Bài giảng Sơ lược về mạch chỉnh lưu

SƠ LƯỢC VỀ MẠCH CHỈNH LƯU A)CẤU TRÚC VÀ ĐẶC ĐIỂM I)CẤU TRÚC 1.1)Chỉnh lưu làquá trình biến đổi năng lượng điện xoay chiều thành năng kượng điện một chiều Chỉnh lưu là loại thiết bị điện tử được sử dụng rộng rãi nhất tring thưc tế .Sơ đồ xấu trúc mạch chỉnh lưu thường gặp là hình 1.1 Trong sơ đồ trên thì máy biến áp có hai nhiệm vụ chính là: a)Chuỷên từ điện ap quy chuẩn của điện lưới dưới điện ãpoay chièu U1 sang điện áp U2 thích hợp với yêu cầu của tải.tùy theo tải mà máy biến áp có thể tăng hoặc giảm b)Biến đổi số pha của nguồn lưới sang số pha theo yêu cầu của mạch van.thông thường số pha thường dung la 3 pha,nhưng có một số trường hợp phải dung dến 6,12pha Trường hợptải yêu cầu điện áp phù hợp với lưới điện và mạch van đòi hỏi số pha như lưới điện thì có thể bỏ qua máy biến áp. Mạch van ở đây là các van bán cẫn được mắc với nhau theo một cách nào đó đẻ có thể tiến hành quá trình chỉnh lưu Mạch lọc nhằm đảm bảo điện áp (dòng điện)một chiều cấp cho tải la bằng phẳng theo yêu cầu. 1.2)Phân loại a)phân loại theo số pha nguồn cấp cho van Một pha, hai pha, ba pha. b)phân loại theo theo van bán dãn trong mạch van Hiện nay có hai loại van chính là điốt và tiristor, vì thế có 3 loại mạch chính sau: +)Mạch van dung toàn tiristor gọi là chinh lưu điều khiển +)Mạch sử dụng toàn điôt gọi là mạch chinh lưu không điều khiển +)Mạch chỉnh lưu dùng cả tiristor và điôt gọi là mạch chỉnh lưu bán điều khiển c)phânn loại theo sơ đồ mắc các van với nhau.Có hai kiểu +)Sơ đồ hình tia: Ở sơ đồ náyố lương van sẽ bằng số pha nguồn cấp cho mạch van.Tất cả các van đấu ching một đầu hoăc là đấu anot chung hoặc catot chung +)Ở sơ đồ náyố lượng van nhiều gấp đôi số pha nguồncấp cho mạch van. Trong đó một nửa số van mắc chung nhau với catot nưa kia mắc chung vớimăc chung với anot. Như vậy,khi gọi tên một mạch chỉnh lưu người ta dung ba dấu hiệu trên để chỉ cụ thể mạch đó. VD:mạch chỉnh lưu cầu một pha có điều khiển,có nghĩa là mạch chinh lưu nàydùng kiểu mắc van theo sơ đồ cầu nguồn cấp cho mạch van là nguồn một pha,và dùng bốn van tiristor. II) ĐẶC ĐIỂM 1)Về phía tải Ud -giá trị trung bình mà điện áp nhận được sau mạch van chỉnh lưu: Ud == Id- giá trị trung bình của dòng điện từ mạch van cấp ra: Id = Pd =Ud.Id là công suất một chiều mà tải nhận được từ mạch chỉnh lưu. 2)Về phía van Itbv – giá trị trung bình của dòng điện chảy qua một van của mạch van. Unb max - điệnn áp ngược cưc đạimà van phải chịu được khi làm việc. Đây là hai tham số giúp việc lựa chọn van phù hơp để không hỏngkhi hoạt động trong mạch. 3)Về phía nguồn Thể hiện bằng công suất xoay chiều lấy từ lưới điện , thong thường sử dụng công suất biểu kiến củ biến áp: Sba= = ksdPd trong đó: S1 = U1I1 S2 = Ở đây các giá trị U1, I,1,U2i,I2i là trị số hiệu dụng của điện áp và dòng điện phía sơ cấp và thứ cấp của máy biến áp. Do phía thứ cấp có thể có nhiều cuộn dây, nên phải tổng cộng cộng công suất của tất cả m cuộn dây. Để đánh giá giá khả năng biến đổi công suất xoay chiều thành một chiều ,công suất lấy từ lưới điện S ba được so sánh với công suất một chiều Pd mà tải nhận được qua hệ số sơ dồ ksd . Hệ số này càng gần với 1 thì càng chứng tỏnạch có hiệu suất biến đổi tốt hơn. Ngoài nhóm ba tham số trên còn có mọt tham số dung để đánh giá sự bằng phẳng của điện áp một chiều nhận đươc ,gọi là hệ số đập mạch kdm , được xác định theo biểu thức: kdm = Trong đ ó U1m là biên độ song hài bậc một theo khai triển Fourier của điện áp chỉnh lưu và Uo là thành phần cơ bản theo khai triển này .Uo cũng chính là giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu ,tức là Uo = Ud B)NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MẠCH CHỈNH LƯU 1)Nhóm đấu catôt chung Như hình vẽ là mạch van tất cả các điôt có catôt dấu chung với nhau. Luật dẫn của no đươc phát biểu như sau: Van có khả năng dẫn là van có điện thế anot của nó dương nhất trong nhóm ,tuy nhiên nó chỉ dẫn được khi điện thế anot này dương hơn điện thế ở điện thế ở điểm catôt chung kc. Ví dụ tại thời điểm hiện tại ta có: Và dồng thời thì sẽ dẫn.Lúc đó ,nếu coi sụt ap trên van bằng không khi Đ1 dẫn ta thấy . Điều này dẫn dến điện áp trên các van còn lại sẽ âm: .. Như vậy các van còn lại sẽ phải khóa không dẫn được. 2)Nhóm van đấu anot chung Ở nhom van đấu anot chung có luật dẫn sau: Van có khả năng dẫn là van có điện thế catot âm nhất trong nhóm ,nhưng nó chỉ dẫn được nếu điện thế này âm hơn điện điện thế điểm anot chung . Trong chương này sẽ áp dụng hai luật dẫn trêndể phân tích các mạch chỉnh lưu thong dụng ,trong đó sẽ coi các van là lý tưởng ,như vậy khi dẫn sụt áp trên van bằng không . CHƯƠNG II:TỔNG QUAN VỀ CHỈNH LƯU I)CÁC MẠCH CHỈNH LƯU CƠ BẢN 1)Chỉnh lưu một pha nửa chu kỳ Mạch van chỉ có một van duy nhất là điot Đ .Do vậy ở nửa chu kỳ đầu khi điện ápđặt vào mạch van U>0 với cực tính dương ở trên thì điot Đ dẫn .Vì coi Uđ=0 nên ta có U =U.Ở nưa đầu chu kỳ sau. điện áp U đ ảo d ấu (c ưc tính trong ngoặc trên sơ đồ ) nên điot bị khóa ,vì thế U =0 .Như v ậy đi ện áp ch ỉnh l ưu nhận được trên tải là : U = = V ì tải thuần trở nên : I = Theo mạch ta thấy dòng qua van chính là dòng qua tải và dòng chảy qua cuộn thứ cấpbiến áp , vì vậy I= I. Điện áp ngươc trên van chỉ xuất hiện khi van khóa ,tức là trong khoảng ().theo sơ đồ lúc đó U= U, do đó điện áp ngược trên van bằng biên độ của điện áp thứ cấp máy biến áp U=U.Một số tham số khác của mạch chỉnh lưu này ta xem trong bảng 2.1.(SGK điện tủ công suất ) Nhìn chung mạch chỉnh lưu nàycó các chỉ tiêu kỹ thuật kém nên chỉ thích hợp với tải nhỏ (đến một vài ampe) 2)Chỉnh lưu mọt pha hai nửa chu kỳ có điểm giữa Thực chất , theo phân loại thì đầy là mạch chỉnh lưu hình tia hai nửa chu kỳ(như hình vẽ) , vì biến áp đã biến điện áp một pha ở sô cấp U thành hai điện áp ngược pha nhau một goc 180 ở thứ cấp Uvà U. Ở mạch van này các điot Đ, Đ đấu theo kiểu catot chung ,vì vậy chúng ta sẽ làm việc theo luật dẫn 1 trong đó anôt của điot Đ1 nối với U ,còn anot của diot Đ nối với điện áp U .Vì vậy trong khoảng (0 ), Đ dẫn do U> U .Do đó điện áp chỉnh lưu U sẽ có dạng ở hình 2.4b với : U= U ở 0 U= U ở Theo đồ thị U(ta thấy dạng U có hai đoạn giống nhau , tức là chu kỳ lặp lại của U chỉ là mà không phải là 2 nên : U= v à: I Do mỗi điot chỉ dẫn một nửa chu kỳ điện áp lưới , trong khi dòng tải tồn tại cả hai nửa chu kỳ , do vậy dòng trung bình qua điot bằng một nửa dòng tải : I Để xét điện áp ngược trên van ,ta giả sử Đ dẫn Đ khóa (giai đoạn 0) .Lúc này theo sơ đồ hình vẽ ta thấy Đđược đấu song song với cuộn thứ cấp nối tiếp với nhau,vi vậy: U =U-U = Nên điện áp ngược cực đại trên Đ là 2 Mạch chỉnh lưu này được sử dung nhiều trong dải công suất nhỏ đến vài kw ,nó thích hợ với chỉnh lưu điện áp thấp vì sụt áp trên đường ra tải chỉ có một van . Nhượng điểm của mạch là buộc phải biến đổi số pha.Hơn nữa một số thong số khác cũng không tốt. 2)Chỉnh lưu cầu một pha Mạch chỉnh lưu gồm 4 van ĐĐđấu thành hai nhóm ĐĐ nhóm catot chung : ĐĐnhóm anot chung .Nguồn xoay chiều đua vào mạch van có thể lấy trực tiếp từ lưới điện hoặc thông qua máy biến áp. Trong nửa chu kỳ đầu( 0điẹn áp U>0 với cực tính không trong ngoặc trên sơ đồ .Ta thấy với nhóm catot chung Đ Đ th ì anot Đs ẽ dẫn .Còn ở nhóm ĐĐthì catot Đ âm hơn catot Đ vì vì vậy Đ dẫn . Như vậy nửa chu kỳ đầu Đ Đ dẫn .trong nửa chu kỳ sau ( ) điện áp U với cực tính đảo lại (trong dấu ngoặc ),lý luận tươn g tự ta thấy đio t ĐĐ dẫn ,còn điot Đ Đ bị khóa. Đối với điện áp ra tải ,ta luôn thấy điểm a trong cả hai nửa chu kỳ dều được nối với cực tính dương của nguồn U,và điểm b luôn duăơc nối với điểm cực tính âm của U.Vì vậy điện áp ra tải Ucủa chỉnh lưu hình tia hai pha ta thấy chúng hoàn toàn giống nhau, do đó ta cũng có: U I Dòng điện qua mỗi diot cũng chỉ tồn tại trong một nửa chu kỳ , do đó I tương tự sơ đồ trên. Mạch chỉnh lưu hình tia một pha gần như không có ứng dụng gì vì van chỉ dẫn điện trong 1/2 chu kỳ nên chất lượng điện áp của nó quá thấp, độ đập mạch quá cao. (Hệ số đập mạch được tính: biên độ đập mạch chia cho số đập mạch trong một chu kì). Để cải thiện điều đó, ta có sơ đồ chỉnh lưu cầu 1 pha, đây là sơ đồ chỉnh lưu 2 nửa chu kỳ. Khi không có van nào dẫn thì điện áp trên các van sẽ như sau: Ut1 = Ut4 = Ung/2 Ut2 = Ut3 = -Ung/2 Sở dĩ như thế là vì khi không có van nào dẫn thì các van được coi là các điện trở rất lớn có giá trị bằng nhau. Hai van một sẽ mắc nối tiếp nhau và mắc vào nguồn (T1 nt T2, T3 nt T4), do đó, theo quy tắc phân áp, mỗi van sẽ chịu một nửa điện áp nguồn. Như vậy, khi điện áp nguồn bắt đầu dương thì đó Ut1 và Ut4 dương, Ut2 và Ut3 âm. Đến thời điểm alpha, ta phát xung vào T1 và T4, hai van này mở, điện áp nguồn đặt vào tải (đường mù xanh). Khi điện áp nguồn trở nên âm thì điện áp trên 2 van Ut1 và Ut4 cũng âm, T1 và T4 khoá lại, điện áp tải trở về 0. Lúc này, điện áp trên van T2 và T3 trở nên dương (= -Ung), đến thời điểm alpha, phát xung vào T2 và T3, hai van này mở, điện áp âm -Ung đặt vào tải, kết quả là điện áp tải vẫn dương như đường màu xanh ở hình trên. Kết quả là, tải sẽ có dòng trong cả 2 nửa chu kì, độ đập mạch giảm một nửa so với cấu hình mạch hình tia. Trong file mô phỏng gửi kèm, mình sử dụng luôn khối cầu 1 pha có sẵn trong PSIM cho đơn giản. Khi cần thiết phân tích điện áp cụ thể đặt lên van như sơ đồ chỉnh lưu 3 pha, 6 pha, ta sẽ xây dựng chi tiết sơ đồ. Tuy nhiên điẹn áp ngược trên van đang khóa không tương tự .Giả sử ĐĐdẫn ĐĐ khóa ta có sơ đồ thay thế như trên hình : Hinh 2.7 Rõ rang hai điot ĐĐ đấu song song với nhau và đấu thẳng vào nguồn u.Vì thế điện áp ngược trên chúng chỉ bằng điện áp nguồn U: U Chỉnh lưu cầu một pha được sử dụng khs rộng rãi trong thực tế nhất là trong điện áp trên 10 v ,dòng tải có thể đến 100 A . Ưu điểm của mạch là có thể không cần biến áp .Nhược điểm của nó là cần có hai điot tham gia dẫn dòng: điot nhóm lẻ dẫn dòng ra tải , điot nhóm chẵn dẫn dòng ra nguồn .Như vậy sẽ có sự sụt áp do hai điot gây ra ,chính lý do này lan cho mạch cầu không thích hợp cho chỉnh lưu mạch cầu có điện áp thấp dưới 10 v khi dòng tải lớn. 3)Chỉnh lưu hình tia ba pha