Chương 2: Chỉnh lưu có điều khiển

Chia sẻ: Vu Xuan Truong | Ngày: | Loại File: PPT | Số trang:19

Thêm vào BST

Báo xấu

810
lượt xem 111
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Do tình cảm kháng nên đường cong dòng điện id kéo dài ra ngoài π ,khi mà u2 đã chuyển sang nửa chu kỳ âm .

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Chương 2: Chỉnh lưu có điều khiển

Chương 2: CHỈNH LƯU CÓ ĐIỀU KHIỂN 2.1.Chỉnh lưu nguồn một pha 2.1.1. Mạch chỉnh lưu bán kỳ 2.1.1.1.Tải RL Phương trình mạch tải: ud + eL = Rid T + di ⇔ u d = Ri d + L Góc α là góc mở. dt L λ là góc tắt dòng u2 u1 ud u 2θ== ωt 2 sin θ 2U R -
u2 Do tình cảm kháng nên đường cong dòng điện id kéo dài ra ngoài Um π ,khi mà u2 đã chuyển sang nửa chu kỳ âm . Nếu chuyển góc tọa độ từ O sang O’ , ứng với thời điểm θ cấp xung điều khiển mở SCR , ta có phương trình: 0 π 2π u d = 2U 2 sin ( θ + α ) -Um iG di d L + Ri d = 2U 2 sin ( θ + α ) 0 α θ dt ud Chia hai vế cho L, đặR t ta có: a= L 2π 0 0’ λ ’ θ di d 2U 2 + ai d = sin ( θ + α ) λ dt L Dùng phép biến đổi Laplace, qua vài phép biến đổi ,ta nhận đươc: id 2U 2  − tgφ  θ id = sin ( θ + α + φ ) − sin ( α − φ ) e  α λ θ Z   uT Trong đó: X L = ωL Z = R 2 + X2 L θ θ = ωt X tgφ = R
2.1.2.Mạch chỉnh lưu hai nửa chu kỳ 2.1.2.1.Tải RL α :góc mở dòng λ = π + α : góc tắt dòng T1 u 21 = −u 22 = 2U 2 sin θ + θ = ωt u21 Nếu ωL >>R nên id là dòng liên tục. R L Dòng id có cùng một giá trị Io khi θ = α và θ = π + α u1 + Xác định trị trung bình điện áp trên tải. ud u22 Khi T1 dẫn cho dòng chảy qua tải , ta có phương trình: u d = Ri d − e L - di T2 2 U 2 sin θ = Ri d + X d Lấy tích phân hai vế từ α = π dθα và chia cho π , ta có : + 1 π+α R π+α XI o Ud = Rid π α ∫ 2U 2 sin θdθ = π ∫ i d dθ + π I∫ di d α o Trong đó 2 2U Ud = Trị trung bình dòng qua tả2 cos α i: π Ud Id = R
u2 u21 u22 Um Trong đó ωL φ = arctg R Điện áp ngược trên SCR θ 0 π Khi T1 dẫn 2π u21+ uT2 – u22 = 0 uT2 = u22 - u21 -Um Khi T2 dẫn iG u22+ uT1 – u21 = 0 uT1 = u21 - u22 0 α π+α θ Điện áp ngược cực đại trên mỗi SCR: ud U T max = − 2 2U 2 2π 0 0’ θ α λ id α π+α θ
2.1.2.2.Tải RLE Khi T1 dẫn ta có phương trình : di u d = 2U 2 sin θ = Ri d + E + X Dòng id có thể là dòng gián đoạn , cũngθcó thể là dòng liên tục điều đó tùy thuộc vào giá trị của E, φ d và α. Xác định trị trung bình điện áp trên tải. Lấy tích phân hai vế từ α → λ và chia cho π , ta có : 1 λ Rλ Eλ Xλ πα ∫ 2U 2 sin θdθ = π ∫ id dθ + π ∫ dθ + π ∫ di d α α α Nếu id là dòng gián đoạn id(α) =id(λ) = 0 Xλ X0 Nếu id là dòng π ∫ tụ π di d = 0 ⇒ liên di d c id(α)∫=id(π+α) = Io = α 0 Xλ XI 0 Vậy với cả hai π ∫ di dng hợp (dòng gián đoạn và dòng liên tục) thì ta có phương trình như sau: ⇒ trườ = ∫ di d = 0 α πI 0 2U 2 λ Rλ Eλ π α ∫ sin θdθ = π ∫ id dθ + π ∫ dθ α α E U d = RI d + ( λ − α) π
u2 Um u21 u22 2U 2 Trong đó: Ud = ( cos α − cos λ ) π θ 0 π 2π 2U 2 Id = ( cos α − cos λ ) − E ( λ − α ) -Um πR πR iG Trường hợp id là dòng liên tục, λ = π + α, ta có: 0 α π+α θ ud 2 2U 2 Ud = cos α E π 2π U −E 0 0’ θ Id = d Ranh giới của dòng liên tục và gián đoạn, ta có phương trình: R α λ id di 2U 2 sin θ = Ri d + E + X d Nghiệm tổng quát của phương trình: dθ α π+α θ ud θ 2U 2 [ sin (có− φểcosết −ại: θ1 ] + A.e tgφ − id = Nếu id là dòng liênR ục ta t θ th ) vi φ l sin 2π 0 0’ θ α α 2U 2 − I 0( α ) = [ sin (α − φ ) cos φ − sin θ1 ] + A.e tgφ id λ R π +α 2U 2 − I 0 ( π +α ) = [ sin ( π + α − φ ) cos φ − sin θ1 ] + A.e tgφ α π+α θ R
2.1.3.Hiện tượng trùng dẫn Hiện tượng trùng dẫn chỉ xuất hiện trong các sơ đồ mà số cuộn dây thứ cấp máy biến áp nguồn bằng hoặc lớn hơn 2. Giả thiết L = ∞ với giả thiết này dòng id xem như được nắn thẳng: id = Id Lc ≠ 0 điện cảm chuyển mạch nó cản trở đột biến của dòng điện. LC T1 T1 u21 e21 ic L R id L R e22 u22 T2 LC T2 Khi θ = θ2 = π + α ta có xung kích cho T2 . SCR T2 dẫn vì lúc này e22> 0 . Kết quả là T1 & T2 cùng dẫn . Hai nguồn e21 và e22 được nối lại theo mạch e21 – Lc – T1 – T2 – Lc – e22
ud Dòng i2 tăng lên ,còn dòng i1 giảm xuống vì i1 + i2 = Id = const. Khi θ = θ3 ⇒ i1 = 0 ⇒ T1 tắt i2 = Id ⇒ T2 dẫn mạnh. Vậy dòng tải Id đã chuyển mạch từ T1 sang T2 . Quá trình này gọi là 2π θ3 Quá trình chuyển mạch hay gọi là Hiện tượng trùng dẫn. 0 θ2 θ Góc μ = θ3 +θ2 : gọi là góc trùng dẫn Điện áp ngắn mạch uc : α e22 α e21 Gọi uc : Điện áp ngắn mạch. ic : Dòng ngắn mạch i1 Ta có phương trình: di uc = e22 − e21 = 2L c c dt Id Nếu chuyển góc tọa độ từ O sang vị trí O’ , ta có : 0 μ μ θ i2 e 22 = 2U 2 sin ( θ + α )  e 21 = 2U 2 sin ( θ + π + α ) = − 2U 2 sin ( θ + α ) Id 0 u c = e 22 − e 21 θ di c di u c = 2 2U 2 sin ( θ + α ) = 2L c = 2X c c dt dθ Vậy di c 2U 2 sin ( θ + α ) = X c dθ
θ 2U 2 2U 2 Dòng ngắn mạch ic : ic = ∫ sin ( θ + α ) dθ = >ic = [ cos α − cos(θ + α ) ] Xc Xc 0 Khi θ = μ ( Gốc tọa độ tại θ2 ) thì i1 = 0 và i2 = Id . Từ phương trình trên ta có phương trình chuyển mạch:X c I d = cos α − cos( μ + α ) 2U 2 Hình dạng của điện áp chỉnh lưu ud trong đọan trùng dẫn . e 21 + e c = u d di c di 1 e 22 − X c = ud e 21 − X c = ud dθ dθ Mà i1 + i2 = Id = const Do đó e + e 22 u d = 21 Trong đọan trùng dẫn ud = 0 . Vậy do hiện tượng trùng dẫn nên trị trung bình của điện áp trên tải 2 Ud’ sẽ nhỏ hơn trường hợp lý tưởng Ud một lượng là ∆ Uμ . Ud’ = Ud + ∆ Uμ Xác định ∆ Uμ 2U 2 ∆U µ = [ cos α − cos( µ + α ) ] π Thay vào phương trình chuyển mạch (*) , ta có: X cI d ∆U µ = π
2.1.4.Mạch chỉnh lưu cầu 2.1.4.1. Tải R T1 T2 Khi θ = θ1 ; iG1,3 > 0 u1 u2 R ud T1 dẫn & T3 dẫn ud = u2 Khi u2 ≤ 0 ⇒ T1 & T3 tắt T43 T33 uT = -u2 Khi θ = π + α ; iG2,4 > 0 u2 u2 = uT2 + ud + uT4 Um T2 & T4 dẫn ⇒ uT2,4 = 0 ⇒ ud = u2 2π Dòng qua tải id là dòng gián đọan. 0 π θ - Trị trung bình điện áp trên tải Ud 2U 2 Ud = (1 + cos α ) -Um - Trị trung bình của dòng qua tải π iG1,3 U Id = d - Trị trung bình của dòng qua mỗi SCR R 0 iG2,4 α θ I IT = d - Điện áp ngược cực đại trên mỗi SCR 2 0 ud π+α θ U T max = − 2U 2 0 θ α π π+α 2π
2.1.4.3.Tải RL Dòng tải id là dòng liên tục , id = Id ud Phương trình mạch tải: u2 + eL = Rid di 2U 2 sin θ = Ri d + X d 0 θ dθ Lấy tích phân từ α → π + α và chia cho π. T1 T2 Tại θ = α và θ = π + α thì id = Id , ta có: L α u1 u2 ud π+α R id 1 π +α R π+α XI d π α ∫ 2U 2 sin θdθ = π α ∫ i d dθ + ∫ di d πI T4 T3 Id d θ => Ud = RId 3 3 iT1,3 Id Trong đó θ 2 2U 2 iT2,4 Ud = cos α π Trị hiệu dụng của dòng thứ cấp máy biến áp: θ 1 π+α 2 1 π+α 2 I2 = π α ∫ i d dθ = π α ∫ I d dθ => I2 = Id
2.1.4.4.Trùng dẫn ud LC T1 T2 L ic2 2π θ3 e2 ic1 0 θ2 θ R T4 T3 α e2 α e2 3 3 2 1 id Id 0 μ μ θ Giả sử T1 và T3 đang dẫn dòng chảy qua là iT1,3 = Id . Khi θ = θ3 xuất hiện xung kích cho T2 và T4 . Vì có điện cảm chuyển mạch Lc trong mạch , nên dòng iT1,3 không thể giảm đột ngột từ Id →0 ngay và dòng iT2,4 cũng không thể tăng đột ngột từ 0 → Id ngay mà phải có một khoảng thời gian biến thiên. Lúc này cả 4 SCR trong mạch cùng dẫn ,do đó phụ tải xem như bị ngắn mạch => ud = 0 , nguồn e2 cũng bị ngắn mạch sinh ra dòng ngắn mạch ic
Ta có phương trình : e2 + ec = 0 di c 2U 2 sin θ = X c dθ Dòng ngắn mạch ic : θ 2U 2 ic = ∫ sin ( θ + α ) dθ 0 Xc 2U 2 ic = ( cos α − cos(θ + α ) ) Xc Xác định ∆Uµ : 2X I = ΔU μcủa đicệdn áp trên tải: Khi Lc ≠ 0 trị trung bình π Ud’ = Ud - ∆Uµ 2X c I d U 'd = U d − π với 2 2U 2 Ud = cos α π
2.1.4.5.Tải RLE Vì tải có điện cảm L nên thực tế id là dòng liên tục T1 T2 id = Id L Giả sử T1 & T2 dẫn cho dòng qua tải ta có phương trình: u1 u2 ud R ud = Rid + E – eL di T43 T33 E 2U 2 sin θ = Ri d + E + X d dθ Lấy tích phân 2 vế từ α → π + α và chia hết cho π , ta có: ud 1 π+α R π+α E π +α XI d π α ∫ 2U 2 sin θdθ = π ∫ i d dθ + π ∫ dθ + π I∫ di d α α d Mà XI d 0 θ πI ∫ di d = 0 d NênUd = RId + E α π+α Trong đó id 2 2U 2 Id Ud = cos α π θ Nếu xét hiện tượng trùng dẫn thì thay Ud = Ud’ iT1,3 Id θ iT2,4 θ
ud 2.1.5.Mạch chỉnh lưu cầu một pha không đối xứng T1 D1 L α α u1 u2 R 0 θ1 θ2 θ3 θ id T2 D2 Id θ iT1 Trong mạch sử dụng một nửa SCR và một nửa diod. Ưu điểm là điều khiển đơn giản hơn và giá thành thấp vì diod rẽ hơn Id SCR. θ Khi θ = θ1 = α có xung kích T1 dẫn . Trong khoảng từ θ1 → θ2 T1 iD2 & D2 dẫn cho dòng qua tải id = Id, ud = u2 . Khi u2 chuyển sang bán kỳ âm cuộn dây L sinh ra sức điện π+α θ động tự cảm nên D1 dẫn làm T1 tắt, dòng id = Id chuyển từ T1 iT2 sang D1 . Lúc này dòng id chảy qua tải là do D1 & D2 dẫn , ud = 0 . Khi θ = θ3 = π + α có xung kích T2 dẫn, làm D1 tắt . Trong khoảng từ θ3 → 2π + θ1, T1 & D2 dẫn cho dòng qua tải id = Id, ud = iD1 θ -u2 Trong sơ đồ ta thấy thời gian dẫn dòng của diod là π + α, còn thời gian dẫn dòng của SCR là π – α . θ i2 θ
2.2 .Chỉnh lưu nguồn 3 pha 2.2.1. Mạch chỉnh lưu 3 pha hình tia u2 u2a u2b u2c 0 θ Do mạch tải có địện cảm L nên id thực tế π π ud ≤α≤ ∝ ∝ là dòng liên tục : id = Id 6 3 Góc kích SCR dẫn được tính từ giao điểm của điện áp hai pha (dương) . Khỏang cách giữa hai xung kích là 0 θ 2Π iT 3 Trị trung bình điện áp trên tải : θ π ud
2.2.2. Mạch chỉnh lưu 3 pha hình cầu T1 T2 T3 u2a R u2b ud u2c L T4 T5 T6 Nhóm catod chung: T1, T2, T3 Nhóm anod chung: T4, T5, T6 u 2 a = 2U 2 sin θ Điện áp các pha thứ cấp máy biến áp:  2π  u 2 b = 2U 2 sin  θ −   3   2π  u 2 c = 2U 2 sin  θ +  Góc mở α được tính từ giao điểm giửa hai pha:  3  π π 5π 7 π 3π 11π θ= ; ; ; ; ; Nguyên lý hoạt động: 6 2 6 6 2 6 Giả sử T3 & T5 đang dẫn ud = u2c – u2b Khi , có xung kích cho T1 dẫn vì u2a có gía trị lớn nhất. Khi T1 dẫn sẽ làm T3 tắt vì u2a > u2c. π θ = θ1 = + α 6 Lúc này dòng qua tải id do T1 & T5 dẫn . Điện áp trên tải : ud = uab = u2a – u2b
π Các xung điều khiển lệch nhau được lần u2 u2a u2b u2c 3 lượt đưa đến các cực điều khiển của SCR theo thứ tự : 1, 6, 2, 4, 3, 5, 1, . . . . . Khi một SCR được kích dẫn nó sẽ khoá ngay SCR dẫn trước đó. 0 θ Do mạch tải có điện cảm L nên id thực tế là dòng liên tục : id = Id Góc kích SCR dẫn đñược tính từ giao π π ud ≤α≤ ∝ ∝ điểm của điện áp hai pha (dương) . Khỏang cách 6 3 giữa hai xung kích là 2π 3 Trị trung bình điện áp trên tải : 0 θ iT 5π +α θ 1 2π 3 6 Ud = ∫ u d dθ = 2π 2π 0 ∫ 2U 2 sin θdθ π
u2 u2a u2b u2c 2.2.3. Mạch chỉnh lưu cầu không đối xứng T1 T2 T3 0 ∝ u2a R θ u2b ud u2c L ∝ ∝ ∝ D4 D5 D6 ud Trong mạch người ta sử dụng 3 SCR và 3 diod Giả sử mạch tải có điện cảm lớn nên ta có thể xem như dòng tải được nắn thẳng, id = Id Trị tức thời của điện áp trên tải : ud = ud1 + ud2 Trị trung bình của điện áp trên tải : 0 θ id Ud = Ud1 – Ud2 Trong đó: 5π 0 θ 6 iT 3 ⌠ 3 6U 2 U d1 =  2U 2 sin θdθ = cos α 2π ⌡ 2π π +α 0 θ 6 π 11 iD 3 6 3 6U 2 Ud2 = 2π ∫ 2U 2 sin θdθ = − 2π θ 7π 0 6 i2 3 6U 2 Ud = (1 + cos α ) 0 θ 2π