Bài giảng Điện tử công suất - Chương 2: Bộ chỉnh lưu - Nguyễn Tiến Ban

Chương 2 1 BỘ CHỈNH LƯU 2 3 Các tham số cơ bản của mạch chỉnh lưu Các tham số dùng đánh giá các chỉ tiêu kĩ thuật trong phân tích hoặc thiết kế mạch: Về phía tải: U d Giá trị trung bình của điện áp nhận được ngay sau mạch van chỉnh lưu: I d Giá trị trung bình của dòng điện từ mạch van cấp ra: P d = U d .I d Công suất một chiều tải nhận được từ mạch chỉnh lưu. 4 2. Về phía van I tbv Giá trị trung bình của dòng điện chảy qua một van của mạch van U ngmax Điện áp ngược cực đại mà van có hể chịu đựng được khi làm việc 3. Về phía nguồn Công suất biểu kiến của biến áp: Trong đó: K sd : Hệ số sơ đồ Hệ số đập mạch (đánh giá mức độ bằng phẳng của đ/áp một chiều ) U 1m : Biên độ sóng bậc 1 U 0 Thành phần sóng cơ bản = U d 5 Luật dẫn của van Nhóm van đấu Atốt chung Van có khả năng dẫn: Có điện thế Anốt dương nhất và dương hơn ở điểm catốt chung 2 . Nhóm van Katốt chung: Van có khả năng dẫn: Có điện thế Anốt âm nhất trong nhóm, âm hơn cả điện thế anốt chung. Sơ đồ khối bộ chỉnh lưu không điều khiển 6 Mạch chỉnh lưu diode 1 pha, nửa chu kì 7 Tải R 8 Điện áp nhận được trên tải: Tải thuần trở nên: Dòng qua van chính là dòng tải Điện áp ngược chỉ xuất hiện khi van khoá Mạch chỉnh lưu có chỉ tiêu kĩ thuật kém. 9 Dòng vẫn tiếp tục qua diode khi điện áp nguồn <0 10 11 12 13 Điện áp ra tải: Dòng điện tải: Dòng điện qua mỗi diode: Điện áp ngược: 14 Mạch chỉnh lưu diode cầu 1 pha 15 Mạch chỉnh lưu diode cầu 1 pha –Ảnh hưởng của điện cảm nguồn L s 16 Hiện tượng chuyển mạch 17 Hiện tượng chuyển mạch 18 Hiện tượng chuyển mạch với cầu chỉnh lưu diode 19 20 Xét mạch chỉnh lưu cầu diode 1 pha thông dụng Ảnh hưởng của dòng cửa vào chỉnh lưu I s 21 Dạng dòng cửa vào i s của cầu chỉnh lưu là không sin  chứa nhiều sóng hài Ảnh hưởng của dòng ngõ vào chỉnh lưu I s 22 Xét cầu chỉnh lưu mắc trong mạch với các tải khác Ảnh hưởng của dòng ngõ vào chỉnh lưu I s 23 Thành phần hài trong dòng i S có thể làm méo dạng áp u PCC tại điểm nối chung với các tải khác Chỉnh lưu cầu ba pha 24 25 Van gồm hai nhóm: D1, D3, D5 đấu kiểu Katốt chung nên hoạt động theo luật 1 D2, D4, D6 đấu kiểu Anốt chung nên hoạt động theo luật 2 Điện áp trung bình nhận được trên tải: 26 Chỉnh lưu 3 pha cầu diode 27 Chỉnh lưu 3 pha cầu diode 28 Dạng sóng nguồn Phổ tần dòng pha cửa vào của CL 3pha Chỉnh lưu cầu 3 pha 29 Cầu diode 3 pha xét tới điện cảm nguồn L s Chỉnh lưu cầu 3 pha 30 Quá trình chuyển mạch từ D 5 (pha c)  D 1 (pha a) Chỉnh lưu cầu 3 pha 31 Quá trình chuyển mạch từ D 5 (pha c)  D 1 (pha a) Chỉnh lưu có điều khiển 32 Thyristor (SCR) & mạch điều khiển 33 Mạch chỉnh lưu dùng thyristor đơn giản nhất 34 Diode dẫn điện mở tự nhiên. Thyristor mở phải có đủ hai điều kiện: + Điện áp trên van phải dương U AK >0 – Đ/K này giống diode. + Có dòng điều khiển đủ mạnh để tác động vào cực điều khiển. Như vậy, sử dụng điều kiện 2 là khống chế được Th yristor . Khái niệm về góc điều khiển : Góc điều khiển  là góc tính từ thời điểm mở tự nhiên ( là điểm mà ở đó nếu van là diode thì nó bắt đầu dẫn) đến thời điểm Thyristor (T) được phát xung vào cực điều khiển để mở van. Việc tính toán góc  theo yêu cầu công nghệ do khối điều khiển đảm nhiệm. 35 36 37 38 Điện áp nhận được trên tải: Khi điều khiển với  = 0 nhận được: Điện áp chỉnh lưu Ud chính là hàm phụ thuộc vào góc điều khiển : 39 Chỉnh lưu hình tia hai pha ( Chỉnh lưu một pha có điểm giữa) 40 Điện áp nhận được: Với : 41 42 Nếu góc điều khiển  = 30 0 đây sẽ là trường hợp đặc biệt. Dòng điện xuất hiện liên tục. Chỉnh lưu 3 pha tia có điều khiển 43 Dạng sóng dòng và áp nguồn Chỉnh lưu 3 pha hình tia có điều khiển 44 45 Trường hợp   30 o điện áp U d sẽ có đoạn bằng 0. Vì vậy, nếu tải thuần trở, dòng I d sẽ gián đoạn. Tức I d = 0. Điện áp: Trường hợp  30 o điện áp Ud luôn lớn hơn 0, dòng điện Id liên tục. Điện áp: Chỉnh lưu 3 pha hình tia có điều khiển 46 Dạng sóng dòng và áp nguồn Chỉnh lưu 3 pha hình tia có điều khiển 47 Chỉnh lưu 3 pha hình tia có điều khiển 48 Dạng sóng dòng và áp nguồn Chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển toàn phần 49 Xét mạch chỉnh lưu với L s = 0 Chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển toàn phần 50 Chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển toàn phần 51 Chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển toàn phần 52 Chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển toàn phần 53 Chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển toàn phần 54 Giả thiết tải có điện kháng đủ lớn để dòng tải I d có thể coi là liên tục và phẳng 55 Nguyên tắc phát xung: để cấp điện cho tải phải có 2 van dẫn: một của nhóm lẻ, một của nhóm chẵn. Như vậy, phải phát xung đồng thời cho 2 van. Góc điều khiển các van phải như nhau:  1 =  2 =  3 ...= . Góc giới hạn giữa dòng liên tục và gián đoạn  th = 60 o . Như vậy: + Nếu   60 o quy luật: + Nếu  > 60 o điện áp: Chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển toàn phần 56 Dạng áp nguồn, áp trên tải và dòng trên tải - Góc kích = 15 o Chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển toàn phần 57 Quan hệ giữa điện áp dây đầu vào và điện áp u d đầu ra – Góc kích = 15 o Chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển toàn phần 58 Dạng sóng dòng và áp nguồn - Góc kích = 15 o Chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển toàn phần 59 Dạng áp nguồn, áp trên tải và dòng trên tải - Góc kích = 60 o Chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển toàn phần 60 Dạng sóng dòng và áp nguồn - Góc kích = 60 o Chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển toàn phần 61 Dạng áp nguồn, áp trên tải và dòng trên tải - Góc kích = 90 o Chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển toàn phần 62 Quan hệ giữa điện áp dây đầu vào và điện áp u d cửa ra – Góc kích = 90 o Chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển toàn phần 63 Dạng sóng dòng và áp nguồn cấp - Góc kích mở = 90 o Chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển toàn phần 64 Dạng sóng điện áp nguồn, điện áp trên tải và dòng trên tải Góc kích mở = 135 o Chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển toàn phần 65 Dạng sóng dòng và áp nguồn - Góc kích = 135 o Chỉnh lưu cầu 1 pha bán điều khiển 66 67 Nhóm K chung là các T nên mở theo  Nhóm A chung là D nên mở tự nhiên theo điện áp nguồn: D 1 mở khi u 2 bắt đầu âm; D 2 mở khi u 2 bắt đầu dương. Như vậy: + Khoảng : T 1 D 2 dẫn + Khoảng  (+): T 1 D 1 d ẫn do ở , 1 mở tự nhiên làm  2 khoá. + Khoảng (+)2: T 2 D 1 d ẫn , T 2 được phát xung mở ở điểm (+) v à dẫn làm cho T 1 khoá. + Khoảng 2 (2+): T 2 D 2 d ẫn, D 2 mở tự nhiên ở điểm 2 . Điện áp: Dòng tải: 68 Dạng áp và dòng nguồn, áp trên tải và dòng trên tải - Góc kích = 30 o Chỉnh lưu cầu 1 pha bán điều khiển 69 70 Các T vẫn mở theo  Các D mở tự nhiên theo điện áp nguồn: D 1 mở khi u 2 bắt đầu âm; D 2 mở khi u 2 bắt đầu dương. Như vậy: + Khoảng : T 1 D 2 dẫn, u d = u 2 + Khoảng  (+): D 1 D 2 d ẫn, D 1 dẫn ở  và làm T 1 khoá, T 2 chưa dẫn nên D 2 còn mở chưa khoá. + Khoảng (+)2: T 2 D 1 d ẫn , T 1 dẫn làm D 2 khoá u d = - u 2 . + Khoảng 2 (2+): T 2 D 2 d ẫn, Điện áp: Dòng tải: 71 Dòng trung bình qua T và qua D là không đều nhau: 72 Dạng áp và dòng nguồn, áp trên tải và dòng trên tải - Góc kích = 90 o 73 Dạng áp và dòng nguồn, áp trên tải và dòng trên tải - Góc kích = 135 o Giả thiết tải có điện kháng đủ lớn để dòng tải I d có thể coi là liên tục và phẳng Chỉnh lưu cầu 3 pha bán điều khiển 74 Giả thiết tải có điện kháng đủ lớn để dòng tải I d có thể coi là liên tục và phẳng 75 Chỉnh lưu hình tia ba pha T1 T3 T5 cho điện áp: Chỉnh lưu hình tia ba pha không điều khiển D2 D4 D6 cho điện áp; Tổng: Vì chỉnh lưu cầu có Ud0 = 2 U d0 tia = 2,34 U2 nên: 76 Dạng áp nguồn, áp trên tải và dòng trên tải - Góc kích = 15 o 77 Quan hệ giữa điện áp dây đầu vào và điện áp u d đầu ra – Góc kích = 15 o 78 Dạng sóng dòng và áp nguồn vào - Góc kích = 15 o 79 Dạng áp nguồn, áp trên tải và dòng trên tải - Góc kích = 90 o Chỉnh lưu cầu 3 pha bán điều khiển 80 Quan hệ giữa điện áp dây đầu vào và điện áp u d cửa ra – Góc kích = 90 o Chỉnh lưu cầu 3 pha bán điều khiển 81 Dạng sóng dòng và áp nguồn - Góc kích = 90 o Chế độ chỉnh lưu và chế độ nghịch lưu 82 Chế độ chỉnh lưu và chế độ nghịch lưu 83 Chế độ chỉnh lưu và chế độ nghịch lưu 84 Ví d ụ 2.13: Khi nào có thể xảy ra chế độ nghịch lưu trong các mạch dưới đây: Chế độ chỉnh lưu và chế độ nghịch lưu 85 Chế độ chỉnh lưu và chế độ nghịch lưu 86 Chế độ dòng liên tục và chế độ dòng gián đoạn 87 Chế độ dòng liên tục và chế độ dòng gián đoạn 88 Ví dụ: Bộ chỉnh lưu cầu 1 pha tải RLE hoạt động ở chế độ dòng gián đoạn Khảo sát mạch trong chế độ dòng gián đoạn khá phức tạp, thường phải giải hệ phương trình vi phân hoặc dùng chương trình mô phỏng. Chế độ dòng liên tục và chế độ dòng gián đoạn 89 a. Tải RL Chế độ dòng liên tục và chế độ dòng gián đoạn 90 Chế độ dòng liên tục và chế độ dòng gián đoạn 91 Chế độ dòng liên tục và chế độ dòng gián đoạn 92 b. Tải RLE Chế độ dòng liên tục và chế độ dòng gián đoạn 93 Hiện tượng chuyển mạch 94 Xét bộ chỉnh lưu 1 pha điều khiển toàn phần, dòng I d liên tục và phẳng Chuyển mạch từ 3,4 sang 1,2 Hiện tượng chuyển mạch 95 Xét bộ chỉnh lưu 1 pha điều khiển toàn phần, dòng I d liên tục và phẳng Chuyển mạch từ 3,4 sang 1,2 Hiện tượng chuyển mạch 96 97 Hiện tượng chuyển mạch 98 99 Hiện tượng chuyển mạch 100 Xét bộ chỉnh lưu 3 pha điều khiển toàn phần, dòng I d liên tục và phẳng Chuyển mạch từ T5 sang T1 Hiện tượng chuyển mạch 101 Hiện tượng chuyển mạch 102 103 Hiện tượng chuyển mạch 104 Ảnh hưởng của hiện tượng chuyển mạch 105 Làm giảm điện áp chỉnh lưu ra trên tải Làm biến dạng điện áp nguồn: Ảnh hưởng của hiện tượng chuyển mạch 106 Hạn chế phạm vi điều khiển góc kích: Xét cầu chỉnh lưu 1 pha điều khiển toàn phần làm việc ở chế độ nghịch lưu 107 Hạn chế phạm vi điều khiển góc kích: Xét cầu chỉnh lưu 1 pha điều khiển toàn phần làm việc ở chế độ nghịch lưu Ảnh hưởng của hiện tượng chuyển mạch 108 109 Ảnh hưởng của hiện tượng chuyển mạch 110 Ảnh hưởng của hiện tượng chuyển mạch 111 Ví dụ 2.20 : Ảnh hưởng của hiện tượng chuyển mạch 112 Ví dụ 2.20 : Ảnh hưởng của hiện tượng chuyển mạch 113 Ví dụ 2.20 : Ảnh hưởng của hiện tượng chuyển mạch 114 Ví dụ 2.20 : Ảnh hưởng của hiện tượng chuyển mạch 115 Ví dụ 2.20 : Ảnh hưởng của hiện tượng chuyển mạch 116 Ví dụ 2.20 : Tính chọn các thiết bị trong bộ chỉnh lưu 117 Chọn diode, SCR: Áp ngược cực đại đặt lên linh kiện x K u (2 2.5) Dòng trung bình (hoặc dòng hiệu dụng) cực đại qua linh kiện x K i (1.2 1.5) Chọn biến áp: Điện áp chỉnh lưu cực đại Công suất ra cực đại Tính chọn các thiết bị trong bộ chỉnh lưu 118 Tính chọn các thiết bị trong bộ chỉnh lưu 119 Tính chọn các thiết bị trong bộ chỉnh lưu 120 Tính chọn các thiết bị trong bộ chỉnh lưu 121 Tính chọn các thiết bị trong bộ chỉnh lưu 122 Ghép nối tiếp 2 bộ chỉnh lưu - BCL 12 xung 123 Ghép nối tiếp 2 bộ chỉnh lưu - BCL 12 xung 124 Ghép nối tiếp 2 bộ chỉnh lưu - BCL 12 xung 125 Ghép nối tiếp 2 bộ chỉnh lưu - BCL 12 xung 126 Ghép song song 2 bộ chỉnh lưu BCL 6 xung 127 Hai bộ chỉnh lưu tia 3 pha ghép song song qua biến áp L T : cảm kháng của biến áp Ghép song song 2 bộ chỉnh lưu –BCL 6 xung 128 Mạch tương đương Ghép song song 2 bộ chỉnh lưu - BCL 6 xung 129 Ghép song song 2 bộ chỉnh lưu BCL 6 xung 130 Ghép song song 2 bộ chỉnh lưu cầu 3 pha BCL 12 xung 131 Ghép song song 2 bộ chỉnh lưu cầu 3 pha BCL 12 xung 132 Ghép song song 2 bộ chỉnh lưu cầu 3 pha BCL 12 xung 133