Bài giảng Điện tử công suất - Chương 2: Chỉnh lưu - Trần Trọng Minh

u ba pha 2.6.1 Sơ đồ dùng điôt  Sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha cấu tạo từ 6 điôt: D1, D2, D3 mắc catôt chung, D2, D4, D6 mắc anôt chung.  Thứ tự đánh dấu các van trên sơ đồ phù hợp với thứ tự vào làm việc của các van sau mỗi 60, với điều kiện điện áp pha đầu vào cung cấp theo đúng thứ tự pha A, B, C như hình vẽ.  Sơ đồ có thể dùng với máy biến áp hoặc không, tuỳ thuộc vào yêu cầu có cần phải phối hợp mức điện áp hay không. 10/02/2011 45 2.6 Sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha 2.6.1 Sơ đồ dùng điôt  Sự hình thành điện áp chỉnh lưu:  Bảng xác định van dẫn theo hai nhóm van catot chung và anot chung 10/02/2011 46  Pha dương nhất Pha âm nhất Van dẫn ud = ua ub D6, D1 uab ua uc D1, D2 uac ub uc D2, D3 ubc ub ua D3, D4 uba uc ua D4, D5 uca uc ub D5, D6 ucb .... .... .... ... ... 1 2  2 3  3 4  4 5  5 6  6 7  05/03/2011 24 2.6 Sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha 2.6.1 Sơ đồ dùng điôt  Sự hình thành điện áp chỉnh lưu:  Điểm P, catot chung, có thế là đường bao phía trên các đường điện áp pha.  Điểm Q, anot chung, có thế là đường bao phía dưới các đường điện áp pha.  Điện áp chỉnh lưu UPQ là các phần của điện áp dây, uab, uac, abc, uba,  Sử dụng công thức tính tổng quát cho trường hợp chỉnh lưu n-pha, với n=6: giá trị biên độ của điện áp dây.  Biểu diễn Ud qua điện áp pha: 10/02/2011 47 2, 2, 6 3sin 6 m m d l lU U U      2, m lU 2 2 2 3 3 3 6 2,34mdU U U U     N=6 2.6 Sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha 2.6.1 Sơ đồ dùng điôt  Tính toán thông số  Dòng thứ cấp MBA có dạng đối xứng nên dòng sơ cấp cũng như vậy, chỉ khác nhau về tỷ số MBA. Công suất tính toán của bên sơ và bên thứ bằng nhau.  Công suất tính toán MBA: 10/02/2011 48 Biểu thức cho thấy chỉnh lưu cầu 3 pha sử dụng MBA tốt nhất trong các sơ đồ. Công suất huy động chỉ hơn công suất chỉnh lưu yêu cầu 5% 3 m d dI I      6 62 2 6 6 2 1 1 1 34 cos 1 cos 2 2 3 2 0,816 . m m m d d d d I I d I d I I I                             1 2 2 23 1,05ba dS S S U I P    05/03/2011 25 2.6 Sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha 2.6.2 Sơ đồ dùng thyristor  Nguyên lý hoạt động  Hai nhóm van (V1, V3, V5) và (V2, V4, V6) có thể coi như hai sơ đồ tia 3 pha. Góc điều khiển  tính từ các điểm chuyển mạch tự nhiên, là các điểm đường điện áp pha cắt nhau. Trong một chu kỳ có 3 điểm chuyển mạch tự nhiên phía trên và 3 điểm chuyển mạch tự nhiên phía dưới trên đồ thị điện áp pha. 10/02/2011 49 2.6 Sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha 2.6.2 Sơ đồ dùng thyristor, tải R  Thế của P và Q so với 0 là dạng điện áp ra của một chỉnh lưu hình tia ba pha.  Điện áp giữa P và Q là dạng điện áp ra của chỉnh lưu cầu ba pha biểu diễn trên hệ thống điện áp dây uab, uac, ubc, ...  dòng ra tải là liên tục, điện áp chỉnh lưu bằng:  dòng id sẽ bằng 0 ở p trên đường điện áp dây khi điện áp này đổi cực tính, dòng tải sẽ là gián đoạn. Điện áp chỉnh lưu:  Vùng điều chỉnh: 10/02/2011 50 0 60   0 cosd dU U  60    2,2, 3 3 2 33 sin cos 3 6 1 cos 3 m lm d l U U U d U                               0 20 , 0 3 d d U U       05/03/2011 26 2.6 Sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha 2.6.2 Sơ đồ dùng thyristor, tải RL  Đồ thị biểu diễn dạng điện áp, dòng điện với góc điều khiển =75.  Gải thiết L=, dòng ra tải là liên tục, điện áp chỉnh lưu luôn có dạng:  Vùng điều chỉnh: 10/02/2011 51 0 cosd dU U  00 , 02 d d U U       2.6 Sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha 2.6.3 Điều khiển chỉnh lưu cầu  Trong chỉnh lưu cầu ba pha, tại một thời điểm bất kỳ, dòng phải chảy qua ít nhất là hai van, một thuộc nhóm catôt chung, một thuộc nhóm anôt chung.  Nếu điều khiển các tiristo bằng các xung ngắn thì sơ đồ sẽ không khởi động được hoặc không làm việc được trong chế độ dòng gián đoạn.  Điều khiển bằng hệ thống xung kép.  Điều khiển bằng xung rộng.  Băm xung có độ rộng lớn thành một chùm xung có độ rộng nhỏ hơn bằng cách trộn xung rộng với xung có tần số cao, cỡ 8-10 KHz, ứng với chu kỳ xung cỡ 100 – 125 S. Cách này gọi là điều khiển bằng xung chùm. 10/02/2011 52 05/03/2011 27 2.7 Sơ đồ chỉnh lưu 6 pha, có cuộn kháng cân bằng  Nếu sơ đồ cầu là dạng nối tiếp thì sơ đồ 6 pha, có cuộn kháng cân bằng là dạng nối song song hai sơ đồ tia 3 pha.  Nối tiếp: có lợi về điện áp. Song song: có lợi về dòng điện.  Cấu tạo: gồm máy biến áp động lực, cuộn kháng cân bằng Lcb, sáu điôt chia làm hai nhóm, D1, D3, D5 và D2, D4, D6.  Máy biến áp có cấu tạo Y/YY hoặc /YY, có hai hệ thống thứ cấp, ua, ub, uc và ua’, ub’, uc’, nối trung tính riêng biệt tại điểm P và điểm Q.  Hai trung tính P và Q nối với nhau thông qua cuộn kháng cân bằng Lcb. 10/02/2011 53 (ua, ua’), (ub, ub’), (uc, uc’) ngược pha nhau 180. Hệ thống điện áp ua, ub, uc và ua’, ub’, uc’ có thể coi là một hệ thống điện áp 6-pha. 2.7 Sơ đồ chỉnh lưu 6 pha, có cuộn kháng cân bằng  Cấu tạo của cuộn kháng cân bằng như một biến áp tự ngẫu. Ví dụ khi D1, D2 cùng dẫn, ta có mạch điện tương đương: 10/02/2011 54 ' , . NP a NM MP NQ c NM MQ u u u u u u u u          '2 NM a c MP MQu u u u u    MP QM MQu u u   ' ' ; 2 . a c NM d PQ Lcb PN NQ a c u uu u u u u u u u          Điện áp chỉnh lưu Điện áp trên cuộn kháng cân bằng 05/03/2011 28 2.7 Sơ đồ chỉnh lưu 6 pha, có cuộn kháng cân bằng  Điện áp chỉnh lưu là trung bình cộng của hai điện áp chỉnh lưu tia ba pha, vì vậy có giá trị bằng:  Điện áp trên cuộn kháng uL,cb=uPQ gần như các xung răng cưa, tần số bằng ba lần tần số điện áp lưới, biên độ bằng .  Một cách gần đúng có thể coi uL,cb là hình sin với biên độ , dòng cân bằng cũng có dạng sin, chậm pha so với điện áp .  Cần hạn chế dòng cân bằng cỡ 5-10% Id, vì vậy có thể xác định giá trị cuộn kháng cần thiết:  Công suất của cuộn kháng cân bằng: 10/02/2011 55 2 2 3 6 1,17 2d U U U    2 1 2 mU 90 2 1 2 mU , 2 3 6 L cb cb cb cb U UI L L      2 6 0,1cb d UL I  , 2( / 2)( / 2) 0, 21L cb d dS U I P  2.7 Sơ đồ chỉnh lưu 6 pha, có cuộn kháng cân bằng  Do tác dụng của cuộn kháng cân bằng, dòng tải một chiều Id coi như được lọc phẳng và được chia đôi cho mỗi cầu chỉnh lưu. Vì vậy dòng một chiều qua mỗi điôt có giá trị biên độ bằng 1/2Id.  Dòng qua mỗi cuộn dây thứ cấp máy biến áp là tổng của dòng qua điôt và dòng cân bằng.  Dòng hiệu dụng thứ cấp máy biến áp bằng:  Dòng sơ cấp có dạng các xung chữ nhật đối xứng.  Công suất tính toán máy biến áp:  Thông số của van: 10/02/2011 56 2 0, 296 d d II I  1 1 1 0, 4 6 d d ba ba II I k k   1 1 1 13 3 0,4 1,03 1,17 d ba d d ba US U I k I P k    2 2 26 6 0, 29 1, 491,17 d d d US U I I P   1 2 1, 26 2ba d S SS P  1 6D d I I ,max 26ngU U 05/03/2011 29 2.7 Sơ đồ chỉnh lưu 6 pha, có cuộn kháng cân bằng 2.7.2 Sơ đồ dùng thyristor  Trên đồ thị thể hiện dạng điện áp, dòng điện trong sơ đồ với góc điều khiển =60.  Do tác dụng của cuộn kháng cân bằng hai sơ đồ tia ba pha sẽ làm việc song song, độc lập với nhau. Theo mạch điện tương đương suy ra các biểu thức tính giá trị tức thời ud, uL,cb=uPQ :  Khi góc điều khiển  tăng lên, biên độ điện áp cân bằng tăng lên theo, đạt giá trị lớn nhất bằng biên độ điện áp khi .  Cần lưu ý đảm bảo công suất của cuộn kháng cân bằng phù hợp với dải điều chỉnh. 10/02/2011 57 60   60    ' 1 2 a c u u 1 2 , 1 2 , 2 . d d d L cb d d u uu u u u      90  2 mU Tóm lại về các sơ đồ chỉnh lưu  Các sơ đồ hình tia cho lợi thế về dòng điện.  Dòng chỉ chạy qua một van nên tổn thất trên van nhỏ.  Phù hợp với các yêu cầu điện áp chỉnh lưu thấp, dòng chỉnh lưu lớn.  Các sơ đồ cầu cho lợi thế về điện áp.  Với cùng điện áp chỉnh lưu yêu cầu điện áp trên van chỉ bằng một nửa so với sơ đồ hình tia.  Tổn thất trên van lớn vì dòng phải chạy qua hai van một lúc.  Phù hợp với tải yêu cầu điện áp cao, dòng tương đối nhỏ.  Các sơ đồ 3 pha cho công suất lớn.  Các sơ đồ một pha chỉ phù hợp với công suất dưới 5 kW. 10/02/2011 58 05/03/2011 30 Tóm lại về các sơ đồ chỉnh lưu  Đọc kỹ lại tài liệu bài giảng Điện tử công suất.  Làm các bài tập phần chỉnh lưu! 10/02/2011 59