CHƯƠNG III : BỘ CHỈNH LƯU – RECTIFIER

Chia sẻ: Giveaway For You GFY | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:21

Thêm vào BST

Báo xấu

207
lượt xem 27
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

2. Ký hiệu: - Dòng tức thời qua linh kiện diodes công suất iD1,iD2, iD3 - Điện áp trên linh kiện diodes công suất uD1 , uD2 , uD3 - Điện áp và dòng điện tải ud ,id - Trị trung bình điện áp, dòng điện tải Ud ,Id - Trị hiệu dụng áp pha nguồn U - Trị hiệu dụng dòng điện nguồn I1 - Biên độ điện áp pha nguồn Um

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: CHƯƠNG III : BỘ CHỈNH LƯU – RECTIFIER

TS. LÊ MINHPHƯƠNG [CHƯƠNG III : BỘ CHỈNH LƯU – RECTIFIER] II . BỘ CHỈNH LƯU TIA 3 PHA KHÔNG ĐIỀU KHIỂN 1. Sơ đồ: id Nguồn xoay chiều 3 pha: - u A = U m sin ωt iD1 iD2 iD3 2π u B = U sin(ωt − ) D3 3 D2 D1 UD2 R UD1 UD3 2π sin(ωt + ) 3 Ud m uC = U m Linh kiện bán dẫn: 3 diode công suất - L D1 ,D2 , D3 Tải một chiều dạng tổng quát RLE - UA UB UC E 2. Ký hiệu: - Dòng tức thời qua linh kiện diodes công suất iD1,iD2, iD3 - Điện áp trên linh kiện diodes công suất uD1 , uD2 , uD3 - Điện áp và dòng điện tải ud ,id - Trị trung bình điện áp, dòng điện tải Ud ,Id - Trị hiệu dụng áp pha nguồn U - Trị hiệu dụng dòng điện nguồn I1 - Biên độ điện áp pha nguồn Um 3. Giả thiết: - Nguồn áp lý tưởng : nguồn xoay chiều ba pha cân bằng, đối xứng điện trở trong của nguồn bằng không. - Các linh kiện bán dẫn lý tưởng: điện áp trên linh kiện khi dẫn bằng 0. - Tải L đủ lớn để dòng tải phẳng và liên tục. - Mạch ở trạng thái xác lập. 4. Phân tích: Tại mỗi thời điểm chỉ có một linh kiện diode dẫn điện. a. Xác định khoảng đóng ngắt khoá diodes. - Để phân tích trình tự đóng ngắt các khoá diode ta dùng phép chứng minh phản chứng. Xét trong khoảng [π/6÷5π/6]: Giả sử D2 dẫn và D1, D3 ngắt ta có u D 2 = 0 ; u D1 < 0 ; u D 3 < 0 - Xét mạch điện uA, uD1, uD2, uB theo định luật Kirshop u D1 − u D 2 + u B − u A =0 u D 2 = 0 ⇒ u D1 = u A − uB - Trên giản đồ trong khoảng [π/6÷5π/6] ta thấy u D1 = u A − u B tức là D1 dẫn trong khoảng >0 này, điều này mâu thuẫn với giả thiết. Vậy D2 không thể dẫn trong khoảng này.
Giả sử D3 dẫn và D1, D2 ngắt ta có u D 3 = 0 ; u D1 < 0 ; u D 2 < 0 - Xét mạch điện uA, uD1, uD3, uC theo định luật Kirshop u D1 − u D 3 + u C − u A =0 u D 3 = 0 ⇒ u D1 = u A − uC Trên giản đồ trong khoảng [π/6÷5π/6] ta thấy u D1 = u A − > 0 tức là D1 dẫn trong - khoảng uC này, điều này mâu thuẫn với giả thiết. Vậy D3 không thể dẫn trong khoảng này. - Như vậy trong khoảng [π/6÷5π/6] chỉ có D1 có thể dẫn : Giả sử D1 dẫn và D2, D3 ngắt ta có u D1 = 0 ; u D 2 < 0 ; u D 3 < 0 Page 29 BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ CÔNG SUÂT
TS. LÊ MINHPHƯƠNG [CHƯƠNG III : BỘ CHỈNH LƯU – RECTIFIER] - Theo giản đồ ta thấy u D1 = 0 ⇒ u D 2 = u B − u A < 0 : phù hợp với giả thiết. - Theo giản đồ ta thấy u D1 = 0 ⇒ u D 3 = u C − u A < 0 : phù hợp với giả thiết D1 D2 D3 D1 D2 UA UB UC UC UA UB 0 UA-UC UA-UB Hình 3.3 Giản đồ điện áp, dòng điện chỉnh lưu và linh kiện - Kết luận : Linh kiện Diode ở pha nào có điện áp tức thời lớn nhất sẽ dẫn. 5π π ] - Diode 1 dẫn [÷ D 66 2π 5π 2π π 2 dẫn [+ ] - Diode ÷ + D 6 3 6 3 π 4π 5π 4π ] => Diode D3 dẫn [+ ÷+ 6 3 6 3 b. Phương trình trạng thái: - Khi D1 dẫn.
⎧u D1 = ⎧u D 3 = u C − u A < 0 ⎧u D 2 = u B − u A < ⎨ 0 0 ; ; ⎨ ⎨ ⎩i D1 = i d iD 3 = 0 iD 2 = ⎩ ⎩ 0 Page 30 BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ CÔNG SUÂT
TS. LÊ MINHPHƯƠNG [CHƯƠNG III : BỘ CHỈNH LƯU – RECTIFIER] di u d = u A ; u d = Ri d + L d + E dt - Khi D2 dẫn. ⎧u D 3 = u C − u B ⎧u D1 = u A − u ⎧u D 2 = ; ⎨ 0 B ; ⎨ ⎨ iD 3 = 0 i D1 = 0 ⎩i D 2 = ⎩ ⎩ d id id = Ri d + L + E ud = u B ; dt - Khi D3 dẫn. ud ⎧u D1 = u A − u C ⎧u D 3 = 0 ⎧u =u B −u C < 0 ; ⎨ D2 ; ⎨
∫U sin(ωt )d (ωt ) U d0 = Um = U m 2π / 3 2π 2π = π /6 Trị trung bình dòng điện chỉnh lưu (dònh điện tải). Ud − E Id = R Áp ngược lớn nhất mà diode phải chịu. U rwm 6U = 3U m Dòng trung bình qua diode. = Id I D1 = 3 - Khi thiết kế ta phải chọn linh kiện sao cho : URRM ≥ Ku.U RWM và ≥ Ki ID1 Id 2,5- 3,5 : Hệ số an toàn Trong đó: Ku = áp Ki ≥ 1 : hệ số an toàn về dòng Trị hiệu dụng dòng điện nguồn. Id I1 = 3 Công suất tiêu thụ trên tải. Pd = U d I d Hệ số công suất nguồn bộ chỉnh lưu. Pd U d .I d 2 =0,676. λ= = = 3 S 3U .I1 2π Page 31 BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ CÔNG SUÂT
TS. LÊ MINHPHƯƠNG [CHƯƠNG III : BỘ CHỈNH LƯU – RECTIFIER] III. BỘ CHỈNH LƯU TIA 3 PHA ĐIỀU KHIỂN 1. Sơ đồ : id Nguồn xoay chiều 3 pha: - u A = U m sin ωt iT1 iT2 iT3 2π u B = U sin(ωt − ) T3 3 T2 UT3 T1 UT2 R UT1 2π sin(ωt + ) 3 Ud m uC = U m Linh kiện bán dẫn: 3 SCR công - L suất T1 ,T2 , T3 Tải một chiều dạng tổng quát RLE - UA UB UC E Ký hiệu: 2. - Dòng tức thời qua linh kiện SCR công suất iT1,iT2, iT3 - Điện áp trên linh kiện SCR công suất uT1 , uT2 , uT3 - Điện áp và dòng điện tải ud ,id - Trị trung bình điện áp, dòng điện tải Ud ,Id - Trị hiệu dụng áp pha nguồn U. - Trị hiệu dụng dòng điện nguồn I1 - Biên độ điện áp pha nguồn Um 3. Giả thiết: - Nguồn áp lý tưởng : nguồn xoay chiều ba pha cân bằng, đối xứng điện trở trong của nguồn bằng không. - Các linh kiện bán dẫn lý tưởng: điện áp trên linh kiện khi dẫn bằng 0. - Tải L đủ lớn để dòng tải phẳng và liên tục. - Mạch ở trạng thái xác lập. 4. Phân tích: - Góc điều khiển (α): là góc trễ so với góc mà nếu ở vị trí đó các diode sẽ dẫn, độ lớn của nó được tính từ thời điểm xuất hiện áp dương trên Thyristor đến khi xuất hiện xung kích ở cổng điều khiển. - Phạm vi góc điều khiển α là : 0 ≤ α ≤ π a. i.Phương trạng trình thá π +α÷+α] Thyristor T1 dẫn [ 5π 6 6 ⎧uT 1 = 0 ⎨
; ; ⎨ ⎧uT 3 = u C − u A < 0 ⎧uT 2 = u B ⎨ − uA < 0 iT 3 = 0 ⎩iT 1 = iT 2 = ⎩ ⎩ dd i id 0 u d = u A ; u d = Ri d + L + E dt 5π +α ÷+α] Thyristor T2 dẫn [ 6 9π 6 ⎧uT 3 = u C − u A < 0 ⎧uT 2 = ⎧uT 1 = u A − u B < ; ⎨ 0 0 ; ⎨ ⎨ iT 1 = ⎩iT 2 = iT 3 = 0 ⎩ ⎩ 0 id Page 32 BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ CÔNG SUÂT
TS. LÊ MINHPHƯƠNG [CHƯƠNG III : BỘ CHỈNH LƯU – RECTIFIER] di u d = u B ; u d = Ri d + L d + E dt 9π +α ÷+α] Thyristor T3 dẫn [ 6 13π 6 ⎧uT 2 =u B −u C < 0 ⎧uT 1 = u A − u C ⎧u T 3 = 0 ;⎨ ; ⎨
Hình 3.4 Giản đồ điện áp, dòng điện chỉnh lưu và linh kiện Page 33 BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ CÔNG SUÂT
TS. LÊ MINHPHƯƠNG [CHƯƠNG III : BỘ CHỈNH LƯU – RECTIFIER] Hệ quả: 5. Áp chỉnh lưu có dạng ba xung trong một chu kỳ áp nguồn BCL được gọi là bộ chỉnh lưu ba xung. Tần số hài cơ bản áp chỉnh lưu bằng 3 lần tần số áp nguồn f (1) = p. = 3.50 = 150 Hz Trong đó: p - số xung chỉnh lưu f Trị trung bình điện áp chỉnh lưu (điện áp tải). α + 5π / 6 33 36 1 ∫ U m sin(ωt )d (ωt ) Ud = U m c os α U cos α = U d 0 cos α 2π / α +π / 2π = 3 6 = 2π 36 36 Khi 0 ≤ α ≤ => - U ≤ Ud ≤ U π 2π 2π - Như vậy bộ chỉnh lưu tia 3 pha điều khiển có thể làm việc ở chế độ nghịch lưu và chuyển năng lượng về nguồn. Nó có thể làm việc ở hai góc phần tư I và IV Trị trung bình dòng điện chỉnh lưu (dòng điện tải). Ud − E Id = R Áp ngược lớn nhất mà SCR phải chịu. 3U m U rwm = 6U = Dòng trung bình qua SCR. IT = Id 3 - Khi thiết kế ta phải chọn linh kiện sao cho : Uđm ≥ Ku.U RWM và ≥ Ki ID1 Iđ m Ku: Hệ số an toàn áp. (Ku = 2,5- 3,5) Trong đó: Ki: hệ số an toàn về dòng (Ki ≥ 1) Trị hiệu dụng dòng điện nguồn. Id I1 = 3 Công suất tiêu thụ trên tải. lưu. Hệ số công suất nguồn bộ chỉnh
Pd = U d I d Pd U d .I d 2 c os α λ= = = 3 S 3U .I 1 2π 36 Đặc tuyến điều khiển. Trị trung bình điện áp chỉnh lưu U U cos α không phụ = 2π dα thuộc vào tham số tải khi dòng tải liên tục. Page 34 BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ CÔNG SUÂT
TS. LÊ MINHPHƯƠNG [CHƯƠNG III : BỘ CHỈNH LƯU – RECTIFIER] 1 0.5 0 -0.5 -1 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 6. Chế độ chỉnh lưu và nghịch lưu. - Khi α thay đổi Ud α có thể âm nhưng Id > 0. Công suất trung bình : P = Ud.Id - Nếu Ud > 0 => P > 0 bộ chỉnh lưu làm việc ở chế độ chỉnh lưu, công suất chuyển từ phía xoay chiều về phía một chiều - Nếu Ud < 0 => P < 0 bộ chỉnh lưu làm việc ở chế độ nghịch lưu công suất chuyển từ 1 chiều sang xoay chiều. Chế độ chỉnh lưu xảy ra khi: Ud * E > 0 - Chế độ nghịch lưu xảy ra khi Ud * E < 0 - 7. Góc an toàn. Góc an toàn: là góc điện nhỏ nhất phải có khi SCR chịu tác dụng của áp nghịch để khôi - phục khả năng khoá của nó một cách an toàn ( γ ) γ =ω .tq tq thời gian ngắt an toàn Trong đó α tăng thời gian để khôi phục khả năng khoá sẽ giảm - Khi - Nếu α tăng đến một giá trị đủ lớn để SCR không còn đủ thời gian khôi phục khả năng khoá của mình SCR đóng không theo ý muốn, dòng điện tăng lớn ,hỏng thiết bị , cần được ngắt bởi thiết bị bảo vệ Page 35 BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ CÔNG SUÂT
TS. LÊ MINHPHƯƠNG [CHƯƠNG III : BỘ CHỈNH LƯU – RECTIFIER] IV. BỘ CHỈNH LƯU TIA VỚI DIODE DO 1. Sơ đồ Nguồn xoay chiều 3 pha - u A = U m sin ωt 2π u B = U m sin(ωt − ) 3 2π u C = U m sin(ωt + ) 3 - Linh kiện bán dẫn: 3 thyistor công suất T1 ,T2 , T3, Diode Do - Tải một chiều dạng tổng quát RLE 2. Ký hiệu: - Dòng tức thời qua linh kiện SCR công suất iT1,iT2, iT3 - Điện áp trên linh kiện SCR công suất và diode uT1 , uT2 , uT3, uD0 - Điện áp và dòng điện tải ud ,id - Trị trung bình điện áp, dòng điện tải Ud ,Id - Trị hiệu dụng áp pha nguồn U. - Trị hiệu dụng dòng điện nguồn I1 - Biên độ điện áp pha nguồn Um 3. Giả thiết: - Nguồn áp lý tưởng: nguồn xoay chiều ba pha cân bằng, đối xứng điện trở trong của nguồn bằng không. - Các linh kiện bán dẫn lý tưởng: điện áp trên linh kiện khi dẫn bằng 0. - Tải L đủ lớn để dòng tải phẳng và liên tục. - Mạch ở trạng thái xác lập. 4. Phân tích. π a. Khi α Tương tự tia ba pha điều khiển. 6 ≤ π 5π b. Khi
⎨ ⎩ i Do = 0 u d = u A ; u d = Ri d + L + E dt Diode Do dẫn [π ÷ π + α ] ⎧u Do = = 0 ⎧uT 1 = u A < 0 ⎧u T 2 = u B − u A < 0 ⎧u T 3 = u C − u A < 0 ud ; ; ; ⎨ ⎨ ⎨ ⎨ iT 2 = ⎩ i Do = iT 1 = 0 iT 3 = 0 ⎩ ⎩ ⎩ id 0 di d u d = 0 ; u d = Ri d + L + E dt Page 36 BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ CÔNG SUÂT
TS. LÊ MINHPHƯƠNG [CHƯƠNG III : BỘ CHỈNH LƯU – RECTIFIER] D0 T3 T1 T2 D0 D0 D0 D0 D0 T2 T3 T1 UC UA UB Us(V) Ud(V) UB UC UA id(A) iT1(A) UA UA-UC UA-UB UT1(V) Hình 3.6 Giản đồ điện áp, dòng điện chỉnh lưu và linh kiện ⎡ 5π 10π ⎤ Thyristor T2 dẫn +α ÷ 6 6 ⎧uT 2 = 0 ⎧uT 3 = u C − u A < 0 ⎧u Do = −u d < 0 ⎧u T 1 = u A − u B ; ; ;
⎧u Do = = 0 ⎧uT 1 = u A − u B < 0 ⎧u T 2 = u B < 0 ⎧u T 3 = u C − u B < 0 ; ; ; ud ⎨ ⎨ ⎨ ⎨ iT 1 = iT 3 = 0 iT 2 = 0 ⎩ i Do = i d ⎩ ⎩ ⎩ di d 0 u d = 0 ; u d = Ri d + L + E dt Page 37 BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ CÔNG SUÂT
TS. LÊ MINHPHƯƠNG [CHƯƠNG III : BỘ CHỈNH LƯU – RECTIFIER] ⎡ 9π 14π ⎤ Thyristor T3 dẫn - +α÷ 6 6 < 0 ⎧uT 3 = 0 ⎧u Do = −u d < 0 ⎧u T 1 = u A − u C < ⎧uT 2 =u B ; ; 0 −u C ; ⎨ ⎨ ⎨=⎨ ⎩iT 3 id ⎩ i = 0 ⎩ iT 2 = 0 ⎩ iT 1 = Do d id = Ri d + L + E u d = uC ; ud 0 dt 13π + α ⎡ ⎤ Diode Do dẫn ÷ ⎥ 6 ⎦ 14π ⎢ ⎣ 6 ⎧u Do = = 0 ⎧uT 1 = u A − < 0 ⎧u T 2 = u B − < 0 ⎧u T 3 = u C < 0 ;⎨ uC uC ud ;⎨ ;⎨ ⎨ iT 2 = ⎩ ⎩ iT 1 = ⎩ i Do = ⎩ iT 3 = 0 0 = Ri + 0 d di d id 5. Hệ quả: + L ud = 0 ; E dt ud Áp chỉnh lưu có dạng ba xung trong một chu kỳ áp nguồn BCL được gọi là bộ chỉnh lưu ba xung. Tần số hài cơ bản áp chỉnh lưu bằng 3 lần tần số áp nguồn f (1) = p. = 3.50 = 150 Hz Trong đó: p - số xung chỉnh lưu. f π : Tương tự tia ba pha điều khiển. a. Khi α ≤ 6 π 5π b. Khi
3 π 3 π 3 U m sin(ωt )d (ωt ) Ud = ∫ U (1 + cos(α + U (1 − sin(α − )) 2π m 3 2π απ + )) = 2π m 6 = 6 36 0 ≤ Ud ≤ U 2π - Như vậy bộ chỉnh lưu tia 3 pha điều khiển với diode D0 chỉ có thể làm việc ở chế độ chỉnh lưu. Nó có thể làm việc ở hai góc phần tư I Trị trung bình dòng điện chỉnh lưu (dòng điện tải). Ud − E Id = R Áp ngược lớn nhất mà SCR phải chịu. U rwm 6U = 3U m Dòng trung bình qua SCR. = 5π − α 6 I IT 2π d Dòng trung bình qua diode D0 = 3α − I T = I d − 3I T π 2I = d 2π - Khi thiết kế ta phải chọn linh kiện sao cho : Uđm ≥ Ku.U RWM và ≥ Ki ID1 Iđ m Page 38 BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ CÔNG SUÂT
TS. LÊ MINHPHƯƠNG [CHƯƠNG III : BỘ CHỈNH LƯU – RECTIFIER] Ku: Hệ số an toàn áp. (Ku = 2,5- 3,5) Trong đó: Ki: hệ số an toàn về dòng (Ki ≥ 1) Trị hiệu dụng dòng điện nguồn. 5π − I= α 1 π 6 Id Id .d ( ωt ) = ∫ π 1 6 2π 2π α+ Công suất tiêu thụ trên tải. Pd = U d I d Hệ số công suất nguồn bộ chỉnh lưu. 32 2 π π U (1 + cos(α + d (1 + cos(α + ) )I Pd U d .I d 2π 6 2π 6 λ= = = = 3. 5π 5π 1 −α − α 3U 6 6 Id . 2π 2π S UI Đặc tuyến điều khiển. Trị trung bình điện áp chỉnh lưu, không phụ thuộc vào tham số tải khi dòng tải liên tục. 6. Tác dụng của diode Do: - Giảm trị hiệu dụng thành phần xoay chiều của áp chỉnh lưu - Tăng hệ số công suất nguồn: α tăng I1 Giảm => U1I1 giảm => P1 giảm => λ tăng - Không cho phép chế độ nghịch lưu. U dα - Khảo sát đặc U do tuyến