Tài liệu Hướng dẫn đồ án điện tử P1 ppt

5


khiển các van bán dẫn ở đây tương 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 ngược của các van bán dẫn phải chịu có trị
số lớn nhât.
3. Chỉnh lưu cầu một pha.







Hình 8.4. Sơ đồ chỉnh lưu cầu một pha điều khiển đối xứng.
Hoạt động của sơ đồ này khái quát có thể mô tả như sau. Trong nửa bán
kỳ điện áp anod của Tiristo T1 dương (+) (lúc đó catod T2 âm (-)), nếu có
xung điều khiển cho cả hai van T1,T2 đồng thời, thì các van này sẽ được mở
thông để đặt đ
iện áp lưới 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 dương (+) (catod T4 âm (-)), nếu có xung điều khiển cho cả hai van T3,T4
đồng thời, thì các van này sẽ được mở thông, để đặt điện áp lưới lên tải, với
đ
iện áp một chiều trên tải có chiều trùng với nửa bán kỳ trước.
Chỉnh lưu cầu một pha hình 8.4 có chất lượng điện áp ra hoàn toàn giống
như chỉnh lưu cả chu kỳ với biến áp có trung tính, như sơ đồ hình 8.2. Hình
dạng các đường cong điện áp, dòng điện tải, dòng điện các van bán dẫn và điện
áp của một van tiêu biểu gần tương tự như trên hình 8.3a.b. Trong sơ
đồ này
dòng điện chạy qua van giống như sơ đồ hình 8.2, nhưng điện áp ngược 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 như 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 như ở trên, mà chất lượ
ng điện áp chừng mực
nào đó vẫn có thể đáp ứng được, người ta có thể sử dụng chỉnh lưu cầu một
pha điều khiển không đối xứng.

T4 T1
U2
T3
L
T2
R

6









Hinh 8.5. Phương án cấp xung chỉnh lưu cầu một pha
Chỉnh lưu cầu một pha điều khiển không đối xứng có thể thực hiện bằng
hai phương án khác nhau như 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 giố
ng nhau;
đường cong điện áp tải chỉ có phần điện áp dương nên sơ đồ không làm việc
với tải có nghịch lưu trả năng lượng về lưới. Sự khác nhau giữa hai sơ đồ trên
được 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 lưu cầu một pha điều khiển không đối xứng.
Trên sơ đồ hình8.6a (với minh hoạ bằng các đường cong hình 8.7a) khi
điện áp anod T1 dương và catod D1 âm có dòng điện tải chạy qua T1, D1 đến
khi điện áp đổi dấu (với anod T2 dương) mà chưa có xung mở T2, năng lượng
của cuộn dây tải L được xả ra qua D2, T1. Như vậy việc chuyển mạch của các
van không điều khiển D1, D2 x
ảy 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
được thực hiện bằng việc mở van kế tiếp. Từ những giải thích trên chúng ta
thấy rằng, các van bán dẫn được dẫn thông trong một nửa chu kỳ (các điôt dẫn
từ đầu đến cuối bán kỳ điện áp âm catod, còn các Tiristo được dẫn thông tại
thờ
i 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 đường cong hình 8.7b),
khi điện áp lưới đặt vào anod và catod của các van bán dẫn thuận chiều và có
dieu khien
Mach
T1 (T3)
T2 (T4)
D
D
RLRL

7


xung điều khiển, thì việc dẫn thông các van hoàn toàn giống như sơ đồ hình
8.6a. Khi điện áp đổi dấu năng lượng của cuộn dây L được xả ra qua các điôt
D1, D2, các van này đóng vai trò của điôt ngược. Chính do đó mà các Tiristo
sẽ tự động khoá khi điện áp đổi dấu. Từ đường 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 đường 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 lưu cầu một pha có chất lượng điện áp tương
đương như chỉnh lưu cả chu kỳ với biến áp có trung tính, chất lượng điện một
chiều như nhau, dòng điện làm việc c
ủa van bằng nhau, nên việc ứng dụng
chúng cũng tương đương nhau. Mặc dù vậy ở chỉnh lưu cầu một pha có ưu
điểm hơn ở chỗ: điện áp ngược trên van bé hơn; biến áp dễ chế tạo và có hiệu
suất cao hơn. Thế nhưng chỉnh lưu cầu một pha có số lượng van nhiều gấp hai
lần, làm giá thanh cao hơn, sụt áp trên van lớn gấp hai lần, chỉnh l
ưu cầu điều
khiển đối xứng thì việc điều khiển phức tạp hơn.
Các sơ chỉnh lưu một pha cho ta điện áp với chất lượng chưa cao, biên độ
đập mạch điện áp quá lớn, thành phần hài bậc cao lớn điều này không đáp ứng
được cho nhiều loại tải. Muốn có chất lượng điện áp tốt hơn chúng ta phải sử

dụng các sơ đồ có số pha nhiều hơn.
4. Chỉnh lưu tia ba pha.
Khi biến áp có ba pha đấu sao ( Υ ) trên mỗi pha A,B,C ta nối một van
như hình 8.8a, ba catod đấu chung cho ta điện áp dương 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 đường cong điện áp pha, chúng ta có điện áp của một pha dương 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 dương hơn hai pha kia.
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


Nguyên tắc mở thông và điều khiển các van ở đây là khi anod của van
nào dương hơn van đó mới được kích mở. Thời điểm hai điện áp của hai pha
giao nhau được coi là góc thông tự nhiên của các van bán dẫn. Các Tiristior
chỉ được mở thông với góc mở nhỏ nhất tại thời điểm góc thông tự nhiên (như
vậy trong chỉnh lưu ba pha, góc mở nhỏ nhất α = 0
0
sẽ dịch pha so với điện áp
pha một góc là 30
0
).





















Hình 8.8. Chỉnh lưu tia ba pha
a. Sơ đồ động lực; b- Giản đồ đường các cong khi góc mở α = 30
0
tải
thuần trở; c- Giản đồ các đường cong khi α = 60
0
các đường cong gián đoạn.
Theo hình 8.8b,c tại mỗi thời điểm nào đó chỉ có một van dẫn, như vậy
mỗi van dẫn thông trong 1/3 chu kỳ nếu điện áp tải liên tục ( đường 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 trường hợp dòng điện trung bình
T1
B
T2
C
T3
A
R
L
Ud
Id
UT1
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


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. Ví dụ trong khoảng t2 ÷ t3 van T1 khoá còn T2 dẫn do đó van T1 phải
chịu một điện áp dây U
AB
, đến khoảng t3 ÷ 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 α ≤ 30
0
, các đường
cong Ud, Id liên tục, khi góc mở lớn hơn α > 30
0
điện áp và dòng điện tải gián
đoạn (đường cong Ud, Id trên hình 8.8c).







Hình 8.9. Đường cong điện áp tải khi góc mở α = 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
đường cong liên tục, nhờ năng lượng dự trữ trong cuộn dây đủ lớn để duy trì
dòng điện khi điện áp đổi dấu, như đường cong nét đậm trên hình 8.9b (tương
tự như vậy là đường cong Ud trên hình 8.8b). Trên hình 8.9 mô tả m
ột ví dụ so
sánh các đường cong điện áp tải khi góc mở α = 60
0
tải thuần trở hình 8.9a và
tải điện cảm hình 8.9b
Trị số điện áp trung bình của tải sẽ được tính như 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 được tính:
Trong đó; U
do
= 1,17.U
2f
. điện áp chỉnh lưu tia ba pha khi van la
điôt.
U
2f
- điện áp pha thứ cấp biến áp.
So với chỉnh lưu một pha, thì chỉnh lưu tia ba pha có chất lượng 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 trường hợp này cũng tương đối
đơn giản. Với việc dòng điện mỗi cuộn dây thứ
cấp là dòng một chiều, nhờ có
tt
a.
b.
ABCA ABCA
1
(
3
s
in1
3
⎥
⎦
⎢⎣
⎟
⎠
⎜⎝
−+=
α
Ud

10


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 được 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
được đấu Υ với dây trung tính phải lớn hơ
n dây pha vì theo sơ đồ hình 8.8a thì
dây trung tính chịu dòng điện tải.
5. Chỉnh lưu tia sáu pha:










Hình 8.10. Chỉnh lưu tia sáu pha.
a Sơ đồ động lực; b đường cong điện áp tải.
Sơ đồ chỉnh lưu tia ba pha ở trên có chất lượng điện áp tải chưa thật tốt
lắm. Khi cần chất lượng điện áp tốt hơn chúng ta sử dụng sơ
đồ nhiều pha hơn.
Một trong những sơ đồ đó là chỉnh lưu tia sáu pha. Sơ đồ động lực mô tả trên
hình 8.10a.
Sơ đồ chỉnh lưu tia sáu pha được 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 ngược pha. Điện áp các pha dịch nhau một góc là 60
0
như mô tả trên
hình 8.10b. Dạng sóng điện áp tải ở đây là phần dương hơn của các điện áp
pha với đập mạch bậc sáu. Với dạng sóng điện áp như trên, ta thấy chất lượng
điện áp một chiều được 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 s
ơ
đồ khác, thì ở chỉnh lưu tia sáu pha dòng điện chạy qua van bán dẫn bé nhất.
Do đó sơ đồ chỉnh lưu tia sáu pha rất có ý nghĩa khi dòng tải lớn. Trong trường
hợp đó chúng ta chỉ cần có van nhỏ có thể chế tạo bộ nguồn với dòng tải lớn.
6. Chỉnh lưu cầu ba pha.
Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng.
A
*
*
R L
*
T1
B
T2
C
T3
T4
A*
T5
B*
T6
C*
t
ABCA* B*C*

11


Sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng hình 8.11a có thể coi
như hai sơ đồ chỉnh lưu tia ba pha mắc ngược chiều nhau, ba Tiristo T1,T3,T5
tạo thành một chỉnh lưu tia ba pha cho điện áp (+) tạo thành nhóm anod, còn
T2,T4,T6 là một chỉnh lưu tia cho ta điện áp âm tạo thành nhóm catod, hai
chỉnh lưu này ghép lại thành cầu ba pha.
Theo hoạt động của chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đố
i xứng, dòng điện



























R
T1
T3
T5
L
T6
T4
T2
Ud
Uf
ABCA
Ud
Uf
ABCA
ABCA
X1
X2
X3
X4
X5
X6
t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7
Ud
Uf
I1
I3
I5
I2
I4
I6
0
UT1
Hình 8.11. Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng.
a- sơ đồ động lực, b- giản đồ các đường cong cơ bản,
c, d - điện á
p
tải khi
g
óc
m
ở
α
= 60
0
α
= 60
0
.

12







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 điể
m tiếp theo cũng tương 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 được chạy từ
pha có điện áp dương hơn về pha có điện áp âm hơn. Ví dụ trong khoảng t1 ÷
t2 pha A có điện áp dương hơn, pha B có điện áp âm hơn, với vi
ệc mở thông
T1, T4 dòng điện dược 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 ÷ t3 như trên hình 8.11b Tiristo
T1 nhóm anod dẫn, nhưng trong nhóm catod T4 dẫn trong khoảng t1 ÷ t2 còn
T6 dẫn tiếp trong khoảng t2 ÷ t3.
Điện áp ngược các van phải chịu ở chỉ
nh lưu 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
(đường cong cuối cùng của hình 8.11b) trong khoảng t1 ÷ t3 van T1 dẫn điện
áp bằng 0, trong khoảng t3 ÷ t5 van T3 dẫn lúc này T1 chịu điện áp ngược
U
BA
, đến khoảng t5 ÷ t7 van T5 dẫn T1 sẽ chịu điện áp ngược U
CA
.
Khi điện áp tải liên tục, như đường cong Ud trên hình 8.11b trị số điện áp
tải được tính theo công thức (8 -4).
Khi góc mở các Tiristo lớn lên tới góc α > 60
0
và thành phần điện cảm
của tải quá nhỏ, điện áp tải sẽ bị gián đoạn như các đường nét đậm trên hình
8.11d (khi góc mở các Tiristo α =90
0
với tải thuần trở). Trong các trường 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 đường 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 ngược nên chúng tự khoá.
Sự phức tạp của chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng như đã nói
trên là c
ần phải mở đồng thời hai van theo đúng thứ tự pha, do đó gây không ít

13


khó khăn khi chế tạo vận hành và sửa chữa. Để đơn giản hơn người ta có thể
sử dụng điều khiển không đối xứng.
Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển không đối xứng.
Loại chỉnh lưu này được cấu tạo từ một nhóm (anod hoặc catod) điều
khiển và một nhóm không điều khiển như mô tả trên hình 8.12a. Trên hình
8.12b mô t
ả giản đồ nguyên lý tạo điện áp chỉnh lưu (đường cong trên cùng),
sóng điện áp tải Ud (đường cong nét đậm thứ hai trên hình8.12b), khoảng dẫn
các van bán dẫn T1,T2,T3,D1,D2,D3. Các Tiristo được 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
trường hợp điện áp tải gián đo
ạn Tiristo được 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 ÷ t6 và nó sẽ
mở cho dòng điện chạy từ pha B về pha A trong khoảng t4 ÷ t5 và từ pha C về
pha A trong khoảng t5 ÷ t6.




















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 lưu cầu ba pha điều khiển không đối xứng
a- sơ đồ động lực, b- giản đồ các đường cong

14



Chỉnh lưu 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
. Người ta có thể coi điện áp trung bình trên tải là kết
quả của tổng hai điện áp chỉnh lưu tia ba pha
Việc kích mở các van điều khiển trong chỉnh lưu cầu ba pha có điều
khiển dễ dàng hơn, nhưng các điều hoà bậc cao của tải và của nguồn lớn hơn.
So với chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng, thì trong sơ đồ này việc
điều khiển các van bán dẫn được thực hiện đơn giản hơn. Ta có thể coi mạch
điều khiển của bộ chỉnh lưu này như điều khiển một chỉnh lưu tia ba pha.
Chỉnh lưu cầu ba pha hiện nay là sơ đồ có chất lượng điện áp tốt nhất,
hiệu suất sử dụng biến áp tốt nhất. Tuy vậy đây cũng là sơ đồ
phức tạp nhất.
7. Chỉnh lưu khi có điôt ngược












Như đã nêu ở trên, khi chỉnh lưu làm việc với tải điện cảm lớn, năng
lượng của cuộn dây tích luỹ sẽ được xả ra khi điện áp nguồn đổi dấu. Trong
trường hợp này như mô tả trên hình 8. 13 khi điện áp nguồn đổi dấu do điôt D
đặt ngược
điện áp lên các tiristo (trong các khoảng 0÷t1, p1÷t2, p2÷t3), nên
các tiristo bị khoá điện áp tải bằng 0. Dòng điện chạy qua các tiristo I1, I2 chỉ
tồn tại trong khoảng (t1÷p1, t2÷p2, t3÷p3) tiristo được phân cực thuận. Khi
() ()
)61(cos1(max)
2
3
cos1(max)
2
33
−+=+=
α
π
α
π
UdayUfUtb
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
Hình 8.13. Chỉnh lưu mộtpha với biến áp trung tính
a- sơ đồ động lực b- giản đồ các đường cong.

Xem chi tiết: Tài liệu Hướng dẫn đồ án điện tử P1 ppt