E và phụ tải như trên hình
vẽ.
a) Trị số trung bình của điện áp trên tải Utb.
Khi bộ băm H đóng điện thì điện áp đặt lên tải có trị số u = E. Còn khi H ngắt điện thì
u = 0.
Trị số trung bình của điện áp một chiều đặt lên phụ tải là:
EE
T
T
Edt
T
udt
T
Ud
T
T
tb
d
α
==== ∫∫
00
11
với Tđ là thời gian đóng của khoá H, hay độ rộng xung
T là chu kì băm, hay chu kì xung
α = T
Tdlà hệ số lấp đầy xung áp còn gọi là tỉ số chu kì: ta có α ≤ 1.
Bằng cách biến đổi trị số của hệ số α ta nhận được các trị số khác nhau của điện áp
trung bình của điện áp trung bình Utb trên phụ tải.
Có thể cho α biến đổi bằng hai cách:
1 - Cố định chu kì băm T, thay đổi thời gian đóng điện Tđ của bộ băm, ta có bộ băm
tần số cố định.
2 - Cố định thời gian đóng điện Tđ, biến đổi chu kì băm T, ta có bộ băm tần số biến
thiên.
Nếu Tđ = 0 thì α = 0 ta có Utb = 0 lúc này bộ băm thường xuyên ngắt mạch. Khi Tđ =
T, ta có α =1 và Utb = E, bộ băm thường xuyên đóng mạch điện. Bộ băm xung áp một
chiều thường đóng điện và ngắt điện liên tục với tần số cao (200 ÷ 500Hz) nên thường là
một khoá bán dẫn.
b) Sơ đồ thực tế của bộ xung áp một chiều dùng tranzito
Bộ băm xung áp sử dụng tranzito có tần số băm lớn khoảng vài kilohert. Các tranzito
không cần mạch để khoá lại như tiristo nên rất đơn giản và có thể làm việc với tần số
tương đối lớn. Các bộ băm dùng tranzito công suất có thể đạt tới tần số băm từ 1000 đến
2000 Hz một cách dễ dàng. Khi dùng bộ băm xung áp có thể không cần dùng cuộn cảm
san bằng hoặc chỉ cần cuộn cảm có điện cảm nhỏ nối tiếp với tải cũng đủ san bằng dòng
điện trên tải thành dòng điện một chiều có trị số không đổi.
Nhược điểm của bộ băm điện bằng Tranzito là có công suất nhỏ, chỉ đạt cỡ vài
kilôoát đến vài chụ kilôoát là cùng.
Sơ đồ của bộ băm xung áp một chiều dùng Tranzito.