Tài liệu Giáo trình thiết kế thiết bị điện tử công xuất ppt

5
http://www.ebook.edu.vn

tốt hơn. Dòng điện chạy qua van không quá lớn, tổng điện áp rơi trên van nhỏ.
Đối với chỉnh lu có điều khiển, thì sơ đồ hình 8.2 nói chung và việc điều
khiển các van bán dẫn ở đây tơng đối đơn giản. Tuy vậy việc chế tạo biến áp
có hai cuộn dây thứ cấp giống nhau, mà mỗi cuộn chỉ làm việc có một nửa chu
kỳ, làm cho việc chế tạo biến áp phức tạp hơn và hiệu suất sử dụng biến áp xấu
hơn, mặt khác điện áp ngợc của các van bán dẫn phải chịu có trị số lớn nhât.
3. Chỉnh lu cầu một pha.







Hình 8.4. Sơ đồ chỉnh lu cầu một pha điều khiển đối xứng.
Hoạt động của sơ đồ này khái quát có thể mô tả nh sau. Trong nửa bán
kỳ điện áp anod của Tiristo T1 dơng (+) (lúc đó catod T2 âm (-)), nếu có xung
điều khiển cho cả hai van T1,T2 đồng thời, thì các van này sẽ đợc mở thông
để đặt điện áp lới lên tải, điện áp tải một chiều còn bằng điện áp xoay chiều
chừng nào các Tiristo còn dẫn (khoảng dẫn của các Tiristo phụ thuộc vào tính
chất của tải). Đến nửa bán kỳ sau, điện áp đổi dấu, anod của Tiristo T3 dơng
(+) (catod T4 âm (-)), nếu có xung điều khiển cho cả hai van T3,T4 đồng thời,
thì các van này sẽ đợc mở thông, để đặt điện áp lới lên tải, với điện áp một
chiều trên tải có chiều trùng với nửa bán kỳ trớc.
Chỉnh lu cầu một pha hình 8.4 có chất lợng điện áp ra hoàn toàn giống
nh chỉnh lu cả chu kỳ với biến áp có trung tính, nh sơ đồ hình 8.2. Hình
dạng các đờng cong điện áp, dòng điện tải, dòng điện các van bán dẫn và điện
áp của một van tiêu biểu gần tơng tự nh trên hình 8.3a.b. Trong sơ đồ này
dòng điện chạy qua van giống nh sơ đồ hình 8.2, nhng điện áp ngợc van
phải chịu nhỏ hơn U
nv
= 2.U
2
.
Việc điều khiển đồng thời các Tiristo T1,T2 và T3,T4 có thể thực hiện
bằng nhiều cách, một trong những cách đơn giản nhất là sử dụng biến áp xung
có hai cuộn thứ cấp nh hình 8.5.
Điều khiển các Tiristo trong sơ đồ hình 8.4, nhiều khi gặp khó khăn cho
trong khi mở các van điều khiển, nhất là khi công suất xung không đủ lớn. Để
tránh việc mở đồng thời các van nh ở trên, mà chất lợng điện áp chừng mực
nào đó vẫn có thể đáp ứng đợc, ngời ta có thể sử dụng chỉnh lu cầu một pha
điều khiển không đối xứng.

T4 T1
U2
T3
L
T2
R

6
http://www.ebook.edu.vn








Hinh 8.5. Phơng án cấp xung chỉnh lu cầu một pha
Chỉnh lu cầu một pha điều khiển không đối xứng có thể thực hiện bằng
hai phơng án khác nhau nh hình 8.6. Giống nhau ở hai sơ đồ này là: chúng
đều có hai Tiristo và hai điôt; mỗi lần cấp xung điều khiển chỉ cần một xung;
điện áp một chiều trên tải có hình dạng ( xem hình 8.7a,b) và trị số giống nhau;
đờng cong điện áp tải chỉ có phần điện áp dơng nên sơ đồ không làm việc
với tải có nghịch lu trả năng lợng về lới. Sự khác nhau giữa hai sơ đồ trên
đợc thể hiện rõ rệt khi làm việc với tải điện cảm lớn, lúc này dòng điện chạy
qua các van điều khiển và không điều khiển sẽ khac nhau.





b
Hình 8.6. Sơ đồ chỉnh lu cầu một pha điều khiển không đối xứng.
Trên sơ đồ hình8.6a (với minh hoạ bằng các đờng cong hình 8.7a) khi
điện áp anod T1 dơng và catod D1 âm có dòng điện tải chạy qua T1, D1 đến
khi điện áp đổi dấu (với anod T2 dơng) mà cha có xung mở T2, năng lợng
của cuộn dây tải L đợc xả ra qua D2, T1. Nh vậy việc chuyển mạch của các
van không điều khiển D1, D2 xảy ra khi điện áp bắt đầu đổi dấu. Tiristo T1 sẽ
bị khoá khi có xung mở T2, kết quả là chuyển mạch các van có điều khiển
đợc thực hiện bằng việc mở van kế tiếp. Từ những giải thích trên chúng ta
thấy rằng, các van bán dẫn đợc dẫn thông trong một nửa chu kỳ (các điôt dẫn
từ đầu đến cuối bán kỳ điện áp âm catod, còn các Tiristo đợc dẫn thông tại
thời điểm có xung mở và bị khoá bởi việc mở Tiristo ở nửa chu kỳ kế tiếp). Về
trị số, thì dòng điện trung bình chạy qua van bằng I
tb
= (1/2 ) I
d
, dòng điện hiệu
dụng của van I
hd
= O,71. Id.
Theo sơ đồ hình 8.6 b (với minh hoạ bằng các đờng cong hình 8.7b), khi
điện áp lới đặt vào anod và catod của các van bán dẫn thuận chiều và có xung
điều khiển, thì việc dẫn thông các van hoàn toàn giống nh sơ đồ hình 8.6a.
dieu khien
Mach
T1 (T3)
T2 (T4)
D
D
U
R
T1
T2
L
D2
D1 D1 D2
T2 T1
R
L

7
http://www.ebook.edu.vn

Khi điện áp đổi dấu năng lợng của cuộn dây L đợc xả ra qua các điôt D1,
D2, các van này đóng vai trò của điôt ngợc. Chính do đó mà các Tiristo sẽ tự
động khoá khi điện áp đổi dấu. Từ đờng cong dòng điện các van trên hình
8.7b có thể thấy rằng, ở sơ đồ này dòng điện qua Tiristo nhỏ hơn dòng điện qua
các điôt.










Hình 8.7. Giản đồ các đờng cong điện áp, dòng điện tải
(Ud, Id), dòng điện các van bán dẫn của các sơ đồ a- hình 8.6a; b- hình 8.6b.
Nhìn chung các loại chỉnh lu cầu một pha có chất lợng điện áp tơng
đơng nh chỉnh lu cả chu kỳ với biến áp có trung tính, chất lợng điện một
chiều nh nhau, dòng điện làm việc của van bằng nhau, nên việc ứng dụng
chúng cũng tơng đơng nhau. Mặc dù vậy ở chỉnh lu cầu một pha có u
điểm hơn ở chỗ: điện áp ngợc trên van bé hơn; biến áp dễ chế tạo và có hiệu
suất cao hơn. Thế nhng chỉnh lu cầu một pha có số lợng van nhiều gấp hai
lần, làm giá thanh cao hơn, sụt áp trên van lớn gấp hai lần, chỉnh lu cầu điều
khiển đối xứng thì việc điều khiển phức tạp hơn.
Các sơ chỉnh lu một pha cho ta điện áp với chất lợng cha cao, biên độ
đập mạch điện áp quá lớn, thành phần hài bậc cao lớn điều này không đáp ứng
đợc cho nhiều loại tải. Muốn có chất lợng điện áp tốt hơn chúng ta phải sử
dụng các sơ đồ có số pha nhiều hơn.
4. Chỉnh lu tia ba pha.
Khi biến áp có ba pha đấu sao ( ) trên mỗi pha A,B,C ta nối một van
nh hình 8.8a, ba catod đấu chung cho ta điện áp dơng của tải, còn trung tính
biến áp sẽ là điện áp âm. Ba pha điện áp A,B,C dịch pha nhau một góc là 120
0

theo các đờng cong điện áp pha, chúng ta có điện áp của một pha dơng hơn
điện áp của hai pha kia trong khoảng thời gian 1/3 chu kỳ ( 120
0
). Từ đó thấy
rằng, tại mỗi thời điểm chỉ có điện áp của một pha dơng hơn hai pha kia.
Nguyên tắc mở thông và điều khiển các van ở đây là khi anod của van
nào dơng hơn van đó mới đợc kích mở. Thời điểm hai điện áp của hai pha
0
t1 t2 t3
Ud
Id
IT1
0
t1 t2 t3
Ud
Id
t
IT2
ID1
ID2
IT1
IT2
ID1
ID2
t
t
t
t
t
t
t
tt
t
t
a. b.

8
http://www.ebook.edu.vn

giao nhau đợc coi là góc thông tự nhiên của các van bán dẫn. Các Tiristior chỉ
đợc mở thông với góc mở nhỏ nhất tại thời điểm góc thông tự nhiên (nh vậy
trong chỉnh lu ba pha, góc mở nhỏ nhất = 0
0
sẽ dịch pha so với điện áp pha
một góc là 30
0
).





















Hình 8.8. Chỉnh lu tia ba pha
a. Sơ đồ động lực; b- Giản đồ đờng các cong khi góc mở = 30
0
tải
thuần trở; c- Giản đồ các đờng cong khi = 60
0
các đờng cong gián đoạn.
Theo hình 8.8b,c tại mỗi thời điểm nào đó chỉ có một van dẫn, nh vậy
mỗi van dẫn thông trong 1/3 chu kỳ nếu điện áp tải liên tục ( đờng cong
I1,I1,I3 trên hình 8.8b), còn nếu điện áp tải gián đoạn thì thời gian dẫn thông
của các van nhỏ hơn. Tuy nhiên trong cả hai trờng hợp dòng điện trung bình
của các van đều bằng 1/3.Id. Trong khoảng thời gian van dẫn dòng điện của
van bằng dòng điện tải, trong khoảng van khoá dòng điện van bằng 0. Điện áp
của van phải chịu bằng điện dây giữa pha có van khoá với pha có van đang dẫn.
T1
B
T2
C
T3
A
R
L
Ud
Id
UT 1
t1 t2 t3 t4
I1
I2
I3
Ud
t
Id
t1 t2 t3 t4
I1
I2
I3
t
t
tt
t
t
tt
t
b.
0
c.

9
http://www.ebook.edu.vn

Ví dụ trong khoảng t2 ữ t3 van T1 khoá còn T2 dẫn do đó van T1 phải chịu
một điện áp dây U
AB
, đến khoảng t3 ữ t4 các van T1, T2 khoá, còn T3 dẫn lúc
này T1 chịu điện áp dây U
AC
.
Khi tải thuần trở dòng điện và điện áp tải liên tục hay gián đoạn phụ
thuộc góc mở của các Tiristo. Nếu góc mở Tiristo nhỏ hơn 30
0
, các đờng
cong Ud, Id liên tục, khi góc mở lớn hơn > 30
0
điện áp và dòng điện tải gián
đoạn (đờng cong Ud, Id trên hình 8.8c).







Hình 8.9. Đờng cong điện áp tải khi góc mở = 60
0

với a tải thuần trở, b tải điện cảm.
Khi tải điện cảm (nhất là điện cảm lớn) dòng điện, điện áp tải là các
đờng cong liên tục, nhờ năng lợng dự trữ trong cuộn dây đủ lớn để duy trì
dòng điện khi điện áp đổi dấu, nh đờng cong nét đậm trên hình 8.9b (tơng
tự nh vậy là đờng cong Ud trên hình 8.8b). Trên hình 8.9 mô tả một ví dụ so
sánh các đờng cong điện áp tải khi góc mở = 60
0
tải thuần trở hình 8.9a và
tải điện cảm hình 8.9b
Trị số điện áp trung bình của tải sẽ đợc tính nh công thức (1 - 4) nếu
điện áp tải liên tục, khi điện áp tải gián đoạn (điển hình khi tải thuần trở và góc
mở lớn) điện áp tải đợc tính:
Trong đó; U
do
= 1,17.U
2f
. điện áp chỉnh lu tia ba pha khi van la điôt.
U
2f
- điện áp pha thứ cấp biến áp.
So với chỉnh lu một pha, thì chỉnh lu tia ba pha có chất lợng điện một
chiều tốt hơn, biên độ điện áp đập mạch thấp hơn, thành phần sóng hài bậc cao
bé hơn, việc điều khiển các van bán dẫn trong trờng hợp này cũng tơng đối
đơn giản. Với việc dòng điện mỗi cuộn dây thứ cấp là dòng một chiều, nhờ có
biến áp ba pha ba trụ mà từ thông lõi thép biến áp là từ thông xoay chiều không
đối xứng làm cho công suất biến áp phải lớn (xem hệ số công suất bảng 2), nếu
ở đây biến áp đợc chế tạo từ ba biến áp một pha thì công suất các biến áp còn
lớn hơn nhiều. Khi chế tạo biến áp động lực các cuộn dây thứ cấp phải đợc
đấu với dây trung tính phải lớn hơn dây pha vì theo sơ đồ hình 8.8a thì dây
tt
a.
b.
ABCA ABCA
)51(
3
sin1
3













+=


Udo
Ud

10
http://www.ebook.edu.vn

trung tính chịu dòng điện tải.
5. Chỉnh lu tia sáu pha:










Hình 8.10. Chỉnh lu tia sáu pha.
a Sơ đồ động lực; b đờng cong điện áp tải.
Sơ đồ chỉnh lu tia ba pha ở trên có chất lợng điện áp tải cha thật tốt
lắm. Khi cần chất lợng điện áp tốt hơn chúng ta sử dụng sơ đồ nhiều pha hơn.
Một trong những sơ đồ đó là chỉnh lu tia sáu pha. Sơ đồ động lực mô tả trên
hình 8.10a.
Sơ đồ chỉnh lu tia sáu pha đợc cấu tạo bởi sáu van bán dẫn nối tới biến
áp ba pha với sáu cuộn dây thứ cấp, trên mỗi trụ biến áp có hai cuộn giống
nhau và ngợc pha. Điện áp các pha dịch nhau một góc là 60
0
nh mô tả trên
hình 8.10b. Dạng sóng điện áp tải ở đây là phần dơng hơn của các điện áp pha
với đập mạch bậc sáu. Với dạng sóng điện áp nh trên, ta thấy chất lợng điện
áp một chiều đợc coi là tốt nhất.
Theo dạng sóng điện áp ra (phần nét đậm trên giản đồ hình 8.10b) chúng
ta thấy rằng mỗi van bán dẫn dẫn thông trong khoảng 1/6 chu kỳ. So với các sơ
đồ khác, thì ở chỉnh lu tia sáu pha dòng điện chạy qua van bán dẫn bé nhất.
Do đó sơ đồ chỉnh lu tia sáu pha rất có ý nghĩa khi dòng tải lớn. Trong trờng
hợp đó chúng ta chỉ cần có van nhỏ có thể chế tạo bộ nguồn với dòng tải lớn.
6. Chỉnh lu cầu ba pha.
Chỉnh lu cầu ba pha điều khiển đối xứng.
Sơ đồ chỉnh lu cầu ba pha điều khiển đối xứng hình 8.11a có thể coi nh
hai sơ đồ chỉnh lu tia ba pha mắc ngợc chiều nhau, ba Tiristo T1,T3,T5 tạo
thành một chỉnh lu tia ba pha cho điện áp (+) tạo thành nhóm anod, còn
T2,T4,T6 là một chỉnh lu tia cho ta điện áp âm tạo thành nhóm catod, hai
chỉnh lu này ghép lại thành cầu ba pha.
A
*
*
R L
*
T1
B
T2
C
T3
T4
A*
T5
B*
T6
C*
t
ABCA* B*C*

11
http://www.ebook.edu.vn

R
T1
T3
T5
L
T6
T4
T2
ABCA
X1
X2
X3
X4
X5
X6
t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7
Ud
Uf
I1
I3
I5
I2
I4
I6
0
UT 1
Theo hoạt động của chỉnh lu cầu ba pha điều khiển đối xứng, dòng điện































Ud
Uf
ABCA
Ud
Uf
ABCA
Hình 8.11. Chỉnh lu cầu ba pha điều khiển đối xứng.
a- sơ đồ động lực, b- giản đồ các đờng cong cơ bản,
c, d - điện áp tải khi góc mở = 60
0
= 60
0
.

12
http://www.ebook.edu.vn


chạy qua tải là dòng điện chạy từ pha này về pha kia, do đó tại mỗi thời điểm
cần mở Tiristo chúng ta cần cấp hai xung điều khiển đồng thời (một xung ở
nhóm anod (+), một xung ở nhóm catod (-)). Ví dụ tại thời điểm t1 trên hình
8.11b cần mở Tiristo T1 của pha A phía anod, chúng ta cấp xung X1, đồng thời
tại đó chúng ta cấp thêm xung X4 cho Tiristo T4 của pha B phía catod các thời
điểm tiếp theo cũng tơng tự. Cần chú ý rằng thứ tự cấp xung điều khiển cũng
cần tuân thủ theo đúng thứ tự pha.
Khi chúng ta cấp đúng các xung điều khiển, dòng điện sẽ đợc chạy từ
pha có điện áp dơng hơn về pha có điện áp âm hơn. Ví dụ trong khoảng t1 ữ
t2 pha A có điện áp dơng hơn, pha B có điện áp âm hơn, với việc mở thông
T1, T4 dòng điện dợc chạy từ A về B.
Khi góc mở van nhỏ hoặc điện cảm lớn, trong mỗi khoảng dẫn của một
van của nhóm này (anod hay catod) thì sẽ có hai van của nhóm kia đổi chỗ cho
nhau. Điều này có thể thấy rõ trong khoảng t1 ữ t3 nh trên hình 8.11b Tiristo
T1 nhóm anod dẫn, nhng trong nhóm catod T4 dẫn trong khoảng t1 ữ t2 còn
T6 dẫn tiếp trong khoảng t2 ữ t3.
Điện áp ngợc các van phải chịu ở chỉnh lu cầu ba pha sẽ bằng 0 khi
van dẫn và bằng điện áp dây khi van khoá. Ta có thể lấy ví dụ cho van T1
(đờng cong cuối cùng của hình 8.11b) trong khoảng t1 ữ t3 van T1 dẫn điện
áp bằng 0, trong khoảng t3 ữ t5 van T3 dẫn lúc này T1 chịu điện áp ngợc U
BA
,
đến khoảng t5 ữ t7 van T5 dẫn T1 sẽ chịu điện áp ngợc U
CA
.
Khi điện áp tải liên tục, nh đờng cong Ud trên hình 8.11b trị số điện áp
tải đợc tính theo công thức (8 -4).
Khi góc mở các Tiristo lớn lên tới góc > 60
0
và thành phần điện cảm
của tải quá nhỏ, điện áp tải sẽ bị gián đoạn nh các đờng nét đậm trên hình
8.11d (khi góc mở các Tiristo =90
0
với tải thuần trở). Trong các trờng hợp
này dòng điện chạy từ pha này về pha kia, là do các van bán dẫn có phân cực
thuận theo điện áp dây đặt lên chúng (các đờng nét mảnh trên giản đồ Ud của
các hình vẽ 8.11b, c, d), cho tới khi điện áp dây đổi dấu, các van bán dẫn sẽ có
phân cực ngợc nên chúng tự khoá.
Sự phức tạp của chỉnh lu cầu ba pha điều khiển đối xứng nh đã nói trên
là cần phải mở đồng thời hai van theo đúng thứ tự pha, do đó gây không ít khó
khăn khi chế tạo vận hành và sửa chữa. Để đơn giản hơn ngời ta có thể sử
dụng điều khiển không đối xứng.
Chỉnh lu cầu ba pha điều khiển không đối xứng.
Loại chỉnh lu này đợc cấu tạo từ một nhóm (anod hoặc catod) điều
khiển và một nhóm không điều khiển nh mô tả trên hình 8.12a. Trên hình
8.12b mô tả giản đồ nguyên lý tạo điện áp chỉnh lu (đờng cong trên cùng),
sóng điện áp tải Ud (đờng cong nét đậm thứ hai trên hình8.12b), khoảng dẫn

13
http://www.ebook.edu.vn

các van bán dẫn T1,T2,T3,D1,D2,D3. Các Tiristo đợc dẫn thông từ thời điểm
có xung mở cho đến khi mở Tiristo của pha kế tiếp. Ví dụ T1 mở thông từ t1
(thời điểm phát xung mở T1) tới t3 (thời điểm phát xung mở T2). Trong trờng
hợp điện áp tải gián đoạn Tiristo đợc dẫn từ thời điểm có xung mở cho đến
khi điện áp dây đổi dấu. Các điôt tự động dẫn thông khi điện áp đặt lên chúng
thuận chiều. Ví dụ D1 phân cực thuận trong khoảng t4 ữ t6 và nó sẽ mở cho
dòng điện chạy từ pha B về pha A trong khoảng t4 ữ t5 và từ pha C về pha A
trong khoảng t5 ữ t6.





















Chỉnh lu cầu ba pha điều khiển không đối xứng có dòng điện và điện áp
tải liên tục khi góc mở các van bán dẫn nhỏ hơn 60
0
, khi góc mở tăng lên và
thành phần điện cảm của tải nhỏ, dòng điện và điện áp sẽ gián đoạn.
Theo dạng sóng điện áp tải ở trên trị số điện áp trung bình trên tải bằng 0
khi góc mở đạt tới 180
0
. Ngời ta có thể coi điện áp trung bình trên tải là kết
quả của tổng hai điện áp chỉnh lu tia ba pha
D1
D2
D3
T1
T2
T3
L
R
ABCA
X1
X2
X3
t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7
Ud
Uf
T1
T2
T3
D1
D2
D3
0
Hình 8.12. Chỉnh lu cầu ba pha điều khiển không đối xứng
a- sơ đồ động lực, b- giản đồ các đờng cong

14
http://www.ebook.edu.vn

Việc kích mở các van điều khiển trong chỉnh lu cầu ba pha có điều
khiển dễ dàng hơn, nhng các điều hoà bậc cao của tải và của nguồn lớn hơn.
So với chỉnh lu cầu ba pha điều khiển đối xứng, thì trong sơ đồ này việc
điều khiển các van bán dẫn đợc thực hiện đơn giản hơn. Ta có thể coi mạch
điều khiển của bộ chỉnh lu này nh điều khiển một chỉnh lu tia ba pha.
Chỉnh lu cầu ba pha hiện nay là sơ đồ có chất lợng điện áp tốt nhất,
hiệu suất sử dụng biến áp tốt nhất. Tuy vậy đây cũng là sơ đồ phức tạp nhất.
7. Chỉnh lu khi có điôt ngợc












Nh đã nêu ở trên, khi chỉnh lu làm việc với tải điện cảm lớn, năng
lợng của cuộn dây tích luỹ sẽ đợc xả ra khi điện áp nguồn đổi dấu. Trong
trờng hợp này nh mô tả trên hình 8. 13 khi điện áp nguồn đổi dấu do điôt D
đặt ngợc điện áp lên các tiristo (trong các khoảng 0ữt1, p1ữt2, p2ữt3), nên
các tiristo bị khoá điện áp tải bằng 0. Dòng điện chạy qua các tiristo I1, I2 chỉ
tồn tại trong khoảng (t1ữp1, t2ữp2, t3ữp3) tiristo đợc phân cực thuận. Khi
điện áp đổi dấu, năng lợng của cuộn dây tích luỹ xả qua điôt, để tiếp tục duy
trì dòng điện ID trong mạch tải.

Chú ý: Từ đây trở đi thầy soạn để đa vào sách nên
các số hiệu hình vẽ và công thức theo hệ thống công thức
mới

U1
T1
U2
T2
D
R
U2
L
t
0
t1 t2 t3
Ud
Id
I1
I2
t
t
t
t
ID
p1 p2 p3
() ()
)61(cos1(max)
2
3
cos1(max)
2
33
+=+=




UdayUfUtb
Hình 8.13. Chỉnh lu mộtpha với biến áp trung tính
a- sơ đồ động lực b- giản đồ các đờng cong.

Xem chi tiết: Tài liệu Giáo trình thiết kế thiết bị điện tử công xuất ppt