Giáo trình Điện tử công suất (Nghề: Điện công nghiệp và Điện tử công nghiệp - Cao đẳng): Phần 2 - Trường CĐ nghề Đà Nẵng

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:44

Thêm vào BST

Báo xấu

43
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình Điện tử công suất cung cấp cho người học những kiến thức như: Tổng quan về điện tử công suất; công tắc điện tử (van bán dẫn công suất); chỉnh lưu công suất không điều khiển; chỉnh lưu công suất có điều khiển; điều chỉnh điện áp xoay chiều;... Mời các bạn cùng tham khảo nội dung phần 2 giáo trình.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Điện tử công suất (Nghề: Điện công nghiệp và Điện tử công nghiệp - Cao đẳng): Phần 2 - Trường CĐ nghề Đà Nẵng

BÀI 4: MẠCH CHỈNH LƯU CÔNG SUẤT CÓ ĐIỀU KHIỂN Mục tiêu : - Trình bày được nguyên lý hoạt động, đặc tính, các phương pháp điều khiển của mạch điều khiển chỉnh lưu - Phân tích được các mạch điều khiển công suất trong sửa chữa được các hư hỏng thông thường - Kiểm tra, sửa chữa được các mạch điều khiển công suất đạt yêu cầu kỹ thuật. - Sử dụng được các mạch điều khiển tương đương trong thay thế, sửa chữa đạt yêu cầu kỹ thuật. - Rèn luyện tính tỷ mỉ, chính xác, an toàn và vệ sinh công nghiệp Nội dung chính: 1. Tổng quan mạch điều khiển chỉnh lưu công suất 2. Chỉnh lưu công suất một pha có điều khiển 2.1. Chỉnh lưu công suất một nửa chu kỳ 2.2. Chỉnh lưu công suất hai nửa chu kỳ có điều khiển 2.3. Chỉnh lưu công suất cầu một pha có điều khiển 3. Chỉnh lưu công suất ba pha có điều khiển 3.1. Chỉnh lưu 3 pha hình tia có điều khiển 3.2. Chỉnh lưu 3 pha cầu có điều khiển I. TỔNG QUAN MẠCH ĐIỀU KHIỂN CHỈNH LƯU CÔNG SUẤT Diode là linh kiện tự dẫn điện (khi UAK > 0) nên điện áp chỉnh lưu (điện áp một chiều) có giá trị không đổi. Đối với một số loại tải có yêu cầu về thay đổi điện áp (ví dụ như điều chỉnh tốc độ động cơ) thì bộ chỉnh lưu dùng diode không đáp ứng được. Do đó, người ta thay diode bằng thyristor (hay còn gọi là SCR) để có thể điều chỉnh giá trị điện áp chỉnh lưu. SCR thuộc nhóm linh kiện chỉ điều khiển kích đóng. Việc ngắt SCR có thể thực hiện nằng cách đặt điện áp ngược hoặc triệt tiêu dòng điện qua nó. Để kích đóng được SCR thì phải thỏa hai điều kiện: + Xuất hiện điện áp khóa trên SCR: UAK > 0 + Có dòng xung kích đủ lớn tác động vào cỗng G. Thời điểm mở tự nhiên là thời điểm mà ở đó diode bắt đầu dẫn điện. Gọi X0 54
là thời điểm mở tự nhiên. Ta có: + Đối với chỉnh lưu 1 pha: X0 = 0 (hình 4.1a) + Đối với chỉnh lưu ba pha:X0 = hay X0 = 300 (hình 4.1b) Gọi X là vị trí đưa xung kích vào cực G của SCR. Ta xác định được góc kích  như sau: α = Xα – X0 ( 4.1) Hình 4.1: Vị trí X0 của diode II. CHỈNH LƯU CÔNG SUẤT MỘT PHA CÓ ĐIỀU KHIỂN 1. Chỉnh lưu công suất một nửa chu kỳ 1.1. Sơ đồ mạch, dạng sóng và nguyên lý hoạt động Sơ đồ mạch chỉnh lưu điều khiển bán kỳ một pha tải thuần trở như trên hình 4.2. Hình 4.2: Sơ đồ chỉnh lưu bán kỳ một pha có điều khiển Đồ thị dạng sóng ở ngõ ra của bộ chỉnh lưu như trên hình 4.3 55
Hình 4.3a: Dạng sóng ứng với hình 4.2a Hình 4.3b: Dạng sóng ứng với hình4.2b Điện áp chỉnh lưu có một xung, chu kỳ áp chỉnh lưu bằng với chu kỳ của nguồn áp xoay chiều. Ở hình 4.3a, do tải thuần trở nên khi điện áp nguồn U bằng không thì điện áp chỉnh lưu Ud bằng không và dòng điện qua tải Id cũng bằng không. Ngược lại, hình 4.3b, do tải có khả năng lưu trữ năng lượng (tải R-L-E ) nên khi điện áp nguồn bằng không, linh kiện không ngắt mà tiếp tục dẫn do dòng điện tải Id>0. Khi Id=0 thì linh kiện ngưng dẫn và điện áp chỉnh lưu Ud = E. Trong hai trường hợp trên, dòng điện tải luôn có đoạn bằng không nên được gọi là dòng tải gián đoạn. Giả sử điện áp nguồn xoay chiều có dạng: u(t) = Umsin(ωt) Trị trung bình của điện áp chỉnh lưu: √ Udα = ∫ sin(ωt)d(ωt) = U( ) = 0,45 U( ) (4.2) Với: U là trị hiệu dụng của điện áp nguồn. α là góc kích. SCR dẫn điện trong khoảng thời gian nữa chu kỳ điện áp nguồn. Do đó, trị trung bình dòng điện qua linh kiện: ISCR = (4.3) Điện áp ngược lớn nhất đặt lên linh kiện: Un-max = Um (4.4) Phạm vi góc điều khiển: 0 ≤ α ≤ 1800 1.2. Thực hành 1.2.1. Lập bảng thống kê dụng cụ, vật tư, thiết bị TT THIẾT BỊ, DỤNG CỤ SỐ LƯỢNG GHI CHÚ 1 Textboard 1 cái 2 Kèm cắt 1 cái 3 SCR 1 con 4 Điện trở 1 con 5 Led màu 1 con 6 Biến thế 1 cái 7 Dây đồng chỉ 0.01 lạng 1.2.2. Vẽ sơ đồ mạch điện 56
Vẽ sơ đồ mạch chỉnh lưu bán kỳ theo tham số : Nguồn AC 24V, tải gồm điện trở mắc nối tiếp với led. 1.2.3.Chuẩn bị dụng cụ, vật tư, thiết bị Dựa vào bảng vật tư ở trên chuẩn bị cho mỗi nhóm một bộ. 1.2.4. Kiểm tra dụng cụ, phôi liệu Dùng đồng hồ đo Vom kiểm tra thông mạch biến thế và kiểm tra linh kiện. 1.2.5. Lắp mạch Lắp mạch theo sơ đồ hình vẽ 1.2.6. Cấp nguồn cho mạch hoạt động Trước khi cấp nguồn phải kiểm tra thông mạch theo sơ đồ Cấp nguồn cho mạch hoạt động Dùng osillocopes đo và vẽ các tham số của mạch : Điện áp ngõ vào, điện áp ngõ ra. 1.2.7. Yêu cầu về đánh giá kết quả học tập Mục Nội dung Điểm tiêu Kiến - Thuyết minh được nguyên lý làm việc của mạch điện 3 thức - Trình bày quy trình lắp mạch điện theo sơ đồ nguyên lý Kỹ năng - Lắp đặt được mạch điện đúng quy trình, đảm bảo yêu 5 cầu kỹ thuật, thời gian - Thao tác mạch điện đúng trình tự Thái độ - Cẩn thận, lắng nghe, ghi chép, từ tốn, thực hiện tốt vệ sinh 2 công nghi ệp, an toàn lao động. Tổng 10 2. Chỉnh lưu công suất hai nửa chu kỳ có điều khiển 2.1. Sơ đồ mạch, dạng sóng và nguyên lý hoạt động 57
Hình 4.4. Sơ đồ mạch và dạng sóng ngõ ra mạch chỉnh lưu hình tia có điều khiển Trị trung bình của điện áp chỉnh lưu: Udα = = 0,9 U( ) (4.5) Ta có thể kích theo thứ tự từng SCR một, nhưng cũng có thể kích đồng thời hai SCR vì lúc đó một trong hai SCR bị phân cực ngược do đó không bị ảnh hưởng bởi xung kích. 2.2. Thực hành 2.2.1. Lập bảng thống kê dụng cụ, vật tư, thiết bị TT THIẾT BỊ, DỤNG CỤ SỐ LƯỢNG GHI CHÚ 1 Textboard 1 cái 2 Kèm cắt 1 cái 3 SCR 2 con 4 Điện trở 1 con 5 Led màu 1 con 6 Biến thế 1 cái 7 Dây đồng chỉ 0.01 lạng 2.2.2. Vẽ sơ đồ mạch điện Vẽ sơ đồ mạch chỉnh lưu bán kỳ theo tham số : Nguồn AC 24V, tải gồm điện trở mắc nối tiếp với led. 2.2.3.Chuẩn bị dụng cụ, vật tư, thiết bị Dựa vào bảng vật tư ở trên chuẩn bị cho mỗi nhóm một bộ. 2.2.4. Kiểm tra dụng cụ, phôi liệu 58
Dùng đồng hồ đo Vom kiểm tra thông mạch biến thế và kiểm tra linh kiện. 2.2.5. Lắp mạch Lắp mạch theo sơ đồ hình vẽ 2.2.6. Cấp nguồn cho mạch hoạt động Trước khi cấp nguồn phải kiểm tra thông mạch theo sơ đồ Cấp nguồn cho mạch hoạt động Dùng osillocopes đo và vẽ các tham số của mạch : Điện áp ngõ vào, điện áp ngõ ra. 2.2.7. Yêu cầu về đánh giá kết quả học tập Mục Nội dung Điểm tiêu Kiến - Thuyết minh được nguyên lý làm việc của mạch điện 3 thức - Trình bày quy trình lắp mạch điện theo sơ đồ nguyên lý Kỹ năng - Lắp đặt được mạch điện đúng quy trình, đảm bảo yêu 5 cầu kỹ thuật, thời gian - Thao tác mạch điện đúng trình tự Thái độ - Cẩn thận, lắng nghe, ghi chép, từ tốn, thực hiện tốt vệ sinh 2 công nghi ệp, an toàn lao động. Tổng 10 3. Chỉnh lưu công suất cầu một pha có điều khiển 3.1. Sơ đồ mạch, dạng sóng và nguyên lý hoạt động Hình 4.5. Sơ đồ chỉnh lưu cầu dùng SCR Trị trung bình của điện áp chỉnh lưu: 59
Udα = 0,9 U( ) (4.6) Ngoài sơ đồ chỉnh lưu cầu như ở trên, còn có các mạch chỉnh lưu gọi là không đối xứng với việc thay hai SCR bằng hai diod. Giá trị điện áp trung bình trong chỉnh lưu không đối xứng cũng như trường hợp đối xứng Udα = 0,9 U( ), tuy nhiên mạch điều khiển đơn giản, dễ sử dụng và giá thành hạ. Hình 4.6. Mạch chỉnh lưu cầu không đối xứng 3.2. Thực hành 3.2.1. Lập bảng thống kê dụng cụ, vật tư, thiết bị TT THIẾT BỊ, DỤNG CỤ SỐ LƯỢNG GHI CHÚ 1 Textboard 1 cái 2 Kèm cắt 1 cái 3 SCR 4 con 4 Điện trở 1 con 5 Led màu 1 con 6 Biến thế 1 cái 7 Dây đồng chỉ 0.01 lạng 3.2.2. Vẽ sơ đồ mạch điện Vẽ sơ đồ mạch chỉnh lưu bán kỳ theo tham số : Nguồn AC 24V, tải gồm điện trở mắc nối tiếp với led. 3.2.3.Chuẩn bị dụng cụ, vật tư, thiết bị Dựa vào bảng vật tư ở trên chuẩn bị cho mỗi nhóm một bộ. 3.2.4. Kiểm tra dụng cụ, phôi liệu 60
Dùng đồng hồ đo Vom kiểm tra thông mạch biến thế và kiểm tra linh kiện. 3.2.5. Lắp mạch Lắp mạch theo sơ đồ hình vẽ 3.2.6. Cấp nguồn cho mạch hoạt động Trước khi cấp nguồn phải kiểm tra thông mạch theo sơ đồ Cấp nguồn cho mạch hoạt động Dùng osillocopes đo và vẽ các tham số của mạch : Điện áp ngõ vào, điện áp ngõ ra, điện áp trên diode. 3.2.7. Yêu cầu về đánh giá kết quả học tập Mục Nội dung Điểm tiêu Kiến - Thuyết minh được nguyên lý làm việc của mạch điện 3 thức - Trình bày quy trình lắp mạch điện theo sơ đồ nguyên lý Kỹ năng - Lắp đặt được mạch điện đúng quy trình, đảm bảo yêu 5 cầu kỹ thuật, thời gian - Thao tác mạch điện đúng trình tự Thái độ - Cẩn thận, lắng nghe, ghi chép, từ tốn, thực hiện tốt vệ sinh 2 công nghi ệp, an toàn lao động. Tổng 10 III. CHỈNH LƯU CÔNG SUẤT BA PHA CÓ ĐIỀU KHIỂN 1. Chỉnh lưu 3 pha hình tia có điều khiển 1.1. Sơ đồ mạch, dạng sóng và nguyên lý hoạt động Ta xét tải của bộ chỉnh lưu là tải thuần trở (hình 4.7a) và tải R-L-E (hình 4.7b) Hình 4.7a,b: Sơ đồ chình lưu tia ba pha Giả sử dòng tải liên tục. Do đó, tại mỗi thời điểm, dòng điện tải sẽ kép kín qua một nhánh chứa nguồn và SCR dẫn điện. 61
Do tính chất đối xứng của nguồn nên các SCR sẽ được kích đóng đối xứng theo trật tự T1, T2, T3, T1, …. Giản đồ xung kích đóng, dạng sóng điện áp và dòng điện chỉnh lưu như trên hình 4.7c. Khi linh kiện nào dẫn điện thì điện áp ngõ ra của bộ chỉnh lưu bằng với điện áp của nguồn nối với linh kiện đó. Khi T1 dẫn, dòng điện tải khép kín qua mạch (ua, T1, RLE), T2 và T3 ngắt. Ta có thể rút ra qui tắc dẫn của các linh kiện như sau: điện áp pha nào lớn nhất thì linh kiện nằm trên pha đó sẽ dẫn điện (nếu có xung kích). Hình 4.7c. Giản đồ xung kích và dạng sóng ngõ ra của bộ chỉnh lưu Các hệ quả khi dòng tải liên tục: Điện áp tải chỉ phụ thuộc vào điện áp nguồn và góc điều khiển . Điện áp tải có ba xung trong một chu kỳ của điện áp nguồn. Chu kỳ điện áp tải Tp = (với T là chu kỳ điện áp nguồn). Trị trung bình điện áp chỉnh lưu: √ √ Udα = ∫ sin(ωt)d(ωt) = Umcos = Ucos (4.7) Khi mạch ở chế độ xác lập, dòng điện qua tải: I= (4.8) Phạm vi góc điều khiển: do điện áp khóa trên SCR chỉ tồn tại trong khoảng 0
Khi điện áp trên tải có trị trung bình dương có nghĩa là tải nhận năng lượng từ nguồn và bộ chỉnh lưu làm việc ở chế độ chỉnh lưu. Khi điện áp trên tải có trị trung bình âm, do dòng tải chỉ dương nên tải phát ra năng lượng và ta gọi bộ chỉnh lưu làm việc ở chế độ nghịch lưu. Mỗi SCR dẫn điện trong 1/3 chu kỳ áp nguồn, do đó trị trung bình qua nó: ISCR = (4.10) Điện áp khóa và điện áp ngược lớn nhất đặt lên tryristor: UN = Umax = √6U (4.11) Ghi chú: đối với tải thuần trở, dòng điện tải chỉ liên tục trong phạm vi góc kích  < 300. Khi   300 thì điện áp có đoạn bằng không nên dòng tải bị gián đoạn và trị trung bình điện áp chỉnh lưu trong trương hợp này là: √ ( ) Udα = ∫ sin(ωt)d(ωt) = U (4.12) √ Ví dụ1: Bộ chỉnh lưu tia ba pha điều khiển mắc vào tải chứa R = 10, E=50V và L rất lớn làm cho dòng tải liên tục và phẳng. Áp nguồn xoay chiều ba pha có trị hiệu dụng U = 220V. Mạch ở trạng thái xác lập. a. Tính trị trung bình điện áp chỉnh lưu và dòng chỉnh lưu khi góc điều khiển. b. Tính công suất trung bình của tải c. Tính trị trung bình dòng qua mỗi linh kiện Giải Dòng tải liên tục nên ta có: √ √ Ud = Ucos = 220 cos ( ) = 128,7V. Mạch ở chế độ xác lập, trị trung bình dòng điện tải: , Id = = = 7,9A Công suất trung bình trên tải: Pd = Ud.Id = 128,7. 7,9 = 1016,7W Trị trung bình dòng điện qua linh kiện: , ISCR = = = 2,6A Ví dụ 2: Cho bộ chỉnh lưu tia ba pha với tải R = 10, E = 0, L = 0. Nguồn áp ba pha có trị hiệu dụng điện áp pha U = 220V. Cho góc điều khiển α = 600 . Tính trị trung bình áp chỉnh lưu, dòng điện tải và công suất trung bình trên tải ? Giải Trị trung bình điện áp tải: 63
√ ( ) √ ( ) Udα = U = 220 = 148,6V √ √ Trị trung bình dòng điện tải: , Id = = = 14,86A Công suất trung bình trên tải: Pd = Ud.Id = 148,6.14,86 = 2208,2W 1.2. Thực hành 1.2.1. Lập bảng thống kê dụng cụ, vật tư, thiết bị TT THIẾT BỊ, DỤNG CỤ SỐ LƯỢNG GHI CHÚ 1 Textboard 1 cái 2 Kèm cắt 1 cái 3 SCR 3 con 4 Điện trở 1 con 5 Led màu 1 con 6 Nguồn 3 pha 1 cái 7 Dây đồng chỉ 0.01 lạng 1.2.2. Vẽ sơ đồ mạch điện Vẽ sơ đồ mạch chỉnh lưu bán kỳ theo tham số : Nguồn AC 24V, tải gồm điện trở mắc nối tiếp với led. 1.2.3.Chuẩn bị dụng cụ, vật tư, thiết bị Dựa vào bảng vật tư ở trên chuẩn bị cho mỗi nhóm một bộ. 1.2.4. Kiểm tra dụng cụ, phôi liệu Dùng đồng hồ đo Vom kiểm tra thông mạch biến thế và kiểm tra linh kiện. 1.2.5. Lắp mạch Lắp mạch theo sơ đồ hình vẽ 1.2.6. Cấp nguồn cho mạch hoạt động Trước khi cấp nguồn phải kiểm tra thông mạch theo sơ đồ Cấp nguồn cho mạch hoạt động Dùng osillocopes đo và vẽ các tham số của mạch : Điện áp ngõ vào, điện áp ngõ ra. 1.2.7. Yêu cầu về đánh giá kết quả học tập Mục Nội dung Điểm tiêu 64
Kiến - Thuyết minh được nguyên lý làm việc của mạch điện 3 thức - Trình bày quy trình lắp mạch điện theo sơ đồ nguyên lý Kỹ năng - Lắp đặt được mạch điện đúng quy trình, đảm bảo yêu 5 cầu kỹ thuật, thời gian - Thao tác mạch điện đúng trình tự Thái độ - Cẩn thận, lắng nghe, ghi chép, từ tốn, thực hiện tốt vệ sinh 2 công nghi ệp, an toàn lao động. Tổng 10 2. Chỉnh lưu 3 pha cầu có điều khiển 2.1. Sơ đồ mạch, dạng sóng và nguyên lý hoạt động Hình 4.8. Sơ đồ mạch chỉnh 3 pha cầu có điều khiển Nguồn xoay chiều ba pha lý tưởng mắc vào bộ chỉnh lưu cầu gồm 6 SCR như hình 4.8. Các điện áp UdA và UdK là điện áp từ điểm nút chung của các nhóm linh kiện (nhóm Anode và nhóm Cathode) đến điểm trung tính của nguồn áp ba pha. Giả sử dòng điện qua tải liên tục. Theo định luật Kirchhoff 2 ta có: Ud = UdA - UdK (4.12) Hình 4.9 65
Ta phân tích mạch chỉnh lưu hình 4.9 thành tổng của hai nhóm mạch chỉnh lưu tia như hình 4.6. Thứ tự dẫn điện của các linh kiện cũng giống như mạch chỉnh lưu cầu ba pha không điều khiển (T1,T6)  (T1,T2  (T3,T2)  (T3,T4)  (T5,T4)  (T5,T6). Xét nhóm anode: giả sử T1 đóng, T3 và T5 ngắt. Ta có: UdA = Ua Xét nhóm cathode: giả sử T6 đóng, T2 và T4 ngắt. Ta có: UdA = Ub Điện áp ở ngõ ra của bộ chỉnh lưu khi T1 và T6 dẫn: Ud = UdA – UdK = Ua – Ub (4.13) Tương tự đối với các cặp linh kiện dẫn điện còn lại: (T1,T2): Ud = Ua – Uc = Uac (T2,T3): Ud = Ub – Uc = Ubc (T3,T4): Ud = Ub – Ua = Uba (T4,T5): Ud = Uc – Ua = Uca (T5,T6): Ud = Uc – Ub = Ucb Đồ thị điện áp và dòng điện chỉnh lưu như trên hình 4.10. Hình 4.10: Đồ thị điện áp và dòng điện chỉnh lưu Xung kích cho các linh kiện: để kích dẫn thành công cho các linh kiện, xung kích phải được kích lặp lại trong mỗi khoảng dẫn. Trình tự kích các linh kiện từ 66
T1, T2, …,T6 như trên hình 4.11a. Khoảng cách giữa các xung kích đồng thời đến xung kích lặp lại bằng 1200 điện. Ngoài dạng xung kích đơn lặp lại trên linh kiện vừa nêu (kỹ thuật kích đôi), xung kích có thể ở dạng chuổi xung hoặc xung kích liên tục (hình 4.11b). Hình 4.11. Giản đồ xung kích cho các linh kiện Hệ quả: khi dòng tải liên tục: Dạng điện áp tải có 6 xung, chỉ phụ thuộc vào góc điều khiển và điện áp của nguồn xoay chiều. Chu kỳ điện áp chỉnh lưu bằng chu kỳ điện áp nguồn: Tp = T 2.2. Thực hành 2.2.1. Lập bảng thống kê dụng cụ, vật tư, thiết bị TT THIẾT BỊ, DỤNG CỤ SỐ LƯỢNG GHI CHÚ 1 Textboard 1 cái 2 Kèm cắt 1 cái 3 SCR 6 con 4 Điện trở 1 con 5 Led màu 1 con 6 Nguồn 3 pha 1 cái 7 Dây đồng chỉ 0.01 lạng 2.2.2. Vẽ sơ đồ mạch điện 67
Vẽ sơ đồ mạch chỉnh lưu bán kỳ theo tham số : Nguồn AC 24V, tải gồm điện trở mắc nối tiếp với led. 2.2.3.Chuẩn bị dụng cụ, vật tư, thiết bị Dựa vào bảng vật tư ở trên chuẩn bị cho mỗi nhóm một bộ. 2.2.4. Kiểm tra dụng cụ, phôi liệu Dùng đồng hồ đo Vom kiểm tra thông mạch biến thế và kiểm tra linh kiện. 2.2.5. Lắp mạch Lắp mạch theo sơ đồ hình vẽ 2.2.6. Cấp nguồn cho mạch hoạt động Trước khi cấp nguồn phải kiểm tra thông mạch theo sơ đồ Cấp nguồn cho mạch hoạt động Dùng osillocopes đo và vẽ các tham số của mạch : Điện áp ngõ vào, điện áp ngõ ra. 2.2.7. Yêu cầu về đánh giá kết quả học tập Mục Nội dung Điểm tiêu Kiến - Thuyết minh được nguyên lý làm việc của mạch điện 3 thức - Trình bày quy trình lắp mạch điện theo sơ đồ nguyên lý Kỹ năng - Lắp đặt được mạch điện đúng quy trình, đảm bảo yêu 5 cầu kỹ thuật, thời gian - Thao tác mạch điện đúng trình tự Thái độ - Cẩn thận, lắng nghe, ghi chép, từ tốn, thực hiện tốt vệ sinh 2 công nghi ệp, an toàn lao động. Tổng 10 CÂU HỎI ÔN TẬP VÀ BÀI TẬP Câu hỏi ôn tập: Câu 1: Vẽ sơ đồ mạch, nguyên lý hoạt động và dạng sóng của mạch chỉnh lưu bán kỳ một pha có điều khiển ? Câu 2: Các thông số của mạch chỉnh lưu bán kỳ một pha có điều khiển ? Câu 3: Vẽ sơ đồ mạch, nguyên lý hoạt động và dạng sóng của mạch chỉnh lưu cầu một pha có điều khiển ? Câu 4: Các thông số của mạch chỉnh lưu cầu một pha không điều khiển ? Câu 5: Vẽ sơ đồ mạch, nguyên lý hoạt động và dạng sóng của mạch chỉnh lưu ba pha hình tia có điều khiển ? 68
Câu 6: Vẽ sơ đồ mạch, nguyên lý hoạt động và dạng sóng của mạch chỉnh lưu cầu ba pha có điều khiển ? Bài tập Bài 1: Cho mạch chỉnh lưu bán kỳ 1pha có điều khiển có tham số U = 110V, R = 33Ω. Tính điện áp , dòng điện, công suất trên tải và điện áp ngược đặt lên linh kiện ? Bài 2: Cho mạch chỉnh lưu bán kỳ 1pha có điều khiển tải thuần trở, điện áp trên tải đo được Ud =99V, R = 100Ω. Tính điện áp ngõ vào , dòng điện, công suất trên tải và điện áp ngược đặt lên linh kiện ? Bài 3: Cho mạch chỉnh lưu cầu 1 pha có điều khiển có tham số U = 220V, R = 100Ω.. Tính điện áp , dòng điện, công suất trên tải và dòng điện chạy qua linh kiện ? Bài 4: Bộ chỉnh lưu tia ba pha điều khiển mắc vào tải chứa R = 50, E=30V và L rất lớn làm cho dòng tải liên tục và phẳng. Áp nguồn xoay chiều ba pha có trị hiệu dụng U = 127V. Mạch ở trạng thái xác lập. a. Tính trị trung bình điện áp chỉnh lưu và dòng chỉnh lưu khi góc điều khiển. b. Tính công suất trung bình của tải c. Tính trị trung bình dòng qua mỗi linh kiện Bài 5: Cho bộ chỉnh lưu tia ba pha với tải R = 50, E = 0, L = 0. Nguồn áp ba pha có trị hiệu dụng điện áp pha U = 380V. Cho góc điều khiển α = 300 . Tính trị trung bình áp chỉnh lưu, dòng điện tải và công suất trung bình trên tải ? 69
BÀI 5: ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU Mục tiêu : - Trình bày được nguyên lý hoạt động, đặc tính và phạm vi ứng dụng các mạch điểu chỉnh điện áp theo nội dung đã học. - Kiểm tra, sửa chữa được các mạch điều chỉnh điện áp đạt yêu cầu kỹ thuật. - Rèn luyện tính tỷ mỉ, chính xác, an toàn và vệ sinh công nghiệp Nội dung chính : 1. Khái niệm 2. Điều khiển điện áp xoay chiều một pha 3. Điều khiển điện áp xoay chiều ba pha 4. Biến tần I. KHÁI NIỆM Bộ biến đổi điện áp xoay chiều được sử dụng để thay đổi trị hiệu dụng của điện áp ngõ ra. Nó được mắc vào nguồn xoay chiều dạng sin với tần số và trị hiệu dụng không đổi và tạo ở ngõ ra điện áp xoay chiều có cùng tần số nhưng trị hiệu dụng điều khiển được. Do đó, bộ biến đổi điện áp xoay chiều có tính năng giống như máy biến áp điều khiển vô cấp. Điện áp đáp ứng ở ngõ ra thay đổi nhanh và liên tục. Cấu trúc bộ biến đổi điện áp xoay chiều: Hình 5.1. Cấu trúc bộ biến đổi điện áp xoay chiều Bộ biến đổi điện áp xoay chiều được sử dụng để điều khiển công suất tiêu thụ của các tải như lò nướng điện trở, bếp điện, điều khiển chiếu sáng cho sân khấu, quảng cáo, điều khiển vận tốc động cơ không đồng bộ công suất vừa và nhỏ (máy quạt gió, máy bơm, máy xay), điều khiển động cơ vạn năng (dụng cụ điện cầm tay, máy trộn, máy sấy). Bộ biến đổi xoay chiều còn được dùng trong các hệ thống bù nhuyễn công suất phản kháng. 70
II. ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU MỘT PHA Sơ đồ nguyên lý Hình 5.2. Sơ đồ nguyên lý bộ điều khiển điện áp xoay chiều Trong trường hợp tải công suất nhỏ, có thể thay thế 2 SCR bằng 1 TRIAC. 1. Trường hợp tải thuần trở Đồ thị dạng sóng điện áp ngõ vào, ngõ ra và dạng sóng dòng điện tải như trên hình 5.3. Ở bán kỳ dương của điện áp nguồn: + Trong khoảng góc (0, ) các SCR ngắt nên dòng điện qua tải bằng 0 (ut = 0; it = 0) + Tại thời điểm ứng với góc X = , đưa xung kích vào T1 làm cho T1 dẫn điện trong khoảng (X), dòng điện khép kín qua (u, T=1, R) – trạng thái T1 ut = u = Um sinωt ; it = ( 5.1) + Tại thời điểm X = π, ut = 0 nên it = 0, dòng điện qua T1 bị triệt tiêu nên T1 ngắt – trạng thái 0. Ở bán kỳ âm của điện áp nguồn: + Trong khoảng góc (π, ) các SCR ngắt nên dòng điện qua tải bằng 0 (ut = 0; it = 0) + Tại thời điểm ứng với góc X = π + , đưa xung kích vào T2 làm cho T2 dẫn điện trong khoảng (π +   X  2), dòng điện khép kín qua (u, R, T2) – trạng thái T2 . ut = u = Um sinωt ; it = ( 5.2) + Tại thời điểm X = 2π, ut = 0 nên it = 0, dòng điện qua T2 bị triệt tiêu nên T2 ngắt – trạng thái 0. Hệ quả Trị hiệu dụng điện áp tải: Ut = ∫ dt = U 1 − + (5.3) 71
Khi góc điều khiển  thay đổi trong phạm vi (0, ), điện áp trên tải có trị hiệu dụng biến thiên trong khoảng (0, U). Trị hiệu dụng dòng điện tải: It = (5.4) Công suất trên tải: Pt = ∫ dt = (1 − + ) (5.5) Hình 5.3. Đồ thị dạng sóng điện áp ngõ vào, ngõ ra và dòng điện trên tải thuần trở 72
2. Trường hợp tải L a. Góc điều khiển α > Hình 5.4. Đồ thị dạng sóng điện áp ngõ vào, ngõ ra và dòng điện trên tải thuần cảm Trong khoảng góc X  , dòng điện tải bị gián đoạn (it = 0, ut = 0) - trạng thái 0. Trong khoảng góc  < X  2π -  , T1 được kích trong lúc có điện áp khóa nên T1 dẫn điện. Dòng điện khép kín qua mạch (u-T1-L) - trạng thái T1. ut = u = Um sinωt Trong khoảng góc 2π -  < X  π + , dòng điện tải bị triệt tiêu nên T1 ngắt (it = 0, ut = 0) - trạng thái 0. Trong khoảng góc π +  < X  3π - , T2 được kích trong lúc có điện áp khóa nên T2 dẫn điện. Dòng điện khép kín qua mạch (u-T2-L) - trạng thái T2. ut = u = Um sinωt Trong khoảng góc 3π -  < X  2π + ,dòng điện tải bị triệt tiêu nên T2 ngắt (it = 0, ut = 0) - trạng thái 0. b. Góc điều khiển α < Đồ thị dạng sóng điện áp và dòng điện ở ngõ ra như trên hình 5.5. 73